[发明专利]三维测量装置、三维测量方法以及存储介质

说明书

本发明提供一种三维测量装置、三维测量方法以及存储介质，测量对象物的三维点群数据的再现性和图像的清晰度比现有技术高。对于测量对象物投影具有混合图案(Ph)的图案光进行三维测量。混合图案(Ph)是在结构光图案(Ps)上重叠不规则图案(Pr)而形成的图案，并以不规则图案(Pr)与结构光图案(Ps)不会相互干涉的方式配置图案。由此，能够享受在图像清晰度这一点上优异的结构光图案、和在三维点群数据的再现性这一点上优异的不规则图案两者的优点。

技术领域

本发明涉及投影图案光(pattern light)来测量测量对象物的三维位置的三维测量技术。

背景技术

作为测量对象物的三维形状的测量方法，已知有主动测量(activemeasurement)。在主动测量中，在对测量对象物投影了图案光的状态下进行拍摄，并利用三角测量的原理根据拍摄的图像上的图案的位置求出测量对象物的三维形状(各像素的三维位置)。

在主动测量中，能够仅利用一张图像测量出三维形状的单次主动形状测量，因为仅利用一张图像而能够实时测量等理由，作为有益的技术而备受关注。

作为进行单次主动形状测量的方法，已知有使用结构光图案的方法。在使用结构光图案的方法中，在对测量对象物投影了图案光的状态下进行拍摄，并根据拍摄的图像上的图案的位置求出测量对象物的三维形状。使用结构光图案的方法，具有精度高(尤其在近距离中)、视野广、成本低等优点。

作为使用结构光图案的方法的一例，非专利文献1中公开了使用被实施空间编码(coding)的图案光的方法。非专利文献1中的二维图案具有被称为基元(primitive)的图案构成要素呈二维状铺开的结构。包含多个基元的窗口(例如由2×3的基元构成)，可以通过该窗口所包含的多个基元进行确定。因此，通过从拍摄图像检测基元的排列，从而能够算出三维位置。

另一方面，作为被动测量(passive measurement)，已知有使用两台照相机(所谓的立体相机)求出测量对象物的三维形状的方法。在使用立体相机的方法中，利用下述方法，即：将照相机左右配置并同时拍摄测量对象物，从得到的图像搜索对应的像素对、即对应点，求出左右图像的对应点彼此在左右方向上的分离距离(即，视差)，对该视差使用三角测量的原理，算出得到的图像的各像素的三维位置(利用立体方式的三维测量法)。

但是，在利用立体方式的三维测量法中，由于测量精度直接受到测量对象物的表面的纹理(texture)的影响，因而在纹理少的平坦面或反射面上，对应点的检测或三维位置的积算非常困难。

为了解决上述问题，提出了下述方法，即：使用立体相机和一台投影仪，从投影仪投射图案光，对测量对象物的表面赋予纹理，并进行模板匹配，从而提高对应点的检测或三维位置的计算的精度。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：P.Vuylsteke and A.Oosterlinck,Range Image Acquisitionwith a Single Binary-Encoded Light Pattern,IEEE PAMI 12(2),pp.148-164,1990.

发明内容

但是，在非专利文献1公开的使用结构光图案的方法中，由于对测量对象物投射具有编码图案的图案光，因此，当测量对象物小时，不易高精度地将测量对象物的拍摄图像中映出的图案光的符号解码(decode)，存在将测量对象物的三维形状复原的点群(以下，也称为“三维点群数据”)的再现性低这一问题。

关于这一点，在使用立体相机的方法中，通过投影图案光得到的纹理用于搜索对应点，从而不需要对图案光的符号进行解码这一处理。因此，即使测量对象物小，使用立体相机时的三维点群数据的再现性也比使用结构光图案时的三维点群数据的再现性高。