[发明专利]三维测量设备和三维测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维测量设备和三维测量方法，该三维测量设备能够对用于测量被摄体的表面形状的三维测量设备中所发生的设备误差进行校准。

背景技术

作为用于以非接触方式测量被摄体的表面形状的设备，传统上存在一种用于使用投影单元和摄像单元基于三角测量方法的原理来测量该表面形状的设备。将对该测量方法进行说明。首先，投影单元将图案投影到被摄体上。接着，摄像单元对投影了图案的被摄体进行拍摄。根据所拍摄的图像数据对图案在摄像单元的摄像像素面上的位置进行检测。接下来，使得图案在投影单元的投影像素面上的位置与图案在摄像像素面上的位置彼此相对应。

通过校准来获得投影单元和摄像单元之间的位置关系。例如，预先获得(统称为校准值的)如下信息：投影单元和摄像单元之间的基线长度、摄像单元和投影单元的转动/平移信息、投影单元和摄像单元的设备特定参数、焦距、光轴主点位置、以及镜头像差值等。

最后，使用三角测量方法的原理，根据校准值以及投影像素面上的图案和摄像像素面上的图案之间的位置关系来对设备到被摄体的距离进行测量。在用于使用投影单元和摄像单元来测量被摄体的表面形状的设备中，通常，所使用的装置的形状和配置由于例如与温度变化相关联的热膨胀/收缩效果而随着时间发生微小变化。由于该原因，在测量环境中容易发生温度变化或者进行了长时间测量的情况下，图案投影位置发生微小变化。这导致：即使在相同的条件下测量相同的被摄体，表面形状的结果也会存在误差。

为了解决该问题，日本特开平8-054234提出了一种通过配置多个精确地已知相距三维测量设备的距离的对象来校准基线长度、投影单元的投影角度和摄像单元的摄像角度这三个参数的方法。日本特开平5-248830提出了一种通过对从投影单元投影至三维测量设备内部的测量光束进行分光并获得预先存储的光束投影位置与分离出的光束的投影位置之间的差来执行校准的方法。

然而，在日本特开平8-054234中，需要精确地获知各对象与设备之间的距离，并且实际操作中的设置也较为麻烦。另外，由于各对象和设备本身之间的距离可能随着时间而变化，因此校准值的可靠度低。在日本特开平5-248830中，向该设备添加新的设备。这在设备的小型化和成本方面造成问题。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而做出的，并且提供一种能够校准测量误差的三维测量设备。

根据本发明的一个方面，提供一种三维测量设备，包括投影单元和摄像单元，其中所述投影单元用于对预定图案进行投影，并且所述摄像单元用于对投影了所述图案的被摄体进行拍摄，所述三维测量设备还包括：检测单元，用于在所述摄像单元所拍摄的图像中，检测被投影到测量空间内的同一平面上预先设置的多个图案检测区域的所述图案在摄像像素面上的位置信息；以及对应关系计算单元，用于使用所述位置信息，来计算测量之前预先检测到的所述投影单元的投影像素面上的所述图案与测量时所述投影单元的投影像素面上的所述图案之间的对应关系。

根据本发明的另一方面，提供一种三维测量设备的三维测量方法，所述三维测量设备包括投影单元和摄像单元，其中所述投影单元用于对预定图案进行投影，并且所述摄像单元用于对投影了所述图案的被摄体进行拍摄，所述三维测量方法包括以下步骤：检测步骤，用于在所述摄像单元所拍摄的图像中，检测被投影到测量空间内的同一平面上预先设置的多个图案检测区域的所述图案在摄像像素面上的位置信息；以及计算步骤，用于使用所述位置信息，来计算测量之前预先检测到的所述投影单元的投影像素面上的所述图案与测量时所述投影单元的投影像素面上的所述图案之间的对应关系。

根据本发明，可以提供一种能够校准测量误差的三维测量设备。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据实施例的三维测量设备的基本结构的框图；

图2A~2F是示出投影图案的例子的图；

图3A~3D是用于说明三维测量设备所进行的校准和三维测量处理的示意过程的图；

图4是用于说明根据第一实施例的三维测量设备所进行的校准和三维测量处理的过程的流程图；

图5是示出根据第二实施例的投影图案的图；

图6是用于说明根据第二实施例的线性插值的图；以及

图7是用于说明根据第三实施例的极线约束(epipolar constraint)的图。

具体实施方式

第一实施例