[发明专利]使用特征量的三维测量方法及其装置

说明书

预先求出根据从多个投影部投影的图案或上述图案的变化中的至少一方得到的多个特征量与空间坐标的关系，使用上述特征量与上述空间坐标的上述关系，根据从上述多个投影部向测量对象物表面投影的图案或上述图案的变化得到的特征量来求出上述对象物表面的空间坐标。

技术领域

本发明涉及一种使用特征量的三维测量方法及使用该方法的装置。

背景技术

关于使用照相机进行的三维形状测量，从上世纪80年代起在日本的国内外进行了很多研究。

在机器人视觉的领域中还提出了不需要照相机校准的方法。还提出了一种根据从多个方向拍摄得到的图像来复原三维形状的方法，但是由于将图像上的边界部等的特征点对应起来，因此无法进行平滑的面的形状测量，并且分析需要花费时间。

近年来，要求一种针对通过机械臂进行的原子反应堆内部的去污活动以及移动机器人等，实时且高精度地检测并测量障碍物、突起物等的位置、形状的方法。另外，灾害救援机器人为了保护幸存者，需要高精度地测量人体与障碍物的位置关系。

但是，道路不良引起很多振动，在现有的立体方式中，由于照相机的位置关系发生偏移从而测量精度下降。根据以往的常识，光学系统在校准后必须固定，因此无法进行缩放、对焦。

作为即使是平面、曲面状也高精度地测量三维形状的方法，广泛研究了进行投影栅格的相位分析的方法，其是为了将栅格图案投影到测量对象物的表面，使用从与投影方向不同的方向投影到上述测量对象物表面的栅格图案被拍摄到的图像来进行三维测量。

在日本国内，武田等人提出了使用傅里叶变换的相位分析方法，吉泽等人开发出了实用的三维测量装置。在国外，美国的Song Zhang等人正在积极地推进使用了DMD(Digital Micro-mirror Device：数字微镜设备)的超高速三维测量的研究。作为最近的趋势，注意力集中在三维形状测量的高速化。但是，在室外、振动多的环境下几乎不考虑使用上述三维测量装置。

另外，与用于提高测量精度的校准方法有关的研究较少，特别是在日本和国外，除了发明人以外，并没有人提出完全不会产生系统误差的三维测量方法。并且，在日本的国内外未发现通过只对投影部进行校准而能够进行三维测量的研究。

目前，发明人等提出了图1所示的不产生系统误差的“全空间表格化方法(参照专利文献1)”，并且已经进行了基础技术开发和许多应用研究。在栅格投影方法中，能够使投影栅格的相位与三维坐标为一对一的对应关系。通过利用该关系，针对照相机的每个像素生成相位值与三维坐标的表，从而能够完全不产生透镜畸变像差等系统误差，能够进行无畸变的精确良好的三维测量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-281491号公报

专利文献2：日本特开2001-108422号公报

专利文献3：日本特开2017-40482号公报

专利文献4：日本特开2012-189479号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在包括专利文献1所公开的方法在内的现有的三维测量方法中，必须在使照相机与投影仪全部一体化的状态下进行校准。因此，需要固定为包含照相机的三维测量单元，装置尺寸增大，因此难以安装在机械手、移动机器人、自动运输车等。另外，当进行拍摄镜头的对焦、视角调整时重新进行校准，从而还存在难以维护的问题。

因此，本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种使用了三个以上的特征量的组的三维测量方法及其装置。

用于解决课题的手段