(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーポイントの第一のカメラ（２１）における結像位置を利用して標定データベースの第一対応関係に従ってレーザーポイントの番号及び低精度深度を得、候補マッチングポイントを取得するように前記レーザーポイントの番号及び低精度深度により前記レーザーポイントの第二のカメラ（２２）における結像位置を検索し、前記第一のカメラ（２１）における結像位置及び前記第一のカメラ（２１）における結像位置の前記第二のカメラ（２２）における候補マッチングポイントによりマッチングを完成し、マッチング結果を得るマッチング過程と、
マッチング結果によって前記第一のカメラ（２１）における結像位置とマッチングする前記第二のカメラ（２２）における結像位置を得、さらに前記標定データベースにおける第二対応関係に従って前記レーザーポイントの高精度位置を確定する計算過程とを含むことを特徴とする構造化光測定方法。
【請求項２】
前記標定データベースは、各レーザーポイントの第一のカメラ（２１）における結像位置と前記レーザーポイントの番号及び低精度深度との第一対応関係を標定し、各レーザーポイントの第二のカメラ（２２）における結像位置と前記レーザーポイントの番号及び高精度深度との第二対応関係を標定し、標定された第一対応関係と第二対応関係とをメモリに記憶して前記標定データベースを形成し、前記標定データベースが前記マッチング過程と前記計算過程に用いられる標定過程により取得されることを特徴とする請求項１に記載の構造化光測定方法。
【請求項３】
標定過程において、レーザー出口（３１）と前記第一のカメラ（２１）との相対位置を調整することにより任意の２つの前記レーザーポイントの前記第一のカメラ（２１）における結像位置を分離させることを特徴とする請求項２に記載の構造化光測定方法。
【請求項４】
前記第二のカメラ（２２）と前記レーザー出口（３１）との距離は前記第一のカメラ（２１）と前記レーザー出口（３１）との距離より大きいことを特徴とする請求項３に記載の構造化光測定方法。
【請求項５】
幾何的領域で１つの前記レーザーポイントの異なる深度の結像位置を囲んで前記標定過程と前記マッチング過程を行うことを特徴とする請求項２に記載の構造化光測定方法。
【請求項６】
計算過程において、前記第二のカメラ（２２）における結像位置と高精度深度に対して、補間の方法で前記レーザーポイントの高精度位置を取得することを特徴とする請求項２に記載の構造化光測定方法。
【請求項７】
前記マッチング過程における前記第一のカメラ（２１）における結像位置及び前記第一のカメラ（２１）における結像位置の前記第二のカメラ（２２）における候補マッチングポイントによりマッチングを完成する工程は、レーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す工程と、基準マッチング対を利用して最適なマッチングポイントを解く工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造化光測定方法。
【請求項８】
前記のレーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す工程の前に、前記マッチング過程における前記第一のカメラ（２１）における結像位置及び前記第一のカメラ（２１）における結像位置の前記第二のカメラ（２２）における候補マッチングポイントによってマッチングを完成する工程は、さらに、
候補マッチングポイントを３次元再構築して候補マッチングポイントの深度値を得る工程と、
候補マッチングポイントの深度値により候補マッチングポイントを初歩的に選別する工程とを含むことを特徴とする請求項７に記載の構造化光測定方法。
【請求項９】
処理システム（１）と結像システム（２）と投影システム（３）とを備える構造化光測定システムであって、前記結像システム（２）は第一のカメラ（２１）と第二のカメラ（２２）を備え、前記投影システム（３）はレーザーを発生するレーザー発生器を備え、前記処理システム（１）はマッチングモジュールと計算モジュールを備え、
前記マッチングモジュールは、レーザーポイントの第一のカメラ（２１）における結像位置を利用して標定データベースの第一対応関係に従ってレーザーポイントの番号及び低精度深度を得、前記レーザーポイントの番号及び低精度深度によって前記レーザーポイントの前記第二のカメラ（２２）における結像位置を検索して候補マッチングポイントを取得し、前記第一のカメラ（２１）における結像位置及び前記第一のカメラ（２１）における結像位置の前記第二のカメラ（２２）における候補マッチングポイントによりマッチングを完成し、マッチング結果を得るためのものであり、
前記計算モジュールは、マッチング結果により前記第一のカメラ（２１）における結像位置とマッチングする前記第二のカメラ（２２）における結像位置を得、さらに前記標定データベースにおける第二対応関係に従って前記レーザーポイントの高精度位置を確定するためのものであることを特徴とする構造化光測定システム。
【請求項１０】
前記標定データベースは標定モジュールを使用して以下の方法にて取得され、
この方法において、各レーザーポイントの第一のカメラ（２１）における結像位置と前記レーザーポイントの番号及び低精度深度との第一対応関係を標定し、各レーザーポイントの第二のカメラ（２２）における結像位置と前記レーザーポイントの番号及び高精度深度との第二対応関係を標定し、標定された第一対応関係と第二対応関係とをメモリに記憶して前記標定データベースを形成し、前記標定データベースがマッチング過程と計算過程に用いられることを特徴とする請求項９に記載の構造化光測定システム。
【請求項１１】
前記標定モジュールが標定を行う時、レーザー出口（３１）と前記第一のカメラ（２１）との相対位置を調整することにより、任意の２つの前記レーザーポイントの前記第一のカメラ（２１）における結像位置を分離させることを特徴とする請求項１０に記載の構造化光測定システム。
【請求項１２】
前記第二のカメラ（２２）と前記レーザー出口（３１）との距離は前記第一のカメラ（２１）と前記レーザー出口（３１）との距離より大きいことを特徴とする請求項１１に記載の構造化光測定システム。
【請求項１３】
幾何的領域で１つの前記レーザーポイントの異なる深度の結像位置を囲んで前記標定モジュールと前記マッチングモジュールの機能を実現することを特徴とする請求項１０に記載の構造化光測定システム。
【請求項１４】
計算過程において、前記第二のカメラ（２２）における結像位置と高精度深度に対して、補間の方法で前記レーザーポイントの高精度位置を取得することを特徴とする請求項１０に記載の構造化光測定システム。
【請求項１５】
前記マッチングモジュールにおける前記第一のカメラ（２１）における結像位置及び前記第一のカメラ（２１）における結像位置の前記第二のカメラ（２２）における候補マッチングポイントにより完成するマッチングは、
レーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す手段と、
基準マッチング対を利用して最適なマッチングポイントを解く手段とを含むことを特徴とする請求項９に記載の構造化光測定システム。
【請求項１６】
前記のレーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す前に、前記マッチングモジュールにおける前記第一のカメラ（２１）における結像位置及び前記第一のカメラ（２１）における結像位置の前記第二のカメラ（２２）における候補マッチングポイントにより完成するマッチングは、さらに、
候補マッチングポイントを３次元再構築して候補マッチングポイントの深度値を得る手段と、
候補マッチングポイントの深度値によって候補マッチングポイントを初歩的に選別する手段とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の構造化光測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化光測定方法及び該方法を応用した構造化光測定システムに関し、さらに詳しくは、高測定精度の構造化光測定方法及び該方法を応用した構造化光測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
構造化光測定システムにおいて、光束ポイント及び対応するｚ座標さえ知れば、物体表面と該光束との交点の座標を解く。そのため、構造化光測定システムは、標定する時、隣接する構造化光束のビデオカメラにおける結像分布には重なる領域がないことを保証して光束の確定を便利にし、同時に異なる深度（Ｚ座標）で相応する結像位置を記録する。実際の測定において、１つの結像点を既知すると、迅速にそれに対応する光束を確定でき、確定方法は該結像位置から最も近い標定結像点に対応する光束を求めることである。該結像点に対応する３Ｄ座標を求める際に、補間を採用して解決することができる。既存の構造化光測定システムにおいて、任意の２つの光束の異なる深度の結像分布には重なる領域がないことを保証するために、光束の結像分布が比較的に集中し、即ち小さい結像変位が大きい物理的深度差に対応することを要求し、これはその測定精度が低いことをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、従来技術の前記構造化光測定システムの測定精度が低い欠陥に対して、構造化光測定方法及び該方法を応用した構造化光測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明がその技術的課題を解決するために採用する技術案は、
レーザーポイントの第一のカメラにおける結像位置を利用して標定データベースの第一対応関係に従ってレーザーポイントの番号及び低精度深度を得、候補マッチングポイントを取得するように前記レーザーポイントの番号及び低精度深度により前記レーザーポイントの前記第二のカメラにおける結像位置を検索し、前記第一のカメラにおける結像位置及び前記第一のカメラにおける結像位置の前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントによりマッチングを完成し、マッチング結果を得るマッチング過程と、
マッチング結果により前記第一のカメラにおける結像位置とマッチングする前記第二のカメラの結像位置を得、さらに前記標定データベースにおける第二対応関係に従って前記レーザーポイントの高精度位置を確定する計算過程とを含む構造化光測定方法である。
【０００５】
本発明による前記構造化光測定方法では、前記標定データベースは、各レーザーポイントの第一のカメラにおける結像位置と前記レーザーポイントの番号及び低精度深度との第一対応関係を標定し、各レーザーポイントの第二のカメラにおける結像位置と前記レーザーポイントの番号及び高精度深度との第二対応関係を標定し、標定された第一対応関係と第二対応関係とをメモリに記憶して前記標定データベースを形成し、前記標定データベースが前記マッチング過程と前記計算過程に用いられる標定過程により取得される。
本発明による前記構造化光測定方法では、標定過程において、レーザー出口と前記第一のカメラとの相対位置を調整することにより任意の２つの前記レーザーポイントの前記第一のカメラにおける結像位置を間隔させる。
【０００６】
本発明による前記構造化光測定方法では、前記第二のカメラと前記レーザー出口との距離は前記第一のカメラと前記レーザー出口との距離より大きい。
本発明による前記構造化光測定方法では、幾何的領域で１つの前記レーザーポイントの異なる深度の結像位置を囲んで前記標定過程と前記マッチング過程を行う。
【０００７】
本発明による前記構造化光測定方法では、計算過程において、前記第二のカメラにおける結像位置と高精度深度に対して補間の方法で前記レーザーポイントの高精度位置を取得する。
本発明による前記構造化光測定方法では、前記マッチング過程における前記第一のカメラにおける結像位置及び前記第一のカメラにおける結像位置の前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントによりマッチングを完成する工程は、レーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す工程と、基準マッチング対を利用して最適なマッチングポイントを解く工程とを含む。
【０００８】
本発明による前記構造化光測定方法では、前記マッチング過程における前記第一のカメラにおける結像位置及び前記第一のカメラにおける結像位置の前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントによってマッチングを完成する工程は、前記のレーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す工程の前に、さらに、候補マッチングポイントを３次元再構築して候補マッチングポイントの深度値を得る工程と、候補マッチングポイントの深度値により候補マッチングポイントを初歩的に選別する工程とを含む。
【０００９】
処理システムと結像システムと投影システムとを備える構造化光測定システムであって、前記結像システムは第一のカメラと第二のカメラを備え、前記投影システムはレーザーを発生するレーザー発生器を備え、前記処理システムはマッチングモジュールと計算モジュールを備え、
前記マッチングモジュールは、レーザーポイントの第一のカメラにおける結像位置を利用して標定データベースの第一対応関係に従ってレーザーポイントの番号及び低精度深度を得、前記レーザーポイントの番号及び低精度深度によって前記レーザーポイントの前記第二のカメラにおける結像位置を検索して候補マッチングポイントを取得し、前記第一のカメラにおける結像位置及び前記第一のカメラにおける結像位置の前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントによりマッチングを完成し、マッチング結果を得るためのものであり、
前記計算モジュールは、マッチング結果により前記第一のカメラにおける結像位置とマッチングする前記第二のカメラの結像位置を得、さらに前記標定データベースにおける第二対応関係に従って前記レーザーポイントの高精度位置を確定するためのものである。
【００１０】
本発明による前記構造化光測定システムでは、前記標定データベースは標定モジュールを使用して以下の方法にて取得され、この方法において、各レーザーポイントの第一のカメラにおける結像位置と前記レーザーポイントの番号及び低精度深度との第一対応関係を標定し、各レーザーポイントの第二のカメラにおける結像位置と前記レーザーポイントの番号及び高精度深度との第二対応関係を標定し、標定された第一対応関係と第二対応関係とをメモリに記憶して前記標定データベースを形成し、前記標定データベースが前記マッチング過程と前記計算過程に用いられる。
【００１１】
本発明による前記構造化光測定システムでは、前記標定モジュールが標定を行う時、レーザー出口と前記第一のカメラとの相対位置を調整することにより、任意の２つの前記レーザーポイントの前記第一のカメラにおける結像位置を間隔させる。
本発明による前記構造化光測定システムでは、前記第二のカメラと前記レーザー出口との距離は前記第一のカメラと前記レーザー出口との距離より大きい。
本発明による前記構造化光測定システムでは、幾何的領域で１つの前記レーザーポイントの異なる深度の結像位置を囲んで前記標定モジュールと前記マッチングモジュールの機能を実現する。
【００１２】
本発明による前記構造化光測定システムでは、計算過程において、前記第二のカメラの結像位置と高精度深度に対して、補間の方法で前記レーザーポイントの高精度位置を取得する。
【００１３】
本発明による前記構造化光測定システムでは、前記マッチングモジュールにおける前記第一のカメラにおける結像位置及び前記第一のカメラにおける結像位置の前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントにより完成するマッチングは、レーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す手段と、基準マッチング対を利用して最適なマッチングポイントを解く手段とを含む。
【００１４】
本発明による前記構造化光測定システムでは、前記のレーザーポイント結像輝度の相違によって基準マッチング対を探す前に、前記マッチングモジュールにおける前記第一のカメラにおける結像位置及び前記第一のカメラにおける結像位置の前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントにより完成するマッチングは、さらに、候補マッチングポイントを３次元再構築して候補マッチングポイントの深度値を得る手段と、候補マッチングポイントの深度値によって候補マッチングポイントを初歩的に選別する手段とを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による構造化光測定方法を実施すること及び該方法を応用した構造化光測定システムによれば、従来の構造化光の上に１つの精測定の第二のカメラを増加し、該システムの測定精度を大幅に向上させるという有益的な効果を奏している。
標定過程によって標定データベースを構成して構造化光測定過程をさらに簡単化させ、正確にする。任意の２つのレーザーポイントの前記第一のカメラにおける結像位置は互いに間隔して設置されることは、標定過程において被測物体に照射するそれぞれのレーザーポイントの第一のカメラにおける結像位置と深度との対応関係の正確度を保証できる。前記第二のカメラと前記レーザー出口との距離は前記第一のカメラと前記レーザー出口との距離より大きく、第二のカメラが第一のカメラよりさらなる精確の結像位置と深度との対応関係を与えられることができる。幾何的領域で１つのレーザーポイントの異なる深度の結像位置を囲んで前記標定過程と前記マッチング過程を行い、マッチング速度を速めることができる。計算過程において、第二のカメラの結像位置と深度序列に対して補間の方法を使用してレーザーポイントの高精度位置を取得し、複数個の精確の被測物体の深度値を得られる。前記マッチング過程における前記第一のカメラにおける結像位置序列及びその前記第二のカメラにおける候補マッチングポイントによりマッチングを完成する過程は、マッチング結果を容易で便利に取得することできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
図面及び実施例を参照して本発明をさらに説明し、図面において、
【図１】図１は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例の構成概略図である。
【図２】図２は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例のレーザーポイントの第一のカメラにおける結像概略図である。
【図３】図３は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例のレーザーポイントの第一のカメラにおける結像領域区画図である。
【図４】図４は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例のレーザーポイントの第二のカメラにおける隣接点の結像概略図である。
【図５】図５は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例のレーザーポイントの第二のカメラにおける隣接点の結像領域区画図である。
【図６】図６は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例の構成概略図である。
【図７】図７は本発明による構造化光測定システムの好ましい実施例の構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の構造化光測定方法において、マッチング過程と計算過程を備え、マッチング過程と計算過程に使用する必要がある標定データベースが標定過程によって得られる。
【００１８】
標定過程において、
まず、それぞれのレーザーポイントの第一のカメラ２１における結像位置とレーザーポイントの番号及び低精度深度との第一対応関係を標定し、第一のカメラ２１に対して、深度を
【数１】
0005567738.tif 000002
とする時、レーザーポイントｉの第一のカメラ２１における結像位置は、
【数２】
0005567738.tif 000003
であり、レーザー出口３１（図６に示すように）の第一のカメラ２１に対する位置を調整することにより、任意の２つのレーザーポイント結像分布には交差する領域又は互いに間隔する領域がないことを保証し、該過程結像概略図は、図２に示す。図２において、それぞれの互いに重なり合わない点集合は１つのレーザーポイントの異なる深度の結像分布を代表し、点集合におけるそれぞれの点は該点集合に対応するレーザーポイントの異なる深度の結像位置を代表し、その時、第ｉ個のレーザーポイントに対して、記録する必要があるデータは
【数３】
0005567738.tif 000004
であり、ただし、
【数４】
0005567738.tif 000005
は第ｉ個のレーザーポイントの異なる深度を標定する画像の数である。実際中、マッチング速度を速めるために、規則的な幾何的領域で前記点集合を囲んでもよく、幾何的領域の形状は矩形、楕円などの規則的な形であってもよく、その時、第ｉ個のレーザーポイントに対して記録する必要があるデータは
【数５】
0005567738.tif 000006
であり、ただし、
【数６】
0005567738.tif 000007
は第ｉ個のレーザーポイントの異なる深度を標定する画像の数であり、
【数７】
0005567738.tif 000008
は領域区画のパラメータであり、矩形区画に対して、矩形の頂点における横、縦座標の極大値、極小値を記録し、楕円形区画に対して、楕円の中心点と長短軸を記録する。方形領域区画概略図は図３に示す。
【００１９】
次に、それぞれのレーザーポイントの第二のカメラ２２における結像位置と前記レーザーポイントの番号及び高精度深度との第二対応関係を標定し、第二のカメラ２２に対して、深度を
【数８】
0005567738.tif 000009
とすると、レーザーポイントｉの第二のカメラ２２における結像位置は
【数９】
0005567738.tif 000010
である時、第ｉ個のレーザーポイントに対して、記録する必要があるデータは
【数１０】
0005567738.tif 000011
であり、ただし、
【数１１】
0005567738.tif 000012
は第ｉ個のレーザーポイントを標定する実験データの数である。なお、２個のレーザーポイントの結像位置分布は交差する可能性があり、その概略図は図４に示す。実際中、マッチング速度を速めるために、規則的な幾何的領域で前記点集合を囲んでもよいである。幾何的領域の形状は矩形、楕円などの規則的な形であってもよく、その時、第ｉ個のレーザーポイントに対して記録する必要があるデータは
【数１２】
0005567738.tif 000013
であり、ただし、
【数１３】
0005567738.tif 000014
は第ｉ個のレーザーポイントを標定する実験データの数であり、
【数１４】
0005567738.tif 000015
は領域区画のパラメータであり、矩形区画に対して、矩形の頂点における横、縦座標の極大値、極小値を記録し、楕円形区画に対して、楕円の中心点と長短軸を記録する。方形領域区画を例として、方形領域区画概略図は図５に示す。
【００２０】
マッチング過程において、
第一のカメラ２１における結像位置序列を
【数１５】
0005567738.tif 000016
とし、第二のカメラ２２における結像位置序列を
【数１６】
0005567738.tif 000017
とし、第一のカメラ２１における結像位置
【数１７】
0005567738.tif 000018
に対して、その第二のカメラ２２における結像位置序列における可能性のあるマッチングポイントを求める。その過程は、以下の通りである。
【００２１】
（１）、第一のカメラ２１における結像位置と第一のカメラ２１の記録表に従ってレーザーポイントの番号及び低精度深度を確定する。
第一のカメラ２１に対して、それぞれのレーザーポイント結像点集合は互いに重なり合わない又は互いに間隔するため、第一のカメラ２１における結像位置
【数１８】
0005567738.tif 000019
によって直ちに該位置の対応するレーザーポイントの番号及び低精度深度（即ち第一対応関係）を判断できる。
【００２２】
標定する時の記録表のデータによって、判断方法は以下の通りである。
Ａ、幾何的領域で点集合を囲まない場合
第一のカメラ２１における結像位置を
【数１９】
0005567738.tif 000020
とし、記録表を検索し、リスト項目において結像位置
【数２０】
0005567738.tif 000021
と
【数２１】
0005567738.tif 000022
は類似度が最大のリスト項目、即ち、
【数２２】
0005567738.tif 000023
を見つける。
類似度計算は距離類似度
【数２３】
0005567738.tif 000024
であってもよい。
【００２３】
Ｂ、幾何的領域で点集合を囲む場合
記録表を検索し、
【数２４】
0005567738.tif 000025
が位置する区画領域におけるリスト項目、即ち、
【数２５】
0005567738.tif 000026
を見つける。
矩形領域を例として、
【数２６】
0005567738.tif 000027
は
【数２７】
0005567738.tif 000028
であり、
【数２８】
0005567738.tif 000029
、且つ
【数２９】
0005567738.tif 000030
を満足すべきである。
【００２４】
（２）、前記の得られたレーザーポイントの番号と該レーザーポイントの第一のカメラ２１における結像位置の番号によって、該レーザーポイントの第二のカメラ２２における結像分布を検索し、分布情况に従って候補マッチングポイントを取得する。
レーザーポイント番号と該レーザーポイントの第一のカメラ２１における結像位置の番号をそれぞれＩｎｄｅｘとＴと記し、第一のカメラ２１の標定データから得られた標定点データは、
【数３０】
0005567738.tif 000031
である。
検索して得られたレーザーポイントの第二のカメラ２２における標定結像分布序列は、
【数３１】
0005567738.tif 000032
であり、レーザーポイントＩｎｄｅｘの第二のカメラ２２における標定結像分布序列から候補標定点を見つけ、検索方法は、以下の通りである。
【００２５】
深度が
【数３２】
0005567738.tif 000033
を中心とするある範囲内にある標定点、即ち、
【数３３】
0005567738.tif 000034
を取得し
ここのｄは人為的に設定されたマッチング捜索区域である。
第二のカメラ２２において条件を満足する標定点番号序列を、
【数３４】
0005567738.tif 000035
とし、序列におけるそれぞれの点に対して、第二のカメラ２２における結像位置
【数３５】
0005567738.tif 000036
において、類似度が要求を満足する点を求める。
【００２６】
標定する時の記録表のデータによって、判断方法は、以下の通りである。
Ａ、幾何的領域で点集合を囲まない場合、
第二のカメラ２２において条件を満足する標定結像序列にけるそれぞれの標定点
【数３６】
0005567738.tif 000037
に対して、結像序列
【数３７】
0005567738.tif 000038
から類似度が要求を満足する点を見つけて候補点とする。
前記類似度計算は距離類似度
【数３８】
0005567738.tif 000039
であってもよく、
条件はＲ≧Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄであり、ここのＴｈｒｅｓｈｏｌｄは予めに設定された値である。
【００２７】
Ｂ、幾何的領域で点集合を囲む場合
結像序列
【数３９】
0005567738.tif 000040
から区画領域
【数４０】
0005567738.tif 000041
に落ちる結像点。
矩形領域を例とし、
【数４１】
0005567738.tif 000042
は
【数４２】
0005567738.tif 000043
であり、
【数４３】
0005567738.tif 000044
、且つ
【数４４】
0005567738.tif 000045
を満足すべきである。
（３）、第一のカメラ２１における結像位置序列
【数４５】
0005567738.tif 000046
とその第二のカメラ２２における候補マッチングポイントを既知し、マッチングを完成する。
【００２８】
そのステップの前、第一のカメラ２１が撮影したレーザー点列の深度の初歩的な測定を完成し、第二のカメラ２２の点列から候補マッチングポイントを見つけた。第一のカメラ２１におけるある点
【数４６】
0005567738.tif 000047
に対して、仮に該点の第一のカメラ２１において求めた深度値が
【数４７】
0005567738.tif 000048
であるとし、該点の第二のカメラ２２における候補マッチングポイントは
【数４８】
0005567738.tif 000049
（３個の候補点を例とするが３個に限られない）であり、本段階では、解決する必要がある課題はこれらの候補点から点
【数４９】
0005567738.tif 000050
の最適なマッチングを見つけることである。
【００２９】
Ａ、候補点３次元再構築
まず、利用できるのは二眼式立体視技術である。第一のカメラ２１と第二のカメラ２２に対して二眼式標定を行なった後、高精度の３次元再構築を完成できる。仮にそれぞれ
【数５０】
0005567738.tif 000051
及び
【数５１】
0005567738.tif 000052
をペアにすれば、３次元再構築を行い、三つの深度値
【数５２】
0005567738.tif 000053
を得られる。
【００３０】
Ｂ、深度により選別する
その後、
【数５３】
0005567738.tif 000054
を利用して３個の深度値を初歩的に選別し、仮に第一のカメラ２１によって測定された
【数５４】
0005567738.tif 000055
の測定精度がｄとすると、
【数５５】
0005567738.tif 000056
範囲を超えた深度値に対応する候補点が取り除かれる。また、異なる応用場合に対して、撮影されたシーンの深度範囲が有限であると、さらに再構築した深度値に許可変動範囲、例えば、１〜５メートルを設定して選別を行ってもよい。説明を便利にするために、仮にこのステップにより点
【数５６】
0005567738.tif 000057
が取り除かれる。
【００３１】
Ｃ、基準マッチング対を探す
次に、残った候補マッチングポイントから、点
【数５７】
0005567738.tif 000058
に最適なマッチングを見つける必要がある。前記事情を例とし、
【数５８】
0005567738.tif 000059
から１つの最適なマッチングポイントを見つける必要がある。これは比較的に困難な課題であり、２つの点がともに精度要求を満足し、ともに
【数５９】
0005567738.tif 000060
精度よりさらに高い測定値となるからである。従って、レーザーポイントのカメラにおける結像位置によって考慮して選別する。このようにして、第一のカメラ２１と第二のカメラ２２から一組の信頼できる基準マッチング対を見つける必要があると考えられる。
【００３２】
レーザー出口３１が２つのカメラの間に置かれる時、公共の視野が大きいため、この様子を選択する。通常、規則的なレーザー点列はいずれもスポット光源を干渉回折した重ね合わせ産物である。１つの重要な特徴は、光源中心に近い点が多く干渉されるため、輝度が明らかに周辺の点より高く、結像に反映すると、点の結像面積は周辺の点より大きい。この特徴を利用し、その上２つのカメラの公共結像の視野が大きいことを加えて、１つの統計方法を採用して信頼できる基準マッチング対が探される。
【００３３】
第一のカメラ２１と第二のカメラ２２の２つの画像において、それぞれ結像された光点に面積の大きさによって順序付け、前列にある固定数のＮ個の光点を選択し、これらの光点の幾何学的な中心位置を計算し、最後にはこの幾何学的な中心によってこの位置にもっとも近い光点を探し、第一のカメラ２１と第二のカメラ２２における２つの光点を得て信頼できる基準マッチングとする。
【００３４】
ここで説明する必要があるのは、このような基準マッチングポイントの選択方法は、必ずしもｙ方向における信頼性を保証できず、中心領域に近づく時、同一の縦線にあるいくつ列の明るいスポットは比較的に類似されている。しかし、Ｘ方向で高い信頼性を有し、水平方向の輝度の違いは比較的に大きいからで、統計によって完全に中心ハイライト領域のＸ値を得られる。幸いなことに、ｙ方向にエピポーラ拘束を利用してもよく、そして、事実的には、照射したのは、比較的に規則的なレーザードットアレイであるため、標定して選択したこれらの候補点は通常ともに同じ水平線の上下にあるもので、そのｙ値はいずれも非常に接近しているため、ｙ方向に選別する必要がない。
【００３５】
Ｄ、基準マッチングを利用して最適なマッチングポイントを求める
仮に得られた基準マッチング対は
【数６０】
0005567738.tif 000061
とすると、残る仕事が簡単になる。前記の分析により、Ｘ方向にのみ比較すればよく、即ち、
【数６１】
0005567738.tif 000062
及び
【数６２】
0005567738.tif 000063
を比較すればよく、
【数６３】
0005567738.tif 000064
に最も近い値は、Ｘ方向に第二のカメラ２２においてその候補点から基準マッチングポイントまにおける距離と第一のカメラ２１において
【数６４】
0005567738.tif 000065
から対応の基準マッチングポイントまでの距離が最も近いことを意味し、この候補マッチングポイントは即ち考えられる最適なマッチングポイントであり、ここで点
【数６５】
0005567738.tif 000066
が選定されたとする。以上のように、第一のカメラ２１の結像位置から第二のカメラ２２の結像位置へのマッチングを完成し、
【数６６】
0005567738.tif 000067
は即ち、第一のカメラ２１における点
【数６７】
0005567738.tif 000068
の更なる高精度の深度値である。
【００３６】
前記Ａ、Ｂステップは粗選別のステップであるため、クライアント又は実際の必要に従って選択的に実行することができる。
【００３７】
同時に、通用の割当アルゴリズムにより既知した第一のカメラ２１における結像位置序列
【数６８】
0005567738.tif 000069
及びその第二のカメラ２２における候補マッチングポイントのマッチングを完成し、アルゴリズムは、以下の通りである。
【数６９】
0005567738.tif 000070
を２つの２Ｄフラグシーケンスとし、まず類似性マトリックス
【数７０】
0005567738.tif 000071
を求め、ここで、
【数７１】
0005567738.tif 000072
はｐｉとｑｊの類似性を示し、総類似度Ｆは、
【数７２】
0005567738.tif 000073
と定義され、
ただし、
【数７３】
0005567738.tif 000074
であり、ｘｉｊは０又は１である。ただし、ｘｉｊはＭ＊Ｎのマトリックスである。
Ｘｉｊを変更することにより、総類似度Ｆの最大値を求め、もしＸｉｊ＝ｌであると、ｐｉとｑｊがペアになると判定し、逆にマッチングしないと考える。
【００３８】
前記のマッチング過程では、仮に任意ｐｉと任意ｑｊはいずれもマッチングする可能性があるとするため、演算量は比較的に大きい。該課題はＮ−Ｐ難題に属し、該課題に対して多くの最適化なアルゴリズムを有し、しかし、すべての最適化なアルゴリズムの演算量はいずれも類似性マトリックスＣの寸法の増大につれて急激に増大する。
【００３９】
類似性マトリックスＣは下記の特徴を有する時、
【数７４】
0005567738.tif 000075
の時、該課題はそれぞれＡとＢに対して前記処理を行うことに簡単化されることができ、演算量は大幅に減少し、Ａ、Ｂはマトリックスである。そのため、実際の運行中、普通は各種の拘束によりＣに
【数７５】
0005567738.tif 000076
の様子を有させる。常用拘束条件は立体視覚システムのエピポーラ拘束、結像類似性等の拘束条件を有する。
類似性マトリックスＣを計算し、類似性は結像面積、結像長軸、短軸などのプロパティであってもよく、立体視覚システムのエピポーラなどの情報を融合してもよく、これらは従業員が実現できる技術であり、詳しく説明しない。
Ｃはたとえば
【数７６】
0005567738.tif 000077
の形式であり、それぞれＡとＢを処理する。ＡとＢの処理方法は従来の技術、例えばハンガリーアルゴリズム、分枝限定法などを採用することができる。
【００４０】
計算過程において、
マッチング結果により、レーザーポイントの高精度位置を確定する。
レーザーポイントの番号と低精度深度を既知し、第二のカメラ２２の結像位置を得、標定過程において得られたレーザーポイントの第二のカメラ２２における結像位置と該レーザーポイントの番号及び高精度深度との第二対応関係に従って、補間の方法により高精度位置を取得する。
【００４１】
図６、７に示すように、第二のカメラ２２とレーザー出口３１との距離は第一のカメラ２１とレーザー出口３１との距離より大きく、且つレーザー出口３１は第一のカメラ２１の第二のカメラ２２と対向する側にあり、又はレーザー出口３１は第一のカメラ２１と第二のカメラ２２との間にある。図６に示すように、レーザー出口は第一のカメラ２１の第二のカメラ２２と対向する側にあり、且つ第二のカメラ２２とレーザー出口３１との距離が第一のカメラ２１とレーザー出口３１との距離より大きいことを保証し、図７に示すように、レーザー出口３１は第一のカメラ２１と第二のカメラ２２との間にあり、且つ第二のカメラ２２とレーザー出口３１との距離は第一のカメラ２１とレーザー出口３１との距離より大きく、このようにして第二のカメラ２２が第一のカメラ２１よりさらなる精確の結像位置と深度との対応関係を与えられることを保証でき、且つ実際の状況に従って第二のカメラ２２の精度を調整することができる。もちろん、第二のカメラ２２とレーザー出口３１の距離が第一のカメラ２１とレーザー出口３１との距離より大きいことを保証する上で、レーザー出口３１はクライアントに要求されるほかの位置にあってもよい。
【００４２】
以上は本発明の実施例に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するわけではなく、本発明の明細書及び図面内容を利用して行った等価の構成変換、或いは直接又は間接にそのほかの関連する技術分野に応用することは、いずれも同理に本発明の特許請求の範囲に含められる。
【図１】
0005567738.tif 000078
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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