(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトグラメトリーシステムにおいて、特定ターゲットの識別を短時間に自動で出来る様にする。【解決手段】複数領域に区分化された有色光の第１帯域（幅）の電磁波と第１帯域とは異なる幅を有する複数領域に区分化された第２帯域の電磁波で物体の表面を照射し、検出された第１帯域の投射と第２帯域の照射から物体の形状を決定する。識別工程を補助するために、各々の有色領域には、特定のカラー数値が割り当てられる。第１帯域と第２帯域の形状は、平行帯状に区分化されたもの、同心状の帯に区分化されたもの、また、向きが水平のもの垂直のものを用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元物体の形状を決定する方法であって、
第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出し、
前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出し、
検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を決定する、ことを含んでいる方法。
【請求項２】
第１帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有しており、第２帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有している請求項１の方法。
【請求項３】
複数の第１帯域の各々は、各帯域の全体に亘って均一な外観を有している請求項１の方法。
【請求項４】
複数の第１帯域の各々は、互いに隣接している請求項１の方法。
【請求項５】
複数の第１帯域の各々は、互いに略平行である請求項１の方法。
【請求項６】
複数の第１帯域の各々は、屈曲している請求項１の方法。
【請求項７】
複数の第１帯域は、同心円に形成されている請求項１の方法。
【請求項８】
複数の第２帯域の各々は、各帯域の全体に亘って均一な外観を有している請求項１の方法。
【請求項９】
複数の第２帯域の各々は、互いに略平行である請求項１の方法。
【請求項１０】
複数の第１帯域の各々は、互いに隣接している請求項１の方法。
【請求項１１】
複数の第１帯域の向きは、複数の第２帯域の向きと略直交している請求項１の方法。
【請求項１２】
複数の第１帯域及び複数の第２帯域の一方は略垂直方向の向きであり、複数の第１帯域及び複数の第２帯域の他方は略水平方向の向きである請求項１の方法。
【請求項１３】
第１帯域の数は、第２帯域の数と等しい請求項１の方法。
【請求項１４】
複数の第１帯域は、４以上の第１帯域を含んでいる請求項１の方法。
【請求項１５】
複数の第１帯域は、６〜１２の第１帯域を含んでいる請求項１の方法。
【請求項１６】
複数の第１帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項１の方法。
【請求項１７】
複数の第２帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項１の方法。
【請求項１８】
第１帯域の投射の検出と第２帯域の投射の検出は、カメラによって行われ、カメラは、物体に関して異なる位置に移動可能である請求項１の方法。
【請求項１９】
複数のカメラは、第１帯域の投射と第２帯域の投射を検出する請求項１の方法。
【請求項２０】
カラー数値識別子を、複数の第１帯域及び複数の第２帯域の各々へ割り当てるステップをさらに含んでいる請求項１の方法。
【請求項２１】
カラー数値識別子の各々は固有の数である請求項２０の方法。
【請求項２２】
全体の最終領域の一連の値を計算するステップをさらに含んでおり、全体の最終領域値の各々は、第１帯域のカラー数値識別子及び第２帯域のカラー数値識別子の関数で決定される請求項２０の方法。
【請求項２３】
異なるターゲットを含む電磁波のパターンで、物体の表面の同じ部分を照明し、該ターゲットを検出することをさらに含んでいる請求項２２の方法。
【請求項２４】
異なるターゲットは、白色光を含んでいる請求項２３の方法。
【請求項２５】
異なるターゲットは、略丸い形のドットである請求項２３の方法。
【請求項２６】
相関関係をもつ領域値を作成するために、異なるターゲットを、全体の最終領域の値と相互に関係づけるステップをさらに含んでいる請求項２３の方法。
【請求項２７】
異なるターゲットを全体の最終領域の値と相互に関係づけるステップは、コンピュータプログラムによって行われる請求項２６の方法。
【請求項２８】
異なるターゲットを最終領域の値と相互に関係づけるステップは、物体の表面の三次元モデルを作成するために、相関関係をもつ領域値をトライアンギュレートすることを含んでいる請求項２６の方法。
【請求項２９】
前記第１帯域の向きと実質的に同じ向きの幅狭の複数の第１帯域であって、その少なくとも１つの幅が前記第１帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい幅狭の第１帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の幅狭の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された波長をもつ幅狭の第１帯域の投射を検出し、
前記第２帯域の向きと実質的に同じ向きの幅狭の複数の第２帯域であって、その少なくとも１つの幅が前記第２帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい幅狭の第２帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の幅狭の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された波長をもつ幅狭の第２帯域の投射を検出することをさらに含んでいる請求項１の方法。
【請求項３０】
物体は航空機の部品である請求項１の方法。
【請求項３１】
物体は船舶の部品である請求項１の方法。
【請求項３２】
物体は車の部品である請求項１の方法。
【請求項３３】
三次元物体の形状を決定する方法であって、
広帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出し、
前記広帯域と実質的に同じ向きの狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出し、
検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定する、ことを含んでいる方法。
【請求項３４】
第１帯域について区分化された特性は、区分化された波長を有しており、第２帯域について区分化された特性は、区分化された波長を有している請求項３３の方法。
【請求項３５】
広帯域の各々は、均一な外観を有している請求項３３の方法。
【請求項３６】
広帯域の各々は、互いに隣接している請求項３３の方法。
【請求項３７】
広帯域の各々は、互いに略平行である請求項３３の方法。
【請求項３８】
狭帯域の各々は、均一な外観を有している請求項３３の方法。
【請求項３９】
狭帯域の各々は、互いに略平行である請求項３３の方法。
【請求項４０】
狭帯域の各々は、互いに隣接している請求項３３の方法。
【請求項４１】
狭帯域の投射は、広帯域の投射の上に重ね合わされる請求項３３の方法。
【請求項４２】
前記広帯域の向きと異なる向きの追加の広帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の追加の広帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明し、
区分化された波長をもつ追加の広帯域の投射を検出し、
追加の広帯域の向きと略同じ向きの複数の追加の狭帯域であって、その少なくとも１つの幅が少なくとも１つの追加の広帯域の幅よりも小さい追加の狭帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の追加の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された波長をもつ追加の狭帯域の投射を検出することをさらに含んでいる請求項３３の方法。
【請求項４３】
複数の広帯域の向きは、複数の追加の広帯域の向きと略直交している請求項４２の方法。
【請求項４４】
複数の広帯域及び複数の追加の広帯域の一方は略垂直方向の向きであり、複数の広帯域及び複数の追加の広帯域の他方は略水平方向の向きである請求項４２の方法。
【請求項４５】
広帯域の数は、追加の広帯域の数と等しい請求項４２の方法。
【請求項４６】
複数の広帯域は、３以上の広帯域を含んでいる請求項４２の方法。
【請求項４７】
複数の広帯域は、６〜１２の広帯域を含んでいる請求項４２の方法。
【請求項４８】
広帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項４２の方法。
【請求項４９】
複数の追加の広帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項４２の方法。
【請求項５０】
カラー数値を、広帯域、狭帯域、追加の広帯域及び追加の狭帯域の各々に割り当てることをさらに含んでいる請求項４２の方法。
【請求項５１】
広帯域に対するカラー数値と狭帯域に対するカラー数値の各々の数値から第１の最終領域値を作成し、追加の広帯域に対するカラー数値と追加の狭帯域に対するカラー数値の各々の数値から第２の最終領域値を作成することをさらに含んでいる請求項５０の方法。
【請求項５２】
第１の最終領域値と第２の最終領域値の各々から、全体の最終領域値を作成することをさらに含んでいる請求項５１の方法。
【請求項５３】
異なるターゲットを含む電磁波のパターンで、物体の表面の同じ部分を照明し、異なるターゲットを検出することをさらに含んでいる請求項５２の方法。
【請求項５４】
異なるターゲットをもつ電磁波は、ほぼ白色の可視光を含んでいる請求項５３の方法。
【請求項５５】
相関関係をもつ領域値を作成するために、異なるターゲットを、全体の最終領域の値と相互に関係づけることをさらに含んでいる請求項５３の方法。
【請求項５６】
異なるターゲットと最終領域値との相互の関係づけは、コンピュータプログラムによって行われる請求項５５の方法。
【請求項５７】
異なるターゲットと最終領域値との相互の関係づけは、物体の表面部の三次元モデルを作成するために、相関関係をもつ領域値をトライアンギュレートすることを含んでいる請求項５５の方法。
【請求項５８】
物体は航空機の部品である請求項３３の方法。
【請求項５９】
物体は船舶の部品である請求項３３の方法。
【請求項６０】
物体は車の部品である請求項３３の方法。
【請求項６１】
三次元物体の形状を決定する方法であって、
各帯域が投射を行なうための略均一な外観を有し、区分化された特性をもつ複数の帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出し、
検出された投射から物体の形状を決定する、ことを含んでいる方法。
【請求項６２】
第１帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有しており、第２帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有している請求項６１の方法。
【請求項６３】
複数の帯域の各々は、互いに隣接している位置にある請求項６１の方法。
【請求項６４】
複数の帯域の各々は、互いに略平行である請求項６１の方法。
【請求項６５】
三次元物体の形状を決定する装置であって、
第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、
区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出する検出手段と、
前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する第２照明手段と、
区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出する第２検出手段と、
検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を具えている装置。
【請求項６６】
三次元物体の形状を決定する装置であって、
広帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の広帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、
区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出する検出手段と、
前記広帯域の向きと実質的に同じ向きの複数の狭帯域であって、その少なくとも１つの幅が前記広帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明する手段と、
区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出する第２検出手段と、
検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を具えている装置。
【請求項６７】
三次元物体の形状を決定する装置であって、
各帯域が投射を行なうための略均一な外観を有し、区分化された特性をもつ複数の帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、
区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出する検出手段と、
検出された投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を具えている装置。
【請求項６８】
請求項１の方法によって決定された形状を有する物体。
【請求項６９】
請求項３３の方法によって決定された形状を有する物体。
【請求項７０】
請求項６１の方法によって決定された形状を有する物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三次元表面計測の方法及び装置に関し、より具体的には、フォトグラメトリーシステムにおいて、別個のターゲットをインデックスし、その位置を定めるために、有色光(colored light)の領域を使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトグラメトリー(photogrammetry)は、非接触式の形状計測方法であり、三次元物体の複数の二次元画像を複数の異なる角度から取得し、該二次元画像をトライアンギュレートし、物体の三次元表面モデルを作成するものである。作られたパーツの組立が必要なとき、パーツの正確な形状とサイズが要求される。これは、航空機、船舶及び／又は自動車の部品のように、精巧で、複雑で、大きくて、高価であり、組立前のパーツ形状に精度が決められている部品に対して特に当てはまる。フォトグラメトリーは、物体の表面変化を検査し、モデリングし、再生し、計測するのに有用である。フォトグラメトリーでの作業過程で検査されるパーツは、組立工程で、治具や取付具を殆んど必要としないため、製造費用を低減し、組立時間を短縮できる。
【０００３】
フォトグラメトリーに用いられる二次元画像は、三次元物体上に座標領域(co-ordinate areas)を表す一連のターゲットを含んでいる。各ターゲットは、三次元表面上に正確な位置を表し、複数の二次元画像の間で共通の位置を確認するために用いられることができる。ターゲットは、手操作又は投射により、三次元物体に加えられる。ターゲットを物体に加える方法として最も一般的に用いられている方法の１つは、白色光のドットを物体の表面に投射する(project)ことである。典型的には、三次元物体の輪郭を描いて、投射されたターゲットを記録するソフトウエアパッケージが用いられる。全ての画像の中の全てのターゲットは特定され、他の画像の中で同じ領域を表す他のターゲットと相互参照(cross-referenced)されなければならない。フォトグラメトリックプロセスでは、各ターゲットは、相互参照のために２以上の二次元画像の中に現れることが必要である。一旦、ターゲットが相互参照されると、ソフトウエアは、複数の画像の中で同一ターゲットの位置を揃えることにより、各画像の方向付けを行なう。このトライアンギュレーションという工程により、複数の二次元画像から、三次元物体をモデリングすることができる。
【０００４】
フォトグラメトリーの制約の１つは、物体の座標がターゲットの位置(locations)でしか決められないことである。できるだけ正確な表面輪郭を取得するために、物体の表面に高密度アレイのターゲットを投射することが望ましい。物体の表面が急勾配の輪郭を有する場合、表面の標高(elevation)の変化をキャプチャするのに、特に高密度アレイのターゲットを使用せねばならない。フォトグラメトリーに関する従来の方法での最も重大な問題の１つは、高密度アレイのターゲットにより、複数の二次元画像の中での個々のターゲットの確認が不明瞭になることである。ソフトウエアプログラムにとっては、ターゲットが高密度になるほど、複数の画像の中の特定のターゲットを識別することがより困難となる。このような場合、オペレータは、残りのターゲットを識別するための作業でソフトウエアを補助するために、各画像の中の「参照(reference)」ターゲットを手操作で特定せねばならない。これは時間のかかる作業であるし、また、ターゲットパターンがうまく特定されて、割り出されるまでに、複数回の試みを要することもある。それゆえ、フォトグラメトリックプロセスでのターゲットアレイの中で、特定のターゲットを識別するための方法及び装置の改良が要請されている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みて達成されたものである。
【発明の開示】
【０００６】
＜発明の要旨＞
本発明は、物体の形状を決定する改良された方法を提供するもので、ターゲットのパターンと、有色色の向きが異なる一連の領域を、物体の表面に投射し、投射された各々の画像をキャプチャし、固有のカラー数値識別子(color-numeric identifier)を各々の有色領域(colored region)に割り当てて、各々のカラー数値識別子を、物体の表面上に投射された各ターゲットと相互に関係づけることにより、物体の表面上の位置を正確に特定するものである。特定されたターゲットは、次にトライアンギュレートされ、物体の表面特性の正確なモデルが作成される。
【０００７】
本発明の目的は、三次元物体の形状を決定する(determine)方法を提供することであり、該方法は、第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出し、前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出し、検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を割り出すことを含んでいる。
【０００８】
本発明の他の目的は、三次元物体の形状を決定する方法を提供することであり、該方法は、広帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の広帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出し、前記広帯域と実質的に同じ向き(orientation)の狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明し、区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出し、検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定することを含んでいる。
【０００９】
本発明の他の目的は、三次元物体の形状を決定する方法を提供することであり、該方法は、各々が区分化された特性を有し、投射するための均一な外観(uniform appearance)を有する複数の帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出し、検出された投射から物体の形状を決定することを含んでいる。
【００１０】
本発明の他の目的は、三次元物体の形状を決定する装置を提供することであり、該装置は、第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出する検出手段と、前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する第２照明手段と、区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出する第２検出手段と、検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を含んでいる。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、三次元物体の形状を決定する装置を提供することであり、該装置は、広帯域の投射を行なうために、複数の区分化された特性をもつ広帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出する検出手段と、前記広帯域と実質的に同じ向きであって、少なくとも１つの帯域の幅(width)は前記広帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明する第２照明手段と、区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出する第２検出手段と、検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を含んでいる。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、三次元物体の形状を決定する装置を提供することであり、該装置は、各々が区分化された特性を有し、投射するための均一な外観を有する帯域を複数含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出する検出手段と、検出された投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を含んでいる。
本発明のこれらの目的及び他の目的については、以下の説明からより明らかになるであろう。
【００１３】
＜詳細な説明＞
図１及び図２は、本発明の一実施例に係るフォトグラメトリーシステム(10)を示している。システム(10)は、モデル化される表面(27)を有する三次元物体(26)と、照明源(20)と、カメラ(21a)(21b)(21c)(21d)等の一連の画像キャプチャ装置(image capture devices)とを含んでいる。物体(26)のサイズ及び形状は任意であり、例えば、ほぼ滑らかな表面(27)を有する大きな不規則形状の物体であってよい。
【００１４】
照明源(20)は、物体(26)の表面(27)に対し、適当な種類の電磁波(electromagnetic radiation)を投射することができる。照明源(20)は、１つ又は複数のプロジェクタを具えている。また、所望の波長を有する電磁波が投射される。一実施例において、照明源(20)は、可視スペクトルの電磁波を投射することのできるプロジェクタである。照射源(20)は、白色光及び／又は可視スペクトル内にある個々の領域(regions)の有色光を投射することができる。他の実施例において、照射源(20)は、例えば、近赤外線、中赤外線及び／又は遠赤外線等の赤外線を投射することができる。更なる他の実施例において、照明源は、色相、彩度及び／又は感じられる明度が異なる電磁波を投射することができる。ここで用いられる色相(hue)という語は、波長又は波長の混合によって規定される光の色を意味する。ある場合には、特定色相を有する光の単一波長はなく、波長の組合せが必要とされることがある。例えば、マゼンタヒュー(magenta hue)を有する単一波長の光はないので、等しい割合の赤色電磁波と青色電磁波から作られる。ここで用いられる「彩度(saturation)」という語は、白色光がある割合で混合された有色電磁波を意味する。完全な飽和色には、白色光の混合はない。例えば、ピンクは、赤と同じ色相を有すると考えられるが、白色色の混合割合が多いので、飽和度は低い。ここで用いられる「感じられる明度(perceived brightness)」は、照射された表面の単位面積当たりのパワー及び反射度の関数である。幾つかの実施例において、特性は異なるが同じ光束量を発する表面は、同じ明るさであると感じられる。
【００１５】
本発明において、照明源(20)は、物体(26)の表面(27)に対して一連の投射を行なう。なお、本発明は投射の順序を限定するものではなく、任意の投射が任意の順序で行われることは理解されるべきである。ここで用いられる「第１投射」「第２投射」「第３投射」「第４投射」「第５投射」という語は、単に説明の都合上用いられるものであって、本発明を限定するものと解すべきでない。一実施例おいて、各投射は物体(26)の同じ表面領域を占める。
【００１６】
複数の画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、各投射を検出する。図１及び図２に示される如く、画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、異なる複数の位置に配置されることができ、各装置は、照明源(20)から投射され、物体(26)の表面(27)から反射した電磁波を検出することができる。この実施例では、どの投射の場合も、２以上の画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、同じ投射について１以上の同一領域(identical area)を検出し、及び／又は記録する。画像キャプチャ装置(21)は、第１、第２、第３、第４及び第５の投射の間、固定された位置にある。この実施例では、画像キャプチャ装置(21)の数は特に定められることはなく、任意である。
【００１７】
本発明の他の実施例において、画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、物体(26)の表面から反射された電磁波を記録することができるコンピュータ・プログラム・デバイスに接続されることができる。図１及び図２では、画像キャプチャ装置は複数の構成であるが、単一の画像キャプチャ装置(21)でも構わない。この実施例において、単一の画像キャプチャ装置(21)は、第１、第２、第３、第４及び第５の投射の間、固定された位置にある。単一の画像キャプチャ装置(21)は、次に、別の位置に移され、次の第１、第２、第３、第４及び第５の投射の間、新たに固定された位置にある。このように、同じカメラから、複数の角度で順次キャプチャされる。他の実施例において、画像キャプチャ装置(21)は固定された位置にあり、物体(26)は、組立ラインでのように移動されることができる。画像キャプチャ装置(21)は、デジタルカメラ、アナログカメラ、ＣＣＤカメラ等を含むことができる。
【００１８】
図１に示されるように、照明源(20)は、物体(26)から距離Ｄ離れた位置に配置される。距離Ｄは、照明源(20)が物体(27)の表面に電磁波を投射することができ、画像キャプチャ装置(21)が物体(27)の表面から反射した電磁波を検出することができる任意の長さである。一実施例において、距離Ｄは、約３〜約３０フィートである。画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、任意の適当な位置に配置される。一実施例において、画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)の間隔は略均一にすることができる。画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)と物体(26)との間の距離は、例えば、約６インチ〜約５０フィートである。
【００１９】
画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)が、電磁波の現在の投射に関するデータを検出すると、画像キャプチャ装置(21)は、投射の記録を、情報を格納できるコンピュータプログラムに送信する。
【００２０】
画像キャプチャ装置(21)が、電磁波の第１、第２、第３、第４又は第５の投射の中の任意の投射を検出し、及び／又は、記録すると、プロジェクタ(20)は、現在の投射を中止して、次の投射を行なう。一実施例において、第１の投射を行なし、第１の投射を検出し、第１の投射を中止し、第２の投射を行ない、第２の投射を検出し、第２の投射を中止する等のプロセスは自動的に行なわれる。
【００２１】
物体(26)の表面(27)に投射された第１、第２、第３及び第４の投射は、有色光の複数の領域を含むことができる。一実施例において、有色光の領域は、区分化された波長を有する電磁波の略並行な帯域を含んでいる。区分化された波長の平行帯域は、図３の帯域(28)、図５の帯域(29)、図５の帯域(30)及び図６の帯域(31)として示される。図１７に示される他の実施例において、有色光の領域は、同心円の電磁波を含んでおり、各々が区分化された波長を含んでいる。この実施例では、区分化された波長の帯域は、屈曲した帯域(70)である。
【００２２】
この明細書で用いられる「区分化された特性(differentiated characteristic)」という語は、各々の単独帯域(individual band)が、該単独帯域に隣接する位置にあるどの帯域とも、波長、色相、彩度、感じられる明度又はＲＧＢ値が異なることを意味し、また、単独帯域に隣接する各々の単独帯域及び複数帯域の波長、色相、彩度、感じられる明度又はＲＧＢ値は、画像キャプチャ装置(21)により検出可能、識別可能であることを意味する。「区分化された波長(differentiated wavelength)」という語は、各々の単独帯域が、該単独帯域に隣接する位置にあるどの帯域とも、波長が異なることを意味し、また、単独帯域に隣接する各々の単独帯域及び複数帯域の波長は、画像キャプチャ装置(21)により検出可能、識別可能であることを意味する。
【００２３】
この明細書で用いられる「ＲＧＢ値」という語は、赤、緑及び青の電磁波の総合値を意味する。一実施例において、各々の単独帯域カラーは特定のＲＧＢ(赤、緑、青)値を有している。赤の電磁波、緑の電磁波及び青の電磁波は、可視スペクトルの中で任意のカラーを取得するために、様々な割合で合成される。赤、緑及び青の値は、最大強度(full intensity)の０〜１００パーセントの範囲をとることができる。各カラーは、１０進数で０〜２５５の範囲で表され、各カラーについて２５６の値がある。一実施例において、ＲＧＢの２進値は、図１４に示される表に基づいて決定される。黒、緑、赤、黄、青、シアン、マゼンタ及び白の各々は、赤電磁波、緑電磁波及び青電磁波のカラー合成(color composites)であり、個々のＲＧＢ成分の値は０〜２５５の範囲である。黒はＲＧＢ成分の中に存在せず、白は全てのＲＧＢ成分の中に等量存在する。赤は、赤値が２５５で、緑値及び青値は０である。同様に、青は、青値が２５５で、赤値及び緑値は０であり、緑は、緑値が２５５で、赤値及び青値は０である。シアンは、緑値２５５、青値２５５で、赤値が０である。マゼンタは、赤値２５５、青値２５５で、緑値が０である。他の実施例において、各々の単独ＲＧＢ値は、等価の１０進数、１６進数又は２進数で表されることができる。例えば、各々の単独ＲＧＢ値は、００００００００〜１１１１１１１１の範囲の１０進値を有することができる。この実施例において、赤電磁波は、赤値１１１１１１１１、青値００００００００、緑値００００００００である。各カラーは、赤電磁波、青電磁波及び緑電磁波に対してＲＧＢ値を有している。合計で１６，７７７，２１６のＲＧＢカラー値が可能である。
【００２４】
一実施例において、各々の単独帯域は、黒、緑、赤、黄、青、シアン、マゼンタ又は白を含むカラーの１種を有する電磁波を有している。他の実施例において、複数帯域は、単独帯域を含み、各々の単独帯域は、各々の隣接帯域が単独帯域よりも強度が大きく異なるようなカラーを有している。他の実施例において、複数の平行帯域は、黒、緑、赤、黄、青、シアン、マゼンタ及び白の順序で投射される。この順序により、また、強度が大きく異なる他の順序を用いることにより、カラーの各帯域の間に不透明ディバイダ(opaque devider)を用いなくても、隣接カラーの映り込み(bleed through)を最小にすることができる。他の実施例において、各々の単独帯域は、全ての単独帯域に亘って均一な外観を有している。ここで用いられる「均一な外観(uniform appearance)」は、各々の単独帯域が、帯域の全体に亘って均一な色相及び明度を有している。
【００２５】
図３に示されるように、第１の投射は、物体(26)の表面(27)に投射された電磁波(28)であって、区分化された波長をもち、複数の略平行な広帯域の電磁波(28)を含んでいる。一実施例において、複数の略平行な広帯域は、略垂直である。しかし、複数の略平行な広帯域(28)は、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されることができる。ここで用いられる「幅広垂直帯域(wide vertical bands)」という語は、略垂直な向きを有し、複数の区分化された波長をもつ電磁波の略平行な広帯域であって、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されるものを意味する。一実施例において、単独の幅広垂直帯域(28)の各々は、単一の異なるカラーを有し、帯域(28)の全体に亘って均一な外観を有している。物体(26)の表面(27)には、任意の数の幅広垂直帯域(28)が投射されることができる。一実施例では、約４〜約２７の幅広垂直帯域(28)が物体(26)の表面に投射される。特定の実施例では、８つの幅広垂直帯域(28)が物体(26)の表面に投射される。幅広垂直帯域の幅は、サイズ及び形状に応じて、変えられる。他の実施例において、幅広垂直帯域(28)の各々は、実質的に同じ幅である。
【００２６】
画像キャプチャ装置(21)が幅広垂直帯域(28)の投射を検出し、及び／又は、記録すると、その情報は、コンピュータプロセッサへ送られる。ここで用いられる「コンピュータプロセッサ」という語は、少なくとも１つの画像キャプチャ装置(21)からの情報を受信することができ、該情報を数的操作及び／又はフォーマットすることのできる任意のデバイスを意味する。図７に示されるように、幅広垂直帯域(28)の各々は、第１投射の幅広垂直帯域(28)の各々のＲＧＢ値又は波長に基づいて、カラー数値識別子が割り当てられる。図７に示されるように、８つの幅広垂直帯域が第２の投射で投射されるとき、８つの帯域の各々に対するカラー数値識別子は、夫々、０，８，１６，２４，３２，４０，４８及び５６である。しかしながら、非繰返し(non-repeating)のカラー数値が幅広垂直帯域(28)の各々に割り当てられることができる。一実施例において、この情報は、コンピュータプロセッサに含まれるファイルに格納されることができる。
【００２７】
図４に示されるように、第２の投射は、物体(26)の表面(27)に投射された電磁波(29)であって、区分化された波長をもち、複数の略平行な狭帯域の電磁波(29)を含んでいる。一実施例において、狭帯域(29)は、第１の投射の広帯域(28)と略同じ向きを有している。他の実施例において、複数の略平行な狭帯域は、略垂直である。しかし、複数の略平行な狭帯域(28)は、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されることができる。ここで用いられる「幅狭垂直帯域(thin vertical bands)」という語は、略垂直な向きを有し、複数の区分化された波長をもつ電磁波の略平行な狭帯域であって、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されるものを意味する。
【００２８】
少なくとも１以上の幅狭垂直帯域(29)の幅が、第１の投射の少なくとも１以上の幅広垂直帯域(28)の幅よりも小さい場合、物体(26)の表面には、任意の数の幅狭垂直帯域(29)が投射されることができる。他の実施例において、幅狭垂直帯域(29)の各々は、実質的に同じ幅である。約１６〜約７２９の幅狭垂直帯域(29)が物体(26)の表面に投射される。他の実施例では、幅狭垂直帯域(29)は、先に幅広垂直帯域(28)で照明された物体(26)の領域を再分割(subdivide)する。特定の実施例において、６４の幅狭広垂直帯域(29)は、物体(26)の表面(27)に投射され、先に８つの幅広垂直帯域(28)で照明された物体(26)の領域を再分割する。他の実施例において、第２の投射の８つの幅狭垂直帯域(29)は、第１の投射の１つの幅広垂直帯域(28)と同じ表面領域を占める。さらに他の実施例において、第２の投射の６４の幅狭垂直帯域(29)は、好適には、第１の投射の８つの幅広垂直帯域(28)によって占められた表面領域を等しく再分割する。
【００２９】
画像キャプチャ装置(21)が幅狭垂直帯域(29)の投射を検出し、及び／又は、記録すると、その情報は、コンピュータプロセッサへ送られる。図８に示されるように、幅狭垂直帯域(29)の各々は、第２投射での幅狭垂直帯域(29)の各々のＲＧＢ値又は波長に基づいて、カラー数値識別子が割り当てられる。このカラー数値は、第２の投射の幅狭垂直帯域(29)の各々に割り当てられることができる。一実施例において、第２の投射で、６４の幅狭垂直帯域(29)が投射されるとき、６４の帯域の各々に対するカラー数値識別子は、夫々、０，１，２，３，４，５，６，７，０，１，２などの繰返しパターンである。しかしながら、第１の投射での単一の幅広垂直帯域が占める領域を再分割する幅狭垂直帯域(29)に対するカラー数値が非繰り返しである場合、任意の繰返しカラー数値が、幅狭垂直帯域(29)の各々に割り当てられることがことができる。一実施例において、その情報は、コンピュータプロセッサに含まれるファイルに格納されることができる。
【００３０】
図１１に示されるように、幅広垂直帯域(28)と幅狭垂直帯域(29)の両帯域について格納されたカラー数値識別子は、垂直方向の最終領域の値(final region value)(40)を生成する機能によって合成されることができる。垂直方向の最終領域の値(40)は、幅広垂直帯域(28)に割り当てられたカラー数値と幅狭垂直帯域(29)に割り当てられたカラー数値の関数であり、前記帯域は、夫々、第１の投射と第２の投射において同じ表面領域を占める。一実施例において、物体(26)の表面(27)上の任意の特定位置に対する最終領域の値(40)は、第１及び第２の投射の領域に割り当てられたカラー数値の関数であり、もし両方の投射が同時に行われるときはオーバーラップするであろう。幅広垂直帯域(28)と幅狭垂直帯域(29)のどの組合せに対しても、２つの垂直方向の最終領域の値(40)は同一ではない。一実施例において、図１１に示されるように、６４の固有水平位置を特定する６４の垂直方向の最終領域の値(40)は、８つの幅広垂直帯域(28)に割り当てられたカラー数値と６４の幅狭垂直帯域(29)に割り当てられたカラー数値についての関数を実行することによって特定されることができる。一実施例において、幅広垂直帯域(28)のカラー数値と幅狭垂直帯域(29)のカラー数値を加えることにより、垂直方向の最終領域の値(40)を生成することができる。図１１に示されるように、左から右へカラー数値に沿って進み、図１１ａに示される幅広垂直帯域値で開始し、図１１ｂに示される幅狭垂直帯域のカラー数値を加えると、次のとおり、垂直方向の最終領域の値(40)が得られる：
０＋０＝０，０＋１＝１，０＋２＝２，０＋３＝３，０＋４＝４，０＋５＝５，０＋６＝６，０＋７＝７，８＋０＝８，８＋１＝９，８＋２＝１０，８＋３＝１１，８＋４＝１２，８＋５＝１３，８＋６＝１４，８＋７＝１５，１６＋０＝１６など、図１１ｃに示される。
幅広垂直帯域(28)のカラー数値と幅狭垂直帯域(29)のカラー数値の関数の結果として垂直方向の最終領域値(40)を作成する利点は、両帯域に存在する任意の水平方向位置が数的に特定されることである。数値識別子により、オペレータは、投射における位置を手操作で決定する必要性はなくなる。一実施例において、固有の垂直方向の最終領域値(40)の各々は、コンピュータプログラムの中に格納されることができる。
【００３１】
図５及び図６を参照すると、図３及び図４に示された幅広垂直帯域(28)及び幅狭垂直帯域(29)と略直交する幅広水平帯域(30)と幅狭水平帯域(31)について、前述と同じプロセスが示されている。それゆえ、幅広水平帯域(30)を有する第３の投射を行ない、第３の投射を検出し、幅広水平帯域(30)の各々について、図９に示されようにカラー数値を割り当てて、随意的にカラー数値を格納する追加のステップについては、ここでの詳しい説明は省略する。しかしながら、これらの追加ステップは、前記と同じ手順で行われものと理解され、投射された画像全体が、第１の投射の幅広垂直帯域(28)に関して約９０o回転されることは理解されるであろう。同様に、幅狭水平帯域(31)を有する第４の投射を行ない、第４の投射を検出し、幅狭水平帯域(31)の各々について、図１０に示されようにカラー数値を割り当てて、随意的にカラー数値を格納する追加のステップについても、ここでの詳しい説明は省略する。しかしながら、これらの追加ステップは、前記と同じ手順で行われものと理解され、幅狭水平帯域(31)は、幅広水平帯域(30)と略同じ向きであることは理解されるであろう。
【００３２】
図１２に示されるように、幅広水平帯域(30)と幅狭垂直帯域(31)の両帯域について格納されたカラー数値識別子は、水平方向の最終領域の値(41)を生成する機能によって合成されることができる。水平方向の最終領域の値(41)は、幅広水平帯域(30)に割り当てられたカラー数値と幅狭水平帯域(31)に割り当てられたカラー数値の関数であり、前記帯域は、夫々、第３の投射と第４の投射において同じ表面領域を占める。一実施例において、物体(26)の表面(27)上の任意の特定位置に対する最終領域の値(41)は、第３及び第４の投射の領域に割り当てられたカラー数値の関数であり、もし両方の投射が同時に行われるときはオーバーラップするであろう。幅広水平帯域(30)と幅狭水平帯域(31)のどの組合せに対しても、２つの水平方向の最終領域の値(41)は同一ではない。一実施例において、図１２に示されるように、６４の固有垂直位置を特定する６４の水平方向の最終領域値(31)は、８つの幅広水平帯域(30)に割り当てられたカラー数値と６４の幅狭水平帯域(30)に割り当てられたカラー数値についての関数を実行することによって特定されることができる。一実施例において、幅広水平帯域(30)のカラー数値と幅狭水平帯域(31)のカラー数値を加えることにより、水平方向の最終領域値(41)を生成することができる。図１２に示されるように、上から下へカラー数値に沿って進み、図１２ａに示される幅広水平帯域値で開始し、図１２ｂに示される幅狭水平帯域のカラー数値を加えると、次のとおり、垂直方向の最終領域値(41)が得られる：
０＋０＝０，０＋１＝１，０＋２＝２，０＋３＝３，０＋４＝４，０＋５＝５，０＋６＝６，０＋７＝７，８＋０＝８，８＋１＝９，８＋２＝１０，８＋３＝１１，８＋４＝１２，８＋５＝１３，８＋６＝１４，８＋７＝１５，１６＋０＝１６など、図１２ｃに示される。
幅広水平帯域(30)と幅狭水平帯域(31)の関数の結果として水平方向の最終領域値(41)を作成する利点は、合成された投射における任意の垂直方向位置が数的に特定されることである。数値識別子により、オペレータは、投射における位置を手操作で決定する必要性は不要になる。一実施例において、固有の水平方向の最終領域値(41)の各々は、コンピュータプログラムの中に格納されることができる。
【００３３】
垂直方向の最終領域の値(40)と水平方向の最終領域の値(41)を決定するステップは、連続的に又は同時に行なうことができる。一実施例では、図１３に示されるように、垂直方向の最終領域値(40)と水平方向の最終領域値(41)が合成されて、全体の最終領域の値(overall final region value)(50)が作成される。全体の最終領域値(50)は、ｘ軸を表す垂直方向の最終領域値(40)と、ｙ軸を表す水平方向の最終領域値(41)の関数である。一実施例において、全体の最終領域の値(50)は、水平方向の最終領域値(41)の数と垂直方向の最終領域値(40)の数の積に等しい。一実施例において、垂直方向の最終領域値(40)は６４で、水平方向の最終領域値(41)は６４である場合、４０９６の全体の最終領域値(50)が特定される(identified)。これらの全体の最終領域値(50)は、各々が、固有インデックスを特定することができ、物体(26)の表面(27)に特定の(ｘ,ｙ)位置を含むことができる。一実施例において、全体の最終領域値(50)は、各々が数値表示によって特定される。他の実施例において、この情報は、コンピュータプログラムの中に格納される。さらに他の実施例において、全体の最終領域の値(50)は、物体(26)の表面(27)の領域の正確な位置を必要とするトライアンギュレーション法で用いられることができる。画像キャプチャ装置(21)によって得られる複数の画像は、固有の全体の最終領域値(50)を参照することによりトライアンギュレートされることができる。
【００３４】
図１、図２及び図１５に示されるように、第５の投射は、物体(26)の表面(27)に投射される電磁波のパターンを含んでいる。パターンの投射は、ドット、四角、菱形、×形状のマーク又はチェックの如きターゲット(32)の均一(一様)な任意の繰返しパターンを含むことができる。一実施例において、パターンの投射は、白色の可視光を含んでいる。他の実施例において、パターンの投射は、単一カラーの可視光を含んでおり、全てのターゲット(32)は、投射の全体を通じて、略同じ均一な外観を有している。図２は、単一のターゲット(32)の物体(26)表面への投射を示している。図１及び図１５は、複数のターゲット(32)の投射が均一に分配され、電磁波のパターンが形成されることを示している。
【００３５】
投射されたターゲット(32)の密度は、物体(26)の表面形状の変化に依存する。急勾配を有する物体(26)の表面(27)は、一般的には、より高密度アレイのターゲット(32)を必要とし、緩勾配を有する表面領域よりも高精度で表面形状を決定することができる。投射されるターゲット(32)の密度は、典型的には、物体の表面積当たりのターゲットが約２０００〜約８０００である。物体(26)の表面積は、１平方インチよりも小さいものから数平方フィートまである。一実施例において、６４の幅狭垂直帯域(27)と６４の幅狭水平帯域(28)の場合、約４０９６のターゲットが物体の表面に投射される。画像キャプチャ装置(21)が、電磁波の均一パターンを検出し、及び／又は、記録すると、プロジェクタ(20)は第５の投射を中止する。
【００３６】
最終位置の値が決定されると、これらの値は、第５の投射で投射された電磁波の均一なパターンから得られた情報データと関係つけられ、相関関係をもつ領域値(60)が作られる。一実施例において、ターゲット(32)、幅広垂直帯域(28)、幅狭垂直帯域(29)、幅広水平帯域(30)及び幅狭水平帯域(31)の数については、各ターゲット(32)が全体の最終領域の値(50)の１つと正確に対応するように選択される。図１６に示されるように、電磁波のパターンに投射された各ターゲット(32)は、全体の最終領域の値(50)と完全に一致し、相関関係をもつ領域値(60)が作られる。このように、単独(individual)ターゲット(32)の各々は、固有の全体の最終領域値(50)と関係づけられる。一実施例において、各々の単独ターゲット(32)は、全体の最終領域値(50)とターゲット(32)が共有する特定の表面領域と一致する数値が割り当てられる。他の実施例において、ターゲット(32)の中心を見つけるのに、マスアルゴリズム(mass algorithm)の中心が用いられる。カラー数値識別子は、数値アレイの中へ入力され、ターゲットの規定された中心と調和するように処理され、次に、最終領域値(50)と関係づけられ、相関関係をもつ領域値(60)が作られる。画像キャプチャ装置(21)が取得した数多くの画像は、識別されたターゲットを必要とする任意のトライアンギュレーション法を用いて、トライアンギュレートされ、三次元画像が作られる。
【００３７】
ここに記載した方法及び装置は、構成要素の組立及び形状検査をより容易に行なうことができる。システム(10)及び上記プロセスが有利であると考えられる物体(26)として、航空機部品、船舶部品、車部品、半導体又は集積回路基板等が挙げられる。航空機部品として、例えば、機体、翼、外板(skin panels)、エアクラフトガラスの他、航空機の組立に用いられる機械加工部品等が挙げられる。航空機(aircraft)という語は、飛行機(planes)、ジェット機、無人飛行機、ヘリコプター、小型飛行船、風船、ミサイル、その他少なくとも一部でも飛行可能な装置を含んでいる。船舶部品として、例えば、船体、甲板、隔壁、２番底、側板、船首及び船尾構造体の他、船舶の組立に用いられる機械加工部品等が挙げられる。船舶(watercraft)という語は、船、ボート、遊覧船、潜水艦、その他水媒体の中を浮遊又は移動可能な装置を含んでいる。車部品として、ボンネット、フェンダー、車体パネル、ドアパネル、トラック荷台、天板、トランクパネル、自動車フレーム、床板、自動車ガラス、自動車シートの他、乗り物の組立に用いられる機械加工部品等が挙げられる。車という語は、自動車、トラック、スポーツ汎用車、オートバイ、電動車椅子、装甲車、タンクローリー等を含んでいる。
【００３８】
本発明の望ましい実施例は例示として記載したものであり、当該分野の専門家であれば、発明の詳細については、特許請求の範囲に規定された発明から逸脱することなく種々の変形をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】フォトグラメトリーによる本発明の一実施例に係る三次元画像システムであって、異なる複数の位置にある電磁波のターゲットを物体表面に投射するための照明源と、様々な角度から複数のターゲットを検出するための複数の画像キャプチャ装置を用いたシステムの模式説明図である。
【図２】フォトグラメトリーによる本発明の一実施例に係る三次元画像システムであって、電磁波の単一ターゲットを物体の表面に投射するための照明源と、様々な角度から単一ターゲットを検出するための複数の画像キャプチャ装置を用いたシステムの模式説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅広垂直帯域の模式説明図である。
【図４】本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅狭垂直帯域の模式説明図である。
【図５】本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅広水平帯域の模式説明図である。
【図６】本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅狭垂直帯域の模式説明図である。
【図７】本発明の一実施例に係るもので、幅広垂直帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。
【図８】本発明の一実施例に係るもので、幅狭垂直帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。
【図９】本発明の一実施例に係るもので、幅広水平帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るもので、幅狭水平帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。
【図１１】本発明の一実施例に係るもので、垂直帯域の合成を説明する模式図である。
【図１２】本発明の一実施例に係るもので、水平帯域の合成を説明する模式図である。
【図１３】水平方向の最終領域値と垂直方向の最終領域値の合成関数として作られた全体の最終領域の値の説明図である。
【図１４】本発明の一実施例に係るＲＧＢカラー値を示すチャートである。
【図１５】物体の表面に投射された白色色のドットパターンの模式説明図である。
【図１６】本発明の一実施例に係るもので、個々に相関関係をもつ領域値を有する有色ターゲットの模式説明図である。
【図１７】本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の同心円帯域の模式説明図である。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
COLOR CODED LIGHT FOR AUTOMATED SHAPE MEASUREMENT USING PHOTOGRAMMETRY
FIELD OF THE INVENTION
[0001]         This invention relates to a method and apparatus for three-dimensional surface measurement, and more particularly to a method of using regions of colored light to index and locate discrete targets in photogrammetry systems.
BACKGROUND INFORMATION
[0002]         Photogrammetry is a non-contact method of shape measurement that involves taking multiple two-dimensional images of a three-dimensional object from a plurality of different angles, and triangulating the two-dimensional images to produce a three-dimensional surface model of the object.  When manufactured parts require assembly, the precise shape and size of the parts is required.  This is especially true of delicate, complex, large and expensive aircraft, watercraft and/or automotive components where the accuracy of part shape is determined prior to attempted assembly.  Photogrammetry is useful for testing, modeling, reproducing and measuring surface variations of an object.  Parts that are tested with photogrammetric processes often require fewer jigs and other fixtures during assembly, thereby reducing production costs and assembly time.
[0003]        Two-dimensional images used in photogrammetry contain a series of targets that represent co-ordinate areas on a three-dimensional object.  Each target represents a precise location on a three-dimensional surface and can be used to identify common locations among multiple two-dimensional images.  Targets are either manually applied or projected onto the three-dimensional object.  One of the most commonly used methods of applying targets to an object is to project dots of white light onto the surface of an object.  Typically, a software package is used that will outline the three-dimensional object and record the projected targets.  Every target in every image must be identified and cross-referenced with other targets representing the same area in other images.  Photogrammetric processes require that each target appear in at least two two-dimensional images for cross-referencing purposes.  Once the targets are cross-referenced, the software orients each image by aligning identical targets in multiple images.  This process of triangulation allows a plurality of two-dimensional images to model a three-dimensional object.
[0004]        One of the constraints of photogrammetry is that the coordinates of an object are determined only at the target locations.  To obtain as accurate a surface contour as possible, it is desirable to project a dense array of targets onto the surface of the object.  When an object surface has steep contours, a particularly dense array of targets must be used to capture the change in surface elevation.  One of the significant problems associated with traditional methods of photogrammetry is that a crowded array of targets can lead to ambiguity in the identification of the individual targets within the plurality of two-dimensional images.  The denser the target arrangement becomes, the more difficult it is for a software program to identify a particular target in a plurality of images.  In these circumstances, an operator must manually identify "reference" targets in each of the images to assist the software in identifying the remaining targets.  This is a time consuming process, and often requires multiple attempts before the target pattern is successfully identified and indexed.  Accordingly, a need remains for an improved method and apparatus for identifying specific targets within a target array for photogrammetric processes.
[0005]        The present invention has been developed in view of the foregoing.
SUMMARY OF THE INVENTION
[0006]        The present invention provides an improved method of determining the shape of an object by projecting a pattern of targets and a sequence of differently oriented regions of colored light onto the surface of an object, capturing an image of each projection and assigning a unique color-numeric identifier to each colored region and correlating each color-numeric identifier with each target projected onto the surface of an object to precisely identify locations on the surface of the object.  The identified targets are then triangulated to produce an accurate model of the surface characteristics of the object.
[0007]        An aspect of the present invention is to provide a method for determining the shape of a three-dimensional object comprising: illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of first bands of differentiated characteristics to form a first bands projection; detecting the first bands projection including the first bands of differentiated characteristics; illuminating at least a portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of second bands of differentiated characteristics to form a second bands projection, the second bands having a different orientation than the first bands; detecting the second bands projection including the second bands of differentiated characteristics; and determining the shape of the object from the detected first bands projection and the detected second bands projection.
[0008]        Another aspect of the present invention is to provide a method for determining the shape of a three-dimensional object comprising: illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of wide bands of differentiated characteristics to form a wide bands projection; detecting the wide bands projection including the wide bands of differentiated characteristics; illuminating the same portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of thin bands of differentiated characteristics to form a thin bands projection, wherein the thin bands have an orientation that is substantially the same as the orientation of the wide bands, and at least one of the thin bands has a width that is less than the width of at least one of the wide bands; detecting the thin bands projection including the thin bands of differentiated characteristics; and determining the shape of the object from the detected wide bands projection and the detected thin bands projection.
[0009]        Another aspect of the present invention is to provide a method for determining the shape of a three-dimensional object comprising: illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of bands of differentiated characteristics, wherein each band has a substantially uniform appearance to form a projection; detecting the projection including the bands of differentiated characteristics; and determining the shape of the object from the detected projection.
[0010]        Another aspect of the present invention is to provide an apparatus for determining the shape of a three-dimensional object comprising: illuminating means for illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of first bands of differentiated characteristics to form a first bands projection; detecting means for detecting the first bands projection including the first bands of differentiated characteristics; second illuminating means for illuminating at least a portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of second bands of differentiated characteristics to form a second bands projection, the second bands having a different orientation than the first bands; second detecting means for detecting the second bands projection including the second bands of differentiated characteristics; and shape determining means for determining the shape of the object from the detected first bands projection and the detected second bands projection.
[0011]        Yet another aspect of the present invention is to provide an apparatus for determining the shape of a three-dimensional object comprising: illuminating means for illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of wide bands of differentiated characteristics to form a wide bands projection; detecting means for detecting the wide bands projection including the wide bands of differentiated characteristics; second illuminating means for illuminating the same portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of thin bands of differentiated characteristics to form a thin bands projection, wherein the thin bands have an orientation that is substantially the same as the orientation of the wide bands, and at least one of the thin bands has a width that is less than the width of at least one of the wide bands; second detecting means for detecting the thin bands projection including the thin bands of differentiated characteristics; and shape determining means for determining the shape of the object from the detected wide bands projection and the detected thin bands projection.
[0012]        Yet another aspect of the present invention is to provide an apparatus for determining the shape of a three-dimensional object comprising: illuminating means for illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of bands of differentiated characteristics, wherein each band has a substantially uniform appearance to form a projection; detecting means detecting the projection including the bands of differentiated characteristics; and shape determining means for determining the shape of the object from the projection.
[0013]        These and other aspects of the present invention will be more apparent from the following description.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0014]         Fig. 1 is a schematic illustration of a photogrammetric three-dimensional imaging system utilizing a source of illumination to project a plurality of discrete targets of electromagnetic radiation onto the surface of an object and a plurality of image capture devices to detect the plurality of targets from various angles in accordance with an embodiment of the present invention.
[0015]         Fig. 2 is a schematic illustration of a photogrammetric three-dimensional imaging system utilizing a source of illumination to project a single target of electromagnetic radiation onto the surface of an object and a plurality of image capture devices to detect the single target from various angles in accordance with an embodiment of the present invention.
[0016]        Fig. 3 is a schematic illustration of a plurality of wide vertical bands projected onto the surface on an object in accordance with an embodiment of the present invention.
[0017]        Fig. 4 is a schematic illustration of a plurality of thin vertical bands projected onto the surface of an object in accordance with an embodiment of the present invention.
[0018]        Fig. 5 is a schematic illustration of a plurality of wide horizontal bands projected onto the surface of an object in accordance with an embodiment of the present invention.
[0019]        Fig. 6 is a schematic illustration of a plurality of thin horizontal bands projected onto the surface of an object in accordance with an embodiment of the present invention.
[0020]        Fig. 7 is schematic illustration of a color-numeric identifier value chart for wide vertical bands in accordance with an embodiment of the present invention.
[0021]        Fig. 8 is a schematic illustration of a color-numeric identifier value chart for thin vertical bands in accordance with an embodiment of the present invention.
[0022]        Fig. 9 is schematic illustration of a color-numeric identifier value chart for wide horizontal bands in accordance with an embodiment of the present invention.
[0023]        Fig. 10 is a schematic illustration of a color-numeric value identifier chart for thin horizontal bands in accordance with an embodiment of the present invention.
[0024]        Fig. 11 is a schematic illustration of the vertical composite in accordance with an embodiment of the present invention.
[0025]        Fig. 12 is a schematic illustration of the horizontal composite in accordance with an embodiment of the present invention.
[0026]        Fig. 13 is a schematic illustration of the overall final region values produced as a composite function of horizontal final region values and the vertical final region values.
[0027] 
Fig. 14 is a chart showing the RGB color values in accordance with an embodiment of the present invention.
[0028]        Fig. 15 is a schematic illustration of a white light dot pattern projected onto the surface of an object.
[0029]        Fig. 16 is a schematic illustration of the colored targets having individual correlated region values in accordance with an embodiment of the present invention.
[0030]        Fig. 17 is a schematic illustration of a plurality of concentric circle bands projected into the surface of an object in accordance with an embodiment of the present invention.
DETAILED DESCRIPTION
[0031]         Figs. 1 and 2 schematically illustrate a photogrammetry system 10, in accordance with an embodiment of the present invention.  The system 10 includes a three-dimensional object 26 having a surface 27 to be modeled or determined, a source of illumination 20 and a series of image capture devices, e.g., cameras, 21a, 21b, 21c and 21d.  The object 26 may be of any size and shape, including large irregular objects having a generally smooth surface 27.
[0032]        The source of illumination 20 is capable of projecting any suitable type of electromagnetic radiation onto a surface 27 of the object 26.  The source of illumination 20 can comprise a single projector or a plurality of projectors.  Any desired wavelength(s) of electromagnetic radiation may be projected.  In one embodiment, the source of illumination 20 is a projector capable of projecting electromagnetic radiation in the visible spectrum.  The source of illumination 20 may project white light and/or individual regions of colored light within the visible spectrum.  In another embodiment, the source of illumination 20 projects infrared radiation, such as near-infrared, mid-infrared and/or far-infrared radiation.  In another embodiment, the source of illumination 20 is a projector capable of projecting electromagnetic radiation in the ultraviolet spectrum.  In yet another embodiment, the source of illumination is capable of projecting electromagnetic radiation having varying hue, saturation and/or perceived brightness.  As used herein the term "hue" means the color of light defined by wavelength or mixture of wavelengths.  In some instances, there is no single wavelength of light that has a particular hue, rather a combination of wavelengths is required.  For example, there is no single wavelength of light that has a magenta hue, rather it is produced from equal parts red electromagnetic radiation and blue electromagnetic radiation.  As used herein the term "saturation" means colored electromagnetic radiation having a percentage mixture of white light.  A fully saturated color has no mixture of white light.  For example, pink may be thought of as having the same hue as red but being less saturated due to a higher mixture of white light. As used herein the term "perceived brightness" is a function of power per unit area on the illuminated surface and degree of reflectivity.  In some embodiments surfaces with differing characteristics, but emitting the same number of lumens, will be perceived to be equally bright.
[0033]        In accordance with the present invention, the source of illumination 20 projects a series of projections onto the surface 27 of the object 26.  It is herein understood that the order of the projections is not limiting of the invention, and that any projection may be projected in any order.  As used herein the terms "first projection", "second projection", "third projection", "fourth projection" and "fifth projection" are used only for convenience of explanation and are not to be construed as limiting the present invention.  In one embodiment, each projection occupies the same surface area of the object 26.
[0034]        A plurality of image capture devices 21a-d detect each projection.  As shown in Figs. 1 and 2, the image capture devices 21a-d may be located at a plurality of discrete locations, each capable of detecting electromagnetic radiation projected from the source of illumination 20 and reflected from the surface 27 of the object 26.  In this embodiment, for any given projection, at least two of the image capture devices 21a-d detect and/or record at least one identical area of the same projection.  Each image capture device 21 remains stationary throughout the first, second, third, fourth and fifth projections.  Any number of image capture devices 21 can be used in this embodiment.
[0035]        In another embodiment of the present invention, image capture devices 21a-d can be coupled to a computer program device that is capable of recording the electromagnetic radiation reflected from the surface of object 26.  In addition to the multiple image capture device arrangement shown in Figs 1 and 2, a single image capture device 21 may alternatively be used.  In this embodiment, the single image capture device 21 remains in a fixed location throughout each of the first, second, third, fourth and fifth projections.  The single image capture device 21 is then moved to another location and remains in the new fixed location throughout the duration of a second set of first, second, third, fourth and fifth projections.  Thus, multiple angles may be captured sequentially from the same camera.  In another embodiment, the image capture devices 21 can remain in a fixed location and the object 26 can be moved, such as in an assembly line.  Image capture device(s) 21 can comprise digital cameras, analog cameras, CCD cameras or the like.
[0036]        As shown in Fig. 1, source of illumination 20 is positioned at a distance D from the object 26.  Distance D may be any length suitable to allow the source of illumination 20 to project electromagnetic radiation onto a surface of object 27 and to allow the image capture devices 21 to detect the electromagnetic radiation reflected from the surface of object 27.  In one embodiment, distance D is from about 3 to about 30 feet.  The image capture devices 21a-d may be positioned at any suitable locations.  In one embodiment, the spacing between the image capture devices 21a-d may be substantially uniform.  A typical distance range between the image capture devices 21a-d and the object 26 may range from about 6 inches to about 50 feet.
[0037]        Once the image capture devices 21a-d detect data correlating to the current projection of electromagnetic radiation, the image capture devices 21 may transmit a record of the projection to a computer program capable of storing the information.
[0038]        Once the image capture devices 21 detect and/or record any of the first, second, third, fourth or fifth projections of electromagnetic radiation, the projector 20 ceases projecting the current projection then projects the next successive projection.  In one embodiment, the process of projecting the first projection, detecting the first projection, ceasing to project the first projection, projecting the second projection, detecting the second projection, ceasing to project the second projection, etc. is automated.
[0039]        The first, second, third and fourth projections projected onto the surface 27 of the object 26 may comprise a plurality of regions of colored light.  In one embodiment, the regions of colored light comprise generally parallel bands of electromagnetic radiation having differentiated wavelength.  Parallel bands of differentiated wavelength are shown in Fig. 3 as bands 28, in Fig. 4 as bands 29, in Fig. 5 as bands 30 and in Fig. 6 as bands 31.  In another embodiment, as shown in Fig. 17, the regions of colored light comprise concentric circles of electromagnetic radiation each having differentiated wavelength.  In this embodiment, the bands of differentiated wavelength may be curved bands 70.
[0040]        As used herein, the term "differentiated characteristic" means that each individual band has a wavelength, hue, saturation, perceived brightness or RGB value that is different from any band located immediately adjacent the individual band, and that the wavelength, hue, saturation, perceived brightness or RGB value of each individual band and the bands immediately adjacent the individual band are detectable by the image capture devices 21 as being distinct.  The term "differentiated wavelength" means that each individual band has a wavelength that is different from any band located immediately adjacent the individual band, and that the wavelength of each individual band and the bands immediately adjacent the individual band are detectable by the image capture devices 21 as being distinct.
[0041]        As used herein, the term "RGB value" means a composite value of red, green and blue electromagnetic radiation.  In one embodiment, each individual band color has a specific RGB (red, green, blue) value.  Red electromagnetic radiation, green electromagnetic radiation and blue electromagnetic radiation can be combined in various proportions to obtain any color in the visible spectrum.  Each red, green and blue value can range from 0 to 100 percent of full intensity.  Each color is represented by the range of decimal numbers from 0 to 255, producing 256 values for each color.  In one embodiment, the RGB binary value is determined according to the table shown in Fig. 14.  Each of the different colors: black, green, red, yellow, blue, cyan, magenta and white are color composites of red electromagnetic radiation, green electromagnetic radiation and blue electromagnetic radiation wherein the individual RGB components have values from 0 to 255.  Accordingly, black is the absence of all RGB components, and white is the presence of equal amounts of all RGB components.  Red has a red value of 255 with a green and blue value of 0.  Likewise, blue has a blue value of 255 with a red and green value of 0, so too green has a green value of 255 with a red and blue value of 0.  Yellow has a red value of 255 and a green value of 255 with a blue value of 0.  Cyan has a green value of 255 and a blue value of 255 with a red value of 0.  Finally, magenta has a red value of 255 and a blue value of 255 with a green value of 0.  In another embodiment, each individual RGB value can be represented by the equivalent decimal, hexadecimal or binary number.  For example, each individual RGB value may have a decimal value from 00000000 to 11111111.  In this embodiment, red electromagnetic radiation would have a red value of 11111111, a blue value of 00000000 and a green value of 00000000.  Each color will have an RGB value for red electromagnetic radiation, for blue electromagnetic radiation and for green electromagnetic radiation.  A total of 16,777,216 possible RGB color values are possible.
[0042]        In one embodiment each individual band comprises electromagnetic radiation having one of the following colors: black, green, red, yellow, blue, cyan, magenta or white.  In another embodiment, the plurality of bands comprises individual bands, each having a color such that each adjacent band has a color having a large difference in intensity compared to the individual band.  In another embodiment, the plurality of parallel bands are projected in the order: black, green, red, yellow, blue, cyan, magenta and white.  This ordering, and other color orderings having a large difference in intensity, minimizes the bleed through of adjacent colors without necessitating the use of an opaque divider positioned between each band of color.  In another embodiment, each individual band has a uniform appearance throughout the individual band.  As used herein the term "uniform appearance" means that each individual band has a uniform hue and brightness throughout the band.
[0043]        As shown in Fig. 3, a first projection can comprise a plurality of generally parallel wide bands of electromagnetic radiation 28 of differentiated wavelength projected onto a surface 27 of object 26.  In one embodiment, the plurality of generally parallel wide bands are substantially vertical, however, the plurality of generally parallel wide bands 28 can be positioned at any an angle less than 90  from vertical.  As used herein, the term "wide vertical bands" means a plurality of generally parallel wide bands of electromagnetic radiation of differentiated wavelength having a generally vertical direction, positioned at any angle less than 90  from vertical.  In one embodiment, each individual wide vertical band 28 comprises a single different color and has uniform appearance throughout the band 28.  Any number of wide vertical bands 28 can be projected onto a surface 27 of object 26.  In one embodiment, from about 4 to about 27 wide vertical bands 28 may be projected onto the surface of object 26.  In a particular embodiment, eight wide vertical bands 28 are projected onto the surface of object 26.  The width of the wide vertical bands can vary according to the size and contours.  In another embodiment, the width of each of the wide vertical bands 28 is substantially the same. 
[0044]        Once image capture devices 21 detect and/or record the projection of wide vertical bands 28, the information may be sent to a computer processor.  As used herein, the term "computer processor" includes any device capable of receiving information from at least one image capture device 21 and numerically manipulating and/or formatting the information.  As shown in Fig. 7, each of the wide vertical bands 28 can be assigned a color-numeric identifier based on the RGB value or wavelength of each of the wide vertical bands 28 in the first projection.  As shown in Fig. 7, when eight wide vertical bands 28 are projected in the second projection, the color-numeric identifiers for each of the eight bands can be 0, 8, 16, 24, 32, 40, 48 and 56 respectively.  However, it is herein contemplated that any non-repeating color-numeric values can be assigned to each of the wide vertical bands 28.  In one embodiment, this information can be stored in a file contained on the computer processor. 
[0045]        As shown in Fig. 4, a second projection can comprise a plurality of generally parallel thin bands of electromagnetic radiation 29 of differentiated wavelength projected onto a surface 27 of object 26.  In one embodiment, the thin bands 29 have about the same orientation as the wide bands 28 of the first projection.  In another embodiment, the plurality of generally parallel thin bands are substantially vertical, however, the plurality of generally parallel thin bands can be positioned at any angle less than 90  from vertical.  As used herein, the term "thin vertical bands" means a plurality of generally parallel thin bands of electromagnetic radiation of differentiated wavelength having a generally vertical direction, positioned at any angle less than 90  from vertical.
[0046]        Any number of thin vertical bands 29 can be projected onto a surface of object 26 provided at least one thin vertical band 29 has a width that is less than the width of at least one wide vertical band 28 of the first projection.  In another embodiment, the width of each of the thin vertical bands 29 is substantially the same. From about 16 to about 729 thin vertical bands 29 can be projected onto the surface of object 26.  In another embodiment, the thin vertical bands 29 subdivide the area of object 26 previously illuminated with wide vertical bands 28.  In a particular embodiment, sixty-four thin vertical bands 29 are projected onto the surface 27 of object 26, and subdivide the area of object 26 previously illuminated with 8 wide vertical bands 28.  In another embodiment, the eight thin vertical bands 29 of the second projection occupy the same surface area as one wide vertical band 28 of the first projection.  In yet another embodiment, the sixty-four thin vertical bands 29 of the second projection preferably equally subdivide the surface area occupied by eight wide vertical bands 28 of the first projection.
[0047]        Once the image capture devices 21 detect and/or record the projection of thin vertical bands 29, the information may be sent to the computer processor.  As shown in Fig. 8, each of the thin vertical bands 28 can be assigned a color-numeric identifier based on the RGB value or wavelength of each of the thin vertical bands 29 in the second projection.  This color-numeric value can be assigned to each thin vertical band 29 in the second projection.  In one embodiment, when sixty-four thin vertical bands 29 are projected in the second projection, the color-numeric identifiers for each of the sixty-four bands can be a repeating pattern of 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1, 2, etc. respectively.  However, it is herein contemplated that any repeating color-numeric values can be assigned to each of the thin vertical bands 29, provided the color-numeric values are non-repeating for the thin vertical bands 29 that subdivide the area occupied by a single wide vertical band in the first projection.  In one embodiment, this information can be stored in a file contained on the computer processor.
[0048]        As shown in Fig. 11, the stored color-numeric identifiers for both the wide vertical bands 28 and the thin vertical bands 29 can be combined by a function to produce a vertical final region value 40.  The vertical final region value 40 is a function of the color-numeric value assigned to the wide vertical band 28 and the color-numeric value assigned to the thin vertical band 29 that occupy the same surface area in the first and second projections, respectively.  In one embodiment, the final region value 40 for any specific location on the surface 27 of object 26 is the function of the color-numeric values assigned to the areas of the first and second projections that would overlap if both projections were projected at the same time.  No two vertical final region values 40 will be identical for any given combination of wide vertical bands 28 and thin vertical bands 29.  In one example, as shown in the Fig. 11, sixty-four vertical final region values 40 identifying sixty-four unique horizontal locations can be identified by performing a function on the color-numeric value assigned to the eight wide vertical bands 28 and the color-numeric value assigned to the sixty-four thin vertical bands 29.  In one embodiment, adding the color-numeric value of the wide vertical bands 28 and the color-numeric value of the thin vertical bands 29 can produce the vertical final region value 40.  As shown in Fig. 11, proceeding left to right along the color-numeric values and starting with the wide vertical band value shown in Fig. 11a and adding the color-numeric values of the thin vertical band value shown in Fig. 11b, the following vertical final region values 40 can be obtained: 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 0 + 2 = 2, 0 + 3 = 3, 0 + 4 = 4, 0 + 5 = 5, 0 + 6 = 6, 0 + 7 = 7, 8 + 0 = 8, 8 + 1 = 9, 8 + 2 = 10, 8 + 3 = 11, 8 + 4 = 12, 8 + 5 = 13, 8 + 6 = 14, 8 + 7 = 15, 16 + 0 = 16, etc, as shown in Fig. 11c.  An advantage to producing a vertical final region value 40 as a result of a function of the color-numeric value of the wide vertical bands 28 and the color-numeric value of the thin vertical bands 29, is that any horizontal location present in both projections can be numerically identified.  The numeric identifier eliminates the need for a person to manually determine a location in the projections.  In one embodiment, each unique vertical final region value 40 can be stored in a computer program.
[0049]        As shown in Figs. 5 and 6, the same process described above is illustrated for wide horizontal bands 30 and thin horizontal bands 31 having an orientation that is generally perpendicular to the wide vertical bands 28 and thin vertical bands 29 shown in Figs. 3 and 4.  Accordingly, the additional steps of projecting a third projection having wide horizontal bands 30, detecting a third projection, assigning and optionally storing a color-numeric value, shown in Fig. 9, for each of the wide horizontal bands 30, are not recounted herein.  However, these additional steps are understood to follow the same procedure identified above, with the understanding that the entire projected image is rotated about 90  with respect to the wide vertical bands 28 of the first projection.  Likewise, the additional steps of projecting a fourth projection having thin horizontal bands 31, detecting a fourth projection, assigning and optionally storing a color-numeric value, shown in Fig. 10, for each of the thin horizontal bands 31, are not recounted herein.  However, these additional steps are understood to follow the same procedure identified above, with the understanding that the thin horizontal bands 31 have an orientation that is substantially the same as the orientation of the wide horizontal bands 30.
[0050]        As shown in Fig. 12, the stored color-numeric identifiers for both the wide horizontal bands 30 and the thin horizontal bands 31 can be combined by a function to produce a horizontal final region value 31.  The horizontal final region value 31 is a function of the color-numeric value assigned to the wide horizontal band 30 and the color-numeric value assigned to the thin vertical band 31 that occupy the same surface area in the third and fourth projections, respectively.  In one embodiment, the final region value 31 for any specific location on the surface 27 of object 26 is the function of the color-numeric values assigned to the areas of the third and fourth projections that would overlap if both projections were projected at the same time.  No two horizontal final region values 31 will be identical for any given combination of wide horizontal bands 30 and thin horizontal bands 31.  In one example, as shown in Fig. 12, sixty-four horizontal final region values 31 identifying sixty-four unique vertical locations can be identified by performing a function on the color-numeric value assigned to the eight wide horizontal bands 30 and the color-numeric value assigned to the sixty-four thin horizontal bands 31.  In one embodiment, adding the color-numeric value of the wide horizontal bands 30 and the color-numeric value of the thin horizontal bands 31 can produce the horizontal final region value 41.  As shown in Fig. 12, proceeding top to bottom along the color-numeric values and starting with the wide horizontal band value shown in Fig. 12a and adding the color-numeric values of the thin horizontal band value shown in Fig. 12b, the following horizontal final region values 41 can be obtained: 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 0 + 2 = 2, 0 + 3 = 3, 0 + 4 = 4, 0 + 5 = 5, 0 + 6 = 6, 0 + 7 = 7, 8 + 0 = 8, 8 + 1 = 9, 8 + 2 = 10, 8 + 3 = 11, 8 + 4 = 12, 8 + 5 = 13, 8 + 6 = 14, 8 + 7 = 15, 16 + 0 = 16, etc as shown in Fig. 12c.  An advantage to producing a horizontal final region value 41 as a result of a function of the wide horizontal bands 30 and the thin horizontal bands 31, is that any vertical location in the combined projections can be numerically identified.  The numeric identifier eliminates the need for a person to manually determine a location in the projections.  In one embodiment, each unique horizontal final region value 41 can be stored in a computer program.
[0051]        The steps of determining vertical final region values 40 and horizontal final region values 41 can be performed sequentially or simultaneously.  In one embodiment, as shown in Fig. 13, the vertical final region values 40 and the horizontal final region values 41 are combined to produce an overall final region value 50.  The overall final region value 50 is a function of the vertical final region value 40, representing an x-coordinate, and the horizontal final region value 41, representing a y-coordinate.  In one embodiment, the number of overall final region values 50 equals the product of the number of horizontal final region values 41 and the number of vertical final region values 40.  In one embodiment, in which sixty-four vertical final region values 40 and sixty-four horizontal final region values 41 are determined, 4096 overall final region values 50 can be identified.  These overall final region values 50 each identify a unique index and location and can include a specific (x,y) position, on the surface 27 of object 26.  In one embodiment, the overall final region values 50 are each identified by a numeric representation.  In another embodiment, this information is stored in a computer program.  In yet another embodiment, the overall final region values 50 can be used with any triangulation method requiring the precise location of resins on the surface 27 of an object 26.  The multiple images obtained by the image capture device 21 can be triangulated by reference to the unique overall final resin values 50.
[0052]        As shown in Figs. 1. 2 and 15, a fifth projection can comprise a pattern of electromagnetic radiation that is projected onto a surface 27 of object 26.  The pattern projection can comprise any uniform repeating pattern of targets 32 such as dots, squares, diamonds, x-shaped marks or checks.  In one embodiment, the pattern projection comprises white visible light.  In another embodiment, the pattern projection comprises a single color of visible light wherein every target 32 has substantially the same uniform appearance throughout the projection.  Fig. 2 illustrates the projection of a single target 32 onto a surface of object 26.  Figs. 1 and 15 illustrate the projection of a plurality of targets 32 in a uniform distribution to form a pattern of electromagnetic radiation.
[0053]        The density of the projected targets 32 depends on the change in surface contour of the object 26.  A surface 27 of object 26 having a steep slope typically requires a denser array of targets 32 to accurately determine the surface contour than a surface area having a gradual slope.  The density of the projected targets 32 is typically from about two thousand to about eight thousand targets per surface area of the object.  The surface area of the object 26 can be less than a square inch to many square feet.  In one embodiment, when 64 thin vertical bands 27 and 64 thin horizontal bands 28, about 4,096 targets are projected onto the surface of the object.  Once the image capture devices 21 detect and/or record the uniform pattern of electromagnetic radiation, the projector 20 ceases projecting the fifth projection.
[0054]        Once the final location values are determined, these values are correlated with the information data obtained from the uniform pattern of electromagnetic radiation projected in the fifth projection to produce a correlated region value 60.  In one embodiment, the number of targets 32, wide vertical bands 28, thin vertical bands 29, wide horizontal bands 30 and thin horizontal bands 31 are selected such that each target 32 corresponds with exactly one overall final region value 50.  As shown in Fig. 16, each target 32 projected in the pattern of electromagnetic radiation aligns perfectly with an overall final region value 50 to produce a correlated region value 60.  Accordingly, each individual target 32 correlates to a unique overall final region value 50.  In one embodiment, each individual target 32 is assigned the numeric representation that coincides with the specific surface area that both the overall final region value 50 and the target 32 share.  In another embodiment, a center of mass algorithm can be used to find the  center of the target 32.  The color-numeric identifiers can be entered into a  numeric array and processed to match up with the defined center of the target, which is then correlated with the final region value 50 to produce a correlated region value 60.  The multiple images obtained by the image capture devices 21 can be triangulated to produce a three-dimensional image using any triangulation method requiring target identification known in the art.
[0055]        The method and apparatus defined herein allow for easier assembly and shape testing of component parts.  Objects 26 that are likely to benefit from system 10 and the processes outlined above include aircraft components, watercraft components, automotive components and semiconductor or integrated circuit boards.  Aircraft components include, for example, fuselages, wings, skin panels, aircraft glass and other machined components used in the assembly of aircrafts.  Aircraft include planes, jets, drones, helicopters, blimps, balloons and missiles and other devices capable of achieving at least some flight.  Watercraft components include, for example, hulls, decks, bulkheads, double bottoms, side shells, fore and aft end structures and other machined components used in the assembly of watercrafts.  Watercraft include ships, boats, barges, submarines and other devices capable of floating on or moving through an aqueous medium.  Automotive components include hoods, fenders, body panels, door panels, truck beds, caps, trunk panels, automotive frames, floorboards, automotive glass, automotive sheet and other machined components used in the assembly of automotive vehicles.  Automotive vehicles include all types and models of cars, trucks, sport utility vehicles, motorcycles, motorized scooters, armored transport vehicles and tanks.
[0056]        Whereas particular embodiments of this invention have been described above for purposes of illustration, it will be evident to those skilled in the art that numerous variations of the details of the present invention may be made without departing from the invention as defined in the appended claims.
WHAT IS CLAIMED IS:
1.    A method for determining the shape of a three-dimensional object, the method comprising:
illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of first bands of differentiated characteristics to form a first bands projection;
detecting the first bands projection including the first bands of differentiated characteristics;
illuminating at least a portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of second bands of differentiated characteristics to form a second bands projection, the second bands having a different orientation than the first bands;
detecting the second bands projection including the second bands of differentiated characteristics; and
determining the shape of the object from the detected first bands projection and the detected second bands projection.
2.    The method of claim 1, wherein the differentiated characteristics of the first bands comprise differentiated wavelengths, and the differentiated characteristics of the second bands comprise differentiated wavelengths.
3.    The method according to claim 1, wherein each of the plurality of first bands has a uniform appearance throughout each band.
4.    The method according to claim 1, wherein each of the plurality of first bands are located immediately adjacent one another.
5.    The method according to claim 1, wherein each of the plurality of first bands are generally parallel to one another.
6.    The method according to claim 1, wherein each of the plurality of first bands are curved.
7.    The method according to claim 1, wherein the plurality of first bands comprise concentric circles.
8.    The method according to claim 1, wherein each of the plurality of second bands has a uniform appearance throughout each band.
9.    The method according to claim 1, wherein each of the plurality of second bands are generally parallel to one another.
10.   The method according to claim 1, wherein each of the plurality of second bands are located immediately adjacent one another.
11.   The method according to claim 1, wherein the orientation of the plurality of first bands is about perpendicular to the orientation of the plurality of second bands.
12.   The method according to claim 1, wherein one of the plurality of first bands and plurality of second bands are oriented in a substantially vertical direction and the other of the plurality of first bands and plurality of second bands are oriented in a substantially horizontal direction.
13.   The method according to claim 1, wherein the number of first bands equals the number of second bands.
14.   The method according to claim 1, wherein the plurality of first bands comprises at least four first bands.
15.   The method according to claim 1, wherein the plurality of first bands comprises from 6 to 12 first bands.
16.   The method according to claim 1, wherein each of the plurality of first bands comprise a different color of light.
17.   The method according to claim 1, wherein each of the plurality of second bands comprise a different color of light.
18.   The method according to claim 1, wherein detecting the first bands projection and detecting the second bands projection is accomplished by a camera, and the camera is movable to different positions in relation to the object.
19.   The method according to claim 1, wherein a plurality of cameras detect the first bands projection and the second bands projection.
20.   The method according to claim 1, further comprising the step of assigning a color-numeric identifier to each of the plurality of first bands and the plurality of second bands.
21.   The method according to claim 20, wherein each of the color-numeric identifier is a unique number.
22.   The method according to claim 20, further comprising the step of calculating a series of overall final region values, wherein each overall final region value is determined by a function of the color-numeric identifier of first band and the color-numeric identifier of a second band.
23.   The method according to claim 22, further comprising:
illuminating the same portion of the surface of the object with a pattern of electromagnetic radiation comprising discrete targets; and
detecting the discrete targets.
24.   The method according to claim 23, wherein the discrete targets comprise white light.
25.   The method according to claim 23, wherein the discrete targets are generally round dots.
26.   The method according to claim 23, further comprising correlating the discrete targets with the overall final region values to produce correlated region values.
27.   The method according to claim 26, wherein correlating the discrete targets with the overall final region values is carried out by a computer program.
28.   The method according to claim 26, wherein correlating the discrete targets with the final region values comprises triangulating the correlated region values to generate a three-dimensional model of a surface of the object.
29.   The method according to claim 1, further comprising illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of thin first bands of differentiated wavelength to form a thin first bands projection, the thin first bands having an orientation that is substantially the same as the orientation of the first bands, and at least one of the thin first bands has a width that is less than the width of at least one of the first bands;
detecting the thin first bands projection including the thin first bands of differentiated wavelength;
illuminating at least a portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of thin second bands of differentiated wavelength to form a thin second bands projection, the thin second bands having an orientation that is substantially the same as the orientation of the second bands, and at least one of the thin second bands has a width that is less than the width of at least one of the second bands; and
detecting the thin second bands projection including the thin second bands of differentiated wavelength.
30.   The method according to claim 1, wherein said object comprises an aircraft component.
31.   The method according to claim 1, wherein said object comprises a watercraft component.
32.   The method according to claim 1, wherein said object comprises an automotive component.
33.   A method for determining the shape of a three-dimensional object, the method comprising:
illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of wide bands of differentiated characteristics to form a wide bands projection;
detecting the wide bands projection including the wide bands of differentiated characteristics;
illuminating the same portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of thin bands of differentiated characteristics to form a thin bands projection, wherein the thin bands have an orientation that is substantially the same as the orientation of the wide bands, and at least one of the thin bands has a width that is less than the width of at least one of the wide bands;
detecting the thin bands projection including the thin bands of differentiated characteristics; and
determining the shape of the object from the detected wide bands projection and the detected thin bands projection.
34.   The method of claim 33, wherein the differentiated characteristics of the first bands comprise differentiated wavelengths, and the differentiated characteristics of the second bands comprise differentiated wavelengths.
35.   The method according to claim 33, wherein each of the wide bands have a uniform appearance.
36.   The method according to claim 33, wherein each of the wide bands are located immediately adjacent one another.
37.   The method according to claim 33, wherein each of the wide bands are generally parallel to one another.
38.   The method according to claim 33, wherein each of the thin bands have a uniform appearance.
39.   The method according to claim 33, wherein each of the thin bands are generally parallel to one another.
40.   The method according to claim 33, wherein each of the thin bands are located immediately adjacent one another.
41.   The method according to claim 33, wherein the thin bands projection can be superimposed on the wide bands projection.
42.   The method according to claim 33, further comprising illuminating the same portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of additional wide bands of differentiated wavelength to form an additional wide band projection, wherein each of the additional wide bands has an orientation that is different from the orientation of the original wide bands;
detecting the additional wide band projection including the additional wide bands of differentiated wavelength;
illuminating the same portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of additional thin bands of differentiated wavelength to form an additional thin band projection, wherein the thin bands have an orientation that is generally the same as the orientation of the additional wide bands, and at least one additional thin band has a width that is less than the width of at least one additional wide bands; and
detecting the additional thin band projection including the additional thin bands of differentiated wavelength.
43.   The method according to claim 42, wherein the orientation of the plurality of wide bands is about perpendicular to the orientation of the plurality of additional wide bands.
44.   The method according to claim 42, wherein one of the plurality of wide bands and the plurality of additional wide bands are oriented in a substantially vertical direction and the other of the plurality of wide bands and the plurality of additional wide bands are oriented in a substantially horizontal direction.
45.   The method according to claim 42, wherein the number of wide bands equals the number of additional wide bands.
46.   The method according to claim 42, wherein the plurality of wide bands comprises at least three wide bands.
47.   The method according to claim 42, wherein the plurality of wide bands comprises from 6 to 12 wide bands.
48.   The method according to claim 42, wherein each of the wide bands comprise a different color of light.
49.   The method according to claim 42, wherein each of the plurality of additional wide bands comprise a different color of light.
50.   The method according to claim 42, further comprising assigning a color-numeric value to each of the wide bands, thin bands, additional wide bands and additional thin bands.
51.   The method according to claim 50, further comprising generating a first final region value from each of the color-numeric values for the wide bands and each of the color-numeric values for the thin bands, and generating a second final region value from each of the color-numeric values for the additional wide bands and each of the color-numeric values for the additional thin bands.
52.   The method according to claim 51, further comprising generating an overall final region value from each of the first final region values and each of the second final region values.
53.   The method according to claim 52, further comprising illuminating the same portion of the surface of the object with a pattern of electromagnetic radiation comprising discrete targets; and
detecting the discrete targets.
54.   The method according to claim 53, wherein the electromagnetic radiation of the discrete targets comprises generally white visible light.
55.   The method according to claim 53, further comprising correlating the discrete targets with the overall final region values to produce correlated region values.
56.   The method according to claim 55, wherein said correlating the discrete targets with the final region values is carried out by a computer program.
57.   The method according to claim 55, wherein correlating the discrete targets with the final region values further comprises triangulating the correlated region values to generate a three-dimensional model of the surface portion of the object.
58.   The method according to claim 33, wherein said object comprises an aircraft component.
59.   The method according to claim 33, wherein said object comprises a watercraft component.
60.   The method according to claim 33, wherein said object comprises an automotive component.
61.   A method for determining the shape of a three-dimensional object, the method comprising:
illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of bands of differentiated characteristics, wherein each band has a substantially uniform appearance to form a projection;
detecting the projection including the bands of differentiated characteristics; and
determining the shape of the object from the detected projection.
62.   The method of claim 61, wherein the differentiated characteristics of the first bands comprise differentiated wavelengths, and the differentiated characteristics of the second bands comprise differentiated wavelengths.
63.   The method according to claim 61, wherein each of the plurality of bands are located immediately adjacent one another.
64.   The method according to claim 61, wherein each of the plurality of bands are generally parallel to one another.
65.   An apparatus for determining the shape of a three-dimensional object, comprising:
illuminating means for illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of first bands of differentiated characteristics to form a first bands projection;
detecting means for detecting the first bands projection including the first bands of differentiated characteristics;
second illuminating means for illuminating at least a portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of second bands of differentiated characteristics to form a second bands projection, the second bands having a different orientation than the first bands;
second detecting means for detecting the second bands projection including the second bands of differentiated characteristics; and
shape determining means for determining the shape of the object from the detected first bands projection and the detected second bands projection.
66.   An apparatus for determining the shape of a three-dimensional object, comprising:
illuminating means for illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of wide bands of differentiated characteristics to form a wide bands projection;
detecting means for detecting the wide bands projection including the wide bands of differentiated characteristics;
second illuminating means for illuminating the same portion of the surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of thin bands of differentiated characteristics to form a thin bands projection, wherein the thin bands have an orientation that is substantially the same as the orientation of the wide bands, and at least one of the thin bands has a width that is less than the width of at least one of the wide bands;
second detecting means for detecting the thin bands projection including the thin bands of differentiated characteristics; and
shape determining means for determining the shape of the object from the detected wide bands projection and the detected thin bands projection.
67.   An apparatus for determining the shape of a three-dimensional object, comprising:
illuminating means for illuminating at least a portion of a surface of the object with electromagnetic radiation comprising a plurality of bands of differentiated characteristics, wherein each band has a substantially uniform appearance to form a projection;
detecting means detecting the projection including the bands of differentiated characteristics; and
shape determining means for determining the shape of the object from the projection.
68.   An object having a shape determined by the method of claim 1.
69.   An object having a shape determined by the method of claim 33.
70.   An object having a shape determined by the method of claim 61.
ABSTRACT OF THE DISCLOSURE
A method and apparatus for using a plurality of regions of colored light to index and locate discrete targets in photogrammetry systems.  The colored regions of light are used to determine a unique location on the surface of a three-dimensional object.  Multiple projections of colored regions may be used to determine precise locations on the surface of the object.  Each colored region may be assigned a color-numeric identified to assist in the indexing process.  The process is suitable for determining the shape of aircraft, watercraft and automotive parts.
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