(57)【要約】  ３次元（３Ｄ）測定デバイスは、冷却ファンと、プロジェクタおよびカメラに取り付けられているエンクロージャとを含む。カメラは、物体上の３Ｄ座標ポイントを決定するために、プロジェクタによって物体上に投影される光のパターンをイメージ化する。ファンは、エンクロージャのフロントの中の開口部を通して空気を引き込み、エンクロージャの中の複数のコンポーネントを横切って、エンクロージャの中の第２の開口部から外へ空気を引き出す。
2018525638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１と２以上の整数Ｎとの間の添え字ｊによってそれぞれ指定される３Ｄイメージャの第１のセットを含み、それぞれの３Ｄイメージャｊは、イメージャ基準座標系において、物体の３Ｄ座標を決定するように構成されており、それぞれの３Ｄイメージャｊは、システム基準座標系の中で３Ｄイメージャポーズｊを有しており、それぞれの３Ｄイメージャｊは、
前記物体上に、エリア全体にわたって、パターン化された光を投影するように構成されたプロジェクタｊと、
前記物体上の前記パターン化された光のイメージをキャプチャするように構成されたカメラｊであって、レンズｊおよび感光性アレイｊを含み、前記物体上の前記パターン化された光を前記感光性アレイｊの上にイメージ化するように構成されている、カメラｊと、
前記プロジェクタｊおよび前記カメラｊに機械的に連結されているプロセッサｊであって、前記投影されるパターン化された光、前記カメラｊによってキャプチャされる前記物体上の前記パターン化された光の前記イメージ、および、前記カメラｊに対する前記プロジェクタｊの相対的なポーズに少なくとも部分的に基づいて、前記イメージャ基準座標系において前記物体の前記３Ｄ座標を決定するように構成されている、プロセッサｊと、
３Ｄイメージャの前記第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊに連結されている第１の装着フレームと、
３Ｄ座標のシステム集合体を得るように構成されているシステムコントローラであって、３Ｄ座標の前記システム集合体は、前記システム基準座標系における前記物体の３Ｄ座標であり、座標の前記システム集合体は、３Ｄイメージャの前記第１のセットによって提供される前記物体の前記決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいており、また、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊの前記システム基準座標系における前記３Ｄイメージャポーズｊに少なくとも部分的に基づいている、システムコントローラと
を含むことを特徴とする３次元（３Ｄ）測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の３Ｄ測定システムであって、
Ｎ＋１と整数Ｍとの間の添え字ｊによってそれぞれ指定されている前記３Ｄイメージャの第２のセットをさらに含み、前記整数Ｍは、Ｎ＋１以上であり、３Ｄイメージャの前記第２のセットのそれぞれの３Ｄイメージャｊは、第２の装着フレームに連結されており、
３Ｄイメージャの前記第１のセット、および、３Ｄイメージャの前記第２のセットは、前記物体の異なる側を測定するように配置されており、
前記第１の装着フレームは、ムーバデバイスにさらに取り付けられており、前記ムーバデバイスは、前記第１の装着フレームのポーズを変化させるように構成されており、前記ムーバデバイスは、ロボットおよびモバイルプラットフォームからなる群から選択されており、
前記システムコントローラの一部分は、前記第１の装着フレームに連結されており、
前記システムコントローラは、前記第１の装着フレームに接続されていない外部コンピュータを含み、前記システムコントローラは、３Ｄイメージャの前記第１のセットによって提供される前記３Ｄ座標の並列処理を実施するように構成されているネットワーク接続されたコンピュータの集合体を含み、
前記物体は、コンベアデバイスに連結されており、前記コンベアデバイスは、３Ｄイメージャの前記第１のセットに対して前記物体を移動させるように構成されていることを特徴とする３Ｄ測定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の３Ｄ測定システムであって、３Ｄイメージャの前記第１のセットは、３Ｄイメージャの第１のグループ、および、３Ｄイメージャの第２のグループを含み、３Ｄイメージャの前記第１のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、前記物体の対応する第１のエリアに関連付けられており、３Ｄイメージャの前記第２のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、前記物体の対応する第２のエリアに関連付けられており、
前記３Ｄ測定システムは、第１の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの前記第１のグループのそれぞれの３Ｄイメージャによって、前記物体の前記対応する第１のエリアの上に、パターン化された光を投影するように構成されており、前記対応する第１のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの前記第１のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、前記対応する第１のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されており、
前記３Ｄ測定システムは、第２の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの前記第２のグループそれぞれの３Ｄイメージャによって、前記物体の前記対応する第２のエリアの上に、パターン化された光を投影するように構成されており、前記対応する第２のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの前記第２のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、前記対応する第２のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されており、また、３Ｄイメージャの前記第１のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すように構成されており、
前記第１の時間インターバルの間に、前記システムコントローラは、３Ｄイメージャの前記第２のグループの中のそれぞれのプロジェクタｊをブランクにし、３Ｄイメージャの前記第１のセットによって第１の時間インターバルの間に提供される３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて収集される３Ｄ座標の前記システム集合体少なくとも一部分を決定し、
前記第２の時間インターバルの間に、前記システムコントローラは、３Ｄイメージャの前記第１のグループの中のそれぞれのプロジェクタｊをブランクにし、
３Ｄイメージャの前記第１のセットは、３Ｄイメージャの第３のグループ、および、３Ｄイメージャの第４のグループを含み、３Ｄイメージャの前記第３のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、前記物体の対応する第３のエリアに関連付けられており、３Ｄイメージャの前記第４のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、前記物体の対応する第４のエリアに関連付けられており、
前記３Ｄ測定システムは、前記第２の時間インターバルの間に、３Ｄイメージャの前記第１のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すようにさらに構成されており、
前記３Ｄ測定システムは、第３の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの前記第３のグループのそれぞれの３Ｄイメージャによって、前記物体の前記対応する第３のエリアの上に、パターン化された光を投影するようにさらに構成されており、前記対応する第３のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの前記第３のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、前記対応する第３のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されており、また、３Ｄイメージャの前記第２のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すように構成されており、
前記３Ｄ測定システムは、第４の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの前記第４のグループのそれぞれの３Ｄイメージャによって、前記物体の前記対応する第４のエリアの上に、パターン化された光を投影するようにさらに構成されており、前記対応する第４のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの前記第４のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、前記対応する第４のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されており、また、３Ｄイメージャの前記第３のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すようにさらに構成されており、
３Ｄイメージャの前記第１のグループ、３Ｄイメージャの前記第２のグループ、３Ｄイメージャの前記第３のグループ、および、３Ｄイメージャの前記第４のグループによって投影されるパターン化された光によってカバーされるエリアの間に重なりが存在していることを特徴とする３Ｄ測定システム。
【請求項４】
請求項１に記載の３Ｄ測定システムであって、
前記第１の装着フレームに連結されている基準ターゲットの集合体であって、前記第１の装着フレームに連結された磁気ネストに取り付けるように構成されている、リトロリフレクタ、光源、または球形装着式リトロリフレクタである、基準ターゲットの集合体と、
前記基準ターゲットの集合体の中に、第１の基準ターゲットおよび第２の基準ターゲットを含み、前記第１の基準ターゲットと前記第２の基準ターゲットとの間の距離は、参照距離である、スケールバーと
をさらに含み、
３Ｄイメージャの前記第１のセットからのそれぞれの３Ｄイメージャｊは、基準ターゲットの集合体を測定するように構成されており、それぞれの基準ターゲットの前記位置は、第１の基準座標系における３Ｄ座標を有しており、
前記システムコントローラは、前記第１の基準座標系における前記基準ターゲットの前記３Ｄ座標、および、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊによって決定されるような前記基準ターゲットの前記３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、３Ｄイメージャの前記第１のセットのそれぞれの３Ｄイメージャｊに関して、前記３Ｄイメージャポーズｊを決定するように構成されており、
前記システムコントローラは、前記参照距離にさらに基づいて、ならびに、前記３Ｄ測定システムによって決定されるような前記第１の基準ターゲットおよび前記第２の基準ターゲットの３Ｄ座標にさらに基づいて、３Ｄイメージャの前記第１のセットのそれぞれの３Ｄイメージャｊに関して、前記３Ｄイメージャポーズｊを決定するようにさらに構成されていることを特徴とする３Ｄ測定システム。
【請求項５】
請求項１に記載の３Ｄ測定システムであって、
３Ｄイメージャの前記第１のセットの中の任意のカメラｊよりも広い視野（ＦＯＶ）を有する広いＦＯＶのカメラをさらに含み、前記広いＦＯＶのカメラは、カラーカメラであり、前記システムコントローラは、３Ｄ座標の前記システム集合体の表現にカラーを追加するようにさらに構成されており、
３Ｄイメージャの前記第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊは、前記カメラｊに加えて、カラーカメラをさらに含み、
それぞれのプロセッサｊは、前記物体の前記決定された３Ｄ座標の中へカラーを統合するようにさらに構成されていることを特徴とする３Ｄ測定システム。
【請求項６】
請求項１に記載の３Ｄ測定システムであって、
前記第１の装着フレームに連結されているスタンドオフ構造体をさらに含み、前記スタンドオフ構造体は、前記３Ｄイメージャｊの前記カメラｊによってイメージ化されるように構成されている第１のターゲットを保持するように構成されており、前記システムコントローラは、前記スタンドオフ構造体を前記物体の付近に持っていくように、前記ムーバデバイスを調節するようにさらに構成されており、少なくとも１つのカメラｊが、少なくとも１つの第１のターゲットおよび前記物体を含むイメージをキャプチャするようになっていることを特徴とする３Ｄ測定システム。
【請求項７】
請求項１に記載の３Ｄ測定システムであって、
前記物体および３Ｄイメージャの前記第１のセットの相対的な位置を変化させるように構成されているムーバデバイスと、
前記物体と前記３Ｄイメージャとの間に設置されている基準ターゲットの集合体と、
前記物体または３Ｄイメージャの前記第１のセットのうちの１つに対して静止して保持されるように構成されている基準ターゲットの集合体であって、前記物体は、３Ｄイメージャの前記第１のセットに対してそのポーズを変化させるように構成されている、基準ターゲットの集合体と
をさらに含み、
前記システムコントローラは、ユーザインターフェースをさらに含み、前記ユーザインターフェースは、３Ｄイメージャｊの選択が３Ｄイメージャの前記第１のセットの中に含まれることを可能にするように構成されており、前記ユーザインターフェースは、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中に含むために、ユーザが複数のイメージャを選択することを可能にし、前記ユーザインターフェースは、シリアル番号、インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、または、その両方に基づいて、３Ｄイメージャの前記第１のセットの中に含むために、ユーザが３Ｄイメージャｊを選択することを可能にすることを特徴とする３Ｄ測定システム。
【請求項８】
複数のベースパーツから選択される第１のベースパーツを含むマスタパーツであって、前記第１のベースパーツに付加されている少なくとも３つの基準マーカが存在している、マスタパーツと、
前記複数のベースパーツから選択される第２のベースパーツを含む第１のテスト用パーツと、
対応する複数の写真測量用２次元（２Ｄ）イメージを得るために、複数の写真測量用カメラ位置から、前記少なくとも３つの基準マーカを含む前記マスタパーツをイメージ化するように構成されている写真測量用カメラと、
第１のプロジェクタおよび第１のカメラを有する第１の３Ｄイメージャであって、第１のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されている、第１の３Ｄイメージャと、
第２のプロジェクタおよび第２のカメラを有する第２の３Ｄイメージャであって、第２のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されている、第２の３Ｄイメージャと
を含み、
前記複数の写真測量用２Ｄイメージ、前記第１のイメージャ基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標、および、前記第２のイメージャ基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、前記第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、前記第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するように構成されており、
前記決定された第１のポーズ、前記決定された第２のポーズ、前記第１のイメージャ基準座標系における前記第１の３Ｄイメージャによる前記第１のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、前記第２のイメージャ基準座標系における前記第２の３Ｄイメージャによる前記第１のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、前記システム基準座標系おいて、前記第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されていることを特徴とする３次元（３Ｄ）測定システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、
第１のターゲットおよび第２のターゲットを有するスケールバーをさらに含み、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの間の距離は、較正された参照距離であり、前記スケールバーは、前記マスタパーツに対して固定して位置決めされるように構成されており、前記第１のターゲットおよび前記第２のターゲットは、前記複数の写真測量用２Ｄイメージの中に見ることができ、
前記較正された参照距離に基づいて、前記第１のポーズおよび前記第２のポーズを決定するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムであって、前記３つの基準マーカは、逆反射ターゲットを含み、前記写真測量用カメラは、前記リトロリフレクタターゲットを照射するように構成されているフラッシュユニットをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムであって、前記複数の写真測量用２Ｄイメージのうちの前記少なくとも２つが、異なる配向に回転された前記写真測量用カメラによって得られることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項８に記載のシステムであって、
前記第１の３Ｄイメージャは、前記第１のイメージャ基準座標系において前記３Ｄ座標を決定するように構成されているプロセッサをさらに含み、また、前記第１のイメージャ基準座標系において前記３Ｄ座標を決定するために、外部コンピュータと協働するようにさらに構成されており、
前記第２の３Ｄイメージャは、前記第２のイメージャ基準座標系において前記３Ｄ座標を決定するように構成されているプロセッサをさらに含み、また、前記第２のイメージャ基準座標系において前記３Ｄ座標を決定するために、前記外部コンピュータと協働するようにさらに構成されており、
前記システムは、前記システム基準座標系において、前記第１の３Ｄイメージャの前記第１のポーズ、および、前記第２の３Ｄイメージャの前記第２のポーズを決定するために、外部コンピュータと協働するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項８に記載のシステムであって、
前記複数のベースパーツから選択される第３のベースパーツを含む第２のテスト用パーツをさらに含み、
前記決定された第１のポーズ、前記決定された第２のポーズ、前記第１のイメージャ基準座標系における前記第１の３Ｄイメージャによる前記第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、前記第２のイメージャ基準座標系における前記第２の３Ｄイメージャによる前記第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、前記システム基準座標系において、前記第２のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項８に記載のシステムであって、
前記第１のイメージャ基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの前記少なくとも３つの基準マーカが、前記第２のイメージャ基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの前記少なくとも３つの基準マーカの中に含まれていない少なくとも１つの基準マーカを含み、
前記少なくとも３つの基準マーカは、第１のマーカ、第２のマーカ、第３のマーカ、第４のマーカ、第５のマーカ、および第６のマーカを含み、前記第１のイメージャ基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの前記少なくとも３つの基準マーカは、前記第１のマーカ、前記第２のマーカ、および前記第３のマーカを含むが、前記第４のマーカ、前記第５のマーカ、または前記第６のマーカを含まず、前記第２のイメージャ基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの前記少なくとも３つの基準マーカは、前記第４のマーカ、前記第５のマーカ、および前記第６のマーカを含むが、前記第１のマーカ、前記第２のマーカ、または前記第３のマーカを含まないことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
マスタパーツ、第１のテスト用パーツ、写真測量用カメラ、第１の３次元（３Ｄ）イメージャ、および第２の３Ｄイメージャを提供するステップであって、前記マスタパーツは、複数のベースパーツから選択される第１のベースパーツを含み、前記第１のベースパーツに付加されている少なくとも３つの基準マーカが存在しており、前記第１のテスト用パーツは、前記複数のベースパーツから選択される第２のベースパーツを含み、前記第１の３Ｄイメージャは、第１のプロジェクタ、第１のカメラ、および第１の基準座標系を有しており、前記第２の３Ｄイメージャは、第２のプロジェクタ、第２のカメラ、および第２の基準座標系を有する、ステップと、
対応する複数の写真測量用２次元（２Ｄ）イメージを得るために、複数の写真測量用カメラ位置から、前記写真測量用カメラによって、前記少なくとも３つの基準マーカを含む前記マスタパーツをイメージ化するステップと、
前記第１の３Ｄイメージャによって、前記第１の基準座標系において前記少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標を決定するステップと、
前記第２の３Ｄイメージャによって、前記第２の基準座標系において前記少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標を決定するステップと、
前記複数の写真測量用２Ｄイメージ、前記第１の基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの前記決定された３Ｄ座標、および、前記第２の基準座標系における前記少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカ前記決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、前記第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、前記第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するステップと、
前記第１の３Ｄイメージャによって、前記第１の基準座標系において前記第１のテスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定するステップと、
前記第２の３Ｄイメージャによって、前記第２の基準座標系において前記第１のテスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定するステップと、
前記決定された第１のポーズ、前記決定された第２のポーズ、前記第１のイメージャ基準座標系における前記第１のテスト用パーツの前記決定された第１の３Ｄ座標、および、前記第２の基準座標系における前記第１のテスト用パーツの前記決定された第２の３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、前記システム基準座標系において、前記第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するステップと、
前記システム基準座標系における前記第１のテスト用パーツの前記３Ｄ座標を記憶するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
第１のターゲットおよび第２のターゲットを有するスケールバーを提供するステップであって、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの間の距離は、較正された参照距離であり、前記スケールバーは、前記マスタパーツに対して固定して位置決めされるように構成されており、前記第１のターゲットおよび前記第２のターゲットは、前記複数の写真測量用２Ｄイメージの中に見ることができる、ステップ
をさらに含み、
システム基準座標系において、前記第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、前記第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定する際に、前記第１のポーズおよび前記第２のポーズは、前記較正された参照距離にさらに基づいていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記少なくとも３つの基準マーカは、逆反射ターゲットを含み、
前記写真測量用カメラは、前記リトロリフレクタターゲットを照射するように構成されているフラッシュユニットをさらに含み、
前記複数の写真測量用２Ｄイメージのうちの前記少なくとも２つが、異なる配向に回転された前記写真測量用カメラによって得られることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
前記複数のベースパーツから選択される第３のベースパーツを含む第２のテスト用パーツを提供するステップと、
前記決定された第１のポーズ、前記決定された第２のポーズ、前記第１のイメージャ基準座標系における前記第１の３Ｄイメージャによる前記第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、前記第２のイメージャ基準座標系における前記第２の３Ｄイメージャによる前記第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、前記システム基準座標系において、前記第２のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するステップと
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記マスタパーツ、前記テスト用パーツ、前記写真測量用カメラ、前記第１の３Ｄイメージャ、および前記第２の３Ｄイメージャを提供する際に、前記第１の３Ｄイメージャは、第１のプロセッサをさらに含み、前記第２の３Ｄイメージャは、第２のプロセッサをさらに含み、
前記第１の３Ｄイメージャによって、前記第１の基準座標系において前記テスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定する際に、前記第１のプロセッサは、前記第１の３Ｄ座標を決定し、
前記第２の３Ｄイメージャによって、前記第２の基準座標系において前記テスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定する際に、前記第２のプロセッサは、前記第２の３Ｄ座標を決定することを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
前記第１の３Ｄイメージャによって、前記第１の基準座標系において前記テスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定する際に、前記第１の３Ｄイメージャは、前記第１の基準座標系において前記テスト用パーツの前記３Ｄ座標を決定するために、外部コンピュータと協働し、
前記第２の３Ｄイメージャによって、前記第２の基準座標系において前記テスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定する際に、前記第２の３Ｄイメージャは、前記第２の基準座標系において前記テスト用パーツの前記３Ｄ座標を決定するために、前記外部コンピュータと協働し、
システム基準座標系において、前記第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、前記第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定する際に、外部コンピュータは、前記システム基準座標系において、前記第１の３Ｄイメージャの前記第１のポーズ、および、前記第２の３Ｄイメージャの前記第２のポーズを決定することを支援することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示されている主題は、概して、三角測量スキャナとしても知られる、三角測量タイプの３次元（３Ｄ）イメージャデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願との相互参照
本出願は、２０１５年８月１９日に出願された米国仮出願第６２／２０７０４７号の非仮出願、２０１５年１２月２９日に出願された米国仮出願第６２／２７２４４２号の非仮出願、２０１５年１２月２９日に出願された米国仮出願第６２／２７２４５１号の非仮出願、２０１５年１２月２９日に出願された米国仮出願第６２／２７２４６１号の非仮出願、２０１５年１２月２９日に出願された米国仮出願第６２／２７２４６９号の非仮出願、２０１６年１月８日に出願された米国仮出願第６２／２７６３１９号の非仮出願、２０１６年１月８日に出願された米国仮出願第６２／２７６３２５号の非仮出願、２０１６年１月８日に出願された米国仮出願第６２／２７６３２９号の非仮出願、および、２０１６年３月１６日に出願された米国仮出願第６２／３０９０２４号の非仮出願である。それらのすべての内容は、その全体が本願に引用して援用されている。
【０００３】
３Ｄイメージャは、物体上のポイントの３Ｄ座標を測定するために、三角測量方法を使用する。３Ｄイメージャは、通常、プロジェクタを含み、プロジェクタは、１列になった光のパターン、または、エリアをカバーする光のパターンのいずれかを、物体の表面の上に投影する。カメラが、たとえば、カメラおよびプロジェクタを共通のフレームに取り付けることによって、固定関係でプロジェクタに連結されている。プロジェクタから放出された光は、物体表面に反射され、カメラによって検出される。カメラおよびプロジェクタは、固定関係で配置されているので、物体までの距離は、三角法の原理を使用して決定され得る。触覚プローブを使用する座標測定デバイスと比較して、三角測量システムは、大きいエリアにわたって座標データを迅速に獲得する点で利点を提供する。本明細書で使用されているように、三角測量システムによって測定されている物体の結果として生じる３Ｄ座標値またはデータポイントの集合体は、ポイントクラウドデータと称され、または、簡単に、ポイントクラウドと称される。
【０００４】
熱的安定性および冷却の改善、問題を検出するためのまたはスキャナ補償パラメータを自動的に補正するための幾何学形状の改善、背景照明の拒絶の改善、冷却ファン振動の影響の低減、照射投影レベルの最適化、比較的に高い精度および高い解像度によって比較的に短い時間で比較的に大きい物体を測定する方式の改善、３Ｄイメージャのアレイを位置合わせする方法の改善、および、テスト用パーツに対する３Ｄイメージャの適正なアライメントを簡単化するように構成された構造体を含む、既存の三角測量スキャナが改善され得る複数のエリアが存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、写真測量方法を使用する既存の三角測量ベースの３Ｄイメージャデバイスは、それらの意図した目的に適切であるが、改善に対する必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）測定デバイスが提供される。３Ｄ測定デバイスは、３Ｄイメージャの第１のセットを含み、３Ｄイメージャの第１のセットは、１と２以上の整数Ｎとの間の添え字ｊによってそれぞれ指定され、それぞれの３Ｄイメージャｊは、イメージャ基準座標系において、物体の３Ｄ座標を決定するように構成されており、それぞれの３Ｄイメージャｊは、システム基準座標系の中で３Ｄイメージャポーズｊを有する。それぞれの３Ｄイメージャｊは、物体上に、エリア全体にわたって、パターン化された光を投影するように構成されたプロジェクタｊと；物体上のパターン化された光のイメージをキャプチャするように構成されたカメラｊであって、レンズｊおよび感光性アレイｊを含み、物体上のパターン化された光を感光性アレイｊの上にイメージ化するように構成されている、カメラｊと；プロジェクタｊおよびカメラｊに機械的に連結されているプロセッサｊであって、投影されるパターン化された光、カメラｊによってキャプチャされる物体上のパターン化された光のイメージ、および、カメラｊに対するプロジェクタｊの相対的なポーズに少なくとも部分的に基づいて、イメージャ基準座標系において物体の３Ｄ座標を決定するように構成されている、プロセッサｊと；３Ｄイメージャの第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊに連結されている第１の装着フレームと；３Ｄ座標のシステム集合体（a system collection of 3D coordinates）を得るように構成されているシステムコントローラであって、３Ｄ座標のシステム集合体は、システム基準座標系における物体の３Ｄ座標であり、座標のシステム集合体は、３Ｄイメージャの第１のセットによって提供される物体の決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいており、また、３Ｄイメージャの第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊのシステム基準座標系における３Ｄイメージャポーズｊに少なくとも部分的に基づいている、システムコントローラとを含む。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）測定システムが提供される。３Ｄ測定システムは、複数のベースパーツから選択される第１のベースパーツを含むマスタパーツを含み、第１のベースパーツに付加されている少なくとも３つの基準マーカが存在している。複数のベースパーツから選択される第２のベースパーツを含む第１のテスト用パーツが提供される。写真測量用カメラは、対応する複数の写真測量用２次元（２Ｄ）イメージを得るために、複数の写真測量用カメラ位置から、少なくとも３つの基準マーカを含むマスタパーツをイメージ化するように構成されている。第１のプロジェクタおよび第１のカメラを有する第１の３Ｄイメージャが提供され、第１の３Ｄイメージャは、第１のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されている。第２のプロジェクタおよび第２のカメラを有する第２の３Ｄイメージャが提供され、第２の３Ｄイメージャは、第２のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されている。ここで、システムは、複数の写真測量用２Ｄイメージ、第１のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標、および、第２のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するように構成されている。ここで、システムは、決定された第１のポーズ、決定された第２のポーズ、第１のイメージャ基準座標系における第１の３Ｄイメージャによる第１のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、第２のイメージャ基準座標系における第２の３Ｄイメージャによる第１のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系おいて、第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。
【０００８】
本発明のさらなる実施形態によれば、３次元（３Ｄ）座標を測定するための方法が提供される。方法は、マスタパーツ、第１のテスト用パーツ、写真測量用カメラ、第１の３次元（３Ｄ）イメージャ、および第２の３Ｄイメージャを提供するステップであって、マスタパーツは、複数のベースパーツから選択される第１のベースパーツを含み、第１のベースパーツに付加されている少なくとも３つの基準マーカが存在しており、第１のテスト用パーツは、複数のベースパーツから選択される第２のベースパーツを含み、第１の３Ｄイメージャは、第１のプロジェクタ、第１のカメラ、および第１の基準座標系を有しており、第２の３Ｄイメージャは、第２のプロジェクタ、第２のカメラ、および第２の基準座標系を有する、ステップと；対応する複数の写真測量用２次元（２Ｄ）イメージを得るために、複数の写真測量用カメラ位置から、写真測量用カメラによって、少なくとも３つの基準マーカを含むマスタパーツをイメージ化するステップと；第１の３Ｄイメージャによって、第１の基準座標系において少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標を決定するステップと；第２の３Ｄイメージャによって、第２の基準座標系において少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標を決定するステップと；複数の写真測量用２Ｄイメージ、第１の基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標、および、第２の基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカ決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するステップと；第１の３Ｄイメージャによって、第１の基準座標系において第１のテスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定するステップと；第２の３Ｄイメージャによって、第２の基準座標系において第１のテスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定するステップと；決定された第１のポーズ、決定された第２のポーズ、第１のイメージャ基準座標系における第１のテスト用パーツの決定された第１の３Ｄ座標、および、第２の基準座標系における第１のテスト用パーツの決定された第２の３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するステップと；システム基準座標系における第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を記憶するステップとを含む。
【０００９】
これらのおよび他の利点および特徴は、図面とともに以下の説明からより明らかになる。
【００１０】
本発明とみなされる主題は、本明細書の終わりにおいて、特許請求の範囲の中でとりわけ指摘され、明確に特許請求されている。本発明の先述のおよび他の特徴および利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による３Ｄイメージャの斜視図である。
【図２】実施形態による、そのカバーを除去された状態にした３Ｄイメージャの内部エレメントの斜視図である。
【図３】実施形態による、３Ｄイメージャのプロジェクタカメラアセンブリの斜視図である。
【図４】実施形態による、そのカバーを除去された状態にした３Ｄイメージャの内部エレメントの上面図である。
【図５Ａ】実施形態による、プロジェクタカメラアセンブリの断面図である。
【図５Ｂ】実施形態による、光パイプの斜視図である。
【図６Ａ】実施形態による、プロジェクタレンズアセンブリを取り囲む冷却ベントの部分斜視図である。
【図６Ｂ】実施形態による、カメラレンズアセンブリを取り囲む冷却ベントの部分斜視図である。
【図６Ｃ】実施形態による、プロジェクタ供給源冷却エレメントの部分斜視図である。
【図７】実施形態による、３Ｄイメージャの電気的なコンポーネントのブロック図である。
【図８】実施形態による、プロセッサシステムのブロック図である。
【図９】実施形態による、カメラおよびプロジェクタを有する三角測量スキャナの動作の原理の概略説明図である。
【図１０】実施形態による、２つのカメラおよび１つのプロジェクタを有する三角測量スキャナの動作の原理の概略説明図である。
【図１１】実施形態による、３Ｄ測定に関する三角形に配置されている、２つのカメラおよび１つのプロジェクタを有するスキャナの斜視図である。
【図１２Ａ】図１１のスキャナの動作の原理の概略説明図である。
【図１２Ｂ】図１１のスキャナの動作の原理の概略説明図である。
【図１３Ａ】実施形態による、広い視野（ＦＯＶ）のレンズを有する３Ｄイメージャの概略説明図である。
【図１３Ｂ】実施形態による、狭いＦＯＶのレンズを有する３Ｄイメージャの概略説明図である。
【図１３Ｃ】実施形態による、カメラレンズおよびプロジェクタレンズの概略図である。
【図１３Ｄ】カメラレンズおよびプロジェクタレンズに関して使用される光線モデルの概略図である。
【図１３Ｅ】カメラレンズおよびプロジェクタレンズに関して使用される光線モデルの概略図である。
【図１４Ａ】実施形態による、粗い正弦波パターンの投影を図示する図である。
【図１４Ｂ】実施形態による、カメラレンズによる粗い正弦波パターンの受信を図示する図である。
【図１４Ｃ】実施形態による、より細かい正弦波パターンの投影を図示する図である。
【図１４Ｄ】実施形態による、より細かい正弦波パターンの受信を図示する図である。
【図１５】実施形態による、シフトされた正弦波のセットからどのように位相が決定されるかを図示する図である。
【図１６】実施形態による、ウェブサポートの斜視図である。
【図１７】実施形態による、加熱されたときのウェブサポートの有限要素解析（ＦＥＡ）モデルの斜視図である。
【図１８】実施形態による、プロジェクタレンズアセンブリの断面図である。
【図１９Ａ】実施形態による、カメラアセンブリの斜視図である。
【図１９Ｂ】実施形態による、カメラアセンブリの上面図である。
【図１９Ｃ】実施形態による、カメラアセンブリの断面図である。
【図２０Ａ】実施形態による、第１のカメラレンズアセンブリの上面図である。
【図２０Ｂ】実施形態による、第１のカメラレンズアセンブリの斜視図である。
【図２１Ａ】実施形態による、第２のカメラレンズアセンブリの上面図である。
【図２１Ｂ】実施形態による、第２のカメラレンズアセンブリの第１の斜視図である。
【図２１Ｃ】実施形態による、第２のカメラレンズアセンブリの第２の斜視図である。
【図２２Ａ】実施形態による、ゴールデンプロジェクタレンズアセンブリを使用することによって、一貫したプロジェクタレンズアセンブリを得るための配置を示す図である。
【図２２Ｂ】実施形態による、ゴールデンプロジェクタレンズアセンブリを使用することによって、一貫したプロジェクタレンズアセンブリを得るための配置を示す図である。
【図２２Ｃ】実施形態による、ゴールデンカメラレンズアセンブリを使用することによって、一貫したカメラレンズアセンブリを得るための配置を示す図である。
【図２２Ｄ】実施形態による、ゴールデンカメラレンズアセンブリを使用することによって、一貫したカメラレンズアセンブリを得るための配置を示す図である。
【図２３Ａ】例示的な白熱灯の正規化された光出力を示す図である。
【図２３Ｂ】例示的なコンパクトな蛍光灯の正規化された光出力を示す図である。
【図２３Ｃ】４つの例示的なタイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）供給源の正規化された光出力を示す図である。
【図２３Ｄ】４つの例示的なタイプのＬＥＤ供給源の正規化された光出力を示す図である。
【図２３Ｅ】４つの例示的なタイプのＬＥＤ供給源の正規化された光出力を示す図である。
【図２３Ｆ】４つの例示的なタイプのＬＥＤ供給源の正規化された光出力を示す図である。
【図２４Ａ】測定のスタート時間およびストップ時間がどのように背景光の影響を変化させることができるかを示す図である。
【図２４Ｂ】測定のスタート時間およびストップ時間がどのように背景光の影響を変化させることができるかを示す図である。
【図２５】実施形態による、時間の関数として背景光を決定するために、例示的なスキャナに追加され得るエレメントを示す図である。
【図２６Ａ】実施形態による、放出された背景光を時間の関数として決定するために、どのようにオーバーサンプリング方法が使用され得るかを示す図である。
【図２６Ｂ】実施形態による、放出された背景光を時間の関数として決定するために、どのようにオーバーサンプリング方法が使用され得るかを示す図である。
【図２７】実施形態による、ファンのシャットダウンに続く、投影される出力パワーの変化を図示する図である。
【図２８】実施形態による、フィードバックループの構造的エレメントを示す図である。
【図２９Ａ】実施形態による、２つの制御システムを示す図である。
【図２９Ｂ】実施形態による、２つの制御システムを示す図である。
【図３０Ａ】実施形態による、投影される光の出力パワーをピクセル単位で最適化する方法を図示する図である。
【図３０Ｂ】実施形態による、投影される光の出力パワーをピクセル単位で最適化する方法を図示する図である。
【図３０Ｃ】実施形態による、投影される光の出力パワーをピクセル単位で最適化する方法を図示する図である。
【図３０Ｄ】実施形態による、投影される光の出力パワーをピクセル単位で最適化する方法を図示する図である。
【図３１】実施形態による、３Ｄイメージャによる孔部の測定を図示する図である。
【図３２】イメージ化される孔部のイメージサイズが、どのようにスキャナカメラからの距離とともに変化するかを図示する図である。
【図３３】実施形態による、孔部エッジの表現を改善するために、測定される２Ｄイメージが、どのように測定される３Ｄポイントと組み合され得るかを図示する図である。
【図３４Ａ】実施形態による、物体の測定のためにロボットに取り付けられているひとそろいの３Ｄイメージャの斜視図である。
【図３４Ｂ】実施形態による、物体を測定する３Ｄイメージャの第１のセットおよび３Ｄイメージャの第２のセットの斜視図である。
【図３４Ｃ】実施形態による、コンベアの上の物体を測定する静止した装着フレームに取り付けられているひとそろいの３Ｄイメージャの斜視図である。
【図３５】実施形態による、参照アーチファクトの測定による３Ｄイメージャの較正／補償の斜視図である。
【図３６Ａ】実施形態による、投影される光の重なりを提供するように、４つのセットのプロジェクタによる光パターンの投影のシーケンスを図示する図である。
【図３６Ｂ】実施形態による、投影される光の重なりを提供するように、４つのセットのプロジェクタによる光パターンの投影のシーケンスを図示する図である。
【図３６Ｃ】実施形態による、投影される光の重なりを提供するように、４つのセットのプロジェクタによる光パターンの投影のシーケンスを図示する図である。
【図３６Ｄ】実施形態による、投影される光の重なりを提供するように、４つのセットのプロジェクタによる光パターンの投影のシーケンスを図示する図である。
【図３６Ｅ】実施形態による、３Ｄイメージャの１次元のアレイに関して、パターン化された光の投影の２ステップのシーケンスを図示する図である。
【図３６Ｆ】実施形態による、３Ｄイメージャの１次元のアレイに関して、パターン化された光の投影の２ステップのシーケンスを図示する図である。
【図３７Ａ】実施形態による、パターンプロジェクタ／露光およびデータ処理のタイミングを図示する図である。
【図３７Ｂ】実施形態による、パターンプロジェクタ／露光およびデータ処理のタイミングを図示する図である。
【図３８Ａ】実施形態による、ムーバによって移動されるひとそろいの３Ｄイメージャから得られる３Ｄ座標を位置合わせするために使用されている３Ｄ測定デバイスを図示する図である。
【図３８Ｂ】実施形態による、ムーバによって移動されるひとそろいの３Ｄイメージャから得られる３Ｄ座標を位置合わせするために使用されている３Ｄ測定デバイスを図示する図である。
【図３８Ｃ】実施形態による、ムーバによって移動されるひとそろいの３Ｄイメージャから得られる３Ｄ座標を位置合わせするために使用されている３Ｄ測定デバイスを図示する図である。
【図３９】実施形態による、ムーバによって移動されるひとそろいの３Ｄイメージャから得られる座標を位置合わせするために使用されている３Ｄ測定デバイスを図示する図である。
【図４０】実施形態による、ターゲットを有するエクステンションフレームをさらに含む３Ｄ測定デバイスを図示する図である。
【図４１】固定参照ターゲットの集合体が環境の中に含まれることを図示する図である。
【図４２】実施形態による、広いＦＯＶのレジストレーションカメラ、カラーカメラ、および情報プロジェクタを含むことを図示する図である。
【図４３】実施形態による、３Ｄイメージャの３Ｄアセンブリの構成を可能にするユーザインターフェース（ＵＩ）からのディスプレイスクリーンを示す図である。
【図４４】実施形態による、ユーザが基準ターゲットを選択することを可能にし、基準ターゲットの３Ｄ座標を表示し、最適化計算の結果を示す、ＵＩディスプレイスクリーンを示す図である。
【図４５】実施形態による、ユーザが基準ターゲットを選択することを可能にし、基準ターゲットの３Ｄ座標を表示し、最適化計算の結果を示す、ＵＩディスプレイスクリーンを示す図である。
【図４６】実施形態による、ユーザが基準ターゲットを選択することを可能にし、基準ターゲットの３Ｄ座標を表示し、最適化計算の結果を示す、ＵＩディスプレイスクリーンを示す図である。
【図４７】３Ｄイメージャの３Ｄアセンブリの構成をさらに支援することを提供するＵＩディスプレイスクリーンを示す図である。
【図４８】実施形態による、複数の位置に保持される写真測量用カメラによってイメージ化されている基準ターゲットの集合体を有するマスタパーツの斜視図である。
【図４９】実施形態による、ヒンジアセンブリおよび基準ターゲットの集合体を示すマスタパーツの右側縁部の斜視図である。
【図５０】実施形態による、ドアラッチアセンブリおよび基準ターゲットの集合体を示すマスタパーツの左側縁部の斜視図である。
【図５１Ａ】実施形態による、共通の基準座標系の中のそれぞれのものの相対的なポーズを決定するために、マスタパーツをイメージ化する３Ｄイメージャの集合体を示す図である。
【図５１Ｂ】実施形態による、テスト用パーツの上の表面ポイントの３Ｄ座標を決定する３Ｄイメージャの集合体を示す図である。
【図５２】実施形態による、３Ｄイメージャを位置決めするために使用されるツリー構造体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な説明は、例として、図面を参照して、利点および特徴とともに、本発明の実施形態を説明している。
【００１３】
本発明の実施形態は、熱的安定性および冷却を改善する点で、ならびに、比較的に高い精度および高い解像度によって、比較的に高い速度で、大きい物体の測定を可能にする点で利点を提供する。
【００１４】
図１は、実施形態による３Ｄイメージャ１０の斜視図である。それは、フレーム２０、プロジェクタ３０、第１のカメラアセンブリ６０、および、第２のカメラアセンブリ７０を含む。
【００１５】
図２および図３は、３Ｄイメージャ１０の内部エレメント７０の斜視図を示している。内部エレメントは、下側フレームエレメント２０の中に収容されている。図３は、プロジェクタカメラアセンブリ３００のエレメントを示しており、プロジェクタカメラアセンブリ３００は、プロジェクタ供給源アセンブリ３１０、プロジェクタ３０、第１のカメラレンズアセンブリ６０、第２のカメラレンズアセンブリ７０、およびサポートアセンブリ３２０を含む。サポートアセンブリ３２０は、上部構造サポート３２２、底部構造サポート３２４、およびウェブサポート３２６を含む。それに加えて、それぞれのカメラは、装着ピン３２８およびねじ３２９Ａ、３２９Ｂを含む。
【００１６】
図４は、図２からの３Ｄイメージャの上部断面図である。プロジェクタレンズアセンブリ３０は、プロジェクタレンズ５５およびプロジェクタレンズマウント５７を含む。プロジェクタレンズ５５は、プロジェクタレンズエレメント５６を含む。
【００１７】
図５Ａは、図３からの断面図であり、図５Ａは、プロジェクタ供給源アセンブリ３１０およびパターン投影アセンブリ５２の追加的な詳細を示している。ある実施形態では、プロジェクタ供給源アセンブリ３１０は、光源３７、集光レンズエレメント３８、３９、光パイプ６００、レンズ４２、４３、４４、およびミラー４４を含む。ある実施形態では、光源３７は、ＬＥＤである。集光レンズ３８、３９は、光パイプ６００の中へ光を送り込み、それは、図５Ｂにより詳細に示されている。光パイプは、光パイプ６００の中の反射表面６０２に光線を反射させる。光パイプの目的は、集光レンズ３８、３９からの光の均一性を改善することである。光は、ミラー４４に反射する前に、および、レンズ４５を通過してパターン投影アセンブリ５２の中へ入る前に、レンズ４２および４３を通過する。
【００１８】
パターン投影アセンブリ５２は、第１のプリズム４８、第２のプリズム４９、およびデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）５３を含む。一緒に、第１のプリズム４８および第２のプリズム４９は、全内部反射（ＴＩＲ）ビームコンバイナを含む。レンズ４５からの光は、第１のプリズム４８と第２のプリズム４９との間の空気界面に当たる。第１のプリズム４８のガラスの屈折率、および、レンズ４５から到着する光に対する第１の空気界面の角度に起因して、光は、ＤＭＤ５３に向けて完全に反射する。逆方向において、ＤＭＤ５３に反射された光は、ＴＩＲを経験せず、プロジェクタレンズアセンブリ３０から外へ通るか、または、ビームブロック５１の上に通るかのいずれかである。ある実施形態では、ＤＭＤ５３は、多数の小さいマイクロ機械的なミラーを含み、それらは、２つの方向のいずれかに、１０度から１２度の小さい角度だけ回転する。一方の方向では、光は、プロジェクタ３０から外へ通る。他方の方向では、光は、ビームブロック５１の上に通る。それぞれのミラーは、白色から黒色まで、グレーの多くの階調の反射を可能にするように、非常に迅速に切り替えられる。ある実施形態では、ＤＭＤチップは、１０２４個のグレーの階調を作り出す。
【００１９】
光源アセンブリ３７は、図４に示されているプロジェクタ冷却システム３２によって冷却される。プロジェクタ冷却システム３２は、ファン３３、チャンバ１３４、３６、およびヒートシンク３５、４０を含む。ある実施形態では、ヒートシンク３５は、図５Ａおよび図６Ｃに示されているように、介在する空隙を有する突起部３１を含む。ある実施形態では、ファン３３は、チャンバ１３４を通して、突起部３１を分離している空隙を通して、チャンバ３６の中へ、空気を押し、また、３Ｄイメージャ１０から外へ、フレーム２０の中のフィルタ付きの出口を通して、空気を押す。このように、相対的に冷たい外気が、ヒートシンク突起部３１を通過するように押し込まれ、それによって、光源３７によって発生される熱を除去し、光源３７の温度を安定化させる。図６Ｃの中の部分斜視図６０４に図示されている実施形態では、光源３７は、ヒートシンクエレメント６０８に装着されたＬＥＤチップであり、ヒートシンクエレメント６０８は、ヒートシンク３１およびヒートシンク４０に接触している。ヒートシンク３１は、取り囲むヒートシンク６０６に接触していてもよい。ある実施形態では、温度センサ６１０が、ヒートシンク６０８に取り付けられており、ＬＥＤ温度のモニタリングを可能にする。
【００２０】
フレーム２０の中のエレメントは、図４に示されているファン４０２および４０３によって冷却される。ファン４０２および４０３は、プロジェクタ３０、第１のカメラアセンブリ６０、および第２のカメラアセンブリ７０を取り囲む、グリルベント６２０の中のキャビティ、第１の貫通穴６２２、および開口部６２４から外へ空気を吸い出す。空気は、プロジェクタカメラアセンブリ３００の中の追加的な開口部および孔部、たとえば、図３に示されている開口部３４０およびウェブ孔部３４２、ならびに、図６Ｂに示されている開口部６２６などを通して、吸い出される。ファン４０２および４０３によってフレーム２０から外へ引き出される空気は、プロジェクタ３０およびカメラアセンブリ６０、７０、ならびに、ヒートシンク４０、および、フレーム２０の内部の他のエレメントのための冷却を提供する。図２に示されているように、ある実施形態では、さらなる冷却が、ファン９２によって、回路基板９０のために提供され、ファン９２は、回路基板から専用ダクトを通してフレーム２０から外へ熱をポンプ送りする。
【００２１】
ある実施形態では、３Ｄイメージャは、図７に示されている内部電気システム７００を含む。内部電気システム７００は、ペリフェラルコンポーネントインターフェース（ＰＣＩ）ボード７１０、プロジェクタエレクトロニクス７７０、プロセッサボード７５０、および、本明細書で下記に考察されている追加的なコンポーネントの集合体を含む。ある実施形態では、ＰＣＩボード７１０は、マイクロコントローラ集積回路７２０、ＤＭＤコントローラチップ７４０、ＬＥＤドライバチップ７３４、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）チップ７３２、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ハブ７３６、および電力変換コンポーネント７１４を含む。
【００２２】
ある実施形態では、マイクロコントローラ集積回路７２０は、Ｃｙｐｒｅｓｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによるプログラマブルシステム−オン−チップ（ＰＳｏＣ）である。ＰＳｏＣは、中央処理装置（ＣＰＵ）コア、および、設定可能な一体化されたアナログおよびデジタル周辺機能の混合信号アレイを含む。ある実施形態では、マイクロコントローラ集積回路７２０は、（１）図４の中のファン３３、４０２、および４０３に対応する、ファン７８４Ａ、７８４Ｂ、および７８４Ｃのためのコントローラ７２４；（２）ＬＥＤドライバチップ７３６のためのコントローラ；（３）サーミスタ温度センサ７８２Ａ、７８２Ｂ、および７８２Ｃのためのインターフェース７２６；（４）インターインテグレイテッドサーキット（Ｉ２Ｃ）インターフェース７２２；（５）ＡＲＭマイクロコントローラ７２７；ならびに（６）ＵＳＢインターフェース７２８としての役割を果たすように構成されている。Ｉ２Ｃインターフェース７２２は、ＩＭＵチップ７３２ならびにＩ２Ｃ温度センサ７８６Ａ、７８６Ｂ、７８６Ｃ、および７８６Ｄから信号を受け取る。それは、信号をＡＲＭマイクロコントローラ７２７に送り、そして、ＡＲＭマイクロコントローラ７２７は、信号をファンコントローラ７２４に送る。ＤＭＤコントローラチップ７４０は、高速電気パターンシーケンスをＤＭＤチップ７７２に送る。また、それは、第１のカメラアセンブリ６０および第２のカメラアセンブリ７０のエレクトロニクス７６０Ａおよび７６０Ｂに、出力トリガ信号をそれぞれ送る。ある実施形態では、ＩＭＵは、３軸加速度計および３軸ジャイロスコープを含む。他の実施形態では、ＩＭＵは、磁力計などのような姿勢センサ、および、バロメータなどのような高度センサをさらに含む。
【００２３】
プロジェクタエレクトロニクス７７０は、ファンエレクトロニクス７７７、プロジェクタフォトダイオード７７６、プロジェクタサーミスタエレクトロニクス７７５、光源エレクトロニクス７７４、およびＤＭＤチップ７７２を含む。ある実施形態では、ファンエレクトロニクス７７７は、プロジェクタファン３３の速度に影響を与えるために電気信号を提供する。プロジェクタフォトダイオード７７６は、ＤＭＤチップ７７２によって受け取られる光学的パワーの量を測定する。プロジェクタサーミスタエレクトロニクス７７５は、図６Ｃの中のセンサ６１０などのようなサーミスタ温度センサから信号を受け取る。センサ６１０は、応答して制御信号を提供することが可能である。光源エレクトロニクス７７４は、ＬＥＤチップ３７を駆動することが可能である。ある実施形態では、ＤＭＤは、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＤＬＰ４５００デバイスである。このデバイスは、９１２ｘ１１４０マイクロミラーを含む。
【００２４】
ある実施形態では、プロセッサボード７５０は、ＩｎｔｅｌによるＮｅｘｔ  Ｕｎｉｔ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ（ＮＵＣ）スモールフォームファクタＰＣである。ある実施形態では、プロセッサボード７５０は、回路基板９０の上にあり、回路基板９０は、図１に示されているように、一体化されたファンヘッダ９２を含む。ある実施形態では、プロセッサボード７５０は、ＵＳＢ３．０を介してエレクトロニクス７６０Ａ、７６０Ｂによってカメラアセンブリ６０および７０と通信する。プロセッサボード７５０は、本明細書で下記に考察されているような位相計算および三角測量計算を実施し、ＵＳＢ３．０からＵＳＢ２．０によってハブ７３６に結果を送り、ハブ７３６は、ＤＭＤコントローラチップ７４０およびＵＳＢインターフェース７２８と信号を共有する。プロセッサボード７５０は、データのフィルタリングなどのような追加的な機能を果たすことが可能であり、または、それは、図８を参照して本明細書で下記に説明されているように、部分的に処理されたデータを追加的なコンピューティングエレメントに送ることが可能である。ある実施形態では、プロセッサボード７５０は、ＵＳＢ３．０ジャックおよびＲＪ４５ジャックをさらに含む。
【００２５】
ある実施形態では、ＡＣ電源プラグ７０２に取り付けられているＤＣアダプター７０４は、コネクタペア７０５、７０６およびソケット７０７を通して３Ｄイメージャ１０にＤＣパワーを提供する。パワーは、ワイヤ７０８によってフレーム２０に進入し、電力変換コンポーネント７１４に到着し、電力変換コンポーネント７１４は、ＤＣ電圧を所望のレベルにダウンコンバートし、内部電気システム７００の中のコンポーネントに電力を分配する。１つ以上のＬＥＤ７１５が、３Ｄイメージャ１０の状況を示すように提供され得る。
【００２６】
図８は、コンピューティングシステムのブロック図であり、コンピューティングシステムは、内部電気システム７００、１つ以上のコンピューティングエレメント８１０、８２０、および、一般にクラウドと称される、コンピューティングエレメント８３０のネットワークを含む。クラウドは、任意の種類のネットワーク接続（たとえば、ワールドワイドウェブまたはインターネット）を表すことが可能である。コンピューティング（処理およびメモリ）コンポーネントの間の通信は、有線または無線であることが可能である。無線通信方法の例は、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）、ＩＥＥＥ８０２．１５．１（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、およびセルラー方式通信（たとえば、３Ｇおよび４Ｇ）を含む。多くの他のタイプの無線通信が可能である。人気のあるタイプの有線通信は、ＩＥＥＥ８０２．３（イーサネット（登録商標））である。場合によっては、複数の外部プロセッサ、特に、クラウドの上のプロセッサが、スキャンされたデータを並列に処理するために使用され得、それによって、比較的に時間のかかるレジストレーションおよびフィルタリングが必要とされ得る場所で、より速い結果を提供する。
【００２７】
図９は、表面９３０の上のエリアにわたって光のパターンを投影するストラクチャードライト三角測量スキャナ９００を示している。基準座標系９６０を有するスキャナは、プロジェクタ９１０およびカメラ９２０を含む。プロジェクタ９１０は、照射されたプロジェクタパターン発生器９１２、プロジェクタレンズ９１４、および投射中心９１８を含み、光線９１１が、投射中心９１８を通って現れる。光線９１１は、パターン発生器９１２の上に補正された位置を有する補正されたポイント９１６から現れる。ある実施形態では、ポイント９１６は、レンズ９１４の収差を含む、プロジェクタの収差を考慮するように補正され、光線に投射中心を通過させるようになっており、それによって、三角測量計算を簡単化する。
【００２８】
光線９１１は、ポイント９３２において表面９３０と交差し、それは、表面から反射され（散乱される）、カメラレンズ９２４を通して送られ、表面９３０の上のパターンのクリアなイメージを感光性アレイ９２２の表面の上に生成する。ポイント９３２からの光は、光線９２１の中を通り、カメラ投射中心９２８を通過し、補正されたポイント９２６においてイメージスポットを形成する。イメージスポットは、適切な位置において補正され、カメラレンズの中の収差を補正する。感光性アレイ９２２の上のポイント９２６と照射されたプロジェクタパターン発生器９１２の上のポイント９１６との間の対応が得られる。本明細書で下記に説明されているように、コード化されたパターンまたはコード化されていない（シーケンシャルに投影される）パターンを使用することによって、対応が得られ得る。対応が知られると、図９の中の角度ａおよびｂが決定され得る。ベースライン９４０は、投射中心９１８と９２８との間に描かれた線分であり、ベースライン９４０は、長さＣを有する。角度ａ、ｂ、および長さＣを知ることによって、三角形９２８−９３２−９１８のすべての角度および辺長が決定され得る。デジタルイメージ情報は、プロセッサ９５０に送信され、プロセッサ９５０は、表面９３０の３Ｄ座標を決定する。また、プロセッサ９５０は、適当なパターンを発生させるように、照射されたパターン発生器９１２に指示することが可能である。プロセッサ９５０は、スキャナアセンブリの中に位置付けされ得、または、それは、外部コンピュータもしくはリモートサーバであることが可能である。
【００２９】
本明細書で使用されているように、「ポーズ」という用語は、位置および配向の組み合わせを表している。実施形態では、位置および配向は、３Ｄイメージャ９００の基準座標系の中のカメラおよびプロジェクタに関して望まれる。位置は、３つの並進自由度（たとえば、ｘ、ｙ、ｚなど）によって特徴付けられ、配向は、３つの配向自由度（たとえば、ロール角、ピッチ角、およびヨー角など）から構成されるので、ポーズという用語は、合計で６つの自由度を画定する。三角測量計算において、カメラおよびプロジェクタの相対的なポーズが、３Ｄイメージャの基準座標系の中に望まれる。本明細書で使用されているように、カメラまたはプロジェクタの投射中心が３Ｄイメージャシステムの（任意の）原点の上に位置付けされ得るので、「相対的なポーズ」という用語が使用され得る。１つの方向（いわゆるｘ軸）は、ベースラインに沿って選択され得、１つの方向は、ベースラインに対して垂直に、および、光軸に対して垂直に選択される。ほとんどの場合において、６つの自由度によって説明される相対的なポーズは、三角測量計算を実施するのに十分である。たとえば、３Ｄイメージャの原点は、カメラの投射中心に設置され得る。（カメラ投射中心とプロジェクタ投射中心との間の）ベースラインは、３Ｄイメージャのｘ軸と一致するように選択され得る。ｙ軸は、ベースラインおよびカメラの光軸に対して垂直に選択され得る。回転の２つの追加的な角度が、カメラシステムの配向を完全に定義するために使用される。３つの追加的な角度または回転が、プロジェクタの配向を完全に定義するために使用される。この実施形態では、６つの自由度が、３Ｄイメージャの状態を定義し、すなわち、それは、１つのベースライン、２つのカメラ角度、および３つのプロジェクタ角度である。他の実施形態では、他の座標表現も可能である。
【００３０】
図１０は、プロジェクタ１０５０、第１のカメラ１０１０、および第２のカメラ１０３０を有する、ストラクチャードライト三角測量スキャナ１０００を示している。プロジェクタは、パターン発生器平面１０５２の上に光のパターンを生成し、それは、パターンの上の補正されたポイント１０５３から、レンズ１０５４の投射中心１０５８（ポイントＤ）を通して、ポイント１０７２（ポイントＦ）において物体表面１０７０の上に投影する。ポイント１０７２から、レンズ１０１４の投射中心１０１８（ポイントＥ）を通して、カメラの感光性アレイ１０１２の表面の上に、補正されたポイント１０２０として光線を受け取ることによって、ポイント１０７２は、第１のカメラ１０１０によってイメージ化される。ポイント１０２０は、レンズ収差の影響を除去するために補正係数を適用することによって、読み出しデータの中で補正される。ポイント１０７２から、レンズ１０３４の投射中心１０３８（ポイントＣ）を通して、第２のカメラの感光性アレイ１０３２の表面の上に、補正されたポイント１０３５として光線を受け取ることによって、ポイント１０７２は、同様に、第２のカメラ１０３０によってイメージ化される。
【００３１】
システム１０００の中に２つのカメラ１０１０および１０３０を含むことは、単一のカメラを含む図９のデバイスを上回る利点を提供する。１つの利点は、２つのカメラのそれぞれが、異なる視点１０７２（ポイントＦ）を有することである。この視点の相違に起因して、場合によっては、そうでなければ不明瞭になる特徴を見ることが可能であり、たとえば、孔部の中または妨害物の後ろを見ることが可能である。それに加えて、図１０のシステム１０００において、単一の三角測量計算よりもむしろ３つの三角測量計算を実施することが可能であり、それによって、測定精度を改善する。第１の三角測量計算は、ベースラインＢ３を有する三角形ＣＥＦを使用して、２つのカメラの中の対応するポイント同士の間で行われ得る。第２の三角測量計算は、ベースラインＢ２を有する三角形ＤＥＦを使用して、第１のカメラおよびプロジェクタの対応するポイントに基づいて行われ得る。第３の三角測量計算は、ベースラインＢ１を有する三角形ＣＤＦを使用して、第２のカメラおよびプロジェクタの対応するポイントに基づいて行われ得る。第１のカメラ１０２０の光軸は１０１６であり、第２のカメラ１０３０の光軸は１０３６である。
【００３２】
図１１は、三角形Ａ１−Ａ２−Ａ３に配置されている２つのカメラ１１１０、１１３０およびプロジェクタ１１５０を有する、３Ｄイメージャ１１００を示している。ある実施形態では、図１１の３Ｄイメージャ１１００は、カメラ１１９０をさらに含み、カメラ１１９０は、３Ｄイメージの中へ組み込むためのカラー（テクスチャ）情報を提供するために使用され得る。それに加えて、カメラ１１９０は、ビデオグラメトリの使用を通して、複数の３Ｄイメージを位置合わせするために使用され得る。
【００３３】
この三角形の配置は、図１および図１０に図示されているような直線に配置された２つのカメラおよびプロジェクタで利用可能な情報を超える追加的な情報を提供する。追加的な情報は、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して理解され得、図１２Ａは、エピポーラ拘束の概念を説明しており、図１２Ｂは、どのようにエピポーラ拘束が３Ｄイメージャ１１００の三角形の配置に有利に適用されるかを説明している。図１２Ａにおいて、３Ｄ三角測量器具１２４０は、図１２Ａの左側および右側に、デバイス１およびデバイス２をそれぞれ含む。デバイス１およびデバイス２は、２つのカメラであることが可能であり、または、デバイス１およびデバイス２は、１つのカメラおよび１つのプロジェクタであることが可能である。２つのデバイスのそれぞれは、カメラであるかプロジェクタであるかにかかわらず、投射中心Ｏ１およびＯ２、ならびに、代表平面１２３０または１２１０を有する。投射中心は、ベースライン距離Ｂによって分離されており、ベースライン距離Ｂは、ライン１２０２の長さである。投射中心の概念は、図１３Ｃ、図１３Ｄ、および図１３Ｅを参照してより詳細に考察されている。基本的に、投射中心Ｏ１、Ｏ２は、物体上のポイントへ、または、物体上のポイントから、光線がそれを通って移動すると考えられ得るポイントである。これらの光線は、たとえば、図９の照射されたプロジェクタパターン発生器９１２の上のパターンなどのような、照射されたプロジェクタパターンから現れるか、または、図９の感光性アレイ９２２などのような感光性アレイの上に衝突するかのいずれかである。図９において見ることができるように、レンズ９１４は、照射された物体ポイント９３２と、照射された物体プロジェクタパターン発生器９１２の平面との間にある。同様に、レンズ９２４は、それぞれ、照射された物体ポイント９３２と感光性アレイ９２２の平面との間にある。しかし、デバイス９１２および９２２の前方表面平面のパターンは、それらがレンズ９１４および９２４の反対側の適当な位置にそれぞれ移動されるとすれば、同じになる。参照平面１２３０、１２１０のこの設置は、図１２Ａの中で適用されており、図１２Ａは、物体ポイントと投射中心Ｏ１、Ｏ２との間の参照平面１２３０、１２１０を示している。
【００３４】
図１２Ａでは、投射中心Ｏ２に向けて角度を付けられている参照平面１２３０、および、投射中心Ｏ１に向けて角度を付けられている参照平面１２１０に関して、投射中心Ｏ１とＯ２との間に描かれたライン１２０２が、エピポールポイントＥ１、Ｅ２において、平面１２３０および１２１０とそれぞれ交差する。平面１２３０の上のポイントＵＤを考える。デバイス１がカメラである場合には、イメージの上にポイントＵＤを作り出す物体ポイントはライン１２３８の上にあることが知られている。物体ポイントは、たとえば、ポイントＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、またはＶＤのうちの１つであることが可能である。これらの４つの物体ポイントは、それぞれ、デバイス２の参照平面１２１０の上のポイントＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤに対応している。これは、デバイス２がカメラであってもまたはプロジェクタであっても当てはまる。また、４つのポイントが平面１２１０の中の直線１２１２の上にあることも事実である。このラインは、参照平面１２１０とＯ１−Ｏ２−ＵＤの平面との交線であり、このラインは、エピポーラライン１２１２と称される。結果として、参照平面１２１０の上の任意のエピポーララインがエピポールＥ２を通過することになる。デバイス１の参照平面の上の任意のポイントに関して、デバイス２の参照平面の上にエピポーララインが存在しているのと同様に、デバイス２の参照平面の上の任意のポイントに関して、デバイス１の参照平面の上にエピポーラライン１２３４も存在している。
【００３５】
図１２Ｂは、２つのカメラおよび１つのプロジェクタが三角形のパターンで配置されている、図１１の３Ｄイメージャ１１００に対応する３Ｄイメージャ１２９０に関するエピポーラ関係を図示している。一般的に、デバイス１、デバイス２、およびデバイス３は、デバイスのうちの少なくとも１つがカメラである限り、カメラおよびプロジェクタの任意の組み合わせであることが可能である。３つのデバイス１２９１、１２９２、１２９３のそれぞれは、投射中心Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３をそれぞれ有しており、また、参照平面１２６０、１２７０、および１２８０をそれぞれ有する。デバイスのそれぞれのペアは、エピポールのペアを有する。デバイス１およびデバイス２は、それぞれ、平面１２６０、１２７０の上にエピポールＥ１２、Ｅ２１を有する。デバイス１およびデバイス３は、それぞれ、平面１２６０、１２８０の上にエピポールＥ１３、Ｅ３１をそれぞれ有する。デバイス２およびデバイス３は、それぞれ、平面１２７０、１２８０の上にエピポールＥ２３、Ｅ３２を有する。換言すれば、それぞれの参照平面は、２つのエピポールを含む。デバイス１に関する参照平面は、エピポールＥ１２およびＥ１３を含む。デバイス２に関する参照平面は、エピポールＥ２１およびＥ２３を含む。デバイス３に関する参照平面は、エピポールＥ３１およびＥ３２を含む。
【００３６】
デバイス３がプロジェクタであり、デバイス１が第１のカメラであり、デバイス２が第２のカメラである、図１２Ｂの状況を考える。投影ポイントＰ３、第１のイメージポイントＰ１、および第２のイメージポイントＰ２が、測定において得られることを想定する。これらの結果は、以下の方式で一貫性に関してチェックされ得る。
【００３７】
イメージポイントＰ１の一貫性をチェックするために、平面Ｐ３−Ｅ３１−Ｅ１３を参照平面１２６０と交差させ、エピポーラライン１２６４を得る。平面Ｐ２−Ｅ２１−Ｅ１２を交差させ、エピポーラライン１２６２を得る。イメージポイントＰ１が一貫して決定された場合には、観察されたイメージポイントＰ１は、決定されたエピポーラライン１２６２および１２６４の交差点の上に存在することになる。
【００３８】
イメージポイントＰ２の一貫性をチェックするために、平面Ｐ３−Ｅ３２−Ｅ２３を参照平面１２７０と交差させ、エピポーラライン１２７４を得る。平面Ｐ１−Ｅ１２−Ｅ２１を交差させ、エピポーラライン１２７２を得る。イメージポイントＰ２が一貫して決定された場合には、観察されたイメージポイントＰ２は、決定されたエピポーラライン１２７２および１２７４の交差点の上に存在することになる。
【００３９】
投影ポイントＰ３の一貫性をチェックするために、平面Ｐ２−Ｅ２３−Ｅ３２を参照平面１２８０と交差させ、エピポーラライン１２８４を得る。平面Ｐ１−Ｅ１３−Ｅ３１を交差させ、エピポーラライン１２８２を得る。投影ポイントＰ３が一貫して決定された場合には、投影ポイントＰ３は、決定されたエピポーラライン１２８２および１２８４の交差点の上に存在することになる。
【００４０】
プロジェクタおよびカメラの三角形の配置を有する３Ｄイメージャ１１００を使用することによって提供される情報の冗長性は、測定時間を低減させるために、誤差を識別するために、および、補償／較正パラメータを自動的に更新するために使用され得る。
【００４１】
ここで、測定時間を低減させる方式の例が与えられる。図１４Ａ〜Ｄおよび図１５を参照して本明細書で下記に説明されているように、３Ｄ座標を決定する１つの方法は、シーケンシャル測定を実施することによる。本明細書で下記に説明されているそのようなシーケンシャル測定方法の例は、正弦曲線的な測定パターンを３回以上投影することであり、パターンの位相が毎回シフトされる。ある実施形態では、そのような投影は、最初に、粗い正弦波パターンによって実施され得、中間解像度正弦波パターンがそれに続き、細かい正弦波パターンがそれに続く。この場合に、粗い正弦波パターンが、空間の中の物体ポイントの近似的な位置を得るために使用される。中間解像度パターンおよび細かいパターンは、空間の中の物体ポイントの３Ｄ座標のますます正確な推定値を得るために使用される。ある実施形態では、３Ｄイメージャ１１００の三角形の配置によって提供される冗長な情報が、粗い位相測定を実施するステップを排除する。その代わりに、３つの参照平面１２６０、１２７０、および１２８０の上に提供される情報が、物体ポイント位置の粗い決定を可能にする。この粗い決定を行う１つの方式は、最適化手順に基づいて物体ポイントの位置について繰り返して解くことによる。たとえば、１つのそのような手順では、残余誤差平方和が、空間の中の物体ポイントに関するベストの推測位置を選択するように最小化される。
【００４２】
また、３Ｄイメージャ１１００の三角形の配置が、誤差を識別するのを助けるために使用され得る。たとえば、３Ｄイメージャ１２９０の中のプロジェクタ１２９３は、投影ポイントＰ３を有するパターンの第１のエレメントを備えた単一のショットの中で、コード化されたパターンを物体上に投影することが可能である。第１のカメラ１２９１は、参照平面１２６０の上の第１のイメージポイントＰ１を第１のエレメントと関連付けることが可能である。第２のカメラ１２９２は、参照平面１２７０の上の第１のイメージポイントＰ２を第１のエレメントと関連付けることが可能である。６つのエピポーララインが、本明細書で上記に説明されている方法を使用して、３つのポイントＰ１、Ｐ２、およびＰ３から発生され得る。エピポーララインの交差点は、その解が一貫性を有するためには、対応するポイントＰ１、Ｐ２、およびＰ３の上にある。その解が一貫性を有さない場合には、他のアクションの追加的な測定が望ましい可能性がある。
【００４３】
また、３Ｄイメージャ１１００の三角形の配置は、補償／較正パラメータを自動的に更新するために使用され得る。補償パラメータは、メモリの中に記憶された数値であり、たとえば、内部電気システム７００の中に、または、別の外部コンピューティングユニットの中に記憶された数値である。そのようなパラメータは、３Ｄイメージャの中のカメラおよびプロジェクタの相対的な位置および配向を含むことが可能である。
【００４４】
補償パラメータは、レンズ焦点長さおよびレンズ収差などのような、レンズ特性に関連することが可能である。また、補償パラメータは、温度などのような環境条件の変化に関連することが可能である。較正という用語が、補償という用語の代わりに使用される場合がある。３Ｄイメージャに関する補償パラメータを得るために、補償手順は、製造業者によって実施されることが多い。それに加えて、補償手順は、ユーザによって実施されることが多い。ユーザ補償手順は、温度などのような環境条件の変化が存在するときに、実施され得る。また、ユーザ補償手順は、プロジェクタまたはカメラレンズが変化されたときに、または、その後に、器具が機械的な衝撃を受けたときに、実施され得る。典型的に、ユーザ補償は、較正プレートの上のマークの集合体をイメージングすることを含むことが可能である。補償手順のさらなる考察が、図３５を参照して、本明細書で下記に与えられている。
【００４５】
３Ｄイメージャ１２９０に関するエピポーラ計算に基づく結果の非一貫性は、補償パラメータの中の問題を示している可能性がある。場合によっては、非一貫性のパターンは、補償パラメータに適用され得る自動補正を示唆することが可能である。他の場合では、非一貫性は、ユーザ補償手順が実施されるべきであることを示すことが可能である。
【００４６】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、３Ｄイメージャ１０の２つのバージョン１３００Ａおよび１３００Ｂをそれぞれ示している。３Ｄイメージャ１３００Ａは、比較的に広いＦＯＶのプロジェクタおよびカメラレンズを含むが、一方、３Ｄイメージャ１３００Ｂは、比較的に狭いＦＯＶのプロジェクタおよびカメラレンズを含む。図１３Ａの広いＦＯＶのカメラ７０Ａ、６０Ａおよびプロジェクタ３０ＡのＦＯＶは、それぞれ、７２Ａ、６２Ａ、および１３２Ａである。図１３Ｂの狭いＦＯＶのカメラ７０Ｂ、６０Ｂおよびプロジェクタ３０ＢのＦＯＶは、それぞれ、７２Ｂ、６２Ｂ、１３２Ｂである。３Ｄイメージャ１３００Ａのスタンドオフ距離Ｄは、スキャナ本体部のフロント１３０１から、カメラレンズアセンブリ７０Ａおよび７０Ｂの光軸７４Ａおよび６４Ａそれぞれとプロジェクタ３０Ａの光軸３４Ａとの交差点１３１０への距離である。ある実施形態では、３Ｄイメージャ１３００Ｂのスタンドオフ距離Ｄは、３Ｄイメージャ１３００Ａのスタンドオフ距離Ｄと同じである。これは、レンズアセンブリ７０Ｂの光軸７４Ｂがレンズアセンブリ７０Ａの光軸７４Ａと同じであるときに起こり、すなわち、アセンブリ７０Ａおよび７０Ｂが同じ方向に向けられているときに起こる。同様に、光軸３４Ｂおよび３４Ａは、同じ方向を有しており、光軸６４Ａおよび６４Ｂは、同じ方向を有する。これに起因して、３Ｄイメージャ１３００Ａおよび１３００Ｂの光軸は、同じポイント１３１０において交差する。この結果を実現するために、レンズアセンブリ３０Ａ、６０Ａ、および７０Ａは、それぞれの特定のフレーム１０にフィットさせることを必要とすることなく交換可能となるように、設計および構築されている。これは、イメージャ１３００Ａ、イメージャ１３００Ｂ、または、他の互換性のあるイメージャの構成と互換性のある、既成のレンズをユーザが購入することを可能にする。それに加えて、ある実施形態では、そのような交換レンズは、３Ｄイメージャの変化に対処するためにレンズの調節を必要とすることなく購入され得る。この互換性を実現する方法は、図１８、図１９Ａ〜Ｃ、図２０Ａ〜Ｂ、および図２１Ａ〜Ｃを参照して、本明細書でより詳細に下記に説明されている。
【００４７】
公称スタンドオフ距離Ｄが、３Ｄイメージャ１３００Ａおよび１３００Ｂに関して同じであるので、感光性アレイがそれぞれの場合において同じサイズである場合には、狭いＦＯＶのカメラレンズ６０Ｂおよび７０Ｂは、広いＦＯＶのカメラレンズ６０Ａおよび７０Ａよりも長い焦点長さを有する。それに加えて、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されているように、測定領域１３１３Ｂの幅１３１２Ｂは、測定領域１３１２Ａの幅１３１２Ａよりも小さい。それに加えて、レンズ開口の直径がそれぞれの場合において同じである場合には、測定領域１３１３Ｂの深さ１３１４Ｂ（被写界深度（ＤＯＦ））は、測定領域１３１３Ａの深さ１３１４Ａ（ＤＯＦ）よりも小さい。ある実施形態では、３Ｄイメージャ１０は、異なる視野および異なるイメージセンサ解像度およびサイズとともに利用可能である。
【００４８】
図１３Ｃは、実施形態によるカメラアセンブリ７０およびプロジェクタ３０の概略断面図１３００Ｃを示している。カメラレンズアセンブリ７０は、投射中心１３７６を含み、投射中心１３７６は、レンズ入射瞳の中心である。入射瞳は、レンズシステムの前から見たときの、物理的な開口絞りの光学的なイメージ（像）として定義される。入射瞳の中心を通過する光線は、主光線と称され、また、主光線の角度は、カメラによって受け取られるような物体ポイントの角度を示している。主光線は、物体上のそれぞれの照射されたポイントから入射瞳を通して描かれ得る。たとえば、光線１３８１は、カメラレンズ１３７１に対して（光線の上の）物体ポイントの角度を定義する主光線である。この角度は、レンズ３１７１の光軸７４に関して定義される。
【００４９】
射出瞳は、レンズシステムの後ろから見たときの、物理的な開口絞りの光学的なイメージ（像）として定義される。ポイント１３７７は、射出瞳の中心である。主光線は、ポイント１３７７から感光性アレイ１３７３の上のポイントへ移動する。一般的に、主光線が射出瞳から離れるときの主光線の角度は、主光線が投射中心（入射瞳）に進入するときの主光線の角度とは異なる。分析を簡単化するために、入射瞳の後に続く光線経路が、図１３Ｄおよび図１３Ｅに示されているように、ビームが投射中心１３７６を通して感光性アレイ１３７３へ直線に移動することを可能にするように調節され得る。３つの数学的な調節が、これを達成するために行われる。第１に、感光性アレイの上のそれぞれのイメージ化されるポイントの位置が、レンズ収差および他の系統的誤差条件を考慮するために補正される。これは、カメラ７０、６０およびプロジェクタ３０の中のレンズの補償測定を実施することによって行われ得る。そのような補償測定は、たとえば、レンズに関する収差係数または収差マップを得るために、所定の配置およびシーケンスにおいて較正ドットプレートを測定することを含むことが可能である。第２に、光線１３８２の角度は、投射中心１３７６を通過する光線１３８１の角度に等しくなるように変えられる。したがって、射出瞳１３７７から感光性アレイ１３７３への距離は、感光性アレイ１３７３の上の収差補正されたポイントにイメージポイント（像点）を置くように調節される。第３に、ポイント１３７７は、投射中心の上に崩壊され、スペース１３８４を除去し、図１３Ｅに示されているように、物体から現れるすべての光線１３８１がポイント１３７６を通って感光性アレイ１３７３の上へ直線を通ることを可能にする。この手段によって、カメラ７０Ｃの光学的なシステムを通過するそれぞれの光のビームの正確な経路は、装着アセンブリ１３７２の中の電気回路およびプロセッサ１３７４による急速な数学的な分析のために簡単化され得る。本明細書での下記の考察では、投射中心という用語は、入射瞳の中心であると解釈され、光線が投射中心を通ってカメラ感光性アレイへ真っ直ぐに描かれることを可能にするように、または、プロジェクタパターン発生器デバイスから光線を方向付けるために投射中心を通って真っ直ぐに描かれるように描かれるように、レンズモデルが修正される。
【００５０】
再び図１３Ｃを参照すると、プロジェクタアセンブリ３Ｃは、投射中心１３３６、射出瞳１３３７の中心、光軸３４、およびプロジェクタパターンアレイ１３３３を有する。カメラアセンブリ７０と同様に、ライトからの光線１３４１がプロジェクタパターン平面１３３３から投射中心１３３６を通って物体へ真っ直ぐに移動することを可能にするように、数学的な補正が行われる。ある実施形態では、プロジェクタパターンアレイ１３３３は、図５Ａに示されているＤＭＤ５３である。
【００５１】
ここで、図１４Ａ〜Ｄおよび図１５を参照して記述されているように、正弦波位相シフト方法を使用して物体表面の上の３Ｄ座標を決定する公知の方法に関して、説明が与えられる。図１４Ａは、プロジェクタ３０Ａによる正弦波パターンの投影を図示している。ある実施形態では、図１４Ａの中の正弦波パターンは、完全に暗色から完全に明色へ光学的パワーが変化する。図１４Ａの中の正弦波の上の最小位置は、暗色の投影に対応しており、正弦波の上の最大位置は、明色の投影に対応している。プロジェクタ３０Ａは、プロジェクタレンズの投射中心から現れる一定のラインの中を移動する光線に沿って、光を投影する。したがって、図１４Ａにおいて、図１４Ａの中の光軸３４Ａに沿ったラインは、正弦波パターンの最大または最小のいずれのポイントも表しておらず、したがって、中間輝度レベルを表している。相対的な輝度は、プロジェクタレンズの投射中心を通して投影される光線の上にあるすべてのポイントに関して同じであることになる。したがって、たとえば、光線１４１５に沿ったすべてのポイントは、正弦波パターンの最大輝度レベルにある。完全な正弦波パターンは、ライン１４１０、１４１２、および１４１４が異なる長さを有するとしても、ライン１４１０、１４１２、および１４１４に沿って起こる。
【００５２】
図１４Ｂでは、カメラ７０Ａの所与のピクセルが、ピクセルからカメラレンズアセンブリの投射中心を通して描かれたラインに沿って存在するポイントの集合体のいずれかを見ることが可能である。ピクセルによって観察される実際のポイントは、ラインによって交差される物体ポイントに依存することになる。たとえば、レンズアセンブリ７０Ａの光軸７４Ａに整合されたピクセルに関して、ピクセルは、物体がパターン１４１０、１４１２、または１４１４のラインに沿って存在するかどうかに応じて、それぞれ、ポイント１４２０、１４２２、または１４２４を見ることが可能である。この場合では、正弦波パターンの上の位置は、これらの３つの場合のそれぞれにおいて異なることに気付かれたい。この例では、ポイント１４２０は、ポイント１４２２よりも明るく、ポイント１４２２は、ポイント１４２４よりも明るい。
【００５３】
図１４Ｃは、プロジェクタ３０Ａによる正弦波パターンの投影を図示しているが、正弦波パターンのより多くのサイクルが、スペースの中に投影されている。図１４Ｃは、１つのサイクルというよりもむしろ１０個の正弦波サイクルが投影されている場合を図示している。サイクル１４３０、１４３３、および１４３４は、スキャナ１４００から、図１４Ａの中のライン１４１０、１４１２、および１４１４とそれぞれ同じ距離に投影されている。それに加えて、図１４Ｃは、追加的な正弦波パターン１４３３を示している。
【００５４】
図１４Ｄでは、レンズアセンブリ７０Ａの光軸７４Ａに整合されたピクセルは、図１４Ｄに図示されている４つの正弦波パターンに関する位置１４４０、１４４２、１４４４、および１４４６に対応する光学的な輝度レベルを見る。ポイント１４４０における輝度レベルは、ポイント１４４４におけるものと同じであることに気付かれたい。物体が、ポイント１４４０からポイント１４４４へ、スキャナ１４００から離れるように遠くへ移動するときに、それは、最初に、正弦波のピークにおいてわずかに明るくなり、次いで、１４４４においてオリジナルの相対的な輝度レベルに戻る前に、位置１４４２において、より低い輝度レベルまで降下する。
【００５５】
物体までの距離を決定する位相シフト方法において、正弦波パターンは、少なくとも３つの位相シフトのシーケンスの中でサイドツーサイド（side-to-side）にシフトされる。たとえば、図１５に図示されている状況を考える。この図では、物体表面１５００の上のポイント１５０２が、プロジェクタ３０Ａによって照射されている。このポイントは、カメラ７０Ａおよびカメラ６０Ａによって観察される。正弦波の輝度パターンが４つのステップの中でサイドツーサイドにシフトされ、シフトされたパターン１５１２、１５１４、１５１６、および１５１８を得ることを想定する。ポイント１５０２において、カメラ７０Ａおよび６０Ａのそれぞれは、４つのシフトされたパターンのそれぞれにおいて、相対的な輝度レベルを測定する。たとえば、４つの測定される位相に関する正弦曲線の位相が、それぞれ、位置１５２２、１５２４、１５２６、および１５２８に関して、θ＝｛１６０°，２５０°，３４０°，７０°｝である場合には、これらの位置においてカメラ７０Ａおよび６０Ａによって測定される相対的な輝度レベルは、（１＋ｓｉｎ（θ））／２であり、または、それぞれ、０．６７１、０．０３０、０．３２９、および０．９６９である。相対的に低い輝度レベルが、位置１４２４において見られ、相対的に高い輝度レベルが、位置１５２８において見られる。
【００５６】
カメラ７０Ａおよび６０Ａの中のピクセルによって受け取られる光の量を測定することによって、光パターン１５１２の初期の位相シフトが決定され得る。図１４Ｄによって示唆されているように、少なくとも、観察された位相が、３６０度の位相範囲の中に、たとえば、図１４Ｄの中の位置１４４０と位置１４４４との間にあることが知られている限りにおいて、そのような位相シフトは、スキャナ１４００からの距離の決定を可能にする。少なくとも３つの異なる位相シフト（投影される正弦波パターンの中のサイドツーサイドのシフト）に関するポイントにおいて、相対的な輝度値を測定することによって、位相シフトを決定するための定量的な方法が知られている。測定された相対的な輝度レベルｘｉをもたらす正弦波信号のＮ位相シフトの集合体に関して、位相φに関する一般式は、φ＝ｔａｎ−１（−ｂｉ／ａｉ）０．５によって与えられ、ここで、ａｉ＝Σｘｊｃｏｓ（２πｊ／Ｎ）およびｂｉ＝Σｘｊｓｉｎ（２πｊ／Ｎ）であり、ｊ＝０〜Ｎ−１の整数にわたって総和がとられる。いくつかの実施形態に関して、より簡単な公式が使用され得る。たとえば、９０度だけそれぞれが連続的にシフトされた４つの測定された位相の実施形態に関して、初期の位相値は、ｔａｎ−１（（ｘ４−ｘ２）／（ｘ１−ｘ３））によって与えられる。
【００５７】
図１５の位相シフト方法は、１つの正弦波周期、または３６０度の中で、位相を決定するために使用され得る。２つ以上の３６０インターバルがカバーされている、図１４Ｄなどのような場合に関して、手順は、相対的に粗い位相周期および相対的に細かい位相周期の組み合わせの投影をさらに含むことが可能である。たとえば、ある実施形態では、図１４Ａの相対的に粗いパターンが、最初に、少なくとも３つの位相シフトとともに投影され、カメラ７０Ａの上の特定のピクセルに対応する物体ポイントまでの近似的な距離を決定する。次に、図１４Ｃの相対的に細かいパターンが、少なくとも３つの位相シフトとともに物体上に投影され、位相が、上記に与えられている公式を使用して決定される。粗い位相シフト測定および細かい位相シフト測定の結果は、カメラピクセルに対応するポイントへの複合的な位相シフトを決定するために組み合される。スキャナ１５００の幾何学形状が知られている場合には、この複合的な位相シフトは、図９を参照して本明細書で上記に考察されているように、三角測量の方法を使用して、カメラピクセルに対応するポイントの３次元の座標を決定するのに十分である。「アンラップされた位相」という用語が、合計のまたは複合的な位相シフトを示すために使用される場合がある。
【００５８】
三角測量方法を使用して３Ｄ座標を決定する代替的な方法は、コード化されたパターンを投影することによる。プロジェクタによって投影されるコード化されたパターンが、カメラによって認識される場合には、投影されるポイントとイメージ化されるポイントとの間の対応が行われ得る。ベースラインおよび２つの角度が、この場合に関して知られているので、物体ポイントに関する３Ｄ座標が決定され得る。
【００５９】
コード化されたパターンを投影する利点は、３Ｄ座標が単一の投影されたパターンから得られ、それによって、急速な測定を可能にすることであり、それは、たとえば、ハンドヘルド式のスキャナにおいて望まれる。コード化されたパターンを投影することの１つの不利益は、背景光が測定の品質を落とし、精度を低減させる可能性があることである。背景光の問題は、正弦波位相シフト方法において回避される。その理由は、背景光が、一定である場合には、位相の計算において相殺されるからである。
【００６０】
測定時間を最小化しながら位相シフト方法を使用して精度を維持するための１つの方式は、図１１にあるように、三角形の幾何学形状を有するスキャナを使用することである。プロジェクタカメラ配向の３つの組み合わせは、曖昧なインターバルのうちのいくつかを排除するために使用され得る冗長な情報を提供する。たとえば、図１１の幾何学形状が可能な複数の同時解は、物体が図１４Ｄの中の位置１４４４と位置１４４６との間のインターバルの中に存在する可能性を排除することが可能である。この知識は、たとえば、図１４Ｂに図示されているように、予備的な粗い位相の測定を実施するステップを排除することが可能である。いくつかの粗い位相シフト測定を排除し得る代替的な方法は、コード化されたパターンを投影し、それぞれのポイントの近似的な位置を物体表面の上に得ることである。
【００６１】
図１６は、ウェブサポート３２６の斜視図であり、ウェブサポート３２６は、サポートアセンブリ３００の一部であり、サポートアセンブリ３００は、上部構造サポート３２２および底部構造サポート３２４をさらに含む。ある実施形態では、上部構造サポートおよび底部構造サポートは、炭素繊維複合材料から作製されており、炭素繊維複合材料は、硬く、また、低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。ある実施形態では、ウェブサポート３２６は、上部構造サポート３２２および底部構造サポート３２４にそれを取り付けるための装着孔部１６２０を含む。それは、孔部１６３０を含み、プロジェクタコンポーネントが孔部１６３０を通過する。ある実施形態では、それは、取り付け孔部１６３５およびベンチレーション孔部１６４０を含む。ある実施形態では、ウェブサポートは、比較的に薄く、また、カメラとプロジェクタエレメントとの間の距離の変化を引き起こすというよりもむしろ、曲がるように構成されており、または、その他の方法で構造体を変形させるように構成されている。サポートアセンブリ３００の熱膨張の影響が、図１７の有限要素解析（ＦＥＡ）モデルに示されており、図１７では、変形のすべてが、明確化のために大きく拡大されている。図１７は、温度の変化に応答してウェブサポート３２６が変形するが、カメラ６０、７０およびプロジェクタ３０を保持するサポート構造体３００は、相対的にほとんど変化しないことを示している。
【００６２】
ある実施形態では、図３の中のカメラレンズアセンブリ６０および７０、ならびに、プロジェクタレンズアセンブリ３０は、図１８の断面に示されており、それらは、オペレータ調節なしに、同じタイプの他のモデルと交換可能であるように構成されている。ある実施形態では、異なるＦＯＶを有するレンズアセンブリは、購入される既製品として、および、その後の調節を必要とすることなく、交換可能である。ここで、これらのレンズ互換性特徴を可能にする設計および製造方法が説明される。
【００６３】
図１８は、図３から取られた断面図Ｂ−Ｂの一部分を示している。図１８は、プロジェクタレンズアセンブリ１６００およびプロジェクタレンズマウント１６４０を示している。プロジェクタレンズアセンブリ１６００は、レンズエレメント１６１０の集合体、レンズハウジング１６２０、レンズ本体部１６３０、およびレンズカバー１６６０を含む。レンズエレメント１６１０の集合体は、当技術分野で周知の方法を使用して、レンズハウジング１６２０の中のキャビティの中に付加されている。物理的な開口絞り１６１５は、レンズエレメント１６１０の集合体の中に含まれている。物体ポイントからの主光線は、物理的な開口絞り１６１５の中心を通過し、また、入射瞳の中心も通過し、それは、レンズアセンブリのフロントから見たときに開口絞り１６１５である。ウィンドウ１６１１が、レンズアセンブリのフロントの近くに設置され得る。レンズハウジング１６２０は、レンズ本体部１６３０の内側に設置されている。レンズ本体部１６３０に対するレンズハウジング１６２０の調節は、レンズ調節ねじ山１６８４を使用して行われる。レンズ本体部１６３０は、レンズハウジングセットねじ１６７２によってレンズハウジング１６２０にしっかりと付加されている。ある実施形態では、３つのレンズハウジングセットねじ１６７２が、１２０度だけ間隔を離して配置されている。化粧用レンズカバー１６６０は、レンズ本体部１６３０の一部分の上に付加されている。
【００６４】
プロジェクタレンズマウント１６４０は、プロジェクタ調節リング１６５０およびプロジェクタベース１６４５を含む。プロジェクタベース１６４５に対するプロジェクタ調節リング１６５０の調節は、マウント調節ねじ山１６８０を使用して行われる。プロジェクタ調節リング１６５０は、ベースセットねじ１６７０によって、プロジェクタベース１６４５にしっかりと付加されている。ある実施形態では、３つのベースセットねじ１６７０は、１２０度だけ間隔を離して配置されている。プロジェクタ調節リング１６５０がプロジェクタベース１６４５の上に正確に中心を合されることを確実にするために、第１のパイロット直径１６９２および第２のパイロット直径１６９４が、プロジェクタ調節リング１６５０およびプロジェクタベース１６４５のために提供されている。第１のパイロット直径１６９２および第２のパイロット直径１６９４の場所において、プロジェクタ調節リング１６５０およびプロジェクタベース１６４５の内径および外径の上の公差は、相対的に厳しい。
【００６５】
すべての製造されたレンズおよびスキャナに関してプロジェクタレンズアセンブリ１６００およびプロジェクタマウント１６４０の互換性を確保するために、ゴールデンプロジェクタレンズアセンブリおよびゴールデンプロジェクタマウントが、初期段階において生成され、その後に製造する際に使用される。
【００６６】
初期段階においてゴールデンプロジェクタレンズアセンブリおよびゴールデンプロジェクタマウントを得るために、プロジェクタレンズアセンブリ１６００およびプロジェクタマウント１６４０が、３Ｄイメージャ１０の中に組み立てられる。図２２Ａおよび図２２Ｂに示されているように、観察表面平面１３５０Ａまたは１３５０Ｂは、３Ｄイメージャ１０から好適なスタンドオフ距離Ｄに設置されている。マウント調節ねじ山１６８０およびレンズ調節ねじ山１６８４は、プロジェクタから観察表面平面の上に鮮明なイメージを投影するように調節される。プロジェクタが鮮明なパターンを投影しているかどうかの決定は、３Ｄイメージャ１０の上のカメラ６０、７０のうちの１つによって、または、外部カメラによって、観察から決定され得る。プロジェクタレンズハウジングセットねじ１６７２は、プロジェクタレンズハウジング１６２０の位置をプロジェクタレンズ本体部１６３０に固定するように締め付けられ、また、ベースセットねじ１６７０は、プロジェクタ調節リング１６５０の位置をプロジェクタベース１６４５に固定するように締め付けられる。これらの調節が行われることによって、プロジェクタレンズエレメント１６１０の相対的な位置は、ＤＭＤ５３のフロント投影表面に対して固定される。プロジェクタレンズアセンブリ１６００が、スキャナから除去され、その後になって再挿入されるときに、接触が、ワーキングフランジ１６９０において行われ、それは、プロジェクタマウント１６４０に対するプロジェクタレンズアセンブリ１６００の位置のその反復性を確実にする。これは、プロジェクタレンズアセンブリ１６００の複数の除去および再挿入のときに、投影されるイメージが鮮明なままであることを確実にする。この初期のステップにおいて、プロジェクタマウント１６４０およびレンズアセンブリ１６００の両方がともに調節され、この初期のステップは、狭いＦＯＶのプロジェクタレンズアセンブリまたは広いＦＯＶのプロジェクタレンズアセンブリのいずれかによって、１度だけ実施され得ることに留意されたい。その後に、ゴールデンプロジェクタマウントが得られ、また、他の広いＦＯＶのプロジェクタレンズアセンブリおよび狭いＦＯＶのプロジェクタレンズアセンブリを得るために使用され得る。
【００６７】
以前の段落に説明されているような初期段階を完了することは、ゴールデンプロジェクタレンズアセンブリおよびゴールデンプロジェクタマウントの生成をもたらす。広いＦＯＶのレンズアセンブリおよび狭いＦＯＶのレンズアセンブリの両方が利用可能である場合には、初期のステップは、広いＦＯＶのゴールデンプロジェクタレンズアセンブリおよび狭いＦＯＶのゴールデンプロジェクタレンズアセンブリの両方をもたらす。その後に、ゴールデンプロジェクタレンズアセンブリは、複数のプロジェクタマウントを生成するために、通常の製造において使用され、ゴールデンプロジェクタマウントは、複数のプロジェクタレンズアセンブリを生成するために、通常の製造において使用される。
【００６８】
通常の製造プロセスにおいて複数のプロジェクタマウント１６４０を生成するために、ゴールデンプロジェクタレンズアセンブリ１６００が、生産ユニットのプロジェクタマウント１６４０の上に設置されている。観察表面平面１３５０Ａまたは１３５０Ｂは、図２２Ａおよび図２２Ｂに示されているように、３Ｄイメージャ１３００Ａまたは１３００Ｂからスタンドオフ距離Ｄにそれぞれ設置されている。プロジェクタ３０Ａの中の広いＦＯＶのプロジェクタレンズアセンブリ、または、プロジェクタ３０Ｂの中の狭いＦＯＶのプロジェクタレンズアセンブリのいずれかが、このステップにおいて使用され得る。パターンが、ＤＭＤ５３からゴールデンプロジェクタレンズアセンブリを通して観察表面平面の上に投影される。マウント調節ねじ山１６８０は、観察表面平面の上に鮮明な（焦点の合った）パターンを作り出すように調節される。プロジェクタが鮮明なパターンを投影しているかどうかの決定は、３Ｄイメージャ１０の上のカメラのうちの１つによって、または、外部カメラによって、観察から決定され得る。ベースセットねじ１６７０は、プロジェクタ調節リング１６５０の位置をプロジェクタベース１６４５に固定するように締め付けられる。
【００６９】
通常の製造プロセスにおいて複数のプロジェクタレンズアセンブリ１６００を生成するために、３Ｄイメージャの中のゴールデンプロジェクタマウント１６４０が、生産プロジェクタレンズアセンブリ１６００に取り付けられる。観察表面平面１３５０Ａまたは１３５０Ｂは、３Ｄイメージャからスタンドオフ距離Ｄにそれぞれ設置されている。パターンが、ＤＭＤ５３から観察表面平面１３５０Ａまたは１３５０Ｂの上に投影される。レンズ調節ねじ山１６８４は、プロジェクタ３０から観察表面平面１３５０Ａまたは１３５０Ｂの上に鮮明なイメージを投影するように調節される。プロジェクタが鮮明なパターンを投影しているかどうかの決定は、３Ｄイメージャ１０の上のカメラのうちの１つによって、または、外部カメラによって、観察から決定され得る。レンズハウジングセットねじ１６７２は、レンズハウジング１６２０の位置をレンズ本体部１６３０に固定するように締め付けられる。
【００７０】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、それぞれ、カメラレンズアセンブリ１７１０およびカメラマウント１７５０を含む、カメラ６０または７０の斜視図および上面図である。図１９Ｃは、上面図を通して見た断面Ｃ−Ｃの図である。カメラレンズアセンブリ１７１０の追加的な特徴が、図２０Ａおよび図２０Ｂに示されている。ある実施形態では、カメラ６０および７０は、カメラレンズアセンブリ１７１０およびカメラマウント１７５０に関して同じ設計を使用している。
【００７１】
カメラレンズアセンブリ１７１０は、カメラカバー１７４０、レンズ装着スレッド１７１３、カメラレンズ焦点調節リング１７１５、焦点セットねじ１７２７、開口セットねじ１７２６、およびフィルタマウント１７１４を含む。また、カメラレンズアセンブリ１７１０は、図では見ることができないが、カメラレンズアセンブリ１７１０の内部にレンズエレメントの集合体を含む。ある実施形態では、カメラは、本明細書で下記に説明されているように修正される商業的に購入されたレンズであることが可能である。レンズ焦点調節リング１７１５は、所望の焦点長さを実現するために、それぞれの別々のカメラレンズアセンブリ１７１０に関して調節される。焦点セットねじ１７２７は、焦点長さを固定値に保持する。開口セットねじ１７２６は、固定値において開口を保持する。任意選択のフィルタが、フィルタマウント１７１４によって適切な場所に保持され得る。レンズ装着スレッド１７１３が、カメラレンズアセンブリ１７１０をカメラマウント１７５０に取り付けるために使用される。レンズ装着スレッド１７１３の係合は、本明細書で下記にさらに考察されているように、ワーキングフランジ１７３０によって制限されている。レンズ焦点長さおよび開口サイズが固定された後に、カメラカバー１７４０が、カメラレンズアセンブリ１７１０の残りの部分を覆って設置される。ある実施形態では、エポキシまたはグルーが、カメラレンズ焦点調節リング１７１５とカメラカバー１７４０との間に設置され、セットねじを適切な場所により強力に固定する。
【００７２】
カメラマウント１７５０は、電気的なエンクロージャ１７５２、マウントブラケット１７７０、カメラマウント調節リング１７７５、１対のピン３２８、光学バンドパスフィルタ１７６２、およびガスケットダストシール１７６４を含む。マウントブラケット１７７０に対するカメラマウント調節リング１７７５の調節は、カメラマウント調節ねじ山１７７２を使用して行われる。カメラマウント調節リング１７７５は、ブラケットセットねじ１７３６によって、マウントブラケット１７７０にしっかりと付加されている。ある実施形態では、３つのブラケットセットねじ１７３６は、１２０度だけ間隔を離して配置されている。エレクトロニクスエンクロージャは、感光性アレイおよびカメラ処理エレクトロニクスを保持する。図１９は、電子的なエンクロージャの中に感光性アレイまたはカメラ処理エレクトロニクスを示していないが、感光性アレイおよびカメラ処理エレクトロニクスは、それぞれ、参照数字１３７３および１３７４によって、図１３Ｃに示されている。マウントブラケット１７７０は、図３、図１９Ａ、および図１９Ｃに示されているように、１対のピン３２８によって、上部構造サポート３２２および底部構造サポート３２４に取り付けられている。ピンは、カメラとプロジェクタとの間の一貫した距離を確保するのに十分に、ピン孔部の中へきつくフィットしているが、それぞれのピン軸線の周りでのカメラ６０、７０の回転を許容するのに十分に緩くフィットしている。これは、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されている所望の交差ポイント１３１０にカメラが向けられることを可能にする。カメラが所望の配向へ回転された後に、カメラは、ねじ３２９Ａおよび３２９Ｂ（図３）によって、適切な場所へロックされ、ねじ３２９Ａおよび３２９Ｂは、上部構造サポート３２２の中の孔部を通され、また、ねじ山付きの孔部１７２９Ａおよび１７２９Ｂの中へそれぞれ通されている。光学バンドパスフィルタは、光源３７の波長の光を通し、背景光からの他の波長を遮断する。ガスケットダストシールは、電気的なエンクロージャ１７５２の中のダストのない環境を確保するのを助ける。
【００７３】
すべての製造されるレンズおよびスキャナに関して、カメラレンズアセンブリ１７１０およびカメラマウント１７５０の互換性を確保するために、ゴールデンカメラレンズアセンブリおよびゴールデンカメラマウントが、初期段階において生成され、その後に製造する際に使用される。
【００７４】
初期段階においてゴールデンカメラレンズアセンブリおよびゴールデンカメラマウントを得るために、カメラレンズアセンブリ１７１０およびカメラマウント１７５０が、３Ｄイメージャ１０の中に組み立てられる。図２２Ｃおよび図２２Ｄに示されているように、観察表面平面１３５０Ｃ（カメラ６０Ａ、７０Ａに関する）または１３５０Ｄ（カメラ６０Ｂ、７０Ｂに関する）は、３Ｄイメージャ１０から好適なスタンドオフ距離Ｄに設置されている。観察表面平面１３５０Ｃ、１３５０Ｄは、表面の上にパターンを含む。パターンは、表面の上に恒久的にマークされ得、プロジェクタ３０Ａもしくは３０Ｂによって投影され得、または、表面の上のマークの上に投影され得る。後者の場合では、光のパターンは、たとえば、観察表面平面の上の白色の反射ドットの集合体の上に投影され得る。カメラマウント調節ねじ山１７７２およびカメラレンズ焦点調節リング１７１５は、カメラの感光性アレイの上の表面平面１３５０Ｃ、１３５０Ｄの上に、パターンの鮮明な（焦点の合った）イメージを得るために調節される。ブラケットセットねじ１７３６は、カメラマウント調節リング１７７５の位置をマウントブラケット１７７０に固定するために締め付けられ、また、焦点セットねじ１７２７は、カメラレンズ焦点調節リング１７１５を適切な場所に固定するために締め付けられる。これらの調節が行われることによって、カメラレンズアセンブリ１７１０は、電気的なエンクロージャ１７５２の中の感光性アレイに対して固定される。カメラレンズアセンブリ１７１０が、スキャナから除去および再挿入されるときに、接触が、ワーキングフランジ１７３０において行われ、それは、カメラマウント１７５０に対するカメラレンズアセンブリ１７１０の位置のその反復性を確実にする。これは、カメラレンズアセンブリ１７１０の複数の除去および再挿入のときに、キャプチャされるイメージが鮮明で焦点の合ったままであることを確実にする。この初期のステップにおいて、カメラマウント１７５０およびカメラレンズアセンブリ１７１０の両方がともに調節され、この初期のステップは、狭いＦＯＶのカメラ６０Ｂ、７０Ｂまたは広いＦＯＶのカメラ６０Ａ、７０Ａのいずれかによって、１度だけ実施され得ることに留意されたい。その後に、ゴールデンカメラマウント１７５０が得られ、また、広いＦＯＶのカメラレンズアセンブリおよび狭いＦＯＶのカメラレンズアセンブリの両方を得るために使用され得る。
【００７５】
以前の段落に説明されているような初期段階を完了することは、ゴールデンカメラレンズアセンブリおよびゴールデンカメラマウントの生成をもたらす。広いＦＯＶのレンズアセンブリおよび狭いＦＯＶのレンズアセンブリの両方が利用可能である場合には、初期のステップは、広いＦＯＶのゴールデンカメラレンズアセンブリおよび狭いＦＯＶのゴールデンカメラレンズアセンブリの両方をもたらす。その後に、ゴールデンカメラレンズアセンブリは、複数のカメラマウントを生成するために、通常の製造において使用され、ゴールデンカメラマウントは、複数のカメラレンズアセンブリを生成するために、通常の製造において使用される。
【００７６】
通常の製造プロセスにおいて複数のカメラマウント１７５０を生成するために、ゴールデンカメラレンズアセンブリ１７１０が、生産ユニットのカメラマウント１７５０の上に設置されている。観察表面平面１３５０Ｃ（広いＦＯＶのカメラ６０Ａ、７０Ａに関する）または１３５０Ｄ（狭いＦＯＶのカメラ６０Ｂ、７０Ｂに関する）は、図２２Ｃおよび図２２Ｄに示されているように、３Ｄイメージャ１３００Ａまたは１３００Ｂからスタンドオフ距離Ｄにそれぞれ設置されている。カメラマウント調節ねじ山１７７２は、観察表面平面の上にパターンの鮮明な（焦点の合った）イメージを作り出すように調節される。ブラケットセットねじ１７３６は、カメラマウント調節リング１７７５の位置をマウントブラケット１７７０に固定するように締め付けられる。
【００７７】
通常の製造プロセスにおいて複数のカメラレンズアセンブリ１７１０を生成するために、３Ｄイメージャの中のゴールデンカメラマウント１７５０が、生産カメラレンズアセンブリ１７１０に取り付けられる。観察表面平面１３５０Ｃ（広いＦＯＶのカメラ６０Ａ、７０Ａに関する）または１３５０Ｄ（狭いＦＯＶのカメラ６０Ｂ、７０Ｂに関する）は、３Ｄイメージャからスタンドオフ距離Ｄにそれぞれ設置されている。焦点調節リング１７１５は、観察表面平面１３５０Ｃまたは１３５０Ｄの上にパターンの鮮明なイメージを得るために調節される。焦点セットねじ１７２７は、カメラレンズ焦点調節リング１７１５を適切な場所に固定するために締め付けられる。
【００７８】
図２１Ａ、図２１Ｂ、および図２１Ｃは、それぞれ、比較的に長い焦点長さを有するカメラレンズアセンブリ２１００の上面図、第１の斜視図、および第２の斜視図である。レンズカバー２１０２が除去されるとき、フォーカシングメカニズム２１０４が現わされる。この場合では、フォーカシングメカニズム２１０４は、３つの調節ねじを設定し、それらは、一緒に回るように構成されている。３つの調節制御が適切な位置にしっかりとロックされることを確実にするために、エポキシまたは他のグルーの層が、調節制御２１０４を覆ってレンズカバー２０１２の中に設置され得る。レンズアセンブリのフロント（前面）は、任意選択のフィルタのためのマウントの存在によって示されている。
【００７９】
３Ｄイメージャ１０によって３Ｄ測定を行う際の潜在的な誤差の源は、背景光による物体の照射である。図２３Ａおよび図２３Ｂは、それぞれ、白熱電球Ａ１９および磁気バラスト型のコンパクトな蛍光ランプ（ＣＦＬ）からの正規化された光出力のグラフである。両方のタイプのライトは、家庭およびオフィスにおいて一般的である。分かるように、正規化された光出力は、白熱バルブに関して２０パーセントを超えて変化し、また、ＣＦＬに関して５０パーセントを超えて変化している。両方の場合に関して、光出力は、１２０Ｈｚで、または、８．３３ミリ秒ごとに繰り返している。これは、電力線周波数の２倍（または、電力線周期の半分）であることに留意されたい。電力線周波数は、国ごとに変化する。
【００８０】
図２３Ｃ、図２３Ｄ、図２３Ｅ、および図２３Ｆは、４つの異なるタイプのＬＥＤ光源を示している。白熱光およびＣＦＬ光の比較によって、ＬＥＤは、正規化された出力パワーの変動において大きく変化している。たとえば、図２３Ｃおよび図２３Ｄは、２つの異なるＡタイプＬＥＤに関して観察される正規化された光出力を示している。光出力は、図２３ＣのＬＥＤに関して、ほぼ一定であるが、図２３ＤのＡタイプＬＥＤに関して、数パーセントから１００パーセントの範囲にある。図２３Ｅおよび図２３Ｆは、２つのＭＲ１６タイプＬＥＤに関して、正規化された出力パワーを示している。分かるように、光出力は、図２３ＥのＬＥＤに関して、数パーセントから１００パーセントの範囲にあるが、図２３ＦのＬＥＤに関して、おおよそ７０パーセントから１００パーセントの範囲にある。図２３Ｃから図２３Ｆに図示されている場合のすべてにおいて、光出力は、１２０Ｈｚで、または、８．３３ミリ秒ごとに繰り返している。これは、電力線周波数の２倍（または、電力線周期の半分）である。
【００８１】
背景光からの潜在的な問題を最小化する１つの方式は、カメラレンズアセンブリ６０および７０の中に光学フィルタを使用することである。光学フィルタは、レンズの上に設置されている光学的なコーティングであることが可能であり、または、それらは、フィルタガラスから作製されたウィンドウであることが可能である。このアプローチは、有用であるが、いくらかの背景光が光学フィルタを通過することになるので、完全ではない。
【００８２】
ある実施形態では、プロジェクタ照射持続時間、および、対応するカメラ露光持続時間は、位相の計算への影響を最小化するように選択される。図１５を参照して本明細書で上記に説明されているように、一定のレベルの背景光は、位相の計算において相殺される。たとえば、９０度のインクリメントでシフトされた４つの投影された位相に関して、位相は、公式ｔａｎ−１（（ｘ４−ｘ２）／（ｘ１−ｘ３））を使用して、４つの観察されたイメージレベルｘｉから決定され得る。ｘ１、ｘ２、ｘ３、およびｘ４に関する一定の背景レベルは、位相の計算において相殺される。したがって、背景光の影響を最小化するための第１の方法は、カメラの露光時間が電力線周期の半分（本明細書における上記の例では、８．３３ミリ秒）の複数倍であることを確実にすることである。この場合では、４つの測定を行うために必要とされる時間にわたって背景光が一貫して変化する限りにおいて、背景光は相殺される。場合によっては、カメラ６０、７０の最小フレームレートは、電力線周期の半分よりも小さくなっていることが可能である。たとえば、カメラは、毎秒おおよそ１５フレームよりも少なく測定することができなくてもよく、それは、最低でも７個から９個のフレームがそれぞれのサンプリングインターバルの中で必要とされることになることを意味している。プロジェクタ３０からの光学的パワーは、最適なサンプリングインターバルを考慮して、必要とされるエネルギーをカメラ６０、７０に提供するように選択されるべきである。
【００８３】
さらなる実施形態では、露光インターバルは、背景光波形の上の好適な位置に対応するようにタイミングが計られる。図２４Ａおよび図２４Ｂは、例示的な背景光に関して、正規化された光パワーの波形を示している。図２４Ａおよび図２４Ｂにおいて、カメラは、それぞれの場合において、８．３３ミリ秒露光にわたって測定するが、図２４Ａでは、低くてゆっくりと変化するレベルに背景光があるときに、サンプルが採られる。それとは対照的に、図２４Ｂでは、波形が急速に変化する時間の間に、サンプルが採られる。図２４Ｂの中の背景光レベルに変化において、図２４Ａよりも大きい変化が存在することになる傾向がある。その理由は、背景光の任意の変動、または、露光インターバルの任意の変動が、図２４Ａに対して、図２４Ｂにおいて拡大されることになるからである。この背景光レベルの変化は、決定される位相の変化に変換されることになる。
【００８４】
ここで、カメラ６０および７０による測定に関する最適なスタート時間およびストップ時間を決定するための２つの方法が説明される。両方の方法において、カメラ露光時間は、電力線周期の半分の複数倍になるように選択され、それは、上記の例では、８．３３ミリ秒の複数倍である。図２５に図示されている第１の方法では、光学的パワーメータ２５１０が、時間の関数として背景光を測定するために使用される。これらの背景光レベルは、最も遅い光学的パワーの変化を有する背景光波形の上のそれらの位置を選択するために使用される。ある実施形態では、光学バンドパスフィルタ２５１２が、光学的パワーメータ２５１０にさらに追加されている。ある実施形態では、光学バンドパスフィルタ２５１２は、カメラ６０および７０に関して提供されるフィルタと同様である。光学的パワー読み値が、有線によって、または、無線通信によって、光学的パワーメータ２５１０から３Ｄイメージャ１０へ送られ得る。
【００８５】
図２６Ａおよび図２６Ｂに図示されている第２の方法では、カメラ６０、７０のうちの１つ以上が、アンダーサンプリング方法を使用して、時間の関数として、検出された背景光のレベル２６１０を測定する。図２６Ａでは、波形２６１０は、カメラ６０または７０のうちの１つによって検出される背景光である。背景パターンは、図２３ＥのＭＲ１６タイプＬＥＤのものである。波形の周波数は１２０Ｈｚであり、周期は８．３３ミリ秒である。ここで考えられる例に関して、カメラは、６０Ｈｚの最大フレームレートを有しており、それは、１つ置きのサイクルで波形２６１０をサンプリングする能力をカメラに与える。ある実施形態では、波形の異なる部分を測定するために、サンプリングレートは、６０Ｈｚの最大レートの５パーセント下に設定され、それは、背景光の１２０Ｈｚ周波数の２．１分の１である。サンプル時間は、点線２６１２によって示されており、サンプリングされる値は、中実のドット２６１４によって示されている。図２６Ｂでは、サンプリングされるポイントは、２．１分の１に縮められており、スケーリングされたサンプル値２６１６を残す。これらの値は、図２６Ｂの中で点線２６１８によって示されている背景光のオリジナルの波形２６１０と比較される。
【００８６】
カメラ６０または７０の最大サンプルレートがより低い値（たとえば、１５Ｈｚ）である場合に関して、手順は、先行する段落のものと同様に続くが、２つ置きのサイクルというよりも４つ置きのサイクルが測定され、また、結果を解釈する際に、異なるスケーリングファクタが適用される。再構築される波形２６１６にとって、より大きい解像度が望まれる場合に関して、電力線周波数の２倍に対するレートの差が低減される。たとえば、上記の場合では、サンプリングレートは、背景光の１２０Ｈｚ周波数の２．１分の１に設定された。これは、１サイクル当たり１０個のサンプルを結果として生じた。サンプリングレートは、たとえば、背景光の１２０Ｈｚの２．０５分の１に設定され得、それは、１サイクル当たり２０個のサンプルをもたらす。
【００８７】
３Ｄイメージャ１０に関する別の潜在的な問題は、振動である。振動の１つの源は、図２および図４の中のファン９２、４０２、４０３、および３３からの内部振動である。また、振動は、環境から来る可能性もある。振動を低減させる１つの方式は、補助エレメントから測定されることになる構造的エレメントを可能な限り取り外すことであり、補助エレメントは、振動エレメントを含有するか、または、外側からの振動を伝達する可能性がある。しがたって、プロジェクタカメラアセンブリ３００は、テーブルまたは器具スタンドに確実に取り付けるようにされるが、保護エレメント、化粧用エレメント、および補助エレメント、たとえば、コンピューティングエレメント、ファン、およびエンクロージャなどは、プロジェクタカメラアセンブリ３００に比較的に緩く取り付けられ、振動および衝撃がそれに伝達することを回避するようになっている。プロジェクタカメラアセンブリ３００をファンから隔離しようとする努力にもかかわらず、いくらかのファン振動が、ファンが稼働している場合に、ファンに伝達される。ある実施形態では、システムの温度を安定化させるために、たとえば、光学的な出力パワーを可能な限り一定に保持するために、ファンは、測定の間に稼働している状態のままにされる。
【００８８】
ここで考察されている代替的な実施形態では、ファンは、測定の重要な部分の間にオフにされ、温度の変化を最小化するためのステップがとられる。図２７は、ファンがオフにされている結果として生じる、正規化された強度（光学的な出力パワー）の例示的な変化を示している。グラフは、例示的なシステムにおいて、ファンがオフにされた後に、正規化された強度が、１秒後に約９５％まで降下し、また、２秒後に約９３％まで降下することを示している。
【００８９】
図２８は、空気２８０４を放出するファン２８０２を示しており、その休止は、光源３７からの光学的パワーの潜在的な変化の原因である。投影される光の相対的な強度（光学的パワー）の変化によって引き起こされ得る誤差を克服するために、図２８に図示されているフィードバックループ２８００が使用され得る。フィードバックループシステム２８００の構造的エレメントは、光源３７、プロジェクタ３０、およびカメラ２８４０を含み、カメラ２８４０は、カメラ６０および７０であることが可能である。光源３７は、光２８１０を放出し、光２８１０は、ＤＭＤ２５５２への光２５５３として、ビームスプリッター２５５４によって再方向付けされ、次いで、光２５５５として、レンズ２５５６を通して、プロジェクタから外へ出ていく。投影される光パターン２８３２は、物体２８３４へ移動し、光２８３６として反射し、光２８３６は、カメラレンズ２５４２を通して、光学バンドパスフィルタ２５４４を通して、電気回路２５４６に接続されている感光性アレイ２５４５へ、イメージ化される。
【００９０】
図２９Ａのフィードバックループシステム２９００Ａは、フィードバックループシステム２８００の実施形態である。ある実施形態では、光源３７に印加される電流は、温度が変化するときに、投影される光学的パワーを一定に保持するために増加される。フィードバックコントローラ２８１４からの電気信号２８１８は、光学的パワーを調節するために、光源３７に送られる。ある実施形態では、光源３７は、ＬＥＤであり、電気信号２８１８は、印加された電流を含む。電気信号２８１８は、電気的な制御信号または情報信号をさらに含むことが可能である。ある実施形態では、光源３７からの出力光レベルを代表すると考えられる光が、３Ｄイメージャ１０の中の光センサ２８１２によって、光２８０８（図２８）の放出された部分に基づいて決定される。光センサは、たとえば、光源３７の上のフィードバックフォトダイオード２８０６であることが可能であり、それは、光源３７から光２８０５を受け取り、電気信号２８０７をフィードバックコントローラ２８１４に送り、または、光センサは、プロジェクタの中のフォトダイオード７７６（図７）であることが可能である。光学的なフィードバックループは、エレクトロニクスの中に直接的に実装され得、または、フィードバックコントローラ２８１４の中のコンピュータ計算に部分的に基づくことが可能である。
【００９１】
図２９Ｂのフィードバックループシステム２９００Ｂは、フィードバックループシステム２８００の別の実施形態である。ある実施形態では、カメラ２８４０に関する露光時間は、光学的パワーの低減に応答して増加され、また、その逆も同様である。フィードバックコントローラ２８１４からの信号は、電気信号２８２５として、電気回路２５４６に送られ得、電気回路２５４６は、カメラ２８４０の中の感光性アレイ２５４５の露光時間を制御する。フィードバックループ２９００Ｂの実施形態では、第１のステップは、カメラの露光時間の間に感光性アレイ２５４５のピクセルによって受け取られる光の量を設定することである可能性がある。この光の量は、たとえば、照射された物体の観察されたイメージに基づいて、オペレータによって選択され得、または、スキャナによって自動的に実施される初期の測定に基づくことが可能である。いずれの場合でも、関心の量は、ピクセルによって受け取られる光の量であるので、その量は、それぞれのピクセルによって受け取られる光学的なエネルギーに比例し、または、等しく、カメラ露光の間にそれぞれのピクセルによって十分にキャプチャされる電子の数に比例する。フィードバックループ２９００Ｂの１つの実装形態では、所望のセットポイント露光エネルギーが一連の位相測定の間に一定のレベルに維持されているかどうかという決定が、たとえば、制御システム２９００Ａの中にあるような２８０６または７７６などのような光センサによって、光学的パワーを測定することによって行われる。光学的パワーが降下するように観察される場合には、フィードバックコントローラ２８１４は、信号２８２５をカメラエレクトロニクス２５４６に送り、露光時間を増加させ、ピクセルによって受け取られる出力露光エネルギーを維持することが可能である。
【００９２】
さらなる実施形態では、図２９Ａおよび図２９Ｂの中の「光センサ」（たとえば、２８０６、７７６）は、温度センサと交換され得、温度センサは、電気信号２８６２をコントローラ２８１４に送る温度センサ２８６０、電気信号２８２６をコントローラ２８１４に送る温度センサ２５４８、または、温度センサの組み合わせであることが可能である。ある実施形態では、温度センサは、図６Ｃのサーミスタ温度センサ６１０を含むことが可能である。ある実施形態では、温度センサは、サーミスタ温度センサ７８２Ａ、７８２Ｂ、７８２Ｃ、または、Ｉ２Ｃ温度センサ７８６Ａ、７８６Ｂ、７８６Ｃ、および７８６Ｄを含むことが可能である。ある実施形態では、フィードバックループ２９００Ａの中の光源３７への電流、または、カメラ露光時間を調節するためにカメラエレクトロニクスに送られる信号は、温度信号に基づいている。温度と光学的な出力パワーとの間の関係は間接的であるので、ルックアップテーブル、曲線、等式、または、同様のエレメントは、観察された温度の変化に基づいて、予期される光学的パワーの変化を決定することになる。
【００９３】
他の実施形態では、フィードバックループ２９００Ａおよび２９００Ｂの中の光センサによる測定は、光源の出発温度、および、ファンがオフにされた時間に基づいて、予期される出力パワーの変化によって交換され得る。ファンのオフ時間、および、光源３７からの光学的な出力パワーに関連する関係は間接的であるので、ルックアップテーブル、曲線、等式、または、同様のエレメントが、ファンのオフ時間から、予期される光学的な出力パワーの変化へ行くように使用され得る。ルックアップテーブル、曲線、または等式は、光源３７の初期の出発温度にさらに基づくことが可能である。
【００９４】
さらなる他の実施形態では、フィードバックループ２９００Ａおよび２９００Ｂは、ファン２８０２の速度を設定するために、または、ファンをオンもしくはオフにするために、フィードバックコントローラ２８１４に電気信号２８２４を送らせるための設備をさらに含むことが可能である。ある実施形態では、信号２８２２が、測定結果をさらに補償する際に使用するために、フィードバックコントローラによって、外部コンピューティングデバイス２８２０に提供され得る。望まれない信号の１つのタイプは、背景光源２８３８からの背景光２８３９である。そのような背景光の影響を限定するための方法は、図２３〜図２６を参照して本明細書で上記に考察されている。
【００９５】
三角測量スキャナによって測定を行う際の実際的な考慮事項は、反射される光の量の大きな変化である。１つの場合では、物体は、観察者の観察の角度にかかわらず、同じ見掛けの輝度を有するランバート表面によって、比較的に高い拡散反射率（たとえば、９０％拡散反射率）を有することが可能である。それとは対照的に、１つのタイプの極端な場合では、表面は、急角度で傾けられたときにかなり少ない光を散乱する表面によって、低い拡散反射率（たとえば、１％拡散反射率）を有することが可能である。そのような低い反射率は、たとえば、ダークブラックの材料または透明な材料によって見ることが可能である。別のタイプの極端な場合では、表面は、特定の角度から見たときに鏡面反射を有することが可能である。多くの場合では、比較的に鮮明な曲線表面を有する表面は、カメラによって見られる特定の場所において、「閃光」として知られる明るい鏡面反射を有することになる。反射される光の量が表面の全体にわたって大きく変化する場合であっても表面を正確に測定する方式が望まれている。
【００９６】
ここで、ＤＭＤのそれぞれのピクセルから投影される光学的パワーを最適化するための方法が説明される。そのような最適化手順は、カメラ６０および７０などのようなカメラの感光性アレイの上のピクセルに関する光学的パワーの最適なレベルを提供することが意図されているが、測定時間を増加させることはしない。図３０Ａは、表面３０００の小さい領域３０２０（それは、照射されたスポット３００２を含む）が光学的パワーレベルを調節される状況を図示している。投影される光の中のパターンは、図１５の場合でもあったように、９０度インクリメントでシフトされ続けるが、ここで、正弦波パターンは、領域３０２０の中で２分の１倍に減少されている。４つの連続的な位相シフトされたパターン３０１２、３０１４、３０１６、および３０１８の投影される光レベル３０２２、３０２４、３０２６、および３０２８は、図１５の投影される光レベル１５２２、１５２４、１５２６、および１５２８が有するものと同じ相対的なレベルをそれぞれ有する。４つの異なる位相シフトされた場合に関してポイント３０２０のイメージをキャプチャするカメラ６０Ａのピクセル、および、カメラ７０Ａのピクセルは、ノイズまたは系統的誤差がないときに、図１５および図３０Ａの場合において、同じ３Ｄ座標を決定することになる。
【００９７】
図３０Ｂは、プロジェクタポイント３０３８から物体上に光を投影することによって、および、物体から反射される光をカメラ３０５０によってイメージ化することによって行われる、物体表面の上の３Ｄ座標の粗い測定を図示している。プロジェクタ３０３０は、投射中心３０３２およびプロジェクタ参照平面３０３４を含む。参照平面の概念は、図１２Ａを参照して、本明細書で上記に考察された。ポイント３０３８からの光は、光線３０４２に沿って投影する。カメラは、投射中心３０５２を有しており、また、投射中心３０３２から投射中心３０５２へ描かれるラインは、プロジェクタエピポール３０３６において参照平面３０３４と交差し、また、それは、カメラエピポール３０５６において参照平面３０５４と交差する。エピポール３０３６およびポイント３０３８を通過するプロジェクタ参照平面３０３４の上のラインは、プロジェクタエピポーラライン３０４０である。直線３０６２は、ポイント３０３２、３０３６、３０５６、および３０５２を含む。投射中心３０３２と３０５２との間の距離は、ベースライン距離Ｂである。カメラによって受け取られる任意の光線が、投射中心３０５２を通過するので、結果として、ライン３０６２およびプロジェクタポイント３０３８を含む平面が、ライン３０６０においてカメラ参照平面３０５４と交差し、ライン３０６０は、カメラエピポーララインであることになる。カメラ投射中心３０５２を通過し、また、投影された光線３０４２から来る任意の光線は、カメラエピポーラライン３０６０の上にある。
【００９８】
図３０Ｂの測定は、プロジェクタからターゲットへの距離があまりよく知られていない場合の粗い測定の例である。結果的に、投影される光線３０４２は、線分３０７０Ｂに沿って任意のポイントにおいて物体と交差することが可能である。カメラエピポーラライン３０６０の上の対応する線分は、カメラ参照平面の上の線分３０５８Ｂに沿ってどこかに存在することが可能である。ある実施形態では、図３０Ｂの測定は、図１４および図１５を参照して上記に考察されているように、少なくとも３つの位相シフトを用いた位相シフト方法を使用して行われる。この測定に続いて、光線３０４２によって交差される物体ポイントの場所が、投影される光線３０４２に沿って、図３０Ｃのより小さい領域３０７０Ｃへ局所化される。カメラエピポーラライン３０６０の上の領域３０５８Ｃは、それに対応して小さくなっている。
【００９９】
ある実施形態では、図３０Ｃの測定は、少なくとも３つの位相シフトを用いた位相シフト方法を使用して行われる。この測定に続いて、光線３０４２によって交差される物体ポイントの場所が、投影される光線３０４２に沿って、図３０Ｄのより小さい領域３０７０Ｄへ局所化される。カメラエピポーララインの上の領域３０５８Ｄは、それに対応して小さくなっている。小さい領域３０５８Ｄの引き伸ばした図が、差し込まれた図３０Ｅに示されている。
【０１００】
ここで、図３０Ｃの中のプロジェクタポイント３０３８から投影される光学的パワーを最適化するために、線分３０５８Ｂの上のカメラポイントからの情報を活用するための方法、および、図３０Ｄの中のプロジェクタポイント３０３８から投影される光学的パワーを最適化するために、線分３０５８Ｃの上のカメラポイントからの情報を活用するための方法が説明される。プロジェクタポイント３０３８は、たとえば、ＤＭＤプロジェクタ５３のアレイの上のピクセルに対応することが可能である。ある実施形態では、図３０Ｂの粗い測定において、プロジェクタポイント３０３８によって放出される光学的パワーは、予期される物体表面の反射率特性にしたがって設定される。ある実施形態では、粗い投影されるパターンは、図１４Ａのパターンであることが可能であり、そこでは、正弦波のピークが、投影される最も高い光学的パワーに対応し、正弦波のトラフが、投影される最も低い光学的パワーに対応している。ある実施形態では、４つの９０度の位相シフトが存在していることが可能であり、図３０Ｂのカメラ３０５０の中のピクセルの過剰充填または飽和を回避するように、最大の光学的パワーが選択される。
【０１０１】
ある実施形態では、ポイント３０３８からプロジェクタ３０３０によって投影され、カメラ３０５０によって読み取られる、複数の位相シフトされた値が評価され、物体への可能な距離の範囲を決定し、可能な物体ポイントを図３０Ｃの中の線分３０７０Ｃへ幅を狭くする。手順において、線分３０５８Ｃの上でカメラピクセルによって受け取られる信号のレベルが評価され、カメラ３０５０のピクセルに関する飽和信号レベルと比較して、受け取られる最も高い信号レベルを決定する。次いで、３０Ｄの中のパターンを投影する前に、プロジェクタポイント３０３８の光学的パワーが、最適なレベルに調節される。最適なレベルは、通常、カメラ性能を飽和させることなく、または、その他の方法でカメラ性能を落とすことなく、可能な限り大きく設定される。結果として生じる物体上の投影された強度パターンは、一般的に、滑らかに変化する正弦波パターンではないことになり、その代わりに、たとえば、図３０Ａの領域３０２０において見られるように、概して正弦曲線ではあるが、投影される光学的パワーの中に多くの局所的な変化を有するパターンになる。
【０１０２】
場合によっては、閃光を識別するための努力がなされ、閃光は、カメライメージの中の明るい光の斑点として通常現れる鏡面反射である。そのような閃光は、分散する散乱表面によって反射される光学的パワーレベルよりもはるかに大きい光学的パワーレベルを、カメラ３０５０に対して反射することが可能である。これらの場合では、通常、投影される光学的パワーレベルを、分散的に散乱する表面にとって適当なレベルに調節することが、より良好である。必要な場合には、追加的な測定が、はるかに低いパワーレベルにおいて行われ、閃光を特徴付けることが可能である。図１、図１０、および図１１に図示されているものなどのようなデュアルカメラシステムの場合に関して、閃光は、物体表面の同じ部分に関して、両方のカメラの中に作り出されることは滅多にないであろう。したがって、デュアルカメラシステムによって、通常、閃光に伴う問題を回避することが可能である。
【０１０３】
図３０Ａ〜図３０Ｄを参照して説明されている方法では、エピポーララインの一部分に沿った最大距離の決定は、正弦曲線的に位相シフトされた光パターンのシーケンシャルな投影に基づいていた。他の実施形態では、他の投影パターンが使用され得る。たとえば、３つ以上の正弦曲線的に位相シフトされた光パターンを投影する代わりに、図３０Ｂおよび図１４Ａ〜Ｂに関連して説明されているように、距離の範囲は、コード化されたパターンエレメントを有する単一のストラクチャードライトパターンを投影することによって決定され得る。同様に、一連の明暗ストライプが投影され得る。これらの実施形態のうちのいずれかが、エピポーラライン３０６０に沿ったポイントへの最大距離を与えることになる。
【０１０４】
図３１、図３２、および図３３は、２次元（２Ｄ）のカメライメージと組み合された３Ｄ測定値の使用の組み合わせを通して、エッジの３Ｄ座標を決定する際に、改善された精度を得るための方法を図示している。
【０１０５】
場合によっては、３Ｄイメージャによって測定されるエッジは、鮮明に決定されない。そのような問題は、たとえば、単一のピクセルが、たとえば、孔部のエッジにおいて、ある範囲の距離値をキャプチャするときに生じる。最終的な３Ｄイメージの上の単一のピクセルに帰する距離が、物体への複数の距離によって決定される場合を表すために、「混合ピクセル」という用語が使用される場合がある。混合ピクセルに関して、３Ｄイメージャは、ピクセルによって受け取られる距離の単純平均として、ポイントへの距離を決定することが可能である。一般的に、そのような単純平均は、比較的に大きい量だけ離れている３Ｄ座標を結果として生じることが可能である。場合によっては、混合ピクセルが幅広い範囲の距離値をカバーするときに、位相シフト計算の間に「曖昧さの範囲」が超えられることが起こる可能性があり、予測するのが困難な大きい誤差をもたらす。
【０１０６】
実施形態によれば、この問題の解決策は、測定されている特徴の１つ以上の２Ｄイメージの中に現れる鮮明なエッジを使用する。多くの場合では、エッジ特徴は、たとえば、テクスチャシェーディングに基づいて、２Ｄイメージの中に明確に見られ得る。これらの鮮明なエッジは、三角測量方法を使用して決定される表面座標と協働して決定され得る。三角測量スキャナの中のレンズの投射中心を通過する投影される光線を、三角測量方法による比較的に高い精度で決定される表面の部分の３Ｄ座標と交差させることによって、エッジ特徴の３Ｄ座標が正確に決定され得る。
【０１０７】
図３１、図３２、および図３３を参照して、上記に説明されている手順の例が、孔部３１０４を備えた物体３１０２を有する実施形態に関して、より詳細に説明されている。三角測量スキャナ１３００Ｂのカメラ６０Ｂ、７０Ｂは、物体３１０２の表面の上にプロジェクタ３０Ｂによって投影され、物体表面に反射される光のイメージをキャプチャする。反射される光線は、カメラレンズの投射中心を通過して、カメラの中の感光性アレイの上に至る。感光性アレイは、電気信号を電気回路ボードに送り、電気回路ボードは、デジタルイメージデータを処理するためのプロセッサを含む。本明細書で上記に説明されている三角測量の方法を使用して、プロセッサは、物体表面の上のそれぞれのポイントに対する３Ｄ座標を決定する。
【０１０８】
２Ｄイメージは、６０Ｂもしくは７０Ｂなどのような三角測量カメラからのものであるか、または、別々のカメラからのものであることが可能である。図３２に図示されている実施形態では、システム３２００は、カメラ３２１０を含み、カメラ３２１０は、物体の中の孔部のエッジから光線３２３２および３２３４を受け取る。孔部は、相対的にカメラ３２１０の近くに位置付けされている物体３２２０Ａの中の孔部３２２２Ａであるか、または、相対的にカメラ３２１０から遠くに位置付けされている物体３２２０Ｂの中の孔部３２２２Ｂであることが可能である。プロジェクタ３０は、物体３２２０Ａまたは３２２０Ｂを照射するために光を提供する。ある実施形態では、孔部が比較的に平坦な物体の中に打ち抜かれていることが、演繹的知識から公知である。イメージャ１３００Ｂなどのような３Ｄイメージャは、物体への距離を決定することが可能であり、システムが相対的に近い物体３２２０Ａと相対的に遠い物体との間の区別をすることを可能にする。感光性アレイ３２１６の上の孔部のイメージが、プロセッサ３２１８などのようなプロセッサによって分析され、孔部のエッジを識別する。孔部のエッジがイメージ平面３２１６からカメラ３２１０の投射中心３２１４を通して数学的に投影されるときに、円錐が発生される。数学的な光の円錐は、外向きに拡大し、物体の平面と交差し、それは、３Ｄイメージャによって決定される表面座標を有する。このように、物体の平面とイメージ平面３２１６から投射中心３２１４を通して投影される円錐との交差の数学的な計算は、孔部の正確な形状および直径を提供する。この方法は、本明細書で上記に説明されているように、エッジの近くの３Ｄ測定されるポイントの中の混合ピクセルからの問題を回避するのを助ける。
【０１０９】
図３３を参照すると、孔部３３２０がその中にドリル加工されている平坦な領域３３１０を有する物体３３００の例を考慮することによって、方法は、より明確に理解され得る。領域が、孔部３３２０のエッジから周辺境界３３２２へ延在し、そこでは、混合ピクセル影響、または、たとえば、ベベルもしくはフィレットに起因して鋭くはないエッジなどのような、他の影響に起因して、比較的に高いレベルの不確実性が存在している。ある実施形態では、３Ｄ測定は、外側の領域３３２２に関するスキャナ測定に完全に基づいている。エッジ３３２０は、投影される２Ｄイメージ（たとえば、孔部の場合における投影される円錐）と物体表面３３１０との交差によって決定される。表面特性は、外側円形３３２２と内側円形３３２０との間で維持される。図３３に関して考察されている場合では、円形３３２０と３３２２との間の領域は、平坦であることが仮定される。他の状況では、３３２２および３３２０などのような領域同士の間の表面の形状について、他の仮定が行われ得る。
【０１１０】
図３１に図示されている実施形態では、２つのカメラ６０Ｂおよび７０Ｂが、本明細書で上記に説明されている三角測量方法によって３Ｄ座標を得るために、また、２Ｄカメライメージの中のエッジを識別するために使用される。２つ以上のカメラのそれぞれからエッジを投影することによって、物体は、複数の方向から見られ、それによって、隠れた特徴の数を低減させる。
【０１１１】
今日、製造業者に直面する課題のうちの１つは、最小サイクル時間で、大きいエリアにわたって、正確で詳細な測定を得ることである。たとえば、物体上の関心のエリアを測定するためにシーケンシャルに移動されるロボットに３Ｄイメージャを取り付けることが一般的である。そのような測定は、今日では、自動車、および、多くの他の製造された製品について実施されている。生産ラインの上での測定において、サイクル時間は、所望の測定基準のものであるが、また、正確で高い解像度測定を得ることが望まれている。３Ｄ測定器具が十分に正確ではない場合には、製造業者は、コンポーネントおよび組み立てステップの公差を厳しくし、製造コストの増加をもたらす。したがって、測定される３Ｄ座標の高い解像度および高い精度とともに、大きいエリア全体にわたって高い測定速度を同時に可能にする方法に対する要求が存在している。また、公差が満たされていない場合に関して、即座のフィードバックをオペレータに提供し、どのような是正ステップがとられ得るかを決定する要求が存在している。
【０１１２】
高い解像度を得るために、１つのアプローチは、比較的に小さいＦＯＶを有する３Ｄイメージャプロジェクタおよびカメラを使用することである。この戦略は、３Ｄイメージャ１３００Ｂの中で使用され、３Ｄイメージャ１３００Ｂは、３Ｄイメージャ１３００Ａのプロジェクタ３０Ａおよびカメラ６０Ａ、７０Ａよりも小さい視野を有するプロジェクタ３０Ｂおよびカメラ６０Ｂ、７０Ｂを含む。解像度および精度を向上させるための別のアプローチは、３ＤイメージャのカメラおよびＤＭＤプロジェクタの中のピクセルの数を増加させることである。この戦略は、図２１Ａ〜Ｃのカメラレンズの中に見ることが可能であり、それは、カメラレンズ２０Ａ〜Ｂと比較して、３Ｄイメージャの中の９メガピクセルのカメラとともに使用するように設計されており、カメラレンズ２０Ａ〜Ｂは、３Ｄイメージャの中の５メガピクセルのカメラとともに使用するように設計されている。しかし、ピクセルの数がカメラ感光性アレイおよびプロジェクタＤＭＤの中でどれくらい大きく増加され得るかに、実用的な限界が存在している。この限界は、より大きいアレイを買うための支出、および、増加した数のピクセルからのデータを処理する時間の両方において生じる。
【０１１３】
ある実施形態では、より大きいＦＯＶは、外部コンピュータによって処理された出力データを有する複数の３Ｄイメージャを使用することによってカバーされる。このアプローチに伴う潜在的な困難は、スケーラビィリティーにある。どのようにプロジェクタパターンは、干渉なしに同時に投影され得るか？どれくらい多くの生データが、プロセッサ能力を超えることなく、３Ｄイメージャから中央プロセッサへ転送され得るか？これらの限界の他に、複数の３Ｄイメージャからのデータを単一の大きい３Ｄ表現に継ぎ目なく一体化するために必要とされるプログラミングまたはセットアップ労力の量についての疑問も存在している。これは、特に、複数のスキャンを一緒に位置合わせすることに関して当てはまる。さらには、３Ｄポイントクラウドデータをフィルタリングし、ノイズを低減させ、エッジを鮮明にするために、より多くのオフライン処理労力が必要とされる。追加的なオフライン処理は、テストされている物体がその仕様を満たすかどうかを決定するために使用される。ユーザが位置合わせされたポイントクラウドデータをメッシュまたはオクトリー（octree）フォーマットに変換することを望む場合には、より多くのオフライン処理が使用される。
【０１１４】
ここで、ユーザの側からの最小のプログラミングまたはセットアップ労力を伴って、高い解像度および高い精度によって、大きいエリアにわたって、３Ｄデータが収集されることを可能にするように、これらの制限を克服するための装置および方法が説明される。これらは、複数のデータセットを継ぎ目なく位置合わせし、データをフィルタリングし、データを物体仕様と比較し、および、メッシュまたはオクトリーなどのような、ユーザによって望まれるフォーマットにデータを変換するための装置および方法を含む。また、製造公差が満たされないときに是正アクションを円滑に行うための方法も与えられる。
【０１１５】
図３４Ａは、大きい物体を測定するためのシステム３４００を図示しており、測定は、比較的に高い解像度および精度によって、比較的に迅速に実施される。システム３４００は、ムーバ３４１０および３Ｄ測定アセンブリ３４２０を含む。ある実施形態では、大きい物体３４５０は、自動車のボディー−イン−ホワイト（ＢｉＷ）である。ある実施形態では、ムーバ３４１０は、ロボットエンドエフェクタ（図３４Ａでは見ることができない）、手首メカニズム３４１２、前腕メカニズム３４１４、上腕メカニズム３４１６、回転ステージ３４１８、およびベース３４１９を含むロボットである。図３４Ａのロボット３４１０は、５自由度にわたる移動を提供するが、ロボットまたは他のムーバは、より多くのまたはより少ない移動の自由度を有することが可能である。ある実施形態では、ロボットは、ロボットアセンブリ３４１０全体に関する横方向移動を提供するメカニズム３４４０の上に装着されている。ガントリーＣＭＭなどのようなＣａｒｔｅｓｉａｎ（デカルト）  ＣＭＭ、および、本明細書で下記にさらに説明されているものなどのような自己推進式のモバイルスタンドを含む、他のタイプのムーバ３４１０も使用され得る。本明細書で下記に考察されている他の実施形態では、３Ｄ測定アセンブリ３４２０が、静止構造体の上に固定されており、物体３４５０は、たとえば、コンベアベルトによって移動される。
【０１１６】
３Ｄ測定アセンブリ３４２０は、装着フレーム３４２２を含み、複数の３Ｄイメージャ３４２４が、装着フレーム３４２２に取り付けられている。いくつかの実施形態では、複数の３Ｄイメージャの中の３Ｄイメージャ３４２４のそれぞれは、同じ特性、たとえば、プロジェクタおよびカメラに関する同じ視野、ならびに、同じカメラプロジェクタベースラインを有する。他の実施形態では、複数の３Ｄイメージャの中からのそれぞれの３Ｄイメージャは、たとえば、異なる視野など、明確な相違を有しており、それぞれの３Ｄイメージャ３４２４は、他の３Ｄイメージャ３４２４と相乗的に働くように構成されている。ある実施形態では、それぞれの３Ｄイメージャ３４２４は、プロジェクタ３４２６、カメラ３４２８、およびプロセッサ３４３０を含む。任意のタイプの３Ｄイメージャが使用され得る。プロジェクタ３４２６およびカメラ３４２８は、先の図に関して本明細書で上記に説明されている３Ｄイメージャのものと同様であってもよく、または、それとは異なっていてもよい。投影されるパターンおよび処理のタイプは、任意のタイプのものであることが可能であり、たとえば、エリア全体にわたって投影される位相シフトパターン、エリア全体にわたって投影されるコード化された単一のショットパターン、エリア全体にわたってスキャンされるラインパターン、または、エリア全体にわたって急速にスキャンされるポイントであることが可能である。それぞれのスキャナの中のプロセッサ３４３０は、物体３４５０の上のポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されている。プロセッサ３４３０によって決定されるポイントは、プロジェクタ３４２６によって一緒になって照射されて、カメラ３４２８によってイメージ化される領域に対応する。この思想を表現する別の方式は、それぞれのスキャナの中のプロセッサ３４３０が、プロセッサを含む３Ｄイメージャの基準座標系の中のポイントクラウドを決定することであると言うことであり、ポイントクラウドは、３Ｄ座標の集合体として定義される。ある実施形態では、それぞれのスキャナの中のプロセッサ３４３０は、図７の内部電気システム７００の処理エレメントなどのような、複数の処理エレメントを含むことが可能である。ある実施形態では、処理エレメントは、図７のプロセッサ７５０などのようなメインプロセッサを含み、それは、ある実施形態では、Ｉｎｔｅｌ製のＮＵＣプロセッサである。
【０１１７】
ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のそれぞれのプロセッサ３４３０は、物体表面の３Ｄ座標のポイントクラウドを決定するように構成されており、また、この情報をシステムコントローラ３４３１に送るように構成されており、システムコントローラ３４３１は、装着フレーム３４２２に連結されているコンピューティングユニット３４３２、外部コンピュータ３４６０、並列コンピュータ計算において協働するように構成されているネットワーク接続されたコンピュータの集合体、または、コンピューティングエレメントの任意の他の組み合わせを含むことが可能である。システムコントローラのコンピューティングエレメントの間の通信、ならびに、３Ｄイメージャ３４２４およびシステムコントローラの間の通信は、有線通信媒体または無線通信媒体によって実施され得る。ある実施形態では、システムコントローラは、図８に図示されているように、コンピューティングエレメント８１０、８２０、および、「クラウド」または分散型コンピューティングと一般に称されるコンピューティングエレメントのネットワーク８３０のうちの１つ以上を含むことが可能である。ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のプロセッサ３４３０のそれぞれは、装着フレーム３４２２の上のその位置および配向とともに、そのスキャンされた領域に関して決定された３Ｄ座標のポイントクラウドを、システムコントローラ３４３１に送る。
【０１１８】
システムコントローラ３４３１は、装着フレーム３４２２に取り付けられているプロセッサ３４３２、別々のコンピュータ３４６０、一緒にネットワーク接続されており、場合によっては、本明細書で説明されている方法を並列に実施するコンピューティングエレメントの集合体、または、これらの任意の組み合わせを含むことが可能である。システムコントローラ３４３１は、３Ｄ測定アセンブリ３４２０の中の３Ｄスキャナ３４２４の集合体によって提供されるポイントクラウドデータを一緒に位置合わせする。また、ある実施形態では、システムコントローラ３４３１は、ムーバ３４１０のアクションを指示または開始させることが可能であり、それは、図３４Ａの例では、ロボットアームの移動メカニズムを制御する。３Ｄイメージャ３４２４の集合体によって提供される複数のポイントクラウド座標データを一緒に位置合わせするために、それぞれの３Ｄイメージャのポーズは、３Ｄ測定アセンブリ３４２０、または、同等に、装着フレーム３４２２に結び付けられる第１の基準座標系の中で決定され得る。第１の基準座標系の中のそれぞれの３Ｄイメージャのポーズは、さまざまな方式で決定され得る。ある実施形態では、システムコントローラ３４３１は、リモートコンピューティングデバイスを含むことが可能であり、または、リモートコンピューティングデバイスに操作可能に連結され得、リモートコンピューティングデバイスは、３Ｄイメージャの集合体によって測定されることになる参照（基準）ターゲットをユーザが選択することを可能にする実行可能なコンピュータインストラクションを含む。３Ｄイメージャのそれぞれによって測定されるようなターゲットの３Ｄ座標を比較することによって、それぞれの３Ｄイメージャのポーズが、第１の基準座標系によって決定され得る。これは、図４４〜図４６に関してさらに考察されている。
【０１１９】
さらなる実施形態では、システムコントローラ３４３１は、プロセッサ３４３０によって提供される３Ｄポイントクラウドデータを処理し、３Ｄポイントクラウドデータをフィルタリングし、測定された特徴を仕様と比較し、位置合わせされたデータからメッシュまたはオクトリー表現を得る。いくつかの実施形態では、３Ｄ測定アセンブリ３４３０から測定される物体上に、投影されるパターンまたは英数字として直接的に情報を投影することによって、即座のフィードバックがユーザに提供され得る。そのような投影される情報は、物体がその仕様を満たすことができないときに、特に有用である可能性がある。そのような情報の投影は、本明細書で下記にさらに考察されている。
【０１２０】
図３４Ｂに図示されている実施形態では、３Ｄ測定デバイス３４０１は、第１のアセンブリ３４００の中の３Ｄイメージャ３４２４の第１のセット、および、第２のアセンブリ３４０２の中の３Ｄイメージャ３４２４Ｂの第２のセットを含む。示されている例では、３Ｄイメージャの第２のセットは、単一の３Ｄイメージャだけを含む。第１のアセンブリ３４００において、３Ｄイメージャの第１のセットは、第１の装着フレーム３４２２に連結されており、３Ｄイメージャの第２のセットは、第２の装着フレーム３４０３に連結されている。そのような配置は、物体の両側での測定を可能にすることができる。
【０１２１】
図３４Ｃに図示されている実施形態では、３Ｄ測定アセンブリ３４０５は、装着フレーム３４２２Ｂを含み、複数の３Ｄイメージャ３４２４Ｃが、装着フレーム３４２２Ｂに取り付けられている。装着フレーム３４２２Ｂは、３Ｄイメージャ３４２２Ｃを含む３Ｄイメージャの第１のセットが、複数の異なる方向から物体３４５０を測定することを可能にするように構成されている。物体３４５０の３Ｄ座標は、システムコントローラ３４３１Ｂによって共通の基準座標系の中へ組み合され、システムコントローラ３４３１Ｂは、ある実施形態では、装着フレーム３４２２Ｂに取り付けられ得る。他の実施形態では、システムコントローラは、外部コンピュータまたは複数のネットワーク接続されたコンピュータであることが可能である。図３４Ｃの実施形態では、装着フレーム３４２２Ｂは、工場または作業エリアの中で静止しており、物体３４５０は、コンベアベルト３４５０によって移動される。
【０１２２】
図３５は、３Ｄ測定アセンブリ３４２０によって較正（補償）手順を実施するためのセットアップを示している。この較正手順は、装着フレーム３４２２の上の３Ｄイメージャ３４２４のそれぞれに関する相互のレジストレーション情報の決定を可能にする。そのようなレジストレーション情報は、装着フレーム３４２２の基準座標系に対する３Ｄイメージャ３４２４のそれぞれの位置および配向の形態をとることが可能である。また、較正手順は、ベースライン距離、カメラ配向、プロジェクタ配向、カメラ収差補正値またはパラメータ、および、プロジェクタ収差補正値またはパラメータなどのような、３Ｄイメージャ３４２４の外部パラメータおよび内部パラメータの補償を可能にすることができる。
【０１２３】
ある実施形態では、較正手順は、カメラ３４２８によって較正フレーム３５００の上のスポットのパターンまたは他のパターンをイメージ化することによって実施される。図３５に図示されている実施形態では、較正フレーム３５００は、１つ以上の参照長さ３５１０Ａ、３５１０Ｂ、および、較正ターゲットプレート３５２０を含む。参照長さ３５１０Ａは、サポート部材３５１２Ａ、第１の参照（基準）ターゲット３５１４Ａ、および、第２の参照（基準）ターゲット３５１５Ａを含む。ある実施形態では、サポート部材は、低熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料から作製されている。そのような低ＣＴＥ材料の例は、低ＣＴＥ炭素繊維複合材、Ｉｎｖａｒ（商標）、およびＳｕｐｅｒ  Ｉｎｖａｒ（商標）を含む。Ｉｎｖａｒ（商標）およびＳｕｐｅｒ  Ｉｎｖａｒ（商標）は、Ａｐｅｒａｍ  Ａｌｌｏｙｓ  ｏｆ  Ｉｍｐｈｙ  Ｆｒａｎｃｅによって製造されている。炭素繊維複合材は、低ＣＴＥを有するように製造され得、それは、プラスまたはマイナスのいずれかであることが可能である。たとえば、炭素繊維複合材は、湿度制御された環境の中で、−０．１ｘ１０−６／℃から＋０．１ｘ１０−６／℃の間のＣＴＥを有することが可能である。−０．１ｘ１０−６／℃のＣＴＥを有する炭素繊維複合材サポート部材３５１５Ａは、その長さの１メートルごとに、および、その温度の摂氏１度の増加ごとに、その長さが０．１μｍだけ減少する。Ｉｎｖａｒ（商標）およびＳｕｐｅｒ  Ｉｎｖａｒ（商標）は、低ＣＴＥを有する金属合金の例である。一般のＩｎｖａｒ（商標）合金は、Ｉｎｖａｒ（商標）３６であり、それは、６４％の鉄および３６％のニッケルを含む。Ｓｕｐｅｒ  Ｉｎｖａｒ（商標）は、６３％の鉄、３２％のニッケル、および、５％のコバルトを含む。Ｉｎｖａｒ（商標）のＣＴＥは、通常、＋０．５ｘ１０−６／℃から＋２．０ｘ１０−６／℃の間にある。Ｓｕｐｅｒ  Ｉｎｖａｒ（商標）のＣＴＥは、通常、＋０．３ｘ１０−６／℃から＋１．０ｘ１０−６／℃の間にある。低ＣＴＥ材料からサポート部材３５１０Ａを作製することに対する代替的なアプローチは、温度メータ３５１９に接続されている温度センサ３５１８によって、サポート部材の温度を測定することである。次いで、補正値が、較正された長さ（較正研究所によって提供される）に適用され、参照長さ３５１０Ａにおける任意の膨張または収縮を考慮する。２０℃における長さを基準とすることは、共通の計量学プラクティスである。したがって、較正研究所は、２０℃における参照アーチファクトに関する長さを提供することが可能である。温度センサによって測定される温度を考慮した補正された長さを得るために、測定された温度の２０℃からの差をとることによって、および、この値にサポート部材３５１５Ａの長さおよびサポート部材３５１５ＡのＣＴＥを掛けることによって、補正値が得られる。温度補正方法を使用して、そうでない場合に可能になるものよりも高いＣＴＥを有するサポート部材を使用することが可能であり得る。たとえば、サポート部材３５１５Ａは、＋１１．５ｘ１０−６／℃のＣＴＥを有する鋼から作製され得る。
【０１２４】
ある実施形態では、第１の参照ターゲット３５１４Ａおよび第２の参照ターゲット３５１５Ａは、キャリアおよび特徴をそれぞれ含む。キャリアは、特徴を保持しており、特徴は、カメラ３４２８には見える。参照ターゲット３５１４Ａ、３５１５Ａは、サポート部材３５１２Ａに取り付けられている。実施形態によれば、図３５Ｂおよび図３５Ｃは、可能な参照ターゲット３５３２および参照ターゲット３４３４をそれぞれ示す差し込み図である。参照ターゲットのそれぞれは、キャリア３５１３を含む。示されているようなキャリア３５１３は、円形の外形を有するが、キャリアは、たとえば、長方形ブロックなど、任意の形状をとることが可能である。３５３２の実施形態では、参照ターゲットは、反射スポット３５１６を含み、反射スポット３５１６は、たとえば、丸い写真測量ターゲットであることが可能である。この場合では、均一な光斑が、プロジェクタ３４２６のうちの１つ以上から送られ、写真測量ターゲットを照射することが可能である。図３５の実施形態では、見ることができる特徴は、たとえば、照射されたＬＥＤなど、照射された光のポイント３５１７である。別の実施形態では、見ることができる特徴は、円形またはポイントよりも複雑な形状を有する。また、参照長さ３５１０Ａに関して与えられている説明のすべては、参照長さ３５１０Ｂおよびそのコンポーネントパーツにも適用可能である。
【０１２５】
ある実施形態では、キャリア３５１３は、低ＣＴＥ材料から作製されている。別の実施形態では、キャリアは、アルミニウムまたは鋼などのような、比較的に高いＣＴＥの材料から作製されている。ある実施形態では、温度センサ３５１８は、一方の端部がキャリア３５１３に取り付けられており、他方の端部が温度メータ３５１９に取り付けられている。温度メータからの読み値は、キャリア３５１３の熱膨張に関して補正するために、プロセッサ３４３０または他のプロセッサによって使用される。
【０１２６】
ある実施形態では、較正ターゲットプレート３５２０は、プレート３５２２およびマーク３５２４の集合体を含む。ある実施形態では、プレート３５２２は、炭素繊維複合材などのような低ＣＴＥ材料から作製されている。別の実施形態では、プレートは、アルミニウムまたはアルミニウムハニカムなどのような金属材料から作製されている。ある実施形態では、温度センサ３５１８は、一方の端部がプレート３５２２に取り付けられており、他方の端部が温度メータ３５１９に取り付けられている。温度メータからの読み値は、マーク３５２４の位置を補正してプレート３５２２の熱膨張を考慮するために、プロセッサ３４３０または他のプロセッサによって使用される。
【０１２７】
ある実施形態では、マーク３５２４の集合体は、複数の丸い反射ドットを含む。別の実施形態では、マークの集合体は、複数の照射されたポイントを含み、それは、たとえば、ＬＥＤであることが可能である。他の実施形態では、他のタイプのマークも使用され得る。ある実施形態では、マークは、正確に規則的なパターンで位置付けされていないが、それぞれの３Ｄイメージャ３４２４が異なる空間周波数に正しく応答することを確実にするように、不均一に間隔を置いて配置されている。一般的に、カメラレンズおよびプロジェクタレンズの両方に関してレンズ収差を補正するために、較正／補償パラメータを得ることが必要である。マークのパターンの中のそれぞれのマーク３５２４の位置は、正確な測定を通して前もって既知である。マークのパターンが反射ドットを含む場合には、ドットは、均一に照射され、カメラ３４２８によって見られ、カメラ収差係数を決定する。プロジェクタは、同様に、光のパターンを複数のマーク３５２４の上に投影することが可能であり、結果として生じるパターンは、プロジェクタ３４２６の中のレンズの収差係数を決定するために評価される。他の実施形態では、レンズ収差係数は、たとえば、プレート３５２２の上または外に位置付けされているＬＥＤから、照射された光のポイントにさらに基づくことが可能である。ある実施形態では、較正ターゲットプレート３５２０の相対的な位置および配向は、３Ｄ測定アセンブリ３４２０に対して複数の位置および配向に移動され、較正／補償パラメータをより正確に決定する。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、３５１０Ａおよび３５１０Ｂなどのような参照長さは、省略され得、較正ターゲットプレートの安定性が、適用可能な較正を提供するために頼りにされ得る。ある実施形態では、較正プレート３５２０は、３Ｄイメージャのすべてによって同時に見られるのに十分に大きくはない。この場合では、ムーバ３４１０は、複数のカメラ３４２８を異なる位置に移動させることが可能であり、マーク３４２４の集合体の測定がカメラ３４２８のそれぞれによって見られることを可能にする。カメラ３４２８によって得られるイメージのレジストレーションは、重ね合わされたイメージの比較によって直接的に得られ得る。レジストレーションは、本明細書で下記にさらに考察されているように、レーザトラッカなどのような外部の位置合わせデバイスの支援によって、さらに強化され得る。また、レジストレーションプレートから離れて位置付けされている安定した参照マーカと組み合わせて広いＦＯＶのカメラを使用して、レジストレーションが可能にされ得る。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、参照（基準）ターゲットの集合体は、３Ｄ測定アセンブリ３４２０に対して複数の場所に設置され得る。図４４〜図４６を参照して本明細書で下記に説明されているように、３Ｄ測定アセンブリによって測定されることになる基準ターゲットは、ユーザインターフェースを通して選択され得、ソフトウェアの中のユーザインターフェースの中に表示される基準ターゲットの３Ｄ座標は、システムコントローラ３４３１または３４３１Ｂによってアクセスされ得る。そのような基準ターゲットの例は、図３５、図４１、および図４２に示されている。ある実施形態では、基準ターゲットは、リトロリフレクタを含み、リトロリフレクタは、レーザトラッカなどのようなデバイスによって測定され、リトロリフレクタの３Ｄ座標を決定する。ある実施形態では、これらのリトロリフレクタは、３Ｄイメージャのプロジェクタによって照射され、３Ｄイメージャのカメラによってイメージ化される。
【０１３０】
大きいエリアのすべての部分をキャプチャするために、３Ｄイメージャ３４２４は、テスト用物体３４５０の重なり合う領域を照射およびイメージ化する。状況は、図３６Ａ〜Ｄの中のシーケンス３６００Ａ、３６００Ｂ、３６００Ｃ、および３６００Ｄに図示されている。ある実施形態では、配置３６１０の中の複数の３Ｄイメージャ３４２４は、照射およびイメージ化の４つの異なるパターン：３６１２、３６１４、３６１６、および３６１８を提供する。パターン３６１２、３６１４、３６１６、および３６１８の点線のボックスは、平坦な物体上に見られるような、カバーされる照射／イメージ化エリアを表している。図３６Ａ〜Ｄに示されているように、投影パターンの中の重なりを回避することは、測定される３Ｄ座標の中の干渉に伴う潜在的な問題を排除する。とりわけ、パターン化された光を物体上に投影し、その投影されたパターン化された光をイメージ化する、所与の３Ｄイメージャに関して、それは、別の３Ｄイメージャによって投影されるパターン化された光を同じときに（すなわち、同時に）イメージ化していないことが望まれる。そのような複数のパターンの同時のイメージ化は、決定される３Ｄ座標の誤差を生み出す可能性がある。この理由により、図３４および図３６Ａ〜図３６Ｄに図示されているような３Ｄイメージャ３４２４の２Ｄアレイ（配置３６１０）は、有利には、図３６Ａ〜図３６Ｄに図示されているような４ステップのシーケンスにおいてイメージ化される。
【０１３１】
それに加えて、図３６Ａ〜図３６Ｄは、１２個の３Ｄイメージャ３４２４の配置３６１０を示しているが、図３６Ａ〜図３６Ｄの４つのプロジェクタパターンは、任意に多数の３Ｄイメージャ３４２４まで拡張され得ることが理解され得る。したがって、本明細書で説明されている方法は、任意の数の３Ｄイメージャ３４２４に拡大縮小可能である。また、拡張可能なアプローチは、３６１２、３６１４、３６１６、および３６１８のもの以外の照射／イメージ化パターンによって可能であることが認識されるべきである。３Ｄイメージャ３４２４は、たとえば、異なる視野、または、非長方形の配置を有することが可能である。より少ないまたはより多い３Ｄイメージャ３４２４が存在してもよい。また、図３６Ａ〜図３６Ｄのものの他に、投影される光の重なりに伴う問題を回避する他のシーケンシャルパターンも可能である。
【０１３２】
ここで、データの処理によってインターリービングされるプロジェクタアクションおよびカメラアクションの例示的なシーケンスの例が与えられる。例では、比較的に高い拡散反射率を有する物体が、１０ミリ秒の照射および露光を必要とすることを想定する。さらに、カメラ３４２８は、１５ヘルツの最大フレームレート、および、８１ミリ秒のピクセル読み出し時間を有することを想定する。さらに、電圧電源は、６０Ｈｚの電力線周波数で背景光にパワーを与え、光は、電力線周波数の逆数の半分の周期で、または、８．３３ミリ秒で、周期的に変動することを想定する。図２３〜図２６を参照して説明されているように、照射および露光は、背景光によって引き起こされる誤差を最小化するために、この値の複数倍にわたって続くべきである。この例では、露光時間は１０ミリ秒であるので、露光時間は、２（８．３３）＝１６．６６７ミリ秒に設定されるべきである。この例では、露光時間プラス読み出し時間は、１６．６６７＋８１＝９７．７ミリ秒である。連続的な露光と露光との間の最小時間は、１／１５＝０．０６６６７秒＝６６．６７ミリ秒である。この状況に関して、最適な動作は、１００ミリ秒ごとに新しい露光サイクルを始めることによって提供され、それは、背景光の８．３３ミリ秒周期インターバルの１２倍に等しい。
【０１３３】
図３７Ａは、参照数字３７０２によって、１６．６７ミリ秒時間インターバルを指定している。この例に関して、４つの１６．６７ミリ秒露光３７１２、３７１４、３７１６、および３７１８が、それぞれ、４つのパターン３６１２、３６１４、３６１６、および３６１８に関して、シーケンシャルに適用されている。４つのシーケンシャル露光の後に、４つの対応するピクセル読み出し３７２２、３７２４、３７２６、および３７２８がそれぞれ続いている。それぞれのイメージをキャプチャし、ピクセルデータを転送するための合計時間は、０．１秒であり、それは、４つの連続的な位相測定に関して、インターバル３７３２、３７３４、３７３６、および３７３８によって示されている。
【０１３４】
図３７Ｂは、図３７Ａの４つの位相測定を時間インターバル３７４２に統合しており、それは、図１４Ａ〜Ｂに示されている種類の４つの位相の粗い測定を表している。また、それは、図３７Ａの４つの位相測定を時間インターバル３７４４に統合しており、それは、図１４Ｃ〜Ｄに示されている種類の４つの位相の中間解像度測定を表している。それは、１８個の位相の細かい測定を時間インターバル３７４６に統合している。図３７Ａ〜Ｃに示されているタイミングに関して、図３６Ａ〜Ｄの中の４つのパターン３６１２、３６１４、３６１６、および３６１８が使用されている。この例では、これらのステップを完了するための合計時間は、（４＋４＋１８）（０．１）＝２．６秒である。当然のことながら、測定を完了するための時間は、カメラ特性、必要とされる照射時間、および、位相測定の所望の数に応じて、かなり変化し得る。（位相測定の数の増加は、測定ノイズの減少をもたらす。）
【０１３５】
コンピュータ計算３７５０は、物体上のポイントの３Ｄ座標を得るために、データ３７４０を処理する。そのような測定は、データが読み出されたときに始まることが可能であり、また、データが収集され続けるときに並列に進行することが可能である。それぞれの３Ｄアレイは、３Ｄ座標のそれ自身の内部処理を有するので、および、より多くの３Ｄイメージャを追加することによって、データ収集は遅くならないので、速度は、より多くの３Ｄイメージャ３４２４を３Ｄ測定アセンブリ３４２０に追加することによって損なわれない。コンピュータ計算３７５０の中のステップは、アンラップされた位相を決定すること、レンズ収差補正を適用すること、および、三角測量計算を実施することを含むことが可能である。そのような計算は、利用可能な処理パワー、および、処理されているピクセルの数に応じて、データ収集ステップよりも多くのまたは少ない時間がかかる可能性がある。追加的なコンピュータ計算ステップが、それぞれの３Ｄイメージャ３４２４の中の、または、別々のコンピュータの中のプロセッサによって実施され得る。上記に説明されているように、そのような処理は、たとえば、フィルタリング、特徴分析、および、仕様との比較、ならびに、メッシュ／オクトリー計算を含むことが可能である。並列処理は、いずれの場合でも、たとえば、ローカルハードウェアにおいて、または、ネットワークにおいて可能である。かなりの並列処理が、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）の中で可能である。
【０１３６】
空間の中の特定の位置および配向において、複数の３Ｄイメージャ３４２４によって物体を測定した後に、ムーバ３４１０は、複数の３Ｄイメージャ３４２４を空間の中の新しい位置および配向に移動させることが可能である。方法は、ムーバ３４１０の複数の位置および配向のうちのそれぞれにおいて行われる３Ｄ測定から受け取られるデータを適正に位置合わせするために使用される。ロボット３４１０の例に関して、移動は、トラック３４４０に沿った並進、または、ロボット移動メカニズムよる３Ｄ測定アセンブリ３４２０の並進／回転を含むことが可能である。
【０１３７】
図３４Ｃにあるような静止構造体２４２２Ｂの上の３Ｄイメージャ３４２４Ｃの配置は、図３６Ｅ〜図３６Ｆに図示されているような２ステップのシーケンス３６００Ｅ〜３６００Ｆにおいて、物体３４５０の上のキャプチャされる光を投影およびキャプチャすることによって、隣接する３Ｄイメージャ３４２４Ｃの間の干渉なしに照射され得る。
【０１３８】
図３８Ａに図示されているように、複数のセットのデータを位置合わせするための１つの方式は、３Ｄ座標測定デバイス３８１０を使用することによって、３Ｄ測定アセンブリ３４２０の上の３つ以上のターゲット３８２０をその複数の位置／配向のそれぞれにおいて測定することである。次いで、行列変換が、収集されたデータセットのそれぞれを共通の基準座標系に変換するために得られ得る。第１の実施形態では、３Ｄ座標測定デバイス３８１０は、ペデスタル３８１２の上に装着されたレーザトラッカ３８１０であり、ターゲットは、リトロリフレクタ３８２０である。図３８Ａでは、ターゲットは、球形装着式リトロリフレクタ（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）（ＳＭＲ）であるが、任意のタイプのリトロリフレクタが使用され得る。実施形態の第１の場合では、レーザトラッカは、第１の位置／配向にある３Ｄ測定アセンブリ３４２０に関して、レーザ光のビーム３８１４を少なくとも３つのリトロリフレクタのそれぞれに送る。第２の場合では、３Ｄ測定アセンブリ３４２０がその第２の位置／配向にある状態で、レーザトラッカは、第１の場合に測定されたように、レーザ光のビーム３８１４を同じリトロリフレクタのうちの少なくとも３つに送る。３つ以上の共通のリトロリフレクタのそれぞれに関して測定される３Ｄ座標は、（ムーバ３４１０の第１および第２の位置／配向から）収集されたスキャンデータを共通の基準座標系に変換するための変換行列を決定するために使用される。
【０１３９】
場合によっては、測定されている物体は、３Ｄ測定デバイス３８１０および３つ以上のターゲット３８２０からの経路を遮断する可能性がある。図３８Ｂおよび図３８Ｃは、この潜在的な問題についての方式を図示している。図３８Ｂでは、３Ｄ測定デバイス３８１０は、装着フレーム３４２２の上の３つ以上のリトロリフレクタターゲット３８２０、および、装着フレーム３４２２から離れて位置付けされている固定ターゲットの上の３つ以上のリトロリフレクタターゲット３８３０に、光のビームを送る。ある実施形態では、第１の測定シーケンスにおいて、３Ｄ測定デバイス３８１０は、第１のポーズで位置付けされている間に、３つ以上のターゲット３８２０の３Ｄ座標、および、３つ以上のターゲット３８３０の３Ｄ座標を測定する。次いで、装着フレーム３４２２および物体３４５０の相対的なポーズの変化に続く第２の測定シーケンスにおいて、３Ｄ測定デバイス３８１０は、第２のポーズに移動され、第２のポーズは、第１の測定シーケンスにおいて測定されたターゲット３８２０および３８３０のクリアな視界をそれに与える。第２のポーズにおいて、３Ｄ測定デバイス３８１０は、第１のシーケンスにおいて測定されたターゲット３８２０のうちの３つ以上および３つ以上のターゲット３８３０の３Ｄ座標を決定する。第１および第２のシーケンスにおけるターゲット３８２０および３８３０の測定された３Ｄ座標は、第１のシーケンスおよび第２のシーケンスにおいて測定された物体３４５０の上のスキャンされた３Ｄポイントを位置合わせするための行列計算において使用される。
【０１４０】
ある実施形態では、３Ｄ測定デバイス３８１０は、レーザトラッカである。ある実施形態では、３Ｄ測定デバイス３８１０は、第１のポーズを得るために、第１の固定器具スタンドまたは三脚に移動され、また、第２のポーズを得るために、第２の固定器具スタンドまたは三脚に移動される。図３８Ｂおよび図３８Ｃに図示されている実施形態では、３Ｄ測定デバイス３８１０は、モバイルプラットフォーム３８３０の上で、第１のポーズおよび第２のポーズにガイドされる。図３８Ｂおよび図３８Ｃに図示されている代表的なモバイルプラットフォーム３８３０は、２０１５年３月３１日に出願された米国特許出願第６２／１４０７０６号に説明されており、その内容は、本願に引用して援用されている。いくつかの実施形態では、モバイルプラットフォーム３８３０は、電動式である。場合によっては、モバイルプラットフォーム３８３０は、コンピュータ制御の下で移動される。場合によっては、モバイルプラットフォームは、測定要件の知識に基づいて、それ自身の自律的な自己決定型運動の下で移動する。
【０１４１】
場合によっては、物体３４５０は、装着フレーム３４２２が固定されて維持されている状態で移動され得る。この場合では、ターゲット３８２０は、装着フレーム３４２２に取り付けられるというよりもむしろ、物体３４５０に取り付けられることになる。同じ種類の行列変換数学が、それぞれの場合において、物体３４５０および装着フレーム３４２２の複数の相対的な位置において収集された３Ｄイメージのレジストレーションを得るために使用され得る。
【０１４２】
ムーバ３４１０は、任意のタイプの移動装置であることが可能である。たとえば、それは、図３９に図示されているムーバ３４１０Ｂであることが可能である。図３９のムーバは、モバイルベース３９１２およびロボットアーム３９１３を含むモバイルプラットフォーム３４１０Ｂである。ムーバは、３Ｄ測定装置３９１０を含み、３Ｄ測定装置３９１０は、装着フレーム３４２２Ｂ、複数の３Ｄイメージャ３９２２、および、３Ｄ測定デバイス３８１０によって測定可能な３つ以上のターゲット３９２６を含む。実施形態では、ロボットアーム３９１３は、装着フレーム３４２２Ｂをさまざまな位置および配向に方向付けする能力を有する。代表的なモバイルプラットフォーム３４１０Ｂは、２０１５年５月６日に出願された米国特許出願第６２／１５７６７３号に説明されており、その内容は、本願に引用して援用されている。ある実施形態では、３Ｄ測定デバイスは、ムーバ３４１０Ｂが新しい場所に移動するたびに、ターゲット３９２６を測定する。この移動が、モバイルプラットフォーム３８３０の移動をさらに伴う場合には、３Ｄ測定デバイス３８１０は、ターゲット３８３０をさらに測定する。移動の前後に測定されるターゲット３９２６および３８３０は、ムーバ３４１０Ｂおよび／またはモバイルプラットフォーム３８３０の移動の前後に物体３４５０の上で測定される３Ｄポイントを位置決めするために、行列数学によって使用される。
【０１４３】
他の実施形態では、３Ｄ測定デバイス３８１０は、レーザトラッカではなく、カメラバーなどのような異なるタイプの３Ｄ測定デバイスである。カメラバーは、固定距離によって分離されている２つ以上のカメラを含む。カメラバーは、写真測量ターゲットを測定することが可能であり、写真測量ターゲットは、たとえば、円形ドットまたはＬＥＤポイント光源であることが可能である。
【０１４４】
図４０に図示されている実施形態では、エクステンションフレーム４０１０が、フレーム３４２２に取り付けられている。ある実施形態では、エクステンションフレーム４０１０は、スタンドオフ４０１４、フレーム構造体４０１２、第１のターゲット４０１６、および第２のターゲット４０１８を含む。ある実施形態では、カメラ３４２８は、プロジェクタ３４２６によって照射された物体３４５０の上のポイントとともに、エクステンションフレーム４０１０に取り付けられているターゲット４０１６をイメージ化する。ターゲット４０１６の３Ｄ座標は、３Ｄ測定アセンブリ３４２０の基準座標系の中で既知である。ターゲット４０１６は、物体３４５０に近付けられるので、物体３４５０の上の測定される３Ｄポイントの精度は、３Ｄ測定アセンブリ３４２０の基準座標系の中で改善され得る。測定精度は、３Ｄ測定デバイス３８１０によってフレームの上のターゲット４０１８の座標を測定することによって、さらに改善され得る。場合によっては、ターゲット４０１６および４０１８は、同じターゲットであり、換言すれば、カメラ３４２６および３Ｄ測定デバイス３８１０の両方によって測定され得る単一のタイプのターゲットである。そのような共通のターゲットの例は、リトロリフレクタであることが可能である。他の場合では、ターゲット４０１８は、エクステンションフレームの逆側に位置付けされ得、３Ｄ測定デバイスが、これらのターゲットを測定するために再配置される。
【０１４５】
図４１に図示されている実施形態では、測定環境は、固定参照ターゲット４１０２の集合体４１００を含む。ムーバ３４１０は、３Ｄ測定アセンブリ４１２０の移動の前後の、参照ターゲット４１０２のうちの少なくとも３つの位置を測定する。これは、移動の前後のムーバ３４１０に関して共通の基準座標系が確立されることを可能にし、それによって、物体３４５０の表面の上で測定される３Ｄポイントのレジストレーションを可能にする。
【０１４６】
図４２に図示されている実施形態では、３Ｄ測定アセンブリ４２２０は、広いＦＯＶのレジストレーションカメラ４２３０、カラーカメラ４２４０、および情報プロジェクタ４２５０のうちの１つ以上をさらに含む。ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のうちの１つ以上が、カラーカメラ３４２５をさらに含む。ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のうちの１つ以上は、図１の３Ｄイメージャ１０にあるように、中央プロジェクタの周りに間隔を置いて配置された２つのカメラを備えて構成されている。ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のうちの１つ以上は、図１１の３Ｄイメージャ１１００にあるように、三角形の配置の２つのカメラおよびプロジェクタを備えて構成されている。
【０１４７】
存在する場合には、広いＦＯＶのレジストレーションカメラ４２３０は、たとえば、物体３４５０の上のターゲット、または、図４１のターゲット４１０２もしくは図４２のターゲット４２６０などのような、フォアグランドフィクスチャー（前景の固定物）の上のターゲットなど、ターゲットをキャプチャすることができる比較的に広いＦＯＶを有するカメラ４２３２を含む。ターゲット４２６０は、たとえば、物体がコンベアベルトの上にある場合には、物体３４５０とともに移動するように構成され得、または、物体３４５０が移動される場合であっても、それらは、適切な場所に固定されたままであり得る。ターゲット４２６０は、反射ドット、ＬＥＤなどのような光源、またはリトロリフレクタであることが可能である。ある実施形態では、ターゲット４２６０は、ドットまたはＬＥＤなどのような人工的なターゲットというよりもむしろ自然の特徴である。ある実施形態では、レジストレーションカメラ４２３０は、第１のカメラ４２３２に加えて、第２のカメラ４２３４を有することが可能である。ある実施形態では、第２のカメラ４２３４は、カメラ４２３２よりも広いＦＯＶを有する。異なる視野を有する２つのカメラ４２３２および４２３４を使用することによって、一方のカメラによって相対的に細かい詳細を見る一方で、他方のカメラによって概観のレジストレーションを得ることが可能である。ある実施形態では、狭いＦＯＶのカメラが、細かい自然の特徴を観察する一方で、広いＦＯＶのカメラが、人工的なターゲットを観察する。ある実施形態では、広いＦＯＶのレジストレーションカメラ４２３０は、プロセッサ４２３６を含み、プロセッサ４２３６は、それが観察された特徴を分析し、レジストレーション情報を他のプロセッサに提供することを可能にする。
【０１４８】
存在する場合には、カラーカメラ４２４０は、第１のカラーカメラ４２４２を含む。ある実施形態では、カラーカメラは３Ｄイメージャ３４２４の中の三角測量に関して使用されるカメラ３４２８よりも大きいＦＯＶを有する。ある実施形態では、カラーカメラは、カラー情報をキャプチャすることが可能であり、システムは、カラー情報を、プレート３４２２の上の３Ｄイメージャ３４２４の集合体から得られる３Ｄ座標データと統合する。ある実施形態では、カラーカメラは、ＡＲ表現に関する基礎を提供し、ＡＲ表現では、３Ｄ表現が、カラーイメージの上に重ね合わされる。そのような３Ｄ表現は、３Ｄ測定されるデータに基づくか、または、たとえば、ＣＡＤまたはレンダリングされたモデルからコンピュータによって発生されるデータに基づくことが可能である。ある実施形態では、カラーカメラ４２４０は、第１のカメラとは異なるＦＯＶを有する第２のカラーカメラ４２４４を含む。これが使用され、比較的に細かいカラー情報が、収集された３Ｄ情報に適用されることを可能にすることができるが、たとえば、カラーイメージが、より広いＦＯＶにわたって背景物体に関して得られることを可能にする。カラーカメラ４２４０は、カラー情報を測定された３Ｄ座標に適用するために、または、他の機能を果たすために、プロセッサを含むことが可能である。ある実施形態では、カラーカメラ４２４０は、比較的に広いＦＯＶにわたってレジストレーション情報を提供するために使用される。
【０１４９】
ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のうちのいくつかまたはすべてが、カラーカメラ３４２５を含む。ある実施形態では、カメラ３４２５の集合体からのカラーデータは、３Ｄイメージャから得られる３Ｄ座標に適用される。そのようなアプローチは、大きい測定体積にわたって高解像度のカラーイメージを得る方式を提供する。
【０１５０】
存在する場合には、情報プロジェクタ４２５０は、物体３４５０の上にパターンを投影するように構成されている第１のプロジェクタ４２５２を含む。そのようなパターンは、測定結果、パーツ寸法、幾何寸法および公差（ＧＤ＆Ｔ）表記法、公差情報、および、カラーまたはウィスカー指示測定結果と仕様との関係などのような、情報を含むことが可能である。また、第１のプロジェクタ４２５２は、組み立て動作または修理動作が実施されるべき場所を示すことが可能である。たとえば、プロジェクタは、ねじが取り付けられるべき場所、孔部がドリリングされるべき場所、または、調節が行われるべき場所を投影することが可能である。ある実施形態では、第１のプロジェクタ４２５２は、ＡＲイメージの一部を形成するパターンを投影することが可能であり、それは、たとえば、カラーカメラによってキャプチャされ、ディスプレイまたはヘッドセットの上に示され得る。そのようなＡＲイメージは、存在していないが将来的に存在する可能性がある特徴または物体を含むことが可能である。ある実施形態では、情報プロジェクタ４２５０は、第１のプロジェクタとは異なるＦＯＶを有する第２のプロジェクタ４２５４をさらに含む。２つのプロジェクタ４２５２、４２５４のうちの一方は、比較的に小さくより高い解像度のイメージを投影するために使用され得るが、一方、他方のプロジェクタは、比較的に大きくより低い解像度のイメージを投影するために使用される。ある実施形態では、パターンの投影は、情報プロジェクタ４２５０の中のプロセッサ４２５６によって調整される。
【０１５１】
ある実施形態では、プロセッサ４２５６、または、システムの中の別のプロセッサは、物体表面の湾曲を考慮するような方式で、パターンを投影するように構成されている。たとえば、パターンが、真正面から見たときに矩形を形成するように、湾曲した表面の上に投影されることになる場合には、プロセッサは、実際の測定されたデータ、または、ＣＡＤデータのいずれかに基づいて、表面の湾曲を考慮し、投影されるラインを湾曲させ、真正面から見たときに所望の長方形形状を得る。傾斜した表面の中にドリリングされることになる孔部に関してパターンを投影するときに、そのような補正が必要である可能性がある。
【０１５２】
ある実施形態では、３Ｄイメージャ３４２４のプロジェクタ３４２６のうちのいくつかまたはすべてが、物体３４５０の上に、または、周囲物体上に、パターンを投影する。複数のプロジェクタ３４２６による投影は、投影される情報の多くのピクセルを含むパターンの投影を可能にする。プロジェクタ３４２６は、単一のカラーまたは複数のカラーを投影することが可能である。
【０１５３】
ある実施形態では、システムは、指示された条件が得られたときに、アラームを発するように構成されている。そのような条件は、たとえば、仕様から出てくる物体３４５０の一部分の観察であることが可能である。ある実施形態では、アラームは、警告音、点滅する光、録音されたメッセージ、動いている組み立てラインの停止、または、他のタイプの指示を含むことが可能である。
【０１５４】
ある実施形態では、システムコントローラ３４３１、３４３１Ｂに結び付けられたアプリケーションソフトウェアは、３４２０、３４２０Ｂ、３４２０Ｃ、３９１０などのような３Ｄ測定アセンブリ、または、同様のアセンブリをサポートする。システムコントローラ３４３１に結び付けられるいくつかの代表的なユーザインターフェース（ＵＩ）ディスプレイが、図４３〜図４７に図示されている。
【０１５５】
図４３の最も左の部分６００６において、ＵＩディスプレイ６００４は、ユーザが「３Ｄイメージャアレイ」６０００のラベルが付されたデバイスを他の測定デバイス６００２の集合体に入力するための手段を提供しており、他の測定デバイス６００２は、たとえば、３Ｄ座標測定デバイスであることが可能である。３Ｄイメージャアレイ６０００は、それが別々の３Ｄイメージャデバイスの集合体を含み、それらが、３Ｄイメージャのうちのいずれか１つによって可能になるよりも大きいエリアにわたって、３Ｄ座標を得るために協働して動作するように構成されているという点において、リスト６００２の中の他のデバイスとは異なっている。図４３の右側の部分６００８において、ＵＩディスプレイ６００４は、３つの３Ｄイメージャ６０１０を特定しており、それは、名前ボックスの中に示されているような「イメージャアレイ１」を一緒に構成する。それぞれの別々の３Ｄイメージャは、Ａ０３００１４０１０５３などのようなシリアル番号、および、１７２．１６．２００．３３などのようなインターネットプロトコルアドレス（ＩＰアドレス）を有する。所望の場合には、検索が実施され、利用可能な３Ｄイメージャを位置付け、これらをイメージャアレイ１に追加することが可能である。
【０１５６】
本明細書で上記に説明されているように、ポーズは、３Ｄイメージャアレイの中の複数の３Ｄイメージャのそれぞれに関して得られ、複数の３Ｄイメージャによって収集される３Ｄ座標が、共通の基準座標系の中で適正に位置合わせされるようになっている。３Ｄイメージャのそれぞれに関してポーズを決定するための１つの方法は、３Ｄイメージャのそれぞれに、ターゲットの共通の集合体を測定させることである。そのような方法は、図３５の中のターゲット３５１４Ａ、３５１５Ａ、３５１４Ｂ、３５１５Ｂ、３５２４、図４１の中のターゲット４１０２、および、図４２の中のターゲット４２６０を参照して図示されている。そのようなターゲットの共通の集合体の使用をサポートする例示的なＵＩディスプレイ６０１４、６０１６が、図４４〜図４６に示されている。図４４は、ターゲットポイントの集合体の３Ｄ座標のリストを含有するファイルを選択する方式をユーザに提供している。図４５は、ＵＩディスプレイ６０１４の右下の部分６０１２において、ターゲットの集合体に関する３Ｄ座標を示している。図４５に示されている３Ｄ座標のそれぞれは、いくつかの不特定の基準座標系で与えられるｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標を含む。一般的に、３Ｄイメージャアレイの中の３Ｄイメージャ３４２４のそれぞれは、それぞれの３Ｄイメージャが異なる基準座標系において測定するので、測定されるｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標に関して異なる値を得ることになる。３Ｄイメージャのそれぞれから得られるスキャンデータに基づいて、３Ｄ測定アセンブリ３４２０、３Ｄ測定装置３９１０、または、同様のデバイスの中の３Ｄイメージャのそれぞれの相対的なポーズが決定される。
【０１５７】
図４６は、２つの３Ｄイメージャ６０１８（Ａ０３００１４０１０６４およびＡ０３００１４０１０５８）が共通の基準座標系の中に入れられることを可能にする較正（補償）の適合度を示すＵＩディスプレイ６０１６である。この場合では、２つの３Ｄイメージャ６０１８のそれぞれは、ターゲットのそれぞれを３回測定した。２つの３Ｄイメージャ６０１８のそれぞれに関するポーズ（３つの配向自由度および３つの並進自由度）を選択し、それらを可能な限り上手く共通の基準座標系の中に置くために、最適化が実施された。数学的な最適化方法は、０．０１８ミリメートルの最大誤差６０２０の中で、所望の結果を得ることができた。この手順は、３Ｄイメージャアレイの中の任意の数の３Ｄイメージャによって実施され得る。
【０１５８】
図４７は、３Ｄイメージャの集合体からの３Ｄイメージャアレイの形成を示すＵＩディスプレイ６０２２である。それぞれの個々の３Ｄイメージャは、左側の「イメージャ」のラベルを付されたエリアに収集されており、所望に応じて、グループとラベルを付された最も右のエリアに移動される。３Ｄイメージャは、３Ｄイメージャをグループエリアからイメージャエリアへ移動させるために左矢印を使用して、３Ｄイメージャアレイから除去され得る。
【０１５９】
イメージャのアレイによって測定を行うときに、イメージャのアレイの中のイメージャのそれぞれの相対的なポーズが決定されることが望まれる。これは、３Ｄイメージャのそれぞれからの３Ｄ読み値が、単一のイメージの中へ組み合され、グループとして、ＣＡＤモデルの中の特定の値と比較されることを可能にする。
【０１６０】
アレイの中のイメージャの相対的なポーズを決定するためのいくつかの方法が、図３５、図３８Ａ〜図３８Ｃ、図３９、図４０、図４１、図４２、図４４、図４５、図４６に関連して、本明細書で上記に考察された。物体に対してさまざまな距離および配向に設置されたイメージャのアレイによって物体の測定を行うことは、課題をもたらす。たとえば、車のドアパネルを測定する際に、３Ｄイメージャを位置決めし、ドアパネルのそれぞれの側、および、ドアの側の特徴を見る（たとえば、そのイメージを獲得する）ことが望まれる可能性がある。この実施形態は、図５１Ｂに図示されており、図５１Ｂでは、第１のイメージャ５１１２が、図５０に示されているドアラッチ特徴５０１０をイメージ化する。第２のイメージャ５１１４が、図４９の中のヒンジ特徴４９１０をイメージ化する。図５１Ｂでは、イメージャ５１１６が、上側ウィンドウアセンブリをイメージ化し、一方、イメージャ５１１８が、ドアパネルの側の特徴をイメージ化する。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、３Ｄポジショナーの比較的に複雑な配置は、ここで説明されているように、「マスタパーツ」４８３０を使用する方法によって（それらの相対的なポーズを決定することによって）、共通の基準座標系の中へ効率的に位置合わせされる。図４８は、フィクスチャー４８２０によって適切な場所に保持されるマスタパーツ４８３０を示しており、フィクスチャー４８２０は、フィクスチャーベース４８２２およびフィクスチャークランプ４８２４を含む。マスタパーツは基準マーカ４８３２を含むが、テスト用パーツ５１３０は基準マーカを含まないことを除いて、マスタパーツ４８３０は、図５１Ｂの「テスト用パーツ」５１３０と同様である。基準マーカ４８３２は、図４９および図５０に明確に示されている。ある実施形態では、１つ以上のスケールバー４８４０Ａ、４８４０Ｂが、マスタパーツ４８３０に対して適切な場所に固定されている。それぞれのスケールバー４８４０Ａ、４８４０Ｂは、少なくとも２つのマーク４８４２Ａ、４８４４Ａ（または、４８４２Ｂ、４８４４Ｂ）を含み、第１の較正された参照長さ４８４５Ａ（または、４８４５Ｂ）を確立する。スケールバー４８４０Ａ、４８４０Ｂは、１つ以上の追加的なマークをさらに含有し、追加的な長さを確立することが可能である。たとえば、２つの追加的なマーク４８４６Ａ、４８４８Ａ（または、４８４６Ｂ、４８４８Ｂ）は、第２の較正された参照長さ４８４９Ａ（または、４８４９Ｂ）を確立することが可能である。それぞれの較正された参照長さは、前もって測定されており、規定された不確実性の程度に知られている。
【０１６２】
マスタパーツおよびテスト用パーツの両方が、ベースパーツを含むように考えられ得、ベースパーツは、ここで考えられる例では、ドアパネルである。それぞれのテスト用パーツは、複数のベースパーツの中から選択されることが考えられ得る。マスタパーツは、選択されるベースパーツに加えて、基準マーカをさらに含む。
【０１６３】
ある実施形態では、写真測量用カメラ４８６０が、複数の位置および配向に移動され、基準マークを含む、マスタパーツ４８３０の２Ｄイメージをキャプチャする。ある実施形態では、写真測量用カメラ４８６０は、レンズ４８６２、カメラ本体部４８６４、およびフラッシュユニット４８６６を含む。カメラ本体部は、感光性アレイおよび関連のエレクトロニクスを含む。ある実施形態では、基準マーカは、写真測量用ドットである。そのようなドットは、比較的に大きい量の光をフラッシュユニットからカメラレンズの中へ反射するように構成されている。換言すれば、写真測量用ドットは、写真測量用ドットを取り囲む材料よりもはるかに明るく見える。ある実施形態では、写真測量用ドットは、黒色のリング４８３４によって取り囲まれている円形の逆反射領域４８３３を含む。少なくとも３つの基準ターゲット４８３２が使用されるが、ある実施形態では、２０個以上の基準ターゲットが、マスタパーツの範囲にわたって分散されていることが望まれる。いくつかの基準ターゲットは、図４９および図５０に示されているように、関心の特徴の近くにまたは隣接して設置されている。
【０１６４】
ある実施形態では、写真測量用カメラは、４５度から６５度の垂直方向の視野（ＦＯＶ）、および、５５度から７５度の水平方向のＦＯＶを有するが、任意のＦＯＶが使用され得る。基準ターゲットのそれぞれは、カメラが少なくとも２つの異なる位置に保持された状態で、２Ｄカメライメージの中にキャプチャされるが、少なくとも６つのカメラ位置を含むことが有用である。いくつかの実施形態では、イメージを獲得する際に少なくとも１度カメラを回転させることが望ましい。そのような回転は、カメラレンズシステムの内因性の補償パラメータを決定する際に有利な情報を提供する。図４８に示されている例では、写真測量用カメラは、１６個の異なる位置および配向に移動され、カメラは、半分の時間はおおよそ垂直方向の位置にあり、半分の時間はおおよそ水平方向の位置にある。ある実施形態では、写真測量用カメラ４８６０は、図４８の左側にあるときに、車のドアパネルのフロントおよび左側に対しておおよそ４５度の角度に保持されている。このように、図４８の左側に保持されているカメラ４８６０は、図５０に示されている基準ターゲット４８３２のイメージを得ることが可能である。同様に、図４９の右側にある写真測量用カメラ４８６０は、車のドアパネルのフロントおよび右側に対しておおよそ４５度の角度で保持されている。このように、カメラ４８６０は、図４８の右側に保持されているときに、図４９に示されている基準ターゲット４８３２のイメージを得ることが可能である。少なくとも１つの較正された参照長さ（たとえば、４８４５Ａなど）は、写真測量用カメラ４８６０によって収集された２Ｄイメージのそれぞれの中に含まれている。実施形態は、本明細書で、右、左、上、および下の配向を表しているが、これは、例示的な目的のためのものであり、限定することを意図していないことが認識されるべきである。これらの参照は、説明されているそれぞれの図に図示されている視点に基づいている。
【０１６５】
複数の写真測量用２Ｄイメージが、複数の写真測量用カメラ位置における写真測量用カメラ４８６０から得られた後に、少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標が、２乗誤差の総和の最小化などのような、数学的な最適化方法を使用して見出される。この最適化の方法は、最小２乗最適化と称されることが多い。複数のカメラ位置および配向（カメラ「ステーション」と称される場合がある）において測定が行われる、ここで考えられている実施形態に関して、最適化は、「バンドル調節」と称される場合がある。数学的な最適化方法の結果は、共通の基準座標系の中の基準ターゲットのそれぞれに関する３Ｄ座標を決定することである。基準座標系は、任意である。たとえば、基準座標系は、第１のカメラポーズの基準座標系と一致することが可能であり、または、何らかの方式で、基準マーカに関連していることが可能である。複数の写真測量用２Ｄカメライメージは、数学的に評価されるときに、システム基準座標系の中で基準ターゲットの３Ｄ座標を生み出すといわれる。
【０１６６】
マスタパーツ４８３０をキャプチャすることに続いて複数のステーションにおける写真測量用カメラ４８６０によって、３Ｄイメージャ５１１２、５１１４、５１１６、５１１８は、図５１Ａに示されているように、マスタパーツ４８３０に関連して適切な位置に移動される。それぞれの３Ｄイメージャは、少なくとも３つの基準マーカの３Ｄイメージを得る。いくつかの実施形態では、３Ｄイメージャ５１１２、５１１４、５１１６、５１１８のそれぞれによって４つ以上の基準マーカをイメージ化することによって、より高い精度が実現され得る。
【０１６７】
本明細書で説明されている構成は、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャと称され得る少なくとも２つの３Ｄイメージャを含む。第１の３Ｄイメージャは、第１の基準座標系を有し、基準ターゲットの３Ｄ座標、または、第１のイメージャ基準座標系の中のパーツの上の他のポイントの３Ｄ座標を決定するといわれる。同様に、第２の３Ｄイメージャは、第２の基準座標系を有し、基準ターゲットの３Ｄ座標、または、第２のイメージャ基準座標系の中のパーツの上の他のポイントの３Ｄ座標を決定するといわれる。
【０１６８】
基準マーカのそれぞれの３Ｄ座標が、システム基準座標系の中で既知であるので、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズが、システム基準座標系の中で見出され得、また、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズも、システム基準座標系の中で見出され得る。数学的な方法は、システム基準座標系の中の３Ｄイメージャ５１１２、５１１４、５１１６、および５１１８のそれぞれのポーズを決定するために拡張され得る。
【０１６９】
システム基準座標系の中の基準マークの３Ｄ座標を決定するために実施される方法は、有線通信チャネル／媒体４８９２もしくは無線通信チャネル／媒体４８９４のいずれかによって接続されている外部コンピュータ４８９０によって、または、５１１２、５１１４、５１１６、および５１１８などのような、３Ｄイメージャの中のプロセッサ５１９０によって、実施され得る。
【０１７０】
ある実施形態では、第１の３Ｄイメージャが、システム基準座標系の中の第１の３Ｄイメージャのポーズを決定するために、他の３Ｄイメージャと同じ基準マークを見る必要はない。この実施形態は、図５１Ａに図示されており、図５１Ａは、４つの３Ｄイメージャ５１１２、５１１４、５１１６、５１１８のそれぞれが基準ターゲットの異なる集合体を見ていることを示している。３Ｄイメージャ５１１４、５１１８によってイメージ化される基準マーカの中にいくらかの重なりが存在するが、しかし、３Ｄイメージャは、他の３Ｄイメージャとは全く異なる基準ターゲットの集合体を見ることが可能である。３Ｄイメージャのそれぞれが、システム基準座標系によって既知の３Ｄ座標を有する少なくとも３つの同一線上にない基準ターゲットを見るので、これが可能である。
【０１７１】
図５１Ｂは、マスタパーツ４８３０がテスト用パーツ５１３０によって交換されていることを除いて、図５１Ａと同様である。この測定に関して、スケールバー４８４０Ａ、４８４０Ｂ（図４８）は使用されず、除去され得る。ある実施形態では、ドアパネルなどのようなテスト用パーツ５１３０は、比較的に高い速度の試験を可能にするために、フィクスチャー４８２０の中で急速に交換される。他の場合では、パーツは、急速な試験を可能にするために、コンベアベルトまたは他の移動エレメントの上で運搬され得る。
【０１７２】
それぞれの３Ｄイメージャの中のローカル基準座標系の中で、または、システム基準座標系の中で、テスト用パーツ５１３０の表面の上のポイントの３Ｄ座標を決定するために実施される方法は、有線通信チャネル／媒体４８９２もしくは無線通信チャネル／媒体４８９４に接続されている外部コンピュータ４８９０、または、５１１２、５１１４、５１１６、および５１１８などのような、３Ｄイメージャの中のプロセッサ５１９０のいずれかによって、実施され得る。
【０１７３】
３Ｄイメージャアレイの中の３Ｄイメージャ１０は、テスト用パーツの中の関心の特徴に関連して位置決めされている。そのような位置決めが急速かつフレキシブルに達成されることを可能にするために、図５２に示されているように、ツリー構造体５２００が使用され得る。ある実施形態では、それぞれのツリー構造体は、ベース５２１０、幹５２２０、一次的な枝５２３０、二次的な枝５２４０、三次的な枝５２４５、および枝コネクタを含む。枝コネクタの１つのタイプは、２エレメントの枝コネクタ５２５２であり、それらは、枝または幹を保持するようにそれぞれサイズ決めされており、また、所望の位置および配向において適切な場所にロックされるようにそれぞれ構成されている。枝コネクタの第２のタイプは、単一エレメントの枝コネクタ５２５４であり、単一エレメントの枝コネクタ５２５４は、３Ｄイメージャに接続するフランジを備えた単一のエレメントを有する。ある実施形態では、幹および枝は、比較的に低い熱膨張係数（ＣＴＥ）および比較的に高い剛性を有する材料から作製されている。そのような材料の例は、円形断面を有する低ＣＴＥ炭素繊維複合材チューブである。ある実施形態では、炭素繊維複合材チューブは、２．０μｍ／ｍ／℃を超えないＣＴＥを有する。ある実施形態では、枝コネクタは、アルミニウムまたは鋼から作製されている。ツリー構造体は、複数の３Ｄイメージャが多種多様な位置および配向に都合よく配置されることを可能にするように構成されている。ある実施形態では、複数のツリー構造体が、比較的に大きい物体の３Ｄ座標を測定するために使用され得る。
【０１７４】
ある実施形態では、枝コネクタは、第１のコネクタパーツおよび第２のコネクタパーツを含む２エレメントのコネクタであり、第２のコネクタパーツは、第１のコネクタパーツに対して回転するように構成されている。１つの場合では、２エレメントのコネクタ５２５２は、幹エレメント５２２０を一次的な枝エレメント５２３０に取り付ける。枝コネクタの第１のコネクタパーツが第２のコネクタパーツに対して回転する場合には、幹エレメント５２２０を一次的な枝エレメント５２３０に連結する枝コネクタは、一次的な枝エレメントを幹エレメントに対して回転させることになる。たとえば、図５２では、最上部の一次的な枝エレメント５２３０は、幹エレメント５２２０に対して垂直になっている。しかし、コネクタエレメントの第２のコネクタパーツを第１のコネクタパーツに対して回転させることによって、一次的な枝エレメント５２３０は、垂直から離れるように回転され得る。
【０１７５】
また、他の実施形態では、システムは、コネクタアセンブリの中での幹エレメント５２２０または任意の枝エレメントの回転を可能にするように構成され得る。したがって、たとえば、図５２の中の最上部の一次的な枝エレメント５２３０は、左側において、二次的な枝エレメント５２４０に取り付けられており、そして、二次的な枝エレメント５２４０は、３Ｄイメージャ１０に取り付けられている。コネクタアセンブリ５２５２の中で一次的な枝エレメント５２３０を回転させることによって、イメージャは、一次的な枝エレメントの軸線の周りで回転される。コネクタアセンブリ５２５２の中で二次的な枝エレメント５２４０を回転させることによって、３Ｄイメージャは、二次的な枝エレメントの軸線の周りで回転され得る。３Ｄイメージャ１０を二次的な枝エレメント５２４０に取り付けているコネクタを回転させることによって、３Ｄイメージャは、二次的な枝エレメントの軸線に対して垂直な軸線の周りで回転され得る。コネクタの回転および枝エレメントの回転の組み合わせによって、ツリー構造体の体積制約の中で、３Ｄイメージャに関してほとんど任意のポーズが得られ得ることが容易に理解され得る。
【０１７６】
ある実施形態では、方法は、ツリー構造体を利用し、３Ｄイメージャを適正に整合させ、整合された３Ｄイメージャを共通の基準座標系の中で位置合わせする。適正なアライメントは、一般的に、テスト用物体に対する３Ｄイメージャの距離および配向を設定することを必要とすることになる。３Ｄイメージャのレジストレーションは、イメージャのアレイによってそれぞれの３Ｄイメージャの相対的なポーズを決定することを必要とする。３Ｄイメージャのアレイのレジストレーションが完了した後に、イメージャの集合体によって測定される物体ポイントの３Ｄ座標は、共通の基準座標系に変換され、それは、グローバル基準座標系とも称され得る。
【０１７７】
そのレジストレーションが実施され得る１つの方式は、図４８、図４９、図５０、図５１Ａ、および図５１Ｂに関連して説明されたように、写真測量用カメラを使用して、基準ターゲットの集合体の３Ｄ座標を最初に決定することによる。基準ターゲットの３Ｄ座標に基づいてイメージャのアレイを位置合わせするためのソフトウェアは、図４４〜図４６に関連して説明された。３Ｄイメージャのアレイを位置合わせするための他の方法が、図３５、図３８Ａ、図３８Ｂ、図３８Ｃ、図３９、図４０、図４１、および図４２に関連してさらに説明された。
【０１７８】
ある実施形態では、３次元の（３Ｄ）測定デバイスが提供される。３Ｄ測定デバイスは、プロジェクタを有しており、プロジェクタは、投影される光の第１のパターンを物体上に投影するように構成されている。第１のカメラは、物体上の光の第１のパターンの第１のイメージをキャプチャするように構成されており、３Ｄ測定デバイスは、投影される光の第１のパターンおよび第１のイメージに少なくとも部分的に基づいて、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されている。エンクロージャが、プロジェクタおよび第１のカメラに連結されている。第１の冷却ファンが、エンクロージャのフロントの中の第１の開口部を通して空気を引き込み、エンクロージャの中に含有されている複数のコンポーネントを横切って、エンクロージャの中の第２の開口部から外へ、空気を引き出すように構成されている。１つの実施形態では、複数のコンポーネントは、第１のカメラを含む。１つの実施形態では、複数のコンポーネントは、プロジェクタを含む。１つの実施形態では、複数のコンポーネントは、第１のカメラおよびプロジェクタを含む。
【０１７９】
さらなる別の実施形態では、３Ｄ測定デバイスは、エンクロージャに連結されている第２のカメラをさらに含み、第２のカメラは、物体上の光の第１のパターンの第２のイメージを形成するように構成されており、３Ｄ測定デバイスは、第２のイメージにさらに基づいて、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されている。ここで、複数のコンポーネントは、第１のカメラ、第２のカメラ、およびプロジェクタを含む。別の実施形態では、３Ｄ測定デバイスは、第２の冷却ファンをさらに含み、第２の冷却ファンは、第１の開口部を通して空気を引き込み、複数のコンポーネントを横切って、エンクロージャの第３の開口部から外へ空気を引き出すように構成されている。
【０１８０】
さらなる別の実施形態では、３Ｄ測定デバイスは、光源をさらに含み、光源は、プロジェクタのための光を発生させるように構成されており、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ヒートシンクが、ＬＥＤに熱的に接触して配置されている。ＬＥＤ冷却ファンは、ヒートシンクを横切って空気を循環させるように構成されており、循環される空気は、エンクロージャの外側から取られ、循環される空気は、第１の冷却ファンによってエンクロージャの中へ引き込まれた空気から分離された状態に維持されている。ある実施形態では、光チャネルヒートシンクが、光チャネルの一部分を囲み、光チャネルは、ＬＥＤからパターン発生器デバイスへ光を運搬するように構成されており、光チャネルヒートシンクは、第１の開口部から第２の開口部へ引き出される空気の第１の部分を受け入れるように構成されている。さらなる別の実施形態では、パターン発生器デバイスは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含み、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）は、それが受け取る光の第１の部分を物体上に投影し、それが受け取る光の第２の部分をビームブロックの上に投影するように構成されており、ビームブロックは、第１の開口部から第２の開口部へ引き出される空気の第２の部分を受け入れるように構成されている。
【０１８１】
別の実施形態では、３Ｄ測定デバイスは、プロセッサを有する回路基板をさらに含み、回路基板は、回路冷却ファンを有する回路冷却システムを含み、回路冷却ファンは、エンクロージャの外側から空気を引き込み、引き込まれた空気を、回路基板のエレメントを横切って送り、引き込まれた空気をエンクロージャの外側に排出するように構成されており、回路冷却システムは、回路冷却ファンによって引き込まれた空気を、第１の冷却ファンによってエンクロージャの中へ引き込まれた空気から分離された状態に維持するように構成されている。１つの実施形態では、３Ｄ測定デバイスは、エンクロージャのフロントに取り付けられたグリルをさらに含み、グリルは、穿孔を有しており、穿孔は、第１の冷却ファンがエンクロージャのフロント外側から穿孔を通して空気を引き込むことを可能にするように構成されている。
【０１８２】
別の実施形態では、第１の冷却ファンは、第１のファン速度を有しており、第１のファン速度は、電気的なファンフィードバック信号に少なくとも部分的に基づいている。さらなる別の実施形態では、光検出器エレメントが、エンクロージャの中にあり、光検出器エレメントは、プロジェクタによって投影される光の量の第１の指示値を提供するように構成されており、電気的なファンフィードバック信号は、第１の指示値に少なくとも部分的に基づいている。１つの実施形態では、温度センサが、エンクロージャの中にあり、温度センサは、第１の温度を読み取り、それに応答して電気的なファンフィードバック信号を送るように構成されている。
【０１８３】
別の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）測定システムは、物体上に光のパターンを投影するように構成されたプロジェクタを含み、光のパターンは、パターンエレメントの集合体を含み、プロジェクタは、第１の基準座標系において、プロジェクタ光軸およびプロジェクタポーズを有しており、隣接するパターンエレメントは、隣接するパターンエレメントの視覚的な外見の相違に少なくとも部分的に基づいて、区別可能である。第１のカメラは、物体上に投影される光のパターンの第１のイメージをキャプチャするように構成されており、第１のカメラは、第１の基準座標系において、第１のカメラ光軸および第１のカメラポーズを有する。第２のカメラは、物体上に投影される光のパターンの第２のイメージをキャプチャするように構成されており、第２のカメラは、第１の基準座標系において、第２のカメラ光軸および第２のカメラポーズを有する。エンクロージャが提供されており、プロジェクタ、第１のカメラ、および第２のカメラが、プロジェクタ光軸、第１のカメラ光軸、および第２のカメラ光軸のいずれにも一致しない平面の中で、三角形のパターンでエンクロージャに連結されており、エンクロージャは、第１の基準座標系に対して固定されている。３Ｄ測定システムは、投影される光のパターン、第１のイメージ、第２のイメージ、プロジェクタポーズ、第１のカメラポーズ、および第２のカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されている。
【０１８４】
ある実施形態では、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するために提供される３Ｄ測定システムは、プロジェクタによって投影されるパターンエレメント、第１のカメラによって第１のイメージの中にキャプチャされるパターンエレメント、および、第２のカメラによって第２のイメージの中にキャプチャされるパターンエレメントの間の対応を決定することにさらに基づいている。ある実施形態では、３Ｄ測定システムは、プロジェクタと第１のカメラとの間の第１のエピポーラ拘束、プロジェクタと第２のカメラとの間の第２のエピポーラ拘束、および、第１のカメラと第２のカメラとの間の第３のエピポーラ拘束にさらに基づいて、プロジェクタによって投影されるパターンエレメント、第１のカメラによって第１のイメージの中にキャプチャされるパターンエレメント、および、第２のカメラによって第２のイメージの中にキャプチャされるパターンエレメントの間の対応を決定するようにさらに構成されている。ある実施形態では、３Ｄ測定システムは、投影されるパターン、キャプチャされる第１のイメージ、および、キャプチャされる第２のイメージの中の隣接するパターンエレメントの視覚的な外見の相違のマッチングに少なくとも部分的に基づいて、プロジェクタによって投影されるパターンエレメント、第１のカメラによって第１のイメージの中にキャプチャされるパターンエレメント、および、第２のカメラによって第２のイメージの中にキャプチャされるパターンエレメントの間の対応を決定するようにさらに構成されている。ある実施形態では、３Ｄ測定システムは、較正パラメータのセットをさらに含み、較正パラメータのセットは、プロジェクタポーズ、第１のカメラポーズ、および第２のカメラポーズと特徴付ける値を少なくとも含む。
【０１８５】
さらなる別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、第１の決定された対応、および、第２の決定された対応の中の非一貫性に少なくとも部分的に基づいて、較正パラメータのセットの中の誤差を検出するようにさらに構成されており、第１の決定された対応は、第１のエピポーラ拘束、第２のエピポーラ拘束、および、第３のエピポーラ拘束に基づいて決定されたパターンエレメントの対応であり、第２の決定された対応は、投影されるパターン、キャプチャされる第１のイメージ、および、キャプチャされる第２のイメージの中の隣接するパターンエレメントのマッチングに少なくとも部分的に基づいて決定される対応である。さらなる別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、誤差信号を発生させるようにさらに構成され、または、較正パラメータのセットの中の検出された誤差に応答して３Ｄ測定を停止するようにさらに構成されている。１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、較正パラメータのセットの中の検出された誤差に応答して、較正パラメータの補正されたセットを決定および記憶するようにさらに構成されている。１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、第３のカメラをさらに含み、第３のカメラは、カラーイメージをキャプチャするように構成されており、３Ｄ測定システムは、物体上のポイントの３Ｄ座標の上にカラーを重ね合わせるようにさらに構成されている。
【０１８６】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、エンクロージャに連結されている第１のプロセッサをさらに含み、第１のプロセッサは、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されている。１つの実施形態では、第１のプロセッサは、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するために、エンクロージャの外側の外部プロセッサと協働するように構成されている。１つの実施形態では、第１のプロセッサは、直接的に、または、ネットワーク接続を通して、外部プロセッサに接続されている。
【０１８７】
別の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）測定システムが提供される。３Ｄ測定システムは、物体上に光のパターンを投影するように構成されたプロジェクタを有しており、プロジェクタは、プロジェクタポイントの集合体を有しており、プロジェクタポイントの集合体の中からの第１のプロジェクタポイントは、割り当てられた空間的周期、および、割り当てられた位相を有しており、第１のプロジェクタポイントは、第１のプロジェクタ光線に沿って投影されるように構成されており、第１のプロジェクタ光線は、第１のインスタンス（ｉｎｓｔａｎｃｅ）において第１の投影される光レベルを有しており、第２のインスタンスにおいて第２の投影される光レベルを有しており、第３のインスタンスにおいて第３の投影される光レベルを有しており、第１、第２、および第３の投影される光レベルは、割り当てられた空間的周期および位相にしたがって正弦曲線的に変化し、プロジェクタは、第１の基準座標系において、プロジェクタ光軸およびプロジェクタポーズを有する。第１のカメラは、第１のインスタンスにおいて物体上に投影される光のパターンの第１のイメージ、第２のインスタンスにおいて物体上に投影される光のパターンの第２のイメージ、および、第３のインスタンスにおいて物体上に投影される光のパターンの第３のイメージをキャプチャするように構成されており、第１のカメラは、第１の基準座標系において、第１のカメラ光軸および第１のカメラポーズを有する。第２のカメラは、第１のインスタンスにおいて物体上に投影される光のパターンの第４のイメージ、第２のインスタンスにおいて物体上に投影される光のパターンの第５のイメージ、および、第３のインスタンスにおいて物体上に投影される光のパターンの第６のイメージをキャプチャするように構成されており、第２のカメラは、第１の基準座標系において、第２のカメラ光軸および第２のカメラポーズを有する。エンクロージャが提供されており、プロジェクタ、第１のカメラ、および第２のカメラが、三角形のパターンでエンクロージャに連結されており、三角形のパターンは、プロジェクタ光軸、第１のカメラ光軸、および第２のカメラ光軸のいずれにも一致しない平面の中にあり、エンクロージャは、第１の基準座標系に対して固定されている。３Ｄ測定システムは、第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標を決定するように構成されており、第１の物体ポイントは、第１のプロジェクタ光線と物体の交差のポイントであり、決定される第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標は、割り当てられた周期、割り当てられた位相、第１のイメージ、第２のイメージ、第３のイメージ、第４のイメージ、第５のイメージ、第６のイメージ、プロジェクタポーズ、第１のカメラポーズ、および第２のカメラポーズに少なくとも部分的に基づいている。
【０１８８】
ある実施形態では、３Ｄ測定システムは、プロジェクタと第１のカメラとの間の第１のエピポーラ拘束、プロジェクタと第２のカメラとの間の第２のエピポーラ拘束、および、第１のカメラと第２のカメラとの間の第３のエピポーラ拘束にさらに基づいて、第１の物体ポイントの第２の３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標、および、第１の物体ポイントの第２の３Ｄ座標にさらに基づいて、第１の物体ポイントの第３の３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、較正パラメータのセットをさらに含み、較正パラメータのセットは、プロジェクタポーズ、第１のカメラポーズ、および第２のカメラポーズと特徴付ける値を含む。さらなる別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、決定された第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標、および、決定された第１の物体ポイントの第２の３Ｄ座標の中の非一貫性に少なくとも部分的に基づいて、較正パラメータのセットの中の誤差を検出するようにさらに構成されている。さらなるもう１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、誤差信号を発生させるようにさらに構成され、または、較正パラメータのセットの中の検出された誤差に応答して３Ｄ測定を停止するようにさらに構成されている。さらなるもう１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、較正パラメータのセットの中の検出された誤差に応答して、較正パラメータの補正されたセットを決定および記憶するようにさらに構成されている。さらなるもう１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、第３のカメラをさらに含み、第３のカメラは、カラーイメージをキャプチャするように構成されており、３Ｄ測定システムは、第１の物体ポイントの３Ｄ座標の上にカラーを重ね合わせるようにさらに構成されている。
【０１８９】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、エンクロージャに連結されている第１のプロセッサをさらに含み、第１のプロセッサは、第１の物体ポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されている。１つの実施形態では、第１のプロセッサは、第１の物体ポイントの３Ｄ座標を決定するために、エンクロージャの外側の外部プロセッサと協働するようにさらに構成されている。１つの実施形態では、第１のプロセッサは、直接的に、または、ネットワーク接続を通して、外部プロセッサに接続されている。
【０１９０】
実施形態によれば、３次元（３Ｄ）座標を測定するための方法が提供される。方法は、プロジェクタポイントの集合体を有するプロジェクタから、第１のインスタンスにおいて第１の投影される光のパターン、第２のインスタンスにおいて第２の投影される光のパターン、および、第３のインスタンスにおいて第３の投影される光のパターンを投影するステップであって、プロジェクタポイントの集合体は、第１のプロジェクタポイントを含み、割り当てられた周期および割り当てられた位相を有する第１のプロジェクタ光線が、第１のプロジェクタポイントから投影され、第１のプロジェクタ光線は、第１のインスタンスにおいて第１の投影される光レベルを有しており、第２のインスタンスにおいて第２の投影される光レベルを有しており、第３のインスタンスにおいて第３の投影される光レベルを有しており、第１、第２、および第３の投影される光レベルは、割り当てられた周期および割り当てられた位相にしたがって正弦曲線的に変化し、プロジェクタは、第１の基準座標系において、プロジェクタ光軸およびプロジェクタポーズを有する、ステップと；第１のカメラによって、物体上の第１の投影される光のパターンの第１のイメージ、物体上の第２の投影される光のパターンの第２のイメージ、および、物体上の第３の投影される光のパターンの第３のイメージをキャプチャするステップであって、第１のカメラは、第１の基準座標系において、第１のカメラ光軸および第１のカメラポーズを有する、ステップと；第２のカメラによって、物体上の第１の投影される光のパターンの第４のイメージ、物体上の第２の投影される光のパターンの第５のイメージ、および、物体上の第３の投影される光のパターンの第６のイメージをキャプチャするステップであって、第２のカメラは、第１の基準座標系において、第２のカメラ光軸および第２のカメラポーズを有しており、プロジェクタ、第１のカメラ、および第２のカメラは、三角形のパターンでエンクロージャに連結されており、三角形のパターンは、プロジェクタ光軸、第１のカメラ光軸、および第２のカメラ光軸のいずれにも一致しない平面の中にあり、エンクロージャは、第１の基準座標系に対して固定されている、ステップと；第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標を決定するステップであって、第１の物体ポイントは、第１のプロジェクタ光線と物体の交差のポイントであり、決定される第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標は、割り当てられた周期、割り当てられた位相、第１のイメージ、第２のイメージ、第３のイメージ、第４のイメージ、第５のイメージ、第６のイメージ、プロジェクタポーズ、第１のカメラポーズ、および第２のカメラポーズに少なくとも部分的に基づいている、ステップと；および、第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標を記憶するステップとを含む。
【０１９１】
ある実施形態では、方法は、プロジェクタと第１のカメラとの間の第１のエピポーラ拘束、プロジェクタと第２のカメラとの間の第２のエピポーラ拘束、および、第１のカメラと第２のカメラとの間の第３のエピポーラ拘束にさらに基づいて、第１の物体ポイントの第２の３Ｄ座標を決定するステップをさらに含む。ある実施形態では、方法は、第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標、および、第１の物体ポイントの第２の３Ｄ座標にさらに基づいて、第１の物体ポイントの第３の３Ｄ座標を決定するステップをさらに含む。ある実施形態では、方法は、較正パラメータのセットを記憶するステップであって、較正パラメータのセットは、プロジェクタポーズ、第１のカメラポーズ、および第２のカメラポーズと特徴付ける値を含む、ステップをさらに含む。１つの実施形態では、方法は、決定された第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標、および、決定された第１の物体ポイントの第２の３Ｄ座標の中の非一貫性に少なくとも部分的に基づいて、較正パラメータのセットの中の誤差を検出するステップをさらに含む。１つの実施形態では、方法は、誤差信号を発生させるステップ、または、較正パラメータのセットの中の検出された誤差に応答して３Ｄ測定を停止するステップをさらに含む。１つの実施形態では、方法は、較正パラメータのセットの中の検出された誤差に応答して、較正パラメータの補正されたセットを決定および記憶するステップをさらに含む。
【０１９２】
別の実施形態では、方法は、第３のカメラによってカラーイメージをキャプチャするステップであって、第３のカメラは、カラーカメラである、ステップと；第１の物体ポイントの３Ｄ座標の上にカラーを重ね合わせるステップであって、重ね合されたカラーは、第３のカメラによってキャプチャされるカラーイメージに少なくとも部分的に基づいている、ステップとをさらに含む。別の実施形態では、方法は、エンクロージャに連結されている第１のプロセッサによって、第１の物体ポイントの第３の３Ｄ座標を決定するステップをさらに含む。１つの実施形態では、第１のプロセッサは、第１の物体ポイントの第３の３Ｄ座標を決定するために、エンクロージャの外側の外部プロセッサと協働する。１つの実施形態では、第１のプロセッサは、直接的に、または、ネットワーク接続を通して、外部プロセッサに接続している。
【０１９３】
別の実施形態によれば、３次元の（３Ｄ）測定デバイスが提供される。３Ｄ測定デバイスは、プロジェクタポイントの集合体を有するプロジェクタを有しており、プロジェクタは、第１のインスタンスにおいて第１の投影される光のパターン、第２のインスタンスにおいて第２の投影される光のパターン、および、第３のインスタンスにおいて第３の投影される光のパターンを投影するように構成されており、プロジェクタポイントの集合体は、第１のプロジェクタポイントを含み、割り当てられた周期および割り当てられた位相を有する第１のプロジェクタ光線が、第１のプロジェクタポイントから投影され、第１のプロジェクタ光線は、第１のインスタンスにおいて第１の投影される光レベルを有しており、第２のインスタンスにおいて第２の投影される光レベルを有しており、第３のインスタンスにおいて第３の投影される光レベルを有しており、第１、第２、および第３の投影される光レベルは、割り当てられた周期および割り当てられた位相にしたがって正弦曲線的に変化し、プロジェクタは、第１の基準座標系において、プロジェクタポーズを有する。カメラは、物体上の第１の投影される光のパターンの第１のイメージ、物体上の第２の投影される光のパターンの第２のイメージ、および、物体上の第３の投影される光のパターンの第３のイメージをキャプチャするように構成されており、カメラは、第１の基準座標系において、カメラポーズを有する。電力分配ネットワークは、パワー電源から電力線周波数を有する交流電流を受け取るように構成されている。エンクロージャが提供されており、プロジェクタ、カメラ、および電力分配ネットワークが、エンクロージャに連結されており、エンクロージャは、第１の基準座標系に対して固定されている。制御システムは、カメラの露光時間を、電力線周波数の２倍で割られた正の整数に設定するように構成されている。３Ｄ測定システムは、第１の物体ポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されており、第１の物体ポイントは、第１のプロジェクタ光線と物体の交差のポイントであり、決定される第１の物体ポイントの第１の３Ｄ座標は、割り当てられた周期、割り当てられた位相、第１のイメージ、第２のイメージ、第３のイメージ、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいている。
【０１９４】
別の実施形態では、制御システムは、トリガの瞬間に始まるように、カメラの露光をトリガするようにさらに構成されており、トリガの瞬間は、半周期ごとに１度起こる瞬間であり、半周期は、電力線周波数の２倍の逆数である。別の実施形態では、制御システムは、半周期の中で観察される検出された背景光の中の最小変化の時間になるように、トリガの瞬間を選択するように構成されている。別の実施形態では、制御システムは、半周期の中で観察される検出された背景光における最小信号レベルの時間になるように、トリガの瞬間を選択するように構成されている。
【０１９５】
別の実施形態では、制御システムは、光学的検出器によって背景光をサンプリングすることによって、検出された背景光の波形を再構築するようにさらに構成されており、サンプリングは、サンプリング周期で実施される。別の実施形態では、光学的検出器は、カメラの感光性アレイの中に含まれる１つ以上の光検出器から構成されている。１つの実施形態では、サンプリング周期は、半周期よりも長い。１つの実施形態では、光学的検出器は、単一エレメントの光検出器である。１つの実施形態では、光学的検出器は、エンクロージャから独立して移動するように構成されている。１つの実施形態では、カメラは、光学フィルタエレメントまたは光学フィルタコーティングをさらに含み、第１、第２、および第３の投影される光のパターンの波長とは異なる波長がカメラ光の中へ進入することを低減させる。
【０１９６】
別の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）測定システムが提供される。３Ｄ測定システムは、エンクロージャ、光源、および、エンクロージャに連結されているプロジェクタを含み、プロジェクタは、光源から受け取られた第１の光を、パターン化された光に変換するように構成され、また、パターン化された光を物体上に投影するように構成されており、プロジェクタは、プロジェクタポーズを有する。カメラは、エンクロージャに連結されており、カメラは、物体上のパターン化された光の第１のイメージをキャプチャするように構成されており、カメラは、カメラレンズおよび感光性アレイを含み、感光性アレイは、複数のピクセルを有しており、それぞれのピクセルは、カメラの露光期間の間に受け取られる入射光に応答して作り出される電子を保持するように構成されている電位ウェルを有しており、カメラは、カメラポーズを有しており、システムは、投影されるパターン化された光、キャプチャされる第１のイメージ、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、物体の３Ｄ座標を決定するように構成されている。冷却ファンは、エンクロージャに連結されており、冷却ファンは、エンクロージャの中のコンポーネントを冷却するように構成されている。フィードバック制御システムは、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかとは独立した状態になるように、それぞれの電位ウェルの中の電子の数を制御するように構成されている。
【０１９７】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、光学的検出器をさらに含み、光学的検出器は、光学的検出器に入射する第２の光の第２の光学的パワーを示す第２の電気信号を作り出すように構成されており、第２の光は、第１の光の一部分であり、フィードバック制御システムは、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかにかかわらず、同じ第２の光学的パワーを維持するために、光源を駆動するようにさらに構成されている。別の実施形態では、光学的検出器は、光源の近く、プロジェクタの中、および、カメラの中からなる群から選択される場所において、エンクロージャの中に設置されている。
【０１９８】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、温度センサをさらに含み、温度センサは、エンクロージャの中の第１の温度を示す第３の電気信号を作り出すように構成されており、フィードバック制御システムは、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかにかかわらず、同じ第２の光学的パワーを維持するために、光源を駆動するようにさらに構成されている。１つの実施形態では、フィードバック制御システムは、ルックアップテーブル、曲線、および等式からなる群から選択される情報に少なくとも部分的に基づいて、第１の電流を光源に提供する。１つの実施形態では、温度センサは、光源の近く、カメラの中、および、カメラ電子回路の近くからなる群から選択される場所において、エンクロージャの中に設置されている。１つの実施形態では、温度センサは、サーミスタである。
【０１９９】
別の実施形態では、フィードバック制御システムは、実験的なデータに由来する関係に少なくとも部分的に基づいて、第１の電流を光源に印加するように構成されており、その関係は、３Ｄ測定システムの出発温度に少なくとも部分的に依存する。さらなる別の実施形態では、請求項５９の３Ｄ測定システムは、光学的検出器をさらに含み、光学的検出器は、光学的検出器に入射する第２の光の第２の光学的パワーを示す第２の電気信号を作り出すように構成されており、フィードバック制御システムは、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかにかかわらず、固定された積分された光学的パワーを維持するために、露光期間を調節するように構成されており、積分された光学的パワーは、露光期間にわたる第２の光学的パワーの積分である。
【０２００】
別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、エンクロージャ、光源、プロジェクタ、カメラ、冷却ファン、およびフィードバック制御システムを提供するステップを含み、エンクロージャは、光源、カメラ、および冷却ファンに連結されており、プロジェクタは、プロジェクタポーズを有しており、カメラは、カメラポーズを有しており、カメラは、カメラレンズおよび感光性アレイを有しており、感光性アレイは、複数のピクセルを有しており、それぞれのピクセルは、カメラの露光期間の間に受け取られる入射光に応答して作り出される電子を保持するように構成されている電位ウェルを有する。第１のインスタンスにおいて、方法は、エンクロージャの中のコンポーネントを冷却するために、冷却ファンをオンにするステップを含む。第２のインスタンスにおいて、方法は、冷却ファンをオフにするステップを含む。方法は、プロジェクタによって、光源から受け取られる第１の光をパターン化された光に変換するステップと；プロジェクタから、パターン化された光を物体上に投影するステップと；物体上のパターン化された光の第１のイメージをカメラによってキャプチャするステップと；第１のイメージをキャプチャすることに応答して作り出される、それぞれの電位ウェルの中の電子の数を、フィードバック制御システムによって制御するステップであって、フィードバック制御システムは、それぞれの電位ウェルの中の電子の数を、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかから独立した状態にするように構成されている；投影されるパターン化された光、キャプチャされる第１のイメージ、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、物体の３Ｄ座標を決定するステップと；３Ｄ座標を記憶するステップとをさらに含む。
【０２０１】
別の実施形態では、方法は、光学的検出器によって、光学的検出器に入射する第２の光の第２の光学的パワーを示す第２の電気信号を作り出すステップをさらに含み、第２の光は、第１の光の一部分である。１つの実施形態では、フィードバック制御システムは、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかにかかわらず、同じ第２の光学的パワーを維持するために、光源を駆動するように構成されている。１つの実施形態では、光学的検出器は、光源の近く、プロジェクタの中、および、カメラの中からなる群から選択される場所において、エンクロージャの中に設置されている。
【０２０２】
別の実施形態では、方法は、温度センサによって、エンクロージャの中の第１の温度を示す第３の電気信号を作り出すステップをさらに含む。１つの実施形態では、フィードバック制御システムは、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかにかかわらず、同じ第３の電気信号を維持するために、光源を駆動するように構成されている。１つの実施形態では、方法は、フィードバック制御システムによって、ルックアップテーブル、曲線、および等式からなる群から選択される情報に少なくとも部分的に基づいて、第１の電流を光源に提供するステップをさらに含む。
【０２０３】
別の実施形態では、方法は、フィードバック制御システムによって、第１の電流を光源に提供するステップであって、第１の電流は、実験的なデータに由来する関係に少なくとも部分的に基づいており、その関係は、３Ｄ測定デバイスの出発温度に少なくとも部分的に依存する、ステップをさらに含む。
【０２０４】
別の実施形態では、方法は、光学的検出器によって、光学的検出器に入射する第２の光の第２の光学的パワーを示す第２の電気信号を作り出すステップと；フィードバック制御システムによって、冷却ファンがオンにされているかまたはオフにされているかにかかわらず、同じ積分された光学的パワーを維持するために、露光期間を調節するステップであって、積分された光学的パワーは、露光期間にわたる第２の光学的パワーの積分である、ステップとをさらに含む。
【０２０５】
別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、プロジェクタおよびカメラを含む３次元（３Ｄ）測定システムを提供するステップであって、プロジェクタは、プロジェクタポーズ、プロジェクタ投射中心、およびプロジェクタ参照平面を有しており、プロジェクタ参照平面に関連付けされたプロジェクタピクセルの集合体が存在しており、カメラは、カメラレンズ、カメラ感光性アレイ、カメラポーズ、カメラ投射中心、およびカメラ参照平面を有しており、カメラ感光性アレイは、カメラ参照平面にさらに関連付けられたカメラピクセルの集合体を有する、ステップと；第１の物体ポイントおよび第２の物体ポイントを有する物体を提供するステップであって、プロジェクタ投射中心からプロジェクタ参照平面の上の第１のプロジェクタピクセルを通って第１の物体ポイントの上に延在する第１の光線が存在しており、プロジェクタ投射中心からプロジェクタ参照平面の上の第２のプロジェクタピクセルを通って第２の物体ポイントの上に延在する第２の光線が存在している、ステップとを含む。第１のインスタンスにおいて、方法は、プロジェクタによって、第１のプロジェクタ光パターンを用いて物体を照射するステップ、および、カメラによって、照射された物体の第１のイメージをキャプチャするステップと；第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定するステップであって、第１の領域は、３Ｄ測定システムのエピポーラ幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて決定され、また、プロジェクタ投射中心およびカメラ投射中心に対する第１の物体ポイントの位置の第１の推定値に少なくとも部分的に基づいて決定される、ステップと；第２のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第２の領域を決定するステップであって、第２の領域は、３Ｄ測定システムのエピポーラ幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて決定され、また、プロジェクタ投射中心およびカメラ投射中心に対する第２の物体ポイントの位置の第１の推定値に少なくとも部分的に基づいて決定される、ステップと；第１のピクセル応答レベルを決定するステップであって、第１のピクセル応答レベルは、カメラピクセルの集合体の第１の領域の中のカメラピクセルの集合体からの電気的な読み出し信号の最大である、ステップと；第２のピクセル応答レベルを決定するステップであって、第２のピクセル応答レベルは、カメラピクセルの集合体の第２の領域の中のカメラピクセルの集合体からの電気的な読み出し信号の最大である、ステップとを含む。
【０２０６】
第２のインスタンスにおいて、方法は、第２のプロジェクタ光パターンを用いて物体を照射するステップであって、第２のプロジェクタ光パターンは、プロジェクタ投射中心から第１のプロジェクタピクセルを通って延在する第３の光線、および、プロジェクタ投射中心から第２のプロジェクタピクセルを通って延在する第４の光線を作り出し、第１のプロジェクタピクセルによって放出された光学的パワーは、決定された第１のピクセル応答レベルにしたがって、第１のスケールファクタによってスケーリングされ、第２のプロジェクタピクセルによって放出された光学的パワーは、決定された第２のピクセル応答レベルにしたがって、第２のスケールファクタによってスケーリングされ、第１のスケールファクタは、第２のスケールファクタとは異なる、ステップと；カメラによって、物体上の第２のプロジェクタ光パターンの第２のイメージをキャプチャするステップであって、第１のスケールファクタは、カメラピクセルの集合体の第１の領域の中のカメラピクセルの集合体の飽和を防止するように選択されており、第２のスケールファクタは、カメラピクセルの集合体の第２の領域の中のカメラピクセルの集合体の飽和を防止するように選択されている、ステップと；第２のプロジェクタ光パターン、第２のイメージ、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、第１の物体ポイントおよび第２の物体ポイントの３Ｄ座標を決定するステップと；第１の物体ポイントおよび第２の物体ポイントの決定された３Ｄ座標を記憶するステップとを含む。
【０２０７】
別の実施形態では、プロジェクタによって、第１のプロジェクタ光パターンを用いて物体を照射する際に、第１のプロジェクタ光パターンは、均一な照射である。別の実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、第２の物体ポイントの位置の第１の推定値は、３Ｄ測定システムによって物体の３Ｄ座標を測定することに少なくとも部分的に基づいている。
【０２０８】
１つの実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、第１の推定値を決定するステップは、プロジェクタによって、ストラクチャードライトパターンを用いて物体を照射するステップであって、ストラクチャードライトパターンは、物体のエリアをカバーしており、コード化されたパターンエレメントの集合体を有する、ステップと；カメラによって、物体上のストラクチャードライトパターンをキャプチャするステップと；投影されるストラクチャードライト、物体上のストラクチャードライトパターン、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、システムによって、物体の３Ｄ座標を決定するステップとをさらに含む
【０２０９】
別の実施形態では、プロジェクタによって、第１のプロジェクタ光パターンを用いて物体を照射する際に、第１のプロジェクタ光パターンは、第１の時間において投影される基礎的なプロジェクタパターンと、第２の時間において投影される相補的なプロジェクタパターンとを含み、基礎的なプロジェクタパターンおよび相補的なプロジェクタパターンは、物体をカバーするように構成されている。１つの実施形態では、プロジェクタによって、第１のプロジェクタ光パターンを用いて物体を照射する際に、基礎的なプロジェクタパターンは、明暗ストライプの集合体であり、相補的なプロジェクタパターンは、基礎的なプロジェクタパターンの白黒反転である。１つの実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、第１の推定値を決定するステップは、カメラによって、第１の時間において物体上の基礎的なプロジェクタパターンの基礎的なイメージをキャプチャするステップ、および、カメラによって、第２の時間において物体上の相補的なプロジェクタパターンの相補的なイメージをキャプチャするステップと；基礎的なプロジェクタパターン、相補的なプロジェクタパターン、基礎的なイメージ、相補的なイメージ、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、システムによって、物体の３Ｄ座標を決定するステップとをさらに含む
【０２１０】
別の実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、プロジェクタ投射中心およびカメラ投射中心に対する第１の物体ポイントの位置の第１の推定値を決定するステップは、物体に関するモデルを得るステップであって、モデルは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルおよび測定されたままのモデルからなる群から選択され、測定されたままのモデルは、３Ｄ測定器具によって、物体の３Ｄ測定によって得られるモデルである、ステップと；３Ｄ測定システムに対して固定された位置へ物体を移動させるステップと；３Ｄ測定システムによって、プロセッサによる数学的な評価によって第１の物体ポイントの推定値を決定するステップとをさらに含む。
【０２１１】
別の実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、３Ｄ測定システムのエピポーラ幾何学形状は、プロジェクタ投射中心、プロジェクタ参照平面、カメラ投射中心、およびカメラ参照平面によって特徴付けられ、プロジェクタおよびカメラの相対的な位置は、プロジェクタポーズおよびカメラポーズによって特徴付けられる。
【０２１２】
別の実施形態では、プロジェクタによって、第１のプロジェクタ光パターンを用いて物体を照射する際に、および、カメラによって、照射された物体の第１のイメージをキャプチャする際に、第１のイメージをキャプチャすることは、ビニングされたカメラピクセルによって実施され、ビニングされたカメラピクセルのそれぞれは、複数のカメラピクセルを含む。
【０２１３】
別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、プロジェクタおよびカメラを含む３次元（３Ｄ）測定システムを提供するステップであって、プロジェクタは、プロジェクタポーズ、プロジェクタ投射中心、およびプロジェクタ参照平面を有しており、プロジェクタ参照平面に関連付けされたプロジェクタピクセルの集合体が存在しており、カメラは、カメラレンズ、カメラ感光性アレイ、カメラポーズ、カメラ投射中心、およびカメラ参照平面を有しており、カメラ感光性アレイは、カメラ参照平面にさらに関連付けられたカメラピクセルの集合体を有する、ステップと；第１の物体ポイントおよび第２の物体ポイントを有する物体を提供するステップであって、プロジェクタ投射中心からプロジェクタ参照平面の上の第１のプロジェクタピクセルを通って第１の物体ポイントへ延在する第１の光線が存在しており、プロジェクタ投射中心からプロジェクタ参照平面の上の第２のプロジェクタピクセルを通って第２の物体ポイントへ延在する第２の光線が存在している、ステップとを含む。
【０２１４】
第１のインスタンスにおいて、方法は、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンスを用いて物体を照射するステップ、および、それに応答して、カメラによって、照射された物体の第１のイメージの対応する第１のシーケンスをキャプチャするステップと；第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定するステップであって、第１の領域は、３Ｄ測定システムのエピポーラ幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて決定され、また、プロジェクタ投射中心およびカメラ投射中心に対する第１の物体ポイントの位置の第１の推定値に少なくとも部分的に基づいて決定され、第１の物体ポイントの位置の第１の推定値は、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンス、第１のイメージの第１のシーケンス、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいている、ステップと；第２のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第２の領域を決定するステップであって、第２の領域は、３Ｄ測定システムのエピポーラ幾何学形状に少なくとも部分的に基づいて決定され、また、プロジェクタ投射中心およびカメラ投射中心に対する第２の物体ポイントの位置の第１の推定値に少なくとも部分的に基づいて決定され、第２の物体ポイントの位置の第１の推定値は、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンス、第１のイメージの第１のシーケンス、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいている、ステップと；第１のイメージの第１のシーケンスのうちの少なくとも１つに関して、カメラピクセルの集合体の第１の領域の中のカメラピクセルの集合体からの電気的な読み出し信号に少なくとも部分的に基づいて、第１のピクセル応答レベルを決定するステップと；第１のイメージの第１のシーケンスのうちの少なくとも１つに関して、カメラピクセルの集合体の第２の領域の中のカメラピクセルの集合体からの電気的な読み出し信号に少なくとも部分的に基づいて、第２のピクセル応答レベルを決定するステップとを提供する。
【０２１５】
第２のインスタンスにおいて、方法は、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスを用いて物体を照射するステップであって、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスは、第１の光線および第２の光線を含み、第１のプロジェクタピクセルによってプロジェクタ光パターンの第２のシーケンスで放出された光学的パワーは、決定された第１のピクセル応答レベルにしたがって、第１のスケールファクタによってスケーリングされ、第２のプロジェクタピクセルによって、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスで放出された光学的パワーは、決定された第２のピクセル応答レベルにしたがって、第２のスケールファクタによってスケーリングされる、ステップと；カメラによって、物体上のプロジェクタ光パターンの第２のシーケンスに対応する第２のイメージの第２のシーケンスをキャプチャするステップであって、第１のスケールファクタは、カメラピクセルの集合体の第１の領域の中のカメラピクセルの集合体の飽和を防止するように選択されており、第２のスケールファクタは、カメラピクセルの集合体の第２の領域の中のカメラピクセルの集合体の飽和を防止するように選択されており、第１のスケールファクタは、第２のスケールファクタとは異なる、ステップと；プロジェクタ光パターンの第２のシーケンス、第２のイメージの第２のシーケンス、プロジェクタポーズ、およびカメラポーズに少なくとも部分的に基づいて、第１の物体ポイントおよび第２の物体ポイントの３Ｄ座標を決定するステップと；第１の物体ポイントおよび第２の物体ポイントの決定された３Ｄ座標を記憶するステップとを提供する。
【０２１６】
別の実施形態では、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンスを用いて物体を照射する際に、および、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンスは、３つ以上の位相シフトされた正弦曲線的な強度パターンを含む。１つの実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、３Ｄ測定システムのエピポーラ幾何学形状は、プロジェクタ投射中心、プロジェクタ参照平面、カメラ投射中心、およびカメラ参照平面によって特徴付けられ、プロジェクタおよびカメラの相対的な位置は、プロジェクタポーズおよびカメラポーズによって特徴付けられる。１つの実施形態では、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、カメラピクセルの集合体の第１の領域は、第１のイメージの第１のシーケンスに少なくとも部分的に基づいている。
【０２１７】
別の実施形態では、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスを用いて物体を照射する際に、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスは、３つ以上の位相シフトされた正弦曲線的な強度パターンを含む。別の実施形態では、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンスを用いて物体を照射する際に、および、第１のプロジェクタピクセルに関して、カメラピクセルの集合体の対応する第１の領域を決定する際に、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンスは、３つ以上の位相シフトされた台形状の強度パターンを含む。別の実施形態では、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスを用いて物体を照射する際に、プロジェクタ光パターンの第２のシーケンスは、３つ以上の位相シフトされた台形状の強度パターンを含む。さらなる別の実施形態では、プロジェクタによって、プロジェクタ光パターンの第１のシーケンスを用いて物体を照射する際に、および、それに応答して、カメラによって、照射された物体の第１のイメージの対応する第１のシーケンスをキャプチャする際に、第１のイメージの第１のシーケンスをキャプチャすることは、ビニングされたカメラピクセルによって実施され、ビニングされたカメラピクセルのそれぞれは、複数のカメラピクセルを含む。
【０２１８】
別の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）測定システムが提供される。３Ｄ測定システムは、３Ｄイメージャの第１のセットを含み、３Ｄイメージャの第１のセットは、１と２以上の整数Ｎとの間の添え字ｊによってそれぞれ指定され、それぞれの３Ｄイメージャｊは、イメージャ基準座標系において、物体の３Ｄ座標を決定するように構成されており、それぞれの３Ｄイメージャｊは、システム基準座標系の中で３Ｄイメージャポーズｊを有する。それぞれの３Ｄイメージャｊは、物体上に、エリア全体にわたって、パターン化された光を投影するように構成されたプロジェクタｊと；物体上のパターン化された光のイメージをキャプチャするように構成されたカメラｊであって、レンズｊおよび感光性アレイｊを含み、物体上のパターン化された光を感光性アレイｊの上にイメージ化するように構成されている、カメラｊと；プロジェクタｊおよびカメラｊに機械的に連結されているプロセッサｊであって、投影されるパターン化された光、カメラｊによってキャプチャされる物体上のパターン化された光のイメージ、および、カメラｊに対するプロジェクタｊの相対的なポーズに少なくとも部分的に基づいて、イメージャ基準座標系において物体の３Ｄ座標を決定するように構成されている、プロセッサｊと；３Ｄイメージャの第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊに連結されている第１の装着フレームと；３Ｄ座標のシステム集合体を得るように構成されているシステムコントローラであって、３Ｄ座標のシステム集合体は、システム基準座標系における物体の３Ｄ座標であり、座標のシステム集合体は、３Ｄイメージャの第１のセットによって提供される物体の決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいており、また、３Ｄイメージャの第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊのシステム基準座標系における３Ｄイメージャポーズｊに少なくとも部分的に基づいている、システムコントローラとを含む。
【０２１９】
ある実施形態では、第１の装着フレームは、ムーバデバイスにさらに取り付けられており、ムーバデバイスは、第１の装着フレームのポーズを変化させるように構成されている。１つの実施形態では、ムーバデバイスは、ロボットおよびモバイルプラットフォームからなる群から選択されている。別の実施形態では、システムコントローラの一部分は、第１の装着フレームに連結されている。別の実施形態では、システムコントローラは、第１の装着フレームに接続されていない外部コンピュータを含む。１つの実施形態では、システムコントローラは、３Ｄイメージャの第１のセットによって提供される３Ｄ座標の並列処理を実施するように構成されているネットワーク接続されたコンピュータの集合体を含む。
【０２２０】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、３Ｄイメージャの第２のセットをさらに含み、３Ｄイメージャの第２のセットは、Ｎ＋１と整数Ｍとの間の添え字ｊによってそれぞれ指定されており、整数Ｍは、Ｎ＋１以上であり、３Ｄイメージャの第２のセットのそれぞれの３Ｄイメージャｊは、第２の装着フレームに連結されている。１つの実施形態では、３Ｄイメージャの第１のセット、および、３Ｄイメージャの第２のセットは、物体の異なる側を測定するように配置されている。１つの実施形態では、物体は、コンベアデバイスに連結されており、コンベアデバイスは、３Ｄイメージャの第１のセットに対して物体を移動させるように構成されている。
【０２２１】
別の実施形態では、３Ｄイメージャの第１のセットは、３Ｄイメージャの第１のグループ、および、３Ｄイメージャの第２のグループを含み、３Ｄイメージャの第１のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、物体の対応する第１のエリアに関連付けられており、３Ｄイメージャの第２のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、物体の対応する第２のエリアに関連付けられており、３Ｄ測定システムは、第１の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの第１のグループのそれぞれの３Ｄイメージャによって、物体の対応する第１のエリアの上に、パターン化された光を投影するように構成されており、対応する第１のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの第１のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、対応する第１のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されており、３Ｄ測定システムは、第２の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの第２のグループそれぞれの３Ｄイメージャによって、物体の対応する第２のエリアの上に、パターン化された光を投影するように構成されており、対応する第２のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの第２のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、対応する第２のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。
【０２２２】
実施形態によれば、第１の時間インターバルの間に、システムコントローラは、３Ｄイメージャの第２のグループの中のそれぞれのプロジェクタｊをブランクにし、また、第２の時間インターバルの間に、システムコントローラは、３Ｄイメージャの第１のグループの中のそれぞれのプロジェクタｊをブランクにする。別の実施形態によれば、３Ｄ測定システムは、第２の時間インターバルの間に、３Ｄイメージャの第１のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すようにさらに構成されている。
【０２２３】
別の実施形態では、３Ｄイメージャの第１のセットは、３Ｄイメージャの第３のグループ、および、３Ｄイメージャの第４のグループを含み、３Ｄイメージャの第３のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、物体の対応する第３のエリアに関連付けられており、３Ｄイメージャの第４のグループのそれぞれの３Ｄイメージャは、物体の対応する第４のエリアに関連付けられており、３Ｄ測定システムは、第３の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの第３のグループのそれぞれの３Ｄイメージャによって、物体の対応する第３のエリアの上に、パターン化された光を投影するようにさらに構成されており、対応する第３のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの第３のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、対応する第３のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されており、３Ｄ測定システムは、第４の時間インターバルにおいて、３Ｄイメージャの第４のグループのそれぞれの３Ｄイメージャによって、物体の対応する第４のエリアの上に、パターン化された光を投影するようにさらに構成されており、対応する第４のエリアのそれぞれは、３Ｄイメージャの第１のセットの中の任意の他の３Ｄイメージャから投影されるパターン化された光を受け取らず、３Ｄイメージャの第４のグループの中のそれぞれの３Ｄイメージャは、対応する第４のエリアの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。
【０２２４】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、第２の時間インターバルの間に、３Ｄイメージャの第１のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すようにさらに構成されており、また、第３の時間インターバルの間に、３Ｄイメージャの第２のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すようにさらに構成されており、また、第４の時間インターバルの間に、第３の時間インターバルの間に、３Ｄイメージャの第３のセットによって得られたイメージの少なくとも一部分に対応する電気信号を読み出すようにさらに構成されている。１つの実施形態では、３Ｄイメージャの第１のグループ、３Ｄイメージャの第２のグループ、３Ｄイメージャの第３のグループ、および、３Ｄイメージャの第４のグループによって投影されるパターン化された光によってカバーされるエリアの間に重なりが存在している。
【０２２５】
別の実施形態では、システムコントローラは、第２の時間インターバルの間に、３Ｄイメージャの第１のセットによって第１の時間インターバルの間に提供される３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて収集された３Ｄ座標のシステム集合体の少なくとも一部分を決定するように構成されている。別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、第１の装着フレームに連結されている基準ターゲットの集合体をさらに含む。１つの実施形態では、基準ターゲットの集合体は、リトロリフレクタである。１つの実施形態では、基準ターゲットの集合体は、第１の装着フレームに連結された磁気ネストに取り付けるように構成されている球形装着式リトロリフレクタである。１つの実施形態では、基準ターゲットの集合体は、光源である。
【０２２６】
別の実施形態では、３Ｄイメージャの第１のセットからのそれぞれの３Ｄイメージャｊは、基準ターゲットの集合体を測定するように構成されており、それぞれの基準ターゲットの位置は、第１の基準座標系における３Ｄ座標を有しており、システムコントローラは、第１の基準座標系における基準ターゲットの３Ｄ座標、および、３Ｄイメージャの第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊによって決定されるような基準ターゲットの３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、３Ｄイメージャの第１のセットのそれぞれの３Ｄイメージャｊに関して、３Ｄイメージャポーズｊを決定するように構成されている。
【０２２７】
１つの実施形態では、３Ｄ測定システムは、スケールバーをさらに含み、スケールバーは、基準ターゲットの集合体の中に、第１の基準ターゲットおよび第２の基準ターゲットを含み、第１の基準ターゲットと第２の基準ターゲットとの間の距離は、参照距離である。１つの実施形態では、システムコントローラは、参照距離にさらに基づいて、ならびに、３Ｄ測定システムによって決定されるような第１の基準ターゲットおよび第２の基準ターゲットの３Ｄ座標にさらに基づいて、３Ｄイメージャの第１のセットのそれぞれの３Ｄイメージャｊに関して、３Ｄイメージャポーズｊを決定するようにさらに構成されている。
【０２２８】
別の実施形態では、３Ｄイメージャの第１のセットの中のそれぞれの３Ｄイメージャｊは、カメラｊに加えて、カラーカメラｊをさらに含み、それぞれのプロセッサｊは、物体の決定された３Ｄ座標の中へカラーを統合するようにさらに構成されている。別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、３Ｄイメージャの第１のセットの中の任意のカメラｊよりも広いＦＯＶを有する広い視野（ＦＯＶ）のカメラをさらに含む。１つの実施形態では、広いＦＯＶのカメラは、カラーカメラであり、システムコントローラは、３Ｄ座標のシステム集合体の表現にカラーを追加するようにさらに構成されている。
【０２２９】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、第１の装着フレームに連結されているスタンドオフ構造体をさらに含み、スタンドオフ構造体は、３Ｄイメージャｊのカメラｊによってイメージ化されるように構成されている第１のターゲットを保持するように構成されている。１つの実施形態では、システムコントローラは、スタンドオフ構造体を物体の付近に持っていくように、ムーバデバイスを調節するようにさらに構成されており、少なくとも１つのカメラｊが、少なくとも１つの第１のターゲットおよび物体を含むイメージをキャプチャするようになっている。
【０２３０】
別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、物体および３Ｄイメージャの第１のセットの相対的な位置を変化させるように構成されているムーバデバイスと、物体と３Ｄイメージャとの間に設置されている基準ターゲットの集合体とをさらに含む。別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、物体に対して静止して保持されるように構成されている基準ターゲットの集合体をさらに含み、物体は、３Ｄイメージャの第１のセットに対してそのポーズを変化させるように構成されている。別の実施形態では、３Ｄ測定システムは、３Ｄイメージャの第１のセットに対して静止して保持されるように構成されている基準ターゲットの集合体をさらに含み、物体は、３Ｄイメージャの第１のセットに対してそのポーズを変化させるように構成されている。１つの実施形態では、システムコントローラは、ユーザインターフェースをさらに含み、ユーザインターフェースは、３Ｄイメージャｊの選択が３Ｄイメージャの第１のセットの中に含まれることを可能にするように構成されており、ユーザインターフェースは、３Ｄイメージャの第１のセットの中に含むために、ユーザが複数のイメージャを選択することを可能にする。１つの実施形態では、ユーザインターフェースは、シリアル番号、インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス、または、その両方に基づいて、３Ｄイメージャの第１のセットの中に含むために、ユーザが３Ｄイメージャｊを選択することを可能にする。１つの実施形態では、システムコントローラは、ユーザインターフェースをさらに含み、ユーザインターフェースは、ユーザが基準ターゲットの集合体を選択することを可能にするように構成されており、また、ユーザインターフェースの上に、それぞれの選択された基準ターゲットの３Ｄ座標を表示するように構成されている。
【０２３１】
別の実施形態によれば、３次元の（３Ｄ）測定システムが提供される。３Ｄ測定システムは、複数のベースパーツから選択されるｄ第１のベースパーツを含むマスタパーツを含み、第１のベースパーツに付加されている少なくとも３つの基準マーカが存在している。第１のテスト用パーツが、複数のベースパーツから選択される第２のベースパーツを含む。写真測量用カメラは、対応する複数の写真測量用２次元（２Ｄ）イメージを得るために、複数の写真測量用カメラ位置から、少なくとも３つの基準マーカを含むマスタパーツをイメージ化するように構成されている。第１のプロジェクタおよび第１のカメラを有する第１の３Ｄイメージャが提供され、第１の３Ｄイメージャは、第１のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されている。第２のプロジェクタおよび第２のカメラを有する第２の３Ｄイメージャが提供され、第２の３Ｄイメージャは、第２のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されている。システムは、複数の写真測量用２Ｄイメージ、第１のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標、および、第２のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するように構成されている。システムは、決定された第１のポーズ、決定された第２のポーズ、第１のイメージャ基準座標系における第１の３Ｄイメージャによる第１のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、第２のイメージャ基準座標系における第２の３Ｄイメージャによる第１のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系おいて、第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。
【０２３２】
別の実施形態では、システムは、第１のターゲットおよび第２のターゲットを有するスケールバーをさらに含み、第１のターゲットと第２のターゲットとの間の距離は、較正された参照距離であり、スケールバーは、マスタパーツに対して固定して位置決めされるように構成されており、第１のターゲットおよび第２のターゲットは、複数の写真測量用２Ｄイメージの中に見ることができる。１つの実施形態では、システムは、較正された参照距離に基づいて、第１のポーズおよび第２のポーズを決定するようにさらに構成されている。別の実施形態では、３つの基準マーカは、逆反射ターゲットを含む。１つの実施形態では、写真測量用カメラは、リトロリフレクタターゲットを照射するように構成されているフラッシュユニットをさらに含む。
【０２３３】
別の実施形態では、複数の写真測量用２Ｄイメージのうちの少なくとも２つが、異なる配向に回転された写真測量用カメラによって得られる。別の実施形態では、第１の３Ｄイメージャは、第１のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されているプロセッサをさらに含み、第２の３Ｄイメージャは、第２のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するように構成されているプロセッサをさらに含む。
【０２３４】
別の実施形態では、第１の３Ｄイメージャは、第１のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するために、外部コンピュータと協働するようにさらに構成されており、第２の３Ｄイメージャは、第２のイメージャ基準座標系において３Ｄ座標を決定するために、外部コンピュータと協働するようにさらに構成されている。別の実施形態では、システムは、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するために、外部コンピュータと協働するようにさらに構成されている。
【０２３５】
別の実施形態では、システムは、複数のベースパーツから選択される第３のベースパーツを含む第２のテスト用パーツをさらに含み、システムは、決定された第１のポーズ、決定された第２のポーズ、第１のイメージャ基準座標系における第１の３Ｄイメージャによる第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、第２のイメージャ基準座標系における第２の３Ｄイメージャによる第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第２のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するようにさらに構成されている。
【０２３６】
別の実施形態では、第１のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカが、第２のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの中に含まれていない少なくとも１つの基準マーカを含む。１つの実施形態では、少なくとも３つの基準マーカは、第１のマーカ、第２のマーカ、第３のマーカ、第４のマーカ、第５のマーカ、および第６のマーカを含み、第１のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカは、第１のマーカ、第２のマーカ、および第３のマーカを含むが、第４のマーカ、第５のマーカ、または第６のマーカを含まず、第２のイメージャ基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカは、第４のマーカ、第５のマーカ、および第６のマーカを含むが、第１のマーカ、第２のマーカ、または第３のマーカを含まない。
【０２３７】
別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、マスタパーツ、第１のテスト用パーツ、写真測量用カメラ、第１の３次元（３Ｄ）イメージャ、および第２の３Ｄイメージャを提供するステップであって、マスタパーツは、複数のベースパーツから選択される第１のベースパーツを含み、第１のベースパーツに付加されている少なくとも３つの基準マーカが存在しており、第１のテスト用パーツは、複数のベースパーツから選択される第２のベースパーツを含み、第１の３Ｄイメージャは、第１のプロジェクタ、第１のカメラ、および第１の基準座標系を有しており、第２の３Ｄイメージャは、第２のプロジェクタ、第２のカメラ、および第２の基準座標系を有する、ステップと；対応する複数の写真測量用２次元（２Ｄ）イメージを得るために、複数の写真測量用カメラ位置から、写真測量用カメラによって、少なくとも３つの基準マーカを含むマスタパーツをイメージ化するステップと；第１の３Ｄイメージャによって、第１の基準座標系において少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標を決定するステップと；第２の３Ｄイメージャによって、第２の基準座標系において少なくとも３つの基準マーカの３Ｄ座標を決定するステップと；複数の写真測量用２Ｄイメージ、第１の基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカの決定された３Ｄ座標、および、第２の基準座標系における少なくとも３つの基準マーカの中からの少なくとも３つの基準マーカ決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定するステップと；第１の３Ｄイメージャによって、第１の基準座標系において第１のテスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定するステップと；第２の３Ｄイメージャによって、第２の基準座標系において第１のテスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定するステップと；決定された第１のポーズ、決定された第２のポーズ、第１のイメージャ基準座標系における第１のテスト用パーツの決定された第１の３Ｄ座標、および、第２の基準座標系における第１のテスト用パーツの決定された第２の３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するステップと；システム基準座標系における第１のテスト用パーツの３Ｄ座標を記憶するステップとを含む。
【０２３８】
別の実施形態では、方法は、第１のターゲットおよび第２のターゲットを有するスケールバーを提供するステップであって、第１のターゲットと第２のターゲットとの間の距離は、較正された参照距離であり、スケールバーは、マスタパーツに対して固定して位置決めされるように構成されており、第１のターゲットおよび第２のターゲットは、複数の写真測量用２Ｄイメージの中に見ることができる、ステップをさらに含む。１つの実施形態では、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定する際に、第１のポーズおよび第２のポーズは、較正された参照距離にさらに基づいている。
【０２３９】
別の実施形態では、少なくとも３つの基準マーカは、逆反射ターゲットを含む。１つの実施形態では、写真測量用カメラは、リトロリフレクタターゲットを照射するように構成されているフラッシュユニットをさらに含む。１つの実施形態では、複数の写真測量用２Ｄイメージのうちの少なくとも２つが、異なる配向に回転された写真測量用カメラによって得られる。
【０２４０】
別の実施形態では、方法は、複数のベースパーツから選択される第３のベースパーツを含む第２のテスト用パーツを提供するステップをさらに含む。１つの実施形態では、方法は、決定された第１のポーズ、決定された第２のポーズ、第１のイメージャ基準座標系における第１の３Ｄイメージャによる第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標、および、第２のイメージャ基準座標系における第２の３Ｄイメージャによる第２のテスト用パーツの決定された３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、システム基準座標系において、第２のテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するステップをさらに含む。
【０２４１】
別の実施形態では、マスタパーツ、テスト用パーツ、写真測量用カメラ、第１の３Ｄイメージャ、および第２の３Ｄイメージャを提供する際に、第１の３Ｄイメージャは、第１のプロセッサをさらに含み、第２の３Ｄイメージャは、第２のプロセッサをさらに含む。１つの実施形態では、第１の３Ｄイメージャによって、第１の基準座標系においてテスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定する際に、第１のプロセッサは、第１の３Ｄ座標を決定し、また、第２の３Ｄイメージャによって、第２の基準座標系においてテスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定する際に、第２のプロセッサは、第２の３Ｄ座標を決定する。
【０２４２】
別の実施形態では、第１の３Ｄイメージャによって、第１の基準座標系においてテスト用パーツの第１の３Ｄ座標を決定する際に、第１の３Ｄイメージャは、第１の基準座標系においてテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するために、外部コンピュータと協働し、また、第２の３Ｄイメージャによって、第２の基準座標系においてテスト用パーツの第２の３Ｄ座標を決定する際に、第２の３Ｄイメージャは、第２の基準座標系においてテスト用パーツの３Ｄ座標を決定するために、外部コンピュータと協働する。別の実施形態では、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定する際に、外部コンピュータは、システム基準座標系において、第１の３Ｄイメージャの第１のポーズ、および、第２の３Ｄイメージャの第２のポーズを決定することを支援する。
【０２４３】
別の実施形態によれば、構造体が提供される。構造体は、複数の３次元（３Ｄ）イメージャを含み、それぞれの３Ｄイメージャは、物体上のポイントの３Ｄ座標を決定するように構成されており、それぞれの３Ｄイメージャは、プロジェクタおよびカメラを有しており、プロジェクタは、物体上に光のパターンを投影するように構成されており、カメラは、レンズおよび感光性アレイを含み、レンズは、物体上の光のパターンを感光性アレイの上にイメージ化するように構成されており、レンズおよびプロジェクタは、ベースライン距離だけ分離されている。構造体は、ツリー状構造体をさらに含み、ツリー状構造体は、複数の３Ｄイメージャを保持し、複数の３Ｄイメージャの中のそれぞれの３Ｄイメージャの並進および回転を可能にするように構成されており、構造体は、中央の幹エレメントを有しており、中央の幹エレメントの上に、１つ以上の枝エレメントが連結されており、複数の３Ｄイメージャのそれぞれは、１つ以上の枝エレメントに連結されている。
【０２４４】
別の実施形態では、１つ以上の枝エレメントのうちの１つは、一次的な枝エレメントであり、一次的な枝エレメントは、枝コネクタによって中央の幹エレメントに連結されており、枝コネクタは、第１のコネクタパーツおよび第２のコネクタパーツを含み、第２のコネクタパーツは、第１のコネクタパーツに対して回転するように構成されている。１つの実施形態では、構造体は、第１のコネクタパーツと中央の幹エレメントとの間の相対的な回転を可能にするようにさらに構成されている。１つの実施形態では、構造体は、第２のコネクタパーツと一次的な枝エレメントとの間の相対的な回転を可能にするようにさらに構成されている。
【０２４５】
別の実施形態では、中央の幹エレメントおよび１つ以上の枝エレメントは、円形断面を有するチューブである。１つの実施形態では、チューブは、２．０μｍ／ｍ／℃未満の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する炭素繊維複合材料から作製されている。別の実施形態では、１つ以上の枝エレメントは、一次的な枝エレメントおよび二次的な枝エレメントを含み、一次的な枝エレメントは、第３のコネクタパーツおよび第４のコネクタパーツを含み、第４のコネクタパーツは、第３のコネクタパーツに対して回転するように構成されている。
【０２４６】
別の実施形態では、イメージャコネクタは、１つ以上の枝エレメントから選択される第１の枝エレメントに３Ｄイメージャを連結している。１つの実施形態では、イメージャコネクタは、第１の枝エレメントの周りに３Ｄイメージャを回転させるように構成されている。１つの実施形態では、イメージャコネクタは、第１のイメージャコネクタパーツおよび第２のイメージャコネクタパーツを含み、第２のイメージャコネクタパーツは、第１のイメージコネクタパーツに対して回転するように構成されている。
【０２４７】
別の実施形態では、枝コネクタは、第１の枝パーツおよび第２の枝パーツを含み、第２の枝パーツは、第１の枝パーツに対して回転するように構成されている。
【０２４８】
別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、：第１の３次元（３Ｄ）イメージャを提供するステップであって、第１の３次元（３Ｄ）イメージャは、物体上の第１の３Ｄ座標を決定するように構成されており、第１の３Ｄイメージャは、第１のプロジェクタおよび第１のカメラを有しており、第１のプロジェクタは、物体上に第１の光のパターンを投影するように構成されており、第１のカメラは、第１のレンズおよび第１の感光性アレイを含み、第１のレンズは、物体上の第１の光のパターンを第１の感光性アレイの上にイメージ化するように構成されており、第１のレンズは、物体上の第１の光のパターンを第１の感光性アレイの上にイメージ化するように構成されており、第１のレンズおよび第１のプロジェクタは、第１のベースライン距離だけ分離されている、ステップと；第２の３次元（３Ｄ）イメージャを提供するステップであって、第２の３次元（３Ｄ）イメージャは、物体上の第２の３Ｄ座標を決定するように構成されており、第２の３Ｄイメージャは、第２のプロジェクタおよび第２のカメラを有しており、第２のプロジェクタは、物体上に第２の光のパターンを投影するように構成されており、第２のカメラは、第２のレンズおよび第２の感光性アレイを含み、第２のレンズは、物体上の第２の光のパターンを第２の感光性アレイの上にイメージ化するように構成されており、第２のレンズは、物体上の第２の光のパターンを第２の感光性アレイの上にイメージ化するように構成されており、第２のレンズおよび第２のプロジェクタは、第２のベースライン距離だけ分離されている、ステップと；第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャを保持し、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの並進および回転を可能にするように構成されている構造体を提供するステップと；テスト用物体に対して第１の好適な距離および第１の好適な配向に、構造体の上の第１の３Ｄイメージャを並進および回転させるステップと；テスト用物体に対して第２の好適な距離および第２の好適な配向に、構造体の上の第２の３Ｄイメージャを並進および回転させるステップと；第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの相対的なポーズを決定するためにレジストレーション手順を実施するステップと；第１の３Ｄイメージャによって、テスト用物体上の第１のポイントの第１の３Ｄ座標を測定するステップであって、第１の３Ｄ座標は、第１の３Ｄイメージャの第１のローカル基準座標系の中にある、ステップと；第２の３Ｄイメージャによって、テスト用物体上の第２のポイントの第２の３Ｄ座標を測定するステップであって、第２の３Ｄ座標は、第２の３Ｄイメージャの第２のローカル基準座標系の中にある、ステップと；第１のポイントの第１の３Ｄ座標、および、第２のポイントの第２の３Ｄ座標を、第１のポイントおよび第２のポイントのグローバル３Ｄ座標に変換するステップであって、前記変換するステップは、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの相対的なポーズ、測定された第１の３Ｄ座標、ならびに、測定された第２の３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいている、ステップと；第１のポイントおよび第２のポイントのグローバル３Ｄ座標を記憶するステップとを含む。
【０２４９】
別の実施形態では、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの相対的なポーズを決定するためにレジストレーション手順を実施する際に、レジストレーション手順は、第１のカメラポーズに保持された写真測量用カメラによって、３つの基準マーカおよび第１の較正された参照長さをイメージ化し、第１の２Ｄマーカイメージを得るステップと；第２のカメラポーズに保持された写真測量用カメラによって、３つの基準マーカおよび第１の較正された参照長さをイメージ化し、第２の２Ｄマーカイメージを得るステップと；第１の３Ｄイメージャによって、３つの基準ターゲットの３Ｄ座標を測定するステップと；第２の３Ｄイメージャによって、３つの基準ターゲットの３Ｄ座標を測定するステップと；第１の２Ｄマーカイメージ、第２の２Ｄマーカイメージ、第１の３Ｄイメージャによって測定される３つの基準ターゲットの３Ｄ座標、および、第２の３Ｄイメージャによって測定される３つの基準ターゲットの３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの相対的なポーズを決定するステップとをさらに含む。
【０２５０】
別の実施形態では、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの相対的なポーズを決定するためにレジストレーション手順を実施する際に、レジストレーション手順は、３つ以上の基準ターゲットの集合体を提供するステップであって、それぞれのターゲットは、較正された３Ｄ座標を有する、ステップと；第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャによって、３つ以上の基準ターゲットの３Ｄ座標を測定するステップと；３つ以上の基準ターゲットの集合体の較正された３Ｄ座標、第１の３Ｄイメージャによって測定されたままの状態の３つ以上の基準ターゲットの３Ｄ座標、および、第２の３Ｄイメージャによって測定されたままの状態の３つ以上の基準ターゲットの３Ｄ座標に少なくとも部分的に基づいて、第１の３Ｄイメージャおよび第２の３Ｄイメージャの相対的なポーズを決定するステップとをさらに含む。
【０２５１】
本発明は、限られた数の実施形態だけに関連して詳細に説明されてきたが、本発明はそのような開示されている実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これ以前には説明されていないが、本発明の趣旨および範囲に見合う、任意の数の変形例、代替例、置換例、または均等物配置を組み込むように修正され得る。追加的に、本発明のさまざまな実施形態が説明されてきたが、本発明の態様は、説明されている実施形態のいくつかだけを含むことが可能であることが理解されるべきである。したがって、本発明は、先述の説明によって限定されるように理解されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2018525638.tif 000003
【図２】
2018525638.tif 000004
【図３】
2018525638.tif 000005
【図４】
2018525638.tif 000006
【図５Ａ】
2018525638.tif 000007
【図５Ｂ】
2018525638.tif 000008
【図６Ａ】
2018525638.tif 000009
【図６Ｂ】
2018525638.tif 000010
【図６Ｃ】
2018525638.tif 000011
【図７】
2018525638.tif 000012
【図８】
2018525638.tif 000013
【図９】
2018525638.tif 000014
【図１０】
2018525638.tif 000015
【図１１】
2018525638.tif 000016
【図１２Ａ】
2018525638.tif 000017
【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
2018525638.tif 000019
【図１３Ｂ】
2018525638.tif 000020
【図１３Ｃ】
2018525638.tif 000021
【図１３Ｄ−１３Ｅ】
2018525638.tif 000022
【図１４Ａ】
2018525638.tif 000023
【図１４Ｂ】
2018525638.tif 000024
【図１４Ｃ】
2018525638.tif 000025
【図１４Ｄ】
2018525638.tif 000026
【図１５】
2018525638.tif 000027
【図１６】
2018525638.tif 000028
【図１７】
2018525638.tif 000029
【図１８】
2018525638.tif 000030
【図１９Ａ】
2018525638.tif 000031
【図１９Ｂ】
2018525638.tif 000032
【図１９Ｃ】
2018525638.tif 000033
【図２０Ａ】
2018525638.tif 000034
【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
2018525638.tif 000036
【図２１Ｂ】
2018525638.tif 000037
【図２１Ｃ】
2018525638.tif 000038
【図２２Ａ】
2018525638.tif 000039
【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
2018525638.tif 000041
【図２２Ｄ】
2018525638.tif 000042
【図２３Ａ】
2018525638.tif 000043
【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
2018525638.tif 000045
【図２３Ｄ】
2018525638.tif 000046
【図２３Ｅ】
2018525638.tif 000047
【図２３Ｆ】
2018525638.tif 000048
【図２４Ａ】
2018525638.tif 000049
【図２４Ｂ】
2018525638.tif 000050
【図２５】
2018525638.tif 000051
【図２６Ａ】
2018525638.tif 000052
【図２６Ｂ】
2018525638.tif 000053
【図２７】
2018525638.tif 000054
【図２８】
2018525638.tif 000055
【図２９Ａ】
2018525638.tif 000056
【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
2018525638.tif 000058
【図３０Ｂ】
2018525638.tif 000059
【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
2018525638.tif 000061
【図３１】
2018525638.tif 000062
【図３２】
2018525638.tif 000063
【図３３】
2018525638.tif 000064
【図３４Ａ】
2018525638.tif 000065
【図３４Ｂ】
2018525638.tif 000066
【図３４Ｃ】
2018525638.tif 000067
【図３５】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
2018525638.tif 000070
【図３６Ｃ】
2018525638.tif 000071
【図３６Ｄ】
2018525638.tif 000072
【図３６Ｅ】
2018525638.tif 000073
【図３６Ｆ】
2018525638.tif 000074
【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
2018525638.tif 000076
【図３８Ａ】
2018525638.tif 000077
【図３８Ｂ】
2018525638.tif 000078
【図３８Ｃ】
2018525638.tif 000079
【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１Ａ】
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【図５１Ｂ】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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