(57)【要約】【課題】計測対象物の性状によらず三次元計測が可能な装置及び方法を提供する    。【解決手段】  第１の温度である計測対象物Ｂの表面温度を部分的に第１の温度と異なる第２の温度とするための噴霧器４及び液体噴霧部２２と、計測対象物Ｂを撮像することにより計測対象物Ｂの温度画像を取得するサーモカメラ７，８及び撮像部２４とを備えた三次元計測装置１を提供する。【選択図】  図１
2017181210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の温度である対象物の表面温度を部分的に前記第１の温度と異なる第２の温度とする部分温度変更手段と、
前記対象物を撮像することにより前記対象物の温度画像を取得する撮像手段とを備えた三次元計測装置。
【請求項２】
前記対象物を前記第１の温度とする温度設定手段をさらに含む請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記部分温度変更手段は、
前記対象物に液体を噴霧する液体噴霧手段と、
前記液体噴霧手段から噴霧される前記液体の粒度を制御する粒度制御手段とを含む請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記液体は、前記対象物を損耗せず前記第１の温度において気化する液体である請求項３に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
前記対象物を包摂する雰囲気の蒸気圧を低下させる気圧制御手段をさらに備えた請求項３に記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、前記対象物を異なる視点から撮像する少なくとも二つの撮像機を含み、
前記撮像により得られた複数の温度画像を合成して三次元画像を生成する画像生成手段をさらに備えた請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項７】
第１の温度である第１状態にある対象物を、前記対象物の表面温度が部分的に前記第１の温度と異なる第２の温度である第２状態とする第１のステップと、
前記第２状態にある前記対象物を撮像する第２のステップとを有する三次元計測方法。
【請求項８】
前記第１のステップの前に、前記対象物を前記第１状態とするステップをさらに有する請求項７に記載の三次元計測方法。
【請求項９】
前記第１のステップでは、前記対象物に液体を噴霧することにより、前記対象物を前記第２状態に遷移させる請求項７に記載の三次元計測方法。
【請求項１０】
前記液体は、前記対象物を損耗せず前記第１の温度において気化する液体である請求項９に記載の三次元計測方法。
【請求項１１】
前記第１のステップでは、前記対象物を包摂する雰囲気の蒸気圧を低下させる請求項９に記載の三次元計測方法。
【請求項１２】
前記第２のステップでは、前記対象物を複数の視点から撮像し、
前記第２のステップで前記複数の視点から撮像することにより得られた複数の温度画像を合成して三次元画像を生成する第３のステップをさらに有する請求項７に記載の三次元計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を三次元計測する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、ステレオ画像を使って対象物体の三次元形状を計測する装置及び方法については種々考案されてきた。通常は、エッジやテクスチャなどの輝度画像内の同一性を手掛かりにして各画像中の対応する点を探索し、三角測量の原理で対象点の三次元座標を計算する（非特許文献１、非特許文献２）。これらの手法では画像の輝度変化を手がかりにするため、対象物上の輝度の変化が十分に大きい場合には計測が可能であるが、輝度の変化に乏しい対象物の場合や正反射成分の大きい場合には計測が困難になる。また、鏡面反射成分が大きい面の場合にも、複数のカメラで撮影された同一点の輝度の一致度が保証されないため、計測が困難である。また、ガラスのように透過性の高い面の場合にも対象物の奥にある物体の輝度が観測されてしまうため、計測が困難である。
【０００３】
ここで、輝度の変化に乏しい対象物の計測を行うために、対象物に対してプロジェクタでランダムなパターンを投影し、表面にテクスチャを生じさせて通常のステレオ相関法で対応点が探索可能な状態を作り出す方法が存在する（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９１２３２号公報
【特許文献２】特開２００１−１４７１１０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】奥富、金出： 複数の基線長を利用したステレオマッチング、電子情報通信学会論文誌D-II、Vol.J75-D-II, No.8, pp.1317-1327,(1992)
【非特許文献２】冨田、吉見、植芝、河井、角、松下、市村、杉本、石山、R&D of versatile 3D vision system VVV, Proc. SMC 1998, Vol.5, pp. 4510-4516, (1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２に示された三次元計測装置においては、対象物の表面が明るい色の拡散反射面である場合には対象物上の同一点近傍に十分な近似したテクスチャが観測できるために有効であるが、対象物の表面が黒色面で十分な強度の反射が得られなかったり鏡面だったり透過性が高かったりする場合には、投影したパターンが十分にカメラに対して反射せず、計測できなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、計測対象物の性状によらず三次元計測が可能な装置及び方法を提供することを目的とする。    
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、第１の温度である対象物の表面温度を部分的に第１の温度と異なる第２の温度とする部分温度変更部と、対象物を撮像することにより対象物の温度画像を取得する撮像部とを備えた三次元計測装置を提供する。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明は、第１の温度である第１状態にある対象物を、対象物の表面温度が部分的に第１の温度と異なる第２の温度である第２状態とする第１のステップと、第２状態にある対象物を撮像する第２のステップとを有する三次元計測方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、計測対象物の性状によらず三次元計測が可能な装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る三次元計測装置１の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示された三次元計測装置１を用いた本発明の実施の形態に係る三次元計測方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明の実施の形態に係る三次元計測装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、三次元計測装置１は計測室２と操作部１０、及びコントローラ２０とを備える。
【００１３】
ここで、計測室２は計測対象物Ｂを加熱する加熱器３と、計測対象物Ｂへ液滴Ｌを噴霧する噴霧器４と、計測対象物Ｂを異なる視点から撮像する二台のサーモカメラ７，８と、計測室２の内部の蒸気圧を任意の大きさに設定するためのエアコンディショナー９とを含む。
【００１４】
また、コントローラ２０は、噴霧器４に含まれる噴霧孔調節弁６を制御することにより、噴霧される液滴Ｌの径を調節する粒度制御部２１と、噴霧器４に含まれる液体タンク５を開閉することにより噴霧タイミングを制御する液体噴霧部２２と、エアコンディショナー９を制御する気圧制御部２３と、二台のサーモカメラ７，８による撮像のタイミングを制御すると共に、本撮像により得られた温度画像を取得する撮像部２４と、撮像部２４に取り込まれた上記温度画像を合成して計測対象物Ｂの形状を再現する三次元画像を生成する画像生成部２５と、上記温度画像により得られる計測対象物Ｂの表面温度に応じて加熱器３を制御することにより、計測対象物Ｂを任意の設定温度とする温度設定部２６とを含む。
【００１５】
なお、コントローラ２０に含まれる粒度制御部２１、液体噴霧部２２、気圧制御部２３、撮像部２４、画像生成部２５、及び温度設定部２６はそれぞれ操作部１０に接続され、ユーザによって操作部１０に入力されたコマンドに応じて動作する。
【００１６】
以下において、以上のような構成を有する三次元計測装置１を用いた本発明の実施の形態に係る三次元計測方法について、図２を参照しつつ詳しく説明する。
【００１７】
まずステップＳ１において、第１の温度である第１状態にある計測対象物Ｂを、その表面温度が部分的に第１の温度と異なる第２の温度である第２状態とする。なお、第１の温度は常温のほか、操作部１０に入力された設定温度であっても良い。
【００１８】
ここで、第１の温度が操作部１０に入力された設定温度とされる場合には、ステップＳ１の前に、計測対象物Ｂの表面温度が上記設定温度になるまで、温度設定部２６が加熱器３を用いて計測対象物Ｂを加熱する。
【００１９】
なお、後述する計測対象物Ｂに付着した液滴Ｌの蒸発作用に鑑みると、一般的には、高い温度であるほど計測時間を短くすることができる。
【００２０】
また、上記蒸発作用から、計測時間の短縮は、エアコンディショナー９及び気圧制御部２３を用いて計測室２内の蒸気圧を下げることによっても実現することができる。
【００２１】
本ステップＳ１においては、具体的には、例えば、第１の温度とされた計測対象物Ｂへ噴霧器４を用いて第１の温度より低い温度の液滴Ｌを噴霧し、表面の一部を計測対象物Ｂの潜熱に応じて冷却して第１の温度より低い第２の温度とする。なお、噴霧器４から噴霧する液体としては、計測対象物Ｂを損耗せず第１の温度において速やかに気化する性質をもつもので、例えば、水やアルコールの他、液体窒素等を使用しても良い。
【００２２】
また、他の例としては、第１の温度とされた計測対象物Ｂへレーザを照射し、表面の一部を熱して第１の温度より高い第２の温度とすることが考えられる。
【００２３】
また、他の例としては、第１の温度とされた計測対象物Ｂへ水滴を噴霧し、さらに対象物にマイクロ波を照射することで表面の一部に付着した上記水滴を熱して第１の温度より高い第２の温度とすることが考えられる。
【００２４】
このようにして、第１の温度である計測対象物Ｂの表面の一部を、第１の温度と異なる第２の温度とすることにより、計測対象物Ｂの表面に温度相違部分を形成することができる。
【００２５】
次に、ステップＳ２において、上記の第２状態にある計測対象物Ｂをサーモカメラ７，８により撮像する。ここで、一般的にサーモカメラ７，８で撮像される画像は、撮像対象の温度に応じて異なる色となることから、ステップＳ１で第２の温度とされた表面の一部に対応する画像の色は、第１の温度である他の部分に対応する画像の色と異なる。
【００２６】
従って、サーモカメラ７，８で計測対象物Ｂを撮像する限りにおいては、第２の温度部分に温度上のテクスチャ（以下「温度模様」という。）が形成されたことになる。
【００２７】
これより、計測対象物Ｂの表面がテクスチャもなく一様であって単色である場合においても、人為的に温度分布を作り出し上記温度模様を取得することにより、当該表面の構造を明らかにすることができる。また、表面が黒色や鏡面や透過面であるためプロジェクタによる光学的なテクスチャを投影することが困難な材質の対象物に対してもテクスチャの付与を行うことができる。
【００２８】
また、図１に示されるように、複数のサーモカメラ７，８によって計測対象物Ｂを異なる視点から撮像して得られる複数のステレオ画像を合成する場合には、上記温度模様を上記位置合わせの際における対応点として活用することにより、計測対象物Ｂの三次元画像を容易に生成することができる。
【００２９】
また、上記のように表面構造を明らかにするという処理、若しくは複数のステレオ画像を合成するという処理を実行する場合において、上記温度模様が粗すぎる場合には、粒度制御部２１が操作部１０に入力されたコマンドに応じて噴霧孔調節弁６の噴霧孔径を調節し、計測対象物Ｂへ噴霧される液滴Ｌの径（粒度）をより小さなものとする。そして、このような方法により、計測対象物Ｂに形成される温度模様をより細かなものとすることによって、上記処理を実現させることができる。
【００３０】
以上のような本発明の実施の形態に係る三次元計測装置１、及び本発明の実施の形態に係る三次元計測方法によれば、上記のように計測対象物Ｂへ液滴Ｌを噴霧した場合、計測対象物Ｂに付着した液滴Ｌは計測対象物Ｂの持つ熱により蒸発するため、計測対象物Ｂの表面状態を維持しつつ、一時的なテクスチャ（温度模様）を容易に付すことができる。すなわち、本装置１や本方法によれば、三次元計測のために計測対象物Ｂの表面を改変する必要がないため、例えば計測対象物Ｂの表面を塗装すること等が困難である場合や、何かを付着させると計測対象物Ｂの商品価値が低下してしまうような場合に特に有用となる。
【００３１】
なお、上記のように、計測対象物Ｂへレーザを照射する場合も同様に、計測対象物Ｂの表面状態を維持しつつ、一時的なテクスチャ（温度模様）を容易に付すことができる。また、噴霧した水滴にマイクロ波を照射して加熱する方法でも一時的なテクスチャを容易に付すことができる。
【００３２】
このことから、本実施の形態に係る三次元計測装置１及び三次元計測方法によれば、計測対象物Ｂの性状によらず三次元計測が可能となるため、工作用若しくは製品検査用等の装置による対象物の特定を容易にすることができる。    
【符号の説明】
【００３３】
１  三次元計測装置
３  加熱器
４  噴霧器
７，８  サーモカメラ
９  エアコンディショナー
２０  コントローラ
２１  粒度制御部
２２  液体噴霧部
２３  気圧制御部
２４  撮像部
２５  画像生成部
２６  温度設定部
【図１】
2017181210.tif 000003
【図２】
2017181210.tif 000004