JP2005293075A

3-dimensional shape detection device, 3-dimensional shape detection method, 3-dimensional shape detection program

Abstract

Problem to be solved.To provide a 3-dimensional shape detection device which can detect a boundary of pattern light in sub-pixel level precision at high speed without increasing imaging number of sheets of pattern light, a 3-dimensional shape detection method and a 3-dimensional shape detection program thereof.

Solution.A position of a pixel I is detected in the unit of pixel by using an intensity image, an approximate expression (shown by solid lines in a drawing) about a position of the pixel and intensity of the Y direction is found, in a predetermined range including the pixel I to be shown in a graph on the left-hand side of bottom in the drawing, and boundary of bright and dark is detected in sub pixel level accuracy, by finding a Y coordinate Y1 in an intersection with the intensity threshold bTh in the approximate expression.

Copyright (C)2006,JPO&NCIPI

Term

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10 claims: 4 independent, 6 dependent

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    A projection means that projects each of a plurality of types of pattern lights in which light and dark are alternately arranged on a subject in chronological order, and an imaging means that images a subject in a state where each pattern light is projected from the projection means. A luminance image generating means that generates a plurality of luminance images obtained by calculating the brightness of each pixel from each captured image captured by the imaging means, and a predetermined threshold value for a plurality of luminance images generated by the luminance image generating means. A code image generation means that generates a code image in which a predetermined code is assigned to each pixel based on the result of performing the threshold processing according to the above, and a three-dimensional subject using the code image generated by the code image generation means. In a three-dimensional shape detecting device provided with a three-dimensional shape calculating means for calculating a shape, at a detection position in a direction intersecting with the pattern light in the code image, it is adjacent to a pixel having a focus code, and the focus code is The plurality of luminance images having a boundary between light and dark at a position corresponding to the first pixel detecting means for detecting the first pixel having a different code and the first pixel detected by the first pixel detecting means. Luminance image extraction means for extracting from the luminance image and A pixel area specifying means for specifying a pixel area consisting of pixels in a predetermined area adjacent to the first pixel and an approximate expression representing a change in brightness in the extracted brightness image in the pixel area specified by the pixel area specifying means are calculated. Boundary coordinate detection means that calculates a position having a predetermined threshold value for brightness in the approximate expression calculation means and the approximate expression calculated by the approximate expression calculation means, and detects the boundary coordinates of the code of interest based on the calculation result. The three-dimensional shape detecting means is characterized by calculating the three-dimensional shape of a subject based on the boundary coordinates detected by the boundary coordinate detecting means using the code image. apparatus. 明と暗とを交互に並べてなる複数種類のパターン光の各々を時系列に被写体に投影する投影手段と、その投影手段から各パターン光が投影されている状態の被写体を撮像する撮像手段と、その撮像手段によって撮像される各撮像画像から各画素の輝度を算出した複数の輝度画像を生成する輝度画像生成手段と、その輝度画像生成手段によって生成される複数の輝度画像に対して所定の閾値による閾値処理を行った結果により、各画素毎に所定のコードを割り当たコード画像を生成するコード画像生成手段と、そのコード画像生成手段によって生成されるコード画像を利用して被写体の3次元形状を算出する3次元形状算出手段とを備えた3次元形状検出装置において、 前記コード画像における前記パターン光と交差する方向の検出位置において、着目コードを有する画素に隣接し、その着目コードとは異なるコードを有する第1画素を検出する第1画素検出手段と、 その第1画素検出手段で検出される第1画素と対応する位置において、明と暗との境界を有する輝度画像を前記複数の輝度画像の内から抽出する輝度画像抽出手段と、 前記第1画素に隣接する所定領域の画素からなる画素領域を特定する画素領域特定手段と、 その画素領域特定手段で特定される画素領域において前記抽出輝度画像における輝度の変化を表す近似式を算出する近似式算出手段と、 その近似式算出手段によって算出される近似式において輝度に関する所定の閾値を有する位置を算出し、その算出結果に基づいて前記着目コードの境界座標を検出する境界座標検出手段とを備え、 前記3次元形状算出手段は、前記コード画像を利用して前記境界座標検出手段で検出される境界座標に基づき、被写体の3次元形状を算出することを特徴とする3次元形状検出装置。
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    3. The boundary coordinate detecting means is characterized in that it calculates a weighted average value or a median value of positions calculated for each of the approximate expressions, and detects the boundary coordinates of the code of interest based on the calculation result. The three-dimensional shape detection device according to any one of 5 to 5. 前記境界座標検出手段は、前記近似式毎に算出される位置の加重平均値または中央値を算出し、その算出結果に基づいて前記着目コードの境界座標を検出することを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載の3次元形状検出装置。
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    A projection process in which each of a plurality of types of pattern lights in which light and dark are alternately arranged is projected onto the subject in chronological order, and an imaging process in which each pattern light is projected from the projection process to image the subject. A luminance image generation step of generating a plurality of luminance images obtained by calculating the brightness of each pixel from each captured image captured by the imaging step, and a predetermined threshold value for a plurality of luminance images generated by the luminance image generation step. A code image generation step of generating a code image in which a predetermined code is assigned to each pixel based on the result of performing the threshold processing according to the above, and a three-dimensional subject using the code image generated by the code image generation step. In the three-dimensional shape detection method including the three-dimensional shape calculation step of calculating the shape, after the code image generation step, at the detection position in the direction intersecting the pattern light in the code image, the pixel having the code of interest is used. The boundary between light and dark at the position corresponding to the first pixel detected in the first pixel detection step which is adjacent and has a code different from the code of interest and the first pixel detected in the first pixel detection step. A luminance image extraction step of extracting a luminance image having a luminance image from the plurality of luminance images. A pixel area specifying step for specifying a pixel area consisting of pixels in a predetermined area adjacent to the first pixel and an approximate expression representing a change in brightness in the extracted brightness image in the pixel area specified in the pixel area specifying step are calculated. Boundary coordinate detection step of calculating the position having a predetermined threshold value for brightness in the approximate expression calculation step and the approximate expression calculated by the approximate expression calculation step, and detecting the boundary coordinates of the code of interest based on the calculation result. The three-dimensional shape calculation step is characterized in that the three-dimensional shape of the subject is calculated based on the boundary coordinates detected in the boundary coordinate detection step using the code image. Method. 明と暗とを交互に並べてなる複数種類のパターン光の各々を時系列に被写体に投影する投影工程と、その投影工程から各パターン光が投影されている状態の被写体を撮像する撮像工程と、その撮像工程によって撮像される各撮像画像から各画素の輝度を算出した複数の輝度画像を生成する輝度画像生成工程と、その輝度画像生成工程によって生成される複数の輝度画像に対して所定の閾値による閾値処理を行った結果により、各画素毎に所定のコードを割り当たコード画像を生成するコード画像生成工程と、そのコード画像生成工程によって生成されるコード画像を利用して被写体の3次元形状を算出する3次元形状算出工程とを備えた3次元形状検出方法において、 前記コード画像生成工程の後に、前記コード画像における前記パターン光と交差する方向の検出位置において、着目コードを有する画素に隣接し、その着目コードとは異なるコードを有する第1画素を検出する第1画素検出工程と、 その第1画素検出工程で検出される第1画素と対応する位置において、明と暗との境界を有する輝度画像を前記複数の輝度画像の内から抽出する輝度画像抽出工程と、 前記第1画素に隣接する所定領域の画素からなる画素領域を特定する画素領域特定工程と、 その画素領域特定工程で特定される画素領域において前記抽出輝度画像における輝度の変化を表す近似式を算出する近似式算出工程と、 その近似式算出工程によって算出される近似式において輝度に関する所定の閾値を有する位置を算出し、その算出結果に基づいて前記着目コードの境界座標を検出する境界座標検出工程とを備え、 前記3次元形状算出工程は、前記コード画像を利用して前記境界座標検出工程で検出される境界座標に基づき、被写体の3次元形状を算出することを特徴とする3次元形状検出方法。
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    A projection step in which each of a plurality of types of pattern lights in which light and dark are alternately arranged is projected onto the subject in chronological order, and an imaging step in which each pattern light is projected from the projection step to image the subject. A luminance image generation step that generates a plurality of luminance images obtained by calculating the brightness of each pixel from each captured image captured by the imaging step, and a predetermined threshold value for the plurality of luminance images generated by the luminance image generation step. A code image generation step that generates a code image in which a predetermined code is assigned to each pixel based on the result of performing the threshold processing according to the above, and a three-dimensional subject using the code image generated by the code image generation step. In a three-dimensional shape detection program including a three-dimensional shape calculation step for calculating a shape, a pixel having a focus code is adjacent to a pixel having a focus code at a detection position in a direction intersecting the pattern light in the code image, and the focus code is The plurality of luminance images having a boundary between light and dark at a position corresponding to the first pixel detection step for detecting the first pixel having a different code and the first pixel detected in the first pixel detection step. The luminance image extraction step to extract from the luminance image and A pixel area specifying step for specifying a pixel area consisting of pixels in a predetermined area adjacent to the first pixel and an approximate expression representing a change in brightness in the extracted brightness image in the pixel area specified in the pixel area specifying step are calculated. A boundary coordinate detection step that calculates a position having a predetermined threshold value for brightness in the approximate expression calculation step and the approximate expression calculated by the approximate expression calculation step, and detects the boundary coordinates of the code of interest based on the calculation result. The three-dimensional shape detection step is characterized in that the three-dimensional shape of the subject is calculated based on the boundary coordinates detected in the boundary coordinate detection step using the code image. program. 明と暗とを交互に並べてなる複数種類のパターン光の各々を時系列に被写体に投影する投影ステップと、その投影ステップから各パターン光が投影されている状態の被写体を撮像する撮像ステップと、その撮像ステップによって撮像される各撮像画像から各画素の輝度を算出した複数の輝度画像を生成する輝度画像生成ステップと、その輝度画像生成ステップによって生成される複数の輝度画像に対して所定の閾値による閾値処理を行った結果により、各画素毎に所定のコードを割り当たコード画像を生成するコード画像生成ステップと、そのコード画像生成ステップによって生成されるコード画像を利用して被写体の3次元形状を算出する3次元形状算出ステップとを備えた3次元形状検出プログラムにおいて、 前記コード画像における前記パターン光と交差する方向の検出位置において、着目コードを有する画素に隣接し、その着目コードとは異なるコードを有する第1画素を検出する第1画素検出ステップと、 その第1画素検出ステップで検出される第1画素と対応する位置において、明と暗との境界を有する輝度画像を前記複数の輝度画像の内から抽出する輝度画像抽出ステップと、 前記第1画素に隣接する所定領域の画素からなる画素領域を特定する画素領域特定ステップと、 その画素領域特定ステップで特定される画素領域において前記抽出輝度画像における輝度の変化を表す近似式を算出する近似式算出ステップと、 その近似式算出ステップによって算出される近似式において輝度に関する所定の閾値を有する位置を算出し、その算出結果に基づいて前記着目コードの境界座標を検出する境界座標検出ステップとを備え、 前記3次元形状算出ステップは、前記コード画像を利用して前記境界座標検出ステップで検出される境界座標に基づき、被写体の3次元形状を算出することを特徴とする3次元形状検出プログラム。