物体形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム及び方法

专利摘要:
有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム及び方法を提供する。このシステム及び方法は、測定される物体の表面の一部の複数の画像を取り込むステップと、取り込んだ画像を共通基準系において一緒にマージするステップとを含む。３Ｄスキャナを使用して、様々な視点から複数の画像を取り込み、続いて、共通座標系において画像をマージして、マージした画像を一緒に位置調整することによって、複雑な形の物体の形状及びテクスチャのうちの一方又は双方を測定することが可能である。位置調整は、物体の表面の一部と、知られている特性（例えば形状及びテクスチャのうちの一方又は双方）を有する基準物体の一部との両方の画像を取り込むことによって達成される。これによって、物体スキャナの位置及び向きを基準物体の座標系で決定することが可能となる。
公开号:JP2011506914A
申请号:JP2010524927
申请日:2008-09-03
公开日:2011-03-03
发明作者:ラーパ，ニコライ・エル
申请人:アーテック・グループ・インコーポレーテッド；
IPC主号:G01B11-24

专利说明:

[0001] 本開示は、有形物の３次元（「３Ｄ：ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ」）表面測定に関する。]
背景技術

[0002] 例えば構造光や立体三角測量法を使用することによる、有形物の３Ｄ表面形状の非接触測定を実施するための既知の装置及び方法がある。有形物の表面形状を測定する構造光三角測量法は、一般に、振幅変調、時間変調、及び波長変調のうちの１つ以上をされた構造光を物体の表面に投影することを使用する（「構造光」）。物体の表面に投影された構造光の画像（以下、「画像」という）は、カメラによって、構造光が投影される方向とは異なる方向に取り込まれる。次いで、画像は、物体表面の形状を計算するために解析される。]
[0003] ３Ｄスキャナは、物体全体の表面形状を測定するためにこうした三角測量法を使用する。しかし、３Ｄスキャナは一般に、一度に物体の表面の一部しか測定することができず、表面全体の形状を測定するには、様々な角度から一連のスキャンを行い、次いで、結果として生じる３Ｄ画像を一緒にマージすることが一般に必要である。一連のスキャンを一緒にマージするときの顕著な誤りを回避するために、各スキャンが行われた点及び方向を、各スキャンの精度に劣らないほど正確に知ることが必要である。]
[0004] このレベルの精度を達成するために幾つかの解決策がこれまで試みられており、これら解決策は、１）３Ｄスキャナを所定位置に固定し、物体を取り付けるための正確な回転台を使用すること、２）物体の周りでスキャナを移動するための精密装置を使用すること、３）物体の付近の周りに位置決めされたセンサ（例えば無線、光又は磁気のセンサ）のアレイを使用してスキャナの位置及び向きを識別して、３Ｄスキャナの内部に組み込まれた放射器の位置を決定すること、並びに４）物体の周りに分散した剛構造物に取り付けられた複数の３Ｄスキャナを使用すること、を含んでいる。]
発明が解決しようとする課題

[0005] しかし、以前に試みられた各解決策には、幾つかの欠点：高いコスト、かさばること、持ち運びできないこと、スキャン時間が長いこと、移動体をスキャンできないこと、及び特定の適用例の制限（例えばそれらは、美術館展示物など移動又は接触できない繊細な物体のスキャンには使用することができない）があること、がある。]
課題を解決するための手段

[0006] １つ又は複数の実施形態によれば、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム及び方法が提供される。このシステム及び方法は、測定される有形物の表面の一部の複数の画像を取り込むステップと、取り込んだ画像を共通基準系において一緒にマージするステップとを含む。一態様では、３Ｄスキャナを使用して、様々な位置及び視点から複数の画像を取り込み、続いて、共通座標系において画像をマージして、マージした画像を一緒に位置調整することによって、複雑な形の有形物の形状及びテクスチャのうちの一方又は双方を測定することができる。位置調整は、有形物の表面の一部と、知られている特性（例えば形状及びテクスチャのうちの一方又は双方）を有する基準面との両方の画像を取り込むことによって達成される。これによって、物体スキャナの位置及び向きを基準物体の座標系において決定することが可能となる。有形物の画像を取り込む装置の位置は、更に、有形物の取り込んだ画像間の精度の一貫性を保証するために、基準物体の画像を取り込む装置に対して制御することができる。]
[0007] 本開示の上記特徴及び目的は、添付の図面と併せて考慮される以下の説明を参照して明らかになる。図面では、同じ参照番号は、同様の要素を表している。]
図面の簡単な説明

[0008] 本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムの斜視ブロック図（ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｖｉｅｗ）である。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のための方法の動作フローチャートである。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムの斜視ブロック図である。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムの斜視ブロック図である。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムの斜視ブロック図である。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムの斜視ブロック図である。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムのブロック図である。
本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステムのブロック図である。]
実施例

[0009] 一般に、本開示は、本開示の１つ又は複数の実施形態による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム及び方法を含む。これから、本開示の特定の実施形態について、上記で言及した図を参照して論じることにする。図では、同じ参照番号は同様の構成要素に言及している。]
[0010] 今、図１を参照すると、１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム１００のブロック図の全体が示されている。システム１００は、物体１０４の表面をスキャンするためのスキャン装置１０２を含んでいる。スキャン装置１０２は、物体の画像を取り込むための３Ｄスキャナ、物体１０４の測光特性（例えば２Ｄ画像テクスチャ、色、明るさなど）を取り込むための測光スキャナ若しくはカメラ、別のタイプの画像取り込み装置、又はその組合せを含んでよい。以下、簡潔にするため、物体１０４の表面の３Ｄ測定（例えば形状）の決定に関連して実施されるスキャンを「表面スキャン」といい、物体１０４の測光特性、テクスチャ又は他の２Ｄ測定の決定に関連して実施されるスキャンを「テクスチャスキャン」という。更に、本明細書では、画像という用語は、それ自体で使用されるとき、３Ｄ画像、２Ｄ画像、別のタイプの画像、又は上記タイプの画像の何れかの任意の組合せをいうものとする。物体１０４は、基準物体１０６に隣接して位置決めされる。１つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１０２は、物体１０４の一部及び基準物体１０６の一部を少なくとも部分的に含んでいる視野１０８を含む。視野１０８は、好ましくは円錐形であるが、形成された他の視野を含んでもよい。] 図１
[0011] 更に図２を参照すると、物体１０４の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム１００によって使用されるプロセスについて、動作フローチャートが示されている。最初、ステップ２００で、スキャン装置１０２は、物体１０４に対して望ましい関係に位置決めされる。次いで、ステップ２０２で、スキャン装置１０２は物体１０４の少なくとも一部の画像を取り込む一方、スキャン装置１０２は、ステップ２０４で基準物体１０６の少なくとも一部の画像をまた取り込む。１つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１０２によって取り込まれた物体１０４の画像は、物体１０４の少なくとも３Ｄ画像を含んでおり、また任意選択で、物体１０４の２Ｄ画像又は別のタイプの画像を含んでいる。１つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１０２によって取り込まれた基準物体１０６の画像は、３Ｄ画像又は２Ｄ画像のうちの少なくとも１つである。ステップ２０２及び２０４は、別々に実施されてもよいし、別法として同じ画像取り込みステップの一環として実施されてもよいし、また別法として逆の順序で実施されてもよい。１つ又は複数の実施形態では、基準物体１０６は、それだけに限らないが、符号化パターン及び特定の形状のうちの一方又は双方など、特定の基準特性を含む。一実施形態では、物体１０４は、画像が取り込まれる間、（例えば基準物体１０６上に物体１０４を取り付けることによって、又は逆を行うことによって）基準物体１０６に対して静止した状態で維持される。別の実施形態では、物体１０４及び基準物体１０６は、スキャンの間、互いに対して移動することができる。] 図２
[0012] 次いで、ステップ２０６で、スキャンが完了し、物体１０４の所望の画像が完全に取り込まれたかどうか判定される。画像取り込みが完了していない場合、スキャン装置１０２の視野１０８は、物体１０４の別の部分の画像を取り込むために、ステップ２０８で、物体１０４に対して調整される。例えば、スキャン装置１０２全体の位置を移動するか、又はカメラの視野１０８を調整することができる。次いで、プロセスは、ステップ２０２／２０４に戻って、物体１０４の少なくとも一部、及び基準物体１０６の少なくとも一部の別の画像取り込みを実施する。上記のステップは、物体１０４の所望の部分の十分な画像（例えばフレーム）が取り込まれるまで連続的に繰り返される。スキャン装置１０２の各位置において、視野１０８は、基準物体１０６の座標系においてスキャン装置１０２の位置及び向きを決定するのに十分な基準物体１０６の少なくとも一部を含まなければならない。ステップ２１０で、取り込まれた複数の画像又はフレームは、知られている任意の座標変換技術を使用して基準物体１０６の共通座標系へと一緒に組み合わされる。取り込まれた各画像は、物体１０４のマルチフレーム画像を形成するために一緒に組み合わされるフレームと見なすことができ、このマルチフレーム画像は、物体１０４の表面測定を計算するために使用することができる。]
[0013] このように一態様では、スキャン装置１０２を使用して、それぞれ異なる視点及び方向から物体１０４の複数の画像を取り込み、続いて、取り込まれた画像又はフレームを共通座標系でマージして、マージした画像を一緒に位置調整することによって、複雑な形の物体１０４の形状及びテクスチャのうちの一方又は双方を測定することが可能である。位置調整は、物体１０４の表面の一部と、知られている特性（例えば形状及びテクスチャ）を有する基準物体１０６との両方の画像を取り込むことによって達成される。これによって、スキャナ装置１０２の位置及び向きを基準物体１０６の座標系で決定することが可能となる。]
[0014] 次に図３を参照すると、１つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１０２は、複数の視野：形状測定の取り込み（例えば表面スキャン）のための少なくとも１つの視野１１２と、表面テクスチャの取り込み（例えばテクスチャスキャン）のための少なくとも１つの視野１１４とを有する複数のスキャナ又はカメラ含んでよい。視野１１２及び１１４はそれぞれ、撮像されている物体１０４の少なくとも一部を包含し、視野１１２及び１１４のうちの少なくとも１つは、基準物体１０６の座標系においてスキャン装置１０２の位置及び向きを決定するのに十分な基準物体１０６の少なくとも一部をも含まなければならない。画像取り込みプロセスの間、スキャン装置１０２の位置又は向きは逐次変更され、それによって視野１１２及び１１４に必要な全ての位置がカバーされて物体１０４の所望の全表面が取り込まれるようになる。これらの向きのそれぞれにおいて、視野１１２及び１１４のうちの少なくとも１つは、基準物体１０６の一部を含まなければならない。次いで、表面スキャン及びテクスチャスキャンによって取り込まれた画像を、基準物体１０６の共通座標系において組み合わせることができる。] 図３
[0015] １つ又は複数の実施形態では、視野１１２及び１１４のうちの一方は基準画像のために使用することができ、それによって、視野１１２及び１１４のうちの他方に関連するスキャン装置１０２の位置及び向きは、基準物体１０６の座標系に変換することができる。]
[0016] 次に図４Ａを参照すると、１つ又は複数の実施形態では、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム１００は、別個の基準物体の代わりに、基準特性を提供するために、知られている特性（例えば既に知られているか又は以前に計算された形状及びテクスチャのうちの一方又は双方）を有する物体１０４の一部１２０を利用することができる。取り込み対象物１０４の第１の部分１２０は、以前に計算され、又は容易に計算された、知られている特定の形状及びテクスチャの特徴を含むように選択される。スキャン装置１０２によって物体１０４の異なる部分で取り込まれる後続の画像は、既に取り込まれた部分１２０の座標系で作られる。撮像される物体１０４の部分の視野１０８は、撮像される物体１０４に対してスキャン装置１０２の位置及び向きを決定するのに十分な、以前に取り込まれた部分１２０の一部を含む。現在取り込まれている部分１２２に対して、物体１０２上に重複領域１２４が存在し、重複領域１２４は、以前に取り込まれた部分１２０の一部を含んでいる。このように、以前に取り込まれた部分１２０は、基準物体として働く。図４Ａに示されたスキャン装置１０２は、単一の視野１０８を有するものとして示されているが、しかし、この実施形態及び本明細書に述べられた他の全ての実施形態では、視野１０８は、複数の視野（例えば表面スキャン視野１１２とテクスチャスキャン視野１１４の対）を含むこともできることが理解されよう。]
[0017] 次に図４Ｂを参照すると、１つ又は複数の実施形態では、知られている部分１２０は、例えばスキャン装置１０２の以前の視野１０８の動きを示す方向矢印１２６によって示されるように、後続の画像取り込みを拡大し続ける。視野１０８は、撮像される物体１０４の各後続の区域が以前に取り込まれた部分１２０の一部を含むように移動し、以前に取り込まれた部分１２０は、撮像される物体１０４に対してスキャン装置１０２の位置及び向きを決定するのに十分なものである。したがって、後続の画像取り込みが行われるごとに、知られている部分１２０は、取り込み対象物１０４の所望の部分全体をそれが包含するまでサイズが大きくなる（累積していく）。]
[0018] 次に図５を参照すると、１つ又は複数の実施形態では、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム１００が、追加の視野１３２を有する追加のスキャン装置１３０を含んでよく、視野１３２は、表面スキャン視野１１２とテクスチャスキャン視野１１４の両方を含んでよい。スキャン装置１０２は、物体の形状及び表面テクスチャのうちの一方又は双方を測定するために物体１０４の画像を取り込み、一方、他のスキャン装置１３０は物体１０４とは異なる方向の視野１３２を含んでおり、視野１３２は、スキャン装置１３０の空間位置を決定するために基準物体１０６の画像を取り込む。物体スキャン装置１０２と基準物体スキャン装置１３０の間の知られている関係によって、物体スキャン装置１０２の位置及び向きは、基準物体１０６の座標系に変換することが可能である。] 図５
[0019] 次に図６を参照すると、１つ又は複数の実施形態では、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム１００が、複数のスキャン装置１４０（例えば１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ…）を含んでよく、これらスキャン装置１４０はそれぞれ、その上に位置決めされた各々の基準物体１０６（例えば１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ…）を有する。図５に関連して述べられた諸実施形態に類似して、各スキャン装置１４０は、取り込まれる物体１０４の各々の視野１０８（又は視野１１２及び１１４の対）含み、また、隣接したスキャン装置１４０上に設置された隣接した基準物体１０６の各々の基準物体視野１３２を含む。一実施形態では、スキャン装置１４０は、物体１０４の周りに連続して位置決めされ、各装置１４０の視野１０８は、スキャンされる物体１０２の一部を取り込み、第２の視野１３２は、連続した次のスキャン装置１４０に取り付けられた基準物体１０６の少なくとも一部を取り込む。例えば、スキャン装置１４０ａは、物体１０４の視野１０８ａ（又は視野１１２ａ及び１１４ａの対）を有し、また、隣接したスキャン装置１４０ｂ上に設置された基準物体１０６ｂの視野１３２ａを有する。スキャン装置１４０はそれぞれ、基準物体１０６の座標系でその位置を決定することができ、その視野１３２を取り込む。こうした構成が連続して続くことによって、基準物体１０６（例えば１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ…）の取り込まれた画像の全てを共通座標系に変換することが可能になる。１つ又は複数の実施形態では、それぞれのスキャン装置１４０は、図５に関して述べられた構成に類似の１対のスキャン装置１０２及び１３０を含むことができ、各物体スキャン装置１０２とその各々の基準物体スキャン装置１３０の間の知られている関係によって、物体スキャン装置１０２の位置及び向きは、基準物体１０６の共通座標系に変換することが可能である。] 図５ 図６
[0020] 次に図７を参照すると、１つ又は複数の実施形態では、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム１００が、図６の連続システムと類似して物体１０４の周りの位置の連続取り込みを使用するが、物体１０４の周りの様々な位置に互いに対して１つずつ移動される２つのスキャン装置１５０ａ及び１５０ｂだけを使用して、連続した物体取り込み及び基準物体取り込みを実施することができる。それぞれのスキャン装置１５０ａ及び１５０ｂは、図６に関して述べられた実施形態に類似して、視野１０８を有する物体スキャン装置１０２と、基準物体視野１３２を有する基準物体スキャン装置１３０とを含む。スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂはそれぞれ、その上に取り付けられた各々の基準物体１０６ａ及び１０６ｂをも含む。] 図６ 図７
[0021] １つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂを物体１０４の周りの他の位置に移動する各ステップは、ａ）スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂのうちの１つを別の位置に移動し、それによって、移動したスキャン装置が、取り込まれる物体１０４の表面の少なくとも一部の各々の視野１０８を有するように、また移動していないスキャン装置１５０が、移動したスキャン装置１５０上に取り付けられている基準物体１０６の表面の少なくとも一部の各々の視野１３２を有するようにするステップと、ｂ）各スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂの視野１０８ａ及び１０８ｂ内で取り込み対象物１０４の表面の各々の一部の画像を取り込み、移動していないスキャン装置１５０の視野１３２で基準物体１０６の表面の各々の一部の画像を取り込むステップと、ｃ）測定対象物１０４の表面の各々の一部の取り込み画像、及び以前の構成から取り込まれマージされた測定対象物１０４の一部の画像を、基準物体１０６のうちの１つの共通基準座標系へと変換するステップであって、基準物体１０６は、１つ又は複数の実施形態では移動したスキャン装置１５０に取り付けられた基準物体１０６であることができる、ステップと、ｄ）基準物体１０６のうちの１つの座標系で測定対象物１０４の表面の各々の一部の画像を、以前の構成から取り込まれマージされた測定対象物１０４の一部の画像とマージするステップとを含む。１つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂのうちの１つを別の位置に移動する第１のステップで、スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂの何れかを移動することができる。１つ又は複数の実施形態では、第１の位置決めステップ以外の各ステップにおいて、移動するスキャン装置１５０は、前の再位置決めステップで移動していないスキャン装置１５０であるべきである。]
[0022] 次に、図７のシステム１００の上記動作の一例について述べる。スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂはそれぞれ、スキャン装置１５０ａの視野１３２ａがスキャン装置１５０ｂ上の基準物体１０６ｂを観察するように物体１０４に対して位置決めされる。スキャン装置１５０ｂは、視野１０８ｂから物体１０４の一部の画像を取り込み、スキャン装置１５０ａは、視野１０８ａから物体１０４の別の一部の画像を取り込む。またスキャン装置１５０ａは、スキャン装置１５０ｂ上の基準物体１０６ｂの画像を取り込み、スキャン装置１５０ｂの基準物体１０６ｂの座標系で、スキャン装置１５０ａの位置を決定する。スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂによって視野１０８ａ及び１０８ｂで取り込まれた物体１０４の画像は、次いで、基準物体１０６ｂの座標系に変換され、基準物体１０６ｂの座標系で一緒にマージされる。] 図７
[0023] 次いで、スキャン装置１５０のうちの１つ、例えばスキャン装置１５０ａは、スキャン装置１５０ｂの基準物体視野１３２ｂが、スキャン装置１５０ａ上に取り付けられた基準物体１０６ａを観察するように、物体１０４に対して異なる位置に移動する。例えば、スキャン装置１５０ａは、方向矢印１５２によって示されるように移動してよい。]
[0024] 次いで、スキャン装置１５０ａは、新しい位置１５４で、視野１０８ａから物体１０４の一部の画像を取り込み、取り込まれた画像を基準物体１０６ａの座標系に変換する。スキャン装置１５０ｂもまた、スキャン装置１５０ａに取り付けられた基準物体１０６ａの画像を取り込み、基準物体１０６ａの座標系でスキャン装置１５０ｂの位置を決定する。スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂによって以前に取り込まれ、以前に一緒にマージされた物体１０４の一部は、次いで、基準物体１０６ａの座標系に変換され、新しい位置１５４での視野１０８ａから取り込まれた物体１０４の一部の画像とマージされる。]
[0025] 次いで、直前に移動したものではない他のスキャン装置１５０、例えばスキャン装置１５０ｂは、スキャン装置１５０ａの基準物体視野１３２ａがスキャン装置１５０ｂ上に取り付けられた基準物体１０６ｂを観察するように、物体１０４に対して異なる位置に移動する。例えば、スキャン装置１５０ｂは、方向矢印１５６で示されるように、新しい位置１５８に移動することが可能である。次いで、スキャン装置１５０ｂは、位置１５８で、物体１０４の新しい画像を取り込む。スキャン装置１５０ａは、基準物体１０６ｂの画像を取り込み、基準物体１５０ｂの座標系でスキャン装置１５０ａの位置を決定する。以前にスキャンされ、基準物体１５０ａ座標系でマージされた物体１０４の表面の一部は、基準物体１５０ｂ座標系に変換され、位置１５８でスキャン装置１５０ｂによって取り込まれた物体画像とマージされる。スキャン装置１５０ａ及び１５０ｂを交互に再配置する（ｒｅｓｉｔｕａｔｅ）このプロセスは、物体１０４の表面全体がフレームごとの形式で取り込まれ、共通座標系でマルチフレーム画像にマージされるまで繰り返される。]
[0026] １つ又は複数の実施形態では、スキャン装置１０２、１３０、１４０及び１５０は、スキャン装置１０２、１３０、１４０及び１５０の動作を制御するため、また座標対話、マージ及び他の画像処理に必要な計算を実施するためのコンピューティングシステム（図示せず）に接続されてよい。コンピューティングシステムは、本開示による有形物の形状のマルチフレーム表面測定のための方法を実施するのに適した汎用コンピュータシステムを含んでよい。コンピューティングシステムは、適切なコンピューティング環境の一例にすぎず、本発明の使用又は機能性の範囲に関する限定を示唆するものではない。様々な実施形態において、有形物の形状のマルチフレーム表面測定のためのこのシステム及び方法は、他の複数の汎用又は専用のコンピューティングシステムの環境又は構成で動作可能である。本発明で使用するのに適し得るよく知られているコンピューティングのシステム、環境、及び構成のうちの1つ以上の例には、それだけに限らないが、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドの又はラップトップの装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、プログラマブル家電、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記システム又は装置の何れかを含む分散コンピューティング環境などが含まれる。]
[0027] 様々な実施形態では、三角測量法アルゴリズム、及び有形物の形状のマルチフレーム表面測定のための方法について、コンピュータによって実行されるプログラムモジュールなど、コンピュータ実行可能命令の一般的な文脈で述べられ得る。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実施し、又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造体などを含む。これらのアルゴリズム及び方法は、通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理装置によってタスクが実施される、分散コンピューティング環境でも実施され得る。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶装置を含めて、ローカルとリモートの両方のコンピュータ記憶媒体に位置決めされ得る。一実施形態では、コンピューティングシステムは、１つ又は複数のプログラムを実行することによって有形物の形状のマルチフレーム表面測定を実施する。コンピュータプログラムは、メモリ及びＲＯＭのうちの一方又は双方などのメモリ媒体若しくは記憶媒体に格納されてよく、又はそれらは、ネットワーク接続又は他のＩ／Ｏ接続によってＣＰＵに提供されてよい。]
[0028] 本明細書に述べられた諸実施形態に従って形成されたシステム及び方法は、複数の画像フレームを共通座標系で一緒にマージすることを可能にすることにより、大きいか、複雑な形であるか、又は大きく且つ複雑な形の物体の表面及びテクスチャのうちの一方又は双方の正確な測定を提供する。これらの教示は、物体の表面形状、表面までの距離、又はその空間方向に関する正確なデータを必要とする科学及び工学に関する問題の全範囲に適用されてよい。本システム及び方法は、それだけに限らないが、デジタルイメージング、部品形状の制御、コンピュータアニメーション、文化的、歴史的又は科学的価値のある物体形状の取り込み、形状認識、地形学、マシンビジョン、医学的処置、装置及びロボットの特別な位置決めなどを含めて、多くの分野において有用な応用例を有する。]

权利要求:

請求項1
有形物の表面測定のための方法であって、測定される前記有形物の表面の少なくとも一部の少なくとも１つの画像を取り込むステップと、基準物体の表面の少なくとも一部の少なくとも１つの画像を取り込むステップと、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ画像を前記基準物体の座標系に変換するステップと、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ前記画像を前記基準物体の前記座標系においてマージするステップとを含む方法。
請求項2
測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ前記画像は３次元（３Ｄ）画像を含む、請求項１に記載の方法。
請求項3
測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ前記画像は２次元（２Ｄ）画像を更に含む、請求項２に記載の方法。
請求項4
測定される前記有形物の前記表面の一部の各画像は、前記基準物体の前記表面の一部の対応する画像と同じ画像内に取り込まれる、請求項２に記載の方法。
請求項5
前記基準物体は、特定の基準特性を識別するために、以前に測定された測定される前記有形物の一部を含む、請求項２に記載の方法。
請求項6
測定される前記有形物の前記表面の一部の取り込んだ画像を前記基準物体の画像とマージするステップであって、マージした前記画像は、続いて、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の後の画像のための前記基準物体の画像として使用される、ステップを更に含む請求項５に記載の方法。
請求項7
測定される前記有形物の前記表面の前記一部の前記画像は、前記基準物体の前記一部の前記画像を取り込むための視野から完全に離れた視野において取り込まれる、請求項２に記載方法。
請求項8
複数のスキャン装置を、該スキャン装置のそれぞれが前記物体の少なくとも一部の各々の第１視野を有するように、測定される前記有形物に対して様々な位置に位置決めするステップであって、前記複数のスキャン装置のそれぞれは、前記スキャン装置上に位置決めされた特定の基準特性を有する基準物体を含み、前記複数のスキャン装置のそれぞれは、基準物体の少なくとも一部を取り込むための各々の第２視野を有し、前記スキャン装置のうちの少なくとも１つの前記第２視野が別のスキャン装置の前記基準物体の前記表面の少なくとも一部を観察するように、前記複数のスキャン装置のそれぞれは互いに対して位置決めされた、ステップと、前記スキャン装置のそれぞれの前記第１視野において、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の画像を取り込むステップと、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部の画像を、各々の基準物体を観察する前記スキャン装置のそれぞれの前記第２視野において取り込むステップと、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ前記画像を前記基準物体のうちの１つの共通基準座標系に変換するステップと、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ前記画像の全てを前記基準物体のうちの１つの共通座標系において一緒にマージするステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
請求項9
第１及び第２のスキャン装置を、前記スキャン装置のそれぞれが測定される前記有形物の前記表面の少なくとも一部の各々の第１視野を有するように、測定される前記有形物に対して第１の構成で位置決めするステップであって、前記スキャン装置のそれぞれは、前記スキャン装置上に位置決めされた特定の基準特性を有する基準物体を含み、前記スキャン装置のそれぞれは、基準物体の前記表面の少なくとも一部を取り込むための各々の第２視野を有し、前記スキャン装置は、前記スキャン装置のうちの１つの前記第２視野が他のスキャン装置に設置された前記基準物体の前記表面の少なくとも一部を観察するように互いに対して位置決めされた、ステップと、前記スキャン装置のそれぞれの前記第１視野において、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の画像を取り込むステップと、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部を観察する前記スキャン装置の前記第２視野において、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部の画像を取り込むステップと、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ画像であって第１の構成で取り込んだ前記画像を前記基準物体のうちの１つの座標系に変換するステップと、第１の構成で取り込んだ測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の前記画像を、前記基準物体のうちの１つの前記座標系でマージするステップと、前記第１及び第２のスキャン装置のうちの１つを様々な構成において交互に１つずつ繰返し再位置決めするステップと、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の画像を、前記スキャン装置のそれぞれの前記第１視野において各構成で取り込むステップと、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部を観察する前記スキャン装置の前記第２視野において、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部の画像を、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部を観察する前記スキャン装置の前記第２視野において各構成で取り込むステップと、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ画像と、前の構成から取り込みマージした測定される前記有形物の前記一部の前記画像とを、前記基準物体のうちの１つの座標系に各構成で変換するステップと、前記基準物体のうちの１つの前記座標系において、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の前記画像を、前の構成から取り込みマージした測定される前記有形物の前記一部の前記画像と各構成でマージするステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
請求項10
測定される前記有形物の前記表面の一部の取り込んだ前記３次元（３Ｄ）画像は、構造光三角測量法で取得された、請求項２に記載の方法。
請求項11
有形物の表面測定のためのシステムであって、測定される前記有形物の表面の少なくとも一部の少なくとも１つの画像を取り込み、基準物体の表面の少なくとも一部の少なくとも１つの画像を取り込むための少なくとも１つのスキャン装置と、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ画像を前記基準物体の座標系に変換し、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ前記画像を前記基準物体の前記座標系においてマージするためのコンピューティング装置とを含むシステム。
請求項12
測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ前記画像は３次元（３Ｄ）画像を含む、請求項１１に記載のシステム。
請求項13
測定される前記有形物の前記表面の前記一部の取り込んだ前記画像は２次元（２Ｄ）画像を更に含む、請求項１２に記載のシステム。
請求項14
前記スキャン装置は、測定される前記有形物の前記表面の一部の画像を、前記基準物体の前記表面の一部の対応する画像と同じ画像内に取り込むことを可能にする視野を含む、請求項１２に記載のシステム。
請求項15
前記基準物体は、特定の基準特性を識別するために、以前に測定された測定される前記有形物の一部を含む、請求項１２に記載のシステム。
請求項16
前記コンピューティングシステムは、更に、測定される前記有形物の前記表面の一部の取り込んだ画像を前記基準物体の画像とマージし、マージした前記画像は、続いて、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の後の画像のための前記基準物体として使用される、請求項１５に記載のシステム。
請求項17
前記スキャン装置は、測定される前記有形物の前記表面の前記一部の画像を、前記基準物体の前記一部の前記画像を取り込むための視野から完全に離れた視野において取り込む、請求項１２に記載システム。
請求項18
複数のスキャン装置であって、該スキャン装置のそれぞれが前記物体の少なくとも一部の各々の第１視野を有するように、測定される前記有形物に対して様々な位置に位置決めすることができる前記複数のスキャン装置を更に含み、前記複数のスキャン装置のそれぞれは、前記スキャン装置上に位置決めされた特定の基準特性を有する基準物体を含み、前記複数のスキャン装置のそれぞれは、基準物体の少なくとも一部を取り込むための各々の第２視野を有し、前記スキャン装置のうちの少なくとも１つの前記第２視野が別のスキャン装置の前記基準物体の前記表面の少なくとも一部を観察するように、前記複数のスキャン装置のそれぞれは互いに対して位置決めされ、前記複数のスキャン装置は、前記スキャン装置のそれぞれの前記第１視野において、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の画像を取り込むように動作可能であり、前記複数のスキャン装置は、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部の画像を、各々の基準物体を観察する前記スキャン装置のそれぞれの前記第２視野において取り込むように動作可能であり、前記コンピューティング装置は、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ前記画像を前記基準物体のうちの１つの共通基準座標系に変換するように動作可能であり、前記コンピューティング装置は、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ前記画像の全てを前記基準物体のうちの１つの共通座標系において一緒にマージするように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
請求項19
第１及び第２のスキャン装置であって、前記スキャン装置のそれぞれが測定される前記有形物の前記表面の少なくとも一部の各々の第１視野を有するように、測定される前記有形物に対して第１の構成で位置決めすることができる前記第１及び第２のスキャン装置を更に含み、前記スキャン装置のそれぞれは、前記スキャン装置上に位置決めされた特定の基準特性を有する基準物体を含み、前記スキャン装置のそれぞれは、基準物体の前記表面の少なくとも一部を取り込むための各々の第２視野を有し、前記スキャン装置は、前記スキャン装置のうちの１つの前記第２視野が他のスキャン装置に設置された前記基準物体の前記表面の少なくとも一部を観察するように互いに対して位置決めされ、前記スキャン装置は、前記スキャン装置のそれぞれの前記第１視野において、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の画像を取り込むように動作可能であり、前記スキャン装置は、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部を観察する前記スキャン装置の前記第２視野において、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部の画像を取り込むように動作可能であり、前記コンピューティング装置は、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ画像であって第１の構成で取り込んだ前記画像を前記基準物体のうちの１つの座標系に変換するように動作可能であり、前記コンピューティング装置は、第１の構成で取り込んだ測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の前記画像を、前記基準物体のうちの１つの前記座標系でマージするように動作可能であり、前記スキャン装置は、様々な構成において交互に１つずつ繰返し再配置可能であり、前記スキャン装置は、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の画像を、前記スキャン装置のそれぞれの前記第１視野において各構成で取り込むように動作可能であり、前記スキャン装置は、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部の画像を、前記基準物体の前記表面の各々の前記一部を観察する前記スキャン装置の前記第２視野において各構成で取り込むように動作可能であり、前記コンピューティング装置は、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の取り込んだ画像と、前の構成から取り込みマージした測定される前記有形物の前記一部の前記画像とを、前記基準物体のうちの１つの座標系に各構成で変換するように動作可能であり、前記コンピューティング装置は、前記基準物体のうちの１つの前記座標系において、測定される前記有形物の前記表面の各々の前記一部の前記画像を、前の構成から取り込みマージした測定される前記有形物の前記一部の前記画像と各構成でマージするように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
請求項20
測定される前記有形物の前記表面の一部の取り込んだ前記３次元（３Ｄ）画像は、構造光三角測量法で取得された、請求項１２に記載のシステム。