專利名稱：三維測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用立體照相機(jī)的三維測量方法。
背景技術(shù)：
稱為立體測量方法的使用兩個(gè)照相機(jī)的方法可用于測量諸如產(chǎn)品的角部之類的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在立體測量方法中，如后面給出的流程所示，通過使用4個(gè)步驟執(zhí)行三維測量，以測量某產(chǎn)品的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)步驟101 (校準(zhǔn))事先通過使用精確的校準(zhǔn)表校正由照相機(jī)產(chǎn)生的圖像畸變，并且，確定兩個(gè)照相機(jī)的焦點(diǎn)位置和兩個(gè)照相機(jī)的各傳感器面的相對位置。、
步驟102 (圖像捕獲)通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲圖像，使得在圖像中出現(xiàn)特征點(diǎn)。步驟103 (找到相應(yīng)點(diǎn))通過使用圖案匹配等找到與各傳感器面上的特征點(diǎn)對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。步驟104 (三角測量)通過用三角測量方法執(zhí)行三維測量來從在步驟103中確定的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)測量特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在步驟102的圖像捕獲處理中，兩個(gè)照相機(jī)必須具有共同的視場。對于高精度測量使用具有窄的視角的窄角透鏡，這對于高測量分辨率會是有利的。遺憾的是，共同視場較小，從而導(dǎo)致三維測量的范圍較窄。即使在使用廣角透鏡時(shí)，為了提高精度，特寫條件也提供小的共同視場和窄的三維測量范圍。因此，在高測量精度和寬測量范圍之間存在權(quán)衡。為了解決權(quán)衡，PTL I公開了用于通過模擬人眼球的移動來提供寬三維測量范圍的方法。在PTL I中，PTL I的圖3示出楔形棱鏡被設(shè)置在透鏡的前面并且楔形棱鏡旋轉(zhuǎn)以偏轉(zhuǎn)光軸使得可改變各照相機(jī)單元的捕獲位置的照相機(jī)。并且，兩個(gè)楔形棱鏡的組合允許獨(dú)立地控制偏轉(zhuǎn)角(Φ )的大小和偏轉(zhuǎn)位置(Θ )。使用分別包含以上的機(jī)構(gòu)的兩個(gè)照相機(jī)單元，并且，視場被同步驅(qū)動，以掃描共同視場，由此確保寬的三維測量范圍。如在PTL I中公開的那樣，各照相機(jī)單元通過使用窄角透鏡來捕獲圖像以提供足夠的精度或者在特寫模式中捕獲圖像，由此同時(shí)實(shí)現(xiàn)高測量精度和寬的測量范圍。并且公開了這樣一種方法，即，即使在經(jīng)常出現(xiàn)振動的惡劣的捕獲條件下，諸如在三維測量裝置被安裝于機(jī)器人臂等中的情況下，也允許獨(dú)立地控制偏轉(zhuǎn)角的大小和偏轉(zhuǎn)位置以提供高精度三維測量。但是，在使用在PTL I中公開的裝置的三維測量中，楔形棱鏡旋轉(zhuǎn)以改變照相機(jī)單元的捕獲位置。因此，除了正常的兩個(gè)照相機(jī)以外，可能還需要包含電動機(jī)、齒輪和棱鏡的機(jī)構(gòu)及其控制電路。并且，使用兩個(gè)照相機(jī)單元的總共4個(gè)棱鏡的同步驅(qū)動可能需要分別用于控制能夠高性能同步化的電動機(jī)的驅(qū)動的4個(gè)電路，從而導(dǎo)致用于照相機(jī)控制的基板的尺寸的增加。并且，測量會需要用于驅(qū)動棱鏡的定位時(shí)間，并且，會因此需要附加的測量時(shí)間。因此，如果在機(jī)器人臂等中安裝在PTL I中公開的立體測量方法以及使用該方法的裝置，那么除了兩個(gè)照相機(jī)單元以外，還會需要上述的機(jī)構(gòu)或控制電路，這會在重量和尺寸上妨礙具有立體照相機(jī)的機(jī)器人臂的小型化。引文列表專利文獻(xiàn)PTL I :日本專利公開 No. 6-75149

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供適于在不增加尺寸、重量和驅(qū)動測量時(shí)間的情況下被安裝于機(jī)器人手中的三維測量方法，其中，可以在無需附加的特殊的機(jī)構(gòu)或電路的情況下實(shí)現(xiàn)高的精度和寬的測量范圍。本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于根據(jù)立體測量方法通過使用至少兩個(gè)照相機(jī)來 測量產(chǎn)品的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)的三維測量方法，該三維測量方法包括以下的步驟通過使用第一照相機(jī)捕獲特征點(diǎn)，并且通過使用第二照相機(jī)捕獲與特征點(diǎn)連續(xù)的特征點(diǎn)組；計(jì)算包含第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)、第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置和第二照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的面，該相應(yīng)點(diǎn)與特征點(diǎn)對應(yīng)，并且，計(jì)算作為計(jì)算的面與包含第二照相機(jī)的傳感器面的面的交線的第一線；計(jì)算包含第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)組的第二線，相應(yīng)點(diǎn)組與特征點(diǎn)組對應(yīng)；通過確定第一線與第二線的交點(diǎn)來計(jì)算包含第二照相機(jī)的傳感器面的面上的相應(yīng)點(diǎn)，相應(yīng)點(diǎn)與特征點(diǎn)對應(yīng)；和計(jì)算延伸通過第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)和第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的直線和延伸通過第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)組和第二照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的直線，并計(jì)算計(jì)算的直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的方面的如上面那樣配置的三維測量方法可提供更寬的測量范圍。兩個(gè)照相機(jī)可不必具有共同視場。因此,利用共同視場以外的照相機(jī)的視場不需要在現(xiàn)有技術(shù)中會需要的用于獲得寬的測量范圍的廣角透鏡，從而導(dǎo)致利用傳感器的分辨率的高精度測量。并且，與在PTL I中公開的技術(shù)不同，不需要附加的機(jī)構(gòu)或控制電路，從而導(dǎo)致照相機(jī)單元的緊致化和輕重量化設(shè)計(jì)。另外，不需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，從而導(dǎo)致高速的測量。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的三維測量方法的流程圖。圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的照相機(jī)設(shè)定的示圖。圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的照相機(jī)設(shè)定的示圖。圖3A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的照相機(jī)坐標(biāo)的坐標(biāo)軸的示圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于確定第一直線的方法的示圖。圖6A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于確定第二直線的方法的示圖。圖6B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于確定第二直線的方法的示圖。圖7是示出三角測量方法的原理的示圖。
圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的處理的另一例子的示圖。圖SB是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的處理的另一例子的示圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的照相機(jī)設(shè)定的示圖。圖IOA是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。圖IOB是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。 圖11是示出圖像捕獲中涉及的投影變換的示圖。圖12A是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于確定共同視場外面的相應(yīng)點(diǎn)的方法的示圖。圖12B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于確定共同視場外面的相應(yīng)點(diǎn)的方法的示圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的照相機(jī)設(shè)定的示圖。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的通過使用照相機(jī)捕獲的沒有出現(xiàn)要測量的特征點(diǎn)的圖像的示圖。圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的照相機(jī)設(shè)定的示圖。圖16是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的通過使用照相機(jī)捕獲的沒有出現(xiàn)要測量的特征點(diǎn)的圖像的示圖。圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的用于確定共同視場外面的相應(yīng)點(diǎn)的方法的示圖。圖18是示出確定兩個(gè)直線的交點(diǎn)的精度的示圖。圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的用于確定共同視場外面的相應(yīng)點(diǎn)的方法的示圖。圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的三維測量方法的流程圖。圖21A是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的用于確定區(qū)域的屬性的方法的示圖。圖21B是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的用于確定區(qū)域的屬性的方法的示圖。圖22是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的照相機(jī)設(shè)定的示圖。圖23A是示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的通過使用三個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。圖23B是示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的通過使用三個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。圖23C是示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的通過使用三個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像的示圖。圖24是示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的三維測量方法的流程圖。圖25是示出根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的三維測量方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的三維測量方法的流程圖。圖2A是示出照相機(jī)和要被測量的測量目標(biāo)的示圖。圖3A示出通過使用圖2A所示的照相機(jī)I捕獲的圖像，圖3B示出通過使用圖2A所示的照相機(jī)2捕獲的圖像。這里，圖2A所示的點(diǎn)X是要被測量的測量目標(biāo)(產(chǎn)品)3上的點(diǎn)，并且，可以是諸如測量目標(biāo)3的角部、端點(diǎn)或交點(diǎn)之類的代表三維物體的特征的點(diǎn)。以下，諸如點(diǎn)X之類的代表要被三維測量的目標(biāo)的特征的點(diǎn)稱為“特征點(diǎn)”。多個(gè)特征點(diǎn)被稱為“特征點(diǎn)組”。點(diǎn)xa是通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像上的點(diǎn)，并且，是與圖2A所示的點(diǎn)X對應(yīng)并且其圖像形成于照相機(jī)I的傳感器面上的點(diǎn)。以下，諸如點(diǎn)xa的與要被三維測量的目標(biāo)的點(diǎn)對應(yīng)的傳感器面上的點(diǎn)稱為“相應(yīng)點(diǎn)”。多個(gè)相應(yīng)點(diǎn)可被稱為“相應(yīng)點(diǎn)組”。圖2B是示出用于實(shí)現(xiàn)圖I的流程圖的配置的框圖。照相機(jī)I和2分別與圖2A所示的照相機(jī)I和2對應(yīng)，并且分別與圖像獲得電路12和13連接。通過中央處理單元(CPU) 15控制用于通過使用圖像獲得電路12和13獲得圖像的定時(shí)，并且，在存儲器14中保存圖像信息。經(jīng)由存儲器14通過使用CPU 15讀取獲得的圖像信息。CPU 15通過使用讀取的圖像信息執(zhí)行圖I的流程圖所示的處理，并且計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。然后，計(jì)算結(jié)果通過使用外部接口 16經(jīng)由存儲器14被輸出到外部裝置。以下詳細(xì)描述在步驟S2中測量的各種值，并且，關(guān)于特征點(diǎn)與特征點(diǎn)組的信息被存儲于存儲器14中?，F(xiàn)在參照圖I所示的流程圖的各單個(gè)步驟描述根據(jù)本發(fā)明的三維測量方法。步驟SI和S2的處理為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的三維測量方法提供準(zhǔn)備。(步驟SI)設(shè)置兩個(gè)照相機(jī)圖2A是示出關(guān)于測量目標(biāo)3上的要被測量的特征點(diǎn)X和與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組Yn設(shè)置兩個(gè)照相機(jī)I和2的條件的示圖。S卩，至少一個(gè)照相機(jī)(在圖2A中，為照相機(jī)I)的視場包含特征點(diǎn)X，并且，另一照相機(jī)(在圖2A中，為照相機(jī)2)的視場包含特征點(diǎn)組Yn。通過使用以以上的方式設(shè)置的照相機(jī)I和2捕獲的圖像分別如圖3Α和圖3Β所示。圖3Α示出通過使用照相機(jī)I捕獲的包含與特征點(diǎn)X對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)xa的圖像，圖3B示出通過使用照相機(jī)2捕獲的包含和與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組Yn對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)組yn的圖像。術(shù)語“與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組”意味著與特征點(diǎn)X連接的邊緣上的點(diǎn)。從與該邊緣上的點(diǎn)組對應(yīng)的特征點(diǎn)組Yn延伸的線到達(dá)特征點(diǎn)X?？梢赃x擇特征點(diǎn)組Yn，使得由點(diǎn)組定義的幾何形狀包含特征點(diǎn)X。在本實(shí)施例中，測量目標(biāo)3可以是箱狀物體。由于測量目標(biāo)3具有直線邊緣，因此，對于與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組Yn,利用如下特征特征點(diǎn)組Yn以及相應(yīng)點(diǎn)組yn定義直線。即，利用特征點(diǎn)X位于由特征點(diǎn)組Yn定義的直線上的特征。工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)等的產(chǎn)品的形狀被事先確定，并且，可以獲知特征點(diǎn)X所位于的邊緣。因此，可容易地關(guān)于通過使用照相機(jī)I捕獲的特征點(diǎn)X選擇通過使用照相機(jī)2捕獲的特征點(diǎn)組Yn。除了邊緣以外，可以使用諸如文字或圖形圖案之類的在與特征點(diǎn)X連接的產(chǎn)品表面上繪制的對象。(步驟S2)校準(zhǔn)在步驟S2中，通過使用與現(xiàn)有的立體測量方法中的校準(zhǔn)方法類似的方法執(zhí)行校準(zhǔn)?？赏ㄟ^使用打印了精確的二維位置已知的圖案的校準(zhǔn)圖來對在已在空間中改變幾次的不同的位置上捕獲的圖像執(zhí)行校準(zhǔn)。
在校準(zhǔn)步驟中，測量各照相機(jī)的透鏡畸變、傳感器間距和焦距、光軸與各照相機(jī)的傳感器面相交的點(diǎn)、兩個(gè)照相機(jī)的光軸之間的相對傾斜和代表性點(diǎn)(一般為光軸與基準(zhǔn)照相機(jī)的傳感器面相交的點(diǎn))的絕對坐標(biāo)。在立體測量中，一般地，如圖4所示，使用光軸與基準(zhǔn)照相機(jī)的傳感器面Si相交的點(diǎn)作為照相機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，繪制作為沿傳感器的長邊延伸的線的X軸、繪制作為沿傳感器的短邊延伸的線的I軸，并且，ζ軸與光軸一致。在在上述的校準(zhǔn)步驟中獲得的值中，可以使用照相機(jī)I和2的“焦距”和“光軸與傳感器面相交的點(diǎn)”，以關(guān)于照相機(jī)坐標(biāo)確定兩個(gè)照相機(jī)的焦點(diǎn)Fl和F2的位置。另外，可以使用“光軸與傳感器面相交的點(diǎn)”和“兩個(gè)照相機(jī)的光軸之間的相對傾斜”，以關(guān)于照相機(jī)坐標(biāo)確定代表照相機(jī)的傳感器面Si和s2的方程。如果兩個(gè)照相機(jī)之間的位置關(guān)系、聚焦條件和視角等被固定，那么可在步驟SI中的設(shè)置之前執(zhí)行代表性點(diǎn)的絕對位置的測量以外的校準(zhǔn)。(步驟S3)捕獲在步驟S3中，通過使用在步驟SI中設(shè)定的條件通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲特征點(diǎn)X來獲得圖像，使得照相機(jī)中的至少一個(gè)(在圖2A中，為照相機(jī)I)的視場包含特征點(diǎn)X并且另一照相機(jī)(在圖2A中，為照相機(jī)2)的視場包含與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組Yn。(步驟S4)獲得第一相應(yīng)點(diǎn)xa的位置在步驟S4中，通過使用現(xiàn)有的方法從在步驟S3中捕獲的圖像中的、通過使用第一照相機(jī)捕獲的出現(xiàn)特征點(diǎn)X的圖像中，確定該照相機(jī)的傳感器面Si上的與特征點(diǎn)X對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)xa (以下，稱為“第一相應(yīng)點(diǎn)”)的位置?？赏ㄟ^使用例如事先準(zhǔn)備與特征點(diǎn)對應(yīng)的模板圖像并且執(zhí)行模板圖像與捕獲的圖像之間的局部相關(guān)關(guān)系的計(jì)算以從具有最高的相關(guān)程度的位置確定相應(yīng)點(diǎn)的模板匹配方法，確定與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第一相應(yīng)點(diǎn)xa。作為替代方案，如圖2A所示，當(dāng)特征點(diǎn)為角部時(shí)，也可以使用確定代表圖像上的邊界的輪廓并且將其間的交點(diǎn)設(shè)為相應(yīng)點(diǎn)的方法。(步驟S5)獲得第一直線E的方程在步驟S5中，通過使用在步驟S2中確定的照相機(jī)的焦點(diǎn)Fl和F2的位置和在步驟S4中確定的與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第一相應(yīng)點(diǎn)xa的位置，確定圖5所示的包含傳感器面s2的面S2上的直線E。首先，確定包含焦點(diǎn)Fl和F2和第一相應(yīng)點(diǎn)xa的面e。如果兩個(gè)照相機(jī)具有通常的視角(小于180度(角度)的視角)，那么點(diǎn)F1、F2和xa不在直線中對準(zhǔn)。因此，可以使用三個(gè)點(diǎn)的位置來唯一地確定包含這三個(gè)點(diǎn)的面。該面與面e對應(yīng)。根據(jù)照相機(jī)聚焦的原理，特征點(diǎn)X的圖像分別通過焦點(diǎn)Fl和F2形成于傳感器面si和s2上，因此,位于從焦點(diǎn)Fl與第一相應(yīng)點(diǎn)xa之間的線段延伸的線上的特征點(diǎn)X也位于面e上。類似地，位于從特征點(diǎn)X與焦點(diǎn)F2之間的線段延伸的線上的與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第二相應(yīng)點(diǎn)xb也位于面e上。 與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第二相應(yīng)點(diǎn)xb是面e和S2之間的交線(在本實(shí)施例中，為直線)上的點(diǎn)。交線被設(shè)為直線E。從以上的計(jì)算給出面e的方程，并且，從步驟S2給出面S2的方程。因此，可以確定直線E的方程。
直線E包含于面S2中，并因此被視為面S2上的二維圖形圖案。包含兩個(gè)點(diǎn)即焦點(diǎn)Fl和F2的面e被稱為核面。核面不被唯一確定。但是，由于焦點(diǎn)Fl和F2在步驟S2中是已知的并且在隨后的測量中被固定，因此，可通過事先確定核面的條件減少各測量時(shí)間上的步驟S5的計(jì)算量。(步驟S6)獲得特征點(diǎn)組Yn的相應(yīng)點(diǎn)yn的位置在步驟S6中，通過使用現(xiàn)有的方法從在步驟S3中捕獲的圖像中的通過使用照相機(jī)2捕獲的出現(xiàn)直線上的特征點(diǎn)組Yn的圖像來確定相應(yīng)點(diǎn)組yn。與步驟S4同樣,可通過使用現(xiàn)有方法確定相應(yīng)點(diǎn)組yn。作為例子，可以使用模板匹配方法或確定代表圖像上的邊界的輪廓并且將輪廓上的點(diǎn)組設(shè)為相應(yīng)點(diǎn)組yn的方法。(步驟S7)獲得第二直線G的方程在步驟S7中，從在步驟S6中確定的傳感器面s2上的相應(yīng)點(diǎn)組yn(在圖6A中，為 相應(yīng)點(diǎn)yl y4)確定圖6A所示的直線G。雖然在圖5中在傳感器面s2上出現(xiàn)鏡像，但是，為了便于解釋，在圖6A中示出正常的圖像。雖然特征點(diǎn)組Yn位于直線上，但是，相應(yīng)點(diǎn)組yn由于測量誤差不位于直線上，而位于曲線g上。因此，通過使用最小二乘法執(zhí)行回歸計(jì)算，以獲得最小誤差，以確定傳感器面s2上的直線G。當(dāng)在面S2上外推直線G時(shí)，特征點(diǎn)組Yn和特征點(diǎn)X位于直線上，因此，第二相應(yīng)點(diǎn)xb位于直線G上。雖然如圖I所示的那樣依次描述了步驟S4、S5、S6和S7的處理，但是，可以并行執(zhí)行步驟S4和S5的處理和步驟S6和S7的處理?？梢愿绲貓?zhí)行步驟S6和S7的處理。(步驟S8)獲得第二相應(yīng)點(diǎn)xb的位置從在步驟S5和S7中確定的直線E和G確定與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第二相應(yīng)點(diǎn)xb。由于如圖6B所示的那樣在直線E和G兩者中都包含與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第二相應(yīng)點(diǎn)xb，因此，直線E和G之間的交點(diǎn)可被確定并且可被設(shè)定為與特征點(diǎn)X對應(yīng)的第二相應(yīng)點(diǎn)xb。以這種方式，相應(yīng)點(diǎn)xb不位于傳感器面s2上，并且不能被直接捕獲。但是，可以確定相應(yīng)點(diǎn)xb的位置。(步驟S9)獲得特征點(diǎn)X的位置在步驟S9中，從在步驟S4和S8中確定的與特征點(diǎn)X對應(yīng)的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)xa和xb確定特征點(diǎn)X的位置。這里，可以使用將參照圖7描述的公知的三角測量方法。在步驟S9之前，在步驟S2中確定焦點(diǎn)Fl和F2的位置，并且，在步驟S4和S8中確定與特征點(diǎn)X對應(yīng)的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)xa和xb。根據(jù)照相機(jī)拍攝的原理，三個(gè)點(diǎn)X、Fl和xa位于直線上，并且，三個(gè)點(diǎn)X、F2和xb也位于直線上。另外，如在步驟S5的處理中描述的那樣，在使用具有正常的視角的照相機(jī)的測量中，三個(gè)點(diǎn)X、F1和F2不在直線上對準(zhǔn)。出于這種原因，點(diǎn)X、xa和xb定義唯一的三角形。因此，可以唯一地確定特征點(diǎn)X的三維位置。特別地,從第一相應(yīng)點(diǎn)xa到焦點(diǎn)Fl的空間矢量和從第二相應(yīng)點(diǎn)xb到焦點(diǎn)F2的空間矢量可以被確定，并且，可被外推以確定交點(diǎn)。如上所述，根據(jù)圖I所示的流程圖，可通過使用立體測量方法測量共同視場外面的特征點(diǎn)的三維位置。如果要確定多個(gè)測量點(diǎn)，那么可重復(fù)步驟S4 S9的處理。在這種情況下，特征點(diǎn)可能不一定在通過使用同一側(cè)的照相機(jī)捕獲的圖像中出現(xiàn)。即，可以執(zhí)行圖8A和圖SB所示的特征點(diǎn)Xl和X2的三維位置的測量。圖8A示出通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像，圖8B示出通過使用照相機(jī)2捕獲的圖像。在通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像中出現(xiàn)與特征點(diǎn)Xl對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)xl，并且，在通過使用照相機(jī)2捕獲的圖像中出現(xiàn)和與特征點(diǎn)Xl連續(xù)的特征點(diǎn)組Yln對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)組yin。并且，在通過使用照相機(jī)2捕獲的圖像中出現(xiàn)與特征點(diǎn)X2對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)x2，并且，在通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像中出現(xiàn)和與特征點(diǎn)X2連續(xù)的特征點(diǎn)組Y2n對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)組 y2n。即使在這種情況下，也可根據(jù)本實(shí)施例依次確定兩個(gè)點(diǎn)Xl和X2的三維位置。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的三維測量方法中，與現(xiàn)有的立體測量方法不同，特征點(diǎn)X可不必位于兩個(gè)照相機(jī)的共同視場中。因此，有利地，可以支持寬的視場覆蓋范圍。并且，如圖22所示，不必使用廣角透鏡。因此，可以避免由于使用廣角透鏡導(dǎo)致的精度的降低。在用于測量共同視場外面的特征點(diǎn)的方法中，可以在共同視場部分中產(chǎn)生三維圖像地圖，并且，可從圖形圖案的連續(xù)性確定視場外面的特征點(diǎn)。在這種情況下，會需要大量的計(jì)算以計(jì)算三維圖像。并且，在立體方法中，深度方向的分辨率與照相機(jī)之間的距離即基線長度成反比。這一般會導(dǎo)致比二維測量低的分辨率和測量精度。以上的方法會在精度上具有難度。根據(jù)本發(fā)明的方法不需要共同視場部分，并且提供步驟S4 S8的平面或二維主計(jì)算，由此允許實(shí)現(xiàn)更少的計(jì)算量和高的二維測量分辨率，從而有利地導(dǎo)致高于以上方法的高精度。第二實(shí)施例在第一實(shí)施例中，與要被測量的特征點(diǎn)連續(xù)的特征點(diǎn)組位于直線上。如果通過使用已知信息外推和與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組Yn對應(yīng)的圖像上的任何其它線(諸如曲線)，那么可執(zhí)行在第一實(shí)施例中描述的方法。例如，如圖9所示，討論圓筒4上的特征點(diǎn)XX的三維測量。照相機(jī)I被設(shè)置，使得在通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像中出現(xiàn)特征點(diǎn)XX，并且，照相機(jī)2被設(shè)置，使得在通過使用照相機(jī)2捕獲的圖像中至少出現(xiàn)與特征點(diǎn)XX連續(xù)的圓弧上的特征點(diǎn)組YYn。分別在圖IOA和圖IOB中示出在設(shè)定的條件下通過使用照相機(jī)I和2捕獲的圖像。這里，xxa代表在通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像中出現(xiàn)的與特征點(diǎn)XX對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)，并且，yyn代表在通過使用照相機(jī)2捕獲的圖像中出現(xiàn)的和與特征點(diǎn)XX連續(xù)的特征點(diǎn)組YYn對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)組。如圖11所示，根據(jù)投影變換的原理，已知當(dāng)沿斜方向觀察時(shí)圓筒看起來為橢圓。即，根據(jù)特征點(diǎn)組YYn位于圓弧上的已知信息,與特征點(diǎn)組YYn對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)組yyn位于橢圓上。
當(dāng)包括圓的橢圓通過圖像捕獲被投影到二維面上時(shí)，得到的圖形圖案也具有橢圓形狀。即，通過如直線的情況那樣使用橢圓方程等的公式化，可以執(zhí)行與直線類似的處理。用于通過使用Hough變換等高速和高精度橢圓擬合的方法是已知的，并且，如圖12A所示，可從相應(yīng)點(diǎn)組yyn確定包含照相機(jī)2的傳感器面s2的面S2上的橢圓GG。并且，與第一實(shí)施例類似，可從通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像上的與特征點(diǎn)XX對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)xxa和兩個(gè)焦點(diǎn)Fl和F2的位置確定直線EE。與特征點(diǎn)XX對應(yīng)的面S2上的第二相應(yīng)點(diǎn)xxb位于橢圓GG的圓弧上，并且也位于直線EE上。因此，交點(diǎn)與第二相應(yīng)點(diǎn)xxb對應(yīng)。圖12A示出橢圓GG在一個(gè)點(diǎn)與直線EE相交的特殊情況。在實(shí)際中，如圖12B所示，橢圓GG —般在兩個(gè)點(diǎn)上與直線EE相交。在這種情況下，可通過事先給予關(guān)于特征點(diǎn)XX有關(guān)傳感器面s2是接近還是遠(yuǎn)離觀察者(在圖12B所示的捕獲圖像中，為pi和p2)的遠(yuǎn)近 的信息很容易規(guī)定點(diǎn)xxb。如果橢圓GG和直線EE由于誤差不相交，那么直線EE上最接近橢圓GG的圓弧的點(diǎn)可被確定并且可被設(shè)為第二相應(yīng)點(diǎn)xxb。因此,與特征點(diǎn)X對應(yīng)的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)xxa和xxb被確定。因此,與第一實(shí)施例同樣，可通過使用三角測量方法來測量共同視場外面的特征點(diǎn)XX的三維位置。由于圖像捕獲中涉及的從三維空間到二維空間的投影變換為非線性的，因此，除非獲得距離信息，否則，一般難以關(guān)于一般的曲線確定變換之后的曲線。但是，直線和包括圓的橢圓等可被變換成圖形圖案屬性不變的直線和橢圓等。因此，可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例。并且，如果連接特征點(diǎn)組的線的規(guī)則性(例如，多項(xiàng)式上的點(diǎn))事先是已知的，那么特征點(diǎn)組的擬合允許以與第一實(shí)施例類似的方式測量共同視場外面的特征點(diǎn)的三維位置。第三實(shí)施例圖13示出第三實(shí)施例。示出通過使用安裝于車輛6中的前照相機(jī)8和后照相機(jī)7測量壁5的端部En的三維位置的情況。在通過使用前照相機(jī)8捕獲的圖像中出現(xiàn)要被測量的特征點(diǎn)En，并且，在通過使用后照相機(jī)7捕獲的圖像中出現(xiàn)壁5上與特征點(diǎn)En連續(xù)的特征點(diǎn)組Wn。并且，在示出的例子中，在后照相機(jī)7和前照相機(jī)8之間不存在共同視場。通過使用后照相機(jī)7捕獲的圖像可以是圖14所示的傳感器面s7上的圖像。與第一實(shí)施例同樣，從通過使用前照相機(jī)8捕獲的圖像確定與要被測量的壁5的端點(diǎn)En (本實(shí)施例中的特征點(diǎn))對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)Ena (未示出)。進(jìn)一步從點(diǎn)Ena和兩個(gè)照相機(jī)7和8的焦點(diǎn)位置確定包含后照相機(jī)7的傳感器面s7的面S7中的直線ES，并且，從傳感器面s7上的和壁5上與特征點(diǎn)En連續(xù)的特征點(diǎn)組Wn對應(yīng)的特征點(diǎn)組wn確定包含傳感器面s7的面S7上的直線Tl。并且，可通過確定直線E8和W7之間的交點(diǎn)確定與特征點(diǎn)En對應(yīng)的面S7上的相應(yīng)點(diǎn)Enb。在圖14中，相應(yīng)點(diǎn)Enb看起來包含于后照相機(jī)7的視場中。但是，實(shí)際上不在通過使用后照相機(jī)7捕獲的圖像中出現(xiàn)相應(yīng)點(diǎn)Enb。S卩，特征點(diǎn)En處于離后照相機(jī)7的光軸大于等于90度(角度)的大角度的方向上，并且，直線W7以90度(角度)的角度在某點(diǎn)上折返。因此，可以通過使用兩個(gè)照相機(jī)7和8的焦點(diǎn)的位置和與要被測量的特征點(diǎn)對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)Ena和Enb以與第一實(shí)施例類似的方式測量特征點(diǎn)En的三維位置。由于現(xiàn)有的三維測量需要共同視場，因此難以通過以上的配置執(zhí)行三維測量。因此，例如，可在車輛側(cè)設(shè)置具有與前后照相機(jī)共同的視場的附加的照相機(jī)。根據(jù)本實(shí)施例，可以在沒有任何附加的照相機(jī)的情況下執(zhí)行三維測量。本實(shí)施例不限于安裝于車輛中的兩個(gè)照相機(jī)。實(shí)施例可被應(yīng)用于兩個(gè)照相機(jī)不共享視場的任何情況。本實(shí)施例允許在不在兩個(gè)照相機(jī)之間共享視場的情況下實(shí)現(xiàn)三維測量，由此有利地提供靈活的照相機(jī)配置。第四實(shí)施例圖15是示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的示圖。在圖15中，XXX代表要被測量的特征點(diǎn)，Pn代表與特征點(diǎn)XXX連續(xù)的特征點(diǎn)組，Qn代表與特征點(diǎn)XXX連續(xù)的第二特征點(diǎn)組。在設(shè)定條件下通過使用照相機(jī)2捕獲的圖像可以是圖16所示的傳感器面s2上的圖像。
與第一實(shí)施例類似，從通過使用照相機(jī)I捕獲的圖像確定與特征點(diǎn)XXX對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)XC (未示出)。進(jìn)一步通過使用照相機(jī)I和2的焦點(diǎn)位置和相應(yīng)點(diǎn)XC確定直線EEE。并且，通過使用傳感器面s2上的和與特征點(diǎn)XXX連續(xù)的特征點(diǎn)組Pn對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)pn確定直線P，并且，也通過使用和與特征點(diǎn)XXX連續(xù)的第二特征點(diǎn)組Qn對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)qn確定直線Q。圖17是示出圖16所示的三條直線EEE、P和Q的交點(diǎn)周圍的區(qū)域的示圖。這里，XP和Θ P分別表示直線EEE與P的交點(diǎn)和由直線EEE與P限定的角度。并且，xq和0q分別表示直線EEE與Q的交點(diǎn)和由直線EEE與Q限定的角度。如果可以在沒有圖像畸變的情況下在理想條件下執(zhí)行圖像測量并且正確地確定直線EEE、P和Q，那么，理論上，直線EEE、P和Q在一個(gè)點(diǎn)相交。但是，如果出現(xiàn)測量誤差，如圖17所示，以上的三個(gè)直線不在一個(gè)點(diǎn)上相交。在這種情況下，具有由兩個(gè)直線限定的更大的角度的交點(diǎn)可被設(shè)為較少受誤差影響的與特征點(diǎn)XXX對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)Xd (未示出)?，F(xiàn)在參照圖18描述原因。參照圖18，LI、L2和L3代表直線，由直線LI和L2限定的角度和由直線LI和L3限定的角度分別由Θ I和Θ 2代表，這里，Θ 1> Θ 2。假定當(dāng)確定兩個(gè)交點(diǎn)時(shí)作為測量誤差直線L2和L3的方向偏離相同的角度θ ε。如果誤差由ε 和ε 2表不,那么，從圖18可以看出，獲得ε1〈ε2。即，確定兩個(gè)直線的交點(diǎn)時(shí)的更大的相交角度可較少受誤差影響。在本實(shí)施例中，獲得θ ρ> Θ q。因此，點(diǎn)xp被設(shè)為與特征點(diǎn)XXX對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)xd。因此，可確定兩個(gè)焦點(diǎn)Fl和F2和與要被測量的特征點(diǎn)XXX對應(yīng)的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)xc和xd。因此，可通過以與第一實(shí)施例類似的方式使用三角測量方法，測量特征點(diǎn)XXX的三維位置。特別地，由于可以比第一實(shí)施例更精確地確定共同視場外面的相應(yīng)點(diǎn)xd的位置，因此，可以有利地提高三維測量的精度。在以上的描述中，作為例子，使用兩個(gè)特征點(diǎn)組以確定相應(yīng)點(diǎn)xd。但是，在本實(shí)施例中，可以使用三個(gè)或更多個(gè)特征點(diǎn)組。另外，在第一實(shí)施例中，當(dāng)直線E和G平行時(shí)，直線E和G不具有交點(diǎn)，因此，存在不限定相應(yīng)點(diǎn)的奇異點(diǎn)。在本實(shí)施例中，多個(gè)特征點(diǎn)組被選擇以不位于直線上。因此，由特征點(diǎn)組限定的直線不平行。因此，用作兩個(gè)直線的交點(diǎn)的共同視場外面的相應(yīng)點(diǎn)總是被限定，并且，有利地不存在奇異點(diǎn)。第五實(shí)施例
第五實(shí)施例在視場外面的相應(yīng)點(diǎn)的確定上與第四實(shí)施例不同。參照圖19來描述該不同。圖19與示出第四實(shí)施例的圖17對應(yīng)，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的要素。這里，與視場外面的特征點(diǎn)XXX對應(yīng)的點(diǎn)Xd位于直線EEE上，并且，被選擇為點(diǎn)XP和xq的重心。如果誤差由隨機(jī)變化導(dǎo)致，那么，由于平均效果，可以隨機(jī)減少噪聲的影響。因此，在本實(shí)施例中，與第四實(shí)施例同樣，可以有利地實(shí)現(xiàn)比第一實(shí)施例高的測量精度。另外，與第四實(shí)施例類似，多個(gè)特征點(diǎn)組沒有被選擇以不位于直線上，并且，有利地不存在奇異點(diǎn)。與第四實(shí)施例的不同如下例如，當(dāng)用于確定圖19所示的直線P的相應(yīng)點(diǎn)組的數(shù)量較少時(shí)，直線P的誤差會較大。在這種情況下，使用本實(shí)施例會是更有利的。另外，即使當(dāng)預(yù)測到直線P和Q的等同測量精度時(shí)，如果由直線P和EEE限定的角度和由直線Q和EEE限定的角度基本上相等，那么，由于大的隨機(jī)誤差平均效果，因此，使用本實(shí)施例也會是更有利的。第六實(shí)施例圖20是示出第六實(shí)施例的流程圖。步驟Sll S13的處理可與第一實(shí)施例中的步驟SI S3的處理對應(yīng)，并且，可以實(shí)現(xiàn)相同或類似的優(yōu)點(diǎn)，并且這里不描述它們。在步驟S14中，確定通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像是否總是包含要被測量的相應(yīng)點(diǎn)。這里，符號N表示總是包含相應(yīng)點(diǎn)的圖像的數(shù)量。即，N= 2意味著兩個(gè)圖像均總是包含相應(yīng)點(diǎn)，N = I意味著圖像中的一個(gè)總是包含相應(yīng)點(diǎn)。通過步驟Sll的設(shè)定，確保圖像的數(shù)量N大于等于I。如果確定N = 2，那么在通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像中出現(xiàn)要測量的特征點(diǎn)。因此，執(zhí)行一般立體測量方法即步驟S15 S17的處理。在步驟S15和S16中，以與根據(jù)第一實(shí)施例的步驟S4類似的方式直接從通過使用兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像中的每一個(gè)計(jì)算與要被測量的特征點(diǎn)對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)。如果可以確定兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)，那么，在可以與根據(jù)第一實(shí)施例的步驟S9相同的步驟S17中，可以測量特征點(diǎn)的三維位置。如果確定N= I,那么執(zhí)行可與根據(jù)第一實(shí)施例的步驟S4 S9的處理對應(yīng)的步驟S24 S29的處理。處理的細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例類似，并且，這里不描述它們。因此，如果確定總是在兩個(gè)圖像中出現(xiàn)要被測量的特征點(diǎn)，那么直接測量相應(yīng)點(diǎn)，由此實(shí)現(xiàn)比第一實(shí)施例高速的測量。下面，描述用于確定與要被測量的特征點(diǎn)對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)是否總是包含于各圖像中的方法的例子。首先，在步驟Sll中，通過使用公知的邊緣處理，確定在通過被設(shè)定為使得在圖像中出現(xiàn)與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組Yn的照相機(jī)獲得的圖像中出現(xiàn)的圖形圖案(與產(chǎn)品對應(yīng)的圖形圖案)的輪廓。然后，如圖21A和圖21B所示，確定包含與特征點(diǎn)組Yn對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)組yn的輪廓，并且，確定該輪廓是否限定閉合的區(qū)域。圖21A所示的區(qū)域A是閉合區(qū)域，并且，圖21B所示的區(qū)域A不是閉合區(qū)域。如果區(qū)域A不是閉合區(qū)域，那么，與特征點(diǎn)X對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)未必位于畫面上。因此， 確定N = I。如果區(qū)域A是閉合區(qū)域，那么確定區(qū)域A是否滿足特征點(diǎn)X屬于的圖形圖案的屬性。術(shù)語“屬性”指的是面積、亮度、形狀(諸如η邊形或橢圓)中的至少一個(gè)和其它適當(dāng)?shù)囊蛩氐慕M合。如果確定區(qū)域A滿足特征點(diǎn)X屬于的圖形圖案的屬性，那么總是在圖像中存在與特征點(diǎn)X對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)。因此，確定N = 2。通過以上的過程，可以確定是否總是在圖像中存在與特征點(diǎn)X對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)。第七實(shí)施例圖22是示出第七實(shí)施例的配置的示圖。三個(gè)照相機(jī)17、18和19捕獲單個(gè)作業(yè)的圖像。點(diǎn)X是要測量三維位置的特征點(diǎn)，點(diǎn)組Yn是與特征點(diǎn)X連續(xù)的特征點(diǎn)組。在這種情況下，點(diǎn)組Yn限定直線。在圖22所示的配置中，通過使用照相機(jī)17、18和19捕獲的圖像可分別如圖23A、圖23B和圖23C所示。這里，點(diǎn)xal7是通過使用照相機(jī)17捕獲的圖像上的與特征點(diǎn)X對應(yīng)的點(diǎn)。點(diǎn)ynl8和ynl9分別是通過使用照相機(jī)18和19捕獲的圖像上的與特征點(diǎn)組Yn對應(yīng)的點(diǎn)。在這種情況下，點(diǎn)ynl8和ynl9處于直線上。圖24是示出第七實(shí)施例的流程圖。步驟S30 s34的處理與第一實(shí)施例中的步驟SI S5的處理對應(yīng)，并且，可實(shí)現(xiàn)相同或類似的優(yōu)點(diǎn)，并且這里不描述它們。在步驟S35中，對于照相機(jī)18和19執(zhí)行參照第一實(shí)施例中的步驟S6描述的處理。作為結(jié)果，從各圖像獲得相應(yīng)點(diǎn)組ynl8和ynl9。然后，在步驟S36中，確定通過使用相應(yīng)的照相機(jī)捕獲的圖像上的各相應(yīng)點(diǎn)組yn的線長。然后，在步驟S37中，選擇最大的線長。在本實(shí)施例中，確定通過照相機(jī)18獲得的圖像上的直線。通過使用與第一實(shí)施例中的步驟S7類似的方法確定該直線的方程。在步驟S38中，可通過使用在步驟S34和S37中確定的兩個(gè)直線的方程通過使用與第一實(shí)施例中的步驟S8類似的方法，確定與特征點(diǎn)X對應(yīng)的包含照相機(jī)18的傳感器面的面上的第二相應(yīng)點(diǎn)的二維坐標(biāo)。在步驟S39中，可從與特征點(diǎn)X對應(yīng)的兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)與兩個(gè)照相機(jī)之間的位置關(guān)系通過使用與第一實(shí)施例中的步驟S9類似的方法根據(jù)三角測量的原理確定特征點(diǎn)X的三維坐標(biāo)。根據(jù)本實(shí)施例，關(guān)于捕獲特征點(diǎn)X的第一照相機(jī)(照相機(jī)17)，可以自動選擇其它照相機(jī)(照相機(jī)18和19)中的能夠關(guān)于特征點(diǎn)組Yn獲得最大量的信息的照相機(jī)作為第二照相機(jī)。因此，可望提高精度。另外，通過使用多個(gè)照相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)更寬的三維測量范圍。在以上的描述中，作為例子，三個(gè)照相機(jī)被平行設(shè)置。但是，本發(fā)明不限于此。即，可通過使用配置于希望的位置上的比兩個(gè)多的多個(gè)照相機(jī)實(shí)現(xiàn)類似的實(shí)施例。第八實(shí)施例并且，在第八實(shí)施例中，與第七實(shí)施例類似，可以使用圖22所示的配置，并且，通過使用照相機(jī)捕獲的圖像可如圖23A 23C所示?，F(xiàn)在參照圖22、圖23A 23C和圖25描述第八實(shí)施例。與第七實(shí)施例類似，照相機(jī)的數(shù)量和照相機(jī)的位置不限于這里描述的那些。圖25是示出根據(jù)第八實(shí)施例的處理流程的流程圖。步驟S40 S44的處理可與第一實(shí)施例中的步驟SI S5的處理對應(yīng)，并且，步驟S45和S46的處理可與第七實(shí)施例中的步驟S35和S36的處理對應(yīng)，并且，可以實(shí)現(xiàn)相同或類似的優(yōu)點(diǎn)，并且，這里不描述它們。在步驟S47中，選擇在步驟S46中確定的線長中的比規(guī)定的長度長的一個(gè)或更多個(gè)線長，并且，確定各圖像面上的二維線方程。因此，可以排除來自由于直線的長度不足導(dǎo)致方程的可能性較低的照相機(jī)的數(shù)據(jù)。在步驟S48中，從在步驟S44中確定的線方程和在步驟S47中確定的線方程通過使用與第一實(shí)施例中的步驟S8類似的方法獲得第二相應(yīng)點(diǎn)的位置。由于存在在步驟S47中選擇的多個(gè)線方程和相應(yīng)的照相機(jī)，因此，可以確定多個(gè)第二相應(yīng)點(diǎn)。在步驟S49中，從在步驟S43中確定的第一相應(yīng)點(diǎn)和在步驟S48中確定的第二相應(yīng)點(diǎn)以與第一實(shí)施例中的步驟S9類似的方法確定特征點(diǎn)X的三維測量位置的候選點(diǎn)。由于存在在步驟S48中確定的多個(gè)第二相應(yīng)點(diǎn)，因此，可以獲得多個(gè)候選點(diǎn)。在步驟S50中，通過從在步驟S49中確定的多個(gè)三維測量位置候選取得三維重心，確定特征點(diǎn)X的真實(shí)測量位置。不僅可通過平均各單個(gè)點(diǎn)的權(quán)重確定重心，而且可通過根據(jù)線長賦予權(quán)重確定它。即，可通過向在更可能的圖像中獲得的信息賦予高的權(quán)重實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。例如，可根據(jù)線長賦予權(quán)重。在本實(shí)施例中，即使各照相機(jī)具有窄的視場，也可在找到特征點(diǎn)組Yn時(shí)獲得大量的信息，并因此可以實(shí)現(xiàn)與具有寬的視場的照相機(jī)同等或類似的優(yōu)點(diǎn)?？梢蕴峁└煽康?br> 三維測量。根據(jù)本發(fā)明的三維測量方法可以適用于要求高測量精度和寬視角并且對于照相機(jī)的重量具有嚴(yán)格的上限的照相機(jī)，諸如在工業(yè)機(jī)器人手中使用的手上照相機(jī)。雖然已參照示例性實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有的變更方式和等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請要求在2009年11月12日提交的日本專利申請No. 2009-259025和在2010年10月26日提交的日本專利申請No. 2010-239980的益處，在此引入它們的全部內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)立體測量方法通過使用至少兩個(gè)照相機(jī)來測量產(chǎn)品的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)的三維測量方法，包括以下的步驟 通過使用第一照相機(jī)捕獲特征點(diǎn)，并且通過使用第二照相機(jī)捕獲與特征點(diǎn)連續(xù)的特征點(diǎn)組； 計(jì)算包含第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)、第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置和第二照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的面，相應(yīng)點(diǎn)與特征點(diǎn)對應(yīng)，并且，計(jì)算作為計(jì)算的面與包含第二照相機(jī)的傳感器面的面的交線的第一線； 計(jì)算包含第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)組的第二線，相應(yīng)點(diǎn)組與特征點(diǎn)組對應(yīng)； 通過確定第一線與第二線的交點(diǎn)計(jì)算包含第二照相機(jī)的傳感器面的面上的相應(yīng)點(diǎn)，該相應(yīng)點(diǎn)與特征點(diǎn)對應(yīng)；和 計(jì)算延伸通過第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)和第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的直線以及延伸通過第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)組和第二照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的直線，并計(jì)算所計(jì)算的直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的三維測量方法，其中，多個(gè)特征點(diǎn)組與特征點(diǎn)連續(xù)， 在計(jì)算第二線的步驟中，對于第二照相機(jī)的傳感器面上的多個(gè)相應(yīng)點(diǎn)組中的每一個(gè)計(jì)算第二線，所述多個(gè)相應(yīng)點(diǎn)組與所述多個(gè)特征點(diǎn)組對應(yīng)，并且， 其中，在計(jì)算包含第二照相機(jī)的傳感器面的面上的相應(yīng)點(diǎn)的步驟中，從第一線與多條第二線的交點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的三維測量方法，其中，第一線與第二線中的一條第二線的交點(diǎn)被設(shè)為第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)，第二線中的所述一條第二線是關(guān)于第一線限定的角度最大的第二線，該相應(yīng)點(diǎn)與特征點(diǎn)對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的三維測量方法，其中，在計(jì)算包含第二照相機(jī)的傳感器面的面上的相應(yīng)點(diǎn)的步驟中，第一線與所述多條第二線的交點(diǎn)的重心被計(jì)算為相應(yīng)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的三維測量方法，其中，第二線包含直線。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的三維測量方法，其中，第二線包含曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的三維測量方法，還包括以下的步驟 確定與特征點(diǎn)對應(yīng)的相應(yīng)點(diǎn)是否包含于通過使用所述至少兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像中的每一個(gè)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的三維測量方法，其中，在確定步驟中，計(jì)算作為通過使用所述至少兩個(gè)照相機(jī)捕獲的圖像中的每一個(gè)中的圖形圖案的輪廓的輪廓，圖形圖案與產(chǎn)品對應(yīng)，輪廓包含特征點(diǎn)組，并且，確定計(jì)算的輪廓是否限定閉合區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的三維測量方法，其中，多個(gè)照相機(jī)捕獲與特征點(diǎn)連續(xù)的特征點(diǎn)組，并且， 其中，能夠獲得第二線具有最長長度的圖像的照相機(jī)被選擇為第二照相機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的三維測量方法，還包括以下的步驟 基于通過多個(gè)第二照相機(jī)獲得的第二線，計(jì)算特征點(diǎn)的多個(gè)三維坐標(biāo)候選的加權(quán)重心作為特征點(diǎn)的真實(shí)三維坐標(biāo)，所述多個(gè)第二照相機(jī)能夠獲得第二線具有比預(yù)定值大的長度的圖像。
全文摘要
通過使用共同視場以外的視場來擴(kuò)展可用于立體測量的視場。為此，計(jì)算包含與特征點(diǎn)(X)對應(yīng)的第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)(xa)、第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置(F1)和第二照相機(jī)的焦點(diǎn)位置(F2)的面(面e)；計(jì)算作為面(面e)和包含第二照相機(jī)的傳感器面的面的交線的第一線(直線E)；計(jì)算與特征點(diǎn)組對應(yīng)的包含第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)組的第二線(直線G)；計(jì)算第一線與第二線的交點(diǎn)作為與特征點(diǎn)(X)對應(yīng)的包含第二照相機(jī)的傳感器面的面上的相應(yīng)點(diǎn)(xb)；和基于相應(yīng)點(diǎn)(xa,xb)計(jì)算特征點(diǎn)(X)的三維坐標(biāo)。
文檔編號G06T7/00GK102667854SQ201080051728
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者林禎 申請人:佳能株式會社