投影パターンの時空間チャープ変調による高精度距離画像計測

レーザを使う三次元形状計測における現在の主要な問題点の一つに、レーザビームの絞り込みがある。ビームをできるだけ絞り込むことにより、計測精度を高めるたいためである。しかし、絞り込みには高度な光学系が不可欠であり、実現は容易ではない。そこで、ビームの絞り込みを必要としない、光のにじみ込みに強い、高精度な三次元形状の計測原理の開発を行った。絞られた光ビームを用いるのではなく、逆に広範に拡がった光パターンを用いて、高精度に計測できる手法を確立した。対象物体に空間周波数をスイ-プして得られるチヤープ信号で変調された光パターンを投影することにより、画像の輝度信号の時間変化を時空間的に信号処理し、形状を高精度推定する。従来、光信号の最大値検出などで代表されるような極めてシンプルな手法のみが用いられてきたが、チヤープ信号、疑似ランダム信号など最新の信号処理を適用した。試作した計測装置は、ワークステーションと画像処理装置に液晶プロジェクタとCCDカメラを接続し構築した。液晶プロジェクタにより各種自己相関関数がインパルスとなるような信号で変調された光パターンを対照物体に投影する。計測に必要な画像処理プログラムも実装した。それらによりA)自己相関演算によるチャープ信号の抽出処理、B)チヤープ信号以外の信号(疑似ランダム信号など)による性能評価、比較、C)計算量の実験的把握と演算の高速化を解明した。

レーザを使う三次元形状計測における現在の主要な問題点の一つに、レーザビームの絞り込みがある。ビームをできるだけ絞り込むことにより、計測精度を高めるたいためである。しかし、絞り込みには高度な光学系が不可欠であり、実現は容易ではない。そこで、ビームの絞り込みを必要としない、光のにじみ込みに強い、高精度な三次元形状の計測原理の開発を行った。絞られた光ビームを用いるのではなく、逆に広範に拡がった光パターンを用いて、高精度に計測できる手法を確立した。対象物体に空間周波数をスイ-プして得られるチヤープ信号で変調された光パターンを投影することにより、画像の輝度信号の時間変化を時空間的に信号処理し、形状を高精度推定する。従来、光信号の最大値検出などで代表されるような極めてシンプルな手法のみが用いられてきたが、チヤープ信号、疑似ランダム信号など最新の信号処理を適用した。試作した計測装置は、ワークステーションと画像処理装置に液晶プロジェクタとCCDカメラを接続し構築した。液晶プロジェクタにより各種自己相関関数がインパルスとなるような信号で変調された光パターンを対照物体に投影する。計測に必要な画像処理プログラムも実装した。それらによりA)自己相関演算によるチャープ信号の抽出処理、B)チヤープ信号以外の信号(疑似ランダム信号など)による性能評価、比較、C)計算量の実験的把握と演算の高速化を解明した。