专利名称：色码靶、色码辨别装置及色码辨别方法
技术领域：
本发明涉及色码靶、色码辨别装置及色码辨别方法。详细为，涉及自己和他人能够识别的色码标记被配置成环形的色码靶，这样的色码靶的色码辨别装置及色码辨别方法。
背景技术：
色码靶是为了进行三维计测而由发明者们提出的靶，在面内具备用来表示计测位置的位置标记和施加了用来识别靶的色彩的色码标记。能够一个个地识别用于三维计测的靶子，由此对从摄像到三维计测的过程全部自动化有贡献(参照专利文献I)。并且，用来辨别色码靶的色码的装置和方法也由发明者们提出过(参照专利文献2)。这些色码靶、色码辨别装置和色码辨别方法发挥能够一个个地识别靶这样的特征，已经用在了各种对象物的三维计测中。尤其在巨大的对象物、形状复杂的对象物等需要多个靶子的三维计测中，适用于计算机进行的自动处理，能够进行效率良好的计测。先行技术文献专利文献专利文献I :日本特开2007-101277号公报(段落0024 0076，图I 图20)专利文献2 :日本特开2007-101276号公报(段落0027 0132，图I 图30)发明的概要发明要解决的问题但是，在科学或医疗领域，有时想要计测探测器的位置，例如在EEG(脑电波electroencephalogram)或 fNIRS (功能 性 NIRS !functional near-infrared spectroscopy)中将多个检测用的探测器安装到被检者的头部，测定对各种刺激的脑电波的反应或脑功能的活性度分布等。此时为了高精度地测定多个探测器的位置，想要使用能够识别各个靶的色码靶，但有避开探测器的位置配置靶的必要。因此，虽然可以考虑在靶的中心设置能够插入探测器的开孔，将位置标记和色码标记配置在其周围，但在这种情况下， 怎样计测探测器的位置即靶的中心(基准位置)、怎样配置位置标记和色码标记、应该怎样检测等还没解决。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种在色码靶的中心设置开孔的情况下，靶的基准位置的测定容易、位置标记和色码标记的检测及色码的辨别容易的色码靶。并且以提供适用于这样的色码靶的色码的辨别的色码辨别装置和色码辨别方法为目的。为了解决上述问题，本发明的第I实施形态的色码靶TAl TA3例如图I 图3所示，在面内具备由用来表示计测位置的位置标记Pi构成的位置标记部，由施加了作为色彩的基准使用的色彩的基准色标记P2构成的基准色部，由施加了用来识别该色码靶TAl TA3的色彩的色码标记P3构成的色码部，由将基准色标记P2与色码标记P3之间、基准色标记P2彼此之间或色码标记P3彼此之间分隔的分隔标记构成的标记分隔部；位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3沿以基准位置CO为中心的圆周或正多边形的外周配置成环形；在基准位置CO设置有开孔H ;分隔标记夹着第I规定数量的基准色标记P2、夹着第2规定数量的色码标记P3地被配置。其中，色码靶TAl TA3中包含的位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3既可以是一个也可以是多个。并且，位置标记Pi可以兼作分隔标记。并且，虽然位置标记Pi典型的使用包括回射靶的标记，但只要能够确定位置(点)，也可以是模板标记等其他标记。 基准色标记P2典型的使用红(R)、绿(G)、蓝(B)光的三原色，但只要色相差均等，也可以是其他色彩。并且，色码标记P3分别具有色彩，色码部具有构成它的一个或多个色码标记P3 的色彩配置(包括排列)的差异引起的识别性。由于色码标记P3的色彩中包含基准色标记P2的色彩使辨别容易、确实，因此理想，但也可以只使用其他的色彩。并且，使色码标记 P3所使用的色彩的色相差均等地进行选择使使用的色彩之间的差异明确，比较理想。并且， 如果使各标记的圆周方向的宽度相同，则标记检测的扫描时间相同，便于检测标记的位置， 但只要例如能够使标记间的分隔明显，也可以减小分隔标记的宽度。并且，所谓标记被配置成环形是指，只要是围绕基准位置CO沿圆周方向配置一周就可以，并不局限于配置成圆环形，也可以配置成多边形环形。并且，将连接沿圆周或正多边形的外周配置成环形的标记构成的环称为标记的环。并且，开孔H典型的内接标记的环地配置，但色码靶既可以在标记的环与开孔H之间具有内框区域，也可以在标记的环的外侧具有外框区域。如果采用本形态这样的结构，由于位置标记Pl沿以基准位置CO为中心的圆周等被配置成环形，因此将基准位置CO作为连接位置标记Pl的圆等的中心能够容易地求出。 并且，通过将包括回射靶的标记以规定的位置关系配置在圆环等上的定位置作为位置标记 P1，位置标记Pl的检测变得容易。并且，使用基准色标记P2能够使色码标记P3的色彩的辨别准确并且容易。并且，通过使用分隔标记将基准色标记P2与色码标记P3隔开，分别将其配置在圆环等上的定位置上，基准色标记P2和色码标记P3的检测变得容易。因此，能够提供在色码靶TAl TA3的中心设置开孔H的情况下，靶的基准位置CO的测定容易、位置标记Pl和色码标记P3的检测和色码的辨别容易的色码靶。并且，第2形态的色码靶TAl TA3在第I形态中例如图I 图3所示那样，位置标记Pl兼作分隔标记。如果采用这样的结构，没有重新设计分隔标记的必要，相应地能够增大位置标记 P1、基准色标记P2和色码标记P3,检测这些标记容易。并且，第3形态的色码靶TAl TA3在第I或第2形态中例如图I 图3所示那样，第I规定数量为1，上述第2规定数量为2以上的常数。如果采用这样的结构，通过使被分隔标记夹着的基准色标记的数量与色码标记的数量不同，能够容易地区别基准色标记P2和色码标记P3。并且，第4形态的色码靶TAl TA3在第I至第3任一形态中例如图I 图3所示那样，色码标记P3的标记的数量与用于色码的色彩的数量一致；构成色码部的各色码标记P3的色彩全部不同。如果采用这样的结构，由于所有的码的颜色都用于色码标记P3，因此通过不仅与基准色标记P2比较、还在各色码标记P3之间将颜色相对比较，能够确认各标记的色彩、决定识别码，能够提高色码辨别的可靠性。
并且，第5形态的色码靶TAl TA3在第I至第4任一形态中例如图I 图3所示那样，基准色标记P2与色码标记P3相对于基准位置CO配置成规定的位置关系。其中，规定的位置关系典型的是指离基准位置CO的距离和方向为一定的距离、一定的方向。如果采用本形态这样的结构，由于基准色标记P2和色码标记P3配置在圆环等上的定位置，因此它们的检测变得容易。并且，第6形态的色码靶TAl TA3在第I至第5任一形态中例如图I 图3所示那样，位置标记Pl至少由6个构成，配置成能够从连接位置标记Pl的中心形成的三角形中抽出全等或者翻转对称的2个三角形。其中，即使位置标记在7个以上，只要能抽出2个三角形就可以。如果采用本形态这样的结构，由于如果连接位置标记Pi的中心(回射靶的位置)能够抽出全等或翻转对称的2个三角形，因此能够容易地判断在计测中的色码靶TAl TA3中，形成三角形的点是否为应该求的位置标记Pl的回射靶。并且，第7形态的色码靶TAl TA3在第I至第6任一形态中例如图I 图3所示那样，沿圆周或正多边形的外周配置成环形的标记的环为一个。如果采用这样的结构，在计测点比较少的情况下(例如720点以下)，能够使用结构简单的色码靶，标记检测及码的辨别处理变得简单，是合适的。并且，第8形态的色码靶TA4 TA7在第I至第6任一形态中例如图12 图15 所示那样，沿圆周或正多边形的外周配置成环形的标记的环为多个，各标记的环都以基准位置CO为中心。如果采用这样的结构，在计测点比较多的情况下(例如比720点多)，能够乘积地增加能够识别的码数(在双重环的情况下，当第I环的码数为A、第2环的码数为B时，整体的码数为AXB，3重环的情况下，整体的码数变得更多)，是合适的。并且，第9形态的色码靶TAl TA3在第7或第8形态中例如图I 图3所示那样，被配置在一个标记的环上的位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3被以相同的形状和尺寸统一。如果采用这样的结构，由于配置在圆环等上的各标记的形状和尺寸相等，因此各标记的检测变得容易并且确实。并且，第10形态的一组色码靶为将多个第I至第9任一形态的色码靶TA组合构成的一组色码靶；各色码靶TA构成为，位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3被配置在标记环上的同一位置上，基准色标记P2的色彩配置相同，色码标记P3的色彩配置全部不同。如果采用这样的结构，由于构成一组色码靶的各色码靶TA只有色码标记P3的色彩的配置不同，因此能够用相同的处理步骤进行色码的辨别，适用于色码辨别处理的自动化。另外，标记TA用于统称本发明的色码靶的情况下。并且，第11形态的色码辨别装置I例如图6所示，具备从至少不同的2个方向获取第I形态的色码靶TAl TA3的图像的靶图像获取部31 ;从由靶图像获取部31从至少不同的2个方向获取的色码靶TAl TA3的图像中分别依次检测位置标记Pl的位置标记检测部51 ;根据由位置标记检测部51分别依次检测到的位置标记Pl的配置求出色码靶TAl TA3的基准位置CO的基准位置计算部63 ;依次检测被沿以由基准位置计算部63求出的基准位置CO为中心的圆周或正多边形的外周配置成环形的标记的标记配置检测部72 ;从由标记配置检测部72检测到的标记的环中依次抽出基准色标记P2的基准色标记抽出部73 ； 其从由上述标记配置检测部72检测到的标记的环中依次抽出上述色码标记P3色码标记抽出部74 ;将由基准色标记抽出部73抽出的各基准色标记P2的色彩与由色码标记抽出部74 抽出的各色码标记P3的色彩进行比较，根据色码标记P3的色彩配置辨别色码的色码辨别部75 ;将由基准位置计算部63求出的基准位置CO与由色码辨别部75辨别出的色码建立对应并存储的色码存储部85。其中，从标记环依次抽出是指从标记的环的指定的或者设计上确定的位置按排列顺序抽出。并且，色彩的比较典型的为以光的三原色的检测光的强度比进行比较，但也可以将光谱进行比较。如果采用本形态这样的结构，由于用位置标记检测部51检测被沿以基准位置CO为中心的圆周等配置成环形的位置标记P1，用基准位置计算部63从位置标记Pl求出基准位置CO，因此能够将基准位置CO作为连接位置标记Pl的圆等的中心容易地求出。 并且，由于用基准色标记抽出部73和色码标记抽出部74抽出被配置成环形的基准色标记 P2和色码标记P3，用色码辨别部75将这些标记的色彩进行比较来辨别色码，因此能够准确并且容易地辨别色码。因此，能够提供适用于本发明的色码靶TA的色码辨别的色码辨别装置。并且，第12形态的色码辨别装置I在第11形态中例如图6所示，具备根据位置标记检测部51依次检测到的位置标记Pl的配置，求出由标记配置检测部72检测被配置成环形的标记的起点的起点计算部71 ;标记配置检测部72从由起点计算部71求出的起点依次检测标记。如果采用这样的结构，容易决定标记检测的起点和顺序，能够进行有效的标记检测。并且，该起点也可以作为色码标记排列的起点使用。并且，第13形态的色码辨别方法例如图7所示，具备从至少不同的2个方向获取第I形态的色码靶的图像的靶图像获取步骤(SlOO);从靶图像获取步骤(S100)中从至少不同的2个方向获取的色码靶TAl TA3的图像中分别依次检测位置标记Pl的位置标记检测步骤(SllO);根据位置标记检测步骤(SllO)中分别依次检测到的位置标记Pl的配置求出色码靶TAl TA3的基准位置CO的基准位置计算步骤(S120);依次检测被沿以基准位置计算步骤(S120)中求出的基准位置CO为中心的圆周或正多边形的外周配置成环形的标记的标记配置检测步骤(S140);从标记配置检测步骤(S140)中检测到的标记的环中依次抽出基准色标记P2的基准色标记抽出步骤(S150);从标记配置检测步骤(S140)中检测到的标记环中依次抽出色码标记P3的色码标记抽出步骤(S160);将基准色标记抽出步骤 (S150)中抽出的各基准色标记P2的色彩与色码标记抽出步骤(S160)中抽出的各色码标记 P3的色彩进行比较，根据色码标记P3的色彩配置辨别色码的色码辨别步骤(S170);将基准位置计算步骤(S120)中求出的基准位置CO与色码辨别步骤(S170)中辨别出的色码建立对应并存储的色码存储步骤(S180)。如果采用本形态这样的结构，由于通过位置标记检测步骤(SllO)检测被沿以基准位置CO为中心的圆周等配置成环形的位置标记P1，通过基准位置计算步骤(S120)从位置标记求出基准位置CO，因此能够将基准位置CO作为连接位置标记Pl的圆等的中心容易地求出。并且，由于通过基准色标记抽出步骤(S150)和色码标记抽出步骤(S160)抽出被配置成环形的基准色标记P2和色码标记P3，通过色码辨别步骤(S170)将这些标记的色彩进行比较，辨别色码，因此能够准确并且容易地辨别色码。因此，能够提供适用于本发明的色码靶TA的色码辨别的色码辨别方法。并且，第14实施形态的色码辨别方法在第13形态中例如图7所示，具备起点计算步骤(S130)，该起点计算步骤(S130)为，根据位置标记检测步骤中依次检测到的位置标记 Pl的配置，求出标记配置检测步骤(S140)中检测被配置成环形的标记的起点；标记配置检测步骤(S140)从起点计算步骤(S130)中求出的起点依次检测标记。如果采用这样的结构，容易决定标记检测的起点和顺序，能够进行有效的标记检测。发明的效果如果采用本发明，能够提供在色码靶的中心设置了开孔的情况下，靶的基准位置的测定容易、位置标记和色码标记的检测及色码的辨别容易的色码靶。并且，能够提供适用于这样的色码靶的色码的辨别的色码辨别装置和色码辨别方法。
图I为表示实施例I的色码靶TAl的例的图2为表示实施例I的色码靶TA2的例的图3为表示实施例I的色码靶TA3的例的图4为表示色码靶的基准位置与位置标记的关系的图5为表示各位置标记间的位置关系的图6为表示色码辨别装置的结构例的图7为表示色码辨别方法的处理流程例的图8为使用了回射祀(retro target)的重心位置检测的说明图
图9为表示以色码靶的标记配置检测为主的处理流程例的图10为用来说明用DLT法确认位置标记的图11为用来说明互相标定的图12为表示实施例2的色码靶TA4的例的图13为表示实施例3的色码靶TA5的例的图14为表示实施例4的色码靶TA6的例的图15为表示实施例5的色码靶TA7的例的具体实施例方式本发明申请基于在日本国2009年8月31日申请的特愿2009-200901号，其内容作为本申请的内容形成其一部分。本发明从以下详细的说明应该能够完全理解。本发明再其他的应用范围从以下的详细说明中应该明白。但是，详细的说明及特定的实例为本发明的优选实施形态，仅仅是为了说明的目的记载的。对本领域技术人员来说，从该详细的说明应该明白在本发明的精神和范围内能够进行各种变更、改变。申请人没有将记载的实施形态的任何一个献给公众的意图，改变、代替案中的也许在文字上没包含在权利要求范围内的方案基于等同原则也作为发明的一部分。
下面参照
本发明的实施形态。另外，在各图中互相相同或相当的部分添加相同的标记，省略重复的说明。实施例I[色码靶]图I 图3表示实施例I的色码靶TAl TA3的例。本实施例对下述例子进行说明形状为圆形的靶，在作为基准位置CO的中心开设以基准位置CO为中心的圆形开孔H， 位置标记P1、基准色标记P2、色码标记P3被沿以基准位置CO为中心的圆周配置成环形。 图I 图3虽然被沿圆周配置成环形的标记的半径方向的宽度不同，但标记的配置是相同的。环的宽度图I小，图2中等，图3大。并且，位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3 被沿以基准位置CO为中心的圆周配置成环形。将连接沿圆周配置成环形的标记而形成的环称为标记环(也简单地称为“圆环”)。并且，将标记被这样配置成环形的色码靶TAl TA3称为环形色靶。位置标记Pl为表示测量位置的标记，基准色标记P2为施加了作为色彩的基准而使用的色彩的标记，色码标记P3为施加了用来识别靶的色彩的标记。并且，分隔标记为将基准色标记与色码标记之间、基准色标记彼此之间或色码标记彼此之间隔开的标记。在本例中位置标记Pl兼作分隔标记。并且，本例表示第I规定数量为I、第2规定数量为2时的情况。标记环的内径由插入孔中的探测器等的外径决定，因探测器不同而各种各样。并且，标记环的外径也与内径相对应地为各种各样。并且，对于圆环，优选能够充分认识沿圆周配置的各标记地选取标记环的宽度，例如选宽度为I 100mm。例如,作为图I的例,例举圆环的外径为50mm、内径为45mm,作为图2的例，例举圆环的外径为60mm、内径为40mm,作为图3的例，例举圆环的外径为60mm、内径为25mm。另外，图2、图3在圆环的附近能看见向圆的中心的多条线段标记或十字标记(没有也可以)，这是为了使中心容易找到的标记。位置标记部由单个或者多个位置标记Pl构成。位置标记Pl为用来表示计测位置的标记。本实施例圆形开孔H配置在作为基准位置CO的圆的中心上，位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3沿以基准位置CO为中心的圆周配置成环形。位置标记Pl在黑(图中用BL表示)地的标记中心(圆周方向的对称线上、半径方向的内径和外间之间)设置有小型、圆形的具有回射功能的靶(回射靶)。小型的回射靶为了使位置检测成为可能，优选一定程度以上的尺寸，例如使外径为标记环的半径方向的宽度的一半左右。本实施例中位置标记Pl兼作分隔标记。采用黑地是为了明确与回射靶的差异，使位置检测容易。并且， 作为分隔标记，是为了明确单个或者多个标记之间的分隔。位置标记Pl有6个，配置在将位于开孔H上方的位置标记PlO作为第I个，顺时针数的第1、3、5、8、10和13个上。虽然本实施例说明位置标记Pl包含回射靶的例子，但也可以在黑地上使用由白色涂装形成的小型、圆形的白色标记取代回射靶。图4中表示色码靶TAl TA3的基准位置CO与位置标记Pl之间的关系。位置标记P1、基准色标记P2和色码标记P3沿以基准位置CO为中心的圆周配置成环形。在圆的中心有开孔H。基准位置CO在包含这些标记的平面上位于圆的中心。图5表示各位置标记Pl之间的位置关系。形成将以位于开孔H上方的位置标记 PlO为第I个，顺时针数的第1、3、13个标记的回射靶的中心连接的第I三角形Tl，以及将以位于开孔H上方的位置标记PlO为第I个，顺时针数的第5、8、10个标记的回射靶的中心连接的第2三角形T2。第I三角形Tl和第2三角形T2的形状全等，第I三角形Tl的最长边与第2三角形T2的最长边相对于将标记环分隔成上下两半的直线(水平方向的直径) 面对面地配置。因此，在检测位置标记Pl时，通过找到这种关系的2个三角形T1、T2，检测变得容易。另外，也可以使用旋转对称的三角形取代全等的三角形。各位置标记Pl相对于基准位置CO配置成规定的位置关系(一定的距离、一定的方向)。因此，第I三角形Tl (顶点、边)与第2三角形Τ2(顶点、边)的位置关系(距离和方向)也一定。在圆环上配置有6个位置标记Ρ1。由此,使用单写真标定或DLT (Direct Linear Transformation,直接线性变换)法或者并用DLT法与集束调整(bundle adjustment)的方法，能够从摄影图像上的多个候选点高精度地检测圆环上的6个点(位置标记Pl的中心点)。这6个点中，上侧的3个点形成第I三角形Tl，下侧的3个点形成第2三角形T2，第 I三角形Tl和第2三角形T2的形状全等，第I三角形Tl的最长边与第2三角形T2的最长边面对面地配置。因此，通过统一检索6点，如果分开成上侧的3点和下侧的3点进行检索，只要检索一个三角形就可以，能够进行有效的检索。例如，在候选点为10个的情况下， 如果统一检索6个点，从最大100000种检索2个三角形，如果分割成3点、3点进行检索，从最大100种进行一个三角形的检索，然后检索与此相对应的三角形就可以。由于对应的三角形的形状全等，两者的最长边面对面，因此其检索的候选点大大缩减，能够效率良好地检索。有关标定和DLT法后述。基准色部由单个或多个基准色标记P2构成。基准色标记P2为施加了作为色彩的基准使用的色彩的标记，本实施例使用了红(图中用R表示)、绿(图中用G表示)、蓝(图中用B表示)这3色。并且，其中，用位置标记(分隔标记)Pl夹着两侧，配置在将位于开孔H上方的位置标记PlO作为第I个，顺时针数的第2、4、9个上。为了与照明或摄像机等的拍摄条件引起的彩色边纹相对应，基准色标记P2作为相对比较时的参照用、用来修正彩色边纹的颜色校正用来使用。而且，基准色标记P2还能够作为用简单的方法作成的色码靶的色彩修正用来使用。例如，在使用没有进行色彩管理的彩色打印机(喷墨、激光、升华型等打印机)打印的色码靶的情况下，因使用的打印机等色彩产生个体差异，但通过将基准色标记P2和色码标记P3的色彩相对比较进行修正，能够抑制个体差异的影响。这样，基准色标记P2的色彩除了能够用于色码标记P3的色彩修正外，也能够用于测定对象物2的色彩修正。色码部由单个或者多个色码标记P3构成。色码标记P3为施加了用来识别靶的色彩的标记，本实施例使用红(图中用R表示)、绿(图中用G表示)、蓝(图中用B表示)、黄 (图中用Y表示)、青绿(cyaan)(图中用C表示)和品红(图中用M表示)这6种颜色。并且，每2个色码标记P3用位置标记(分隔标记)Pl夹在其两侧，配置在将位于开孔H上方的位置标记Pio作为第I个、顺时针数的第6、7个,第11、12个和第14、15个上。色码标记部用构成它的各色码标记配色的组合表现码。能够表现的码的数量根据码所使用的码色的数量而变化。例如，在码色的数量为η的情况下，当色码标记Ρ3为η个时，色码靶TA表达 ηη种码。即使在为了提高可靠性而施加不重复使用其他的单位标记所使用的颜色这样的条件下，也表达η!种码。并且，如果增加码色的数量则能够增加码的数量。而且，如果施加色码标记Ρ3的数量与码的颜色数量相等这样的条件，由于所有的码的颜色都用于色码标记Ρ3，因此，通过不仅与基准色标记Ρ2比较、还在色码标记Ρ3之间将颜色相对比较，能够确认各色码标记P3的色彩来决定识别码，能够提高可靠性。而且，如果追加使各色码标记P3 的面积全部相等的条件，则在从图像中检测色码靶TA时也有益。这是因为具有不同识别码的色码靶之间各颜色所占有的面积相同，因此能够从来自色码靶TA整体的检测光获得几乎相同的分散值。并且，由于色码标记P3之间的边界等间隔地反复，检测到明确的色彩差， 因此根据这样的检测光的反复也能够从图像中检测色码靶TA。标记分隔部由多个分隔标记构成。分隔标记为将基准色标记P2与色码标记P3之间、基准色标记P2彼此之间或者色码标记P3彼此之间隔开的标记。本实施例中分隔标记兼作位置标记P1。在中心有回射靶，为黑(图中用BL表示)地。并且，各基准色标记P2用分隔标记Pl夹着两侧，并且，每2个色码标记P3用分隔标记Pl夹着其两侧，结果，第I规定数量为I、第2规定数量为2。分隔标记Pl配置在将位于开孔H上方的位置标记PlO作为第I个、沿顺时针方向数的第1、3、5、8、10和13个上。将位于开孔H上方的位置标记PlO 作为第I个，沿顺时针方向数的第1、5、8、10个分隔标记成为将基准色标记P2和色码标记 P3之间隔开的标记，第3个分隔标记成为将基准色标记P2彼此之间隔开的标记，第13个分隔标记成为将色码标记P3彼此之间隔开的标记。在用这样的色码靶TAl TA3构成I组色码靶的情况下，各色码靶TAl TA3使用相同形状、尺寸的靶。并且，在中心设置开孔H，位置标记P1、基准色标记P2和色码标记 P3配置在沿圆周配置成环形的标记环上的同一位置上。并且采用基准色标记P2的颜色配置相同，色码标记P3的颜色配置的组合完全不同的结构。在η = 6的情况下，一组有720 个不同的色码靶TA。由此，通过发挥能够识别靶这样的特征、具有能够插入探测器等的开孔的靶，在需要多个靶的三维计测中能够适用于计算机进行的自动处理，能够进行效率良好的计测。[色码辨别装置]图6表示色码辨别装置I的结构例。色码辨别装置I例如由以下部分构成拍摄测定对象物2的摄影部3，显示拍摄图像或图像处理过的图像、或者进行输入输出操作的输入输出部4，从拍摄图像抽出测定对象物2的特征点的特征抽出部5，测定测定对象物2的三维位置或形状的三维位置计测部6，对拍摄图像进行各种图像处理的图像处理部7，存储拍摄图像、标记和计测位置等的存储部8，控制色码辨别装置I及其各部、起色码辨别装置I 的作用的控制部9。其中，特征抽出部5、三维位置计测部6、图像处理部7和控制部9能够用个人计算机PClO的功能实现，构成在PClO内。摄影部3具有用来拍摄测定对象物2的立体摄像机或普通摄像机(単力^ 9 )，并且具有从拍摄图像获取色码靶TAl ΤΑ3的图像的靶图像获取部31。本实施例中靶图像获取部31获取至少来自不同的2个方向的图像。输入输出部4具有显示图像或操作画面的显示部41、具有打印机或扬声器等的输出部42、具有鼠标或键盘等的输入部43。特征抽出部5具有从靶图像获取部31获取的色码靶TAl ΤΑ3的图像中依次检测位置标记Pl的位置标记检测部51，从拍摄图像抽出用来三维计测的特征点的特征点抽出部52。本实施例中位置标记检测部51从由至少不同的2个方向获取的图像中分别依次检测位置标记Ρ1。特征点包括例如测定对象物2的中心位置、拐角位置、具有与其他不同的特征的位置、粘贴在测定对象物2上或者投影的靶等。因此，虽然位置标记Pl也可以作为特征点之一处理，但这里将位置标记检测部51作为进行特定处理的单元加以区别。因此，特征点抽出部52为CN 102597698 A 进行色码靶以外的特征点——例如测定对象物2中的三维计测用的特征点的抽出的单元。 三维计测部6具有从成为立体对的拍摄图像中在一个图像(检索图像)内检索与另一个图像(基准图像)中的特征点相对应的对应点(在色码靶的情况下根据已识别的色码检索同一对应点(位置标记Pl的回射靶等))的对应点检索部61，求取成为立体对的拍摄图像的摄像机位置和斜度的标定部62，从用位置标记检测部51分别依次检测到的位置标记Pl 的配置求出色码靶TAl TA3的基准位置CO的三维坐标的基准位置计算部63，求出被对应点检索部61建立了对应的特征点(对应点)或摄像机位置的三维坐标的三维坐标运算部 64。虽然位置标记也可以包含在特征点(计测点)中处理，但这里将基准位置计算部63作为求出基准位置CO的三维坐标的单元加以区别。图像处理部7具有求出检测标记的起点的起点计算部71，依次检测被沿以基准位置计算部63求出的基准位置CO为中心的圆周配置成环形的标记的标记配置检测部72， 从由标记配置检测部72检测到的标记的环中依次抽出各基准色标记P2的基准色标记抽出部73，从由标记配置检测部72检测到的标记的环中依次抽出色码标记P3的色码标记抽出部74，将基准色标记抽出部73抽出的各基准色标记P2的色彩与色码标记抽出部74抽出的各色码标记P3的色彩进行比较、根据色码标记P3的色彩配置辨别色码的色码辨别部75。 存储部8具有存储拍摄图像的拍摄图像存储部81，存储基准位置CO和计测点(包括位置标记Pl的回射靶的中心)的三维位置坐标的三维位置存储部82，存储由基准色标记抽出部73依次抽出的各基准色标记P2的色彩数据的基准色标记存储部83，存储由色码标记抽出部74依次抽出的各色码标记P3的色彩数据的色码标记存储部84，将由基准位置计算部 63求出的基准位置CO与由色码辨别部75辨别出的色码P3建立对应并存储的色码存储部 85。色码辨别部75具有记录色彩数据与各基准色和各色码颜色的单色码的对应关系的色彩-码对应表，并且具有为预定使用的多种色码靶TA记录表示色码靶TA的类别的类别码编号，而且为各种色码靶TA记录标记配置(色彩的排列——即单色码的排列)与靶的码编号的对应关系的色码靶对应表，用于色码的辨别。[色码辨别处理流程]图7表示色码靶TAl TA3的色码辨别方法的处理流程例(概要)。首先，用靶图像获取部31获取色码靶TAl TA3的图像(靶图像获取步骤S100)。本实施例获取从至少不同的2个方向来的图像。接着，用位置标记检测部51从靶图像获取步骤(S100)中获取到的色码靶TAl TA3的图像中依次抽出位置标记Pl (位置标记抽出步骤S110)。本实施例从自至少不同的2个方向获取的图像中分别依次检测位置标记P1。接着，用基准位置计算部63从位置标记检测步骤(SllO)中分别依次检测到的位置标记Pl的配置求出色码靶 TAl TA3的基准位置CO (基准位置计算步骤S120)。接着，用起点计算部71从位置标记 Pl的配置求出检测标记的起点(起点计算步骤S130)。接着，用标记配置检测部72从起点开始依次检测被沿以基准位置计算步骤(S120)中求得的基准位置CO为中心的圆周配置成环形的标记(标记配置检测步骤S140)。接着，用基准色标记抽出部73从在标记配置检测步骤(S140)中检测到的标记的环中依次抽出基准色标记P2(基准色标记抽出步骤S150)， 用基准色标记存储部83存储依次抽出的各基准色标记P2的色彩数据(基准色标记存储步骤S155)。接着，用色码标记抽出部74从在标记配置检测步骤(S140)中检测到的标记的环中依次抽出色码标记P3(色码标记抽出步骤S160)，用色码标记存储部84存储依次抽出
12的各色码标记P3的色彩数据(色码标记存储步骤S165)。接着，用色码辨别部75将在基准色标记抽出步骤(S150)中抽出的基准色标记P2的色彩与在色码标记抽出步骤(S160) 中依次抽出的色码标记P3的色彩进行比较，根据色码标记P3的色彩配置辨别色码(色码辨别步骤S170)。接着，用色码存储部85将在基准位置计算步骤(S120)中求出的基准位置CO与在色码辨别步骤(S170)中辨别出的色码建立对应并存储(色码存储步骤S180)。下面说明流程的详细。在位置标记检测步骤(SllO)中检索并检测配置在圆环上的6个位置标记P1。位置标记Pl在中心使用了回射靶或白色的靶。另外，由于在色码靶 TA的色码部P3使用了多个码的颜色，具有颜色的分散值大这样的特征，因此通过从图像中找到色码部P3的分散值大的地方，能够检测色码靶TA。然后，也可以在色码靶TA的范围内检测位置标记Pl的回射靶。在基准位置标记计算步骤(S120)中，根据在位置标记检测步骤(SllO)中依次检测到的位置标记的配置求出色码靶TAl TA3的基准位置CO。图8为使用了回射靶的重心位置检测的说明图。但是，不是回射靶、在黑地用白色涂装形成的白色圆形靶的处理也一样。虽然本实施例中回射靶用2个同心圆形成，但外侧也可以不一定是圆。图8 (Al)表示了同心圆中小圆的内侧即内圆部204的亮度亮、形成在小圆与大圆之间的圆环状的部分即外圆部206的亮度暗的回射靶200 ;图8(A2)表示了(Al) 的回射靶200的直径方向的亮度分布图；图8出1)表示了内圆部204的亮度暗、外圆部206 的亮度亮的回射靶200 ;图8出2)表示了回射靶200的直径方向的亮度分布图。回射靶在像图8(A1)那样内圆部204的亮度亮的情况下，由于在测定对象物2的拍摄图像中在重心位置处的反射光量多、变成了亮的部分，因此图像的光量分布变成图8 (A2)那样，能够从光量分布的阈值To求出回射靶的内圆部204或中心位置。另外，由于在2个同心圆的中心设置有表示中心位置的小圆，因此在亮度分布图的中央产生小的倾斜(dip)。如果使用回射靶， 则具有反射光量大、检测容易的优点。白色圆形的靶制作容易。如果靶的存在范围决定，用例如力矩法计算出重心位置。例如，假定图S(Al)中记载的回射靶200的平面坐标为(x，y)。并且，回射靶200的亮度对于阈值To以上的x，y方向的点运算公式(I)、(2) (*为乘法运算符)。xg = { Σ x*f (X，y)} / Σ f (X，y)----(式 I)yg = { Σ y*f (x, y)} / Σ f (x, y)----(式 2)(xg, yg):重心位置的坐标，f (X, y) (x, y)坐标上的浓度值。另外，在图S(Bl)中记载的回射靶200的情况下，对于亮度在阈值To以下的x，y 方向的点，运算公式(I)、(2)。由此，求出回射靶200的重心位置——即色码靶TA的基准位置CO。另外，为了获得三维位置坐标，将从至少2个方向拍摄的图像作为立体对，用特征抽出部5进行特征点抽出(这里进行位置标记Pl检测)，使用色码辨别部75的辨别结果求对应点检索部61识别出的码的对应点(位置标记Pl的回射靶等)，用标定部62通过标定求出摄像机的位置和斜度，用三维位置运算部64 (这里为基准位置计算部63)求出三维位置坐标。三维位置坐标的计算典型地使用立体法。为了获得不是色码的特征点的三维位置坐标，使用用立体摄像机拍摄的图像，将从至少2个方向拍摄的图像作为立体对，用特征抽出部5进行特征点抽出，用对应点检索部61进行对应点检索，用标定部62通过标定求出摄像机的位置和斜度，用三维位置运算部64求出三维位置坐标。
图9表示以色码靶的标记配置检测为主的处理流程例。并且，对于标记配置检测想参照图5。并且，想适时参照图7。首先，检测色码靶TAl TA3的位置标记Pl的全部候选(S210)。位置标记Pl的坐标用中心的小型圆形的回射靶检测。但是，本实施例并不局限于I个色码靶TA的范围内，对计测的所有范围进行检测。该步骤相当于位置标记检测步骤(SllO)。该步骤的详细情况如用图8说明过的那样。接着，从在(S210)中检测到的位置标记的候选中检测所有的三角形(第I三角形Tl和第2三角形T2的候选)(S220)。此时，根据连线检测到的位置标记的候选而形成的三角形的边长和2边的夹角排除与应该求的三角形(第I三角形Tl和第2三角形T2)的候选不相称的参数。根据三角形的边长、2 边的夹角能够看作是应该求的三角形(第I三角形Tl或第2三角形T2)的候选的话，则决定为第I三角形Tl或第2三角形T2的候选。接着，从在(S220)中检测到的三角形(T1、T2 的候选)中检测对应的三角形(形状全等、彼此最长的边处于面对面的关系)，检测色码靶 (环形色码靶)TAl ΤΑ3的位置标记Pl的候选的6个点(S230)。这些步骤相当于基准位置计算步骤(S120)的前段。即，从决定的三角形(Τ1、Τ2)的候选中选择任意一个三角形作为假想的三角形Tl，接着从决定的三角形(Τ1、Τ2)的候选中选择任意的另一个三角形作为假想的三角形Τ2，从与假定的三角形Tl的位置关系(离三角形Tl的距离和方向)检查是否存在形状全等、彼此最长的边面对面的关系。各位置标记Pl对于基准位置CO配置成规定的位置关系(一定的距离、一定的方向)。因此，第I三角形Tl (顶点、边)与第2三角形 Τ2(顶点、边)的位置关系也成为一定的关系(距离和方向)。如果根据该关系能够看成是应该求的第I三角形Tl及对应的第2三角形Τ2的话，则作为位于形成的第I三角形Tl和第2三角形Τ2的顶点的位置标记Pl的中心而检测6个点。接着，使用单写真标定或DLT法或者将DLT法与集束调整组合，确认位置标记Pl 的中心的6个点的位置(S240)。该步骤相当于基准位置计算步骤(S120)的后段。对于作为色码靶TA的位置标记Pl的中心检测到的6个点，确认是否被配置在了色码靶(环形色码靶)TA的设计的位置上，确认是否为应该求的三角形。DLT法和集束调整的运算例如用三维位置运算部64进行，基准位置计算部63获得该运算结果。[DLT法计算式]三维DLT (Direct Linear Transformation,直接线性变换)法是根据三角测量原理，将使用2台以上的摄像机从多方面计测的标记的位置再构筑到三维坐标中的方法。DLT法为用3次投影变换式将写真坐标与被摄体的三维坐标(对象点坐标)之间的关系近似的方法。DLT法的基本公式为式(3-1)。
权利要求
1.一种色码靶，面内具备由用来表示计测位置的位置标记构成的位置标记部；由施加了作为色彩的基准而使用的色彩的基准色标记构成的基准色部；由施加了用来识别该色码靶的色彩的色码标记构成的色码部；由将上述基准色标记与上述色码标记之间、上述基准色标记彼此之间或上述色码标记彼此之间分隔的分隔标记构成的标记分隔部；上述位置标记、上述基准色标记和上述色码标记沿以基准位置为中心的圆周或正多边形的外周配置成环形；在上述基准位置设置有开孔；上述分隔标记夹着第I规定数量的上述基准色标记、夹着第2规定数量的上述色码标记地被配置。
2.如权利要求I所述的色码靶，上述位置标记兼作上述分隔标记。
3.如权利要求I或2所述的色码靶，上述第I规定数量为I，上述第2规定数量为2以上的常数。
4.如权利要求I至3中的任一项所述的色码靶，上述色码标记的标记的数量与用于色码的色彩的数量一致；构成上述色码部的各色码标记的色彩全部不同。
5.如权利要求I至4中的任一项所述的色码靶，上述基准色标记与上述色码标记相对于上述基准位置配置成规定的位置关系。
6.如权利要求I至5中的任一项所述的色码靶，上述位置标记至少由6个构成，配置成能够从连接上述位置标记的中心形成的三角形中抽出全等或者翻转对称的2个三角形。
7.如权利要求I至6中的任一项所述的色码靶，上述沿圆周或正多边形的外周配置成环形的标记的环为一个。
8.如权利要求I至6中的任一项所述的色码靶，上述沿圆周或正多边形的外周配置成环形的标记的环为多个，各上述标记的环都以上述基准位置为中心。
9.如权利要求7或8所述的色码靶，被配置在一个上述标记的环上的上述位置标记、上述基准色标记和上述色码标记被以相同的形状和尺寸统
10.一组色码靶，将多个权利要求I至9中的任一项所述的色码靶组合构成；各色码靶构成为，上述位置标记、上述基准色标记和上述色码标记被配置在上述标记环上的同一位置上，上述基准色标记的色彩配置相同，上述色码标记的色彩配置全部不同。
11.一种色码辨别装置，具备靶图像获取部，从至少不同的2个方向获取权利要求I所述的色码靶的图像；位置标记检测部，从由上述靶图像获取部从至少不同的2个方向获取的色码靶的图像中，分别依次检测上述位置标记；基准位置计算部，根据由上述位置标记检测部分别依次检测到的位置标记的配置，求出上述色码靶的上述基准位置；标记配置检测部，依次检测被沿以由上述基准位置计算部求出的基准位置为中心的圆周或正多边形的外周配置成环形的标记；基准色标记抽出部，从由上述标记配置检测部检测到的标记的环中，依次抽出上述基准色标记；色码标记抽出部，从由上述标记配置检测部检测到的标记的环中，依次抽出上述色码标记；色码辨别部，将由上述基准色标记抽出部抽出的各基准色标记的色彩与由上述色码标记抽出部抽出的各色码标记的色彩进行比较，根据上述色码标记的色彩配置辨别色码；以及色码存储部，将由上述基准位置计算部求出的基准位置与由上述色码辨别部辨别出的色码建立对应并存储。
12.如权利要求11所述的色码辨别装置，具备根据上述位置标记检测部依次检测到的位置标记的配置，求出由上述标记配置检测部检测被配置成上述环形的标记的起点的起点计算部；上述标记配置检测部从由上述起点计算部求出的起点依次检测上述标记。
13.—种色码辨别方法，具备靶图像获取步骤，从至少不同的2个方向获取权利要求I所述的色码靶的图像；位置标记检测步骤，从上述靶图像获取步骤中从至少不同的2个方向获取的色码靶的图像中，分别依次检测上述位置标记；基准位置计算步骤，根据上述位置标记检测步骤中分别依次检测到的位置标记的配置，求出上述色码靶的上述基准位置；标记配置检测步骤，依次检测被沿以上述基准位置计算步骤中求出的基准位置为中心的圆周或正多边形的外周配置成环形的标记；基准色标记抽出步骤，从上述标记配置检测步骤中检测到的标记的环中，依次抽出上述基准色标记；色码标记抽出步骤，从上述标记配置检测步骤中检测到的标记的环中，依次抽出上述色码标记；色码辨别步骤，将上述基准色标记抽出步骤中抽出的各基准色标记的色彩与上述色码标记抽出步骤中抽出的各色码标记的色彩进行比较，根据上述色码标记的色彩配置辨别色码；以及色码存储步骤，将上述基准位置计算步骤中求出的基准位置与上述色码辨别步骤中辨别出的色码建立对应并存储。
14.如权利要求13所述的色码辨别方法，具备起点计算步骤，该起点计算步骤为，根据上述位置标记检测步骤中依次检测到的位置标记的配置，求出上述标记配置检测步骤中检测被配置成上述环形的标记的起点；上述标记配置检测步骤从上述起点计算步骤中求出的起点依次检测上述标记。
全文摘要
本发明提供一种在中心设置有开孔的情况下，靶的基准位置的测定容易、标记的检测和色码的辨别容易的色码靶。本发明的色码靶(TA1)在面内具备由用来表示计测位置的位置标记(P1)构成的位置标记部，由作为色彩的基准使用的基准色标记(P2)构成的基准色部，由用来识别该色码靶(TA1)的色码标记(P3)构成的色码部，由将标记之间分隔的分隔标记构成的标记分隔部；位置标记(P1)、基准色标记(P2)和色码标记(P3)沿以基准位置(C0)为中心的圆周配置成环形；在基准位置(C0)处设置有开孔(H)；分隔标记夹着第1规定数量的基准色标记(P2)、夹着第2规定数量的色码标记(P3)地被配置。
文档编号G01B11/245GK102597698SQ201080038559
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月31日
发明者森山拓哉, 高地伸夫 申请人:株式会社拓普康
专业数控铣床产品供应商
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