JP2000337834A - Shape measuring device - Google Patents

Shape measuring device

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JP2000337834A
JP2000337834A JP11146905A JP14690599A JP2000337834A JP 2000337834 A JP2000337834 A JP 2000337834A JP 11146905 A JP11146905 A JP 11146905A JP 14690599 A JP14690599 A JP 14690599A JP 2000337834 A JP2000337834 A JP 2000337834A
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marker
measuring head
measuring
image
head
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JP11146905A
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Japanese (ja)
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Hiroaki Yoshida
博明 吉田
Hideto Fujita
日出人 藤田
Hiroshi Kano
浩 蚊野
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measuring device capable of measuring the shape of an object even if a part of markers of a measuring head is unrecognizable. SOLUTION: In the shape measuring device in which the three-dimensional shape of an object to be measured is measured by converting a point of measurement of an object to be measured picked up by the measuring head 10 in a coordinate system centering a measuring head 10 into coordinates in a world coordinate system on the basis of locational information obtained on the basis of the image of markers 14 of the measuring head 10 picked up by a stereo camera 21, corresponding markers 14 are distinguished on the basis of the arrangement of the image of the markers 14 picked by the stereo cameras 21 and 22, or corresponding markers 14 are distinguished by tracking the movement of the image of the markers 14 to obtain information on the locations of the markers 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、使用者が測定ヘッ
ドを自由に動かして被測定物の3次元的形状を測定する
形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring device for measuring a three-dimensional shape of an object by freely moving a measuring head by a user.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、スポット光またはスリット光
を被測定物に照射し、表面に観察される光像の位置から
形状を復元する能動ステレオ型の形状測定装置が知られ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an active stereo type shape measuring apparatus which irradiates spot light or slit light to an object to be measured and restores a shape from a position of an optical image observed on a surface.

【0003】能動ステレオ型の形状測定装置として、ス
リット光を回転ミラーによって走査させるものがある。
このような走査メカニズムを備えた形状測定装置では、
測定器から観察される被測定物の表面の形状を測定する
ことができるが、被測定物全体の形状を測定することが
できない。
As an active stereo shape measuring device, there is one that scans slit light with a rotating mirror.
In a shape measuring device provided with such a scanning mechanism,
Although the shape of the surface of the measured object observed from the measuring instrument can be measured, the shape of the entire measured object cannot be measured.

【0004】これに対して、被測定物全体の形状を測定
するために、回転ステージを利用し、被測定物を360
度の全周囲から観察するようにした能動ステレオ型の形
状測定装置が開発されている。しかしながら、被測定物
が複雑な形状である場合には、回転ステージを用いても
観察できない領域が存在するため、被測定物全体の形状
を測定できない。
On the other hand, in order to measure the shape of the whole object to be measured, a rotary stage is used to move the object to be measured in 360.
An active stereo shape measuring device for observing from all around the degree has been developed. However, when the object to be measured has a complicated shape, there is an area that cannot be observed even by using the rotary stage, and therefore, the shape of the entire object to be measured cannot be measured.

【0005】これに対し、測定者が測定ヘッドを把持
し、被測定物の周りで測定ヘッドを動かして測定を行う
ことにより、複雑な形状の被測定物全体の形状を測定で
きる形状測定装置が提案されている。
On the other hand, a shape measuring apparatus which can measure the entire shape of an object having a complicated shape by grasping the measuring head by the measurer and moving the measuring head around the object to perform measurement is known. Proposed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、測定ヘ
ッドの位置及び向きを測定するためには、カメラにて撮
影されたマーカの像と測定ヘッド上のマーカ位置との対
応付けを行う必要があるため、マーカの一部が2台のカ
メラの共通視野から外れたり、測定対象や測定ヘッドを
把持する測定者の手により隠れてしまったりした場合、
カメラにて撮像されたマーカの像が、測定ヘッドのどの
マーカの像であるか認識することができず、被測定物の
形状測定が出来なくなるという問題がある。
However, in order to measure the position and orientation of the measuring head, it is necessary to associate the marker image photographed by the camera with the marker position on the measuring head. If a part of the marker goes out of the common field of view of the two cameras or is hidden by the hand of the measurer holding the measurement object or the measurement head,
There is a problem that it is not possible to recognize which marker image of the measuring head is the image of the marker captured by the camera, and it becomes impossible to measure the shape of the measured object.

【0007】そこで本発明は、測定ヘッドのマーカの一
部が認識できない場合でも、対象物の形状測定を行うこ
とができる形状測定装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of measuring the shape of an object even when a part of a marker of a measuring head cannot be recognized.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の形状測定装置
は、少なくとも4個のマーカを有し、測定者によって自
由に移動せしめられる測定ヘッドと、その測定ヘッドを
用いて測定ヘッド中心の座標系における被測定物上の測
定点の座標を求める測定点座標算出定手段と、所定の位
置から測定ヘッドを撮像する測定ヘッド撮像手段と、そ
の測定ヘッド撮像手段を用いてワールド座標系での測定
ヘッドの位置に関する情報を求めるための測定ヘッド位
置算出手段と、その測定ヘッド位置算出手段によって求
められた測定ヘッドの位置に関する情報に基づいて、測
定点座標算出手段によって求められた測定ヘッド中心の
座標系における被測定物上の測定点の座標を、ワールド
座標系の座標に変換する座標変換手段とを備えた形状測
定装置であって、測定ヘッド位置算出手段が、測定ヘッ
ド撮像手段にて撮像されたマーカ像の配置に基づいて各
マーカ像に対応するマーカを識別するマーカ識別手段
と、測定ヘッド撮像手段にて撮像された各マーカ像の移
動を追跡するマーカ追跡手段と、各マーカ像のワールド
座標系での位置に基づいて測定ヘッドの位置に関する情
報を求める手段とを備えていることを特徴とする形状測
定装置。
According to the present invention, there is provided a shape measuring apparatus having at least four markers, which can be freely moved by a measurer, and a coordinate system of the center of the measuring head using the measuring head. Measurement point coordinate calculation means for obtaining the coordinates of the measurement point on the DUT, measurement head imaging means for imaging the measurement head from a predetermined position, and a measurement head in the world coordinate system using the measurement head imaging means Measuring head position calculating means for obtaining information on the position of the measuring head, and a coordinate system of the center of the measuring head obtained by the measuring point coordinate calculating means based on the information on the position of the measuring head obtained by the measuring head position calculating means. And a coordinate conversion means for converting the coordinates of the measurement point on the object to be measured into coordinates in the world coordinate system. A head position calculating unit configured to identify a marker corresponding to each marker image based on an arrangement of the marker image captured by the measurement head imaging unit; A shape measuring device comprising: marker tracking means for tracking movement; and means for obtaining information on the position of a measuring head based on the position of each marker image in a world coordinate system.

【0009】このような構成とすることにより、測定ヘ
ッドに取り付けられた複数のマーカのうち3個以上が、
測定ヘッド撮像手段にて撮像され、マーカ追跡手段にて
追跡されていれば、それらのマーカ像から測定ヘッドの
位置に関する情報が求めらる。
With this configuration, three or more of the plurality of markers attached to the measuring head are
If the image is taken by the measurement head imaging means and is tracked by the marker tracking means, information on the position of the measurement head is obtained from those marker images.

【0010】具体的には、測定ヘッド位置算出手段は、
マーカ追跡手段にて全てのマーカ像の移動が追跡できた
とき、マーカ識別手段にて各マーカ像が対応するマーカ
を識別し、マーカ追跡手段にて移動が追跡できないマー
カ像があるとき、追跡できたマーカ像が対応するマーカ
を移動前のマーカ像の識別結果に基づいて識別すること
を特徴とする。
More specifically, the measuring head position calculating means includes:
When the movement of all the marker images can be tracked by the marker tracking means, each marker image identifies the corresponding marker by the marker identification means. When there is a marker image whose movement cannot be tracked by the marker tracking means, tracking can be performed. The marker image corresponding to the moved marker image is identified based on the identification result of the marker image before the movement.

【0011】このような構成とすることにより、マーカ
像追跡手段による追跡に加え、全てのマーカが追跡でき
た場合更にマーカ識別手段によるマーカ像の識別が行わ
れる。
With such a configuration, in addition to the tracking by the marker image tracking means, when all the markers have been tracked, the marker image is further identified by the marker identification means.

【0012】また、測定ヘッド位置算出手段は、測定ヘ
ッド撮像手段にて撮像されたマーカ像の数を検出するマ
ーカ数検出手段を備え、そのマーカ数検出手段にて検出
されたマーカ像の数が測定ヘッドに取り付けられたマー
カの数と同数であるとき、マーカ識別手段にて各マーカ
像が対応するマーカを識別し、マーカ数検出手段にて検
出されたマーカ像の数が測定ヘッドに取り付けられたマ
ーカの数より少ないとき、マーカ追跡手段にて各マーカ
像が対応するマーカを識別することを特徴とする。
Further, the measuring head position calculating means includes a marker number detecting means for detecting the number of marker images picked up by the measuring head image picking up means, and the number of marker images detected by the marker number detecting means is determined. When the number of markers is the same as the number of markers attached to the measurement head, each marker image identifies the corresponding marker by the marker identification means, and the number of marker images detected by the marker number detection means is attached to the measurement head. When the number is smaller than the number of markers, each marker image identifies a corresponding marker by the marker tracking means.

【0013】このような構成とすることにより、撮像手
段にて撮像されるマーカ像の数に応じて、マーカ識別手
段及びマーカ追跡手段が選択的に使用され、マーカ像の
識別が行われる。
With such a configuration, the marker identifying means and the marker tracking means are selectively used in accordance with the number of marker images picked up by the image pickup means, and the marker images are identified.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて説明する。 [1]測定原理についての説明 図1は、本発明の一実施の形態における形状測定装置の
概略構成を示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. [1] Description of Measurement Principle FIG. 1 shows a schematic configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0015】被測定物100は、台201上に載せられ
ている。台201には、支柱202が取り付けられてい
る。支柱202の上部には、水平バー203が取り付け
られている。
The device under test 100 is placed on a table 201. The support 201 is attached to the base 201. A horizontal bar 203 is attached to an upper part of the support column 202.

【0016】形状測定装置は、測定者によって自由に移
動せしめられる測定ヘッド10と、水平バー203の両
端部に取り付けられたステレオカメラ21、22と、そ
れらの制御、各種演算等を行うパーソナルコンピュータ
からなる制御装置30とを備えている。各ステレオカメ
ラ21、22の撮像レンズには、図2に示すマーカ14
が放つ光の周波数帯を選択的に透過するバンドパスフィ
ルタ23が取り付けられている。
The shape measuring device is composed of a measuring head 10 that can be freely moved by a measurer, stereo cameras 21 and 22 attached to both ends of a horizontal bar 203, and a personal computer that controls them and performs various calculations. And a control device 30. The imaging lens of each of the stereo cameras 21 and 22 has a marker 14 shown in FIG.
A band-pass filter 23 for selectively transmitting the frequency band of light emitted by the light source is attached.

【0017】図2及び図3は、測定ヘッド10の概略構
成を示している。
FIG. 2 and FIG. 3 show a schematic configuration of the measuring head 10.

【0018】測定ヘッド10は、直方体状で前方開口の
ケーシング11と、ケーシング11内に収納された1台
のCCDカメラ12及びスリット光源13と、ケーシン
グ11の上面に設けられた6つのLED光源14a〜1
4fからなるマーカ14とを備えている。スリット光源
13としては、半導体レーザが用いられている。
The measuring head 10 has a rectangular parallelepiped casing 11 having a front opening, one CCD camera 12 and a slit light source 13 housed in the casing 11, and six LED light sources 14a provided on the upper surface of the casing 11. ~ 1
And a marker 14 made of 4f. As the slit light source 13, a semiconductor laser is used.

【0019】マーカ14を構成する6つのLED光源1
4a〜14fは、測定ヘッド10の方向を特定するため
に、点対称な配置とせず、測定ヘッド10の中心線に対
し線対称な配置となっている。ここでは、ケーシング1
1の上面にLED光源11b、11c、11d、11
e、11fの5点が長方形をなすように配置され、それ
ら5点の重心にLED光源11aが配置される。なお、
3次元空間中での測定ヘッド10の位置及び方向を測定
するためには、マーカとして少なくとも3個のLED光
源があれば十分であるが、4個以上のLED光源を用い
ることにより、測定ヘッド10の位置及び方向の測定精
度が最小2乗的に向上する。
Six LED light sources 1 constituting the marker 14
Reference numerals 4a to 14f are not point-symmetrically arranged to specify the direction of the measuring head 10, but are arranged line-symmetrically with respect to the center line of the measuring head 10. Here, the casing 1
LED light sources 11b, 11c, 11d, 11
The five points e and 11f are arranged so as to form a rectangle, and the LED light source 11a is arranged at the center of gravity of the five points. In addition,
In order to measure the position and direction of the measuring head 10 in a three-dimensional space, it is sufficient to use at least three LED light sources as markers, but by using four or more LED light sources, The accuracy of the measurement of the position and direction of is improved in a least square manner.

【0020】図4は、形状測定装置の測定原理を示して
いる。
FIG. 4 shows the measurement principle of the shape measuring device.

【0021】測定者によって自由に移動せしめられる測
定ヘッド10を用いてある測定点Aの座標を測定する。
測定された座標を測定ヘッド中心の座標系における座標
(x,y,z)で表す。この座標系は、測定ヘッド10
の移動とともに移動する座標系である。
The coordinates of a measurement point A are measured by using a measurement head 10 which can be freely moved by a measurer.
The measured coordinates are represented by coordinates (x, y, z) in the coordinate system of the center of the measuring head. This coordinate system corresponds to the measuring head 10
Is a coordinate system that moves with the movement of.

【0022】一方、被測定物100の形状は、固定した
座標系で表され、この座標系をワールド座標と呼ぶ。測
定ヘッド10によって測定された測定点のワールド座標
系における座標を(X,Y,Z)とする。被測定物10
0の形状はワールド座標系で記述する必要があるため、
測定ヘッド10によって測定された測定点Aの測定ヘッ
ド中心の座標系における座標(x,y,z)を、ワール
ド座標系に変換する。この変換は、測定ヘッド10の移
動を表す回転行列Rと並進ベクトルtとを用いて、次の
数式1に基づいて行われる。
On the other hand, the shape of the DUT 100 is represented by a fixed coordinate system, and this coordinate system is called world coordinates. The coordinates of the measurement point measured by the measurement head 10 in the world coordinate system are (X, Y, Z). DUT 10
Since the shape of 0 needs to be described in the world coordinate system,
The coordinates (x, y, z) of the measurement point A measured by the measurement head 10 in the coordinate system of the center of the measurement head are converted to the world coordinate system. This conversion is performed using the rotation matrix R representing the movement of the measuring head 10 and the translation vector t based on the following equation 1.

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】したがって、ワールド座標系における測定
ヘッド10の位置及び方向を、回転行列Rと並進ベクト
ルtとして求めることで、測定ヘッド中心の座標系にお
ける座標(x,y,z)を、ワールド座標系に変換する
ことができる。
Therefore, the position and direction of the measuring head 10 in the world coordinate system are obtained as a rotation matrix R and a translation vector t, so that the coordinates (x, y, z) of the center of the measuring head in the coordinate system can be obtained. Can be converted to

【0025】測定ヘッド10を被測定物100の周囲で
移動させながら、上記の処理を行い、その都度得られる
測定点のワールド座標系における座標(X,Y,Z)の
集合として、被測定物100の形状が記述される。
The above-described processing is performed while moving the measuring head 10 around the measured object 100, and a set of coordinates (X, Y, Z) in the world coordinate system of the measured points obtained each time is obtained as a set of the measured object. 100 shapes are described.

【0026】この形状測定装置による形状測定は、次の
ような処理手順によって実行される。
The shape measurement by this shape measuring device is executed according to the following processing procedure.

【0027】第1ステップ:測定ヘッド10を用いて、
測定ヘッド中心の座標系における被測定物上の測定点の
座標を求める。
First step: Using the measuring head 10,
The coordinates of the measurement point on the measured object in the coordinate system of the center of the measurement head are obtained.

【0028】第2ステップ:ワールド座標系での測定ヘ
ッド10の位置に関する情報、すなわち、ワールド座標
系での測定ヘッド10の移動を表す回転行列Rと並進ベ
クトルtとを、測定ヘッド10上に設けられたマーカ1
4をステレオカメラ21、22によりステレオ画像計測
することにより求める。
Second step: Information on the position of the measuring head 10 in the world coordinate system, that is, a rotation matrix R and a translation vector t representing the movement of the measuring head 10 in the world coordinate system are provided on the measuring head 10. Marker 1
4 is obtained by measuring stereo images with the stereo cameras 21 and 22.

【0029】第3ステップ:第2ステップで得られた回
転行列Rと並進ベクトルtとに基づいて、第1ステップ
で求めた測定ヘッド中心の座標系における被測定物上の
測定点の座標を、ワールド座標系の座標に変換する。
Third step: Based on the rotation matrix R and the translation vector t obtained in the second step, the coordinates of the measuring point on the object to be measured in the coordinate system of the center of the measuring head obtained in the first step are Convert to world coordinates.

【0030】以下、これら各ステップについて説明す
る。 〔2〕第1ステップについての説明 図5は、測定ヘッド10による測定点の位置測定方法を
示している。
Hereinafter, each of these steps will be described. [2] Description of First Step FIG. 5 shows a method of measuring the position of a measuring point by the measuring head 10.

【0031】測定ヘッド中心の座標系とは、CCDカメ
ラ12の光学中心を原点とし、光軸方向をz軸、CCD
カメラ12の水平方向をx軸、CCDカメラ12の垂直
方向をy軸とする座標系である。CCDカメラ12の画
像面Sは、原点から焦点距離fの位置に存在する。つま
り、画像面Sは、x−y平面に平行でかつz=fである
平面である。
The coordinate system of the center of the measuring head is such that the optical center of the CCD camera 12 is the origin, the optical axis direction is the z axis, and the CCD
This is a coordinate system in which the horizontal direction of the camera 12 is the x axis and the vertical direction of the CCD camera 12 is the y axis. The image plane S of the CCD camera 12 is located at a focal distance f from the origin. That is, the image plane S is a plane parallel to the xy plane and z = f.

【0032】測定ヘッド10による位置計測方法自体
は、光切断法と呼ばれる公知の測定方法である。被測定
物100の表面上におけるスリット光源13からのスリ
ット光が照射されている線上の所定の点を測定点Aとす
る。
The position measuring method itself by the measuring head 10 is a known measuring method called a light section method. A predetermined point on a line on the surface of the DUT 100 on which the slit light from the slit light source 13 is irradiated is defined as a measurement point A.

【0033】この測定点Aの測定ヘッド中心の座標を
(x,y,z)とし、画像面S上での測定点Aに対応す
る観察点A´の座標を(xs,ys,f)とし、スリッ
ト光を表す平面の方程式をax+by+cz+d=0と
する。観察点A´の座標(xs,ys,f)におけるf
は、CCDカメラ12の焦点距離として既知であり、
(xs,ys)は画像面で観察されるスリット光の画素
位置から求められる。
The coordinates of the center of the measuring head at the measuring point A are (x, y, z), and the coordinates of the observation point A 'corresponding to the measuring point A on the image plane S are (xs, ys, f). , And the equation of the plane representing the slit light is ax + by + cz + d = 0. F at the coordinates (xs, ys, f) of the observation point A '
Is known as the focal length of the CCD camera 12,
(Xs, ys) is obtained from the pixel position of the slit light observed on the image plane.

【0034】スリット光を表す平面の方程式は測定ヘッ
ド10の校正によって求められている。したがって、
x,y,z,αを未知数とする次の数式2で表される連
立方程式を解くことにより、(x,y,z)が求められ
る。
The equation of the plane representing the slit light is obtained by calibrating the measuring head 10. Therefore,
(x, y, z) is obtained by solving a simultaneous equation represented by the following Expression 2 with x, y, z, and α as unknowns.

【0035】[0035]

【数2】 (Equation 2)

【0036】この処理は、CCDカメラ12の出力に基
づいて、制御装置30によって行われる。 〔3〕第2ステップについての説明 図6は第2ステップの処理順序を示すフローチャートで
ある。以下に説明する一連の処理は、ステレオカメラ2
1、22の出力に基づいて、制御装置30によって行わ
れる。
This processing is performed by the control device 30 based on the output of the CCD camera 12. [3] Description of Second Step FIG. 6 is a flowchart showing the processing order of the second step. A series of processing described below is performed by the stereo camera 2
This is performed by the control device 30 on the basis of the outputs of the signals 1 and 22.

【0037】第2のステップでは、まずステレオカメラ
21、22それぞれの撮像画像について所定の閾値によ
り2値化処理が行われる。このとき、各ステレオカメラ
21、22にて撮像された画像は、バンドパスフィルタ
23を通して撮像されており、2値化することでLED
光源14a〜14fを含む複数の像が抽出される。(ス
テップS01、S02) 更に、この2値化処理により抽出された各像について、
その大きさ及び平均輝度値が算出され、その算出値が所
定の閾値より大きくなる像が抽出される。2値化処理に
より抽出された像には、通常、LED光源14a〜14
fの像以外のノイズ成分が含まれているが、それらノイ
ズ成分は、LED光源14a〜14fの像と比較して大
きさ及び輝度値が小さいため、閾値によるノイズ除去処
理により取り除かれる。(ステップS03) 次に、ノイズ除去処理によりノイズ成分が取り除かれた
残りの像(追跡対象像)について、前回取り込んだ画像
において特定された各LED光源14a〜14fの像
(追跡基準像)との対応付けを行って、追跡基準像から
追跡対象像への移動が追跡される。この追跡処理は、相
互相関法など既知の手法が用いられる。(ステップS0
4) そして、全ての追跡基準像について追跡が行えた場合、
追跡された追跡対象像の配置に基づいて、各追跡対象像
とLED光源14a〜14fとの対応付けが改めて行わ
れる。具体的には、追跡された6点の追跡対象像につい
て重心を算出し、その重心に最も近い追跡対象像をLE
D光源14aの像として識別するとともに、そのLED
光源14aの像に最も近い追跡対象像をLED光源14
bの像として識別する。そして、残りの4個の追跡対象
像については、LED光源14bの像を基準に、それぞ
れ時計回りにLED光源14c、14d、14e、14
fの像として識別される。(ステップS05、S06) そして、測定ヘッド10のLED光源14a〜14fの
うち一部がステレオカメラ21、22の共通視野外に出
ていたり、測定者の手により隠れていたりして、追跡対
象像のうち追跡が行えない、すなわち、追跡対象となる
追跡対象像が存在しない像があった場合、それ以外の追
跡基準像のうち少なくとも3個の追跡が行えていれば、
その追跡結果に基づいて、対応するLED光源の像が識
別される。 また、追跡が行えた追跡基準像が3個未満
である場合、測定ヘッド10の位置及び方向を特定する
ことができないため、処理が中止される。(ステップS
07〜S09) このようにして識別されたステレオカメラ21、22そ
れぞれにおけるLED光源14a〜14f(LED光源
14a〜14fの像全てが識別されていない場合には識
別されたもの)の像から、ステレオ法としてよく知られ
ている手法を用いて、LED光源14a〜14fのワー
ルド座標系における座標が算出される。(ステップS1
0) 次に、測定ヘッド10の移動を表す回転行列Rと並進ベ
クトルtとが求められる。つまり、予め分かっている各
LED光源14a〜14fの測定ヘッド中心の座標を
(xi,yi,zi)とする。但し、iは、LED光源
14a〜14fの像のうち識別された像の個数を最大値
とする整数である。また、ステレオカメラ21、22に
よって測定された各LED光源14a〜14fのワール
ド座標系における座標を(Xi,Yi,Zi)とする。
測定ヘッド10の移動を表す回転行列Rと並進ベクトル
tは、次の数式3を満足する行列Rとベクトルtとして
求められる。この回転行列Rと並進ベクトルtの演算
は、制御装置30によって行われる。(ステップS1
1)
In the second step, first, binarization processing is performed on the captured images of the stereo cameras 21 and 22 using a predetermined threshold. At this time, the images captured by the stereo cameras 21 and 22 are captured through the band-pass filter 23, and are binarized to obtain the LED.
A plurality of images including the light sources 14a to 14f are extracted. (Steps S01 and S02) Further, for each image extracted by this binarization processing,
The size and average luminance value are calculated, and an image whose calculated value is larger than a predetermined threshold is extracted. The images extracted by the binarization processing usually include LED light sources 14a to 14
Although noise components other than the image of f are included, those noise components are removed by noise removal processing using a threshold value because the noise components are smaller in size and luminance value than the images of the LED light sources 14a to 14f. (Step S03) Next, the remaining image (tracking target image) from which noise components have been removed by the noise removal processing is compared with the images (tracking reference images) of the LED light sources 14a to 14f specified in the previously captured image. By associating, the movement from the tracking reference image to the tracking target image is tracked. For this tracking processing, a known method such as a cross-correlation method is used. (Step S0
4) Then, when tracking is performed for all tracking reference images,
Each of the tracking target images and the LED light sources 14a to 14f are associated again based on the arrangement of the tracked tracking target images. Specifically, the center of gravity is calculated for the six tracked tracking target images, and the tracking target image closest to the center of gravity is LE.
The D light source 14a is identified as an image and its LED
The tracking target image closest to the image of the light source 14a is
b. Then, with respect to the remaining four tracking target images, the LED light sources 14c, 14d, 14e, and 14 are clockwise each based on the image of the LED light source 14b.
identified as an image of f. (Steps S05 and S06) Then, a part of the LED light sources 14a to 14f of the measuring head 10 is out of the common field of view of the stereo cameras 21 and 22, or is hidden by the measurer's hand, and the tracking target image is obtained. If the tracking cannot be performed, that is, if there is an image for which no tracking target image exists, if at least three of the other tracking reference images can be tracked,
Based on the tracking result, an image of the corresponding LED light source is identified. If the number of tracking reference images for which tracking has been performed is less than three, the position and direction of the measuring head 10 cannot be specified, and the process is stopped. (Step S
07 to S09) From the images of the LED light sources 14a to 14f (if not all of the images of the LED light sources 14a to 14f are identified) in each of the stereo cameras 21 and 22 identified in this way, a stereo image is obtained. The coordinates of the LED light sources 14a to 14f in the world coordinate system are calculated using a well-known technique. (Step S1
0) Next, a rotation matrix R representing the movement of the measuring head 10 and a translation vector t are obtained. That is, the coordinates of the center of the measurement head of each of the LED light sources 14a to 14f that are known in advance are (xi, yi, zi). Here, i is an integer whose maximum value is the number of identified images among the images of the LED light sources 14a to 14f. The coordinates of the LED light sources 14a to 14f measured by the stereo cameras 21 and 22 in the world coordinate system are defined as (Xi, Yi, Zi).
A rotation matrix R and a translation vector t representing the movement of the measuring head 10 are obtained as a matrix R and a vector t satisfying the following Expression 3. The calculation of the rotation matrix R and the translation vector t is performed by the control device 30. (Step S1
1)

【0038】[0038]

【数3】 (Equation 3)

【0039】〔4〕第3ステップについての説明 第2ステップで求められた回転行列Rと並進ベクトルt
と、前記数1とを用いて、測定ヘッド10によって測定
された測定点の測定ヘッド中心の座標(x,y,z)
が、ワールド座標(X,Y,Z)に変換されることによ
り、測定点のワールド座標系における座標が求められ
る。この座標変換は、制御装置30によって行われる。
[4] Description of Third Step Rotation matrix R and translation vector t obtained in the second step
And coordinates (x, y, z) of the center of the measurement point at the measurement point measured by the measurement head 10 using the above equation (1).
Is converted into world coordinates (X, Y, Z), whereby the coordinates of the measurement point in the world coordinate system are obtained. This coordinate conversion is performed by the control device 30.

【0040】このように本実施の形態によれば、測定ヘ
ッド10のLED光源14a〜14fの像のうち全てが
認識できない場合でも、被測定物の測定を行うことがで
きるため、測定ヘッドの把持の仕方や測定位置によって
生じる測定ミスが低減され、信頼性の高い形状測定を行
うことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, even when all of the images of the LED light sources 14a to 14f of the measuring head 10 cannot be recognized, the measurement of the object to be measured can be performed. The measurement error caused by the method and the measurement position is reduced, and a highly reliable shape measurement can be performed.

【0041】また、全ての追跡基準像について追跡が行
えた場合には、再度追跡された追跡対象像の配置に基づ
いてLED光源14a〜14fとの対応付けを行い、ま
た、全て追跡できなかった場合でも、追跡できた最大数
の追跡対象像を用いて測定ヘッドのワールド座標系にお
ける位置が求められるため、ステレオカメラ21、22
の撮像状態に応じて、できるだけ精度の高い測定を行う
ことが可能となる。
When all the tracking reference images can be tracked, the tracking reference images are again associated with the LED light sources 14a to 14f based on the arrangement of the tracked target images. Even in this case, since the position of the measuring head in the world coordinate system is obtained using the maximum number of tracking target images that can be tracked, the stereo cameras 21 and 22 are used.
It is possible to perform measurement with as high accuracy as possible in accordance with the imaging state of.

【0042】なお、測定ヘッド10としては、能動的な
ステレオ計測方法によって被測定物上の測定点の位置を
測定するものであれば、上述した実施の形態と異なるも
のであってもよい。例えば、スリット光源13の代わり
にスポット光源を用いてもよい。また、2台のCCDカ
メラによって測定点の位置(測定ヘッド中心の座標)を
測定するようにしてもよい。
The measuring head 10 may be different from the above-described embodiment as long as it measures the position of the measuring point on the object to be measured by an active stereo measuring method. For example, a spot light source may be used instead of the slit light source 13. Alternatively, the position of the measurement point (the coordinates of the center of the measurement head) may be measured by two CCD cameras.

【0043】マーカ14としては、LED光源14a〜
14fに限定されることなく、ステレオカメラにて抽出
可能なものであればよい。例えば、LED光源14a〜
14fの代わりに反射率の高いシールを用いてもよい。
また、マーカ14の個数は、4個以上であればよい。
As the marker 14, the LED light sources 14a to 14a
It is not limited to 14f but may be any that can be extracted by a stereo camera. For example, LED light sources 14a-
A seal having a high reflectance may be used instead of 14f.
The number of the markers 14 may be four or more.

【0044】上記実施の形態においては、追跡処理を行
った結果、全ての追跡基準像から追跡が行えた場合、追
跡された追跡対象像の配置に基づいて再度LED光源1
4a〜14fとの対応付けを行うように構成したが、追
跡対象像の数をカウントした後、そのカウント値に基づ
いて、追跡対象像とLED光源14a〜14fとの対応
付けを行うように構成してもよい。この場合、カウント
値が測定ヘッド10のLED光源14a〜14fの数と
一致していれば、各追跡対象像の配置に基づいてLED
光源14a〜14fとの対応付けが行われ、また、カウ
ント値が測定ヘッド10のLED光源14a〜14fの
数を下回っていれば、追跡処理にてLED光源14a〜
14fとの対応付けが行われて、LED光源14a〜1
4fの像が識別される。なお、カウント値が、3未満で
あれば、測定不能として処理が中止される。
In the above-described embodiment, when the tracking process is performed, if the tracking can be performed from all the tracking reference images, the LED light source 1 is returned based on the arrangement of the tracked tracking target images.
4a to 14f are configured to be associated with each other. After counting the number of tracking target images, the configuration is such that the tracking target images are associated with the LED light sources 14a to 14f based on the count value. May be. In this case, if the count value matches the number of the LED light sources 14a to 14f of the measurement head 10, the LED is determined based on the arrangement of each tracking target image.
If the count value is less than the number of the LED light sources 14a to 14f of the measurement head 10, the LED light sources 14a to 14f are tracked.
14f and the LED light sources 14a to 14a
The 4f image is identified. If the count value is less than 3, the measurement is stopped and the process is stopped.

【0045】この場合、配置に基づく認識処理が可能な
ときは、追跡処理と比較して精度よく追跡対象像とLE
D光源14a〜14fとの対応付けが行える認識処理を
用い、その認識処理が可能でないときは追跡処理を用い
るよう構成しているため、追跡処理と認識処理が重複せ
ず、処理を高速化することが可能となる。
In this case, when the recognition process based on the arrangement is possible, the tracking target image and the LE are more accurately compared with the tracking process.
Since recognition processing capable of associating with the D light sources 14a to 14f is used, and tracking processing is used when the recognition processing is not possible, tracking processing and recognition processing do not overlap, and processing is speeded up. It becomes possible.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、測定ヘッドのマーカ像
のうち一部が認識できない場合でも、被測定物の測定を
行うことができるため、測定ヘッドの把持の仕方や測定
位置によって生じる測定ミスが低減され、信頼性の高い
形状測定を行うことが可能となる。
According to the present invention, an object to be measured can be measured even when a part of the marker image of the measuring head cannot be recognized. Mistakes are reduced, and highly reliable shape measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態における形状測定装置
の構成を表す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a shape measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 測定ヘッドの構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a configuration of a measuring head.

【図3】 測定ヘッドの構成を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a measuring head.

【図4】 測定原理を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a measurement principle.

【図5】 測定ヘッドによる測定点の位置測定方法を説
明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a method of measuring a position of a measurement point by a measurement head.

【図6】 第2ステップの処理順序を示すフローチャー
トである。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing order of a second step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 :測定ヘッド 12 :CCDカメラ 13 :スリット光源 14 :マーカ 21 :ステレオカメラ 22 :ステレオカメラ 10: Measuring head 12: CCD camera 13: Slit light source 14: Marker 21: Stereo camera 22: Stereo camera

フロントページの続き (72)発明者 蚊野 浩 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA04 AA53 BB29 DD03 DD04 FF05 GG06 GG16 HH05 JJ03 JJ26 LL22 PP04 QQ04 QQ21 QQ32 QQ34 5B047 AA07 BA02 BB06 5B057 AA20 BA02 BA19 BA23 CA20 CD01 DA07 DB02 Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Kamosono 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka F-term (reference) 2F065 AA04 AA53 BB29 DD03 DD04 FF05 GG06 GG16 HH05 JJ03 JJ26 LL22 PP04 QQ04 QQ21 QQ32 QQ34 5B047 AA07 BA02 BB06 5B057 AA20 BA02 BA19 BA23 CA20 CD01 DA07 DB02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも4個のマーカを有し、測定者
によって自由に移動せしめられる測定ヘッドと、該測定
ヘッドを用いて測定ヘッド中心の座標系における被測定
物上の測定点の座標を求める測定点座標算出定手段と、
所定の位置から前記測定ヘッドを撮像する測定ヘッド撮
像手段と、該測定ヘッド撮像手段を用いてワールド座標
系での測定ヘッドの位置に関する情報を求める測定ヘッ
ド位置算出手段と、該測定ヘッド位置算出手段によって
求められた前記測定ヘッドの位置に関する情報に基づい
て、前記測定点座標算出手段によって求められた測定ヘ
ッド中心の座標系における前記被測定物上の測定点の座
標を、ワールド座標系の座標に変換する座標変換手段と
を備えた形状測定装置であって、 前記測定ヘッド位置算出手段が、前記測定ヘッド撮像手
段にて撮像されたマーカ像の配置に基づいて各マーカ像
に対応するマーカを識別するマーカ識別手段と、前記測
定ヘッド撮像手段にて撮像された各マーカ像の移動を追
跡するマーカ追跡手段と、各マーカ像のワールド座標系
での位置に基づいて測定ヘッドの位置に関する情報を求
める手段とを備えていることを特徴とする形状測定装
置。
1. A measuring head having at least four markers and freely moved by a measurer, and using the measuring head, a coordinate of a measuring point on an object to be measured in a coordinate system of a center of the measuring head is determined. Measuring point coordinate calculating means,
Measuring head imaging means for imaging the measuring head from a predetermined position; measuring head position calculating means for obtaining information on the position of the measuring head in a world coordinate system using the measuring head imaging means; and measuring head position calculating means Based on the information on the position of the measuring head obtained by the above, the coordinates of the measuring point on the object to be measured in the coordinate system of the measuring head center obtained by the measuring point coordinate calculating means are converted into the coordinates of the world coordinate system. A shape measuring device comprising: a coordinate conversion unit configured to perform conversion; wherein the measurement head position calculation unit identifies a marker corresponding to each marker image based on an arrangement of the marker image captured by the measurement head imaging unit. Marker identifying means for performing tracking, marker tracking means for tracking movement of each marker image picked up by the measuring head imaging means, Means for obtaining information on the position of the measuring head based on the position in the world coordinate system.
【請求項2】 前記測定ヘッド位置算出手段は、前記マ
ーカ追跡手段にて全てのマーカ像の移動が追跡できたと
き、前記マーカ識別手段にて各マーカ像が対応するマー
カを識別し、前記マーカ追跡手段にて移動が追跡できな
いマーカ像があるとき、追跡できたマーカ像が対応する
マーカを移動前のマーカ像の識別結果に基づいて識別す
ることを特徴とする請求項1記載の形状測定装置。
2. The measuring head position calculating means, when the movement of all the marker images can be tracked by the marker tracking means, identifies the marker corresponding to each marker image by the marker identifying means, 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein when there is a marker image whose movement cannot be tracked by the tracking means, the marker image that has been tracked identifies the corresponding marker based on the identification result of the marker image before movement. .
【請求項3】 前記測定ヘッド位置算出手段は、前記測
定ヘッド撮像手段にて撮像されたマーカ像の数を検出す
るマーカ数検出手段を備え、該マーカ数検出手段にて検
出されたマーカ像の数が測定ヘッドに取り付けられたマ
ーカの数と同数であるとき、前記マーカ識別手段にて各
マーカ像が対応するマーカを識別し、前記マーカ数検出
手段にて検出されたマーカ像の数が測定ヘッドに取り付
けられたマーカの数より少ないとき、前記マーカ追跡手
段にて各マーカ像が対応するマーカを識別することを特
徴とする請求項1記載の形状測定装置。
3. The measuring head position calculating means includes a marker number detecting means for detecting the number of marker images picked up by the measuring head image picking up means. When the number is the same as the number of markers attached to the measurement head, each marker image identifies a corresponding marker by the marker identification means, and the number of marker images detected by the marker number detection means is measured. 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein when the number of markers is smaller than the number of markers attached to the head, each marker image identifies a corresponding marker by the marker tracking means.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004044522A1 (en) * 2002-11-14 2004-05-27 Technodream21, Inc. Three-dimensional shape measuring method and its device
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