JP2002131031A - Method and device for measuring three-dimensional shape - Google Patents
Method and device for measuring three-dimensional shapeInfo
- Publication number
- JP2002131031A JP2002131031A JP2000329387A JP2000329387A JP2002131031A JP 2002131031 A JP2002131031 A JP 2002131031A JP 2000329387 A JP2000329387 A JP 2000329387A JP 2000329387 A JP2000329387 A JP 2000329387A JP 2002131031 A JP2002131031 A JP 2002131031A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- exposure
- dimensional shape
- pattern
- slit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットによる物
体把持のための形状認識や凹凸の検出によって表面欠陥
の自動検査等に用いられ、物体の三次元形状の計測を行
う三次元形状計測方法および三次元形状計測装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring method for measuring a three-dimensional shape of an object, which is used for automatic inspection of surface defects by shape recognition for detecting an object by a robot and detection of irregularities, and the like. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、非接触で物体の三次元形状の
計測を行う三次元形状計測方法は、種々提案されてお
り、代表的な計測方法としては、例えばＣＣＤ（Charge
CoupledDevice）カメラ等を用い、三角測量の原理に基
づいて三次元形状を計測する空間コード化パターン光投
影法がある。空間コード化パターン光投影法は、位相や
ピッチの異なる複数のパターンを投影して空間をコード
化することにより、画像上の空間コードとその画像位置
との対応関係から三角測量の原理によって、該当位置の
三次元データを取得するものである。2. Description of the Related Art Hitherto, various three-dimensional shape measuring methods for measuring a three-dimensional shape of an object in a non-contact manner have been proposed, and a typical measuring method is, for example, a CCD (Charge).
There is a spatially coded pattern light projection method that measures a three-dimensional shape based on the principle of triangulation using a camera or the like. The spatially coded pattern light projection method is based on the principle of triangulation by projecting a plurality of patterns with different phases and pitches and coding the space. This is to acquire three-dimensional data of the position.
【０００３】ここで、図１１は従来の空間コード化パタ
ーン光投影法による三次元形状の計測例であって、
（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はマスクパタ
ーンを示す説明図である。図１１に示すように、従来の
空間コード化パターン光投影法によれば、光源１０１か
ら発せられた光は、マスクパターン１０２のパターン越
しに投影され、光の当たる領域と当たらない領域に基づ
いて計測対象空間をコード化する。詳細には、図１１
（ｃ）に示すように、本例は３種類のマスクパターンに
よって計測空間をコード化した例であって、マスクパタ
ーン１０２として３種類のパターンが用意されている。
そして、パターン光を順番に計測対象物体に投影するこ
とにより、それぞれのマスクパターン１０２について光
源１０１の光が当たったか否かを判定することで、計測
対象空間を３ビットにコード化するものである。FIG. 11 shows an example of measurement of a three-dimensional shape by a conventional spatially coded pattern light projection method.
(A) is a side view, (b) is a plan view, and (c) is an explanatory view showing a mask pattern. As shown in FIG. 11, according to the conventional space coded pattern light projection method, the light emitted from the light source 101 is projected through the pattern of the mask pattern 102, and the light is projected on the basis of the area where the light hits and the area where the light does not hit. Code the space to be measured. For details, see FIG.
As shown in (c), this example is an example in which the measurement space is coded by three types of mask patterns, and three types of patterns are prepared as the mask pattern 102.
Then, by projecting the pattern light onto the measurement target object in order, it is determined whether or not the light of the light source 101 has hit each mask pattern 102, thereby coding the measurement target space into 3 bits. .
【０００４】ここで、光源１０１の光が当たったか否か
の判定方法について以下に説明する。カメラ１０３は、
まず、マスクパターン１０２がない状態で光源１０１か
ら光を投影した際の輝度画像を第１メモリ（図示せず）
に書き込む。次に、図１１（ｃ）に示すマスクパターン
１０２（マスクＡ）のパターンを投影した際の画像を第
２メモリ（図示せず）に書き込む。その後、第１メモリ
と第２メモリの各画素の差を２値化手段（図示せず）に
おいて２値化することにより、各画素について光源１０
１からの光が当たっているか否かを判断し、例えば光の
当たっている画素には“１”、そうでない画素には
“０”の値を当てはめ、画像メモリ（図示せず）の最上
位ビットに書き込みを行う。Here, a method of determining whether or not light from the light source 101 has hit will be described below. The camera 103
First, a luminance image when light is projected from the light source 101 without the mask pattern 102 is stored in a first memory (not shown).
Write to. Next, an image when the pattern of the mask pattern 102 (mask A) shown in FIG. 11C is projected is written in a second memory (not shown). Thereafter, the difference between each pixel of the first memory and the second memory is binarized by a binarizing means (not shown), so that the light source 10
It is determined whether or not light from 1 is illuminated. For example, a value of “1” is assigned to a pixel illuminated and a value of “0” is assigned to a pixel not illuminated, and the highest level of an image memory (not shown) is applied. Write to a bit.
【０００５】そして、図１１（ｃ）に示すマスクパター
ン１０２（マスクＢ，Ｃ）についても同様の２値化処理
を行い、その結果を画像メモリの対応するビットに順次
書き込む。その結果、図１１（ａ）に示す例では計測対
象空間は「０００」から「１１１」までの８つの領域に
コード化される。ただし、「０００」の空間はオクルー
ジョンにより光源の光が当たらない領域と区別がつかな
いため、距離計測が行えるのは「００１」から「１１
１」の空間についてである。そして、それぞれのコード
は光源１０１からの方向（角度）に対応することにな
る。Then, the same binarization processing is performed on the mask pattern 102 (masks B and C) shown in FIG. 11C, and the result is sequentially written into corresponding bits of the image memory. As a result, in the example shown in FIG. 11A, the measurement target space is coded into eight regions from “000” to “111”. However, since the space of “000” cannot be distinguished from the area where the light of the light source does not hit due to occlusion, distance measurement can be performed from “001” to “11”.
1 ”. Each code corresponds to the direction (angle) from the light source 101.
【０００６】その後、画像メモリに記憶されているコー
ド（光源からの方向）を、各画素の画像上の座標値（カ
メラ１０３の光学中心からみた方向）、および、光源１
０１とカメラ１０３との位置関係を用いて、三角測量の
原理によって三次元座標に変換し、三次元座標値として
出力する。Thereafter, the code (direction from the light source) stored in the image memory is converted into the coordinate value of each pixel on the image (direction viewed from the optical center of the camera 103) and the light source 1
Using the positional relationship between the camera 01 and the camera 103, the data is converted into three-dimensional coordinates according to the principle of triangulation and output as three-dimensional coordinate values.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うな空間コード化パターン光投影法によれば、計測対象
空間をコード化するために、複数回のパターン光投影と
撮像とを行う必要がある。したがって、このような空間
コード化パターン光投影法では、マスクパターン枚数に
比例して取り込み時間が多くかかってしまうという問題
がある。According to the space coded pattern light projection method as described above, it is necessary to perform pattern light projection and imaging a plurality of times in order to code the space to be measured. . Therefore, in such a spatially coded pattern light projection method, there is a problem that a long capturing time is required in proportion to the number of mask patterns.
【０００８】また、前述したような空間コード化パター
ン光投影法によれば、単純に各マスクパターンを切り替
えて同時露光した場合、実際の取り込み画像上では、ど
のマスクパターンによって照射されたかを判別すること
は困難であった。例えば、図１２に示すように、露光総
量“２”は、ＡＢ，ＡＣ，ＣＢの３パターンで出現し、
濃度的にはそれぞれを区別できない。Further, according to the spatially coded pattern light projection method as described above, when each mask pattern is simply switched and subjected to simultaneous exposure, it is determined which mask pattern has been irradiated on the actual captured image. It was difficult. For example, as shown in FIG. 12, the total exposure “2” appears in three patterns of AB, AC, and CB.
Each cannot be distinguished in terms of concentration.
【０００９】なお、特開平10-170239号公報では、マス
クパターン毎に光源の波長を変えて同時露光を行うよう
にした装置が提案されているが、特開平10-170239号公
報に記載された装置によれば取り込み用のカメラが波長
毎に必要となり、装置構成が大規模になってしまうとい
う問題がある。Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-170239 proposes an apparatus for performing simultaneous exposure by changing the wavelength of a light source for each mask pattern. According to the apparatus, a camera for capturing is required for each wavelength, and there is a problem that the apparatus configuration becomes large-scale.
【００１０】さらに、空間コード化パターン光投影法に
おいて通常使用されるカメラはＮＴＳＣ規格において３
０（フレーム／秒）であることから、例えば８種のパタ
ーンを順次投影する場合には空間コードを４回取得する
ことはできない。[0010] Furthermore, cameras commonly used in spatially coded pattern light projection are based on the NTSC standard.
Since it is 0 (frames / second), it is not possible to acquire a space code four times when, for example, eight patterns are sequentially projected.
【００１１】つまり、従来の空間コード化パターン光投
影法でロボットによる物体把持のための形状認識を行う
場合には、フィードバック時間が大きく、実用にならな
い。また、微小な凹凸を広範囲にわたって検出すること
によって表面欠陥の自動検査を行う場合にも、従来の空
間コード化パターン光投影法では複数の三次元データを
取りこむ必要があるために取り込み時間が多くかかって
しまい、実用にならない。That is, in the case of performing shape recognition for grasping an object by a robot using the conventional space-coded pattern light projection method, the feedback time is long, which is not practical. Also, when performing automatic inspection for surface defects by detecting microscopic irregularities over a wide range, the conventional spatially coded pattern light projection method requires a large amount of acquisition time because it is necessary to acquire multiple 3D data. It is not practical.
【００１２】本発明の目的は、計測対象空間内の物体の
三次元形状を計測する際の画像入力時間の短縮を図るこ
とである。An object of the present invention is to reduce an image input time when measuring a three-dimensional shape of an object in a measurement target space.
【００１３】本発明の目的は、計測対象空間内の物体の
反射率分布の影響による誤認識を低減することである。An object of the present invention is to reduce erroneous recognition due to the influence of the reflectance distribution of an object in a measurement target space.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の三
次元形状計測方法は、位相や周期の異なる複数のスリッ
ト光を順次照射して計測対象空間を複数の領域に空間コ
ード化し、その計測対象空間内の物体の三次元形状の計
測を行う三次元形状計測方法において、二次元カメラの
１フレーム露光時間中における各スリット光をそれぞれ
異なる露光量で前記物体にそれぞれ投影する工程と、前
記物体にそれぞれ投影された前記各スリット光の露光パ
ターンを多値画像として取り込む工程と、前記各スリッ
ト光毎に露光量が異なることにより発生する前記領域毎
の露光総量の差を空間コードに変換処理する工程と、を
含む。According to a first aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional shape measuring method, wherein a plurality of slit lights having different phases and periods are sequentially irradiated to spatially code a measurement target space into a plurality of regions. In a three-dimensional shape measurement method for measuring a three-dimensional shape of an object in a measurement target space, a step of projecting each slit light during a one-frame exposure time of a two-dimensional camera onto the object with a different exposure amount, Capturing the exposure pattern of each of the slit lights projected onto the object as a multi-valued image, and converting the difference in the total exposure amount of each region caused by the different exposure amount of each slit light into a space code Performing the steps.
【００１５】したがって、各露光パターン毎の露光量が
変化することから各領域毎にどの露光パターンが照射さ
れたかを検出することが可能になる。これにより、従来
複数回に分けて入力していた空間コードを１回で入力す
ることが可能になるので、画像入力時間の短縮を図るこ
とが可能になる。Therefore, since the exposure amount changes for each exposure pattern, it is possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each region. This makes it possible to input a space code, which has been conventionally input in a plurality of times, in a single operation, thereby shortening the image input time.
【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の三
次元形状計測方法において、前記各スリット光の露光時
間を２の累乗の比で制御することで前記各スリット光の
露光量をそれぞれ異なるようにした。According to a second aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the first aspect, the exposure time of each slit light is controlled by controlling the exposure time of each slit light by a ratio of a power of two. Made different.
【００１７】したがって、単純な構成で空間コード画像
を生成することが可能になる。Therefore, it is possible to generate a space code image with a simple configuration.
【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の三
次元形状計測方法において、前記各スリット光の露光時
間を互いに素な自然数を対数化した量で制御することで
前記各スリット光の露光量をそれぞれ異なるようにし
た。According to a third aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the first aspect, the exposure time of each of the slit lights is controlled by a logarithm of a disjoint natural number. The exposure was varied.
【００１９】したがって、請求項2記載の発明に比べ、
各パターン毎の実際の露光量比を小さくすることが可能
になるので、より多くのパターン投影が可能になり、精
緻な空間コード画像を生成することが可能になる。Therefore, compared to the invention described in claim 2,
Since the actual exposure ratio for each pattern can be reduced, more patterns can be projected, and a fine spatial code image can be generated.
【００２０】請求項４記載の発明の三次元形状計測方法
は、光を照射して計測対象空間を複数の領域に空間コー
ド化し、その計測対象空間内の物体の三次元形状の計測
を行う三次元形状計測方法において、照射光量分布を空
間コード化した光を前記物体にそれぞれ投影する工程
と、前記物体にそれぞれ投影された露光パターンを多値
画像として取り込む工程と、前記領域毎の露光総量の差
を空間コードに変換処理する工程と、を含む。According to a third aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional shape measuring method for irradiating light to spatially code a measurement target space into a plurality of regions, and measuring a three-dimensional shape of an object in the measurement target space. In the original shape measurement method, the step of projecting the spatially coded light of the irradiation light amount distribution onto the object, the step of capturing the exposure pattern projected on the object as a multi-valued image, and the total exposure amount for each region Converting the difference into a spatial code.
【００２１】したがって、各露光パターン毎の露光量が
変化することから各領域毎にどの露光パターンが照射さ
れたかを検出することが可能になる。これにより、従来
複数回に分けて入力していた空間コードを１回で入力す
ることが可能になるので、単純な構成で画像入力時間の
短縮を図ることが可能になる。Therefore, since the amount of exposure for each exposure pattern changes, it is possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each region. This makes it possible to input a space code which has been input in a plurality of times in the past, so that the image input time can be reduced with a simple configuration.
【００２２】請求項５記載の発明は、請求項２または４
記載の三次元形状計測方法において、最も露光量の少な
い前記スリット光を前記各領域に照射した場合の反射光
量に基づいて前記領域毎の露光総量を補正する。The invention described in claim 5 is the invention according to claim 2 or 4
In the three-dimensional shape measurement method described above, the total exposure amount for each area is corrected based on the amount of reflected light when each of the areas is irradiated with the slit light having the least amount of exposure.
【００２３】したがって、計測対象空間内の物体の反射
率分布の影響による誤認識を低減することが可能にな
る。Therefore, it is possible to reduce erroneous recognition due to the influence of the reflectance distribution of the object in the measurement target space.
【００２４】請求項６記載の発明は、請求項３記載の三
次元形状計測方法において、前記各領域に最も露光量の
少ない前記スリット光を照射してその濃度変化量に基づ
く正規化定数を前記各領域毎に算出し、その前記各領域
毎の正規化定数に基づいて前記各スリット光の反射光量
分布を補正する。According to a sixth aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the third aspect, each of the regions is irradiated with the slit light having the least exposure amount, and the normalization constant based on the density change amount is set. Calculation is performed for each area, and the distribution of the reflected light amount of each slit light is corrected based on the normalization constant for each area.
【００２５】したがって、計測対象空間内の物体の反射
率分布の影響による誤認識を低減することが可能にな
る。Therefore, it is possible to reduce erroneous recognition due to the influence of the reflectance distribution of the object in the measurement target space.
【００２６】請求項７記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれか一記載の三次元形状計測方法において、二次
元カメラの１フレーム露光時間中における各スリット光
をそれぞれ異なる露光量で前記物体にそれぞれ投影する
工程と、前記物体にそれぞれ投影された前記各スリット
光の露光パターンを多値画像として取り込む工程と、を
複数回繰り返す。The invention according to claim 7 is the invention according to claims 1 to 3
In the three-dimensional shape measurement method according to any one of, a step of projecting each slit light in the one-frame exposure time of the two-dimensional camera to the object with a different exposure amount, respectively, and each of the each projected on the object The step of capturing the exposure pattern of the slit light as a multivalued image is repeated a plurality of times.
【００２７】したがって、１回の投影ではカメラや入力
系のＳ／Ｎから検出の難しいような多階調であっても、
高精度な空間コードをより高速に入力することが可能に
なる。Therefore, even if the number of gradations is such that it is difficult to detect from the S / N of the camera and the input system in one projection,
It becomes possible to input a high-precision spatial code at a higher speed.
【００２８】請求項８記載の発明は、請求項４記載の三
次元形状計測方法において、照射光量分布を空間コード
化した光を前記物体にそれぞれ投影する工程と、前記物
体にそれぞれ投影された露光パターンを多値画像として
取り込む工程と、を複数回繰り返す。According to an eighth aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the fourth aspect, a step of projecting, onto the object, light obtained by spatially coding an irradiation light amount distribution; The step of capturing the pattern as a multivalued image is repeated a plurality of times.
【００２９】したがって、１回の投影ではカメラや入力
系のＳ／Ｎから検出の難しいような多階調であっても、
高精度な空間コードをより高速に入力することが可能に
なる。Therefore, even if the number of gradations is such that it is difficult to detect from the S / N of the camera and the input system in one projection,
It becomes possible to input a high-precision spatial code at a higher speed.
【００３０】請求項９記載の発明の三次元形状計測装置
は、位相や周期の異なる複数のスリット光を順次照射し
て計測対象空間を複数の領域に空間コード化し、その計
測対象空間内の物体の三次元形状の計測を行う三次元形
状計測装置において、計測対象空間内の前記物体を撮像
する二次元カメラと、この二次元カメラの１フレーム露
光時間中における各スリット光をそれぞれ異なる露光量
で前記物体にそれぞれ投影するスリット光照射手段と、
前記物体にそれぞれ投影された前記各スリット光の露光
パターンを前記二次元カメラを介して多値画像として取
り込む画像入力手段と、前記各スリット光毎に露光量が
異なることにより発生する前記領域毎の露光総量の差を
空間コードに変換処理する空間コード生成手段と、を備
える。According to a ninth aspect of the present invention, the three-dimensional shape measuring apparatus sequentially irradiates a plurality of slit lights having different phases and periods to spatially code a measurement target space into a plurality of regions, and outputs an object in the measurement target space. In the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the two-dimensional camera, a two-dimensional camera for imaging the object in the measurement target space, and each slit light during one frame exposure time of this two-dimensional camera with a different exposure amount Slit light irradiation means for projecting onto the object,
An image input unit that captures an exposure pattern of each slit light projected onto the object as a multi-valued image via the two-dimensional camera, and each region generated due to a different exposure amount for each slit light. Space code generating means for converting the difference in the total exposure amount into a space code.
【００３１】したがって、各露光パターン毎の露光量が
変化することから各領域毎にどの露光パターンが照射さ
れたかを検出することが可能になる。これにより、従来
複数回に分けて入力していた空間コードを１回で入力す
ることが可能になるので、画像入力時間の短縮を図るこ
とが可能になる。Therefore, it is possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each area since the exposure amount changes for each exposure pattern. This makes it possible to input a space code, which has been conventionally input in a plurality of times, in a single operation, thereby shortening the image input time.
【００３２】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
三次元形状計測装置において、前記各スリット光の露光
時間を２の累乗の比で制御することで前記各スリット光
の露光量をそれぞれ異なるようにした。According to a tenth aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the ninth aspect, the exposure time of each of the slit lights is controlled by controlling the exposure time of each of the slit lights at a ratio of a power of two. Made different.
【００３３】したがって、単純な構成で空間コード画像
を生成することが可能になる。Therefore, it is possible to generate a space code image with a simple configuration.
【００３４】請求項１１記載の発明は、請求項９記載の
三次元形状計測装置において、前記各スリット光の露光
時間を互いに素な自然数を対数化した量で制御すること
で前記各スリット光の露光量をそれぞれ異なるようにし
た。According to an eleventh aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the ninth aspect, the exposure time of each slit light is controlled by a logarithm of a disjoint natural number, thereby controlling the exposure time of each slit light. The exposure was varied.
【００３５】したがって、請求項１０記載の発明に比
べ、各パターン毎の実際の露光量比を小さくすることが
可能になるので、より多くのパターン投影が可能にな
り、精緻な空間コード画像を生成することが可能にな
る。Therefore, it is possible to reduce the actual exposure amount ratio for each pattern as compared with the tenth aspect of the invention, so that more patterns can be projected and a fine spatial code image can be generated. It becomes possible to do.
【００３６】請求項１２記載の発明の三次元形状計測装
置は、光を照射して計測対象空間を複数の領域に空間コ
ード化し、その計測対象空間内の物体の三次元形状の計
測を行う三次元形状計測装置において、計測対象空間内
の前記物体を撮像する二次元カメラと、照射光量分布を
空間コード化した光を前記物体にそれぞれ投影するスリ
ット光照射手段と、前記物体にそれぞれ投影された露光
パターンを前記二次元カメラを介して多値画像として取
り込む画像入力手段と、前記領域毎の露光総量の差を空
間コードに変換処理する空間コード生成手段と、を備え
る。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional shape measuring apparatus which irradiates light to spatially code a measurement target space into a plurality of regions, and measures a three-dimensional shape of an object in the measurement target space. In the original shape measuring device, a two-dimensional camera for imaging the object in the measurement target space, a slit light irradiating means for projecting the space-coded light of the irradiation light amount distribution onto the object, and the slit light irradiating means respectively projected on the object An image input unit that captures an exposure pattern as a multivalued image via the two-dimensional camera, and a space code generation unit that converts a difference in the total exposure amount for each region into a space code.
【００３７】したがって、各露光パターン毎の露光量が
変化することから各領域毎にどの露光パターンが照射さ
れたかを検出することが可能になる。これにより、従来
複数回に分けて入力していた空間コードを１回で入力す
ることが可能になるので、単純な構成で画像入力時間の
短縮を図ることが可能になる。Therefore, it is possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each region since the exposure amount changes for each exposure pattern. This makes it possible to input a space code which has been input in a plurality of times in the past, so that the image input time can be reduced with a simple configuration.
【００３８】[0038]
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図４に基づいて説明する。なお、パターン光を用
いた空間コード化の原理については前述した従来の技術
と同様であるので、その説明は省略する。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
A description will be given with reference to FIG. Note that the principle of spatial coding using pattern light is the same as in the above-described conventional technique, and a description thereof will be omitted.
【００３９】ここで、図１は三次元形状計測装置１の構
成を概略的に示すブロック図である。図１に示すよう
に、三次元形状計測装置１には、測定対象物体Ｏに対し
て光を照射する光照射手段２と、測定対象物体Ｏの上方
に配置される二次元のＣＣＤ（Charge Coupled Devic
e）カメラ３とが備えられている。なお、ＣＣＤカメラ
３の分解能は、例えば５１２×５１２画素とされてい
る。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus 1. As shown in FIG. 1, a three-dimensional shape measuring apparatus 1 includes a light irradiating unit 2 that irradiates light to an object O to be measured, and a two-dimensional CCD (Charge Coupled CCD) disposed above the object O to be measured. Devic
e) A camera 3 is provided. The resolution of the CCD camera 3 is, for example, 512 × 512 pixels.
【００４０】光照射手段２は、光源４と液晶シャッタ５
とにより構成されている。液晶シャッタ５は、液晶から
なる細いストライプ状の光シャッタ列を作成可能な構成
とされており、電気信号により各ストライプの光透過率
をオン／オフ制御することで光シャッタ列のスリット幅
を順次変化させ、所望のパターン光を作るものである。
本実施の形態の液晶シャッタ５においては、詳細は後述
するが、空間コードパターンに基づいてスリット幅が順
次変化する構成とされており、Ｎ種類のパターン光を発
生するマスクパターンを作成することが可能とされてい
る。The light irradiation means 2 includes a light source 4 and a liquid crystal shutter 5
It is composed of The liquid crystal shutter 5 is configured to be able to form a thin striped optical shutter array made of liquid crystal, and to control the light transmittance of each stripe on / off by an electric signal to sequentially set the slit width of the optical shutter array. By changing the pattern light, a desired pattern light is created.
Although the details will be described later, the liquid crystal shutter 5 of the present embodiment has a configuration in which the slit width is sequentially changed based on the space code pattern, and it is possible to create a mask pattern that generates N types of pattern light. It is possible.
【００４１】また、三次元形状計測装置１には、ＣＰＵ
（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Mem
ory），ＲＡＭ（Random Access Memory）等（いずれも
図示せず）を備え、光源４の点滅、液晶シャッタ５のパ
ターン変化、ＣＣＤカメラ３の撮像タイミング等の制御
を行う画像処理装置６が設けられている。この画像処理
装置６には、照射パターン選択手段７と、照射時間制御
手段８と、多値画像入力手段９と、ｎ値化手段１０と、
空間コード生成手段１１とが設けられている。The three-dimensional shape measuring apparatus 1 has a CPU
(Central Processing Unit), ROM (Read Only Mem)
ory), a RAM (Random Access Memory), etc. (none of which are shown), and an image processing device 6 for controlling the blinking of the light source 4, the pattern change of the liquid crystal shutter 5, the imaging timing of the CCD camera 3, and the like. ing. The image processing device 6 includes an irradiation pattern selection unit 7, an irradiation time control unit 8, a multi-value image input unit 9, an n-value conversion unit 10,
Space code generation means 11 is provided.
【００４２】照射パターン選択手段７は、液晶シャッタ
５の各ストライプの光透過率をオン／オフ制御すること
により、ＣＣＤカメラ３の1露光フレーム時間内に、光
シャッタ列のスリット幅を順次変化させてＮ種類のパタ
ーン光を発生するマスクパターンを作成する。なお、本
実施の形態においては、図２に示すように、３種類（Ｎ
＝３）のマスクパターン（Ａ，Ｂ，Ｃ）が作成される。The irradiation pattern selecting means 7 controls the light transmittance of each stripe of the liquid crystal shutter 5 on / off to sequentially change the slit width of the optical shutter row within one exposure frame time of the CCD camera 3. To create a mask pattern that generates N types of pattern light. In this embodiment, as shown in FIG. 2, three types (N
= 3) mask pattern (A, B, C) is created.
【００４３】また、照射時間制御手段８は、光源４の点
滅を制御することにより、各パターン光の照射時間（露
光量）を制御する。なお、本実施の形態においては、各
パターン光の照射時間の比は、 １：２：４ に設定されている。つまり、パターン毎の露光量は、２
の累乗（２n（ｎ＝０，１，２））に区別して設定され
る。The irradiation time control means 8 controls the irradiation time (exposure amount) of each pattern light by controlling the blinking of the light source 4. In this embodiment, the ratio of the irradiation time of each pattern light is set to 1: 2: 4. That is, the exposure amount for each pattern is 2
(2 n (n = 0, 1, 2)).
【００４４】ここに、光照射手段２と照射パターン選択
手段７と照射時間制御手段８とによって、ＣＣＤカメラ
３の１フレーム露光時間中における各スリット光をそれ
ぞれ異なる露光量で測定対象物体Ｏにそれぞれ投影する
スリット光照射手段が実現されている。Here, the light irradiating means 2, the irradiating pattern selecting means 7 and the irradiating time controlling means 8 convert each slit light during one frame exposure time of the CCD camera 3 to the object O to be measured with different exposure amounts. Slit light irradiating means for projection is realized.
【００４５】このようにしてパターン光が照射された測
定対象物体Ｏは、ＣＣＤカメラ３によって撮像される。
多値画像入力手段９は、パターン光が照射された測定対
象物体Ｏをそれぞれ撮像したＣＣＤカメラ３からのフレ
ーム出力を多値画像として入力する。The object to be measured O irradiated with the pattern light in this way is imaged by the CCD camera 3.
The multi-value image input means 9 inputs, as a multi-value image, a frame output from the CCD camera 3 that has captured the object to be measured O irradiated with the pattern light.
【００４６】ｎ値化手段１０は、多値画像入力手段９に
より入力された多値画像を濃度変化単位にビット数値化
（２パターンならば４値化、４パターンなら１６値化）
し、図示しない画像メモリ（５１２×５１２×８ビット
（＝２５６Ｋバイト））に書き込む。The n-value conversion means 10 converts the multi-valued image input by the multi-valued image input means 9 into bit numerical values in units of density change (4-value conversion for 2 patterns, 16-value conversion for 4 patterns).
Then, the data is written to an image memory (not shown) (512 × 512 × 8 bits (= 256 Kbytes)).
【００４７】つまり、多値画像入力手段９とｎ値化手段
１０とによって、画像入力手段が実現されている。That is, the multi-value image input means 9 and the n-value conversion means 10 realize an image input means.
【００４８】空間コード生成手段１１は、ｎ値化手段１
０によりビット数値化された画像について空間コードへ
の変換処理を行い、空間コード画像を生成する。The space code generating means 11 is a
An image converted into a numerical value of bits by 0 is converted into a spatial code to generate a spatial code image.
【００４９】なお、空間コード生成手段１１によって生
成された空間コード画像は、ホストコンピュータ（図示
せず）に転送され、各画素の画像上の座標値（ＣＣＤカ
メラ３の光学中心からみた方向）、および、光源４とＣ
ＣＤカメラ３との位置関係を用いて、三角測量の原理に
よって三次元座標に変換される。The space code image generated by the space code generation means 11 is transferred to a host computer (not shown), where the coordinates of each pixel on the image (direction viewed from the optical center of the CCD camera 3), And light source 4 and C
Using the positional relationship with the CD camera 3, the data is converted into three-dimensional coordinates by the principle of triangulation.
【００５０】このような構成により、三次元形状計測装
置１は、一枚のマスクパターンに対して、次の（１）〜
（３）までの処理を行う。 （１）当該マスクパターンにより形成されるパターン光
を測定対象物体Ｏに対して照射する。 （２）パターン光が照射された測定対象物体ＯをＣＣＤ
カメラ３で撮像し、入力画像を濃度変化単位にビット数
値化（２パターンならば４値化、４パターンなら１６値
化）する。 （３）ビット数値化された画像を順次画像メモリの最上
位ビットに書き込む。With such a configuration, the three-dimensional shape measuring apparatus 1 performs the following (1) to (1) for one mask pattern.
The processing up to (3) is performed. (1) The pattern light formed by the mask pattern is irradiated on the measurement object O. (2) CCD for measuring object O irradiated with pattern light
An image is picked up by the camera 3 and the input image is digitized into bits in units of density change (quadratic in case of two patterns, hexadecimal in case of four patterns). (3) Write the digitized images sequentially into the most significant bit of the image memory.
【００５１】これら（１）〜（３）の処理は、Ｎ種類
（本実施の形態では、３種類）のマスクパターンに対し
て繰り返され、計測対象空間は８つの領域にコード化さ
れる。ここで、図３はパターン毎の露光量が２の累乗の
場合の露光総量分布の一例を示すグラフである。図３に
示すように、パターン毎の露光量を２の累乗（２n（ｎ
＝０，１，２））に区別して設定した場合には、露光総
量が領域毎に異なることになるので、各領域を区別する
ことが可能になっている。These processes (1) to (3) are repeated for N types (three types in the present embodiment) of the mask pattern, and the measurement target space is coded into eight regions. Here, FIG. 3 is a graph showing an example of the total exposure amount distribution when the exposure amount for each pattern is a power of two. As shown in FIG. 3, the exposure amount for each pattern is raised to a power of 2 (2 n (n
= 0, 1, 2)), the total exposure amount differs for each region, so that each region can be distinguished.
【００５２】なお、本実施の形態においては、高周波パ
ターンほど露光量を小さくしたが、図４に示すように、
逆に高周波パターンほど露光量を大きくしても良い。図
４に示すように、高周波パターンほど露光量を大きくし
た場合には、隣り合う空間コードの差が大きくなるた
め、Ｓ／Ｎは上がることになる。In this embodiment, the exposure amount is reduced as the pattern becomes higher in the high-frequency pattern. However, as shown in FIG.
Conversely, the exposure amount may be increased for a high-frequency pattern. As shown in FIG. 4, when the exposure amount increases as the high-frequency pattern increases, the S / N increases because the difference between adjacent spatial codes increases.
【００５３】したがって、本実施の形態によれば、各ス
リットパターンの露光量が２の累乗（２n（ｎ＝０，
１，２））となるように制御され、露光総量の変化の最
小単位を“１”相当とすることで、各領域を区別するこ
とが可能になり、撮像画像から空間コードへの変換を確
実に行うことが可能になっている。Therefore, according to the present embodiment, the exposure amount of each slit pattern is a power of 2 (2 n (n = 0,
1, 2)), and the minimum unit of the change in the total exposure amount is set to "1", whereby each area can be distinguished, and the conversion from the captured image to the space code can be reliably performed. It is possible to do it.
【００５４】なお、本実施の形態によれば、測定対象物
体Ｏの反射率の分布によっては、空間コードを誤認識す
る場合も考えられる。そこで、このような背景濃度の変
動に対する対策として、最も露光量の少ないスリット光
を各領域に照射した場合の反射光量に基づいて領域毎の
露光総量を補正するようにしても良い。According to the present embodiment, there is a case where a space code is erroneously recognized depending on the distribution of the reflectance of the measurement object O. Therefore, as a countermeasure against such a fluctuation in the background density, the total exposure amount for each area may be corrected based on the reflected light amount when each area is irradiated with slit light having the least exposure amount.
【００５５】本発明の第二の実施の形態を図５に基づい
て説明する。なお、第一の実施の形態において説明した
部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略
する。本実施の形態の三次元形状計測装置２０は、第一
の実施の形態の三次元形状計測装置１と比べて、光照射
手段の構成と画像処理装置の構成とが異なるものであ
る。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The three-dimensional shape measuring device 20 of the present embodiment is different from the three-dimensional shape measuring device 1 of the first embodiment in the configuration of the light irradiation means and the configuration of the image processing device.
【００５６】ここで、図５は三次元形状計測装置２０の
構成を概略的に示すブロック図である。図５に示すよう
に、三次元形状計測装置２０には、測定対象物体Ｏに対
して光を照射する光照射手段２１と、測定対象物体Ｏの
上方に配置される二次元のＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice）カメラ３とが備えられている。光照射手段２１
は、複数の光源２２ａ〜２２ｎと、マスクパターン２３
ａ〜２３ｎと、光合成プリズム２４ａ〜２４ｎと、によ
り構成されており、Ｎ種類のパターン光を発生する。FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus 20. As shown in FIG. 5, the three-dimensional shape measuring apparatus 20 includes a light irradiating unit 21 that irradiates light to the measurement target object O, and a two-dimensional CCD (Charge Coupled) disposed above the measurement target object O. Dev
ice) camera 3 is provided. Light irradiation means 21
Are a plurality of light sources 22a to 22n and a mask pattern 23
a to 23n and light combining prisms 24a to 24n, and generate N kinds of pattern lights.
【００５７】本実施の形態においては、マスクパターン
２３は、３種類（Ｎ＝３）であって、図２に示したマス
クパターン（Ａ，Ｂ，Ｃ）である。したがって、光源２
２および光合成プリズム２４も、各マスクパターン２３
毎に設けられている。In the present embodiment, the mask patterns 23 are of three types (N = 3), and are the mask patterns (A, B, C) shown in FIG. Therefore, light source 2
2 and the photosynthetic prism 24
It is provided for each.
【００５８】また、三次元形状計測装置２０には、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等（いずれも図示せず）を備え、光
源２２ａ〜２２ｎの点滅、ＣＣＤカメラ３の撮像タイミ
ング等の制御を行う画像処理装置２５が設けられてい
る。この画像処理装置２５には、照射時間制御手段８
と、多値画像入力手段９と、ｎ値化手段１０と、空間コ
ード生成手段１１とが設けられている。The three-dimensional shape measuring device 20 has a CP
An image processing device 25 that includes a U, a ROM, a RAM, and the like (all not shown) and controls the blinking of the light sources 22a to 22n, the imaging timing of the CCD camera 3, and the like is provided. The image processing device 25 includes an irradiation time control unit 8.
And a multi-level image input unit 9, an n-value conversion unit 10, and a space code generation unit 11.
【００５９】照射時間制御手段８は、光源２２ａ〜２２
ｎの点滅を制御することにより、各パターン光の照射時
間（露光量）を制御する。詳細には、本実施の形態にお
いては、図２に示したマスクＡ，マスクＢ，マスクＣの
順に、対応する光源２２の照射時間の比が、 １：２：４ に設定されている。つまり、パターン毎の露光量は、２
の累乗（２n（ｎ＝０，１，２））に区別して設定され
る。The irradiation time control means 8 includes light sources 22a to 22
By controlling the blinking of n, the irradiation time (exposure amount) of each pattern light is controlled. More specifically, in the present embodiment, the ratio of the irradiation time of the corresponding light source 22 is set to 1: 2: 4 in the order of the mask A, the mask B, and the mask C shown in FIG. That is, the exposure amount for each pattern is 2
(2 n (n = 0, 1, 2)).
【００６０】ここに、光照射手段２１と照射時間制御手
段８とによって、ＣＣＤカメラ３の１フレーム露光時間
中における各スリット光をそれぞれ異なる露光量で測定
対象物体Ｏにそれぞれ投影するスリット光照射手段が実
現されている。Here, the light irradiating means 21 and the irradiation time controlling means 8 project slit light irradiating means for projecting each slit light during one frame exposure time of the CCD camera 3 onto the measuring object O with different exposure amounts. Has been realized.
【００６１】このようにしてパターン光が照射された測
定対象物体Ｏは、ＣＣＤカメラ３によって撮像される。
多値画像入力手段９は、パターン光が照射された測定対
象物体Ｏをそれぞれ撮像したＣＣＤカメラ３からのフレ
ーム出力を多値画像として入力する。The object O to be measured irradiated with the pattern light in this manner is imaged by the CCD camera 3.
The multi-value image input means 9 inputs, as a multi-value image, a frame output from the CCD camera 3 that has captured the object to be measured O irradiated with the pattern light.
【００６２】ｎ値化手段１０は、多値画像入力手段９に
より入力された多値画像を濃度変化単位にビット数値化
（２パターンならば４値化、４パターンなら１６値化）
し、画像メモリ（図示せず）に書き込む。The n-value conversion means 10 converts the multi-valued image input by the multi-valued image input means 9 into bit numerical values in units of density change (4-value conversion for 2 patterns, 16-value conversion for 4 patterns).
Then, the data is written into an image memory (not shown).
【００６３】つまり、多値画像入力手段９とｎ値化手段
１０とによって、画像入力手段が実現されている。That is, the multi-value image input means 9 and the n-value conversion means 10 realize an image input means.
【００６４】空間コード生成手段１１は、ｎ値化手段１
０によりビット数値化された画像について空間コードへ
の変換処理を行い、空間コード画像を生成する。The space code generating means 11 is an n-value converting means 1
An image converted into a numerical value of bits by 0 is converted into a spatial code to generate a spatial code image.
【００６５】なお、空間コード生成手段１１によって生
成された空間コード画像は、ホストコンピュータ（図示
せず）に転送され、各画素の画像上の座標値（ＣＣＤカ
メラ３の光学中心からみた方向）、および、光源４とＣ
ＣＤカメラ３との位置関係を用いて、三角測量の原理に
よって三次元座標に変換される。The space code image generated by the space code generation means 11 is transferred to a host computer (not shown), where the coordinates of each pixel on the image (direction viewed from the optical center of the CCD camera 3), And light source 4 and C
Using the positional relationship with the CD camera 3, the data is converted into three-dimensional coordinates by the principle of triangulation.
【００６６】このような構成により、三次元形状計測装
置２０は、一枚のマスクパターンに対して、次の（１）
〜（３）までの処理を行う。 （１）当該マスクパターンにより形成されるパターン光
を測定対象物体Ｏに対して照射する。 （２）パターン光が照射された測定対象物体ＯをＣＣＤ
カメラ３で撮像し、入力画像を濃度変化単位にビット数
値化（２パターンならば４値化、４パターンなら１６値
化）する。 （３）ビット数値化された画像を順次画像メモリの最上
位ビットに書き込む。With such a configuration, the three-dimensional shape measuring apparatus 20 performs the following (1) for one mask pattern.
To (3). (1) The pattern light formed by the mask pattern is irradiated on the measurement object O. (2) CCD for measuring object O irradiated with pattern light
An image is picked up by the camera 3 and the input image is digitized into bits in units of density change (quadratic in case of two patterns, hexadecimal in case of four patterns). (3) Write the digitized images sequentially into the most significant bit of the image memory.
【００６７】これら（１）〜（３）の処理は、Ｎ種類
（本実施の形態では、３種類）のマスクパターンに対し
て繰り返され、計測対象空間は８つの領域にコード化さ
れる。前述したように、パターン毎の露光量を２の累乗
（２n（ｎ＝０，１，２））に区別して設定した場合に
は、露光総量が領域毎に異なることになるので、各領域
を区別することが可能になっている。The processes (1) to (3) are repeated for N types (three types in the present embodiment) of the mask pattern, and the measurement target space is encoded into eight regions. As described above, when the exposure amount for each pattern is set to be a power of 2 (2 n (n = 0, 1, 2)), the total exposure amount differs for each region. It is possible to distinguish between.
【００６８】したがって、本実施の形態によれば、各ス
リットパターンの露光量が２の累乗（２n（ｎ＝０，
１，２））となるように制御され、露光総量の変化の最
小単位を“１”相当とすることで、各領域を区別するこ
とが可能になり、撮像画像から空間コードへの変換を確
実に行うことが可能になっている。Therefore, according to the present embodiment, the exposure amount of each slit pattern is a power of 2 (2 n (n = 0,
1, 2)), and the minimum unit of the change in the total exposure amount is set to "1", whereby each area can be distinguished, and the conversion from the captured image to the space code can be reliably performed. It is possible to do it.
【００６９】なお、本実施の形態によれば、測定対象物
体Ｏの反射率の分布によっては、空間コードを誤認識す
る場合も考えられる。そこで、このような背景濃度の変
動に対する対策として、最も露光量の少ないスリット光
を各領域に照射した場合の反射光量に基づいて領域毎の
露光総量を補正するようにしても良い。According to the present embodiment, a space code may be erroneously recognized depending on the distribution of the reflectance of the measurement object O. Therefore, as a countermeasure against such a fluctuation in the background density, the total exposure amount for each area may be corrected based on the reflected light amount when each area is irradiated with slit light having the least exposure amount.
【００７０】本発明の第三の実施の形態を図６ないし図
８に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態におい
て説明した部分と同一部分については同一符号を用い、
説明も省略する。本実施の形態の三次元形状計測装置３
０は、第一の実施の形態の三次元形状計測装置１と比べ
て、照射時間制御手段による各パターン光の照射時間
（露光量）の制御および画像処理装置の構成が異なるも
のである。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals,
Description is also omitted. Three-dimensional shape measuring device 3 of the present embodiment
0 is different from the three-dimensional shape measuring apparatus 1 of the first embodiment in the control of the irradiation time (exposure amount) of each pattern light by the irradiation time control means and the configuration of the image processing apparatus.
【００７１】ここで、図６は三次元形状計測装置３０の
構成を概略的に示すブロック図である。図６に示すよう
に、三次元形状計測装置３０には、測定対象物体Ｏに対
して光を照射する光照射手段２と、測定対象物体Ｏの上
方に配置される二次元のＣＣＤカメラ３とが備えられて
いる。光照射手段２は、光源４と液晶シャッタ５とによ
り構成されている。FIG. 6 is a block diagram schematically showing the configuration of the three-dimensional shape measuring device 30. As shown in FIG. 6, the three-dimensional shape measuring device 30 includes a light irradiating unit 2 that irradiates light to the measurement target object O, and a two-dimensional CCD camera 3 disposed above the measurement target object O. Is provided. The light irradiation means 2 includes a light source 4 and a liquid crystal shutter 5.
【００７２】また、三次元形状計測装置３０には、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等（いずれも図示せず）を備え、光
源４の点滅、液晶シャッタ５のパターン変化、ＣＣＤカ
メラ３の撮像タイミング等の制御を行う画像処理装置３
１が設けられている。この画像処理装置３１には、照射
パターン選択手段７と、照射時間制御手段３２と、多値
画像入力手段９と、逆対数変換手段３３と、空間コード
生成手段１１とが設けられている。The three-dimensional shape measuring device 30 has a CP
An image processing device 3 including a U, a ROM, a RAM, and the like (all not shown) for controlling the blinking of the light source 4, the pattern change of the liquid crystal shutter 5, the imaging timing of the CCD camera 3, etc.
1 is provided. The image processing apparatus 31 includes an irradiation pattern selection unit 7, an irradiation time control unit 32, a multi-value image input unit 9, an antilogarithmic conversion unit 33, and a space code generation unit 11.
【００７３】照射時間制御手段３２は、光源４の点滅を
制御することにより、各パターン光の照射時間（露光
量）を制御する。なお、本実施の形態においては、各パ
ターン光の照射時間（露光量）は、 ｌｏｇ２：ｌｏｇ３：ｌｏｇ５ のように互いに素な自然数（２，３，５）を対数化した
量の比に設定されている。The irradiation time control means 32 controls the irradiation time (exposure amount) of each pattern light by controlling the blinking of the light source 4. In the present embodiment, the irradiation time (exposure amount) of each pattern light is set to a ratio of logarithm of relatively natural numbers (2, 3, 5) such as log2: log3: log5. ing.
【００７４】ここに、光照射手段２と照射パターン選択
手段７と照射時間制御手段３２とによって、照射光量分
布を空間コード化した光を測定対象物体Ｏにそれぞれ投
影するスリット光照射手段が実現されている。Here, the light irradiating means 2, the irradiation pattern selecting means 7 and the irradiation time controlling means 32 realize slit light irradiating means for projecting, onto the object to be measured O, the spatially coded light of the irradiation light amount distribution. ing.
【００７５】このようにしてパターン光が照射された測
定対象物体Ｏは、ＣＣＤカメラ３によって撮像される。
多値画像入力手段９は、パターン光が照射された測定対
象物体Ｏをそれぞれ撮像したＣＣＤカメラ３からのフレ
ーム出力を多値画像として入力する。The object to be measured O irradiated with the pattern light in this manner is imaged by the CCD camera 3.
The multi-value image input means 9 inputs, as a multi-value image, a frame output from the CCD camera 3 that has captured the object to be measured O irradiated with the pattern light.
【００７６】逆対数変換手段３３は、多値画像入力手段
９により入力された多値画像を逆対数変換し、画像メモ
リ（図示せず）に書き込む。The inverse logarithmic conversion means 33 performs an inverse logarithmic conversion of the multi-valued image input by the multi-valued image input means 9 and writes it into an image memory (not shown).
【００７７】つまり、多値画像入力手段９と逆対数変換
手段３３とによって、画像入力手段が実現されている。That is, an image input means is realized by the multi-value image input means 9 and the antilogarithmic conversion means 33.
【００７８】空間コード生成手段１１は、逆対数変換手
段３３により逆対数変換された画像について空間コード
への変換処理を行い、空間コード画像を生成する。The space code generation means 11 performs a process of converting the image subjected to the antilogarithmic conversion by the antilogarithmic conversion means 33 into a space code, and generates a space code image.
【００７９】なお、空間コード生成手段１１によって生
成された空間コード画像は、ホストコンピュータ（図示
せず）に転送され、各画素の画像上の座標値（ＣＣＤカ
メラ３の光学中心からみた方向）、および、光源４とＣ
ＣＤカメラ３との位置関係を用いて、三角測量の原理に
よって三次元座標に変換される。The space code image generated by the space code generation means 11 is transferred to a host computer (not shown), where the coordinates of each pixel on the image (direction viewed from the optical center of the CCD camera 3), And light source 4 and C
Using the positional relationship with the CD camera 3, the data is converted into three-dimensional coordinates by the principle of triangulation.
【００８０】このような構成により、三次元形状計測装
置３０は、一枚のマスクパターンに対して、次の（１）
〜（３）までの処理を行う。 （１）当該マスクパターンにより形成されるパターン光
を測定対象物体Ｏに対して照射する。 （２）パターン光が照射された測定対象物体ＯをＣＣＤ
カメラ３で撮像し、入力画像を逆対数変換する。 （３）逆対数変換された画像を順次画像メモリの最上位
ビットに書き込む。With such a configuration, the three-dimensional shape measuring apparatus 30 performs the following (1) for one mask pattern.
To (3). (1) The pattern light formed by the mask pattern is irradiated on the measurement object O. (2) CCD for measuring object O irradiated with pattern light
An image is taken by the camera 3 and the input image is subjected to antilogarithmic conversion. (3) The antilogarithmically converted images are sequentially written to the most significant bit of the image memory.
【００８１】これら（１）〜（３）の処理は、Ｎ種類
（本実施の形態では、３種類）のマスクパターンに対し
て繰り返され、計測対象空間は８つの領域にコード化さ
れる。ここで、図７はパターン毎の露光量の比が互いに
素な数の対数（底ｅ）の場合の露光総量分布の一例を示
すグラフである。パターン毎の露光量を互いに素な自然
数（２，３，５）を対数化した量に区別して設定した場
合には、総露光量Ｘは、 Ｘ＝Ａ（ｌｏｇ２＋ｌｏｇ３＋ｌｏｇ５）＝Ａ＊ｌｏｇ
（２＊３＊５） （Ａは比例定数。対数の底と反射率による。）のよう
に、素数の積としてあらわすことができる。そして、図
７に示すように、パターン毎の露光量を互いに素な自然
数（２，３，５）を対数化した量に区別して設定した場
合には、露光総量が領域毎に異なることになるので、各
領域を区別することが可能になっている。These processes (1) to (3) are repeated for N types (three types in the present embodiment) of mask patterns, and the measurement target space is coded into eight regions. Here, FIG. 7 is a graph showing an example of the total exposure amount distribution when the ratio of the exposure amount for each pattern is a logarithm (base e) of relatively prime numbers. In the case where the exposure amount for each pattern is set by discriminating relatively prime natural numbers (2, 3, 5) into logarithmic amounts, the total exposure amount X is given by: X = A (log2 + log3 + log5) = A * log
(2 * 3 * 5) (A is a proportionality constant. It depends on the logarithm base and the reflectance.) It can be expressed as a product of prime numbers. Then, as shown in FIG. 7, when the exposure amount for each pattern is set so as to be distinguished from the logarithm of a relatively natural number (2, 3, 5), the total exposure amount differs for each region. Therefore, it is possible to distinguish each area.
【００８２】したがって、本実施の形態によれば、各ス
リットパターンの露光量が互いに素な自然数（２，３，
５）を対数化した量になるように制御され、各領域を区
別することが可能になり、撮像画像から空間コードへの
変換を確実に行うことが可能になっている。Therefore, according to the present embodiment, the exposure amount of each slit pattern is a natural number (2, 3,
5) is controlled so as to be a logarithmic amount, it is possible to distinguish each area, and it is possible to reliably convert a captured image into a space code.
【００８３】なお、図８はパターン毎の露光量の比が互
いに素な数の対数（底ｅ）の場合の底ｅの露光量乗の分
布の一例を示すグラフである。図８に示すように、この
場合にも各領域を区別することが可能になっている。FIG. 8 is a graph showing an example of the distribution of the base e raised to the power of the base when the ratio of the exposure for each pattern is a logarithm (base e) of relatively prime numbers. As shown in FIG. 8, each region can be distinguished also in this case.
【００８４】なお、本実施の形態によれば、測定対象物
体Ｏの反射率の分布によっては、空間コードを誤認識す
る場合も考えられる。そこで、このような背景濃度の変
動に対する対策として、各領域に最も露光量の少ないス
リット光を照射してその濃度変化量に基づく正規化定数
を各領域毎に算出し、その各領域毎の正規化定数に基づ
いて各スリット光の反射光量分布を補正するようにして
も良い。According to the present embodiment, there is a case where the spatial code is erroneously recognized depending on the distribution of the reflectance of the object O to be measured. Therefore, as a countermeasure against such a fluctuation of the background density, each area is irradiated with slit light having the least exposure amount, a normalization constant based on the density change amount is calculated for each area, and a normalization constant for each area is calculated. The reflected light amount distribution of each slit light may be corrected based on the conversion constant.
【００８５】本発明の第四の実施の形態を図９に基づい
て説明する。なお、第一の実施の形態および第三の実施
の形態において説明した部分と同一部分については同一
符号を用い、説明も省略する。本実施の形態の三次元形
状計測装置４０は、第三の実施の形態の三次元形状計測
装置３０と比べて、画像処理装置の構成が異なるもので
ある。A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same parts as those described in the first embodiment and the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The three-dimensional shape measuring device 40 of the present embodiment is different from the three-dimensional shape measuring device 30 of the third embodiment in the configuration of the image processing device.
【００８６】ここで、図９は三次元形状計測装置４０の
構成を概略的に示すブロック図である。図９に示すよう
に、三次元形状計測装置４０には、測定対象物体Ｏに対
して光を照射する光照射手段２と、測定対象物体Ｏの上
方に配置される二次元のＣＣＤカメラ３とが備えられて
いる。光照射手段２は、光源４と液晶シャッタ５とによ
り構成されている。FIG. 9 is a block diagram schematically showing the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus 40. As shown in FIG. 9, the three-dimensional shape measuring device 40 includes a light irradiating unit 2 that irradiates light to the measurement target object O, and a two-dimensional CCD camera 3 disposed above the measurement target object O. Is provided. The light irradiation means 2 includes a light source 4 and a liquid crystal shutter 5.
【００８７】また、三次元形状計測装置４０には、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等（いずれも図示せず）を備え、光
源４の点滅、液晶シャッタ５のパターン変化、ＣＣＤカ
メラ３の撮像タイミング等の制御を行う画像処理装置４
１が設けられている。この画像処理装置４１には、照射
パターン選択手段７と、照射時間制御手段３２と、多値
画像入力手段９と、逆対数変換手段３３と、画像信号正
規化手段４３と、比較回路４４と、空間コード生成手段
１１とが設けられている。The three-dimensional shape measuring device 40 has a CP
U, ROM, RAM, etc. (all not shown), an image processing device 4 for controlling the blinking of the light source 4, the change of the pattern of the liquid crystal shutter 5, the imaging timing of the CCD camera 3, etc.
1 is provided. The image processing device 41 includes an irradiation pattern selection unit 7, an irradiation time control unit 32, a multi-value image input unit 9, an antilogarithmic conversion unit 33, an image signal normalization unit 43, a comparison circuit 44, Space code generation means 11 is provided.
【００８８】照射時間制御手段３２は、光源４の点滅を
制御することにより、各パターン光の照射時間（露光
量）を制御する。なお、本実施の形態においては、各パ
ターン光の照射時間（露光量）は、 ｌｏｇ２：ｌｏｇ３：ｌｏｇ５ のように互いに素な自然数（２，３，５）を対数化した
量の比に設定されている。The irradiation time control means 32 controls the irradiation time (exposure amount) of each pattern light by controlling the blinking of the light source 4. In the present embodiment, the irradiation time (exposure amount) of each pattern light is set to a ratio of logarithm of relatively natural numbers (2, 3, 5) such as log2: log3: log5. ing.
【００８９】ここに、光照射手段２と照射パターン選択
手段７と照射時間制御手段３２とによって、照射光量分
布を空間コード化した光を測定対象物体Ｏにそれぞれ投
影するスリット光照射手段が実現されている。Here, the light irradiating means 2, the irradiation pattern selecting means 7 and the irradiation time controlling means 32 realize slit light irradiating means for projecting, onto the object to be measured O, spatially coded light of the irradiation light amount distribution. ing.
【００９０】このようにしてパターン光が照射された測
定対象物体Ｏは、ＣＣＤカメラ３によって撮像される。
多値画像入力手段９は、パターン光が照射された測定対
象物体Ｏをそれぞれ撮像したＣＣＤカメラ３からのフレ
ーム出力を多値画像として入力する。The object to be measured O irradiated with the pattern light in this manner is imaged by the CCD camera 3.
The multi-value image input means 9 inputs, as a multi-value image, a frame output from the CCD camera 3 that has captured the object to be measured O irradiated with the pattern light.
【００９１】逆対数変換手段３３は、多値画像入力手段
９により入力された多値画像を逆対数変換し、画像メモ
リ（図示せず）に書き込む。The antilogarithmic conversion means 33 performs antilogarithmic conversion of the multi-valued image input by the multi-valued image input means 9 and writes it to an image memory (not shown).
【００９２】画像信号正規化手段４３では最暗部分（最
も細かいスリットを有するマスクＣの濃度変化量）を基
準レベルとして正規化を行い、比較回路４４ではその正
規化された画像信号を各素数の積と比較する。The image signal normalizing means 43 normalizes the darkest part (the density change amount of the mask C having the finest slit) as a reference level, and the comparing circuit 44 converts the normalized image signal to each prime number. Compare with product.
【００９３】つまり、多値画像入力手段９と逆対数変換
手段３３と画像信号正規化手段４３と比較回路４４とに
よって、画像入力手段が実現されている。That is, the image input means is realized by the multi-value image input means 9, the antilogarithmic conversion means 33, the image signal normalization means 43, and the comparison circuit 44.
【００９４】空間コード生成手段１１は、比較回路４４
での比較結果に基づき空間コードへの変換処理を行い、
空間コード画像を生成する。The space code generating means 11 is provided with a comparing circuit 44
Performs a conversion process to spatial code based on the comparison result in
Generate a spatial code image.
【００９５】なお、空間コード生成手段１１によって生
成された空間コード画像は、ホストコンピュータ（図示
せず）に転送され、各画素の画像上の座標値（ＣＣＤカ
メラ３の光学中心からみた方向）、および、光源４とＣ
ＣＤカメラ３との位置関係を用いて、三角測量の原理に
よって三次元座標に変換される。The space code image generated by the space code generation means 11 is transferred to a host computer (not shown), and the coordinate values of each pixel on the image (direction viewed from the optical center of the CCD camera 3), And light source 4 and C
Using the positional relationship with the CD camera 3, the data is converted into three-dimensional coordinates by the principle of triangulation.
【００９６】このような構成により、三次元形状計測装
置４０は、一枚のマスクパターンに対して、次の（１）
〜（３）までの処理を行う。 （１）当該マスクパターンにより形成されるパターン光
を測定対象物体Ｏに対して照射する。 （２）パターン光が照射された測定対象物体ＯをＣＣＤ
カメラ３で撮像し、入力画像を逆対数変換する。 （３）逆対数変換された画像を順次画像メモリの最上位
ビットに書き込む。With such a configuration, the three-dimensional shape measuring apparatus 40 performs the following (1) for one mask pattern.
To (3). (1) The pattern light formed by the mask pattern is irradiated on the measurement object O. (2) CCD for measuring object O irradiated with pattern light
An image is taken by the camera 3 and the input image is subjected to antilogarithmic conversion. (3) The antilogarithmically converted images are sequentially written to the most significant bit of the image memory.
【００９７】これら（１）〜（３）の処理は、Ｎ種類
（本実施の形態では、３種類）のマスクパターンに対し
て繰り返され、計測対象空間は８つの領域にコード化さ
れる。ここで、図７はパターン毎の露光量の比が互いに
素な数の対数（底ｅ）の場合の露光総量分布の一例を示
すグラフである。パターン毎の露光量を互いに素な自然
数（２，３，５）を対数化した量に区別して設定した場
合には、総露光量Ｘは、 Ｘ＝Ａ（ｌｏｇ２＋ｌｏｇ３＋ｌｏｇ５）＝Ａ＊ｌｏｇ
（２＊３＊５） （Ａは比例定数。対数の底と反射率による。）のよう
に、素数の積としてあらわすことができる。そして、図
７に示すように、パターン毎の露光量を互いに素な自然
数（２，３，５）を対数化した量に区別して設定した場
合には、露光総量が領域毎に異なることになるので、各
領域を区別することが可能になっている。These processes (1) to (3) are repeated for N types (three types in the present embodiment) of mask patterns, and the measurement target space is coded into eight regions. Here, FIG. 7 is a graph showing an example of the total exposure amount distribution when the ratio of the exposure amount for each pattern is a logarithm (base e) of relatively prime numbers. In the case where the exposure amount for each pattern is set by discriminating relatively prime natural numbers (2, 3, 5) into logarithmic amounts, the total exposure amount X is given by: X = A (log2 + log3 + log5) = A * log
(2 * 3 * 5) (A is a proportionality constant. It depends on the logarithm base and the reflectance.) It can be expressed as a product of prime numbers. Then, as shown in FIG. 7, when the exposure amount for each pattern is set so as to be distinguished from the logarithm of a relatively natural number (2, 3, 5), the total exposure amount differs for each region. Therefore, it is possible to distinguish each area.
【００９８】したがって、本実施の形態によれば、各ス
リットパターンの露光量が互いに素な自然数（２，３，
５）を対数化した量になるように制御され、各領域を区
別することが可能になり、撮像画像から空間コードへの
変換を確実に行うことが可能になっている。Therefore, according to the present embodiment, the exposure amount of each slit pattern is a natural number (2, 3,
5) is controlled so as to be a logarithmic amount, it is possible to distinguish each area, and it is possible to reliably convert a captured image into a space code.
【００９９】なお、図８はパターン毎の露光量の比が互
いに素な数の対数（底ｅ）の場合の底ｅの露光量乗の分
布の一例を示すグラフである。図８に示すように、この
場合にも各領域を区別することが可能になっている。FIG. 8 is a graph showing an example of the distribution of the power of the base e to the power of the base where the ratio of the exposure for each pattern is a logarithm (base e) of relatively prime numbers. As shown in FIG. 8, each region can be distinguished also in this case.
【０１００】なお、本実施の形態によれば、測定対象物
体Ｏの反射率の分布によっては、空間コードを誤認識す
る場合も考えられる。そこで、このような背景濃度の変
動に対する対策として、各領域に最も露光量の少ないス
リット光を照射してその濃度変化量に基づく正規化定数
を各領域毎に算出し、その各領域毎の正規化定数に基づ
いて各スリット光の反射光量分布を補正するようにして
も良い。According to the present embodiment, the space code may be erroneously recognized depending on the distribution of the reflectance of the measurement object O. Therefore, as a countermeasure against such a fluctuation of the background density, each area is irradiated with slit light having the least exposure amount, a normalization constant based on the density change amount is calculated for each area, and a normalization constant for each area is calculated. The reflected light amount distribution of each slit light may be corrected based on the conversion constant.
【０１０１】なお、各実施の形態において、より多階調
の空間コード画像を構成するために異なるスリットパタ
ーンを複数回にわたって多階調で取りこむようにしても
良い。これは、例えば“スリットパターン１から４まで
を１回目に取り込み、スリットパターン５から８までを
２回目に取り込み、スリットパターン９から１２までを
３回目に取り込み、・・・・”と続くような処理であっ
て、各回の処理に関しては上述したような方法によって
行うものである。また、各回の処理結果を一つの空間コ
ード画像の該当するプレーンに挿入することによって、
結果的に、従来は１２回必要だった取り込み回数を３回
に減らすことが可能となり、高精度な空間コードをより
速く入力することが可能となる。この最も単純な例とし
て、それぞれ４階調の空間コードパターンを２回撮像
し、一つの空間コードへと合成する例を図１０に示す。In each embodiment, a different slit pattern may be taken in multiple gradations to form a spatial code image with more gradations. This is similar to, for example, "slit patterns 1 to 4 are taken in the first time, slit patterns 5 to 8 are taken in the second time, slit patterns 9 to 12 are taken in the third time, and so on." The processing is performed by the method described above for each processing. Also, by inserting the processing result of each round into the corresponding plane of one spatial code image,
As a result, it is possible to reduce the number of acquisitions, which was conventionally required 12 times, to three times, and to input a high-precision spatial code faster. As the simplest example, FIG. 10 shows an example in which a space code pattern of four gradations is imaged twice and combined into one space code.
【０１０２】また、各実施の形態においては、マスクパ
ターン２３を３種類としたが、これに限るものではな
く、他のパターン数にも応用可能である。In each embodiment, three types of mask patterns 23 are used. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to other numbers of patterns.
【０１０３】[0103]
【発明の効果】請求項１記載の発明の三次元形状計測方
法によれば、位相や周期の異なる複数のスリット光を順
次照射して計測対象空間を複数の領域に空間コード化
し、その計測対象空間内の物体の三次元形状の計測を行
う三次元形状計測方法において、二次元カメラの１フレ
ーム露光時間中における各スリット光をそれぞれ異なる
露光量で前記物体にそれぞれ投影する工程と、前記物体
にそれぞれ投影された前記各スリット光の露光パターン
を多値画像として取り込む工程と、前記各スリット光毎
に露光量が異なることにより発生する前記領域毎の露光
総量の差を空間コードに変換処理する工程と、を含むこ
とにより、各露光パターン毎の露光量が変化することか
ら各領域毎にどの露光パターンが照射されたかを検出す
ることができるようになるので、従来複数回に分けて入
力していた空間コードを１回で入力することができ、画
像入力時間の短縮を図ることができる。According to the three-dimensional shape measuring method according to the first aspect of the present invention, a plurality of slit lights having different phases and periods are sequentially irradiated to spatially code a measurement target space into a plurality of regions, and the measurement target In a three-dimensional shape measurement method for measuring a three-dimensional shape of an object in space, a step of projecting each slit light in the one-frame exposure time of a two-dimensional camera onto the object with a different exposure amount, and A step of capturing the projected exposure pattern of each slit light as a multi-valued image, and a step of converting a difference in the total exposure amount for each region caused by a different exposure amount for each slit light into a space code. Since the exposure amount for each exposure pattern changes, it is possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each region. It becomes so a spatial code that has been entered separately in conventional multiple can enter at one time, it is possible to shorten the image input time.
【０１０４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の三次元形状計測方法において、前記各スリット光の
露光時間を２の累乗の比で制御することで前記各スリッ
ト光の露光量をそれぞれ異なるようにしたことにより、
単純な構成で空間コード画像を生成することができる。According to a second aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the first aspect, the exposure time of each slit light is controlled by controlling the exposure time of each slit light by a ratio of a power of two. Are different from each other,
A space code image can be generated with a simple configuration.
【０１０５】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の三次元形状計測方法において、前記各スリット光の
露光時間を互いに素な自然数を対数化した量で制御する
ことで前記各スリット光の露光量をそれぞれ異なるよう
にしたことにより、請求項2記載の発明に比べ、各パタ
ーン毎の実際の露光量比を小さくすることができるの
で、より多くのパターンを投影することができ、精緻な
空間コード画像を生成することができる。According to the third aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the first aspect, the exposure time of each slit light is controlled by a logarithm of a relatively natural number. By making the light exposure amounts different from each other, the actual exposure ratio for each pattern can be reduced as compared with the invention of claim 2, so that more patterns can be projected, An elaborate space code image can be generated.
【０１０６】請求項４記載の発明の三次元形状計測方法
によれば、光を照射して計測対象空間を複数の領域に空
間コード化し、その計測対象空間内の物体の三次元形状
の計測を行う三次元形状計測方法において、照射光量分
布を空間コード化した光を前記物体にそれぞれ投影する
工程と、前記物体にそれぞれ投影された露光パターンを
多値画像として取り込む工程と、前記領域毎の露光総量
の差を空間コードに変換処理する工程と、を含むことに
より、各露光パターン毎の露光量が変化することから各
領域毎にどの露光パターンが照射されたかを検出するこ
とができるようになるので、従来複数回に分けて入力し
ていた空間コードを１回で入力することができ、単純な
構成で画像入力時間の短縮を図ることができる。According to the three-dimensional shape measuring method of the present invention, the space to be measured is spatially coded into a plurality of regions by irradiating light, and the three-dimensional shape of the object in the space to be measured is measured. In the three-dimensional shape measurement method to be performed, a step of projecting each of the spatially coded irradiation light quantity distribution light onto the object, a step of capturing an exposure pattern projected on the object as a multi-valued image, and a step of exposing the area. Converting the total amount difference into a space code, so that it is possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each region since the exposure amount for each exposure pattern changes Therefore, the spatial code which has been conventionally input in a plurality of times can be input in one time, and the image input time can be reduced with a simple configuration.
【０１０７】請求項５記載の発明によれば、請求項２ま
たは４記載の三次元形状計測方法において、最も露光量
の少ない前記スリット光を前記各領域に照射した場合の
反射光量に基づいて前記領域毎の露光総量を補正するこ
とにより、計測対象空間内の物体の反射率分布の影響に
よる誤認識を低減することができる。According to a fifth aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the second or fourth aspect, the slit light having the least exposure amount is applied to each of the regions based on the amount of reflected light. By correcting the total exposure amount for each region, it is possible to reduce erroneous recognition due to the influence of the reflectance distribution of the object in the measurement target space.
【０１０８】請求項６記載の発明によれば、請求項３記
載の三次元形状計測方法において、前記各領域に最も露
光量の少ない前記スリット光を照射してその濃度変化量
に基づく正規化定数を前記各領域毎に算出し、その前記
各領域毎の正規化定数に基づいて前記各スリット光の反
射光量分布を補正することにより、計測対象空間内の物
体の反射率分布の影響による誤認識を低減することがで
きる。According to the sixth aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the third aspect, each of the regions is irradiated with the slit light having the least exposure amount, and a normalization constant based on the density change amount is obtained. Is calculated for each of the regions, and the reflected light amount distribution of each slit light is corrected based on the normalization constant for each of the regions, whereby erroneous recognition due to the influence of the reflectance distribution of the object in the measurement target space is performed. Can be reduced.
【０１０９】請求項７記載の発明によれば、請求項１な
いし３のいずれか一記載の三次元形状計測方法におい
て、二次元カメラの１フレーム露光時間中における各ス
リット光をそれぞれ異なる露光量で前記物体にそれぞれ
投影する工程と、前記物体にそれぞれ投影された前記各
スリット光の露光パターンを多値画像として取り込む工
程と、を複数回繰り返すことにより、１回の投影ではカ
メラや入力系のＳ／Ｎから検出の難しいような多階調で
あっても、高精度な空間コードをより高速に入力するこ
とができる。According to the seventh aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to any one of the first to third aspects, each slit light in one frame exposure time of the two-dimensional camera is differently exposed. The step of projecting onto the object and the step of capturing the exposure pattern of each of the slit light projected onto the object as a multi-valued image are repeated a plurality of times, so that in one projection, the camera or input system S Even with multiple gradations that are difficult to detect from / N, a highly accurate spatial code can be input more quickly.
【０１１０】請求項８記載の発明によれば、請求項４記
載の三次元形状計測方法において、照射光量分布を空間
コード化した光を前記物体にそれぞれ投影する工程と、
前記物体にそれぞれ投影された露光パターンを多値画像
として取り込む工程と、を複数回繰り返すことにより、
１回の投影ではカメラや入力系のＳ／Ｎから検出の難し
いような多階調であっても、高精度な空間コードをより
高速に入力することができる。According to the eighteenth aspect of the present invention, in the three-dimensional shape measuring method according to the fourth aspect, a step of projecting, onto the object, a spatially coded light of the irradiation light amount distribution,
By capturing the exposure pattern projected on the object as a multi-valued image, by repeating a plurality of times,
Even with multiple gradations that are difficult to detect from the S / N of the camera and the input system in one projection, a high-precision spatial code can be input more quickly.
【０１１１】請求項９記載の発明の三次元形状計測装置
によれば、位相や周期の異なる複数のスリット光を順次
照射して計測対象空間を複数の領域に空間コード化し、
その計測対象空間内の物体の三次元形状の計測を行う三
次元形状計測装置において、計測対象空間内の前記物体
を撮像する二次元カメラと、この二次元カメラの１フレ
ーム露光時間中における各スリット光をそれぞれ異なる
露光量で前記物体にそれぞれ投影するスリット光照射手
段と、前記物体にそれぞれ投影された前記各スリット光
の露光パターンを前記二次元カメラを介して多値画像と
して取り込む画像入力手段と、前記各スリット光毎に露
光量が異なることにより発生する前記領域毎の露光総量
の差を空間コードに変換処理する空間コード生成手段
と、を備えることにより、各露光パターン毎の露光量が
変化することから各領域毎にどの露光パターンが照射さ
れたかを検出することができるようになるので、従来複
数回に分けて入力していた空間コードを１回で入力する
ことができ、画像入力時間の短縮を図ることができる。According to the three-dimensional shape measuring apparatus of the ninth aspect of the present invention, a plurality of slit lights having different phases and periods are sequentially radiated to spatially code a space to be measured into a plurality of regions,
In a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of an object in the measurement target space, a two-dimensional camera for imaging the object in the measurement target space, and each slit during one frame exposure time of the two-dimensional camera Slit light irradiating means for projecting light onto the object at different exposure amounts, and image input means for capturing an exposure pattern of each slit light projected on the object as a multi-valued image via the two-dimensional camera, And a space code generating means for converting a difference in the total exposure amount for each area, which is caused by a different exposure amount for each slit light, into a spatial code, thereby changing the exposure amount for each exposure pattern. This makes it possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each area. The space code had can enter at one time, it is possible to shorten the image input time.
【０１１２】請求項１０記載の発明によれば、請求項９
記載の三次元形状計測装置において、前記各スリット光
の露光時間を２の累乗の比で制御することで前記各スリ
ット光の露光量をそれぞれ異なるようにしたことによ
り、単純な構成で空間コード画像を生成することができ
る。According to the tenth aspect, the ninth aspect is provided.
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the above, the exposure time of each slit light is controlled by a ratio of a power of 2 so that the exposure amount of each slit light is different from each other, so that the spatial code image can be obtained with a simple configuration. Can be generated.
【０１１３】請求項１１記載の発明によれば、請求項９
記載の三次元形状計測装置において、前記各スリット光
の露光時間を互いに素な自然数を対数化した量で制御す
ることで前記各スリット光の露光量をそれぞれ異なるよ
うにしたことにより、請求項１０記載の発明に比べ、各
パターン毎の実際の露光量比を小さくすることができる
ので、より多くのパターンを投影することができ、精緻
な空間コード画像を生成することができる。According to the eleventh aspect, according to the ninth aspect,
11. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 10, wherein the exposure time of each slit light is controlled to be different from each other by controlling the exposure time of each slit light by a logarithm of a disjoint natural number. Since the actual exposure amount ratio for each pattern can be reduced as compared to the described invention, more patterns can be projected and a fine spatial code image can be generated.
【０１１４】請求項１２記載の発明の三次元形状計測装
置によれば、光を照射して計測対象空間を複数の領域に
空間コード化し、その計測対象空間内の物体の三次元形
状の計測を行う三次元形状計測装置において、計測対象
空間内の前記物体を撮像する二次元カメラと、照射光量
分布を空間コード化した光を前記物体にそれぞれ投影す
るスリット光照射手段と、前記物体にそれぞれ投影され
た露光パターンを前記二次元カメラを介して多値画像と
して取り込む画像入力手段と、前記領域毎の露光総量の
差を空間コードに変換処理する空間コード生成手段と、
を備えることにより、各露光パターン毎の露光量が変化
することから各領域毎にどの露光パターンが照射された
かを検出することができるようになるので、従来複数回
に分けて入力していた空間コードを１回で入力すること
ができ、単純な構成で画像入力時間の短縮を図ることが
できる。According to the three-dimensional shape measuring apparatus of the twelfth aspect of the present invention, a space to be measured is spatially coded into a plurality of regions by irradiating light, and the three-dimensional shape of an object in the space to be measured is measured. In the three-dimensional shape measuring apparatus to be performed, a two-dimensional camera for imaging the object in the measurement target space, a slit light irradiating unit for projecting the space-coded light of the irradiation light amount distribution to the object, and projecting the object to the object Image input means for capturing the exposure pattern as a multi-valued image via the two-dimensional camera, a space code generating means for converting the difference of the total exposure amount for each area into a space code,
Since the exposure amount changes for each exposure pattern, it becomes possible to detect which exposure pattern has been irradiated for each region. The code can be input at one time, and the image input time can be reduced with a simple configuration.
【図１】本発明の第一の実施の形態の三次元形状計測装
置の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】液晶シャッタのマスクパターンを示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a mask pattern of a liquid crystal shutter.
【図３】パターン毎の露光量が２の累乗の場合の露光総
量分布の一例を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of the total exposure amount distribution when the exposure amount for each pattern is a power of 2;
【図４】パターン毎の露光量が２の累乗の場合の露光総
量分布の別の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing another example of the total exposure amount distribution when the exposure amount for each pattern is a power of 2;
【図５】本発明の第二の実施の形態の三次元形状計測装
置の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram schematically showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第三の実施の形態の三次元形状計測装
置の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram schematically showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図７】パターン毎の露光量の比が互いに素な数の対数
（底ｅ）の場合の露光総量分布の一例を示すグラフであ
る。FIG. 7 is a graph showing an example of the total exposure amount distribution when the ratio of the exposure amount for each pattern is a logarithm (base e) of relatively prime numbers.
【図８】パターン毎の露光量の比が互いに素な数の対数
（底ｅ）の場合の底ｅの露光量乗の分布の一例を示すグ
ラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of the distribution of the exposure power of the base e when the ratio of the exposure amount for each pattern is a logarithm of a relatively prime number (base e).
【図９】本発明の第四の実施の形態の三次元形状計測装
置の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram schematically showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１０】４階調の空間コードパターンを２回撮像し、
一つの空間コードへと合成した場合の露光総量分布の一
例を示すグラフである。FIG. 10 is an image of a spatial code pattern of four gradations taken twice,
9 is a graph showing an example of a total exposure amount distribution when combined into one spatial code.
【図１１】従来の空間コード化パターン光投影法による
三次元形状の計測例であって、（ａ）は側面図、（ｂ）
は平面図、（ｃ）はマスクパターンを示す説明図であ
る。11A and 11B are examples of measurement of a three-dimensional shape using a conventional space-coded pattern light projection method, in which FIG. 11A is a side view and FIG.
Is a plan view, and (c) is an explanatory view showing a mask pattern.
【図１２】従来の露光総量分布の一例を示すグラフであ
る。FIG. 12 is a graph showing an example of a conventional total exposure amount distribution.
Ｏ 物体 １，２０，３０，４０ 三次元形状計測装置 ３ 二次元カメラ １１ 空間コード生成手段 O Object 1, 20, 30, 40 3D shape measuring device 3 2D camera 11 Spatial code generation means
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF04 HH07 JJ03 JJ26 LL28 LL30 LL53 NN02 QQ03 QQ24 QQ25 QQ26 QQ31 5B047 AA07 AB02 BA02 BB04 BC06 BC11 CA19 DB01 DC20 5B057 AA01 AA05 BA02 BA15 BA19 BA29 CA08 CA12 CA16 CB08 CB13 CB16 CB18 CD14 CH08 CH18 DA17 Continued on front page F term (reference) 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF04 HH07 JJ03 JJ26 LL28 LL30 LL53 NN02 QQ03 QQ24 QQ25 QQ26 QQ31 5B047 AA07 AB02 BA02 BB04 BC06 BC11 CA19 DB01 DC20 5B057 AACB ABACB CB18 CD14 CH08 CH18 DA17
Claims (12)
順次照射して計測対象空間を複数の領域に空間コード化
し、その計測対象空間内の物体の三次元形状の計測を行
う三次元形状計測方法において、 二次元カメラの１フレーム露光時間中における各スリッ
ト光をそれぞれ異なる露光量で前記物体にそれぞれ投影
する工程と、 前記物体にそれぞれ投影された前記各スリット光の露光
パターンを多値画像として取り込む工程と、 前記各スリット光毎に露光量が異なることにより発生す
る前記領域毎の露光総量の差を空間コードに変換処理す
る工程と、を含むことを特徴とする三次元形状計測方
法。1. A three-dimensional shape measurement for sequentially irradiating a plurality of slit lights having different phases and periods to spatially code a measurement target space into a plurality of regions and measuring a three-dimensional shape of an object in the measurement target space. A method of projecting each slit light in the one-frame exposure time of the two-dimensional camera onto the object with a different exposure amount, respectively; and an exposure pattern of each slit light projected on the object as a multi-valued image. A three-dimensional shape measuring method, comprising: a step of capturing; and a step of converting a difference in the total exposure amount for each region, which is caused by a different exposure amount for each slit light, into a space code.
の比で制御することで前記各スリット光の露光量をそれ
ぞれ異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
三次元形状計測方法。2. The three-dimensional shape measurement according to claim 1, wherein an exposure time of each of the slit lights is controlled by a ratio of a power of 2 so that an exposure amount of each of the slit lights is different. Method.
な自然数を対数化した量で制御することで前記各スリッ
ト光の露光量をそれぞれ異なるようにしたことを特徴と
する請求項１記載の三次元形状計測方法。3. An exposure time of each slit light is controlled by controlling an exposure time of each slit light by a logarithm of a disjoint natural number. 3D shape measurement method.
に空間コード化し、その計測対象空間内の物体の三次元
形状の計測を行う三次元形状計測方法において、 照射光量分布を空間コード化した光を前記物体にそれぞ
れ投影する工程と、 前記物体にそれぞれ投影された露光パターンを多値画像
として取り込む工程と、 前記領域毎の露光総量の差を空間コードに変換処理する
工程と、を含むことを特徴とする三次元形状計測方法。4. A three-dimensional shape measuring method for irradiating light to spatially code a measurement target space into a plurality of regions, and measuring a three-dimensional shape of an object in the measurement target space, comprising: Projecting the converted light onto the object, capturing the exposure pattern projected onto the object as a multi-valued image, and converting the difference of the total exposure amount for each region into a space code. A three-dimensional shape measurement method characterized by including:
記各領域に照射した場合の反射光量に基づいて前記領域
毎の露光総量を補正することを特徴とする請求項２また
は４記載の三次元形状計測方法。5. The three-dimensional apparatus according to claim 2, wherein a total exposure amount for each area is corrected based on a reflected light amount when each of the areas is irradiated with the slit light having the least exposure amount. Shape measurement method.
リット光を照射してその濃度変化量に基づく正規化定数
を前記各領域毎に算出し、その前記各領域毎の正規化定
数に基づいて前記各スリット光の反射光量分布を補正す
ることを特徴とする請求項３記載の三次元形状計測方
法。6. A method of irradiating each of the regions with the slit light having the least exposure amount, calculating a normalization constant for each of the regions based on a density change amount thereof, and calculating a normalization constant for each of the regions. 4. The three-dimensional shape measuring method according to claim 3, wherein the reflected light amount distribution of each slit light is corrected by using the method.
おける各スリット光をそれぞれ異なる露光量で前記物体
にそれぞれ投影する工程と、前記物体にそれぞれ投影さ
れた前記各スリット光の露光パターンを多値画像として
取り込む工程と、を複数回繰り返すことを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか一記載の三次元形状計測方
法。7. A step of projecting each slit light in the one-frame exposure time of the two-dimensional camera on the object with a different exposure amount, and exposing the exposure pattern of each slit light projected on the object to a multi-valued image. 4. The three-dimensional shape measuring method according to claim 1, wherein the step of capturing as an image is repeated a plurality of times.
記物体にそれぞれ投影する工程と、前記物体にそれぞれ
投影された露光パターンを多値画像として取り込む工程
と、を複数回繰り返すことを特徴とする請求項４記載の
三次元形状計測方法。8. The method according to claim 1, further comprising: repeating a step of projecting the spatially coded light of the irradiation light amount distribution onto the object and a step of capturing the exposure pattern projected on the object as a multi-valued image a plurality of times. The three-dimensional shape measuring method according to claim 4.
順次照射して計測対象空間を複数の領域に空間コード化
し、その計測対象空間内の物体の三次元形状の計測を行
う三次元形状計測装置において、 計測対象空間内の前記物体を撮像する二次元カメラと、 この二次元カメラの１フレーム露光時間中における各ス
リット光をそれぞれ異なる露光量で前記物体にそれぞれ
投影するスリット光照射手段と、 前記物体にそれぞれ投影された前記各スリット光の露光
パターンを前記二次元カメラを介して多値画像として取
り込む画像入力手段と、 前記各スリット光毎に露光量が異なることにより発生す
る前記領域毎の露光総量の差を空間コードに変換処理す
る空間コード生成手段と、を備えることを特徴とする三
次元形状計測装置。9. A three-dimensional shape measurement for sequentially irradiating a plurality of slit lights having different phases and periods to spatially code a measurement target space into a plurality of regions and measuring a three-dimensional shape of an object in the measurement target space. In the apparatus, a two-dimensional camera that images the object in the measurement target space, and slit light irradiating means for projecting each slit light during one frame exposure time of the two-dimensional camera onto the object with a different exposure amount, An image input unit that captures an exposure pattern of each slit light projected onto the object as a multi-valued image via the two-dimensional camera, and for each region generated due to a different exposure amount for each slit light. A spatial code generating means for converting a difference between the total exposure amounts into a spatial code.
乗の比で制御することで前記各スリット光の露光量をそ
れぞれ異なるようにしたことを特徴とする請求項９記載
の三次元形状計測装置。10. The three-dimensional shape measurement according to claim 9, wherein an exposure time of each slit light is controlled by a ratio of a power of 2 so that an exposure amount of each slit light is different. apparatus.
素な自然数を対数化した量で制御することで前記各スリ
ット光の露光量をそれぞれ異なるようにしたことを特徴
とする請求項９記載の三次元形状計測装置。11. The apparatus according to claim 9, wherein the exposure time of each of the slit lights is controlled by controlling the exposure time of each of the slit lights with a logarithm of a disjoint natural number. 3D shape measuring device.
域に空間コード化し、その計測対象空間内の物体の三次
元形状の計測を行う三次元形状計測装置において、 計測対象空間内の前記物体を撮像する二次元カメラと、 照射光量分布を空間コード化した光を前記物体にそれぞ
れ投影するスリット光照射手段と、 前記物体にそれぞれ投影された露光パターンを前記二次
元カメラを介して多値画像として取り込む画像入力手段
と、 前記領域毎の露光総量の差を空間コードに変換処理する
空間コード生成手段と、を備えることを特徴とする三次
元形状計測装置。12. A three-dimensional shape measuring apparatus that irradiates light to spatially code a measurement target space into a plurality of regions and measures a three-dimensional shape of an object in the measurement target space. A two-dimensional camera for imaging the object, slit light irradiating means for projecting the space-coded light of the irradiation light amount distribution onto the object, and multi-valued exposure patterns respectively projected on the object via the two-dimensional camera. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: an image input unit that captures an image; and a space code generation unit that converts a difference in the total exposure amount for each region into a space code.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000329387A JP2002131031A (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Method and device for measuring three-dimensional shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000329387A JP2002131031A (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Method and device for measuring three-dimensional shape |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131031A true JP2002131031A (en) | 2002-05-09 |
Family
ID=18806062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000329387A Pending JP2002131031A (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Method and device for measuring three-dimensional shape |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002131031A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007101275A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Topcon Corp | Three-dimensional measuring projector and system |
| WO2007116744A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Three-dimensional shape detecting device and three-dimensional shape detecting method |
| JP2008292432A (en) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Three-dimensional measuring method and instrument by space encoding method |
| EP2026104A2 (en) | 2007-08-06 | 2009-02-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Distance measurement method and device and vehicle equipped with said device |
| WO2012143977A1 (en) * | 2011-04-22 | 2012-10-26 | 株式会社日立製作所 | Blood vessel image pickup device, and organism authentication device |
| JP2014115264A (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Canon Inc | Three-dimensional shape measuring device and control method therefor |
| WO2019012884A1 (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Projection imaging system, measurement device, and projection imaging method |
| JP2020053037A (en) * | 2018-09-07 | 2020-04-02 | コグネックス・コーポレイション | Methods and apparatus for efficient data processing of initial correspondence assignments for three-dimensional reconstruction of object |
-
2000
- 2000-10-27 JP JP2000329387A patent/JP2002131031A/en active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007101275A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Topcon Corp | Three-dimensional measuring projector and system |
| WO2007116744A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Three-dimensional shape detecting device and three-dimensional shape detecting method |
| JP2008292432A (en) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Three-dimensional measuring method and instrument by space encoding method |
| EP2026104A2 (en) | 2007-08-06 | 2009-02-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Distance measurement method and device and vehicle equipped with said device |
| US7812931B2 (en) | 2007-08-06 | 2010-10-12 | Nissan Motor Co., Ltd. | Distance measurement method and device and vehicle equipped with said device |
| JP5816682B2 (en) * | 2011-04-22 | 2015-11-18 | 株式会社日立製作所 | Blood vessel imaging device and biometric authentication device |
| WO2012143977A1 (en) * | 2011-04-22 | 2012-10-26 | 株式会社日立製作所 | Blood vessel image pickup device, and organism authentication device |
| US10066934B2 (en) | 2012-12-12 | 2018-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Three-dimensional shape measuring apparatus and control method thereof |
| JP2014115264A (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Canon Inc | Three-dimensional shape measuring device and control method therefor |
| WO2019012884A1 (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Projection imaging system, measurement device, and projection imaging method |
| JP2019020157A (en) * | 2017-07-12 | 2019-02-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Projection imaging system, measurement device, and projection imaging method |
| CN110892227A (en) * | 2017-07-12 | 2020-03-17 | 松下知识产权经营株式会社 | Projection imaging system, measurement device, and projection imaging method |
| JP7029654B2 (en) | 2017-07-12 | 2022-03-04 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Projection imaging system, measuring device and projection imaging method |
| JP2020053037A (en) * | 2018-09-07 | 2020-04-02 | コグネックス・コーポレイション | Methods and apparatus for efficient data processing of initial correspondence assignments for three-dimensional reconstruction of object |
| US11107268B2 (en) | 2018-09-07 | 2021-08-31 | Cognex Corporation | Methods and apparatus for efficient data processing of initial correspondence assignments for three-dimensional reconstruction of an object |
| JP2022068316A (en) * | 2018-09-07 | 2022-05-09 | コグネックス・コーポレイション | Methods and apparatus for efficient data processing of initial correspondence assignments for three-dimensional reconstruction of object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107607040B (en) | Three-dimensional scanning measurement device and method suitable for strong reflection surface | |
| CN107091617B (en) | Shape measurement system, shape measurement device, and shape measurement method | |
| US5517234A (en) | Automatic optical inspection system having a weighted transition database | |
| KR101974651B1 (en) | Measuring method of 3d image depth and a system for measuring 3d image depth using boundary inheritance based hierarchical orthogonal coding | |
| US10477160B2 (en) | Information processing apparatus, and information processing method | |
| US20070176927A1 (en) | Image Processing method and image processor | |
| US6687402B1 (en) | Machine vision methods and systems for boundary feature comparison of patterns and images | |
| JP4150390B2 (en) | Appearance inspection method and appearance inspection apparatus | |
| CN108616726A (en) | Exposal control method based on structure light and exposure-control device | |
| WO2007015059A1 (en) | Method and system for three-dimensional data capture | |
| JPH05509394A (en) | Real-time three-dimensional sensing device | |
| JP6161276B2 (en) | Measuring apparatus, measuring method, and program | |
| WO2022126870A1 (en) | Three-dimensional imaging method and method based on light field camera and three-dimensional imaging measuring production line | |
| JPH07260701A (en) | Recognition method of area of inspection | |
| JP2002131031A (en) | Method and device for measuring three-dimensional shape | |
| JPH11125514A (en) | Bending angle detecting device | |
| JPS60152903A (en) | Position measuring method | |
| US5892846A (en) | Process and apparatus for reading a dot matrix code marking on an article | |
| JP2003162719A (en) | Detection of pattern in digital image | |
| JP2004077290A (en) | Apparatus and method for measuring three-dimensional shape | |
| Buendía et al. | Determination of the object surface function by structured light: application to the study of spinal deformities | |
| JP2001012913A (en) | Coil position detector | |
| JPS6298204A (en) | Recognizing method for object | |
| JP2001264017A (en) | Three-dimensional image photographing apparatus | |
| JP2775448B2 (en) | Pattern recognition device and pattern recognition method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040929 |