JP2002221408A - Optical measuring device - Google Patents

Optical measuring device

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JP2002221408A
JP2002221408A JP2001017909A JP2001017909A JP2002221408A JP 2002221408 A JP2002221408 A JP 2002221408A JP 2001017909 A JP2001017909 A JP 2001017909A JP 2001017909 A JP2001017909 A JP 2001017909A JP 2002221408 A JP2002221408 A JP 2002221408A
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JP
Japan
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center
gravity
received light
range
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001017909A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Katagiri
哲也 片桐
Hiroshi Uchino
浩志 内野
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP2001017909A priority Critical patent/JP2002221408A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accuracy of the measurement result by calculating the center of gravity on the basis of effective data as many as possible. SOLUTION: The optical measuring device includes an optical system, which projects light onto an object and receives the reflected light, and a means 23 for calculating the center of gravity, which calculates the center of gravity in a time distribution of the intensity of the received light or the center of gravity in a spatial distribution of the intensity of the received light at a photo detecting surface. The center of gravity or a result calculated based on the center of gravity using a determined method is output as measured data from the optical measuring device. Furthermore, the optical measuring device includes a range setting means 251 discriminating the change of the intensity of the received light in the time distribution or the spatial distribution and setting a range to be an object for the calculation of the center of gravity in the time distribution or the spatial distribution on the basis of the result of the discrimination.

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、物体で反射した光
を受光することによって物体との距離を測定する光学測
定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring device for measuring a distance from an object by receiving light reflected by the object.

【0002】[0002]

【従来の技術】多数方向の測距を行って対象物の立体形
状をデータ化する光学走査型の3次元デジタイザが、C
GシステムやCADシステムへのデータ入力、身体計
測、ロボットの視覚認識などに利用されている。測距方
法としては、光切断法に代表される三角測量の原理を利
用する方法、およびパルスの送信から受信までの時間
(Time Of Flight)を計るTOF法がある。いずれの方
法においても、受光信号に対して重心演算を行うことに
より、測定の分解能を高めることができる。
2. Description of the Related Art An optical scanning type three-dimensional digitizer for performing distance measurement in many directions to convert a three-dimensional shape of an object into data has been developed.
It is used for data input to G system and CAD system, body measurement, visual recognition of robots, and the like. As the distance measuring method, there are a method using a principle of triangulation represented by a light section method, and a TOF method for measuring a time (Time Of Flight) from transmission to reception of a pulse. In any of the methods, the resolution of measurement can be increased by performing the center-of-gravity calculation on the received light signal.

【0003】例えば、光切断法による測定において、単
純に受光面内のどの画素が最も明るいかを検出するのに
代えて、複数の画素の受光強度Xと画素位置mとに基づ
く次式の演算で最大強度位置M’を求める。 M’=Σm・Xm /ΣXm この最大強度位置M’は、受光面における受光強度の空
間的な分布の重心であることから“空間重心”と呼称さ
れる。空間重心は、ある角度でスリット光を投射したと
きの受光面における反射光の入射位置を表し、物体から
の光の受光角度を特定する。受光角度、投射角度、およ
び投受光の基準点間距離(基線長)に基づく三角測量に
よって、投受光の基準位置から物体までの距離が求ま
る。空間重心を求めることにより、受光デバイスの画素
ピッチで決まる値よりも高い分解能を実現することがで
きる。
For example, in the measurement by the light section method, instead of simply detecting which pixel in the light receiving surface is the brightest, the following formula based on the light receiving intensity X of a plurality of pixels and the pixel position m is used. To find the maximum intensity position M '. M ′ = Σm · X m / ΣX m This maximum intensity position M ′ is called “spatial center of gravity” because it is the center of the spatial distribution of the received light intensity on the light receiving surface. The spatial center of gravity represents the incident position of the reflected light on the light receiving surface when the slit light is projected at a certain angle, and specifies the light receiving angle of the light from the object. The distance from the reference position of light emission / reception to the object is obtained by triangulation based on the light reception angle, the projection angle, and the distance between the reference points of light emission / reception (base line length). By obtaining the spatial center of gravity, a higher resolution than a value determined by the pixel pitch of the light receiving device can be realized.

【0004】また、光切断法による測定において、特開
平10−206132号公報に開示されているように、
個々の画素に注目し、注目画素の受光強度Xとサンプリ
ング時刻iとに基づく次式の演算で最大強度時点J’を
求める。 J’=Σi・Xi /ΣXi この最大強度時点J’は、受光面における受光強度の時
間的な分布の重心であることから“時間重心”と呼称さ
れる。時間重心は光学走査の開始からの経過時間を表
し、スリット光の投射角度を特定する(等角速度走査で
は時間と角度とが比例する)。各画素の入射角度はレン
ズとの関係で既知であるので、画素毎に三角測量を行う
ことができる。時間重心を求めることにより、サンプリ
ング周期で決まる値よりも高い分解能を実現することが
できる。なお、TOF法による測距においても、受信パ
ルス波形の頂点に対応する時刻(受信時点)として時間
重心を求めることにより、精密な測距を行うことができ
る。
In the measurement by the light section method, as disclosed in JP-A-10-206132,
Attention is paid to each pixel, and the maximum intensity point J 'is obtained by the following equation based on the received light intensity X of the pixel of interest and the sampling time i. J ′ = Σi · X i / ΣX i This maximum intensity point J ′ is called “time centroid” because it is the centroid of the temporal distribution of the received light intensity on the light receiving surface. The time barycenter represents the elapsed time from the start of the optical scanning, and specifies the projection angle of the slit light (time and angle are proportional to the constant angular velocity scanning). Since the incident angle of each pixel is known in relation to the lens, triangulation can be performed for each pixel. By obtaining the time barycenter, a higher resolution than the value determined by the sampling period can be realized. In the distance measurement by the TOF method, precise distance measurement can be performed by obtaining the time centroid as the time (reception time) corresponding to the peak of the received pulse waveform.

【0005】空間重心および時間重心のどちらにおいて
も、受光信号に重畳する環境光ノイズが演算誤差の原因
となる。ノイズの影響を低減するため、従来では図7が
示すように、受光強度分布における最大値付近のデータ
のみを重心演算の対象としたり、設定した閾値以上の受
光データに基づいて重心を求めたりしていた。図7
(A)の例は、時間重心の演算に際して、時刻0〜31
にサンプリングされた32個の受光データの中の最大値
を見つけ、それに対応したサンプリング時刻ipeakとそ
の前後2個ずつのサンプリング時刻とを合わせた時間範
囲を演算対象とするものである。この場合の時間重心
J’は次式で表される。
[0005] At both the spatial centroid and the temporal centroid, ambient light noise superimposed on the received light signal causes a calculation error. In order to reduce the influence of noise, conventionally, as shown in FIG. 7, only the data near the maximum value in the received light intensity distribution is subjected to the center of gravity calculation, or the center of gravity is obtained based on the received light data equal to or larger than a set threshold. I was FIG.
In the example of (A), the time 0 to 31
The maximum value is found among the 32 received light data sampled in the above, and the time range obtained by combining the sampling time i peak corresponding to the maximum value with the two sampling times before and after it is set as the calculation target. The time center of gravity J 'in this case is expressed by the following equation.

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】図7(B)の例は、時刻0〜31の時間範
囲を演算対象とし、その直前の4個の受光データに基づ
いて閾値Xthを設定するものである。閾値Xthは4個の
受光データの最大値Xaと固定オフセットXbとの和で
ある。この場合の時間重心J’’は次式で表される。
[0007] Example of FIG. 7 (B), the time 0 to 31 time range and a calculation target is for setting the threshold value X th based on the four light-receiving data of the immediately preceding. The threshold value X th is the sum of the maximum value Xa of the four light reception data and the fixed offset Xb. The time center of gravity J '' in this case is expressed by the following equation.

【0008】[0008]

【数2】 (Equation 2)

【0009】なお、図7の例は空間重心の演算にも適用
可能である。空間重心の場合はサンプリング時刻を画素
位置に読み換えればよい。
The example shown in FIG. 7 is also applicable to the calculation of the center of gravity of space. In the case of the spatial center of gravity, the sampling time may be read as a pixel position.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図7(A)のように受
光強度分布における最大値付近のデータのみを重心演算
の対象とする従来例では、対象データ数が比較的に少な
いので、演算の精度が低いという問題があった。特に分
布形状が裾野の広い緩やかな山状である場合に誤差が大
きくなり易い。対象範囲を拡げると、ノイズによる誤差
が生じ易くなる。また、図7(B)のように閾値以上の
データを有効とする従来例では、電気的な衝撃を含む何
らかの原因で突発的に大きなノイズが発生した場合に、
演算結果が真の重心とかけ離れてしまうという問題があ
った。閾値を大きくすると、突発的ノイズの影響を避け
ることができるものの、対象データ数が少なくなるの
で、図7(A)の例と同様に演算の精度が低くなってし
まう。
In the conventional example in which only the data near the maximum value in the received light intensity distribution is subjected to the center-of-gravity calculation as shown in FIG. 7A, the number of target data is relatively small. There was a problem that accuracy was low. In particular, when the distribution shape is a gentle mountain shape with a wide base, the error tends to increase. When the target range is expanded, an error due to noise tends to occur. Further, in the conventional example in which data equal to or larger than the threshold value is effective as shown in FIG. 7B, when a large noise suddenly occurs due to some cause including an electric shock,
There is a problem that the calculation result is far from the true center of gravity. When the threshold value is increased, the effect of sudden noise can be avoided, but the number of target data is reduced, so that the calculation accuracy is reduced as in the example of FIG. 7A.

【0011】本発明は、できるだけ多くの有効なデータ
に基づいて重心演算を行うようにし、それによって測定
結果の精度を高めることを目的としている。
It is an object of the present invention to perform the center of gravity calculation based on as much effective data as possible, thereby improving the accuracy of the measurement result.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学測定装
置は、物体へ光を投射して反射光を受光する光学系と、
受光強度の時間分布の重心または受光面における受光強
度の空間分布の重心を算出する重心演算手段と、重心演
算の対象範囲を設定する範囲設定手段とを備える。範囲
設定手段は、時間分布または空間分布における受光強度
変化の様相を判別し、その結果に基づいて時間分布また
は空間分布における重心演算の対象範囲を設定する。
An optical measuring device according to the present invention comprises: an optical system for projecting light onto an object and receiving reflected light;
A center of gravity calculating means for calculating the center of gravity of the time distribution of the received light intensity or the center of the spatial distribution of the received light intensity on the light receiving surface, and a range setting means for setting a target range of the center of gravity calculation. The range setting means determines the aspect of the change in the received light intensity in the time distribution or the spatial distribution, and sets the target range of the center of gravity calculation in the time distribution or the spatial distribution based on the result.

【0013】環境光の強度が一定の理想状態での測定で
は、受光強度の分布形状は反射光が入射する時間範囲ま
たは空間範囲において盛り上がった単峰状となる。しか
し、実際には環境光強度が変動するので、分布形状は複
数の小さな盛り上がり(山)を含む多峰状となる。本発
明においては、分布形状の起伏の様相を判別することに
よって、反射光に対応した大きな盛り上がりを重心演算
の対象範囲とする。例えば分布を細分化して分布形状の
輪郭の勾配を判定すれば、大小の盛り上がりのそれぞれ
の範囲を特定することができる。
In the measurement in the ideal state where the intensity of the ambient light is constant, the distribution shape of the received light intensity is a single-peak shape that rises in a time range or a space range where the reflected light is incident. However, since the ambient light intensity actually fluctuates, the distribution shape becomes a multimodal shape including a plurality of small bumps (mountains). In the present invention, a large swell corresponding to the reflected light is determined as a target range of the center-of-gravity calculation by determining the appearance of the unevenness of the distribution shape. For example, if the distribution is subdivided and the gradient of the contour of the distribution shape is determined, each range of large and small swells can be specified.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】〔第1実施形態〕 [システム構成]図1は本発明に係る3次元入力システ
ムの構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] [System Configuration] FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional input system according to the present invention.

【0015】3次元入力システム100は、光切断法に
よる形状測定のための投受光を担う3次元カメラ1と、
3次元カメラ2が出力する測定データD1 に基づいて物
体90における複数の点の座標を求めるホスト5とから
構成されている。3次元カメラ1は、光学系10、信号
処理回路20、および駆動制御回路30を有しており、
本発明の光学測定装置に相当する機能をもつ。ホスト5
は、本体51、モニター52、キーボード53、および
マウス54を有したコンピュータシステムである。3次
元カメラ1とホスト5との間では、ケーブルまたは赤外
線通信によるオンラインのデータ受渡し、および可搬型
記録メディアによるオフラインのデータ受渡しが可能で
ある。
The three-dimensional input system 100 includes a three-dimensional camera 1 for transmitting and receiving light for shape measurement by a light section method,
And a host 5 for obtaining coordinates of a plurality of points on the object 90 based on the measurement data D1 output from the three-dimensional camera 2. The three-dimensional camera 1 has an optical system 10, a signal processing circuit 20, and a drive control circuit 30,
It has a function corresponding to the optical measurement device of the present invention. Host 5
Is a computer system having a main body 51, a monitor 52, a keyboard 53, and a mouse 54. Between the three-dimensional camera 1 and the host 5, online data transfer by cable or infrared communication and offline data transfer by a portable recording medium are possible.

【0016】光学系10において、光源11から射出さ
れたレーザ光はレンズ群12によってスリット光にビー
ム整形される。スリット光は、スキャナ13の回転ミラ
ー角度で決まる方向へ進み、物体90を部分的に照ら
す。物体表面で拡散反射したスリット光の一部が光学系
10に戻り、レンズ14を経てエリアセンサ(2次元撮
像デバイス)15に入射する。スキャナ13の回転動作
にともなって物体90における照射位置が移動し、エリ
アセンサ15における反射スリット光の入射位置が変わ
る。エリアセンサ15は走査期間中に一定の時間間隔で
撮像動作を繰り返し、フレーム毎に所定数の画素の受光
量を示す光電変換信号を信号処理回路20へ出力する。
In the optical system 10, a laser beam emitted from a light source 11 is shaped into a slit beam by a lens group 12. The slit light travels in a direction determined by the angle of the rotating mirror of the scanner 13 and partially illuminates the object 90. Part of the slit light diffusely reflected on the surface of the object returns to the optical system 10 and enters the area sensor (two-dimensional imaging device) 15 via the lens 14. As the scanner 13 rotates, the irradiation position on the object 90 moves, and the incident position of the reflected slit light on the area sensor 15 changes. The area sensor 15 repeats the imaging operation at regular time intervals during the scanning period, and outputs a photoelectric conversion signal indicating the amount of light received by a predetermined number of pixels to the signal processing circuit 20 for each frame.

【0017】3次元入力システム100では、時間重心
を求めることによって分解能を高める測定形態が採用さ
れている。その理由は、空間重心を求める形態と比べ
て、物体表面の反射率の影響を受けにくいからである。
時間重心は、エリアセンサ15の各画素に対応した視野
内の物体表面をスリット光が照射する時刻であって、各
画素における受光強度の時間分布に基づいて算出され
る。走査開始からの経過時間と投光方向との関係が既知
であれば、時間重心を求めることによって、投光路を示
す平面方程式が決まる。エリアセンサ15とレンズ14
との位置関係およびレンズ特性から各画素に対応した視
線方程式が決まるので、平面方程式と視線方程式とによ
って投光路と視線との交点の座標を求めることができ
る。時間重心の演算は信号処理回路20によって行われ
る。
The three-dimensional input system 100 employs a measurement mode in which the resolution is improved by obtaining the time center of gravity. The reason is that it is less susceptible to the reflectance of the surface of the object as compared with the mode for obtaining the center of gravity of space.
The time barycenter is the time when the slit light irradiates the object surface in the field of view corresponding to each pixel of the area sensor 15, and is calculated based on the time distribution of the received light intensity at each pixel. If the relationship between the elapsed time from the start of scanning and the light projection direction is known, the plane equation indicating the light projection path is determined by calculating the time center of gravity. Area sensor 15 and lens 14
Since the line-of-sight equation corresponding to each pixel is determined from the positional relationship between the lens and the lens characteristics, the coordinates of the intersection of the light-projecting path and the line of sight can be obtained from the plane equation and the line-of-sight equation. The calculation of the time barycenter is performed by the signal processing circuit 20.

【0018】図2は信号処理回路の要部の機能構成図で
ある。エリアセンサ15からの光電変換信号は、A/D
変換器21でサンプルホールドされてディジタルの受光
データに変換され、バッファとしてのメモリ22にいっ
たん格納される。重心演算に必要なフレーム数分の受光
データが格納されると、メモリ22から重心演算部23
へ1画素分ずつ受光データXi が送られる。ここでiは
撮像のフレーム番号を表す。重心演算部23は、演算設
定ブロック25が決める条件で重心演算を行い、得られ
た時間重心jをデータ出力部24へ送る。データ出力部
24は、複数の画素のそれぞれに対応した時間重心jを
測定データD1としてまとめてホスト5へ出力する。演
算設定ブロック25は、本発明に特有の構成要素であ
り、後述する開始端istart および終了端iend を出力
する範囲設定部251と、閾値XTHを出力する閾値設定
部252とからなる。なお、重心演算部23および演算
設定ブロック25の機能を実現する形態は、ハードウェ
ア主体であってもソフトウェア主体であってもよい。
FIG. 2 is a functional configuration diagram of a main part of the signal processing circuit. The photoelectric conversion signal from the area sensor 15 is A / D
The data is sampled and held by the converter 21, converted into digital received light data, and temporarily stored in the memory 22 as a buffer. When the received light data for the number of frames required for the calculation of the center of gravity is stored,
By one pixel receiving data X i is sent to. Here, i represents the frame number of imaging. The center-of-gravity calculation unit 23 performs the center-of-gravity calculation under the conditions determined by the calculation setting block 25, and sends the obtained time center of gravity j to the data output unit 24. The data output unit 24 collectively outputs the time centroid j corresponding to each of the plurality of pixels as the measurement data D1 to the host 5. The calculation setting block 25 is a component specific to the present invention, and includes a range setting unit 251 that outputs a start end i start and an end end i end described later, and a threshold setting unit 252 that outputs a threshold X TH . Note that the form of realizing the functions of the center-of-gravity calculation unit 23 and the calculation setting block 25 may be mainly hardware or software.

【0019】[重心演算の条件設定]図3は重心演算に
係る範囲設定の概念図である。注目画素における受光強
度が、環境光の変動による小さな山M1,M2,M3
と、反射スリット光の受光による大きな山M4とを描く
ように変化する場合において、範囲設定部251は大き
な山M4を演算対象に設定する。すなわち、山M4に対
応したフレーム列における先頭のフレーム番号(これを
開始端istart と呼称する)、および最終のフレーム番
号(これを終了端iend と呼称する)を重心演算部23
に与える。各山M1〜M4の裾を受光強度変化の勾配に
基づいて検出し、山M1〜M4が反射スリット光に対応
する有効な情報か否かをデータ値(受光強度)に基づい
て判定する。
[Setting of Conditions for Calculation of Center of Gravity] FIG. 3 is a conceptual diagram of setting a range related to calculation of the center of gravity. The light receiving intensity at the pixel of interest is small, due to fluctuations in ambient light.
The range setting unit 251 sets the large peak M4 as a calculation target in a case where it changes so as to draw a large peak M4 due to the reception of the reflected slit light. That is, the first frame number (this is referred to as a start end i start ) and the last frame number (this is referred to as an end end i end ) in the frame sequence corresponding to the mountain M4 are represented by the centroid calculation unit 23.
Give to. The bottom of each of the peaks M1 to M4 is detected based on the gradient of the change in the received light intensity, and whether or not the peaks M1 to M4 are valid information corresponding to the reflected slit light is determined based on the data value (the received light intensity).

【0020】図4は範囲設定部の動作を示すフローチャ
ートである。このルーチンは画素毎に行われる。最初に
フレーム番号iのカウント値および山の判別結果を示す
フラグをリセットする(#11、#12)。フレーム番
号iをインクリメントした後にフラグチェックを行う
(#13、#14)。所定レベルの受光データが現れる
まで、フラグはオフである。フラグがオフの場合は勾配
判定を行う(#15)。Xi >Xi+1 ならば「下り」と
し、それ以外の場合は「上り」と判定する。判定結果が
「下り」であれば、現時点のフレーム番号iを開始端i
start に仮決めし(#16)、ステップ#13へ戻る。
判定結果が「上り」であれば、データ値判定を行う(#
17)。データ値と固定オフセット値との和が基準値X
s を越えない場合はステップ#13へ戻る。固定オフセ
ット値は受光強度が物体表面の反射率に依存することを
考慮した設定値である。反射率が一定の場合には固定オ
フセット値を省略することができる。データ値と固定オ
フセット値との和が基準値X s を越える場合は、フラグ
をオンとし(#18)、以前に仮決めした開始端ist
art を正式の条件として出力し(#19)、その後にス
テップ#13へ戻る。ステップ#13へ戻ってフレーム
番号iをインクリメントし、ステップ#14のチェック
でフラグがオンであれば、終了判定を行う(#20)。
現時点で注目しているフレームの勾配が「下り」(X
i-1 ≧Xi )で且つ次のフレームの勾配が「上り」(X
i ≦Xi+1 )の場合に、現時点のフレーム番号iを終了
端iend として出力する(#21、#22)。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the range setting unit.
It is. This routine is performed for each pixel. At first
Shows the count value of frame number i and the result of mountain determination.
The flag is reset (# 11, # 12). Frame number
Perform flag check after incrementing signal i
(# 13, # 14). Received light data of predetermined level appears
Until the flag is off. Slope if flag is off
A determination is made (# 15). Xi> Xi + 1Then "down"
Otherwise, it is determined to be “up”. The judgment result is
If “down”, the current frame number i is set to the starting end i
start(# 16), and the process returns to step # 13.
If the determination result is “up”, a data value determination is performed (#
17). The sum of the data value and the fixed offset value is the reference value X
sOtherwise, the process returns to step # 13. Fixed office
The cut value indicates that the received light intensity depends on the reflectance of the object surface.
This is a set value that is considered. When reflectance is constant, fixed
The offset value can be omitted. Data values and fixed
The sum with the offset value is the reference value X sIf it exceeds
Is turned on (# 18), and the starting end ist
artIs output as a formal condition (# 19), and then
Return to Step # 13. Go back to step # 13 and frame
Increment number i and check in step # 14
If the flag is on, the end is determined (# 20).
The gradient of the frame of interest at this time is “down” (X
i-1≧ Xi) And the gradient of the next frame is “up” (X
i≤Xi + 1), End the current frame number i
Edge iend(# 21, # 22).

【0021】以上のルーチンの変形例として、平均勾配
による山M1〜M4の判定がある。この変形例では、平
均勾配の算出に注目フレームの前後のフレームのデータ
を用いるためにステップ#11においてi=1とする。
ステップ#15において、平均勾配<0ならば「下り」
とし、それ以外の場合は「上り」と判定する。平均勾配
を3つのフレームのデータに基づいて最小二乗法によっ
て求める場合、その平均勾配は次の線型回帰式で表され
る。
As a modified example of the above routine, there is a judgment of the peaks M1 to M4 based on the average gradient. In this modified example, i = 1 is set in step # 11 in order to use the data of the frames before and after the frame of interest in calculating the average gradient.
In step # 15, if the average gradient is <0, "down"
Otherwise, it is determined to be “up”. When the average gradient is obtained by the least squares method based on data of three frames, the average gradient is expressed by the following linear regression equation.

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】単純な平均演算で求まる平均勾配〔(X
i+1 −Xi-1 )/2〕を用いて判定を行ってもよい。そ
して、ステップ#17においては、平均勾配が所定の基
準値を越える場合にフラグをオンにする。つまり、受光
強度変化が急峻な山を反射スリット光に対応する有効な
変化と判定する。ステップ#11,#15,#17以外
のステップの処理は上述したとおりでよい。
The average gradient [(X
i + 1 -X i-1 ) / 2]. Then, in step # 17, the flag is turned on when the average gradient exceeds a predetermined reference value. That is, the peak with a sharp change in the received light intensity is determined to be an effective change corresponding to the reflected slit light. Processing in steps other than steps # 11, # 15, and # 17 may be as described above.

【0024】このような範囲設定部の動作で得られる開
始端istart および終了端iend は、閾値設定部252
による閾値XTHの設定にも適用される。閾値設定部25
2は次のA〜Iのいずれかを閾値XTHとして出力する。 A:受光強度分布における有効範囲(istart
end )以外の範囲のデータ値の平均値 B:受光強度分布における有効範囲(istart
end )以外の範囲のデータ値の最大値 C:受光強度分布における有効範囲(istart
end )以外の範囲のデータ値の最小値 D:開始端とその前側の範囲のデータ値〔X(1)〜X
(istart )〕の平均値 E:開始端とその前側の範囲のデータ値〔X(1)〜X
(istart )〕の最大値 F:開始端とその前側の範囲のデータ値〔X(1)〜X
(istart )〕の最小値 G:有効範囲のデータ値〔X(istart )〜X
(iend )〕の最小値 H:開始端のデータ値X(istart ) I:終了端のデータ値X(iend ) 以上の条件設定に従う重心演算によって求まる時間重心
jは次式で表される。
The start end i start and the end end i end obtained by the operation of the range setting section are determined by the threshold setting section 252.
To the setting of the threshold value XTH . Threshold setting unit 25
2 outputs one of the following A~I as the threshold value X TH. A: Effective range in received light intensity distribution (i start to
average value of data values in a range other than i end ) B: Effective range in light reception intensity distribution (i start to i start )
maximum value of the data value in the range other than i end ) C: Effective range (i start to
i end ) the minimum value of the data value in the range other than D: the data value in the range between the start end and the front end [X (1) to X
(I start )] E: Data value [X (1) to X in the range between the start end and the front end thereof
(I start )] F: Data value [X (1) to X in the range between the start end and the front end thereof
(I start )] G: Data value in the effective range [X (i start ) to X
(I end )] H: Data value at start end X (i start ) I: Data value at end end X (i end ) Time barycenter j obtained by barycenter calculation according to the above condition setting is expressed by the following equation. You.

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】〔第2実施形態〕第2実施形態において
は、第1実施形態と同様に3次元形状の測定における重
心演算に本発明が適用されている。第2実施形態に係る
3次元入力システムの構成は、そのほとんどが図1の例
示と同様である。第2実施形態と第1実施形態とでは、
3次元カメラの信号処理回路の一部が異なる。
[Second Embodiment] In the second embodiment, as in the first embodiment, the present invention is applied to the calculation of the center of gravity in the measurement of a three-dimensional shape. The configuration of the three-dimensional input system according to the second embodiment is almost the same as the example shown in FIG. In the second embodiment and the first embodiment,
A part of the signal processing circuit of the three-dimensional camera is different.

【0027】図5は第2実施形態に係る信号処理回路の
要部の機能構成図である。信号処理回路20bは、A/
D変換器21b、メモリ22b、重心演算部23b、デ
ータ出力部24b、および演算設定ブロック26を有す
る。これらの構成要素のうちの演算設定ブロック26を
除く構成要素の機能は、第1実施形態と同様である。
FIG. 5 is a functional configuration diagram of a main part of the signal processing circuit according to the second embodiment. The signal processing circuit 20b has an A /
It has a D converter 21b, a memory 22b, a center-of-gravity calculation unit 23b, a data output unit 24b, and a calculation setting block 26. The functions of the components other than the operation setting block 26 among these components are the same as those in the first embodiment.

【0028】演算設定ブロック26は範囲設定部261
と閾値設定部262とからなる。範囲設定部261に
は、メモリ22bから読み出された受光データと閾値設
定部262の出力する閾値XTHとが入力される。閾値設
定部262にはメモリ22bからの受光データと範囲設
定部261の出力する開始端istart とが入力される。
The calculation setting block 26 includes a range setting section 261
And a threshold setting unit 262. The range setting unit 261 receives the received light data read from the memory 22b and the threshold value X TH output by the threshold value setting unit 262. The light receiving data from the memory 22b and the start end i start output from the range setting unit 261 are input to the threshold value setting unit 262.

【0029】範囲設定部261の動作の概略は、上述し
た範囲設定部251の動作と同様であり、図4のフロー
チャートで表される。ただし、範囲設定部261は、図
4のステップ#20の終了判定において、勾配が上述の
条件を満たした場合だけでなく、注目するフレームのデ
ータ値が閾値XTHより小さい場合にも、その時点のフレ
ーム番号iを終了端iend と決める。つまり、開始端i
start が確定した後に勾配が「上り」から「下り」に転
じ、さらにデータ値が閾値XTHを下回った時点で終了端
end を決定する。これにより、勾配のみに基づいて判
定を行う場合と比べて早期に終了端iend を決定するこ
とができ、重心演算に係わる所要時間の短縮を図ること
ができる。
The outline of the operation of the range setting unit 261 is the same as the operation of the range setting unit 251 described above, and is represented by a flowchart in FIG. However, not only when the gradient satisfies the above-described condition but also when the data value of the frame of interest is smaller than the threshold value XTH in the end determination of step # 20 in FIG. Is determined as the end i end . That is, the starting end i
After the start is determined, the gradient changes from “up” to “down”, and when the data value falls below the threshold X TH , the end i end is determined. As a result, the end end i end can be determined earlier as compared with the case where the determination is made based only on the gradient, and the time required for calculating the center of gravity can be reduced.

【0030】閾値設定部262は、開始端istart が入
力された時点で、次のA〜Dのいずれかを閾値XTHとし
て出力する。 A:開始端とその前側の範囲のデータ値〔X(1)〜X
(istart )〕の平均値 B:開始端とその前側の範囲のデータ値〔X(1)〜X
(istart )〕の最大値 C:開始端とその前側の範囲のデータ値〔X(1)〜X
(istart )〕の最小値 D:開始端のデータ値X(istart ) 〔他の実施形態〕第1実施形態および第2実施形態では
時間重心を求める場合を例示したが、空間重心を求める
場合にも本発明を適用することができる。空間重心の場
合は図3〜図5においてフレーム番号iを画素位置に読
み換えればよい。
The threshold setting unit 262 outputs one of the following A to D as the threshold X TH when the start end i start is input. A: Data value in the range between the start end and the front end [X (1) to X (1) to X
(I start )] B: Data value [X (1) to X in the range between the start end and the front end
(I start )] C: Data value [X (1) to X in the range between the start end and the front end thereof
(I start )] D: Data value at the start end X (i start ) [Other Embodiments] In the first and second embodiments, the case where the time barycenter is obtained has been exemplified. The present invention can be applied to such cases. In the case of the spatial center of gravity, the frame number i may be read as a pixel position in FIGS.

【0031】また、図6のように物体91と装置2との
間の光パルスの伝搬時間Taを測定するTOF法による
距離測定において、光パルスの受信時点t2を特定する
重心演算に際して、本発明に則して演算対象範囲を設定
すればノイズの影響を低減することができる。装置2の
内部で送信光の一部をモニターする場合には、送信時点
t1を特定する重心演算にも本発明を適用することがで
きる。
In the distance measurement by the TOF method for measuring the propagation time Ta of the light pulse between the object 91 and the device 2 as shown in FIG. 6, the present invention is applied to the calculation of the center of gravity for specifying the reception time t2 of the light pulse. The influence of noise can be reduced by setting the calculation target range in accordance with the following equation. When a part of the transmission light is monitored inside the device 2, the present invention can be applied to the center of gravity calculation for specifying the transmission time t1.

【0032】[0032]

【発明の効果】請求項1乃至請求項5の発明によれば、
より多くの有効なデータに基づいて重心演算を行って測
定結果の精度を高めることができる。
According to the first to fifth aspects of the present invention,
The center of gravity calculation can be performed based on more effective data to improve the accuracy of the measurement result.

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

【図1】本発明に係る3次元入力システムの構成図であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional input system according to the present invention.

【図2】信号処理回路の要部の機能構成図である。FIG. 2 is a functional configuration diagram of a main part of a signal processing circuit.

【図3】重心演算に係る範囲設定の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of a range setting related to a center of gravity calculation.

【図4】範囲設定部の動作を示すフローチャートであ
る。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of a range setting unit.

【図5】第2実施形態に係る信号処理回路の要部の機能
構成図である。
FIG. 5 is a functional configuration diagram of a main part of a signal processing circuit according to a second embodiment.

【図6】TOF法による距離測定の概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram of distance measurement by the TOF method.

【図7】従来における重心演算条件の設定を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating setting of a center of gravity calculation condition in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 3次元カメラ(光学測定装置) 90 物体 20 光学系 23,23b 重心演算部(重心演算手段) j 時間重心(重心) 251,261 範囲設定部(範囲設定手段) XTH 閾値 252,262 閾値設定部(閾値設定手段) 13 スキャナ(光学走査機構) D1 測定データ(3次元形状データ)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-dimensional camera (optical measuring device) 90 Object 20 Optical system 23, 23b Center-of-gravity calculating part (centroid calculating means) j Time centroid (centroid) 251, 261 Range setting part (range setting means) X TH threshold 252, 262 Threshold setting Unit (threshold setting means) 13 Scanner (optical scanning mechanism) D1 Measurement data (three-dimensional shape data)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA53 BB05 FF04 FF09 GG04 HH05 JJ03 LL04 LL13 LL62 QQ28 QQ31 UU05 5L096 BA08 CA02 CA08 FA14 FA35 FA60 FA66  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA53 BB05 FF04 FF09 GG04 HH05 JJ03 LL04 LL13 LL62 QQ28 QQ31 UU05 5L096 BA08 CA02 CA08 FA14 FA35 FA60 FA66

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】物体へ光を投射して反射光を受光する光学
系と、受光強度の時間分布の重心または受光面における
受光強度の空間分布の重心を算出する重心演算手段とを
備え、重心またはそれに基づく予め定められた演算の結
果を測定データとして出力する光学測定装置であって、 前記時間分布または空間分布における受光強度変化の様
相を判別し、その結果に基づいて当該時間分布または空
間分布における重心演算の対象範囲を設定する範囲設定
手段を有したことを特徴とする光学測定装置。
1. An optical system for projecting light onto an object to receive reflected light, and a center of gravity calculating means for calculating a center of gravity of a time distribution of received light intensity or a center of space of a spatial distribution of received light intensity on a light receiving surface. Or an optical measurement device that outputs a result of a predetermined calculation based on the measurement result as measurement data, and determines an aspect of a change in received light intensity in the time distribution or the spatial distribution, and based on the result, the time distribution or the spatial distribution. An optical measuring device comprising a range setting means for setting a target range of the center of gravity calculation in the above.
【請求項2】前記範囲設定手段は、受光強度の時間的ま
たは空間的な変化の勾配に基づいて前記様相の判別を行
う請求項1記載の光学測定装置。
2. The optical measuring apparatus according to claim 1, wherein said range setting means determines said aspect based on a gradient of a temporal or spatial change in received light intensity.
【請求項3】前記範囲設定手段は、前記様相の判別結果
と受光強度の閾値とに基づいて前記対象範囲の設定を行
う請求項1記載の光学測定装置。
3. The optical measuring apparatus according to claim 1, wherein the range setting means sets the target range based on the determination result of the aspect and a threshold value of the received light intensity.
【請求項4】前記閾値を受光強度に応じて設定する閾値
設定手段を有した請求項3記載の光学測定装置。
4. An optical measuring apparatus according to claim 3, further comprising a threshold setting means for setting said threshold in accordance with a received light intensity.
【請求項5】複数の方向に光を投射するための光学走査
機構を備え、物体上の複数の点についての測定データで
ある3次元形状データを出力する請求項1記載の光学測
定装置。
5. The optical measuring apparatus according to claim 1, further comprising an optical scanning mechanism for projecting light in a plurality of directions, and outputting three-dimensional shape data as measurement data on a plurality of points on the object.
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