JP2003139518A - Image input optical system and three dimensional shape measuring device - Google Patents

Image input optical system and three dimensional shape measuring device

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JP2003139518A
JP2003139518A JP2001337048A JP2001337048A JP2003139518A JP 2003139518 A JP2003139518 A JP 2003139518A JP 2001337048 A JP2001337048 A JP 2001337048A JP 2001337048 A JP2001337048 A JP 2001337048A JP 2003139518 A JP2003139518 A JP 2003139518A
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JP
Japan
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angle
view
mirror
image
image pickup
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JP2001337048A
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Kazuyoshi Ito
一良 伊東
Yoshiaki Horikawa
嘉明 堀川
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image input optical system and a three dimensional shape measuring device capable of picking up images of a subject from three or more different view points by one shooting, and facilitating the acquisition of an image where a measuring process of a three dimensional shape of an object to be measured is easy. SOLUTION: The image input optical system inputting three or more images in one image pickup element is characterized in that it is provided with one image pickup lens 12 forming an image on the image pickup element, a first dividing mirror 13 having at least two reflecting faces and dividing an angle of view of the image pickup lens, and a second dividing mirror 14 having at least two reflecting faces and further dividing the angle of view divided by the first dividing mirror. The three dimensional shape measuring device is characterized in that it uses the optical system.

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】被写体の像を撮像素子に投影
する画像入力光学系とその入力された画像を用いて被写
体の形状を測定する測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image input optical system for projecting an image of a subject on an image pickup device and a measuring device for measuring the shape of the subject using the input image.

【0002】[0002]

【従来の技術】被写体の複数の画像を一つの撮像素子に
入力す例としては、ステレオカメラがある。特開200
0−227332にステレオカメラが開示されている。
これは一つの撮像素子にステレオ像を入力する為に二つ
の撮像レンズを用いている。しかし、二つの撮像レンズ
を撮像素子の前に設けただけでは、十分な視差が得られ
ないので、それぞれの撮像レンズの光軸の間隔を広げる
為に、ミラーが設けられている(図5)。しかし、一つ
の撮像素子の直前に二つの撮像レンズを配置しているの
で、テレセントリックな撮像レンズが使えないので実用
ではない。
2. Description of the Related Art A stereo camera is an example of inputting a plurality of images of a subject into one image pickup device. JP 200
A stereo camera is disclosed in 0-227332.
This uses two image pickup lenses to input a stereo image to one image pickup element. However, a sufficient parallax cannot be obtained only by providing the two image pickup lenses in front of the image pickup device, and therefore, a mirror is provided to widen the distance between the optical axes of the respective image pickup lenses (FIG. 5). . However, since two image pickup lenses are arranged immediately before one image pickup element, a telecentric image pickup lens cannot be used, which is not practical.

【0003】また、三次元画像計測や立体のモデル化に
光学的手法が用いられている。特開平7−91927に
ステレオ法による三次元測定装置が示されている。図6
に示すように、被写体90に縞パターンを投影し、その
被写体91を2台のカメラ(92、93)で撮像する。
撮影された縞パターンの曲がりから被写体の三次元構造
を三角測量の原理に基づいて計測する。この従来例で
は、投影する縞パターンの周期を変化させて複数枚取得
し測定空間密度を高めている。また、2台のカメラを用
いることで精度を高めている。縞パターンを投影しない
でステレオ画像だけで三次元形状を測定する方法も提案
されている(特開平8−201023)。被写体を異な
る位置から複数の画像を撮影し、得られた画像上で対応
点を探し出し、三角測量の原理でその対応点までの距離
を測定する。この方法は対応点を探し出すのが難しいの
が欠点であるが、画素レベルの高密度な距離画像を得る
ことができる。
Optical techniques are also used for three-dimensional image measurement and three-dimensional modeling. Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-91927 discloses a three-dimensional measuring device by a stereo method. Figure 6
As shown in, the stripe pattern is projected on the subject 90, and the subject 91 is imaged by the two cameras (92, 93).
The three-dimensional structure of the subject is measured based on the principle of triangulation from the bending of the photographed stripe pattern. In this conventional example, the period of the projected stripe pattern is changed to obtain a plurality of sheets and the measurement space density is increased. Moreover, the accuracy is improved by using two cameras. A method of measuring a three-dimensional shape using only a stereo image without projecting a stripe pattern has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-201023). Multiple images are taken of the subject from different positions, corresponding points are found on the obtained images, and the distance to the corresponding points is measured by the principle of triangulation. This method has a drawback in that it is difficult to find corresponding points, but it is possible to obtain a high-density range image at the pixel level.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記特開2000−2
27332の場合、一つの撮像素子に入力する場合に二
つの撮像レンズを用いているので撮像素子に入射する光
線をテレセントリックに入射することができない。通常
用いられるカラーの固体撮像素子にはカラーフィルター
が用いられており、撮像素子の十分な感度確保のため、
光線をできるだけ撮像面に垂直に、すなわちテレセント
リックに入射する必要がある。従って、上記光学系はカ
ラー撮像素子を利用する場合は好ましくない。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the case of 27332, since two image pickup lenses are used when inputting into one image pickup element, the light ray entering the image pickup element cannot be made telecentric. A color filter is used for the color solid-state image sensor that is normally used. To ensure sufficient sensitivity of the image sensor,
It is necessary to make the light rays incident on the image pickup surface as perpendicularly as possible, that is, in a telecentric manner. Therefore, the above optical system is not preferable when a color image pickup device is used.

【0005】また、上記特開平7−91927の場合、
2台のカメラで撮像するので三次元形状と言ってもある
方向からみた形状である。従って、被写体の全方向から
の形状、すなわち被写体全体にわたる三次元形状は測定
できない。特開平8−201023も同様の欠点を有す
る。被写体を回転テーブルに載せ、回転させながら前記
手法で形状情報を取得し、それらを組合わせて全体にわ
たる形状を測定する手法が提案されているが、被写体を
回転させながら順次測定するので、動いている被写体な
ど、一瞬の事象を捕らえることができない欠点がある。
In the case of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 7-91927,
It is a shape seen from a certain direction even if it is called a three-dimensional shape because it is imaged by two cameras. Therefore, the shape of the subject from all directions, that is, the three-dimensional shape of the entire subject cannot be measured. Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-201023 has the same drawback. A method has been proposed in which the subject is placed on a rotating table, the shape information is obtained by the above method while rotating, and the shape of the entire object is measured by combining them. It has the drawback that it cannot capture a momentary event such as a moving subject.

【0006】本発明は、これらの点に着目し、被写体の
複数からの方向の像を一台のカメラで取得できる画像入
力光学系とその光学系を用いて被写体の三次元形状の測
定が一回の撮影で可能な三次元形状測定装置を提供す
る。
The present invention pays attention to these points, and an image input optical system capable of acquiring images of a subject from a plurality of directions with one camera and a three-dimensional shape measurement of the subject using the optical system. A three-dimensional shape measuring device that can be photographed once.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によると、(1) 三つ以上の画像を一つの
撮像素子に入力する光学系において、前記撮像素子に像
を結像する一つの撮像レンズと、複数の反射面を有し、
前記撮像レンズを通して撮像される画角(撮影範囲)を
分割する画角分割手段と、を備えることを特徴とする画
像入力光学系が提供される。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, (1) in an optical system for inputting three or more images into one image pickup device, an image is formed on the image pickup device. Has one imaging lens and a plurality of reflective surfaces,
An image input optical system comprising: an angle-of-view dividing unit that divides an angle of view (shooting range) imaged through the imaging lens.

【0008】また、本発明によると、(2) 前記画角
分割手段は、少なくとも二つの反射面を有し、前記撮影
レンズの画角(撮影範囲)を分割する第一の画角分割手
段(プリズムミラー)と、少なくとも二つの反射面を有
し、前記第一の画各分割手段(プリズムミラー)で分割
された画角(撮影範囲)を更に分割する第二の画角分割
手段(プリズムミラー)と、を備えることを特徴とする
(1)に記載の画像入力光学系が提供される。
Further, according to the present invention, (2) the view angle dividing means has at least two reflecting surfaces and divides the view angle (shooting range) of the taking lens by the first view angle dividing means ( A prism mirror) and at least two reflecting surfaces, and second view angle dividing means (prism mirror) for further dividing the view angle (shooting range) divided by each of the first image dividing means (prism mirror). ) And are provided, the image input optical system as described in (1) is provided.

【0009】また、本発明によると、(3) 前記画角
分割手段は、前記画角分割手段に導かれる光軸と、前記
撮像レンズの主光線であり、且つ前記光軸に対称な光線
の内、前記画角分割手段の二つの反射面が交わる稜と前
記光軸がなす平面に対称な位置にある二本の主光線が前
記画角分割手段を経由した二本の光線とが一つの平面に
含まれると共に、前記画角分割手段に分割された画角の
中心を通る前記主光線を新たなる光軸として、引き続く
光学手段に導くことを特徴とする(1)及び(2)に記
載の画像入力光学系が提供される。
Further, according to the present invention, (3) the angle-of-view dividing means includes a light ray which is a principal ray of the imaging lens and is symmetric with respect to the optical axis guided to the angle-of-view dividing means. Of the two angled rays, the two principal rays located at a position symmetrical to the plane formed by the optical axis and the edge where the two reflecting surfaces of the angle of view dividing means intersect are two rays passing through the angle of view dividing means. (1) and (2), characterized in that the principal ray passing through the center of the angle of view divided by the angle of view dividing means is guided to the subsequent optical means as a new optical axis. An image input optical system is provided.

【0010】また、本発明によると、(4) 撮像素子
に画像を結像する一つの撮像レンズと、前記レンズを通
して撮像される画角(撮影範囲)を二分するように二つ
の反射面を有する共に、前記撮像レンズの光軸と直交す
る平面に前記二つの反射面を分ける稜が含まれるように
配置された第一の分割ミラー(プリズムミラー)と、前
記第一の分割ミラー(プリズムミラー)で二分された前
記画角(撮影範囲)を更に二分するように二つの反射面
を有すると共に、前記撮像レンズの光軸と平行となるよ
うに前記二つの反射面を分ける稜が配置された第二の分
割ミラー(プリズムミラー)と、前記光軸と前記光軸に
垂直な平面との交点から前記平面上を放射状に伸びる線
上に、前記第一及び第二の分割ミラー(プリズムミラ
ー)で分割された画角(撮影範囲)の主光線が導入され
るように配置した第一の反射ミラーと、前記第一の反射
ミラーを経由した分割された画角(撮影範囲)の中心を
通る主光線を、前記撮像レンズの光軸の延長線に向かっ
て曲げる第二の反射ミラーと、を備えることを特徴とす
る画像入力光学系が提供される。
Further, according to the present invention, (4) one image pickup lens for forming an image on the image pickup device and two reflecting surfaces for dividing an angle of view (photographing range) imaged through the lens into two. Both, a first split mirror (prism mirror) and a first split mirror (prism mirror) arranged such that a ridge dividing the two reflection surfaces is included in a plane orthogonal to the optical axis of the imaging lens. The angle of view (shooting range) bisected by 2 is further divided into two, and a ridge that divides the two reflection surfaces is arranged so as to be parallel to the optical axis of the imaging lens. Two split mirrors (prism mirrors) and splits by the first and second split mirrors (prism mirrors) on a line radially extending on the plane from the intersection of the optical axis and a plane perpendicular to the optical axis. Angle of view The first reflection mirror arranged so that the chief ray in the (shooting range) is introduced, and the chief ray passing through the center of the divided field angle (shooting range) via the first reflecting mirror are imaged as described above. An image input optical system is provided, comprising: a second reflecting mirror that bends toward an extension of the optical axis of the lens.

【0011】また、本発明によると、(5) (1)、
(2)、(3)または(4)に記載の画像入力光学系に
よって得られた複数の画像から被写体の三次元立体形状
を計測する三次元形状測定装置が提供される。
According to the present invention, (5) (1),
There is provided a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional solid shape of a subject from a plurality of images obtained by the image input optical system according to (2), (3) or (4).

【0012】また、本発明によると、(6) 複数の各
画像の中で被写体の対応する点(部位)を特定し、その位
置関係から被写体の三次元立体形状を求める(5)に記
載の三次元形状測定装置が提供される。
Further, according to the present invention, (6) the corresponding points (regions) of the subject are specified in each of the plurality of images, and the three-dimensional shape of the subject is obtained from the positional relationship thereof. A three-dimensional shape measuring device is provided.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。図1に本発明の第一の
実施の形態を示す。撮像素子(CCD)11とレンズ1
2により通常のカメラ10が構成され、レンズ12の焦
点距離とCCD11の大きさによってこのカメラの画角
すなわち撮像範囲が決まる。ミラー13(ミラーA)
は、二つの反射面13−1及び13−2を有し、その稜
を13−3とする二等辺三角柱であり、その稜13−3
を境にカメラ10の画角(撮影範囲)を二等分する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Imaging device (CCD) 11 and lens 1
An ordinary camera 10 is constituted by 2, and the angle of view of this camera, that is, the imaging range is determined by the focal length of the lens 12 and the size of the CCD 11. Mirror 13 (mirror A)
Is an isosceles triangular prism having two reflecting surfaces 13-1 and 13-2 and having its edge as 13-3, and its edge 13-3.
The angle of view (shooting range) of the camera 10 is divided into two at the boundary.

【0014】また、二つのミラー14(ミラーB)は、
ミラー13(ミラーA)を挟んで対称に配置されてい
る。このミラー14(ミラーB)は、ミラー13(ミラ
ーA)と同種のプリズムミラーであり、反射面14−
1、14−2及び稜14−3を有するが、少なくともそ
の向きが異なる。(なお、ミラー13とミラー14は、
寸法的に完全に同一である必要はない。)具体的には、
ミラー14(ミラーB)の稜14−3の向きがミラー1
3(ミラーA)の稜13−3に垂直、すなわち、レンズ
12の光軸20と平行となっている。このように配置す
ることによって、ミラー14(ミラーB)は、ミラー1
3(ミラーA)によって二等分された画角をさらに二等
分する。つまり、ミラー13及びミラー14によって構
成された画角分割手段(撮像範囲分割手段)が、カメラ
10の画角(撮像範囲)を四等分することになる。
The two mirrors 14 (mirror B) are
The mirrors 13 (mirror A) are arranged symmetrically. This mirror 14 (mirror B) is a prism mirror of the same kind as the mirror 13 (mirror A), and has a reflecting surface 14-
1 and 14-2 and a ridge 14-3, but at least their directions are different. (The mirror 13 and the mirror 14 are
It need not be dimensionally identical. )In particular,
The direction of the ridge 14-3 of the mirror 14 (mirror B) is the mirror 1.
3 (mirror A) is perpendicular to the edge 13-3, that is, parallel to the optical axis 20 of the lens 12. With this arrangement, the mirror 14 (mirror B) becomes
The angle of view bisected by 3 (mirror A) is further bisected. That is, the angle-of-view dividing unit (imaging range dividing unit) configured by the mirror 13 and the mirror 14 divides the angle of view (imaging range) of the camera 10 into four equal parts.

【0015】ところで、より詳細な配置条件としては、
ミラー13(ミラーA)により画角(撮像範囲)を二分
するために、「レンズ12の光軸(ミラー13に導かれ
る光軸)」と、「レンズ12の光軸に対称な位置の二本
の主光線の内、ミラー13(ミラーA)の稜13−3と
レンズの光軸12がなす平面に対称な位置にある二本の
主光線それぞれが、ミラー13(ミラーA)の異なる二
つの反射面(13−1及び13−2)を経由したの光
線」とが、一つの平面に含まれるように、CCD11、
レンズ12、稜13−3及び二つの反射面13−1、1
3−2が配置される。さらに、この分割ミラー13(ミ
ラーA)で分割された画角の中心を通るレンズ12の主
光線を、新たなる光軸として、引き続く光学手段、この
場合はミラー14に導く。このような配置を採用してい
るため、ミラー13(ミラーA)に起因して、CCD1
1上に結像される像の回転が起こらない。
By the way, as a more detailed arrangement condition,
In order to divide the angle of view (imaging range) by the mirror 13 (mirror A), “the optical axis of the lens 12 (the optical axis guided to the mirror 13)” and “the two positions symmetrical to the optical axis of the lens 12” Of the two principal rays of the mirror 13 (mirror A), which are symmetrical with respect to the plane formed by the ridge 13-3 of the mirror 13 (mirror A) and the optical axis 12 of the lens, So that the “light rays passing through the reflecting surfaces (13-1 and 13-2)” are included in one plane.
Lens 12, ridge 13-3 and two reflecting surfaces 13-1, 1
3-2 is arranged. Further, the chief ray of the lens 12 passing through the center of the angle of view divided by the split mirror 13 (mirror A) is guided to the subsequent optical means, in this case, the mirror 14 as a new optical axis. Since this arrangement is adopted, the CCD 1 is caused by the mirror 13 (mirror A).
No rotation of the image formed on 1 occurs.

【0016】ミラー14(ミラーB)で画角(撮像範
囲)を、さらに二等分するときも同様の考え方とする。
すなわち、ミラー13(ミラーA)で画角が分割された
結果、設定された新たなる光軸をミラー14(ミラー
B)に導かれる光軸として扱う。この「ミラー14に導
かれた光軸」と、「ミラー14に導かれた光軸に対称な
二本の主光線の内、ミラー14(ミラーB)の稜14−
3とミラー14に導かれた光軸とがなす平面に対称な位
置にある二本の主光線それぞれが、ミラー14(ミラー
B)の異なる二つの反射面(14−1及び14−2)を
経由したの光線」とが、一つの平面に含まれるように、
ミラー13(ミラーA)に対して、ミラー14(ミラー
B)の稜14−3及び二つの反射面14−1、14−2
が配置される。このため、ミラー13の配置と同様に、
ミラー14の配置に起因する画像の回転は起こらない。
また、このミラー14にて分割された画角の中心を通る
主光線を、新たなる光軸として、次なる光学手段、すな
わち、ミラー15(ミラーC)に導いている。
The same idea is applied when the angle of view (imaging range) is further divided into two parts by the mirror 14 (mirror B).
That is, as a result of the angle of view being divided by the mirror 13 (mirror A), the new optical axis set is treated as the optical axis guided to the mirror 14 (mirror B). The "optical axis guided to the mirror 14" and the "edge 14-of the mirror 14 (mirror B) of the two principal rays symmetrical to the optical axis guided to the mirror 14-
3 and the two principal rays at positions symmetrical to the plane formed by the optical axis guided to the mirror 14 pass through two different reflecting surfaces (14-1 and 14-2) of the mirror 14 (mirror B). So that the light beam that has passed through is included in one plane,
With respect to the mirror 13 (mirror A), the ridge 14-3 of the mirror 14 (mirror B) and the two reflecting surfaces 14-1 and 14-2.
Are placed. Therefore, like the arrangement of the mirror 13,
Image rotation due to the placement of the mirror 14 does not occur.
Further, the principal ray passing through the center of the angle of view divided by the mirror 14 is guided to the next optical means, that is, the mirror 15 (mirror C) as a new optical axis.

【0017】次に、ミラー15(ミラーC)の配置を説
明する。ミラー15(ミラーC)は、ミラー13(ミラ
ーA)及びミラー14(ミラーB)によって四分割され
た画角の中心を通る主光線17を、レンズ12の光軸2
0と直交する平面との交点21から光軸20に直交する
平面上を放射状に伸びる直線とが一致する(導入され
る)ように配置している。
Next, the arrangement of the mirror 15 (mirror C) will be described. The mirror 15 (mirror C) passes the chief ray 17 passing through the center of the angle of view divided into four by the mirror 13 (mirror A) and the mirror 14 (mirror B), to the optical axis 2 of the lens 12.
It is arranged so that a straight line extending radially from the intersection point 21 of the plane orthogonal to 0 and the plane orthogonal to the optical axis 20 coincides (is introduced).

【0018】これに基づいて、ミラー13(ミラーA)
及びミラー15(ミラーB)で4分割された画角をそれ
ぞれ反射する計4枚のミラー15(ミラーC)が、ミラ
ー13(ミラーA)に対称にそれぞれ配置されている。
この時、好ましくは、交点21からそれぞれのミラー1
5に放射状に伸びる直線は、90度離間していることが
望ましい。これは、被写体の全周にわたって等間隔に複
数の視点からの画像を取得するためである。
Based on this, the mirror 13 (mirror A)
Also, a total of four mirrors 15 (mirror C) that respectively reflect the angle of view divided into four by the mirror 15 (mirror B) are arranged symmetrically with respect to the mirror 13 (mirror A).
At this time, preferably each mirror 1 from the intersection 21
The straight lines extending radially in 5 are preferably 90 degrees apart. This is to acquire images from a plurality of viewpoints at equal intervals over the entire circumference of the subject.

【0019】さらに、ミラー16(ミラーD)は、四分
割された画角の中心を通る主光線17をレンズ12の光
軸20を延長した直線状の点22に導くように配置され
ている。言い換えると、被写体30の画像を撮像できる
ように、被写体30からの光線を反射し、上述の放射状
の直線上に導いて、ミラー15(ミラーC)に導く。す
なわち、ミラー16(ミラーD)は、レンズ12の光軸
20を延長した点22上に存在する光点からの光線をミ
ラー15(ミラーC)に導くように配置されている。こ
れに基き、他の3枚のミラーDも配置される。
Further, the mirror 16 (mirror D) is arranged so as to guide the principal ray 17 passing through the center of the four-divided field angle to a linear point 22 extending the optical axis 20 of the lens 12. In other words, the light ray from the subject 30 is reflected, guided to the above-mentioned radial straight line, and guided to the mirror 15 (mirror C) so that the image of the subject 30 can be captured. That is, the mirror 16 (mirror D) is arranged so as to guide the light beam from the light point existing on the point 22 obtained by extending the optical axis 20 of the lens 12 to the mirror 15 (mirror C). Based on this, the other three mirrors D are also arranged.

【0020】以上のように配置された光学系は、撮像さ
れる画像の不要な回転を抑えるため、図2に示すよう
に、被写体の像が、撮像素子の撮像面をきれいに四分割
した場所に投影され、撮像面を有効に使うことができ
る。つまり、通常、長方形である撮像素子受光面上に長
方形の画像を無駄なく配置することができる。
The optical system arranged as described above suppresses unnecessary rotation of the image to be picked up. Therefore, as shown in FIG. It is projected and the image pickup surface can be used effectively. That is, a rectangular image can be disposed on the light receiving surface of the image pickup element, which is usually rectangular, without waste.

【0021】一方、仮に、このような配慮を怠ると、図
3のように被写体が回転し、撮像面が有効に使えないだ
けでなく、画像から被写体の形状を求める際に、被写体
の対応点を取る画像処理がより複雑になり、対応点探索
に余計な処理が必要となる。
On the other hand, if such consideration is neglected, the subject rotates as shown in FIG. 3 and the image pickup surface cannot be effectively used, and when the shape of the subject is obtained from the image, corresponding points of the subject are obtained. The image processing that takes is more complicated, and extra processing is required for the corresponding point search.

【0022】次に、上記のような光学系を使用して得ら
れた複数の画像間における対応点の特定方法を説明す
る。四つの画像の各被写体像の対応点を特定する方法と
して、相関を取る手法が知られている。例えば、図4で
示すように、ある窓を設定しその中の画像の差を計算
し、一致するところ、すなわち零になるところが一致点
と判断する。実際には、像の変形・雑音などにより零に
はならないので最小値となるところを求める。
Next, a method of identifying corresponding points between a plurality of images obtained by using the above optical system will be described. As a method of identifying the corresponding points of the respective subject images of the four images, a method of taking a correlation is known. For example, as shown in FIG. 4, a window is set, the difference between the images in the window is calculated, and the point of coincidence, that is, the point of zero is determined as the coincidence point. In reality, it does not become zero due to image deformation, noise, etc., so the point where the minimum value is obtained is obtained.

【0023】すなわち、画像A:g(x、y)、画像B:
h(x、y)として、相関値Sは、
That is, image A: g (x, y), image B:
As h (x, y), the correlation value S is

【0024】[0024]

【数1】 [Equation 1]

【0025】と表される。ここでmは相関を計算すると
きに画像をずらす量で、この場合、窓の範囲は2m+1
である。この相関値Sが最小になったときの画像が一致
したことになり対応点が求められ、図4の斜線部分がS
の値である。
It is expressed as Here, m is the amount by which the image is shifted when calculating the correlation, and in this case, the window range is 2m + 1.
Is. When the correlation value S becomes the minimum, it means that the images match and the corresponding points are obtained.
Is the value of.

【0026】ところで、相関を取る画像は同じ方向から
眺めた像が好ましいが、四方向から得た画像は、眺める
角度が90度程度違っている。そこで、相関を取る二つ
の画像を同じ方向に投影して(画像処理で)補正を行っ
た後に用いる。このような対応点を被写体全体にわたっ
て計算し、対応点の位置関係から被写体の形状を求め
る。そして、対応点を決定した後、それぞれの対応点の
視差を利用して、対応点ごとに被写体の三次元情報を取
得すれば、被写体全体の三次元形状を測定することが可
能となる。
By the way, it is preferable that the images to be correlated are images viewed from the same direction, but the images obtained from the four directions have different viewing angles by about 90 degrees. Therefore, the two images having the correlation are projected in the same direction and corrected (by image processing) and then used. Such corresponding points are calculated over the entire subject, and the shape of the subject is obtained from the positional relationship of the corresponding points. Then, after determining the corresponding points, the three-dimensional shape of the entire subject can be measured by using the parallax of each corresponding point to acquire the three-dimensional information of the subject for each corresponding point.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、一つの撮像デバイス上
にテレセントリックに画像を結像させることができ、一
つの撮像素子上に配置された3つ以上の視点からの画像
を撮影できる画像入力光学系およびそれを用いた三次元
形状測定装置が提供される。
According to the present invention, an image input capable of telecentrically forming an image on one image pickup device and taking images from three or more viewpoints arranged on one image pickup device. An optical system and a three-dimensional shape measuring apparatus using the same are provided.

【0028】すなわち、本発明に係る光学系及び装置
は、感度が良く、運動している測定対象物(撮像対象)
に対しても対応でき、且つ測定対象物の三次元形状を測
定処理し易い画像の取得を容易にする。
That is, the optical system and the apparatus according to the present invention have high sensitivity and are moving in motion (measuring object).
It is possible to easily obtain an image that can easily handle the three-dimensional shape of the measurement target.

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

【図1】本発明に係る画像入力光学系の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an image input optical system according to the present invention.

【図2】本発明に係る画像入力光学系で得られる画像を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an image obtained by the image input optical system according to the present invention.

【図3】不適切な画像入力光学系で撮像された画像例を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an image captured by an inappropriate image input optical system.

【図4】本発明に係る三次元形状測定装置に採用される
対応点特定方法の原理を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the corresponding point identifying method adopted in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図5】第一の従来例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a first conventional example.

【図6】第二の従来例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 カメラ 11 撮像素子(CCD) 12 レンズ 13 ミラーA(分割ミラー) 13−1 第一の反射面 13−2 第二の反射面 13−3 稜 14 ミラーB(分割ミラー) 14−1 第一の反射面 14−2 第二の反射面 14−3 稜 15 ミラーC(反射ミラー) 16 ミラーD(反射ミラー) 17 四分割された画角の中心を通る主光線 20 光軸 21 光軸と光軸に垂直な平面の交点 22 光軸を延長した直線上に仮定した光点位置 23 瞳の位置 30 被写体 10 cameras 11 Image sensor (CCD) 12 lenses 13 Mirror A (split mirror) 13-1 First reflective surface 13-2 Second reflective surface 13-3 Ridge 14 Mirror B (split mirror) 14-1 First reflective surface 14-2 Second reflective surface 14-3 Ridge 15 Mirror C (reflection mirror) 16 Mirror D (reflection mirror) 17 Principal ray passing through the center of the four-divided angle of view 20 optical axis 21 The intersection of the optical axis and the plane perpendicular to the optical axis 22 Assumed light spot position on a straight line extending the optical axis 23 Eye position 30 subjects

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 三つ以上の画像を一つの撮像素子に入力
する光学系において、前記撮像素子に像を結像する一つ
の撮像レンズと、複数の反射面を有し、前記撮像レンズ
を通して撮像される画角を分割する画角分割手段と、を
備えることを特徴とする画像入力光学系。
1. An optical system for inputting three or more images to one image pickup device, which has one image pickup lens for forming an image on the image pickup device and a plurality of reflecting surfaces, and images through the image pickup lens. An image input optical system, comprising:
【請求項2】 前記画角分割手段は、少なくとも二つの
反射面を有し、前記撮影レンズの画角を分割する第一の
画角分割手段と、少なくとも二つの反射面を有し、前記
第一の画角分割手段で分割された画角を更に分割する第
二の画角分割手段と、を備えることを特徴とする請求項
1に記載の画像入力光学系。
2. The angle-of-view dividing means has at least two reflecting surfaces, and has a first angle-of-view dividing means for dividing an angle of view of the photographing lens and at least two reflecting surfaces. The image input optical system according to claim 1, further comprising a second angle-of-view dividing unit that further divides the angle of view divided by one angle-of-view dividing unit.
【請求項3】 前記画角分割手段は、前記画角分割手段
に導かれる光軸と、前記撮像レンズの主光線であり、且
つ前記光軸に対称な光線の内、前記画角分割手段の二つ
の反射面が交わる稜と前記光軸がなす平面に対称な位置
にある二本の主光線が前記画角分割手段を経由した二本
の光線と、が一つの平面に含まれると共に、前記画角分
割手段に分割された画角の中心を通る前記主光線を新た
なる光軸として、引き続く光学手段に導くことを特徴と
する請求項1乃至2に記載の画像入力光学系。
3. The angle-of-view splitting means includes a light ray which is a principal ray of the imaging lens and which is symmetric with respect to the optical axis guided to the angle-of-view splitting means. Two principal rays at a position symmetrical to the plane formed by the optical axis and the edge where the two reflecting surfaces intersect, and two rays that have passed through the angle-of-view dividing means are included in one plane, and 3. The image input optical system according to claim 1, wherein the principal ray passing through the center of the angle of view divided by the angle-of-view dividing unit is guided to a subsequent optical unit as a new optical axis.
【請求項4】 撮像素子に画像を結像する一つの撮像レ
ンズと、前記レンズを通して撮像される画角を二分する
ように二つの反射面を有する共に、前記撮像レンズの光
軸と直交する平面に前記二つの反射面を分ける稜が含ま
れるように配置された第一の分割ミラーと、前記第一の
分割ミラーで二分された前記画角を更に二分するように
二つの反射面を有すると共に、前記撮像レンズの光軸と
平行となるように前記二つの反射面を分ける稜が配置さ
れた第二の分割ミラーと、前記光軸と前記光軸に垂直な
平面との交点から前記平面上を放射状に伸びる線上に、
前記第一及び第二の分割ミラーで分割された画角の中心
を通る主光線が導入されるように配置した第一の反射ミ
ラーと、前記第一の反射ミラーを経由した分割された画
角の中心を通る主光線を、前記撮像レンズの光軸の延長
線に向かって曲げる第二の反射ミラーと、を備えること
を特徴とする画像入力光学系。
4. A plane having one image pickup lens for forming an image on an image pickup device and two reflecting surfaces so as to divide an angle of view picked up by the lens into two, and a plane orthogonal to an optical axis of the image pickup lens. A first split mirror arranged so as to include a ridge separating the two reflective surfaces, and two reflective surfaces for further splitting the angle of view bisected by the first split mirror. A second split mirror in which a ridge that separates the two reflecting surfaces is arranged so as to be parallel to the optical axis of the imaging lens, and on the plane from the intersection of the optical axis and a plane perpendicular to the optical axis. On a line that extends radially,
A first reflection mirror arranged so that a chief ray passing through the center of the angle of view divided by the first and second split mirrors is introduced, and the split angle of view via the first reflection mirror An image input optical system, comprising: a second reflection mirror that bends a chief ray passing through the center of the image pickup lens toward an extension line of the optical axis of the imaging lens.
【請求項5】 請求項1、2、3または4に記載の画像
入力光学系によって得られた複数の画像から被写体の三
次元立体形状を計測する三次元形状測定装置。
5. A three-dimensional shape measuring device for measuring a three-dimensional solid shape of a subject from a plurality of images obtained by the image input optical system according to claim 1.
【請求項6】 複数の各画像の中で被写体の対応する点
(部位)を特定し、その位置関係から被写体の三次元立体
形状を求める請求項5に記載の三次元形状測定装置。
6. A corresponding point of a subject in each of a plurality of images
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 5, wherein the (part) is specified, and the three-dimensional shape of the subject is obtained from the positional relationship.
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