JP2006023083A - Infrared laser measurement/image-display method, and device therefor - Google Patents

Infrared laser measurement/image-display method, and device therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared measurement/image-display method capable of measuring an Indian-ink painting or calligraphy not observable by the naked eyes because of a stain or the like on a surface, without heating a measured object, and allowing observation as a distortion-free image, and a device therefor. <P>SOLUTION: This infrared measurement/image-display device has a semiconductor laser 1 for oscillating a fixed wavelength of infrared pulse laser, a projection mirror 2 for emitting the infrared pulse laser toward the measured object 110, a motor-driven mirror scanning mechanism 3 and a motor-driven head scanning mechanism 4 for scanning the projection mirror 2 at a fixed pitch, a photoreception lens 5 for receiving reflected beam from the measured object 110, a CCD line sensor 6 for converting the beam from the photoreception lens 5 into an electric signal, an A/D converter 7 for converting the signal from the CCD line sensor 6, a signal processing electronic circuit 8 for calculating three-dimensional coordinates and intensity of the reflected beam in a point where a laser beam is reflected, and an image display 9 for displaying a signal from the signal processing electronic circuit 8 as a three-dimensional image. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、表面のよごれにより肉眼では見ることのできない墨書又は墨絵を三次元画像として観察する新規な赤外線レーザー計測・画像表示方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a novel infrared laser measurement / image display method and apparatus for observing a blackboard or blackboard that cannot be seen with the naked eye due to surface dirt as a three-dimensional image.

表面がよごれて見えにくい墨書や墨絵の観察には、赤外線カメラを使用するのが一般的である。波長の長い赤外線は可視光に比べると透過力が大きいために、よごれの表面層を突き抜けて内部まで到達する。また、墨は下地の木材や紙と比べると光の反射率が小さく、墨と他の部分とでは反射光の強度に違いがでる。この原理により、赤外線カメラを用いれば、表面のよごれによって肉眼では観察できないような絵や文字を見ることができる。   In general, an infrared camera is used for observing ink brush paintings and ink paintings that are difficult to see because the surface is dirty. Infrared rays having a long wavelength have a greater transmission power than visible light, and therefore penetrate through a dirty surface layer to reach the inside. Also, the ink has a lower light reflectance than the base wood or paper, and the intensity of the reflected light differs between the ink and other parts. Based on this principle, if an infrared camera is used, it is possible to see pictures and characters that cannot be observed with the naked eye due to surface dirt.

しかし、赤外線カメラを用いる場合は、投光器を用いて大量の赤外線を照射するため、資料が加熱のために劣化する懸念がある。また、通常、一回で撮影できる大きさは最大でも300mm×300mm程度で、より大きなサイズの場合には何枚もの画像を撮る必要があり、レンズ歪みに起因する画像の歪みと投光条件の不均一さに起因する画像むらが問題となる。   However, when an infrared camera is used, a large amount of infrared rays are irradiated using a projector, so that there is a concern that the material deteriorates due to heating. In general, the maximum size that can be shot at one time is about 300 mm x 300 mm. If the size is larger, it is necessary to take several images. Image unevenness due to non-uniformity becomes a problem.

前述の問題に対して、非特許文献1に開示される「赤外線イメージスキャナー」は、フラットベッド型のイメージスキャナーを利用し、観察時に資料に対して必要最小限の赤外線を照射し、被計測物からの反射光をCCDリニアイメージセンサーで受光するシステムが示されている。   In response to the above problems, the “infrared image scanner” disclosed in Non-Patent Document 1 uses a flatbed image scanner, and irradiates the material with the minimum necessary infrared rays during observation, and the object to be measured A system that receives the reflected light from a CCD linear image sensor is shown.

又、大きなサイズや平板でないものの形状を歪みなく計測するシステムとしては、三次元レーザースキャナーがある。これはレーザーをスキャンして、被計測物の三次元形状を計測するもので、非特許文献2に開示されるように、銅鐸など不定形なものの計測に活用されている。機種により計測距離が異なり10cm程度から数100mまでさまざまなものがある。このシステムに用いられるレーザーは可視光から近赤外線まであり、波長としては0.5〜0.9μmの範囲である。   There is a three-dimensional laser scanner as a system that measures a large size or a shape of a non-flat plate without distortion. This is a method of scanning a laser to measure the three-dimensional shape of an object to be measured. As disclosed in Non-Patent Document 2, it is used to measure an indefinite shape such as a copper spear. The measurement distance varies depending on the model, and there are various types ranging from about 10 cm to several hundred meters. Lasers used in this system range from visible light to near infrared rays, and have a wavelength in the range of 0.5 to 0.9 μm.

宮原健吾、他、日本文化財科学会、第17回大会研究発表要旨集、p.204(2000年)Kenji Miyahara, et al., Japan Society for Cultural Property Science, 17th Annual Meeting Abstract, p.204 (2000) 塚本敏夫、他、日本文化財科学会、第17回大会研究発表要旨集、p.208(2000年)Toshio Tsukamoto, et al., Japan Society for Cultural Properties Science, 17th Annual Meeting Abstract, p.208 (2000)

表面のよごれ等によって肉眼では観察できないような墨書や墨絵を見ることができれば、文化財の調査、保存の分野で極めて有益と考えられるが、従来技術には次に示すような問題がある。
(1)不定形の土器や大きな天井に描かれたものを観察する場合、得られる画像に歪みが生じると共に、投光条件の不均一さに起因する画像むらを生じ、鮮明な画像が得にくい。
(2)波長に幅を持つ投光器による赤外線照射においては長時間の照射が必要となるため、長時間の照射による資料劣化の懸念がある。
It would be extremely useful in the field of research and preservation of cultural properties if it was possible to see inscriptions and sumi-e that could not be observed with the naked eye due to dirt on the surface, but the conventional techniques have the following problems.
(1) When observing an irregularly shaped earthenware or a thing drawn on a large ceiling, the resulting image is distorted and image unevenness is caused by unevenness of the light projection conditions, making it difficult to obtain a clear image. .
(2) Infrared irradiation by a projector having a width in wavelength requires long-time irradiation, and there is a concern of deterioration of materials due to long-time irradiation.

又、従来技術の問題は、投光器を用いて資料に照射する赤外線波長が幅を持っていることである。その幅は概ね0.8〜2.0μmである。一方、反射光を検出する赤外線カメラも、赤外線フィルムであれば0.8〜1μm、赤外線ビジコンカメラであれば0.8〜2μmの幅を持つ。一般に、波長が長いほど透過できる表面層は厚くなる。したがって、表面層が厚い場合には、長波長の赤外線のみが下地を検出し、短波長の赤外線は無用となる。この結果として、得られる画像に不要な情報が重畳され鮮明さを欠くことになる。また、下地情報をより多く得るためには、不要な波長を含めて多量の赤外線を照射せざる得なくなり、資料に一層の熱を与える結果となる。   A problem with the prior art is that the infrared wavelength used to illuminate the material using the projector has a wide range. Its width is approximately 0.8 to 2.0 μm. On the other hand, the infrared camera for detecting reflected light has a width of 0.8 to 1 μm for an infrared film and 0.8 to 2 μm for an infrared vidicon camera. In general, the longer the wavelength, the thicker the surface layer that can be transmitted. Therefore, when the surface layer is thick, only the long-wavelength infrared rays detect the ground, and the short-wavelength infrared rays are useless. As a result, unnecessary information is superimposed on the obtained image and lacks clarity. Further, in order to obtain more background information, it is necessary to irradiate a large amount of infrared rays including unnecessary wavelengths, which results in further heating the material.

更に、非特許文献1のシステムは、大量の赤外線照射を避け、歪みの少ない画像を得ることができるが、平らな板や紙状のものしか取り扱うことができず、土器など湾曲しているものの表面を観察することが難しい。また、天井や壁など固定された物の上に描かれたものは計測することができない。   Furthermore, the system of Non-Patent Document 1 avoids a large amount of infrared irradiation and can obtain an image with little distortion, but can handle only a flat plate or paper-like one, and is curved such as earthenware. It is difficult to observe the surface. Also, objects drawn on fixed objects such as ceilings and walls cannot be measured.

又、非特許文献2のシステムにおいても、形状を歪みなく記録できるが、波長が短いために、表面層の厚さが0.1mm以上の場合には光が下地まで透過せず、下地の墨書や墨絵を観察することが難しい。   In the system of Non-Patent Document 2, the shape can be recorded without distortion. However, since the wavelength is short, when the thickness of the surface layer is 0.1 mm or more, the light does not transmit to the ground, It is difficult to observe sumi-e.

本発明の目的は、表面のよごれ等によって肉眼では観察できないような墨絵や墨書を、被計測物を加熱することなく計測でき、又、歪みのない画像として見ることができる赤外線レーザー計測・画像表示方法及びその装置を提供することにある。   An object of the present invention is an infrared laser measurement / image display that can measure a black-and-white painting or ink-print that cannot be observed with the naked eye due to surface dirt, etc. without heating the object to be measured, and can be viewed as an image without distortion. It is to provide a method and apparatus thereof.

本発明は、被計測物にスポット状赤外線レーザーを一定のピッチでパルス照射するステップと、該照射部の各位置での反射光の強度を検出するステップと、前記強度の低い部分について複数個所を選定してその中の最大値を求めるステップと、該最大値より大きい前記強度を計測した全点について最大強度に置きかえるステップと、該最大強度とそれ以外の強度とに基づいて画像として表示するステップとを有することを特徴とする赤外線レーザー計測・画像表示方法にある。   The present invention includes a step of irradiating an object to be measured with a pulsed spot infrared laser at a constant pitch, a step of detecting the intensity of reflected light at each position of the irradiation section, and a plurality of locations for the low intensity portion. A step of selecting and obtaining a maximum value among them, a step of replacing all points where the intensity greater than the maximum value is measured with the maximum intensity, and a step of displaying as an image based on the maximum intensity and other intensities And an infrared laser measurement / image display method.

前記最大強度とそれ以外の強度とを別の色の画像として表示すること、前記検出される強度を前記被計測物の三次元座標に対応させて出力すること、又、前記強度の低い部分が前記被計測物の墨部分であることが好ましい。   Displaying the maximum intensity and the other intensity as images of different colors, outputting the detected intensity corresponding to the three-dimensional coordinates of the object to be measured, and the low intensity part The black portion of the object to be measured is preferably used.

即ち、本発明の赤外線レーザー計測・画像表示方法は、被計測物に一定波長のスポット状赤外線レーザーを一定のピッチでパルス照射し、その反射光を受光することにより、レーザーが当たった各位置の三次元座標と反射光の強度を検出し、強度の大小を色に変換したのち、各座標位置に配置した強度画像として出力することにある。   That is, in the infrared laser measurement / image display method of the present invention, a spot-like infrared laser with a constant wavelength is pulsed onto a measurement object at a constant pitch, and the reflected light is received, so that each position where the laser hits is received. The three-dimensional coordinates and the intensity of the reflected light are detected, the intensity is converted into a color, and then output as an intensity image arranged at each coordinate position.

赤外線レーザーの波長は、1.0〜2.0μmの範囲から選択された一定波長の赤外線パルスレーザーを発振する半導体レーザーが好ましく、波長が短いことに起因して透過できる表面層の厚さが急激に薄くなる下限界である1.0μm以上、また、光のエネルギーの低下により透過できる表面層の厚さが薄くなる上限界である2.0μm以下が好ましい。なお、透過能力が高い1.5〜2.0μmの範囲が特に好ましい。   The wavelength of the infrared laser is preferably a semiconductor laser that oscillates an infrared pulse laser with a constant wavelength selected from the range of 1.0 to 2.0 μm, and the thickness of the surface layer that can be transmitted due to the short wavelength is drastically reduced. The lower limit is preferably 1.0 μm or more, and the upper limit of 2.0 μm or less, which is the upper limit for reducing the thickness of the surface layer that can be transmitted due to a decrease in light energy. In addition, the range of 1.5-2.0 micrometers whose transmission capability is high is especially preferable.

更に、歪みとむらのない画像を得るためには、下記の要件を満たすことが好ましい。
(1)赤外線投光器を使用しない。
(2)絶対寸法(三次元座標)を計測できる。
この二つの要件を満たす方法が赤外線半導体レーザーを用いた三次元レーザースキャナーである。一定波長のパルスレーザーを走査することにより、資料の加熱は回避され、赤外線照射条件も一定に保てる。これにより、(1)の要件を満たし、また、三次元レーザースキャナーの計測原理を用いれば絶対座標を計測でき、(2)の要件を満たすことができる。なお、三次元座標の計測原理には飛行時間法と三角測量法があるが、被計測物の大きさが概ね2m×2m以下であることを考えると、三角測量法によることで測定精度を高められる。また、検出能力と精度を高めるため、レーザーの出力は10〜50mW、スポット径は2mm以下、計測ピッチは2mm以下であることが望ましい。
Furthermore, in order to obtain an image without distortion and unevenness, it is preferable to satisfy the following requirements.
(1) Do not use an infrared projector.
(2) The absolute dimensions (three-dimensional coordinates) can be measured.
A method that satisfies these two requirements is a three-dimensional laser scanner using an infrared semiconductor laser. By scanning a pulse laser with a constant wavelength, heating of the material can be avoided and the infrared irradiation conditions can be kept constant. As a result, the requirement (1) is satisfied, the absolute coordinates can be measured by using the measurement principle of the three-dimensional laser scanner, and the requirement (2) can be satisfied. The three-dimensional coordinate measurement principle includes the time-of-flight method and the triangulation method. Considering that the size of the object to be measured is approximately 2m x 2m or less, the measurement accuracy is improved by the triangulation method. It is done. In order to improve detection capability and accuracy, it is desirable that the laser output is 10 to 50 mW, the spot diameter is 2 mm or less, and the measurement pitch is 2 mm or less.

赤外線はよごれなどの表面層を透過して下地に達するが、反射率は墨の部分で小さい。したがって、反射光の強度は墨の部分で他よりも小さくなる。しかし、この現象をさらに詳しくみると、光の反射は墨と表面層の厚さに依存する。通常、表面層の厚さは均一ではないため、場所により強度差が出る。墨部分を画像で認識する上で、この強度差をそのまま色に変換して表示すると、画像むらの原因になる。そこで、計測で得られた点群(三次元座標と強度を有する点の集合体)を基に、強度の大小を色に変換した後、その色別に各座標位置に対応させて強度画像として出力する。次いで、被計測物と強度画像を比較して墨部分の点を複数個選定し、その強度を読み取る。次に、読み取った強度の最大値を求め、この値より大きい強度を計測した全点の最大強度に置きかえる。この処理により、墨部分を明示することができる。なお、墨部分は墨の厚さにより強度が異なるが、これは厚さを認識する上で重要であるので、そのまま残しておく。この処理を施した点群をあらためて画像表示することにより、墨絵や墨書を観察することができる。   Infrared rays pass through the surface layer such as dirt and reach the ground, but the reflectance is small at the black portion. Therefore, the intensity of the reflected light is smaller at the black portion than at the others. However, looking at this phenomenon in more detail, the reflection of light depends on the thickness of the ink and the surface layer. Usually, since the thickness of the surface layer is not uniform, the strength varies depending on the location. When the black portion is recognized by an image and this intensity difference is converted into a color as it is and displayed, it causes image unevenness. Therefore, based on the point group (three-dimensional coordinates and a set of points having intensity) obtained by measurement, the intensity is converted into color and then output as an intensity image corresponding to each coordinate position for each color. To do. Next, the measured object and the intensity image are compared to select a plurality of black points, and the intensity is read. Next, the maximum value of the read intensity is obtained, and the intensity greater than this value is replaced with the maximum intensity of all points measured. By this process, the black portion can be clearly indicated. The black portion has different intensities depending on the thickness of the black, but this is important for recognizing the thickness and is left as it is. By displaying an image of the point group that has been subjected to this processing, it is possible to observe a sumi-e or a sumi-e.

又、本発明は、被計測物にスポット状赤外線レーザーを照射する半導体レーザーと、該半導体レーザーのスキャニング装置と、前記照射後の反射光の強度を検出する受光装置と、前記強度の低い部分について複数個所を選定してその強度の最大値より大きい強度の全点について最大強度に置きかえる信号処理装置と、前記最大強度とそれ以外の強度とに基づいて画面表示する画像表示装置とを有することを特徴とする赤外線レーザー計測・画像表示装置にある。   Further, the present invention relates to a semiconductor laser that irradiates an object to be measured with a spot-like infrared laser, a scanning device for the semiconductor laser, a light receiving device that detects the intensity of reflected light after irradiation, and the low-intensity portion. A signal processing device that selects a plurality of locations and replaces all points with an intensity greater than the maximum value of the intensity with the maximum intensity, and an image display device that displays the screen based on the maximum intensity and the other intensity. It is in the characteristic infrared laser measurement / image display device.

前記スキャニング装置が前記レーザーを被計測物に照射する投光ミラーと、該投光ミラーを左右にスキャニングさせるミラースキャニング機構及び上下にスキャニングさせるモーター駆動式ヘッドスキャニング機構とを備え、前記受光装置が前記被計測物からの反射光を受光する受光レンズと該受光レンズからの光を電気信号に変換するCCDラインセンサーと該センサーからのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバーターとを備え、前記信号処理装置が三角測量原理に基づいて計測された三次元座標に対応させて前記反射光の強度を出力計算する回路部を備え、三次元座標による画像として表示する前記画像表示装置を備えたこと、又、電源部、接続ケーブルを有するものである。   The scanning device includes a light projecting mirror for irradiating the object to be measured with the laser, a mirror scanning mechanism for scanning the light projecting mirror left and right, and a motor-driven head scanning mechanism for scanning up and down, and the light receiving device includes the light receiving device. A light receiving lens that receives reflected light from the object to be measured, a CCD line sensor that converts light from the light receiving lens into an electrical signal, and an A / D converter that converts an analog signal from the sensor into a digital signal, The signal processing apparatus includes a circuit unit that outputs and calculates the intensity of the reflected light in correspondence with the three-dimensional coordinates measured based on the triangulation principle, and the image display apparatus that displays the image using the three-dimensional coordinates. Moreover, it has a power supply part and a connection cable.

本発明によれば、表面のよごれ等によって肉眼では観察できないような墨絵や墨書を、被計測物を加熱することなく計測でき、又、歪みのない画像として見ることができる赤外線レーザー計測・画像表示方法及びその装置を提供することができる。   According to the present invention, an infrared laser measurement / image display that can measure a black-and-white painting or a blackboard that cannot be observed with the naked eye due to surface dirt or the like without heating the object to be measured and can be viewed as an undistorted image. A method and apparatus thereof can be provided.

図1は本発明の赤外線レーザー計測・画像表示装置の全体構成図及び図2はその詳細な構成図である。図1に示すように、本実施例の赤外線レーザー計測・画像表示装置は、赤外線パルスレーザー光を被計測物110に照射する赤外線パルスレーザー光照射部22とその反射光を検出する受光部21を有する赤外線レーザーヘッド101、コントローラー102、画像表示装置9から構成され、被計測物110として表面のよごれ等によって後述する肉眼では観察できないような墨絵や墨書を、加熱することなく計測でき、又、歪みのない画像として見ることができるものである。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of an infrared laser measurement / image display apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed configuration diagram thereof. As shown in FIG. 1, the infrared laser measurement / image display apparatus according to the present embodiment includes an infrared pulse laser beam irradiation unit 22 that irradiates a measurement object 110 with an infrared pulse laser beam and a light receiving unit 21 that detects the reflected light. It is composed of an infrared laser head 101, a controller 102, and an image display device 9, and can measure without being heated, such as a black-and-white drawing or ink-print that cannot be observed with the naked eye, which will be described later, due to surface dirt, etc. It can be seen as an image without any.

又、図2に示すように、本発明の赤外線レーザー計測・画像表示装置は、波長が1.0〜2.0μmの範囲から選択された一定波長の赤外線パルスレーザーを発振する半導体レーザー1と、半導体レーザー1から発振された赤外線パルスレーザーを被計測物110に照射する投光ミラー2と、投光ミラー2を一定のピッチでスキャニングさせるモーター駆動式ミラースキャニング機構3及びモーター駆動式ヘッドスキャニング機構4と、被計測物110からの反射光を受光する受光レンズ5と、受光レンズ5からの光を電気信号に変換する電荷結合素子(Charged Coupled Device) であるCCDラインセンサー6と、CCDラインセンサー6からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバーター7と、三角測量原理に基づきレーザー光が反射した点の三次元座標と反射光の強度を計算する信号処理電子回路部8と、信号処理電子回路部8からの信号を三次元画像表示する画像表示装置9と、図示されていないが、電源部と、接続ケーブルとを有する。   As shown in FIG. 2, the infrared laser measurement / image display device of the present invention includes a semiconductor laser 1 that oscillates an infrared pulse laser having a constant wavelength selected from a wavelength range of 1.0 to 2.0 μm, and a semiconductor laser 1. A projection mirror 2 that irradiates the object 110 with an infrared pulse laser oscillated from the motor, a motor-driven mirror scanning mechanism 3 that scans the projection mirror 2 at a constant pitch, a motor-driven head scanning mechanism 4, and The light receiving lens 5 that receives the reflected light from the measurement object 110, the CCD line sensor 6 that is a charged coupled device that converts the light from the light receiving lens 5 into an electrical signal, and the analog from the CCD line sensor 6. A / D converter 7 that converts the signal into a digital signal and the three-dimensional coordinates of the point where the laser beam is reflected based on the triangulation principle A signal processing electronic circuit unit 8 for calculating the intensity of reflected light, an image display device 9 for displaying a signal from the signal processing electronic circuit unit 8 in a three-dimensional image, a power supply unit and a connection cable (not shown). Have.

先ず、赤外線レーザーヘッド101は、CPU17からの信号に従ってAPC(Automatic Power Control)回路(光出力安定化回路)14を介して赤外線半導体レーザー1から赤外線パルスレーザー18が発振される。発振された赤外線パルスレーザー18は投光ミラー2を介して被計測物110に照射される。赤外線パルスレーザー18は、投光ミラー用モータードライブ15とモーター12により回転する投光ミラー2と、ヘッド用モータードライブ16とモーター13により駆動する赤外線レーザーヘッド101により、一定のピッチで被計測物110に左右と上下にスキャニングされ、全体に照射される。なお、投光ミラー用モータードライブ15とヘッド用モータードライブ16はCPU17により制御される。被計測物110からの反射光は受光部21に設けられた受光レンズ5で受光され、その光信号はCCDラインセンサー6、A/Dコンバーター7を介して信号処理電子回路部8に入る。信号処理電子回路部8では、反射光の強度と共に、被計測物110を構成する点の三次元座標を、投光角度と受光角度と投光ミラー2と受光レンズ5間の距離を基に三角測量原理に基づいて計算し、さらに、計測で得られた点群を基に画像処理を行ない、処理した画像信号を画像表示装置9に送る。なお、投光ミラー2と受光レンズ5の距離は100〜150mmで、計測有効範囲は3m以下である。視野角は垂直方向が±45°以上、水平方向が±45°以上である。   First, the infrared laser head 101 oscillates an infrared pulse laser 18 from the infrared semiconductor laser 1 via an APC (Automatic Power Control) circuit (light output stabilization circuit) 14 in accordance with a signal from the CPU 17. The oscillated infrared pulse laser 18 irradiates the measurement object 110 via the projection mirror 2. The infrared pulse laser 18 is measured at a constant pitch by the projection mirror motor drive 15 and the projection mirror 2 rotated by the motor 12, and the infrared laser head 101 driven by the head motor drive 16 and the motor 13. Is scanned from side to side and up and down and irradiated to the whole. The projection mirror motor drive 15 and the head motor drive 16 are controlled by the CPU 17. The reflected light from the object to be measured 110 is received by the light receiving lens 5 provided in the light receiving unit 21, and the optical signal enters the signal processing electronic circuit unit 8 through the CCD line sensor 6 and the A / D converter 7. In the signal processing electronic circuit unit 8, along with the intensity of the reflected light, the three-dimensional coordinates of the points constituting the object to be measured 110 are triangular based on the projection angle, the reception angle, and the distance between the projection mirror 2 and the reception lens 5. Calculation is performed based on the surveying principle, image processing is performed based on the point cloud obtained by the measurement, and the processed image signal is sent to the image display device 9. The distance between the projection mirror 2 and the light receiving lens 5 is 100 to 150 mm, and the effective measurement range is 3 m or less. The viewing angle is ± 45 ° or more in the vertical direction and ± 45 ° or more in the horizontal direction.

図3は被計測物の中の表面のよごれ等によって肉眼では観察できないような墨絵や墨書を信号処理電子回路部によって画像処理を行う手順を示すフロー図である。まず、ステップS100では、計測で得られた点群(三次元座標と強度を有する点の集合体)を基に、強度の大小を色に変換する。ステップS101で、各三次元座標で配置した強度画像を画像表示装置9に出力する。ステップS102で、被計測物110と強度画像とを比較して墨部分の強度の低い部分を複数個選定し、その強度を読み取る。ステップS103で、読み取った強度の最大値を求める。ステップS104で、この値より大きい強度を計測した全点について最大強度に置きかえる。最後に、ステップS105で強度画像を画像表示装置9に出力する。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for performing image processing by the signal processing electronic circuit unit on a blackboard or black book that cannot be observed with the naked eye due to dirt on the surface of the object to be measured. First, in step S100, the magnitude of intensity is converted into a color based on a point group (a set of points having three-dimensional coordinates and intensity) obtained by measurement. In step S101, the intensity image arranged at each three-dimensional coordinate is output to the image display device 9. In step S102, the measurement object 110 and the intensity image are compared to select a plurality of low-intensity portions of the black portion, and the intensity is read. In step S103, the maximum value of the read intensity is obtained. In step S104, the maximum intensity is replaced with respect to all points where the intensity greater than this value is measured. Finally, the intensity image is output to the image display device 9 in step S105.

以上の処理により、墨部分を明示することができる。なお、墨部分は墨の厚さにより強度が異なるが、これは厚さを認識するうえで重要であるので、そのまま残しておく。この処理を施した点群をあらためて画像表示することにより、墨絵や墨書を観察することができる。なお、強度は256階調のグレースケールに変換して画像として表示することが望ましい。   The black portion can be clearly indicated by the above processing. The black portion has different intensities depending on the thickness of the black, but this is important for recognizing the thickness and is left as it is. By displaying an image of the point group that has been subjected to this processing, it is possible to observe a sumi-e or a sumi-e. It is desirable that the intensity is converted to a gray scale of 256 gradations and displayed as an image.

図4は、被計測物の中の表面がよごれて下地が見えにくい墨絵や墨書を示す図であり、図5は本発明の赤外線レーザー計測・画像表示システムを用いて画像表示した図である。図4において、被計測物110の墨絵や墨書19とそれより強度の高い部分20を示している。図5に示すように、ステップS104で前述の墨絵や墨書の部分の最大強度値より大きい強度を計測した全点について最大強度に置きかえ、ステップS105で墨絵や墨書の部分の最大強度とそれ以外の強度とに基づいて画像として画像表示装置9に表示したものである。又、図5の画像は三次元座標に基づいて表示されているので、歪みは全くない。なお、波長が1.0〜2.0μmの範囲と長くかつ一定波長の赤外線を用いることにより、表面のよごれ層の厚さによらず、鮮明な画像が得られる。また、レーザ出力を調整することにより、墨とその他の部分との違いを明瞭に表示することができる。   FIG. 4 is a diagram showing a sumi-e or ink book where the surface of the object to be measured is dirty and the background is difficult to see, and FIG. 5 is an image displayed using the infrared laser measurement / image display system of the present invention. In FIG. 4, a sumi-e or ink brush 19 of the measurement object 110 and a portion 20 having a higher strength are shown. As shown in FIG. 5, the maximum intensity is replaced for all points where the intensity greater than the maximum intensity value of the above-described sumi-e or ink-print portion in step S104 is set. The image is displayed on the image display device 9 based on the intensity. Further, since the image of FIG. 5 is displayed based on the three-dimensional coordinates, there is no distortion at all. In addition, a clear image can be obtained regardless of the thickness of the surface contamination layer by using infrared rays having a long wavelength and a constant wavelength in the range of 1.0 to 2.0 μm. Further, by adjusting the laser output, the difference between the black ink and other parts can be clearly displayed.

以上、本実施例によれば、表面のよごれ等によって肉眼では観察できないような墨絵や墨書を、資料を加熱することなく計測でき、又、歪みのない画像として見ることができる。特に、資料が大きく、かつ平面状でない場合も原形に忠実に三次元画像として画面表示することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to measure a sumi-e picture or ink book that cannot be observed with the naked eye due to surface dirt or the like without heating the material, and can be viewed as an image without distortion. In particular, even if the material is large and not flat, it can be displayed on the screen as a three-dimensional image faithfully to the original shape.

更に、本実施例によれば、文化財保護として、特に、神社、仏閣などの天井や壁などの墨絵、文字の調査、土器や木簡の文字解読、絵画の下描きの鑑定に有効である。   Furthermore, according to the present embodiment, the protection of cultural properties is particularly effective for sumi-e paintings on ceilings and walls of shrines, Buddhist temples, etc., investigation of characters, decoding of earthenware and wooden letters, and appraisal of drafts of paintings.

本発明の赤外線レーザー計測・画像表示装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an infrared laser measurement / image display apparatus according to the present invention. 本発明の赤外線レーザー計測・画像表示装置の詳細を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the detail of the infrared laser measurement and image display apparatus of this invention. 本発明の赤外線レーザー計測・画像表示装置の信号処理回路部における処理方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing method in the signal processing circuit part of the infrared laser measurement and image display apparatus of this invention. 被計測物の表面がよごれて下地が見えにくい墨絵や墨書を示す図である。It is a figure which shows the sumi-e picture and sumi-style book where the surface of a to-be-measured object is dirty and a base is hard to see. 本発明の赤外線レーザー計測・画像表示装置によって墨絵や墨書を計測・画像処理した結果を示す画像である。It is an image which shows the result of having measured and image-processing the sumi-e and the ink brush by the infrared laser measurement and image display apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体レーザー、2…投光ミラー、3…モーター駆動式ミラースキャニング機構、4…モーター駆動式ヘッドスキャニング機構、5…受光レンズ、6…CCDラインセンサー、7…A/Dコンバーター、8…信号処理電子回路部、9…画像表示装置、10…電源部、11…接続ケーブル、12、13…モーター、14…APC回路、15…投光ミラー用モータードライブ、16…ヘッド用モータードライブ、17…CPU、18…赤外線パルスレーザー、19…墨絵や墨書、20…墨絵や墨書より強度の高い部分、21…受光部、22…赤外線パルスレーザー光照射部、100…赤外線レーザー計測・画像表示システム、101…赤外線レーザーヘッド、102…コントローラー、110…被計測物。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Projection mirror, 3 ... Motor drive type mirror scanning mechanism, 4 ... Motor drive type head scanning mechanism, 5 ... Light receiving lens, 6 ... CCD line sensor, 7 ... A / D converter, 8 ... Signal Processing electronic circuit unit, 9 ... image display device, 10 ... power supply unit, 11 ... connection cable, 12, 13 ... motor, 14 ... APC circuit, 15 ... light emitting mirror motor drive, 16 ... head motor drive, 17 ... CPU, 18 ... Infrared pulse laser, 19 ... Sumi-e and Sumisho, 20 ... Higher intensity than Sumi-e and Sumisho, 21 ... Light receiving part, 22 ... Infrared pulse laser light irradiation part, 100 ... Infrared laser measurement / image display system, 101 ... infrared laser head, 102 ... controller, 110 ... measurement object.

Claims (4)

被計測物にスポット状赤外線レーザーを一定のピッチでパルス照射するステップと、該照射部の各位置での反射光の強度を検出するステップと、前記強度の低い部分について複数個所を選定してその中の最大値を求めるステップと、該最大値より大きい前記強度を計測した全点について最大強度に置きかえるステップと、該最大強度とそれ以外の強度とに基づいて画像として表示するステップとを有することを特徴とする赤外線レーザー計測・画像表示方法。   A step of irradiating the object to be measured with a spot-shaped infrared laser at a constant pitch, a step of detecting the intensity of reflected light at each position of the irradiation unit, and selecting a plurality of locations for the low intensity portion A step of obtaining a maximum value, a step of replacing all the points where the intensity greater than the maximum value is measured with a maximum intensity, and a step of displaying as an image based on the maximum intensity and the other intensity Infrared laser measurement and image display method characterized by 被計測物にスポット状赤外線レーザーを照射する半導体レーザーと、該半導体レーザーのスキャニング装置と、前記照射後の反射光の強度を検出する受光装置と、前記強度の低い部分について複数個所を選定してその強度の最大値より大きい強度の全点について最大強度に置きかえる信号処理装置と、前記最大強度とそれ以外の強度とに基づいて画面表示する画像表示装置とを有することを特徴とする赤外線レーザー計測・画像表示装置。   A semiconductor laser that irradiates the object to be measured with a spot-like infrared laser, a scanning device for the semiconductor laser, a light-receiving device that detects the intensity of reflected light after irradiation, and a plurality of locations for the low-intensity part. Infrared laser measurement, comprising: a signal processing device that replaces all points having an intensity greater than the maximum value of the intensity with a maximum intensity; and an image display device that displays a screen based on the maximum intensity and the other intensity. -Image display device. 請求項2において、前記スキャニング装置が前記レーザーを被計測物に照射する投光ミラーと、該投光ミラーを左右にスキャニングさせるミラースキャニング機構及び上下にスキャニングさせるモーター駆動式ヘッドスキャニング機構とを備え、前記受光装置が前記被計測物からの反射光を受光する受光レンズと該受光レンズからの光を電気信号に変換するCCDラインセンサーと該センサーからのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバーターとを備え、前記信号処理装置が三角測量原理に基づいて計測された三次元座標に対応させて前記反射光の強度を出力計算する回路部を備え、三次元座標による画像として表示する前記画像表示装置を備えたことを特徴とする赤外線レーザー計測・画像表示装置。   The scanning device according to claim 2, comprising a projection mirror that irradiates the object to be measured with the laser, a mirror scanning mechanism that scans the projection mirror left and right, and a motor-driven head scanning mechanism that scans up and down. A light receiving lens that receives reflected light from the object to be measured, a CCD line sensor that converts light from the light receiving lens into an electrical signal, and an A / D converter that converts an analog signal from the sensor into a digital signal And the signal processing device includes a circuit unit that outputs and calculates the intensity of the reflected light corresponding to the three-dimensional coordinates measured based on the triangulation principle, and displays the image as an image based on the three-dimensional coordinates. An infrared laser measurement / image display device characterized by comprising the device. 請求項2又は3において、前記半導体レーザーは、波長が1.0〜2.0μmの範囲から選択された一定波長の赤外線パルスレーザーであることを特徴とする赤外線レーザー計測・画像表示装置。
4. The infrared laser measurement / image display device according to claim 2, wherein the semiconductor laser is an infrared pulse laser having a constant wavelength selected from a range of 1.0 to 2.0 [mu] m.
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