JP2007071892A - Geometry measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を使用して形状を三次元計測する形状計測装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus that three-dimensionally measures a shape using light.
図7は従来の形状計測装置の一例の概念図である。この形状計測装置は、光切断法を利用するものであり、図7中、23は形状計測対象物、24は形状計測対象物23が載置された計測台、25はスリット光26を出射するスリット光源、27は形状計測対象物23及び計測台24からの反射光を集光するレンズ、28はCCDカメラ、29はCCDカメラ28の受光面である。
FIG. 7 is a conceptual diagram of an example of a conventional shape measuring apparatus. This shape measuring apparatus uses an optical cutting method. In FIG. 7,
この形状計測装置は、スリット光源25から出射されるスリット光26を形状計測対象物23及び計測台24に投射し、形状計測対象物23に形成された反射ライン30の像30A及び計測台24に形成された反射ライン31、32の像31A、32AをCCDカメラ28の受光面29に結像し、反射ライン像30Aの反射ライン像31A、32Aに対する位置関係から形状計測対象物23の高さを計測するというものである。
光切断法による形状計測方法は、医療分野において、例えば、図8に示すように、皮膚の表面にできた腫れ物54の形状変化を計測する場合や、人体計測分野において、人間(顔)識別や、個人識別や、図9に示すように、口の形状計測による言葉読み込み等に適用することが考えられている。
In the medical field, for example, as shown in FIG. 8, the shape measuring method by the light section method is used to measure the shape change of the
ところが、光切断法による形状計測を行う図7に示す従来の形状計測装置においては、決まった方向のスリット光26しか出射することができず、形状計測対象物に対して最適な方向からのスリット光の投射や、形状計測対象物の形状に適した形状の投射パターンを投射することができず、このため、高精度の形状計測を行うことができないという問題点があった。
However, in the conventional shape measuring apparatus shown in FIG. 7 that performs shape measurement by the light cutting method, only the
本発明は、かかる点に鑑み、光切断法による形状計測を容易、かつ、高精度に行うことができるようにした形状計測装置を提供することを目的とする。 In view of this point, an object of the present invention is to provide a shape measuring device that can perform shape measurement by an optical cutting method easily and with high accuracy.
本発明中、第1の発明の形状計測装置は、光源と、開閉状態を個別に制御可能とされた複数のシャッタを二次元的に配置して構成され、光源から出射される光の通過を制御して投射パターンを形成する二次元シャッタとを有し、投射パターンを形状計測対象物に投射する投射パターン投射手段と、形状計測対象物の表面を観測する観測手段とを備えているというものである。 In the present invention, the shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention is configured by two-dimensionally arranging a light source and a plurality of shutters whose open / close states can be individually controlled, and allows passage of light emitted from the light source. A projection pattern projecting means for projecting the projection pattern onto the shape measurement object and an observation means for observing the surface of the shape measurement object; It is.
本発明中、第2の発明の形状計測装置は、第1の発明において、形状計測対象物に投射パターンを投射した場合に観測できる形状計測対象物の第1の画像を記憶する第1の画像記憶手段と、形状計測対象物に投射パターンを投射しない場合に観測できる形状計測対象物の第2の画像を記憶する第2の画像記憶手段と、第1の画像記憶手段が記憶する第1の画像と、第2の画像記憶手段が記憶する第2の画像との差分画像を演算する差分画像演算手段とを備えているというものである。 In the present invention, the shape measuring apparatus according to the second invention is the first image for storing the first image of the shape measuring object that can be observed when the projection pattern is projected onto the shape measuring object in the first invention. Storage means, second image storage means for storing a second image of the shape measurement object that can be observed when the projection pattern is not projected onto the shape measurement object, and first image stored by the first image storage means Difference image calculation means for calculating a difference image between the image and the second image stored in the second image storage means is provided.
本発明中、第1の発明によれば、二次元シャッタを構成するシャッタの開閉状態を個別に制御することにより、種々の形状の投射パターンを形成することができるので、光切断法により形状計測対象物の形状計測を行うに際して、形状計測対象物の表面形状に適した投射パターンを投射することができる。したがって、形状計測対象物の形状計測を容易、かつ、高精度に行うことができる。 In the present invention, according to the first invention, projection patterns of various shapes can be formed by individually controlling the open / closed states of the shutters constituting the two-dimensional shutter, so that the shape measurement is performed by the light cutting method. When measuring the shape of the object, a projection pattern suitable for the surface shape of the object to be measured can be projected. Therefore, the shape measurement of the shape measurement object can be performed easily and with high accuracy.
本発明中、第2の発明によれば、第1の発明と同様に、光切断法により形状計測対象物の形状計測を行うに際して、形状計測対象物の表面形状に適した投射パターンを投射することができると共に、環境照明の影響を取り除き、投射パターンのみによる画像を得ることができる。したがって、第1の発明以上に、形状計測対象物の形状計測を容易、かつ、高精度に行うことができる。 In the present invention, according to the second invention, similarly to the first invention, when measuring the shape of the shape measurement object by the light cutting method, a projection pattern suitable for the surface shape of the shape measurement object is projected. In addition, it is possible to remove the influence of ambient lighting and obtain an image based only on the projection pattern. Therefore, the shape measurement of the shape measurement object can be performed easily and with higher accuracy than the first invention.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態の概念図である。図1中、84は形状計測対象物、85は均一照明光を出射する光源、86は光源85の前方に配置された投射型の液晶表示パネルからなる二次元シャッタ、87は二次元シャッタ86の前方に配置されたレンズ、88は形状計測対象物84の表面からの反射光を集光するためのレンズ、89は形状計測対象物84の表面を撮像するためのCCDカメラである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 84 is a shape measurement object, 85 is a light source that emits uniform illumination light, 86 is a two-dimensional shutter composed of a projection-type liquid crystal display panel arranged in front of the
このように構成された本発明の第1実施形態においては、光源85から出射された光は、二次元シャッタ86及びレンズ87を介して形状計測対象物84の表面に照射され、形状計測対象物84の表面からの反射光は、レンズ88を介して、CCDカメラ89の受光面に入射し、CCDカメラ89により形状計測対象物84の表面が撮像され、形状計測対象物84の表面形状が三次元計測される。
In the first embodiment of the present invention configured as described above, the light emitted from the light source 85 is irradiated on the surface of the shape measurement object 84 via the two-dimensional shutter 86 and the
本発明の第1実施形態においては、光源85の前方に二次元シャッタ86を配置させているので、開状態とするシャッタを適当に選択することにより、例えば、図2に示すような平行なスリット光91、92、93からなる投射パターン94や、図3に示すような放射状のスリット光95、96、97、98からなる投射パターン99等、必要に応じて種々の形状の投射パターンを形状計測対象物84に投射することができる。
In the first embodiment of the present invention, since the two-dimensional shutter 86 is arranged in front of the light source 85, a parallel slit as shown in FIG. Shape measurement of projection patterns of various shapes as required, such as
したがって、本発明の第1実施形態によれば、光切断法により形状計測対象物84の形状計測を行うに際して、形状計測対象物84の表面形状に適した投射パターンを投射することができるので、形状計測対象物84の形状計測を容易、かつ、高精度に行うことができる。 Therefore, according to the first embodiment of the present invention, when measuring the shape of the shape measuring object 84 by the light cutting method, a projection pattern suitable for the surface shape of the shape measuring object 84 can be projected. The shape measurement of the shape measurement object 84 can be performed easily and with high accuracy.
(第2実施形態)
図4は本発明の第2実施形態の概念図である。図4中、100は形状計測対象物とされた顔、101は均一な照明光を出射する光源、102は光源101の前方に配置された投射パターンを形成するための投射型の液晶表示パネルからなる二次元シャッタ、103は形状計測対象物100に投射する投射パターンの倍率を制御可能とされたレンズ装置、104は形状計測対象物を撮像するためのCCDカメラである。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a conceptual diagram of the second embodiment of the present invention. In FIG. 4,
また、105、106は1フレーム分の記憶容量を持つ画像記憶装置、107はCCDカメラ104から出力される画像信号を画像記憶装置105又は画像記憶装置106に振り分けるためのスイッチである。
また、108は装置全体を制御するシステムコントローラ、109は画像記憶装置105に記憶されている画像と画像記憶装置106に記憶されている画像との差分を演算して差分画像を得るための差分画像演算回路、110は差分画像演算回路109から出力される差分画像信号から形状計測対象物の各部の高さを計測する高さ計測ユニットである。
図5は本発明の第2実施形態の動作を説明するための波形図である。図5(A)はシステムコントローラ108からCCDカメラ104に与えられる撮像タイミング信号を示しており、CCDカメラ104は、撮像タイミング信号=Hレベルの場合には撮像状態とされ、撮像タイミング信号=Lレベルの場合には非撮像状態とされる。
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the second embodiment of the present invention. FIG. 5A shows an imaging timing signal given from the
また、図5(B)は二次元シャッタ102による投射パターンの投射タイミングを制御する投射パターン投射タイミング信号を示しており、投射パターン投射タイミング信号=Hレベルの場合には、二次元シャッタ102により形成される投射パターンが形状計測対象物に投射され、投射パターン投射タイミング信号=Lレベルの場合には、二次元シャッタ102は、全シャッタを閉状態とされ、投射パターンは形成されない。
FIG. 5B shows a projection pattern projection timing signal for controlling the projection timing of the projection pattern by the two-
なお、システムコントローラ108は、CCDカメラ104が投射パターンを形状計測対象物に投射した場合に取得した画像信号を出力する場合には、これを画像記憶装置105に伝送し、CCDカメラ104が投射パターンを形状計測対象物に投射しない場合に取得した画像信号を出力する場合には、これを画像記憶装置106に伝送するようにスイッチ107を制御する。
The
このように構成された本発明の第2実施形態においては、顔100を形状計測対象物とする場合には、例えば、まず、二次元シャッタ102により形成される投射パターンがレンズ装置103を介して顔100の表面に投射され、CCDカメラ104により顔100が撮像され、この場合に得られる画像信号が画像記憶装置105に記憶される。
In the second embodiment of the present invention configured as described above, when the
この場合には、例えば、図6(A)に示すように、環境照明による顔100の画像に投射パターン113による顔100の画像が重ね合わされた画像が画像記憶装置105に記憶されることになる。
In this case, for example, as shown in FIG. 6A, an image in which the image of the
次に、二次元シャッタ102の全シャッタが閉状態とされ、投射パターンが顔100に投射されない状態の下で、CCDカメラ104により顔100が撮像され、この場合に得られる画像信号が画像記憶装置106に記憶される。この場合には、図6(B)に示すように、環境照明による顔100の画像が画像記憶装置106に記憶されることになる。
Next, the
次に、差分画像演算回路109において、画像記憶装置105に記憶されている画像から画像記憶装置106に記憶されている画像との差分が演算され、差分画像信号が高さ計測ユニット110に伝送される。以下、同様の動作が繰り返される。
Next, the difference
即ち、本発明の第2実施形態においては、CCDカメラ104が奇数フレーム又は偶数フレームのいずれかの画像を撮像する場合のみ、二次元シャッタ102による投射パターンを形状計測対象物に投射するように二次元シャッタ102が制御される。
That is, in the second embodiment of the present invention, only when the
したがって、顔100の形状計測を行う場合には、図6(C)に示すように、図6(A)に示す環境照明による顔100の画像に投射パターン113による顔100の画像が重ね合わされた画像から図6(B)に示す環境照明による顔100の画像が差し引かれ、図6(C)に示す投射パターン113による顔100の画像のみが得られることになる。
Therefore, when measuring the shape of the
このように、本発明の第2実施形態によれば、二次元シャッタ102を備えているので、光切断法により形状計測対象物の形状計測を行うに際して、本発明の第1実施形態と同様に、形状計測対象物の表面形状に適した投射パターンを投射することができると共に、環境照明の影響を取り除く、投射パターンのみによる画像を得ることができるので、本発明の第1実施形態以上に、形状計測対象物の形状計測を容易、かつ、高精度に行うことができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, since the two-
また、CCDカメラ104が奇数フレーム又は偶数フレームのいずれかの画像を撮像する場合にのみ、二次元シャッタ102による投射パターンを形状計測対象物に投射するようにしているので、形状計測対象物が高速に移動又は変化する場合であっても、形状計測を行うことができる。
Further, only when the
また、形状計測対象物に投射する投射パターンの倍率を制御可能とされたレンズ装置103を備えているので、形状計測対象物の一部分(たとえば、顔の中の鼻、口など)にのみ投射パターンを投射し、これを拡大観測する場合には、形状計測対象物の一部分について詳細な観測を行うことができる。
In addition, since the
84…形状計測対象物
85…光源
86…二次元シャッタ
87、88…レンズ
89…CCDカメラ
91〜93…スリット光
94…投射パターン
95〜98…スリット光
99…投射パターン
100…顔
101…光源
102…二次元シャッタ
103…レンズ装置
104…CCDカメラ
105、106…画像記憶装置
107…スイッチ
108…システムコントローラ
109…差分画像演算回路
110…高さ計測ユニット
113…投射パターン
84 ... Shape measurement object 85 ... Light source 86 ... Two-
Claims (2)
前記形状計測対象物の表面を観測する観測手段とを備えていることを特徴とする形状計測装置。 A light source and a two-dimensional shutter configured to two-dimensionally arrange a plurality of shutters that can be individually controlled to open and close, and that controls the passage of light emitted from the light source to form a projection pattern A projection pattern projection means for projecting the projection pattern onto a shape measurement object;
A shape measuring apparatus comprising observation means for observing the surface of the shape measuring object.
前記形状計測対象物に前記投射パターンを投射しない場合に観測できる前記形状計測対象物の第2の画像を記憶する第2の画像記憶手段と、
前記第1の画像記憶手段が記憶する第1の画像と、前記第2の画像記憶手段が記憶する第2の画像との差分画像を演算する差分画像演算手段とを備えていることを特徴とする請求項1記載の形状計測装置。 First image storage means for storing a first image of the shape measurement object that can be observed when the projection pattern is projected onto the shape measurement object;
Second image storage means for storing a second image of the shape measurement object that can be observed when the projection pattern is not projected onto the shape measurement object;
And a difference image calculation means for calculating a difference image between the first image stored in the first image storage means and the second image stored in the second image storage means. The shape measuring apparatus according to claim 1.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022215585A1 (en) * | 2021-04-08 | 2022-10-13 | 株式会社資生堂 | Three-dimensional shape detection device, method, and program |
-
2006
- 2006-12-15 JP JP2006337968A patent/JP2007071892A/en active Pending
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