JP2017015456A - 計測システム及び計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1を参照しながら、本発明の一実施形態に係る計測システムSの概要について説明する。図1は、一実施形態に係る計測システムSの構成の一例を示すブロック図である。
以下では、被測定物が、管状体であるものとする。ただし、これに限定されず、被測定物が、生体など任意の形状を有するものであってもよい。
被測定物の表面に現れる輝線の三次元座標を取得する制御装置1の構成について、図1を参照しながら説明する。
制御装置1は、図1に示すように、通信部11と、表示部12と、操作部13と、記憶部14と、制御部15とを有する。
照射制御部151は、スリットレーザ照射装置2によるスリットレーザ光23a〜23dの照射と、ドットレーザ照射装置3によるドットレーザ光の照射とを制御する。本実施形態において、照射制御部151は、スリットレーザ光23a〜23dを同時に被測定物に照射させる。
特定部152は、図5に示す撮像画像と図6に示す基準画像とを対比して、撮像画像の複数の輝線L1〜L4と複数のスリットレーザ光23a〜23dとの対応関係を特定する。すなわち、特定部152は、スリットレーザ光23a〜23d及びドットレーザ光が管体9に照射された際に撮像装置4が撮像した撮像画像と、記憶部14に記憶されている基準画像とを対比して、輝線L1〜L4とスリットレーザ光23a〜23dとの対応関係を特定する。
まず、特定部152は、対比対象として、撮像画像の輝線L1〜L4上の一点を含む単位領域を抽出する。このように、撮像画像中の輝線L1〜L4上の点を含む領域のみを対比対象とすることで、撮像画像の全ての領域を対比対象とする場合に比べて、撮像画像と基準画像との対比に要する処理時間を短縮できる。
特定部152は、輝線M1〜M4に沿って、輝線M1〜M4上の点を含む基準側単位領域を順次探索する。これにより、探索に用いる領域を限定できるので、探索時間を抑制できる。図8では、輝線M3上の点を中心とする基準側単位領域R内の輝点Dの点在パターンが、図7Bの輝点Dの点在パターンと同じであるものとする。すると、特定部152は、撮像画像の点Aを含む撮像側単位領域と、基準画像の基準側単位領域Rとが相関度合いが大きいと判定する。
図1に戻り、取得部153は、撮像装置4が撮像した管体9の三次元形状を取得する。具体的には、まず、取得部153は、撮像装置4が撮像した撮像画像を参照して、管体9の表面に現れる輝線L1〜L4の二次元座標を求める。次に、取得部153は、輝線L1〜L4の二次元座標と、特定部152が特定した対応関係(すなわち、輝線L1〜L4の基になったスリットレーザ光23a〜23dの照射方向)とに基づいて、輝線L1〜L4の三次元座標を取得する。
上記では、取得部153は、断面形状が楕円である場合に、楕円の短径を管体9の外径として設定することとしたが、これに限定されない。例えば、取得部153は、断面形状である楕円上の点から、管体9の中心線に下ろした垂線の大きさに基づいて、管体9の外径を設定してもよい。
なお、取得部153は、断面F1の形状である楕円の代わりに、輝線L1の点から中心線Cに向かって複数の垂線Hを形成し、複数の垂線Hの大きさの平均値を管体9の外径として設定してもよい。
まず、スリットレーザ輝線上にある断面F1上の一点Jを特定する。次に、断面F1上の点Jと、断面F2上の点とを結ぶ直線を特定する。例えば、点Jと、断面F2上の点K3とを通る直線D3を特定する。同様にして、点Jと、断面F2上の他の点(一例として、点K1、K2)とを通る直線D1、D2を特定する。そして、直線D1〜D3と断面F3との間の距離dを求め、断面F3との間での距離dが最も小さい直線を求める。図12では、直線D1と断面F3との距離が0となっており、直線D1は3つの断面F1〜F3を通る直線である。このように求めた直線D1が、管体9の中心線の方向ベクトルとなる。
図16を参照しながら、制御装置1(図1)による被測定物である管体9上の輝線(ここでは、図5に示す輝線L1〜L4)の三次元座標の取得処理について説明する。輝線の三次元座標の取得処理は、制御装置1の制御部15が記憶部14に記憶されたプログラムを実行することで実現される。
計測システムSは、上述した管体9上の輝線L1〜L4の三次元座標の取得を精度良く行うために、予めスリットレーザ照射装置2及び撮像装置4のパラメータのキャリブレーション(較正)を行っている。キャリブレーションは、例えばスリットレーザ照射装置2や撮像装置4を変更したり被測定物が変わったりした場合等に、輝線L1〜L4の三次元座標の取得処理前に行われる。
上述した計測システムSは、スリットレーザ照射装置2が複数のスリットレーザ光23a〜23dを被測定物である管体9に照射する際に、スリットレーザ光23a〜23dの各々と所定の位置関係を有するドット状の複数のドットレーザ光を、管体9に照射するドットレーザ照射装置3を有する。そして、計測システムSは、スリットレーザ光23a〜23dによる輝線L1〜L4及びドットレーザ光による輝点Dが現れた管体9を撮像装置4が撮像した撮像画像と、輝線及び輝点の予め定まった位置関係を示す基準画像とを対比して、撮像画像の輝線L1〜L4とスリットレーザ光23a〜23dとの対応関係を特定する。さらに、計測システムSは、撮像画像における輝線L1〜L4の二次元座標と、特定した対応関係とに基づいて、輝線L1〜L4の三次元座標を取得する。
2 スリットレーザ照射装置
3 ドットレーザ照射装置
4 撮像装置
9 管体
70 光反射手段
151 照射制御部
152 特定部
153 取得部
D 輝点
L1〜L4 輝線
S 計測システム
Claims (12)
- 被測定物にスリット状の複数のスリットレーザ光を照射する第1照射手段と、
前記第1照射手段が前記複数のスリットレーザ光を前記被測定物に照射する際に、前記複数のスリットレーザ光の各々と所定の位置関係を有するドット状の複数のドットレーザ光を、前記被測定物に照射する第2照射手段と、
前記複数のスリットレーザ光が照射されることで前記被測定物の表面に現れる複数の輝線と、前記複数のドットレーザ光が照射されることで前記表面に現れる複数の輝点とを撮像して、撮像画像を生成する撮像手段と、
前記撮像画像と、前記複数の輝線及び輝点の予め定まった位置関係を示す基準画像とを対比して、前記撮像画像の前記複数の輝線と前記複数のスリットレーザ光との対応関係を特定する特定手段と、
前記撮像画像における前記複数の輝線の二次元座標と、前記特定手段が特定した前記対応関係とに基づいて、前記複数の輝線の三次元座標を取得する取得手段と、
を備える、計測システム。 - 前記第1照射手段及び前記第2照射手段は、前記スリットレーザ光を照射するスリットの長手方向であるスリット方向の同一直線上に位置する、
請求項1に記載の計測システム。 - 前記第1照射手段及び前記第2照射手段は、前記スリット方向以外の方向に所定距離だけ離れて位置し、
前記スリットレーザ光の前記被測定物への照射位置と、前記ドットレーザ光の前記被測定物への照射位置とを調整するための光反射手段を更に備える、
請求項1に記載の計測システム。 - 前記複数のスリットレーザ光の前記被測定物への照射方向は、互いに交差する方向であり、
前記特定手段は、前記複数の輝線の各々に対応する前記スリットレーザ光の照射方向を特定する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の計測システム。 - 前記第2照射手段は、前記複数の輝線の各々に対して輝点の隣接状態が異なるように、前記複数のドットレーザ光を照射する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の計測システム。 - 前記特定手段は、前記撮像画像の前記輝線上の一点及び前記一点の周囲を含む単位領域を抽出し、前記基準画像の前記単位領域との相関度合いを判定する、
請求項5に記載の計測システム。 - 前記被測定物は、管状体であり、
前記撮像手段は、前記第1照射手段の照射方向と交差する視線方向から、前記管状体の表面に現れる前記複数の輝線及び輝点を撮像する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の計測システム。 - 前記取得手段は、円弧形状の前記輝線が一部を成す前記管状体の断面形状の三次元座標を取得する、
請求項7に記載の計測システム。 - 前記断面形状は、楕円形状であり、
前記取得手段は、前記断面形状の楕円の短径を取得し、前記短径を前記管状体の外径と設定する、
請求項8に記載の計測システム。 - 前記取得手段は、前記複数の輝線の各々が一部を成す前記管状体の複数の断面形状に基づいて、前記管状体の中心線を取得する、
請求項8又は9に記載の計測システム。 - 前記取得手段は、前記複数の輝線上の点の三次元座標に基づいて、前記管状体の中心線の方向ベクトルを取得する、
請求項8から10のいずれか1項に記載の計測システム。 - 被測定物にスリット状の複数のスリットレーザ光を照射するステップと、
前記複数のスリットレーザ光を前記被測定物に照射する際に、前記複数のスリットレーザ光の各々と所定の位置関係を有するドット状の複数のドットレーザ光を、前記被測定物に照射するステップと、
前記複数のスリットレーザ光が照射されることで前記被測定物の表面に現れる複数の輝線と、前記複数のドットレーザ光が照射されることで前記表面に現れる複数の輝点とを撮像して、撮像画像を生成するステップと、
前記撮像画像と、前記複数の輝線及び輝点の予め定まった位置関係を示す基準画像とを対比して、前記撮像画像の前記複数の輝線と前記複数のスリットレーザ光との対応関係を特定するステップと、
前記撮像画像における前記複数の輝線の二次元座標と、特定した前記対応関係とに基づいて、前記複数の輝線の三次元座標を取得するステップと、
を有する、計測方法。
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