JP2623367B2 - 三次元形状測定装置の校正方法 - Google Patents
三次元形状測定装置の校正方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、光切断法による三次元形状測定装置にお
けるカメラの校正方法に関する。
けるカメラの校正方法に関する。
〈従来の技術〉 光切断法を利用して被測定物の三次元形状を測定する
方法は周知であり、被測定物にスリット光を照射し、被
測定物の表面に生ずる光切断線の形状をスリット光の光
源に対して一定の位置に配置されたカメラで撮像し、得
られた光切断像のデータをコンピュータで処理すること
によって被測定物の形状を求めている。カメラとしては
例えばCCDカメラが用いられるが、撮像された被測定物
の像情報はレンズを通してCCDに伝えられるため、レン
ズの性能は測定精度に大きな影響を与える。
方法は周知であり、被測定物にスリット光を照射し、被
測定物の表面に生ずる光切断線の形状をスリット光の光
源に対して一定の位置に配置されたカメラで撮像し、得
られた光切断像のデータをコンピュータで処理すること
によって被測定物の形状を求めている。カメラとしては
例えばCCDカメラが用いられるが、撮像された被測定物
の像情報はレンズを通してCCDに伝えられるため、レン
ズの性能は測定精度に大きな影響を与える。
〈発明が解決しようとする課題〉 レンズの性能を左右する収差には、単色光の場合でも
球面収差、非点収差、像面湾曲、コマ及び歪曲収差など
があり、しかもそれらが互いに影響を及ぼし合うためレ
ンズの組み合わせで対処するには限界があり、収差を完
全になくすことは非常に困難であった。
球面収差、非点収差、像面湾曲、コマ及び歪曲収差など
があり、しかもそれらが互いに影響を及ぼし合うためレ
ンズの組み合わせで対処するには限界があり、収差を完
全になくすことは非常に困難であった。
この発明はこのような問題点に着目し、得られた画像
内の位置を元の空間内の位置に換算する変換テーブルを
用いることによって、精度よく測定できるようにするこ
とを目的としてなされたものである。
内の位置を元の空間内の位置に換算する変換テーブルを
用いることによって、精度よく測定できるようにするこ
とを目的としてなされたものである。
〈課題を解決するための手段〉 上述の目的を達成するために、この発明では、スリッ
ト光が照射される平面状空間に一致して配置される板状
であって、線分の交点によって形成され、且つ上記平面
状空間における実座標上の位置が既知である校正点を複
数個備えた校正器を用い、この校正器を上記平面状空間
内で移動させながらカメラで繰り返し撮像することによ
って得られる撮像画面中の各校正点の画面内座標（Ｕ−
Ｖ座標）と、各撮像時における各校正点の上記平面状空
間内での実座標（Ｚ−Ｙ座標）との対応関係を求め、こ
の対応関係から画面内座標をアドレスにして上記平面状
空間内の実座標を求める画面内座標−実座標変換テーブ
ルを作成して測定に供するようにしている。
ト光が照射される平面状空間に一致して配置される板状
であって、線分の交点によって形成され、且つ上記平面
状空間における実座標上の位置が既知である校正点を複
数個備えた校正器を用い、この校正器を上記平面状空間
内で移動させながらカメラで繰り返し撮像することによ
って得られる撮像画面中の各校正点の画面内座標（Ｕ−
Ｖ座標）と、各撮像時における各校正点の上記平面状空
間内での実座標（Ｚ−Ｙ座標）との対応関係を求め、こ
の対応関係から画面内座標をアドレスにして上記平面状
空間内の実座標を求める画面内座標−実座標変換テーブ
ルを作成して測定に供するようにしている。
〈作用〉 校正器をスリット光が照射される平面状空間内で移動
させながら撮像することにより、この空間内の実際の位
置、すなわち実座標が、カメラで撮像した場合に得られ
る撮像画面内の位置、すなわち画面座標のどこにそれぞ
れ対応するかが検出できる。従って、検出された実座標
と画面内座標との対応関係のデータから、画面内座標を
アドレスにした画面内座標−実座標変換テーブルを作成
することによりカメラの校正がなされたことになり、こ
れを用いて測定すれば歪のある撮像画面からでも実際の
位置を正確に知ることができる。
させながら撮像することにより、この空間内の実際の位
置、すなわち実座標が、カメラで撮像した場合に得られ
る撮像画面内の位置、すなわち画面座標のどこにそれぞ
れ対応するかが検出できる。従って、検出された実座標
と画面内座標との対応関係のデータから、画面内座標を
アドレスにした画面内座標−実座標変換テーブルを作成
することによりカメラの校正がなされたことになり、こ
れを用いて測定すれば歪のある撮像画面からでも実際の
位置を正確に知ることができる。
〈実施例〉 次に図示の一実施例について説明する。第１図は校正
手順の要領を説明した図、第２図は校正器の形状の一例
を示す図、第３図は撮像画面の一例を示す図、第４図は
校正点演算の説明図である。
手順の要領を説明した図、第２図は校正器の形状の一例
を示す図、第３図は撮像画面の一例を示す図、第４図は
校正点演算の説明図である。
図において、１はスリットレーザ光源、２はCCDカメ
ラ、３は校正器、４は測定台であり、Ｘ、Ｙ及びＺは被
測定物（図示せず）の移動方向、これに直交する水平方
向及びこれらに垂直な上下方向の直交座標軸をそれぞれ
示している。
ラ、３は校正器、４は測定台であり、Ｘ、Ｙ及びＺは被
測定物（図示せず）の移動方向、これに直交する水平方
向及びこれらに垂直な上下方向の直交座標軸をそれぞれ
示している。
スリットレーザ光源１は測定台４のＸ時の原点の真上
に配置されたものであって、周知のように内部に例えば
ロッドレンズ等が組み込まれており、極めて薄く、しか
もＺ−Ｙ軸で構成される平面に平行な空間に沿って扇状
に広がるスリットレーザ光11を発射できるように構成さ
れている。
に配置されたものであって、周知のように内部に例えば
ロッドレンズ等が組み込まれており、極めて薄く、しか
もＺ−Ｙ軸で構成される平面に平行な空間に沿って扇状
に広がるスリットレーザ光11を発射できるように構成さ
れている。
CCDカメラ２は撮像画面を例えばテレビジョンと同様
なビデオ画像に変換して出力するものであり、スリット
レーザ光源１に対して所定の位置関係を保ち、スリット
レーザ光11で照射される平面状空間が撮影視野に入るよ
うに配置されている。なお、カメラは測定精度向上と測
定範囲拡大のために光源を中心として複数台設けられる
のが普通であり、この実施例ではCCDカメラ２が光源１
を挟んで２台設けられている。
なビデオ画像に変換して出力するものであり、スリット
レーザ光源１に対して所定の位置関係を保ち、スリット
レーザ光11で照射される平面状空間が撮影視野に入るよ
うに配置されている。なお、カメラは測定精度向上と測
定範囲拡大のために光源を中心として複数台設けられる
のが普通であり、この実施例ではCCDカメラ２が光源１
を挟んで２台設けられている。
校正器３は上縁が鋸歯状となった薄い板状のもので、
複数個の線分が折れ曲がって連なった山及び谷の各交点
が校正点31となっており、測定台４上にＹ軸に沿ってス
リットレーザ光源１の真下に配置される。校正器３の形
状は既知であるから、各校正点31のＺ−Ｙ座標における
位置も既知である。
複数個の線分が折れ曲がって連なった山及び谷の各交点
が校正点31となっており、測定台４上にＹ軸に沿ってス
リットレーザ光源１の真下に配置される。校正器３の形
状は既知であるから、各校正点31のＺ−Ｙ座標における
位置も既知である。
なお、図示の校正器３の形状は一例であり、実座標
（ここではＺ−Ｙ座標）上の位置が既知である校正点が
複数個備えられていればよい。また、中央の平らな部分
32は、これを撮影した場合に得られる撮像画面内で各校
正点31が何番目のものであるかを容易に確定できるよう
にするための基準用として設けられたものであり、これ
は他の手段に置き換えることもできる。
（ここではＺ−Ｙ座標）上の位置が既知である校正点が
複数個備えられていればよい。また、中央の平らな部分
32は、これを撮影した場合に得られる撮像画面内で各校
正点31が何番目のものであるかを容易に確定できるよう
にするための基準用として設けられたものであり、これ
は他の手段に置き換えることもできる。
校正作業は、上述のような校正器３をCCDカメラ２で
撮像し、この測定装置に備えられているコンピュータで
データを処理することによって行われる。
撮像し、この測定装置に備えられているコンピュータで
データを処理することによって行われる。
測定台４上に配置された校正器３の上縁にはスリット
レーザ光11が当たっており、これをCCDカメラ２で撮像
すると第３図のようなビデオ画像３′が得られる。そこ
で、この画面内座標をＵ−Ｖ座標とすると、その時の各
校正点31のＺ−Ｙ座標とビデオ画像３′の各校正点31′
のＵ−Ｖ座標との対応関係は次のような手順で検出する
ことができる。
レーザ光11が当たっており、これをCCDカメラ２で撮像
すると第３図のようなビデオ画像３′が得られる。そこ
で、この画面内座標をＵ−Ｖ座標とすると、その時の各
校正点31のＺ−Ｙ座標とビデオ画像３′の各校正点31′
のＵ−Ｖ座標との対応関係は次のような手順で検出する
ことができる。
すなわち、CCDカメラ２の映像を画像処理した場合、
各線分は点の集まりとなって第４図のように線分Ａは点
の連続として表示され、それぞれの点の位置はビデオ画
像３′の信号から特定できるから、まずそのＵ−Ｖ座標
を算出し、次に最小二乗法によって各点の座標から線分
Ａの方程式を導き出す。同様に線分Ｂの方程式を導き、
それぞれの方程式から交点ABのＵ−Ｖ座標を求め、この
演算を一つのビデオ画像３′の全部の交点について行
う。校正器３の各校正点31のＺ−Ｙ座標は校正器３の形
状と測定台４上における位置から判明しており、その位
置データを適宜入力することにより、ビデオ画像３′中
のすべての校正点31′の各Ｕ−Ｖ座標を簡単に実際の座
標、すなわちＺ−Ｙ座標に置き換えることができる。
各線分は点の集まりとなって第４図のように線分Ａは点
の連続として表示され、それぞれの点の位置はビデオ画
像３′の信号から特定できるから、まずそのＵ−Ｖ座標
を算出し、次に最小二乗法によって各点の座標から線分
Ａの方程式を導き出す。同様に線分Ｂの方程式を導き、
それぞれの方程式から交点ABのＵ−Ｖ座標を求め、この
演算を一つのビデオ画像３′の全部の交点について行
う。校正器３の各校正点31のＺ−Ｙ座標は校正器３の形
状と測定台４上における位置から判明しており、その位
置データを適宜入力することにより、ビデオ画像３′中
のすべての校正点31′の各Ｕ−Ｖ座標を簡単に実際の座
標、すなわちＺ−Ｙ座標に置き換えることができる。
ここで、画面内座標はビデオ画像３′が走査線を横切
る状態となるようにＵ軸を走査線の方向に一致させてあ
る。従って、各点の座標計算を走査線上の位置に対応さ
せて行うことができてプログラムが簡単となり、処理を
リアルタイムで行うことが容易となる利点があるが、原
理的にはＶ軸を走査線の方向に一致させても問題はな
く、校正に不都合はない。
る状態となるようにＵ軸を走査線の方向に一致させてあ
る。従って、各点の座標計算を走査線上の位置に対応さ
せて行うことができてプログラムが簡単となり、処理を
リアルタイムで行うことが容易となる利点があるが、原
理的にはＶ軸を走査線の方向に一致させても問題はな
く、校正に不都合はない。
以上は校正器３の一つの位置における測定であり、図
示しない移動機構で校正器３を少しずつＺ軸に沿って上
方に移動させながらこの手順を繰り返し行う。これによ
り、スリットレーザ光11で照射される平面状空間内のＺ
−Ｙ座標とCCDカメラ２で撮像した画像のＵ−Ｖ座標と
の対応関係が検出でき、Ｚ−Ｙ座標をアドレスにしたＵ
−Ｖ座標のテーブルが作成されるので、これを基にして
逆にＵ−Ｖ座標をアドレスにしたＺ−Ｙ座標のテーブ
ル、すなわちＵ−Ｖ座標からＺ−Ｙ座標を求める画面内
座標−実座標変換テーブルを作成し、コンピュータの記
憶装置に適宜記憶させておくのである。
示しない移動機構で校正器３を少しずつＺ軸に沿って上
方に移動させながらこの手順を繰り返し行う。これによ
り、スリットレーザ光11で照射される平面状空間内のＺ
−Ｙ座標とCCDカメラ２で撮像した画像のＵ−Ｖ座標と
の対応関係が検出でき、Ｚ−Ｙ座標をアドレスにしたＵ
−Ｖ座標のテーブルが作成されるので、これを基にして
逆にＵ−Ｖ座標をアドレスにしたＺ−Ｙ座標のテーブ
ル、すなわちＵ−Ｖ座標からＺ−Ｙ座標を求める画面内
座標−実座標変換テーブルを作成し、コンピュータの記
憶装置に適宜記憶させておくのである。
この校正測定作業は、想定される被測定物の大きさに
対応した測定対象域の全範囲について２台のカメラ２に
ついてそれぞれ行う。こうして得られた変換テーブルを
被測定物の形状を測定する際に用いることにより、各カ
メラ２のレンズの収差による誤差や個体差による歪の影
響は除去され、しかも画面内のＵ−Ｖ座標から直ちに被
測定物表面の測定点のＺ−Ｙ座標をリアルタイムで求め
ることが可能となる。
対応した測定対象域の全範囲について２台のカメラ２に
ついてそれぞれ行う。こうして得られた変換テーブルを
被測定物の形状を測定する際に用いることにより、各カ
メラ２のレンズの収差による誤差や個体差による歪の影
響は除去され、しかも画面内のＵ−Ｖ座標から直ちに被
測定物表面の測定点のＺ−Ｙ座標をリアルタイムで求め
ることが可能となる。
なお、変換テーブルの中間値は補間法を適用して求め
ることができ、その精度は校正測定作業に際して校正器
３を少しずつ移動させる距離で決まるので、要求される
精度に応じて移動距離を選定すればよい。また、校正器
３上に形成できる校正点31の数には限度があるので、Ｙ
軸方向の測定精度を向上させるためには校正器３を実線
矢印のように上下に移動させるだけでなく、破線矢印の
ようにＹ軸方向にも移動させて校正測定を行えばよく、
これで実質的な校正点31の数が増加して精度を向上する
ことができる。
ることができ、その精度は校正測定作業に際して校正器
３を少しずつ移動させる距離で決まるので、要求される
精度に応じて移動距離を選定すればよい。また、校正器
３上に形成できる校正点31の数には限度があるので、Ｙ
軸方向の測定精度を向上させるためには校正器３を実線
矢印のように上下に移動させるだけでなく、破線矢印の
ようにＹ軸方向にも移動させて校正測定を行えばよく、
これで実質的な校正点31の数が増加して精度を向上する
ことができる。
〈発明の効果〉 上述の実施例から明らかなように、この発明の方法
は、スリット光が照射される平面状空間に一致して配置
される板状であって、線分の交点によって形成され、且
つ上記平面状空間における実座標上の位置が既知である
校正点を複数個備えた校正器を用い、これをカメラで撮
像して各校正点の撮像画面における画面内座標を検出す
るという手順を、校正器を測定対象域の空間内で移動さ
せながら繰り返し行い、検出された実座標と画面内座標
との対応関係のデータから、画面内座標を実座標に換算
する画面内座標−実座標変換テーブルを作成して測定に
供するようにしたものである。
は、スリット光が照射される平面状空間に一致して配置
される板状であって、線分の交点によって形成され、且
つ上記平面状空間における実座標上の位置が既知である
校正点を複数個備えた校正器を用い、これをカメラで撮
像して各校正点の撮像画面における画面内座標を検出す
るという手順を、校正器を測定対象域の空間内で移動さ
せながら繰り返し行い、検出された実座標と画面内座標
との対応関係のデータから、画面内座標を実座標に換算
する画面内座標−実座標変換テーブルを作成して測定に
供するようにしたものである。
従って、レンズの収差に起因する歪の影響が除去され
て、歪のある撮像画面からでも本来の測定対象空間にお
ける実際の位置を正確に知ることが可能となり、高価な
レンズでもなくせない収差の問題を簡単に解決して測定
精度を大幅に向上することができる。
て、歪のある撮像画面からでも本来の測定対象空間にお
ける実際の位置を正確に知ることが可能となり、高価な
レンズでもなくせない収差の問題を簡単に解決して測定
精度を大幅に向上することができる。
また、各校正点が線分の交点によって形成されている
校正器を用いているので、校正器の形状が単純なため製
作が容易であると共に、校正測定時のデータ処理を簡単
に行うことができる。
校正器を用いているので、校正器の形状が単純なため製
作が容易であると共に、校正測定時のデータ処理を簡単
に行うことができる。
第１図はこの発明の校正手順の要領を説明した図、第２
図は校正器の形状の一例を示す図、第３図は撮像画面の
一例を示す図、第４図は校正点演算の説明図である。 １……スリットレーザ光源、２……CCDカメラ、３……
校正器、３′……ビデオ画像、11……スリットレーザ
光、31,31′……校正点。
図は校正器の形状の一例を示す図、第３図は撮像画面の
一例を示す図、第４図は校正点演算の説明図である。 １……スリットレーザ光源、２……CCDカメラ、３……
校正器、３′……ビデオ画像、11……スリットレーザ
光、31,31′……校正点。
Claims (1)
- 【請求項１】被測定物に１個のスリット光を照射し、被
測定物の表面に生ずる光切断線の形状をスリット光の光
源に対して一定の位置に配置されたカメラで撮像して被
測定物の三次元形状を測定する光切断法による三次元形
状測定装置において、 スリット光が照射される平面状空間に一致して配置され
る板状であって、線分の交点によって形成され、且つ上
記平面状空間における実座標上の位置が既知である校正
点を複数個備えた校正器を用い、この校正器を上記平面
状空間内で移動させながらカメラで繰り返し撮像するこ
とによって得られる撮像画面中の各校正点の画面内座標
（Ｕ−Ｖ座標）と、各撮像時における各校正点の上記平
面状空間内での実座標（Ｚ−Ｙ座標）との対応関係を求
め、この対応関係から画面内座標をアドレスにして上記
平面状空間内の実座標を求める画面内座標−実座標変換
テーブルを作成して測定に供することを特徴とする三次
元形状測定装置の校正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2299468A JP2623367B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 三次元形状測定装置の校正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2299468A JP2623367B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 三次元形状測定装置の校正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172213A JPH04172213A (ja) | 1992-06-19 |
| JP2623367B2 true JP2623367B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=17872964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2299468A Expired - Lifetime JP2623367B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 三次元形状測定装置の校正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2623367B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2399165B (en) * | 2003-03-06 | 2006-01-11 | Aea Technology Plc | Calibration of optical profile scanner |
| US20050068523A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-03-31 | Multi-Dimension Technology, Llc | Calibration block and method for 3D scanner |
| US8082120B2 (en) | 2005-03-11 | 2011-12-20 | Creaform Inc. | Hand-held self-referenced apparatus for three-dimensional scanning |
| CN101189487B (zh) * | 2005-03-11 | 2010-08-11 | 形创有限公司 | 三维扫描自动参考系统和设备 |
| JP2008224370A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | ３次元形状計測装置のキャリブレーション方法および３次元形状計測方法 |
| JP5234255B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2013-07-10 | 株式会社Ｉｈｉ | レーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法 |
| US8284240B2 (en) | 2008-08-06 | 2012-10-09 | Creaform Inc. | System for adaptive three-dimensional scanning of surface characteristics |
| JP5350082B2 (ja) * | 2009-05-29 | 2013-11-27 | 株式会社ブリヂストン | 形状測定装置の精度判別装置 |
| JP5494234B2 (ja) * | 2010-05-27 | 2014-05-14 | セイコーエプソン株式会社 | 三次元形状計測装置、キャリブレーション方法、およびロボット |
| JP2014020919A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Toshiba Corp | 三次元測定装置の校正装置及び校正方法 |
| CN102944188B (zh) * | 2012-10-18 | 2015-09-09 | 北京航空航天大学 | 一种点扫描三维形貌测量系统标定方法 |
| EP3798570B1 (de) * | 2019-09-27 | 2023-06-28 | Stemmer Imaging AG | Verfahren zur kalibrierung eines optischen messsystems, optisches messsystem und kalibrierobjekt für ein optisches messsystem |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6230904A (ja) * | 1985-08-01 | 1987-02-09 | Hitachi Ltd | 物体の位置姿勢検出方式 |
| JPH0621766B2 (ja) * | 1986-10-25 | 1994-03-23 | 住友ゴム工業株式会社 | 断面形状の測定方法および装置 |
| JPH0749936B2 (ja) * | 1987-09-19 | 1995-05-31 | 株式会社豊田中央研究所 | 三次元座標測定装置 |
| JPH01233308A (ja) * | 1988-03-14 | 1989-09-19 | Yokogawa Electric Corp | 光ディスク検査装置 |
| JPH02223810A (ja) * | 1989-02-25 | 1990-09-06 | Yunisun:Kk | 光切断法による三次元形状測定装置 |
-
1990
- 1990-11-05 JP JP2299468A patent/JP2623367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04172213A (ja) | 1992-06-19 |
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