JP2775924B2 - 画像データ作成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像データ作成装置に関し、詳しくは対象物
の高さ情報を含むビデオ出力用データを作成する画像デ
ータ作成装置に関する。

［従来の技術］ 従来、各種対象物の形状検出あるいは形状認識等を、
CCDカメラ等の２次元のテレビカメラにて対象物を撮像
し、得られたビデオ信号を画像処理装置にて処理するも
のがある。この場合、撮像された２次元画像には、対象
物の２次元座標位置に対応した対象物表面の輝度情報が
含まれており、２次元的な形状（輪郭）とこの輝度情報
とに基づいて対象物の認識がなされるのである。即ち、
輝度の差異により対象物の平面上の位置だけでなく高さ
も判断される。また、このようなテレビカメラからのビ
デオ信号に基づいて行なわれる画像処理の手法は、工業
技術院・電子総合研究所の開発した「SPIDER」を初め、
数多く提案されている。そして、これらの処理手法を用
いて、対象物の形状計測，種類判別，文字認識等、各種
用途に応じた多くの画像処理装置が開発され、使用され
ている。

一方、対象物の３次元形状を輝度によらずに検出する
装置も知られている。この種の装置は、対象物に照射さ
れたスリット光の反射光をテレビカメラにて撮像するこ
とにより、撮像されたスリット光画像から三角測量の原
理でテレビカメラから対象物表面までの距離を算出する
ものである。尚、このような装置は、特開昭60−253806
号公報に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、輝度の差異により対象物の形状を判断
する場合においては、対象物の表面が鏡面仕上げされた
金属物体等では、テレビカメラに撮像される光の強度
差、即ち、明暗比率が小さいため、ビデオ信号として出
力される輝度情報が不正確となってしまい、対象物の形
状、特に高さが正確に検出できないという問題が生じて
いた。そのため、こうした場合には、数多く開発された
画像処理装置の機能を充分に生かしきれなかった。

また、三角測量に基づいて対象物の形状を検出する装
置は、単に対象物の３次元座標値を算出するものであっ
たり、その座標値を用いてすきま計測，段差計測といっ
た特定の目的に使用される専用機であったりして、汎用
の画像処理装置と接続できず、多種多様な計測に適用す
るには、その都度、目的に応じた装置を開発する必要が
あった。

本発明の画像データ作成装置は上記課題を解決し、対
象物の３次元形状を正確に検出すると共に、従来からの
画像処理装置との接続を可能にし、その機能を充分に生
かすことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の画像データ作成装置は、第１図に例示するよ
うに、 対象物Ｗの高さ情報を含むビデオ出力用データを作成
する画像データ作成装置であって、 上記対象物Ｗの表面を横切る主走査上に光Ｌを照射す
ると共に、その反射光Ｒを照射方向とは異なる角度で撮
像する撮像手段M1と、 上記撮像された反射光Ｒの変位に基づいて上記主走査
線上における対象物Ｗの高さデータを、該主走査線上の
各位置について算出する高さデータ算出手段M2と、 上記対象物Ｗに対し上記撮像手段M1による照光と撮像
とを上記主走査方向と直交する副走査方向の各位置で行
なわせ、該副走査方向の各位置において上記高さデータ
算出手段M2による高さデータの算出を行なわせる副走査
方向演算手段M3と、 上記算出された対象物Ｗの高さデータを輝度データに
変換する輝度データ変換手段M4と、 上記主走査方向および副走査方向からなる２次元平面
座標をビデオ画像の座標に対応させると共に、上記変換
された輝度データを上記撮像された画像位置に基づい
て、ビデオ画面の座標に位置づけて記憶するビデオデー
タ記憶手段M5と、上記ビデオデータ記憶手段に記憶され
た内容、即ちビデオ画面の座標に対応づけられた輝度デ
ータ、をビデオ信号（NTSC信号）に変換して外部に出力
するビデオ信号出力手段とM6と を備えたことを要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の画像データ作成装置は、撮
像手段M1により撮像された反射光Ｒの変位に基づいて、
高さデータ算出手段M2が対象物Ｗに照射された主走査線
上の各位置について対象物Ｗの高さデータを算出し、さ
らに、副走査方向演算手段M3が副走査方向の各位置にお
いて、この高さデータの算出を行なわせる。算出された
高さデータは、輝度データ変換手段M4により輝度データ
に変換され、ビデオデータ記憶手段M5により、主走査方
向および副走査方向からなる２次元平面に対応したビデ
オ画面の座標に、撮像された画面位置に基づいて位置づ
けされて記憶される。従って、記憶されたデータは、ビ
デオデータとして、対象物Ｗの高さデータに対応した輝
度データをビデオ画面の座標に位置づけて作成される。
そして、ビデオ信号出力手段M6は、ビデオデータ記憶手
段に記憶された内容、即ちビデオ画面の座標に対応づけ
られた輝度データ、をビデオ信号（NTSC信号）に変換し
て外部に出力する。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにする
ために、以下本発明の画像データ作成装置の好適な実施
例について説明する。

第２図は、一実施例としての画像データ作成装置の概
略構成図である。

画像データ作成装置は、コンベアＣに載置されデータ
作成の対象となる対象物Ｗを撮像する撮像部10と、撮像
部10からのビデオ信号を処理し画像データを作成する電
子制御装置20と、電子制御装置20に接続されコンベアＣ
の搬送を制御するコンベア制御装置30とから構成されて
いる。

撮像部10は、レーザスリット光Ｌを対象物Ｗに照射す
る照射機11と、照射された反射光Ｒを照射機11から所定
距離離れて撮像するCCDを用いたテレビカメラ12とを備
える。

照射機11は、第３図（（ア）は正面図、（イ）は平面
図）に示すように、光源としてのレーザダイオード13
と、光源から順に、光を一方向にのみ拡げるシリンドリ
カルレンズ14と、その光を平行にするコリメーティング
レンズ15と、スリット16とから構成され、極めて幅の狭
いスリット光Ｌを得る。

電子制御装置20は、テレビカメラ12からのビデオ信号
をディジタル信号に変換するA/Dコンバータ21と、変換
されたディジタル映像信号に基づいて照射機11から対象
物Ｗまでの距離および平面位置（以下、距離座標と呼
ぶ）を算出する算術論理演算回路を備えた座標演算部22
と、コンベア制御装置30との信号の授受により対象物Ｗ
の移動と距離座標演算との同期をとる外部同期インタフ
ェース23と、画像データを記憶する画像メモリ24と、画
像メモリ24に記憶された画像データをビデオ信号（NTSC
信号）に変換し画像処理装置Ｐに出力するD/Aコンバー
タ25と、システム全体を制御統轄するCPU26と、演算処
理手順等の処理プログラムが記憶されるROM27とを備え
る。尚、座標演算部22,外部同期インタフェース23,画像
メモリ24,CPU26,ROM27は、バス28により相互に接続され
ている。

次に、撮像された対象物Ｗの反射光Ｒに基づいて、距
離座標を算出する原理について、第４図と共に説明す
る。

レーザスリット光Ｌを対象物Ｗに垂直（対象物Ｗの載
置面に対して垂直）に照射し、斜め上方からビデオカメ
ラ12により反射光Ｒを撮像する。このとき、対象物Ｗの
原点位置Ｏに対して対象物Ｗ表面上の点Ａからの反射光
Ｒは、レンズ17を通り受光部18の原点Ｏ′から隔たった
位置Ａ′に結像する。つまり、対象物Ｗの稜線に対応し
た像が受光部18に結像する。この結像された像および撮
像位置により、距離座標が算出される。即ち、対象物Ｗ
の高さおよび平面位置が検出できるのである。

次に、電子制御装置20が実行する対象物Ｗの画像デー
タ作成処理について、第５図のフローチャートと共に説
明する。

まず、対象物Ｗをコンベア制御装置30からの外部同期
信号が入力される位置にまでスリット光Ｌの幅方向に移
動させる（ステップ100,110）。即ち、外部同期信号が
検出される所定位置まで対象物Ｗを移動させ、その所定
位置において、次のステップ120以降の処理に入るよう
に位置決めを行なうのである。尚、コンベア制御装置30
は、図示しないエンコーダ等のセンサにより位置の検出
を行なう。

対象物Ｗが所定位置に配置されると、照射機11により
対象物Ｗにスリット光Ｌを照射し（ステップ120）、テ
レビカメラ12により反射光Ｒを撮像する（ステップ13
0）。この撮像された画像のビデオ信号は、A/Dコンバー
タ21を介してディジタル信号に変換される。次に、撮像
された画面上の各走査線毎に検出された反射光Ｒの位置
に基づいて、座標演算部22により距離座標を算出する
（ステップ140）。続いて、算出された距離座標を輝度
データに変換する（ステップ150）。本実施例では、こ
の変換を、第６図に示すような、一次関数のマップを用
いて行なう。例えば、撮像部10の距離計測範囲が０〜10
0mmであり、画像メモリ24の１画素当りの分解能が８ビ
ット、即ち、256階調とすると、距離計測値が0mmの位置
では輝度データを０に、距離計測値が100mmの位置では
輝度データを255に変換する。即ち、対象物Ｗの表面の
高さを256段階に区分し、その段階に応じた輝度データ
を作成する。

次に、ステップ150にて変換された輝度データを画像
メモリ24に書き込む処理を行なう（ステップ160）。画
像メモリ24は、例えば、画像処理装置Ｐの画面（以下、
出力画像という）の画素数が512×480（横×縦）の場合
には、スリット光Ｌの１照射分の輝度データ、即ち、１
回の撮像により得られた１フレーム分の輝度データを、
出力画面上の１ライン（横方向）分として512の画素に
分解して記憶する。続いて、カウンタＣをインクリメン
トし（カウンタＣの値はこのルーチンが起動されたとき
リセットされている）、カウンタＣの値が480になるま
でステップ100〜170の処理を繰り返す（ステップ170,18
0）。即ち、対象物Ｗを移動させてスリット光Ｌの照射
位置を順に変更すると共に、各照射位置毎に撮像して得
られた１フレーム分の距離座標を輝度データに変換し
て、その輝度データを画像メモリ24に１ライン分ずつ順
次に記憶し、１出力画面分の輝度データの書き込みが完
了するまで、上記の処理を繰り返す。尚、カウンタＣの
値により、画像メモリ24のアドレスが変更される。

この画像メモリ24への輝度データの書き込みの概略
を、第７図と共に説明する。画像メモリ24は、出力画面
上の座標に対応し、対象物Ｗへのスリット光Ｌの各照射
位置L1〜L480において撮像し得られたフレームF1〜F480
の輝度データD1〜D480を、出力画面上の横方向ラインに
対応させて撮像順に記憶する。従って、画像メモリ24に
は、256階調の輝度データが出力画面上の座標位置に対
応して書き込まれるのである。尚、この図では、理解し
やすくするために、各フレームF1〜F480は対象物Ｗの載
置面に対して垂直に表現されているが、実際は、テレビ
カメラ12の撮像位置により斜めになる。

ステップ180において、画像メモリ24に１出力画面分
の輝度データが書き込まれたと判断すると、この輝度デ
ータを画像データとしてD/Aコンバータ25を介してビデ
オ信号（NTSC信号）に変換して画像処理装置Ｐに出力
し、「END」に抜けて本ルーチンを終了する（ステップ1
90）。

以上説明した本実施例の画像データ作成装置は、輝度
データを画像データとして出力画面上の座標位置に対応
させて画像メモリ24に記憶し、ビデオ信号に変換して出
力する。従って、あたかもテレビカメラにて撮像され送
られてくるビデオ信号と同じイメージで汎用の画像処理
装置Ｐに接続が可能となり、現在までに開発された数多
くの画像処理ソフトウェアを利用でき、それらの機能を
充分に生かすことができる。しかも、画像データとして
の輝度データは、距離座標に基づいて変換されたもので
あるため、対象物Ｗの高さ及び平面位置を正確に表すも
のとなり、従来のように対象物Ｗ表面からの反射光Ｒに
よる輝度信号では識別困難な鏡面仕上げされた金属物体
等であっても、寸法精度の高い画像を出力できる。従っ
て、各種の形状計測や形状判別等を正確に行なうことが
できる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、例えば、
スリット光Ｌを対象物Ｗの移動に関係なく常に照射する
構成や、照射位置を撮像部10の移動により変更する構成
であってもよい。また、第６図に示した変換マップを、
輝度データが距離の二乗に比例するような二次関数を用
いてもよい。更に、画像データの出力のタイミングを、
１画面分の書き込み完了後でなく常に行なう構成であっ
てもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の画像データ作成装置に
よれば、輝度データをビデオ画面上の座標位置に対応さ
せてビデオデータ記憶し、このビデオデータ記憶手段に
記憶された内容をビデオ信号出力手段がビデオ信号（NT
SC信号）に変換して外部に出力するため、あたかもテレ
ビカメラにて撮像され送られてくるビデオ信号と同じイ
メージで汎用の画像処理装置に接続が可能となり、現在
までに開発された数多くの画像処理ソフトウェアを利用
でき、それらの機能を充分に生かすことができる。しか
も、記憶された輝度データは、高さデータに基づいて変
換されたものであるため、対象物Ｗの高さ及び平面位置
を正確に表すものとなり、従来のように対象物Ｗ表面か
らの反射光Ｒによる輝度信号では識別困難な鏡面仕上げ
された金属物体等であっても、寸法精度の高いビデオ信
号を出力できる。従って、各種の形状計測や形状判別等
を正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は画像データ作成装置の概略構成図、第３図は照射
機の概略構成図、第４図は距離座標を算出する原理を示
す説明図、第５図は画像データ作成ルーチンを示すフロ
ーチャート、第６図は計測距離値と輝度データとの関係
を示すグラフ、第７図は画像メモリへの書き込みの概念
を示す説明図である。 10……撮像部、11……照射機 12……テレビカメラ 20……電子制御装置、22……座標演算部 24……画像メモリ Ｌ……スリット光、Ｒ……反射光 Ｐ……画像処理装置、Ｗ……対象物

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物の高さ情報を含むビデオ出力用デー
   タを作成する画像データ作成装置であって、 上記対象物の表面を横切る主走査線上に光を照射すると
   共に、その反射光を照射方向とは異なる角度で撮像する
   撮像手段と、 上記撮像された反射光の変位に基づいて上記主走査線上
   における対象物の高さデータを、該主走査線上の各位置
   について算出する高さデータ算出手段と、 上記対象物に対し上記撮像手段による照光と撮像とを上
   記主走査方向と直交する副走査方向の各位置で行なわ
   せ、該副走査方向の各位置において上記高さデータ算出
   手段による高さデータの算出を行なわせる副走査方向演
   算手段と、 上記算出された対象物の高さデータを輝度データに変換
   する輝度データ変換手段と、 上記主走査方向および副走査方向からなる２次元平面座
   標をビデオ画面の座標に対応させると共に、上記変換さ
   れた輝度データを上記撮像された画像位置に基づいて、
   ビデオ画面の座標に位置づけて記憶するビデオデータ記
   憶手段と、 上記ビデオデータ記憶手段に記憶された内容、即ちビデ
   オ画面の座標に対応づけられた輝度データ、をビデオ信
   号（NTSC信号）に変換して外部に出力するビデオ信号出
   力手段と を備えてなる画像データ作成装置。