JP3152523B2 - 干渉縞によるccdの位置認識方法 - Google Patents

干渉縞によるccdの位置認識方法

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JP3152523B2 JP29903892A JP29903892A JP3152523B2 JP 3152523 B2 JP3152523 B2 JP 3152523B2 JP 29903892 A JP29903892 A JP 29903892A JP 29903892 A JP29903892 A JP 29903892A JP 3152523 B2 JP3152523 B2 JP 3152523B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種光学機械にCCD
を位置認識して取りつける方法に関し、特に、3板式カ
ラーカメラにCCDを取りつける場合のCCDの位置認
識方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来例の干渉縞によるCCDの位置認識
方法を図1(a)、図1(b)、図2に基づいて説明す
る。
【0003】図1(a)は、別に印刷された縞の幅2と
縞の間隔3とが総て等しい平行明暗縞模様1をCCDカ
メラに写し、カメラ倍率mを調整して、縞の幅2と縞の
間隔3とが総て等しく且つこれらがCCD受光素子4の
ピッチのm倍と僅かに異なる平行明暗縞模様1をCCD
上に形成するようにした状態を示す。6は位置認識の基
準になる長い縞で、上下何れの方向にでも長くなってい
れば良い。この状態で、図1(a)に示すように、縞の
幅2と縞の間隔3とが総て等しく且つCCD受光素子4
のピッチのm倍と僅かに異なるので、CCD受光素子4
の受光量は、並んでいるCCD受光素子4の1個毎に前
記異なっている差分だけ位置がずれて変化し、その変化
はCCD受光素子4の1個について1差分になり、CC
Dカメラは、平行明暗縞模様1の縞の幅2や間隔3とC
CD受光素子4のピッチとの差で形成される干渉縞パタ
ーンを図1(b)に示すように出力する。
【0004】図1(b)は、干渉縞パターンを形成する
CCD受光素子4の画素濃度の変化を示す。CCD受光
素子4の受光量7のグラフが示すように、CCD受光素
子4の受光量7は平行明暗縞模様1の明暗に対応して隣
接順に交互に明暗を繰り返し干渉縞パターンを形成す
る。この干渉縞パターンは、図1(a)に示すようにC
CD受光素子4が平行明暗縞模様1の明暗境界上にある
範囲5においては、図1(b)のCCD受光素子4の受
光量7のグラフの範囲5に示すようにCCD受光素子4
の受光量7の振幅は小さくなり、この振幅が小さくなっ
た位置を干渉縞の節と言う。又、図1(a)の長い縞6
近傍のように、CCD受光素子4が平行明暗縞模様1の
幅2又は間隔3内に収まっている範囲では、CCD受光
素子4の受光量7の振幅は大きくなり、この振幅が大き
くなった位置を干渉縞の腹という。
【0005】前記の干渉縞の節と腹とは交互に周期的に
出現し、CCD上でのこの周期の長さをbm(betw
een of Moire)とする。
【0006】図1(b)の8〜10は、従来例には関係
が無く、実施例で説明する。
【0007】図2は、3板式カラーカメラのCCD貼り
合わせ部分を示す。CCD貼り合わせ部分は、CCDの
素子板15と、赤フィルタ16と、緑フィルタ17と、
青フィルタ18と、プリズム19とを有し、キセノンラ
ンプ21の光20が、平行明暗縞模様1を通過し、レン
ズ22で倍率を調整され、プリズム19で分光され、各
フィルタ16、17、18を通過してCCDの素子板1
5に到達する。
【0008】次に、従来例の干渉縞によるCCDの位置
認識方法を説明する。
【0009】CCD受光素子4のピッチをpccd(p
itch of CCD)、平行明暗縞模様1の縞の幅
2又は縞の間隔3をws(width of stri
pe)、カメラ倍率をm(multipyling r
ate)とした場合、平行明暗縞模様1の縞の幅2と縞
の間隔3とが総て等しく且つこれらがCCD受光素子4
のピッチのm倍と僅かに異なるという条件、即ち、 ws≠pccd×m and ws≒pccd×m が干渉縞が発生する条件である。
【0010】干渉縞ができている場合、干渉縞の節から
節までの間でCCD受光素子4のピッチと縞の幅2と縞
の間隔3とを数えると、CCD受光素子4のピッチ数
と、縞の幅2の数に縞の間隔3の数を加えた数とが丁度
1ずれている。これは、干渉縞の節から節までの間で、
CCD受光素子4の1ピッチ毎に、CCD受光素子4の
位置と平行明暗縞模様1との相互位置が、pccdとw
sとの大小関係によって、±(pccd×m−ws)ず
つずれているためで、干渉縞の節から節までの間で縞の
幅2と縞の間隔3との合計がN個の場合には、CCD受
光素子4の1ピッチについて±(pccd×m−ws)
ずつずれ、N個で丁度CCD受光素子4の1ピッチ分p
ccd×mだけずれて、もとの相互位置関係に戻ったこ
とを示している。
【0011】そして、上記のように、縞の幅2部分と間
隔3部分とをそれぞれ1とし、縞の幅2部分の数と間隔
3部分の数との和がNの場合、干渉縞の節ら節までの長
さを計算する式は、次のようになる。
【0012】干渉縞発生条件が、ws≠pccd×m
and ws≒pccd×mで、且つ、 ws>pccd×m・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(1) の場合には、 bm=ws×N=pccd×m×(N+1)・・・・・
・・・・・・・(2) このNを書き変えると、 bm=ws×pccd×m/(ws−pccd×m)・
・・・・・・・(3) となる。
【0013】又、干渉縞発生条件が、ws≠pccd×
m and ws≒pccd×mで、且つ、 ws<pccd×m・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(4) の場合は、 bm=ws×N=pccd×m×(N−1)・・・・・
・・・・・・・(5) このNを書き変えると、 bm=ws×pccd×m/(pccd×m−ws)・
・・・・・・・(6) となる。
【0014】式(3)と式(6)とを統一すると、 bm=ws×pccd×m/|pccd×m−ws|・
・・・・・・・(7) となる。
【0015】又、CCDカメラを固定して、前記平行明
暗縞模様1を僅かに移動してCCD受光素子4と平行明
暗縞模様1との相互位置関係をずれさせた場合、このず
れ量をxとすると、ずれ量xは、CCD受光素子4の1
ピッチ分pccd×m移動する毎に|pccd×m−w
s|ずつ打ち消されるので、ずれ量xを丁度打ち消すの
は、CCD受光素子4の1ピッチ分pccd×mの{x
/|pccd×m−ws|}倍となり、これが前記ずれ
量に対する干渉縞の節が基準位置から移動する移動量に
なる。
【0016】従って、CCD受光素子4の正規位置から
のずれ量xに対応して干渉縞の節が基準位置から移動す
る移動量をxn とすると、 xn =pccd×m×{x/|pccd×m−ws|} =x×{pccd×m/|pccd×m−ws|} =x×N・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(8) となる。
【0017】即ち、干渉縞によるCCDの位置認識の場
合、極めて小さなCCD素子4で構成されるCCDの位
置のずれ量xを、CCD素子4を直接測定して認識する
のは困難であるが、その代わりに、CCDの位置ずれ量
xに対応してxのN倍移動する干渉縞の節の移動量xn
を測定すれば、式(8)の関係で、CCDの位置ずれ量
xを演算して求めることができる。
【0018】この場合、CCDの位置ずれ量xのN倍だ
け干渉縞の節が移動するので、干渉縞の節の移動量xn
が大きくなるようにNを大きくすれば、前記ずれ量xの
測定精度を高めることが出来る。即ち、カメラの倍率m
を調整して、wsとpccd×mとの差|pccd×m
−ws|を小さくし、N=pccd×m/|pccd×
m−ws|を大きくすれば良い。
【0019】但し、干渉縞の節が1周期ずれた場合に
は、干渉縞の位置はもとに戻り同じように見えるので、
干渉縞の節の移動量xn が1周期以上になるCCDのず
れ量xは計測できない。
【0020】従って、次に、CCDのずれ量xに対する
干渉縞の節の移動量xn が干渉縞の1周期以内であり、
計測が可能であることを証明する。
【0021】先ず、CCD15の受光素子4の中で図1
(a)に示す長い縞6の中心に位置決めするべき基準受
光素子P0 の中心を前記長い縞6の中心に正確に位置決
めした場合の干渉縞の節の位置Pを予め求めた後に、ず
れ量を計測・認識するCCD15の基準受光素子P0
中心を、前記長い縞6の中心に粗合わせする。一般に、
干渉縞の中心に位置決めされた受光素子は、受光量が最
小な干渉縞の腹になる。そして、粗合わせにおける、基
準受光素子P0 の中心と長い縞6の中心とのずれ量をx
0 とする。
【0022】次に、前記長い縞6の近くで実際に腹にな
って受光量が最小になっている受光素子P1 を求める。
この場合に、前記基準受光素子P0 から実際に腹になっ
た受光素子P1 までの移動量xp10 は、 xp10 =pccd×m×(P1 −P0 )=x0 ×N・・
・・・・・・・・(9)となる。
【0023】前記P0 のずれ量x0 は、前記のように、
CCD15の受光素子の中の基準受光素子P0 の中心を
前記長い縞6の中心に位置決めする場合のずれ量なの
で、当然、CCD受光素子の1ピッチの半分以下であ
り、 x0 <±(pccd×m)/2・・・・・・・・・・・
・・・・・・(10) になる。
【0024】従って、上記x0 に対する干渉縞の節の位
置P2 が前記Pから移動する移動量xP20 は、±(pc
cd×m)/2のN倍以下になり、 xP20 <{±(pccd×m)/2}×N=±bm/2
・・・・・・(11) で、干渉縞の節の移動の計測が可能である。
【0025】以上の方法を使用して、図2に示す3板式
カラーカメラの赤フィルター16、緑フィルター17、
青フィルター18に貼り合わせた3枚のCCD15の正
規位置に対するずれ量を計測して位置認識し、ずれ量を
補正する従来例を説明する。
【0026】予め、上記と同様に、3枚のCCD15の
基準受光素子P0 の中心を、図1(a)に示す長い縞6
の中心に一致させた場合の干渉縞の節の位置Pを求めて
おく。
【0027】次に、CCD15の基準受光素子P0 の中
心を前記長い縞6の中心に粗合わせした場合の干渉縞の
節の位置P2 を計測する。
【0028】CCDの各受光素子の受光量を、光電変換
し、A/D変換して、画像記憶回路に格納して、演算処
理する。ここで、各CCD受光素子の受光量を、 di (i=1・・・・S) とする。Sは、CCD受光素子の個数である。又、 ddi =|di-1 −di |・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(12) を演算する。ddi は隣接したCCD受光素子の受光量
の差である。
【0029】そして、干渉縞の節の周期の範囲内、 P−(bm/2)〜P+(bm/2) において、ddi が最小になるi=P2 を求める。
【0030】上記の結果から、前記の長い縞6の中心
と、CCD受光素子P0 の中心とが一致した状態からの
CCD素子板のずれ量x2 は x2 =pccd×m×( P2 −P)/N・・・・・・・
・・・・・(13)となる。
【0031】即ち、上記のように、位置を認識して調整
するべきCCD15の基準受光素子P0 の中心を前記長
い縞6の中心に粗合わせし、粗合わせした状態で、干渉
縞の位置P2 を計測し、前記位置Pと前記位置P2 とか
ら、前記調整するべきCCD15の基準受光素子P0
正規位置からのずれ量x2 を認識し、CCD15の位置
を正規の位置に補正する。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
では、干渉縞の節の位置を計測する場合に、干渉縞の節
を計測する計測単位が、CCD受光素子のピッチpcc
dにカメラ倍率mを掛けたpccd×mなので、干渉縞
の節がpccd×mだけ移動するCCD受光素子のずれ
量が測定可能最小ずれ量になり、このCCD受光素子の
測定可能最小ずれ量は(pccd×m)/Nである。即
ち、測定精度は、pccd×mの1/N、である。
【0033】この測定精度を高めるには、カメラ倍率m
を調整して、Nを大きくすれば良いわけではあるが、カ
メラ倍率mの調整が難しく、得られる精度が、計測単位
pccd×mで制限を受けるという問題点がある。
【0034】本発明は、上記の問題点を解決し、計測単
位が従来例のpccd×mに比較して極めて小さく、高
精度の計測が可能なCCDの位置認識方法を提供するこ
とを課題としている。
【0035】
【課題を解決するための手段】本発明の干渉縞によるC
CDの位置認識方法は、上記の課題を解決するために、
縞の幅と縞の間隔とが総て等しく且つこれらがCCD受
光素子のピッチと僅かに異なる平行明暗縞模様をCCD
上に形成する光線をCCDに入射して平行明暗縞模様の
幅や間隔とCCD受光素子のピッチとの僅かの差で形成
される干渉縞パターンをCCD受光素子に出力させ、前
記干渉縞パターンを形成するCCDの各受光素子の画素
濃度を前記平行明暗縞模様に対応して明暗傾向が相反す
る夫々1個おきの画素の画素濃度による2系列に分け夫
々直線近似して2本の近似直線を演算し、前記2本の近
似直線の交点の座標を前記干渉縞パターンの節の座標と
し、これによってCCDの基準位置とCCDの測定位置
に対する干渉縞の節の位置を求め、これら両者の位置関
係からCCDの基準位置からのCCDの測定位置のずれ
量を認識することを特徴とする。
【0036】又、本発明の干渉縞によるCCDの位置認
識方法は、上記の課題を解決するために、干渉縞パター
ンの節の座標は、CCDの隣接した各画素の画素濃度の
差を求め、これらの差を1列に並べた数列を1つ飛びの
グループに分け、一方のグループの正負符号を反転し、
再び1つのグループにして得られる一つの数列を直線近
似し、前記で得られた近似直線が0となる位置の座標と
することが好適である。
【0037】
【作用】本発明の干渉縞によるCCDの位置認識方法
は、干渉縞の節の位置の計測・演算・認識方法に特徴が
ある。
【0038】本発明による干渉縞の節の認識は、縞の幅
と縞の間隔とが総て等しく且つこれらがCCD受光素子
のピッチと僅かに異なる平行明暗縞模様をCCD上に形
成する光線をCCDに入射して平行明暗縞模様の幅や間
隔とCCD受光素子のピッチとの僅かの差で形成される
干渉縞パターンをCCD受光素子に出力させるまでは、
従来技術と同様である。
【0039】干渉縞の節の計測に、従来技術では、CC
D受光素子のピッチpccd×mを計測単位に使用する
のに対して、本発明では、干渉縞パターンが形成される
条件として、平行明暗縞模様の縞の幅と縞の間隔とが総
て等しく且つこれらがCCD受光素子のピッチと僅かに
異なるので、CCD受光素子を奇数番目と偶数番目のグ
ループに分けた場合に、夫々のグループにおいて、隣接
するCCD受光素子の受光量が、前記の僅かに異なる差
分の2倍だけずれて相違し、奇数番目のグループと偶数
番目のグループの夫々のグループの中で隣接するCCD
受光素子の受光量が夫々直線的に変化していることに着
目し、干渉縞パターンを形成するCCDの各受光素子の
画素濃度を前記平行明暗縞模様に対応して明暗傾向が相
反する奇数番目のグループと偶数番目のグループとの2
系列に分け夫々直線近似して2本の近似直線を演算し、
前記2本の近似直線の交点の座標を前記干渉縞パターン
の節の座標としているので、干渉縞の節の計測単位が従
来例のpccd×mよりも極めて小さくなり、従来例よ
りも極めて高精度で、干渉縞の節を計測できる。
【0040】又、本発明の干渉縞によるCCDの位置認
識方法は、干渉縞パターンの節の座標を、先ず、干渉縞
を形成しているCCDの各画素について、隣接した各画
素の画素濃度の差を求め、次いで、これらの差を1列に
並べた数列を作り、この数列を1つ飛びの数を集合した
グループに分け、一方のグループの数の正負符号を反転
し、再び1つのグループに1つ飛びに並べ直して得られ
る一つの数列を直線近似し、前記で得られた近似直線が
0となる位置の座標とすると、時間がかかる直線近似の
演算が、1回だけになるので、演算時間を短縮できる。
【0041】
【実施例】本発明の干渉縞によるCCDの位置認識方法
の第1の実施例方法を図1(a)、図1(b)、図2に
基づいて説明する。
【0042】図1(a)は平行明暗縞模様1とCCD受
光素子4とによる干渉縞の形成条件を示し、図1(b)
は干渉縞を形成するCCD受光素子4の受光量7のグラ
フと干渉縞の節の位置計測方法8〜10とを示すが、符
号8〜10以外の、干渉縞の形成条件と、干渉縞の性質
と、干渉縞の節や腹の位置と、平行明暗縞模様1とCC
D受光素子4との位置ずれ量と干渉縞の移動量との関係
等は、従来例と同様なので、符号8〜10以外の説明は
省略する。
【0043】図1(b)に示す符号8〜10は、本実施
例の干渉縞の節の位置計測方法を構成するものである。
【0044】本実施例の干渉縞の節の位置計測では、干
渉縞パターンが形成される条件として、従来例での説明
のように、平行明暗縞模様1の縞の幅2と縞の間隔3と
が総て等しく且つこれらがCCD受光素子4のピッチと
僅かに異なるので、1個おきに隣接するCCD受光素子
4の受光量7が、即ち、奇数番目の受光素子4の集合
と、偶数番目の受光素子4の集合とに分けた場合に隣接
するCCD受光素子4の受光量7が、前記の僅かに異な
る差分の2倍だけずれて相違し、夫々直線的に変化して
いることに着目し、干渉縞パターンを形成するCCDの
各受光素子4の受光量7を前記平行明暗縞模様1に対応
して明暗傾向が図1(b)に示すように相反する夫々1
個おきの画素の受光量7による2系列に分け夫々直線近
似して2本の近似直線8、9を演算し、前記2本の近似
直線8、9の交点の座標10を前記干渉縞パターンの節
の座標とする。本実施例のこの計測方法によると、干渉
縞パターンの節の座標を2本の直線8、9の交点10と
して求めているので、計測単位は極めて小さくなり、従
来例の計測単位がpccd×mであるために計測精度に
限界があるという問題点を解消できる。
【0045】干渉縞パターンの節の座標を求めた後の、
CCDのずれ量の認識や位置補正は、従来例と同様なの
で、説明を省略する。
【0046】次に、本発明の干渉縞によるCCDの位置
認識方法の第2の実施例方法を図1(a)、図1
(b)、図1(c)、図2に基づいて説明する。
【0047】図1(c)の符号11 〜14以外は、従
来例及び第1の実施例と同様なので、説明を省略する。
【0048】図1(c)に示す符号11〜14は、本実
施例の干渉縞の節の位置計測方法を構成するものであ
る。
【0049】本実施例の干渉縞の節の位置計測は、図1
(c)に示す符号11〜14よって行う。11は、CC
Dの隣接した各画素の受光量7の差を求め、これらの差
を1列に並べた数列を1つ飛びのグループに分け、一方
のグループの正負符号を反転し、再び1つのグループに
して得られる一つの数列、即ち、画素濃度差分値を示す
グラフである。
【0050】12は、前記画素濃度差分値11のグラフ
を直線近似して得られた近似直線である。
【0051】13は、画素濃度が0になる0レベル直線
である。
【0052】14は、近似直線12と0レベル直線13
との交点で、この交点14の座標を干渉縞の節の位置と
する。
【0053】本実施例の計測と演算と認識を以下に説明
する。
【0054】CCDの各受光素子の受光量を、光電変換
し、A/D変換して、画像記憶回路に格納して、演算処
理する。ここで、各CCD受光素子の受光量を、 di (i=1・・・・S) とする。Sは、CCD受光素子の個数である。又、画素
濃度差分値fdi fdi =di+1 −di (iは偶数)・・・・・・・・・
・・・・・・(14) fdi =di −di+1 (iは奇数)・・・・・・・・・
・・・・・・(15) を演算し、画素濃度差分値11のグラフを得る。
【0055】次に、前記画素濃度差分値11のグラフを
直線近似して近似直線12を得る。
【0056】次に、前記近似直線12と0レベル直線1
3との交点14を演算する。この交点14の座標が干渉
縞の節の位置である。
【0057】第2の実施例の第1の実施例に対する効果
は、直線近似して得る近似直線の本数が減少して、演算
時間が短縮されることである。
【0058】
【発明の効果】従来技術では、干渉縞の節の測定におけ
る計測単位がCCD受光素子のピッチであり測定精度が
この計測単位に制限されるのに対して、本発明の干渉縞
によるCCDの位置認識方法では、干渉縞の節の測定に
おける計測単位が直線の交点であるので、従来技術に比
べて、測定精度を極めて高くすることができるという効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例及び従来例における干渉縞を説
明する図であって、(a)は干渉縞の形成を示す図、
(b)及び(c)は干渉縞の節の位置計測動作図であ
る。
【図2】3板式カラーカメラのプリズムとCCDとの接
合を示す図である。
【符号の説明】
1 平行明暗縞模様 2 縞の幅 3 縞の間隔 4 CCD受光素子 5 干渉縞の節の範囲 6 長い縞 7 受光量 8 近似直線 9 近似直線 10 交点 11 画素濃度差分値 12 近似直線 13 0レベル直線 14 交点 15 CCD 20 光線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04N 9/097 G01J 3/51 // G01J 3/51 G06F 15/64 325H

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 縞の幅と縞の間隔とが総て等しく且つこ
    れらがCCD受光素子のピッチと僅かに異なる平行明暗
    縞模様をCCD上に形成する光線をCCDに入射して平
    行明暗縞模様の幅や間隔とCCD受光素子のピッチとの
    僅かの差で形成される干渉縞パターンをCCD受光素子
    に出力させ、前記干渉縞パターンを形成するCCDの各
    受光素子の画素濃度を前記平行明暗縞模様に対応して明
    暗傾向が相反する夫々1個おきの画素の画素濃度による
    2系列に分け夫々直線近似して2本の近似直線を演算
    し、前記2本の近似直線の交点の座標を前記干渉縞パタ
    ーンの節の座標とし、これによってCCDの基準位置と
    CCDの測定位置に対する干渉縞の節の位置を求め、こ
    れら両者の位置関係からCCDの基準位置からのCCD
    の測定位置のずれ量を認識することを特徴とする干渉縞
    によるCCDの位置認識方法。
  2. 【請求項2】 干渉縞パターンの節の座標は、CCDの
    隣接した各画素の画素濃度の差を求め、これらの差を1
    列に並べた数列を1つ飛びのグループに分け、一方のグ
    ループの正負符号を反転し、再び1つのグループにして
    得られる一つの数列を直線近似し、前記で得られた近似
    直線が0となる位置の座標とする請求項1に記載の干渉
    縞によるCCDの位置認識方法。
JP29903892A 1992-11-10 1992-11-10 干渉縞によるccdの位置認識方法 Expired - Fee Related JP3152523B2 (ja)

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