JP3408237B2 - Shape measuring device - Google Patents

Shape measuring device

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JP3408237B2
JP3408237B2 JP2000302384A JP2000302384A JP3408237B2 JP 3408237 B2 JP3408237 B2 JP 3408237B2 JP 2000302384 A JP2000302384 A JP 2000302384A JP 2000302384 A JP2000302384 A JP 2000302384A JP 3408237 B2 JP3408237 B2 JP 3408237B2
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image
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measuring head
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浩 蚊野
博明 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元的形状を測
定する形状測定装置に関し、特に、足の形を測定するの
に適した形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape, and more particularly to a shape measuring apparatus suitable for measuring a foot shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、靴のサイズは通常かかとから指
先までの長さで表現されるが、人の足形状は、長さだけ
でなく、甲の高さ、足の幅など、個人により様々であ
る。一人一人の足の形状に応じた靴を作ろうとする場
合、足の3次元形状を測定することが必要となるが、現
状では、メジャーを使って足長、足幅、足位(足周り)
等の限られた部位の大きさを測定するにとどまってい
る。
2. Description of the Related Art Generally, the size of a shoe is usually expressed by the length from the heel to the fingertip, but the shape of a person's foot varies not only with the length but also with the height of the instep, the width of the foot, etc. Is. In order to make shoes that match the shape of each person's foot, it is necessary to measure the three-dimensional shape of the foot, but at present, measure length, foot width, foot position (foot circumference) using a measure.
It is limited to measuring the size of a limited area such as.

【0003】一方、スポット光またはスリット光を被測
定物に照射し、被測定物の表面に観察される光像の位置
から3次元形状を復元する能動ステレオ型の形状測定装
置が知られている。この形状測定装置は、被測定物の表
面形状を測定するために、スポット光またはスリット光
を回転ミラーによって走査させるものであり、雑誌「計
測と制御」(1999 Vol.38 No.4 P285-P288)には、この
ような形状測定装置を用いて、足の形状を測定するシス
テムが記載されている。
On the other hand, there is known an active stereo shape measuring apparatus which irradiates an object to be measured with spot light or slit light to restore a three-dimensional shape from the position of an optical image observed on the surface of the object to be measured. . This shape measuring device scans spot light or slit light with a rotating mirror in order to measure the surface shape of an object to be measured, and is used in a magazine “Measurement and Control” (1999 Vol.38 No.4 P285-P288). ) Describes a system for measuring the shape of a foot by using such a shape measuring device.

【0004】このシステムにおいては、1個の形状測定
装置では、装置から観察される部分の形状のみ測定可能
であり、その反対側などの隠れている部分の形状を測定
することができないため、12個の形状測定装置を足の
周囲に配置し、これら12個の形状測定装置による測定
結果をコンピュータ上で合成することにより足全体の形
状を測定している。
In this system, one shape measuring device can measure only the shape of the part observed from the device, and cannot measure the shape of the hidden part such as the opposite side. Individual shape measuring devices are arranged around the foot, and the shape of the entire foot is measured by synthesizing the measurement results obtained by these twelve shape measuring devices on a computer.

【0005】しかしながら、このシステムでは、複数の
形状測定装置を足の周囲に配置するため、システムが大
型化し、且つ高価となるだけでなく、複数の形状測定装
置による測定結果を精度良く合成することが困難になる
という問題がある。
However, in this system, since a plurality of shape measuring devices are arranged around the foot, not only the system becomes large and expensive, but also the measurement results of the plurality of shape measuring devices are accurately combined. There is a problem that it becomes difficult.

【0006】これに対し、本願出願人は、コンパクトな
測定ヘッドを手に把持し、被測定物の周りで測定ヘッド
を移動させることにより測定を行う形状測定装置を既に
開発している(特開2000−39310号参照)。こ
の形状測定装置では、測定ヘッドに取り付けられた複数
のマーカを2台のカメラによって上方から撮像すること
により、測定ヘッドの位置及び向きを測定している。
On the other hand, the applicant of the present application has already developed a shape measuring device for carrying out a measurement by gripping a compact measuring head in the hand and moving the measuring head around the object to be measured (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-242242). 2000-39310). In this shape measuring apparatus, the position and the direction of the measuring head are measured by imaging a plurality of markers attached to the measuring head from above with two cameras.

【0007】この提案では、測定ヘッドの移動範囲の全
てを2台の上方カメラから撮影する必要があるため、カ
メラの共通視野を広くとるために測定対象から離れた位
置に2台のカメラを設置することとなり結果的に大きな
設置スペースが必要となる。また、測定ヘッドのマーカ
の一部が2台のカメラの共通視野から外れたり、被測定
物や測定ヘッドを把持する測定者の手により隠れてしま
ったりした場合、被測定物の形状測定が出来なくなるた
め、測定者は、常時、2台のカメラによって測定ヘッド
のマーカが撮像されるように注意を払わなければならな
いという煩わしさがあった。
In this proposal, since it is necessary to capture the entire moving range of the measuring head from two upper cameras, the two cameras are installed at positions apart from the object to be measured in order to widen the common field of view of the cameras. As a result, a large installation space is required. In addition, if some of the markers on the measurement head deviate from the common field of view of the two cameras, or if they are hidden by the hand of the person holding the measurement head or the measurement head, the shape of the measurement object can be measured. Since it disappears, the measurer must always pay attention so that the markers of the measuring head are imaged by the two cameras.

【0008】ところで、足の甲面と裏面との形状を1つ
の測定ヘッドを用いて測定するには、2回に分けて、形
状測定を行なう必要がある。足の甲面と裏面との形状を
同時に測定するためには、足の甲面測定用と足の裏面測
定用との2つの測定ヘッドが必要となる。
By the way, in order to measure the shapes of the upper surface and the lower surface of the foot using one measuring head, it is necessary to measure the shape in two steps. In order to simultaneously measure the shapes of the instep surface and the back surface of the foot, two measuring heads for measuring the instep surface of the foot and for measuring the back surface of the foot are required.

【発明が解決しようとする課題】この発明は、少ない測
定手順で適切な3次元形状を測定することができる形状
測定装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of measuring an appropriate three-dimensional shape with a small number of measuring procedures.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明による形状測定
装置は、測定台上に載置された鏡、鏡と平行にかつ鏡の
上方に配置された透明ガラス板、スリット光照射手段お
よび撮像素子とを備えかつ光切断法によって被測定物の
形状を測定する測定ヘッド、測定ヘッドの位置を検出す
る位置検出手段、ならびに測定ヘッドの撮像素子によっ
て撮像された画像と、位置検出手段によって検出された
測定ヘッドの位置とに基づいて、被測定物の3次元形状
を求める演算手段を備えており、演算手段は、測定ヘッ
ドの撮像素子の画像面上において、板ガラスの表面より
上側に現れるスリット光を抽出することにより、被測定
物の正像のワールド座標系での3次元形状を求める第1
手段、正像最下点に対する鏡による虚像位置の撮像素子
の撮像面への投影座標を求める第2手段、求めた投影座
標を開始点として、撮像素子の画像面上の上方向に向か
って、被測定物の虚像に対応するスリット光を追跡する
ことにより、被測定物の虚像のワールド座標系での3次
元形状を求める第3手段、ならびに被測定物の虚像に対
する3次元形状の鏡の鏡面に対して対称な3次元形状
と、被測定物の正像に対する3次元形状とを合成するこ
とにより被測定物の3次元形状を求める第4手段を備え
ていることを特徴とする。
A shape measuring apparatus according to the present invention comprises a mirror placed on a measuring table, a transparent glass plate arranged parallel to the mirror and above the mirror, a slit light irradiating means and an image pickup device. And a measuring head for measuring the shape of the object to be measured by the optical cutting method, a position detecting means for detecting the position of the measuring head, and an image picked up by the image sensor of the measuring head, and detected by the position detecting means. The calculating means is provided with a calculating means for obtaining the three-dimensional shape of the object to be measured based on the position of the measuring head. First, the three-dimensional shape of the normal image of the DUT in the world coordinate system is obtained by extraction.
Means, second means for obtaining the projection coordinates of the virtual image position by the mirror with respect to the lowest point of the normal image on the image pickup surface of the image pickup element, with the obtained projection coordinates as a start point, in the upward direction on the image surface of the image pickup element Third means for obtaining the three-dimensional shape of the virtual image of the measured object in the world coordinate system by tracing the slit light corresponding to the virtual image of the measured object, and the mirror surface of the three-dimensional mirror for the virtual image of the measured object. It is characterized by comprising a fourth means for obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured by synthesizing a three-dimensional shape symmetrical with respect to and a three-dimensional shape with respect to the normal image of the object to be measured.

【0010】第3手段としては、被測定物の虚像に対応
するスリット光を追跡しているときに、他のスリット光
が追跡中のスリット光と交差した場合には、左上方向お
よび右上方向のうち、予め定められた方向にのびるスリ
ット光を追跡する手段を備えているものが用いられる。
As a third means, when the slit light corresponding to the virtual image of the object to be measured is being tracked, if another slit light intersects with the slit light being tracked, the upper left direction and the upper right direction are detected. Among them, one provided with a means for tracking the slit light extending in a predetermined direction is used.

【0011】さらに、第3手段としては、被測定物の虚
像に対応するスリット光を追跡しているときに、他のス
リット光が追跡中のスリット光と交差する領域において
は、交差前の所定の水平ライン上で抽出した被測定物の
虚像に対応するスリット光の位置と、それより所定水平
ライン分先において抽出したスリット光の位置とに基づ
いて、それらの間の虚像位置を一次補間により求め、交
差後の所定の水平ライン上で抽出した被測定物の虚像に
対応するスリット光の位置と、それより所定水平ライン
分前において抽出したスリット光の位置とに基づいて、
それらの間の虚像位置を一次補間により求める手段を備
えているものが用いられる。
Further, as a third means, when the slit light corresponding to the virtual image of the object to be measured is being traced, in a region where another slit light intersects with the slit light being traced, a predetermined value before the intersection is obtained. Based on the position of the slit light corresponding to the virtual image of the DUT extracted on the horizontal line of, and the position of the slit light extracted a predetermined horizontal line ahead of it, the virtual image position between them is linearly interpolated. Obtained, based on the position of the slit light corresponding to the virtual image of the measured object extracted on the predetermined horizontal line after the intersection, and the position of the slit light extracted before the predetermined horizontal line from it,
What is provided with a means for obtaining the virtual image position between them by linear interpolation is used.

【0012】位置検出手段としては、たとえば、2台の
カメラを用いてステレオ法により測定ヘッドの位置を検
出するものが用いられる。
As the position detecting means, for example, a means for detecting the position of the measuring head by a stereo method using two cameras is used.

【0013】測定ヘッドのスリット光照射手段から照射
される光束が、鏡の光反射面に対して垂直に出射される
ように、測定ヘッドの姿勢を規制するガイド手段を備え
ていることが好ましい。ガイド手段としては、測定ヘッ
ドの移動経路を規制するものであることが好ましい。ま
た、測定ヘッドをガイド手段に沿って移動させるための
駆動手段を備えていることが好ましい。
It is preferable to provide guide means for regulating the attitude of the measuring head so that the light beam emitted from the slit light irradiating means of the measuring head is emitted perpendicularly to the light reflecting surface of the mirror. The guide means is preferably one that regulates the movement path of the measuring head. Further, it is preferable to include a driving unit for moving the measuring head along the guide unit.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0015】〔1〕形状測定装置の概略構成の説明[1] Description of schematic configuration of shape measuring apparatus

【0016】図1は、形状測定装置の概略構成を示して
いる。
FIG. 1 shows a schematic configuration of the shape measuring apparatus.

【0017】測定台201には、円弧状のガイドレール
204が固定されている。ガイドレール204で囲まれ
る領域に平板状の鏡205が配置されている。鏡205
としては、表面に光反射面を有するステンレスミラー2
05が用いられている。また、鏡205の上方に間隔を
おいて透明ガラス板206が配置されている。鏡205
と透明ガラス板206との間には、その周縁部において
図示しないスペーサが介在している。そして、ガラス板
206の上に、被測定物としての足100が載せられて
いる。また、測定台201には、測定台201に対して
脱着可能な支柱202が取り付けられており、その上部
には、水平バー203が取り付けられている。
An arcuate guide rail 204 is fixed to the measuring table 201. A flat plate-shaped mirror 205 is arranged in a region surrounded by the guide rails 204. Mirror 205
As for the stainless steel mirror 2 having a light reflecting surface
05 is used. Further, a transparent glass plate 206 is arranged above the mirror 205 with a space. Mirror 205
A spacer (not shown) is interposed between the transparent glass plate 206 and the transparent glass plate 206 at the peripheral edge thereof. Then, a foot 100 as an object to be measured is placed on the glass plate 206. In addition, a column 202 that is detachable from the measurement table 201 is attached to the measurement table 201, and a horizontal bar 203 is attached to the upper part thereof.

【0018】形状測定装置は、測定者によって手動でガ
イドレール204に沿って移動せしめられる測定ヘッド
10と、水平バー203の両端部に取り付けられたステ
レオカメラ21、22と、それらの制御、各種演算等を
行うパーソナルコンピュータからなる制御装置30とを
備えている。各ステレオカメラ21、22の撮像レンズ
には、図2に示すマーカ14が放つ光の周波数帯を選択
的に透過するバンドパスフィルタ23が取り付けられて
いる。
The shape measuring apparatus includes a measuring head 10 manually moved by a measurer along a guide rail 204, stereo cameras 21 and 22 attached to both ends of a horizontal bar 203, their control, and various calculations. And a control device 30 including a personal computer for performing the above. A bandpass filter 23 that selectively transmits the frequency band of the light emitted by the marker 14 shown in FIG. 2 is attached to the imaging lenses of the stereo cameras 21 and 22.

【0019】〔2〕測定ヘッド10の概略構成の説明[2] Description of Schematic Structure of Measuring Head 10

【0020】図2は、図1における測定ヘッド10の概
略構成を示している。
FIG. 2 shows a schematic structure of the measuring head 10 shown in FIG.

【0021】測定ヘッド10は、直方体形状で前方開口
のケーシング11と、ケーシング11内に収納された1
台のCCDカメラ12及びスリット光源13と、ケーシ
ング11の上面に設けられた6つのLED光源14a〜
14fからなるマーカ14とを備えている。スリット光
源13としては、半導体レーザが用いられている。この
実施の形態では、ケーシング11内部からケーシング1
1の開口方向に向かって見た場合、左位置にスリット光
源13が、右側にCCDカメラ12が配置されている。
The measuring head 10 has a casing 11 having a rectangular parallelepiped shape and having a front opening, and a casing 1 housed in the casing 11.
A CCD camera 12 and a slit light source 13, and six LED light sources 14a to 14a provided on the upper surface of the casing 11.
And a marker 14 composed of 14f. A semiconductor laser is used as the slit light source 13. In this embodiment, from the inside of the casing 11 to the casing 1
When viewed toward the opening direction of 1, the slit light source 13 is arranged at the left position and the CCD camera 12 is arranged at the right side.

【0022】測定ヘッド10は、図示しない支持機構に
よって、ガイドレール204に沿って移動可能に取り付
けられている。測定ヘッド10が、図示しない支持機構
によって、ガイドレール204に取り付けられることに
より、スリット光源13から出射される光束がステンレ
スミラー205に対して垂直な面に沿って出射されるよ
うに測定ヘッド10の姿勢が規制されている。
The measuring head 10 is mounted movably along the guide rails 204 by a support mechanism (not shown). The measuring head 10 is attached to the guide rail 204 by a support mechanism (not shown), so that the luminous flux emitted from the slit light source 13 is emitted along a plane perpendicular to the stainless steel mirror 205. Posture is regulated.

【0023】マーカ14を構成する6つのLED光源1
4a〜14fは、測定ヘッド10の方向を特定するため
に、点対称な配置とせず、測定ヘッド10の中心線に対
し線対称な配置となっている。ここでは、ケーシング1
1の上面にLED光源14b、14c、14d、14
e、14fの5点が長方形をなすように配置され、それ
ら5点の重心にLED光源14aが配置されている。な
お、3次元空間中での測定ヘッド10の位置及び方向を
測定するためには、マーカとして少なくとも3個のLE
D光源があれば十分であるが、4個以上のLED光源を
用いることにより、測定ヘッド10の位置及び方向の測
定精度が最小2乗的に向上する。
Six LED light sources 1 constituting the marker 14
In order to identify the direction of the measuring head 10, 4a to 14f are not arranged in point symmetry but are arranged in line symmetry with respect to the center line of the measuring head 10. Here, casing 1
LED light sources 14b, 14c, 14d, 14 on the upper surface of 1.
Five points e and 14f are arranged so as to form a rectangle, and the LED light source 14a is arranged at the center of gravity of these five points. In order to measure the position and direction of the measuring head 10 in the three-dimensional space, at least three LEs are used as markers.
It is sufficient to have the D light source, but by using four or more LED light sources, the measurement accuracy of the position and direction of the measuring head 10 is improved in the least squares manner.

【0024】また、形状測定装置10は、ガイドレール
204上における形状測定装置10の位置を検出するた
めのエンコーダ16を備えている。エンコーダ16の出
力は、制御装置30に入力される。
Further, the shape measuring apparatus 10 is provided with an encoder 16 for detecting the position of the shape measuring apparatus 10 on the guide rail 204. The output of the encoder 16 is input to the control device 30.

【0025】〔3〕形状測定装置の測定原理の説明[3] Description of measurement principle of the shape measuring device

【0026】図3は、形状測定装置の測定原理を示して
いる。
FIG. 3 shows the measuring principle of the shape measuring apparatus.

【0027】測定者によってガイドレール204上を移
動せしめられる測定ヘッド10を用いてある測定点Aの
座標を測定する。測定された座標を測定ヘッド中心の座
標系(以下、カメラ座標系という)における座標(X
c,Yc,Zc)で表す。カメラ座標系は、測定ヘッド
10の移動とともに移動する座標系である。
The coordinates of a measurement point A are measured using the measuring head 10 which is moved on the guide rail 204 by the measurer. The measured coordinates are coordinates (X) in the coordinate system of the measuring head center (hereinafter referred to as camera coordinate system).
c, Yc, Zc). The camera coordinate system is a coordinate system that moves as the measuring head 10 moves.

【0028】一方、被測定物100の形状は、固定した
座標系で表され、この座標系をワールド座標と呼ぶ。測
定ヘッド10によって測定された測定点のワールド座標
系における座標を(Xw,Yw,Zw)とする。被測定
物100の形状はワールド座標系で記述する必要がある
ため、測定ヘッド10によって測定された測定点Aのカ
メラ座標系における座標(Xc,Yc,Zc)を、ワー
ルド座標系に変換する。この変換は、測定ヘッド10の
移動を表す回転行列Rと並進ベクトルtとを用いて、次
の数式1に基づいて行われる。
On the other hand, the shape of the object 100 to be measured is represented by a fixed coordinate system, which is called world coordinate. The coordinates of the measurement points measured by the measurement head 10 in the world coordinate system are (Xw, Yw, Zw). Since the shape of the DUT 100 needs to be described in the world coordinate system, the coordinates (Xc, Yc, Zc) of the measuring point A measured by the measuring head 10 in the camera coordinate system are converted into the world coordinate system. This conversion is performed based on the following Equation 1 using the rotation matrix R that represents the movement of the measuring head 10 and the translation vector t.

【0029】[0029]

【数1】 [Equation 1]

【0030】この実施の形態では、図4に示すように、
ワールド座標系(Xw,Yw,Zw)の原点は、ステレ
オカメラ21、22のうちの一方のカメラ21の焦点位
置に設定されている。ワールド座標系のZw軸は、カメ
ラ21の光軸方向に設定されている。ワールド座標系の
Yw軸は、Zw軸に直交しかつ原点から形状測定装置の
後方にのびる方向に設定されている。ワールド座標系の
Xw軸は、Zw軸に直交しかつ原点から形状測定装置の
右斜め上方向にのびる方向に設定されている。
In this embodiment, as shown in FIG.
The origin of the world coordinate system (Xw, Yw, Zw) is set at the focus position of one of the stereo cameras 21, 22. The Zw axis of the world coordinate system is set in the optical axis direction of the camera 21. The Yw axis of the world coordinate system is set in the direction orthogonal to the Zw axis and extending from the origin to the rear of the shape measuring device. The Xw axis of the world coordinate system is set in a direction orthogonal to the Zw axis and extending obliquely to the upper right of the shape measuring device from the origin.

【0031】この実施の形態では、さらに、図4に示す
ように、鏡面座標系(Xu,Yu,Zu)を設定してい
る。鏡面座標系の原点は、ワールド座標系のZw軸とス
テンレスミラー205の鏡面との交点に設定されてい
る。鏡面座標系のXu軸は、原点を通りかつワールド座
標系のXw軸を鏡面に投影した軸に設定されている。鏡
面座標系のZu軸は、原点を通りかつ鏡面の法線ベクト
ル方向に設定されている。鏡面座標系のYu軸は、鏡面
座標系のXu軸とZ軸との外積に設定されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, a mirror coordinate system (Xu, Yu, Zu) is further set. The origin of the mirror coordinate system is set at the intersection of the Zw axis of the world coordinate system and the mirror surface of the stainless steel mirror 205. The Xu axis of the mirror surface coordinate system is set as an axis that passes through the origin and projects the Xw axis of the world coordinate system onto the mirror surface. The Zu axis of the mirror surface coordinate system passes through the origin and is set in the direction of the normal vector of the mirror surface. The Yu axis of the mirror surface coordinate system is set to the outer product of the Xu axis and the Z axis of the mirror surface coordinate system.

【0032】この実施の形態では、測定ヘッド10によ
って測定された測定点Aのカメラ座標系における座標
(Xc,Yc,Zc)を、ワールド座標系(Xw,Y
w,Zw)に変換した後、さらに、鏡面座標系(Xu,
Yu,Zu)に変換している。ワールド座標系の座標
(Xw,Yw,Zw)を鏡面座標系の座標(Xu,Y
u,Zu)に変換する方法については後述する。
In this embodiment, the coordinates (Xc, Yc, Zc) of the measuring point A measured by the measuring head 10 in the camera coordinate system are converted into the world coordinate system (Xw, Y).
w, Zw), and then the specular coordinate system (Xu,
Yu, Zu). The coordinates (Xw, Yw, Zw) in the world coordinate system are replaced by the coordinates (Xu, Y
u, Zu) will be described later.

【0033】〔4〕ガラス板を介した足裏計測の課題の
説明
[4] Description of the problem of sole measurement via a glass plate

【0034】この実施の形態では、図5に示すように、
ステンレスミラー205の上方に配置されたガラス板2
06の上に被測定物100が配置されている。ステンレ
スミラー205上面からガラス板206上面までの距離
は、この例では、30mmに設定されている。鏡面座標
系では、ステンレスミラー205上面のZu座標は0と
なり、ガラス板206上面のZu座標は30となる。
In this embodiment, as shown in FIG.
Glass plate 2 placed above the stainless mirror 205
The device under test 100 is placed on 06. The distance from the upper surface of the stainless steel mirror 205 to the upper surface of the glass plate 206 is set to 30 mm in this example. In the mirror surface coordinate system, the Zu coordinate on the upper surface of the stainless steel mirror 205 is 0, and the Zu coordinate on the upper surface of the glass plate 206 is 30.

【0035】このように、ステンレスミラー205の上
方に配置されたガラス板206の上に被測定物100を
配置して、測定ヘッド10を用いてステンレスミラー2
05に映った被測定物の裏(足裏)の形状を測定した場
合には、ステンレスミラー205上に被測定物100を
配置した場合に比べて、より多くの足裏形状を測定する
ことができるようになる。
As described above, the object to be measured 100 is placed on the glass plate 206 placed above the stainless steel mirror 205, and the stainless steel mirror 2 is measured by using the measuring head 10.
When measuring the shape of the sole (sole) of the object to be measured reflected in 05, more foot shapes can be measured than when the object 100 is placed on the stainless steel mirror 205. become able to.

【0036】しかしながら、図6に示すように、ガラス
板206上面によって反射された偽反射像を誤って抽出
してしまうという問題がある。また、ガラス板206を
光が通過するため、ガラス板206による光の屈折の影
響を受けるという問題がある。この実施の形態による形
状測定装置では、以上のような問題を解消する。
However, as shown in FIG. 6, there is a problem that the false reflection image reflected by the upper surface of the glass plate 206 is erroneously extracted. Further, since light passes through the glass plate 206, there is a problem that it is affected by the refraction of light by the glass plate 206. The shape measuring apparatus according to this embodiment solves the above problems.

【0037】〔5〕形状測定装置による測定処理手順の
説明
[5] Description of measurement processing procedure by the shape measuring apparatus

【0038】この形状測定装置による形状測定は、次の
ような処理手順によって実行される。
The shape measurement by this shape measuring apparatus is executed by the following processing procedure.

【0039】(1)第1ステップ(前処理その1):ワ
ールド座標系における測定ヘッド10の各測定位置に関
する情報を、測定ヘッド10の各測定位置におけるエン
コーダ16の出力値と対応付けて、制御装置30に搭載
されたメモリ(図示略)に格納する。
(1) First step (preprocessing 1): Information relating to each measurement position of the measurement head 10 in the world coordinate system is associated with the output value of the encoder 16 at each measurement position of the measurement head 10 and controlled. It is stored in a memory (not shown) mounted on the device 30.

【0040】(2)第2ステップ(前処理その2):ワ
ールド座標系の座標(Xw,Yw,Zw)を鏡面座標系
の座標(Xu,Yu,Zu)に変換するための変換式を
求める。
(2) Second step (preprocessing 2): A conversion formula for converting the coordinates (Xw, Yw, Zw) in the world coordinate system into the coordinates (Xu, Yu, Zu) in the mirror coordinate system is obtained. .

【0041】(3)第3ステップ(前処理その3):ス
テンレスミラー205の鏡面上でのスリット光源13か
らのスリット光のCCDカメラ12の画像上の位置と、
ガラス板206の表面上でのスリット光のCCDカメラ
12の画像上の位置とを取得して、メモリ(図示略)に
格納する。
(3) Third step (pretreatment 3): Position of the slit light from the slit light source 13 on the mirror surface of the stainless steel mirror 205 on the image of the CCD camera 12, and
The position of the slit light on the image of the CCD camera 12 on the surface of the glass plate 206 is acquired and stored in a memory (not shown).

【0042】(4)第4ステップ:測定ヘッド10を用
いて、光切断法により、被測定物上の測定点の鏡面座標
系での座標を求める。ところで、光切断法により、被測
定物上の測定点を計測しようとした場合、上述したよう
に、測定ヘッド10のCCDカメラ12は、被測定物の
正像と、ステンレスミラー205に映り込んだ虚像と、
ガラス板206の表面に映った偽反射像とを撮像するこ
とになる。第4ステップでは、被測定物の正像に対する
座標と、ステンレスミラー205に映り込んだ虚像に対
する座標とを抽出し、ガラス板206の表面に映った偽
反射像の座標を抽出しないようにしている。
(4) Fourth Step: Using the measuring head 10, the coordinates of the measurement points on the object to be measured in the mirror coordinate system are obtained by the light section method. By the way, when the measurement point on the measured object is to be measured by the light section method, as described above, the CCD camera 12 of the measurement head 10 is reflected on the normal image of the measured object and the stainless steel mirror 205. A virtual image,
The false reflection image reflected on the surface of the glass plate 206 is captured. In the fourth step, the coordinates of the normal image of the object to be measured and the coordinates of the virtual image reflected on the stainless steel mirror 205 are extracted, and the coordinates of the false reflection image reflected on the surface of the glass plate 206 are not extracted. .

【0043】(5) 第5ステップ:ワールド座標系に
おける測定点のうち、ステンレスミラー205に映り込
んだ虚像上の座標を、正像上の座標に変換する。
(5) Fifth step: Of the measurement points in the world coordinate system, the coordinates on the virtual image reflected on the stainless steel mirror 205 are converted into the coordinates on the regular image.

【0044】以下、これら各ステップについて説明す
る。
Each of these steps will be described below.

【0045】〔6〕第1ステップについての説明[6] Description of the first step

【0046】図7は、第1ステップの処理手順を説明す
るフローチャートである。
FIG. 7 is a flow chart for explaining the processing procedure of the first step.

【0047】まず、測定ヘッド10をガイドレール20
4の基準位置に配置して(ステップ1)、その位置にお
けるエンコーダ16の出力値を制御装置30のメモリに
格納する(ステップ2)。
First, the measuring head 10 is attached to the guide rail 20.
4 is set at the reference position (step 1), and the output value of the encoder 16 at that position is stored in the memory of the control device 30 (step 2).

【0048】次に、測定ヘッド10に設けられたマーカ
14のワールド座標系における座標を、ステレオカメラ
21、22によって測定する。この位置測定方法は、ス
テレオ法としてよく知られているため、その説明を省略
する(ステップ3)。
Next, the coordinates of the marker 14 provided on the measuring head 10 in the world coordinate system are measured by the stereo cameras 21 and 22. Since this position measuring method is well known as the stereo method, its explanation is omitted (step 3).

【0049】次に、マーカ14を構成する各LED光源
14a〜14fのカメラ座標系の座標をそれぞれ(Xc
i,Yci,Zci)とし、また、ステレオカメラ2
1、22によって測定された各LED光源14a〜14
fのワールド座標系における座標をそれぞれ(Xwi,
Ywi,Zwi)とする。但し、iは、1、2…6であ
る。各LED光源14a〜14fのカメラ座標系の各座
標(Xci,Yci,Zci)は、既知である。
Next, the coordinates of the LED light sources 14a to 14f constituting the marker 14 in the camera coordinate system are respectively set to (Xc
i, Yci, Zci), and the stereo camera 2
Each LED light source 14a-14 measured by 1, 22
The coordinates of f in the world coordinate system are (Xwi,
Ywi, Zwi). However, i is 1, 2, ... Each coordinate (Xci, Yci, Zci) of the camera coordinate system of each LED light source 14a to 14f is known.

【0050】測定ヘッド10の移動を表す回転行列R1
と並進ベクトルt1を、次の数式2を満足する行列R1
とベクトルt1として求める(ステップ4)。そして、
求めた行列R1とベクトルt1とを、先にメモリに格納
しておいたエンコーダ16の出力値と対応付けてメモリ
に格納する(ステップ5)。
A rotation matrix R1 representing the movement of the measuring head 10.
And the translation vector t1 into a matrix R1 that satisfies the following equation 2.
And a vector t1 is obtained (step 4). And
The obtained matrix R1 and vector t1 are stored in the memory in association with the output value of the encoder 16 previously stored in the memory (step 5).

【0051】[0051]

【数2】 [Equation 2]

【0052】そして、測定ヘッド10をガイドレール2
04に沿って移動させ、全ての測定位置について上述し
たステップ2〜5の処理を繰り返す(ステップ6、
7)。これにより、エンコーダ16の出力値とその位置
における回転行列R1及び並進ベクトルt1を対応付け
たテーブルデータが生成され、制御装置30のメモリに
格納される。
Then, the measuring head 10 is attached to the guide rail 2
04, and repeat the processes of steps 2 to 5 for all the measurement positions (step 6,
7). As a result, table data in which the output value of the encoder 16 is associated with the rotation matrix R1 and the translation vector t1 at that position is generated and stored in the memory of the control device 30.

【0053】〔7〕第2ステップについての説明[7] Description of the second step

【0054】第2ステップでは、まず、測定台201上
に設けられたガラス板206を除去する。そして、測定
台201上に設けられたステンレスミラー205を不透
明な薄板(白板)で覆い、その薄板上の点についてワー
ルド座標系における座標をステレオ法により測定する。
In the second step, first, the glass plate 206 provided on the measuring table 201 is removed. Then, the stainless steel mirror 205 provided on the measuring table 201 is covered with an opaque thin plate (white plate), and the coordinates of the points on the thin plate in the world coordinate system are measured by the stereo method.

【0055】次に、得られた薄板上の点のワールド座標
系における座標に基づいて、ステンレスミラー205の
平面を表す方程式AM Xw+BM Yw+CM Zw+DM
=0を算出する。平面の方程式の算出にあたっては、平
板上の点として少なくとも3点あればよい。
Next, based on the coordinates of the obtained points on the thin plate in the world coordinate system, the equation A M Xw + B M Yw + C M Zw + D M representing the plane of the stainless steel mirror 205 is obtained.
= 0 is calculated. In calculating the equation of the plane, at least three points should be set on the flat plate.

【0056】ステンレスミラー205を不透明な薄板で
覆い測定する代わりに、ステンレスミラー205上に少
なくとも3個のマーカを設け、そのマーカの位置を計測
することにより、ステンレスミラー205の平面の方程
式を算出するようにしてもよい。
Instead of covering the stainless steel mirror 205 with an opaque thin plate and measuring it, at least three markers are provided on the stainless steel mirror 205 and the positions of the markers are measured to calculate the equation of the plane of the stainless steel mirror 205. You may do it.

【0057】また、測定ヘッド10を用いて、ステンレ
スミラー205の平面を表す方程式AM Xw+BM Yw
+CM Zw+DM =0を求めてもよい。つまり、測定台
201上に設けられたステンレスミラー205を不透明
な薄板で覆い、この薄板を測定ヘッド10によって撮像
し、薄板の平面を求めるための3点の座標(カメラ座系
での座標)を抽出する。抽出したカメラ座標系での3点
の座標を、第1ステップで求められた、当該測定ヘッド
10の位置に対応する回転行列R1と並進ベクトルt1
とに基づいて、ワールド座標系での座標に変換する。得
られたワールド座標系での3点の座標に基づいて、ワー
ルド座標系での薄板の平面の方程式を求める。
Further, using the measuring head 10, the equation A M Xw + B M Yw representing the plane of the stainless steel mirror 205 is obtained.
+ C M Zw + D M = 0 may be obtained. That is, the stainless steel mirror 205 provided on the measuring table 201 is covered with an opaque thin plate, the thin plate is imaged by the measuring head 10, and the coordinates of three points (coordinates in the camera seat system) for obtaining the plane of the thin plate are obtained. Extract. The coordinates of the three points in the extracted camera coordinate system are set to the rotation matrix R1 and the translation vector t1 corresponding to the position of the measurement head 10 obtained in the first step.
Based on and, convert to coordinates in the world coordinate system. An equation of the plane of the thin plate in the world coordinate system is obtained based on the obtained coordinates of the three points in the world coordinate system.

【0058】鏡面座標系の座標(Xu,Yu,Zu)を
ワールド座標系の座標(Xw,Yw,Zw)を、鏡面座
標系の座標に変換する変換式は、ステンレスミラー20
5の平面を表す方程式をAM Xw+BM Yw+CM Zw
+DM =0とすると、次の数式3で表される。
The conversion formula for converting the coordinates (Xu, Yu, Zu) in the mirror surface coordinate system into the coordinates (Xw, Yw, Zw) in the world coordinate system is the stainless steel mirror 20.
The equation expressing the plane of 5 is A M Xw + B M Yw + C M Zw
When + D M = 0, it is represented by the following mathematical formula 3.

【0059】[0059]

【数3】 [Equation 3]

【0060】したがって、ワールド座標系の座標(X
w,Yw,Zw)を、鏡面座標系の座標(Xu,Yu,
Zu)に変換する変換式は、次の数式4によって求めら
れる。
Therefore, the coordinates of the world coordinate system (X
w, Yw, Zw) are the coordinates (Xu, Yu,
The conversion formula for converting into Zu) is obtained by the following formula 4.

【0061】[0061]

【数4】 [Equation 4]

【0062】〔8〕第3ステップについての説明[8] Description of the third step

【0063】第3ステップでは、まず、ガラス板206
上に薄い白板をおく。そして、測定ヘッド10のスリッ
ト光源13からスリット光を出力するとともに、CCD
カメラ12でガラス板206上の白板に照らされたスリ
ット光を撮像することにより、ガラス板206の表面と
交差するスリット光のCCDカメラ12の画像上の位置
を取得してメモリに格納する。
In the third step, first, the glass plate 206
Place a thin white plate on top. Then, slit light is output from the slit light source 13 of the measuring head 10 and the CCD
By capturing an image of the slit light illuminated on the white plate on the glass plate 206 by the camera 12, the position of the slit light intersecting the surface of the glass plate 206 on the image of the CCD camera 12 is acquired and stored in the memory.

【0064】次に、ガラス板206を取り外し、ステン
レスミラー205上に薄い白板をおく。そして、測定ヘ
ッド10のスリット光源13からスリット光を出力する
とともに、CCDカメラ12でステンレスミラー205
上の白板に照らされたスリット光を撮像することによ
り、ステンレスミラー205の鏡面と交差するスリット
光のCCDカメラ12の画像上の位置を取得してメモリ
に格納する。
Next, the glass plate 206 is removed, and a thin white plate is placed on the stainless steel mirror 205. Then, slit light is output from the slit light source 13 of the measuring head 10 and the stainless steel mirror 205 is used by the CCD camera 12.
By imaging the slit light illuminated on the upper white plate, the position on the image of the CCD camera 12 of the slit light intersecting the mirror surface of the stainless steel mirror 205 is acquired and stored in the memory.

【0065】図8の直線Lgは、CCDカメラ12の画
像上での、ガラス板206の表面と交差するスリット光
の画像を示し、図8の直線Lmは、CCDカメラ12の
画像上での、ステンレスミラー205の鏡面と交差する
スリット光の画像を示している。ガラス板206とステ
ンレスミラー205の鏡面との間には被測定物の正像及
び虚像は存在し得ないので、形状測定時において、これ
らの直線Lg、Lmに挟まれた領域に現れるスリット光
は、被測定物の正像及び虚像に対応するスリット光では
なく、偽のスリット光であると判定される。
A straight line Lg in FIG. 8 shows an image of slit light intersecting with the surface of the glass plate 206 on the image of the CCD camera 12, and a straight line Lm in FIG. An image of slit light intersecting the mirror surface of the stainless steel mirror 205 is shown. Since a normal image and a virtual image of the object to be measured cannot exist between the glass plate 206 and the mirror surface of the stainless steel mirror 205, the slit light appearing in the region sandwiched between these straight lines Lg and Lm at the time of shape measurement does not appear. The slit light corresponding to the normal image and the virtual image of the object to be measured is determined to be false slit light.

【0066】〔8〕第4ステップについての説明[8] Description of Fourth Step

【0067】第4ステップにおいては、被測定物をガラ
ス板206上に配置して測定を行う。この場合には、ス
テレオカメラ21、22を用いないため、図1に矢印で
示すように、支柱202ごと測定台201から取り外し
て測定が行われる。
In the fourth step, the object to be measured is placed on the glass plate 206 for measurement. In this case, since the stereo cameras 21 and 22 are not used, as shown by the arrow in FIG. 1, the support 202 is detached from the measurement table 201 and the measurement is performed.

【0068】まず、測定ヘッド10による測定点の位置
測定方法について説明する。
First, a method of measuring the position of the measuring point by the measuring head 10 will be described.

【0069】図9に示すように、カメラ座標系とは、C
CDカメラ12の光学中心を原点とし、光軸方向をZc
軸、CCDカメラ12の水平方向をXc軸、CCDカメ
ラ12の垂直方向をYc軸とする座標系である。CCD
カメラ12の画像面Sは、原点から焦点距離fの位置に
存在する。つまり、画像面Sは、Xc−Yc平面に平行
でかつZc=fである平面である。
As shown in FIG. 9, the camera coordinate system is C
The optical center of the CD camera 12 is the origin, and the optical axis direction is Zc.
An axis is a coordinate system in which the horizontal direction of the CCD camera 12 is the Xc axis and the vertical direction of the CCD camera 12 is the Yc axis. CCD
The image plane S of the camera 12 exists at the position of the focal length f from the origin. That is, the image surface S is a plane parallel to the Xc-Yc plane and Zc = f.

【0070】測定ヘッド10による位置計測方法自体
は、光切断法と呼ばれる公知の測定方法である。被測定
物100の表面上におけるスリット光源13からのスリ
ット光が照射されている線上の所定の点を測定点Aとす
る。
The position measuring method itself by the measuring head 10 is a known measuring method called a light cutting method. A predetermined point on the line on the surface of the DUT 100 on which the slit light from the slit light source 13 is irradiated is referred to as a measurement point A.

【0071】この測定点Aの鏡面座標系での座標(X
u,Yu,Zu)を求める方法について説明する。
Coordinates (X
A method of obtaining u, Yu, Zu) will be described.

【0072】測定点Aに対する画像面Sで観察される測
定点Aに対応する点A’の画素座標(PIX 単位) を(X
p,Yp)とする。この画像座標(Xp,Yp)を、次
の数式5に基づいて、mm単位のセンサー座標(Xs,
Ys,f)に変換する。なお、観察点A’のセンサー座
標(Xs,Ys,f)におけるfは、CCDカメラ12
の焦点距離として既知である。また、Cxは、画像中心
のXp座標であり、Cyは、画像中心のYp座標であ
る。
The pixel coordinates (PIX unit) of the point A'corresponding to the measurement point A observed on the image surface S with respect to the measurement point A are set to (X
p, Yp). The image coordinates (Xp, Yp) are converted into the sensor coordinates (Xs,
Ys, f). Note that f at the sensor coordinates (Xs, Ys, f) of the observation point A ′ is the CCD camera 12
Is known as the focal length of. Cx is the Xp coordinate of the image center, and Cy is the Yp coordinate of the image center.

【0073】[0073]

【数5】 [Equation 5]

【0074】得られた観察点A’のセンサー座標(X
s,Ys,f)を、カメラ座標系でのスリット光を表す
平面の方程式をAL Xc+BL Yc+CL Zc+DL
0を用いて、次の数式6に基づいて、カメラ座標系の座
標(Xc,Yc,Zc)に変換する。なお、スリット光
を表す平面の方程式は測定ヘッド10の校正によって求
められている。
The sensor coordinates (X
s, Ys, f) is the equation of the plane representing the slit light in the camera coordinate system and is A L Xc + B L Yc + C L Zc + D L =
0 is used to convert to coordinates (Xc, Yc, Zc) in the camera coordinate system based on the following Equation 6. The equation of the plane representing the slit light is obtained by calibrating the measuring head 10.

【0075】[0075]

【数6】 [Equation 6]

【0076】得られたカメラ座標系の座標(Xc,Y
c,Zc)を、次の数式7に基づいて、ワールド座標系
での座標(Xw,Yw,Zw)に変換する。
The coordinates of the obtained camera coordinate system (Xc, Y
c, Zc) is converted into coordinates (Xw, Yw, Zw) in the world coordinate system based on the following Equation 7.

【0077】[0077]

【数7】 [Equation 7]

【0078】得られたワールド座標系の座標(Xw,Y
w,Zw)を、次の数式8に基づいて、鏡面座標系での
座標(Xu,Yu,Zu)に変換する。
The obtained coordinates of the world coordinate system (Xw, Y
w, Zw) is converted into coordinates (Xu, Yu, Zu) in the mirror coordinate system based on the following formula 8.

【0079】[0079]

【数8】 [Equation 8]

【0080】図11は、第4ステップで実行される処理
手順を示している。
FIG. 11 shows the processing procedure executed in the fourth step.

【0081】図10は、CCDカメラ12によって撮像
されたスリット光の撮像例を示している。図10におい
て、L1は被測定物に直接照射されたスリット光(正
像)を示し、L2はステンレスミラー205の鏡面に映
った虚像に対応するスリット光を示し、L3、L4は、
ガラス板206の表面に映った偽反射像に対応するスリ
ット光を示している。
FIG. 10 shows an example of the slit light imaged by the CCD camera 12. In FIG. 10, L1 indicates the slit light (normal image) directly irradiated to the object to be measured, L2 indicates the slit light corresponding to the virtual image reflected on the mirror surface of the stainless steel mirror 205, and L3 and L4 indicate
The slit light corresponding to the false reflection image reflected on the surface of the glass plate 206 is shown.

【0082】まず、図10に示すように、画面の上から
下方向に1ライン毎に、スリット光Lを抽出していく
(ステップ11)。スリット光が抽出される毎に、その
スリット光の幅中心(重心)位置の画素座標(Xp,Y
p)を、上述した方法で、鏡面座標系の座標(Xu,Y
u,Zu)に変換することにより、測定点の位置データ
を求める。そして、得られた鏡面座標系の座標(Xu,
Yu,Zu)のZuが30mm未満であるか否かを判定
する(ステップ12)。つまり、当該測定点の位置が、
ガラス板206の下側位置か否かを判定する。
First, as shown in FIG. 10, the slit light L is extracted line by line from the top to the bottom of the screen (step 11). Every time the slit light is extracted, the pixel coordinates (Xp, Y) of the width center (center of gravity) position of the slit light are extracted.
p) by the method described above, the coordinates (Xu, Y
u, Zu) to obtain the position data of the measurement point. Then, the coordinates (Xu,
It is determined whether Zu of (Yu, Zu) is less than 30 mm (step 12). That is, the position of the measurement point is
It is determined whether the position is the lower side of the glass plate 206.

【0083】ステップ12で、測定点の位置がガラス板
206の下側であると判定されないときには、ステップ
11で求められた位置データを正像に対する位置データ
としてメモリに記憶する(ステップ13)。そして、ス
テップ11に戻る。
When it is not determined in step 12 that the position of the measurement point is below the glass plate 206, the position data obtained in step 11 is stored in the memory as position data for the normal image (step 13). Then, the process returns to step 11.

【0084】ステップ12で測定点の位置がガラス板2
06の下側であると判定されるまで、ステップ11、1
2および13の処理を繰り返し行なう。
In step 12, the position of the measuring point is the glass plate 2
Until it is determined that the lower side is 06, steps 11, 1
The processes 2 and 13 are repeated.

【0085】ステップ12において、測定点の位置がガ
ラス板206の下側であると判定された場合には、その
測定点より1ライン前に測定された測定点の座標を正像
の最下点として選択する(ステップ14)。正像の最下
点位置を図10にP1で表す。
When it is determined in step 12 that the position of the measurement point is below the glass plate 206, the coordinates of the measurement point measured one line before the measurement point are set to the lowest point of the normal image. (Step 14). The lowest point position of the normal image is represented by P1 in FIG.

【0086】次に、正像の最下点に対するステンレスミ
ラー205による虚像位置を鏡面座標系で求める(ステ
ップ15)。つまり、正像の最下点の鏡面座標系での座
標を(Xu1,Yu1,Zu1)とすると、正像の最下
点の虚像位置の鏡面座標系での座標は、(Xu1,Yu
1,−Zu1)となる。
Next, the virtual image position by the stainless steel mirror 205 with respect to the lowest point of the normal image is obtained in the mirror coordinate system (step 15). That is, if the coordinates of the lowest point of the normal image in the mirror coordinate system are (Xu1, Yu1, Zu1), the coordinates of the virtual image position of the lowest point of the normal image in the mirror coordinate system are (Xu1, Yu
1, -Zu1).

【0087】次に、正像の最下点の虚像位置の鏡面座標
系での座標を、画素座標系の座標(Xp,Yp)に変換
する(ステップ16)。
Next, the coordinates in the mirror coordinate system of the virtual image position of the lowest point of the normal image are converted into the coordinates (Xp, Yp) in the pixel coordinate system (step 16).

【0088】正像の最下点の虚像位置の鏡面座標系での
座標を、説明の便宜上、(Xu,Yu,Zu)で表すこ
とにすると、まず、正像の最下点の虚像位置の鏡面座標
系での座標(Xu,Yu,Zu)を、次の数式9に基づ
いて、ワールド座標系での座標(Xw,Yw,Zw)に
変換する。
For convenience of explanation, the coordinates of the virtual image position of the lowest point of the normal image in the mirror coordinate system will be represented by (Xu, Yu, Zu). First, the virtual image position of the lowest point of the normal image will be described. The coordinates (Xu, Yu, Zu) in the mirror surface coordinate system are converted into the coordinates (Xw, Yw, Zw) in the world coordinate system based on the following Expression 9.

【0089】[0089]

【数9】 [Equation 9]

【0090】得られたワールド座標系での座標(Xw,
Yw,Zw)を、次の数式10に基づいて、カメラ座標
系の座標(Xc,Yc,Zc)に変換する。
The obtained coordinates in the world coordinate system (Xw,
Yw, Zw) is converted into coordinates (Xc, Yc, Zc) in the camera coordinate system based on the following formula 10.

【0091】[0091]

【数10】 [Equation 10]

【0092】得られたカメラ座標系の座標(Xc,Y
c,Zc)を、次の数式11に基づいて、センサー座標
系の座標(Xs,Ys,f)に変換する。
The obtained coordinates of the camera coordinate system (Xc, Y
c, Zc) is converted into coordinates (Xs, Ys, f) in the sensor coordinate system based on the following formula 11.

【0093】[0093]

【数11】 [Equation 11]

【0094】得られたセンサー座標系の座標(Xs,Y
s,f)を、次の数式12に基づいて、画素座標系の座
標(Xp,Yp)に変換する。
The coordinates of the obtained sensor coordinate system (Xs, Y
s, f) is converted into coordinates (Xp, Yp) in the pixel coordinate system based on the following Expression 12.

【0095】[0095]

【数12】 [Equation 12]

【0096】そして、得られた画素座標系の座標(X
p,Yp)を、予め求めたガラス屈折逆補正式に基づい
て、ガラス屈折逆補正を行なう(ステップ17)。スリ
ット光がガラス板206を通過する際に、スリット光が
屈折するので、得られた画素座標系の座標(Xp,Y
p)を、屈折がある場合の画素座標に補正する。ガラス
屈折補正後の座標(Xp’,Yp’)で表される位置
を、図10にP2で表す。
Then, the coordinates (X
(p, Yp) is subjected to glass refraction inverse correction based on a glass refraction inverse correction formula obtained in advance (step 17). Since the slit light is refracted when the slit light passes through the glass plate 206, the coordinates (Xp, Y) of the obtained pixel coordinate system.
p) is corrected to the pixel coordinates when there is refraction. The position represented by the coordinates (Xp ′, Yp ′) after the glass refraction correction is represented by P2 in FIG.

【0097】ガラス屈折がある場合の画素座標系の座標
をガラス屈折がない場合の画素座標系の座標に変換する
ことをガラス屈折補正といい、ガラス屈折がない場合の
画素座標系の座標をガラス屈折がある場合の画素座標系
の座標に変換することをガラス屈折逆補正ということに
する。
Converting the coordinates of the pixel coordinate system when there is glass refraction into the coordinates of the pixel coordinate system when there is no glass refraction is called glass refraction correction, and the coordinates of the pixel coordinate system when there is no glass refraction are the glass. Converting to the coordinates of the pixel coordinate system when there is refraction is called glass refraction inverse correction.

【0098】ガラス屈折補正式およびガラス屈折逆補正
式の求め方について説明する。ステンレスミラー205
の鏡面の上に特定のパターン(たとえば、格子)が印刷
された色板を置く。ガラス板206が存在する場合と、
ガラス板206が存在しない場合とにわけて、CCDカ
メラ12で特定のパターンを撮像する。得られた2種類
の画像に基づいて、ガラス屈折補正式およびガラス屈折
逆補正式を実験的に求める。
A method of obtaining the glass refraction correction formula and the glass refraction inverse correction formula will be described. Stainless steel mirror 205
Place a color plate with a specific pattern (eg, grid) printed on it's mirror surface. When the glass plate 206 is present,
The CCD camera 12 captures an image of a specific pattern, depending on whether the glass plate 206 does not exist. A glass refraction correction formula and a glass refraction inverse correction formula are experimentally obtained based on the obtained two types of images.

【0099】次に、ガラス屈折補正後の座標(Xp’,
Yp’)で表される位置を追跡処理の初期位置として、
虚像追跡処理を行なう(ステップ18)。
Next, the coordinates (Xp ',
The position represented by Yp ') is set as the initial position of the tracking process,
Virtual image tracking processing is performed (step 18).

【0100】図12は、虚像追跡処理手順を示してい
る。
FIG. 12 shows a virtual image tracking processing procedure.

【0101】まず、図10に示すように、追跡処理の初
期位置P2(Xp’,Yp’)から、1ラインずつ上方
向に、所定幅の探索ウインドウ50内に存在するスリッ
ト光を抽出する(ステップ21)。スリット光が抽出さ
れると、探索ウインドウ内に存在するスリット光が1本
か否かを判定する(ステップ22)。
First, as shown in FIG. 10, from the initial position P2 (Xp ', Yp') of the tracking process, slit light existing in a search window 50 of a predetermined width is extracted line by line upward ( Step 21). When the slit light is extracted, it is determined whether or not there is only one slit light in the search window (step 22).

【0102】探索ウインドウ内に存在するスリット光が
1本である場合には、そのスリット光の重心位置の画素
座標(Xp,Yp)に対してガラス屈折補正を行なう
(ステップ23)。つまり、スリット光の重心位置の画
素座標(Xp,Yp)を、ガラス屈折がない場合の画素
座標に変換する。
If there is only one slit light beam existing in the search window, glass refraction correction is performed on the pixel coordinates (Xp, Yp) of the barycentric position of the slit light beam (step 23). That is, the pixel coordinates (Xp, Yp) of the barycentric position of the slit light are converted into the pixel coordinates when there is no glass refraction.

【0103】そして、ガラス屈折補正後の画素座標(X
p,Yp)を鏡面座標系の座標(Xu,Yu,Zu)に
変換することにより、測定点の位置データを求めてメモ
リに記憶する(ステップ24)。そして、追跡位置が正
像域に達したか否かを判定する(ステップ25)。この
判定は、測定点の画素座標(Xp,Yp)が、第3ステ
ップ(前処理その3)で求められたステンレスミラー2
05の鏡面上でのスリット光源13からのスリット光の
CCDカメラ12の画像上の位置Lmと、ガラス板20
6の表面上でのスリット光のCCDカメラ12の画像上
の位置Lgとの間の領域に存在するか否かを判定するこ
とによって行なわれる。測定点の画素座標(Xp,Y
p)が、直線LmとLgとの間の領域にあれば、追跡位
置が正像域に達したと判定する。ステップ24で求めら
れた注目ラインにおいて抽出された測定点の位置データ
が、追跡位置が正像域に達した場合には、処理を終了す
る。追跡位置が正像域に達していなければ、ステップ2
1に戻る。
Then, the pixel coordinates (X
By converting (p, Yp) into coordinates (Xu, Yu, Zu) in the mirror coordinate system, the position data of the measurement point is obtained and stored in the memory (step 24). Then, it is determined whether or not the tracking position has reached the normal image area (step 25). In this determination, the stainless steel mirror 2 whose pixel coordinates (Xp, Yp) of the measurement point are obtained in the third step (pretreatment 3)
Position Lm on the image of the CCD camera 12 of the slit light from the slit light source 13 on the mirror surface of 05, and the glass plate 20.
It is performed by determining whether or not the slit light on the surface of No. 6 exists in a region between the slit light and the position Lg on the image of the CCD camera 12. Pixel coordinates of measurement point (Xp, Y
If p) is in the region between the straight lines Lm and Lg, the tracking position
It is determined that the position has reached the normal image area . When the position data of the measurement point extracted on the line of interest obtained in step 24 has reached the normal image area at the tracking position, the process ends. If the tracking position has not reached the normal image area, step 2
Return to 1.

【0104】ステップ22において、探索ウインドウ内
に存在するスリット光が2本以上である場合には、当該
注目ライン上での探索ウンドウ内のスリット光の最外幅
W1を抽出する(ステップ26)。また、1ライン戻
り、探索ウインドウ50の幅を広げて、探索ウインドウ
幅内のスリット光の最外幅W2を抽出する(ステップ2
7)。そして、最外幅W2が最外幅W1より大きいか否
かを判定する(ステップ28)。
In step 22, if there are two or more slit lights in the search window, the outermost width W1 of the slit light in the search window on the target line is extracted (step 26). In addition, returning by one line, the width of the search window 50 is widened to extract the outermost width W2 of the slit light within the search window width (step 2).
7). Then, it is determined whether the outermost width W2 is larger than the outermost width W1 (step 28).

【0105】ところで、注目ラインnにおいて、探索ウ
インドウ内に存在するスリット光が2本以上存在する場
合には、図13(a)に示すように、スリット光L2を
上方向に追跡している場合に、他のスリット光L4がL
2に交差しようとする地点付近に近づいた場合と、図1
3(b)に示すように、スリット光L2を上方向に追跡
している場合に、スリット光L2とL4との交差部か
ら、これらのスリット光L2、L4が2つに分岐した地
点に近づいた場合とがある。
By the way, when there are two or more slit lights existing in the search window on the line of interest n, when the slit light L2 is traced upward as shown in FIG. 13 (a). And the other slit light L4 is L
As you approach the point where you are about to cross 2,
As shown in FIG. 3 (b), when the slit light L2 is being traced in the upward direction, the slit light L2 and L4 approach the point where these slit light L2 and L4 are branched in two from the intersection of the slit light L2 and L4. There are some cases.

【0106】図13(a)の場合には、注目ラインnよ
り1ライン前のライン(n−1)において、探索ウイン
ドウの幅を広げて探索ウインドウ幅内のスリット光の最
外幅W2を抽出した場合には、注目ラインでのスリット
光の最外幅W1よりW2の方が大きくなる。
In the case of FIG. 13A, in the line (n-1) which is one line before the target line n, the width of the search window is widened to extract the outermost width W2 of the slit light within the search window width. In that case, W2 becomes larger than the outermost width W1 of the slit light on the line of interest.

【0107】一方、図13(b)の場合には、注目ライ
ンnより1ライン前のライン(n−1)において、探索
ウインドウの幅を広げて探索ウインドウ幅内のスリット
光の最外幅W2を抽出した場合には、注目ラインでのス
リット光の最外幅W1よりW2の方が小さくなる。
On the other hand, in the case of FIG. 13B, in the line (n-1) one line before the target line n, the width of the search window is widened and the outermost width W2 of the slit light within the search window width W2. Is extracted, W2 is smaller than the outermost width W1 of the slit light on the line of interest.

【0108】上記ステップ28で、最外幅W2が最外幅
W1より大きいと判定した場合には、図13(a)に示
すように、スリット光L2を上方向に追跡している場合
に、他のスリット光L4がL2に交差しようとする地点
付近に近づいたと判断する。この場合には、注目ライン
で抽出された2つのスリット光のうち、左側のスリット
光の重心位置Qaの画素座標(Xp,Yp)を求める
(ステップ29)。
When it is determined in step 28 that the outermost width W2 is larger than the outermost width W1, when the slit light L2 is being traced upward as shown in FIG. It is determined that the other slit light L4 has approached the vicinity of the point where it is about to intersect L2. In this case, the pixel coordinates (Xp, Yp) of the barycentric position Qa of the left slit light of the two slit lights extracted on the line of interest are obtained (step 29).

【0109】左側のスリット光を選択している理由は、
CCDカメラ12とスリット光源13との配置が図2に
示すような配置であり、かつ足のように被測定物100
の周縁部が下側に行くほど広がる様な湾曲面である場合
には、虚像に対するスリット光L2に対して、偽反射像
に対するスリット光L4は、図13に示すように、右下
から左上方向に向かって交差すると考えられるからであ
る。
The reason for selecting the left slit light is as follows.
The CCD camera 12 and the slit light source 13 are arranged as shown in FIG.
13 is a curved surface that spreads downward, the slit light L2 for the virtual image and the slit light L4 for the false reflection image are directed from the lower right to the upper left as shown in FIG. This is because it is thought that they will cross toward each other.

【0110】次に、図13(a)に示すように、注目ラ
インから5ライン進めて、スリット光を抽出し、その重
心位置Qbの画素座標(Xp,Yp)を取得する(ステ
ップ30)。そして、ステップ29で求められたQaの
画素座標(Xp,Yp)と、ステップ30で求められた
Qbの画素座標(Xp,Yp)とに基づいて、その間の
4ライン分のスリット光の重心位置の画像座標を、1次
補間によって求める(ステップ31)。
Next, as shown in FIG. 13A, the slit light is extracted by advancing five lines from the target line, and the pixel coordinates (Xp, Yp) of the barycentric position Qb are acquired (step 30). Then, based on the pixel coordinates (Xp, Yp) of Qa obtained in step 29 and the pixel coordinates (Xp, Yp) of Qb obtained in step 30, the barycentric position of the slit light for four lines therebetween is located. The image coordinates of are obtained by primary interpolation (step 31).

【0111】このようにして得られた注目ラインから5
ライン先のラインまでの6ライン分のスリット光の画素
座標(Xp,Yp)に対してガラス屈折補正を行なう
(ステップ23)。そして、ガラス屈折補正後の各画素
座標(Xp,Yp)を鏡面座標系の座標(Xu,Yu,
Zu)に変換することにより、各測定点の位置データを
求めてメモリに記憶する(ステップ24)。そして、追
跡位置が正像域に達したか否かを判定する(ステップ2
5)。追跡位置が正像域に達した場合には、処理を終了
する。追跡位置が正像域に達していなければ、ステップ
21に戻る。
From the line of interest thus obtained, 5
Glass refraction correction is performed on the pixel coordinates (Xp, Yp) of the slit light for 6 lines up to the line ahead (step 23). Then, the pixel coordinates (Xp, Yp) after the glass refraction correction are converted into the coordinates (Xu, Yu,
Zu) to obtain the position data of each measurement point and store it in the memory (step 24). Then, it is determined whether or not the tracking position has reached the normal image area (step 2
5). If the tracking position has reached the normal image area, the processing ends. If the tracking position has not reached the normal image area, the process returns to step 21.

【0112】上記ステップ28において、最外幅W2が
最外幅W1より小さい場合には、図13(b)に示すよ
うに、スリット光L2を上方向に追跡している場合に、
スリット光L2とL4との交差部から、これらのスリッ
ト光L2、L4が2つに分岐した地点に近づいたと判断
する。この場合には、注目ラインで抽出された2つのス
リット光のうち、右側のスリット光の重心位置Qcの画
素座標(Xp,Yp)を求める(ステップ32)。
In step 28, when the outermost width W2 is smaller than the outermost width W1, as shown in FIG. 13B, when the slit light L2 is traced upward,
From the intersection of the slit lights L2 and L4, it is determined that the slit lights L2 and L4 have approached the point where they are branched into two. In this case, the pixel coordinates (Xp, Yp) of the barycentric position Qc of the slit light on the right side of the two slit lights extracted on the line of interest are obtained (step 32).

【0113】次に、注目ラインから5ライン戻って、ス
リット光を抽出し、その重心位置Qdの画素座標(X
p,Yp)を取得する(ステップ33)。そして、ステ
ップ32で求められたQcの画素座標(Xp,Yp)
と、ステップ33で求められたQdの画素座標(Xp,
Yp)とに基づいて、その間の4ライン分のスリット光
の重心位置の画像座標を、1次補間によって求める(ス
テップ34)。
Next, five lines are returned from the line of interest, the slit light is extracted, and the pixel coordinates (X
p, Yp) is obtained (step 33). Then, the pixel coordinates of Qc obtained in step 32 (Xp, Yp)
And the pixel coordinates of Qd (Xp,
Yp), the image coordinates of the barycentric position of the slit light for four lines between them are obtained by linear interpolation (step 34).

【0114】このようにして得られた注目ラインから5
ライン前のラインまでの6ライン分のスリット光の画素
座標(Xp,Yp)に対してガラス屈折補正を行なう
(ステップ23)。そして、ガラス屈折補正後の各画素
座標(Xp,Yp)を鏡面座標系の座標(Xu,Yu,
Zu)に変換することにより、各測定点の位置データを
求めてメモリに記憶する(ステップ24)。この際、注
目ライン以外の5ライン分のスリット光に対する鏡面座
標系の座標は既にメモリに格納されているので、既に格
納されているこれらのデータが書き換えられる。
From the line of interest thus obtained, 5
Glass refraction correction is performed on the pixel coordinates (Xp, Yp) of the slit light for 6 lines up to the line before the line (step 23). Then, the pixel coordinates (Xp, Yp) after the glass refraction correction are converted into the coordinates (Xu, Yu,
Zu) to obtain the position data of each measurement point and store it in the memory (step 24). At this time, the coordinates of the mirror surface coordinate system for the slit light for 5 lines other than the line of interest are already stored in the memory, so these data already stored are rewritten.

【0115】そして、追跡位置が正像域に達したか否か
を判定する(ステップ25)。追跡位置が正像域に達し
た場合には、処理を終了する。追跡位置が正像域に達し
ていなければ、ステップ21に戻る。
Then, it is determined whether or not the tracking position has reached the normal image area (step 25). If the tracking position has reached the normal image area, the processing ends. If the tracking position has not reached the normal image area, the process returns to step 21.

【0116】以上のような第4ステップの処理は、測定
ヘッド10をガイドレール204に沿って移動させなが
ら、ガイドレール204上における全ての観察位置毎に
行なわれる。
The above-described processing of the fourth step is performed for every observation position on the guide rail 204 while moving the measuring head 10 along the guide rail 204.

【0117】〔8〕第5ステップについての説明[8] Description of the fifth step

【0118】ガイドレール204上における全ての観察
位置において、第4ステップの処理が行なわれると、測
定点の鏡面座標系における座標(Xu,Yu,Zu)の
集合として、図14に示すような足100の像が生成さ
れる。図14に破線は、足100の正像I1 であり、実
線はステンレスミラー205に映った足100の虚像I
2 である。
When the process of the fourth step is performed at all the observation positions on the guide rail 204, as shown in FIG. 14, a set of coordinates (Xu, Yu, Zu) in the mirror coordinate system of the measurement point is displayed. 100 images are generated. In FIG. 14, the broken line is the normal image I 1 of the foot 100, and the solid line is the virtual image I of the foot 100 reflected on the stainless steel mirror 205.
Is 2 .

【0119】第5ステップでは、虚像I2 のステンレス
ミラー205の平面(Zu=0)に対して対称な像
2 ’を求め、得られた対称な像I2 ’を正像I1 と合
成することにより、図15に示すような足100の像が
得られる。
In the fifth step, a symmetric image I 2 ′ of the virtual image I 2 with respect to the plane (Zu = 0) of the stainless steel mirror 205 is obtained, and the obtained symmetric image I 2 ′ is combined with the normal image I 1. By doing so, an image of the foot 100 as shown in FIG. 15 is obtained.

【0120】図15に示すように、このようにして得ら
れた像は、足100の土踏まずの部分が、ステンレスミ
ラー205に映り込んだ虚像I2 に基づいて生成された
像I 2 ´により補われており、より忠実に足100の形
状が再現されている。
Thus obtained, as shown in FIG.
The foot of the arch of the foot 100 is stainless steel.
Virtual image I reflected in Ra 2052Generated based on
Image I 2’The shape of the foot 100 is more faithfully supplemented by
The shape is reproduced.

【0121】このように上記実施の形態によれば、被測
定物としての足100の正像に、ステンレスミラー20
5に映り込んだ虚像に基づいて生成された像を合成して
いるため、足100における土踏まずなど凹みのある部
分の像を補うことができ、適切な足100の3次元形状
を生成することが可能となる。
As described above, according to the above embodiment, the stainless steel mirror 20 is formed on the normal image of the foot 100 as the object to be measured.
Since the images generated based on the virtual image reflected in FIG. 5 are combined, it is possible to supplement the image of the recessed portion such as the arch of the foot 100, and to generate an appropriate three-dimensional shape of the foot 100. It will be possible.

【0122】このとき、足100における土踏まずなど
凹みのある部分の像(虚像)と側面(正像)とが同時に
測定されているため、少ない測定手順で適切な3次元形
状を測定することができる。
At this time, since the image (virtual image) of the recessed portion such as the arch of the foot 100 and the side surface (normal image) are simultaneously measured, an appropriate three-dimensional shape can be measured with a small number of measuring procedures. .

【0123】また、上記実施の形態によれば、スリット
光源13から出射される光束がステンレスミラー205
に対して垂直な面に沿って出射されるように測定ヘッド
10の姿勢が規制されているため、測定時においては、
スリット光源13から直接足100に照射される光束
と、一旦ステンレスミラー205に反射されてから足1
00に照射される光束とが重なることになる。これによ
り、ステンレスミラー205に反射された光束が、誤っ
た像を生成することがなくなり、精度良く測定を行うこ
とが可能となる。
Further, according to the above-described embodiment, the luminous flux emitted from the slit light source 13 is transmitted to the stainless steel mirror 205.
Since the posture of the measurement head 10 is regulated so that the measurement head 10 is emitted along a surface perpendicular to, at the time of measurement,
The luminous flux emitted directly from the slit light source 13 to the foot 100 and the foot 1 after being reflected by the stainless steel mirror 205 once
00 and the luminous flux irradiated to 00 will overlap. As a result, the light flux reflected by the stainless steel mirror 205 does not generate an erroneous image, and it is possible to perform accurate measurement.

【0124】また、上記実施の形態によれば、第1及び
第2ステップにおける初期設定が完了した後は、測定台
201に対してステレオカメラ21、22を取り外して
被測定物の測定を行うことができるため、測定装置の小
型化を図ることが可能となる。
Further, according to the above embodiment, after the initialization in the first and second steps is completed, the stereo cameras 21 and 22 are detached from the measuring table 201 to measure the object to be measured. Therefore, the measuring device can be downsized.

【0125】たとえ、測定装置の移動等によりガイドレ
ール204の軌道が変化した場合でも、ステレオカメラ
21、22を取り付けてテーブルデータの更新を行うこ
とにより、精度を保つことができる。
Even if the trajectory of the guide rail 204 changes due to movement of the measuring device or the like, accuracy can be maintained by installing the stereo cameras 21 and 22 and updating the table data.

【0126】なお、上記実施の形態においては、測定ヘ
ッド10を測定者が手動で移動させる構成としたが、モ
ータを用いて測定ヘッド10を自動的にガイドレール2
04に沿って移動させるようにしてもよい。このように
すると、測定者が測定ヘッド10に触れることなく自動
的に被測定物の測定を行うことができるようになる。
Although the measuring head 10 is manually moved by the measurer in the above-described embodiment, the measuring head 10 is automatically moved by using the motor.
You may make it move along 04. This makes it possible for the measurer to automatically measure the object to be measured without touching the measuring head 10.

【0127】[0127]

【発明の効果】この発明によれば、測定台上に鏡を配置
することにより、被測定物の実像だけでなく、この鏡に
映り込んだ虚像を測定に利用することができるため、少
ない計測手順で被測定物の3次元形状を生成することが
可能となる。
According to the present invention, by arranging the mirror on the measuring table, not only the real image of the object to be measured but also the virtual image reflected on the mirror can be used for the measurement, so that a small number of measurements can be performed. It becomes possible to generate a three-dimensional shape of the object to be measured by the procedure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態における形状測定装置の
第1の構成を表す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の形状測定装置における測定ヘッドの概
略構成を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a measuring head in the shape measuring apparatus of FIG.

【図3】 図1の形状測定装置における測定原理を説明
する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a measurement principle in the shape measuring apparatus of FIG.

【図4】 ワールド座標系と、鏡面座標系とを示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a world coordinate system and a mirror surface coordinate system.

【図5】 足の裏を測定できることを示す模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing that the sole of a foot can be measured.

【図6】 ガラス板からの反射光がCCDカメラによっ
て抽出されることを示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing that reflected light from a glass plate is extracted by a CCD camera.

【図7】 第1ステップにおける処理手順を説明するフ
ローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing procedure in a first step.

【図8】 第3ステップで取得されるCCDカメラ12
の画像上での、ガラス板206の表面と交差するスリッ
ト光の画像と、第3ステップで取得されるCCDカメラ
12の画像上での、ステンレスミラー205の鏡面と交
差するスリット光の画像を示す模式図である。
FIG. 8: CCD camera 12 acquired in the third step
The image of the slit light that intersects the surface of the glass plate 206 on the image of, and the image of the slit light that intersects the mirror surface of the stainless steel mirror 205 on the image of the CCD camera 12 acquired in the third step. It is a schematic diagram.

【図9】 図2の測定ヘッドを用いて測定点の位置測定
を行う測定方法を説明する説明図である。
9 is an explanatory diagram illustrating a measurement method for measuring the position of a measurement point using the measurement head of FIG.

【図10】 第4ステップの処理を説明するための模式
図である。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a process of a fourth step.

【図11】 第4ステップの処理手順を説明するフロー
チャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing procedure of a fourth step.

【図12】 図11のステップ18の処理手順を説明す
るフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a processing procedure of step 18 in FIG. 11.

【図13】 図11のステップ18の処理を説明するた
めの模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the process of step 18 of FIG.

【図14】 第4ステップで得られる足の像を示す説明
図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an image of a foot obtained in a fourth step.

【図15】 第5ステップで得られる足の像を示す説明
図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an image of a foot obtained in a fifth step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 測定ヘッド 12 CCDカメラ 13 スリット光源 14 マーカ 16 エンコーダ 21 ステレオカメラ 22 ステレオカメラ 201 測定台 204 ガイドレール 205 ステンレスミラー 206 ガラス板 10 Measuring head 12 CCD camera 13 slit light source 14 markers 16 encoder 21 stereo camera 22 stereo camera 201 measuring table 204 Guide rail 205 stainless steel mirror 206 glass plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 晋平 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開2001−338278(JP,A) 特開2001−204512(JP,A) 特開 平11−101623(JP,A) 特開 平10−38524(JP,A) 特開 平9−14930(JP,A) 特開 平8−189818(JP,A) 特開 平5−60538(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/ - 11/30 102 A43D 1/02 A61B 5/103 - 5/117 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinpei Fukumoto 2-5-5 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) Reference JP 2001-338278 (JP, A) JP 2001 -204512 (JP, A) JP-A-11-101623 (JP, A) JP-A-10-38524 (JP, A) JP-A-9-14930 (JP, A) JP-A-8-189818 (JP, A) ) JP-A-5-60538 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11 /-11/30 102 A43D 1/02 A61B 5/103-5/117

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 測定台上に載置された鏡、 鏡と平行にかつ鏡の上方に配置された透明ガラス板、 スリット光照射手段および撮像素子とを備えかつ光切断
法によって被測定物の形状を測定する測定ヘッド、 測定ヘッドの位置を検出する位置検出手段、ならびに 測定ヘッドの撮像素子によって撮像された画像と、位置
検出手段によって検出された測定ヘッドの位置とに基づ
いて、被測定物の3次元形状を求める演算手段を備えて
おり、 演算手段は、 測定ヘッドの撮像素子の画像面上において、板ガラスの
表面より上側に現れるスリット光を抽出することによ
り、被測定物の正像のワールド座標系での3次元形状を
求める第1手段、 正像最下点に対する鏡による虚像位置の撮像素子の撮像
面への投影座標を求める第2手段、 求めた投影座標を開始点として、撮像素子の画像面上の
上方向に向かって、被測定物の虚像に対応するスリット
光を追跡することにより、被測定物の虚像のワールド座
標系での3次元形状を求める第3手段、ならびに被測定
物の虚像に対する3次元形状の鏡の鏡面に対して対称な
3次元形状と、被測定物の正像に対する3次元形状とを
合成することにより被測定物の3次元形状を求める第4
手段、 を備えていることを特徴とする形状測定装置。
1. An object to be measured, which comprises a mirror mounted on a measuring table, a transparent glass plate arranged in parallel with the mirror and above the mirror, a slit light irradiating means and an image sensor, and by a light cutting method. An object to be measured based on a measuring head for measuring a shape, a position detecting means for detecting the position of the measuring head, and an image picked up by an image sensor of the measuring head, and the position of the measuring head detected by the position detecting means. Of the normal image of the object to be measured by extracting slit light that appears above the surface of the plate glass on the image surface of the image sensor of the measuring head. The first means for obtaining the three-dimensional shape in the world coordinate system, the second means for obtaining the projected coordinates of the virtual image position by the mirror with respect to the lowest point of the normal image on the image pickup surface of the image pickup element, and the obtained projected coordinates are opened. As a point, the slit light corresponding to the virtual image of the object to be measured is traced upward in the image plane of the image sensor to obtain the three-dimensional shape of the virtual image of the object to be measured in the world coordinate system. The three-dimensional shape of the object to be measured is synthesized by combining the means and the three-dimensional shape symmetrical to the mirror surface of the mirror having the three-dimensional shape with respect to the virtual image of the object to be measured and the three-dimensional shape with respect to the normal image of the object to be measured. Fourth to seek
A shape measuring device comprising:
【請求項2】 第3手段は、被測定物の虚像に対応する
スリット光を追跡しているときに、他のスリット光が追
跡中のスリット光と交差した場合には、左上方向および
右上方向のうち、予め定められた方向にのびるスリット
光を追跡する手段を備えていることを特徴とする請求項
1に記載の形状測定装置。
2. The third means is, when the slit light corresponding to the virtual image of the object to be measured is being tracked, and when another slit light intersects with the slit light being tracked, the upper left direction and the upper right direction. The shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a unit that traces slit light that extends in a predetermined direction.
【請求項3】 第3手段は、被測定物の虚像に対応する
スリット光を追跡しているときに、他のスリット光が追
跡中のスリット光と交差する領域においては、交差前の
所定の水平ライン上で抽出した被測定物の虚像に対応す
るスリット光の位置と、それより所定水平ライン分先に
おいて抽出したスリット光の位置とに基づいて、それら
の間の虚像位置を一次補間により求め、交差後の所定の
水平ライン上で抽出した被測定物の虚像に対応するスリ
ット光の位置と、それより所定水平ライン分前において
抽出したスリット光の位置とに基づいて、それらの間の
虚像位置を一次補間により求める手段を備えている請求
項2に記載の形状測定装置。
3. A third means is, when tracking slit light corresponding to a virtual image of an object to be measured, in a region where another slit light intersects with the slit light being traced, a predetermined distance before the intersection. Based on the position of the slit light corresponding to the virtual image of the DUT extracted on the horizontal line and the position of the slit light extracted a predetermined horizontal line ahead of it, the virtual image position between them is obtained by linear interpolation. , The position of the slit light corresponding to the virtual image of the object to be measured extracted on the predetermined horizontal line after the intersection, and the position of the slit light extracted a predetermined horizontal line before it, the virtual image between them The shape measuring apparatus according to claim 2, further comprising means for determining a position by linear interpolation.
【請求項4】 位置検出手段は、2台のカメラを用いて
ステレオ法により測定ヘッドの位置を検出するものであ
る請求項1、2および3のいずれかに記載の形状測定装
置。
4. The shape measuring device according to claim 1, wherein the position detecting means detects the position of the measuring head by a stereo method using two cameras.
【請求項5】 測定ヘッドのスリット光照射手段から照
射される光束が、鏡の光反射面に対して垂直に出射され
るように、測定ヘッドの姿勢を規制するガイド手段を備
えていることを特徴とする請求項1、2、3および4の
いずれかに記載の形状測定装置。
5. A guide means for regulating the attitude of the measuring head is provided so that the luminous flux emitted from the slit light irradiating means of the measuring head is emitted perpendicularly to the light reflecting surface of the mirror. The shape measuring apparatus according to claim 1, 2, 3, or 4.
【請求項6】 ガイド手段は、測定ヘッドの移動経路を
規制するものであることを特徴とする請求項5に記載の
形状測定装置。
6. The shape measuring apparatus according to claim 5, wherein the guide means regulates a moving path of the measuring head.
【請求項7】 測定ヘッドをガイド手段に沿って移動さ
せるための駆動手段を備えていることを特徴とする請求
項6に記載の形状測定装置。
7. The shape measuring apparatus according to claim 6, further comprising driving means for moving the measuring head along the guide means.
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