JP3422618B2 - レーザ変位計 - Google Patents
レーザ変位計Info
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- JP3422618B2 JP3422618B2 JP04269096A JP4269096A JP3422618B2 JP 3422618 B2 JP3422618 B2 JP 3422618B2 JP 04269096 A JP04269096 A JP 04269096A JP 4269096 A JP4269096 A JP 4269096A JP 3422618 B2 JP3422618 B2 JP 3422618B2
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- JP
- Japan
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- line sensor
- sensor camera
- measured
- slit
- lens
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ変位計に関
する。例えば、路面形状計測等に適用されるものであ
る。
する。例えば、路面形状計測等に適用されるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の路面形状計測車の一例を図２に示
す。この路面形状計測車１の一つの機能は、路面評価の
対象の一つである路面の“わだち掘れ”、つまり、横断
方向の凹凸を多点非接触計測方式により計測するもので
ある。即ち、路面形状計測車１のフロントバンパーには
多数のスリット投光器２が取り付けられると共にその客
室前方には二台のラインセンサカメラ３が取り付けられ
ている。スリット投光器２は、レーザー光であるスリッ
ト光を路面に対して斜めに照射し、スリット光の数は５
４本、その幅は１〜２ｍｍである。
す。この路面形状計測車１の一つの機能は、路面評価の
対象の一つである路面の“わだち掘れ”、つまり、横断
方向の凹凸を多点非接触計測方式により計測するもので
ある。即ち、路面形状計測車１のフロントバンパーには
多数のスリット投光器２が取り付けられると共にその客
室前方には二台のラインセンサカメラ３が取り付けられ
ている。スリット投光器２は、レーザー光であるスリッ
ト光を路面に対して斜めに照射し、スリット光の数は５
４本、その幅は１〜２ｍｍである。
【０００３】ラインセンサカメラ３は、路面上に形成さ
れたスリット光を観測するものであり、二台設けたの
は、計測できる横幅を拡大するためである。従って、理
論的には、１台のラインセンサカメラ３を用いることが
できる。ラインセンサカメラ３としては、一般的に、一
次元に配置されたＣＣＤ（固体撮像素子）カメラが用い
られる。路面の横断方向の凹凸としては、三角測量の原
理に基づいて、下式（１）（２）に従いスリット光座標
（Ｘs，Ｙs）が計算される。
れたスリット光を観測するものであり、二台設けたの
は、計測できる横幅を拡大するためである。従って、理
論的には、１台のラインセンサカメラ３を用いることが
できる。ラインセンサカメラ３としては、一般的に、一
次元に配置されたＣＣＤ（固体撮像素子）カメラが用い
られる。路面の横断方向の凹凸としては、三角測量の原
理に基づいて、下式（１）（２）に従いスリット光座標
（Ｘs，Ｙs）が計算される。
【０００４】
【数１】
【０００５】但し、図３に示すように、（Ｘc，Ｙc）は
ラインセンサカメラ３のレンズ中心座標、（Ｘl，Ｙl）
はスリット投光器２の投光中心座標である。原点は、車
両中心で基準路面（スリット投光器２より１１００ｍｍ
下方に想定した平らな路面）高さとする。座標軸は、助
手席側を＋Ｘ、鉛直上向きを＋Ｙとする。更に、θmは
ラインセンサカメラ３の観測線の観測角、θlはスリッ
ト投光器２の投光線の投光角である。角度は鉛直下向き
を０°とし、反時計回りを正とする。観測角θmは、次
式（３）により計算される。
ラインセンサカメラ３のレンズ中心座標、（Ｘl，Ｙl）
はスリット投光器２の投光中心座標である。原点は、車
両中心で基準路面（スリット投光器２より１１００ｍｍ
下方に想定した平らな路面）高さとする。座標軸は、助
手席側を＋Ｘ、鉛直上向きを＋Ｙとする。更に、θmは
ラインセンサカメラ３の観測線の観測角、θlはスリッ
ト投光器２の投光線の投光角である。角度は鉛直下向き
を０°とし、反時計回りを正とする。観測角θmは、次
式（３）により計算される。
【０００６】
【数２】
【０００７】但し、図４（ｂ）に示すように、ｌcはラ
インセンサカメラ３の写像位置、Ｈcはラインセンサカ
メラ３とそのレンズ４との間の距離である。写像位置ｌ
cは、次式（４）により計算される。
インセンサカメラ３の写像位置、Ｈcはラインセンサカ
メラ３とそのレンズ４との間の距離である。写像位置ｌ
cは、次式（４）により計算される。
【０００８】
【数３】
【０００９】但し、図４（ａ）に示すように、Ｎpはラ
インセンサカメラ３の画素総数、Ｌcはラインセンサカ
メラ３の長さ、写像位置ｌcにおける画素アドレスであ
る。
インセンサカメラ３の画素総数、Ｌcはラインセンサカ
メラ３の長さ、写像位置ｌcにおける画素アドレスであ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の路面形
状計測車においては、ラインセンサカメラ３のレンズ中
心座標（Ｘc，Ｙc）、スリット投光器２の投光線の投光
角θlは固定で既知のため、ラインセンサカメラ３の観
測線の観測角θmを計測すれば、三角測量の原理に基づ
いて、上記式（１）〜（４）によりスリット光座標（Ｘ
s，Ｙs）である横断方向の凹凸が求められる。
状計測車においては、ラインセンサカメラ３のレンズ中
心座標（Ｘc，Ｙc）、スリット投光器２の投光線の投光
角θlは固定で既知のため、ラインセンサカメラ３の観
測線の観測角θmを計測すれば、三角測量の原理に基づ
いて、上記式（１）〜（４）によりスリット光座標（Ｘ
s，Ｙs）である横断方向の凹凸が求められる。
【００１１】しかしながら、実際には、図１０に示すよ
うに、レンズ４に光学的歪が存在するため、観測角は真
の角度θmとして観測されるのではなく、それよりずれ
た角度θm′として観測されることになる。そのため、
そのずれた角度θm′を観測角として上記式に代入する
ことにより、誤ったスリット光座標（Ｘs′，Ｙs′）が
求められる結果となっていた。本発明は、上記従来技術
に鑑みてなされたものであり、レンズの光学的歪を補正
して、正確な計測が可能なレーザ変位計を提供すること
を目的とする。
うに、レンズ４に光学的歪が存在するため、観測角は真
の角度θmとして観測されるのではなく、それよりずれ
た角度θm′として観測されることになる。そのため、
そのずれた角度θm′を観測角として上記式に代入する
ことにより、誤ったスリット光座標（Ｘs′，Ｙs′）が
求められる結果となっていた。本発明は、上記従来技術
に鑑みてなされたものであり、レンズの光学的歪を補正
して、正確な計測が可能なレーザ変位計を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明は、被計測面に対して、複数のスリット光をそれぞ
れ斜めに照射する一方、前記被計測面の上方からライン
センサカメラにより光学レンズを介して前記スリット光
を計測して、三角測量の原理により前記被計測面の凹凸
を求めるレーザ変位計において、予め前記光学レンズの
光学的歪を除去するための補正値を求めて、前記ライン
センサカメラの各画素位置に対応して補正テーブルに記
憶し、該補正テーブルの補正値に基づいて各画素位置毎
に前記ラインセンサカメラからの出力を補正して三角測
量の原理により前記被計測面の凹凸を求めることを特徴
とする。ここで、前記補正テーブルは、複数の前記ライ
ンセンサカメラに応じて個別に設定されることを特徴と
する。
発明は、被計測面に対して、複数のスリット光をそれぞ
れ斜めに照射する一方、前記被計測面の上方からライン
センサカメラにより光学レンズを介して前記スリット光
を計測して、三角測量の原理により前記被計測面の凹凸
を求めるレーザ変位計において、予め前記光学レンズの
光学的歪を除去するための補正値を求めて、前記ライン
センサカメラの各画素位置に対応して補正テーブルに記
憶し、該補正テーブルの補正値に基づいて各画素位置毎
に前記ラインセンサカメラからの出力を補正して三角測
量の原理により前記被計測面の凹凸を求めることを特徴
とする。ここで、前記補正テーブルは、複数の前記ライ
ンセンサカメラに応じて個別に設定されることを特徴と
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】光学的歪が存在するレンズを介し
てラインセンサカメラによりスリット光を計測すると、
図１０に示すように、ラインセンサカメラの位置に対す
るスリット光の位置のなす角度である観測角θmがずれ
てθm′として観測されるため、ラインセンサカメラの
写像位置ｌcもずれ、その写像位置ｌcを示す画素アドレ
スＮも、次式（５）のように、理論値Ｎtから実測値Ｎm
へと誤差ΔＮを生じることとなる。
てラインセンサカメラによりスリット光を計測すると、
図１０に示すように、ラインセンサカメラの位置に対す
るスリット光の位置のなす角度である観測角θmがずれ
てθm′として観測されるため、ラインセンサカメラの
写像位置ｌcもずれ、その写像位置ｌcを示す画素アドレ
スＮも、次式（５）のように、理論値Ｎtから実測値Ｎm
へと誤差ΔＮを生じることとなる。
【００１４】ΔＮ＝Ｎt−Ｎm …（５）
また、レンズの光学的歪は、中央部と周辺部とでは一様
ではなく、その個体ごとにある分布を以て存在するた
め、上記ΔＮは画素アドレスに応じて変化する。
ではなく、その個体ごとにある分布を以て存在するた
め、上記ΔＮは画素アドレスに応じて変化する。
【００１５】そこで、本発明では、予め、レンズの光学
的歪を除去するための補正値として上記ΔＮを求めて、
図１に示すように、ラインセンサカメラの各画素位置Ｎ
に対応して補正テーブル５に記憶し、この補正テーブル
５の各画素位置Ｎに対応した補正値ΔＮを、実測値Ｎm
に加えて理論値Ｎt（＝ΔＮ＋Ｎm）とし、この理論値Ｎ
tを上記（４）式の画素アドレスＮとして代入すること
により、レンズの光学的歪を除去して、正確なtanθmを
求めることができる。
的歪を除去するための補正値として上記ΔＮを求めて、
図１に示すように、ラインセンサカメラの各画素位置Ｎ
に対応して補正テーブル５に記憶し、この補正テーブル
５の各画素位置Ｎに対応した補正値ΔＮを、実測値Ｎm
に加えて理論値Ｎt（＝ΔＮ＋Ｎm）とし、この理論値Ｎ
tを上記（４）式の画素アドレスＮとして代入すること
により、レンズの光学的歪を除去して、正確なtanθmを
求めることができる。
【００１６】このようにして求めたtanθmを、上記
（１）（２）式に代入することにより、レンズの光学的
歪を除去して、正確なスリット光座標（Ｘs，Ｙs）を求
めることができる。
（１）（２）式に代入することにより、レンズの光学的
歪を除去して、正確なスリット光座標（Ｘs，Ｙs）を求
めることができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図５〜図９に本発明の一実施
例に係るレーザ変位計を示す。本実施例は、図２に示す
路面形状計測車１に適用されるものでる。同図に示すよ
うに、基準路面より１１００ｍｍの高さには、多数のス
リット投光器２が基準路面に対して傾斜して取り付けら
れている。
参照して詳細に説明する。図５〜図９に本発明の一実施
例に係るレーザ変位計を示す。本実施例は、図２に示す
路面形状計測車１に適用されるものでる。同図に示すよ
うに、基準路面より１１００ｍｍの高さには、多数のス
リット投光器２が基準路面に対して傾斜して取り付けら
れている。
【００１８】スリット投光器２は、図中実線で示す可視
光を照射するもの、図中破線で示す赤外光を照射するも
のとが交互に配列している。スリット投光器２は、図
７、図８に示すように、路面に対する傾斜角は４５°の
ものが４４個、路面に対する傾斜角が５５．５°のもの
が１０個であり、また、スリット投光器２は中央部分で
は２列に配列し、外側部分では３列に配列している。
光を照射するもの、図中破線で示す赤外光を照射するも
のとが交互に配列している。スリット投光器２は、図
７、図８に示すように、路面に対する傾斜角は４５°の
ものが４４個、路面に対する傾斜角が５５．５°のもの
が１０個であり、また、スリット投光器２は中央部分で
は２列に配列し、外側部分では３列に配列している。
【００１９】更に、基準路面より２５８８ｍｍの高さに
は、２箇所に２台のラインセンサカメラ３が配設されて
いる。つまり、本実施例では、合計４台のラインセンサ
カメラ３が配置されている。そして、各箇所におけるラ
インセンサカメラ３には可視光用のフィルタと、赤外光
用のフィルタがそれぞれ取り付けられている。
は、２箇所に２台のラインセンサカメラ３が配設されて
いる。つまり、本実施例では、合計４台のラインセンサ
カメラ３が配置されている。そして、各箇所におけるラ
インセンサカメラ３には可視光用のフィルタと、赤外光
用のフィルタがそれぞれ取り付けられている。
【００２０】従って、選択波長の異なるフィルタを取り
付けられたラインセンサカメラ３は、スリット投光器よ
り照射されたスリット光のうち赤外光又は可視光の何れ
かを分離して選択的に観測することとなる。このように
波長を分離してラインセンサカメラ３により観測するこ
とにより、横方向の測定ピッチを細かく保ちながら、高
さ方向の計測レンジを拡大することができる利点があ
る。
付けられたラインセンサカメラ３は、スリット投光器よ
り照射されたスリット光のうち赤外光又は可視光の何れ
かを分離して選択的に観測することとなる。このように
波長を分離してラインセンサカメラ３により観測するこ
とにより、横方向の測定ピッチを細かく保ちながら、高
さ方向の計測レンジを拡大することができる利点があ
る。
【００２１】各ラインセンサカメラ３には、図９に示す
ように、その前面にレンズ４が取り付けられており、そ
のレンズ４には一般に光学的歪が伴う。そのため、図１
０に示すように、レンズ４の光学的歪により、ラインセ
ンサカメラ３の観測角θmがずれてθm′として観測さ
れ、ラインセンサカメラの写像位置ｌcもずれ、その写
像位置ｌcを示す画素アドレスＮも、次式（５）のよう
に、理論値Ｎtから実測値Ｎmへと誤差ΔＮを生じること
となる。
ように、その前面にレンズ４が取り付けられており、そ
のレンズ４には一般に光学的歪が伴う。そのため、図１
０に示すように、レンズ４の光学的歪により、ラインセ
ンサカメラ３の観測角θmがずれてθm′として観測さ
れ、ラインセンサカメラの写像位置ｌcもずれ、その写
像位置ｌcを示す画素アドレスＮも、次式（５）のよう
に、理論値Ｎtから実測値Ｎmへと誤差ΔＮを生じること
となる。
【００２２】ΔＮ＝Ｎt−Ｎm …（５）
そこで、本実施例では、図６に示すように、４台のライ
ンセンサカメラ３1，３2，３3，３4について、画素アド
レス補正値ΔＮを各々予め求めた。この画素アドレス補
正値ΔＮは、図６に示すように０レベルで校正すること
により、レンズ４の光学的歪を除去することが可能であ
る。また、この画素アドレス補正値は、図６に示すよう
に、中央部と周辺部とでは一様ではなく、画素アドレス
に応じて変化するものであり、しかも、各ラインセンサ
カメラ３毎に異なる値となることが判る。１画素の長さ
は０．６４ｍｍである。
ンセンサカメラ３1，３2，３3，３4について、画素アド
レス補正値ΔＮを各々予め求めた。この画素アドレス補
正値ΔＮは、図６に示すように０レベルで校正すること
により、レンズ４の光学的歪を除去することが可能であ
る。また、この画素アドレス補正値は、図６に示すよう
に、中央部と周辺部とでは一様ではなく、画素アドレス
に応じて変化するものであり、しかも、各ラインセンサ
カメラ３毎に異なる値となることが判る。１画素の長さ
は０．６４ｍｍである。
【００２３】従って、図１に示すように、この画素アド
レス補正値ΔＮを補正テーブル５として予め各ラインセ
ンサカメラ３0，３1，３2，３3毎に記憶し、各画素位置
Ｎに対応した補正値ΔＮを、実測値Ｎmに加えて理論値
Ｎt（＝ΔＮ＋Ｎm）とし、この理論値Ｎtを上記（４）
式の画素アドレスＮとして代入することにより、レンズ
の光学的歪を除去して、正確なtanθmを求めることがで
きる。このようにして求めたtanθmを、上記（１）
（２）式に代入することにより、レンズの光学的歪を除
去して、正確なスリット光座標（Ｘs，Ｙs）を求めるこ
とができる。
レス補正値ΔＮを補正テーブル５として予め各ラインセ
ンサカメラ３0，３1，３2，３3毎に記憶し、各画素位置
Ｎに対応した補正値ΔＮを、実測値Ｎmに加えて理論値
Ｎt（＝ΔＮ＋Ｎm）とし、この理論値Ｎtを上記（４）
式の画素アドレスＮとして代入することにより、レンズ
の光学的歪を除去して、正確なtanθmを求めることがで
きる。このようにして求めたtanθmを、上記（１）
（２）式に代入することにより、レンズの光学的歪を除
去して、正確なスリット光座標（Ｘs，Ｙs）を求めるこ
とができる。
【００２４】このように本実施例では、４台のラインセ
ンサカメラ３0，３1，３2，３3毎に、四つの補正テーブ
ル５を用意したが、各ラインセンサカメラ３についての
光学的歪がほぼ同様である場合には、近似的に一つの補
正テーブル５を共用することも可能である。
ンサカメラ３0，３1，３2，３3毎に、四つの補正テーブ
ル５を用意したが、各ラインセンサカメラ３についての
光学的歪がほぼ同様である場合には、近似的に一つの補
正テーブル５を共用することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、予め光学レンズの光学的歪を除
去するための補正値を求めて、ラインセンサカメラの各
画素位置に対応して補正テーブルに記憶し、この補正テ
ーブルの補正値に基づいて各画素位置毎に前記ラインセ
ンサカメラからの出力を補正するため、光学レンズの光
学的歪を除去して、測定制度を上げることが可能とな
る。特に、複数のラインセンサカメラを使用する場合に
おいても、各ラインセンサカメラ毎に補正テーブルを用
意することにより、各光学レンズの光学歪を個別に除去
することができるという利点がある。
たように、本発明では、予め光学レンズの光学的歪を除
去するための補正値を求めて、ラインセンサカメラの各
画素位置に対応して補正テーブルに記憶し、この補正テ
ーブルの補正値に基づいて各画素位置毎に前記ラインセ
ンサカメラからの出力を補正するため、光学レンズの光
学的歪を除去して、測定制度を上げることが可能とな
る。特に、複数のラインセンサカメラを使用する場合に
おいても、各ラインセンサカメラ毎に補正テーブルを用
意することにより、各光学レンズの光学歪を個別に除去
することができるという利点がある。
【図１】本発明のレーザ変位計における実施形態を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】路面形状計測車の斜視図である。
【図３】三角測量法によるわだち掘れの測定原理を示す
説明図てある。
説明図てある。
【図４】ラインセンサカメラの構造図である。
【図５】スリット投光器及びラインセンサカメラのレイ
アウトを示す説明図である。
アウトを示す説明図である。
【図６】画素アドレス補正値を示すグラフである。
【図７】スリット投光器の配列を示す説明図である。
【図８】スリット投光器を示す説明図である。
【図９】ラインセンサカメラを示す説明図である。
【図１０】レンズの光学的歪の影響を示す説明図であ
る。
る。
１ 路面形状計測車
２ スリット投光器
３ ラインセンサカメラ
４ レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大貫 薫
東京都文京区湯島三丁目一番三号 東京
道路エンジニア株式会社
(72)発明者 小野 義道
東京都文京区湯島三丁目一番三号 東京
道路エンジニア株式会社
(72)発明者 幸田 信則
東京都文京区湯島三丁目一番三号 東京
道路エンジニア株式会社
(56)参考文献 特開 昭60−210706（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−3609（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30
Claims (2)
- 【請求項１】 被計測面に対して、複数のスリット光を
それぞれ斜めに照射する一方、前記被計測面の上方から
ラインセンサカメラにより光学レンズを介して前記スリ
ット光を計測して、三角測量の原理により前記被計測面
の凹凸を求めるレーザ変位計において、予め前記光学レ
ンズの光学的歪を除去するための補正値を求めて、前記
ラインセンサカメラの各画素位置に対応して補正テーブ
ルに記憶し、該補正テーブルの補正値に基づいて各画素
位置毎に前記ラインセンサカメラからの出力を補正して
三角測量の原理により前記被計測面の凹凸を求めること
を特徴とするレーザ変位計。 - 【請求項２】 前記補正テーブルは、複数の前記ライン
センサカメラに応じて個別に設定されることを特徴とす
る請求項１記載のレーザ変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04269096A JP3422618B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | レーザ変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04269096A JP3422618B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | レーザ変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09236419A JPH09236419A (ja) | 1997-09-09 |
| JP3422618B2 true JP3422618B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=12643043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04269096A Expired - Lifetime JP3422618B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | レーザ変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422618B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5702703B2 (ja) * | 2011-11-02 | 2015-04-15 | 大成建設株式会社 | コンクリート打継面の評価装置 |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP04269096A patent/JP3422618B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09236419A (ja) | 1997-09-09 |
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Legal Events
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