JP3759585B2 - 物体の三次元形状認識装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の三次元形状認識装置に関し、より詳しくは、物体にスリット光を照射することによってその物体の三次元形状を計測するようにした物体の三次元形状認識装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、物体の三次元形状を認識する装置として、物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えたものが知られている(例えば、特公平8−20213号公報、特開平9−229632号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記画像処理手段はカメラから得られた画像を処理することになるが、取込んだ画像の処理に時間がかかったり、或いはカメラから画像を取込むのに時間がかかったりして、全体としての画像処理の高速化に限界があった。
本発明はそのような事情に鑑み、より高速に画像処理を行なうことができる物体の三次元形状認識装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項1の発明は、物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、また上記画像処理手段を各カメラ毎に複数設けて上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させ、かつ上記制御装置は、各画像処理手段で得られたデータを集計して物体の三次元形状を演算することを特徴とするものである。
また請求項2の発明は、物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させることを特徴とするものである。
【0005】
上記請求項1の発明によれば、第1のカメラからの画像を第1の画像処理手段に入力するとともに該画像処理手段で画像処理している間に、上記変位手段によりスリット光の照射位置を変位させ、その状態で第2のカメラからの画像を第2の画像処理手段に入力するとともに該画像処理手段で画像処理させることができる。
したがって、各カメラからの画像を各画像処理手段に取込むのに時間がかかっても、又は各画像処理手段に取込んだ画像を画像処理するのに時間がかかっても、カメラと画像処理手段とを複数、特に多数設けることにより、全体としての画像の処理時間を飛躍的に高速化することができる。そして制御装置により、各画像処理手段で得られたデータを集計して物体の三次元形状を演算することができる。
また上記請求項2の発明によれば、第1のカメラから画像処理手段に画像を取込んでいる間に、第2のカメラから当該画像処理手段に画像を取込むことができるので、第1のカメラによって物体の撮影が終了した時点で、該第1のカメラで撮影された画像の全てが画像処理手段に転送される前に、直ちに上記変位手段によりスリット光の照射位置を変位させて第2のカメラで物体を撮影させることができる。
したがって請求項2の発明においては、各カメラから画像処理手段に画像を取込むのに時間がかかったとしても、カメラを複数、特に多数設けることにより、全体の処理時間を高速化することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図1において、三次元形状が計測される物体1の上方にこれを撮影する3台のカメラ2A、2B、2Cと、上記物体1にライン状のスリット光を照射する照射手段3とを設けてある。上記カメラの数は3台に限定されるものではなく、要求される処理能力に応じて増減することができる。
上記物体に照射されるスリット光の照射位置は変位手段6によって変位されるようになっており、図示実施例では上記変位手段6は、上記物体1を載置した搬送テーブル7と、この搬送テーブル7に固定したナット部材8に螺合させたねじ軸9と、このねじ軸9を回転させるサーボモータ10とを備えている。
上記変位手段6としては上述した構成のものに限定されるものではなく、カメラ2A〜2Cと照射手段3とを移動させるようにしても、或いはガルバノミラー等を用いてスリット光のみを変位させるようにしてもよい。
上記サーボモータ10の運転は制御装置13によって制御されるようになっており、上記サーボモータ10によってねじ軸9を回転させることにより上記搬送テーブル7を移動させることができるようにしてある。上記サーボモータ10に設けたエンコーダ14からのパルス信号は上記制御装置13に入力されるようになっており、そのパルス数から上記搬送テーブル7上に載置された物体1の搬送量を算出することができるようになっている。
【0007】
図示実施例では、上記各カメラ2A〜2Cはそれぞれ鉛直下方に向けて配置してあり、他方、照射手段3は斜めに配置して、上記各カメラ2A〜2Cの鉛直下方位置となる搬送テーブル7に上記スリット光を照射することができるようにしてある。
このとき各カメラ2A〜2Cに同一視野の画像を導くために、図2に示すように光学手段17を設けてある。図示実施例では、この光学手段17は、各カメラ2A〜2Cを一体に連結するハウジング18に設けたハーフミラー19A及び19Bとミラー19Cとを備えており、カメラ2Aではハーフミラー19Aを透過した画像を撮影することができるようになっている。
また、カメラ2Bではハーフミラー19Aと19Bとで反射された画像を撮影することができるようになっており、さらにカメラ2Cではハーフミラー19Aで反射されるとともにハーフミラー19Bを透過し、さらにミラー19Cで反射された画像を撮影することができるようになっている。
そして各カメラ2A〜2Cでは同一の画像を撮影することができるようになっているが、後に詳述するように各カメラ2A、2B、2Cは、上記変位手段6により物体1に対するスリット光の照射位置が順次変位された後に、順次物体を撮影するようになっている。
【0008】
図1に示すように、上記照射手段3から照射される上記スリット光は、搬送テーブル7の送り方向と直交する方向に照射されるようになっている。またこのスリット光は、上記カメラ2Aの光軸(図2参照)と搬送テーブル7の表面とが交わる点を横切るように設定してあり、かつスリット光とカメラ2Aの光軸との交差角度θはあらかじめ所定の角度に設定してある。なお、必ずしもカメラ2Aの光軸を鉛直下方に向ける必要はなく、斜めに配置してあっても良い。
【0009】
上記カメラ2A、2B、2Cで物体1を撮影する際には、先ずカメラ2Aによって撮影が行なわれる。このカメラ2Aによって撮影された画像は図1、図3に示す画像処理手段21Aに転送され、この画像処理手段21Aに取込まれた画像は公知の光切断法によって処理され、物体1の各部の高さが演算される。そしてその演算結果はデータとして制御装置13の集計処理部22に送られる。
上記制御装置13は、カメラ2Aによって撮影された画像が画像処理手段21Aに取込まれるとともに該画像処理手段21Aによって画像の処理が行なわれている間に、上記エンコーダ14からのパルスをパルスカウンタ23でカウントして物体1の搬送量を算出しており、物体1が所定量搬送されて該物体1に対するスリット光の照射位置が所定量変位されたら、カメラ2Bによって撮影された画像を画像処理手段21Bに入力させる。この画像処理手段21Bに取込まれた画像も公知の光切断法によって処理されて物体1の各部の高さが演算され、その演算結果はデータとして制御装置13の集計処理部22に送られるようになる。
さらに同様にして、物体1が更に所定量搬送されて該物体1に対するスリット光の照射位置が所定量変位されたことを制御装置13が検出したら、カメラ2Cからの信号が画像処理手段21Cに入力される。この画像処理手段21Cに取込まれた画像も光切断法によって処理されて物体1の各部の高さが演算され、その演算結果はデータとして制御装置13の集計処理部22に送られる。
この後、物体1が更に所定量搬送されると、これまでには上記画像処理手段21Aにおける画像処理は終了しており、それによりカメラ2Aから新たな信号が画像処理手段21Aに入力されて、以後同様な作業が繰り返される。
このようにして物体1に対する全てのデータが集計処理部22に集積されたら、制御装置はそのデータに基づいて物体1の三次元形状を演算するようになる。
【0010】
図4は本発明の第2実施例を示すもので、本実施例は、画像処理手段21における画像処理は充分に高速であるが、カメラから画像処理手段21に画像を入力するのに時間がかかる場合に適用して好適なものである。
すなわち本実施例では画像処理手段21は1つだけ設けられ、この画像処理手段21に上記カメラ2A、2B、2Cが接続されている。図4には記載してないが、本実施例においても各カメラ2A、2B、2Cに同一視野の画像を導くために、上記光学手段17を設けてあり、その他の構成も前述した実施例と同様となっている。
本実施例においては、カメラ2Aからの画像が画像処理手段21に取込まれている最中に、すなわちその取込みが終了する以前に、物体1が所定量搬送されて該物体1に対するスリット光の照射位置が所定量変位されるようになっている。そして上記制御装置13は、スリット光の照射位置が所定量変位されたら、カメラ2Bによって物体1を撮影するとともにその画像を上記画像処理手段21に入力させる。このとき、カメラ2Bによる画像は、同一の画像処理手段21内において、上記カメラ2Aからの画像が取込まれるメモリ領域とは異なるメモリ領域に取込まれることになる。
さらに、カメラ2Bからの画像が画像処理手段21に取込まれている最中に更にスリット光の照射位置が所定量変位されたら、上記制御装置13は、カメラ2Cによって物体1を撮影するとともにその画像を上記画像処理手段21に入力させる。このとき、カメラ2Cによる画像は、同一の画像処理手段21内において、上記カメラ2A及び2Bからの画像が取込まれるメモリ領域とは異なるメモリ領域に取込まれることになる。
この後、物体1が更に所定量搬送されると、これまでには上記カメラ2Aから画像処理手段21に取込まれた画像に対する画像処理は終了しており、それによりカメラ2Aから新たな画像が画像処理手段21に入力されて、以後同様な作業が繰り返される。
本実施例では、各カメラ2A〜2Cからの画像は物体1の撮影順に画像処理手段21に取込まれ、かつ画像処理手段21で画像処理された各データはその撮影順に制御装置13に受け渡されるので第1実施例の集計処理部22は省略されており、制御装置13は、物体1に対する全てのデータに基づいて物体1の三次元形状を演算するようになる。
上述した説明から理解されるように、本実施例においては、高速な画像処理に比較して、カメラから画像処理手段21へ画像を転送するのに時間がかかる場合に有効である。特に、カメラによって大画面で高精細な画像を得るようにした場合に有効である。
【0011】
なお、上述したいずれの実施例においても、制御手段13は画像処理手段21又は21A〜21Cを制御して各カメラ2A〜2Cからの画像取り込みを制御しているが、これに限定されるものではない。例えば各カメラ2A〜2Cにシャッターを設け、各シャッターの開閉を制御するようにしてもよい。
また上記実施例においては、照射手段3は物体1に1本のスリット光を照射するようになっているが、複数本の平行なスリット光を照射するものであってもよい。この場合には、各カメラ2A〜2Cから取込まれる各画像にはそれぞれ複数本のスリット光が撮影されるようになるので、各スリット光について上述の画像処理を行なえばよい。
【0012】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来に比較して物体の形状を短時間で認識することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す斜視図。
【図2】光学手段17の一例を示す概略構成図。
【図3】画像処理手段21A〜21Cの作動を説明するための構成図。
【図4】本発明の第2実施例を示す図3と同様な構成図。
【符号の説明】
1 物体 2A〜2C カメラ
3 照射手段 6 変位手段
13 制御装置 17 光学手段
22 集計処理部 21、21A〜21C 画像処理手段
Claims (3)
- 物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、また上記画像処理手段を各カメラ毎に複数設けて上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させ、かつ上記制御装置は、各画像処理手段で得られたデータを集計して物体の三次元形状を演算することを特徴とする物体の三次元形状認識装置。 - 物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させることを特徴とする物体の三次元形状認識装置。 - 上記光学手段はハーフミラーを備えており、該ハーフミラーを透過した画像を第1のカメラで、該ハーフミラーで反射された画像を第2のカメラで撮影することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の物体の三次元形状認識装置。
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