JP3901702B2 - Imaging / display device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像・表示装置に関し、特に、被写体をカメラで撮像し、その撮像した画像を画像処理した後に投映できるようにした光学装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging / display apparatus, and more particularly to an optical apparatus that can capture a subject with a camera and project the captured image after image processing.
被写体をカメラにて撮影し、その画像を画像処理して、生産現場で製品の欠陥や判定に利用することは、公知の技術である。また、液晶表示装置(LCD)やDMD(Digital Micromirror Device)などのプロジェクタを用いて像を投映して映し出す装置も既に存在している。 It is a well-known technique to photograph a subject with a camera, image-process the image, and use the image for product defect or determination at a production site. There are already devices that project and project an image using a projector such as a liquid crystal display (LCD) or DMD (Digital Micromirror Device).
しかしながら、被写体を撮像し、その撮り込んだ画像に対してある目的に沿った画像処理を施し、その像を液晶表示装置やDMD上に表示し、更に投映光源を用いて投映しても、被写体の実際の状態をリアルタイムで認識することはできない。 However, even if the subject is imaged, the captured image is subjected to image processing for a certain purpose, the image is displayed on a liquid crystal display device or DMD, and further projected using a projection light source, It is impossible to recognize the actual state of
例えば、壁などの内部の欠陥を赤外線カメラで撮影する場合、壁内のハガレや水漏れなどを赤外線カメラで撮像してとり込んだ画像を画像処理してモニタ上に表示することができるが、そのモニタ上に表示されている壁内部の欠陥の位置などについて、メジャーなどによって壁上を測り、欠陥部分にマークなどを付けて認識するしかなかった。 For example, when shooting an internal defect such as a wall with an infrared camera, you can image the captured image by capturing an image of peeling or water leakage in the wall with an infrared camera, and display it on the monitor. The position of the defect inside the wall displayed on the monitor could only be recognized by measuring the wall with a measure and adding a mark to the defect.
また、電子部品の実装の場合、カメラで撮像し、電子部品がプリント基板上に正しく実装されていないことをモニタ上に表示することができるが、実際のプリント基板上のどこに欠陥があるのかは表示することができなかった。同じ様な電子部品が並んでいる場合、電子部品のある場所を同定するのも手間がかかる作業である。従って、モニタ画面とプリント基板とを交互に見比べながら、欠陥を捜さねばならないのが現状である。 Also, in the case of mounting electronic components, it is possible to take an image with a camera and display on the monitor that the electronic components are not correctly mounted on the printed circuit board. Where is the defect on the actual printed circuit board? Could not display. When similar electronic parts are lined up, identifying a place where the electronic parts are located is a troublesome operation. Therefore, the current situation is that the defect must be searched for by alternately comparing the monitor screen and the printed circuit board.
本発明の目的は、撮像した画像を画像処理した結果に基づいて、欠陥や測定結果などをリアルタイムで正確かつ容易に確認できる光学装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical device capable of accurately and easily confirming a defect, a measurement result, and the like in real time based on a result of image processing of a captured image.
即ち、本発明は、ハーフミラー又はダイクロイックミラーを通して被写体の像を撮像する撮像手段と、その撮像された画像を画像処理する画像処理手段と、その処理結果を表示する液晶表示装置(LCD)又はDMDからなる表示手段と、その表示内容を、撮像した光学系と同軸上に、投映用光源によって前記被写体上に重ねて表示する投映手段とを有し、前記投映用光源により照射された前記液晶表示装置又はDMDからの光が、前記ハーフミラー又はダイクロイックミラーを介して前記被写体上に重なるように投映される撮像・表示装置に係るものである。特に、前記被写体の欠陥等が存在する部分の位置等をその実際の被写体上で知ることができるように、撮り込んだ画像にフィードバックをかけて、その結果を前記被写体上に重ねて表示し、フィードバックの結果を被写体上で確認するようにしたものである。 That is, the present invention relates to an imaging unit that captures an image of a subject through a half mirror or a dichroic mirror, an image processing unit that performs image processing on the captured image, and a liquid crystal display (LCD) or DMD that displays the processing result. a display means composed of, the display contents, on the imaging optical systems coaxial, possess a projection means for displaying superimposed on the object by the projection light source, the liquid crystal display illuminated by the projection light source The present invention relates to an imaging / display device in which light from the device or DMD is projected so as to overlap the subject via the half mirror or dichroic mirror . In particular, in order to be able to know the position of the part where the defect etc. of the subject exists on the actual subject, the captured image is fed back, and the result is displayed on the subject, The result of feedback is confirmed on the subject.
本発明によれば、ハーフミラー又はダイクロイックミラーを通して被写体を撮像し、前記被写体の撮像された画像を画像処理し、その結果をLCD又はDMDからなる表示手段で表示し、その表示内容を投映用光源によって前記ハーフミラー又はダイクロイックミラーを介して前記被写体上に重ねて表示しているので、前記被写体の欠陥等が存在する部分の位置等をその実際の被写体上で知ることができるように、撮り込んだ画像にフィードバックをかけて、その結果を前記被写体上に重ねて表示し、フィードバックの結果を前記被写体上で確認することができる。その結果、前記被写体の欠陥や測定結果を実際の被写体上でリアルタイムで正確かつ容易に確認することができる。 According to the present invention, a subject is imaged through a half mirror or a dichroic mirror, the captured image of the subject is subjected to image processing, and the result is displayed on a display means including an LCD or DMD , and the display content is displayed as a projection light source. Is displayed so as to be superimposed on the subject via the half mirror or dichroic mirror, so that the position of the portion where the subject has a defect, etc. can be captured on the actual subject. It is possible to apply feedback to the image, display the result superimposed on the subject, and check the feedback result on the subject. As a result, the defect of the subject and the measurement result can be confirmed accurately and easily in real time on the actual subject.
本発明においては、前記被写体の像を撮像するカメラと、その撮像された画像を画像処理する前記画像処理手段と、その処理結果を表示するLCD又はDMDからなる前記表示手段と、その表示内容を、撮像した光学系と同軸上に、投映用光源によって前記被写体上に重ねて表示する前記投映手段とを有するのが望ましい。 In the present invention, a camera that captures an image of the object, said image processing means for performing image processing on the captured image, said display means comprising an LCD or DMD display the processing result, the display contents It is desirable that the projection means for displaying the image superimposed on the subject by a projection light source is provided coaxially with the imaged optical system.
この場合、ハーフミラー又はダイクロイックミラーを通して前記被写体を撮像するための、レンズとカメラとを有するのがよい。 In this case, it is preferable to have a lens and a camera for imaging the subject through a half mirror or a dichroic mirror.
また、画像処理した結果の画像が表示される液晶表示装置又はDMDと、この液晶表示装置又はDMD上を走査する走査光源とを有するのがよい。 Further, it is preferable to include a liquid crystal display device or DMD on which an image obtained as a result of image processing is displayed, and a scanning light source that scans the liquid crystal display device or DMD.
そして、前記走査光源により照射された前記液晶表示装置又はDMDからの光がレンズを通った後、前記ハーフミラー又はダイクロイックミラーを介して前記被写体上に重なるように投映されるのがよい。 Then, after the light from the liquid crystal display device or DMD irradiated by the scanning light source passes through the lens, it is preferably projected so as to be superimposed on the subject via the half mirror or dichroic mirror.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面の参照下で詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示す例では、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2を通して、被写体1の像をレンズ3にて例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラ5の撮像面6に結像させる。
In the example shown in FIG. 1, an image of a subject 1 is formed on an imaging surface 6 of a CCD (Charge Coupled Device)
この撮像された画像は、画像処理器7に送り、目的に沿った画像処理(例えば重心検出や、パターンマッチング等の画像処理)を施し、モニタ画面8上に表示する。
The captured image is sent to the
一方、画像処理された画像は、液晶コントローラ10に送り、液晶表示装置9上に表示する。そして、投映用光源11により、液晶表示装置9の画像をレンズ4を通してハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2に導き、ここで反射させ、更に被写体1、レンズ3及びカメラ5と同軸に投映する。これによって、被写体1上に液晶表示装置9上の画像を重ねて投映する。
On the other hand, the processed image is sent to the liquid crystal controller 10 and displayed on the liquid crystal display device 9. Then, the image of the liquid crystal display device 9 is guided to the half mirror (or dichroic mirror) 2 through the
この場合、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2については、ハーフミラーを使用する場合には、投映用光源11の光の一部分が被写体1の方へ(更には被写体1から反射してカメラ5の方へ)進行するが、このとき、撮像面6の前位に、投映用光源11の光の波長をカットするためのフィルタ41を仮想線のように光路上に装入(或いは、光路に対して出し入れ)できるようにしておけば、被写体1の像そのものと、被写体1の像を画像処理した結果の重なった像とを同時に視認することができる。ダイクロイックミラーを使用する場合には、ある波長光は透過し、ある波長光は反射するミラーであるが、投映用光源11の波長光のみ反射し、その他の波長の光は透過するようにしておけば、カメラ5では被写体1のみの像を撮像でき、かつ画像処理した画像のみを投映できる。
In this case, for the half mirror (or dichroic mirror) 2, when the half mirror is used, a part of the light from the projection light source 11 is reflected toward the subject 1 (and further reflected from the subject 1 toward the
図2に示す例では、図1の例と比べて、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2に対し、カメラ5と液晶表示装置9及び投映用光源11との位置が入れ替わっている。
In the example illustrated in FIG. 2, the positions of the
被写体1からの光は、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2で反射させ、カメラ5へ導く一方、投映用光源11から出た光は、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2を透過して被写体1上に投映される。ここで、ダイクロイックミラーを使用する場合、ダイクロイックミラーは、投映用光源11の波長光を透過し、他の波長光は反射するように設計しておけばよい。
Light from the subject 1 is reflected by the half mirror (or dichroic mirror) 2 and guided to the
図3に示す例では、表示器として液晶表示装置9の替りにDMD(Digital Micromirror Device)12を用いている。 In the example shown in FIG. 3, a DMD (Digital Micromirror Device) 12 is used as a display instead of the liquid crystal display device 9.
DMDには、小さなミラーがマトリックス状に並べて配置し、DMDコントローラ13によって各々のミラーの反射角度を制御できるようにしたものであり、投映用表示器として液晶表示装置と同様に市販されている。この例では、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2に対し、その反射側にDMD12を配し、カメラ5を透過側に配している。
In the DMD, small mirrors are arranged in a matrix so that the reflection angle of each mirror can be controlled by the
図4に示す例では、図3の例と比べて、ハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2に対し、反射側にカメラ5を配し、透過側にDMD12を配している。
In the example illustrated in FIG. 4, the
図5は、投映用光源11の例を示すものであり、レーザー光源14から出たレーザー光は、シート状光作製レンズ15により、図6に示すようなシート状レーザー光24に加工する。そして、回転するポリゴンミラー16で反射させ、走査用レンズ17で液晶表示装置9の面上を走査する。
FIG. 5 shows an example of the projection light source 11, and the laser light emitted from the laser light source 14 is processed into a sheet-like laser light 24 as shown in FIG. 6 by the sheet-like
このシート状レーザー光24は、図6に示すシリンドリカルレンズ23のような走査用レンズ17で線状に集光して、液晶表示装置9の面上を走査する。即ち、液晶表示装置の面上の例えば左の列から右の列へと各列を走査すれば、一画面を均等に走査でき、液晶表示装置9を透過した光は、図1に示したレンズ4を通して投映される。なお、ポリゴンミラー16の替りに、ガルバノミラーを用いて走査してもよい。
The sheet-like laser light 24 is condensed in a linear form by a scanning lens 17 such as a cylindrical lens 23 shown in FIG. 6 and scans the surface of the liquid crystal display device 9. That is, if each column is scanned from, for example, the left column to the right column on the surface of the liquid crystal display device, one screen can be scanned uniformly, and the light transmitted through the liquid crystal display device 9 is transmitted to the lens shown in FIG. 4 will be projected. Note that scanning may be performed using a galvanometer mirror instead of the
図7は、投映用光源11として2次元走査用ガルバノミラーを用いた例を示すものであり、レーザー光源14を出たレーザー光は、水平走査用ガルバノミラー18と垂直走査用ガルバノミラー19とにより2次元面上を走査できる。この走査光は、走査用レンズ20(主にfθレンズが用いられる。)により、液晶表示装置9の面上に集光して、この液晶表示装置の各行列の各ビットを走査する。勿論、投映用光源11は、液晶表示装置9のみならず、上述したDMD12の面上を走査してもよい。
FIG. 7 shows an example in which a two-dimensional scanning galvanometer mirror is used as the projection light source 11. Laser light emitted from the laser light source 14 is transmitted by a horizontal scanning galvanometer mirror 18 and a vertical scanning galvanometer mirror 19. A two-dimensional surface can be scanned. The scanning light is condensed on the surface of the liquid crystal display device 9 by a scanning lens 20 (mainly an fθ lens is used), and each bit of each matrix of the liquid crystal display device is scanned. Of course, the projection light source 11 may scan not only the liquid crystal display device 9 but also the surface of the
図8は、撮像用レンズと投映用レンズとを一つにまとめ、兼用することによって、光学系を簡略化した例を示す。 FIG. 8 shows an example in which the optical system is simplified by combining the imaging lens and the projection lens into one and sharing them.
この場合、レンズ28とカメラ5との間にハーフミラー(又はダイクロイックミラー)2を配置する。ここでは、液晶表示装置9を用いているが、DMD12でもよく、また反射側に液晶表示装置9を、透過側にカメラ5を配しているが、この逆でもよい。
In this case, the half mirror (or dichroic mirror) 2 is disposed between the
なお、図8中、仮想線で示すように、レンズ28を撮像用とし、これとは別に投映用のレンズ28Aを配置することが考えられる(これは、上述した他の例でも同様であってよい)。この場合は、撮像時の光軸と投映時の光軸が異なり、被写体1の近傍に処理画像が投映されることになる。
In FIG. 8, as indicated by a virtual line, it is conceivable that the
次に、上述した光学系によって被写体を検知する具体例を説明する。 Next, a specific example in which a subject is detected by the optical system described above will be described.
図9は、壁面21の内部欠陥を表示する例である。 FIG. 9 is an example of displaying the internal defect of the wall surface 21.
即ち、例えば図1に示したように、赤外線カメラ5で家屋の壁面21を撮像すると(図9(A))、内部の空洞や水漏れが存在する箇所では、温度の相違によって赤外線画像で欠陥部を検出できる。モニタ画面8上に、欠陥部分を画像処理した結果の画像を映し出す装置は市販されているが、その欠陥の画像を液晶表示装置9の表示器に表示し、この表示情報を壁面21上に投映した画像(図9(B))が壁面21内の欠陥画像22に相当する。
That is, for example, as shown in FIG. 1, when the wall surface 21 of the house is imaged by the infrared camera 5 (FIG. 9A), in the location where there is an internal cavity or water leak, a defect is detected in the infrared image due to the temperature difference. Part can be detected. An apparatus for displaying an image obtained as a result of image processing of the defective portion on the
このように、直接測定した結果をすぐに実寸大でリアルタイムに表示できるので、目的箇所の確認を容易かつ確実に行え、効果的で解り易い。 In this way, the result of direct measurement can be immediately displayed in real size and in real time, so that the target location can be easily and reliably confirmed, which is effective and easy to understand.
図10は、プリント基板25上に実装された電子部品の実装検査を行う例を示す。
FIG. 10 shows an example in which a mounting inspection of an electronic component mounted on the printed
例えば、図10(A)、(B)に示すように、電子部品26と電子部品27との実装位置が異なっていることがある。高密度、小型化されている電子部品の向き、種類、有無、位置等を判別することは、近年増々難しくなってきているが、例えば図10(B)で示す実装状態が正規の状態であるのに実際には図10(A)の状態が撮像された場合に、この撮像画像を図10(A)の実装状態を記憶した正規の情報と比較し、欠陥部を図10(B)に破線で示すようにすぐに実際のプリント基板25上に表示することができる。
For example, as shown in FIGS. 10A and 10B, the mounting positions of the electronic component 26 and the electronic component 27 may be different. In recent years, it has become increasingly difficult to determine the orientation, type, presence / absence, position, and the like of high-density and miniaturized electronic components. For example, the mounting state shown in FIG. 10B is a normal state. However, when the state of FIG. 10A is actually picked up, this picked-up image is compared with the regular information storing the mounting state of FIG. 10A, and the defective portion is shown in FIG. As shown by the broken line, it can be displayed on the actual printed
このように、実装状態及び位置を容易かつ確実に判別でき、これに基づいて正規の実装状態に確実に修復若しくは変更することができる。また。こうした判別システムは、多品種、少量生産の組立手順を指示するように応用することもできる。なお、上記の記憶情報は、例えば図1に示した画像処理器7に設けることができる。
In this way, the mounting state and position can be easily and reliably determined, and based on this, it can be reliably restored or changed to the regular mounting state. Also. Such a discriminating system can also be applied so as to instruct an assembly procedure for high-mix, low-volume production. The stored information can be provided in the
図11は、生体の臓器31上のガン等の患部29、30に対する手術への応用例を示す。 FIG. 11 shows an example of an application to surgery for affected areas 29 and 30 such as cancer on a living organ 31.
予めCT(Computed Tomography)等で臓器31の患部29、30の位置、大きさを撮影しておき、手術中に切除すべき部分を本発明に基づくシステムを用いて投映しながら手術をすれば、誤って他の部分を切除するミスを防止でき、また手術の手順を示すこともできる。或いは、術後に術部を検出することにより、ハサミ等の術部への置き忘れを防ぐこともできる。 If the position and size of the affected areas 29 and 30 of the organ 31 are imaged in advance by CT (Computed Tomography) or the like, and the operation is performed while projecting the portion to be excised during the operation using the system according to the present invention, It is possible to prevent mistakes in which other parts are accidentally excised, and to indicate a surgical procedure. Alternatively, it is possible to prevent misplacement of scissors or the like in the surgical site by detecting the surgical site after surgery.
図12は、運動選手等のレベルアップ等に応用した例を示す。 FIG. 12 shows an example applied to level-up of athletes and the like.
例えば、本発明に基づくシステムを用いて、走っている選手34を撮像し、その選手の重心位置32を画像処理で計算し、リアルタイムでその人の体上に投映すると、重心の上下動を検出でき、これを是正すること等が可能となる。これにより、もっと良い状態で走れるように修正を加えることができる等、運動状態のチェックとその修正、更には運動時の診断にも用いることができる。 For example, when a running player 34 is imaged using the system according to the present invention, the gravity center position 32 of the player is calculated by image processing, and projected onto the person's body in real time, the vertical movement of the gravity center is detected. It is possible to correct this. As a result, correction can be made so that the vehicle can run in a better state. For example, it can be used for checking and correcting the exercise state, and also for diagnosis during exercise.
図13は、車の重心を表示する例を示す。 FIG. 13 shows an example of displaying the center of gravity of the car.
即ち、車35の走行性能アップのために、本発明に基づくシステムを用いて、走行している車にリアルタイムでその重心位置33等を投映して、上述した例と同様にして、その走行性能の向上に役立たせることができる。
That is, in order to improve the running performance of the car 35, the center of
上述した如く、本発明によれば、撮像した画像を画像処理した結果をすぐに液晶表示装置等の表示器に表示し、撮像した光学系と同軸上に投映して、被写体上に重ねて表示できるようにしたので、被写体上の欠陥や測定結果を実際の被写体上で容易かつ確実に確認でき、家屋の壁や、プリント基板の実装状態等の欠陥検出、その修復、更には処理手順の指示等を行うことができる。 As described above, according to the present invention, the result of image processing of a captured image is immediately displayed on a display such as a liquid crystal display device, projected on the same axis as the captured optical system, and displayed superimposed on the subject. Since it is possible to check the defects and measurement results on the subject easily and reliably on the actual subject, detect defects such as house walls and printed circuit board mounting status, repair them, and instruct the processing procedure Etc. can be performed.
1…被写体、2…ハーフミラー又はダイクロイックミラー、
3、4、28、28A…レンズ、5…カメラ、6…撮像面、7…画像処理器、
8…モニタ画面、9…液晶表示装置、10…液晶コントローラ、11…投映用光源、
12…DMD(Digital Micromirror Device)、13…DMDコントローラ、
14…レーザー光源、15…シート状光作製レンズ、16…ポリゴンミラー、
17、20…走査用レンズ、18…水平走査用ガルバノミラー、
19…垂直走査用ガルバノミラー、21…壁面、22…壁面内の欠陥画像、
23…シリンドリカルレンズ、24…シート状レーザー光、25…プリント基板、
26、27…電子部品、29、30…患部、31…臓器、32、33…重心、
34…運動選手、35…車、41…フィルタ
1 ... subject, 2 ... half mirror or dichroic mirror,
3, 4, 28, 28A ... lens, 5 ... camera, 6 ... imaging surface, 7 ... image processor,
8 ... monitor screen, 9 ... liquid crystal display device, 10 ... liquid crystal controller, 11 ... light source for projection,
12 ... DMD (Digital Micromirror Device), 13 ... DMD controller,
14 ... laser light source, 15 ... sheet-shaped light producing lens, 16 ... polygon mirror,
17, 20 ... lens for scanning, 18 ... galvanometer mirror for horizontal scanning,
19 ... Galvano mirror for vertical scanning, 21 ... Wall surface, 22 ... Defect image in the wall surface,
23 ... Cylindrical lens, 24 ... Sheet-shaped laser beam, 25 ... Printed circuit board,
26, 27 ... electronic components, 29, 30 ... affected area, 31 ... organ, 32, 33 ... center of gravity,
34 ... Athlete, 35 ... Car, 41 ... Filter
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