JP5610579B2 - 3D dimension measuring device - Google Patents
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本発明は、3次元寸法測定装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional dimension measuring apparatus.
画像から寸法を求める際に、高倍率(高精細)画像を取得することで、寸法の算出精度が向上する。しかしながら、同じ大きさの受光素子を用いた場合、高倍率画像は撮影範囲が狭くなるため、測定可能な測定対象の大きさが小さくなる。また、測定対象の大きさに応じ撮影範囲を変えた場合、ズーミング、および、フォーカシングの状態によって画像歪みなどのカメラパラメータが変わってしまい、正確な寸法測定ができなくなる。さらに、高倍率で撮影した場合、測定対象の一部しか確認できなくなるため、測定対象全体のうちどの部分を撮影しているのかの判断が難しくなる。 When obtaining the dimension from the image, the dimension calculation accuracy is improved by acquiring a high-magnification (high-definition) image. However, when light receiving elements having the same size are used, a high-magnification image has a narrow photographing range, so that the size of a measurable measurement target is small. In addition, when the shooting range is changed according to the size of the measurement target, camera parameters such as image distortion change depending on zooming and focusing states, and accurate dimension measurement cannot be performed. Further, when shooting at a high magnification, only a part of the measurement object can be confirmed, so it is difficult to determine which part of the entire measurement object is being shot.
これらの課題に対し、特開2008−241491号公報(特許文献1)において廣岡らは、ズーム及びフォーカス機能を有するステレオカメラを用いた3次元計測装置において、ズーム及びフォーカスが変化した場合でも精度のよい3次元計測を行うことが可能な3次元計測装置について述べている。すなわち、ズーム及びフォーカスが可変な撮像手段を1つ以上含む複数の撮像手段と、ズーミング及びフォーカシングの制御手段と、複数の撮像手段が出力した撮像画像をステレオ画像処理し3次元情報を計測するステレオ画像処理手段と、ステレオ画像処理を行うために必要なカメラ情報を格納するカメラ情報格納手段とを有する3次元計測装置において、カメラ情報格納手段は各撮像手段のズームの状態及びフォーカスの状態に依存して変化するカメラ情報については、その状態に応じた複数のカメラ情報を持ち、ステレオ画像処理手段が各撮像手段のズームの状態及びフォーカスの状態を取得して、カメラ情報格納部から対応するカメラ情報を取得し、ステレオ画像処理に用いる方法について述べている。 In response to these problems, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-241491 (Patent Document 1), Sasaoka et al., In a three-dimensional measurement apparatus using a stereo camera having a zoom and focus function, has high accuracy even when the zoom and focus change. A three-dimensional measuring apparatus capable of performing good three-dimensional measurement is described. That is, a plurality of image pickup means including one or more image pickup means with variable zoom and focus, a zooming and focusing control means, and a stereo for processing three-dimensional information by processing a picked-up image output from the plurality of image pickup means. In a three-dimensional measuring apparatus having image processing means and camera information storage means for storing camera information necessary for performing stereo image processing, the camera information storage means depends on the zoom state and focus state of each imaging means. As for the camera information that changes, the camera has a plurality of camera information corresponding to the state, the stereo image processing unit acquires the zoom state and the focus state of each imaging unit, and the corresponding camera from the camera information storage unit It describes a method for acquiring information and using it for stereo image processing.
また、特開2008−70120号公報(特許文献2)において廣岡らは、ズームが可変なステレオ撮像を用いた距離計測装置において、ズームが変化した場合でも正確なステレオ画像処理による距離計測を行う距離計測装置について述べている。すなわち、撮像を行うズームが可変な第一,第二の撮像手段と、第一,第二の撮像手段が出力するステレオ撮像画像を用いてステレオ画像処理を行い、距離情報を演算するステレオ画像処理手段と、第一の撮像手段と第二の撮像手段が出力する撮像画像を用いて画像処理を行い、ズームの変化量を検出するズーム変化量検出手段とを有する。検出した第一,第二の撮像手段のズーム倍率に差がある場合に、その差を補正するように第一,第二の撮像手段を制御する。また、ステレオ画像処理手段がズーム変化量検出手段の出力するズーム変化量を用いてステレオ画像処理を行うことで、ズーム変化時にも精度の良いステレオ画像処理を行い、正確な距離計測を行うことが可能となると述べている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-70120 (Patent Document 2), Tsujioka et al. In a distance measuring device using stereo imaging with variable zoom, a distance that performs distance measurement by accurate stereo image processing even when the zoom changes. A measuring device is described. In other words, stereo image processing is performed by performing stereo image processing using the first and second imaging means with variable zoom for imaging and the stereo captured images output by the first and second imaging means, and calculating distance information. And a zoom change amount detecting means for performing image processing using the captured images output from the first image pickup means and the second image pickup means and detecting a zoom change amount. When there is a difference between the detected zoom magnifications of the first and second imaging means, the first and second imaging means are controlled so as to correct the difference. Also, the stereo image processing means performs stereo image processing using the zoom change amount output from the zoom change amount detection means, so that accurate stereo image processing can be performed even when the zoom changes, and accurate distance measurement can be performed. States that it will be possible.
また、特開平8−14861号公報(特許文献3)において近藤らは、対象物体の3次元形状を精度良く計測するために、ズームレンズを有する2つの撮像部を用い、それぞれ撮像したステレオ画像から測距部においてステレオ測距法により被写体距離データZSを得る。一方、ズーム比を変えながら測距部においてズーム測距法により距離データZR,ZLを得て、距離データ統合部にて各データZS,ZR,ZLを各々の信頼性に応じて荷重平均する。そして、最終的な被写体距離を求めることで、2つの測距法の計測結果が補い合いながら被写体の3次元形状を高精度に安定して計測する方法について述べている。 Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-14861 (Patent Document 3), Kondo et al. Used two imaging units having a zoom lens to accurately measure the three-dimensional shape of the target object, and each captured stereo image. The distance measuring unit obtains subject distance data ZS by a stereo distance measuring method. On the other hand, distance data ZR and ZL are obtained by the zoom distance measuring method in the distance measuring unit while changing the zoom ratio, and the load data is averaged according to the reliability of each data ZS, ZR and ZL by the distance data integrating unit. A method of stably measuring the three-dimensional shape of the subject with high accuracy while obtaining the final subject distance and complementing the measurement results of the two distance measuring methods is described.
また、特開2009−284452号公報(特許文献4)において河野らは、従来複数カメラの位置関係を正確に定め、複数カメラを効果的に利用するのに困難であった複数のカメラの正確な位置決めとカメラ操作を容易とし、複数カメラ間の位置関係を常に正確に保ちながら操作容易にした複数のカメラ装着用雲台構成およびそれらを制御操作する複数カメラシステム装置を提供する。この装置では、複数カメラの位置関係を正確に保ちながら制御操作することにより、複数カメラによる複数画像の利用,目標対象物のスピーディかつ的確な捕捉,対象物の位置関係の把握,高速ズームフォーカス、など複数カメラによるより高度な機能を備えたカメラシステム装置について述べている。すなわち、複数のカメラから成る電子カメラシステム装置において、前記複数のカメラはパン方向およびチルト方向に制御可能な雲台上に装着され、前記複数のカメラはそれぞれが連携して操作可能とされることを特徴とする電子カメラシステムについて述べている。 Also, in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-284442 (Patent Document 4), Kawano et al. Accurately determined the positional relationship between a plurality of cameras and accurately used a plurality of cameras, which had been difficult to use effectively. Provided are a plurality of camera mounting head configurations that facilitate positioning and camera operation, and are easy to operate while always maintaining a positional relationship between a plurality of cameras, and a plurality of camera system devices that control these. In this device, by controlling and maintaining the positional relationship of multiple cameras accurately, the use of multiple images by multiple cameras, speedy and accurate capture of target objects, grasping of the positional relationship of objects, high-speed zoom focus, It describes a camera system device with more advanced functions using multiple cameras. In other words, in the electronic camera system apparatus including a plurality of cameras, the plurality of cameras are mounted on a pan head that can be controlled in the pan direction and the tilt direction, and the plurality of cameras can be operated in cooperation with each other. An electronic camera system featuring the above is described.
しかしながら、特許文献1,特許文献2、および、特許文献3で述べられている技術では、高倍率で撮影した場合、測定対象の一部しか確認できなくなるため、測定対象全体のうちどの部分を撮影しているのかの判断が難しくなることに対する解決方法については述べられていない。
However, in the techniques described in
また、特許文献4で述べられている技術では、低倍率画像と高倍率画像を同時に取得し、低倍率画像中の所望の場所を高倍率で撮影する技術について述べられているものの、測定対象を1枚の高倍率画像に納まりきらない程のより高い倍率で撮影する方法については述べられていない。
The technique described in
そこで、本発明の目的は、画像を用いた測定において、1枚の画像に納まりきらない程の高い倍率で画像を取得する際にも、容易な操作で画像を取得でき、かつ、寸法を算出する際に、1枚の画像に納まりきらない程の高い倍率で撮影した画像を用いることで、1枚の画像に納まりきる画像から寸法を算出するよりも高い精度で寸法を算出可能な装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain an image with a simple operation and calculate a size even when acquiring an image at a magnification that is too high to fit in one image in measurement using an image. A device capable of calculating dimensions with higher accuracy than calculating a dimension from an image that can be accommodated in a single image by using an image taken at a magnification that does not fit in a single image. It is to provide.
本発明は、ワイドカメラの画像からワークの輪郭を抽出し、抽出された輪郭情報に基づき、駆動機構の走査軌跡および、複数のカメラの撮像倍率を決定し、決定された走査軌跡を走査中に、複数のカメラから複数枚の画像を取得し、複数枚の画像を合成して、高倍率の画像を生成し、生成された高倍率画像から高精度に輪郭の寸法を求めることを特徴とする。 The present invention extracts a contour of a workpiece from an image of a wide camera, determines a scanning trajectory of a driving mechanism and imaging magnifications of a plurality of cameras based on the extracted contour information, and scans the determined scanning trajectory during scanning. A plurality of images are acquired from a plurality of cameras, a plurality of images are combined to generate a high-magnification image, and a contour dimension is obtained from the generated high-magnification image with high accuracy. .
本発明によれば、画像を用いた測定において、1枚の画像に納まりきらない程の高い倍率で画像を取得する際にも、容易な操作で画像を取得でき、かつ、寸法を算出する際に、1枚の画像に納まりきらない程の高い倍率で撮影した画像を用いることで、1枚の画像に納まりきる画像から寸法を算出するよりも高い精度で寸法を算出可能な装置を提供することができる。 According to the present invention, in measurement using an image, when acquiring an image at a magnification that is too high to fit in one image, the image can be acquired with an easy operation, and the dimensions are calculated. In addition, an apparatus capable of calculating a dimension with higher accuracy than calculating a dimension from an image that can be accommodated in one image by using an image captured at a magnification that does not fit in one image can be provided. be able to.
本発明の実施形態を図1から図9を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に本発明で用いる計測システムの全体構成について示す。 FIG. 1 shows the overall configuration of a measurement system used in the present invention.
まず、ワイドカメラ3がパン機構6に搭載されており、広い範囲の画像を取得する。ワイドカメラのレンズは、ピント調整不要の固定焦点レンズでも良いし、バリフォーフォーカル機能付きのレンズでも良い。 First, the wide camera 3 is mounted on the pan mechanism 6 and acquires a wide range of images. The lens of the wide camera may be a fixed focus lens that does not require focus adjustment, or a lens with a varifocal function.
次に、上記ワイドカメラ3よりも高い倍率を有するズームカメラ1、および、ズームカメラ2にて、上記ワイドカメラ3で撮影された画像の一部を撮影する。本実施例では、計測対象の3次元形状を求めるために、ズームカメラ1とズームカメラ2でステレオカメラを構成している。ズームカメラ1、および、ズームカメラ2のレンズは、倍率、および、フォーカス調整が可能なズームレンズを用いる。ズームカメラ1、および、ズームカメラ2は、パン機構4およびチルト機構5に搭載されており、任意の方向を撮影できる。また、ズームカメラ1,ズームカメラ2、および、ワイドカメラ3は、パン機構4及びパン機構6に搭載されており、水平方向に回転可能である。図示していないが、ズームカメラ1,ズームカメラ2、および、ワイドカメラ3をチルト機構に搭載すれば、ズームカメラ1,ズームカメラ2、および、ワイドカメラ3を一体で任意の方向に向けることが可能となる。
Next, a part of an image photographed by the wide camera 3 is photographed by the
ズームカメラ1,ズームカメラ2、および、ワイドカメラ3は、それぞれ、カメラコントローラ9,10,11を介してコンピュータ15に接続されており、シャッター速度などを設定したり、画像を取り込んだりできる。
The
また、パン機構4,6、および、チルト機構5は、それぞれ、パン機構コントローラ12,14、および、チルト機構コントローラ13を介してコンピュータ15に接続され、ズームカメラ1,2、および、ワイドカメラ3の姿勢を制御する。
The
撮影画像は、記憶装置18に保存される。また、ディスプレイ19、および、20に映し出される。
The captured image is stored in the
ここで、ズームカメラ1,2、および、ワイドカメラ3は、各々、異なる位置に配置されているため、取得される画像において、計測対象の画像上での座標が異なる。寸法の測定を行うためには、画像上で同じ座標系で取り扱うために、座標補正を行う必要がある。これは、バンドル調整法を用いて得られた画像から位置関係を求めてもよい。また、図2、および、図3に示すように、予め回転調整を行う。ズームカメラ1,2、および、ワイドカメラ3は、X軸方向に距離30ずれており、また、ズームカメラ1とワイドカメラ3は、Y軸方向に距離31ずれており、さらに、ズームカメラ2とワイドカメラ3は、Y軸方向に距離32ずれている(すなわち、ズームカメラ1とズームカメラ2はY軸方向に距離33=距離31+距離32ずれており、これが、ステレオカメラを構成しているズームカメラ1とズームカメラ2の視差となる)。このように算出しておけば、画像の位置補正が容易となる。
Here, since the
図9は、本実施例における形状計測のフローを示している。まず、ワイドカメラ3で測定対象(ワーク)を撮影し、図4に示すようにディスプレイ19に表示される。取得画像は、コンピュータでレンズの収差などに起因する歪みが補正される。次に、図4に示すように、測定対象のうち寸法を算出した部分である注目部位42を含むように、マウス17を用いて測定領域41で囲う。この際、タッチパネルディスプレイを用いてディスプレイ上で測定領域41を指定しても良い。
FIG. 9 shows a flow of shape measurement in this embodiment. First, a measurement object (work) is photographed by the wide camera 3 and displayed on the
次に、上記指定された測定領域が画面全体に写るようにズームカメラ1,2をパン,チルト移動させ、画像を取得する。該取得画像は、図4に示すように、ディスプレイ20に写しだされる。この際、図4ではズームカメラ1、または、ズームカメラ2で取得された画像のうちの1つを表示するようにしているが、両方の画像を表示するようにしても良い。また、図4では、ズームカメラ1、および/または、ズームカメラ2の画像を、ワイドカメラ3の画像を映し出すディスプレイ19とは異なるディスプレイ20に表示する例を示しているが、図5に示すように、全ての画像を同じディスプレイ19上に表示しても良い。
Next, the
次に、図6に示すように、抽出された輪郭43は複数の分割された領域44に分割される。分割された各々の領域のうち、該抽出された輪郭43を含む領域45について、図7に示すように中心座標がサブピクセル精度で求められる。分割された各々の領域のうちの該抽出された輪郭43を含む全ての領域について、中心座標を求める。求まった中心座標は、ズームカメラ1,2での撮影軌跡となる。すなわち、ズームカメラ1,2での撮影中心が、中心座標47となるように、パン機構4、および、チルト機構5を用いて、ズームカメラ1,2の姿勢を制御する。このとき、ズームカメラ1,2での倍率は、撮影範囲が上記領域45よりも少し大きめになるように自動で設定する。また、その後ピント調整を行った後に、ズームカメラ1,2での画像を取得する。
Next, as shown in FIG. 6, the extracted
次に、上記ズームカメラ1,2で取得された画像の歪補正を行う。この際、ズーム倍率,フォーカスごとの補正パラメータを事前に準備しておくことで、任意の倍率,フォーカス状態での画像補正が行えるようにしておく。この作業を、該抽出された輪郭43を含む全ての領域に対して撮像を終えたら、得られた画像を合成する。その後、合成された画像に対しステレオマッチングを施し、該抽出された輪郭43の3次元座標を求める、半径などの幾何寸法を算出する。
Next, distortion correction of the images acquired by the
最後に算出された寸法と3次元設計データ(CADデータ)を比較し、算出された寸法と目標形状の寸法の差である残り量を算出し、図8に示すように、ディスプレイ20上に、算出された寸法52,目標形状の寸法51とともに、残り量53を表示する。
Finally, the calculated dimension is compared with the three-dimensional design data (CAD data), and the remaining amount, which is the difference between the calculated dimension and the target shape, is calculated. As shown in FIG. The remaining
本発明によれば、抽出された輪郭43を含む全ての領域について、中心座標を求め、求まった中心座標は、ズームカメラ1,2での撮影軌跡となる。そのため、画像を用いた測定において、1枚の画像に納まりきらない程の高い倍率で画像を取得する際にも、容易な操作で画像を取得でき、かつ、寸法を算出する際に、1枚の画像に納まりきらない程の高い倍率で撮影した画像を用いることで、1枚の画像に納まりきる画像から寸法を算出するよりも高い精度で寸法を算出可能な装置を提供することができる。
According to the present invention, center coordinates are obtained for all the regions including the extracted
画像からの寸法計測方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring dimensions from an image.
1,2 ズームカメラ
3 ワイドカメラ
4,6 パン機構
5 チルト機構
9,10,11 カメラコントローラ
12,14 パン機構コントローラ
13 チルト機構コントローラ
15 コンピュータ
16 キーボード
17 マウス
18 記憶装置
19,20 ディスプレイ
30 ズームカメラ1,ズームカメラ2とワイドカメラ3のX軸方向の距離
31 ズームカメラ1とワイドカメラ3のY軸方向の距離
32 ズームカメラ2とワイドカメラ3のY軸方向の距離
33 ズームカメラ1とズームカメラ2のY軸方向の距離(視差)
40 測定対象
41 測定領域
42 注目部位(寸法を算出したい部位)
43 抽出された輪郭
44 分割された領域
45 領域
46 画像の1画素
47 注目部位が写っている分割された画像の中心座標
50 目標形状
51 目標形状の寸法
52 算出された寸法
53 算出された寸法と目標形状の寸法の差(残り量)
1, 2 Zoom camera 3
40 Measurement object 41
43 extracted
Claims (4)
前記ズームカメラの画像からワークの輪郭を抽出し、該抽出された輪郭情報に基づき、上記駆動機構の走査軌跡および、上記複数のズームカメラの撮像倍率を決定し、該決定された走査軌跡を走査中に、上記複数のズームカメラから複数枚の画像を取得し、該複数枚の画像を合成して、高倍率の画像を生成し、該生成された高倍率画像から高精度に輪郭の寸法を求めることを特徴とする3次元寸法測定装置。 3D having the zoom variable plurality of zoom cameras, and a drive mechanism for operating the pan direction and the tilt direction so as to be integrated with the plurality of cameras, the imaging range than the zoom variable multiple cameras wide wide camera A dimension measuring device,
The contour of the workpiece is extracted from the image of the zoom camera, and based on the extracted contour information, the scanning trajectory of the driving mechanism and the imaging magnification of the plurality of zoom cameras are determined, and the determined scanning trajectory is scanned. During this process, a plurality of images are acquired from the plurality of zoom cameras, the plurality of images are combined to generate a high-magnification image, and the contour dimension is accurately determined from the generated high-magnification image. What is required is a three-dimensional dimension measuring device.
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