JP5621077B2 - Three-dimensional measuring apparatus and three-dimensional measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、三次元計測装置及び三次元計測方法に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method.
焦点深度法を用いた三次元計測装置は、ピントボケ量の評価を行って合焦点位置を決定している。ピントボケ量の評価は、撮影画像に対して微分フィルターを通し、その分散値から評価したり、輝度の総和から評価したりする方式がある。
焦点深度法を用いた三次元計測装置は、下記特許文献1に示すように、被対象物の立体的形状を光学的に検出する立体的形状検出装置であって、同一被対象物について求められた、焦点位置の異なる複数の画像より該被対象物上の点各々について画像対応に合焦点を求め、該点対応に求められた、複数の画像間での合焦測度の最大値が得られる際での焦点位置を、該点についての高さとして求めるものである。
そして、輝度のボケを考慮して画像のコントラストを得て該コントラストを二次微分して合焦点を求めている。
A three-dimensional measuring apparatus using the depth-of-focus method evaluates the amount of out-of-focus and determines the in-focus position. Evaluation of the out-of-focus amount includes a method in which a photographed image is passed through a differential filter and evaluated from its dispersion value or from the sum of luminance.
A three-dimensional measurement apparatus using a depth of focus method is a three-dimensional shape detection apparatus that optically detects a three-dimensional shape of an object as shown in
Then, the contrast of the image is obtained in consideration of the luminance blur, and the contrast is second-order differentiated to obtain the focal point.
かかる三次元計測装置によれば、被対象物上の点各々について焦点位置が異なる複数の画像を得て、合焦点測度が最大となる画像の焦点位置をその点についての高さとして求める。このようにして求めた点各々の高さから被対象物の立体形状を計測できる。 According to such a three-dimensional measuring apparatus, a plurality of images with different focal positions are obtained for each point on the object, and the focal position of the image with the maximum in-focus measure is obtained as the height for that point. The three-dimensional shape of the object can be measured from the height of each point thus obtained.
しかしながら、発明者は鋭意研究検討を重ねた結果、上記三次元計測装置によれば、撮像した画像において、合焦点から外れるに従い輝度のボケが顕著に生じるので、輝度に基づいて検知する被対象物のXY平面における位置が特定しづらくなり、XY平面での位置検出精度が低下するという第1の課題を見出した。
さらに、高さ方向(距離)の検知は、撮像素子における画素(ピクセル)が検知した輝度に基づいて行われるが、撮像系を上昇又は下降することにより、検出すべき被対象物のXY平面における検知位置も僅かにずれる。これに伴い、被対象物が画素の中央付近から周辺部に移動した時に生じるので、撮像素子の画素における検知位置がずれる。
したがって、該画素の被対象物に基づく輝度が正確に検出できなくなるので、被対象物の距離が正確に検知できないと共に、該距離に対応する被対象物のXY平面における位置の検知も正確に検知できないことが生じ得るという第2の課題を見出した。
However, as a result of repeated researches by the inventor, according to the above three-dimensional measurement apparatus, since the blur of the brightness is noticeably generated in the captured image as it is out of focus, the object to be detected based on the brightness The first problem is that the position on the XY plane is difficult to specify, and the position detection accuracy on the XY plane is lowered.
Furthermore, the detection in the height direction (distance) is performed based on the luminance detected by the pixels (pixels) in the image sensor, but by raising or lowering the imaging system, the object to be detected in the XY plane is detected. The detection position is also slightly shifted. Along with this, since the object is moved from the vicinity of the center of the pixel to the peripheral portion, the detection position of the pixel of the image sensor is shifted.
Therefore, since the luminance based on the object of the pixel cannot be detected accurately, the distance of the object cannot be accurately detected, and the position of the object corresponding to the distance on the XY plane is also accurately detected. We found a second problem that things that can't be done.
本発明は、上記二つの課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、被対象物を撮像した画像に輝度のボケが生じても、XY平面での被対象物の検出精度を向上すると共に、撮像素子の画素における被対象物の検知位置がずれても、被対象物との距離、位置を高精度に測定できる三次元計測装置及び三次元計測方法を得ることを課題としている。 The present invention has been made to solve the above-described two problems, and with a simple configuration, the detection accuracy of an object on the XY plane can be improved even when luminance blur occurs in an image obtained by imaging the object. It is an object of the present invention to obtain a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method capable of measuring the distance and the position of the object with high accuracy even when the detection position of the object in the pixel of the image pickup device is shifted. .
本発明に係る三次元計測装置は、被対象物を、画素を有する撮像素子により撮像する撮像手段と、
前記被対象物と前記撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像により検知された輝度が予め定められ閾値以上の輝度であることにより前記被対象物を画素単位で抽出する明点抽出手段と、
前記明点を有する画素を含み、該画素の周囲の画素により成す一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、該輝度分布に基づいて第1の輝度重心値を求める輝度重心の演算手段と、
前記輝度重心値が検知された画素が有する輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度とを、前記輝度重心値が有する輝度に補正した輝度補正値を得る輝度補正手段と、
前記輝度補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のX,Y上の位置を検知する三次元検知手段と、を備えたことを特徴とするものである。
The three-dimensional measurement apparatus according to the present invention includes an imaging unit that images an object using an imaging element having pixels,
The target object is extracted in units of pixels when the brightness detected by each image captured by the image capturing means at a different distance between the target object and the image capturing means is a predetermined brightness or more. Bright spot extraction means;
Including the pixel having the bright point, the brightness of each constant area formed by the pixels around the pixel is detected, and the brightness distribution for each of the X axis and Y axis in the constant area is obtained, and based on the brightness distribution Means for calculating a luminance centroid to obtain a first luminance centroid value;
A luminance correction means for obtaining a luminance correction value obtained by correcting the luminance of the pixel in which the luminance centroid value is detected and the luminance detected by pixels surrounding the pixel to the luminance of the luminance centroid value;
3D detection means for obtaining a distance value with respect to the object based on the brightness correction value and detecting a position on the X and Y of the object based on the brightness centroid value. It is characterized by.
かかる三次元計測装置によれば、明点検知手段が被対象物と撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像により検知された輝度が予め定められ閾値以上である輝度と画素とを検出し、輝度重心の演算手段が画像の明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、輝度分布に基づいて輝度重心値を求めるので、輝度分布に応じて明点のXY平面での位置を正確に検知できる。したがって、画像に輝度のボケが生じても、XY平面での被対象物の検出精度を向上できると共に、画素単位で輝度を一定値とみなす標本化の影響を受けずに位置を検知できる。
ここで、一定領域は、明点を中心とした画素により円形を形成しても良い。輝度のボケは、略円形となることが多いからである。
また、一定領域は、例えば、明点を中心として3×3画素、5×5画素、7×7画素を一定領域とする略正方形としても良い。したがって、撮像素子の画素の周辺に明点が存在しても、複数の画素から輝度を検知するので、明点の位置を正確に検知できる。
According to such a three-dimensional measuring apparatus, the brightness detected by each image picked up by the image pickup means at a different distance between the object and the image pickup means is determined in advance by the bright spot detection means being equal to or higher than a threshold value. The pixel is detected, and the luminance center of gravity calculation means detects the luminance for each fixed region centered on the bright point of the image, obtains the luminance distribution for each X axis and Y axis in the fixed region, and based on the luminance distribution Therefore, the position of the bright point on the XY plane can be accurately detected according to the luminance distribution. Therefore, even if luminance blur occurs in the image, the detection accuracy of the object on the XY plane can be improved, and the position can be detected without being affected by sampling in which the luminance is regarded as a constant value in pixel units.
Here, the fixed region may form a circle with pixels centered on the bright point. This is because the luminance blur often becomes substantially circular.
Further, the fixed area may be, for example, a substantially square having a fixed area of 3 × 3 pixels, 5 × 5 pixels, and 7 × 7 pixels centered on the bright point. Therefore, even if a bright spot exists around the pixel of the image sensor, the brightness is detected from a plurality of pixels, so that the position of the bright spot can be accurately detected.
さらに、輝度補正手段は、輝度重心値が検知された画素と、該画素の周囲の画素とから検知した輝度を、輝度重心値に基づいて補正した輝度の補正値を得る。これにより、三次元検知手段は、被対象物の距離を計測する輝度を、輝度重心値が有する輝度に補正した輝度補正値によって距離を計測すると共に、輝度重心値に基づいて前記被対象物のX,Y上の位置を検知する。
これにより、例えば、撮像系を上昇又は下降することにより、被対象物のXY平面における検知位置も僅かにずれる。これにより、撮像素子の画素における検知位置がずれても、輝度重心値を有する画素と、該画素の周囲の画素が検知した輝度を、輝度重心値が有する輝度に補正した輝度の補正値を求める。この輝度の補正値によって、被対象物との距離を計測するので、距離を正確に検出できる。したがって、被対象物に基づく光の反射による明点(頂点)が撮像素子の一画素未満の大きさでも、正確に距離を検知できる。
また、三次元検知手段は、被対象物の距離を求めた輝度補正値に対応する輝度重心値からX,Y座標上の被対象物の位置も検知しても良い。さらに、撮像系と被対象物と距離Z1、Z2・・・Zn毎に求めた輝度の重心値を多数有しており、多数の輝度重心値を例えば二次関数により補間して、距離と輝度重心の補間値を得て、輝度補正値に基づいて被対象物との距離値を検知して、該距離値を求めた輝度補正値に対応する輝度重心値によりX,Y座標上の被対象物の位置を検知しても良い。
Further, the luminance correction unit obtains a luminance correction value obtained by correcting the luminance detected from the pixel in which the luminance centroid value is detected and the pixels around the pixel based on the luminance centroid value. As a result, the three-dimensional detection means measures the distance by the luminance correction value obtained by correcting the luminance for measuring the distance of the object to the luminance of the luminance centroid value, and based on the luminance centroid value, A position on X and Y is detected.
Thereby, for example, when the imaging system is raised or lowered, the detection position of the object in the XY plane is slightly shifted. Thereby, even if the detection position of the pixel of the image sensor is shifted, a luminance correction value is obtained by correcting the luminance detected by the pixels having the luminance centroid value and the pixels around the pixel to the luminance of the luminance centroid value. . Since the distance to the object is measured by this brightness correction value, the distance can be accurately detected. Therefore, the distance can be accurately detected even if the bright point (vertex) due to the reflection of light based on the object is smaller than one pixel of the image sensor.
The three-dimensional detection means may also detect the position of the object on the X and Y coordinates from the luminance centroid value corresponding to the luminance correction value obtained from the distance of the object. Furthermore, it has a large number of luminance centroid values obtained for the imaging system, the object, and the distances Z1, Z2,... Zn, and interpolates a large number of luminance centroid values by a quadratic function, for example. Obtain the interpolation value of the center of gravity, detect the distance value to the object based on the brightness correction value, and the object on the X and Y coordinates based on the brightness center value corresponding to the brightness correction value obtained the distance value The position of the object may be detected.
輝度補正手段における輝度重心値が有する輝度の補正は、例えば、各画素から輝度重心値までの距離に基づいて各画素の輝度が輝度重心値に寄与する輝度を求める。ここで、上記寄与する度合いを定めるのに、例えば、各画素の輝度が輝度重心値まで距離のガウス分布により輝度重心値が有する輝度として求めても良い。 The correction of the luminance of the luminance centroid value in the luminance correction unit is, for example, to determine the luminance that the luminance of each pixel contributes to the luminance centroid value based on the distance from each pixel to the luminance centroid value. Here, in order to determine the degree of contribution, for example, the luminance of each pixel may be obtained as the luminance of the luminance centroid value by a Gaussian distribution of the distance to the luminance centroid value.
本発明の三次元計測装置は、前記画像の前記一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知手段を備え、
前記輝度重心の演算手段は、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める、ことが好ましい。
ここで、輝度オフセットは、一定領域の輝度からすべての領域において生じている一定の輝度で、最小輝度値であることが好ましい。被対象物の輝度変化のみを検知し易いからである。
この三次元計測装置では、輝度オフセットの検知手段が画像の輝度から輝度オフセットを検知し、輝度重心の演算手段は輝度分布から該輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求め、新たな輝度分布により輝度重心値を求める。したがって、輝度分布から該輝度オフセットを除去した明点付近の輝度変化、すなわち、被対象物に起因する輝度変化のみに基づいて輝度重心値を求め、この輝度重心値に基づいて被対象物のXY平面における位置を検知する。
したがって、被対象物からの乱反射などを画素が輝度として検知する影響を除去して、明点付近の画素が検知した輝度から輝度重心値を求めるので、輝度重心値の検知精度が向上する。これによって、XY平面における被対象物の位置検出精度が向上する。
さらに、輝度補正手段は、輝度オフセットを除去して、検知精度が向上した輝度重心値に基づいて補正した輝度の補正値に基づいて被対象物の距離を検知するので、距離の検出精度もさらに向上する。
The three-dimensional measurement apparatus of the present invention comprises a luminance offset detection means for detecting a luminance offset from the certain region of the image,
Preferably, the luminance centroid calculating means obtains a new luminance distribution obtained by removing the luminance offset from the luminance distribution, and obtains a second luminance centroid value based on the new luminance distribution.
Here, the luminance offset is a constant luminance generated in all regions from the luminance of the certain region, and is preferably a minimum luminance value. This is because it is easy to detect only the luminance change of the object.
In this three-dimensional measuring apparatus, the luminance offset detecting means detects the luminance offset from the luminance of the image, and the luminance centroid calculating means obtains a new luminance distribution from which the luminance offset is removed from the luminance distribution. Find the luminance centroid value. Therefore, the luminance centroid value is obtained based only on the luminance change near the bright point from which the luminance offset is removed from the luminance distribution, that is, the luminance change caused by the object, and the XY of the object is determined based on the luminance centroid value. Detect the position in the plane.
Therefore, the luminance centroid value is obtained from the luminance detected by the pixels in the vicinity of the bright point by removing the influence of the pixel detecting the irregular reflection from the object as the luminance and the luminance centroid value detection accuracy is improved. This improves the position detection accuracy of the object in the XY plane.
Furthermore, since the brightness correction means detects the distance of the object based on the brightness correction value corrected based on the brightness centroid value with improved detection accuracy by removing the brightness offset, the distance detection accuracy is further improved. improves.
本発明の三次元計測装置は、前記画像の前記一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知手段を備え、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める第2の輝度重心の演算手段を備えることが好ましい。
これにより、輝度補正手段は、第1の輝度重心値を有する画素が検知した輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度を、第1の輝度重心値が有する輝度に補正した第1の輝度補正値を得る。
三次元検知手段は、第1の輝度補正値に基づいて被対象物との距離値を求めると共に、第2の輝度重心値に基づいて被対象物のX,Y上の位置を検知しても良い。これにより、被対象物との距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮せず、被対象物の位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮している。したがって、被対象物の位置の検知精度がより向上する。
また、輝度補正手段は、第2の輝度重心値を有する画素が検知した輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度を、第2の輝度重心値が有する輝度に補正した第2の輝度補正値を得る。
三次元検知手段は、第2の輝度補正値に基づいて被対象物との距離値を求めると共に、第1の輝度重心値に基づいて被対象物のX,Y上の位置を検知しても良い。これにより、被対象物との距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮し、被対象物の位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮していない。したがって、被対象物の距離の検知精度がより向上する、
The three-dimensional measurement apparatus according to the present invention includes a luminance offset detection unit that detects a luminance offset from the certain region of the image, obtains a new luminance distribution obtained by removing the luminance offset from the luminance distribution, and It is preferable to include a second luminance centroid calculating means for obtaining a second luminance centroid value based on the luminance distribution.
As a result, the luminance correction means corrects the luminance detected by the pixel having the first luminance centroid value and the luminance detected by pixels around the pixel to the luminance of the first luminance centroid value. A brightness correction value is obtained.
The three-dimensional detection means obtains a distance value to the object based on the first luminance correction value and detects the position on the X and Y of the object based on the second luminance gravity center value. good. Thus, the luminance offset is taken into account for detecting the position of the object without considering the luminance offset to obtain the distance value with the object. Therefore, the detection accuracy of the position of the object is further improved.
In addition, the luminance correction unit corrects the luminance detected by the pixel having the second luminance centroid value and the luminance detected by the pixels around the pixel to the luminance of the second luminance centroid value. Get the correction value.
The three-dimensional detection means obtains a distance value to the object based on the second luminance correction value and detects the position on the X and Y of the object based on the first luminance centroid value. good. As a result, the luminance offset is taken into account for obtaining the distance value from the object, and the luminance offset is not taken into account for detecting the position of the object. Therefore, the detection accuracy of the distance of the object is further improved.
本発明の三次元計測装置は、前記輝度の補正値を所定の関数で補間して輝度の補間値を求める輝度の補間手段を備え、
前記三次元検知手段は、前記輝度の補間値に基づいて前記被対象物との距離値を求める、ことが好ましい。
この三次元計測装置では、輝度の補間手段は、輝度の補正値を所定の関数で補間して輝度の補間値を得て、三次元検知手段は、輝度の補間値に基づいて被対象物との距離値を求める。
これにより、距離毎に求められた輝度を補間して輝度補間値を得て、輝度補間値に基づいて被対象物との距離値を求める。したがって、撮像系の高さ毎に検知した各画像間における輝度の連続性が保たれるので、高精度に被対象物の距離を求めることができる。
The three-dimensional measurement apparatus of the present invention includes a luminance interpolation unit that interpolates the luminance correction value with a predetermined function to obtain a luminance interpolation value,
The three-dimensional detection means preferably obtains a distance value with respect to the object based on the luminance interpolation value.
In this three-dimensional measurement apparatus, the luminance interpolation means interpolates the luminance correction value with a predetermined function to obtain the luminance interpolation value, and the three-dimensional detection means detects the object based on the luminance interpolation value. Find the distance value.
Thereby, the brightness | luminance calculated | required for every distance is interpolated, a brightness | luminance interpolation value is obtained, and the distance value with a target object is calculated | required based on a brightness | luminance interpolation value. Therefore, since the continuity of the brightness between the images detected for each height of the imaging system is maintained, the distance of the object can be obtained with high accuracy.
本発明の三次元計測方法は、被対象物と前記撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像の明点を検出する明点抽出工程を実行した後、
前記画像の明点を含む一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、前記輝度分布に基づいて輝度重心値を求める輝度重心の演算工程を実行した後、
前記輝度重心値に基づいて複数の画素を有する一定領域を設定して、該画素から検知した輝度を、前記輝度重心値に基づいて補正した輝度の補正値を得た後、
前記輝度の補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のX,Y上の位置を検知する、ものである。
本発明の三次元計測方法によれば、輝度重心値に基づいて被対象物としての明点の位置を検知できるので、明点周囲の輝度ボケの影響を受けにくい。さらに、輝度重心値に基づいて検知した輝度を補正して輝度補正値とし、この輝度補正値に基づいて被対象物との距離を検知するので、撮像素子における画素の検知位置に拘わらず、距離の検知精度が向上する。
In the three-dimensional measurement method of the present invention, after executing a bright point extraction step of detecting a bright point of each image captured by the imaging unit at different distances between the object and the imaging unit,
Luminance centroid calculation step of detecting the luminance for each constant region including the bright point of the image, obtaining the luminance distribution for each X-axis and Y-axis in the fixed region, and obtaining the luminance centroid value based on the luminance distribution After running
After setting a certain region having a plurality of pixels based on the luminance centroid value, and obtaining a luminance correction value obtained by correcting the luminance detected from the pixel based on the luminance centroid value,
A distance value with respect to the object is obtained based on the correction value of the luminance, and a position on the X and Y of the object is detected based on the luminance centroid value.
According to the three-dimensional measurement method of the present invention, since the position of the bright spot as the object can be detected based on the luminance centroid value, it is not easily affected by the luminance blur around the bright spot. Further, the detected luminance is corrected based on the luminance centroid value to obtain a luminance correction value, and the distance to the object is detected based on the luminance correction value. Therefore, the distance is detected regardless of the detection position of the pixel in the image sensor. Detection accuracy is improved.
本発明の三次元計測方法は、前記明点抽出工程を実行した後、前記画像から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知工程を実行した後、
輝度重心の演算工程は、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した該一定領域内のX軸,Y軸ごとの新たな輝度分布を求めると共に、前記新たな輝度分布に基づいて輝度重心値を求める、ことが好ましい。
本発明の三次元計測方法によれば、輝度分布から輝度オフセットを除去した該一定領域内のX軸,Y軸ごとの新たな輝度分布を求めると共に、新たな輝度分布に基づいて輝度重心値を求める。これにより、被対象物に基づく輝度の変化量により輝度重心を求めるので、輝度の重心が正確に検知できる。したがって、被対象物の距離と位置との検出精度が向上する。
In the three-dimensional measurement method of the present invention, after executing the bright spot extraction step, after executing a luminance offset detection step of detecting a luminance offset from the image,
In the luminance centroid calculation step, a new luminance distribution is obtained for each of the X axis and Y axis in the fixed region obtained by removing the luminance offset from the luminance distribution, and a luminance centroid value is obtained based on the new luminance distribution. Is preferable.
According to the three-dimensional measurement method of the present invention, a new luminance distribution is obtained for each of the X axis and the Y axis in the certain region from which the luminance offset is removed from the luminance distribution, and the luminance centroid value is calculated based on the new luminance distribution. Ask. As a result, the luminance center of gravity is obtained from the amount of change in luminance based on the object, so that the luminance center of gravity can be accurately detected. Therefore, the detection accuracy of the distance and position of the object is improved.
本発明によれば、簡易な構成で、被対象物を撮像した画像に輝度のボケが生じても、XY平面における被対象物の検出精度を向上すると共に、撮像素子の画素における被対象物の検知位置がずれても、被対象物との距離及び位置を高精度測定できる三次元計測装置又は三次元計測方法を得ることができる。 According to the present invention, even when luminance blur occurs in an image obtained by capturing an object with a simple configuration, the detection accuracy of the object on the XY plane is improved and the object in the pixel of the image sensor is improved. Even if the detection position is shifted, it is possible to obtain a three-dimensional measuring apparatus or a three-dimensional measuring method capable of measuring the distance and position with the object with high accuracy.
実施の形態1.
本発明の一実施の形態となる三次元計測装置の全体構成を図1によって説明する。図1は本発明の一実施の形態を示す三次元計測装置の全体図である。
図1において、三次元計測装置1は、反射され易い被対象物5の表面までの距離Zと、XY平面における位置とを検出するものである。
第1の三次元計測装置1は、被対象物5を撮像すると共に、多数の画素14aを有する撮像素子14を備えた撮像系10と、撮像系10をZ軸方向に上下させるためにL形状の台7に立設されたボールネジ62と、このボールネジ62に螺合されると共に、撮像系10が固定されたモータ等を有する駆動機構60と、駆動機構60を動作させる位置指令信号を発生する制御部55を有している。
なお、一つの画素14aを画素単位U1という。
An overall configuration of a three-dimensional measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall view of a three-dimensional measuring apparatus showing an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a three-
The first three-
One
さらに、第1の三次元計測装置1は、制御部55からの位置指令信号により駆動機構60を駆動する撮像系駆動部65を有しており、撮像素子14が撮像した画像を取込み、該画像から撮像系10から被対象物5の表面までの距離を求めると共に、被対象物5のXY平面における位置を検出する第1の三次元検出器30を有している。
ここで、被対象物5は特に限定されないが、樹脂板5の表面に設けられると共に、光を反射し易い複数として六つの球状などの金属粒子5hなどが好適で、金属粒子5hは撮像素子14の一画素14aよりも大きくも、小さくても良い。
Furthermore, the first three-
Here, the
第1の三次元検出器30は、マイクロコンピュータから成り、周知のインターフェイス、CPU、RAM、ROMを有しており、金属粒子5hを所定値以上の輝度が生じる明点を画素単位U1で抽出すると共に、輝度を検知する明点抽出部32を有している。
ここで、金属粒子5hを所定値以上の輝度により検知するのは、金属粒子5hがあるとその反射によって、周辺よりも輝度が高くなるからである。
さらに、第1の三次元検出器30は、明点を有する輝度から第1の輝度重心値を求める第1の輝度重心の演算部36と、第1の輝度重心値により明点の輝度を補正する第1の輝度の補正部38と、第1の輝度の補正値から金属粒子5hとの距離を求めると共に、該距離に対応する第1の輝度重心値から金属粒子5hのXY平面の位置を検出する第1の三次元検知部43とを備えている。
The first three-
Here, the reason why the metal particles 5h are detected with a luminance equal to or higher than a predetermined value is that if the metal particles 5h are present, the luminance is higher than the surroundings due to the reflection.
Furthermore, the first three-
三次元計測装置1の各部の構成を図1から図6を参照しつつ説明する。図2は一実施の形態による実際の画像図(a)、明点と一定領域を示した画像図(b)、画像内の一定領域と明点とを示す摸式図(c)である。
明点抽出部32は、図2(a)に示すように、撮像素子14と金属粒子5hとの距離Z1,Z2・・・Zn毎において撮像した各画像ファイルG1,G2・・Gnそれぞれから、閾値以上の輝度を有する画素14aを検知し、この画素14aを輝度セルB1・・・B6として抽出し、図2(b)及び(c)に示すように、各輝度セルB1・・・B6の中心、つまり複数の金属粒子5hから直接反射を受けた頂点を第1の明点P1から第6の明点P6として画素単位U1で検知する。
なお、金属粒子5hが球状でも金属粒子5hからの直接反射によって頂点が生じ、この頂点が一画素14a未満となっている。
The configuration of each part of the three-
As shown in FIG. 2 (a), the bright
Even if the metal particle 5h is spherical, a vertex is generated by direct reflection from the metal particle 5h, and this vertex is less than one
そして、明点抽出部32は各明点P1・・P6を含む中心の画素14aと、該中心の画素14aの周囲の画素14aとから形成される一定領域A1・・A6内における輝度の差からコントラスト値を得て、該コントラスト値が予め定められた閾値以上であることを検知するように形成されている。ここで、金属粒子の頂点5hによる明点を抽出するのに、コントラスト値が閾値以上であることを判断するのは、輝度のゆらぎの影響を防止して、明点P1,P2・・P6の誤検出を防止するためである。
なお、複数の画素14aにより形成される上記一定領域A1・・A6として例えば5×5画素としている。
Then, the light
For example, the predetermined area A1... A6 formed by the plurality of
<第1の輝度重心の演算部36の必要性>
明点抽出部32によって、金属粒子5h、すなわち、輝度が高い値を示した撮像素子14を画素単位U1で特定することにより、該画素14aから金属粒子5hのXY平面での位置を検知できる。
しかし、画素単位U1よりも分解能を有する検知精度を得ることができないばかりか、検知された輝度がボケるために、明点を有する画素14aの特定が不正確になるおそれがある。
そこで、明点を抽出した画素14aを含む複数の画素14aで形成される一定領域を定め、該一定領域の輝度分布から第1の輝度重心値を求めて明点の位置、すなわち、金属粒子5hの位置を検知する。
ここで、一定領域A1・・A6としては、5×5画素14aにより形成される領域としている。また、点状の各明点P1・・・・P6を中心とした輝度のボケは、一般に円形になることから、各明点を含む中心の画素14aと、該中心の画素14aの周囲の画素14とから成る複数の画素14aで、略円形に形成しても良い。さらに、受光された輝度のボケ形状によって、複数の画素14aにより一定領域を決定しても良い。
<Necessity of First Luminance Center of
By specifying the metal particle 5h, that is, the
However, not only the detection accuracy having a resolution higher than that of the pixel unit U1 can be obtained, but also the detected luminance is blurred, and therefore the specification of the
Therefore, a fixed region formed by a plurality of
Here, the fixed regions A1... A6 are regions formed by 5 × 5
<第1の輝度重心の演算部36の構成>
第1の輝度重心の演算部36は、一定領域A1における第1の輝度分布、すなわち、検知された輝度LからX,Y座標における第1の輝度重心値(Xg,Yg)を下式(1)及び(2)式によりそれぞれ求めている。そして、第1の輝度重心値(Xg,Yg)が金属粒子5hのX,Y座標での位置となる。
Xg=ΣxL/ΣL ・・・・(1)
Yg=ΣyL/ΣL ・・・・(2)
ここで、L:検知された輝度
また、第1の輝度重心の演算部36は、撮像素子14と金属粒子5hとの距離Z1,Z2・・・Zn毎に第1の輝度重心値をそれぞれ求めて記憶する。
なお、他の明点P2・・・P6に対応する他の一定領域A2・・・A6についても上記一定領域A1と同様に輝度重心値を求める。
<Configuration of First Luminance Center of
The first luminance
Xg = ΣxL / ΣL (1)
Yg = ΣyL / ΣL (2)
Here, L: Detected luminance Further, the first luminance center-of-
For other fixed areas A2... A6 corresponding to other bright points P2.
輝度重心を求めるのは、明点P1・・・・P6の位置を画素単位U1よりも正確に検出するためである。すなわち、明点P1・・・・P6の位置を第1の輝度分布から第1の輝度重心値を求めることにより、検知された輝度のボケの影響を受けずに、明点P1・・・・P6の位置を検知できる。したがって、図3に示すように、第1の輝度重心値を求めることにより、明点の輝度が画素14aの単位で、一定値になるように標本化されていても、金属粒子5hの各座標における正確なXY方向の位置を検出できる。
なお、図3は、X座標のみについて示しているが、Y座標と輝度値の関係もX座標と同様である。
The reason for obtaining the luminance center of gravity is to detect the positions of the bright points P1,... P6 more accurately than the pixel unit U1. That is, by obtaining the first luminance barycentric value from the first luminance distribution at the positions of the bright points P1,... P6, the bright points P1,. The position of P6 can be detected. Therefore, as shown in FIG. 3, even if the brightness of the bright spot is sampled so as to be a constant value in the unit of the
3 shows only the X coordinate, the relationship between the Y coordinate and the luminance value is the same as that of the X coordinate.
<輝度の補正部38の必要性>
撮像素子14は、図4(a)に示すように正方形の画素14aが格子状に形成されており、各画素14aは、円形の三次元検知部14sを有している。このため、画素14aの中央に画素14aの面積よりも狭い金属粒子5hによる第1の明点P1としての明点Pcがある場合には、一つの画素14aの輝度の検知比率が1となり、明点Pcを検知した画素14a一つで検知すれば足りる。
なお、金属粒子5h自体の大きさが一画素14aよりも大きくても、金属粒子5hからの直接反射に基づく明点P1は、一画素14aとなることがある。
<Necessity of
As shown in FIG. 4A, the
Even if the size of the metal particle 5h itself is larger than one
しかしながら、図4(a)に示すように第1の明点P1としての明点Paのように、第1の輝度重心が画素14aと画素14aとの敷居間、すなわち、敷居で形成される十字の中央付近に位置すると、周囲の四つの画素14aの輝度の検知比率がそれぞれ0.25となる。また、第1の輝度重心が画素14aの上下の境に第1の明点P1としての明点Pbが位置すると、周囲の四つの画素14aは、検知した輝度の検知比率がそれぞれ0.6,0.2,0.0,0.2となる。
したがって、明点を抽出した一つの画素14aのみが検知した輝度によって、第1の輝度重心値における輝度とすると、第1の輝度重心値における輝度が正確に検知できなくなることがある。
However, as shown in FIG. 4A, the first luminance center of gravity is a cross formed between the thresholds of the
Therefore, if the luminance at the first luminance centroid value is determined by the luminance detected by only one
上記のように、撮像素子14の画素14aの検知特性が中央部と周辺部とで異なるのは、画素14aが図4(b)示すように、円形の三次元検知部としてマイクロレンズ14sを通過した光がフィルター14fを介して配線層14cに設けられたフォトダイオード14pに受光される。したがって、上記のように画素14aの周辺部では検知特性が低下するためである。
As described above, the detection characteristics of the
撮像素子14は、上記のような検知特性を有するので、図6に示すように、撮像系10と金属粒子5hとの距離を変化して、各距離において明点P1を有する一つの画素14aを特定して、該画素14aが検知した輝度をプロットすると、図6の×印で示す特性曲線が得られる。この特性曲線を観察すると、距離220〜270付近において、本来、撮像系10の有する合焦点に近づくにつれて検知された輝度が上昇し、合焦点から離れるにつれて輝度が減少して略山状の特性を示すものが、輝度が高くなるにつれて急に輝度が減少して上昇するという一点鎖線で示す略V特性を示すことがある。
Since the
このような現象は、撮像系10の移動に伴い、第1の輝度重心値が画素14aの中央付近から周辺付近にずれたことによって生じる。これは、高さ方向の撮像系10の移動に伴い、撮像素子14の中心がXY平面で同一位置でなく、僅かにずれるからである。
したがって、検知した輝度を補正しないと、輝度が最も高いところを、合焦点とみなすことから、金属粒子5hの距離検知に誤差を生じることとなる。
このため、XY平面における第1の輝度重心値の移動に伴い、金属粒子5hの距離を検知するための輝度値を補正する必要が生じる。そこで、第1の輝度重心値を含む画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aとが検知した輝度を、第1の輝度重心値が有する輝度として輝度の補正をする。この輝度の補正により、金属粒子5hの距離を求めるので、距離の検知精度を向上する。
なお、輝度の補正は撮像系10と金属粒子5hとの各距離毎に、抽出した各明点P1・・・P6毎になされる。
Such a phenomenon occurs when the first luminance center-of-gravity value is shifted from the vicinity of the center of the
Therefore, if the detected luminance is not corrected, an area having the highest luminance is regarded as a focal point, and an error occurs in distance detection of the metal particles 5h.
For this reason, it is necessary to correct the luminance value for detecting the distance of the metal particles 5h with the movement of the first luminance centroid value in the XY plane. Therefore, the luminance is corrected by using the luminance detected by the
Note that the luminance is corrected for each extracted bright point P1... P6 for each distance between the
<輝度の補正部38の構成>
第1の輝度の補正部38は、第1の輝度重心を有する画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aそれぞれが検知した各輝度を、第1の輝度重心値と、撮像素子14における各画素14aの中心位置との距離により補正して、第1の輝度重心が本来有する輝度を推定するものである。
すなわち、輝度の補正部38は、周辺の画素14aが検知した輝度を、輝度重心値が有する輝度として輝度補正値Lmを下記(3)式により求める。
また、第1の輝度の補正部36は、撮像素子14と金属粒子5hとの距離Z1,Z2・・・Zn毎に求めた第1の輝度重心値に基づいてそれぞれを求める。
<Configuration of
The first
That is, the
Further, the first
撮像素子14における各画素14aを特定するための識別番号は、X方向とY方向との画素14aの整列順に、X方向とY方向とのピクセル値を定めて特定している。この、ピクセル値(xn,yn)は、図5(a)に示すように、第1の輝度重心値となる明点Paを検知する画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aとの合計四つで、それぞれ画素(1,2)、画素(2,2)、画素(1,3)、画素(2,3)となる。
補正輝度をLmは、各画素14aが検知された輝度値をΣL(<x>,<y>)とし、検知した画素14aの中心位置と第1の輝度重心値(Xg,Yg)との差となる距離をX,Y方向にそれぞれΔx、Δyとすれば下記(3)式が成立する。
Lm(Xg,Yg)=ΣL(<x>,<y>)(Δx,Δy) ・・・・(3)
ここに、<x>:X方向のピクセル値、 <y>:Y方向のピクセル値
また、Δx,Δyは、下記(4),(5)式となる。
Δx=Xg−<x> ・・・・(4)
Δy=Yg−<y> ・・・・(5)
The identification number for specifying each
The correction luminance is Lm, the luminance value at which each
Lm (Xg, Yg) = ΣL (<x>, <y>) (Δx, Δy) (3)
Here, <x>: Pixel value in the X direction, <y>: Pixel value in the Y direction Further, Δx and Δy are expressed by the following equations (4) and (5).
Δx = Xg− <x> (4)
Δy = Yg− <y> (5)
そして、第1の輝度重心値を有する画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aとが検知した輝度が第1の輝度重心に影響を与えることにより、第1の輝度重心が有する輝度は、各画素14aの中心値と第1の輝度重心値との上記距離Δx,Δyのモデル関数としてガウス分布で影響を受けるとする。そうするとf(Δx,Δy)は、下記(6)式となる。
したがって、第1の輝度補正値Lm(x,y)は、検知された輝度値をΣL(<x>,<y>)と、第1の輝度重心値から各画素14aの中心値までの距離を求め、該距離のガウス分布により各画素14aが検知した輝度を補正することにより、第1の輝度重心値が有する輝度を求めることができる。
ここで、上記モデル関数としては、ガウス分布に限定されず、例えば、第1の輝度重心との上記距離Δx,Δyに反比例させても良い。
なお、上記では第1の輝度重心値を含む四つの画素14aとしたが、第1の輝度重心値を含む3×3画素14a又は、5×5画素14aとしても良い。すなわち、第1の輝度補正値を求めるための画素14aの数は、画素14aの分解能、被対象物5の性質などから決定することになる。
Therefore, the first luminance correction value Lm (x, y) is the detected luminance value ΣL (<x>, <y>) and the distance from the first luminance centroid value to the center value of each
Here, the model function is not limited to the Gaussian distribution, and may be inversely proportional to the distances Δx and Δy with respect to the first luminance center of gravity, for example.
In the above description, the four
<輝度補正の具体例>
いま、図5(b)に示すように、第1の輝度重心Pa(1.5,2.7)とすると、第1の輝度重心Paにおける輝度は、第1の輝度重心を有する画素14aを含む四つの画素14aが検知した輝度から以下のようにして補正する。
ΣL(<x>,<y>)=L(1,2)f(0.5,07)+L(2,2)f(0.5,07)
+L(1,3)f(0.5,03)+L(3,2)f(0.5,03)
画素(1,2)、画素(2,2)、画素(1,3)、画素(3,2)が検知した輝度をそれぞれ100、90、90、100とするとf(Δx,Δy)は下記となる。
Lm=ΣL(<x>,<y>)f(Δx,Δy)
=100e-0.74/2σ2+90e-0.74/2σ2+90e-0.74/2σ2+100e-0.74/2σ2
ここで、σ=0.5とすると、輝度補正値Lmは、下記となる。
Lm=100e-0.74/0.5+90e-0.74/0.5+90e-0.74/0.5+100e-0.74/0.5
Lm=2×100×0.228+2×90×0.228=86.6
このようにして、各第1の輝度重心値が有する第1の輝度補正値を求めることにより図6に示す○印のプロットした特性曲線が得られる。この特性曲線によれば、×印の特性曲線では、V形状になっていたものが、略山状の特性曲線となり、輝度特性が改善されている。
<Specific example of brightness correction>
Now, as shown in FIG. 5B, assuming that the first luminance centroid Pa (1.5, 2.7), the luminance at the first luminance centroid Pa is the
ΣL (<x>, <y>) = L (1,2) f (0.5,07) + L (2,2) f (0.5,07)
+ L (1,3) f (0.5,03) + L (3,2) f (0.5,03)
If the luminance detected by the pixel (1, 2), the pixel (2, 2), the pixel (1, 3), and the pixel (3, 2) is 100, 90, 90, 100, respectively, f (Δx, Δy) is It becomes.
Lm = ΣL (<x>, <y>) f (Δx, Δy)
= 100e- 0.74 / 2σ2 + 90e- 0.74 / 2σ2 + 90e- 0.74 / 2σ2 + 100e- 0.74 / 2σ2
Here, assuming that σ = 0.5, the luminance correction value Lm is as follows.
Lm = 100e- 0.74 / 0.5 + 90e- 0.74 / 0.5 + 90e- 0.74 / 0.5 + 100e- 0.74 / 0.5
Lm = 2 × 100 × 0.228 + 2 × 90 × 0.228 = 86.6
In this way, by obtaining the first brightness correction value possessed by each of the first brightness centroid values, the characteristic curve plotted with a circle shown in FIG. 6 is obtained. According to this characteristic curve, the V-shaped characteristic curve becomes a substantially mountain-shaped characteristic curve, and the luminance characteristic is improved.
第1の三次元検出部43は、撮像素子14との距離Z1,Z2・・・Znにおいて撮像した各画像ファイルG1,G2・・Gnそれぞれから各明点付近の輝度から上記のようにして輝度補正値を求める。そして、図6に示すように、金属粒子5hの距離との関係で輝度補正値を記憶しておいて、輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を検知すると共に、最も高い輝度となる第1の輝度補正値を求めた輝度重心値からX,Y座標上の金属粒子5hの位置を検知する。
The first three-
なお、上記第1の検出部43は、最も高い輝度となる第1の輝度補正値に対応する輝度重心値からX,Y座標上の金属粒子5hの位置も検知するが、以下のようにしても良い。すなわち、撮像系10と金属粒子5hと距離Z1、Z2・・・Zn毎により求めた多数の輝度の重心値を例えば二次関数により補間して、距離と輝度重心の補間値を求めて記憶しておいて、輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を検知して、該距離値に対応する輝度重心値に基づいてX,Y座標上の金属粒子5hの位置を検知しても良い。
このように、輝度補正値は、金属粒子5hの距離検知のみではなく、金属粒子5hの位置を検出する輝度重心値の選択にも影響を与える。これにより、金属粒子5hの距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値を選択して、該輝度重心値に基づいて金属粒子5hの位置検知精度も向上する。
The
Thus, the luminance correction value affects not only the distance detection of the metal particles 5h but also the selection of the luminance centroid value for detecting the position of the metal particles 5h. Thereby, the luminance centroid value based on the luminance correction value obtained from the distance of the metal particle 5h is selected, and the position detection accuracy of the metal particle 5h is also improved based on the luminance centroid value.
上記のように構成された三次元計測装置の全体動作を図1から図7を参照し、被対象物として樹脂板5に設けられた六つの金属粒子5hの三次元計測について説明する。
まず、撮像系駆動部65からの位置指令信号により、駆動機構60を動作し、撮像系10をZ軸方向に下降して、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎に画像ファイルG1,G2,・・・Gnを図2(a)に示すように、読み込み画素単位U1毎に輝度を記憶し(ステップS100)、明点抽出部32はこの画像ファイルG1,G2,・・・Gnから六つの金属粒子5hの頂点を明点P1,P2・・・P6として抽出して画素単位U1で位置及び輝度を検知する(ステップS200)。
The overall operation of the three-dimensional measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 to 7 for the three-dimensional measurement of the six metal particles 5h provided on the
First, in response to a position command signal from the imaging system driving unit 65, the
第1の輝度重心の演算部36は、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎において、一定領域A1の輝度分布から各々の輝度重心(Xg1,Yg1),(Xg2,Yg2)・・・(Xgn,Ygn)を求める(ステップS400)。輝度の補正部38は、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎において、例えば上記のようにガウス分布を用いて第1の輝度重心値が有する輝度の補正値を得る(ステップS500)。第1の三次元検知部43は、輝度の補正値に基づいて金属粒子5hの距離を測定すると共に、第1の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのXY平面状の位置を検知する(ステップS700)。
なお、他の明点P2・・・P6も一定領域A2・・A6に対応して、上記のように明点P1と同様にして金属粒子5hの距離及び位置を検知する。
The first luminance
The other bright points P2... P6 also correspond to the fixed areas A2,... A6 and detect the distance and position of the metal particles 5h in the same manner as the bright point P1 as described above.
上記のように構成された三次元計測装置の各工程における動作を図1から図10を参照して説明する。
上記金属粒子5hの明点抽出工程S200では、明点抽出部32は撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎に撮像した各画像ファイルG1,G2,・・・Gnにおいて、図2及び図8に示すように、六つの金属粒子5hの頂点を明点P1,P2・・・P6として抽出し、明点P1の輝度と予め定められた輝度の閾値と比較して明点P1の輝度が閾値以上か否かを判断し(ステップS201)、閾値以上であれば、明点P1を中央として明点P1の輝度が一定領域A1内の周辺輝度以上であることを検出し(ステップS203)、一定領域A1内の輝度の最大値と最小値とを取得して該輝度の最大値と最小値との差からコントラストを求める(ステップS205)。
明点抽出部32は、コントラストが予め定められた閾値以上であることを判断し(ステップS207)、各画像ファイルG1,G2・・・Gnにおける金属粒子5hのX,Y座標の金属粒子5hを画素単位U1で検知して該金属粒子5hの位置を上記高さZ1,Z2・・・Znと関係付けて記憶する(ステップS209)。
なお、他の明点P2・・・P6も、各明点P1と同様にして金属粒子5hを画素単位U1で検知する。
The operation of each step of the three-dimensional measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS.
In the bright spot extraction step S200 of the metal particles 5h, the bright
The bright
Note that the other bright points P2 to P6 also detect the metal particles 5h in pixel units U1 in the same manner as the bright points P1.
上記輝度重心の演算工程S400では、図9に示すように、第1の輝度重心の演算部36は、ステップS100において検知した各画像ファイルG1,G2,・・・Gnにおける各画素14aの輝度値を読み出し(ステップS401)、明点P1の一定領域A1内で、X座標における輝度重心値Xgをそれぞれ上記(1)式により求め、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Znと対応して、輝度重心値Xgを記憶し(ステップS403)、明点P1の一定領域A1内で、Y座標における輝度重心値Ygを上記(2)式によりそれぞれ求めて記憶する(ステップS405)。
また、他の明点P2・・P6も上記と同様に輝度重心値を求め撮像系10の高さZ1,Z2・・・Znと対応して第1の輝度重心値を記憶する。
In the luminance center-of-gravity calculation step S400, as shown in FIG. 9, the first luminance center-of-
Also, the other bright points P2,..., P6 obtain the luminance centroid values in the same manner as described above, and store the first luminance centroid values corresponding to the heights Z1, Z2,.
上記輝度の補正工程S500では、図10に示すように、輝度の補正部38は、ステップS100において検知した明点P1を含む一定領域として5×5画素領域A1の各画素14aの輝度値を読み出し(ステップS501)、上記ステップS403,S405において求めた第1の輝度重心値(Xg1,Yg1)を中心に新たな一定領域A1´の輝度分布を求める(ステップS503)。ここで、新たな一定領域A1´としたのは、輝度重心値によっては、ステップS501と異なる一定領域のこともあるからである。
なお、ステップ503における一定領域A1´は、上記ステップS501と同一の一定領域A1のこともある。
上記ステップS503において求めた輝度分布を用いて、新たな輝度重心値(Xg1,Yg1)から輝度補正値を上記(3)〜(6)式により求め、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Znと対応して輝度補正値を記憶する(ステップS505)。
また、他の明点P2・・P6も上記と同様に輝度補正値を求め撮像系10の高さZ1,Z2・・・Znと対応して輝度補正値を記憶する。
In the luminance correction step S500, as shown in FIG. 10, the
Note that the constant area A1 ′ in step 503 may be the same constant area A1 as in step S501.
Using the luminance distribution obtained in step S503, a luminance correction value is obtained from the new luminance centroid values (Xg1, Yg1) by the above equations (3) to (6), and the height Z1, Z2,. A brightness correction value is stored in association with Zn (step S505).
Further, the brightness correction values of other bright points P2... P6 are obtained in the same manner as described above, and the brightness correction values are stored in correspondence with the heights Z1, Z2,.
第1の三次元検知部43は、明点P1による第1の輝度補正値に基づいて、すなわち、第1の輝度補正が最も高い輝度から金属粒子5hの距離を測定すると共に、最も高い輝度となる第1の輝度補正値を求めた第1の輝度重心値から一つの金属粒子5hのXY平面上の位置を検知する(ステップS700)。
また、他の明点P2・・P6も上記と同様に金属粒子5hの距離及び位置を検知する。
これにより、複数の金属粒子5hの距離及びXY平面での位置を正確に検知できる。しかも、検知された輝度が画素単位U1で標本化されていても、正確な明点の位置を検知できる。
The first three-
Further, the other bright points P2,... P6 also detect the distance and position of the metal particles 5h in the same manner as described above.
Thereby, the distance of the plurality of metal particles 5h and the position on the XY plane can be accurately detected. Moreover, even if the detected luminance is sampled in the pixel unit U1, it is possible to detect the exact bright spot position.
上記のように構成された三次元計測装置1は、金属粒子5hを画素14aを有する撮像素子14を用いて撮像する撮像系10と、金属粒子5hと撮像系10との異なる距離毎に撮像素子14により撮像された各画像G1,G2・・・G6の明点P1(P2・・・P6)を検出する明点抽出部32と、画像の各明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、該輝度分布に基づいて輝度重心値を求める第1の輝度重心の演算部36と、輝度重心値が検知された画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aとから検知した輝度を、各画素14aの中心値と輝度重心値との距離に基づいて、輝度重心値が有する輝度を輝度の補正値として得る輝度の補正部38と、輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値により金属粒子5hのXY面上の位置を求める第1の三次元検知部43と、を備えたものである。
The three-
かかる三次元計測装置1によれば、明点抽出部32が被対象物5と撮像系10との異なる距離毎に撮像系10により撮像された各画像G1,G2・・・G6の明点P1(P2・・・P6)を検出し、第1の輝度重心演算部36が画像の明点を中心とした一定領域A1(A2・・A6)ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの第1の輝度分布を求めると共に、第1の輝度分布に基づいて輝度重心値を求めるので、第1の輝度分布に応じて一定領域内の明点の位置を正確に検知できる。
また、輝度重心の演算部36は、一定領域ごとの画素14aに限定して輝度重心値を求めているので、処理が高速化される。
According to the three-
In addition, the luminance
さらに、三次元計測装置1は、輝度重心値に基づいて一定領域A1(A2・・A6)を設定して、該一定領域において各画素14aが検知した輝度から輝度重心値が有する輝度を、輝度補正値として求める輝度の補正部38を備え、三次元検知部43は、輝度の補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値により金属粒子5hのXY面上の位置を求める。これにより、輝度重心を含む画素14aと、周囲の画素14aとが有する輝度に基づいて輝度重心が有する輝度を、輝度補正値として求め、この輝度補正値により金属粒子5hとの距離を検知する。したがって、三次元計測装置1は、撮像素子14の一画素14aにおいて、金属粒子5hの光の反射に基づいて検知した明点(金属粒子5h)の検知位置がずれても、金属粒子5hの距離を精度良く検知できる。
さらに、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値により金属粒子5hのXY面上の位置を求めるので、明点P1(P2・・・P6)周囲の輝度ボケを考慮しながら、距離を検知した点における(合焦点における)金属粒子5hのXY面上における位置を検知できる。したがって、距離を求め点における金属粒子5hの位置を正確に検知できると共に、画素単位U1で輝度を一定値とみなす標本化の影響を受けずに金属粒子5hの位置を検知できる。
Further, the three-
Furthermore, since the position on the XY plane of the metal particle 5h is obtained from the luminance centroid value based on the luminance correction value for which the distance is obtained, the distance is determined while taking into account the luminance blur around the bright point P1 (P2... P6). The position on the XY plane of the metal particle 5h (at the focal point) at the detected point can be detected. Therefore, the position of the metal particle 5h at the point can be accurately detected, and the position of the metal particle 5h can be detected without being affected by sampling in which the luminance is regarded as a constant value in the pixel unit U1.
上記実施の形態の三次元計測方法は、被対象物5と撮像系10との異なる距離毎に撮像系10により撮像された各画像G1,G2・・・Gnの明点P1(P2・・・Pn)を検出した後、画像G1,G2・・・Gnの明点P1(P2・・・Pn)を中心とした一定領域A1(A2・・An)ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、第1の輝度分布に基づいて輝度重心値を求める。その後、輝度重心値が検知された画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aとから検知した輝度を、輝度重心値が有する輝度に補正した輝度の補正値を得た後、該輝度の補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値に基づいて金属粒子5hのX,Y上の位置を検知する。
これにより、輝度重心値に基づいて金属粒子5hのXY平面の位置を正確に測定できると共に、輝度重心を有する画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aから検知した輝度を、輝度重心が有する輝度としての輝度補正値を求め、この輝度補正値により金属粒子5hとの距離を検知する。したがって、三次元計測方法は、撮像素子14の一画素14aにおいて、金属粒子5hの光の反射に基づいて検知した明点(金属粒子5h)の検知位置がずれても、金属粒子5hの距離を精度良く検知できる。
In the three-dimensional measurement method of the above embodiment, the bright points P1 (P2...) Of the images G1, G2,... Gn captured by the
Thereby, the position of the metal particle 5h on the XY plane can be accurately measured based on the luminance centroid value, and the luminance centroid has the luminance detected from the
実施の形態2.
本発明の他の実施の形態となる三次元計測装置を図11によって説明する。図11は他の実施の形態となる三次元計測装置の全体図で、図11中、図1と同一符号は、同一部分を示し、その説明を省略する。
図11において、第2の三次元計測装置101における第2の三次元検出器130は、マイクロコンピュータから成り、周知のインターフェイス、CPU、RAM、ROMを有しており、明点P1を有する画像から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知部34と、明点P1を有する一定領域の輝度分布から輝度オフセットを差引いた新たな輝度分布を求め、該輝度分布から第2の輝度重心値を求める第2の輝度重心の演算部136と、該第2の輝度重心値に基づいて第2の輝度補正値を得る第2の輝度補正部138と、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎に求めた多数の第2の輝度補正値を関数により連続した輝度補間値とする輝度の補間部41と、輝度補間値から金属粒子5hとの距離を求めると共に、該距離に対応した第2の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのXY平面の位置を検知する第2の三次元検知部143とを備えている。
A three-dimensional measuring apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an overall view of a three-dimensional measuring apparatus according to another embodiment. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and the description thereof is omitted.
In FIG. 11, the second three-
三次元計測装置1の各部の構成を図11から図14を参照しつつ説明する。明点抽出部32は上記実施の形態1と同一であるため、その説明を省略する。
輝度オフセットの検知部34は、点状の各明点P1・・・・P6を含む一定の領域の各画像G1,G2・・Gnにおいて、最小輝度値をとなる輝度オフセットを検知している。
ここで、輝度オフセットが生じるのは、他の金属粒子5hなどからの乱反射光などを撮像素子14の画素14aが検知するためである。
The configuration of each part of the three-
The luminance offset
Here, the luminance offset is generated because the
第2の輝度重心の演算部136は、明点を有する5×5画素14aから成る一定領域A1内の画像から検知した第1の輝度分布値から輝度オフセットを除去(差引いた)した第2の輝度分布を求めた後、明点P1を有する一定領域A1における第2の輝度重心値(Xgo,Ygo)を下記(7)及び(8)式により求めている。
輝度オフセットを除去するのは、図12に示すように、金属粒子5hの反射光による輝度変化のみの輝度変化値(輝度分布)Ldを得て、この輝度変化値から第2の輝度重心値を求め、第2の輝度重心値に基づいて金属粒子5hの位置を正確に検知するためである。図13に示すように、点線の第1の輝度分布(検知した輝度)から実線の第2の輝度分布(輝度変化値)となり、正確な金属粒子5hの頂点の位置を求めることができる。
なお、輝度オフセットは最小輝度値に設定することが好ましいが、一定の領域における最小輝度値よりも高い一定輝度値でも良い。
Xgo=ΣX(L−Lo)/Σ(L−Lo)・・・・(7)
Ygo=ΣY(L−Lo)/Σ(L−Lo)・・・・(8)
ここで、L:検知された輝度 Lo:輝度オフセット
The second luminance center-of-
As shown in FIG. 12, the luminance offset is removed by obtaining the luminance change value (luminance distribution) Ld of only the luminance change due to the reflected light of the metal particles 5h, and obtaining the second luminance centroid value from this luminance change value. This is because the position of the metal particle 5h is accurately detected based on the second luminance centroid value. As shown in FIG. 13, the first luminance distribution (detected luminance) indicated by the dotted line is changed to the second luminance distribution (luminance change value) indicated by the solid line, and an accurate vertex position of the metal particle 5 h can be obtained.
The luminance offset is preferably set to the minimum luminance value, but may be a constant luminance value higher than the minimum luminance value in a certain region.
Xgo = ΣX (L−Lo) / Σ (L−Lo) (7)
Ygo = ΣY (L−Lo) / Σ (L−Lo) (8)
Where L: detected luminance Lo: luminance offset
第2の輝度重心値を求めるのは、点状の明点P1(P2・・・・P6)の位置を、輝度オフセットを除去した周囲輝度との関係で求めることにより、輝度のボケの影響を受けずに、さらに、他の金属粒子5hなどからの乱反射光などの影響を受けずに、金属粒子5hの位置を正確に検出するためである。 The second luminance centroid value is obtained by calculating the position of the point-like bright point P1 (P2... P6) in relation to the ambient luminance from which the luminance offset is removed, thereby reducing the influence of luminance blur. This is because the position of the metal particle 5h is accurately detected without being affected by the influence of irregular reflection light from the other metal particle 5h.
第2の輝度の補正部38は、第2の輝度重心値を有する画素14aと、該画素14aが検知した輝度と該画素14aの周囲の画素14aとが検知した輝度と、各画素14aの中心値と第2の輝度重心値との上記距離Δx,Δyのモデル関数として検知した輝度がガウス分布で影響を受けるとして、上記(3)から(6)式により、第2の輝度重心値が有する輝度を求めるように形成されている。
このようにして求めた第2の輝度重心値が有する輝度を、輝度の補正値として表示すると図14に示す○印の特性曲線のようになる。
The second
When the luminance of the second luminance centroid value obtained in this way is displayed as a luminance correction value, a characteristic curve indicated by a circle shown in FIG. 14 is obtained.
輝度の補間部41は、輝度の補正値を用いて最大輝度値を取得して最大輝度値を中心に撮像系の高さとして±Z内における輝度補正値を得ると共に、図14の実線により示すように、該輝度補正値を例えば二次関数により補間した輝度の連続補間値を得ている。
輝度を補間することにより撮像系10と金属粒子5hとの異なる距離毎に求めた各各輝度の補正値との整合を得る。また、輝度を連続補間することにより輝度の補間値の連続性を得て、金属粒子5hとの距離の検出精度を向上できる。
The
By interpolating the luminance, matching with each luminance correction value obtained for each different distance between the
第2の距離検出部143は、図14に示すように輝度の連続補間値と対象物としての金属粒子5hとの距離値との特性曲線を利用して金属粒子5hと撮像系10との距離を検知すると共に、検知した距離値に対応する第2の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのX,Y座標の位置も検知する。
As shown in FIG. 14, the second
上記のように構成された三次元計測装置の全体動作を図11及び図15を参照して説明する。まず、撮像系駆動部65からの位置指令信号により、駆動機構60を動作し、撮像系10をZ軸方向に下降して、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎に画像ファイルを図2(a)に示すように、読み込み(ステップS100)、明点抽出部32はこの画像ファイルから金属粒子5hの頂点としての明点P1を画素単位U1で位置及び輝度を検知する(ステップS200)。輝度オフセットの検知部34は、明点P1を中心とした一定領域A1から輝度オフセットを検知する(ステップS300)。
The overall operation of the three-dimensional measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. First, in response to a position command signal from the imaging system driving unit 65, the
第2の輝度重心の演算部136は、明点P1を中心とした一定領域A1内の輝度重心を求める(ステップS1400)。第2の輝度補正部138は、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Zn毎の輝度重心値(Xg1,Yg1),(Xg2,Yg2)・・・(Xgn,Ygn)を用いて、例えばガウス分布を用いて第2の輝度重心値が有する輝度を、輝度の補正値として得る(ステップS1500)。輝度の補間部41は、多数の輝度の補正値を、関数を用いて連続した連続補間値を得る(ステップS600)。第2の三次元検知部143は、一定領域A1における最大輝度値から金属粒子5hの距離を測定すると共に、最大輝度値に対応する第2の輝度重心値から金属粒子5hのXY平面状の位置が検知する(ステップS700)。
The second luminance center-of-
上記のように構成された三次元計測装置の各工程における動作を図11から図18を参照して説明する。
上記輝度オフセットの検知工程S300では、輝度オフセットの検知部34は、各画像ファイルG1,G2・・・Gnにおいて、図16に示すように、各明点P1・・・P6を中心としたそれぞれの一定領域A1・・・A6内において、各X,Y座標の輝度を検知してから記憶し(ステップS301)、明点P1を中心とする一定領域A1内の最小輝度値を輝度オフセットLoとして設定し記憶し(ステップS303,S305)、上記各X,Y座標の輝度から輝度オフセットLoを除去(差し引き)し、輝度変化値Ldを求める(ステップS307)。
すなわち、明点P1を中心とした一定領域A1内の輝度オフセットLoを検知してから検知した輝度から輝度オフセットLoを除去した輝度変化値を得る。
なお、他の明点P2・・・P6も一定領域A2・・A6に対応して、上記のように明点P1と同様にして輝度オフセットLoを除去した輝度変化値を得る。
The operation of each step of the three-dimensional measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS.
In the brightness offset detection step S300, the brightness offset
That is, a luminance change value obtained by removing the luminance offset Lo from the detected luminance is obtained after detecting the luminance offset Lo in the constant area A1 centered on the bright point P1.
The other bright points P2... P6 also correspond to the fixed areas A2,... A6, and obtain luminance change values from which the luminance offset Lo has been removed in the same manner as the bright points P1 as described above.
上記輝度重心の演算工程S1400では、図17に示すように、第2の輝度重心の演算部136は、ステップS100において検知した画素14aの輝度値を読み出し(ステップS1401)、明点P1を含む一定領域A1内で、X座標における第2の輝度重心値Xgoを上記(7)式により求めて記憶し(ステップS1403)、明点P1を含む一定領域A1内で、Y座標における第2の輝度重心値Ygoを求めて記憶する(ステップS1405)。
輝度重心の演算部136は、上記ステップS1401からS1405を各画像ファイルG1,G2,・・・Gnで実行する。
これにより、輝度分布から輝度オフセットを差し引いた図13に示す輝度の変化値により第2の輝度重心を求めるので、一定領域における輝度重心値を正確に検知できる。
In the luminance centroid calculation step S1400, as shown in FIG. 17, the second luminance
The luminance center-of-
Accordingly, the second luminance centroid is obtained from the luminance change value shown in FIG. 13 obtained by subtracting the luminance offset from the luminance distribution, so that the luminance centroid value in a certain region can be accurately detected.
上記輝度の補正工程S1500では、図10に示すように、輝度の補正部38は、ステップS100において検知した各画素14aの輝度値を読み出し(ステップS501)、ステップS400において求めたX,Y座標における第2の輝度重心を用いて、新たな5×5画素の一定領域を設定してから(ステップS503)、輝度を上記(3)〜(6)式によって補正した第2の輝度補正値を求めて記憶する(ステップS505)。
In the luminance correction step S1500, as shown in FIG. 10, the
上記輝度の補間工程S600では、図18に示すように、金属粒子5hを検知すると(ステップS601)、撮像系10の高さZ1,Z2・・・Znにおける最大輝度値を取得(ステップS603)、最大輝度値が生じるのは、何枚目かを判断して取得し(ステップS605)、最大輝度値を中心にn個の輝度データ値を取得する(ステップS607)。
ここで、n個の輝度データ値に限定したのは、合焦点から離れた不要なデータの連続補間を省き、高速の処理が可能としている。そして、n個の輝度データ値を二次補間して図14の実線に示すように、連続補間曲線を得る(ステップS609)。第2の三次元検知部143は、輝度の補間値における最大輝度値に基づいて金属粒子5hの距離を検知すると共に、距離を検知した輝度補間値に対応する輝度重心値に基づいて、金属粒子5hのX,Y座標上の金属粒子5hの位置を検知する(ステップS700)。
In the luminance interpolation step S600, as shown in FIG. 18, when the metal particle 5h is detected (step S601), the maximum luminance value at the heights Z1, Z2,... Zn of the
Here, the limitation to n luminance data values is that high-speed processing is possible by omitting continuous interpolation of unnecessary data away from the focal point. Then, the n luminance data values are subjected to quadratic interpolation to obtain a continuous interpolation curve as shown by the solid line in FIG. 14 (step S609). The second three-
上記のように構成された三次元計測装置101は、金属粒子5hを撮像素子14を用いて撮像する撮像系10と、金属粒子5hと撮像系10との異なる距離毎に撮像系10により撮像された各画像G1,G2・・・Gnの明点P1,P2・・・Pnを検出する明点三次元検知部32と、画像の一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知部34と、画像の明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布から輝度オフセットを除去した第2の輝度分布を求めると共に、第2の輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める第2の輝度重心の演算部136と、輝度重心値が検知された画素14aと、該画素14aの周囲の画素14aとが検知した輝度から輝度重心値が有する輝度を、輝度の補正値として得る輝度の補正部38と、輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離を求めると共に、該距離を求めた輝度補正値に対応する第2の輝度重心に基づいて金属粒子5hのX,Y上の位置を求める第2の三次元検知部143と、を備えたものである。
The three-
かかる三次元計測装置101によれば、上記実施形態1の作用・効果を奏すると共に、画像の一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知部34を備え、画像の明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布から輝度オフセットを除去した第2の輝度分布を求めると共に、第2の輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める第2の輝度重心の演算部136とを備えたので、画素14aが金属粒子5hからの反射によって検知した輝度の影響を受けにくいので、距離を求めた輝度補正値に基づいた第2の輝度の重心値が金属粒子5hのXY平面上の位置と正確に重なることになる。
これにより、三次元計測装置101では、明点付近の輝度から輝度オフセットを除去した輝度変化値のみに基づいて第2の輝度重心値を求めて、第2の輝度重心値によって明点の位置を検知するので、金属粒子5hの反射などの影響を受けずに、正確に明点のXY平面での位置を検知できる。したがって、金属粒子5hの位置の検知精度が向上する。
さらに、第2の輝度重心値に基づいて補正した第2の輝度の補正値を得て、第2の輝度の補正値に基づいて金属粒子5hの距離を検知するので、金属粒子5hの距離の検知精度がより向上する。
According to the three-
Accordingly, the three-
Further, the second luminance correction value corrected based on the second luminance centroid value is obtained, and the distance of the metal particles 5h is detected based on the second luminance correction value. Detection accuracy is further improved.
上記実施の形態の三次元計測方法は、被対象物5と撮像系10との異なる距離毎に撮像系10により撮像された各画像G1,G2・・・Gnの明点P1,P2・・・Pnを検出した後、画像G1,G2・・・Gnから明点を中心とした一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知工程を実行した後、画像G1,G2・・・Gnの明点P1,P2・・・Pnを中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの第1の輝度分布を求めると共に、第1の輝度分布から輝度オフセットを差し引いた第2の輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める。その後、輝度の補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた第2の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのX,Y上の位置を検知する、ものである。
これにより、三次元計測装置101では、明点付近の輝度から輝度オフセットを除去した輝度変化値のみに基づいて明点の位置を検知するので、金属粒子5hの反射などの影響を受けずに、正確に検知できる。したがって、金属粒子5hの距離及び位置の検知精度が向上する。
In the three-dimensional measurement method of the above embodiment, the bright points P1, P2,... Of the images G1, G2,... Gn captured by the
Thereby, in the three-
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、第1(第2)の三次元検出器30(130)は、第1(第2)の輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を求めると共に、第1(第2)の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのX,Y上の位置を検知したが、以下のようにしても良い。
本実施形態の三次元計測装置は、明点抽出部32と、第1の輝度重心演算部36と、輝度オフセットの検知部34と、第2の輝度重心の演算部136と、第1の輝度補正部43と、第3の三次元検出器とを備えている。
第3の三次元検出器は、第1の輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を求めると共に、該距離値に対応した第2の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのX,Y上の位置を検知しても良い。これにより、金属粒子5hとの距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮せず、金属粒子5hの位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮している。したがって、金属粒子5hの位置の検知精度がより向上する、
In the first and second embodiments, the first (second) three-dimensional detector 30 (130) obtains the distance value from the metal particle 5h based on the first (second) luminance correction value, and Although the position on the X and Y of the metal particle 5h is detected based on the first (second) luminance center-of-gravity value, it may be as follows.
The three-dimensional measurement apparatus according to the present embodiment includes a bright
The third three-dimensional detector obtains a distance value with respect to the metal particle 5h based on the first brightness correction value, and based on the second brightness centroid value corresponding to the distance value, X, A position on Y may be detected. As a result, the luminance offset is taken into account for detecting the position of the metal particle 5h without taking the luminance offset into consideration when obtaining the distance value with the metal particle 5h. Therefore, the detection accuracy of the position of the metal particle 5h is further improved.
また、他の実施形態の三次元計測装置は、明点抽出部32と、第1の輝度重心演算部36と、輝度オフセットの三次元検知部34と、第2の輝度重心の演算部136と、第1の輝度補正部43と、第4の三次元検出器とを備えている。
第3の三次元検出器の代わりに、第4の三次元検出器を設け、第4の三次元検知器は、第2の輝度補正値に基づいて金属粒子5hとの距離値を求めると共に、該距離値に対応した第1の輝度重心値に基づいて金属粒子5hのX,Y上の位置を検知しても良い。これにより、金属粒子5hとの距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮し、被対象物5の位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮していない。したがって、金属粒子5hの距離の検知精度がより向上する、
The three-dimensional measurement apparatus according to another embodiment includes a bright
In place of the third three-dimensional detector, a fourth three-dimensional detector is provided, and the fourth three-dimensional detector obtains a distance value from the metal particle 5h based on the second luminance correction value, The positions on the X and Y of the metal particles 5h may be detected based on the first luminance centroid value corresponding to the distance value. As a result, the luminance offset is taken into account for obtaining the distance value with respect to the metal particle 5h, and the luminance offset is not taken into account for detecting the position of the
本発明は、三次元計測装置に適用できる。 The present invention can be applied to a three-dimensional measuring apparatus.
本発明は、上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the description of the embodiment of the invention. Various modifications are also included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims.
1,101 三次元計測装置、 5 樹脂板、5h 金属粒子(被対象物)、10 撮像系、32 明点抽出部、34 輝度のオフセット検知部、36 第1の輝度重心の演算部、38 第1の輝度の補正部、41 輝度の補間部、43 第1の三次元検知部、136 第2の輝度重心の演算部、138 第2の輝度の補正部、143 第2の三次元検知部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Three-dimensional measuring apparatus, 5 Resin plate, 5h Metal particle (object), 10 Imaging system, 32 Bright point extraction part, 34 Luminance offset detection part, 36 1st luminance gravity center calculation part, 38
Claims (6)
前記被対象物と前記撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像により検知された輝度が予め定められた閾値以上の前記画素を検知し、この画素を輝度セルとして抽出し、前記輝度セルの中心を明点として画素単位で抽出する明点抽出手段と、
前記明点を有する画素と該画素の周囲の画素により成す一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、該輝度分布に基づいて第1の輝度重心値を求める輝度重心の演算手段と、
前記輝度重心値が検知された画素が有する輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度とを、前記輝度重心値が有する輝度に補正した輝度補正値を得る輝度補正手段と、
前記輝度補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のX,Y上の位置を検知する三次元検知手段と、
を備えたことを特徴とする三次元計測装置。 Imaging means for imaging an object by an imaging device having pixels;
Wherein detecting the pixels of different distances luminance sensed by the image captured by the imaging unit for each of more than a predetermined threshold value and the object and the imaging means, and extracting the pixels as brightness cell , A bright spot extracting means for extracting the center of the luminance cell as a bright spot in pixel units,
Detecting the brightness of each predetermined area formed by the pixels around the pixel and the pixel having the bright point, X-axis of the constant region, along with obtaining a luminance distribution of each Y-axis, the first based on the luminance distribution Means for calculating the luminance centroid of the luminance centroid value;
A luminance correction means for obtaining a luminance correction value obtained by correcting the luminance of the pixel in which the luminance centroid value is detected and the luminance detected by pixels surrounding the pixel to the luminance of the luminance centroid value;
A three-dimensional detection means for obtaining a distance value to the object based on the luminance correction value and detecting a position on the X, Y of the object based on the luminance centroid value;
A three-dimensional measuring device comprising:
前記輝度重心の演算手段は、前記第1の輝度重心値を求める代わりに、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。 A luminance offset detecting means for detecting a luminance offset from the certain area of the image;
The luminance centroid calculating means obtains a new luminance distribution obtained by removing the luminance offset from the luminance distribution, instead of obtaining the first luminance centroid value, and generates a second luminance based on the new luminance distribution. Find the center of gravity value,
The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1.
前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第2の輝度重心値を求める第2の輝度重心の演算手段を、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。 A luminance offset detecting means for detecting a luminance offset from the certain area of the image;
A second luminance centroid calculating means for obtaining a new luminance distribution obtained by removing the luminance offset from the luminance distribution and obtaining a second luminance centroid value based on the new luminance distribution,
Three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, further comprising a.
前記三次元検知手段は、前記輝度の補間値に基づいて前記被対象物との距離値を求める、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の三次元計測装置。 A luminance interpolation means for interpolating a plurality of luminance correction values with a predetermined function to obtain a luminance interpolation value,
The three-dimensional detection means obtains a distance value to the object based on the luminance interpolation value.
The three-dimensional measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記画像の明点を含む一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のX軸,Y軸ごとの輝度分布を求めると共に、前記輝度分布に基づいて輝度重心値を求める輝度重心の演算工程を実行した後、
前記輝度重心値が検知された画素が有する輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度とを、前記輝度重心値が有する輝度に補正した輝度の補正値を得た後、
前記輝度の補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のX,Y上の位置を検知する、
ことを特徴とする三次元計測方法。 After executing a bright spot extraction step of detecting a bright spot of each image captured by the imaging unit at different distances between the target object and the imaging unit that captures the target object with an imaging device having pixels. ,
Luminance centroid calculation step of detecting the luminance for each constant region including the bright point of the image, obtaining the luminance distribution for each X-axis and Y-axis in the fixed region, and obtaining the luminance centroid value based on the luminance distribution After running
After obtaining the luminance correction value obtained by correcting the luminance of the pixel in which the luminance centroid value is detected and the luminance detected by the pixels around the pixel to the luminance of the luminance centroid value,
Obtaining a distance value with respect to the object based on the correction value of the luminance, and detecting a position on the X and Y of the object based on the luminance gravity value;
A three-dimensional measurement method characterized by this.
輝度重心の演算工程は、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した該一定領域内のX軸,Y軸ごとの新たな輝度分布を求めると共に、前記新たな輝度分布に基づいて輝度重心値を求める、
ことを特徴とする請求項5に記載の三次元計測方法。 After performing the light spot extraction step, after performing a brightness offset detection step of detecting a brightness offset from a certain region including the light point of the image,
In the luminance centroid calculation step, a new luminance distribution is obtained for each of the X axis and Y axis in the fixed region obtained by removing the luminance offset from the luminance distribution, and a luminance centroid value is obtained based on the new luminance distribution. ,
The three-dimensional measurement method according to claim 5.
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