JPH01213507A - Three-dimensional object measuring instrument - Google Patents

Three-dimensional object measuring instrument

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JPH01213507A
JPH01213507A JP3894588A JP3894588A JPH01213507A JP H01213507 A JPH01213507 A JP H01213507A JP 3894588 A JP3894588 A JP 3894588A JP 3894588 A JP3894588 A JP 3894588A JP H01213507 A JPH01213507 A JP H01213507A
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reference plane
camera
dimensional object
bright line
measuring device
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正昭 花嶋
Takehiro Kurono
剛弘 黒野
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PURPOSE:To measure the shape of an object from the distance information of the object by one time of scanning by projecting slit light on the same picture element of a reference plane from right and left sides and scanning the projected location synchronously to TV signals, and then, detecting the position of a base line on the object on a TV camera side from the reference plane. CONSTITUTION:Projectors 3a and 3b are provided on both sides of a TV camera 1 and slit light 7a and 7b is projected on the same position on a reference plane S at a fixed distance from the camera 1. Then the projected position is scanned at every picture element as X1, X2... synchronously to TV signals. A measuring plane is set on the TV camera 1 side of the reference plane S by a prescribed interval and light is projected from the projectors 3a and 3b on an object placed on the measuring plane and positions of bright lines on the object to be measured are detected. The distance to the object is calculated from the positions of the bright lines, projecting angles, and positional relations between the TV camera 1 and projectors 3a and 3b. Thus the distance information of the object can be obtained by one time of scanning.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は三次元物体にスリット光を照射し、物体面に生
じた輝線をテレビカメラで撮像して物体面までの距離を
計測する三次元物体計測装置に係り、特に2つの投光器
を使用し、1回のスキャニングで計測を行うことができ
る三次元物体計測装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is a three-dimensional object in which a three-dimensional object is irradiated with a slit light, and the bright line generated on the object surface is imaged with a television camera to measure the distance to the object surface. The present invention relates to an object measuring device, and particularly to a three-dimensional object measuring device that uses two projectors and can perform measurement in one scan.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、工場における検査工程や組み立てロボットに使
用される視覚機能としては、三次元の認識能力が必要と
されるが、従来行われていた輝度画像情報から物体認識
を行う方式では十分でないのが実情である。そのため、
輝度画像情報だけでなく物体までの距離情報を求めるこ
とによって物体の認識や抽出を容易にする試みが盛んに
行われるようになってきている。
Generally, three-dimensional recognition ability is required for visual functions used in factory inspection processes and assembly robots, but the reality is that the conventional method of object recognition based on brightness image information is not sufficient. It is. Therefore,
Many attempts have been made to facilitate object recognition and extraction by obtaining not only luminance image information but also distance information to the object.

第12図(イ)はこのような従来の三次元物体計測装置
の構成を示す図、同図(ロ)は輝線を示す図であり、図
中、1はテレビカメラ、3は投光器、5は計測面、7は
スリット光である。
FIG. 12(A) is a diagram showing the configuration of such a conventional three-dimensional object measuring device, and FIG. 12(B) is a diagram showing bright lines. On the measurement surface, 7 is a slit light.

図において、テレビカメラ1と投光器3は間隔lで所定
位置に配置されているものとし、投光器3は計測面を単
位角度ずつ角度を変え視野範囲PL−P2に渡ってスリ
ット光7を投光する。テレビカメラlは視野範囲を撮像
可能で、スリット光による輝線を撮像して図示しないモ
ニタ上に表示する。
In the figure, it is assumed that the television camera 1 and the projector 3 are arranged at predetermined positions with an interval l, and the projector 3 projects a slit light 7 across the viewing range PL-P2 by changing the angle of the measurement plane by a unit angle. . The television camera l is capable of capturing an image of a viewing range, and captures an image of a bright line formed by a slit light and displays the image on a monitor (not shown).

このような構成において、まずテレビカメラにより物体
面を走査して通常の輝度画像が得られる。
In such a configuration, a normal brightness image is first obtained by scanning the object plane with a television camera.

次に、投光器3を所定ステップ数だけスキャンすると、
第12図(ロ)のような輝線画像が得られる。今、計測
面5の位置Pxにおける輝線を観測したとする。投光器
3の単位ステップにおける角度は既知であるので、これ
とステップ数とから投光器3の角度αが分かり、また観
測された輝線の位置から輝線のテレビカメラへの入射角
度βも分かるので、投光器とテレビカメラ間の距離βと
により三角法でテレビカメラから計測位置までの距離を
算出することができる。
Next, when the projector 3 is scanned by a predetermined number of steps,
A bright line image as shown in FIG. 12(b) is obtained. Suppose now that a bright line at a position Px on the measurement surface 5 is observed. Since the angle of the projector 3 in a unit step is known, the angle α of the projector 3 can be found from this and the number of steps, and the incident angle β of the bright line to the television camera can also be determined from the position of the observed bright line, so Using the distance β between the television cameras, the distance from the television camera to the measurement position can be calculated using trigonometry.

こうして、輝度画像情報と共に、距離情報を求めること
が可能となる。
In this way, it becomes possible to obtain distance information as well as brightness image information.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、第12図に示す従来の3次元物体計測装
置では、輝度画像は瞬時に得られるにしても、第13図
(イ)に示すような形状の物体の場合、影の部分が生じ
てしまうので、先ずテレビカメラに対して一方の側から
スリット光を投光してスキャニングし、次にテレビカメ
ラに対して反対側からスリット光を投光して同様にスキ
ャニングし、それぞれの輝線を撮像して2回のスキャニ
ングを行わなければ完全な計測を行うことはできない、
1本の輝線を撮像するのに1画面の走査時間である1/
30秒を要するので、スリット光により水平方向に、例
えば512画素スキャンするとすると、1回のスキャン
だけで約17秒(=512X1/30)も要し、2回で
は34秒も要してしまうという問題があった。なお、第
13図(ロ)、(ハ)、(ニ)において黒い部分はレー
ザー光が当たった部分の輝線を示し、第13図(ロ)は
投光像の例であり、第13図(ハ)は投光像のA部分を
拡大したもので輝線幅変化の例を示している。また第1
3図(ニ)は投光像のB部分を拡大したもので輝線が3
本に分割されている例を示している。
However, with the conventional three-dimensional object measuring device shown in Fig. 12, even though a brightness image can be obtained instantly, in the case of an object with a shape as shown in Fig. 13 (a), a shadow part appears. Therefore, first, a slit light is projected onto the TV camera from one side for scanning, then a slit light is projected onto the TV camera from the opposite side and scanned in the same manner, and each bright line is imaged. A complete measurement cannot be made without scanning twice.
It takes 1/1 screen scanning time to image one bright line.
It takes 30 seconds, so if you scan, for example, 512 pixels in the horizontal direction using slit light, it will take about 17 seconds (=512 x 1/30) for just one scan, and 34 seconds for two scans. There was a problem. In addition, in FIGS. 13(b), (c), and (d), the black parts indicate the bright lines of the areas hit by the laser beam, and FIG. 13(b) is an example of a projected image, and FIG. C) is an enlarged view of part A of the projected image and shows an example of a change in bright line width. Also the first
Figure 3 (d) is an enlarged view of part B of the projected image, with 3 bright lines.
An example is shown where it is divided into books.

本発明は上記問題点を解決するためのもので、−度のス
キャニングにより形部をなくして短時間に物体形状を計
測することができる三次元物体計測装置を提供すること
を目的とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a three-dimensional object measuring device that can measure the shape of an object in a short time by eliminating shape parts by scanning at -degrees.

(問題点を解決するための手段) そのために本発明の三次元物体計測装置は、テレビカメ
ラと、テレビカメラの両側に配置され、基準面上の同一
位置に向けて同時に左右からテレビカメラの走査線に垂
直なスリット光を投光する2つの投光器と、テレビ信号
に同期して基準面上の1画素づつ投光位置をスキャニン
グするように投光器の投光角を変化させる投光角制御手
段と、基準面よりテレビカメラ側に設置された計測物体
からのスリット光による輝線撮像位置、投光角度、テレ
ビカメラと投光器の位置とから計測物体までの距離を算
出する距離演算手段とを備えたことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) For this purpose, the three-dimensional object measuring device of the present invention includes a television camera, which is placed on both sides of the television camera, and scans the television camera simultaneously from the left and right toward the same position on a reference plane. two projectors that project slit light perpendicular to the line; and a projection angle control means that changes the projection angle of the projectors so as to scan the projection position pixel by pixel on a reference plane in synchronization with a television signal. , distance calculation means for calculating the distance to the measurement object from the bright line imaging position, projection angle, and positions of the television camera and the projector using the slit light from the measurement object installed on the side of the television camera from the reference plane. It is characterized by

〔作用〕[Effect]

本発明の三次元物体計測装置は、テレビカメラの両側に
配置された2つの投光器により基準面上の同一位置に向
けて同時にテレビカメラの走査線に垂直なスリット光を
投光してテレビ信号に同期して1画素づつスキャニング
し、基準面よりテレビカメラ側に設置した計測物体上の
スリット光による輝線の描像位置を各走査線ごとに検出
し、検出した輝線位置、投光角度、テレビカメラ、投光
器の位置とから計測物体までの距離を算出することによ
り1回のスキャニングで計測物体の形状を求めることが
できる。
The three-dimensional object measuring device of the present invention uses two projectors placed on both sides of a television camera to simultaneously project slit light perpendicular to the scanning line of the television camera toward the same position on a reference plane to generate a television signal. Synchronized scanning is performed pixel by pixel, and the position of the bright line drawn by the slit light on the measurement object placed closer to the TV camera than the reference plane is detected for each scanning line, and the detected bright line position, projection angle, TV camera, By calculating the distance from the position of the projector to the measurement object, the shape of the measurement object can be determined with one scanning.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例を図面に基づき説明する。 Examples will be described below based on the drawings.

第1図は本発明による三次元物体計測装置の一実施例を
示す図、第2図はスキャン方法を示す図、第3図は半球
状計測物体の計測例を示す図であり、lはテレビカメラ
、3a、3bは左右の投光器、Sは基準面、5は計測面
、?a、7bはスリット光、1113はステップモータ
、15は前処理部、17は位置検出部、19は距離演算
部、21は距離データ記録部、23は距離画像メモリ、
25はテーブル補正部、27.29は制御テーブル、3
1は左側投光角制御部、33は右側投光角制御部である
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the three-dimensional object measuring device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a scanning method, and FIG. 3 is a diagram showing an example of measuring a hemispherical measurement object, and l is a television Camera, 3a, 3b are left and right floodlights, S is reference plane, 5 is measurement plane, ? a, 7b are slit lights, 1113 is a step motor, 15 is a preprocessing section, 17 is a position detection section, 19 is a distance calculation section, 21 is a distance data recording section, 23 is a distance image memory,
25 is a table correction unit, 27.29 is a control table, 3
Reference numeral 1 denotes a left side projection angle control section, and numeral 33 denotes a right side projection angle control section.

図において、テレビカメラlの両側には投光器3a・3
bが配置され、スリット光7a、7bをテレビカメラl
から一定距離dの基準面S上の同一位置に向けて投光し
、第2図に示すようにXi、x2・・・と1画素ごとに
スキャニングする。投光器3a、3bの投光角は、左側
投光角制御部31、右側投光角制御部33によりステッ
プモータ11.13を制御することにより行われる。こ
の場合、ステップモータの回転はギヤ等を用い、減速し
て投光器に伝達されるため、ギヤのピンチ誤差、ベアリ
ング径の誤差、あるいはバンクラッシュ等の機械的な誤
差のためにステップモータに加えられるパルス数と投光
器の回転角の関係が完全には線形にはならないので、パ
ルス数と回転角との関係をあらかじめ実測して求め、基
準面の各画素に応じたパルス数を制御テーブル27.2
9として作成しておき、制御テーブルの値を読み出して
、投光角の制御を行うことにより各画素ごとにスキャニ
ングを行うようにしている。このように制御テーブルは
あらかじめ作成しておくが、さらに精度よくするために
、計測に先立ち、基準面を1画素ごとにスキャニングし
て計測を行い、輝線の位置検出結果から実際に投光され
ている位置に対する本来あるべき位置とのずれからパル
ス数を換算し、テーブル補正部25により制御テーブル
27.29の内容を補正するようにする。
In the figure, on both sides of the TV camera l are floodlights 3a and 3.
b is arranged, and the slit lights 7a and 7b are connected to the television camera l.
Light is projected toward the same position on the reference plane S at a certain distance d from the center, and scanning is performed pixel by pixel as shown in FIG. The projection angles of the projectors 3a and 3b are controlled by controlling the step motors 11 and 13 by the left projection angle control section 31 and the right projection angle control section 33. In this case, the rotation of the step motor is slowed down and transmitted to the floodlight using gears, etc., so mechanical errors such as gear pinch error, bearing diameter error, or bank lash may be applied to the step motor. Since the relationship between the number of pulses and the rotation angle of the projector is not completely linear, the relationship between the number of pulses and the rotation angle is actually measured and determined in advance, and the number of pulses corresponding to each pixel on the reference plane is determined from the control table 27.2.
9, and by reading out the values in the control table and controlling the projection angle, scanning is performed for each pixel. The control table is created in advance in this way, but in order to further improve the accuracy, the reference plane is scanned pixel by pixel prior to measurement, and the result of detecting the position of the bright line is used to determine the actual light emitted. The number of pulses is converted from the deviation between the current position and the original position, and the table correction section 25 corrects the contents of the control tables 27 and 29.

計測面5は、第2図に示すように基準面Sより所定間隔
だけ前側とする。こうすることにより計測面上の輝線位
置は、基準面上の対象画素に対して必ず左右に分離し、
左側輝線は投光器3aによるもの、右側輝線は投光器3
bによるものと認識できるので、それぞれの輝線を測定
することにより前述した3角法により1回のスキャニン
グにより膨部をなくして計測を行うことができる。
The measurement surface 5 is placed in front of the reference surface S by a predetermined distance, as shown in FIG. By doing this, the bright line position on the measurement surface is always separated to the left and right with respect to the target pixel on the reference surface.
The bright line on the left side is from the floodlight 3a, and the bright line on the right side is from the floodlight 3a.
b. Therefore, by measuring each bright line, it is possible to perform measurement without the bulge by one scanning using the above-mentioned triangulation method.

例えば、第3図(イ)に示すように計測面に半球状物体
を置いた場合で説明すると、投光器で投   。
For example, if a hemispherical object is placed on the measurement surface as shown in Figure 3 (a), it will be projected by a projector.

光しない状態のテレビ画像、即ち輝度画像は第3図(ロ
)のように得られる。基準面S上のA、B。
A television image without light, that is, a brightness image, is obtained as shown in FIG. 3 (b). A and B on the reference plane S.

C位置における輝線が第3図(ハ)のようであるとする
と、基準面A位置にスリット光が投光されている場合、
左側スリット光は平面上を投光しているので輝線は直線
状になり、右側スリット光は球面上を投光しているので
輝線は円弧状となる(第3図(ニ) ) 、また基準面
上のBの位置を投光した場合は、左側スリット光と右側
スリット光とも球面を照射しているので輝線は円弧状と
なり(第3図(ホ))、基準面上のCの位置を投光した
場合は、同様に輝線は円弧状となるが、右側スリット光
は球面の端を投光するので、つぶれた円弧状となる(第
3図(へ))、なお、破線は基準面における輝線位置を
示している。
Assuming that the bright line at position C is as shown in Fig. 3 (c), when the slit light is projected onto the reference plane A position,
The left slit light is projected on a flat surface, so the bright line is straight, and the right slit light is projected on a spherical surface, so the bright line is arc shaped (Figure 3 (d)). When the light is emitted from the position B on the surface, the emission line becomes an arc because both the left slit light and the right slit light illuminate the spherical surface (Fig. 3 (e)), and the position C on the reference surface is When the light is projected, the bright line similarly becomes an arc, but since the right slit light projects the edge of the spherical surface, it becomes a collapsed arc (see Figure 3).The broken line is the reference plane. shows the emission line position at .

こうして得られた輝度画像、輝線信号はテレビカメラ1
から前処理部15に取り込まれる。前処連部15は輝度
画像用のフレームメモリ、輝線を2値化して抽出するた
めの回路、明環境で輝線のi!識を行い易くするため、
輝度画像と輝線画像との差分をとり背景輝度を打ち消し
て輝線を抽出する回路を有している。
The brightness image and bright line signal obtained in this way are transmitted to the TV camera 1.
The data is taken into the preprocessing section 15 from there. The preprocessing unit 15 includes a frame memory for brightness images, a circuit for binarizing and extracting bright lines, and i! of bright lines in a bright environment. To make it easier to understand
It has a circuit that takes the difference between the brightness image and the bright line image, cancels out the background brightness, and extracts the bright lines.

前処理部からのデータにより位置検出部17は左右のス
リット光による左右の輝線の位置検出を行い、これに基
づき距離演算部19は、投光の輝線位置、テレビカメラ
と投光器の位置、投光角により従来のものと同様に3角
法により距離演算を行う、算出された距離データは、距
離データ記録部21で記録されると共に、距離画像メモ
リ部23において、位置検出された画像上のアドレスに
書き込まれる。
Based on the data from the preprocessing section, the position detection section 17 detects the positions of the left and right bright lines using the left and right slit lights, and based on this, the distance calculation section 19 detects the bright line position of the light emission, the positions of the television camera and the light projector, and the position of the light emission line. Distance calculation is performed using the trigonometric method using the corners, and the calculated distance data is recorded in the distance data recording section 21, and is stored in the distance image memory section 23 as an address on the image whose position has been detected. will be written to.

ところで、スリット光のビームに幅があると、左右の投
光器のビームが重なる領域においてビームが分離されず
、その結果撮像された輝線も左右に分離されず測定精度
が落ちてしまう。
By the way, if the beam of the slit light has a width, the beams will not be separated in the area where the beams of the left and right projectors overlap, and as a result, the imaged bright lines will not be separated into the left and right sides, resulting in a decrease in measurement accuracy.

第4図はこの様子を示す図で、ビームの幅が5画素の場
合を示しており、基準面からRの領域では左右のビーム
が重なってしまうので、計測面はRより手前にあるよう
にする必要がある。重なり領域りの大きさはビーム幅、
基準面への入射角度に応じて変化するので、これらを考
慮して計測面を設定する必要がある。なお、図示のよう
に左側ビームと右側ビームでアドレスXの画素を投光し
たとき、1画素幅を投光するビームの距離換算値rl(
左側投光の場合)、距離換算値r2(右側投光の場合)
が距離分解能となり、これらはビームの入射角度に依存
することが分かる。
Figure 4 shows this situation, and shows the case where the beam width is 5 pixels, and since the left and right beams overlap in the area R from the reference plane, the measurement plane should be in front of R. There is a need to. The size of the overlap area is the beam width,
Since it changes depending on the angle of incidence on the reference plane, it is necessary to set the measurement plane by taking these into consideration. Note that when the pixel at address X is illuminated with the left beam and right beam as shown in the figure, the distance conversion value rl (
(for left side light emission), distance conversion value r2 (for right side light emission)
is the distance resolution, and it can be seen that these depend on the angle of incidence of the beam.

第5図は距離分解能を説明するための図で、同図(イ)
は全体構成図、同図(ロ)は視野中心部Pの拡大図、同
図(ハ)はテレビカメラと投光器との距離に対する距離
分解能の関係を示す図である。
Figure 5 is a diagram for explaining distance resolution, and the figure (a)
1 is an overall configuration diagram, (b) is an enlarged view of the center P of the visual field, and (c) is a diagram showing the relationship between the distance resolution and the distance between the television camera and the projector.

第5図(イ)に示すようにレーザ光の入射角度をθ、θ
′、テレビカメラ1と投光器3との距離を!、測定距離
をd、テレビカメラの視野をVとし、第5図(ロ)に示
すように視野中心部の1画素の視野をΔVとしたとき、
距離分解能はΔVに対する分解能Δdとして定義される
。このΔdは入射角度θ′に依存し、θ゛はlに依存し
て変化するので、Δdとlとの関係を示すと第5図(ハ
)に示すようになる。第5図(ハ)から分かるように距
離分解能はテレビカメラと投光器との距離を長くするこ
とにより高くすることができる。
As shown in Figure 5 (a), the incident angle of the laser beam is set to θ, θ.
', the distance between TV camera 1 and floodlight 3! , when the measurement distance is d, the field of view of the television camera is V, and the field of view of one pixel at the center of the field of view is ΔV, as shown in Figure 5 (b),
Distance resolution is defined as resolution Δd relative to ΔV. Since Δd depends on the incident angle θ', and θ′ changes depending on l, the relationship between Δd and l is shown in FIG. 5(c). As can be seen from FIG. 5(c), the distance resolution can be increased by increasing the distance between the television camera and the projector.

第6図は本発明の三次元計測装置の具体的構成の実施例
を示す図で、図中、41はHe−Neレーザ、43はハ
ーフミラ−145,47は可動ミラー、D、Eはスリッ
ト光の輝線である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the specific configuration of the three-dimensional measuring device of the present invention, in which 41 is a He-Ne laser, 43 is a half mirror 145, 47 is a movable mirror, and D and E are slit lights. This is the bright line.

この実施例では、)ie−Neレーザ41からのレーザ
光をハーフミラ−43で2分し、それぞれ可動ミラー4
5.47で左右のスリット光を発生させている。可動ミ
ラーはY方向に振動すると共に、前述のようにステップ
モータによりX方向に駆動されるミラーからなり、Y方
向に振動させることによりスリット光を生じさせ、X方
向に駆動することよりスキャニングしている0図のり、
Eは左右の投光器により物体に照射されたスリット光の
輝線を示している。
In this embodiment, the laser beam from the )ie-Ne laser 41 is divided into two by a half mirror 43, and each is divided into two by a movable mirror 4.
5.47 generates left and right slit lights. The movable mirror consists of a mirror that vibrates in the Y direction and is driven in the X direction by a step motor as described above.By vibrating in the Y direction, a slit light is generated, and by driving in the X direction, scanning is performed. 0 figure glue,
E shows the bright line of the slit light irradiated onto the object by the left and right projectors.

なお、この実施例のようにレーザ光源は1個でなく、左
右の投光器にそれぞれ設けてもよい。
Note that the number of laser light sources is not one as in this embodiment, but may be provided in each of the left and right projectors.

第7図は本発明により三次元物体を計測した例を示す図
で、例えば硬貨のように反射率が同じものが同図(イ)
に示すように配置されている場合、輝度画像だけでは同
図(ロ)のように観測され、各硬貨の相対位置関係は実
際には判別不可能であるが、本発明によればこれらの距
離信号が同図(ハ)に示すように、また各硬貨のエツジ
による輝線が同図(ニ)に示すように得られ、反射率の
同じものであってもそれらの相対位置関係を明瞭に判別
することが可能となる。
Figure 7 is a diagram showing an example of measuring a three-dimensional object according to the present invention.
When the coins are arranged as shown in Fig. 2, it is observed as shown in the figure (b) using only the brightness image, and it is actually impossible to determine the relative positional relationship of each coin, but according to the present invention, these distances can be The signal is obtained as shown in the same figure (c), and the bright line due to the edge of each coin is obtained as shown in the same figure (d), and even if the coins have the same reflectance, their relative positions can be clearly distinguished. It becomes possible to do so.

ところで、スリット光は所定のビーム幅を持っているの
で、被測定物体の形状によっては、例えば第8図(イ)
に示すようにビームが2分され、これがテレビカメラl
で第8図(ロ)に示すように2本の輝線として撮像され
たとすると、輝度分布は第8図(ハ)に示すようになり
、これに所定の2値化レベルを設定することにより、第
8図(ニ)に示すような2値化画像が得られることにな
る、ビームの中心Pcは、各2値化画像の幅をA、Bと
したとき(A+8)/2として求められることになる。
By the way, since the slit light has a predetermined beam width, depending on the shape of the object to be measured, for example, the beam width shown in FIG.
The beam is split into two as shown in
If the image is captured as two bright lines as shown in Figure 8 (B), the brightness distribution will be as shown in Figure 8 (C), and by setting a predetermined binarization level to this, The center Pc of the beam, which will result in a binarized image as shown in Figure 8(d), can be found as (A+8)/2, where the widths of each binarized image are A and B. become.

そして、さらに複雑な形状の物体の場合にはさらに分割
され、そのため輝線の中心位置が分からず距離測定誤差
が大きくなってしまうが、この場合のビーム中心位置を
求める方法について以下に説明する。
If the object has a more complicated shape, it will be further divided, and the center position of the bright line will not be known, resulting in a large distance measurement error.The method for determining the beam center position in this case will be explained below.

第9図はビーム中心位置を求めるための構成を示す図、
第10図はタイミングチャートを示す図、第11図は中
心位置を求めるための説明図である。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration for determining the beam center position;
FIG. 10 is a diagram showing a timing chart, and FIG. 11 is an explanatory diagram for determining the center position.

図中、101は2値化回路、103はAND回路、10
5は幅カウンタ、107は1/2回路、109は遅延回
路、111はセレクタ、113はRAM、115は遅延
回路、117はXアドレスカウンタ、119は比較回路
、121は2進カウンタ、123はXカウンタである。
In the figure, 101 is a binarization circuit, 103 is an AND circuit, 10
5 is a width counter, 107 is a 1/2 circuit, 109 is a delay circuit, 111 is a selector, 113 is a RAM, 115 is a delay circuit, 117 is an X address counter, 119 is a comparison circuit, 121 is a binary counter, 123 is an X It is a counter.

図において、テレビカメラの画像クロックは約39ns
周期(約12.5MHz)であり、Xアドレスカウンタ
117で計数され、水平走査(HD)毎にリセットされ
ている。したがってXアドレスカウンタ117の内容は
各走査ラインにおけるXアドレスを表している。計測範
囲はテレビ画面上に全て入っている必要があるので、計
測有効領域は1水平走査よりも短くなる(第10図(ハ
))、また垂直偏向(VD)信号は2進カウンタ121
に入力されてl/2に分周され、Xカウンタ123で計
数されている。したがってXカウンタ123は、奇数フ
ィールドまたは偶数フィールドごと、即ち1両面更新ご
とにカウントアンプされるので、スリット光のスキャニ
ングステップ数、即ち第11図で破線で示す現在の基準
面上の投光位置を表している。したがって、Xアドレス
カウンタとXカウンタの大小により走査位置が基準面上
の投光画素位置より左か右が分かるので、輝線が検出さ
れた時のXアドレスカウンタとXカウンタの内容を比較
し、 XアドレスカウンタくXカウンタ→左輝線Xアドレスカ
ウンタ〉Xカウンタ→右輝線と判別することができ、比
較回路119の出力が「1」ならば左側投光器による。
In the figure, the image clock of the TV camera is approximately 39ns.
It has a period (approximately 12.5 MHz), is counted by the X address counter 117, and is reset every horizontal scan (HD). Therefore, the contents of the X address counter 117 represent the X address in each scan line. Since the measurement range must cover the entire TV screen, the effective measurement area will be shorter than one horizontal scan (Fig. 10 (c)).
The signal is inputted to , the frequency is divided by 1/2, and counted by an X counter 123 . Therefore, since the X counter 123 is counted and amplified every odd field or even field, that is, every time one double-sided update is performed, the number of scanning steps of the slit light, that is, the current projection position on the reference plane shown by the broken line in FIG. represents. Therefore, depending on the size of the X address counter and the X counter, it can be determined whether the scanning position is to the left or right of the light emitting pixel position on the reference plane, so compare the contents of the X address counter and the X counter when the bright line is detected, and It can be determined that the address counter is X counter → left bright line.

19線、rOJならば右側投光器による輝線として検出
することができる。なお、Xアドレスカウンタの出力を
9ビツト構成として示しているが、これは画像クロック
周波数に依存して適宜変更すればよい。
19 line, rOJ, can be detected as a bright line by the right side projector. Although the output of the X address counter is shown as having a 9-bit configuration, this may be changed as appropriate depending on the image clock frequency.

一方、ビデオ信号は2値化回路101に加えられ、スレ
ッショールドレベルと比較されてスリット投光像、即ち
輝線信号が検出される。この輝線信号と画像クロックと
がAND回路103に加えられるので、幅カウンタ10
5は輝線画像が得られている期間のみクロックを計数す
る。
On the other hand, the video signal is applied to a binarization circuit 101 and compared with a threshold level to detect a slit projected image, that is, a bright line signal. Since this bright line signal and the image clock are added to the AND circuit 103, the width counter 10
5 counts clocks only during the period when a bright line image is obtained.

従って、例えば2つにビームが分割されて第10図(ホ
)に示すような2値化輝線体号が得られたような場合に
は、幅カウンタは第10図(へ)に示すように分割され
たビームの幅の総和を計数することになり、この計数が
終了したときにこの値を1/2回路1G7で1/2する
ことによりビームの中心を求めることができる。1/2
回路は例えばシフトレジスタで構成し、1ビツトシフト
することにより1/2の演算を行うようにすればよい。
Therefore, for example, when the beam is divided into two and a binarized emission line symbol as shown in FIG. 10 (E) is obtained, the width counter is set as shown in FIG. 10 (E). The sum of the widths of the divided beams is counted, and when this counting is completed, the center of the beam can be determined by halving this value using a 1/2 circuit 1G7. 1/2
The circuit may be configured with a shift register, for example, and a 1/2 operation may be performed by shifting 1 bit.

そこで、幅カウンタの値をアドレスとしてXアドレスカ
ウンタの値(第10図(ニ))をデータとしてRAM1
13に読み込み、172回路の出力をアドレスとしてデ
ータを読み、このときの比較回路119の出力が「1」
ならば、第10図(ト)に示すように、例えば55が左
側からの投光器によるビームの中心位置を示すことにな
る。
Therefore, the value of the width counter is used as an address, and the value of the X address counter (Fig. 10 (d)) is used as data.
13, read the data using the output of the 172 circuit as an address, and the output of the comparison circuit 119 at this time is "1".
In that case, as shown in FIG. 10(G), for example, 55 indicates the center position of the beam from the projector from the left side.

この様子を第11図に示すと、走査開始位置からのクロ
ックカウント数55が左側輝線の中心位置を示すことに
なる。そしてXアドレスカウンタとXカウンタの内容が
一致したときの比較回路119の出力で輻カウンタ10
5をクリアする。即ち、走査位置が第11図の破線で示
す基準面上投光位置に達した時点でカウンタをクリアす
る。そして、同様にして右側輝線の中心位置検出を行い
、水平偏向(HD)のブランキングの開始と同時に幅の
中心値をアドレスとしてXアドレスの内容を読むと、輝
線位置からHDのブランキング開始位置までのカウント
数(第11図でmとして示した値)として右側投光器に
よるビームの位置検出を行うことができる。
When this situation is shown in FIG. 11, the clock count number 55 from the scanning start position indicates the center position of the left bright line. Then, when the contents of the X address counter and the X counter match, the output of the comparison circuit 119 is used as the congestion counter
Clear 5. That is, the counter is cleared when the scanning position reaches the light projection position on the reference plane indicated by the broken line in FIG. Then, the center position of the right bright line is detected in the same way, and when horizontal deflection (HD) blanking starts and the contents of the X address are read using the width center value as an address, the HD blanking start position is detected from the bright line position. The position of the beam by the right projector can be detected as the number of counts (value shown as m in FIG. 11).

以後HDにより幅カウンタ105.1/2回路107を
リセットして各水平走査毎に同様の検出を行って左側v
i′IIA、右側輝線の位置検出を行っていく。
After that, the width counter 105.1/2 circuit 107 is reset by the HD, and similar detection is performed for each horizontal scan.
i'IIA, the position of the right bright line is detected.

なお、セレクタ111は、RAMI 13が1ポートで
ある場合に必要なもので、デュアルポートでランダ上ア
クセスできるのであれば必要がない。
Note that the selector 111 is necessary when the RAMI 13 has one port, but is not necessary if the RAMI 13 has dual ports and can be accessed on a random basis.

また遅延回路109.115は各回路装置のタイミング
調整用である。
Further, delay circuits 109 and 115 are used for timing adjustment of each circuit device.

このようにビームが分割されたような場合にも容易にそ
の中心位置を求めることができるので、高精度の輝線位
置検出が可能となり、高精度の距離測定が可能となる。
Even when the beam is split in this way, the center position can be easily determined, making it possible to detect the bright line position with high accuracy and to measure distance with high accuracy.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、左右からスリット光を基
準面上の同一画素に向けて投光し、この投光位置をテレ
ビ信号に同期してスキャンし、基準面よりテレビカメラ
側に設置した計測物体上の輝線位置を検出することによ
り、影部分を生じないようにして一回のスキャニングで
物体の距離情報を得ることができ、この距離情報を輝度
画像と共に画像化することにより正確な3次元物体の形
状の認識を行うことが可能となる。
As described above, according to the present invention, slit light is projected from the left and right toward the same pixel on the reference plane, the position of the slit light is scanned in synchronization with the TV signal, and the slit light is installed closer to the TV camera than the reference plane. By detecting the position of the bright line on the measured object, it is possible to obtain distance information of the object in a single scan without creating shadows, and by converting this distance information into an image together with the brightness image, accurate information can be obtained. It becomes possible to recognize the shape of a three-dimensional object.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による三次元物体計測装置の一実施例を
示す図、第2図はスキャン方法を示す図、第3図は半球
状計測物体の計測例を示す図、第4図はビームの重なり
領域を説明するための図、第5図はテレビカメラ、投光
器との間隔に対する距離分解能の関係を示す図、第6図
は本発明の三次元計測装置の具体例を示す図、第7図は
本発明による計測結果を示す図、第8図は計測物体によ
り輝線が分割された場合を示す図、第9図はビームの中
心位置を求める構成のブロック図、第10図はタイミン
グチャートを示す図、第11図は中心位置を求めるため
の説明図、第12図は従来の三次元計測装置の構成を示
す図、第13図は影部分、輝線の幅変化、輝線分割の例
を示す図である。 1・・・テレビカメラ、3a、3b・・・左右の投光器
、S・・・基準面、5・・・計測面、7a、7b、・・
スリット□光、11.13・・・ステップモータ、15
・・・前処理部、17・・・位置検出部、19・・・距
離演算部、21・・・距離データ記録部、23・・・距
離画像メモリ、25・・・テーブル補正部、27.29
・・・制御テーブル、31・・・左側投光角制御部、3
3・・・右側投光角制御部。 出  願  人  浜松ホトニクス株式会社代  理 
 人  弁理士 蛭 川 昌 信第1図 第2図 第4図 第3図 (イ) ! *t5tテレビjメフヒっW與膨 第7図 (イ)′(ロ) (ニ)            (ハ)第11図 1        エ 第8図 Cイ) 第9図 剰a内?へ       (10)  データ左右 第12図 第13図
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a three-dimensional object measuring device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a scanning method, FIG. 3 is a diagram showing an example of measuring a hemispherical measurement object, and FIG. 4 is a diagram showing a beam 5 is a diagram showing the relationship between the distance resolution and the distance between the TV camera and the projector. FIG. 6 is a diagram showing a specific example of the three-dimensional measuring device of the present invention. Figure 8 shows the measurement results according to the present invention, Figure 8 shows the case where the bright line is divided by the measurement object, Figure 9 is a block diagram of the configuration for determining the center position of the beam, and Figure 10 shows the timing chart. 11 is an explanatory diagram for determining the center position, FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a conventional three-dimensional measuring device, and FIG. 13 is an example of shadow areas, changes in bright line width, and bright line division. It is a diagram. 1... Television camera, 3a, 3b... Left and right floodlights, S... Reference plane, 5... Measurement plane, 7a, 7b,...
Slit□Light, 11.13...Step motor, 15
. . . Preprocessing section, 17. . . Position detection section, 19. . . Distance calculation section, 21. . . Distance data recording section, 23. 29
...Control table, 31...Left projection angle control section, 3
3...Right side projection angle control section. Applicant Hamamatsu Photonics Co., Ltd. Representative
Person Patent Attorney Masanobu Hirukawa Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 3 (a)! *t5t TV j Mefuhi W Yo Expansion Figure 7 (a)' (b) (d) (c) Figure 11 1 e Figure 8 C a) Figure 9 remainder a? (10) Data left and right Figure 12 Figure 13

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)テレビカメラと、テレビカメラの両側に配置され
、基準面上の同一位置に向けて同時に左右からテレビカ
メラの走査線に垂直なスリット光を投光する2つの投光
器と、テレビ信号に同期して基準面上の1画素づつ投光
位置をスキャニングするように投光器の投光角を変化さ
せる投光角制御手段と、基準面よりテレビカメラ側に設
置された計測物体からのスリット光による輝線撮像位置
、投光角度、テレビカメラと投光器の位置とから計測物
体までの距離を算出する距離演算手段とを備えた三次元
物体計測装置。
(1) A TV camera and two projectors placed on both sides of the TV camera that simultaneously project slit light perpendicular to the TV camera's scanning line from the left and right to the same position on the reference plane, synchronized with the TV signal. a projection angle control means for changing the projection angle of the projector so as to scan the projection position pixel by pixel on the reference plane; and a bright line produced by a slit light from a measurement object installed closer to the television camera than the reference plane. A three-dimensional object measuring device comprising a distance calculation means for calculating a distance to a measurement object from an imaging position, a projection angle, and the positions of a television camera and a projector.
(2)輝線撮像位置は、基準面上の投光位置アドレスと
、各水平走査毎の画像クロック計数値とを比較し、その
大小により左側輝線と右側輝線とに分離して認識される
特許請求の範囲第1項記載の三次元物体計測装置。
(2) A patent claim in which the bright line imaging position is recognized by comparing the light projection position address on the reference plane and the image clock count value for each horizontal scan, and separating them into left bright lines and right bright lines depending on their size. The three-dimensional object measuring device according to item 1.
(3)投光角制御手段は、駆動パルス数と投光角につい
て作成された制御テーブルにより投光器駆動モータを制
御する特許請求の範囲第1項記載の三次元物体計測装置
(3) The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the projection angle control means controls the projector drive motor using a control table created regarding the number of drive pulses and the projection angle.
(4)左右投光器からのスリット光は、同一レーザから
の光を2分して可動ミラーにより発生させる特許請求の
範囲第1項記載の三次元物体計測装置。
(4) The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the slit light from the left and right projectors is generated by a movable mirror that divides the light from the same laser into two.
(5)輝線中心位置は、スリット光による輝線撮像デー
タが得られている期間クロックを計数して輝線幅の総和
を求め、該計数値の1/2にあたるアドレスとして求め
られる特許請求の範囲第1項記載の三次元物体計測装置
(5) The center position of the bright line is obtained by counting the clocks during the period during which bright line imaging data by slit light is obtained, and calculating the sum of the bright line widths, and finding it as the address corresponding to 1/2 of the counted value. The three-dimensional object measuring device described in Section 3.
(6)計測物体は、投光角またはスリット光ビーム幅に
依存する距離だけ基準面より離すようにした特許請求の
範囲第1項記載の三次元物体計測装置。
(6) The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the measurement object is separated from the reference plane by a distance that depends on the projection angle or the slit light beam width.
(7)距離データは、輝度画像と共に、画像化される特
許請求の範囲第1項記載の三次元物体計測装置。
(7) The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the distance data is converted into an image together with the brightness image.
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