JPH0196505A - Measuring instrument for three-dimensional object - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、非接触で対象物体の移動量または形状を測定
する立体物測定装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a three-dimensional object measuring device that measures the amount of movement or shape of a target object in a non-contact manner.
従来の技術
従来の立体物測定装置は、第8図に示すように、レーザ
発振器1より発射されたレーザビーム2を集束レンズ3
によってビーム径を絞った後、スキャナ4によって対象
物体6にスリット状に照射し、その対象物体6をビデオ
カメラ7で撮影し、その映像信号をA/Dコンバータ8
でデジタルの画像情報に変換した後、この画像情報を画
像メモリ9に記憶し、0PU12によって画像メモリ9
の画像情報を読み出しながら重心座標の計算を行ない、
その後重心座標の値により三角測量の原理を用いて三次
元座標の計算を行なっていた。特に最近は、半導体技術
の進展に伴い、またその安定性が良いことから、対象物
体を撮影する手段としてCCDカメラが多く使われてき
ている。2. Description of the Related Art A conventional three-dimensional object measuring device, as shown in FIG.
After narrowing down the beam diameter, the scanner 4 illuminates the target object 6 in a slit shape, the target object 6 is photographed by the video camera 7, and the video signal is sent to the A/D converter 8.
After converting the image information into digital image information, this image information is stored in the image memory 9, and the 0PU12 converts the image information into digital image information.
Calculate the coordinates of the center of gravity while reading the image information of
After that, three-dimensional coordinates were calculated using the principle of triangulation based on the value of the center of gravity coordinates. Particularly recently, with the progress of semiconductor technology and because of its good stability, CCD cameras have been increasingly used as a means of photographing objects.
一般的に立体物測定装置については、いかに精度よく対
象物体の三次元座標を測定するかが重要な課題となって
いる。従って、第8図のような構成において座標測定精
度を高めるためには、カメラからの映像信号の中のスリ
ット像の重心座標の検出精度を充分高くしなければなら
ない。Generally speaking, for three-dimensional object measuring devices, how to accurately measure the three-dimensional coordinates of a target object is an important issue. Therefore, in order to improve the accuracy of coordinate measurement in the configuration shown in FIG. 8, the accuracy of detecting the barycentric coordinates of the slit image in the video signal from the camera must be made sufficiently high.
発明が解決しようとする問題点
しかし、第8図のような構成でCCDカメラを用いて重
心座標を検出する場合、カメラの撮像面となるCCD基
板上には第9図(a)で示すような受光部91の窓が間
隔をあけて配列されている。そのため、受光部と受光部
の間は光を感じることができず、レーザスリット光像9
2の映像信号は連続しておらず、第9図(b)で示した
ように光強度の部分的な積分値(斜線部)93で与えら
れる。Problems to be Solved by the Invention However, when detecting the center of gravity coordinates using a CCD camera with the configuration shown in Fig. 8, there is a space on the CCD board, which is the imaging surface of the camera, as shown in Fig. 9 (a). The windows of the light receiving section 91 are arranged at intervals. Therefore, no light can be felt between the light receiving parts, and the laser slit light image 9
The video signal No. 2 is not continuous, and is given as a partial integral value (shaded area) 93 of the light intensity, as shown in FIG. 9(b).
このCCD素子上の離散的な画像情報、即ち輝度値(D
n)を用いて重心計算(第(1)式)をすると、計算に
用いる画像情報が位置に関して連続してい(但し、Xは
CCD素子上の水平走査方向の位置)
ないため、第10図に示すようにスリット光像の重心位
置の計算結果は、連続した直線ではなく、CCD素子間
で不連続な曲線94となってしまい、重心計算に周期的
に大きな誤差が生じてしまう。なお、スリット光像の真
の中心を示す直線95からの誤差の分散は、第10図に
示す例では0,14画素であった。Discrete image information on this CCD element, that is, brightness value (D
When calculating the center of gravity (Equation (1)) using As shown, the calculation result of the center of gravity position of the slit light image is not a continuous straight line, but a discontinuous curve 94 between the CCD elements, and a large error periodically occurs in the calculation of the center of gravity. Incidentally, the variance of the error from the straight line 95 indicating the true center of the slit optical image was 0.14 pixels in the example shown in FIG.
また、第8図で示したような円柱状の対象物体6の曲面
部分について、重心計算を使った従来の立体物測定装置
を用いて三次元座標測定を行なったところ、第11図に
示す結果が得られた。第11図は、三次元座標測定結果
をY−Z平面にプロットしたものであるが、円柱(φ1
20mm)側面の円弧部分が、なめらかな曲線ではなく
、段差のある階本発明は上記問題点を解決するため、撮
像手段から出力される映像信号なA/D変換した後、こ
の画像情報を画像メモリに記憶させると同時に一水平走
査ごとの画像情報の最大値を検出し、この最大値を示す
画像メモリのアドレス情報を検出するアドレス情報検出
手段と、この最大値の画素を含む水平走査上のN個の画
像情報を変数とした重回帰モデルを用いてスリット光像
の中心位置を計算するスリット中心演算手段と、三次元
空間座標計算手段とから構成されているものである。In addition, when three-dimensional coordinates were measured on the curved surface of the cylindrical object 6 as shown in FIG. 8 using a conventional three-dimensional object measuring device that uses gravity center calculation, the results are shown in FIG. 11. was gotten. In Figure 11, the three-dimensional coordinate measurement results are plotted on the Y-Z plane.
20mm) The arcuate portion of the side surface is not a smooth curve, but has a step. In order to solve the above problem, the present invention converts the video signal output from the imaging means into an A/D converter, and converts this image information into an image. address information detection means for detecting the maximum value of image information for each horizontal scan at the same time as storing it in the memory, and detecting the address information of the image memory indicating this maximum value; It is composed of a slit center calculation means for calculating the center position of a slit light image using a multiple regression model with N pieces of image information as variables, and a three-dimensional space coordinate calculation means.
作用
本発明は上記の構成により、スリット光が対象物体のど
こに当っているかをすばやく、かつ高精度に検出し、そ
の検出結果から対象物体の三次元空間座標を測定するも
のである。Effect of the Invention With the above configuration, the present invention quickly and accurately detects where on the target object the slit light is hitting, and measures the three-dimensional spatial coordinates of the target object from the detection results.
実施例
第1図は本発明の立体物測定装置の一実施例を示すブロ
ック図である。第1図において、1はレーザ発振器、2
はし・−ザ発振器1より発射されたレーザビーム、3は
レーザビーム2を集束させるための集束レンズ、4は集
束されたレーザビームをスリット状に変換し、かつスリ
ット光を偏向させるだめのスキャナ、5はスリット光、
6は形状を測定される対象物体、7は対濠物体6を撮影
するためのCCDカメラ、8はCCDカメラ7で撮影し
た対象物体6の映像信号をtビットのデジタル画像情報
に変換するためのA/Dコンバータ、9はA/Dコンバ
ータ8で変換された画像情報を記憶するための画像メモ
リ、10はA/Dコンバータで変換された画像情報の中
で一水平走査ととて最大値を見つけ出し、その最大値を
示すアドレス情報を検出するためのアドレス検出回路、
11はその最大値の画素を中心に±m画素の画像情報と
最大値を示すアドレス情報を変数とする重回帰モデルを
用いてスリット光像の中心を計算するスリット中心計算
回路、12はスリット中心計算回路11により求められ
た値を用いて対象物体6の三次元座標を計算するととも
に、本装置の制御を行5cpU、13は0PU12の命
令およびデータを格納するCPUメモリ、14は画像メ
モリ9に記憶されている画像情報をモニタに出力するだ
めのCRTコントローラ、15はモニタ、16はスキャ
ナ4を制御するためのスキャナ制御回路である。Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the three-dimensional object measuring device of the present invention. In FIG. 1, 1 is a laser oscillator, 2
A laser beam emitted from the laser oscillator 1, 3 a focusing lens for focusing the laser beam 2, and 4 a scanner for converting the focused laser beam into a slit shape and deflecting the slit light. , 5 is a slit light,
6 is a target object whose shape is to be measured, 7 is a CCD camera for photographing the moat object 6, and 8 is for converting the video signal of the target object 6 photographed by the CCD camera 7 into t-bit digital image information. An A/D converter, 9 is an image memory for storing image information converted by the A/D converter 8, and 10 is a memory for storing the maximum value of the image information converted by the A/D converter in one horizontal scan. an address detection circuit for finding and detecting address information indicating its maximum value;
11 is a slit center calculation circuit that calculates the center of a slit optical image using a multiple regression model with image information of ±m pixels centered around the pixel with the maximum value and address information indicating the maximum value as variables; 12 is a slit center The three-dimensional coordinates of the target object 6 are calculated using the values obtained by the calculation circuit 11, and the device is controlled by a CPU memory 5 cpu, 13 a CPU memory for storing instructions and data of the 0PU 12, and an image memory 9 14. A CRT controller is used to output stored image information to a monitor, 15 is a monitor, and 16 is a scanner control circuit for controlling the scanner 4.
以下その動作を説明する。レーザ発振器1より発射され
たレーザビーム2は集束レンズ3を通シスキャナ4に入
力される。スキャナ4は集束されたレーザビームをシリ
ンドリカルレンズ等でスリット光に変換し、かつそのス
リット光をガルバノミラ−等で偏向させる機能を有する
。The operation will be explained below. A laser beam 2 emitted from a laser oscillator 1 passes through a focusing lens 3 and is input into a system scanner 4 . The scanner 4 has a function of converting a focused laser beam into slit light using a cylindrical lens or the like, and deflecting the slit light using a galvanometer mirror or the like.
スキャナ4より出力されたスリット光5は対象物体6に
照射される。この対象物体6をCCDカメラ7で撮影す
る。CCDカメラ7から出力される映像信号は、A/D
コンバータ8によりtビットのデジタル画像信号に変換
される。A / Dコンバータ8から出力される画像信
号は、0PU12の指令により画像メモリ9に記憶され
ると同時にアドレス検出回路10に入力され、−水平走
査ごとべ画像情報が最大の時のアドレスを検知する。−
第2図は画像メモリ9の内容を表わしたものである。同
図に示すように水平り画素、垂直V画素、各画素tビッ
トで構成されており、水平方向のアドレスを1(i=1
〜h)、垂直方向のアドレスをj (j=t〜V)で
表わす。この画像メモリ9はCCDカメラ7の視野情報
を二次元的に配列しているものであり、CCDカメラ7
の各00D素子に対応している。なお、水平方向のアド
レス1はアドレス検出回路10及びスリット中心計算回
路11で使用される。The slit light 5 output from the scanner 4 is irradiated onto a target object 6. This target object 6 is photographed with a CCD camera 7. The video signal output from the CCD camera 7 is an A/D
The converter 8 converts it into a t-bit digital image signal. The image signal output from the A/D converter 8 is stored in the image memory 9 according to a command from the 0PU 12, and at the same time is input to the address detection circuit 10, which detects the address when the image information is maximum for each horizontal scan. . −
FIG. 2 shows the contents of the image memory 9. As shown in the figure, it consists of horizontal pixels, vertical V pixels, and t bits for each pixel, and the horizontal address is 1 (i=1
~h), and the vertical address is represented by j (j=t~V). This image memory 9 has visual field information of the CCD camera 7 arranged two-dimensionally.
It corresponds to each 00D element. Note that address 1 in the horizontal direction is used by the address detection circuit 10 and the slit center calculation circuit 11.
第3図はアドレス検出回路10を更に詳しく表わしたブ
ロック図である。同図において、100は入力される画
像情報を比較するだめの比較器、101は画像情報を比
較した結果、あらたに入力された画像情報が大きい時の
みその入力された画像情報を保持するレジスタ、102
はレジスタ101と同様に画像情報を比較した結果、あ
らたに入力された画像情報が大きい時のみその入力され
た画像情報を示すアドレスを保持するレジスタ、103
はレジスタ102から出力されたアドレス情報がスリッ
ト中心位置を計算するのに適した値であるかどうかを調
べるだめの範囲を設定する回路、104及び105はレ
ジスタ102が出力するアドレスが所定の範囲内である
かを調べるだめの比較器、106は比較器104及び1
05の出力を論理和するためのゲートである。FIG. 3 is a block diagram showing the address detection circuit 10 in more detail. In the figure, 100 is a comparator for comparing input image information, 101 is a register that holds the input image information only when the newly input image information is larger as a result of comparing the image information. 102
103 is a register that holds an address indicating the input image information only when the newly input image information is larger as a result of comparing the image information in the same manner as the register 101;
104 and 105 are circuits that set a range for checking whether the address information output from the register 102 is a value suitable for calculating the slit center position; A comparator 106 is used to check whether the comparators 104 and 1
This is a gate for ORing the outputs of 05.
以下、その動作を説明する。通常、レジスタ101及び
レジスタ102は水平ブランキング期間に′0”にリセ
ットされている。0PU12の指令により、A/Dコン
バータ8から出力される画像情報は、画像メモリ9に記
憶されると同時にアドレス検出回路10に入力される。The operation will be explained below. Normally, the register 101 and the register 102 are reset to '0' during the horizontal blanking period. According to a command from the 0PU 12, the image information output from the A/D converter 8 is stored in the image memory 9 and at the same time The signal is input to the detection circuit 10.
アドレス検出回路10では、一画素ごとに入力される画
像情報とレジスタ101の出力とを比較器100で比較
し、入力された画像情報が大きい時のみ比較器100が
信号を出力し、この信号によりレジスタ101には画像
情報が、レジスタ102にはレジスタ101に保持され
ている画像情報を示すアドレス情報が保持される。In the address detection circuit 10, a comparator 100 compares the image information input for each pixel with the output of the register 101, and only when the input image information is large, the comparator 100 outputs a signal. The register 101 holds image information, and the register 102 holds address information indicating the image information held in the register 101.
従って、−水平走査が終了するとレジスタ102には、
入力された画像情報の中で最も大きな値の画素のアドレ
ス情報が保持されている。Therefore, when the -horizontal scan ends, the register 102 has the following information:
Address information of the pixel with the largest value among the input image information is held.
レジスタ102の出力は比較器104及び105に入力
され、検出されたアドレスが所定の範囲内であるかどう
かを調べる。たとえば、このアドレスが示す画素を中心
に±m画素の画像情報によりスリット光像の中心位置の
計算を行なう場合、ここで検出されるアドレスAiは、
画像メモリ9の水平方向のアドレスを1(i=1〜h)
とすると、1+m≦Ai≦h −m ・
・−・−・(2)で、上記第(2)式を満たす範囲でな
ければならない。The output of register 102 is input to comparators 104 and 105 to check whether the detected address is within a predetermined range. For example, when calculating the center position of a slit light image using image information of ±m pixels centered around the pixel indicated by this address, the address Ai detected here is:
Set the horizontal address of the image memory 9 to 1 (i=1 to h)
Then, 1+m≦Ai≦h −m ・
・−・−・(2) must be in a range that satisfies the above formula (2).
この結果、検出されたアドレスが第(2)式で示す範囲
外であれば、ゲート106から信号が出力され、後述す
るようにスリット中心位置及び三次元座標の計算は行な
わないようにする。なお、レジスタ102から出力され
るアドレス情報はスリット中心計算回路11に入力され
る。As a result, if the detected address is outside the range shown by equation (2), a signal is output from the gate 106, and the calculation of the slit center position and three-dimensional coordinates is not performed, as will be described later. Note that the address information output from the register 102 is input to the slit center calculation circuit 11.
アドレス検出器10により、−水平走査ごとに画像情報
が最大の時のアドレス情報が検出されると、水平ブラン
キング期間にこのアドレス情報はスリット中心計算回路
11に入力され、このアドレスが示す画素を中心に十m
画素の画像情報を用いて、−水平走査ごとにスリット光
像の中心位置の計算を行なう。When the address detector 10 detects the address information when the image information is maximum for each -horizontal scan, this address information is input to the slit center calculation circuit 11 during the horizontal blanking period, and the pixel indicated by this address is 10m in the center
Using the image information of the pixels, the center position of the slit light image is calculated for each -horizontal scan.
中心位置の計算には、最大値を示す画素のアドレス■と
2m+1個の画像情報Diを変数とした重回帰モデル(
第(2)式)を用いる。なお、本実施例では3次の項ま
での回帰モデルを用い、m=1即ち最大値を示す画素と
その両隣りの画素、計3画素の画像情報を用いた場合を
例にして説明する。To calculate the center position, a multiple regression model (
Equation (2)) is used. In this embodiment, a regression model up to the third-order term is used, and a case will be described using image information of a total of three pixels, m=1, that is, a pixel showing the maximum value and pixels on both sides thereof.
Gj = I +Bo+B* Ih+B* Dl”+
B−D−”+B4DO+BBDo+B@DO
+ B?Dt+ Bs D、i+ B@Dz ・・(
2)l Bo= B−・・・予め設定されている
係数 J第4図は、スリット中心計算回路11を更に詳
しく表わしたブロック図である。同図において、110
はアドレス検出回路10で検出されたアドレスからmを
減じるだめの減算器、111は画像メモリ9のアドレス
を示すカウンタ、112は画像メモリ9から出力される
画像情報を、カウンタ111の値によって出力光を選択
するスイッチ回路、113. 114゜115はそれぞ
れ多項式変換回路A、 B、 C!116は、アド
レス情報とレジスタ117の値を加算する加算器、11
8は加算器116の出力と、多項式変換回路からの出力
を加算する加算回路、119は加算回路の結果を記憶す
るだめのメモリである。Gj = I +Bo+B* Ih+B* Dl”+
BD-"+B4DO+BBDo+B@DO + B?Dt+ Bs D, i+ B@Dz...(
2) l Bo=B-...Preset coefficient J FIG. 4 is a block diagram showing the slit center calculation circuit 11 in more detail. In the same figure, 110
111 is a counter that indicates the address of the image memory 9; 112 is a subtracter for subtracting m from the address detected by the address detection circuit 10; 112 is a counter that indicates the address of the image memory 9; a switch circuit for selecting 113. 114° and 115 are polynomial conversion circuits A, B, and C!, respectively. 116 is an adder that adds the address information and the value of the register 117;
8 is an adder circuit for adding the output of the adder 116 and the output from the polynomial conversion circuit, and 119 is a memory for storing the result of the adder circuit.
以下、その動作を説明する。アドレス検出器10で検出
されたー水平走査上で最大値を示す画素のアドレスは、
減算器110に入力される。減算器110は、アドレス
検出器で検出されたアドレスからmを減じ、その結果を
カウンタ111にロードする。カウンタ111の出力は
画像メモリ9のアドレスとなっており、クロックが入力
されるたびに出力の値が更新される。即ち、この値によ
って画像メモリ9から一水平走査のうちの最大値とその
前後m画素ずつの画像情報が読み出され、スイッチ回路
112を介して各多項式変換回路に入力される。The operation will be explained below. The address of the pixel showing the maximum value on the horizontal scan detected by the address detector 10 is
It is input to a subtracter 110. A subtracter 110 subtracts m from the address detected by the address detector and loads the result into a counter 111. The output of the counter 111 is an address of the image memory 9, and the output value is updated every time a clock is input. That is, based on this value, the maximum value in one horizontal scan and the image information of m pixels before and after the maximum value are read out from the image memory 9, and are inputted to each polynomial conversion circuit via the switch circuit 112.
多項式変換回路A113. B114. C!11
5では、入力された画像情報を変数とした多項式の値が
第(3)って、最大値を示す画素の左隣りの画素の画像
情報(D、)を多項式変換回路Aに、右隣りの画素の画
像情報(D2)を多項式変換回路Cに、最大値を示す画
素の画像情報(Dl)を多項式変換回路Bに入力させる
。従って、各多項式変換回路での係数BKm、 BK
t、 &mの値は、多項式変換回路A113では、そ
れぞれB、、 Ba、 Beであり、B114では
それぞれB1. B鵞、 B−であり、C115では
それぞれBt、 B−、BeO値を設定しである。Polynomial conversion circuit A113. B114. C! 11
5, the value of the polynomial with the input image information as a variable is (3), and the image information (D,) of the pixel on the left of the pixel showing the maximum value is sent to the polynomial conversion circuit A, and the value of the polynomial on the right is The image information (D2) of the pixel is input to the polynomial conversion circuit C, and the image information (Dl) of the pixel indicating the maximum value is input to the polynomial conversion circuit B. Therefore, the coefficients BKm, BK in each polynomial conversion circuit
The values of t, &m are respectively B, , Ba, and Be in the polynomial conversion circuit A113, and B1 . Bt, B-, and BeO values are set respectively for C115.
また、アドレス検出回路10で検出されたアドレス情報
(、I >は加算器116へ入力され、レジスタ117
に設定されている係数B、の値と加算され、加算結果は
加算回路118に出力される。加算回路118では、加
算器116と各多項式変換回路の出力を順次加算し、最
終加算結果即ち第(2)式の中心座標値Gjをメモリ1
19へ記憶させる。Further, the address information (, I > detected by the address detection circuit 10 is input to the adder 116, and is input to the register 117
is added to the value of coefficient B set in , and the addition result is output to the addition circuit 118. The addition circuit 118 sequentially adds the outputs of the adder 116 and each polynomial conversion circuit, and stores the final addition result, that is, the central coordinate value Gj of equation (2) in the memory 1.
19 to be memorized.
ここで第5図の多項式変換回路Bのブロック図を用いて
、更に詳しく多項式変換回路を説明する。Here, the polynomial conversion circuit will be explained in more detail using the block diagram of the polynomial conversion circuit B shown in FIG.
同図において、120. 121. 122. 125
及び127は乗算器、124及び129は加算器である
。また123、 126及び128はレジスタで、第(
2)式の係数であるB1. Bt、 B−が予め設
定されている。130は加算のタイミングをとるクロッ
クである。多項式変換回路A及びCについては、上記の
係数B、〜B、がそれぞれ84〜B・及びB?〜Bsに
変わるだけで他は同様の構成である。In the figure, 120. 121. 122. 125
and 127 are multipliers, and 124 and 129 are adders. Also, 123, 126, and 128 are registers, and the (
2) B1. which is the coefficient of equation. Bt and B- are set in advance. 130 is a clock that takes the timing of addition. Regarding polynomial conversion circuits A and C, the above coefficients B, ~B, are 84 ~B・and B?, respectively. ~Bs, but the other configurations are the same.
以下、その動作を説明する。多項式変換回路Bに入力さ
れた画像情報(Dl)は、乗算器12o1乗算器121
へ2人力及び乗算器122へ入力される。The operation will be explained below. The image information (Dl) input to the polynomial conversion circuit B is transmitted to the multiplier 12o1 and the multiplier 121
2 and input to multiplier 122 .
乗算器120では、予めレジスタ123に設定しである
係数B+の値と画像情報とを乗算し、加算器124へ出
力する。この回路で第(3)式の第1項(B、D、)の
計算がまず終了する。The multiplier 120 multiplies the image information by the value of the coefficient B+, which is set in the register 123 in advance, and outputs the result to the adder 124. In this circuit, calculation of the first term (B, D,) of equation (3) is first completed.
次に、乗算器121で画像情報を2乗し、結果を乗算器
125と乗算器122へ出力する。乗算器125では、
予めレジスタ126に設定しである係数B2と乗算器1
21の出力とを乗算し、その結果を加算器124へ出力
する。加算器124では、乗算器120と乗算器125
のそれぞれの出力を加算し、加算器129へ出力する。Next, a multiplier 121 squares the image information and outputs the result to a multiplier 125 and a multiplier 122. In the multiplier 125,
Coefficient B2 and multiplier 1 which are set in register 126 in advance
21 and outputs the result to the adder 124. The adder 124 includes a multiplier 120 and a multiplier 125.
The respective outputs are added and output to adder 129.
これまでの回路で第(3)式の第1及び第2項の加算が
終了する。The circuit described above completes the addition of the first and second terms of equation (3).
そして、乗算器122では、乗算器121の出力と画像
情報とを乗算し、即ち画像情報の3乗した値を乗算器1
27へ出力する。乗算器127では、予めレジスタ12
8に設定しである係数B3と乗算器122の出力とを乗
算し、その結果を加算器129へ出力する。加算器12
9では、加算器124の出力と乗算器127の出力とを
加算し、回路外部へ出力する。Then, the multiplier 122 multiplies the output of the multiplier 121 by the image information, that is, the value obtained by raising the cube of the image information to the multiplier 122.
Output to 27. In the multiplier 127, the register 12
The coefficient B3, which is set to 8, is multiplied by the output of the multiplier 122, and the result is output to the adder 129. Adder 12
At step 9, the output of the adder 124 and the output of the multiplier 127 are added and output to the outside of the circuit.
この時、それぞれの加算器はタイミングクロック130
によって動作を制御される。At this time, each adder has a timing clock 130
The operation is controlled by
以上の動作で、第(3)式の多項式の計算が終了し、ス
リット中心計算回路11内で第(2)式の一水平走査ご
とのスリット光像の中心座標値が計算される。With the above operations, the calculation of the polynomial of equation (3) is completed, and the center coordinate value of the slit light image for each horizontal scan of equation (2) is calculated within the slit center calculation circuit 11.
以上の処理を水平ブランキング期間に行なう。The above processing is performed during the horizontal blanking period.
従って0PU12の指令によりレーザスリット画像の取
り込みを行なうと、メモリ119には各水平走査ごとの
スリット中心座標が格納されることになる。その後、C
PU12はレーザスリット光取り込み終了信号を受けて
、メモリ119の情報を読み出し、対象物体6の三次元
座標を三角測量の原理を用いて計算する。この計算が終
了すると0PU12はスキャナ制御回路16に指令を出
して、スリット光を移動させ、前記処理を繰り返す。Therefore, when a laser slit image is captured in response to a command from the 0PU 12, the slit center coordinates for each horizontal scan are stored in the memory 119. After that, C
Upon receiving the laser slit light capture end signal, the PU 12 reads out information from the memory 119 and calculates the three-dimensional coordinates of the target object 6 using the principle of triangulation. When this calculation is completed, the 0PU 12 issues a command to the scanner control circuit 16 to move the slit light and repeat the above process.
なお、アドレス検出回路10の中の論理和ゲート106
が信号を出力した時、即ち検出されたアドレスが範囲外
である時は、スリット中心計算回路11の中のメモリ1
19には選択回路(図示せず)によって特定の値が記憶
されるようになっており、CPU12がこの値を検知す
ると三次元座標の計算は行なわない。Note that the OR gate 106 in the address detection circuit 10
outputs a signal, that is, when the detected address is outside the range, the memory 1 in the slit center calculation circuit 11
A specific value is stored in 19 by a selection circuit (not shown), and when the CPU 12 detects this value, it does not calculate the three-dimensional coordinates.
以上のような構成と動作をもってして、従来例と同様に
、第9図(a)に示すようなレーザスリット光の中心座
標を計算すると、第10図の従来例に比べ第6図に示す
ように誤差が大幅に縮小され、はぼ連続した直線61と
して得られる。得られた中心座標値とスリット像の真の
中心位置を示す直線62との誤差の分散は0.04画素
であシ、従来、例の場合の0.14画素に比べて約1/
4に誤差を小さくすることができる。従って、この中心
座標値をもとに対象物体の三次元座標を計算しているた
め、三次元座標の測定値も従来に比べて非常に高精度に
計算することができる。With the above configuration and operation, when the center coordinates of the laser slit light as shown in FIG. 9(a) are calculated in the same way as in the conventional example, the coordinates of the center of the laser slit light as shown in FIG. 6 are compared to the conventional example in FIG. As such, the error is greatly reduced, and a nearly continuous straight line 61 is obtained. The variance of the error between the obtained center coordinate value and the straight line 62 indicating the true center position of the slit image is 0.04 pixels, which is about 1/1 of the conventional value of 0.14 pixels in the example.
The error can be reduced to 4. Therefore, since the three-dimensional coordinates of the target object are calculated based on this central coordinate value, the measured values of the three-dimensional coordinates can also be calculated with much higher precision than in the past.
第7図は、第1図で示しだような円柱状の対象物体6の
曲面部分について、本発明の上記の構成の立体物測定装
置を用いて三次元座標測定を行なった結果を示している
。第7図は三次元座標測定結果をY−Z平面にプロット
したものであるが、円柱(X 120 nun)側面の
円弧部分が、第11図に示した従来例の様な階段状の折
線に比べ、非常になめらかな曲線71として得られてお
り、従来に比べ高精度に三次元座標が測定できているこ
とが明白である。なお、この測定時の誤差分散は従来例
に比べて約1/4に低減することができている。FIG. 7 shows the results of three-dimensional coordinate measurement of the curved surface of the cylindrical object 6 as shown in FIG. 1 using the three-dimensional object measuring device of the present invention having the above configuration. . In Figure 7, the three-dimensional coordinate measurement results are plotted on the Y-Z plane, and the arc portion of the side surface of the cylinder (X 120 nun) appears as a step-like broken line like the conventional example shown in Figure 11. In comparison, a very smooth curve 71 is obtained, and it is clear that three-dimensional coordinates can be measured with higher precision than in the past. Note that the error variance during this measurement can be reduced to about 1/4 compared to the conventional example.
また、本実施例では、集束レンズでレーザスリット光を
絞っているため、中心計算に用いた画素数は最大値を示
す画素を中心に±1画素、計3画素でよく、−水平走査
上の全ての画素を用いて重心計算する必要がなく計算時
間を短縮することができる。In addition, in this example, since the laser slit light is narrowed down by a focusing lens, the number of pixels used for center calculation can be ±1 pixel around the pixel showing the maximum value, a total of 3 pixels. It is not necessary to calculate the center of gravity using all pixels, and calculation time can be shortened.
なお、A/Dコンバータ8は8ピツトのものを用い、ス
リット中心計算回路内の10個のレジスタに設定した第
(2)式の係数BoからB・の値は、それぞれ
Bo = −2,678
B、= 0.032
Bt =−0,063
B3= 0.078
B4= −2,823X 10
BB=6283×16゜
[3g = −5,482X xc
B丁= 6.496xlも
B、=−2,156X10
B・= 1.528X 10
である。これらの係数は、対象物体及び測定環境にあわ
せて最適なものを設定する。係数決定の際は、三次元座
標測定前に第6図に示したような真の中心位置が既知で
ある傾斜線としてレーザスリット像を得、第(2)式を
変形した第(4)式を水平走査線ごとに得る。これらの
複数の第(4)式を用いて、最小2乗法により本実施例
の場合係数13o−B@を決定した。Note that the A/D converter 8 is an 8-pit one, and the values of the coefficients Bo to B of equation (2) set in the 10 registers in the slit center calculation circuit are Bo = -2,678, respectively. B, = 0.032 Bt = -0,063 B3 = 0.078 B4 = -2,823X 10 BB = 6283 x 16° [3g = -5,482X xc B = 6.496 , 156×10 B·=1.528× 10 . These coefficients are set optimally according to the target object and measurement environment. When determining the coefficients, before measuring the three-dimensional coordinates, obtain a laser slit image as an inclined line whose true center position is known as shown in Figure 6, and use equation (4), which is a modification of equation (2). is obtained for each horizontal scan line. In this example, the coefficient 13o-B@ was determined by the least squares method using these plural equations (4).
Yi=GJ I=Ba+BiDm+B2Dz+BxD
++B−DO+BsDO+B−DO
十ByD*+BaDt+B*Dt −(4)ここ
で用いた傾斜線とは、CCDカメラの撮像面であるCC
DCD基土板上いて、スリット光の像がCCD素子の配
列に対して傾斜している直線であることであシ、撮像面
の水平及び垂直軸に平行でなければよい。本発明に用い
た重回帰モデルは、たとえば第9図(a)で示したよう
な受光部でのデータのサンプリングが不連続になる場合
の補間に非常に有効的であり、重回帰モデルの係数(偏
回帰係数)の決定も、上記の傾斜線のようなデータのサ
ンプリングが不連続となる状態でスリット光を撮像して
行なうだけでよい。Yi=GJ I=Ba+BiDm+B2Dz+BxD
++B-DO+BsDO+B-DO 1ByD*+BaDt+B*Dt - (4) The slope line used here is CC, which is the imaging surface of the CCD camera.
On the DCD substrate plate, the image of the slit light needs to be a straight line that is inclined with respect to the arrangement of the CCD elements, and is not parallel to the horizontal and vertical axes of the imaging plane. The multiple regression model used in the present invention is very effective for interpolation when sampling of data at the light receiving section is discontinuous, as shown in FIG. 9(a), for example, and the coefficients of the multiple regression model (Partial regression coefficient) can also be determined simply by imaging the slit light in a state where data sampling is discontinuous, such as the above-mentioned slope line.
また本実施例で用いた重回帰モデルでは、最大値を示す
画素中心に±1画素で、3次の項までの近似式を用いた
が、これらの値は本発明を限定するものではなく、精度
上もしくはノ・−ドウエア構成上の制限等からこれらの
値を増減させても、本発明の主旨から逸脱するものでは
ない。Furthermore, in the multiple regression model used in this example, an approximation formula up to the third-order term was used with ±1 pixel centered on the pixel showing the maximum value, but these values do not limit the present invention. Even if these values are increased or decreased due to limitations in accuracy or hardware configuration, this does not depart from the spirit of the present invention.
発明の効果
以上述べてきたように本発明によれば、アドレス検出回
路とスリット中心計算回路及び多項式変換回路という比
較的簡易な回路構成を設けることにより、レーザスリッ
ト光が対象物体のどこに当っているかをすばやく、かつ
高精度に計算し、従って高精度に三次元座標を測定する
ことができ、測定誤差の分散を従来の約1/4に低減す
ることができるという極めて大きな効果を得ることがで
きる。Effects of the Invention As described above, according to the present invention, by providing a relatively simple circuit configuration of an address detection circuit, a slit center calculation circuit, and a polynomial conversion circuit, it is possible to determine where on the target object the laser slit light is hitting. can be calculated quickly and with high precision, and therefore three-dimensional coordinates can be measured with high precision, and the extremely large effect of reducing the variance of measurement errors to about 1/4 of that of conventional methods can be achieved. .
第1図は本発明の一実施例における立体物測定装置のブ
ロック結線図、第2図は同装置の要部である画像メモリ
の記憶状態を表わした概念図、第3図は同アドレス検出
回路のブロック結線図、第4図は同スリット中心計算回
路のブロック結線図、第5図は同多項式変換回路Bのブ
ロック図、第6図は本発明の一実施例におけるスリット
像の中心位置計算結果を示す図、第7図は本発明の一実
施例における円柱物体の曲面部の三次元座標測定結果を
示す図、第8図は従来の立体物測定装置のブロック結線
図、第9図はCCD素子受光模型図で同図(a)は概観
図、同図(b)は走査線での断面図、第10図は従来例
におけるスリット像の重心計算結果を示す図、第11図
は同立体物測定装置を用いた円柱物体の曲面部の三次元
座標測定結果を示す図である。
1・・・レーザ発振器、3・・・集束レンズ、4・・・
スキャナ、5・・・スリット光、6・・・対象物体、7
・・・CCDカメラ、8・・・A/Dコンバータ、9・
・・画像メモリ、10・・・アドレス検出回路、11・
・・スリット中心計算回路、12・・・CPU、113
・114・115・・・多項式変換回路。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男ほか1名第′1
図
第2図
り
第3図
第4図
、、、 旬簿寡
第6図
水子面+位置
第7図
−→2
第8図
第10図
水平画棄装置
第1I図
一一一)7J−Fig. 1 is a block wiring diagram of a three-dimensional object measuring device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a conceptual diagram showing the storage state of an image memory, which is the main part of the device, and Fig. 3 is an address detection circuit of the same device. 4 is a block diagram of the slit center calculation circuit, FIG. 5 is a block diagram of the polynomial conversion circuit B, and FIG. 6 is a calculation result of the center position of the slit image in an embodiment of the present invention. , FIG. 7 is a diagram showing the three-dimensional coordinate measurement results of the curved surface of a cylindrical object in an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a block diagram of a conventional three-dimensional object measuring device, and FIG. 9 is a CCD In the device light receiving model diagram, (a) is an overview diagram, (b) is a cross-sectional view along the scanning line, Figure 10 is a diagram showing the calculation results of the center of gravity of the slit image in the conventional example, and Figure 11 is the same three-dimensional diagram. FIG. 3 is a diagram showing the results of three-dimensional coordinate measurement of a curved surface portion of a cylindrical object using an object measuring device. 1... Laser oscillator, 3... Focusing lens, 4...
Scanner, 5... Slit light, 6... Target object, 7
...CCD camera, 8...A/D converter, 9.
...Image memory, 10...Address detection circuit, 11.
...Slit center calculation circuit, 12...CPU, 113
・114・115...Polynomial conversion circuit. Name of agent Patent attorney Satoshi Nakao and 1 other person No. 1
Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4,..., Junkoho Fig. 6 Mizuko side + position Fig. 7 -→2 Fig. 8 Fig. 10 Horizontal drawing device Fig. 1I Fig. 111) 7J-
Claims (5)
状に変換する光変換手段と、前記スリット光を対象物体
に照射させ、かつ前記スリット光を偏向させる偏向手段
と、前記対象物体上の前記スリット光の像を撮影する撮
像手段と、前記撮像手段より出力される輝度信号を量子
化するA/D変換器と、前記A/D変換器により変換さ
れた画像情報を記憶する記憶手段と、前記画像情報の中
から、前記撮像手段の一水平走査ごとに最大値を検出す
るとともに、前記最大値を示す前記記憶手段のアドレス
情報を検出するアドレス検出手段と、前記最大値を示す
前記撮像手段の画素を含む前記水平走査上のN個の画素
の画像情報を用いて前記スリット光像の中心位置を計算
するスリット中心演算手段と、前記スリット中心演算手
段によって計算された前記スリット光像の中心位置から
前記対象物体上のスリット光が投射されている部位の三
次元空間座標を計算する三次元空間座標算出手段とを具
備し、前記スリット中心演算手段は、入力されたN個の
前記画像情報と前記最大値を示す画素のアドレス情報を
変数とした重回帰モデルを用いて、前記スリット光像の
中心位置を計算する立体物測定装置。(1) A light conversion means for condensing the light emitted from the light emitting means and converting it into a slit shape, a deflection means for irradiating the slit light onto the target object and deflecting the slit light, and an imaging means for photographing an image of the slit light; an A/D converter for quantizing a luminance signal output from the imaging means; and a storage means for storing image information converted by the A/D converter. and address detection means for detecting a maximum value from among the image information for each horizontal scan of the imaging means and detecting address information of the storage means indicating the maximum value; slit center calculation means for calculating the center position of the slit light image using image information of N pixels on the horizontal scan including pixels of the imaging means; and the slit light image calculated by the slit center calculation means. and a three-dimensional spatial coordinate calculation means for calculating the three-dimensional spatial coordinates of a region on the target object onto which the slit light is projected from the center position of the inputted N pieces of said slit light. A three-dimensional object measuring device that calculates the center position of the slit light image using a multiple regression model using image information and address information of the pixel showing the maximum value as variables.
値を示す画素を中心とした±m個、計2m+1個の画素
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の立
体物測定装置。(2) According to claim 1, the N pixels around the pixel showing the maximum value are ±m pixels centered around the pixel showing the maximum value, for a total of 2m+1 pixels. 3D object measuring device.
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の立体物測定装置
。(3) The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the imaging means is a two-dimensional CCD camera.
る特許請求の範囲第1項記載の立体物測定装置。(4) The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the light emitting means is a laser oscillator.
回帰係数は、あらかじめ測定前に、撮像手段の撮像面上
においてスリット光像が水平もしくは垂直でない直線の
状態でスリット光を撮像し、複数個の水平走査線に対応
する画像情報と前記スリット光像の直線の方程式にもと
づいて最小乗法により最良不偏推定値として決定される
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の立体物測
定装置。(5) The partial regression coefficient of the multiple regression model used by the slit center calculation means is calculated by capturing a plurality of slit light images on the imaging surface of the imaging means in a straight line state that is not horizontal or vertical before measurement. The three-dimensional object measuring device according to claim 1, wherein the best unbiased estimated value is determined by the least power method based on the image information corresponding to the horizontal scanning line and the straight line equation of the slit light image. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62254186A JPH06103171B2 (en) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | Three-dimensional object measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62254186A JPH06103171B2 (en) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | Three-dimensional object measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0196505A true JPH0196505A (en) | 1989-04-14 |
JPH06103171B2 JPH06103171B2 (en) | 1994-12-14 |
Family
ID=17261429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62254186A Expired - Lifetime JPH06103171B2 (en) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | Three-dimensional object measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06103171B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS598086A (en) * | 1982-07-07 | 1984-01-17 | Hitachi Ltd | Form detector |
JPS5965710A (en) * | 1982-10-07 | 1984-04-14 | Kawasaki Steel Corp | Measurement for center line profile of belt-shaped matter |
-
1987
- 1987-10-08 JP JP62254186A patent/JPH06103171B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS598086A (en) * | 1982-07-07 | 1984-01-17 | Hitachi Ltd | Form detector |
JPS5965710A (en) * | 1982-10-07 | 1984-04-14 | Kawasaki Steel Corp | Measurement for center line profile of belt-shaped matter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06103171B2 (en) | 1994-12-14 |
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