JPH0334801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元形状認識装置、特に対象物の外
観形状を認識し対象物の判別を行う三次元形状認
識装置に関する。

［従来の技術］ 今日、例えば工場等の生産ラインにおいては、
同種又は異種の機械や部品が取混ぜて搬送される
場合が多く、このような生産ラインにおいてはこ
れら各対象物を正確に識別し仕分け等の作業を行
うことが必要となる。また、例えば異なる複数の
部品を組み立てて所望の製をの製造する生産ライ
ンにおいては、製品組立が正確に行われているか
否かを検査する必要がある。

一般に、このような生産ライン上における機械
や製品はその外観形状に特徴があることが多く、
従つてこれら対象物の外観形状を三次元的に認識
することにより、各対象物の識別及び製品検査を
良好に行うことが可能となる。

このような三次元形状認識装置として、従来テ
レビカメラを用いて対象物の撮影を行う装置が用
いられていおり、この装置によれば、テレビカメ
ラで対象物を撮影することにより得られた対象物
の濃淡画像に種々の演算処理を施し、対象物の三
次元形状の認識を行つている。

従つて、この従来の三次元形状認識装置は、良
好な濃淡画像を得ることができる対象物に対して
はその三次元形状を正確に認識し、その認識結果
に基づき対象物の識別、製品検査を高精度で行う
ことができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このような従来の装置は、表面のコン
トラストがはつきりしない対象物に対しては良好
な濃淡画像を得ることができず、その三次元形状
を正確に認識することができないという欠点があ
つた。このため、このような従来装置は、工場の
生産ライン等で多く見られるその表面が同一色の
金属物体に対してはその表面三次元形状を正確に
認識することができず、このような対象物の識別
及び製品検査には用いることができないという問
題があつた。

また、テレビカメラにより得られる対象物の形
状とその濃淡画像のコントラストとの相間関係
は、周囲の照明条件のわずかな違いにより大きく
変化する。従つて、このようなテレビカメラを用
いて対象物の三次元形状の認識を行う従来の装置
では、照明条件が一定でない場所、例えば工場内
においては対象物の三次元形状を正確に認識しそ
の識別及び製品検査を行うことができないという
問題があつた。

従つて、このような従来の三次元形状認識装置
はその用途が極めて限られており、例えば生産工
程等において対象物を正確に認識することができ
ずその有効な対策が望まれていた。

発明の目的 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされ
たもであり、その目的は、対象物の表面状態や周
囲の照明条件等による影響を受けることなく、対
象物の三次元形状を正確に認識し対象物の識別、
製品検査等を信頼性良く行うことの可能な三次元
形状認識装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 第１の発明 前記目的を達成するため、本発明に係る三次元
形状認識装置は、第１図に示すごとく、 対象物表面を光ビームで走査し得られる反射ビ
ームに基づき対象物表面の三次元座標を検出する
座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標
値を輝度レベルに変換して立体画像データとして
記憶する画像メモリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所
望の等高面を表わすデータを二値画像データとし
て抽出出力する二値データ出力回路と、 を含み得られる二値画像データに基づき対象物の
三次元形状の認識を行うことを特徴とする。

第２の発明 また本発明に係る三次元形状認識装置は、第２
図に示すごとく、 二値データ出力回路から出力される二値画像デ
ータに基づき前記対象物の等高面における面積を
演算出力する面積演算回路と、 演算された等高面の面積に基づき対象物を認識
する判定回路と、 を含むことを特徴とする。

第３の発明 また、本発明に係る三次元形状認識装置は、第
３図に示すごとく、 予め対象物の所定等高面における二値画像デー
タが対象物判別データとして登録された辞書用画
像メモリと、 二値データ出力回路から出力される二値画像デ
ータと辞書用画像メモリから出力される対象物判
別データとの一致度を検出する一致検出回路と、 一致検出回路から出力された一致度に基づき対
象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする。

第４の発明 更に、本発明に係る三次元形状認識装置は、第
４図に示すごとく、 二値データ出力回路から出力される二値画像デ
ータを記憶する二値画像メモリと、 この二値画像メモリに記憶された二値画像デー
タに基づき対象物の特徴量を演算出力する二値画
像処理回路と、 この二値画像処理回路から出力された対象物の
特徴量に基づき対象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする。

第５の発明 更に、本発明に係る三次元形状認識装置は、第
５図に示すごとく、 画像メモリに記憶された立体画像データに基づ
き所望等高面を表わすデータを二値画像データと
して抽出しこの抽出された二値画像データを新た
なデータとして前記画像メモリに書込記憶する二
値データ出力回路と、 このようにして画像メモリに記憶された二値画
像データに基づき対象物の特徴量を演算出力する
二値画像処理回路と、 二値画像処理回路から出力された対象物の特徴
量に基づき対象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする。

［作用］ 次にこれら第１の発明ないし第５の発明に係る
三次元形状認識装置の作用を説明する。

第１図に示すごとく、本発明の装置は、座標製
品検査器から対象物に向け光ビームの投光、受光
を行う。ここにおいて、対象物に向けた光ビーム
の投光受光は、対象物表面全域を走査するように
行なわれる。

そして、座標検出器は、このような対象物に向
けた光ビームの走査により、対象物表面の三次元
座標データを検出し、この三次元座標データの高
さ方向の座標値を輝度レベルに変換し画像メモリ
に向け出力する。

これにより、画像メモリには、対象物表面の状
態及びその周囲の照明条件にかかわりなく、対象
物表面の三次元座標データが、その高さ方向の座
標値を輝度レベルに変換した立体画像データとし
て書込記憶されることになる。

そして、このようにして書込記憶された立体画
像データは、二値データ出力回路に向け出力され
る。

二値画像データ出力回路は、このようにして出
力される立体画像データから所望の等高面を表わ
すデータを二値画像データとして抽出出力する。
ここにおいて、等高面の設定は、対象物の高さの
絶対値を指定してもよくまた対象物の高さの上限
及び下限を設定することにより一定の幅をもつて
指定してもよい。

ところで、対象物の認識及び製品検査を行う場
合には、対象物表面の三次元形状すなわち、立体
形状からある特定部分の形状を抽出し認識すれば
十分である場合が多い。

従つて、本発明によれば、前記二値データ出力
回路から抽出出力される等高面の設定を、対象物
を特徴付ける所望の高さに設定し、該等高面を表
わすデータを二値画像データとして抽出出力する
ことにより対象物の認識を行うに必要なデータを
得ることができる。

そして、このようにして得られた二値画像デー
タを例えばCRT上に画像表示することにより、
対象物の三次元形状を視覚的に認識し、その識別
及び製品検査を行うことが可能となり、またこの
ようにして得られた二値画像データに所定の演算
処理を施すことにより、対象物の三次元形状を自
動的に認識し対象物の識別及び製品検査を行うこ
とが可能となる。

本願第２ないし第５の発明は、このようにして
出力される二値画像データを演算処理し、対象物
の三次元形状の認識を自動的に行う装置であり、
以下にその作用を説明する。

まず、第２図に示す第２の発明に係る装置は、
対象物の面積に着目し対象物の認識を行うもので
ある。

このため、この発明は二値データ出力回路から
抽出出力される所望等高面の二値画像データを面
積演算回路に入力している。そして、面積演算回
路は、このようにして入力される二値画像データ
に基づき対象物の抽出等高面における表面面積を
演算し、この演算データを判定回路に入力する。

判定回路は、このようにして演算された所望等
高面における対象物の表面面積に基づき、対象物
の三次元形状を認識し対象物の識別、製品検査を
自動的に行う。

従つて、この第２発明に係る装置によれば、対
象物の所望高さ位置における表面面積に特徴があ
る場合に、これを正確に認識し対象物の識別、製
品検査を自動的に行うことが可能となる。

また、第３の発明は、所望等高面における対象
物表面形状の図形パターンを認識することにより
対象物の認識を行うものであり、このため本発明
の装置は、第３図に示すごとく、予め任意の対象
物の所望等高面における二値画像データが対象物
判別データとして登録された辞書用画像メモリを
含む。

そして、一致検出回路により、二値データ出力
回路から出力される二値画像データと辞書用画像
メモリから出力される対象物判別データとを比較
し、両者の一致度を検出しその検出結果を判定回
路に向け出力する。

判定回路は、このようにして入力される一致度
に基づき、対象物が辞書用画像メモリに予め記録
された対象物と一致するか否かの認定を自動的に
行う。

このように、本発明の装置によれば、所望等高
面における表面形状のパターンに特徴がある対象
物を確実に認識し、対象物の識別、製品検査を自
動的に行うことが可能となる。

なお、本発明においては、一致検出回路におい
て、二値画像データと対象物判別データとの図形
パターンの比較を行うため、二値データ出力回路
から出力される二値画像データと辞書用画像メモ
リから出力される対象物判別用の二値画像データ
との位置的な整合をとる必要がある。このため、
本発明は、対象物を予め所定の位置に位置決めし
た状態で、座標検出器により光ビームの走査を行
う必要があり、この点において、他の発明に係る
装置と相違する。

また、第４の発明に係る装置は、所望等高面に
おける対象物表面になんらかの特徴がある場合に
この特徴を利用して対象物の認識を行うものであ
る。

このため、本発明に係る装置は、第４図に示す
ごとく、二値データ出力回路から出力される二値
画像データを二値画像メモリに記憶し、このよう
にして記憶された二値画像データを二値画像処理
回路に向け出力する。

二値画像処理回路は、このようにして入力され
た二値画像データに基づき、対象物の特徴量を演
算し、その演算結果を判定回路に向け出力する。

そして、判定回路は、このようにして入力され
た特徴量に基づき対象物の三次元形状を認識し、
該対象物の識別、製品検査の各種動作を自動的に
行う。

このように、第４の発明に係る装置は、対象物
の所望等高面の表面形状になんらかの特徴がある
場合、例えば所定等高面における表面の位置関係
あるいは、前記第２の発明と同様に該等高面にお
ける表面面積などに特徴がある場合に、これら各
特徴量を演算し、対象物の識別、製品検査を正確
に行うことができる。

また、第５の発明に係る装置は、前記第４に係
る発明と同様、対象物の所望等高面における特徴
量に基づき対象物の認識を行うものであり、本発
明に係る装置は、第５図に示すごとく、画像メモ
リから出力される立体画像データを二値データ出
力回路に入力し、二値データ出力回路によりこの
立体画像データから対象物を特徴づける所望等高
面を表わすデータを二値画像データといて抽出
し、該二値画像データを新たなデータとして画像
メモリに書込記憶する。

そして、このようにして記憶された二値画像デ
ータを、画像メモリから二値画像処理回路に向け
出力する。

このようにすることにより、本発明によれば、
画像メモリを二値画像メモリとしても用いること
ができ、第４図に示す装置に比し、装置全体の構
成を簡単なものとすることが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、対象物
の表面状態やその周囲の照明条件による影響を受
けることなく、対象物表面の三次元形状を正確に
認識し、対象物の識別、製品検査を高精度で行う
ことが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明
する。

第１実施例 第６図には、前記第１の発明の好適な実施例が
示されており、実施例の装置は、固定テーブル１
０上に載置された対象物１２に向け座標検出器２
０から光ビーム１００を投光し、これにより得ら
れる反射ビームを受光している。ここにおいて使
用する光ビーム１００としては指向性の高い光ビ
ームが好適であり、このため実施例においてはレ
ーザー光からなる光パルスを用い、この光パルス
の往復時間とその投射角度から対象物１２の反射
点位置における三次元座標の検出を行つている。
そして、実施例の座標検出器２０は、このような
光パルスからなる光ビーム１００で対象物１２の
表面全域を走査し、これにより得られる反射ビー
ムに基づき対象物表面の三次元座標を検出してい
る。そして、この座標検出器２０は、このように
して得られた対象物表面の三次元座標データｘ、
ｙ、ｚの高さ方向の座標、すなわちｚ軸方向の座
標の値を輝度レベルに変換し、これを立体画像デ
ータとして画像メモリ２２に向け出力する。

従つて、画像メモリ２２内には、対象物表面の
三次元座標データが、xy座標と輝度レベルによ
り表わされた立体画像データとして書込記憶され
ることになる。

すなわち、画像メモリ２２内には、対象物表面
の高さが輝度レベルにより表現されて書込記憶さ
れることになる。そして、この画像メモリ２２に
記憶された立体画像データは二値データ出力回路
２４に向け出力される。

この二値データ出力回路２４は、立体画像デー
タから対象物を特徴付ける所望の等高面を表わす
データを二値画像データとして抽出出力するもの
であり、実施例において、この二値データ出力回
路２４は、等高面を設定する設定器２６と、立体
画像データを設定された等高面に基づきＨレベル
とＬレベルの二値画像データに変換出力するレベ
ルスライス回路２８と、からなる。

ここにおいて、前記設定器２６による等高面の
設定は、抽出出力する高さの上限H₁と下限H₂と
を指定することにより行なわれる。

このような等高面の設定を行うと、レベルスラ
イス回路２８からは、第７図に示すごとく画像メ
モリ２２から入力される立体画像データの画像
が、高さH₁とH₂に対応する輝度範囲Br₁、Br₂に
ある場合にはＨレベルの信号として、それ以外範
囲にある場合はＬレベルの信号として出力され
る。すなわち、立体画像データの対象物表面の
H₁とH₂の高さ範囲を表す領域はＨレベルの信号
としてそれ以外の領域はＬレベルの信号として出
力されることになる。

従つて、このようにして得られた二値画像デー
タを、例えばCRT上に画像表示することにより
高さH₁とH₂との範囲にある対象物表面をxyの二
次元データとして視覚的に認識することができ、
この画像表示パターンから対象物の識別及び製品
検査を行うことができる。また、このようにして
得られた二値画像データに所定の演算処理を施す
ことにより、対象物を自動的に認識し対象物の識
別及び製品検査を行うことが可能となる。

次に本実施例の装置を用いて行う対象物の認識
動作を、第８図Ａに示す３種類の対象物１２ａ，
１２ｂ，１２ｃを識別する場合を例にとり説明す
る。

ここにおいて、これら各対象物１２ａ，１２
ｂ，１２ｃは、それぞれ半径及び高さの異なる大
小３この円柱２００，２１０，２２０を組合せて
形成されている。

まず実施例の装置により、任意の対象物１２の
識別を行う場合には、対象物１２を第８図Ａに示
すごとく、固定テーブル１０上の任意位置に縦置
きに載置する。この状態で、座標検出器２０によ
り対象物表面を光ビーム１００で走査し画像メモ
リ２２内に立体画像データを書込記憶する。ここ
において、対象物１２ａ，１２ｂ，１２ｃの立体
画像データを検証すると、これらはそれぞれ第８
図Ｂに示すごとく、円柱２００，２１０，２２０
の上面をそれぞれ輝度レベルBr₁，Br₂，Br₃によ
り表わしたものとなる。

従つて、実施例の装置を用いて、例えば対象物
１２ａを識別しようとする場合には、設定器２６
により高さZ₂を中心とした所定幅の等高面を設定
をする。すなわち等高面の上限、下限をH₁＞Z₂
＞H₂と設定する。

これにより、レベルスライス回路２８は第９図
イで示すごとく、画像メモリ２２から読み出され
る立体画像データから輝度レベルBr₂を表わす画
素をＨレベルの信号としてそれ以外の輝度を表わ
す画素をＬレベルの信号として示す二値画像デー
タを出力する。

そして、この二値画像データをCRT上に画像
表示することにより、対象物１２が目的の対象物
１２ａである場合には、CRT上に円柱２１０の
上面部分を表わす円が画像表示されることにな
り、対象物１２が目的の対象物１２ａ以外の場合
にはなんら画像が表示されることはない。

従つて、このようにしてCRT上に画像表示さ
れる二値画像データに基づき、対象物１２ａを視
覚により正確に識別することができる。

また、対象物１２ｂを他の対象物から識別する
場合には、設定器２６により等高面の高さをZ₁に
設定することにより、同様にしてCRT上に対象
物１２ｂを特徴つける小円柱２００の上面部分の
画像を表示することができる。従つて、CRT上
に、この小円柱２００の上面部分の画像が表示さ
れた場合には、対象物１２は目的の対象物１２ｂ
であると識別することができ、このような画像が
なんら現れない場合には対象物は目的の対象物１
２ｂでないと識別される。

また、対象物１２が前記対象物１２ａ，１２ｂ
のいずれでもないと判断された場合には、対象物
１２は自動的に対象物１２ｃであると識別される
ことになる。

次に、第６図に示す実施例の装置から出力され
る二値画像データを演算処理し、対象物１２の三
次元形状を自動的に認識する各種実施例について
説明する。

第２の実施例 第１０図には、本発明の好適な第２の実施例が
示されており、実施例の装置は、対象物１２の面
積に着目し対象物の三次元形状の認識を自動的に
行うものである。

このため、本発明の装置は、二値データ出力回
路２４から出力される二値画像データを面積演算
回路３０に入力し、この二値画像データに基づき
対象物の所望等高面の面積を演算出力している。

実施例において、この面積演算回路３０は、レ
ベルスライス回路２８から出力されるＨレベルの
信号をカウントする計数回路を用いて形成されて
いる。

ここにおいて、レベルスライス回路２８から出
力されるＨレベルの信号は、設定器２６により設
定された等高面を表わす立体画像データの各画素
に対応して出力され、従つて、前記計数回路は、
等高面を表わす画素の数をカウントすることにな
り、このカウント値は判定回路３２に供給され
る。

実施例の判定回路３２には予め対象物１２の判
定基準が設定されており、計数回路３０から入力
されるカウント値とこの判定基準とを比較するこ
とにより対象物１２の識別を行う。

従つて、本実施例の装置によれば、所定の高さ
の表面面積に特徴がある対象物を正確に認識し、
その識別及び製品検査を行うことができる。

次に本実施例の動作を、第８図に示す３つの対
象物１２ａ，１２ｂ，１２ｃの識別を行う場合を
例にとり説明する。

まず実施例の装置を用いて対象物１２ａを他の
対象物１２ｂ，１２ｃから識別する場合には、設
定器２６により高さZ₂を中心とした所定幅の等高
面を設定する。

このようにすることにより、対象物１２が１２
ａである場合には、レベルスライス回路２８によ
り画像メモリ２２内に記憶された立体画像データ
から輝度Br₂の部分、すなわち小円柱２１０の上
面部分の画素が抽出され、これがＨレレベルの信
号として計数回路３０に入力され、この部分の面
積が求められる。

しかし、対象物１２が１２ａでない場合には、
画像メモリ２２内に記憶された立体画像データに
は高さZ₂に対応する輝度レベルBr₂のデータが含
まれていないため、計数回路３０にて演算される
面積の値は０となる。

従つて、判定回路３２は、計数回路３０から入
力される面積のＳの値が予め定めてある判定値
So（０＜So＜小円柱２１０の上面部分の面積）よ
り大きい場合には対象物１２は目的の対象物１２
ａであると判別し、ＳがSoより小さい場合には
対象物は１２ｂ，１２ｃのいずれかであると判別
する。

また、同様にして対象物１２が１２ｂであるか
否かを識別する場合には、設定器２６により高さ
Z₁を中心とした所定幅の等高面を設定する。

これにより、同様にして対象物１２が目的の対
象物１２ｂであるか否かの識別は自動的に行なわ
れる。

また、これら各対象物識別動作の結果、対象物
は１２ａ，１２ｂのいずれでもないと判別された
場合には、対象物１２は自動的に残りの対象物１
２ｃであると判別されることになる。

このように、本実施例の装置によれば、対象物
１２の三次元座標データから対象物を特徴づける
等高面の面積を求め、その面積に基づき対象物の
認識を行つているため、複雑な形状をした対象物
１２であつても、その対象物１２をテーブル１０
上に位置決めすることなくその三次元形状を正確
に認識し、対象物の識別を高い精度で行うことが
できる。

第３実施例 第１１図には本発明に係る好適な第３実施例が
示されており、実施例の装置は、対象物１２の所
望等高面における表面形状のパターンを認識する
ことにより、対象物の識別、製品検査を行うもの
である。

このため、実施例の装置は、辞書用画像メモリ
３４に、対象物を特徴づける所望等高面の二値画
像データが予め対象物判別データとして登録され
てている。そして、レベルスライス回路２８から
出力される対象物１２の所望等高面における二値
画像データが辞書用画像メモリ３４から出力され
る対象物判別データと一致するか否かを一致検出
回路３６により検出している。

実施例において、この一致検出回路３６は、レ
ベルスライス回路２８の出力と辞書用画像メモリ
３４の出力との論理積を出力するアンド回路を用
いて形成されている。そして、このアンド回路は
レベルスライス回路２８の出力と、辞書用画像メ
モリ３４の出力とを各画素毎に比較し、両者が一
致する場合にはＨレベル、一致しない場合にはＬ
レベルの信号を各画素毎に一致検出信号として判
定回路３２に入力する。

判定回路３２は、このようにして入力される一
致検出信号に基づき、対象物１２が辞書用画像メ
モリ３４に予め記憶された対象物と一致するか否
かの認識を行い、対象物１２の識別、製品検査動
作を行う。

次に本実施例の装置を用いて行う対象物の認識
動作を、第１２図Ａに示す対象物１２ａ，１２ｂ
の識別を行う場合を例にとり説明する。

ここにおいて、識別の対象となる対象物１２
ａ，１２ｂは、いずれも高さZ₁の２本の小円柱２
００ａ，２００ｂと、高さZ₃の１本の大円柱２２
０とを組合せて形成されたものであり、対象物１
２ａは２本の小円柱が大円柱を中心として90度の
位置に配置されており、他方の対象物１２ｂは２
本の小円柱が大円柱を中心として180度の位置に
設置されている。従つて、これら対象物１２ａ，
１２ｂの識別は対象物の２本の小円柱の配置パタ
ーンを認識すればよい。

このため、実施例の装置においては、テーブル
１０の所定位置に対象物１２ａを位置決めし、こ
の状態において得られる高さZ₁の等高面における
対象物１２ａの二値画像データを辞書用画像メモ
リ３４内に、第１３図に示すごとく、対象物識別
データとして登録している。

そして、任意の対象物１２の識別を行う場合に
は、予め設定器２６により高さZ₁を中心とした所
定幅の等高面を設定する。そして、対象物１２を
テーブル１０の予め定められた所定位置に位置決
めし該対象物１２の表面全体を光ビーム１００で
走査する。これにより、該対象物１２の立体画像
データが画像メモリ２２内に書込記憶される。

ここにおいて、対象物１２ａ，１２ｂの各立体
画像データを検討してみると、これら各対象物１
２ａ，１２ｂは、第１２図Ｂで示すごとく、各円
柱２００ａ，２００ｂ，２２０がそれぞれBr₁，
Br₁，Br₃の輝度レベルにより表わされる。

実施例の装置においては、前述したように設定
器２６によ等高面が高さZ₁を中心とした所定幅に
設定されているため、レベルスライス回路２８は
画像メモリ２２に記憶された立体画像データの輝
度レベルBr₁に対応した小円柱２００ａ，２００
ｂの領域をＨレベル、それ以外の領域をＬレベル
の二値画像データに変換して出力する。従つてレ
ベルスライス回路２８から出力される対象物１２
ａ，１２ｂの各二値画像データは、第１２図Ｃに
示す図形パターンとなる。

そして、このようにしてレベルスライス回路２
８から出力される二値画像データは、一致検出回
路３６において辞書用画像メモリ３４に登録され
た対象物１２ａの対象物識別データと比較され
る。ここにおいて、辞書用画像メモリ３４に記憶
された対象物１２ａの識別データは、前述したよ
うに第１３図に示す二値画像データであるため、
テーブル１０上に載置された対象物１０が１２ａ
である場合には一致検出回路３６から出力される
一致度IDは100％あるいは100％近い値（位置決
めの誤差などの影響のため）となりまた対象物１
２が１２ｂである場合には一致検出回路３６から
出力される一致度IDは50％あるいは50％をやや
下まわる値（位置決めの誤差などの影響のため）
となる。

判定回路３２は、このようにして一致検出回路
３６から出力される一致度IDに基づきその一致
度IDが予め定めた一致度の判定レベルIDo（50％
＜IDo＜100％）よりも大きい場合には対象物１
２が１２ａであると判別し、IDがIDoよりも小さ
い場合には対象部１２は１２ｂであると判別す
る。

このように、本実施例の装置によれば、対象物
１２をテーブル１０上に位置決めして得られた立
体画像データから、その対象物を特徴つける所望
等高面の二値データを抽出出力し、該二値画像デ
ータの図形パターンと対象物識別データの図形パ
ターンとの一致度を検出し対象物１２の認識を行
うため、前記第２実施例にかかる装置に比し、よ
り複雑な形状の対象物に対してもその認識動作を
正確に行うことが可能となる。

なお、本実施例の装置では、辞書用画像メモリ
３４に１つの対象物識別データを登録した場合を
例にとり説明するが、本発明の装置はこれに限ら
ず、同一の対象物に対しこれを特徴つける異なる
複数の高さの二値画像データを対象物識別データ
として予め登録し、一致検出回路３６にてこれら
各等高面における一致度を検出することにより対
象物１２の認識を行うことも可能である。

この場合には、一致検出回路３６による１回の
一致検出動作が修了する毎に、辞書用画像メモリ
３４にから読み出されるデータの切替及び設定器
２６により設定される等高面の高さの切替を互い
に同期をとりながら自動的に行うよう形成するこ
とが好ましい。

このようにすることにより、本実施例の装置を
用いて、更に複雑な形状の対象物をも正確に認識
することが可能となる。

また、本実施例においては、複数の対象物を識
別するために、辞書用画像メモリ３４内に複数の
対象物に対応した対象物識別データを複数個登録
することも可能である。この場合には画像メモリ
２６に記憶された同一の立体画像データを用い、
一致検出回路３６による一致検出動作が修了する
毎に辞書用画像メモリ３４から読出すデータを切
替え、該読出データに合せて設定器２６により設
定される等高面の高さを自動的に切替るよう形成
すればよい。

このようにすることにより、対象物１２が辞書
用画像メモリ３４に登録した複数の対象物のいず
れに該当するかを正確に認識することが可能とな
る。

第４の実施例 第１４図には本発明に係る好適な第４の実施例
が示されており、実施例の装置は、対象物１２の
所定等高面の表面形状になんらかの特徴がある場
合にその特徴量を演算し、対象物の三次元形状の
認識を自動的に行うものである。

このため、本発明の装置は、レベルスライス回
路２４から抽出出力される対象物１２の所望等高
面における二値画像データをいつたん二値画像メ
モリ３８内に書込記憶する。

そして、二値画像処理回路４０は、このように
して書込記憶された二値画像データに基づき、対
象物１２を識別するために必要な所定の特徴量を
演算しその演算結果を判定回路３２に入力する。

ここにおいて、二値画像処理回路４０により演
算される対象物１２の特徴量としては、距離の特
徴量、面積の特徴量、画像パータンの特徴量、そ
の他各種の特徴量がある。

実施例においては、二値画像処理回路４０によ
り、対象物１２の三次元形状の距離的な特徴量を
演算し、この演算された特徴量に基づき判定回路
３２により対象物１２の認識を行つている。

次に本実施例の装置を用いて行う対象物の認識
動作を、第１２図Ａに示す対象物１２ａ，１２ｂ
の識別を行う場合を例にとり説明する。

まず対象物１２をテーブル１０上の所望位置に
第１２図Ａに示すように設置し、その表面を光ビ
ームで走査する。

これにより、画像メモリ２２内には、対象物１
２の種類に応じて第１２図Ｂで示す立体画像デー
タが書込記憶される。

このとき、設定器２６により、高さがZ₁を中心
として所定幅の等高面が設定されると、レベルス
ライス回路２８はこのとき、画像メモリ２２内に
書込記憶された立体画像データから設定された等
高面に対応する輝度レベルの信号を抽出しこれを
二値画像データとして二値画像メモリ３８内に書
込記憶する。

従つて、テーブル１０上に載置された対象物１
２が１２ａである場合には、二値画像メモリ３８
内には第１５図Ａに示す二値画像データが書込記
憶され、またテーブル１０上に載置された対象物
１２が１２ｂである場合には第１５図Ｂで示す二
値画像データが二値画像メモリ３８内に書込記憶
されることになる。

そして、実施例の二値画像処理回路４０は、こ
のように二値画像メモリ３８内に書込記憶された
二値画像データから２つの円柱２００ａ，２００
ｂの上面中心間距離Ｌを特徴量として演算し、そ
の値を判定回路３２に出力する。

実施例の判定回路３２には予め対象物１２ａ及
び１２ｂの特徴量を表わす距離L₁，L₂が判断基
準として設定されており、二値画像処理回路４０
から入力された距離Ｌをこの判断基準と比較し対
象物１２が１２ａ又は１２ｂのいずれであるかの
判別を行う。ここにおいて、二値画像処理回路４
０により演算出力される小円柱２００ａ，２００
ｂ上面部分の中心間距離Ｌはテーブル１２上に載
置された対象物１２の位置や方向に無関係に一定
であるため、本実施例の装置によれば、テーブル
１０上に任意に載置された対象物を正確に識別す
ることが可能となる。

このように、本実施例の装置によれば、対象物
１２の特徴量を二値画像データに基づき演算し、
その特徴量に基づいて対象物の認識を行つている
ため、複雑な形状の対象物をも高い精度で認識し
各種識別及び製品検査動作を行うことが可能とな
る。

なお、本実施例においては、特徴量として距離
Ｌを演算出力する場合を例にとり説明したが、本
発明はこれに限らず、前記第２の実施例と同様特
徴量として対象物の面積を演算し対象物を正確に
認識することも可能である。また、これ以外に
も、例えば二値画像処理回路４０内に、前記第３
の実施例と同様辞書用画像メモリ３４を内蔵さ
せ、前記第３の実施例と同様に特徴量として辞書
用画像メモリ３４に登録された対象物識別データ
と二値画像メモリ３８に記憶された二値画像デー
タとの一致度を演算し、この演算結果に基づき対
象物の認識を行うことも可能である。

第５の実施例 第１６図には本発明に係る好適な第５の実施例
が示されており、本実施例の特徴的事項は、画像
メモリ２２を二値画像メモリ３８と兼用し、第１
４図に示す実施例の装置を簡単な構成としたこと
にある。

このため、実施例の装置は、画像メモリ２２内
に記憶された立体画像データをレベルスライス回
路２８に入力し、このレベルスライス回路２８に
より設定された任意の等高面の二値画像データを
抽出出力する。そして、このようにして抽出出力
された二値画像データを、新たなデータとして画
像メモリ２２内に書込記憶する。

これにより、画像メモリ２２内に記憶されてい
た立体画像データは、レベルスライス回路２８か
ら出力される二値画像データに更新され、このよ
うにして画像メモリ２２内に記憶された二値画像
データは二値画像処理回路４０に向け出力され
る。

このようにして、本実施例の装置は、画像メモ
リ２２を二値画像メモリ３８としても用いること
ができ、この結果前記第１４図に示す装置に比し
回路構成を簡単化し装置の低コスト化を図ること
が可能となる。

なお、前記第１ないし第５の各実施例におい
て、座標検出器２０は光ビーム１００として光パ
ルスを用い、その往復時間と投射角に基づき対象
物表面の三次元座標データを検出するものを例に
とり説明したが、本発明はこれに限らず、光ビー
ム１００として振幅変調を施した連続光を用い、
この連続光の投射波と反射波の位相差とその投射
角度から対象物表面の三次元座標の検出を行うこ
とも可能である。

また、これ以外にも、光ビーム１００として、
スポツト光やスリート光を用い、その反射光をテ
レビカメラ等の二次元走査方式の撮像器で撮影
し、周知の三次元測量の原理を用い対象物表面の
三次元座標データを検出することも可能である。

また、前記第１ないし第５の各実施例は、対象
物の識別を行う場合を例に取り説明したが、本実
施例はこれに限らず、対象物が正しく作られ、あ
るいは組立てられているか判別する外観検査や異
組付け検査にも用いることが可能である。

この場合には、レベルスライス回路２８により
対象物１２の検査すべき部位から二値画像データ
を任意に抽出することができるよう、設定等高面
の高さが被検部位に応じて自動的に順次切替えら
れるよう設定器２６をプログラムする。そして、
プログラムに従つて順次抽出される対象物１２の
二値画像データから例えばその特徴量あるいは対
象物判別データとの一致度を演算すればよい。

また、前記第１ないし第５の各実施例において
は、対象物１２を固定テーブル１０上に設置し光
ビーム１００をxy方向に走査する場合を例にと
り説明したが、本発明はこれに限らず、例えばベ
ルトコンベア上に載置された対象物１２に対して
も同様にその認識動作を行うことが可能である。
この場合には、ベルトコンベアの平行移動量に同
期して光ビーム１００をｘ軸又はｙ軸のいずれか
１方向に走査することにより、対象物表面の三次
元座標を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願に係る第１の発明を表すブロツ
ク図、第２図は本出願に係る第２の発明を表すブ
ロツク図、第３図は本出願に係る第３の発明を表
すブロツク図、第４図は本出願に係る第４の発明
を表すブロツク図、第５図は本出願に係る第５の
発明を表すブロツク図、第６図は第１の発明の好
適な実施例を示すブロツク図、第７図は第６図に
示すレベルスライス回路の入出力特性を示す説明
図、第８図は第６図に示す装置を用いて識別され
る対象物の形状及びその立体画像データを表す説
明図、第９図は対象物の識別動作を行う場合にお
けるレベルスライス回路２８の入出力特性図、第
１０図は第２の発明の好適な実施例を示すブロツ
ク図、第１１図は第３の発明の好適な実施例を示
すブロツク図、第１２図は第１１図に示す装置を
用いて識別される対象物の形状及びその立体画像
データの説明図、第１３図は辞書用画像メモリに
登録された対象物識別データの説明図、第１４図
は第４の発明の好適な実施例を示すブロツク図、
第１５図は第１４図に示す装置の二値画像処理回
路により演算される特徴量の説明図、第１６図は
第５の発明の好適な実施例を示すブロツク図であ
る。 １２……対象物、２０……座標検出器、２２…
…画像メモリ、２４……二値データ出力回路、２
６……設定器、２８……レベルスライス回路、３
０……面積演算回路、３２……判定回路、３４…
…辞書用画像メモリ、３６……一致検出回路、３
８……二値画像メモリ、４０……二値画像処理回
路、１００……光ビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象物表面を光ビームで走査し得られる反射
   ビームに基づき対象物表面の三次元座標を検出す
   る座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標
   値を輝度レベルに変換して立体画像データとして
   記憶する画像メモリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所
   望の等高面を表すデータを二値画像データとして
   抽出出力する二値データ出力回路と、 を含み得られる二値画像データに基づき対象物の
   三次元形状の認識を行うことを特徴とする三次元
   形状認識装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、 二値データ出力回路は、抽出する等高面の高さ
   を設定する設定器と、画像メモリに記憶された立
   体画像データから設定された等高面のデータを二
   値画像データに変換出力するレベルスライス回路
   と、を含むことを特徴とする三次元形状認識装
   置。 ３ 対象物表面を光ビームで走査し得られる反射
   ビームに基づき対象物表面の三次元座標を検出す
   る座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標
   値を輝度レベルに変換して立体画像データとして
   記憶する画像メモリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所
   望の等高面を表すデータを二値画像データとして
   抽出出力する二値データ出力回路と、 前記二値画像データに基づき前記対象物の等高
   面における面積を演算出力する面積演算回路と、 演算された等高面の面積に基づき対象物を認識
   する判定回路と、 を含むことを特徴とする三次元形状認識装置。 ４ 対象物表面を光ビームで走査し得られる反射
   ビームに基づき対象物表面の三次元座標を検出す
   る座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標
   値を輝度レベルに変換して立体画像データとして
   記憶する画像メモリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所
   望の等高面を表すデータを二値画像データとして
   抽出出力する二値データ出力回路と、 予め対象物の所定等高面における二値画像デー
   タが対象物判別データとして登録された辞書用画
   像メモリと、 前記二値データ出力回路から出力される二値画
   像データと辞書用画像メモリから出力される対象
   物判別データとの一致度を検出する一致検出回路
   と、 検出された一致度に基づき対象物を認識する判
   定回路と、 を含むことを特徴とする三次元形状認識装置。 ５ 対象物表面を光ビームで走査し得られる反射
   ビームに基づき対象物表面の三次元座標を検出す
   る座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標
   値を輝度レベルに変換して立体画像データとして
   記憶する画像メモリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所
   望の等高面を表すデータを二値画像データとして
   抽出出力する二値データ出力回路と、 この二値データ出力回路から出力される二値画
   像データを記憶する二値画像メモリと、 この二値画像メモリに記憶された二値画像デー
   タに基づき対象物の特徴量を演算出力する二値画
   像処理回路と、 この二値画像処理回路から出力される対象物の
   特徴量に基づき対象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする三次元形状認識装置。 ６ 対象物表面を光ビームで走査し得られる反射
   ビームに基づき対象物表面の三次元座標を検出す
   る座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標
   値を輝度レベルに変換して立体画像データとして
   記憶する画像メモリと、 画像メモリに記憶された立体画像データから所
   望等高面を表すデータを二値画像データとして抽
   出しこの抽出された二値画像データを新たなデー
   タとして前記画像メモリに書込記憶する二値デー
   タ出力回路と、 画像メモリに書込記憶された二値画像データに
   基づき対象物の特徴量を演算出力する二値画像処
   理回路と、 この二値画像処理回路から出力された対象物の
   特徴量に基づき対象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする三次元形状認識装置。