JPH04203912A - 三次元画像入力装置 - Google Patents

三次元画像入力装置

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JPH04203912A
JPH04203912A JP2333995A JP33399590A JPH04203912A JP H04203912 A JPH04203912 A JP H04203912A JP 2333995 A JP2333995 A JP 2333995A JP 33399590 A JP33399590 A JP 33399590A JP H04203912 A JPH04203912 A JP H04203912A
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JP
Japan
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slit
light
camera
measured
image
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Pending
Application number
JP2333995A
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English (en)
Inventor
Kunio Sannomiya
三宮 邦夫
Kazutoshi Iketani
池谷 和俊
Yukifumi Tsuda
津田 幸文
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2333995A priority Critical patent/JPH04203912A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は二次元的な広がりを持った領域の三次元データ
を読みとる三次元画像入力装置に関するものであム 従来の技術 従来より微細な高さを計測する装置として三次元測定機
があム この三次元測定機はXY子テーブルZ軸方向を
計算する接触子があり、被測定物をXY子テーブル上乗
せ接触子を接触させながらX1lqll  Yllql
l  Z軸の変位を読みとる構成になっている。かかる
三次元測定機では広がりを持った領域の三次元データを
取得するにはその測定に大変手間がかかり、また 接触
子の大きさにより、XYの刻みピッチの細かさに制限が
発生すム まL非接触の三次元画像入力装置として第6
図に示すような光切断法の原理を用いた装置があム 第
6図において、 601はスポット光を発するレーザ光
暇 602はスポット光をスリット光に変換する振動ミ
ラー、 603はスリット光 604は被測定vlJ、
605は被測定物604を回転させるターンテーブノI
/、 607はスリット光603の散乱光を読みとるC
CDカメラ、608はCCDカメラ607の出力信号を
デジタル信号に変換するA/D変換器 609は全体系
を制御するスキャナ制御機a 610はスリット光60
3の散乱光の像より高さ演算する高さ演算機[611は
本装置で得られる三次元データであム かかる装置においτ、1.・−ゲ光源601からのし・
−ザスボット光は振動ミラー602によりスリット光6
03に変換されて被測定物604に照ルJされており、
被測定物604はスリット光603を受けなから夕・−
ンテーブル605で回転ず4CCDカメラ607は回転
中の各シーンのスリット散乱光を回転と同期して撮像ず
ム この場合、1つのシーンのCCDカメラ607の撮
像は被測定物604の表面の凹凸に応じてスリット散乱
光の像が凹凸に見えへ Δ/D変換器608はCCDカ
メラ607の信号をデジタル信号に変換して高さ演算機
構609に渡す。高さ演算機構609ではデジタル化さ
れた画像信号をメモリに記憶し、副走査方向毎にその輝
度が最大となる点Q(u、。
WQ)を求め測定点の像とみなし、以下の様にして測定
点Pの座標値を計算する。計算が簡単になるようにCC
Dカメラ607やスリット光603を第5図に示す直光
座標系に配置し、その計算方法を説明すム すなわぢ 
スリット光とCCDカメラの光軸の交点を原点o (o
、  o、  o)とし、X、 Z甲面をスリット光と
直交づ゛るよう配置する、これによりスリット光&;J
:YZ平面に一致し、CODカメ’51J X Z平面
りに配T! J5れ4 測定点P(XP、Yρ、2.)
、CCDカメラの(立γをB (1,0、Z@)、CC
DカメラからYZ平而面の垂直線の交点をA (’O1
(入 Z・)、測定点PのCC1〕カメラの受光面での
像をQいIo、V/っ)とする2、工の場合、次の計算
式が成立し、測定点Pの座標(ン(ρ、yp、  Zp
)  を求めることが出来る、ン(ρ=二〇 37+’ ”’l!” t、 anφb/coSoll
   −(1)Zr : zo  f!・t−a n 
Oト但1−7 011=π/ 2   (Obe’、−Ob+)Oh+
= t a n−’ (ku−u、/ f )φb =
=tan’ (k−・wQ/f):基線長 7−1l:AOの距離 Qbs;スリット光とCCDカメラの切断角1(・: 
CCDカメラの撮影面上の+]座標値がら移動量を求め
る係数 に−:CCDカメラの撮影面上、のW座標から移動量を
求める係数 l」・、: CCDカメラの撮影面上の11座標値(光
軸上の点を原点とする) W−:CCI)カメラの撮像面上の1v座棟値(光軸上
の点を原点とする) f :ccDカメラの焦点距離 このようにして1ノーザスリツト光の照射された被検査
物の1の両面に対する三次元デ・−夕を取得し、被検査
物をターンテーブルで回転させて各回転角毎の三次元デ
ータを取得し、被検査物全体の三次元デ・−夕を取得す
ム 発明が解決しようとする課題 しかし、かかる三次元画イ象入力装置では例えば切断角
をOheを20°、AOの距離をZII を1000m
m、測定可能範囲を原点を中心とする一辺300mmの
立方体領域とすると、測定点Pの像Qはカメラの撮像面
の約35%程しか変動しないことになム すなわち、従
来の三次元画像人力装置ではカメラの撮像面を充分に活
用していな口奥行ぎ方向の測定精度はカメラのU軸方向
の分解能に存在するので、可能なかぎり奥行き方向の変
位を金らの撮像面全域に変動させることが望ましし℃ 本発明の解決する課題(、よ 従来の三次元画像入力装
置の欠点を鑑み奥行き方向の変位をカメラの撮像全体に
変動させることでより分解能精度の高い三次元データを
取得することである。
課題を解決するための手段゛ L記目的を達成するたハ 本発明はスリットを発生さぜ
るスリット光源と、被測定物を移動させる移動機構と、
前記被測定物スリット散乱光を横軸方向のみ拡大する縦
横変倍1ノンズと、その縦横変倍1ノンズを辿ったスリ
ット散乱光の像を撮像するカメラと、そのカメラからの
電気信号を基に距離計算をする距離計算機構を具備すへ 作用 本発明では縦横変倍1ノンズをしようすることで横方向
の分解能を向りさせているたぬ 従来の三次元画像入力
装置に比べてより高精度の三次源データを取得すること
が出来も 実施例 本発明においては従来の三次元画像入力装置の構成に加
え カメラの前方に縦横変倍レンズを配置している事を
特徴としており、その概念を第2阻 第3図を用いて先
に説明すム 第2図において、 201はカメラの撮像
1fli、  202は撮像面のスリット散乱光の(&
 203はスリット散乱光の像の変動領域を示す記号で
あり、第3図において、301はカメラの撮像献 30
2は撮像面の拡大されたスリット散乱光の& 303は
拡大されたスリット散乱光の像の変動領域を示す記号で
あム従来の三次元画像入力装置ではスリット散乱光の像
は第2図に示すように撮像面の部分のみが使用されてい
た力\ 横方向のみ拡大する縦横変倍レンズにより第3
図に示すようにスリット散乱光の像を撮像面全体に拡大
することが可能であり、この結果横軸方向の拡大率に応
じたupの精度向上が図られ 最終的には第(1)式示
すXI、Zpの度向上が図られも 以下に第1図を参照しながら本発明の一実施例について
説明すも 第1図において、 101はスポット光を発するレーザ
光源 102はスポット光をスリット光に変換する振動
ミラー、 103はスリット光 104は被測定轍 、
105は被測定物104を回転させるターンテーブルl
/% 106は横方向のみ拡大する縦横変倍レン′X、
 107は縦横変倍レンズ106により拡大されたスリ
ット散乱光を読み取るCCDカメラ、 108はCCD
カメラ107の出力信号をデジタル信号に変換するA/
D変換器109は全体系を制御するスキャナ制御機構1
10は前記デジタル信号より高さ演算する演算機構 1
11は本装置で得られる三次元データであム かかる装置に於て、レーザ光101からのレーザスポッ
ト光は振動ミラー102によりスリット光103に変換
され スリット光103は被測定物104を側面から照
射し、その散乱光は縦横変倍レンズ106によりCCD
カメラに導かれムCCDカメラ107は縦横変倍レンズ
106により横方向が拡大された被測定物104の像及
びそのスリット散乱光の像を受像し、A/D変換器10
8を経−由してデジタル化された輝度データが高さ演算
機構110に送られム スキャナ制御機構109ではタ
ーンテーブルの回転とCCDカメラ107の読み取りと
高さ演算機構110における高さ演算が同期するよう全
体系を制御していムCCDカメラ107の前方に配置し
た縦横変倍レンズ106は第5図に示すように二つのシ
リンドリカルレンズにより構成されていも 第4図にお
いて、401は凸型のシリンドリカルレンズ402は凹
型シリンドリカルレン、I、、403はCCDカメラで
あム 凸型シロントリカルレンズ401の焦点距離は1
20mm、  凹型のシリンドリカルレンズの焦点は4
0mmであり、円柱軸がY軸に一致しかつガリレオ望遠
鏡形式になるよう配置することで横方向のみ3倍の拡大
を実現していム 高さ演算機構110はマイクロコンピュータとメモリと
入力17Fより構成されており、以下の手順をソフトウ
ェアで実現し三次元データを取得していム すなわぢ 
基準座標から角度αだけ回転したときのスリット光に対
するデジタル化された輝度データはマイクロコンピュー
タのメモリ上に第3図に示すように横方向のみ拡大され
た像が記憶されており、副走査方向にその輝度が最大と
なる点Q(u・、W・)を求ぬ 第(1)式に基づいた
演算により測定点P (xp、  yp、  zp) 
 を求めも この場合 縦横変倍レンズを使用しない従
来装置の場合の演算に比べ CCDカメラの撮像面上の
座標値から移動量を求める係数k・を3倍小さくする必
要があム この様にして一撮像面に対して全副走査方向
に対する測定点Pを求める演算をし、基準座標に対する
被測定物の回転角αの表面の三次元データを得へ 本実
施例ではターンテーブル106の回転に同期して高さ演
算機構110により上記演算を行うたぬ 各回転角毎の
被測定物の三次元データを株 最終的に被測定物の全体
の三次元デ・−タを得ている。
以上のごとく、本実施例では縦横変倍1ノンズを使用す
ることで横方向の分解能を向上させているたぬ 従来の
三次元画像入力装置に比べてより高精度の三次元データ
を取得することが出来z)。
なjも 本実施例においては被測定物を移動させる機構
どしてターンテーブルを使用したものである力(ターン
テーブルに代えて一軸ロボット等を使用しても同様の効
果が得られム まL 縦横変倍レンズを二つのシリンド
リカルレンズを使用して実現している力\ これはCC
Dカメラのlメンズと組み合わせたアナモルフィック光
学系でも実現できム 発明の効果 以上述べたごとく、本発明はスリット光を発生させるス
リット光源と、被測定物を移動させる移動機構と、前記
被測定物のスリット散乱光を横軸方向のみ拡大する縦横
変倍1ノンズと、その縦横編倍1ノンズを通ったスリッ
ト散乱光の像を撮像するカメラと、そのカメラからの電
気信号を基に距離計算をする距離計算機構を共備するこ
とにより、横方向の分解能を高めより高精度の三次元デ
・−タを取得り〜る。―とが可能となった。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例にお【づる三次元画像人力装
置のブロック結線は 第2図は従来例に匝けるC CU
)カメラ撮像面上のスリット散乱光の像を示すし1 第
3図は本発明の−・実施例における要部CCDカメラ撮
像面一1−のスリット散乱光の像を示ずは 第4図は同
実施例の要部である縦横責任2Iメンズの組立は 第5
図は従来の高さデータの取得原理の概念し1 第6図は
従来の三次元画像入力装置のブロック結線図であム 101・・・し・−ザ光糸瓢 102・・・振動ミラ・
−1103・・・スリット@104・・・被測定物、 
105・・・ターンデ・−ブ)k lO6・・・縦横変
倍レンズ、 107・・・CC1つカメラ、 108・
・・Al1)変換器 109・・・スギャナ制御機揚7
,110・・・高さ演算根株Ill・・・三次元データ
。 冒フ 0つ 派 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 スリット光を発生させるスリット光源と、被測定物を移
    動させる移動機械と、前記被測定物のスリット散乱光を
    横方向のみ拡大する縦横変倍レンズと、その縦横変倍レ
    ンズを通ったスリット散乱光の像を撮像するカメラと、
    そのカメラからの電気信号を基に距離計算をする距離計
    算機構を具備することを特徴とする 三次元画像入力装置。
JP2333995A 1990-11-29 1990-11-29 三次元画像入力装置 Pending JPH04203912A (ja)

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JP2333995A JPH04203912A (ja) 1990-11-29 1990-11-29 三次元画像入力装置

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ID=18272317

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JP2333995A Pending JPH04203912A (ja) 1990-11-29 1990-11-29 三次元画像入力装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006349351A (ja) * 2005-06-13 2006-12-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 3次元微細形状測定方法
JP2008232779A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Bridgestone Corp タイヤ形状検出装置
JP2010051924A (ja) * 2008-08-29 2010-03-11 Shibaura Mechatronics Corp 溶液の塗布装置及び塗布方法
JP2014035241A (ja) * 2012-08-08 2014-02-24 Ikegami Tsushinki Co Ltd 3次元形状計測装置

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