JPH0432567Y2 - - Google Patents
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- JPH0432567Y2 JPH0432567Y2 JP1985091046U JP9104685U JPH0432567Y2 JP H0432567 Y2 JPH0432567 Y2 JP H0432567Y2 JP 1985091046 U JP1985091046 U JP 1985091046U JP 9104685 U JP9104685 U JP 9104685U JP H0432567 Y2 JPH0432567 Y2 JP H0432567Y2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この考案は、ビデオカメラ、磁気円板静止画カ
メラを用いて、三次元物体としての対象物の表面
形状を認識するのに適用される三次元形状の認識
システムに関する。 〔考案の概要〕 この考案は、三次元形状を入力する認識システ
ムにおいて、異なる照明の夫々により得られた撮
像画像から、対象物の表面の散乱特性を仮定して
測光立体法により近似的な表面の勾配を求め、そ
の勾配を滑らかに積分することにより、非接触且
つ自動的に表面形状を得るようにした三次元形状
認識装置の複数個を対象物の周囲で、異なる視点
に位置するように設け、基準光源からの平面状の
光によつて、複数個の三次元形状認識装置の夫々
が表面形状を認識する領域の境界を定めるように
したものである。 〔従来の技術〕 従来の三次元形状の認識装置として、機械的な
接触式のものが知られている。また、２方向から
のカメラ位置から対象物体を撮像し、三角測量を
応用した光学的な三次元形状の認識装置も提案さ
れている。 〔考案が解決しようとする問題点〕 従来の接触式の三次元形状の認識装置は、対象
物が固いことが要求され、高速動作が不可能であ
ること、分解能が低い等の欠点を有していた。 三角測量を応用した光学的な認識装置は、演算
量が多くなり、演算時間が長くなり、装置が大規
模になる問題点を有していた。 この考案は、ビデオカメラを用いて２枚の濃淡
画像を基本的に入力するだけで良く、高速動作が
可能な三次元形状の認識システムを提供するもの
である。 また、三次元物体の表面は、一般に閉じられた
曲面であり、単一視点からだけでは、充分な情報
が得られない場合も多い。このため、多視点から
の情報を総合して、三次元形状を認識する必要が
ある。 この考案の他の目的は、ビデオカメラの光軸に
対して所定の角度により照射される平面状の光を
発生する光源を設けることにより、多視点の情報
を物体画像の対応点を捜すことなく、合成するこ
とができる三次元形状の認識システムを提供する
ことにある。 また、この考案による三次元形状の認識装置の
分解能は、ビデオカメラの解像度で定まり、例え
ばCCDカメラを使用した場合には、（512×400）
という高分解能が達成される。 更に、この考案は、非接触の構成であつて、対
象物の材質や、表面の光学特性の制約を受けず、
広い範囲に適用可能であり、汎用性が高い三次元
形状の認識システムを提供するものである。 より更に、この考案は、可動部分を必要としな
い簡単な構成の三次元形状の認識システムを提供
することを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 この考案は、視点を固定し、照明の方向を異な
らせることで得られた二枚の濃淡画像に含まれる
情報を利用して、三次元形状の計測を行う三次元
形状認識装置を複数個用いる。この複数個の三次
元形状認識装置の夫々は、カメラの光軸に対して
設けられた少なくとも２個の第１の光源及び第２
の光源と、第１の光源により第１の撮像信号を得
ると共に、第２の光源により第２の撮像信号を得
る手段と、 第１の撮像信号及び第２の撮像信号の輝度情報
から対象物の単位面の傾きを算出し、傾きの情報
から対象物の高さ情報を算出する手段と を備えたものである。 更に、この考案は、かかる三次元形状認識装置
と共に、平面状の光を対象物に照射するための基
準光源を設ける。複数の三次元形状認識装置の
各々は、平面状の光によるパターンでもつて規定
される所定の領域ごとに対象物の高さの情報を形
成するものである。 〔作用〕 三次元形状認識装置の各々のビデオカメラの位
置は、対象物に対して所定の視点に固定され、照
明光の方向が切り換えられる。ビデオカメラと異
なる方向の照明光により得られた２枚の二次元画
像の画素データを用いて、測光立体法の手法によ
る演算処理をCPUが行い、二次元画像の各画素
毎に、対象物体１の高さ情報の計測を行うことが
できる。この場合、対象物の表面には、平行状の
光による線状パターンが形成されており、複数の
三次元形状認識装置の各々の分担する領域の境界
が線状パターンによつて示される。従つて、復数
の三次元形状認識装置による多視点情報の合成が
容易且つ高速となる。 〔実施例〕 以下、この考案の一実施例について図面を参照
して説明する。第１図において、１が対象物（図
示の例では、対象物１が人の頭部の石膏像）であ
る。対象物１は、拡散反射を主体とし、鏡面反射
は、無視できる程度に少なく、均一な反射率の表
面を有するものである。 対象物１の全面の一の視点に例えばCCD撮像
素子を使用したビデオカメラ５が配され、このビ
デオカメラ５により対象物１が撮像される。この
ビデオカメラ５の画面と平行にｘ軸及びｙ軸をと
り、ビデオカメラ５の光軸方向にｚ軸をとる。ｘ
軸は、ビデオカメラ５の画面の水平方向と一致
し、ｙ軸は、ビデオカメラ５の画面の垂直方向と
一致している。 ビデオカメラ５の光軸を狭んで、互いに等しい
天頂角でもつて、互いに等しい輝度の２個の照明
光が対象物１に照射される。各照明光は、２個の
光源３及び光源４から発生する。ビデオカメラ５
は、一方の光源３からの光のみが照射されている
対象物１を撮像し、第１の静止画像信号を発生す
る。また、ビデオカメラ５が他方の光源４からの
光のみが照射されている対象物１を撮像し、第２
の静止画像信号を発生する。 上述の光源３及び光源４とビデオカメラ５とに
より第１の三次元形状認識装置が構成される。こ
の第１の三次元形状認識装置と同様に、光源13及
び光源１４とビデオカメラ１５によつて構成され
た第２の三次元形状認識装置が設けられている。
ビデオカメラ５及び１５は、異なる視点に位置す
るが、両者は、同一の高さに設けられている。ま
た、平面状の光（スリツト光と称する）を発生す
るスリツト光源１６が設けられている。このスリ
ツト光源１６は、対象物１の表面に線状パターン
を発生させる。スリツト光源１６は、平行光源に
細いスリツトを配した構成である。勿論、円柱レ
ンズを使う方法や、レーザー光を一方向に散乱さ
せる方法等によつて、スリツト光を発生させても
良い。 第２図及び第３図は、ビデオカメラ５及びビデ
オカメラ１５の夫々により撮影された映像５Ｐ及
び１５Ｐを示している。この映像５Ｐ及び１５Ｐ
の夫々において、対象物１の映像は、各ビデオカ
メラの位置即ち視点に応じたものとなる。この対
象物１の映像の所定位置にスリツト光源１６から
のスリツト光による線状パターン１７が形成され
る。この線状パターン１７は、水平走査方向と直
交して垂直方向に延長するように、形成される。
この線状パターン１７は、図中では、黒線として
示されているが、実際には、きわめて輝度が高い
白色のものとされる。 三次元形状認識装置例えばビデオカメラ５と光
源３及び４とによつて構成される一方の装置につ
いて、第３図及び第４図を参照して説明する。 第４図及び第５図では、対象物１が台座２に載
置されている。この対象物１は、ビデオカメラ５
により撮影される。ビデオカメラ５の出力信号が
プロセス回路１１に供給され、プロセス回路１１
から第１の静止画信号及び第２の静止画信号が順
次取り出される。静止画信号は、１フレームの信
号であり、従つて、ビデオカメラ５からの二次元
情報の入力は、（1/15）msecの時間で成し得る。 プロセス回路１１の出力信号Ａ／Ｄ変換器６に
供給され、Ａ／Ｄ変換器６により、第１及び第２
の静止画信号がデイジタルデータに変換され、フ
レームメモリ７に書き込まれる。フレームメモリ
７は、デイジタル化された第１の静止画信号及び
第２の静止画信号を記憶できるように、少なくと
も、２フレーム分の容量を有している。 フレームメモリ７と結合してCPU８が設けら
れている。CPU８は、フレームメモリ７に記憶
されている第１の静止画信号及び第２の静止画信
号の夫々の画素データを後述するように、演算処
理して対象物１の表面形状、即ち画素単位の高さ
情報を算出するものである。 CPU８により求められた高さ情報は、インタ
ーフエース９を介して入力装置例えば紙テープせ
ん孔機１０に供給される。図示していないが、紙
テープせん孔機１０以外のプリンタ、CRTデイ
スプレイ等の出力装置を用いるようにしてもよ
い。 ビデオカメラ５により得られる二次元の静止画
像即ち濃淡画像情報から対象物１の画素単位の高
さ情報を算出する演算処理について以下に説明す
る。 まず、ビデオカメラ５により入力された二次元
の濃淡画像において、濃淡を決める輝度Ｉは、次
式により定まるものである。 Ｉ＝Ip・Pd（〓・〓）＋Ip・Ps・Ｓ Ip：光源３（又は光源４）の輝度〓 ：光源３（又は光源４）の光の単位ベクトル〓 ：対象物１の単位面の法線ベクトル Pd：拡散反射系数 Ps：鏡面反射係数 Ｓ ：鏡面反射項 第５図は、対象物１の表面上の点Ｐに、光源３
からの光３Ａ（その単位ベクトルを〓 1とする。）
及び光源４からの光４Ａ（その単位ベクトルを〓 2
とする。）が入射している時の状態を示している。 第５図において、ｇがビデオカメラの光軸に対
して各光源からの光３Ａ，４Ａが有する天頂角を
示す。対象物の表面のどの点でも、光源３と光源
４はカメラに対し同じ傾きを持つ。また、θ1は、
光源３からの光３Ａが対象物１の点Ｐにおける法
線となす角度である。θ2は、光源４からの光４Ａ
が対象物１の点Ｐにおける法線となす角度であ
る。 計算を簡単にするために鏡面反射を無視できる
場合を考える。 光源３の場合におけるＰ点の輝度は、 I1＝Ip・Pd（〓 1・〓） …(1) で表現される。 光源４の場合におけるＰ点の輝度は、 I2＝Ip・Pd（〓 2・〓） …(2) ここで、〓 1と〓 2のＹ軸成分が０であること、
〓1とIL 2のＸ軸成分の符号が逆であることを使用
して(1)式及び(2)式を変形すると、 I1−I2／I1＋I2 ＝Lx・Nx／Lz・Nz ＝tan ｅ・tan ｇ …(3) tan ｇ は、既知であるから、tan ｅ は、次
のようにして求まる。 tan ｅ ＝１／tan ｇ ・I1−I2／I1＋I2 …(4) この式により勾配ｅが分かる。台座２の位置を
（ｚ＝０）とすれば、勾配ｅをｘ方向に積分する
ことにより、対象物１の高さ情報を各画素毎に計
測でき、対象物１を三次元物体として再構成する
ことができる。 CPU８は、上述の演算処理をフレームメモリ
７に貯えられている画素データを使用して行う。
つまり、光源３から得られた第１の静止画信号と
光源４から得られた第２の静止画信号とで対応す
る画素同士のデータが輝度I1及びI2として用いら
れる。この輝度I1及びI2が入力されると、上述の
ように各画素ごとに勾配ｅが求められる。次に、
画面の端部から勾配ｅを積分することにより、各
画素のｚ座標の値即ち高さを算出することができ
る。 上述のように、三次元形状認識装置は、二枚の
濃淡画像から表面形状を計測することができる。 また、ビデオカメラ１５と光源１３及び１４と
により構成された他方の三次元形状認識装置も上
述と同様にして対象物１の表面形状を計測するこ
とができる。 この考案の一実施例では、視点が異なる時で
も、対象物１に関して一定の位置にスリツト光に
よる線状パターン１７が形成されている。この線
状パターン１７は、輝度が高いために、ビデオカ
メラ５及びビデオカメラ１５の撮像出力信号から
電気的に容易に抽出できる。この線状パターン１
７のｘ方向即ち水平走査方向における位置が基準
位置となる。 ビデオカメラ５を用いた一方の三次元形状認識
装置は、各水平走査毎に画面の例えば左側から上
述の基準位置まで勾配ｅを積分することにより、
各画素毎の高さを算出する。ビデオカメラ１５を
用いた他方の三次元形状認識装置は、各水平走査
毎に上述の基準位置から画面の右端側まで勾配ｅ
を積分することにより、各画素毎の高さを算出す
る。そして、この基準位置を境界として、２個の
三次元形状認識装置の夫々により算出された高さ
情報が合成される。これによつて対象物１の形状
を認識することができる。 なお、２個の三次元形状認識装置の夫々が第４
図におけるＡ／Ｄ変換器６，フレームメモリ７，
CPU８からなるデータ処理部を持つようにして
も良く、或いは両者でデータ処理部を時分割動作
させても良い。 また、上述の一実施例は、説明の簡単のため、
２個の三次元形状認識装置を用いる構成である
が、異なる視点の３個以上の三次元形状認識装置
を用いても良く、対象物１の周囲の360°の範囲に
多視点を配してを良い。更に、２個の光源に限ら
ず、２個以上の複数個の光源をビデオカメラに関
して対称に配置するようにしても良い。 〔考案の効果〕 この考案は、二枚の濃淡画像をカメラにより入
力すれば良く、三枚以上の画像を必要とする装置
と比して、入力時間の短縮、演算時間の短縮を図
ることができ、従つて、高速な計測を行うことが
できる。 この考案では、カメラの解像度で分解能が定ま
るので、高分解能の装置を実現できる。 また、この考案に依れば、複数視点から三次元
形状を認識するので、閉じた曲面を持つ三次元物
体の形状認識が可能となり、複数の視点の夫々に
より得られた高さ情報をスリツト光で形成される
パターンの位置を基準として容易且つ高精度に合
成することができる。このように、複数の視点ご
とに認識領域を分けることによつて、単一視点に
よつては、検出できないシャドウエツジの検出が
可能となり、傾きの情報を積分して高さ情報を算
出するための処理時間を短縮化できる。然も、ス
リツト光による基準点を水平走査線ごとに形成す
ることができ、精度を向上することができる。更
に、スリツト光で形成された線状パターンは、光
学系（カメラ、レンズ）の焦点合わせを容易とす
る効果がある。 また、この考案では、カメラの解像度で分解能
が定まるので、高分解能の装置を実現できる。 この考案は、非接触で対象物の形状を認識する
ことができ、対象物体の材質や、表面の光学特性
等の制約を受けず、汎用性に優れた装置を構成で
きる。 この考案は、カメラ１台と、照明用の光源２個
とで、入力装置を構成でき、可動部分が全くな
く、小型で、取り扱いに優れた装置を実現するこ
とができる。
メラを用いて、三次元物体としての対象物の表面
形状を認識するのに適用される三次元形状の認識
システムに関する。 〔考案の概要〕 この考案は、三次元形状を入力する認識システ
ムにおいて、異なる照明の夫々により得られた撮
像画像から、対象物の表面の散乱特性を仮定して
測光立体法により近似的な表面の勾配を求め、そ
の勾配を滑らかに積分することにより、非接触且
つ自動的に表面形状を得るようにした三次元形状
認識装置の複数個を対象物の周囲で、異なる視点
に位置するように設け、基準光源からの平面状の
光によつて、複数個の三次元形状認識装置の夫々
が表面形状を認識する領域の境界を定めるように
したものである。 〔従来の技術〕 従来の三次元形状の認識装置として、機械的な
接触式のものが知られている。また、２方向から
のカメラ位置から対象物体を撮像し、三角測量を
応用した光学的な三次元形状の認識装置も提案さ
れている。 〔考案が解決しようとする問題点〕 従来の接触式の三次元形状の認識装置は、対象
物が固いことが要求され、高速動作が不可能であ
ること、分解能が低い等の欠点を有していた。 三角測量を応用した光学的な認識装置は、演算
量が多くなり、演算時間が長くなり、装置が大規
模になる問題点を有していた。 この考案は、ビデオカメラを用いて２枚の濃淡
画像を基本的に入力するだけで良く、高速動作が
可能な三次元形状の認識システムを提供するもの
である。 また、三次元物体の表面は、一般に閉じられた
曲面であり、単一視点からだけでは、充分な情報
が得られない場合も多い。このため、多視点から
の情報を総合して、三次元形状を認識する必要が
ある。 この考案の他の目的は、ビデオカメラの光軸に
対して所定の角度により照射される平面状の光を
発生する光源を設けることにより、多視点の情報
を物体画像の対応点を捜すことなく、合成するこ
とができる三次元形状の認識システムを提供する
ことにある。 また、この考案による三次元形状の認識装置の
分解能は、ビデオカメラの解像度で定まり、例え
ばCCDカメラを使用した場合には、（512×400）
という高分解能が達成される。 更に、この考案は、非接触の構成であつて、対
象物の材質や、表面の光学特性の制約を受けず、
広い範囲に適用可能であり、汎用性が高い三次元
形状の認識システムを提供するものである。 より更に、この考案は、可動部分を必要としな
い簡単な構成の三次元形状の認識システムを提供
することを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 この考案は、視点を固定し、照明の方向を異な
らせることで得られた二枚の濃淡画像に含まれる
情報を利用して、三次元形状の計測を行う三次元
形状認識装置を複数個用いる。この複数個の三次
元形状認識装置の夫々は、カメラの光軸に対して
設けられた少なくとも２個の第１の光源及び第２
の光源と、第１の光源により第１の撮像信号を得
ると共に、第２の光源により第２の撮像信号を得
る手段と、 第１の撮像信号及び第２の撮像信号の輝度情報
から対象物の単位面の傾きを算出し、傾きの情報
から対象物の高さ情報を算出する手段と を備えたものである。 更に、この考案は、かかる三次元形状認識装置
と共に、平面状の光を対象物に照射するための基
準光源を設ける。複数の三次元形状認識装置の
各々は、平面状の光によるパターンでもつて規定
される所定の領域ごとに対象物の高さの情報を形
成するものである。 〔作用〕 三次元形状認識装置の各々のビデオカメラの位
置は、対象物に対して所定の視点に固定され、照
明光の方向が切り換えられる。ビデオカメラと異
なる方向の照明光により得られた２枚の二次元画
像の画素データを用いて、測光立体法の手法によ
る演算処理をCPUが行い、二次元画像の各画素
毎に、対象物体１の高さ情報の計測を行うことが
できる。この場合、対象物の表面には、平行状の
光による線状パターンが形成されており、複数の
三次元形状認識装置の各々の分担する領域の境界
が線状パターンによつて示される。従つて、復数
の三次元形状認識装置による多視点情報の合成が
容易且つ高速となる。 〔実施例〕 以下、この考案の一実施例について図面を参照
して説明する。第１図において、１が対象物（図
示の例では、対象物１が人の頭部の石膏像）であ
る。対象物１は、拡散反射を主体とし、鏡面反射
は、無視できる程度に少なく、均一な反射率の表
面を有するものである。 対象物１の全面の一の視点に例えばCCD撮像
素子を使用したビデオカメラ５が配され、このビ
デオカメラ５により対象物１が撮像される。この
ビデオカメラ５の画面と平行にｘ軸及びｙ軸をと
り、ビデオカメラ５の光軸方向にｚ軸をとる。ｘ
軸は、ビデオカメラ５の画面の水平方向と一致
し、ｙ軸は、ビデオカメラ５の画面の垂直方向と
一致している。 ビデオカメラ５の光軸を狭んで、互いに等しい
天頂角でもつて、互いに等しい輝度の２個の照明
光が対象物１に照射される。各照明光は、２個の
光源３及び光源４から発生する。ビデオカメラ５
は、一方の光源３からの光のみが照射されている
対象物１を撮像し、第１の静止画像信号を発生す
る。また、ビデオカメラ５が他方の光源４からの
光のみが照射されている対象物１を撮像し、第２
の静止画像信号を発生する。 上述の光源３及び光源４とビデオカメラ５とに
より第１の三次元形状認識装置が構成される。こ
の第１の三次元形状認識装置と同様に、光源13及
び光源１４とビデオカメラ１５によつて構成され
た第２の三次元形状認識装置が設けられている。
ビデオカメラ５及び１５は、異なる視点に位置す
るが、両者は、同一の高さに設けられている。ま
た、平面状の光（スリツト光と称する）を発生す
るスリツト光源１６が設けられている。このスリ
ツト光源１６は、対象物１の表面に線状パターン
を発生させる。スリツト光源１６は、平行光源に
細いスリツトを配した構成である。勿論、円柱レ
ンズを使う方法や、レーザー光を一方向に散乱さ
せる方法等によつて、スリツト光を発生させても
良い。 第２図及び第３図は、ビデオカメラ５及びビデ
オカメラ１５の夫々により撮影された映像５Ｐ及
び１５Ｐを示している。この映像５Ｐ及び１５Ｐ
の夫々において、対象物１の映像は、各ビデオカ
メラの位置即ち視点に応じたものとなる。この対
象物１の映像の所定位置にスリツト光源１６から
のスリツト光による線状パターン１７が形成され
る。この線状パターン１７は、水平走査方向と直
交して垂直方向に延長するように、形成される。
この線状パターン１７は、図中では、黒線として
示されているが、実際には、きわめて輝度が高い
白色のものとされる。 三次元形状認識装置例えばビデオカメラ５と光
源３及び４とによつて構成される一方の装置につ
いて、第３図及び第４図を参照して説明する。 第４図及び第５図では、対象物１が台座２に載
置されている。この対象物１は、ビデオカメラ５
により撮影される。ビデオカメラ５の出力信号が
プロセス回路１１に供給され、プロセス回路１１
から第１の静止画信号及び第２の静止画信号が順
次取り出される。静止画信号は、１フレームの信
号であり、従つて、ビデオカメラ５からの二次元
情報の入力は、（1/15）msecの時間で成し得る。 プロセス回路１１の出力信号Ａ／Ｄ変換器６に
供給され、Ａ／Ｄ変換器６により、第１及び第２
の静止画信号がデイジタルデータに変換され、フ
レームメモリ７に書き込まれる。フレームメモリ
７は、デイジタル化された第１の静止画信号及び
第２の静止画信号を記憶できるように、少なくと
も、２フレーム分の容量を有している。 フレームメモリ７と結合してCPU８が設けら
れている。CPU８は、フレームメモリ７に記憶
されている第１の静止画信号及び第２の静止画信
号の夫々の画素データを後述するように、演算処
理して対象物１の表面形状、即ち画素単位の高さ
情報を算出するものである。 CPU８により求められた高さ情報は、インタ
ーフエース９を介して入力装置例えば紙テープせ
ん孔機１０に供給される。図示していないが、紙
テープせん孔機１０以外のプリンタ、CRTデイ
スプレイ等の出力装置を用いるようにしてもよ
い。 ビデオカメラ５により得られる二次元の静止画
像即ち濃淡画像情報から対象物１の画素単位の高
さ情報を算出する演算処理について以下に説明す
る。 まず、ビデオカメラ５により入力された二次元
の濃淡画像において、濃淡を決める輝度Ｉは、次
式により定まるものである。 Ｉ＝Ip・Pd（〓・〓）＋Ip・Ps・Ｓ Ip：光源３（又は光源４）の輝度〓 ：光源３（又は光源４）の光の単位ベクトル〓 ：対象物１の単位面の法線ベクトル Pd：拡散反射系数 Ps：鏡面反射係数 Ｓ ：鏡面反射項 第５図は、対象物１の表面上の点Ｐに、光源３
からの光３Ａ（その単位ベクトルを〓 1とする。）
及び光源４からの光４Ａ（その単位ベクトルを〓 2
とする。）が入射している時の状態を示している。 第５図において、ｇがビデオカメラの光軸に対
して各光源からの光３Ａ，４Ａが有する天頂角を
示す。対象物の表面のどの点でも、光源３と光源
４はカメラに対し同じ傾きを持つ。また、θ1は、
光源３からの光３Ａが対象物１の点Ｐにおける法
線となす角度である。θ2は、光源４からの光４Ａ
が対象物１の点Ｐにおける法線となす角度であ
る。 計算を簡単にするために鏡面反射を無視できる
場合を考える。 光源３の場合におけるＰ点の輝度は、 I1＝Ip・Pd（〓 1・〓） …(1) で表現される。 光源４の場合におけるＰ点の輝度は、 I2＝Ip・Pd（〓 2・〓） …(2) ここで、〓 1と〓 2のＹ軸成分が０であること、
〓1とIL 2のＸ軸成分の符号が逆であることを使用
して(1)式及び(2)式を変形すると、 I1−I2／I1＋I2 ＝Lx・Nx／Lz・Nz ＝tan ｅ・tan ｇ …(3) tan ｇ は、既知であるから、tan ｅ は、次
のようにして求まる。 tan ｅ ＝１／tan ｇ ・I1−I2／I1＋I2 …(4) この式により勾配ｅが分かる。台座２の位置を
（ｚ＝０）とすれば、勾配ｅをｘ方向に積分する
ことにより、対象物１の高さ情報を各画素毎に計
測でき、対象物１を三次元物体として再構成する
ことができる。 CPU８は、上述の演算処理をフレームメモリ
７に貯えられている画素データを使用して行う。
つまり、光源３から得られた第１の静止画信号と
光源４から得られた第２の静止画信号とで対応す
る画素同士のデータが輝度I1及びI2として用いら
れる。この輝度I1及びI2が入力されると、上述の
ように各画素ごとに勾配ｅが求められる。次に、
画面の端部から勾配ｅを積分することにより、各
画素のｚ座標の値即ち高さを算出することができ
る。 上述のように、三次元形状認識装置は、二枚の
濃淡画像から表面形状を計測することができる。 また、ビデオカメラ１５と光源１３及び１４と
により構成された他方の三次元形状認識装置も上
述と同様にして対象物１の表面形状を計測するこ
とができる。 この考案の一実施例では、視点が異なる時で
も、対象物１に関して一定の位置にスリツト光に
よる線状パターン１７が形成されている。この線
状パターン１７は、輝度が高いために、ビデオカ
メラ５及びビデオカメラ１５の撮像出力信号から
電気的に容易に抽出できる。この線状パターン１
７のｘ方向即ち水平走査方向における位置が基準
位置となる。 ビデオカメラ５を用いた一方の三次元形状認識
装置は、各水平走査毎に画面の例えば左側から上
述の基準位置まで勾配ｅを積分することにより、
各画素毎の高さを算出する。ビデオカメラ１５を
用いた他方の三次元形状認識装置は、各水平走査
毎に上述の基準位置から画面の右端側まで勾配ｅ
を積分することにより、各画素毎の高さを算出す
る。そして、この基準位置を境界として、２個の
三次元形状認識装置の夫々により算出された高さ
情報が合成される。これによつて対象物１の形状
を認識することができる。 なお、２個の三次元形状認識装置の夫々が第４
図におけるＡ／Ｄ変換器６，フレームメモリ７，
CPU８からなるデータ処理部を持つようにして
も良く、或いは両者でデータ処理部を時分割動作
させても良い。 また、上述の一実施例は、説明の簡単のため、
２個の三次元形状認識装置を用いる構成である
が、異なる視点の３個以上の三次元形状認識装置
を用いても良く、対象物１の周囲の360°の範囲に
多視点を配してを良い。更に、２個の光源に限ら
ず、２個以上の複数個の光源をビデオカメラに関
して対称に配置するようにしても良い。 〔考案の効果〕 この考案は、二枚の濃淡画像をカメラにより入
力すれば良く、三枚以上の画像を必要とする装置
と比して、入力時間の短縮、演算時間の短縮を図
ることができ、従つて、高速な計測を行うことが
できる。 この考案では、カメラの解像度で分解能が定ま
るので、高分解能の装置を実現できる。 また、この考案に依れば、複数視点から三次元
形状を認識するので、閉じた曲面を持つ三次元物
体の形状認識が可能となり、複数の視点の夫々に
より得られた高さ情報をスリツト光で形成される
パターンの位置を基準として容易且つ高精度に合
成することができる。このように、複数の視点ご
とに認識領域を分けることによつて、単一視点に
よつては、検出できないシャドウエツジの検出が
可能となり、傾きの情報を積分して高さ情報を算
出するための処理時間を短縮化できる。然も、ス
リツト光による基準点を水平走査線ごとに形成す
ることができ、精度を向上することができる。更
に、スリツト光で形成された線状パターンは、光
学系（カメラ、レンズ）の焦点合わせを容易とす
る効果がある。 また、この考案では、カメラの解像度で分解能
が定まるので、高分解能の装置を実現できる。 この考案は、非接触で対象物の形状を認識する
ことができ、対象物体の材質や、表面の光学特性
等の制約を受けず、汎用性に優れた装置を構成で
きる。 この考案は、カメラ１台と、照明用の光源２個
とで、入力装置を構成でき、可動部分が全くな
く、小型で、取り扱いに優れた装置を実現するこ
とができる。
第１図はこの考案の一実施例の構成を示すブロ
ツク図、第２図及び第３図は２個の三次元形状認
識装置の夫々のビデオカメラの映像を示す略線
図、第４図はこの考案の一実施例における三次元
形状認識装置の構成を示すブロツク図、第５図は
この三次元形状認識装置の説明に用いる略線図で
ある。 図面における主要な符号の説明、１……対象
物、３，４，１３，１４……光源、５，１５……
ビデオカメラ、８……CPU、１６……スリツト
光源。
ツク図、第２図及び第３図は２個の三次元形状認
識装置の夫々のビデオカメラの映像を示す略線
図、第４図はこの考案の一実施例における三次元
形状認識装置の構成を示すブロツク図、第５図は
この三次元形状認識装置の説明に用いる略線図で
ある。 図面における主要な符号の説明、１……対象
物、３，４，１３，１４……光源、５，１５……
ビデオカメラ、８……CPU、１６……スリツト
光源。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 対象物に対して互いに異なる視点に位置するよ
うに配置された第１、第２のビデオカメラと、 上記第１のビデオカメラの両側に、上記第１のビ
デオカメラの光軸に対して対称な位置に夫々配置
された第１、第２の光源と、 上記第２のビデオカメラの両側に、上記第２の
ビデオカメラの光軸に対して対称な位置に夫々配
置された第３、第４の光源と、 上記第１、第２の光源から上記対象物に対して
光を照射することにより上記第１のビデオカメラ
にて撮像された上記対象物の撮像信号に基づいて
上記対象物の三次元形状を認識する第１の形状認
識回路と、 上記第３、第４の光源から上記対象物に対して
光を照射することにより上記第２のビデオカメラ
にて撮像された上記対象物の撮像信号に基づいて
上記対象物の三次元形状を認識する第２の形状認
識回路と、 上記第１のビデオカメラと上記第２のビデオカ
メラとの間に配置され、上記対象物上に線状の光
を投射するスリツト光源とを備え、 上記第１の形状認識回路は、上記スリツト光源
から投射された上記線状の光にて分割された第１
の領域において、演算式 tan e1＝Ｉ／tan g1 ・I1−I2／I1＋I2 （但し、g1：上記第１のビデオカメラの光軸と
上記第１、第２の光源からの光の入射方向とのな
す角、I1：上記第１の光源から上記対象物の単位
面に光が投射されたときの上記撮像信号の輝度
値、I2：上記第２の光源から上記対象物の上記単
位面に光が投射されたときの上記撮像信号の輝度
値）に基づいて上記対象物の上記単位面と上記第
１のビデオカメラの光軸とのなす傾きe1を演算す
る第１の演算器と、上記傾きe1を積分する第２の
演算器とを備えてなり、 上記第２の形状認識回路は、上記スリツト光源
から投射された上記線状の光にて分割された上記
第１の領域と隣接する第２の領域において、演算
式 tan e1＝Ｉ／tan g2 ・I3−I4／I3＋I4 （但し、g2：上記第２のビデオカメラの光軸と
上記第３，第４の光源からの光の入射方向とのな
す角、I3：上記第３の光源から上記対象物の単位
面に光が投射されたときの上記撮像信号の輝度
値、I4：上記第４の光源から上記対象物の上記単
位面に光が投射されたときの上記撮像信号の輝度
値）に基づいて、上記対象物の上記単位面と上記
第２のビデオカメラの光軸とのなす傾きe2を演算
する第３の演算器と、上記傾きe2を積分する第４
の演算器とを備えてなり、 画面の水平方向をＸ軸、画面の垂直方向をＹ
軸、ＸーＹ平面に対して直交する方向をＺ軸とす
るとき、 上記第１、第２のビデオカメラの光軸と、上記
第１、第２の光源の光軸と、上記第３、第４の光
源の光軸は、同一のＸーＺ平面上にあるようにな
し、 上記第１、第２の光源は、上記対象物に互いに
等しい照度の光線を照射し、 上記第３、第４の光源は、上記対象物に互いに
等しい照度の光線を照射し、 上記スリツト光源は、上記Ｘ軸方向に垂直な線
状の光を上記対象物に照射するようになし、 上記第１、第２の光源の光軸の交点に上記対象
物が位置し、上記第１のビデオカメラは、上記第
１、第２の光源の光軸の交点の上記対象物を撮像
するように設定し、 上記第３、第４の光源の光軸の交点に上記対象
物が位置し、上記第２のビデオカメラは、上記第
１及び第２の光源の光軸の交点の上記対象物を撮
像するように設定し、 上記第１の形状認識回路にて、上記対象物の上
記単位面の傾きe1を上記Ｘ軸方向に順次求め、上
記傾きe1を上記Ｘ軸方向に上記第１の領域の間で
積分して第１の積分値を順次求めていき、 上記第２の形状認識回路にて、上記対象物の上
記単位面の傾きe2を上記Ｘ軸方向に順次求め、上
記傾きe2を上記Ｘ軸方向に上記第２の領域の間で
積分して第２の積分値を順次求めていき、 上記Ｘ軸方向の位置が上記スリツト光源の位置
となるところで、上記第１の積分値と上記第２の
積分値とが接続するように、積分定数を設定し、 上記第１の形状認識回路から得られる第１の積
分値から上記第１の領域での上記対象物の各単位
面のＺ軸方向の高さデータを順次求め、 上記第２の形状認識回路から得られる第２の積
分値から上記第２の領域での上記対象物の各単位
面でのＺ軸方向の高さデータを順次求め、 上記第１の領域でのＺ軸方向の高さデータと、
上記第２の領域でのＺ軸方向の高さデータとを用
して、上記対象物の形状を認識するようになされ
ていることを特徴とする三次元形状の認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985091046U JPH0432567Y2 (ja) | 1985-06-17 | 1985-06-17 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985091046U JPH0432567Y2 (ja) | 1985-06-17 | 1985-06-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61206810U JPS61206810U (ja) | 1986-12-27 |
| JPH0432567Y2 true JPH0432567Y2 (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=30646593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985091046U Expired JPH0432567Y2 (ja) | 1985-06-17 | 1985-06-17 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0432567Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4711401B2 (ja) * | 2005-05-23 | 2011-06-29 | ユニバーサル造船株式会社 | 鋼材の形状認識方法及び装置 |
| JP2021156767A (ja) | 2020-03-27 | 2021-10-07 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | 測定装置、情報処理装置、および、プログラム |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5263753A (en) * | 1975-11-20 | 1977-05-26 | Bendix Corp | Apparatus for discriminating surface characteristic of object |
| JPS55153932A (en) * | 1979-05-11 | 1980-12-01 | Chlestil Gustav | Method and device for photography using data carrier for reproducing threeedimensional body |
| JPS58115312A (ja) * | 1981-12-29 | 1983-07-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 表面欠陥検出装置 |
| JPS58115314A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 平坦度測定装置 |
| JPS6093424A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-05-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 対象物体からこれと同形の物体を形成する方法及び装置 |
-
1985
- 1985-06-17 JP JP1985091046U patent/JPH0432567Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5263753A (en) * | 1975-11-20 | 1977-05-26 | Bendix Corp | Apparatus for discriminating surface characteristic of object |
| JPS55153932A (en) * | 1979-05-11 | 1980-12-01 | Chlestil Gustav | Method and device for photography using data carrier for reproducing threeedimensional body |
| JPS58115314A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 平坦度測定装置 |
| JPS58115312A (ja) * | 1981-12-29 | 1983-07-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 表面欠陥検出装置 |
| JPS6093424A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-05-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 対象物体からこれと同形の物体を形成する方法及び装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61206810U (ja) | 1986-12-27 |
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