JPH05172531A - 距離計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イメージセンサのレンズに歪みがあったり、
イメージセンサと計測対象物の直角度が保証されなかっ
たりしたときでも、計測するべき複数の点又は線が読み
取り画像のどの位置にあっても精度良く点又は線間の距
離を計測することができる。 【構成】 イメージセンサ１２で、予めキャリブレーシ
ョン用として点間距離を計測した複数の点を読み取り、
画像処理装置１６に転送する。該装置１６は読み取られ
た２次元画像上の複数の点の位置情報を検出する。検出
された位置情報と前記予め計測された点間情報との関係
をキャリブレーションデータとして保存する。計測対象
の複数の点を前記イメージセンサ１２により読み取り、
読み取られた２次元画像上の複数点の位置情報を検出し
て、検出された位置情報を前記キャリブレーションデー
タによって補正して直線間の距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、距離計測方法に係り、
特に、イメージセンサによって計測対象物上の複数の点
を読み取り、読み取られた２次元画像に基づき、前記複
数点間の距離を計測する距離計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像計測技術は、計測対象をイメージセ
ンサで読み取り、読み取り画像から距離計測を行うもの
である。

【０００３】このような画像計測技術においては、測定
精度を高めるため、キャリブレーション（目盛合せ）が
行われる。

【０００４】従来、このキャリブレーションに関する技
術には、例えば図８に示すキャリブレーション方法があ
る（例えば、特開昭６０−２６３８０４号公報等の従来
技術として記載される）。

【０００５】図８は、計測対象物の撮像される面（以下
計測対象面という）１０をイメージセンサ１２により読
み取り、読み取られた画像が符号１４で示されているも
のである。

【０００６】このキャリブレーション方法においては、
計測対象面１０上の目標点Ａ、Ｂ間の実際の長さをＬと
して、イメージセンサ１２により計測対象面１０を読み
取る。前記長さＬと、読み取られた画像１４上における
目標点a 、b 間の長さl との関係を予め計測しておき、
その関係をキャリブレーションデータとする。その後、
実際に計測すべき対象をイメージセンサで読み取り、読
み取り画像から、前記キャリブレーションデータに基づ
き、前記対象の長さを計測していた。

【０００７】しかしながら、図８に示すキャリブレーシ
ョン方法は、一旦キャリブレーションデータを作成した
後に、イメージセンサと計測対象面１０との間の距離Ｈ
が変動した場合、計測に誤差が生じてしまうものであ
る。

【０００８】これに対して、前記特開昭６０−２６３８
０４号公報では、前記距離Ｈに拘らず精度良くキャリブ
レーションができるように、図９に示すように、予め計
測対象面１０上に既知のマークＭを付しておき、イメー
ジセンサ１２でＡ、Ｂ間の実際の長さＬと共に、前記マ
ークＭを読み取る。そのマークＭの長さＬs に対応する
読み取り画像１４中のマークlsの比をキャリブレーショ
ンデータとして、そのキャリブレーションデータと読み
取り画像とに基づき測定対象となるＡ、Ｂ間の長さを計
測していた。

【０００９】又、前記長さ計測においては、イメージセ
ンサに読み取られた画像を２値化し、２値化後のデータ
により長さ計測をしている。

【００１０】又、１画素当りの長さをキャリブレーショ
ンデータとし、このキャリブレーションデータを読み取
り画像の全体に適用してキャリブレーションを行ってい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報記載の技術においては、前記のように１画素当りの長
さから求められたキャリブレーションデータが全読み取
り画像に対し適用されるため、複数の線間の距離を計測
する場合に、例えば等間隔の４本の直線を計測する場合
に、レンズ（イメージセンサのレンズ）に歪みがあった
り、イメージセンサと計測対象物の直角度が保証されて
いなかったりしたとき、各々の直線間距離は等しくなら
ないという問題点が生じる。

【００１２】即ち、前記公報記載の長さ計測におけるキ
ャリブレーションでは、読み取り画像中における計測対
象の直線の位置がキャリブレーションデータを求めた点
からずれてくると、前記のレンズの歪みが存在するとき
やイメージセンサと計測対象物の直角度が保てないとき
に、線間計測距離の誤差が大きくなってしまうものであ
る。

【００１３】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、イメージセンサのレンズに歪みがあ
ったり、イメージセンサと計測対象面の直角度が保証さ
れなかったりしたときでも、計測すべき複数の点又は線
が読み取り画像のどの位置に存在するかにかかわらず精
度良く当該点間距離を計測可能な距離計測方法を提供す
ることを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、イメージセン
サによって計測対象物上の複数点を読み取り、該読み取
られた２次元画像に基づき、前記複数点の間の距離を計
測する距離計測方法において、予め、キャリブレーショ
ン用として点間距離を計測した複数の点を、前記イメー
ジセンサで読み取り、読み取られた２次元画像上の複数
点の位置情報を検出し、検出された位置情報と前記予め
計測された点間距離との関係をキャリブレーションデー
タとし、計測対象の複数の点を前記イメージセンサによ
り読み取り、読み取られた２次元画像上の複数点の位置
情報を検出し、検出された位置情報を前記キャリブレー
ションデータによって補正して、前記複数点の間の距離
を算出することにより、前記課題を解決するものであ
る。

【００１５】又、本発明においては、複数の線上の点間
距離から、当該複数の線の間の距離を計測することがで
きる。

【００１６】又、本発明においては、線間距離を計測す
る線を直線とすることができる。

【００１７】又、本発明において、計測対象の複数の点
の両側にキャリブレーション用の線を配置することがで
きる。この場合、キャリブレーション用の直線の位置を
検出するに際して、直線を多値画像で入力して、それを
２値化した２値化後の位置検出、あるいは、多値データ
で直線のピーク点検出による位置検出のいずれにもかか
わらず、キャリブレーション用の直線を複数設けること
で直線間距離の計測精度が向上する。

【００１８】又、本発明においては、キャリブレーショ
ン用の線を画面全体にほぼ一様に配置することができ
る。

【００１９】

【作用】本発明においては、距離計測方法において、予
め、キャリブレーション用として点間距離を計測した複
数の点を前記イメージセンサで読み取り、読み取られた
２次元画像上の複数点の位置情報を検出し、検出された
位置情報と前記予め計測された点間距離との関係をキャ
リブレーションデータとし、計測対象の複数の点を前記
イメージセンサにより読み取り、読み取られた２次元画
像上の複数点の位置情報を検出し、検出された位置情報
を前記キャリブレーションデータによって補正して、前
記複数点の間の距離を算出する。

【００２０】従って、キャリブレーション用として点間
距離を計測した複数の点をイメージセンサで読み取り、
読み取られた２次元画像上の複数点の位置情報を検出
し、検出された位置情報と前記予め計測された点間距離
との関係をキャリブレーションデータとすることから、
イメージセンサのレンズに歪みがあったり、イメージセ
ンサの計測対象物との直角度が保証されなかったりする
ときでも、それら歪みや保証されない直角度に対応して
画像上の各位置についてのキャリブレーションデータを
作成できる。計測するべき複数の点が読み取り画像のど
の位置に存在するかにかかわらず精度良く当該点間距離
を計測することができる。

【００２１】なお、本発明において、複数の線上の点間
距離から、当該複数の線の間の距離を計測することとす
れば、複数の線間の距離を計測するのに本発明の効果が
得られる。

【００２２】又、前記線間距離を計測対象の線を直線と
することができる。

【００２３】又、計測対象の複数の点の両側にキャリブ
レーション用の線を配置すれば、当該配置線を参照して
前記点間距離を精度良く計測することができる。

【００２４】又、キャリブレーション用の線を画面全体
にほぼ一様に配置するが、同一読み取り画面上に複数の
キャリブレーション用のデータが存在することとなるた
め、実際に計測する点又は線の位置をキャリブレーショ
ン用の線の位置近辺に移動させる必要もなく、計測が簡
易、迅速且つ精度良く行える。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２６】この実施例は、図１に示すような構成の、
イメージセンサ１２によって計測対象面１０上の複数の
直線を読み取り、読み取られた２次元画像に基づき、当
該複数の直線間の距離を本発明により計測する距離計測
システムである。

【００２７】図１に示すように、この距離計測システム
は、主に、イメージセンサ１２、画像処理装置１６、制
御装置１８とを有するものである。

【００２８】前記イメージセンサ１２は、計測対象面１
０を読み取って画像処理装置１６に転送するものであ
る。前記イメージセンサ１２には、例えばＣＣＤ（電荷
結合素子）が撮像素子のテレビジョンカメラを用いるこ
とができる。

【００２９】前記画像処理装置１６は、転送された読み
取り画像に基づきキャリブレーションデータを作成し、
この作成されたキャリブレーションデータに基づき補正
を行い、直線間距離の計測を行うものである。

【００３０】前記画像処理装置１６の構成は、詳細には
図２に示すようになる。図２に示すように、前記画像処
理装置１６は、システムバス２０を介して、中央処理ユ
ニット（以下、ＣＰＵと略記する）２２、リードオンリ
ーメモリ（以下、ＲＯＭと略記する）２４、ランダムア
クセスメモリ（以下、ＲＡＭと略記する）２６、シリア
ルインプット／アウトプット（以下、ＳＩ／Ｏと略記す
る）２８、フレームメモリ３０、及び、画像処理プロセ
ッサ３２が相互に接続されているものである。

【００３１】前記ＣＰＵ２２は、前記システムバス２０
を介して画像処理プロセッサ３２やその他の接続を制御
するものである。

【００３２】前記ＲＯＭ２４は、前記画像処理装置１６
が作動するのに必要なプログラムやデータが格納されて
いるものである。

【００３３】前記ＲＡＭ２６は、後述するキャリブレー
ションデータやキャリブレーションの原点の座標や測定
結果等を保存するためのものである。

【００３４】前記ＳＩ／Ｏ２８は、前記制御装置１８と
のインタフェイスである。

【００３５】前記フレームメモリ３０は、前記イメージ
センサ１２から転送された読み取り画像や画像処理プロ
セッサ３２で処理された画像を保存するためのものであ
る。

【００３６】前記画像処理プロセッサ３２は、転送等さ
れた画像に対して種々の画像処理、例えば微分処理やノ
イズ除去処理を施すプロセッサである。なお、前記フレ
ームメモリ３０と前記画像処理プロセッサ３２との間に
は、画像情報のみを転送するためのイメージバス３４及
び３６が設けられている。

【００３７】前記制御装置１８は、画像処理装置１６に
対して測定開始や測定終了の指令信号を出力するもので
ある。前記制御装置１８から前記画像処理装置１６に測
定終了の信号が出力されると、計測結果を制御装置１８
に転送するようになっている。

【００３８】次に、実施例の作用を説明する。

【００３９】実施例の距離計測システムにおいては、制
御装置１８から画像処理装置１６に測定開始の信号が入
力されると、所定の位置におかれた計測対象物の計測対
象面１０をイメージセンサ１２で撮影する。イメージセ
ンサ１２で読み取られた測定対象面１０の一部の画像が
画像処理装置１６に転送される。該画像処理装置１６
は、転送画像の測定対象面１０上のエッジから各部直線
を検出し、直線間の距離を計測する。計測の結果が規定
の範囲であるか否かの良／否（ＯＫ／ＮＧ）判定を行
い、その結果を制御装置１８に転送する。

【００４０】この場合、本発明によりキャリブレーショ
ンデータを求め、このキャリブレーションデータを用い
て直線間距離を計測しており、以下に、この計測する手
法を中心に説明する。

【００４１】まず、図３に示すように、直線間距離の予
め分かっている複数の直線が描いてあるキャリブレーシ
ョン原器３８をイメージセンサ１２で撮影する。撮影に
より読み取られた画面は、図３中符号４０で示すものと
する。

【００４２】前記画面４０上で複数の直線を検出し、こ
の中の１つの直線上にキャリブレーションの原点４２を
決める。この原点４２は、キャリブレーション原器３８
上では符号４４で示す位置にあたる。

【００４３】次いで、前記キャリブレーションの原点４
２から各直線までの距離 l₁ 、 l₂ 、 l₃ 、・・・を求
め、それらの距離 l₁ 、 l₂ 、 l₃ 、・・・とキャリブ
レーション原器３８上における原点４４から直線までの
実際の距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、・・・とをキャリブレー
ションデータとして保存しておく。なお、図３において
は、前記距離 l₄ と前記実際の距離Ｌ₄ は零となり、省
略してある。又、画面４０における直線を検出する方法
は、種々のものを用いることができるが、具体的な方法
としては、例えば対象画像に微分を施したものを適当な
閾値で２値化したうえで、各走査線毎に前記直線を構成
する点を検索して求め、求めた点列から直線を近似する
方法を用いることができる。又、キャリブレーションの
原点から直線までの距離 l₁ 、 l₂ 、 l₃ 、・・・は、
種々の方法を用いて計測することができるが、例えば、
キャリブレーションの原点を（Ｘc ，Ｙc ）とし、直線
を次式（１）で表わすとすれば、次式（２）で求められ
る距離Ｌc として求めることができる。

【００４４】

【数１】

【００４５】ここで、前記キャリブレーションデータと
して保存される画面４０上での距離l₁ 、 l₂ 、 l
₃ と、実際のキャリブレーション原器３８上での距離Ｌ
₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ の関係を、図４に示す。図４は、その横
軸に画面４０上で計測した画素単位の距離 l₁ 、 l₂ 、
l₃ を取り、縦軸に実際の距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、・・
・を取って、キャリブレーション原器３８の各直線のデ
ータをプロットしたものである。

【００４６】画面４０上で計測した画素単位の距離を、
１画素＝ x_c mmで変換する従来法の如き通常のキャリブ
レーションであれば、図４中に示す線４６のように、一
定の傾きしかもっていないが、実際には、イメージセン
サのレンズの歪みや、イメージセンサの光軸のずれ（イ
メージセンサ１２のレンズの歪みやイメージセンサと計
測対象物の直角度が保てない場合に生じる）により、図
４中一点鎖線で示すように、場所によっては傾きが違う
場合がある。このように、傾きが違う場合、１画素＝ x
_c mmという前提条件が崩れてしまうため、計測結果の精
度が悪くなる。そこで、本実施例では、本発明により、
前記のようにキャリブレーションデータを求めて、細か
く前記傾きを求めているため、前記のように画面上にお
いて傾きが違う条件下でも高い精度の計測結果が得られ
る。

【００４７】次に、図５に示すような、計測対象面１０
の目標エッジＡ、Ｂ間の距離Ｌを、イメージセンサ１２
によって撮影した画面４０から求める場合を説明する。

【００４８】即ち、まず、画面４０上で前記図３と同様
に決めておいたキャリブレーションの原点４２から目標
エッジa 、b までの距離la、lbを求める。それぞれ求め
られた距離la、lbに対して、キャリブレーションデータ
の中から次式（３）、（４）の関係となる直線x 、y を
求め、図６に示すような手法で直線補間を行い、実際の
距離Ｌa 、Ｌb を求める。

【００４９】

【数２】

【００５０】図６は、前記距離lx、lx+1、Ｌx 、Ｌx+1
、laから実際の距離Ｌa を求める方法を示すものであ
る。図６において、符号５０及び５２に示す点は、キャ
リブレーションデータとして保存されているキャリブレ
ーションの原点からの距離情報である。この時、点５
０、５２は直線的に変化しているものと仮定して、直線
補間により、次式（５）のように距離Ｌa を求める。

【００５１】

【数３】

【００５２】又、同様にして他の実際の距離Ｌb の方
も、次式（６）で求める。

【００５３】

【数４】

【００５４】最後に、求められた距離Ｌa 、Ｌb の和か
ら、目標エッジＡ、Ｂ間の距離Ｌを次式（７）のように
算出する。

【００５５】

【数５】

【００５６】なお、前記実施例においては、キャリブレ
ーションデータをキャリブレーションの原点からの距離
としているが、本発明のキャリブレーションデータはこ
れに限定されず、他の種々のデータを取り得る。例え
ば、キャリブレーションデータを画面上における直線の
位置と隣接する直線間の計測距離（ r₁ 、 r₂ 、 r₃ 、
・・・）及びその実測距離（Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ 、・・
・）としてもよい。その場合には、図７に示すように、
画面上での直線の位置と隣接する直線間の距離ra、rbを
求め、直線a 、b に隣接するキャリブレーション側の直
線（図７中、破線で示す）を検索し、その直線間の距離
rx、ryを用いて実際の距離Ｒa 、Ｒb を求める。最後
に、実際の直線Ａ、Ｂ間の距離Ｌは、次式（８）で求め
られる。

【００５７】

【数６】

【００５８】又、前記実施例においては、本発明によ
り、直線間の距離を計測していたが、本発明による計測
対象は、このような直線間距離に限定されず、複数の点
間の距離、複数の線間の距離を計測することができる。
又、計測対象の線には、例えば同心円となる複数の円
や、複数の斜線を対象とすることができる。

【００５９】又、前記実施例においては、図３に示すよ
うに、キャリブレーションの対象となる線が画面全体に
ほぼ一様に配置されており、その中から所望の原点を決
めてキャリブレーションデータを求めていた。これによ
り、画面のどの位置でも直線があるため、実際に計測す
る直線の位置をキャリブレーション用の直線の位置原点
に移動させる必要がないため、計測が簡易且つ迅速に行
える。

【００６０】又、キャリブレーション用の直線位置検出
においては、直線を多値入力して２値化し、その２値化
後の位置を検出する場合、あるいは、多値データのまま
で直線のピーク点検出により、位置検出する場合等の位
置検出の種類に拘らず、キャリブレーション用の直線を
複数設けることで直線間距離の計測値精度が向上するも
のである。

【００６１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、イ
メージセンサのレンズに歪みがあったり、イメージセン
サと計測対象物の直角度が保証されなかったりしたとき
でも、計測するべき複数点又は線が読み取り画像のどの
位置にあっても、精度良く前記点又は線間距離を計測す
ることができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例に係る距離計測システ
ムの全体構成を示す一部斜視図を含むブロック図であ
る。

【図２】図２は、前記計測システムに設けられた画像処
理装置の詳細な構成を示すブロック図である。

【図３】図３は、前記実施例の作用を説明するための、
キャリブレーション原器の計測対象面と読み取られた画
像における各点間距離の関係を示す概念図である。

【図４】図４は、同じく、画面上の距離と実際の距離と
の関係を示す線図である。

【図５】図５は、同じく、測定対象面のエッジ距離を検
出する例を示す概念図である。

【図６】図６は、同じく、直線補間を説明するための線
図である。

【図７】図７は、同じく、原点をとらない場合の直線間
距離計測手法を説明するための平面図である。

【図８】図８は、従来のキャリブレーションによる直線
の長さ測定の例を示す概念図である。

【図９】図９は、同じく、他の従来の長さ測定を示す概
念図である。

【符号の説明】

１０…計測対象面、 １２…イメージセンサ、 １６…画像処理装置、 １８…制御装置、 ２０…システムバス、 ２２…中央処理ユニット（ＣＰＵ）、 ３０…フレームメモリ、 ３２…画像処理プロセッサ、 ３４、３６…イメージデータバス、 ３８…キャリブレーション原器、 ４０…画面、 ４２…キャリブレーションの画面上の原点、 ４４…キャリブレーション原器の原点、 ４６…傾き。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イメージセンサによって測定対象物上の複
   数の点を読み取り、該読み取られた２次元画像に基づ
   き、前記複数点の間の距離を計測する距離計測方法にお
   いて、 予め、キャリブレーション用として点間距離を計測した
   複数の点を、前記イメージセンサで読み取り、 読み取られた２次元画像上の複数点の位置情報を検出
   し、 検出された位置情報と前記予め計測された点間距離との
   関係をキャリブレーションデータとし、 計測対象の複数の点を前記イメージセンサにより読み取
   り、 読み取られた２次元画像上の複数点の位置情報を検出
   し、 検出された位置情報を前記キャリブレーションデータに
   よって補正して、前記複数点の間の距離を算出すること
   を特徴とする距離計測方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 複数の線上の点間距離から、当該複数の線の間の距離を
   計測することを特徴とする距離計測方法。
3. 【請求項３】請求項２において、 線間距離を計測する線が直線であることを特徴とする距
   離計測方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、 計測対象の複数の点の両側にキャリブレーション用の線
   が配置されていることを特徴とする距離計測方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、 キャリブレーション用の線が画面全体にほぼ一様に配置
   されていることを特徴とする距離計測方法。