JPH05180635A - Shape measuring apparatus - Google Patents

Shape measuring apparatus

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JPH05180635A
JPH05180635A JP4064364A JP6436492A JPH05180635A JP H05180635 A JPH05180635 A JP H05180635A JP 4064364 A JP4064364 A JP 4064364A JP 6436492 A JP6436492 A JP 6436492A JP H05180635 A JPH05180635 A JP H05180635A
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light
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Kazuo Araki
和男 荒木
Masaru Shimizu
優 清水
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Abstract

PURPOSE:To obtain a shape measuring apparatus based on the principle of a slit-light projecting method, which can measure the shape continuously in high accuracy at a high speed even under the natural light conditions such as outdoors up to long distances. CONSTITUTION:Modulated slit light 103 is deflected at a constant angular velocity so as to scan an object scene 105. A slit image 107 of an object 106 obtained at this time is focused on an image sensing surface 109 of a non-scanning type image sensing element 200, which is constituted by arranging a plurality of one-dimensional optical-position detecting elements 201 in the direction of the short side. A slit-position information signal 110 of the slit image 107 on the image sensing surface 109 outputted from the non-scanning type image sensing element 201 in real time is amplified in band. Then, the signal is detected and demodulated, or the signal is detected in synchronization with a modulating signal 102 of the slit light. Thus, the position information data on the image sensing surface 109 of the slit light are obtained in real time. The space coordinate values of many representative points on the surface of the object 106 within the object scene 105 are obtained in real time based on the data.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置の視野(以後、
対象シーンとよぶ)内にある物体(以後、対象物体と呼
ぶ)表面上の多数の代表点の空間座標(3次元座標)値
を、高速にかつ連続的に求めることができる非接触の形
状計測装置に関するもので、特にスリット光投影法を用
いた形状計測装置に関するものである。この種の装置
は、対象シーンに関する距離情報を得ることができるの
で、レンジファインダーとも呼ばれている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
A non-contact shape measurement that can continuously and rapidly obtain the spatial coordinates (three-dimensional coordinates) values of a large number of representative points on the surface of an object (hereinafter referred to as a target scene) in a target scene. The present invention relates to a device, and more particularly to a shape measuring device using a slit light projection method. This type of device is also called a range finder because it can obtain distance information about the target scene.

【0002】撮像装置によって得られる映像を利用した
非接触の形状計測装置は、コンピュータグラフィック
ス、CAD/CAM、コンピュータビジョンあるいはロ
ボットビジョンをはじめとする工学および産業分野はも
とより、体育学、医学、服飾学などの分野における生体
や自然物の計測と解析など、多方面においてその応用が
期待されている。
A non-contact shape measuring device using an image obtained by an image pickup device is used in not only engineering and industrial fields such as computer graphics, CAD / CAM, computer vision or robot vision, but also physical education, medicine and clothing. Its applications are expected in many fields, such as measurement and analysis of living bodies and natural objects in fields such as science.

【0003】[0003]

【従来の技術】映像を利用した非接触の形状計測法とし
ては、従来から、モアレトポグラフィー法、ステレオビ
ジョン法やスリット光投影法などが提案されている。し
かし、モアレトポグラフィー法は、基準面からの相対的
な距離情報しか得ることができない上、後処理過程に時
間を要し、計測の高速化は難しい。また、ステレオビジ
ョン法は、撮像面全域にわたる濃淡信号データを取り扱
うことになるので、膨大な記憶容量と高速データ処理装
置を必要とするうえ、例えば、対応点検出のような複雑
な処理過程を必要としており、高速で簡便な実用装置化
は未だ困難な状況にある。
2. Description of the Related Art As a non-contact shape measuring method using images, a moire topography method, a stereo vision method, a slit light projection method and the like have been conventionally proposed. However, the moire topography method can obtain only relative distance information from the reference surface, requires time in the post-processing process, and is difficult to speed up measurement. Further, since the stereo vision method handles grayscale signal data over the entire imaging surface, it requires a huge storage capacity and a high-speed data processing device, and also requires a complicated processing process such as corresponding point detection. Therefore, it is still difficult to realize a high-speed and simple practical device.

【0004】一方、スリット光投影法では、図6に示し
たようにスリット光601で対象シーン105を照射
し、このスリット光601に対応する対象物体106の
スリット像107を撮像装置108の撮像面109上に
とらえる。すると、スリット像107上のある1点pに
対応する対象物体106上の点pの空間座標値は、スリ
ット光601のなす平面Sと、点pとカメラのレンズ中
心Oとを結ぶ直線との交点の座標として、いわゆる三角
測量の原理によって求められる。したがって、一枚の画
像からスリット像107上の各点に対応した対象物体1
06表面上の点群の空間座標値が求められるから、スリ
ット光601の水平方向の移動と画像入力を繰り返せ
ば、対象シーン105全体の3次元情報を得ることがで
きる。このように、スリット光投影法では、対応点検出
のような複雑な後処理過程なしに3次元情報を獲得で
き、処理情報量もそれほど大量ではないので、現段階で
は、実用化の可能性が最も高いと考えられる。実際、最
近になって、この手法に基づく形状計測装置がいくつか
実用化され始めている。
On the other hand, in the slit light projection method, the target scene 105 is illuminated with the slit light 601 as shown in FIG. 6, and the slit image 107 of the target object 106 corresponding to this slit light 601 is captured on the image pickup surface of the image pickup device 108. Capture on 109. Then, the spatial coordinate value of a point p on the target object 106 corresponding to a certain point p on the slit image 107 is a plane S formed by the slit light 601 and a straight line connecting the point p and the lens center O of the camera. The coordinates of the intersection are obtained by the so-called triangulation principle. Therefore, the target object 1 corresponding to each point on the slit image 107 from one image
Since the spatial coordinate value of the point group on the 06 surface is obtained, three-dimensional information of the entire target scene 105 can be obtained by repeating the horizontal movement of the slit light 601 and image input. Thus, with the slit light projection method, three-dimensional information can be acquired without complicated post-processing steps such as corresponding point detection, and the amount of processed information is not so large, so there is a possibility of practical application at this stage. Considered to be the highest. In fact, recently, some shape measuring devices based on this method have been put into practical use.

【0005】しかしながら、通常のスリット光投影法で
は、撮像装置として、一般にCCDなどの走査型のカメ
ラを使用しているため、一枚の画像入力に1フレーム分
の走査時間(約1/30秒)を必要とする。このため、
スリット光の投射方向(偏向角度)をステップ・バイ・
ステップで制御しながら、そのつど撮像面全体の走査を
繰り返さなければならない。したがって、例えば、対象
シーンを128本のスリット光で分割する場合、すなわ
ち空間分解能が128の場合を想定すると、128枚の
画像の入力が必要であるから、それだけでも4秒以上を
要すことになる。時々刻々変化する対象シーン(物体)
に追随するためには、少なくともビデオレート(約1/
30秒)程度以上の高速性が要求されるであろう。この
ため、スリット光投影法の高速化の試みが種々検討され
始めている。
However, in the ordinary slit light projection method, since a scanning type camera such as CCD is generally used as an image pickup device, a scanning time for one frame (about 1/30 sec.) Is input to one image. ) Is required. For this reason,
Step-by-step projection direction (deflection angle) of slit light
The scanning of the entire imaging surface must be repeated each time, controlling in steps. Therefore, for example, assuming that the target scene is divided by 128 slit lights, that is, assuming that the spatial resolution is 128, 128 images need to be input, which alone requires 4 seconds or more. Become. Target scene (object) that changes from moment to moment
In order to keep up with
High speed of about 30 seconds or more will be required. Therefore, various attempts to speed up the slit light projection method have been studied.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする問題点】スリット光投影法の
高速化のポイントは、投射スリット光と、そのスリット
光によるスリット像の位置情報、特に後者を可能な限り
高速で猪得することである。このため、申請者らは、ス
リット像の位置情報を獲得するにあたって撮像面の走査
を必要としない非走査型の撮像素子、すなわち、−次元
光位置検出素子を短辺方向に複数個配列させた撮像素子
を新たに考案して(昭和62年 特許願 昭62−20
3862)、その一実施例としてPSDアレイを用いた
形状計測装置を実際に試作し、この装置が目標通りビデ
オレート以上の高速計測のみならず、精度±0.3%程
度で連続計測をも可能にすることを確認した
(1).(2)。 ((1)K.Araki,M.Sato,T.Nod
a,Y.Chiba and M.Shimizu:
”High Speed and Continuo
us Rangefinding System.”,
The IEICETransaction on I
nforma−tion and System,Vo
l.E74,No.10,pp.3400−3406
(1991). (2)荒木和男,清水 優,野田貴之,千葉裕二,津田
幸文,池谷和俊,三宮邦夫,五味睦子:”高速・連続3
次元計測システム”,第22回両像工学コンファレンス
論文集,Vol.22,pp.243−246(199
1))
The point of increasing the speed of the slit light projection method is to obtain the projection slit light and the positional information of the slit image by the slit light, especially the latter, as fast as possible. For this reason, the applicants arranged a plurality of non-scanning image pickup elements that do not require scanning of the image pickup surface to obtain the position information of the slit image, that is, a plurality of -dimensional optical position detection elements arranged in the short side direction. Newly devised an imaging device (Patent application Sho 62-20
3862), as an example, a prototype shape measuring device using a PSD array was actually prototyped, and this device can perform not only high-speed measurement at a video rate or higher as desired, but also continuous measurement with an accuracy of about ± 0.3%. Confirmed to
(1). (2) . ((1) K. Araki, M. Sato, T. Nod.
a, Y. Chiba and M.C. Shimizu:
"High Speed and Continuo
us Rangefinding System. ",
The IEICE Transaction on I
nforma-tion and System, Vo
l. E74, No. 10, pp. 3400-3406
(1991). (2) Kazuo Araki, Yu Shimizu, Takayuki Noda, Yuji Chiba, Yukifumi Tsuda, Kazutoshi Iketani, Kunio Sannomiya, Mutsuko Gomi: "High speed, continuous 3"
Dimensional Measurement System ", Proceedings of the 22nd Conference on Image Engineering Conference, Vol.22, pp.243-246 (199)
1))

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする問題点】しかし、スリット光
源として定常光を使用している限り、現状では測定距離
が1m程度以内となり、ナビゲーションシステムなど速
距離測定を必要とする分野への適用には課題を残してい
る。また、自然光条件下では、自然光の低周波的揺らぎ
および突発的な外乱光の影響で測定精度の面でも若干不
十分なものとなっている。
However, as long as continuous light is used as the slit light source, the current measurement distance is within about 1 m, and it is not suitable for applications in fields requiring fast distance measurement such as navigation systems. There are challenges. In addition, under natural light conditions, measurement accuracy is slightly insufficient due to low-frequency fluctuations of natural light and sudden disturbance light.

【0008】このような状況下で、本発明は、数m〜1
0m程度の遠距離計測ができ、しかも、自然光条件下で
も高精度で計測できる、高速かつ連続計測可能な形状計
測装置を提供するものである。
Under such a circumstance, the present invention has several m to 1
Provided is a shape measuring device capable of performing long-distance measurement of about 0 m, and also capable of performing high-speed and continuous measurement with high accuracy even under natural light conditions.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】以上に述べた課題を解決
するために、本発明は先に申請中の特許願 昭62−2
03862の形状計測装置に以下のような手段を講じる
(図1)
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is related to the previously filed patent application Sho 62-2.
The following measures are taken for the shape measuring device of 03862 (Fig. 1).

【0010】まず、スリット光源101の発光強度を変
調用信号102によって正弦波状あるいはパルス波状に
制御する。このように制御されたスリット光を以下では
変調スリット光103と呼ぶ。この変調スリット光10
3を回転ミラーなどを使用したスリット光走査機構10
4によって一定の角速度ωで偏向して対象シーン105
上を走査し、この時得られる対象物体106のスリット
像107を撮像装置108の撮像面109上に結像させ
る。この撮像面109は特許願 昭62−203862
に記截した非走査型撮像素子200(図2)で構成す
る。この非走査型撮像素子200は1次元光位置検出素
子201を、その短辺方向に複数個配列させて構成され
ており、各1次元光位置検出素子(以後、各チャンネル
と呼ぶことがある)毎に信号処理回路202が接続され
ており、各1次元光位置検出素子201上に結像したス
リット像107の位置情報信号110をリアルタイムで
出力する。
First, the emission intensity of the slit light source 101 is controlled by the modulation signal 102 to have a sine wave shape or a pulse wave shape. The slit light controlled in this way is hereinafter referred to as modulated slit light 103. This modulated slit light 10
A slit light scanning mechanism 10 using a rotating mirror 3
The target scene 105 is deflected at a constant angular velocity ω by
The upper part is scanned, and the slit image 107 of the target object 106 obtained at this time is formed on the imaging surface 109 of the imaging device 108. This imaging surface 109 is disclosed in Japanese Patent Application No. Sho 62-203862.
The non-scanning image pickup device 200 (FIG. 2) described in the above. The non-scanning type image pickup device 200 is configured by arranging a plurality of one-dimensional light position detecting devices 201 in the short side direction thereof, and each one-dimensional light position detecting device (hereinafter sometimes referred to as each channel). The signal processing circuit 202 is connected to each of them, and outputs the position information signal 110 of the slit image 107 formed on each one-dimensional optical position detecting element 201 in real time.

【0011】一方、変調スリット光103が予め定めた
基準位置にきた時点に基準位置信号111を出力させ
て、これを起点としてディジタル化された経過時間11
2を出力する。先に述べたように変調スリット光103
の偏向角速度ωが一定に制御されているから、この経過
時間112が変調スリット光103の投射方向をあたえ
る。そこで、撮像面109、すなわち非走査型撮像素子
200から出力されるスリット像107の位置情報信号
110と経過時間112とを、信号処理・演算部113
で先述のスリット光投影法の原理に基づいて適切に処理
して、対象物体106上の点の空間座標(3次元座標)
値114を求める。
On the other hand, when the modulated slit light 103 reaches a predetermined reference position, the reference position signal 111 is output, and the digitized elapsed time 11 is used as a starting point.
2 is output. As described above, the modulated slit light 103
Since the deflection angular velocity ω is controlled to be constant, this elapsed time 112 gives the projection direction of the modulated slit light 103. Therefore, the position information signal 110 and the elapsed time 112 of the slit image 107 output from the image pickup surface 109, that is, the non-scanning image pickup device 200, are processed by the signal processing / calculation unit 113.
Then, the spatial coordinates (three-dimensional coordinates) of points on the target object 106 are appropriately processed based on the above-described principle of the slit light projection method.
The value 114 is obtained.

【0012】信号処理部・演算部113では、入力され
てくるスリット像107の位置情報信号110を変調ス
リット光103の変調用信号102の周波数を考慮して
各チャンネル毎に帯域増幅器301(図3)で帯域増幅
して、 経路I:検波および復調回路302で検波・復調後、経
過時間112を基準とした適切なサンプリング時間にA
/D変換器303でA/D変換した後、もしくは、 経路II:検波・復調することなく、変調スリット光1
03の変調用信号102と同期させてA/D変換して、
位置情報信号110を経過時間112基準でディジタル
化した位置情報データ304を得る。この時ディジタル
化された順番、すなわちA/D変換のサンプリング時間
が変調スリット光103の投射方向をあたえ、その時の
データが対応するスリット像107の撮像面上での位置
情報を与えているから、演算回路305でスリット光投
影法の原理に基づいて処理をして対象物体106上の点
の空間座標(3次元座標)値114を求める。
In the signal processor / arithmetic unit 113, the position information signal 110 of the input slit image 107 is taken into consideration in consideration of the frequency of the modulation signal 102 of the modulated slit light 103, and the band amplifier 301 (FIG. 3). ), And the path I: after the detection and demodulation by the detection and demodulation circuit 302, A is set to an appropriate sampling time based on the elapsed time 112.
After A / D conversion by the / D converter 303, or path II: modulated slit light 1 without detection / demodulation
A / D conversion in synchronization with the 03 modulation signal 102,
The position information data 304 is obtained by digitizing the position information signal 110 on the basis of the elapsed time 112. At this time, the digitized order, that is, the sampling time of the A / D conversion is given to the projection direction of the modulated slit light 103, and the data at that time gives the position information of the corresponding slit image 107 on the imaging surface. The arithmetic circuit 305 performs processing based on the principle of the slit light projection method to obtain a spatial coordinate (three-dimensional coordinate) value 114 of a point on the target object 106.

【0013】また、位置情報信号110を帯域増幅後、
検波・復調することなく、変調スリット光103の変調
用信号102と同期させてA/D変換する方式(以後、
同期検出方式と呼ぶ)の場合には、光源101を複数個
(以後、光源1,2,3,・・・・,光源nと記す)使
用し、これらを、図4に示したように、予め定めた順
序、例えば、光源1,2,3,・・・,nの順序で、し
かもどの2つも同時に発光していないように制御し、こ
れを1シーケンスとして繰り返させる。
After the position information signal 110 is band-amplified,
A method of A / D conversion in synchronization with the modulation signal 102 of the modulated slit light 103 without detection / demodulation (hereinafter,
In the case of the synchronous detection method), a plurality of light sources 101 (hereinafter referred to as light sources 1, 2, 3, ..., Light source n) are used, and these are as shown in FIG. Control is performed in a predetermined order, for example, in the order of the light sources 1, 2, 3, ..., N so that no two light sources are simultaneously emitting, and this is repeated as one sequence.

【0014】以上のようにして得られた空間座標値11
4は、直ちに、ディスプレイ上に表示し、かつ/あるい
は、大容量のメモリ部、磁気テープ、磁気ディスク、光
ディスク等の大容量の外部記憶装置115に格納し、コ
ンピュータ等によるディジタル処理に委ねる。
Spatial coordinate value 11 obtained as described above
4 is immediately displayed on the display and / or stored in a large-capacity external storage device 115 such as a large-capacity memory unit, magnetic tape, magnetic disk, optical disk, etc., and subjected to digital processing by a computer or the like.

【0015】また、本発明で使用する非走査型撮像素子
200の各チャンネル間にはダミーの電極203を設け
これを全て接地する。さらに、各チャンネルの有効受光
面外の両端部にダミーの抵抗層204を設ける。
A dummy electrode 203 is provided between each channel of the non-scanning type image pickup device 200 used in the present invention and is grounded. Further, dummy resistance layers 204 are provided at both ends outside the effective light receiving surface of each channel.

【0016】[0016]

【作用】基本的には特許願 昭62−203862に記
載した手法によっており、高速計測および連続計測が可
能ある。
Basically, the method described in Japanese Patent Application No. Sho 62-203862 is used, and high-speed measurement and continuous measurement are possible.

【0017】変調スリット光103を使用し、非走査型
撮像素子200からリアルタイムで出力される位置情報
信号110を帯域増幅し、有効信号成分を選択的に抽出
する方式を採用したことにより、耐雑音性能が飛躍的に
向上し、雑音の中に埋もれた微弱な信号成分も検出でき
るようになるので、遠距離測定も可能となる。また、自
然光条件下の定常的および低周波的な光の揺らぎ、およ
び、突発的な外乱光の影響も除去できるので、戸外での
計測も可能となる。
Since the modulated slit light 103 is used to amplify the position information signal 110 outputted in real time from the non-scanning type image pickup device 200 in a band and selectively extract an effective signal component, noise resistance is improved. The performance is dramatically improved, and weak signal components buried in noise can be detected, which enables long-distance measurement. In addition, since it is possible to eliminate the effects of steady and low-frequency light fluctuations under natural light conditions and sudden disturbance light, it is possible to perform outdoor measurement.

【0018】また、位置情報信号110を帯域増幅した
後、検波・復調する方式の場合は、必要な信号は振幅変
調された位置情報信号110の包絡波であるから、精度
を上げるためにはスリット光の変調用信号102の周波
数を高周波にしなければならないが、この結果、撮像素
子および信号処理回路部分の周波数特性への要求が厳し
くなり、実装置化の面で不利となる。しかし、本発明に
おいて、検波・復調することなく、光ビームの変調用信
号と同期させて検出する方式、すなわち先述の同期検出
方式を採用する場合には、空間分解能に対応する周波数
で変調すれば良いから、一般に低周波変調で済む。例え
ば、空間分解能が128、すなわち128スリット光/
シーンの分解能で、32シーン/秒の計測速度で測定す
る場合には、128x32=4096Hzの変調周波数
で済む。
Further, in the case of a system in which the position information signal 110 is band-amplified and then detected and demodulated, the necessary signal is the envelope wave of the amplitude-modulated position information signal 110, and therefore the slit is used to improve the accuracy. The frequency of the light modulation signal 102 must be high, but as a result, the demands on the frequency characteristics of the image pickup device and the signal processing circuit portion become strict, which is disadvantageous in terms of practical application. However, in the present invention, in the case of adopting the method of detecting in synchronization with the signal for modulating the light beam without detecting and demodulating, that is, in the case of adopting the above-mentioned synchronous detection method, it is necessary to modulate at a frequency corresponding to the spatial resolution. Since it is good, low frequency modulation is generally sufficient. For example, the spatial resolution is 128, that is, 128 slit light /
When measuring with a measurement speed of 32 scenes / second with a scene resolution, a modulation frequency of 128 × 32 = 4096 Hz is sufficient.

【0019】また、スリット光投影法では投射光に対し
て陰になる部分の計測ができないという、いわゆる死角
の問題があり、この問題点を軽減するために第2,第
3,・・・,第nの光源を設けてそれぞれ異なる方向か
ら投射して計測を繰り返す、いわゆる多光源方式を採用
することがある。しかし、従来の多光源方式の場合に
は、第1の光源で1シーンの計測を終えた後に第2,第
3,・・・,第nの光源に順次切り替えて計測を繰り返
すので、得られたシーン間の時間的ずれが大きいが、本
発明の同期検出方式では、シーン間の時間的ずれはスリ
ット光の変調用信号102の1周期程度にすぎず、実質
上無視できる。すなわち、実質上複数の光源を同時発光
させながら計測した場合と同様の結果が得られる。
Further, the slit light projection method has a problem of so-called blind spot in that it is impossible to measure a portion which is shaded with respect to the projected light. In order to reduce this problem, the second, third, ... A so-called multiple light source system may be adopted in which the nth light source is provided and the measurement is repeated by projecting from different directions. However, in the case of the conventional multi-light source method, after the measurement of one scene is completed by the first light source, the measurement is repeated by sequentially switching to the second, third, ... Although the time lag between the scenes is large, the time lag between the scenes in the synchronization detection method of the present invention is only about one cycle of the slit light modulation signal 102 and can be substantially ignored. In other words, substantially the same result as when the measurement is performed while simultaneously emitting a plurality of light sources is obtained.

【0020】また、非走査型撮像素子200の各チャン
ネル間にダミー電極203を設けこれを接地する方式
は、チャンネル間のクロストークを著しく減少させ、計
測精度を向上させる。さらに、各チャンネルの両端に設
けたダミー抵抗層204は非走査型撮像素子200の両
端付近の検出精度を向上させる。
The method in which the dummy electrodes 203 are provided between the channels of the non-scanning type image pickup device 200 and grounded, the crosstalk between the channels is significantly reduced and the measurement accuracy is improved. Further, the dummy resistance layers 204 provided at both ends of each channel improve the detection accuracy in the vicinity of both ends of the non-scanning type image pickup device 200.

【0021】[0021]

【実施例】本発明による計測装置の一実施例を図5に示
す。スリット光の光源としては半導体レーザ501を用
い、一定周期のパルス状信号502によってパルス発光
させ、この変調された出力ビームをシリンドリカルレン
ズを含むレンズ系503によって垂直方向に拡大して、
変調スリット光103を得る。この変調スリット光10
3をガルバノメータとこれにとりつけられたミラーによ
って構成されたスリット光走査機構104によって一定
各速度ωで偏向し、対象シーン105を走査する。この
時得られる対象物体106のスリット像107を撮像装
置108の撮像面109上に結像させるが、この撮像面
を例えば128行1列のPSDアレイ504で構成す
る。このPSDアレイ504はスリット像107の撮像
面109上における位置情報信号110をリアルタイム
で出力する。 (荒木和男,清水優,野田貴之,千葉裕
二,津田幸文,池谷和俊,三宮邦夫,五味睦子:”高速
・連続3次元計測システム”,第22回画像工学コンフ
ァレンス論文集,Vol22,pp.243−246
(1991))
FIG. 5 shows an embodiment of the measuring device according to the present invention. A semiconductor laser 501 is used as a light source of slit light, pulsed light is emitted by a pulse signal 502 having a constant cycle, and this modulated output beam is vertically expanded by a lens system 503 including a cylindrical lens,
The modulated slit light 103 is obtained. This modulated slit light 10
3 is deflected at a constant speed ω by a slit light scanning mechanism 104 composed of a galvanometer and a mirror attached thereto, and a target scene 105 is scanned. The slit image 107 of the target object 106 obtained at this time is formed on the image pickup surface 109 of the image pickup device 108, and this image pickup surface is constituted by, for example, a PSD array 504 of 128 rows and 1 column. The PSD array 504 outputs the position information signal 110 of the slit image 107 on the imaging surface 109 in real time. (Kazuo Araki, Yu Shimizu, Takayuki Noda, Yuji Chiba, Yukifumi Tsuda, Kazutoshi Ikeya, Kunio Sannomiya, Mutsuko Gomi: "High-speed and continuous 3D measurement system", 22nd Conference on Image Engineering Conference, Vol22, pp.243- 246
(1991))

【0022】一方、先述のように、変調スリット光10
3は一定の角速度ωで偏向されているから、変調スリッ
ト光103の投射方向は変調スリット光103がある基
準方向を通過した時点からの経過時間112と対応づけ
られる。そこで、本実施例では、スリット光走査機構1
04のガルバノメータの回転角度が予め定めた角度にき
たとき(すなわち、ガルバノメータへの回転角度制御用
信号電圧が予め定めた一定値になったとき)基準位置信
号111を出力させ、これをトリガ信号として、クロッ
クカウンタ505を起動して、ディジタル化された経過
時間112を出力させる。信号処理・演算部113は通
常の電子部品を使って簡単に構成できるから、これに位
置情報信号110と経過時間112とを導いて、課題を
解決する手段の項で詳述したように処理をして、対象物
体106上の点の空間座標値114を出力させ、順次デ
ィスプレイに表示するとともに、メモリ506に格納す
る。
On the other hand, as described above, the modulated slit light 10
Since No. 3 is deflected at a constant angular velocity ω, the projection direction of the modulated slit light 103 is associated with the elapsed time 112 from the time when the modulated slit light 103 passes a certain reference direction. Therefore, in the present embodiment, the slit light scanning mechanism 1
When the rotation angle of the 04 galvanometer reaches a predetermined angle (that is, when the rotation angle control signal voltage to the galvanometer reaches a predetermined constant value), the reference position signal 111 is output, and this is used as a trigger signal. The clock counter 505 is activated to output the digitized elapsed time 112. Since the signal processing / calculation unit 113 can be easily configured by using ordinary electronic components, the position information signal 110 and the elapsed time 112 are introduced to the signal processing / calculation unit 113 to perform the processing as described in detail in the section of means for solving the problem. Then, the spatial coordinate value 114 of the point on the target object 106 is output, sequentially displayed on the display, and stored in the memory 506.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明に基づけば、暗室条件下はもとよ
り、自然光条件下でも、高速で精度良くしかも連続的に
対象シーンの距離情報が遠距離に至るまで獲得できるの
で、対象シーンの急激な変化に対応でき、また、より自
然な状態で対象物体の3次元的動きをとらえることがで
きる。したがって、CAD/CAM、コンピュータビジ
ョン、移動ロボットビジョン、コンピュータグラフィッ
クス、3次元動画アニメーション、3次元両像伝送など
の産業分野はもとより、工学、体育、医学、服飾学など
の分野における生体や自然物の計測と解析など、多方面
で応用でき、その波及効果は計り知れないものがあろ
う。
According to the present invention, the distance information of the target scene can be continuously acquired up to a long distance under a natural light condition as well as in a dark room condition. It can respond to changes and can capture the three-dimensional movement of the target object in a more natural state. Therefore, not only industrial fields such as CAD / CAM, computer vision, mobile robot vision, computer graphics, 3D animation, and 3D image transmission, but also engineering, physical education, medicine, fashion, etc. It can be applied in various fields such as measurement and analysis, and its ripple effect will be immeasurable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による形状計測装置の概念図FIG. 1 is a conceptual diagram of a shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】本発明で使用する非走査型撮像素子の構成例FIG. 2 is a structural example of a non-scanning image sensor used in the present invention.

【図3】本発明における信号処理・演算部の構成例FIG. 3 is a configuration example of a signal processing / arithmetic unit in the present invention.

【図4】本発明における多光源方式の光源群の発光タイ
ミング例
FIG. 4 is an example of light emission timing of a multi-light source type light source group according to the present invention.

【図5】本発明の一実施例における形状計測装置の構成
FIG. 5 is a configuration diagram of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の基本的測定原理を与えるスリット光投
影法の説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram of a slit light projection method that provides the basic measurement principle of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 スリット光源 102 スリット光の変調用信号 103 変調されたスリット光、すなわち変調スリッ
ト光 104 スリット光走査機構 105 対象シーン 106 対象物体 107 対象物体のスリット像 108 撮像装置 109 撮像面 110 スリット像107の撮像面109上における
位置情報信号 111 基準位置信号 112 経過時間 113 信号処理・演算部 114 対象物体106上の点の空間座標値 115 大容量外部記憶装置 116 全体制御部 200 非走査型撮像素子 201 一次元光位置検出素子 202 信号処理回路 203 ダミー電極 204 ダミー抵抗層 301 帯域増幅器 302 検波・復調回路 303 A/D変換器 304 スリット像のディジタル化された位置情報デ
ータ 305 演算回路 501 半導体レーザ 502 変調用パルス状信号(=変調用信号102) 503 シリンドリカルレンズ等のレンズ群 504 PSDアレイ(=撮像面109) 505 クロックカウンタ 506 メモリ 601 スリット光
Reference numeral 101 slit light source 102 modulation signal for slit light 103 modulated slit light, that is, modulated slit light 104 slit light scanning mechanism 105 target scene 106 target object 107 slit image of target object 108 imaging device 109 imaging surface 110 imaging surface 110 imaging of slit image 107 Position information signal on surface 109 111 Reference position signal 112 Elapsed time 113 Signal processing / arithmetic unit 114 Spatial coordinate value of point on target object 106 Large capacity external storage device 116 Overall control unit 200 Non-scanning image sensor 201 One-dimensional Optical position detection element 202 Signal processing circuit 203 Dummy electrode 204 Dummy resistance layer 301 Band amplifier 302 Detection / demodulation circuit 303 A / D converter 304 Digitized position information data 305 Operation circuit 501 Semiconductor laser 5 2 modulation pulse shape signal (= modulation signal 102) 503 lens unit 504 PSD array, such as a cylindrical lens (= the imaging surface 109) 505 clock counter 506 memory 601 slit light

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スリット光源の発光強度を、変調用信号
によって正弦波状あるいはパルス状に制御し、このよう
に制御されたスリット光を一定角速度で偏向し、前記ス
リット光を対象シーン上に投射し、このとき得られる対
象物体のスリット状の光学像(スリット像)を、1次元
光位置検出素子を短辺方向に複数個配列させて構成した
非走査型撮像素子上に結像させ、この非走査型撮像素子
がリアルタイムで出力する前記スリット像の、前記変調
用信号の周波数で振幅変調された位置情報信号を帯域増
幅した後、検波・復調して、もしくは、検波・復調する
ことなく前記変調用信号と同期させて、前記スリット像
の位置情報データを獲得する一方、一定角速度で偏向さ
れる前記スリット光の投射方向データをリアルタイムで
獲得し、このスリット光投射方向データと前記スリット
像の位置情報データとから、対象シーンの3次元情報を
リアルタイムで求めることができる形状計測装置。
1. The emission intensity of a slit light source is controlled in a sinusoidal or pulsed manner by a modulation signal, the slit light thus controlled is deflected at a constant angular velocity, and the slit light is projected onto a target scene. , A slit-shaped optical image (slit image) of the target object obtained at this time is formed on a non-scanning image pickup device configured by arranging a plurality of one-dimensional optical position detection elements in the short side direction. The position information signal amplitude-modulated at the frequency of the modulation signal of the slit image output in real time by the scanning image sensor is band-amplified and then detected / demodulated, or the modulation is performed without detection / demodulation. The position information data of the slit image is acquired in synchronization with the use signal, while the projection direction data of the slit light deflected at a constant angular velocity is acquired in real time. A shape measuring apparatus capable of obtaining three-dimensional information of a target scene in real time from the light projection direction data and the position information data of the slit image.
【請求項2】 前記請求項1に記載したスリット光源を
複数個使用して、これらを予め定めた順序で、しかもど
の2つも同時に発光していないように制御し、これを1
シーケンスとして発光を繰り返しながら、それぞれ異な
る方向から対象シーンに投射する方式と、前記請求項1
に記載した、リアルタイムで出力されるスリット像の位
置情報信号を帯域増幅した後、検波・復調することな
く、スリット光の変調用信号と同期させてスリット像の
位置情報データを獲得する方式とを併用することによつ
て、光投影法の弱点の1つであるいわゆる死角の問題を
軽減するとともに、計測されたシーン間の時間的同時性
を著しく高めた形状計測装置。
2. A plurality of slit light sources according to claim 1 are used, and these slit light sources are controlled in a predetermined order so that no two emit light at the same time.
A method of projecting a target scene from different directions while repeating light emission as a sequence, and the method of claim 1.
The method of acquiring the position information data of the slit image in synchronization with the modulation signal of the slit light without band-amplifying the position information signal of the slit image output in real time, which is described in, without performing detection / demodulation. By being used together, a shape measuring device that alleviates the problem of so-called blind spot, which is one of the weak points of the light projection method, and significantly enhances the temporal synchronicity between measured scenes.
【請求項3】 前記請求項目1および2に記載した形状
計測装置によってリアルタイムで獲得される対象シーン
の3次元情報を大容量のメモリ、磁気テープ、磁気ディ
スク、光ディスクなどの大容量外部記憶装置にリアルタ
イムで格納することによって、対象シーンの3次元情報
を高速にかつ連続的に獲得することを可能にした形状計
測装置。
3. The large-capacity external storage device such as a large-capacity memory, a magnetic tape, a magnetic disk, or an optical disk stores the three-dimensional information of the target scene acquired in real time by the shape measuring apparatus according to claim 1 or 2. A shape measuring device capable of acquiring three-dimensional information of a target scene at high speed and continuously by storing it in real time.
【請求項4】 前記請求項1に記載した非走査型撮像素
子の各チャンネル間にダミーの電極を設け、これを接地
することによってチャンネル間のクロストークを軽減さ
せるとともに、各チャンネルの有効受光面外の両端にダ
ミーの抵抗層を設けることによって、撮像素子両端付近
の光位置検出性能を向上させた撮像素子。
4. A dummy electrode is provided between each channel of the non-scanning type image pickup device according to claim 1, and grounding the dummy electrode reduces crosstalk between the channels and an effective light receiving surface of each channel. An image sensor with improved optical position detection performance near both ends of the image sensor by providing dummy resistance layers on both outer ends.
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