JPH05187845A - 画像信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定対象物の表面状態の影響を極力受けずに各
種の測定を行なえるようにすること。 【構成】入力したレーザー反射光を多数の光電変換素子
で捕え、当該光電変換素子毎にその反射光度に応じたレ
ベルの電気信号に変換し、変換した電気信号のレベルを
光電変換素子順にプロットして作成したグラフの面積が
所定の割合減少するまで現状において最高レベルを呈し
ている光電変換素子のレベルを順次低減させ、面積が所
定割合まで低減したグラフの光電変換素子方向の重心位
置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光を使用して
測定対象物の形状などを正確に測定できるようにするた
めの画像信号処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、レーザー光を利用して各種の
計測を行なう測定器が多用されるようになってきた。こ
のようなレーザー光を利用した測定器では、測定対象物
からのレーザー反射光を一次元ラインセンサーなどによ
って受光し、このセンサーにより変換された電気信号に
基づくビデオ信号によって各種の測定を行なうようにな
っている。たとえば、断面Ｌ字形の測定対象物の形状を
測定する場合には、まず、レーザー発光手段から出力さ
れたレーザー光がこの測定対象物に照射されることによ
って得られる測定対象物からの反射光を一次元ＣＣＤカ
メラによって捕らえ、このＣＣＤカメラからのビデオ信
号に基づいてこのＣＣＤ各セルのレベルを多値化する。
次に、この多値化によって得られたグラフ（または波
形）の面積重心を求めてビデオ信号の中心を求め、これ
からＣＣＤカメラと測定対象物との距離，すなわち測距
値を算出する。さらに、レーザー光の照射位置を逐次変
更しながら順次上記の処理を行ない、各照射位置におけ
る測距値を求めて二次元的な測距値列データを得て、最
小二乗法等の手法を用い、この測距値列データからその
形状を求める。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、測定対象物
から反射されるレーザー光には、二次反射光などが含ま
れているために、得られるビデオ信号のピーク付近には
誤差によるバラツキが生じる。これは、測定対象物の表
面のザラツキによるスペックル現象に基づくものであ
る。この影響を受けると、等距離に存在するものを測っ
ても測距値にバラツキを生じることになる。たとえば、
Ｌ字型の測定対象物の形状を測った場合、通常であれば
図６に示すグラフの実線に示すようなビデオ信号が得ら
れるはずであるのに、スペックルの影響を受けると、同
図の点線で示すような波形のビデオ信号が得られてしま
う。したがって、スペックル現象の影響を受けたビデオ
信号に基づいて二次元的な測距値列データを算出し、こ
れに基づいてその形状を求めた場合には、測距列データ
夫々のばらつきが大きいために、図７及び図１０に示す
ように、通常得られるはずである実線記載の形状から図
７に示す点線記載の形状へと若干ズレてしまい、結果と
して正確な形状が得られなくなるという問題がある。特
に、Ｌ字の頂点座標は図７に示すようにこの影響を大き
く受けることになる。

【０００４】この不具合を少しでも軽減するために、従
来では図８に示すように得られたビデオ信号のピーク値
の７０％程度以上はカットし、残された部分について重
心演算を行ない、測距値列データを得るようにしてい
る。このようにすれば確かに誤差を減少させることはで
きるが、図９に示したようなビデオ信号の場合はともか
く、図８に示したようなピークが突出しているビデオ信
号の場合にはその誤差の減少割合はごく僅かであると言
える。本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、スペックルなどの影響を極力受け
ずに測定対象物に対する各種の測定を行なえるようにす
る画像信号処理方法の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、測定対象物にレーザー光を照射して、当該
測定対象物からのレーザー反射光を入力する工程と、入
力したレーザー反射光を多数の光電変換素子で捕え、当
該光電変換素子毎にその反射光度に応じたレベルの電気
信号に変換する工程と、変換した電気信号のレベルを光
電変換素子順にプロットして作成したグラフの面積が所
定の割合減少するまで現状において最高レベルを呈して
いる光電変換素子のレベルを順次低減させる工程と、面
積が所定割合まで低減したグラフの光電変換素子方向の
重心位置を算出する工程とを有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の画像信号処理方法によれば、入力した
レーザー反射光を多数の光電変換素子で捕え、当該光電
変換素子毎にその反射光度に応じたレベルの電気信号に
変換し、変換した電気信号のレベルを光電変換素子順に
プロットして作成したグラフの面積が所定の割合減少す
るまで現状において最高レベルを呈している光電変換素
子のレベルを順次低減させ、面積が所定割合まで低減し
たグラフの光電変換素子方向の重心位置を算出するよう
にしてあるから、突出したピークを有しているビデオ信
号の重心演算について誤差の発生を有効に抑制すること
ができるようになる。したがって、測定対象物の表面状
態の影響を受けてピーク付近に大きな誤差を含んだビデ
オ信号であっても、測定誤差の発生が抑制されることに
なる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明にかかる画像処理方法を実現す
る画像処理装置の概略構成図である。形状測定センサー
１内には、レーザー光発生手段２と、このレーザー光発
生手段２からのレーザー光Ｌを反射させて測定対象物３
に照射するための反射ミラー４が設けられている。さら
に、測定対象物３からのレーザー反射光Ｌ′を入力する
レンズ系５とＣＣＤカメラ６も設けられている。この反
射ミラー４は測定対象物３からのレーザー反射光Ｌ′を
前述のレンズ系５及びＣＣＤカメラ６に導く役割も同時
に有している。この反射ミラー４は所定の角度回動でき
るように構成され、この回動によってレーザー光の照射
位置を変化させる。この回動はサーボモーター７によっ
て行われ、その回動角度はエンコーダー８によって検出
され、レーザー光の照射位置が認識できるようになって
いる。ＣＣＤカメラ６とエンコーダー８とはセンサー制
御基板１０に接続され、この基板１０にはＣＣＤカメラ
６からの光電変換データとエンコーダ７からの回動角度
データとが入力され、これらのデータは後述する形状測
定演算に使用される。このセンサー制御基板１０には、
データ処理装置１２が接続されているが、この装置１２
によって形状算出のための画像処理が行われる。なお、
本実施例で使用するレーザー光はスポット光であり、Ｃ
ＣＤカメラ６に内蔵されている光電変換素子は一次元ラ
インセンサである。

【０００８】以上のような構成を有する画像信号処理装
置は、図２に示したフローチャートに基づき、次のよう
に動作して測定対象物の形状を算出することになる。ま
ず、レーザー光発生手段２から出力されたレーザー光Ｌ
は反射ミラー４を介して測定対象物３に照射される。レ
ーザー光Ｌは測定対象物３の表面で反射されてレーザー
反射光Ｌ′となり、このレーザー反射光は反射ミラー４
で反射され、レンズ系５を介してＣＣＤカメラ６に入射
される。ＣＣＤカメラ６に内蔵されている一次元ライン
センサを構成する各素子は、各素子毎に入射された光量
に応じた大きさの電気信号をセンサー制御基板１０に出
力する。データ処理装置１２では、この各素子から出力
された電気信号の大きさに基づいて、図３に示したよう
なビデオ信号を生成する。このビデオ信号の横軸は素子
のならびであり、縦軸は入射された光量の大きさであ
る。

【０００９】レーザースポット光の一点の反射光から得
られたこのビデオ信号の各素子（セル）毎に２５６分割
する処理をする。つまり、図４に示したように各素子毎
に入射された光量のレベルを２５６段階に分割する処理
をする（Ｓ１）。次に、受光レベルの低いセルについて
の適用除外処理を行なう。たとえば、Ｓ１の処理におい
て低いレベルから５０段階目以下は以降の処理を行なう
上での対象から除外する処理が行われる。たとえば図４
の分割処理後のビデオ信号に対してこの処理が行われる
と、同図のＡ及びＢの領域が適用除外されることになる
（Ｓ２）。次に図４のグラフにおいて適用対象となって
いるセルで構成される図形の面積及び断面一次モーメン
トを求める。この面積は、適用対象となっているセルの
レベルをセル毎に加算することによって算出される（Ｓ
３）。次に、受光レベルの最大値を捜す処理をし、最も
レベルの高い部分を削除して、この削除した部分の面積
及び断面一次モーメントを減算する処理を行なう（Ｓ
４，Ｓ５）。以上の処理が連続的に行われると、図５に
示してあるようにレベルの高い部分（黒で塗り潰してあ
る部分）が削除されることになるが、この削除された部
分の面積がＳ３のステップにおいて求められた面積の７
０％以下になったか否かの判断がされる。この面積が７
０％以下になるまではＳ５の処理が行われてレベルの高
い部分が順次削除される。一方、７０％以下になると、
この残された形状におけるセル方向の重心演算が行われ
る（Ｓ６，Ｓ７）。

【００１０】このように、適用対象領域の全体の面積に
対してレベルの高い部分の面積を所定割合削除している
ので、特に、ピークが突出している形状のビデオ信号の
誤差を有効に吸収することができる。たとえば、図５に
示すように、スペックル現象を伴う誤差を含んだ点線で
示されているようなビデオ信号にこの処理を施せば、斜
線部分が削除されることとなって、その重心位置は正常
のビデオ信号とほとんど変わらない位置となる。以上の
処理を、反射ミラー４を少しづつ回動させながら行なう
ことで、図１０に示すような測距値列データを得て、こ
のデータに基づいて最小二乗法によって直線を引けば、
測定対象物の形状を求めることができることになる。

【００１１】なお、以上の実施例においては、一次元の
ラインセンサーを用いたものを例示したが、これに限ら
れず、二次元のラインセンサーを用いたものであっても
本発明の方法を適用することができる。ただし、二次元
のラインセンサーを用いた場合には、面積を減算するの
ではなく、体積を減算するようになる。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、入力
したレーザー反射光を多数の光電変換素子で捕え、当該
光電変換素子毎にその反射光度に応じたレベルの電気信
号に変換し、変換した電気信号のレベルを光電変換素子
順にプロットして作成したグラフの面積が所定の割合減
少するまで現状において最高レベルを呈している光電変
換素子のレベルを順次低減させ、面積が所定割合まで低
減したグラフの光電変換素子方向の重心位置を算出する
ようにしてあるから、突出したピークを有しているビデ
オ信号の重心演算について誤差の発生を有効に抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像信号処理方法を実現する装
置の概略構成図である。

【図２】図１に示した装置の動作フローチャートであ
る。

【図３】測定対象物からのレーザー反射光によって得ら
れたビデオ信号の一例を示す図である。

【図４】図３のビデオ信号を多値化する工程の説明図で
ある。

【図５】図４の多値化後のビデオ信号のピーク付近をカ
ットする工程の説明図である。

【図６】従来の装置によって得られるビデオ信号の一例
を示す図である。

【図７】従来の装置によって得られたビデオ信号に基づ
いて得られた測定対象物の形状を示す図である。

【図８】測定誤差を低減するために従来採られている手
法を説明するための図である。

【図９】測定誤差を低減するために従来採られている手
法を説明するための図である。

【図１０】本来得られるべき測定対象物の形状の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１…形状測定センサー ２…レーザー光発生手段
３…測定対象物 ４…反射ミラー ５…レンズ系 ６…ＣＣＤカメラ ７…サーボモータ ８…エンコーダー １０…セン
サ制御基板 １２…データ処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象物にレーザー光を照射して、当該
   測定対象物からのレーザー反射光を入力する工程と、 入力したレーザー反射光を多数の光電変換素子で捕え、
   当該光電変換素子毎にその反射光度に応じたレベルの電
   気信号に変換する工程と、 変換した電気信号のレベルを光電変換素子順にプロット
   して作成したグラフの面積が所定の割合減少するまで現
   状において最高レベルを呈している光電変換素子のレベ
   ルを順次低減させる工程と、 面積が所定割合まで低減したグラフの光電変換素子方向
   の重心位置を算出する工程とを有することを特徴とする
   画像信号処理方法。