JPH05306915A - 形状測定方法およびその装置 - Google Patents
形状測定方法およびその装置Info
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- JPH05306915A JPH05306915A JP4139704A JP13970492A JPH05306915A JP H05306915 A JPH05306915 A JP H05306915A JP 4139704 A JP4139704 A JP 4139704A JP 13970492 A JP13970492 A JP 13970492A JP H05306915 A JPH05306915 A JP H05306915A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面が光沢度の高い，あるいは鏡面状態とな
っている測定対象物の立体形状をＩＴＶカメラ等の撮像
機能を有する簡単な装置で測定する。 【構成】 測定は２個の拡散点光源Ｓ11，Ｓ12により同
時に測定対象物１０全体を照射し、各一方の拡散点光源
Ｓ11，Ｓ12から出た入射光ｌ1 ，ｒ1 が光沢面１１で正
反射した反射光ｌ′1 ，ｒ′1 を他方の位置のＩＴＶカ
メラ２４，２５で撮像し、これらの反射光ｌ′2 ，ｒ′
2 の結像位置より各ＩＴＶカメラ２４，２５への反射光
ｌ′1 ，ｒ′1 の入射角を算出し、三角測量の原理によ
って測定対象物１０面上の反射点Ｐ1 の位置を算出する
ことを特徴としている。
っている測定対象物の立体形状をＩＴＶカメラ等の撮像
機能を有する簡単な装置で測定する。 【構成】 測定は２個の拡散点光源Ｓ11，Ｓ12により同
時に測定対象物１０全体を照射し、各一方の拡散点光源
Ｓ11，Ｓ12から出た入射光ｌ1 ，ｒ1 が光沢面１１で正
反射した反射光ｌ′1 ，ｒ′1 を他方の位置のＩＴＶカ
メラ２４，２５で撮像し、これらの反射光ｌ′2 ，ｒ′
2 の結像位置より各ＩＴＶカメラ２４，２５への反射光
ｌ′1 ，ｒ′1 の入射角を算出し、三角測量の原理によ
って測定対象物１０面上の反射点Ｐ1 の位置を算出する
ことを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、その表面が光沢度の高
い、あるいは鏡面状態にある物体の立体形状を、例え
ば、ＩＴＶカメラ等の撮像機能を有する装置を用いて測
定する形状測定方法および装置に関するものである。
い、あるいは鏡面状態にある物体の立体形状を、例え
ば、ＩＴＶカメラ等の撮像機能を有する装置を用いて測
定する形状測定方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】各種工業分野において、物体の立体形状
測定は製品検査あるいは工程の自動化等のため、欠かす
ことのできない重要な技術である。しかし、それらの製
品の内には、例えばオートバイのマフラー，切削加工さ
れた軸等、その表面が光沢度の高いあるいは鏡面状態
（以下、単に光沢面と記す）となっている製品が種々存
在する。
測定は製品検査あるいは工程の自動化等のため、欠かす
ことのできない重要な技術である。しかし、それらの製
品の内には、例えばオートバイのマフラー，切削加工さ
れた軸等、その表面が光沢度の高いあるいは鏡面状態
（以下、単に光沢面と記す）となっている製品が種々存
在する。
【０００３】このような物体、すなわち、その表面が光
沢面である物体（以下、単に光沢物体と記す）の立体形
状測定は、その表面が光沢面であるため従来の乱反射面
を対象とした立体形状測定方法をそのまま適用すること
は困難である。
沢面である物体（以下、単に光沢物体と記す）の立体形
状測定は、その表面が光沢面であるため従来の乱反射面
を対象とした立体形状測定方法をそのまま適用すること
は困難である。
【０００４】例えば、従来の立体形状測定の代表的手法
としては、２台のカメラにより同一対象物を撮像し、そ
の２枚の画像の共通点を求め物体の立体形状を得るステ
レオカメラ法，スリット光を対象物に投影し、その対象
物面上のスリット光の位置をカメラで撮像し、その立体
形状を求める光切断方法等がある。
としては、２台のカメラにより同一対象物を撮像し、そ
の２枚の画像の共通点を求め物体の立体形状を得るステ
レオカメラ法，スリット光を対象物に投影し、その対象
物面上のスリット光の位置をカメラで撮像し、その立体
形状を求める光切断方法等がある。
【０００５】しかしがなら、これらの手法を光沢物体に
適用する場合には、次のような種々の問題が生じる。例
えば、ステレオカメラ法においては、得られた画像が光
沢面のため周囲の像を含むものとなり、その結果、２枚
の画像の濃度分布が異なり、その共通点を検出すること
が困難となる。
適用する場合には、次のような種々の問題が生じる。例
えば、ステレオカメラ法においては、得られた画像が光
沢面のため周囲の像を含むものとなり、その結果、２枚
の画像の濃度分布が異なり、その共通点を検出すること
が困難となる。
【０００６】また、光切断法においては、対象物に投影
されたスリット光は光沢面により正反射されるため、カ
メラでその位置を撮像できない場合が生じる。これを図
３に示す。
されたスリット光は光沢面により正反射されるため、カ
メラでその位置を撮像できない場合が生じる。これを図
３に示す。
【０００７】図３は従来の光切断法による形状測定装置
を示したものである。この図において、１０は測定対象
物、１１は前記測定対象物１０の光沢面、１２はスリッ
ト光の投影角を任意に制御可能なスリット光投影装置、
１３は前記測定対象物１０面上のスリット光の位置を撮
像するＩＴＶカメラである。
を示したものである。この図において、１０は測定対象
物、１１は前記測定対象物１０の光沢面、１２はスリッ
ト光の投影角を任意に制御可能なスリット光投影装置、
１３は前記測定対象物１０面上のスリット光の位置を撮
像するＩＴＶカメラである。
【０００８】スリット光投影装置１２およびＩＴＶカメ
ラ１３はともにＸ3 軸上に設置され、スリット光投影装
置１２とＩＴＶカメラ１３の光軸はＸ3 軸に垂直に取ら
れたＹ3 軸およびＹ′3 軸に一致しているものとする。
また、Ｙ3 軸とＹ′3 軸間の距離はＢ3 であり、原点を
Ｏとする。
ラ１３はともにＸ3 軸上に設置され、スリット光投影装
置１２とＩＴＶカメラ１３の光軸はＸ3 軸に垂直に取ら
れたＹ3 軸およびＹ′3 軸に一致しているものとする。
また、Ｙ3 軸とＹ′3 軸間の距離はＢ3 であり、原点を
Ｏとする。
【０００９】この構成において、スリット光投影装置１
２より、Ｘ3 軸に対して角度ａ31で測定対象物１０に投
影されたスリット光ｌ31は、光沢面１１上の点Ｐ31で正
反射しスリット光ｌ′31となる。スリット光ｌ′31はＩ
ＴＶカメラ１３に入射し、結像面上の点ｐ31に像を結
ぶ。この時、スリット光ｌ31とスリット光ｌ′31は測定
対象物１０の表面が光沢面１１であるから、光の反射の
法則に従い、点Ｐ31における接平面（図示せず）の法線
Ｎ31に対して入射角ｂ31と反射角ｂ′31が等しい関係を
有する。したがって、光沢面１１上の点Ｐ31の位置は、
スリット光投影角ａ31，距離Ｂ3 ，スリット光の結像位
置ｐ31およびＩＴＶカメラ１３の焦点距離ｆを用いて三
角測量の原理によって算出される。
２より、Ｘ3 軸に対して角度ａ31で測定対象物１０に投
影されたスリット光ｌ31は、光沢面１１上の点Ｐ31で正
反射しスリット光ｌ′31となる。スリット光ｌ′31はＩ
ＴＶカメラ１３に入射し、結像面上の点ｐ31に像を結
ぶ。この時、スリット光ｌ31とスリット光ｌ′31は測定
対象物１０の表面が光沢面１１であるから、光の反射の
法則に従い、点Ｐ31における接平面（図示せず）の法線
Ｎ31に対して入射角ｂ31と反射角ｂ′31が等しい関係を
有する。したがって、光沢面１１上の点Ｐ31の位置は、
スリット光投影角ａ31，距離Ｂ3 ，スリット光の結像位
置ｐ31およびＩＴＶカメラ１３の焦点距離ｆを用いて三
角測量の原理によって算出される。
【００１０】次に、スリット光投影角をＸ3 軸に対して
角度ａ32とした場合、光沢面１１上の点Ｐ32に投影され
たスリット光ｌ32は、上記と同様に光沢面１１上の点Ｐ
32の接平面の法線Ｎ32に対して入射角ｂ32と反射角ｂ′
32の関係、ｂ32＝ｂ′32によって正反射しスリット光
ｌ′32となる。この状態おいては、スリット光ｌ′32は
ＩＴＶカメラ１３のレンズ開口面に入射せず、したがっ
てＩＴＶカメラ１３によって点Ｐ32を観測することは不
可能となる。
角度ａ32とした場合、光沢面１１上の点Ｐ32に投影され
たスリット光ｌ32は、上記と同様に光沢面１１上の点Ｐ
32の接平面の法線Ｎ32に対して入射角ｂ32と反射角ｂ′
32の関係、ｂ32＝ｂ′32によって正反射しスリット光
ｌ′32となる。この状態おいては、スリット光ｌ′32は
ＩＴＶカメラ１３のレンズ開口面に入射せず、したがっ
てＩＴＶカメラ１３によって点Ｐ32を観測することは不
可能となる。
【００１１】すなわち、測定対象物１０に従来の光切断
法を適用した場合、測定対象物１０の全面にわたるスリ
ット光の走査で、光沢面１１に対して、スリット光の入
射角＝反射角の条件を満たす点（凸物体では１点）のみ
が測定されるだけであり、測定対象物１０全体の形状を
測定することは不可能である。
法を適用した場合、測定対象物１０の全面にわたるスリ
ット光の走査で、光沢面１１に対して、スリット光の入
射角＝反射角の条件を満たす点（凸物体では１点）のみ
が測定されるだけであり、測定対象物１０全体の形状を
測定することは不可能である。
【００１２】また、上記の形状測定方法で測定対象物１
０全体の立体形状を知るためには、上記の測定装置を測
定対象物１０に対して移動し、その移動ごとにスリット
光を走査し測定する方法も考えられる。しかしながら、
この方法では上述したように、１点の測定に測定対象物
１０の全面のスリット光走査を必要とする。また、撮像
装置に従来例のようなＩＴＶカメラ１３等の走査形撮像
装置を用いた場合、スリット光の各走査角ごとにＩＴＶ
カメラ１３の１フレームの測定時間を必要とする。した
がって、測定時間が増大するという問題点があった。
０全体の立体形状を知るためには、上記の測定装置を測
定対象物１０に対して移動し、その移動ごとにスリット
光を走査し測定する方法も考えられる。しかしながら、
この方法では上述したように、１点の測定に測定対象物
１０の全面のスリット光走査を必要とする。また、撮像
装置に従来例のようなＩＴＶカメラ１３等の走査形撮像
装置を用いた場合、スリット光の各走査角ごとにＩＴＶ
カメラ１３の１フレームの測定時間を必要とする。した
がって、測定時間が増大するという問題点があった。
【００１３】この他、測定対象物の光沢面を直接対象と
した形状測定方法も試みられている。その一例として光
投影法がある。光投影法とは、回転する光沢物体に背後
より光を投影し、その陰影として得られる輪郭線から測
定対象物の立体形状を求めるものである。しかし、光投
影法において得られる情報は輪郭線のみであり、したが
って、輪郭線内部の形状測定は原理的に不可能であると
いう問題点があった。
した形状測定方法も試みられている。その一例として光
投影法がある。光投影法とは、回転する光沢物体に背後
より光を投影し、その陰影として得られる輪郭線から測
定対象物の立体形状を求めるものである。しかし、光投
影法において得られる情報は輪郭線のみであり、したが
って、輪郭線内部の形状測定は原理的に不可能であると
いう問題点があった。
【００１４】また、特公昭６１−１７２８１号公報に
は、円偏光を用いた光沢面方向検出方法が示されてい
る。この方法は、光沢面の周囲に多数の円偏光光源を用
意し、その光沢面からの反射光を偏光検出手段を有する
撮像装置で観測することにより測定対象物の形状を知る
ものである。しかしながら、この方法は多数の円偏光光
源を要すること，また、偏光検知手段に偏光板回転装置
など複雑な装置が必要であること，さらに、光沢面方向
の算出に複雑な計算を必要とする等の問題点があった。
は、円偏光を用いた光沢面方向検出方法が示されてい
る。この方法は、光沢面の周囲に多数の円偏光光源を用
意し、その光沢面からの反射光を偏光検出手段を有する
撮像装置で観測することにより測定対象物の形状を知る
ものである。しかしながら、この方法は多数の円偏光光
源を要すること，また、偏光検知手段に偏光板回転装置
など複雑な装置が必要であること，さらに、光沢面方向
の算出に複雑な計算を必要とする等の問題点があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、光
沢物体の形状測定方法に関しては、従来より種々の測定
方法が試みられてきたが、それらの形状測定方法に関し
ては種々の問題点を有しており、未だ有効な手段が開発
されていないのが現状である。
沢物体の形状測定方法に関しては、従来より種々の測定
方法が試みられてきたが、それらの形状測定方法に関し
ては種々の問題点を有しており、未だ有効な手段が開発
されていないのが現状である。
【００１６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、簡単な装置で光沢面を有する測定対象
物の立体形状を測定する形状測定方法およびその装置を
得ることを目的とする。
なされたもので、簡単な装置で光沢面を有する測定対象
物の立体形状を測定する形状測定方法およびその装置を
得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる形状測定
方法およびその装置は、同一軸上に一定の距離を置いて
設置された２個の光源により測定対象物全面を同時に照
射し、それらの光源と同一位置に設置された２台の撮像
装置により、それぞれ一方の光源から出て光沢物体で正
反射した光を他方の位置の撮像装置で撮像し、その撮像
された反射光の結像位置より各々の撮像装置への反射光
の入射角を算出し、三角測量の原理によって光沢物体面
上の光の反射点の空間的位置を算出するものである。
方法およびその装置は、同一軸上に一定の距離を置いて
設置された２個の光源により測定対象物全面を同時に照
射し、それらの光源と同一位置に設置された２台の撮像
装置により、それぞれ一方の光源から出て光沢物体で正
反射した光を他方の位置の撮像装置で撮像し、その撮像
された反射光の結像位置より各々の撮像装置への反射光
の入射角を算出し、三角測量の原理によって光沢物体面
上の光の反射点の空間的位置を算出するものである。
【００１８】
【作用】三角測量においては、三次元空間上の点の位置
は三角形の一辺と、それを挟む２つの角を知ることによ
って求められる。また、物体の反射光は光学的に正反射
成分と拡散反射成分により成っており、特に、光沢面に
おいては正反射成分が支配的で、かつ光沢面の接平面の
法線に対する光の入射角と反射角は相等しいという光の
反射の法則に従う。
は三角形の一辺と、それを挟む２つの角を知ることによ
って求められる。また、物体の反射光は光学的に正反射
成分と拡散反射成分により成っており、特に、光沢面に
おいては正反射成分が支配的で、かつ光沢面の接平面の
法線に対する光の入射角と反射角は相等しいという光の
反射の法則に従う。
【００１９】本発明は、基本的に上記２つの幾何学的，
物理的な特性に基づいて光沢面を有する測定対象物の立
体形状測定を行うものである。
物理的な特性に基づいて光沢面を有する測定対象物の立
体形状測定を行うものである。
【００２０】したがって、本発明においては撮像装置の
観測値のみから光の投影角，入射角を検出しているた
め、光切断法におけるスリット光の走査角検出を必要と
しない。また、一度に測定対象物全面に光を投影してい
るため、スリット光走査を必要とせずに測定対象物面上
の点の位置の測定が可能である。
観測値のみから光の投影角，入射角を検出しているた
め、光切断法におけるスリット光の走査角検出を必要と
しない。また、一度に測定対象物全面に光を投影してい
るため、スリット光走査を必要とせずに測定対象物面上
の点の位置の測定が可能である。
【００２１】測定対象物の立体形状は、光源および撮像
装置を測定対象物に対して相対的に移動して測定を行
い、得られた複数の測定点よりその立体形状を算出す
る。このように、固定した２個の光源と２台の撮像装置
のみの簡単な装置と単純な幾何学的，光学的原理を用い
て光沢面を有する測定対象物の立体形状の測定が可能で
ある。
装置を測定対象物に対して相対的に移動して測定を行
い、得られた複数の測定点よりその立体形状を算出す
る。このように、固定した２個の光源と２台の撮像装置
のみの簡単な装置と単純な幾何学的，光学的原理を用い
て光沢面を有する測定対象物の立体形状の測定が可能で
ある。
【００２２】そして、本発明では、光源からの光の投影
は一度でよく、また、固定したカメラの結像位置データ
より、測定対象物に対する投影光の投影角およびＩＴＶ
カメラへの入射角を算出している。このため、従来の手
法におけるスリット光走査のための機械的駆動機構、そ
れに伴なうスリット光走査角検出器等を必要とせず高速
測定が可能である。
は一度でよく、また、固定したカメラの結像位置データ
より、測定対象物に対する投影光の投影角およびＩＴＶ
カメラへの入射角を算出している。このため、従来の手
法におけるスリット光走査のための機械的駆動機構、そ
れに伴なうスリット光走査角検出器等を必要とせず高速
測定が可能である。
【００２３】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。この図において、図３と同一符号は同一部分を示
し、２１は架台、２２，２３はハーフミラー、Ｓ11，Ｓ
12は拡散点光源，２４，２５は撮像装置であるＩＴＶカ
メラで、いずれも架台２１上に設置されている。２６は
架台移動機構、２７は形状演算装置、２８は暗幕等の外
乱光遮断装置である。架台２１は架台移動機構２６の回
転機構によりＸ1 軸方向に関して移動可能な構成となっ
ている。
る。この図において、図３と同一符号は同一部分を示
し、２１は架台、２２，２３はハーフミラー、Ｓ11，Ｓ
12は拡散点光源，２４，２５は撮像装置であるＩＴＶカ
メラで、いずれも架台２１上に設置されている。２６は
架台移動機構、２７は形状演算装置、２８は暗幕等の外
乱光遮断装置である。架台２１は架台移動機構２６の回
転機構によりＸ1 軸方向に関して移動可能な構成となっ
ている。
【００２４】ここで測定系の座標として、架台２１の長
手方向にＸ1 軸を、そしてＸ1 軸と垂直にそれぞれＹ1
軸およびＹ′1 軸を図のように取るものとする。Ｙ1 軸
とＹ′1 軸間の距離はＢ1 である。
手方向にＸ1 軸を、そしてＸ1 軸と垂直にそれぞれＹ1
軸およびＹ′1 軸を図のように取るものとする。Ｙ1 軸
とＹ′1 軸間の距離はＢ1 である。
【００２５】図１において、ＩＴＶカメラ２４はハーフ
ミーラ２２に向けてその光軸とＸ1軸とが一致するよう
に設置される。同様にＩＴＶカメラ２５もハーフミラー
２３に向けてその光軸がＸ1 軸とが一致するように設置
される。
ミーラ２２に向けてその光軸とＸ1軸とが一致するよう
に設置される。同様にＩＴＶカメラ２５もハーフミラー
２３に向けてその光軸がＸ1 軸とが一致するように設置
される。
【００２６】図１においてハーフミーラ２２および２３
は、その中心がＸ1 軸とＹ1 軸の交点およびＸ1 軸と
Ｙ′1 軸の交点で、かつＸ1 軸に対していずれも角度ａ
1 を有して架台２１に取り付けられている。ＩＴＶカメ
ラ２４はハーフミーラ２２に向けて距離Ｄ1 離れ、その
光軸とＸ1 軸とが一致するように架台２１に取り付けら
れる。同様にＩＴＶカメラ２５もハーフミラー２３に向
けて距離Ｄ1 離れ、その光軸とＸ1 軸とが一致するよう
に架台２１に設置される。
は、その中心がＸ1 軸とＹ1 軸の交点およびＸ1 軸と
Ｙ′1 軸の交点で、かつＸ1 軸に対していずれも角度ａ
1 を有して架台２１に取り付けられている。ＩＴＶカメ
ラ２４はハーフミーラ２２に向けて距離Ｄ1 離れ、その
光軸とＸ1 軸とが一致するように架台２１に取り付けら
れる。同様にＩＴＶカメラ２５もハーフミラー２３に向
けて距離Ｄ1 離れ、その光軸とＸ1 軸とが一致するよう
に架台２１に設置される。
【００２７】拡散点光源Ｓ11およびＳ12はＹ1 軸および
Ｙ′1 軸上でハーフミラー２２および２３の後方にいず
れも距離Ｄ1 離れて架台２１に取り付けられている。す
なわち、各ハーフミラー２２，２３の中心からＩＴＶカ
メラ２４，２５および拡散点光源Ｓ11，Ｓ12までの距離
はすべて等距離Ｄ1 であり、等価的に拡散点光源Ｓ11と
ＩＴＶカメラ２４の空間的位置，および拡散点光源Ｓ12
とＩＴＶカメラ２５の空間的位置は等しくなっている。
Ｙ′1 軸上でハーフミラー２２および２３の後方にいず
れも距離Ｄ1 離れて架台２１に取り付けられている。す
なわち、各ハーフミラー２２，２３の中心からＩＴＶカ
メラ２４，２５および拡散点光源Ｓ11，Ｓ12までの距離
はすべて等距離Ｄ1 であり、等価的に拡散点光源Ｓ11と
ＩＴＶカメラ２４の空間的位置，および拡散点光源Ｓ12
とＩＴＶカメラ２５の空間的位置は等しくなっている。
【００２８】測定は外乱光遮断装置２８によって周囲か
ら測定対象物１０への外乱光の影響を遮断した状態で、
拡散点光源Ｓ11，Ｓ12により測定対象物１０を同時に照
射し、その反射光をＩＴＶカメラ２４，２５で撮像する
ことによって行われる。
ら測定対象物１０への外乱光の影響を遮断した状態で、
拡散点光源Ｓ11，Ｓ12により測定対象物１０を同時に照
射し、その反射光をＩＴＶカメラ２４，２５で撮像する
ことによって行われる。
【００２９】拡散点光源Ｓ11から測定対象物１０に向け
て投影された光は、ハーフミラー２２を通過して測定対
象物１０の光沢面１１の全面を照射する。ここで測定対
象物１０は光沢面１１となっているので、測定対象物１
０への入射光は光の反射法則に従って、光沢面１１の表
面で全て正反射される。それらの反射光のうち特定の入
射，反射光路ｌ1 ，ｌ′1 の光のみがハーフミラー２３
で再度反射され、ＩＴＶカメラ２５へ入射する。
て投影された光は、ハーフミラー２２を通過して測定対
象物１０の光沢面１１の全面を照射する。ここで測定対
象物１０は光沢面１１となっているので、測定対象物１
０への入射光は光の反射法則に従って、光沢面１１の表
面で全て正反射される。それらの反射光のうち特定の入
射，反射光路ｌ1 ，ｌ′1 の光のみがハーフミラー２３
で再度反射され、ＩＴＶカメラ２５へ入射する。
【００３０】例えば、拡散点光源Ｓ11から測定対象物１
０に向けて投影された光のうち、特定の光路、すなわ
ち、入射光路ｌ1 ，光沢面１１上の反射点Ｐ1 ，反射光
路ｌ′1を通る光のみがハーフミラー２３でさらに反射
され、ＩＴＶカメラ２５に入射する。
０に向けて投影された光のうち、特定の光路、すなわ
ち、入射光路ｌ1 ，光沢面１１上の反射点Ｐ1 ，反射光
路ｌ′1を通る光のみがハーフミラー２３でさらに反射
され、ＩＴＶカメラ２５に入射する。
【００３１】一方、拡散点光源Ｓ12から投影された光
は、ハーフミラー２３を通過し、上記の光路ｌ1 ，ｌ′
1 を逆進する光路、すなわち、入射光路ｒ1 ，反射点Ｐ
1 ，反射光路ｒ′1 を通る光のみがハーフミラー２２で
反射されＩＴＶカメラ２４に入射する。
は、ハーフミラー２３を通過し、上記の光路ｌ1 ，ｌ′
1 を逆進する光路、すなわち、入射光路ｒ1 ，反射点Ｐ
1 ，反射光路ｒ′1 を通る光のみがハーフミラー２２で
反射されＩＴＶカメラ２４に入射する。
【００３２】ＩＴＶカメラ２４，２５で撮像された反射
点Ｐ1 の像は映像信号として形状演算装置２７に送られ
る。形状演算装置２７は、まず、それぞれのＩＴＶカメ
ラ２４，２５の映像信号から反射光路ｒ′1 のＩＴＶカ
メラ２４への入射角および反射光路ｌ′1 のＩＴＶカメ
ラ２５への入射角を算出し、次に距離Ｂ1 ，Ｄ1 および
ＩＴＶカメラ焦点距離ｆ（図示せず）の値を用いて三角
測量の原理によって反射点Ｐ1 の空間的位置を算出す
る。
点Ｐ1 の像は映像信号として形状演算装置２７に送られ
る。形状演算装置２７は、まず、それぞれのＩＴＶカメ
ラ２４，２５の映像信号から反射光路ｒ′1 のＩＴＶカ
メラ２４への入射角および反射光路ｌ′1 のＩＴＶカメ
ラ２５への入射角を算出し、次に距離Ｂ1 ，Ｄ1 および
ＩＴＶカメラ焦点距離ｆ（図示せず）の値を用いて三角
測量の原理によって反射点Ｐ1 の空間的位置を算出す
る。
【００３３】測定対象物１０の立体形状は、架台移動機
構２６の回転機構によって架台２１を移動しつつ、その
移動ごとに上記測定を行い、測定された多数の点の位置
を形状演算装置２７によって連結することによって求め
る。
構２６の回転機構によって架台２１を移動しつつ、その
移動ごとに上記測定を行い、測定された多数の点の位置
を形状演算装置２７によって連結することによって求め
る。
【００３４】図２は本発明の測定原理を示した説明図で
ある。この図において、図１と同一符号は同一部分を示
し、ＩＴＶカメラ２４，２５はともにＸ1 軸上に設置さ
れている。ＩＴＶカメラ２４，２５の光軸はそれぞれＸ
1 軸に垂直で、Ｙ1 軸およびＹ′1 軸に一致しているも
のとする。Ｙ1 軸とＹ′1 軸間の距離はＢ1 である。
ある。この図において、図１と同一符号は同一部分を示
し、ＩＴＶカメラ２４，２５はともにＸ1 軸上に設置さ
れている。ＩＴＶカメラ２４，２５の光軸はそれぞれＸ
1 軸に垂直で、Ｙ1 軸およびＹ′1 軸に一致しているも
のとする。Ｙ1 軸とＹ′1 軸間の距離はＢ1 である。
【００３５】また、ＩＴＶカメラ２４，２５の各レンズ
３１，３２の主点は、Ｘ1 軸とＹ1軸の交点Ｏ2 および
Ｘ1 軸とＹ′1 の交点Ｏ′ 2に位置している。同様に、
拡散点光源Ｓ11および拡散点光源Ｓ12もそれぞれ交点Ｏ
2 およびＯ′ 2の位置に置かれているものとする。な
お、この構成は図１に示した実施例とその光学関係に関
して等価である。
３１，３２の主点は、Ｘ1 軸とＹ1軸の交点Ｏ2 および
Ｘ1 軸とＹ′1 の交点Ｏ′ 2に位置している。同様に、
拡散点光源Ｓ11および拡散点光源Ｓ12もそれぞれ交点Ｏ
2 およびＯ′ 2の位置に置かれているものとする。な
お、この構成は図１に示した実施例とその光学関係に関
して等価である。
【００３６】この構成において、拡散点光源Ｓ11より投
影された光は、全空間的に広がり測定対象物１０を照射
する。測定対象物１０に投影された光は、その光沢面１
１の接平面の法線に対して入射角と反射角が等しい関係
で正反射される。すなわち、拡散点光源Ｓ11から投影さ
れた光路ｌ21，ｌ22，…，ｌ2nの光は、光沢面１１上の
反射点Ｐ21（Ｘ21，Ｙ21），Ｐ22（Ｘ22，Ｙ22），…
…，Ｐ2n（Ｘ2n，Ｙ2n）における接平面（図示せず）の
法線Ｎ21，Ｎ22，……，Ｎ2nに対して、入射角と反射角
とが相等しい角ｂ21＝ｂ′21，ｂ22＝ｂ′22，……，ｂ
2n＝ｂ′2nの関係で正反射され、光路ｌ′21，ｌ′22，
……，ｌ′2nの反射光となる。
影された光は、全空間的に広がり測定対象物１０を照射
する。測定対象物１０に投影された光は、その光沢面１
１の接平面の法線に対して入射角と反射角が等しい関係
で正反射される。すなわち、拡散点光源Ｓ11から投影さ
れた光路ｌ21，ｌ22，…，ｌ2nの光は、光沢面１１上の
反射点Ｐ21（Ｘ21，Ｙ21），Ｐ22（Ｘ22，Ｙ22），…
…，Ｐ2n（Ｘ2n，Ｙ2n）における接平面（図示せず）の
法線Ｎ21，Ｎ22，……，Ｎ2nに対して、入射角と反射角
とが相等しい角ｂ21＝ｂ′21，ｂ22＝ｂ′22，……，ｂ
2n＝ｂ′2nの関係で正反射され、光路ｌ′21，ｌ′22，
……，ｌ′2nの反射光となる。
【００３７】これらの入射光と反射光のうち特定の光
路、すなわち、法線Ｎ2kに対して入射角ｂ2kと反射角
ｂ′2kとが相等しい関係を有する拡散点光源Ｓ11と反射
点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）を結ぶ光路ｌ2kと、反射点Ｐ
2k（Ｘ2k，Ｙ2k）とＩＴＶカメラ２５のレンズ３２の主
点を結ぶ光路ｌ′2kの光のみがＩＴＶカメラ２５に入射
する（ただし、レンズ開口は光路長に対し十分小さいも
のとする）。ＩＴＶカメラ２５に入射した光は、フィル
ム座標ｘr 上の点ｐ′2kに像を結ぶ。他の光路ｌ′21，
ｌ′22，……，ｌ′2nは光沢面１１で反射してもＩＴＶ
カメラ２５に入射せず、したがって結像しない。
路、すなわち、法線Ｎ2kに対して入射角ｂ2kと反射角
ｂ′2kとが相等しい関係を有する拡散点光源Ｓ11と反射
点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）を結ぶ光路ｌ2kと、反射点Ｐ
2k（Ｘ2k，Ｙ2k）とＩＴＶカメラ２５のレンズ３２の主
点を結ぶ光路ｌ′2kの光のみがＩＴＶカメラ２５に入射
する（ただし、レンズ開口は光路長に対し十分小さいも
のとする）。ＩＴＶカメラ２５に入射した光は、フィル
ム座標ｘr 上の点ｐ′2kに像を結ぶ。他の光路ｌ′21，
ｌ′22，……，ｌ′2nは光沢面１１で反射してもＩＴＶ
カメラ２５に入射せず、したがって結像しない。
【００３８】一方、拡散点光源Ｓ12から測定対象物１０
に投影された光は、光沢面１１の光の反射に関する可逆
な性質によって上述とは逆の光路、すなわち拡散点光源
Ｓ12と反射点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）を結ぶ光路ｒ2kおよび
反射点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）とＩＴＶカメラ２４のレンズ
３１の主点を結ぶ光路ｒ′2kを通る光のみがＩＴＶカメ
ラ２４に入射し、フィルム座標ｘl 上の点ｐ2kに像を結
ぶ。他の光路ｒ21，ｒ22，……，ｒ2nは光沢面１１で反
射してもＩＴＶカメラ２４に入射せず、結像しない。
に投影された光は、光沢面１１の光の反射に関する可逆
な性質によって上述とは逆の光路、すなわち拡散点光源
Ｓ12と反射点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）を結ぶ光路ｒ2kおよび
反射点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）とＩＴＶカメラ２４のレンズ
３１の主点を結ぶ光路ｒ′2kを通る光のみがＩＴＶカメ
ラ２４に入射し、フィルム座標ｘl 上の点ｐ2kに像を結
ぶ。他の光路ｒ21，ｒ22，……，ｒ2nは光沢面１１で反
射してもＩＴＶカメラ２４に入射せず、結像しない。
【００３９】この時、ＩＴＶカメラ２４および２５へ入
射する光路ｒ′2kおよびｌ′2kの入射角ａ2kおよびｃ2k
は、各ＩＴＶカメラ２４，２５の焦点距離をｆとする
と、図の関係により次式によって求められる。
射する光路ｒ′2kおよびｌ′2kの入射角ａ2kおよびｃ2k
は、各ＩＴＶカメラ２４，２５の焦点距離をｆとする
と、図の関係により次式によって求められる。
【数１】
【００４０】ここで、Ｘ′2k＝Ｂ1 −Ｘ2kと置くと、
【数２】
【００４１】式（１），（２）を式（３）へ代入する
と、点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）の位置は、
と、点Ｐ2k（Ｘ2k，Ｙ2k）の位置は、
【数３】
【００４２】上式のように、測定対象物１０上の点Ｐ2k
（Ｘ2k，Ｙ2k）の位置は、ＩＴＶカメラ２４，２５のフ
ィルム座標上の位置ｐ2kおよびｐ′2kを測定することに
よって算出することができる。
（Ｘ2k，Ｙ2k）の位置は、ＩＴＶカメラ２４，２５のフ
ィルム座標上の位置ｐ2kおよびｐ′2kを測定することに
よって算出することができる。
【００４３】一般に測定対象物１０上の点Ｐ2kの位置を
求めるためには、光源からの光の投影角およびＩＴＶカ
メラ２４，２５への入射角が必要である。しかし、本発
明は光沢面１１の光の反射の可逆特性、すなわち、法線
Ｎ2kに対して入射角と反射角が等しい関係ｂ2k＝ｂ′2k
を利用して、ＩＴＶカメラ２４，２５への光の入射角ａ
2k，ｃ2kおよび光源からの光の投影角を求めるものであ
る。
求めるためには、光源からの光の投影角およびＩＴＶカ
メラ２４，２５への入射角が必要である。しかし、本発
明は光沢面１１の光の反射の可逆特性、すなわち、法線
Ｎ2kに対して入射角と反射角が等しい関係ｂ2k＝ｂ′2k
を利用して、ＩＴＶカメラ２４，２５への光の入射角ａ
2k，ｃ2kおよび光源からの光の投影角を求めるものであ
る。
【００４４】測定対象物１０の立体形状は、２台のＩＴ
Ｖカメラ２４，２５および２個の拡散点光源Ｓ11，Ｓ12
を，各々の空間的位置関係を保ったままＸ1 軸方向に移
動し、その都度上記測定を行って測定対象物１０上の反
射点Ｐ2kの位置を求め、得られた複数の点を、例えば線
形補間、あるいはスプライン関数等によって連結するこ
とにより求められる。上記の各種演算は、図１の形状演
算装置２７において実行される。
Ｖカメラ２４，２５および２個の拡散点光源Ｓ11，Ｓ12
を，各々の空間的位置関係を保ったままＸ1 軸方向に移
動し、その都度上記測定を行って測定対象物１０上の反
射点Ｐ2kの位置を求め、得られた複数の点を、例えば線
形補間、あるいはスプライン関数等によって連結するこ
とにより求められる。上記の各種演算は、図１の形状演
算装置２７において実行される。
【００４５】なお、本発明について以下の変形例も考え
られるが、基本的には上記実施例と原理的に同一であ
る。
られるが、基本的には上記実施例と原理的に同一であ
る。
【００４６】上記実施例においては、撮像装置にＩＴＶ
カメラ２４，２５を用いたが、本発明は他の撮像装置、
例えばＣＣＤカメラ，ラインセンサ等の撮像機能を有す
る装置、あるいはＰＳＤのような半導体光検出器を用い
た装置に対しても適用可能である。
カメラ２４，２５を用いたが、本発明は他の撮像装置、
例えばＣＣＤカメラ，ラインセンサ等の撮像機能を有す
る装置、あるいはＰＳＤのような半導体光検出器を用い
た装置に対しても適用可能である。
【００４７】本実施例においては、拡散点光源Ｓ11，Ｓ
12を用いたが、これは光源に横状のスリット光を用いて
も、同一位置に設置された２組の光源と撮像装置を用い
る限り本発明と原理的に同等である。また、光点を扇状
または面状に走査する手法に関しても同様である。
12を用いたが、これは光源に横状のスリット光を用いて
も、同一位置に設置された２組の光源と撮像装置を用い
る限り本発明と原理的に同等である。また、光点を扇状
または面状に走査する手法に関しても同様である。
【００４８】上記実施例においては、架台移動機構２６
によって架台２１上の各測定装置を移動し、測定対象物
１０の立体形状測定を行ったが、これは測定装置を固定
して、逆に測定対象物１０を移動して測定する手法と相
対的に等価である。
によって架台２１上の各測定装置を移動し、測定対象物
１０の立体形状測定を行ったが、これは測定装置を固定
して、逆に測定対象物１０を移動して測定する手法と相
対的に等価である。
【００４９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は同一軸上に
固定して設置され、空間的に同一位置にある２組の光源
と撮像装置の組を用いて、互いに一方の光源から投影さ
れ対象物で反射された光を他方の撮像装置で撮像し、三
角測量の原理で立体形状の算出を行うもので、従来例に
おける手法とは光源の可動走査機能や多数の光源が不要
となること、原理的に装置構成，演算装置および演算手
法が簡単となること、高速測定が可能であること、高精
度測定が可能であること、信頼性が高い装置の実現が可
能であること等の顕著な効果が得られる。
固定して設置され、空間的に同一位置にある２組の光源
と撮像装置の組を用いて、互いに一方の光源から投影さ
れ対象物で反射された光を他方の撮像装置で撮像し、三
角測量の原理で立体形状の算出を行うもので、従来例に
おける手法とは光源の可動走査機能や多数の光源が不要
となること、原理的に装置構成，演算装置および演算手
法が簡単となること、高速測定が可能であること、高精
度測定が可能であること、信頼性が高い装置の実現が可
能であること等の顕著な効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の測定原理を示す説明図である。
【図３】従来の光切断法による形状測定装置の問題点を
示す説明図である。
示す説明図である。
１０ 測定対象物 １１ 光沢面 ２１ 架台 ２２ ハーフミラー ２３ ハーフミラー ２４ ＩＴＶカメラ ２５ ＩＴＶカメラ ２６ 架台移動機構 ２７ 形状演算装置 ２８ 外乱光遮断装置 Ｓ11 拡散点光源 Ｓ12 拡散点光源 Ｐ1 反射点
Claims (2)
- 【請求項１】 同一軸上に一定の距離を置いて２つの光
源を設置し、さらに、その各々の光源と空間的に同一位
置に２台の撮像装置を設置し、一方の光源から投影され
測定対象物より正反射した反射光を、他方の位置に置か
れた撮像装置で撮像する工程と、各々の撮像装置によっ
て撮像された反射光の結像面上の位置より、各々の撮像
装置への反射光の入射角を算出する工程と、各々の撮像
装置への反射光の光の入射角，撮像装置のカメラパラメ
ータおよび光源，撮像装置の空間的位置等の幾何学的値
より前記測定対象物面の光の反射点の空間的位置を算出
する工程と、観測位置を変えながら前記各工程を適用
し、それによって得られた複数の測定点より対象物の立
体形状を算出する工程とからなることを特徴とする形状
測定方法。 - 【請求項２】 同一軸上に一定の距離を置いて架台上に
設置させた２つの光源と、これらの光源と空間的に同一
位置に設置され、それぞれ他方の光源から投影された光
の測定対象物からの反射光を撮像する２台の撮像装置
と、これらの光源と撮像装置の位置関係を保持したまま
前記架台の移動を可能とする架台移動機構と、この架台
移動機構の移動ごとに前記各撮像装置の映像信号からそ
の撮像装置への反射光の入射角をそれぞれ算出し、それ
らの入射角，撮像装置のカメラパラメータおよび光源，
撮像装置等の設置位置に関する幾何学的値から前記測定
対象物の光沢面の光の反射点の位置を算出するととも
に、これらの多数の反射点の位置の値より前記測定対象
物の立体形状を算出する形状演算装置とを備えたことを
特徴とする形状測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4139704A JPH0758172B2 (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 形状測定方法およびその装置 |
| US08/036,251 US5414517A (en) | 1992-05-01 | 1993-03-24 | Method and apparatus for measuring the shape of glossy objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4139704A JPH0758172B2 (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 形状測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05306915A true JPH05306915A (ja) | 1993-11-19 |
| JPH0758172B2 JPH0758172B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=15251479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4139704A Expired - Lifetime JPH0758172B2 (ja) | 1992-05-01 | 1992-05-01 | 形状測定方法およびその装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5414517A (ja) |
| JP (1) | JPH0758172B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007047022A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Gen Tec:Kk | 表面形状測定装置 |
| JP2007536553A (ja) * | 2004-05-03 | 2007-12-13 | カムテック エルティーディー． | 高さ三角法測定方法及びシステム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6141105A (en) * | 1995-11-17 | 2000-10-31 | Minolta Co., Ltd. | Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method |
| WO1998021550A1 (en) * | 1996-11-12 | 1998-05-22 | National Research Council Of Canada | System and method for capturing a range image of a reflective surface |
| US5933240A (en) * | 1997-02-12 | 1999-08-03 | Jurca; Marius Christian | Method and apparatus for determining the distance between a base and a specular surface by means of radiation reflected at the surface |
| DE10212364A1 (de) * | 2002-03-20 | 2003-10-16 | Steinbichler Optotechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts |
| TW584714B (en) * | 2003-03-12 | 2004-04-21 | Ming-Chih Lu | Apparatus for measuring the height of stored devices |
| JP5173867B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2013-04-03 | キヤノン株式会社 | 画像符号化装置及び画像復号装置、並びにそれらの制御方法 |
| JP2016201002A (ja) * | 2015-04-10 | 2016-12-01 | 船井電機株式会社 | 位置検出装置及び空間入力装置 |
| CN104764404A (zh) * | 2015-04-20 | 2015-07-08 | 哈尔滨工业大学 | 基于ccd的转台平台载体位置测量方法 |
| US11654375B2 (en) | 2019-08-07 | 2023-05-23 | Universal City Studios Llc | Systems and methods for detecting specular surfaces |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2855877C2 (de) * | 1978-12-22 | 1985-01-10 | Franz Plasser Bahnbaumaschinen-Industriegesellschaft Mbh, Wien | Einrichtung zur kontinuierlichen berührungslosen Vermessung der Schienenkopfoberflächen eines verlegten Gleises |
| JPS6117281A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-25 | Inahata Sangyo Kk | 電磁波ノイズ遮蔽性を有する磁気記録用磁気デイスクジヤケツト |
| SU1686305A1 (ru) * | 1989-10-23 | 1991-10-23 | Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики | Оптико-электронное автоколлимационное устройство дл измерени профил полированных поверхностей |
| JPH03209112A (ja) * | 1990-01-11 | 1991-09-12 | Nissan Motor Co Ltd | ３次元形状測定装置 |
-
1992
- 1992-05-01 JP JP4139704A patent/JPH0758172B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-03-24 US US08/036,251 patent/US5414517A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007536553A (ja) * | 2004-05-03 | 2007-12-13 | カムテック エルティーディー． | 高さ三角法測定方法及びシステム |
| JP2007047022A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Gen Tec:Kk | 表面形状測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0758172B2 (ja) | 1995-06-21 |
| US5414517A (en) | 1995-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |