JPH0560559A - 高さ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触で被測定物の高さを計測する高さ計測
装置に関するもので、測定物表面の拡散反射率が小さい
被測定物に対して従来の三角測量法では測定が困難また
は測定誤差が大きいくなるという課題があったが、その
測定誤差を軽減し優れた性能を持つ高さ計測装置を提供
することを目的とする。 【構成】 被測定物を台101に固定するとともに、光源1
03で被測定物を照明し、２台の撮像装置104、105と、そ
れぞれに対応するＡ／Ｄ変換器106、107と、画像メモリ1
08、109と、特徴抽出手段110、111により２つの撮像によ
る画像の特徴を抽出して、特徴照合手段112によりそれ
らを照合することで測定すべき点と撮像装置の光軸のず
れ量を求め、高さ演算手段113で被測定物の高さを計測
することにより、従来測定が困難であった測定表面の拡
散反射率が小さい材質の物でも精度のよい測定が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非接触で物体の高さを測
定する高さ計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より非接触で物体の高さを測定する
高さ計測装置は、例えば出版物「三次元画像計測（著
者：井口征士、佐藤宏介、出版社：昭晃堂）」に示され
る三角測量の原理に基づく計測装置が数多く考案されて
いる。

【０００３】以下、従来の高さ計測装置について説明す
る。図５は本発明と対比させた従来の高さ計測装置の構
成を示すものである。図５において、501は被測定物を
所定の位置に固定する被測定物固定台、502は被測定
物、503は測定物502の上部をスポット照射する光源、50
4は光源503からのスポット光、505は被測定物502がスポ
ット光504により照射された状態を撮像する撮像装置、5
06は撮像装置505からのアナログ画像信号をデジタル化
された輝度信号に変換するＡ／Ｄ変換器、507は輝度信
号を一時的に記憶する画像メモリ、508は輝度信号より
輝度のピーク点を検出するピーク点検出手段、509は輝
度のピーク点より被測定物固定台から被測定物上部まで
の高さを計算する高さ演算手段である。

【０００４】以上のように構成された高さ計測装置につ
いて、以下その動作について説明する。まず、被測定物
固定台上501に固定された被測定物502の上部を光源503
のスポット光で照射し、測定物502の上部での散乱光を
撮像装置505で撮像する。撮像装置505で撮像されたアナ
ログ画像信号はＡ／Ｄ変換器506によりデジタル化され
た輝度信号に変換され一時画像メモリ507に記憶され
る。ピーク点検出手段508では輝度信号より輝度が最大
となる点を検出し、高さ演算手段で図４に示すごとく三
角測量の原理により被測定物上の光源503で照射された
点の高さを計算する。すなわち、図４は従来の高さ計測
装置の測定原理を示す図であり、光源とスポット光及び
撮像装置の構成する平面における光源やスポット光等の
位置関係を示している。図４においてＡは被測定物のス
ポット光で照射された点、Ｂは光源、Ｃは撮像装置、40
1は被測定物固定台、Ｅは撮像装置Ｃの光軸と被測定物
固定台401の交点、δは撮像装置Ｃと被測定物上の点Ａ
との直線が被測定物固定台401と成す角度である。ま
た、被測定物固定台401から撮像装置Ｃまでの距離ｈ、
撮像装置Ｃと光源Ｂの距離ａ、光源Ｂと撮像装置Ｃを結
ぶ直線とスポット光のなす角β、撮像装置Ｃと光源Ｂを
結ぶ直線と撮像装置の光軸のなす角（記号で示さず）は
既知である。ピーク点検出手段508において輝度信号の
最大点を検出し、高さ演算手段109において輝度信号の
最大点と撮像面の中心とのずれ量により角度ＡＣＥを計
算し、光源Ｂと撮像装置Ｃを結ぶ直線とスポット光のな
す角β、撮像装置Ｃと光源Ｂを結ぶ直線と撮像装置の光
軸のなす角が既知であることにより三角形ＡＢＣにおけ
る角度γ、αを計算し、距離ａが既知であることより

【０００５】

【数１】

【０００６】で距離ｂを計算し、

【０００７】

【数２】

【０００８】で測定点Ａの高さｘを求める。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、被測定物の測定点が拡散反射の弱い面、
例えば黒色や鏡面の様な材質の場合は、ピーク点検出手
段508において輝度信号の最大点を検出することが困難
となるため、高さ測定精度の誤差が大きくなるという課
題を有していた。

【００１０】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、異なる方向から２つの撮像装置で撮像し、測定点
近傍の画像の特徴を対応させることでより高精度の高さ
データを取得する高さ計測装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、被測定物を所定の位置に固定する被測定物
固定台と、被測定物を上部より照明する光源と、上部斜
めより被測定物を撮像する第１の撮像装置と、被測定物
を挟んで第１の撮像装置と相対する上部斜めより被測定
物を撮像する第２の撮像装置と、第１の撮像装置で撮像
されたアナログ画像信号をデジタル化した輝度信号に変
換する第１のＡ／Ｄ変換器と、第２の撮像装置で撮像さ
れたアナログ画像信号をデジタル化した輝度信号に変換
する第２のＡ／Ｄ変換器と、第１のＡ／Ｄ変換器の輝度
信号を記憶する第１の画像メモリと、第２のＡ／Ｄ変換
器の輝度信号を記憶する第２の画像メモリと、第１の画
像メモリに記憶された輝度信号より特徴を抽出する第１
の特徴抽出手段と、第２の画像メモリに記憶された輝度
信号より特徴を抽出する第２の特徴抽出手段と、前記２
つの輝度信号の特徴を照合する特徴照合手段と、該特徴
の照合情報より被測定物の高さを計算する高さ演算手段
を備えた構成を有している。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成によって、スポット光を照射
し高さを計測する従来の三角測量法では困難であった測
定面の拡散反射率が小さい材質の被測定物に対しても、
測定点近傍の二つの撮像装置の画像をその特徴で対応さ
せることで精度良い測定が可能となり、優れた高さ計測
装置を実現できる。

【００１３】

【実施例】以下、まず本発明の概念について説明する。

【００１４】被測定物の測定点近傍の第１の撮像装置と
第２の撮像装置の画像の特徴を照合して被測定物の高さ
を計測するものとし、その作用を図２、図３ａ、図３ｂ
を用いて説明する。図２は本発明の高さ計測装置の測定
原理を示す図であり、第１の撮像装置、第２の撮像装
置、被測定物の位置関係を示している。図２において20
1は被測定物固定台、Ａは測定点、Ｂは第１の撮像装
置、Ｃは第２の撮像装置、Ｅは第１の撮像装置Ｂ及び第
２の撮像装置Ｃの光軸が被測定物固定台と交差する点、
ｂは第２の撮像装置Ｃと測定点Ａの距離、δは第２の撮
像装置Ｃと測定点Ａを結ぶ直線が被測定物固定台201と
成す角度である。また、２台の撮像装置間の距離ａ、被
測定物固定台201から第２の撮像装置Ｃまでの距離ｈ、
第１の撮像装置Ｂ及び第２の撮像装置Ｃの光軸が被測定
物固定台201となす角度（記号で示さず）、第１の撮像
装置Ｂ及び第２の撮像装置Ｃの光軸と相対する第２の撮
像装置Ｃ及び第１の撮像装置Ｂとのなす角度（記号で示
さず）は既知である。図３ａは第１撮像装置で撮像され
た画像の特徴を抽出した様子を示す図、図３ｂは第２撮
像装置で撮像された画像の特徴を抽出した様子を示す
図、図３ａにおける3a1は第１撮像装置の撮像面に対応
した領域、3a2は第１撮像装置の撮像面の中心に対応し
た線、3a3は被測定物上部の特徴を示すパターン、ま
た、図３ｂにおける3b1は第１撮像装置の撮像面に対応
した領域、3b2は第１撮像装置の撮像面の中心に対応し
た線、3b3は被測定物上部の特徴を示すパターンであ
る。

【００１５】被測定物固定台に固定された被測定物は上
部より光源で照射される。この場合、光源の照射強度は
被測定物の表面の拡散反射特性に応じて撮像装置での撮
像に最適なように調整されている。第１の撮像装置及び
第２の撮像装置で被測定物を撮像したアナログ画像信号
は、それぞれ第１の撮像装置用のＡ／Ｄ変換器及び第２
の撮像装置用のＡ／Ｄ変換器でデジタル化した輝度信号
に変換されそれぞれの画像メモリに記憶される。次に、
第１の特徴抽出手段において第１の撮像装置のデジタル
化された輝度信号より図３ａに示す被測定物上部の特徴
を抽出した画像信号を得、第２の特徴抽出手段において
第２の撮像装置のデジタル化された輝度信号より図３ｂ
に示す被測定物上部の特徴を抽出した画像信号を得、高
さ演算手段において前段のそれぞれの特徴の中心とそれ
ぞれの撮像装置の中心線とのずれ量を計算し、このずれ
量を基に図２における三角形ＡＢＣの各頂点の角度及び
角度δを計算し、（数１）、（数２）より被測定物の高
さを取得することができる。

【００１６】以下、具体的に、本発明の第１の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施例における高さ計測
装置の構成図である。図１において、101は被測定物固
定台、102は被測定物、103は被測定物を上部より照射す
る光源、104は上部斜めより被測定物102を撮像する第１
の撮像装置、105は被測定物102を挟んで第１の撮像装置
104と相対する上部斜めより被測定物102を撮像する第２
の撮像装置、106は第１の撮像装置104のアナログ画像信
号をデジタル化された輝度信号に変換する第１のＡ／Ｄ
変換器、107は第２の撮像装置105のアナログ画像信号を
デジタル化された輝度信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換
器、108は第１Ａ／Ｄ変換器106の輝度信号を記憶する第
１の画像メモリ、109は第２Ａ／Ｄ変換器107の輝度信号
を記憶する第２の画像メモリ、110は第１の輝度信号よ
り輪郭を抽出する第１の輪郭抽出手段、111は第２の輝
度信号より輪郭を抽出する第２の輪郭抽出手段、112は
抽出された二つ輪郭情報をを照合する輪郭照合手段、11
3は輪郭の照合情報より被測定物の高さを計算する高さ
演算手段である。

【００１８】以上のように構成された高さ計測装置につ
いてその動作を説明する。まず、被測定物102を被測定
物固定台101に装着し、光源103で測定物102上部を照射
する。この場合、被測定物102の測定点近傍の反射特性
に応じて、測定点近傍の特徴が検出しやすいように光源
103の照射強度を調整する。次に、第１の撮像装置104で
測定点近傍を撮像しアナログ画像信号を得、このアナロ
グ画像信号を第１のＡ／Ｄ変換器106でデジタル化され
た輝度信号に変換し、この輝度信号を第１の画像メモリ
108に記憶し、第２の撮像装置104で測定点近傍を撮像し
アナログ画像信号を得、このアナログ画像信号を第２の
Ａ／Ｄ変換器107でデジタル化された輝度信号に変換
し、この輝度信号を第２の画像メモリ108に記憶する。
次に、第１の輪郭抽出手段110において、第１の画像メ
モリ108の輝度信号に対してロビンソンの輪郭抽出オペ
レータ処理及び閾値処理を施し図３ａに示す様な輪郭画
像を得、また、第２の輪郭抽出手段111において、第２
画像メモリ109の輝度信号に対してロビンソンの輪郭抽
出オペレータ処理及び閾値処理を施し図３ｂに示す様な
輪郭画像を得、輪郭照合手段112において図３ａの特徴
パターン3a3と撮像装置の中心に対応した線とのずれ量
を計算し、図３ｂの特徴パターン3b3と撮像装置の中心
に対応した線とのずれ量を計算し、高さ演算手段113に
おいて前記二つのずれ量より図２における角度ＡＢＥ及
び角度ＡＣＥを計算し、角度ＥＢＣ及び角度ＥＣＢが既
知であることを利用して三角形ＡＢＣの角頂点の角度を
計算し、（数１）、（数２）より被測定物の高さｘを取
得している。

【００１９】以上のように本実施例によれば、被測定物
を所定の位置に固定する被測定物固定台と、被測定物を
上部より照明する光源と、上部斜めより被測定物を撮像
する第１の撮像装置と、被測定物を挟んで第１の撮像装
置と相対する上部斜めより被測定物を撮像する第２の撮
像装置と、第１の撮像装置で撮像されたアナログ画像信
号をデジタル化した輝度信号に変換する第１のＡ／Ｄ変
換器と、第２の撮像装置で撮像されたアナログ画像信号
をデジタル化した輝度信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換
器と、第１のＡ／Ｄ変換器の輝度信号を記憶する第１の
画像メモリと、第２のＡ／Ｄ変換器の輝度信号を記憶す
る第２の画像メモリと、第１の画像メモリに記憶された
輝度信号より輪郭を抽出する第１の輪郭抽出手段と、第
２の画像メモリに記憶された輝度信号より輪郭を抽出す
る第２の輪郭抽出手段と、前記２つの輝度信号の輪郭を
照合する輪郭照合手段と、該特徴の照合情報より被測定
物の高さを計算する高さ演算手段を設けることにより、
スポット光を照射し高さを計測する従来の三角測量法で
は困難であった測定表面の拡散反射率が小さい材質の被
測定物に対しても、測定点近傍の二つの撮像装置の画像
をその輪郭で対応させることで精度良い測定が可能とな
った。

【００２０】なお、本実施例においては被測定物表面の
画像の特徴として輪郭を抽出する例を示したが、本実施
例で示す特徴抽出手法以外にも単純な閾値処理による特
徴抽出も可能であり、本実施例での特徴抽出の手法は本
発明を何等限定するものではなく抽出された特徴を対応
させて計測することにその発明の主旨が存在する。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明は、被測定物を所定
の位置に固定する被測定物固定台と、被測定物を上部よ
り照明する光源と、上部斜めより被測定物を撮像する第
１の撮像装置と、被測定物を挟んで第１の撮像装置と相
対する上部斜めより被測定物を撮像する第２の撮像装置
と、第１の撮像装置で撮像されたアナログ画像信号をデ
ジタル化した輝度信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器
と、第２の撮像装置で撮像されたアナログ画像信号をデ
ジタル化した輝度信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器
と、第１のＡ／Ｄ変換器の輝度信号を記憶する第１の画
像メモリと、第２のＡ／Ｄ変換器の輝度信号を記憶する
第２の画像メモリと、第１の画像メモリに記憶された輝
度信号より特徴を抽出する第１の特徴抽出手段と、第２
の画像メモリに記憶された輝度信号より特徴を抽出する
第２の特徴抽出手段と、前記２つの輝度信号の特徴を照
合する特徴照合手段と、該特徴の照合情報より被測定物
の高さを計算する高さ演算手段を設けることにより、ス
ポット光を照射し高さを計測する従来の三角測量法では
困難であった測定面の拡散反射率が小さい材質の被測定
物に対しても、測定点近傍の二つの撮像装置の画像をそ
の特徴で対応させることで精度良い測定が可能となり、
優れた高さ計測装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における高さ計測装置のブロ
ック結線図

【図２】本発明の高さ計測装置の測定原理を示す概念図

【図３】（ａ）同実施例における第１の撮像装置で撮像
された画像の特徴を抽出した画像を示す図 （ｂ）同実施例における第２の撮像装置で撮像された画
像の特徴を抽出した画像を示す図

【図４】従来の高さ計測装置の測定原理を示す概念図

【図５】従来の高さ計測装置のブロック結線図

【符号の説明】

101 被測定物固定台 102 被測定物 103 光源 104 第１の撮像装置 105 第２の撮像装置 106 第１のＡ／Ｄ変換器 107 第２のＡ／Ｄ変換器 108 第１の画像メモリ 109 第２の画像メモリ 110 第１の輪郭抽出手段 111 第２の輪郭抽出手段 112 輪郭照合手段 113 高さ演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五味 睦子 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を所定の位置に固定する被測定
   物固定台と、被測定物を上部より照明する光源と、上部
   斜めより被測定物を撮像する第１の撮像装置と、被測定
   物を挟んで第１の撮像装置と相対する上部斜めより被測
   定物を撮像する第２の撮像装置と、第１の撮像装置で撮
   像されたアナログ画像信号をデジタル化した輝度信号に
   変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、第２の撮像装置で撮像
   されたアナログ画像信号をデジタル化した輝度信号に変
   換する第２のＡ／Ｄ変換器と、第１のＡ／Ｄ変換器の輝
   度信号を記憶する第１の画像メモリと、第２のＡ／Ｄ変
   換器の輝度信号を記憶する第２の画像メモリと、第１の
   画像メモリに記憶された輝度信号より特徴を抽出する第
   １の特徴抽出手段と、第２の画像メモリに記憶された輝
   度信号より特徴を抽出する第２の特徴抽出手段と、前記
   ２つの輝度信号の特徴を照合する特徴照合手段と、該特
   徴の照合情報より被測定物の高さを計算する高さ演算手
   段を備えたことを特徴とする高さ計測装置。