JPH06109436A - 三次元形状計測装置 - Google Patents

三次元形状計測装置

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JPH06109436A
JPH06109436A JP25333792A JP25333792A JPH06109436A JP H06109436 A JPH06109436 A JP H06109436A JP 25333792 A JP25333792 A JP 25333792A JP 25333792 A JP25333792 A JP 25333792A JP H06109436 A JPH06109436 A JP H06109436A
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祐一 山崎
Tadashi Okamoto
匡史 岡本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定対象物表面の明るさあるいは色情報を正
しく求めることができる三次元形状計測装置を得る。 【構成】 光源8からの測定光線束を測定対象物2に対
して照射するとともに、表面から反射した散乱光線束を
受光部で受光して、測定対象物2の三次元形状情報を得
る三次元形状計測装置において、測定対象物2表面の法
線方向と受光部9に入射する散乱光線束の散乱方向との
なす散乱光対法線角φを、三次元形状情報より導く観測
方向検出手段13と、観測方向検出手段13により得ら
れる散乱光対法線角φ、測定対象物2表面へ照射する測
定光線束の照射光量及び受光部9によって受光される受
光光量とをランバートのコサイン則に適応して、測定対
象物表面の拡散反射係数を求め、測定対象物2表面の色
情報を決定する色情報決定手段15を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、成形用型やデ
ザインされた各種製品の模型から外観形状を入力して最
終設計図面に仕上げるCAD用データの入力装置や、教
育用や販売用に用いられる三次元映像資料の入力装置、
医療用診断装置、或いはロボットの視覚センサとして用
いられる三次元形状計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】三次元形状計測装置は、測定対象物の三
次元形状を測定する。ここで、三次元形状を測定するに
は、光源からの測定光線束を、参照平面に配置された測
定対象物に向けて照射する測定用光学機構と、測定対象
物表面から反射した散乱光線束の一部を受光部で受光し
て、受光部による散乱光線束の検出結果から、測定対象
物に関する三次元形状情報を得て測定対象物の三次元形
状を決定するのが一般的である。例えば、図2等に示す
ように三角測量に基づいて計測するものがある。一方、
このような形状情報とともに、色情報を検出しようとす
るものもあり、測定対象物表面の色については、2次元
のカラーカメラを用いて測定対象物のカラー画像をとり
込み、測定対象物上の各点の色を求める方法が一般的に
採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、3次元
形状をもつ物体の表面上のある点の色度あるいはその部
位の明度といった色情報を計測する場合、従来のように
2次元のカメラを用いると、測定対象物表面の法線と、
光源の光軸、カメラの光軸が一般に一致しないため、面
の向きによって計測された明度等が変化する(明度が変
化しているように検出される。)。結果、例えば、色度
検出において、RGB各色成分の反射光の絶対的な光量
に基づいて測定対象物表面の色度を判定すると、面の傾
きや光源の明暗により正しい色度を求めることが困難な
場合がある。又、面の明度についても同様のことが言え
る。
【0004】従って、本願発明の目的は測定対象物表面
の色度、明度といった色情報を正しく求めることができ
る三次元形状計測装置を得ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による三次元形状計測装置の特徴構成は、測
定対象物表面の法線方向と受光部に入射する散乱光線束
の散乱方向とのなす散乱光対法線角を、三次元形状情報
より導く観測方向検出手段と、観測方向検出手段により
得られる散乱光対法線角、測定対象物表面へ照射する測
定光線束の照射光量及び受光部によって受光される受光
光量とを、ランバートのコサイン則に適応して、測定対
象物表面の拡散反射係数を求める拡散反射係数導出手段
とを設けて、測定対象物表面の色情報を決定する色情報
決定手段を備えたことにある。
【0006】
【作用】つまり、本願の三次元形状計測装置では、観測
方向検出手段により信号処理部において得られている形
状情報に基づいて、各測定対象物表面の法線方向が演算
・導出され、この法線の方向と受光部に入射する散乱光
線束の散乱方向とのなす角である散乱光対法線角が求め
られる。一方、測定対象物表面に照射される光量と、こ
の部位より散乱・反射され、受光部により受光される光
量は測定して既知となるため、これらの関係から、被測
定面の拡散反射係数が、ランバートのコサイン則により
拡散反射係数導出手段で導かれる。そして、光線が単色
光の場合は、この拡散反射係数が測定対象物表面の明度
が決定され、光線が三原色を含む場合は、それぞれの色
の拡散反射係数の関係から、測定対象物表面の色度が決
定される。即ち測定対象物の色情報が色情報決定手段に
より決定される。
【0007】
【発明の効果】上記方法によれば、測定対象物表面の色
情報を検出する場合、受光部で受光される絶対的な光量
ではなく、拡散反射係数であるため、測定対象物の面の
傾きや光源の明暗にかかわらず正しい色情報を求めるこ
とができる。
【0008】
【実施例】以下、三次元形状計測装置の一例としての三
次元画像入力装置について説明する。 図1に示すよう
に、三次元画像入力装置は、X−Y平面上の参照平面1
と、その上方に配置され前記参照平面1上に載置された
測定対象物2へ測定光線束を照射してその測定対象物2
表面からの散乱光線束を検出する計測部3と、前記計測
部3の計測動作を制御する計測制御部4と、前記計測部
3による計測データに基づき参照平面1から前記測定対
象物2表面までのZ方向の距離を演算導出する信号処理
部5と、前記信号処理部5により導出された三次元デー
タから測定対象物2を再構築するモデル生成部6とを備
えて構成してある。前記計測部3は、レーザでなる光源
8とX軸方向に沿って配置した一次元イメージセンサC
CDでなる受光素子9とを走査用ミラー7を挟んで対向
配置して、前記光源8からの投影光線束を前記走査用ミ
ラー7及び固定ミラー10を介して測定対象物2に照射
するとともに、測定対象物2表面からの散乱光線束を固
定ミラー10’及び前記走査用ミラー7を介して前記受
光素子9に導く光学ヘッドと、その光学ヘッドをY軸方
向へ移動させることによりY軸方向への走査を行う走査
機構(図示せず)とで構成してある。前記計測制御部4
は、前記走査用ミラー7をY軸に平行な軸芯周りに回動
させて、前記光源8からの測定光線束を前記測定対象物
2が含まれる前記参照平面1に対してX軸方向に走査し
て照射するとともに、その散乱光線束を前記固定ミラー
10’、前記走査用ミラー7及び集光レンズ11を介し
て前記受光素子9に導きながら、前記走査機構が前記光
学ヘッドをY軸方向に走査する。即ち、前記計測部3と
前記計測制御部4とで、光源8からの測定光線束を参照
平面1上の測定対象物2に向けて設定走査密度で走査す
る走査手段を構成する。
【0009】前記信号処理部5は、前記受光素子9を構
成するCCDが前記参照平面1からの散乱光線束に対し
て検出する位置と現在の散乱光線束に対して検出する位
置との偏差及び前記走査用ミラー7の回動角度とから、
前記参照平面1からの測定対象物2の表面位置を演算導
出する。即ち、図2に示すように、CCDで検出される
距離X01が、ΔX0に比例すること、及び、参照平面
1からの測定対象物2の表面位置Z0が、Z0×θ=ΔX
0なる関係を有することからZ0を求める。前記モデル生
成部6は、X方向への走査及びY方向への走査により得
られた各測定ポイント(走査密度で決定される)に対す
るZ方向の値で特定されるXYZ座標データを三次元画
像データとして、それらから測定対象物2の形状をコン
ピュータ上に再現する。
【0010】ここで、X軸方向への走査密度は前記受光
素子9による1走査当たりのサンプリング間隔で、Y軸
方向への走査密度はY軸方向でのサンプリング間隔で決
定されるもので、前記計測制御部4により、前記サンプ
リング間隔を適宜可変設定することにより、走査密度を
変更自在に構成してある。ここで、光源8からの測定光
線束を、参照平面1に配置された測定対象物2に向けて
照射する機構を、測定用光学機構と、測定光線束のうち
測定対象物2から反射した散乱光線束を受光する受光部
9と受光部9に前記散乱光線束を導く機構を受光用光学
機構と呼ぶ。
【0011】さて、以下に光源8より照射される測定光
線束と、R,G,B各波長成分の関係について説明す
る。光源8の構成は、図3に示すような構成が採用され
ている。即ち、照射光線束の波長を選択・制御する照射
光制御手段12が備えられるとともに、各波長のレーザ
の照射・照射停止をおこなうスイッチSW1、SW2、
SW3が備えられている。そして、照射光制御手段12
の制御により、各波長のレーザ光が時分割で照射され
る。この照射の順序は、一検出点毎に、各々の波長を照
射する、或いはX方向の一周期毎に色を変更してY座標
を同一として照射する等の方式がある。さて、以下に測
定対象物2表面の色の判断について以下に説明する。色
判別の原理について説明すると、測定対象物2表面の法
線に対してカメラである受光部に入射する散乱光線束の
散乱方向とのなす散乱光対法線角をφとした場合、受光
部9の観測する光量Idは、
【0012】
【数1】
【0013】で与えられる。ここで、Idは観測された
光量、Ftは入射光量、φは散乱光対法線角でそれぞれ
既知の値であるから、上の関係により拡散反射係数ρd
が求められる。従って、これを、RGBの夫々の波長の
光に対して行えばRGBのそれぞれの光に対する拡散反
射係数ρR,ρG,ρBが求められる。これから、これら
の係数の比を取ることにより、測定対象物の色が求ま
る。この処理手順と処理装置の構成が図4に示されてい
る。
【0014】図1に示すように、この処理機構には、観
測方向検出手段13、拡散反射係数導出手段14、色情
報決定手段15が備えられている。装置においては、信
号処理部5により測定対象物2の三次元形状が得られる
ため、この情報が利用される。即ち、観測方向検出手段
13により前記の形状情報から測定対象物2表面の法線
方向が求められる(ステップ1)とともに、この方向と
受光部9に入射する散乱光線束の散乱方向のなす散乱光
対法線角φが導出される(ステップ2)。さらに、観測
方向検出手段13により得られる散乱光対法線角φ、測
定対象物表面へ照射する測定光線束の照射光量及び受光
部9によって受光される受光光量とにより、ランバート
のコサイン則により、測定対象物表面の拡散反射係数ρ
dが、拡散反射係数導出手段14により求められる(ス
テップ3)。そして、前述の光源の構成を採用すること
により、RGB三原色を個々について、測定対象物表面
に於ける各RGB三原色成分に対する拡散反射係数
ρR,ρG,ρBを得て、色情報決定手段15がこれらの
係数の比により測定対象物表面の色度を決定する(ステ
ップ4)。
【0015】以下、本発明の別実施例を説明する。 a 先の実施例においては、測定対象物2表面の色度を
測定する場合の例を示したが、表面の明度を正しく測定
するために、白色光を照射することにより、拡散反射係
数を求めて、この数値を明度としてもよい。
【0016】b 先の実施例では、三次元画像入力装置
を用いて説明したが、装置はこれに限定するものではな
く、測距装置等、他の三次元形状計測装置に用いること
ができる。
【0017】c 前記計測部3の構成は実施例の構成に
限定するものではなく先の実施例で説明した原理に基づ
き三次元座標を導出するものであれば任意に構成してよ
く、例えば図5に示すように、光学ヘッドを、投影光線
束のみ走査する走査機構と散乱光線束を受光素子9に導
く固定の光学機構で構成してもよいし、光学ヘッドをY
軸方向へ移動させることによりY軸方向への走査を行う
走査機構(これは、モータとプーリを用いて容易に構成
できる)の代わりに、図6に示すように、投影光線束と
反射光線束で形成される平面をY軸方向に走査するべ
く、Z軸周りに回動自在の反射ミラーを設けて構成して
もよい。照射光制御手段に、照射光線束の波長を選択・
制御すると同時に、受光部の感度に応じて照射光の強度
を制御する手段をそなえたものでもよい。図3の一点鎖
線のような構成となる。
【0018】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】三次元画像入力装置の全体構成図
【図2】原理を示す説明図
【図3】レーザの構成を示す図
【図4】色判別の処理手順の説明図
【図5】別実施例を示す要部の構成図
【図6】別実施例を示す要部の構成図
【符号の説明】
1 参照面 2 測定対象物 5 信号処理部 8 光源 9 受光部 13 観測方向検出手段 14 拡散反射係数導出手段 15 色情報決定手段 φ 散乱光対法線角

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源(8)からの測定光線束を、参照平
    面(1)に配置された測定対象物(2)に向けて照射す
    る測定用光学機構と、前記測定光線束のうち、前記測定
    対象物(2)表面から反射した散乱光線束を受光する受
    光部(9)と、前記受光部(9)に前記散乱光線束を導
    く受光用光学機構と、前記受光部(9)による前記散乱
    光線束の検出結果に基づき、前記測定対象物(2)の三
    次元形状情報を演算導出する信号処理部(5)とを備え
    た三次元形状計測装置であって、 前記測定対象物(2)表面の法線方向と前記受光部
    (9)に入射する散乱光線束の散乱方向とのなす散乱光
    対法線角(φ)を、前記三次元形状情報より導く観測方
    向検出手段(13)と、前記観測方向検出手段(13)
    により得られる前記散乱光対法線角(φ)、前記測定対
    象物(2)表面へ照射する測定光線束の照射光量及び前
    記受光部(9)によって受光される受光光量とを、ラン
    バートのコサイン則に適応して、前記測定対象物表面の
    拡散反射係数を求める拡散反射係数導出手段(14)と
    を設けて、 前記測定対象物(2)表面の色情報を決定する色情報決
    定手段(15)を備えた三次元形状計測装置。
JP25333792A 1992-09-24 1992-09-24 三次元形状計測装置 Expired - Lifetime JP2733170B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002206919A (ja) * 2001-01-10 2002-07-26 Fuji Xerox Co Ltd 3次元形状計測装置および3次元形状計測方法
JP2009204425A (ja) * 2008-02-27 2009-09-10 Pulstec Industrial Co Ltd 3次元形状測定装置および3次元形状測定方法
CN109579731A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 华中科技大学 一种基于图像融合来执行三维表面形貌测量的方法

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JP2002206919A (ja) * 2001-01-10 2002-07-26 Fuji Xerox Co Ltd 3次元形状計測装置および3次元形状計測方法
JP2009204425A (ja) * 2008-02-27 2009-09-10 Pulstec Industrial Co Ltd 3次元形状測定装置および3次元形状測定方法
CN109579731A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 华中科技大学 一种基于图像融合来执行三维表面形貌测量的方法

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