JPH0611316A - Picture processor for measuring object - Google Patents

Picture processor for measuring object

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JPH0611316A
JPH0611316A JP17098392A JP17098392A JPH0611316A JP H0611316 A JPH0611316 A JP H0611316A JP 17098392 A JP17098392 A JP 17098392A JP 17098392 A JP17098392 A JP 17098392A JP H0611316 A JPH0611316 A JP H0611316A
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JP
Japan
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image
video signal
rail
ccd camera
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP17098392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeyasu Hara
茂保 原
Akio Iwake
昭夫 井分
Yuichiro Goto
有一郎 後藤
Akashi Yamaguchi
証 山口
Yasuharu Jin
康晴 神
Yoshiro Nishimoto
善郎 西元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Central Japan Railway Co
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Central Japan Railway Co
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Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd, Central Japan Railway Co filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP17098392A priority Critical patent/JPH0611316A/en
Publication of JPH0611316A publication Critical patent/JPH0611316A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain required measurement information improved in measurement accuracy about a plurality of objects existing at intervals without largely increasing the cost by using one set of picture processor to perform required picture processing in real time without installing picture processors to each of a plurality of image pickup devices. CONSTITUTION:A right-side CCD camera 11R picks up the image of a light cutting line produced on a right-side rail RR by planar light S from a light source 2 and a left-side CCD camera 11L picks up the image of a light cutting line produced on a left-side rail RL. Both cameras 11R and 11L perform simultaneous scanning based on a synchronizing signal from an external synchronizing signal generator 12. A video signal synthesizer 13 synthesizes video signals from the cameras 11R and 11L into video signals corresponding to one picture at every field by switching the signals in a required section in the same field. A picture processor 14 analyzes the picture composed of the synthesized video signals and finds the two-dimensional coordinates of inside upper-surface corners of the rails RR and RL.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば光切断法を利
用して鉄道における左右のレールの特定部位の位置を検
出することなどの、間隔を隔てて存在する複数の対象物
体ついての形状、寸法、位置などの光学式計測に使用さ
れる物体計測用画像処理装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape of a plurality of target objects existing at intervals such as detecting the positions of specific parts of the left and right rails of a railroad by utilizing a light cutting method. The present invention relates to an object measurement image processing device used for optical measurement of dimensions, positions, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】鉄道における保守点検作業のひとつとし
て、トンネル、橋梁、駅舎などの線路周辺構造物の経年
変化を調べてそのメンテナンス時期を正確に把握するた
め、また、線路周辺構造物についての建築限界に対する
検査を行うために、これらの線路周辺構造物のレール
(軌道)に沿う側の三次元形状を計測することが行われ
ている。
2. Description of the Related Art As one of the maintenance and inspection works in railways, in order to accurately grasp the maintenance time by checking the secular change of the structures around the railway such as tunnels, bridges, and station buildings, and the construction of the structures around the railway. In order to perform the inspection for the limit, the three-dimensional shape of these railroad peripheral structures along the rail (track) is measured.

【0003】本出願人は、先に、上記のような線路周辺
構造物のレールに沿う側の三次元形状を計測するように
した線路周辺構造物の三次元形状計測装置を提案してい
る(特願平3 −332101号)。図7は、この従来技術に係
る、線路周辺構造物の三次元形状計測装置の全体構成を
示す図、図8は図7に示す三次元形状計測装置の概略を
示す斜視図である。また、図9は図7に示す三次元形状
計測装置による三次元形状計測方法を説明するための
図、図10は図7に示す三次元形状計測装置によるレール
間の中点を求める方法を説明するための図、図11は、図
7に示す構造物用CCDカメラにより得られる、トンネ
ル壁面上に生じる光切断線の画像の説明図、図12は、図
7に示すレール用CCDカメラにより得られる、レール
上に生じる光切断線の画像の説明図である。
The applicant of the present invention has previously proposed a three-dimensional shape measuring device for a track peripheral structure which measures the three-dimensional shape of the track peripheral structure on the side along the rail ( Japanese Patent Application No. 3-332101). FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus for a line peripheral structure according to this conventional technique, and FIG. 8 is a perspective view showing an outline of the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 9 is a diagram for explaining a three-dimensional shape measuring method by the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 7, and FIG. 10 is a method for obtaining a midpoint between rails by the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. FIG. 11 is an explanatory view of an image of a light cutting line generated on the tunnel wall surface obtained by the structure CCD camera shown in FIG. 7, and FIG. 12 is obtained by the rail CCD camera shown in FIG. It is an explanatory view of an image of a light section line which is generated on a rail.

【0004】図7、図8に示すように、この線路周辺構
造物の三次元形状計測装置は、レール(軌道)RR,RL上
を走行する移動台車1を備え、この移動台車1上に設け
られた、レールRR,RLに略直交する面内つまり移動台車
1の走行方向(図に白抜き矢印で示す)に略直交する面
内にトンネルTの壁面及びレールRR,RLへ向けて放射状
に広がる平板状光Sを投射する光源2と、光源2からの
平板状光SによってトンネルTの壁面上に生じる光切断
線を移動台車1の走行にともなって順次撮像する構造物
用CCDカメラ3と、このカメラ3と同期走査され、平
板状光SによってレールRR,RL上に生じる光切断線を撮
像するレール用CCDカメラ4と、画像処理装置5と、
計算機6とにより構成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, this three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure includes a moving carriage 1 which travels on rails (tracks) RR and RL, and is provided on the moving carriage 1. Radially toward the wall surface of the tunnel T and the rails RR, RL in the plane substantially orthogonal to the rails RR, RL, that is, in the plane substantially orthogonal to the traveling direction of the moving carriage 1 (indicated by a white arrow in the figure). A light source 2 for projecting a spread flat light S, and a structure CCD camera 3 for sequentially capturing light cut lines generated on the wall surface of the tunnel T by the flat light S from the light source 2 as the moving carriage 1 travels. A rail CCD camera 4 that scans in synchronization with the camera 3 and images the light cutting lines generated on the rails RR and RL by the flat light S, and an image processing device 5.
It is composed of a computer 6.

【0005】上記構造物用CCDカメラ3は、トンネル
壁面上に生じる光切断線の画像(図11参照)が1フィー
ルド毎(1/60秒)に得られるフィールド蓄積型のCCD
カメラであって、平板状光Sの面にその光軸CP1 が角度
θ1 をなして交差するように移動台車1に固定されてい
る。また、移動台車1の動揺による計測誤差をなくす目
的で設けられた上記レール用CCDカメラ4は、レール
RR,RL上に生じる光切断線の画像(図12参照)が1フィ
ールド毎(1/60秒)に得られる同じくフィールド蓄積型
のCCDカメラであって、平板状光Sの面にその光軸CP
2 が角度θ2 をなして交差するように移動台車1に固定
されている。上記構造物用CCDカメラ3は、トンネル
壁面上に生じる光切断線の画像(図11参照)が1フィー
ルド毎(1/60秒)に得られるフィールド蓄積型のCCD
カメラであって、平板状光Sの面にその光軸CP1 が角度
θ1 をなして交差するように移動台車1に固定されてい
る。また、移動台車1の動揺による計測誤差をなくす目
的で設けられた上記レール用CCDカメラ4は、レール
RR,RL上に生じる光切断線の画像(図12参照)が1フィ
ールド毎(1/60秒)に得られる同じくフィールド蓄積型
のCCDカメラであって、平板状光Sの面にその光軸CP
2 が角度θ2 をなして交差するように移動台車1に固定
されている。なお、図7において、レール用CCDカメ
ラ4については図示省略してあるが、u及びvは、光切
断線画像上における直交座標系を定めるものであり、u
は水平走査線方向、vはuに垂直な方向を示す(図11及
び図12参照)。
The above structure CCD camera 3 is a field storage type CCD in which an image of a light cutting line (see FIG. 11) generated on a wall surface of a tunnel is obtained for each field (1/60 seconds).
The camera is fixed to the movable carriage 1 so that its optical axis CP 1 intersects the plane of the flat light S at an angle θ 1 . Further, the rail CCD camera 4 provided for the purpose of eliminating the measurement error due to the shaking of the moving carriage 1 is
A field-storage CCD camera in which an image of the light-section line generated on the RR and RL (see FIG. 12) is obtained for each field (1/60 seconds), and its optical axis is on the plane of the flat light S. CP
2 is fixed to the moving carriage 1 so as to intersect at an angle theta 2. The structure CCD camera 3 is a field storage type CCD in which an image of a light cutting line generated on the tunnel wall surface (see FIG. 11) is obtained for each field (1/60 seconds).
The camera is fixed to the movable carriage 1 so that its optical axis CP 1 intersects the plane of the flat light S at an angle θ 1 . Further, the rail CCD camera 4 provided for the purpose of eliminating the measurement error due to the shaking of the moving carriage 1 is
A field-storage CCD camera in which an image of the light-section line generated on the RR and RL (see FIG. 12) is obtained for each field (1/60 seconds), and its optical axis is on the plane of the flat light S. CP
2 is fixed to the moving carriage 1 so as to intersect at an angle theta 2. Although the rail CCD camera 4 is not shown in FIG. 7, u and v define an orthogonal coordinate system on the optical cutting line image.
Indicates a horizontal scanning line direction, and v indicates a direction perpendicular to u (see FIGS. 11 and 12).

【0006】画像処理装置5は、構造物用CCDカメラ
3によって得られる光切断画像毎にその画像上でのトン
ネルTの壁面を示す光切断線の二次元座標(二次元位置
座標)を求めるとともに、レール用CCDカメラ4によ
って得られる光切断画像毎にその画像上での各レールR
R,RLの上面内側かど部を示す光切断線の二次元座標
(二次元位置座標)を求めるためのものである。計算機
6は、画像処理装置5で得た上記座標に基づいて、構造
物直交座標系O−XYZにおいて、移動台車1の走行に
応じてレールRR,RL間(軌間)の中点Oi を基準点とし
てトンネルT壁面における壁面形状を示す光切断線の三
次元座標を算出するためのものである。
The image processing device 5 obtains the two-dimensional coordinates (two-dimensional position coordinates) of the light cutting line showing the wall surface of the tunnel T on each image for each light cutting image obtained by the structure CCD camera 3. , Each rail R on the image for each light section image obtained by the rail CCD camera 4
This is for obtaining the two-dimensional coordinates (two-dimensional position coordinates) of the light cutting line showing the inner corner of the upper surface of R and RL. The computer 6 uses the coordinates obtained by the image processing device 5 as a reference in the structure orthogonal coordinate system O-XYZ based on the midpoint O i between the rails RR and RL (gauge) in accordance with the traveling of the moving carriage 1. The point is for calculating the three-dimensional coordinates of the light cutting line indicating the wall surface shape on the wall surface of the tunnel T as a point.

【0007】ここで、直交座標系について説明してお
く。構造物直交座標系O−XYZは、図8に示すよう
に、レールRR,RLの所定位置におけるレールRR,RL間の
中点を原点Oとし、レールRR,RLの延びる方向(移動台
車1の走行方向)をX軸として設定されており、そのY
軸はトンネルTの幅方向を示し、そのZ軸はトンネルT
の高さ方向を示している。また、図9に示すように、構
造物用CCDカメラ3の撮像レンズの主点を原点O1i
する構造物用カメラ直交座標系O1i−XYZと、レール
用CCDカメラ4の撮像レンズの主点を原点O2iとする
レール用カメラ直交座標系O2i−XYZとは、その各軸
が上記構造物直交座標系O−XYZのそれと平行になる
ように設定されている。ここで、サフィックスi(i=
1〜n)は、移動台車1の走行にともなって平板状光S
の投射により順次形成されるトンネル断面の番号を表す
ものであり、上記座標系O1i−XYZ,O2i−XYZ
は、トンネルTの1断面に相当するトンネル断面iにお
いて設定される座標系を意味している。
The Cartesian coordinate system will be described below. In the structure orthogonal coordinate system O-XYZ, as shown in FIG. 8, the midpoint between the rails RR and RL at predetermined positions of the rails RR and RL is set as the origin O, and the direction in which the rails RR and RL extend (the moving carriage 1 The traveling direction) is set as the X axis, and its Y
The axis indicates the width direction of the tunnel T, and its Z axis is the tunnel T.
Shows the height direction of. Further, as shown in FIG. 9, the structure camera orthogonal coordinate system O 1i -XYZ having the origin O 1i as the principal point of the imaging lens of the structure CCD camera 3 and the main imaging lens of the rail CCD camera 4. the rail camera Cartesian coordinate system O 2i -xyz to the point as the origin O 2i, the axes are set to be parallel therewith of the structure orthogonal coordinate system O-XYZ. Where the suffix i (i =
1 to n) are flat plate-shaped lights S as the movable carriage 1 travels.
Represents the numbers of the tunnel cross-sections sequentially formed by the projection of the above-mentioned coordinate systems O 1i -XYZ, O 2i -XYZ.
Indicates a coordinate system set in a tunnel section i corresponding to one section of the tunnel T.

【0008】上記のように構成されるこの例での線路周
辺構造物の三次元形状計測装置は、トンネルTの壁面上
及びレールRR,RL上に生じる光切断線を順次撮像し、ト
ンネルTの1断面i毎の上記光切断線の位置座標に基づ
いて、レールRR,RLに沿うトンネルT壁面の三次元形状
を移動台車1を走行させながら連続的に計測するもので
ある。ここでは、理解を容易にするため、トンネルTの
1断面iにおける動作について以下に説明する。
The three-dimensional shape measuring apparatus for a line peripheral structure in this example configured as described above sequentially images the optical cutting lines generated on the wall surface of the tunnel T and the rails RR and RL, and the tunnel T The three-dimensional shape of the wall surface of the tunnel T along the rails RR and RL is continuously measured while the moving carriage 1 is traveling, based on the position coordinates of the light cutting line for each cross section i. Here, in order to facilitate understanding, the operation of the tunnel T in one cross section i will be described below.

【0009】光源2により平板状光Sが投射されると、
構造物用CCDカメラ3によりトンネルTの壁面上にそ
の周方向に沿って生じる光切断線が撮像されるととも
に、レール用CCDカメラ4によりレールRR,RL上に生
じる光切断線が撮像され、それらの映像信号が画像処理
装置5に与えられる。
When the flat light S is projected by the light source 2,
The structure CCD camera 3 images the light cutting lines generated on the wall surface of the tunnel T along the circumferential direction thereof, and the rail CCD camera 4 images the light cutting lines generated on the rails RR and RL. The video signal of is supplied to the image processing device 5.

【0010】画像処理装置5は、その一方の画像処理器
において、図11に示すように、構造物用CCDカメラ3
から1フィールド毎(1/60秒)に与えられる1画像の映
像信号について、各水平走査線上における輝度レベルが
所定値以上に変化する位置を検出する解析処理を行うこ
とにより、光切断画像上でのトンネル壁面を示す光切断
線の二次元座標Ck (u,v),k=1〜Nをビデオレ
ート(1/60秒)にて求める。ここで、kは水平走査線の
番号を表し、その本数は240 本程度である。
As shown in FIG. 11, the image processing device 5 includes a CCD camera 3 for a structure in one of the image processing devices.
For the video signal of one image given in every field (1/60 seconds) from, the analysis process is performed to detect the position where the brightness level on each horizontal scanning line changes more than a predetermined value. The two-dimensional coordinates C k (u, v), k = 1 to N of the light section line indicating the tunnel wall surface of No. 1 are obtained at the video rate (1/60 seconds). Here, k represents the number of horizontal scanning lines, and the number thereof is about 240.

【0011】また、画像処理装置5は、もう一方のその
画像処理器において、図12に示すように、レール用CC
Dカメラ4から1フィールド毎(1/60秒)に与えられる
1画像の映像信号について、各水平走査線上における輝
度レベルが所定値以上に変化する位置のパータンの特徴
を抽出する解析処理を行うことにより、右側レールRRの
上面内側かど部の位置を示す光切断線の二次元座標C
k=kR(u,v)と、左側レールRLの上面内側かど部位置
を示す光切断線の二次元座標Ck=kL(u,v)とをビデ
オレート(1/60秒)にて求める。ここで、kRは右側レ
ールRRの上面内側かど部を示す光切断線位置に対応する
水平走査線の番号を表し、kLは左側レールRLの上面内
側の縁部を示す光切断線位置に対応する水平走査線の番
号を表す。ビデオレート(1/60秒)にて得られたこれら
の二次元座標のデータは、ブランキング時間(約 1.2ms
ec)の期間に計算機6に与えられる。
Further, the image processing device 5 is arranged such that, in the other image processing device, as shown in FIG.
For the video signal of one image given from the D camera 4 for each field (1/60 second), perform an analysis process to extract the characteristics of the pattern at the position where the brightness level on each horizontal scanning line changes by a predetermined value or more. Thus, the two-dimensional coordinate C of the light cutting line indicating the position of the inner corner of the upper surface of the right rail RR
k = kR (u, v) and the two-dimensional coordinates C k = kL (u, v) of the light cutting line indicating the position of the inner corner of the upper surface of the left rail RL are calculated at the video rate (1/60 seconds). . Here, kR represents the number of the horizontal scanning line corresponding to the light cutting line position indicating the inner corner of the upper surface of the right rail RR, and kL corresponds to the light cutting line position indicating the inner edge of the upper surface of the left rail RL. Indicates the number of horizontal scan lines. The data of these two-dimensional coordinates obtained at the video rate (1/60 seconds) is used for the blanking time (about 1.2 ms).
ec) is given to the computer 6.

【0012】上記二次元座標のデータが与えられると、
計算機6は、次のフィールド時間(約16msec)の間に、
まず、画像処理装置5からの、光切断画像上でのトンネ
ルTの壁面を示す光切断線の二次元座標Ck (u,
v),k=1〜Nに基づいて、上記構造物用カメラ直交
座標系O1i−XYZにおけるトンネル壁面上の光切断線
の三次元座標Pi k (Xi k ,Yi k ,Zi k ),k=
1 〜Nを、所定の式により算出する。そして、図9に示
すように、構造物用CCDカメラ3の主点である原点O
1iを始点とし、上記算出された点Pi k (Xi k ,Yi
k ,Zi k )を終点とするベクトルPi k measを求め
る。
Given the above two-dimensional coordinate data,
Calculator 6 has the following field time (about 16 msec)
First, the two-dimensional coordinate C k (u, from the image processing device 5 of the light cutting line showing the wall surface of the tunnel T on the light cutting image is shown.
v), k = 1 to N, the three-dimensional coordinates P i k (X i k , Y i k , Z i ) of the light cutting line on the tunnel wall surface in the structure camera orthogonal coordinate system O 1i -XYZ. k ), k =
1 to N are calculated by a predetermined formula. Then, as shown in FIG. 9, the origin O, which is the principal point of the CCD camera 3 for structure,
Starting from 1i , the calculated point P i k (X i k , Y i
A vector P i k meas whose end point is k , Z i k ) is obtained.

【0013】さらに、計算機6は、画像処理装置5から
の、光切断画像上での右側レールRRの上面内側の縁部を
示す光切断線の二次元座標Ck=kR(u,v)に基づい
て、レール用CCDカメラ4の主点を原点O2iとするレ
ール用カメラ直交座標系O2i−XYZにおける右側レー
ルRRの上面内側かど部を示す光切断線の三次元座標rRi
(XRi,YRi,ZRi)を、所定の式により算出する。ま
た、同様にして、光切断画像上での左側レールRLの上面
内側かど部を示す光切断線の二次元座標Ck=kL(u,
v)に基づいて、上記直交座標系O2i−XYZにおける
左側レールRLの上面内側の縁部を示す光切断線の三次元
座標rLi(XLi,YLi,ZLi)を、所定の式により算出
する。そして、図10に示すように、レール用CCDカメ
ラ4の主点である原点O2iを始点とし、上記算出された
点rRi(XRi,YRi,ZRi)を終点とするベクトルRRi
と、原点O2iを始点とし、上記算出された点r
Li(XLi,YLi,ZLi)を終点とするベクトルRLiとを
求める。これらのベクトルRRi,RLiから、ROi=(R
Ri+RLi)/2の計算により、原点O2iを始点とし、レ
ールRR,RL間の中点Oi を終点とするベクトルROiを求
める。
Further, the computer 6 sets the two-dimensional coordinates C k = kR (u, v) of the light cutting line from the image processing device 5 which indicates the inner edge of the upper surface of the right rail RR on the light cutting image. Based on this, the three-dimensional coordinates r Ri of the light cutting line indicating the inner corner of the upper surface of the right rail RR in the rail camera orthogonal coordinate system O 2i -XYZ with the principal point of the rail CCD camera 4 as the origin O 2i.
(X Ri , Y Ri , Z Ri ) is calculated by a predetermined formula. Similarly, the two-dimensional coordinates C k = kL (u,
Based on v), the three-dimensional coordinates r Li (X Li , Y Li , Z Li ) of the light cutting line showing the inner edge of the upper surface of the left rail RL in the Cartesian coordinate system O 2i -XYZ can be calculated by a predetermined formula. Calculate by Then, as shown in FIG. 10, a vector R Ri whose origin is the origin O 2i of the rail CCD camera 4 and whose end point is the point r Ri (X Ri , Y Ri , Z Ri ) calculated above.
And an origin O 2i as a starting point, and the point r calculated above
A vector R Li whose end point is Li (X Li , Y Li , Z Li ) is obtained. From these vectors R Ri and R Li , R Oi = (R
The vector R Oi having the origin O 2i as the starting point and the midpoint O i between the rails RR and RL as the ending point is obtained by the calculation of Ri + R Li ) / 2.

【0014】一方、構造物用CCDカメラ3とレール用
CCDカメラ4とは剛体的に固定されその位置関係が予
め定められているので、レール用CCDカメラ4の主点
(原点O2i)を始点とし、構造物用CCDカメラ3の主
点(原点O1i)を終点とするベクトルKは一定である。
したがって、レールRR,RL間の中点Oi を始点とし、上
記点Pi k (Xi k ,Yi k ,Zi k )を終点とするベ
クトルPi k trueは、Pi k true=Pi k meas+K−R
Oiにより与えられる。このベクトルPi k trueが計算機
6により求められる。
On the other hand, since the structure CCD camera 3 and the rail CCD camera 4 are rigidly fixed and their positional relationship is predetermined, the main point (origin O 2i ) of the rail CCD camera 4 is the starting point. The vector K having the principal point (origin O 1i ) of the structure CCD camera 3 as the end point is constant.
Therefore, the vector P i k true whose starting point is the middle point O i between the rails RR and RL and whose end point is the above point P i k (X i k , Y i k , Z i k ) is P i k true = P i k meas + K-R
Given by Oi . This vector P i k true is calculated by the computer 6.

【0015】このようにして、移動台車1の走行に応じ
てレールRR,RL間の中点Oi を基準点としてトンネルT
の壁面上の光切断線の三次元座標を求めて、走行中の移
動台車1が動揺しても、これによる計測誤差が極めて小
さくなるようにすることにより、レールRR,RLに沿うト
ンネル壁面の三次元形状を、移動台車1の動揺に影響さ
れることなく、計測するようにしている。
In this way, the tunnel T is set with the midpoint O i between the rails RR and RL as a reference point according to the traveling of the mobile carriage 1.
The three-dimensional coordinates of the light cutting line on the wall surface of the tunnel wall surface of the tunnel wall surface along the rails RR and RL are set so that even if the moving carriage 1 is swaying, the measurement error due to this is extremely small. The three-dimensional shape is measured without being affected by the shaking of the moving carriage 1.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
係る三次元形状計測装置では、トータルの測定精度(計
測精度)は、移動台車1の動揺による測定誤差(計測誤
差)を補正してこれをなくすための上記ベクトルROi
測定精度と上記ベクトルPi k measの測定精度との和に
より決まる。したがって、平板状光Sによって左右のレ
ールRR,RL上に生じる光切断線を撮像するレール用CC
Dカメラ4の検出分解能はできる限り高い方がよい。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the above-mentioned conventional technique, the total measurement accuracy (measurement accuracy) is obtained by correcting the measurement error (measurement error) due to the movement of the moving carriage 1. Is determined by the sum of the measurement accuracy of the vector R Oi and the measurement accuracy of the vector P i k meas . Therefore, the rail CC that images the light cutting lines generated on the left and right rails RR and RL by the flat light S
The detection resolution of the D camera 4 should be as high as possible.

【0017】そこで、上述した従来例における撮像装置
としてのレール用CCDカメラ4の検出分解能について
説明する。図13は図7に示す三次元形状計測装置におい
て国内で主に使用されている鉄道レールを撮像する場合
の撮像装置の視野を説明するための図である。レールR
R,RLの軌間は1067mmに定められており、1台のレール
用CCDカメラ4を用いて左右のレールRR,RL上に生じ
る光切断線を撮像しようとする場合、図13に示すような
範囲の視野をとる必要がある。
Therefore, the detection resolution of the rail CCD camera 4 as the image pickup device in the above-mentioned conventional example will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining the field of view of the imaging device when imaging the railway rail that is mainly used in Japan in the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 7. Rail R
The gauge between R and RL is set to 1067 mm, and when one rail CCD camera 4 is used to capture the optical cutting lines on the left and right rails RR and RL, the range shown in FIG. It is necessary to take a view of.

【0018】つまり、v方向(走査線に垂直な方向)視
野は、移動台車1の動揺があっても両方のレールRR,RL
が常に視野内に収まるように±20mmのマージンを設定し
て1300mmとなり、u方向(走査線方向)視野は、レール
用CCDカメラ4の光軸が平板状光Sの面に45度の角度
をなして配されていることに基づく計算から、2675mmと
なる。なお、2次元配列されたCCD撮像素子の寸法
は、u方向寸法が15.75μm×512 画素から8.064 mmで
あり、v方向寸法が26μm×240 画素から6.24mmであ
る。したがって、1台のレール用CCDカメラ4を用い
て左右のレールRR,RL上に生じる光切断線を撮像しよう
とする場合、u方向の検出分解能Δuは、Δu=2675/
512 =5.2 mmとなり、v方向の検出分解能Δvは、Δv
=1300/240=5.4 mmとなる。
In other words, the field of view in the v direction (direction perpendicular to the scanning line) has both rails RR and RL even if the moving carriage 1 is shaken.
Is set to 1300 mm with a margin of ± 20 mm so that it always fits within the field of view. In the u-direction (scanning line direction) field of view, the optical axis of the CCD camera for rails 4 makes an angle of 45 degrees with the plane of the flat light S. From the calculation based on the fact that they are arranged, it becomes 2675 mm. The dimensions of the CCD image pickup elements arranged two-dimensionally are 15.75 μm × 512 pixels to 8.064 mm in the u direction and 26 μm × 240 pixels to 6.24 mm in the v direction. Therefore, when it is attempted to image the optical cutting lines generated on the left and right rails RR and RL using one rail CCD camera 4, the detection resolution Δu in the u direction is Δu = 2675 /
512 = 5.2 mm, and the detection resolution Δv in the v direction is Δv
= 1300/240 = 5.4 mm.

【0019】上記のような値よりも検出分解能を高めて
高精度の計測を行うためにはNTSC方式による撮像装
置を用いる限り、撮像装置の台数を増やすようにするし
かない。上述した従来技術に係る三次元形状計測装置に
おいては、間隔を隔てて存在する複数の対象物体の光学
像の例としての左右のレールRR,RL上に生じる光切断線
を、左右のレールRR,RLに対応して1台づつ2台の撮像
装置により撮像するようにした場合、移動台車1を走行
させながらその走行中にトンネル壁面の三次元形状を計
測するようにしているので、上記2台の撮像装置により
得られた画像を実時間にて解析処理するために各撮像装
置毎に合計2台の画像処理器を設けるとなると、装置コ
ストが大幅にアップするという欠点がある。
In order to increase the detection resolution to a value higher than the above value and perform highly accurate measurement, the number of image pickup devices must be increased as long as the image pickup device of the NTSC system is used. In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the above-mentioned conventional technique, the optical cutting lines generated on the left and right rails RR and RL as an example of the optical images of a plurality of target objects existing at intervals are defined by the left and right rails RR and RR. In the case where two image pickup devices are picked up corresponding to the RL, the three-dimensional shape of the tunnel wall surface is measured while the moving carriage 1 is running. If a total of two image processors are provided for each image pickup device in order to analyze the image obtained by the image pickup device in real time, there is a drawback that the device cost increases significantly.

【0020】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、間隔を隔てて存在する複数の対象物体の
光学像を各対象物体毎にそれぞれの撮像装置により同期
して撮像し、これら複数の撮像装置からの各映像信号を
切り替えて1フィールド毎に1画像に相当する映像信号
に合成し、この合成映像信号による画像を実時間にて画
像処理器により解析処理する構成とすることにより、複
数の撮像装置毎にそれぞれの画像処理器を設けることな
く例えば1台の画像処理器で実時間にて所要の画像処理
を行え、装置の大幅なコストアップを招くことなく、間
隔を隔てて存在する複数の対象物体について計測精度が
改善された所要の計測情報を得ることができる、物体計
測用画像処理装置の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, in which optical images of a plurality of target objects existing at intervals are synchronously picked up by each image pickup device for each target object, Each of the video signals from the plurality of image pickup devices is switched to synthesize a video signal corresponding to one image for each field, and an image by the synthesized video signal is analyzed by an image processor in real time. Thus, for example, one image processor can perform required image processing in real time without providing an image processor for each of a plurality of image pickup devices, and the intervals can be increased without causing a large increase in the cost of the device. It is an object of the present invention to provide an image processing apparatus for object measurement, which can obtain required measurement information with improved measurement accuracy for a plurality of existing target objects.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明による物体計測用画像処理装置は、間隔
を隔てて存在する複数の対象物体に光を投射する光源
と、外部同期信号発生器と、この外部同期信号発生器か
らの同期信号によって同期走査され、前記複数の対象物
体の光学像を各対象物体毎にそれぞれ撮像する複数の撮
像装置と、この複数の撮像装置からの各映像信号を、同
一フィールド内の所要の区間において前記外部同期信号
発生器からの同期信号に基づいて切り替えて1フィール
ド毎に1画像に相当する映像信号に合成し、合成映像信
号として出力とする映像信号合成器と、この映像信号合
成器からの合成映像信号による画像を前記外部同期信号
発生器からの同期信号に基づいて1フィールド毎に解析
処理し、前記複数の対象物体についての所要の計測情報
を求める画像処理器とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an object measuring image processing apparatus according to the present invention comprises a light source for projecting light on a plurality of target objects existing at intervals, and an external synchronization signal. A generator, a plurality of image pickup devices that are synchronously scanned by a synchronizing signal from the external synchronizing signal generator, and pick up optical images of the plurality of target objects for each target object, and a plurality of image pickup devices from the plurality of image pickup devices. A video signal is switched based on a sync signal from the external sync signal generator in a required section in the same field, and a video signal corresponding to one image is synthesized for each field and output as a synthesized video signal. A signal synthesizer and an image based on a synthesized video signal from the video signal synthesizer are analyzed for each field based on a synchronization signal from the external synchronization signal generator, and the plurality of images are analyzed. Characterized by comprising an image processing device for obtaining the required measurement information about the elephants object.

【0022】[0022]

【作用】この発明による物体計測用画像処理装置におい
ては、光源からの光が間隔を隔てて存在する複数の対象
物体に投射され、これら複数の対象物体の光学像が各対
象物体毎にそれぞれの撮像装置により撮像される。外部
同期信号発生器からの同期信号によって同期走査される
これらの撮像装置からの各映像信号が、映像信号合成器
により、同一フィールド内の所要の区間において外部同
期信号発生器からの同期信号に基づいて切り替えられ1
フィールド毎に1画像に相当する映像信号に合成され
て、合成映像信号として画像処理器へ与えられる。画像
処理器は、映像信号合成器からの合成映像信号による画
像を、外部同期信号発生器からの同期信号に基づいて1
フィールド毎に解析処理し、複数の対象物体についての
所要の計測情報を求める。
In the image processing apparatus for object measurement according to the present invention, the light from the light source is projected onto a plurality of target objects existing at intervals, and the optical images of the plurality of target objects are provided for each target object. The image is taken by the imaging device. Each video signal from these image pickup devices, which is synchronously scanned by the sync signal from the external sync signal generator, is based on the sync signal from the external sync signal generator in a required section in the same field by the video signal synthesizer. Switched to 1
It is combined into a video signal corresponding to one image for each field and given to the image processor as a combined video signal. The image processor sets the image based on the composite video signal from the video signal combiner to 1 based on the sync signal from the external sync signal generator.
Analysis processing is performed for each field to obtain required measurement information for a plurality of target objects.

【0023】[0023]

【実施例】以下、この発明を、光切断法を利用して行う
鉄道におけるトンネル壁面の三次元形状計測において、
左右のレールの特定部位の位置検出に適用した場合の実
施例について説明する。図1は、この発明の一実施例に
よる物体計測用画像処理装置が適用される、線路周辺構
造物の三次元形状計測装置の全体構成を示す斜視図、図
2は図1に示す物体計測用画像処理装置の構成を説明す
るための図である。なお、先の図7に示される装置の構
成と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。
[Examples] The present invention will be described below in the three-dimensional shape measurement of a tunnel wall surface in a railway, which is performed by using the optical cutting method.
An example in which the present invention is applied to position detection of specific parts of left and right rails will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure to which an object measuring image processing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is an object measuring object shown in FIG. It is a figure for explaining the composition of an image processing device. It should be noted that parts that are substantially the same as the configuration of the apparatus shown in FIG. 7 above are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.

【0024】図1及び図2において、この実施例の物体
計測用画像処理装置は、レールRR,RLに略直交する面内
にトンネルTの壁面及びレールRR,RLへ向けて放射状に
広がる平板状光Sを投射する光源2と、対象物体の光学
像としての、光源2からの平板状光Sによって右側レー
ルRR上に生じる光切断線の像を撮像する右側レール用C
CDカメラ11Rと、同じく対象物体の光学像としての、
左側レールRL上に生じる光切断線の像を撮像する左側レ
ール用CCDカメラ11Lと、後述する、外部同期信号発
生器12と映像信号合成器13及び画像処理器14とが内蔵さ
れたレール用画像処理装置本体15と、によって構成され
ている。なお、上記左右のレール用CCDカメラ11R,
11Lは、平板状光Sの面にその光軸が角度θ2 =45度を
なして交差するように移動台車1に固定されている。
1 and 2, the object measuring image processing apparatus of this embodiment has a flat plate shape that spreads radially toward the wall surface of the tunnel T and the rails RR and RL in a plane substantially orthogonal to the rails RR and RL. A light source 2 for projecting the light S and a right rail C for capturing an image of a light cutting line generated on the right rail RR by the flat light S from the light source 2 as an optical image of the target object.
As with the CD camera 11R, as an optical image of the target object,
Left rail CCD camera 11L for picking up an image of a light cutting line generated on the left rail RL, and a rail image in which an external synchronization signal generator 12, a video signal synthesizer 13 and an image processor 14 described later are built in. And the processing device main body 15. The left and right rail CCD cameras 11R,
11L is fixed to the movable carriage 1 such that its optical axis intersects with the surface of the flat light S at an angle θ 2 = 45 degrees.

【0025】なお、6は計算機、7は構造物用画像処理
装置である。構造物用画像処理装置7は、光源2からの
平板状光SによってトンネルTの壁面上に生じる光切断
線の像を撮像する構造物用CCDカメラ3により1フィ
ールド毎に得られる光切断線画像を解析処理し、その画
像上でのトンネルTの壁面形状を示す光切断線の二次元
座標(二次元位置座標)を求めるものである。また、計
算機6は、この構造物用画像処理装置7で得られた二次
元座標と、後述する上記物体計測用画像処理装置の画像
処理器14で得られた左右のレールRR,RLの上面内側かど
部の位置を示す二次元座標(二次元位置座標)とに基づ
いて、先に述べたように、構造物直交座標系O−XYZ
における、移動台車1の走行に応じてレールRR,RL間
(軌間)の中点を基準点としてトンネルTの壁面形状を
示す光切断線の三次元座標を算出するものである。
Reference numeral 6 is a computer, and 7 is a structure image processing apparatus. The structure image processing device 7 captures an image of the light cutting line generated on the wall surface of the tunnel T by the flat light S from the light source 2, and the light cutting line image obtained for each field by the structure CCD camera 3 Is analyzed and the two-dimensional coordinates (two-dimensional position coordinates) of the light cutting line indicating the wall shape of the tunnel T on the image are obtained. Further, the computer 6 uses the two-dimensional coordinates obtained by the structure image processing device 7 and the insides of the upper surfaces of the left and right rails RR, RL obtained by the image processing device 14 of the object measurement image processing device described later. Based on the two-dimensional coordinates (two-dimensional position coordinates) indicating the position of the corner, as described above, the structure orthogonal coordinate system O-XYZ
The three-dimensional coordinates of the light cutting line indicating the wall shape of the tunnel T are calculated with the midpoint between the rails RR and RL (gauge) as a reference point in accordance with the traveling of the moving carriage 1.

【0026】外部同期信号発生器12は、同期信号Ssysc
を発生するものであり、その同期信号Ssyscが左右のレ
ール用CCDカメラ11R,11Lにこれらを同期走査させ
るために与えられるとともに、映像信号合成器13及び画
像処理器14にもこれらを同期制御するために与えられ
る。なお、構造物用CCDカメラ3もレール用CCDカ
メラ11R,11Lと同期して走査されるようになってい
る。
The external synchronizing signal generator 12 outputs the synchronizing signal Ssysc.
The synchronizing signal Ssysc is given to the left and right rail CCD cameras 11R and 11L for synchronous scanning, and the video signal synthesizer 13 and the image processor 14 also synchronously control them. Given for. The structure CCD camera 3 is also designed to scan in synchronization with the rail CCD cameras 11R and 11L.

【0027】映像信号合成器13は、左右のレール用CC
Dカメラ11R,11Lからの各映像信号を、同一フィール
ド内の所要の区間において外部同期信号発生器12からの
同期信号Ssyscに基づいて切り替えて1フィールド毎に
1画像に相当する映像信号に合成し、1画像に相当する
合成映像信号VSsynth を画像処理器14に与えるもので
ある。この映像信号合成器13は、例えばアナログスイッ
チを用いるなどして簡単に構成することができる。
The video signal synthesizer 13 is a CC for the left and right rails.
The video signals from the D cameras 11R and 11L are switched based on the sync signal Ssysc from the external sync signal generator 12 in a required section in the same field to synthesize a video signal corresponding to one image per field. The composite video signal VSsynth corresponding to one image is supplied to the image processor 14. The video signal synthesizer 13 can be easily configured by using, for example, an analog switch.

【0028】画像処理器14は、映像信号合成器13からの
合成映像信号VSsynth による画像を、外部同期信号発
生器12からの同期信号Ssyscに基づいて1フィールド毎
(1画像毎)に解析処理し、複数の対象物体についての
所要の計測情報としての左右のレールRR,RLの上面内側
かど部の二次元座標を求めるものである。
The image processor 14 analyzes the image of the composite video signal VSsynth from the video signal synthesizer 13 for each field (for each image) based on the synchronization signal Ssysc from the external synchronization signal generator 12. , Two-dimensional coordinates of the corners inside the upper surfaces of the left and right rails RR, RL as required measurement information for a plurality of target objects.

【0029】上記のように構成される物体計測用画像処
理装置の動作について、図2、図3及び図4を参照しな
がら以下に説明する。図3は、図2に示す2台のレール
用CCDカメラによりそれぞれ撮像される画像を水平走
査線に垂直な方向(v方向)にて分割し、それらを1つ
の画像に合成する場合の例を説明するための図、図4
は、図3に示す例において、映像信号合成器における2
台のレール用CCDカメラからの各映像信号とその合成
映像信号とを説明するための図である。
The operation of the object measuring image processing apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 2, 3 and 4. FIG. 3 shows an example in which the images captured by the two rail CCD cameras shown in FIG. 2 are divided in the direction (v direction) perpendicular to the horizontal scanning line, and these are combined into one image. Figure for illustration, Figure 4
Is 2 in the video signal synthesizer in the example shown in FIG.
It is a figure for demonstrating each video signal from the CCD camera for rails of a stand, and its synthetic | combination video signal.

【0030】レール用CCDカメラ11R,11Lは、外部
同期信号発生器12からの同期信号Ssyscにより水平及び
垂直同期走査され、このうち、右側レール用CCDカメ
ラ11Rは光源2からの平板状光Sによって右側レールRR
上に生じる光切断線の像を撮像し、左側レール用CCD
カメラ11Lは左側レールRL上に生じる光切断線の像を撮
像する。映像信号合成器13は、同一フィールドにおいて
外部同期信号発生器12からの同期信号Ssyscのうちの水
平同期信号の数をカウントし、走査線120 本目のところ
で、図示しないアナログスイッチを作動させて、合成映
像信号出力端子と右側レール用CCDカメラ11Rからの
映像信号入力端子との接続をオン状態からオフ状態と
し、合成映像信号出力端子と左側レール用CCDカメラ
11Lからの映像信号入力端子とを接続する。その結果、
映像信号合成器13には、図4に示すように、右側レール
用CCDカメラ11Rからの映像信号としてVSR 、左側レ
ール用CCDカメラ11Lからの映像信号としてVSL が取
り込まれ、これらの映像信号VSR ,VSL が合成されて1
画像に相当する合成映像信号VSsynth として画像処理
器14へ与えられる。このような動作が、1フィールド毎
に行われる。
The rail CCD cameras 11R and 11L are horizontally and vertically synchronously scanned by a synchronizing signal Ssysc from an external synchronizing signal generator 12, of which the right rail CCD camera 11R is driven by a flat light S from a light source 2. Right rail RR
The image of the light cutting line generated above is taken, and the CCD for the left rail
The camera 11L captures an image of the light cutting line generated on the left rail RL. The video signal synthesizer 13 counts the number of horizontal synchronizing signals of the synchronizing signals Ssysc from the external synchronizing signal generator 12 in the same field, and activates an analog switch (not shown) at the 120th scanning line to synthesize them. The connection between the video signal output terminal and the video signal input terminal from the right rail CCD camera 11R is changed from the on state to the off state, and the combined video signal output terminal and the left rail CCD camera are connected.
Connect to the video signal input terminal from 11L. as a result,
The video signal synthesizer 13, as shown in FIG. 4, VS R, VS L is taken as a video signal from the CCD camera 11L for the left rail as a video signal from the CCD camera 11R for the right rail, these video signals 1 when VS R and VS L are combined
The composite video signal VSsynth corresponding to the image is provided to the image processor 14. Such an operation is performed for each field.

【0031】上記のようにして、画像処理器14には、図
3に示すように、レール用CCDカメラ11R,11Lの図
における斜線部で示す非有効視野NFの映像信号(映像情
報)が捨てられ、左右のレールRR,RL上に生じた光切断
線の像部分を捉えた、残りの有効視野EFの映像信号が合
成されてなる1画像に相当する合成映像信号VSsynth
が、与えられることになる。なお、図3及び図4におい
て、Dは画像の分割線を示す。
As described above, in the image processor 14, as shown in FIG. 3, the video signals (video information) of the rail CCD cameras 11R and 11L in the non-effective field of view NF shown by the hatched portions are discarded. Then, a combined video signal VSsynth corresponding to one image obtained by synthesizing the video signals of the remaining effective visual fields EF, which captures the image portions of the optical cutting lines generated on the left and right rails RR and RL.
Will be given. 3 and 4, D indicates an image dividing line.

【0032】映像信号合成器13からの合成映像信号VS
synth が入力されると、画像処理器14は、合成映像信号
VSsynth による画像上において、雑音除去などの前処
理を行うなどして、各水平走査線上における輝度レベル
が所定値以上に変化する位置のパータンの特徴を抽出す
る解析処理を行うことにより、右側レールRRの上面内側
かど部PRの位置を示す光切断線の二次元座標と、左側レ
ールRLの上面内側かど部PLの位置を示す光切断線の二次
元座標とを、ビデオレート(1/60秒)にて求める。この
ような動作が、外部同期信号発生器12からの同期信号S
syscに基づいて1フィールド毎(1画像毎)に行われ
る。
Composite video signal VS from the video signal synthesizer 13
When synth is input, the image processor 14 performs pre-processing such as noise removal on the image of the composite video signal VSsynth to detect the position of the brightness level on each horizontal scanning line that changes to a predetermined value or more. By performing an analysis process for extracting the characteristics of the pattern, the two-dimensional coordinates of the light cutting line indicating the position of the upper inside corner PR of the right rail RR and the light cutting indicating the position of the upper inside corner PL of the left rail RL. The two-dimensional coordinates of the line are calculated at the video rate (1/60 seconds). Such an operation is performed by the synchronization signal S from the external synchronization signal generator 12.
It is performed for each field (for each image) based on sysc.

【0033】この場合、v方向(水平走査線に垂直な方
向)視野は、移動台車1の動揺があってもレールRR,RL
が常に視野内に収まるように±20mmのマージンを設定す
ると、レール幅が127 mmであることから、〔127 +(2
×20)〕×2=334 mmとなる。また、u方向(水平走査
線方向)視野は、レール用CCDカメラ11R,11Lの光
軸が平板状光Sの面に45度の角度をなして配されている
ことに基づく計算から、628 mmとなる。したがって、u
方向画素数が512 、v方向画素数が240 であるから、u
方向の検出分解能Δuは、Δu=628 /512 =1.2 mmと
なり、v方向の検出分解能Δvは、Δv=334 /240 =
1.4 mmとなる。
In this case, the field of view in the v direction (direction perpendicular to the horizontal scanning line) is not limited to the rails RR and RL even if the moving carriage 1 is shaken.
If a margin of ± 20 mm is set so that the lens always fits within the field of view, the rail width is 127 mm, so [127 + (2
X20)] x2 = 334 mm. Also, the u-direction (horizontal scanning line direction) field of view is 628 mm from the calculation based on the fact that the optical axes of the rail CCD cameras 11R and 11L are arranged at an angle of 45 degrees to the plane of the flat light S. Becomes Therefore, u
Since the number of pixels in the direction is 512 and the number of pixels in the v direction is 240, u
The detection resolution Δu in the direction is Δu = 628/512 = 1.2 mm, and the detection resolution Δv in the v direction is Δv = 334/240 =
It will be 1.4 mm.

【0034】これにより、従来に比べて約4倍に改善さ
れた計測精度にて左右のレールRR,RLの上面内側かど部
の位置情報を得ることができるとともに、1台の画像処
理器14で実時間にて所要の画像処理を行えるので、2台
のレール用CCDカメラ11R,11L毎にそれぞれの画像
処理器を設ける必要がなく装置の大幅なコストアップを
避けることができる。なお、画像処理器14により得られ
た上記二次元座標のデータと構造物用画像処理装置7で
得られた二次元座標のデータとが計算機6に取り込ま
れ、計算機6により、移動台車1の走行に応じてレール
RR,RL間(軌道)の中点を基準点としてトンネルTの壁
面形状を示す光切断線の三次元座標が算出されるように
なっている。
As a result, it is possible to obtain the positional information of the corners inside the upper surfaces of the left and right rails RR and RL with the measurement accuracy which is improved about four times as compared with the conventional one, and one image processor 14 can be used. Since the required image processing can be performed in real time, it is not necessary to provide an image processor for each of the two rail CCD cameras 11R and 11L, and a large increase in the cost of the apparatus can be avoided. The data of the two-dimensional coordinates obtained by the image processor 14 and the data of the two-dimensional coordinates obtained by the image processing device for structure 7 are taken into the computer 6, and the computer 6 causes the traveling of the mobile carriage 1 to travel. According to the rail
The three-dimensional coordinates of the light cutting line showing the wall shape of the tunnel T are calculated with the midpoint between RR and RL (trajectory) as a reference point.

【0035】上記実施例では、2台のレール用CCDカ
メラからの映像信号を水平走査線に垂直なv方向にて切
り替え、v方向おいて分割されたものを合成した画像の
例について述べたが、水平走査線方向にて分割したもの
を1つの画像として合成することも可能である。図5
は、図2に示す2台のレール用CCDカメラによりそれ
ぞれ撮像される画像を水平走査線方向(u方向)にて分
割し、それらを1つの画像に合成する場合の例を説明す
るための図、図6は、図5に示す例において、映像信号
合成器における2台のレール用CCDカメラからの各映
像信号とその合成映像信号とを説明するための図であ
る。
In the above embodiment, the example of the image in which the video signals from the two rail CCD cameras are switched in the v direction vertical to the horizontal scanning line and the divided ones in the v direction are combined is described. It is also possible to combine the images divided in the horizontal scanning line direction as one image. Figure 5
2 is a diagram for explaining an example in which an image captured by each of the two rail CCD cameras shown in FIG. 2 is divided in the horizontal scanning line direction (u direction), and these are combined into one image. FIG. 6 is a diagram for explaining each video signal from the two rail CCD cameras in the video signal synthesizer and the synthesized video signal in the example shown in FIG.

【0036】この実施例では映像信号合成器13は、同一
フィールドにおいて、外部同期信号発生器12からの同期
信号Ssyscのうちの水平同期信号を検知し、1水平走査
線毎にその1水平走査線における画素アドレス256 のと
ころで、図示しないアナログスイッチを作動させて、合
成映像信号出力端子と左側レール用CCDカメラ11Lか
らの映像信号入力端子との接続をオン状態からオフ状態
とし、合成映像信号出力端子と右側レール用CCDカメ
ラ11Rからの映像信号入力端子とを接続する。その結
果、映像信号合成器13には、図6に示すように、左側レ
ール用CCDカメラ11Lからの映像信号としてVSL 、右
側レール用CCDカメラ11Rからの映像信号としてVSR
が取り込まれ、これらの映像信号VSL ,VSR が合成され
て1画像に相当する合成映像信号VSsynth として画像
処理器14へ与えられる。このような動作が1フィールド
毎に行われる。
In this embodiment, the video signal synthesizer 13 detects the horizontal synchronizing signal of the synchronizing signals Ssysc from the external synchronizing signal generator 12 in the same field, and detects one horizontal scanning line for each horizontal scanning line. At a pixel address of 256, an analog switch (not shown) is operated to change the connection between the composite video signal output terminal and the video signal input terminal from the left rail CCD camera 11L from the ON state to the OFF state, and the composite video signal output terminal. And the video signal input terminal from the CCD camera 11R for the right rail are connected. As a result, as shown in FIG. 6, the video signal synthesizer 13 outputs VS L as a video signal from the left rail CCD camera 11L and VS R as a video signal from the right rail CCD camera 11R.
Are taken, these video signals VS L, VS R is supplied to the image processor 14 as a composite video signal VSsynth corresponding to one image are combined. Such an operation is performed for each field.

【0037】映像信号合成器13からの上記合成映像信号
VSsynth が入力されると、画像処理器14は、先の説明
と同様にして、合成映像信号VSsynth による画像上に
おいて、各水平走査線上における輝度レベルが所定値以
上に変化する位置のパータンの特徴を抽出する解析処理
を行うことにより、左右のレールRR,RLそれぞれの上面
内側かど部PR,PLの位置を示す光切断線の二次元座標
を、ビデオレート(1/60秒)にて求める。このような動
作が、外部同期信号発生器12からの同期信号Ssyscに基
づいて1フィールド毎(1画像毎)に行われる。
When the above-mentioned synthesized video signal VSsynth from the video signal synthesizer 13 is input, the image processor 14 performs the luminance on each horizontal scanning line on the image by the synthesized video signal VSsynth in the same manner as described above. By performing the analysis process to extract the characteristics of the pattern at the position where the level changes to a predetermined value or more, the two-dimensional coordinates of the optical cutting line indicating the positions of the inner corners PR and PL of the left and right rails RR and RL are obtained. , Video rate (1/60 seconds). Such an operation is performed for each field (for each image) based on the synchronization signal Ssysc from the external synchronization signal generator 12.

【0038】この場合、u方向(水平走査線方向)視野
は、移動台車1の動揺があってもレールRR,RLが常に視
野内に収まるように±20mmのマージンを設定すると、レ
ール幅が127 mmであることから、〔127 +(2×20)〕
×2=334 mmとなる。また、v方向の視野は、レール用
CCDカメラ11R,11Lの光軸が平板状光Sの面に45度
の角度をなして配されていることに基づく計算から、37
1 mmとなる。したがって、u方向画素数が512 、v方向
画素数が240 であるから、u方向の検出分解能Δuは、
Δu=334 /512 =0.7 mmとなり、v方向の検出分解能
Δvは、Δv=371 /240 =1.5 mmとなる。
In this case, in the u-direction (horizontal scanning line direction) visual field, if a margin of ± 20 mm is set so that the rails RR and RL are always within the visual field even if the moving carriage 1 is shaken, the rail width is 127. Since it is mm, [127 + (2 x 20)]
× 2 = 334 mm. In addition, the view in the v direction is calculated based on the fact that the optical axes of the rail CCD cameras 11R and 11L are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the plane of the plate-like light S.
It will be 1 mm. Therefore, since the number of pixels in the u direction is 512 and the number of pixels in the v direction is 240, the detection resolution Δu in the u direction is
Δu = 334/512 = 0.7 mm, and the detection resolution Δv in the v direction is Δv = 371/240 = 1.5 mm.

【0039】これにより、先の実施例と同様にして、従
来に比べて高い計測精度にて左右のレールRR,RLの上面
内側かど部の位置情報を得ることができるとともに、1
台の画像処理器14で実時間にて所要の画像処理を行える
ので、2台のレール用CCDカメラ11R,11L毎にそれ
ぞれの画像処理器を設ける必要がなく装置の大幅なコス
トアップを避けることができる。
As a result, similar to the previous embodiment, it is possible to obtain the positional information of the corner portions inside the upper surfaces of the left and right rails RR and RL with higher measurement accuracy than in the prior art.
Since the required image processing can be performed in real time with the single image processing device 14, it is not necessary to provide an image processing device for each of the two rail CCD cameras 11R and 11L, and a large increase in the cost of the device is avoided. You can

【0040】上記各実施例に示した映像信号合成器13
は、デジタル回路により構成することも可能であり、そ
の場合は、レール用CCDカメラ11R,11Lからの映像
信号をデジタル信号に変換するためのAD変換器と、ア
ナログスイッチに代えてデマルチプレクサとを用いるな
どして構成できる。なお、この発明による物体計測用画
像処理装置は、上記実施例では光切断法を利用して鉄道
における左右のレールの特定部位の位置検出に適用した
例を示したが、光学式物体計測においてその他にも種々
の適用が可能とされるものである。
The video signal synthesizer 13 shown in the above embodiments
Can also be configured by a digital circuit. In that case, an AD converter for converting the video signals from the rail CCD cameras 11R, 11L into digital signals and a demultiplexer instead of the analog switch are provided. It can be configured by using it. Although the object measuring image processing apparatus according to the present invention has been shown in the above-described embodiment as an example applied to the position detection of the specific portions of the left and right rails in the railroad by utilizing the optical cutting method, Also, various applications are possible.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上述べたように、この発明による物体
計測用画像処理装置によると、間隔を隔てて存在する複
数の対象物体に光を投射する光源と、外部同期信号発生
器と、この外部同期信号発生器からの同期信号によって
同期走査され、前記複数の対象物体の光学像を各対象物
体毎にそれぞれ撮像する複数の撮像装置と、この複数の
撮像装置からの各映像信号を、同一フィールド内の所要
の区間において前記外部同期信号発生器からの同期信号
に基づいて切り替えて1フィールド毎に1画像に相当す
る映像信号に合成し、合成映像信号として出力とする映
像信号合成器と、この映像信号合成器からの合成映像信
号による画像を前記外部同期信号発生器からの同期信号
に基づいて1フィールド毎に解析処理し、前記複数の対
象物体についての所要の計測情報を求める画像処理器と
を備えたものであるから、複数の撮像装置毎にそれぞれ
の画像処理器を設けることなく1台の画像処理器で実時
間にて所要の画像処理を行え、装置の大幅なコストアッ
プを招くことなく、間隔を隔てて存在する複数の対象物
体について計測精度が改善された所要の計測情報を得る
ことができる。
As described above, according to the object measuring image processing apparatus of the present invention, the light source for projecting light to a plurality of target objects existing at intervals, the external synchronization signal generator, and the external synchronizing signal generator are provided. A plurality of image pickup devices, which are synchronously scanned by a sync signal from a sync signal generator, respectively picking up optical images of the plurality of target objects for each target object, and video signals from the plurality of image pickup devices, in the same field. A video signal synthesizer that switches in a required section of the above based on the sync signal from the external sync signal generator, synthesizes a video signal corresponding to one image for each field, and outputs as a synthesized video signal; An image obtained by the composite video signal from the video signal synthesizer is analyzed for each field based on the synchronization signal from the external synchronization signal generator, and Since it is equipped with an image processor that obtains necessary measurement information, one image processor can perform the required image processing in real time without providing each image processor for each of a plurality of imaging devices. Therefore, it is possible to obtain required measurement information with improved measurement accuracy for a plurality of target objects existing at intervals without causing a large increase in the cost of the device.

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

【図1】この発明の一実施例による物体計測用画像処理
装置が適用される、線路周辺構造物の三次元形状計測装
置の全体構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus for a track peripheral structure, to which an object measuring image processing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.

【図2】図1に示す物体計測用画像処理装置の構成を説
明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the image processing apparatus for object measurement shown in FIG.

【図3】図2に示す2台のレール用CCDカメラにより
それぞれ撮像される画像を水平走査線に垂直な方向(v
方向)にて分割し、それらを1つの画像に合成する場合
の例を説明するための図である。
FIG. 3 shows images captured by the two rail CCD cameras shown in FIG. 2 in a direction (v
It is a figure for explaining an example in the case of dividing by (direction) and combining them into one image.

【図4】図3に示す例において、映像信号合成器におけ
る2台のレール用CCDカメラからの各映像信号とその
合成映像信号とを説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining each video signal from two rail CCD cameras in the video signal synthesizer and the synthesized video signal in the example shown in FIG. 3;

【図5】図2に示す2台のレール用CCDカメラにより
それぞれ撮像される画像を水平走査線方向(u方向)に
て分割し、それらを1つの画像に合成する場合の例を説
明するための図である。
FIG. 5 is a view for explaining an example of a case where the images respectively captured by the two rail CCD cameras shown in FIG. 2 are divided in the horizontal scanning line direction (u direction) and they are combined into one image. FIG.

【図6】図5に示す例において、映像信号合成器におけ
る2台のレール用CCDカメラからの各映像信号とその
合成映像信号とを説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining each video signal from the two rail CCD cameras in the video signal synthesizer and the synthesized video signal in the example shown in FIG. 5;

【図7】従来技術に係る、線路周辺構造物の三次元形状
計測装置の全体構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus for a line peripheral structure according to a conventional technique.

【図8】図7に示す三次元形状計測装置の概略を示す斜
視図である。
8 is a perspective view showing an outline of the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG.

【図9】図7に示す三次元形状計測装置による三次元形
状計測方法を説明するための図である。
9 is a diagram for explaining a three-dimensional shape measuring method by the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG.

【図10】図7に示す三次元形状計測装置によるレール
間の中点を求める方法を説明するための図である。
10 is a diagram for explaining a method for obtaining a midpoint between rails by the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG.

【図11】図7に示す構造物用CCDカメラにより得ら
れる、トンネル壁面上に生じる光切断線の画像の説明図
である。
11 is an explanatory diagram of an image of a light cutting line generated on a tunnel wall surface, which is obtained by the structure CCD camera shown in FIG. 7. FIG.

【図12】図7に示すレール用CCDカメラにより得ら
れる、レール上に生じる光切断線の画像の説明図であ
る。
12 is an explanatory diagram of an image of a light cutting line generated on a rail, which is obtained by the rail CCD camera shown in FIG. 7. FIG.

【図13】図7に示す三次元形状計測装置において、国
内で主に使用されている鉄道レールを撮像する場合の撮
像装置の視野を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the field of view of the imaging device in the case of imaging a railway rail that is mainly used in Japan in the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…移動台車 2…光源 3…構造物用CCDカメラ
6…計算機 7…構造物用画像処理装置 11R…右側レ
ール用CCDカメラ 11L…左側レール用CCDカメラ
12…外部同期信号発生器 13…映像信号合成器 14…
画像処理器 15…レール用画像処理装置本体 RR,RL…
レール S…平板状光 T…トンネル
1 ... Movable carriage 2 ... Light source 3 ... CCD camera for structure
6 ... Computer 7 ... Image processing device for structure 11R ... CCD camera for right rail 11L ... CCD camera for left rail
12 ... External sync signal generator 13 ... Video signal synthesizer 14 ...
Image processor 15 ... Image processor for rails RR, RL ...
Rail S ... Flat light T ... Tunnel

フロントページの続き (72)発明者 後藤 有一郎 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 山口 証 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 神 康晴 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 西元 善郎 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Front page continuation (72) Inventor Yuichiro Goto 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Inside Kobe Steel Co., Ltd., Kobe Steel Co., Ltd. (72) Inspector Yamaguchi 1 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture 5-5-5 Kobe Steel Research Institute, Kobe Steel Co., Ltd. (72) Inventor Yasuharu Kami 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Kobe Steel Research Institute, Kobe Steel Co., Ltd. (72) Inventor Yoshimoto Nishimoto 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Kobe Steel Works, Ltd. Kobe Research Institute

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 間隔を隔てて存在する複数の対象物体に
光を投射する光源と、外部同期信号発生器と、この外部
同期信号発生器からの同期信号によって同期走査され、
前記複数の対象物体の光学像を各対象物体毎にそれぞれ
撮像する複数の撮像装置と、この複数の撮像装置からの
各映像信号を、同一フィールド内の所要の区間において
前記外部同期信号発生器からの同期信号に基づいて切り
替えて1フィールド毎に1画像に相当する映像信号に合
成し、合成映像信号として出力とする映像信号合成器
と、この映像信号合成器からの合成映像信号による画像
を前記外部同期信号発生器からの同期信号に基づいて1
フィールド毎に解析処理し、前記複数の対象物体につい
ての所要の計測情報を求める画像処理器とを備えたこと
を特徴とする物体計測用画像処理装置。
1. A light source for projecting light on a plurality of target objects existing at intervals, an external synchronization signal generator, and synchronous scanning by a synchronization signal from the external synchronization signal generator,
A plurality of image pickup devices for picking up the optical images of the plurality of target objects for each target object, and video signals from the plurality of image pickup devices from the external synchronization signal generator in a required section in the same field. The video signal synthesizer for switching and synthesizing the video signal corresponding to one image for each field for output as a synthesized video signal, and the image by the synthesized video signal from the video signal synthesizer 1 based on the sync signal from the external sync signal generator
An image processing device for object measurement, comprising: an image processor that performs analysis processing for each field and obtains required measurement information about the plurality of target objects.
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