JPH08189818A - 形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、点灯前後の画像の取り込み
レベルの差に起因して外光の影響排除が正しく行われな
くなる事を防止し、測定機の置かれる環境の明るさに影
響されない、正確な計測値が得られる形状計測装置を提
供すること。 【構成】 光源を点灯しない状態で被測定物の第１の画
像を取り込み、光源を点灯した状態で被測定物の第２の
画像を取り込む画像取込手段と、画像取り込み手段で取
り込まれた両画像における被測定物以外の部分の受光量
を計測する計測手段と、計測手段で計測された受光量に
基づき、両画像における被測定物以外の部分の出力レベ
ルが同一の出力レベルになるように制御する制御手段
と、制御手段による制御の後、第２の画像から第１の画
像を減算する事により、被測定物以外の画像情報を除去
する除去手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、背景の影響を除去する
ように構成された形状計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の背景除去の技術として、発光素子
と受光素子との組み合わせにおいて、発光素子の点灯時
の受光素子の受光量から、発光素子の消灯時の受光素子
の受光量を減算することにより、点灯時の受光量に含ま
れる外光の影響を除くものが特公平５−８１２５２号に
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の背景除去方法では、発光素子の点灯時の受光量デー
タから、発光素子の消灯時の受光量データを減算すると
いう単純な減算だけで背景の除去を行っているため、背
景の除去がうまく行えない場合がある。例えば、画像処
理でその手法を応用した時、背景部分の受光量が、減算
しようとする画像と、減算される側の画像とで一致して
いないと、背景が除去しきれなくなり、測定誤差につな
がるおそれがある。

【０００４】特に最近の撮像装置では、周辺の環境の明
るさの変化に対応するために、自動的にアイリス調整す
るレンズや、受光素子の方で自動的に感度を変えて適正
な露光量に調整する機構がついているものがほとんどで
あり、そのために光源の点灯前と後では、背景画像の明
るさが変わってしまい、単純に減算するだけでは、望ま
しい背景除去ができない。

【０００５】上記従来技術では、使用する撮像装置につ
いては記述されておらず、この点については全く考慮さ
れていないという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、光源の点灯の前後の画像
を取り込み、減算処理により外光の影響を除くようにし
た形状計測装置において、点灯前後の画像の取り込みレ
ベル（レンズの絞りや受光素子の感度）の差に起因して
外光の影響排除が正しく行われなくなる事を防止し、測
定機の置かれる環境の明るさに影響されない、正確な計
測値が得られる形状計測装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の形状計測装置は、被測定物に光を照射する
光源と、光源からの光により写しだされた被測定物を撮
像する撮像装置と、撮像装置により、光源を点灯しない
状態で被測定物の第１の画像を取り込み、光源を点灯し
た状態で被測定物の第２の画像を取り込む画像取込手段
と、画像取り込み手段で取り込まれた第１及び第２の画
像における被測定物以外の部分の受光量を計測する計測
手段と、計測手段で計測された受光量に基づき、第１の
画像における被測定物以外の部分の出力レベルと、第２
の画像における被測定物以外の部分の出力レベルとが、
同一の出力レベルになるように、第１及び第２画像のう
ち少なくとも一方の画像の出力レベルを制御する制御手
段と、制御手段による制御の後、第２の画像から第１の
画像を減算する事により、被測定物以外の画像情報を除
去する除去手段と、を有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の構成によると、光源の点灯前と光源の
点灯後の画像を取り込んだ後、両画像の背景部分の受光
量を読取り、光源の点灯前と光源の点灯後の画像での背
景部分の出力レベルが同じになるように制御してから、
減算を行う。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例では、形状計測装置として足形計測機を
例に挙げて説明する。図１は、足形計測機１の正面図、
図２は足形計測機１のブロック図である。３は被測定者
の足を載せるための窓部で、大人が乗っても十分耐えら
れるように強化透明硝子等でできている。この窓部３が
測定基準面となる。

【００１０】４は赤外光を出す光源であり、これを点灯
させることで窓部３に置かれた足の裏部分を浮かび上が
らせる。光源４のうち、装置外に設けられているものは
被測定物の輪郭をはっきりと写しだすためのものであ
り、装置内に設けられているものは被測定物全体を写し
だすために補助的に設けられているものである。

【００１１】７は撮像装置で演算装置６に接続されてお
り、撮像装置７が撮像した被測定物の画像データは演算
装置６に送られるようになっている。撮像装置７として
は、測定機が置かれた環境の明るさの変化に対応できる
ように、電気的に受光素子の感度を調節する機構を持っ
たものを使用する。これは、自動的に入射光量を調節
（アイリス調整）するレンズ機構を持ったものでもよ
い。本実施例では、自動的にＣＣＤの感度調整が行われ
るＣＣＤカメラを用いている。

【００１２】２は窓部３の上部に設けられたフィルター
で、８は撮像装置７の上部に設けられたフィルターであ
る。これらのフィルター２、８は、可視光をカットする
フィルターであり、背景の写りこみを減少させるために
設けられている。

【００１３】９は光源４の点灯を制御する照明制御部
で、演算装置６に接続されている。また、演算装置６に
は測定結果をプリントアウトするためのプリンタ５も接
続されている。

【００１４】１０はミラーであり、このミラー１０を設
けることで計測機の高さを低くしても十分な光路長を稼
ぐことができるようにしている。

【００１５】図３は足形計測機１の外観図である。１１
はスタートボタンであり、このスタートボタン１１を押
すことで足形の撮像が行われる。１２は電源スイッチで
あり、このスイッチをＯＮにすることで足形計測機１に
電気が供給される。プリンタ５により測定結果がプリン
トされた用紙は図のように排出部から排出される。

【００１６】尚、足形計測機１の外枠は、外光が装置内
に入射するのを防止するため遮光部材でできている。

【００１７】次に撮像の動作について説明する。まず最
初に、電源スイッチ１２をＯＮにする。被測定者は窓部
３に足を載せる。次に、スタートボタン１１を押す。ス
タートボタン１１は被測定者本人が押せるよう、手元ス
イッチやリモコン式にしてもよい。スタートボタン１１
が押されると、自動的に光源４の点灯前の画像（背景除
去に使用する）と、光源４の点灯後の画像（足の裏部分
がくっきりと浮かび上がって写る）が、演算装置６に取
り込まれる。２つの画像の取込が行われた後は窓部３か
ら足をはずしてもよい。

【００１８】尚、光源４からの光が被測定物（足の裏）
を照射して撮像装置７に入射するまでの光路図を図１に
点線で示してある。

【００１９】演算装置６に取り込まれた画像は、画像処
理され、所定の２地点間の距離が計測できる（詳しくは
後述する）。通常、足形の計測で測定されるのは、図４
で示したように足長１３、足幅１４、踵幅１５、の３項
目である。もちろん、これら以外の項目の測定を行って
も良い。項目の増加、減少は演算装置６のプログラムを
変更するだけで簡単に対応することができる。

【００２０】測定結果のデータは計測機に内蔵されてい
る小型プリンタ５へ送られ、測定結果がプリントアウト
される。

【００２１】演算装置６に記憶装置（ハードディスク
等）が装備されていれば、測定結果のデータを保存で
き、そのデータを統計的に処理して、各種の管理に利用
することもできる。例えば、足形のデータを靴の製造へ
フィードバックしたり、靴の小売り店で顧客管理に利用
したりする事ができる。また、演算装置６の接続コネク
タ部分を計測機外部へ出しておき、必要な時のみキーボ
ード、モニター等の演算装置周辺装置を接続して、デー
タ管理を実行する事もできる。またその様にしておけ
ば、計測機の保守にも使える。

【００２２】次に、演算装置６での計測計算について説
明する。計測計算は、図５のフロー図に示すように、ス
テップ４１で光源４点灯前と光源４点灯後の画像を取込
み、ステップ４２で計測の妨げとなる背景を除去し（詳
しくは後述する）、ステップ４３で画像処理の２値化・
ラベリングという手法を用いて被測定物の認識を行い、
ステップ４４でレンズ歪み等の原因による被測定物の画
像のずれ補正を行い、ステップ４５で距離計算を行うと
いう順序で行われる。測定結果は、ステップ４６で内蔵
されている小型プリンタ５へ送られ、プリントアウトさ
れる。

【００２３】以下、背景の除去方法（図５のステップ４
２）を詳しく説明する。図６は光源４点灯前の取込画
像、図７は光源４点灯後の取込画像である。撮像装置７
のＣＣＤ感度調整が自動的に行われた場合、各々の取込
画像の背景の受光量（１７と２０）は、異なっている。
また、各々の取込画像には、撮影部屋の天井に設けられ
ている室内照明用の蛍光灯（１６と１９）が写ってい
る。この蛍光灯１６、１９のような背景を除去するため
に、光源４点灯後の取込画像から光源４点灯前の取込画
像を減算するのが以下の方法である。

【００２４】まず画像処理における画像の減算・加算方
法について説明する。画像処理では、画像の表現方法と
して、１画素あたりメモリの８ビットをあてて、２５６
階調を表現する事が多い（８ビットで、０から２５５の
整数値を２進数で表現できるため）。しかし、このよう
な表現方法を用いて、２つの画像の減算・加算を行う
と、計算結果が２５６を越える場合がある。計算結果が
２５６を越えると８ビットでは表現できなくなり、これ
をオーバーフローという。逆に、計算結果がマイナスに
なった場合、同様に表現できなくなり、これをアンダー
フローという。

【００２５】画像処理で、画像の減算・加算を行う場
合、オーバーフロー・アンダーフローを考慮せず、その
まま２つの画像の減算をしたのでは、画像メモリに正し
くない値が入り、それを画像としてみると背景部分の出
力が残ってしまったり、被測定物の画像部分まで、暗く
なったりして、所望の計算を行わせることができない。

【００２６】以下、この画像処理の減算・加算方法を使
った実際の背景除去について説明する。図７の破線を引
いた部分の受光量分布である図９（光源４点灯後）か
ら、図６の破線を引いた部分の受光量分布である図８
（光源４点灯前）を単純に減算すると、図１０に示す出
力レベル分布が得られる（オーバーフロー・アンダーフ
ローは考慮していない）が、図１０の出力レベル分布で
は、背景部分の受光量が異なっていることや、オーバー
フロー・アンダーフローの影響で、所望の測定結果が得
られない。

【００２７】そこで、計算手順として、図１３のフロー
チャートに示す手順で行うようにする。まず、ステップ
１２１で２つの画像の背景部分のレベル合せをするた
め、被測定物が置かれていない部分（背景部分）の数点
で受光量を調べる。ここでは、図６（光源４点灯前）の
Ｘ１からＸ６までの６点の受光量と、図７（光源４点灯
後）のＹ１からＹ６までの６点の受光量を測定する。

【００２８】次に、ステップ１２２で１〜６の各点で両
画像の受光量の差を求め、受光量の差の平均を求める。
それを式で表すと次のようになる。

【００２９】

【数１】

【００３０】ＡＶＥ ： 背景レベルの差の平均値 Ｙk ： 光源点灯後の画像の背景の受光量 Ｘk ： 光源点灯前の画像の背景の受光量 ｎ ： 測定点数 その後ステップ１２３で、図６（光源４点灯前）の画像
のレベル合わせをするため、図６（光源４点灯前）か
ら、ステップ１２２で計算した平均値（ＡＶＥ）を引
く。この時、アンダーフローする部分は０に、オーバー
フローする部分は２５５に固定しておくようにする。図
１１に、レベル合せ後の出力レベル分布図を示す。

【００３１】また、出力レベル合わせの方法は、図７
（光源４点灯後）の画像に平均値（ＡＶＥ）を足しても
よい。あるいは、平均値の半分（ＡＶＥ／２）を図６
（光源４点灯前）の画像から引き、平均値の半分（ＡＶ
Ｅ／２）を図７（光源４点灯後）の画像へ足してもよ
い。いずれの場合も、アンダーフローする部分は０に、
オーバーフローする部分は２５５に固定しておく。

【００３２】最後にステップ１２４で、図７（光源４点
灯後の画像）から、図１１（レベル合せ後の光源４点灯
前の画像）を減算する。尚、この減算時には特にオーバ
ーフロー・アンダーフローの影響を考慮する必要はな
い。

【００３３】この結果、最終画像の出力レベル分布図
（図１２）に示されるように、被測定物が特に強く浮か
び上がった画像を得ることができる。

【００３４】次に、本発明の被測定物の認識方法（図５
のステップ４３）を、詳しく説明する。ステップ４２で
得られた被測定物が特に強く浮かび上がった画像を、２
値化する。２値化の際の閾値の設定方法は、僅かである
が残っている室内照明（蛍光灯）の出力レベルが、閾値
より低くなるように設定しておけばよい。図１２に示す
ように、被測定物の出力レベル２２と、室内照明灯部分
２３の出力レベルには、大きな差があり、その閾値設定
は容易である。

【００３５】２値化された画像を今度は、ラベリングと
いう作業を行って、左右の足の認識を行う。ラベリング
とは、２値画像において孤立している島状の画像に順番
に番号をつけていく作業である。ここで、左右の足の部
分は、それぞれ孤立しているので、別の番号がつけられ
ることになり、各々の足の認識ができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、被測定
物の認識の妨害となる外光（蛍光灯などの室内照明）の
影響を正確に除去できるため、安定して正確な計測値を
出す事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における計測機を示す正面図

【図２】本発明の実施例における計測機の構成を示すブ
ロック図

【図３】本発明の実施例における計測機の外観を示す斜
視図

【図４】測定項目ごとの測定点を記した足の平面図

【図５】画像処理のフローチャート

【図６】光源点灯前の取込画像の説明図

【図７】光源点灯後の取込画像の説明図

【図８】図６の破線断面における受光量の分布を示す説
明図

【図９】図７の破線断面における受光量の分布を示す説
明図

【図１０】図９から図８を減算した場合の出力レベルの
分布を示す説明図

【図１１】図６で出力レベル合せをした後の出力レベル
の分布を示す説明図

【図１２】図９から図１１を減算した場合の出力レベル
の分布を示す説明図

【図１３】背景除去のフローチャート

【符号の説明】

１：形状計測装置 ４：光源 ７：撮像装置 ４１：画像取込手段 １２１：計測手段 １２３：制御手段 １２４：除去手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に光を照射する光源と、 光源からの光により写しだされた被測定物を撮像する撮
   像装置と、 撮像装置により、光源を点灯しない状態で被測定物の第
   １の画像を取り込み、光源を点灯した状態で被測定物の
   第２の画像を取り込む画像取込手段と、 画像取り込み手段で取り込まれた第１及び第２の画像に
   おける被測定物以外の部分の受光量を計測する計測手段
   と、 計測手段で計測された受光量に基づき、第１の画像にお
   ける被測定物以外の部分の出力レベルと、第２の画像に
   おける被測定物以外の部分の出力レベルとが、同一の出
   力レベルになるように、第１及び第２画像のうち少なく
   とも一方の画像の出力レベルを制御する制御手段と、 制御手段による制御の後、第２の画像から第１の画像を
   減算する事により、被測定物以外の画像情報を除去する
   除去手段と、 を有することを特徴とする形状計測装置。