JPH0833915B2 - ３次元情報処理方法 - Google Patents
３次元情報処理方法Info
- Publication number
- JPH0833915B2 JPH0833915B2 JP60276084A JP27608485A JPH0833915B2 JP H0833915 B2 JPH0833915 B2 JP H0833915B2 JP 60276084 A JP60276084 A JP 60276084A JP 27608485 A JP27608485 A JP 27608485A JP H0833915 B2 JPH0833915 B2 JP H0833915B2
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- Japan
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- optical
- information processing
- processing method
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は３次元情報処理方法に係り、さらに詳細には
アクティブ方式により物体の形状を測定する３次元情報
処理方法に関する。
アクティブ方式により物体の形状を測定する３次元情報
処理方法に関する。
［従来の技術］ 従来より、画像センサなどを用いて３次元形状に関す
る情報を取得する方法として、光切断法（スリット
法）、ステレオ法などが知られている。
る情報を取得する方法として、光切断法（スリット
法）、ステレオ法などが知られている。
光切断法は、対象物表面にスリット光を投射し、対象
物面上の投射線を投射方向と別の方向から観測し、対象
物の断面形状、距離などの情報を得るものである。この
方法では、撮像側は固定され、スリット投射方向を少し
ずつ換えながら複数枚の画像をスリット１本ごとに撮像
して３次元情報を取得する。
物面上の投射線を投射方向と別の方向から観測し、対象
物の断面形状、距離などの情報を得るものである。この
方法では、撮像側は固定され、スリット投射方向を少し
ずつ換えながら複数枚の画像をスリット１本ごとに撮像
して３次元情報を取得する。
また、出願人が提案した特願昭59−44920号などにお
けるステレオ法は、像倍率の等しい光学系と組み合わさ
れた２次元の撮像素子を所定基線長だけ離して配置し、
異なる方向からみた２次元画像を得、２枚の画情報のず
れから対象物の各位置の高さ（撮像系までの距離）を算
出するものである。
けるステレオ法は、像倍率の等しい光学系と組み合わさ
れた２次元の撮像素子を所定基線長だけ離して配置し、
異なる方向からみた２次元画像を得、２枚の画情報のず
れから対象物の各位置の高さ（撮像系までの距離）を算
出するものである。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、光切断法では、撮像時のスリット投射方向
の制御が面倒で、撮像に時間がかかる問題がある。ま
た、複数枚のスリット画像から３次元情報を得るため、
処理する情報量が多く、最終的な情報取得までに多大な
時間を要する欠点がある。
の制御が面倒で、撮像に時間がかかる問題がある。ま
た、複数枚のスリット画像から３次元情報を得るため、
処理する情報量が多く、最終的な情報取得までに多大な
時間を要する欠点がある。
また、ステレオ法ではスリット走査などの制御が必要
ないが、一般に従来方式はパッシブ方式であるため、対
象物表面が滑らかで、一様な輝度を有している場合には
２つの撮像素子で得られる像のコントラストが低下し、
２枚の画像の比較による距離測定が不可能になる問題が
ある。このような測定が不可能になってしまうケースは
像倍率が大きくなる近距離において出現頻度が多く、し
たがって、対象物の形状、色、サイズ、距離などが限定
されてしまう。
ないが、一般に従来方式はパッシブ方式であるため、対
象物表面が滑らかで、一様な輝度を有している場合には
２つの撮像素子で得られる像のコントラストが低下し、
２枚の画像の比較による距離測定が不可能になる問題が
ある。このような測定が不可能になってしまうケースは
像倍率が大きくなる近距離において出現頻度が多く、し
たがって、対象物の形状、色、サイズ、距離などが限定
されてしまう。
［問題点を解決するための手段］ 以上の目的を解決するために、本発明においては、光
軸を平行に、且つ基線距離隔てて配置された複数の光学
系と、前記光学系の１つを通して光軸に交差する面内で
２次元的に分散する複数のパターン光束を対象物に照射
する手段と、対象物上の前記パターン光束による像を前
記と異なる光学系を通して受像する画像センサとを設
け、この画像センサにより検出された前記対象物上のパ
ターン光束による光像の位置から各光像の距離を測定
し、対象物の３次元情報を取得することを特徴とする。
軸を平行に、且つ基線距離隔てて配置された複数の光学
系と、前記光学系の１つを通して光軸に交差する面内で
２次元的に分散する複数のパターン光束を対象物に照射
する手段と、対象物上の前記パターン光束による像を前
記と異なる光学系を通して受像する画像センサとを設
け、この画像センサにより検出された前記対象物上のパ
ターン光束による光像の位置から各光像の距離を測定
し、対象物の３次元情報を取得することを特徴とする。
［作用］ 以上の構成によれば、平行配置された光学系の基線方
向に沿ったパターン光束の光像位置を画像センサで検出
することにより各光像に対応した対象物の距離を各々測
定でき、これによって対象物の３次元形状に関する情報
を取得することができる。
向に沿ったパターン光束の光像位置を画像センサで検出
することにより各光像に対応した対象物の距離を各々測
定でき、これによって対象物の３次元形状に関する情報
を取得することができる。
［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明の３次元情報処理方式を採用した測定
装置の一実施例を示しており、図において符号１、２は
所定の基線距離だけ離して配置されたレンズで、レンズ
１、２は等しい焦点距離を有し、その光軸は平行に配置
されている。各レンズ１、２の後方にはそれぞれマスク
板３と２次元の電荷結合素子などから成る画像センサ４
が配置され、これらのマスク板３、画像センサ４はレン
ズ１、２の光軸と直角な同一の平面上に配置されてい
る。
装置の一実施例を示しており、図において符号１、２は
所定の基線距離だけ離して配置されたレンズで、レンズ
１、２は等しい焦点距離を有し、その光軸は平行に配置
されている。各レンズ１、２の後方にはそれぞれマスク
板３と２次元の電荷結合素子などから成る画像センサ４
が配置され、これらのマスク板３、画像センサ４はレン
ズ１、２の光軸と直角な同一の平面上に配置されてい
る。
マスク板３の後方には照明用の光源（たとえばハロゲ
ンランプなど）５が配置されており、前記レンズ１はこ
の光源の点灯によりマスク板３のスリットのパターンを
対象物６上に投影する。
ンランプなど）５が配置されており、前記レンズ１はこ
の光源の点灯によりマスク板３のスリットのパターンを
対象物６上に投影する。
第１図において、６、６′は被写体の異なる位置をそ
れぞれ示しており、レンズ１、２の被写界深度はこれら
の２つの位置を充分カバーできる深さを有するものとす
る。
れぞれ示しており、レンズ１、２の被写界深度はこれら
の２つの位置を充分カバーできる深さを有するものとす
る。
第２図はマスク板３の開口パターンの一例を示したも
ので、図示するように、マスク板３には細い長方形状の
スリット状の窓3nが複数個配列されている。図におい
て、窓Cnはその横方向の中心を細線３″で示すように、
水平方向に疎、垂直方向に比較的密な配列パターンとな
っており、結果として斜め方向に延びるスリット列を形
成している。窓Cnの密度、配列は必要な測定精度、使用
する画像センサの縦横の解像力に応じて定めればよいの
で、上記のような構成に限定されるものではなく、種々
のパターンを使用可能である。マスク板３の窓Wnの水平
方向の密度を第２図のように比較的低くしたのは、後述
のように対象物６の距離により光像の位置が水平方向に
移動するため、検出を行なえる距離範囲を大きくとるた
めである。
ので、図示するように、マスク板３には細い長方形状の
スリット状の窓3nが複数個配列されている。図におい
て、窓Cnはその横方向の中心を細線３″で示すように、
水平方向に疎、垂直方向に比較的密な配列パターンとな
っており、結果として斜め方向に延びるスリット列を形
成している。窓Cnの密度、配列は必要な測定精度、使用
する画像センサの縦横の解像力に応じて定めればよいの
で、上記のような構成に限定されるものではなく、種々
のパターンを使用可能である。マスク板３の窓Wnの水平
方向の密度を第２図のように比較的低くしたのは、後述
のように対象物６の距離により光像の位置が水平方向に
移動するため、検出を行なえる距離範囲を大きくとるた
めである。
第１図、第２図の構成において、光源５で照明され、
窓3nのうちW1、W2を通過した光束はレンズ１を通ってそ
れぞれ対象物６上の符号F1、F2に示す位置に光像を結
ぶ。そして光像F1、F2はそれぞれレンズ２を通って画像
センサ４上の位置D1、D2に光像を結ぶ。
窓3nのうちW1、W2を通過した光束はレンズ１を通ってそ
れぞれ対象物６上の符号F1、F2に示す位置に光像を結
ぶ。そして光像F1、F2はそれぞれレンズ２を通って画像
センサ４上の位置D1、D2に光像を結ぶ。
ステレオ法の原理から分るように、光像Dnの位置は反
射点の距離、すなわち対象物６上の構造6nの距離によ
り、レンズ１、２の配置方向に平行な直線上（基線方
向）を移動することになる。したがって、対象物６表面
の測定装置からの距離分布を光像Dnの水平方向の密度の
分布として検出することが可能となる。すなわち、画像
センサ４の出力波形をコンピュータシステムなどを用い
た画像処理装置により観測することにより対象物６表面
の光像位置（光束投射点）までの距離を３角測量の原理
により容易に求めることができる。
射点の距離、すなわち対象物６上の構造6nの距離によ
り、レンズ１、２の配置方向に平行な直線上（基線方
向）を移動することになる。したがって、対象物６表面
の測定装置からの距離分布を光像Dnの水平方向の密度の
分布として検出することが可能となる。すなわち、画像
センサ４の出力波形をコンピュータシステムなどを用い
た画像処理装置により観測することにより対象物６表面
の光像位置（光束投射点）までの距離を３角測量の原理
により容易に求めることができる。
第３図は画像センサ４としてTVカメラ用の２次元CCD
センサを用いた場合の１本の走査線（第２図の細線３″
に対応）の出力波形Ｏを示したものである。ここでは図
の左右方向を画像センサ４の水平方向の距離に対応させ
てある。上記から明らかなように、この走査線と同一直
線上にあるマスク板３上の窓Wnに対応して出力値が極大
値Ｍを示す。１つの窓Wnに対応して出現する出力波形の
極大値の左右位置はその位置が限定されており、他の透
孔窓による極大値出現範囲と分離されているので、窓Wn
とその窓を通過した光束の画像センサ４への入射位置は
容易に対応づけることができる。したがって、従来のス
テレオ法におけるように近距離におけるコントラスト低
下による測定不能などの不都合を生じることなく、確実
に対象物６の３次元情報を取得することができる。ま
た、従来のステレオ方式と異なり、光源を用いて照明を
行なうアクティブ方式を採用しているので、近距離の対
象物の測定では光源の光量が小さくて済む利点がある。
また、画像センサ出力の極大値の大きさから、対象物の
光像位置の傾斜角を推定することも可能である。
センサを用いた場合の１本の走査線（第２図の細線３″
に対応）の出力波形Ｏを示したものである。ここでは図
の左右方向を画像センサ４の水平方向の距離に対応させ
てある。上記から明らかなように、この走査線と同一直
線上にあるマスク板３上の窓Wnに対応して出力値が極大
値Ｍを示す。１つの窓Wnに対応して出現する出力波形の
極大値の左右位置はその位置が限定されており、他の透
孔窓による極大値出現範囲と分離されているので、窓Wn
とその窓を通過した光束の画像センサ４への入射位置は
容易に対応づけることができる。したがって、従来のス
テレオ法におけるように近距離におけるコントラスト低
下による測定不能などの不都合を生じることなく、確実
に対象物６の３次元情報を取得することができる。ま
た、従来のステレオ方式と異なり、光源を用いて照明を
行なうアクティブ方式を採用しているので、近距離の対
象物の測定では光源の光量が小さくて済む利点がある。
また、画像センサ出力の極大値の大きさから、対象物の
光像位置の傾斜角を推定することも可能である。
以上のようにして、対象物６表面の測定系からの距離
を２次元の画像センサ４を介して測定することができ
る。以上の構成によれば、光切断法のように機械的な走
査を行なう必要なく、対象物６全面の３次元情報を１回
の画像読み取りで抽出することができる。
を２次元の画像センサ４を介して測定することができ
る。以上の構成によれば、光切断法のように機械的な走
査を行なう必要なく、対象物６全面の３次元情報を１回
の画像読み取りで抽出することができる。
また、後の画像処理も光像の左右方向の分布のみに関
して行なえばよいので、簡単かつ高速な処理が可能であ
る。さらに、本実施例によれば、画像センサ４上の構造
の画像をそのまま２値化するなどしてCRTディスプレイ
や、ハードコピー装置に出力して視覚的な３次元表現を
行なうことができる。
して行なえばよいので、簡単かつ高速な処理が可能であ
る。さらに、本実施例によれば、画像センサ４上の構造
の画像をそのまま２値化するなどしてCRTディスプレイ
や、ハードコピー装置に出力して視覚的な３次元表現を
行なうことができる。
本実施例による３次元情報処理方式は、いわば多数の
触針を物体に押し付けて触針の基準面からの突出量の変
化により物体形状を知覚する方法を光学的に非接触で行
なうものであり、高速かつ正確な処理が可能なため、実
時間処理が必要とされるロボットなどの視覚センサとし
て用いることが可能である。特に比較的近距離に配置さ
れた対象物の形状、姿勢などを知覚し、対象物の把握、
回避などの動作を行なわせる場合に有効である。
触針を物体に押し付けて触針の基準面からの突出量の変
化により物体形状を知覚する方法を光学的に非接触で行
なうものであり、高速かつ正確な処理が可能なため、実
時間処理が必要とされるロボットなどの視覚センサとし
て用いることが可能である。特に比較的近距離に配置さ
れた対象物の形状、姿勢などを知覚し、対象物の把握、
回避などの動作を行なわせる場合に有効である。
以上では対象物６に対する光束投射パターンを光源お
よびマスク板３により形成したが、マスク板３の平面位
置に発光ダイオードなどの点光源を複数配置することに
よっても同様の効果を得ることが可能である。
よびマスク板３により形成したが、マスク板３の平面位
置に発光ダイオードなどの点光源を複数配置することに
よっても同様の効果を得ることが可能である。
また、以上の説明では、簡略化のために、装置の主要
部のみを図示し、光源背面の反射鏡、光源光の週光光学
系、遮閉のための筐体の図示を省略したが、これらの部
材は必要に応じて当業者において従来どおり適当なもの
を設ければよい。また光学系は単レンズのみを図示した
が、複数エレメントから成る光学系、ミラーなどを含む
光学系を用いることもできる。
部のみを図示し、光源背面の反射鏡、光源光の週光光学
系、遮閉のための筐体の図示を省略したが、これらの部
材は必要に応じて当業者において従来どおり適当なもの
を設ければよい。また光学系は単レンズのみを図示した
が、複数エレメントから成る光学系、ミラーなどを含む
光学系を用いることもできる。
第４図は、第１図、第２図の構成の変形例を示したも
のである。上記の構成では、正確な測定のために対象物
がレンズ１、２の被写界深度内の測定範囲内に位置して
いる必要があるが、第４図の構成は３次元情報の取得に
先だって、対象物を測定範囲内に位置させる制御をも可
能にするためのものである。
のである。上記の構成では、正確な測定のために対象物
がレンズ１、２の被写界深度内の測定範囲内に位置して
いる必要があるが、第４図の構成は３次元情報の取得に
先だって、対象物を測定範囲内に位置させる制御をも可
能にするためのものである。
第４図において、符号７は半導体レーザ素子で、第２
の光源としてマスク板３の背面近傍に設けてある。半導
体レーザ素子７のレーザ光はレンズ８によってレンズ１
の焦点面上に結像するように集光され、反射鏡９によっ
て反射され、マスク板３の窓3nのひとつを透過して対象
物６上に投射される。その他の構成は前記と同じであ
る。
の光源としてマスク板３の背面近傍に設けてある。半導
体レーザ素子７のレーザ光はレンズ８によってレンズ１
の焦点面上に結像するように集光され、反射鏡９によっ
て反射され、マスク板３の窓3nのひとつを透過して対象
物６上に投射される。その他の構成は前記と同じであ
る。
対象物６が測定範囲外にある場合には光学系の合焦位
置から外れるため、光源５による投射光束の像のぼけは
大きくなるが、レーザ光束は光学系８とレンズ１によっ
て平行光束として投射されるのでぼけは小さく、投射エ
ネルギー密度が高いので、画像センサ４の出力波形Ｏは
第５図に示すように対象物６上の物点像に対応した極大
値MLが高くなり、他の光像の出力と識別することが可能
になる。したがって、レーザ光束の照射される物体上の
点までの距離を求め、対象物を測定範囲内に位置づける
情報とし得る。前記と同様に、対象物６の距離はレーザ
光の画像センサ４上の水平方向の位置として測定するこ
とができ、測定された距離に応じて測定系、あるいは対
象物６を移動することにより対象物６を測定範囲内に位
置づけることが可能となる。
置から外れるため、光源５による投射光束の像のぼけは
大きくなるが、レーザ光束は光学系８とレンズ１によっ
て平行光束として投射されるのでぼけは小さく、投射エ
ネルギー密度が高いので、画像センサ４の出力波形Ｏは
第５図に示すように対象物６上の物点像に対応した極大
値MLが高くなり、他の光像の出力と識別することが可能
になる。したがって、レーザ光束の照射される物体上の
点までの距離を求め、対象物を測定範囲内に位置づける
情報とし得る。前記と同様に、対象物６の距離はレーザ
光の画像センサ４上の水平方向の位置として測定するこ
とができ、測定された距離に応じて測定系、あるいは対
象物６を移動することにより対象物６を測定範囲内に位
置づけることが可能となる。
上記の各実施例では、２つの同一焦点距離の光学系を
用いる構成を示したが、必要に応じて異なる焦点距離の
光学系を３系統以上を用いることも考えられる。ただ
し、諸収差のそろった同一焦点距離の同一の光学系を用
いるのが最も簡単である。
用いる構成を示したが、必要に応じて異なる焦点距離の
光学系を３系統以上を用いることも考えられる。ただ
し、諸収差のそろった同一焦点距離の同一の光学系を用
いるのが最も簡単である。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光
軸を平行に、且つ基線距離隔てて配置された複数の光学
系と、前記光学系の１つを通して光軸に交差する面内で
２次元的に分散する複数のパターン光束を対象物に照射
する手段と、対象物上の前記パターン光束による像を前
記と異なる光学系を通して受像する画像センサとを設
け、この画像センサにより検出された前記対象物上のパ
ターン光束による光像の位置から各光像の距離を測定
し、対象物の３次元情報を取得する構成を採用している
ため、簡単な構造により、高速、かつ信頼性の高い３次
元情報の処理が可能な優れた３次元情報処理方法を提供
することができる。
軸を平行に、且つ基線距離隔てて配置された複数の光学
系と、前記光学系の１つを通して光軸に交差する面内で
２次元的に分散する複数のパターン光束を対象物に照射
する手段と、対象物上の前記パターン光束による像を前
記と異なる光学系を通して受像する画像センサとを設
け、この画像センサにより検出された前記対象物上のパ
ターン光束による光像の位置から各光像の距離を測定
し、対象物の３次元情報を取得する構成を採用している
ため、簡単な構造により、高速、かつ信頼性の高い３次
元情報の処理が可能な優れた３次元情報処理方法を提供
することができる。
第１図は本発明の３次元情報処理方法による測定装置の
一実施例を示した説明図、第２図は第１図のマスク板の
構成を示した説明図、第３図は第１図の構成における動
作を説明した波形図、第４図は第１図の構成の変形例を
示した説明図、第５図は第４図の構成における動作を示
した波形図である。 １、２、８…レンズ、３…マスク板 ４…画像センサ、５…光源 ６…対象物、７…半導体レーザ素子
一実施例を示した説明図、第２図は第１図のマスク板の
構成を示した説明図、第３図は第１図の構成における動
作を説明した波形図、第４図は第１図の構成の変形例を
示した説明図、第５図は第４図の構成における動作を示
した波形図である。 １、２、８…レンズ、３…マスク板 ４…画像センサ、５…光源 ６…対象物、７…半導体レーザ素子
Claims (6)
- 【請求項１】光軸を平行に、且つ基線距離隔てて配置さ
れた複数の光学系と、前記光学系の１つを通して光軸に
交差する面内で２次元的に分散する複数のパターン光束
を対象物に照射する手段と、対象物上の前記パターン光
束による像を前記と異なる光学系を通して受像する画像
センサとを設け、この画像センサにより検出された前記
対象物上のパターン光束による光像の位置から各光像の
距離を測定し、対象物の３次元情報を取得することを特
徴とする３次元情報処理方法。 - 【請求項２】前記複数の光学系の焦点距離が等しいこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の３次元情報
処理方法。 - 【請求項３】前記照射手段が前記光学系の焦点面に配置
された複数の２次元的に分散する開口部からなるマスク
パターンを有するマスク板及びこのマスク板後方に配置
された光源から構成され、前記照射側と異なる光学系の
焦点面に配置された画像センサと同一の平面内に配置さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
に記載の３次元情報処理方法。 - 【請求項４】前記光学系の光軸が前記マスク板と画像セ
ンサの配置面に直交して配置されることを特徴とする特
許請求の範囲第３項に記載の３次元情報処理方法。 - 【請求項５】前記照射手段が１つの光学系の焦点面に配
列された複数の点光源から構成されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の３次元情報処理方法。 - 【請求項６】前記パターン光束のうち少なくとも１つが
レーザ光束であり、このレーザ光束の対象物上の光像の
位置を前記画像センサで検出することにより対象物の距
離を測定し、この測定値に基づき対象物を測定範囲内に
位置づけることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
５項までのいずれか１項に記載の３次元情報処理方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60276084A JPH0833915B2 (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | ３次元情報処理方法 |
| DE19863642051 DE3642051A1 (de) | 1985-12-10 | 1986-12-09 | Verfahren zur dreidimensionalen informationsverarbeitung und vorrichtung zum erhalten einer dreidimensionalen information ueber ein objekt |
| FR868617220A FR2591329B1 (fr) | 1985-12-10 | 1986-12-09 | Appareil et procede de traitement d'informations tridimensionnelles |
| US07/289,456 US4867570A (en) | 1985-12-10 | 1988-12-22 | Three-dimensional information processing method and apparatus for obtaining three-dimensional information of object by projecting a plurality of pattern beams onto object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60276084A JPH0833915B2 (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | ３次元情報処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62135980A JPS62135980A (ja) | 1987-06-18 |
| JPH0833915B2 true JPH0833915B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=17564579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60276084A Expired - Fee Related JPH0833915B2 (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | ３次元情報処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0833915B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0749935B2 (ja) * | 1987-07-01 | 1995-05-31 | キヤノン株式会社 | 物体認識装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246984B2 (ja) * | 1984-03-09 | 1990-10-18 | Canon Kk | Butsutaijohoshorisochi |
-
1985
- 1985-12-10 JP JP60276084A patent/JPH0833915B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62135980A (ja) | 1987-06-18 |
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