JPH09280837A - 形状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法 - Google Patents
形状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法Info
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- JPH09280837A JPH09280837A JP8096652A JP9665296A JPH09280837A JP H09280837 A JPH09280837 A JP H09280837A JP 8096652 A JP8096652 A JP 8096652A JP 9665296 A JP9665296 A JP 9665296A JP H09280837 A JPH09280837 A JP H09280837A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 縞パターンの二値化を走査線の微小範囲ごと
に行うことにより、ほぼリアルタイムで光源の明るさム
ラや被測定物の反射率変化による縞の明るさの変化が二
値化画像に及ぼす影響を除去すること。 【解決手段】 被測定物に投影された、明るさにムラの
ある縞パターンの二値化処理を行う時に、一走査線の中
を最低一本以上の明るい縞を含む範囲に分割して、それ
ぞれの範囲ごとに二値化閾値を設定し、被測定物に投影
された縞パターン画像を二値化する。
に行うことにより、ほぼリアルタイムで光源の明るさム
ラや被測定物の反射率変化による縞の明るさの変化が二
値化画像に及ぼす影響を除去すること。 【解決手段】 被測定物に投影された、明るさにムラの
ある縞パターンの二値化処理を行う時に、一走査線の中
を最低一本以上の明るい縞を含む範囲に分割して、それ
ぞれの範囲ごとに二値化閾値を設定し、被測定物に投影
された縞パターン画像を二値化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状計測などで、
被測定物の表面形状により歪んだ縞の位置を求める際に
行う二値化方法である。
被測定物の表面形状により歪んだ縞の位置を求める際に
行う二値化方法である。
【０００２】
【従来の技術】複数のスリット光を投影して、被測定物
の形状を３次元的に測定するには、スリット光の位置を
正確に検出する必要がある。しかしながら、計測画面全
域に渡りスリット光の明るさを均一にすることは非常に
困難であるため、計測画面の周辺部ではスリット光が中
心部に比べ暗くなってしまう。また、被測定物が曲面で
あったり、異なった方向を向いた面を含んでいたりする
と反射率が変化してしまうため、撮影される明るさが被
測定物の場所により違いが出る。そのため、一定の閾値
で二値化処理をすると、スリット光の幅が変化してしま
う。
の形状を３次元的に測定するには、スリット光の位置を
正確に検出する必要がある。しかしながら、計測画面全
域に渡りスリット光の明るさを均一にすることは非常に
困難であるため、計測画面の周辺部ではスリット光が中
心部に比べ暗くなってしまう。また、被測定物が曲面で
あったり、異なった方向を向いた面を含んでいたりする
と反射率が変化してしまうため、撮影される明るさが被
測定物の場所により違いが出る。そのため、一定の閾値
で二値化処理をすると、スリット光の幅が変化してしま
う。
【０００３】従来、撮影画像の明るさのむらを軽減して
二値化する方法としては、暗くなる箇所の増幅率を上げ
て一様な明るさにするというものが提案されている（特
開昭６１−２１３６１３号公報）。この発明は、自発光
する熱間圧延材料の幅検出を正確に行うことを目的とし
て考案されたものである。熱間圧延材料の中心部と周辺
部の温度の違いにより自発光強度が周辺部で暗くなる現
象を、周辺部に行くに従い増幅率が大きくなるような非
線型増幅器に画像信号を通すことにより、一様な明るさ
にした後二値化することを特徴としている。しかし、こ
の方法は、自発光をしている材料や、姿勢、形状が大き
く変化しない材料については有効であるが、それ以外の
材料では、増幅率のプロファイルを変化させなければな
らず、被測定物に対する自由度が乏しい。
二値化する方法としては、暗くなる箇所の増幅率を上げ
て一様な明るさにするというものが提案されている（特
開昭６１−２１３６１３号公報）。この発明は、自発光
する熱間圧延材料の幅検出を正確に行うことを目的とし
て考案されたものである。熱間圧延材料の中心部と周辺
部の温度の違いにより自発光強度が周辺部で暗くなる現
象を、周辺部に行くに従い増幅率が大きくなるような非
線型増幅器に画像信号を通すことにより、一様な明るさ
にした後二値化することを特徴としている。しかし、こ
の方法は、自発光をしている材料や、姿勢、形状が大き
く変化しない材料については有効であるが、それ以外の
材料では、増幅率のプロファイルを変化させなければな
らず、被測定物に対する自由度が乏しい。
【０００４】また、疵検出装置などでは、疵と汚れ等を
分離するために、画面上の濃淡のある領域を含む微小面
積に区切り、濃淡の特微量を抽出したのち二値化閾値を
決定し、疵とそれ以外を分離している（特開平６−２８
１５９５号公報）。この発明は、画面の光量むらを低減
するためのものではないが、この方法を利用して、画面
内を全て微小面積に分割して、微小面積ごとに二値化閾
値を設定することで、画面の光量むらを低減できること
は容易に想像が出来る。しかし、撮影画面を微小面積に
分割して二値化閾値を設定するとなると、一度画面全体
の輝度データをメモリーに記憶した後、微小面積ごとの
輝度データを読み出して二値化閾値を設定する事にな
り、全ての微小領域での二値化閾値を設定するのに時間
がかかってしまい、例えばリアルタイム計測などには適
用困難である。
分離するために、画面上の濃淡のある領域を含む微小面
積に区切り、濃淡の特微量を抽出したのち二値化閾値を
決定し、疵とそれ以外を分離している（特開平６−２８
１５９５号公報）。この発明は、画面の光量むらを低減
するためのものではないが、この方法を利用して、画面
内を全て微小面積に分割して、微小面積ごとに二値化閾
値を設定することで、画面の光量むらを低減できること
は容易に想像が出来る。しかし、撮影画面を微小面積に
分割して二値化閾値を設定するとなると、一度画面全体
の輝度データをメモリーに記憶した後、微小面積ごとの
輝度データを読み出して二値化閾値を設定する事にな
り、全ての微小領域での二値化閾値を設定するのに時間
がかかってしまい、例えばリアルタイム計測などには適
用困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の方法により二値化の際に画面の明るさのむらの影響を
除去するためには、測定対象を限定したり、処理に時間
がかかるなど問題があった。
の方法により二値化の際に画面の明るさのむらの影響を
除去するためには、測定対象を限定したり、処理に時間
がかかるなど問題があった。
【０００６】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解決するためになされたもので、測定対象に大きな制
限がなく、短時間で処理を終えることができる縞パター
ン投影画像の二値化方法を提供することにある。
を解決するためになされたもので、測定対象に大きな制
限がなく、短時間で処理を終えることができる縞パター
ン投影画像の二値化方法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
の請求項１記載の発明は、複数のスリット光の歪み方か
ら被測定物の形状を計測する方法において、前記複数の
スリット光により形成された明暗の縞パターンを撮像装
置で撮影し、前記撮像装置から出力された縞画像データ
を二値化する際に、各走査線ごとに明暗の縞がそれぞれ
最低一本以上含まれる範囲に分割し、前記範囲内の最大
及び最小輝度値から二値化閾値を決定し、前記二値化閾
値を用いて前記範囲内の縞画像に対して二値化処理を行
うことで、初期画像の光量むらの影響を除去することを
特徴とするものである。請求項２記載の発明にかかる形
状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法は、前
記範囲の境界が、明縞内に存在する場合、同一明縞内で
の閾値レベルの変化を防止するために、前記明縞につい
ては分割した範囲のどちらか一方の閾値レベルを用いる
ことを特徴とするものである。
の請求項１記載の発明は、複数のスリット光の歪み方か
ら被測定物の形状を計測する方法において、前記複数の
スリット光により形成された明暗の縞パターンを撮像装
置で撮影し、前記撮像装置から出力された縞画像データ
を二値化する際に、各走査線ごとに明暗の縞がそれぞれ
最低一本以上含まれる範囲に分割し、前記範囲内の最大
及び最小輝度値から二値化閾値を決定し、前記二値化閾
値を用いて前記範囲内の縞画像に対して二値化処理を行
うことで、初期画像の光量むらの影響を除去することを
特徴とするものである。請求項２記載の発明にかかる形
状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法は、前
記範囲の境界が、明縞内に存在する場合、同一明縞内で
の閾値レベルの変化を防止するために、前記明縞につい
ては分割した範囲のどちらか一方の閾値レベルを用いる
ことを特徴とするものである。
【０００８】次に図面を参照して本発明の二値化方法を
説明する。図１は、縞パターン発生源１１から出射した
光を平面１２に投影して出来た幅の等しい明暗の縞パタ
ーンを示している。光の明るさは、光源からの距離の二
乗に比例して低下するため、一つの光源から発した光を
平面に近似できる面に投影すると、通常中心部が周辺部
より明るくなる。そのため、図中のＡ−Ａ′のライン上
の光の強度分布は図２（ａ）のようになる。図２（ａ）
に示すような強度分布を持った縞パターンを、図中のＴ
Ｈで示す強度を閾値として二値化処理を行うと、図２
（ｂ）のようになり、中心から外側に行くにしたがい明
縞の幅が細くなり、ＴＨ以下の輝度値では全ての縞が消
えてしまう。縞の位置を検出して形状を測定する場合、
縞の幅が変わると縞位置の誤検出の可能性が増大し、ま
してや縞が消えてしまうと、形状の測定が不可能となる
ため大きな問題となってくる。
説明する。図１は、縞パターン発生源１１から出射した
光を平面１２に投影して出来た幅の等しい明暗の縞パタ
ーンを示している。光の明るさは、光源からの距離の二
乗に比例して低下するため、一つの光源から発した光を
平面に近似できる面に投影すると、通常中心部が周辺部
より明るくなる。そのため、図中のＡ−Ａ′のライン上
の光の強度分布は図２（ａ）のようになる。図２（ａ）
に示すような強度分布を持った縞パターンを、図中のＴ
Ｈで示す強度を閾値として二値化処理を行うと、図２
（ｂ）のようになり、中心から外側に行くにしたがい明
縞の幅が細くなり、ＴＨ以下の輝度値では全ての縞が消
えてしまう。縞の位置を検出して形状を測定する場合、
縞の幅が変わると縞位置の誤検出の可能性が増大し、ま
してや縞が消えてしまうと、形状の測定が不可能となる
ため大きな問題となってくる。
【０００９】そこで、図３（ａ）に示すように走査線ご
とに幾つかの範囲に分割して二値化閾値を設定してやれ
ば、明るさのむらによる縞の幅の変化の影響を図３
（ｂ）に示すように大幅に軽減することができる。
とに幾つかの範囲に分割して二値化閾値を設定してやれ
ば、明るさのむらによる縞の幅の変化の影響を図３
（ｂ）に示すように大幅に軽減することができる。
【００１０】また、図４は角度の異なる２つの平面Ｐ1
、Ｐ2 により構成された物体１３に投影した明暗の縞
パターンを示している。スリット光がθ1 の方向から投
影された場合、θ2 の方向で観測すると、図中Ｂ−Ｂ′
のライン上の光の強度は図５（ａ）のようになる。この
時、Ｐ2 ではＰ1 よりも大きな入射角でスリット光が投
影されるため、縞の幅は太くなる。図５（ａ）に示すよ
うな強度分布を持った縞パターンを、図中のＴＨで示す
強度を閾値として二値化処理を行うと、図５（ｂ）のよ
うになり、Ｐ２での縞の幅が投影された幅よりも細くな
る。
、Ｐ2 により構成された物体１３に投影した明暗の縞
パターンを示している。スリット光がθ1 の方向から投
影された場合、θ2 の方向で観測すると、図中Ｂ−Ｂ′
のライン上の光の強度は図５（ａ）のようになる。この
時、Ｐ2 ではＰ1 よりも大きな入射角でスリット光が投
影されるため、縞の幅は太くなる。図５（ａ）に示すよ
うな強度分布を持った縞パターンを、図中のＴＨで示す
強度を閾値として二値化処理を行うと、図５（ｂ）のよ
うになり、Ｐ２での縞の幅が投影された幅よりも細くな
る。
【００１１】そこで、図６（ａ）に示すように走査線ご
とに幾つかの範囲に分割して二値化閾値を設定してやれ
ば、明るさのむらによる縞の幅の変化の影響を、図６
（ｂ）に示すように大幅に軽減することができる。
とに幾つかの範囲に分割して二値化閾値を設定してやれ
ば、明るさのむらによる縞の幅の変化の影響を、図６
（ｂ）に示すように大幅に軽減することができる。
【００１２】この方法では、走査線ごとに画素データが
予め指定された範囲ごとに読み出される度に、二値化閾
値を設定し二値化することができるため、全ての画素デ
ータを一旦メモリーに格納したのち、再び指定された領
域ごとに呼びだし二値化閾値を設定する必要がなく、測
定画面の二値化が完了するまでの時間を大幅に短縮する
ことができる。
予め指定された範囲ごとに読み出される度に、二値化閾
値を設定し二値化することができるため、全ての画素デ
ータを一旦メモリーに格納したのち、再び指定された領
域ごとに呼びだし二値化閾値を設定する必要がなく、測
定画面の二値化が完了するまでの時間を大幅に短縮する
ことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図７は、本発明をビレット
表面の形状計測計に応用したときの例である。図７の２
１は、複数のスリット光を投影する投影装置である。複
数のスリット光の発生方法は、レーザーの干渉を利用し
たものや、格子パターンにより作られるものなど幾つか
の方法が考えられるが、ここでは投影装置内に格子パタ
ーンを配置したものを用いている。投影装置２１から出
射されたスリット光は、１ｍ離れた場所に配置したビレ
ット２２に投影され、表面に明暗の縞パターンを形成す
る。ビレット２２は、縁にＲ＝２０mmの曲率がついてお
り、その部分では縞の明るさが暗くなっている。
て図面に基づいて説明する。図７は、本発明をビレット
表面の形状計測計に応用したときの例である。図７の２
１は、複数のスリット光を投影する投影装置である。複
数のスリット光の発生方法は、レーザーの干渉を利用し
たものや、格子パターンにより作られるものなど幾つか
の方法が考えられるが、ここでは投影装置内に格子パタ
ーンを配置したものを用いている。投影装置２１から出
射されたスリット光は、１ｍ離れた場所に配置したビレ
ット２２に投影され、表面に明暗の縞パターンを形成す
る。ビレット２２は、縁にＲ＝２０mmの曲率がついてお
り、その部分では縞の明るさが暗くなっている。
【００１４】また、２３は、形成された縞パターンを撮
影する１０００×１０００のＣＣＤカメラである。２４
は、モニタテレビであり、ＣＣＤカメラ２３より出力さ
れた縞パターンを目視監視するためのものである。２５
は二値化処理装置であり、ＣＣＤカメラ２３から出力さ
れる画像信号を走査線ごとに５０画素づつの範囲で二値
化閾値を設定し、二値化された画像信号を出力する。一
画面全体を二値化するのに要する時間は、ほぼＣＣＤカ
メラの垂直同期周波数で決まり、今回採用したＣＣＤカ
メラでは、およそ１５分の１秒であった。モニタテレビ
２４の映像では、ビレットの縁では縞が暗くなっている
が、上記した二値化処理を行うことにより、二値化され
た縞パターンでは、その影響は除去されている。
影する１０００×１０００のＣＣＤカメラである。２４
は、モニタテレビであり、ＣＣＤカメラ２３より出力さ
れた縞パターンを目視監視するためのものである。２５
は二値化処理装置であり、ＣＣＤカメラ２３から出力さ
れる画像信号を走査線ごとに５０画素づつの範囲で二値
化閾値を設定し、二値化された画像信号を出力する。一
画面全体を二値化するのに要する時間は、ほぼＣＣＤカ
メラの垂直同期周波数で決まり、今回採用したＣＣＤカ
メラでは、およそ１５分の１秒であった。モニタテレビ
２４の映像では、ビレットの縁では縞が暗くなっている
が、上記した二値化処理を行うことにより、二値化され
た縞パターンでは、その影響は除去されている。
【００１５】２６は座標算出装置であり、二値化処理装
置２５から出力された二値化された縞パターンの位置を
検出し、その結果を元に３次元座標を算出する。３次元
座標の算出方法は、予め座標算出装置２６内に、基準と
なる平面で形成した縞パターンの位置をメモリーに記憶
しておき、基準平面上の縞位置と、検出された縞位置と
の差から高さの情報を求めることで行っている。
置２５から出力された二値化された縞パターンの位置を
検出し、その結果を元に３次元座標を算出する。３次元
座標の算出方法は、予め座標算出装置２６内に、基準と
なる平面で形成した縞パターンの位置をメモリーに記憶
しておき、基準平面上の縞位置と、検出された縞位置と
の差から高さの情報を求めることで行っている。
【００１６】このように、二値化処理を走査線の５０画
素ごとに行うようにした結果、画面全体の明るさむらの
影響の除去がほぼリアルタイムで行えるようになったた
め、オンラインでの形状計測が出来るようになった。
素ごとに行うようにした結果、画面全体の明るさむらの
影響の除去がほぼリアルタイムで行えるようになったた
め、オンラインでの形状計測が出来るようになった。
【００１７】
【発明の効果】上述したように、本発明の方法によれ
ば、縞パターンの二値化を走査線の微小範囲ごとに行う
ことにより、ほぼリアルタイムで光源の明るさむらや被
測定物の反射率変化による縞の明るさの変化が二値化画
像に及ぼす影響を除去することができるようになったた
め、オンライン形状計測に適用可能な縞パターンの二値
化方法が実現できた。
ば、縞パターンの二値化を走査線の微小範囲ごとに行う
ことにより、ほぼリアルタイムで光源の明るさむらや被
測定物の反射率変化による縞の明るさの変化が二値化画
像に及ぼす影響を除去することができるようになったた
め、オンライン形状計測に適用可能な縞パターンの二値
化方法が実現できた。
【図１】本発明の二値化方法を説明するための図面であ
り、平面に投影した明暗の縞パターンを示している。
り、平面に投影した明暗の縞パターンを示している。
【図２】（ａ）は、図１に示す縞パターンをＡ−Ａ′で
切断したときの光強度分布を示す図である。（ｂ）は、
（ａ）で示した光強度分布をＴＨの閾値で二値化したと
きの図である。
切断したときの光強度分布を示す図である。（ｂ）は、
（ａ）で示した光強度分布をＴＨの閾値で二値化したと
きの図である。
【図３】（ａ）は、分割した範囲ごとに二値化閾値を設
定する様子を示した図である。（ｂ）は、（ａ）で設定
された閾値で二値化したときの図である。
定する様子を示した図である。（ｂ）は、（ａ）で設定
された閾値で二値化したときの図である。
【図４】角度の異なる２つの平面で構成された物体に投
影した明暗の縞パターンを示している。
影した明暗の縞パターンを示している。
【図５】（ａ）は、図４に示す縞パターンをＢ−Ｂ′で
切断したときの光強度分布を示す図である。（ｂ）は、
（ａ）で示した光強度分布をＴＨの閾値で二値化したと
きの図である。
切断したときの光強度分布を示す図である。（ｂ）は、
（ａ）で示した光強度分布をＴＨの閾値で二値化したと
きの図である。
【図６】（ａ）は、分割した範囲ごとに二値化閾値を設
定する様子を示した図である。（ｂ）は、（ａ）で設定
された閾値で二値化したときの図である。
定する様子を示した図である。（ｂ）は、（ａ）で設定
された閾値で二値化したときの図である。
【図７】本発明をビレット表面の形状計測計に応用した
ときの装置構成の一例を示す斜視図である。
ときの装置構成の一例を示す斜視図である。
１１ 縞パターン発生源 １２ 平面 １３ ２つの平面により構成された物体 ２１ 投影装置 ２２ ビレット ２３ ＣＣＤカメラ ２４ テレビモニタ ２５ 二値化処理装置 ２６ 座標算出装置
Claims (2)
- 【請求項１】 複数のスリット光の歪み方から被測定物
の形状を計測する方法において、前記複数のスリット光
により形成された明暗の縞パターンを撮像装置で撮影
し、前記撮像装置から出力された縞画像データを二値化
する際に、各走査線ごとに明るい縞が最低一本以上含ま
れる範囲に分割し、前記範囲内の最大及び最小輝度値か
ら二値化閾値を決定し、前記二値化閾値を用いて前記範
囲内の縞画像に対して二値化処理を行うことで、初期画
像の光量むらの影響を除去することを特徴とする形状計
測のための縞パターン投影画像の二値化方法。 - 【請求項２】 前記範囲の境界が、明縞内に存在する場
合、同一明縞内での閾値レベルの変化を防止するため
に、前記明縞については分割した範囲のどちらか一方の
閾値レベルを用いることを特徴とした請求項１記載の形
状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8096652A JPH09280837A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 形状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8096652A JPH09280837A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 形状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09280837A true JPH09280837A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=14170769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8096652A Withdrawn JPH09280837A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 形状計測のための縞パターン投影画像の二値化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09280837A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1706839A2 (en) * | 2004-01-15 | 2006-10-04 | Technion Research & Development Foundation Limited | Three-dimensional video scanner |
| US8950872B2 (en) | 2011-09-01 | 2015-02-10 | Ricoh Company, Ltd. | Image projecting device, image processing device, image projecting method, and computer-readable recording medium |
| WO2022116218A1 (zh) * | 2020-12-05 | 2022-06-09 | 浙江大学 | 一种用于复杂表面的线结构光中心提取方法 |
-
1996
- 1996-04-18 JP JP8096652A patent/JPH09280837A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1706839A2 (en) * | 2004-01-15 | 2006-10-04 | Technion Research & Development Foundation Limited | Three-dimensional video scanner |
| JP2007518098A (ja) * | 2004-01-15 | 2007-07-05 | テクニオン リサーチ アンド ディベロップメント ファウンデーション リミテッド | 三次元ビデオスキャナ |
| JP2013238620A (ja) * | 2004-01-15 | 2013-11-28 | Technion Research & Development Foundation Ltd | 三次元ビデオスキャナ |
| EP1706839B1 (en) * | 2004-01-15 | 2014-11-12 | Technion Research & Development Foundation Limited | Three-dimensional video scanner |
| US8950872B2 (en) | 2011-09-01 | 2015-02-10 | Ricoh Company, Ltd. | Image projecting device, image processing device, image projecting method, and computer-readable recording medium |
| WO2022116218A1 (zh) * | 2020-12-05 | 2022-06-09 | 浙江大学 | 一种用于复杂表面的线结构光中心提取方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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