JPH11160050A

JPH11160050A - 三次元形状の計測装置

Info

Publication number: JPH11160050A
Application number: JP9342201A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murota; 直哉室田; Masami Bushi; 正美武士
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズ排除並びに省メモリ化を課題とする。【解決手段】測定対象物Ｓに対して照射機構２により
複数の角度でスリット光を照射し、これを撮像するカメ
ラ３と、各撮像画像から三次元画像データを得る算出手
段４とを備える三次元形状の計測装置１０において、カ
メラ２が、無数の羅列した画素からなる複数の走査線の
集合からなる受光面３１を備え、且つスリット光を走査
線と交差させて受光し、算出手段４が、受光面３１の各
走査線ごとに各画素から出力される輝度の最大値を検出
するピーク検出部５と、受光面３１の各画素に個別に対
応する輝度の記録領域を有する輝度メモリ４１と、最大
となる画素の検出輝度と，輝度メモリ４１の当該画素の
記録領域に記録された記録輝度との大小を比較する比較
部６と、検出輝度が記録輝度よりも大きい場合に輝度メ
モリ４１の記録輝度を検出輝度の値に更新する更新部７
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元形状の計測
装置に係り、特に、立体形状検査による製品の検査の自
動化，四輪車や二輪車等のクレイモデルの形状のＣＡＤ
への入力装置等に応用されるスリット光の走査により非
接触で三次元形状の計測をおこなう三次元形状の計測装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非接触での三次元計測方法には様
々な方法があり、その一つとしては、スリット光投影法
がある。このスリット光投影法は、図１４に示すよう
に、スリット状の光を測定対象物に投影し、光源と異な
った角度からカメラ等で撮影し、得られるスリット画像
より三次元位置を求める方法である。

【０００３】この方法では、スリット光を一本ずつ測定
対象物に照射し各スリット光ごとに撮像して画像の入力
を行った後、それぞれの画像よりスリット光の位置抽出
を行って合成するという工程で行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は、各スリット光ごとに複数枚の画像を記録して、
しかる後に、算出処理が行われるので、動作制御部に備
えられた動作制御部に膨大なメモリ空間が必要となって
いた。また、全ての撮像後に算出処理が行われるので、
かかる処理に時間を要していた。さらに、スリット光の
抽出にあたり、測定対象物の表面のスリット像が周囲よ
りも十分に明るいことが必要であり、測定対象物の表面
の反射率の違いや背景光等のノイズの影響を受けやすい
という不都合が生じていた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、省メモリ化し，ノイズの影響を受けにくい三
次元形状の計測装置を提供することを、その目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、測定対象物に対して位置を変えてスリット光を照射
する照射機構と、位置の異なる各スリット光を撮像する
カメラと、複数の撮像画像から測定対象物の三次元画像
データを算出する算出手段とを備える三次元形状の計測
装置において、カメラが、均一の間隔で羅列した無数の
画素からなる複数の走査線を平行且つ平面状に配列して
なる受光面を備えると共に、スリット光を走査線と交差
させて受光する。

【０００７】そして、算出手段が、受光面の各走査線ご
とに各画素から出力される輝度の最大値を検出するピー
ク検出部と、受光面の各画素に個別に対応する輝度の記
録領域を有する輝度メモリと、最大値が検出された画素
の検出輝度と，輝度メモリの当該画素の記録領域に記録
された記録輝度との大小を比較する比較部と、検出輝度
が記録輝度よりも大きい場合に輝度メモリの記録輝度を
検出輝度の値に更新する更新部とを備えるという構成を
採っている。

【０００８】上述の構成では、スリット光の撮像が行わ
れると、撮像画像から各走査線ごとに最大輝度の検出が
行われる。ここで、スリット光は、各走査線に対して交
差するように受光されるため、各走査線ごとに受光され
るスリット光は、当該スリット光と走査線との交差する
一点のみである。本願発明では、ピーク検出部により各
走査線ごとに最大輝度を検出する画素の位置をスリット
光の受光位置と判定し、それ以外の画素からの検出輝度
はノイズと判定する。

【０００９】輝度メモリには，予め０乃至通常のスリッ
ト光の輝度に満たない値の輝度が設定されている。そし
て、最大輝度で受光した画素の検出輝度と、輝度メモリ
中の当該画素に対応する記憶領域に記憶された記録輝度
とをその大小を比較し、検出輝度が大きい場合に、かか
る輝度の値を記録輝度として更新する。

【００１０】かかる記録作業が、スリット光の撮像ごと
に行われ、輝度メモリには、順次撮像されたスリット光
の輝度が記録される。即ち、各スリット光ごとに個別に
撮像されつつも、一画像分の輝度メモリに、複数のスリ
ット光の輝度が順次記録される。

【００１１】そして、輝度メモリ中のスリット光の位置
と、カメラ，スリット光の照射位置等から例えば三角測
量の手法を用いて測定対象物の撮像面までの各点の距離
を算出し、三次元形状の計測が行われる。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明の構成に加えて、照射機構が、スリット光の投光角
度を変化させて測定対象物に対して走査を行うと共に、
カメラが、この走査により位置を変えるスリット光を複
数回撮像し、算出手段が、各撮像の投光角度ごとに，各
走査線での最大値が検出された画素の走査線方向の位置
が記録される位置メモリを備える構成を採っている。

【００１３】かかる場合には、請求項１と同様の動作に
加えて、投光角度を変化させることにより複数のスリッ
ト画像を得る。各スリット光が撮像される度に、前述と
同じ動作が行われ、同時に、そのときの投光角度が位置
メモリに出力される。また、この位置メモリには、各角
度のスリット光ごとに、各走査線についての最大輝度検
出画素位置，即ち、各走査線ごとのスリット光の位置が
記録される。

【００１４】そして、輝度メモリ中のスリット光の位置
と，位置メモリのスリット光の位置と，カメラ，スリッ
ト光の照射位置等から例えば三角測量の手法を用いて測
定対象物の撮像面までの各点の距離を算出し、三次元形
状の計測が行われる。

【００１５】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明の構成に加えて、カメラは、スリット光を走
査線に直交した状態で受光するという構成を採ってい
る。即ち、撮像の度に、スリット光がカメラの受光面上
で走査線に沿って位置を変化させて受光される。そし
て、前述した各動作がスリット光ごとに行われる。

【００１６】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明の構成に加えて、カメラは、スリット光の一走査
を，走査線に並ぶ画素の数と同一回数に分割して撮像す
るという構成を採っている。かかる構成では、カメラの
受光面の走査線に沿って各画素単位でスリット光が位置
を変化させて受光され、各スリット光について請求項１
又は２と同様の動作が行われる。

【００１７】本発明は、上述した各構成によって前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
１３に基づいて説明する。図１は、本実施形態のブロッ
ク図である。この実施形態では、測定対象物Ｓに対して
スリット光Ｒを走査する照射機構２と、この照射機構２
とは異なる方向から，走査により移動するスリット光Ｒ
を複数回撮像するカメラ３と、複数の撮像画像から三次
元画像データ（測定データ，具体的には後述するピーク
時水平位置メモリ４２のデータ）を算出する算出手段４
とを備える三次元形状の計測装置１０を示している。

【００１９】また、この三次元形状の計測装置１０は、
図示の如く、算出手段４で算出した三次元画像データを
デジタルＩ／Ｏボード１０２を介して接続されたコンピ
ュータ１００（ＤＯＳ／Ｖ）に出力する。一方、コンピ
ュータ１００は、三次元画像データを並び変えて角度コ
ード化画像を算出し、その後，三次元元形状の演算を行
い三次元形状を取得する。以下、各部について説明す
る。

【００２０】（照射機構２）照射機構２は、レーザドラ
イバ２１により駆動される一本のスリット状のレーザ光
（以下、スリット光Ｒとする）を射出するレーザ光源２
２と、射出されたスリット光Ｒを測定対象物Ｓ側に反射
するガルバノミラー２３と、ガルバノミラー２３を回転
してスリット光Ｒを測定対象物Ｓに対して走査するガル
バノスキャナ２４と、ガルバノスキャナ２４の駆動制御
を行うスキャナドライバ２５と、算出手段４からの角度
信号に基づいてスキャナドライバ２５に投光角度指令を
出力する投光角度指令作成回路２６とを備える。

【００２１】レーザ光源２２から射出されるスリット光
Ｒは、測定時における床面に対して垂直方向（図１にお
ける上下方向）に沿った棒状の光であり、ガルバノミラ
ー２３により当該スリット光Ｒと垂直方向に移動して測
定対象物Ｓに対して走査を行う。また、スリット光Ｒ
は、後述するカメラ３のＣＣＤ撮像センサ３１の水平走
査線に対して垂直となるように予めその向きが設定され
ている。

【００２２】投光角度指令作成回路２６には、後述する
算出手段４のメモリアドレス作成回路４６から照射角度
信号が出力され、これに基づいてガルバノスキャナ２４
の駆動制御が行われる。

【００２３】また、レーザ光源２２，ガルバノミラー２
３及びカメラ３は、図２に示すように、床面に対して水
平である同一平面上に位置している。また、ガルバノミ
ラー２３は、カメラ３の光軸から長さｌの距離で配置さ
れており、カメラ３のＣＣＤ撮像センサ３１の水平走査
線に対して垂直方向（スリット光Ｒと平行方向）を軸と
して回転する。この配置により、スリット光Ｒを水平走
査線に沿って平行方向に移動させてカメラ３のＣＣＤ撮
像センサ３１に受光させることを可能としている。

【００２４】（カメラ３）カメラ３は、ＣＣＤカメラで
あり、受光面としてＣＣＤ撮像センサ３１を備えてい
る。このＣＣＤ撮像センサ３１は、一平面上に輝度に応
じた電荷（輝度信号）を出力する画素を無数に備えてい
る。これらの画素は、カメラ３により撮像される画像の
水平方向に沿って一列に複数羅列して水平走査線を成
し、かかる水平走査線が、平行に無数に配列されて受光
面を形成している（図８参照）。このＣＣＤ撮像センサ
３１は、各画素が水平走査線方向に２５６個設けられ、
かかる水平走査線が２４３本設けられ、計２５６×２４
３個の画素が規則正しく配置されている。各画素からの
輝度信号の出力は、水平走査線ごとに順番に行われ、か
つ、水平走査線方向の並び順に行われ、その出力が平面
上のいずれの位置にある画素のものであるかが対応付け
られている。これが映像信号として算出手段４に送られ
る。

【００２５】このカメラ３は、前述したように、スリッ
ト光Ｒを各水平走査線に直交した状態で受光する向きに
固定されて撮像を行う。また、このカメラ３は、スリッ
ト光Ｒの一回の走査を走査線上の画素数（２５６）で分
割して撮像を行う。このため、ガルバノスキャナ２４の
走査範囲角度を２５６分割し、各角度ごとに撮像を行う
べく、後述する算出手段４の同期回路４３から出力され
る水平，垂直同期信号により同期が図られる。

【００２６】（算出手段４）算出手段４のブロック図を
図３に示す。算出手段４が、ＣＣＤ撮像センサ３１の各
走査線ごとに各画素から出力される輝度の最大値を検出
するピーク検出部５と、ＣＣＤ撮像センサ３１の各画素
に個別に対応する輝度の記録領域を有するピーク時最大
輝度メモリ４１と、最大値が検出された画素の検出輝度
と，ピーク時最大輝度メモリ４１の当該画素の記録領域
に記録された記録輝度との大小を比較する比較部として
の第二の比較回路６と、検出輝度が記録輝度よりも大き
い場合にピーク時最大輝度メモリ４１の記録輝度を検出
輝度の値に更新する更新部７と、投光角度を変えて照射
された各スリット光Ｒごとに、その際のガルバノミラー
２３の回転角度（投光角度θとする）と各走査線ごとの
最大輝度が検出された画素の走査線方向の位置が記録さ
れるピーク時水平位置メモリ４２とを備えている。

【００２７】さらに、算出手段４は、カメラ３の水平，
垂直同期を図る同期回路４３と、上記カメラ３からの映
像信号の輝度信号を量子化するＡ／Ｄ変換回路４４と、
ピーク時最大輝度メモリ４１及びピーク時水平位置メモ
リ４２のアドレスを作成するメモリアドレス作成回路４
６を備えている。

【００２８】このメモリアドレス作成回路４６は、同期
回路４３からの水平同期信号をカウントすることによ
り、各メモリ４１，４２の垂直方向のアドレスを作成
し、水平駆動周波数（走査線中画素数７６８、１４．３
１８ＭＨｚ）を３分周（走査線中画素数を２５６とする
ため）したものをカウントしメモリ４１の水平方向のア
ドレスを作成する。また、同期回路４３からの垂直同期
信号をカウントし、投光角度信号およびメモリ４２の投
光角度アドレスを作成する。さらに、このメモリアドレ
ス作成回路４６では、水平同期信号により、ピーク検出
部５の後述するメモリ制御回路５２に出力する走査線中
最大輝度メモリ５１のクリア信号を作成する。

【００２９】ところで、Ａ／Ｄ変換回路４４により量子
化された輝度信号は、ピーク検出部５に出力される。こ
のピーク検出部５は、最大レベルとなる輝度信号を記録
する走査線中最大輝度メモリ５１と、この走査線中最大
輝度メモリ５１への輝度信号の更新，メモリのクリア信
号等を受け付けるデータのインターフェースであるメモ
リ制御回路５２と、Ａ／Ｄ交換回路４４にて量子化され
た輝度信号の信号レベルと走査線中最大輝度メモリ５１
に記録された輝度信号のレベルとを比較し、いずれのレ
ベルが高いかを出力する第一の比較回路５３と、この第
一の比較回路５３の出力に基づいて上記各輝度信号を選
択しメモリ制御回路５２に出力する第一の選択回路５４
とを備えている。

【００３０】なお、上述の走査線中最大輝度メモリ５１
は、一画素分の輝度信号を記録できれば足りるので、そ
の記憶容量は、輝度分解能×１である。また、走査線中
最大輝度メモリ５１の内容は、水平帰線期間中（一水平
走査線ごと）に０にクリアされる。

【００３１】上記の構成からピーク検出部５では、各走
査線ごとの輝度信号の最大レベルが検出される。

【００３２】ピーク時最大輝度メモリ４１は、前述のメ
モリアドレス作成回路４６により、横方向を水平走査線
上の画素位置ｘ，縦方向を水平走査線番号ｙとする各画
素に対応したアドレスが形成される（図９参照）、各記
録領域には画素の輝度が記録される。当該ピーク時最大
輝度メモリ４１への輝度信号の更新，メモリへのアドレ
スの指定，メモリのクリア等は、併設されたデータのイ
ンターフェースであるメモリ制御回路４５により行われ
る。

【００３３】第二の比較回路６では、Ａ／Ｄ変換回路４
４からの量子化された輝度信号の輝度レベルと、ピーク
時最大輝度メモリ４１に記録された各画素に対応する輝
度レベルの比較を行い、いずれが高いかを出力する。

【００３４】更新部７は、第二の比較回路６の出力に基
づいてＡ／Ｄ変換回路４４からの各輝度信号を選択しメ
モリ制御回路４５に出力する第二の選択回路７１と、第
一の比較回路５３においてＡ／Ｄ変換回路４４からの輝
度レベルがその走査線中で過去最大となった時のみ第二
の比較回路６の出力を第二の選択回路７１に選択入力す
る第一のゲート７２とを有している。即ち、この更新部
７により、輝度レベルがその走査線中で過去最大となり
且つピーク時最大輝度メモリ４１に記録された輝度レベ
ルよりも高くなった場合に記録された輝度の更新が行わ
れる。

【００３５】ピーク時水平位置メモリ４２は、前述のメ
モリアドレス作成回路４６により、横方向を投光角度番
号（１〜２５６），縦方向を水平走査線数とするアドレ
スが形成され（図１０参照）、各記録領域には各走査線
ごとに最大輝度レベルである水平走査線上の画素位置ｘ
が記録される。当該ピーク時水平位置メモリ４２への画
素位置ｘの更新，メモリへのアドレスの指定，メモリの
クリア等は、併設されたデータのインターフェースであ
るメモリ制御回路４７により行われる。

【００３６】ピーク時水平位置メモリ４２には、第三の
選択回路４８から、走査線中の画素位置（水平画素位
置）の書き込みが行われる。これは、ピーク時最大輝度
メモリ４１の水平方向のアドレスと同じものである。こ
の第三の選択回路４８は、メモリアドレス作成回路４６
からの水平画素信号を受信すると共に、併設された第二
のゲート４９によって、第一の比較回路５３においてＡ
／Ｄ変換回路４４からの輝度レベルがその走査線中で過
去最大となった時のみ水平画素信号をピーク時水平位置
メモリ４２に出力する。

【００３７】即ち、これら第三の選択回路４８及び第二
のゲート４９により、ピーク時水平位置メモリ４２に、
スリット光の各照射角度における各水平走査線ごとの画
素位置が記録される。なお、前述した第一のゲート７２
と第二のゲート４９とは同一の機能を有しているため、
共通化して一つのゲートを共有しても良い。

【００３８】ここで、上述したピーク時最大輝度メモリ
４１及びピーク時水平位置メモリ４２は、いずれも、測
定開始時において、その記録が０にクリアされる。

【００３９】上記各部の機能を総合すると、第一の比較
回路５３，第一の選択回路５４，走査線中最大輝度メモ
リ５１からなる、映像信号の一走査線中のピーク検出部
５によってピークが検出された画素位置（スリット位置
の候補）に注目し、その画素位置での過去最大となった
輝度レベルとの比較を第二の比較回路６によって行う。
第二の比較回路６の比較結果も新規データのほうがレベ
ルが高いと判断されたとき、その輝度レベルを同一画素
位置に記録（更新）する（真のスリット位置とみな
す）。

【００４０】ピーク時最大輝度メモリ４１が更新された
とき、すなわちその時の投光角度においてスリット光Ｒ
による像は、その時のピーク時最大輝度メモリ４１の水
平方向の画素位置（アドレス）に存在することがわか
り、ピーク時水平位置メモリ４２上の、その時の投光角
度、走査線番号のアドレスに、水平画素位置を記録す
る。

【００４１】ピーク時水平位置メモリ４２は、ある投光
角度における走査線上のスリット位置の集合と考えら
れ、メモリのデータを水平方向のアドレス、投光角度の
アドレスをデータとして並べ替えることにより、角度コ
ード化画像が得られる。

【００４２】（算出手段４の演算処理）ここで、算出手
段４の演算処理方法を図４乃至図７に示す簡単な例を用
いて説明する。これら図４乃至図７では、カメラ３のＣ
ＣＤ撮像センサ３１の画素数を３×３（水平方向×垂直
方向）と仮定して説明する。

【００４３】水平方向の画素数が三つであるため、スリ
ット光ＲがＣＣＤ撮像センサ３１上で水平走査線方向に
ついて各画素ごとに検出されるように、スリット光Ｒが
各画素上となるガルバノミラー２３の回転角度のときに
撮像が行われる。これらのガルバノミラー２３の回転角
度を順にθ₀，θ₁，θ₂とする。

【００４４】ガルバノミラー２３の回転角度θ＝θ₀の
ときのスリット光ＲのＣＣＤ撮像センサ３１の撮像画像
を図４（Ａ）に示す。ＣＣＤ撮像センサ３１において、
横方向を水平走査線方向における位置ｘ（図における左
から順番に付された番号），縦方向を走査線番号ｙ（図
における上から順番に水平走査線に付された番号）とす
る。

【００４５】このときのＣＣＤ撮像センサ３１の映像信
号により、ピーク検出部５では、各走査線ごとにピーク
（最大輝度レベル）となる画素を判定する。即ち、ｙ＝
１ではｘ＝１，ｙ＝２ではｘ＝２，ｙ＝３ではｘ＝１と
判定される。

【００４６】そして、上記判定に基づき、第二の比較回
路６により、各走査線についてピークとなる画素のみに
ついて、ピーク時最大輝度メモリ４１の当該各画素に対
応する領域に記録された記録輝度と検出された輝度と輝
度の比較が行われる。このピーク時最大輝度メモリ４１
は、撮像開始時には、予め全て画素の記録輝度が０とな
るように初期化されている（図４（Ｂ））。

【００４７】各検出輝度が２００であった場合、記録輝
度と検出輝度の比較が行われると、第二の比較回路６
は、各検出輝度が大きいと判断する。これにより、更新
部７は、ピークとなる各画素の記憶領域に記録された記
録輝度の更新を行う（図４（Ｃ））。

【００４８】本実施形態では、ＣＣＤ撮像センサ３１の
水平走査線とスリット光Ｒとが交差して撮像するよう
に、カメラ３とレーザ光源２２の互いの向きが設定され
ているため、各走査線上においてスリット光Ｒが受光さ
れる画素は一つ（走査線とスリット光Ｒとの交点となる
位置の画素のみ）に限定される。また一方で、外乱や測
定対象物Ｓの乱反射等によりＣＣＤ撮像センサ３１に検
出されるノイズとなる光は、通常，スリット光Ｒよりも
輝度が低いことが普通である。このため、各走査線上に
おけるスリット光Ｒの受光位置は、最大輝度を示す一点
の画素の位置と一致することになる。

【００４９】従って、各走査線ごとに最大輝度となる画
素の位置及び検出輝度のみをピーク時最大輝度メモリ４
１に取り込むことにより、ノイズの検出による三次元計
測の精度低下等の悪影響を除去することが可能となる。

【００５０】一方、ピーク時水平位置メモリ４２は、ピ
ーク時最大輝度メモリ４１の更新後、各撮像時における
ガルバノミラー２３の回転角度θごとに各走査線のピー
クとなる画素の内，更新が行われた画素の位置のみが記
録される。このピーク時水平位置メモリ４２は、図４
（Ｄ）に示すように、縦方向を走査線番号ｙとし、横方
向をガルバノミラー２３の回転角度θとする。そして、
回転角度θ₀の各走査線番号に対応する記憶領域に前述
のピーク検出部５で判定された最大輝度の各画素の位置
が記録される。

【００５１】次に、ガルバノミラー２３の回転角度θ＝
θ₁のときに撮像が行われ、その際のスリット光ＲのＣ
ＣＤ撮像センサ３１の撮像画像を図５（Ａ）に示す。こ
のときのＣＣＤ撮像センサ３１の映像信号により、ピー
ク検出部５では、各走査線ごとにピークとなる画素を判
定する。即ち、ｙ＝１ではｘ＝２，ｙ＝２ではｘ＝３，
ｙ＝３ではｘ＝２と判定される。

【００５２】そして、前回と同様にして、第二の比較回
路６により、各走査線についてピークとなる画素のみに
ついて、ピーク時最大輝度メモリ４１の記録輝度と比較
される。このときの各検出輝度を２００とすると、更新
部７により、当該各画素の記憶領域の記録輝度の更新を
行う。このとき、前回記録された輝度は、今回の更新に
より記録される画素の位置とは異なるため、そのまま残
留する（図５（Ｂ））。

【００５３】また、前回と同様に、ピーク時水平位置メ
モリ４２の回転角度θ₁の各走査線番号に対応する記憶
領域に，更新が行われた最大輝度の各画素の位置が記録
される（図５（Ｃ））。

【００５４】最後に、ガルバノミラー２３の回転角度θ
＝θ₂のときに撮像が行われ、その際のスリット光Ｒの
ＣＣＤ撮像センサ３１の撮像画像を図６（Ａ）に示す。
このときのＣＣＤ撮像センサ３１の映像信号により、ピ
ーク検出部５では、各走査線ごとにピークとなる画素を
判定する。即ち、ｙ＝１ではｘ＝３，ｙ＝３ではｘ＝３
と判定される。

【００５５】また、ｙ＝２の走査線上において、スリッ
ト光Ｒは撮像範囲外にはみ出ているため、当該走査線上
ではスリット光Ｒ以外の外乱光が最大輝度として判定さ
れ得る。しかし、前述したように外乱光はスリット光Ｒ
より輝度が低いのが一般的であるため（例えば２０〜３
０）、当該走査線上のいずれかの画素がピークと判定さ
れても、第二の比較回路６でピーク時最大輝度メモリ４
１にこれまでに更新された記録輝度との比較により、検
出輝度は記録輝度よりも高いと判断されてピーク時最大
輝度メモリ４１に更新記録されることは希である。

【００５６】そして、前回と同様にして、第二の比較回
路６により、各走査線についてピークとなる画素のみに
ついて、ピーク時最大輝度メモリ４１の記録輝度と比較
される。各検出輝度が１５０であった場合、更新部７に
より、ピークとなる各画素の記憶領域に記録された記録
輝度の更新を行う。このとき、ｙ＝２の水平走査線上の
画素については、上述の理由につき更新が行われない
（図６（Ｂ））。

【００５７】また、前回と同様に、ピーク時水平位置メ
モリ４２の回転角度θ₂の各走査線番号に対応する記憶
領域に更新された最大輝度の各画素の位置が記録される
（図６（Ｃ））。また、更新されなかったｙ＝２の水平
走査線上の画素については、０が入力される。

【００５８】上述の工程により作成されたピーク時水平
位置メモリ４２のデータは、三次元形状の計測装置１０
に接続されたコンピュータ１００に測定データとして出
力される。このコンピュータ１００には、角度コード化
画像メモリ１０１を有している。この角度コード化画像
メモリ１０１は、各走査線上の各画素において受光され
たスリット光Ｒの照射角度（ここでは、ガルバノミラー
２３の回転角度と同義）θが入力される。

【００５９】即ち、図７に示すように、縦方向を走査線
番号ｙ，横方向を走査線上における画素位置ｘとする記
憶領域に、それぞれ対応する照射角度θ₁〜θ₃が入力さ
れる。入力は、コンピュータを用いて、ソフトウエアに
よる処理としても、ハードウエアによって、おこなって
も良い。

【００６０】また、この角度コード化画像メモリ１０１
には、画素位置ｘを示す横方向の記憶領域に０領域を設
け、前述の位置メモリ４２の（ｙ，θ₂）のように、０
が入力されたときの当該照射角度θ₂が入力される。そ
して、その後の演算処理の際に、ｘ＝０のデータについ
ては、一括して測定不能領域として扱われ、当該演算に
用いられない。即ち、マスク処理が不要となる。

【００６１】さらに、この角度コード化画像メモリ１０
１から、コンピュータ１００では、各画素の座標（ｘ，
ｙ）に対応する測定対象物Ｓの表面の一点からカメラ３
までの距離ｈが算出され、三角測量法により距離画像が
作成される。即ち、図２を参照して説明すると、角度コ
ード化画像メモリ１０１のデータから任意の画素につい
て照射角度θが特定され、且つ、各画素の位置座標のｘ
成分からカメラ３からスリット光Ｒ位置の角度αが特定
される（図２では直角となっている）。また、カメラ３
とガルバノミラー２３との離間距離ｌは既値であるた
め、例えば、距離ｈ＝ｌ・sinθ／sin（α＋θ）から求
められる。

【００６２】（本実施形態の動作）以下、上述した三次
元形状の計測装置１０の動作を図１及び図８乃至図１３
に基づいて説明する。図１３は、本実施形態の動作を示
すフローチャートであり、ここに示す順番で動作が行わ
れる。

【００６３】同期回路４３及びメモリアドレス作成回路
４６カメラ３と照射機構２の同期が図られ、測定対象物
Ｓに対するスリット光Ｒの照射と撮像が行われる（図１
３のステップＳ１）。かかる同期によりスリット光は、
ＣＣＤ撮像センサ３１上を水平走査線方向に一画素ごと
に位置を変えて撮像される。図８（Ａ）は、このＣＣＤ
撮像センサ３１上に撮像されたスリット光Ｒを示してい
る。

【００６４】かかる撮像画像に基づいてピーク検出部５
により各水平走査線ごとに最大輝度の検出が行われる
（図１３のステップＳ２）。図８（Ｂ）は、走査線番号
１の水平走査線に沿った各画素から検出された輝度レベ
ルを示している。この図によれば、水平走査線方向の位
置ｘ₀で最大輝度レベルが観測され、これをスリット光
と見なすことができる。

【００６５】第二の比較回路６では、検出された最大輝
度レベルとピーク時最大輝度メモリ４１のアドレス
（ｘ，ｙ）＝（ｘ₀，１）に記録された輝度レベルとを
比較する（図９，図１３のステップＳ３，Ｓ４）。そし
て、検出された最大輝度レベルの方が高い場合に、更新
部７によりピーク時最大輝度メモリ４１のアドレス（ｘ
₀，１）の記録輝度レベルが検出輝度レベルの数値に更
新される（図１３のステップＳ５）。なお、このときの
ピーク時最大輝度メモリ４１は、初期化されて記録輝度
レベルが０の状態か或いは，これまでの測定により拾わ
れたノイズの輝度レベルが記録された状態であるため、
スリット光Ｒの輝度レベルであれば、通常更新が行われ
る。

【００６６】ピーク時最大輝度メモリ４１の更新と同時
に、ピーク時水平位置メモリ４２の所定のアドレスに水
平走査線方向の位置ｘ₀が記録される。即ち、投光角度
が１００（投光範囲の２５６分の１００）である場合、
ピーク時水平位置メモリ４２のアドレス（θ，ｙ）＝
（１００，１）に記録が行われる。

【００６７】一方、検出された最大輝度レベルの方が低
い場合には、ピーク時最大輝度メモリ４１の更新は行わ
れない（図１３のステップＳ７）。そして、ピーク時水
平位置メモリ４２のアドレス（１００，１）に０が記録
される（図１３のステップＳ８）。

【００６８】一つのスリット光Ｒに対して、全ての水平
走査線について上記の工程が繰り返し行われる（図１３
のステップＳ９）。これにより、一つの投光角度におけ
るスリット光について各水平走査線方向の位置ｘがピー
ク時水平位置メモリ４２上に表され、図１１に示す情報
量に圧縮される。

【００６９】一つのスリット光について処理が終わる
と、次の投光角度のスリット光の撮像が行われ、上記の
工程が繰り返される（図１３のステップＳ１０）。そし
て、全ての投光角度におけるスリット光の処理が終わる
と、ピーク時水平位置メモリ４２の記録情報が測定デー
タとしてコンピュータの角度コード化画像メモリ１０１
に出力され、情報の並び替えが行われる（図１３のステ
ップＳ１１）。即ち、図９及び図１０に示した画素を例
にすると、アドレス（ｘ，ｙ）＝（ｘ₀，１）に投光角
度１００が入力される。

【００７０】ここで、角度コード化画像とは、撮影され
た測定対象物Ｓの表面の各点（各画素に検出される点）
を、当該各点にスリット光が照射されたときの投光角度
でコード化したものである。コンピュータ１００は、上
記角度コード化画像メモリ１０１にて測定データの並び
換えを行い、角度コード化画像を作成し、三次元形状演
算を行い表示する（図１３のステップＳ１２）。

【００７１】以上のように、三次元形状の計測装置１０
では、算出手段４のピーク検出部５により、各水平走査
線上において最大輝度レベルとなる一つの画素位置のみ
をスリット光の通過位置として処理するため、測定対象
物の表面の反射率の違いや背景光等の輝度の低いノイズ
を拾うことがなく、これによって計測の精度の向上を図
ることが可能となる。

【００７２】また、算出手段４が第二の比較回路６と更
新部７とを備えているため、一画面分の記憶容量のピー
ク時最大輝度メモリ４１に対して、既に取り込まれた一
つのスリット光画像の上から新たに他のスリット画像を
取り込むことができる。即ち、一画面分の記憶容量のピ
ーク時最大輝度メモリ４１に対して、位置を変えた複数
のスリット光の撮像画像を同時に重ねて記録することが
でき、これにより、従来のように撮像回数と等しい画面
数のメモリを必要とせず、省メモリ化を図ることが可能
である。

【００７３】具体的には、必要となるメモリは、一画面
の画素数×輝度分解能×１枚（ピーク時最大輝度メモリ
４１）、投光角度分解能×走査線数×輝度分解能×１枚
（ピーク時水平位置メモリ４２）のみですみ、メモリの
節約となる。一方、従来の方法では、投光分解能×輝度
分解能×画素数のメモリが必要であり、投光分解能は、
例えば８ｂｉｔであれば２５６となる。

【００７４】測定可能範囲は、ピーク時最大輝度メモリ
４１の内容を用いることで容易に判別でき、また得られ
た投光角度によるコード化画像によっても、ピークが検
出されなかった画素には、データが記録されないので、
良好な測定範囲の判別が可能である。

【００７５】さらに、従来のように撮像回数と等しい多
大な画面数のメモリを有しないため、また、カメラより
の映像信号の出力と同時にスリット位置の抽出をおこな
うので、処理時間の短縮化を図ることができる。

【００７６】また、本実施形態では、コンピュータ１０
０に投光角度に基づく角度コード化画像メモリ１０１を
設けているため、その後のコード化画像作成等のその後
の処理を簡易に行うことが可能である。

【００７７】ここで、上述した実施形態は、一例にすぎ
ず、本願発明の内容を限定するものではない。例えば、
走査線中ピーク位置の検出は、アナログ信号処理でもデ
ジタル信号処理でおこなってもよい。また、照射機構２
のガルバノミラー２３に替えてポリゴン・ミラ一を用い
ても良く、また回転走査ではなく直線走査でもよい。ま
た、本実施形態では、角度コード化画像メモリ１０１へ
の配列変換を、コンピュータを用いてソフトウエアでお
こなっているが、もちろんハードウエアによって変換を
おこなうことも可能である。

【００７８】また、本実施形態では、三次元形状の計測
装置１０をコンピュータ１００と接続し、角度コード化
画像メモリ１０１及びその記録処理の機能を当該コンピ
ュータ１００に託しているが、これら角度コード化画像
メモリ１０１等の構成を三次元形状の計測装置１０の算
出手段４に備える構成としても良い。

【００７９】また、上記実施形態では、ピーク時最大輝
度メモリ４１を予め初期化して、全てのアドレスの記録
輝度の輝度レベルを０にしているが特にこれに限定しな
くとも良い。例えば、初期化により全ての記録輝度の輝
度レベルを、通常のスリット光の輝度レベルよりも低い
所定の数値（例えばスリット光の半分程度の輝度レベル
とする）に設定しても良い。

【００８０】このように、かかる記録輝度の設定輝度レ
ベルが、スリット光の検出輝度の記録を妨げるほどに高
くない場合には、仮に、スリット光が照射されない部分
が生じた場合，或いはスリット光が暗くしか照射されな
かった場合に、ノイズを選択して取り込むことを防止す
ることが可能である。

【００８１】

【発明の効果】本願発明では、算出手段のピーク検出部
により、各水平走査線上において最大輝度レベルとなる
一つの画素位置のみをスリット光の通過位置として処理
するため、測定対象物の表面の反射率の違いや背景光等
の輝度の低いノイズを拾うことがなく、これによって計
測の精度の向上を図ることが可能となる。

【００８２】また、算出手段が比較部と更新部とを備え
ているため、一画面分の記憶容量の輝度メモリに対し
て、既に取り込まれた一つのスリット光画像の上から新
たに他のスリット画像を取り込むことができる。即ち、
輝度メモリを一画面分の記録容量とすることができ、且
つ当該輝度メモリに対して、位置を変えた複数のスリッ
ト光の撮像画像を同時に重ねて記録することができ、こ
れにより、従来のように撮像回数と等しい画面数のメモ
リを必要とせず、省メモリ化を図ることが可能である。

【００８３】さらに、従来のように撮像回数と等しい多
大な画面数のメモリを有しないため、また、カメラより
の映像信号の出力と同時にスリット位置の抽出をおこな
うので、処理時間の短縮化を図ることができる。

【００８４】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これによると、従来にない優れた三次元形状の計測
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。

【図２】図１に開示したカメラと照射機構の位置関係を
説明する説明図である。

【図３】図１に開示した算出手段のブロック図である。

【図４】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示
した説明図であり、図４（Ａ）は一つ目のスリット光を
撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図４（Ｂ）は初期化
されたピーク時最大輝度メモリを示し、図４（Ｃ）は図
４（Ａ）のスリット光の撮像により得られた輝度を記録
したピーク時最大輝度メモリを示し、図４（Ｄ）は図４
（Ｃ）のピーク時最大輝度メモリに基づいて記録された
ピーク時水平位置メモリを示す。

【図５】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示
した図４の続きの説明図であり、図５（Ａ）は二つ目の
スリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図５
（Ｂ）は図５（Ａ）のスリット光の撮像により得られた
輝度を記録したピーク時最大輝度メモリを示し、図５
（Ｃ）は図５（Ｂ）のピーク時最大輝度メモリに基づい
て記録されたピーク時水平位置メモリを示す。

【図６】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示
した図５の続きの説明図であり、図６（Ａ）は三つ目の
スリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図６
（Ｂ）は図６（Ａ）のスリット光の撮像により得られた
輝度を記録したピーク時最大輝度メモリを示し、図６
（Ｃ）は図６（Ｂ）のピーク時最大輝度メモリに基づい
て記録されたピーク時水平位置メモリを示す。

【図７】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示
した図６の続きの説明図であり、図６（Ｃ）のピーク時
水平位置メモリに基づいて記録された角度コード化画像
メモリを示す。

【図８】図８（Ａ）はスリット光を撮像したＣＣＤ撮像
センサを示す説明図であり、図８（Ｂ）は走査線番号１
の水平走査線を構成する画素の出力を並び順に示す説明
図である。

【図９】図８（Ａ）のスリット光の撮像により得られた
一画素における輝度を記録するピーク時最大輝度メモリ
を示す説明図である。

【図１０】図９のピーク時最大輝度メモリに基づいて記
録されたピーク時水平位置メモリを示す説明図である。

【図１１】図１０に示すピーク時水平位置メモリの内の
一つのスリット光の記録に必要とする領域を示す説明図
である。

【図１２】図１０に示すピーク時水平位置メモリに基づ
いて記録された角度コード化画像メモリを示す説明図で
ある。

【図１３】本実施形態の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１４】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

２照射機構３カメラ４算出手段５ピーク検出部６第二の比較回路（比較部）７更新部１０三次元形状の計測装置３１ＣＣＤ撮像センサ（受光面）４１ピーク時最大輝度メモリ（輝度メモリ）４２ピーク時水平位置メモリ（位置メモリ）７１第二の選択回路７２第一のゲートＲスリット光Ｓ測定対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物に対して位置を変えてスリッ
ト光を照射する照射機構と、位置の異なる前記各スリッ
ト光を撮像するカメラと、複数の撮像画像から測定対象
物の三次元画像データを算出する算出手段とを備える三
次元形状の計測装置において、前記カメラが、均一の間隔で羅列した無数の画素からな
る複数の走査線を平行且つ平面状に配列してなる受光面
を備えると共に、前記スリット光を前記走査線と交差さ
せて受光し、前記算出手段が、前記受光面の各走査線ごとに前記各画素から出力される
輝度の最大値を検出するピーク検出部と、前記受光面の各画素に個別に対応する輝度の記録領域を
有する輝度メモリと、前記最大値が検出された画素の検出輝度と，前記輝度メ
モリの当該画素の記録領域に記録された記録輝度との大
小を比較する比較部と、前記検出輝度が前記記録輝度よりも大きい場合に前記輝
度メモリの記録輝度を前記検出輝度の値に更新する更新
部と、を備えることを特徴とする三次元形状の計測装置。
【請求項２】前記照射機構が、前記スリット光の投光
角度を変化させて前記測定対象物に対して走査を行うと
共に、前記カメラが、この走査により位置を変えるスリット光
を複数回撮像し、前記算出手段が、前記各撮像の投光角度ごとに，前記各
走査線での前記最大値が検出された画素の走査線方向の
位置が記録される位置メモリを備えることを特徴とする
請求項１記載の三次元形状の計測装置。
【請求項３】前記カメラは、前記スリット光を前記走
査線に直交した状態で受光することを特徴とする請求項
１又は２記載の三次元形状の計測装置。
【請求項４】前記カメラは、前記スリット光の一走査
を，前記走査線に並ぶ画素の数と同一回数に分割して撮
像することを特徴とする請求項３記載の三次元形状の計
測装置。