JPH11230725A - Three dimensional measuring device - Google Patents

Three dimensional measuring device

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Publication number
JPH11230725A
JPH11230725A JP3566598A JP3566598A JPH11230725A JP H11230725 A JPH11230725 A JP H11230725A JP 3566598 A JP3566598 A JP 3566598A JP 3566598 A JP3566598 A JP 3566598A JP H11230725 A JPH11230725 A JP H11230725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
memory
sub
light beam
scanning direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3566598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Norita
寿夫 糊田
Hiroshi Uchino
浩志 内野
Hidekazu Ide
英一 井手
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.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP3566598A priority Critical patent/JPH11230725A/en
Priority to US09/251,456 priority patent/US6292263B1/en
Publication of JPH11230725A publication Critical patent/JPH11230725A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To store data that is associated a location in measuring view with a location in memory space as a virtual screen and simplify controlling memory that stores data. SOLUTION: A three dimensional measuring device 1 projects a light beam L so as to raster-scan a virtual surface VS, and outputs a specified data DD corresponding to an incident angle of the light beam L reflected at the time when it passes a measuring object, namely, each sampling partition sp which is obtained by subdividing the virtual surface VS into a main-scan direction X and a sub-scan direction Y. The device is provided with a memory 60 for storing the specified data DD is provided, and a memory control means to access the memory 60 with a position data Xg in the main-scan direction and Yg in the sub-scan direction as an address for each sampling partition sp to write the specified data of each sampling partition sp.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体に光ビームを
投射して物体形状を非接触で計測する3次元計測装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional measuring device for projecting a light beam onto an object to measure the shape of the object in a non-contact manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】レンジファインダと呼称される非接触型
の3次元計測装置(3次元カメラ)は、接触型に比べて
高速の計測が可能であることから、CGシステムやCA
Dシステムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚
認識などに利用されている。
2. Description of the Related Art A non-contact type three-dimensional measuring device (three-dimensional camera) called a range finder can perform higher-speed measurement than a contact-type three-dimensional measuring device.
It is used for data input to the D system, body measurement, visual recognition of robots, and the like.

【0003】レンジファインダに好適な計測方法として
光投影法が知られている。この方法は、物体を光学的に
走査して三角測量の原理に基づいて距離画像(3次元画
像)を得る方法であり、ビーム状の参照光を投射して物
体のラスタ走査を行う能動的計測方法の一種である。ラ
スタ走査には、例えば左から右へ一方向の主走査を行う
形態と、左から右への走査とその逆の方向の走査とを交
互に行う形態(往復主走査)とがある。距離画像は、物
体上の複数の部位の3次元位置を示す画素の集合であ
る。撮影情報から距離画像を求める演算は、レンジファ
インダ又は外部の情報処理装置(コンピュータシステム
など)によって行われる。
An optical projection method is known as a measurement method suitable for a range finder. This method is a method of optically scanning an object to obtain a distance image (three-dimensional image) based on the principle of triangulation. Active measurement in which a beam of reference light is projected to perform raster scanning of the object. Is a kind of method. The raster scanning includes, for example, a mode in which main scanning in one direction is performed from left to right, and a mode in which scanning from left to right and scanning in the opposite direction are alternately performed (reciprocating main scanning). The distance image is a set of pixels indicating three-dimensional positions of a plurality of parts on the object. The calculation for obtaining the distance image from the shooting information is performed by a range finder or an external information processing device (such as a computer system).

【0004】一般に、レンジファインダによって得られ
た計測情報は、オンライン又は記憶媒体を用いたオフラ
インで情報処理装置に入力され、解析・加工・記憶・表
示などの所定の処理を受ける。
Generally, measurement information obtained by a range finder is input to an information processing apparatus online or offline using a storage medium, and undergoes predetermined processing such as analysis, processing, storage, and display.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のレンジファイン
ダの使用形態として、例えばディスプレイ装置と接続し
て距離画像の表示を行うこと、さらに計測を周期的に繰
り返して動体の位置及び形状の変化をモニタ表示する3
次元ビデオカメラとして使用することが考えられる。こ
の場合には、距離画像又はその生成の基になる1フレー
ム分の計測データをメモリに一時的に格納しておき、表
示のフレーム周期毎に読み出す必要がある。その際のメ
モリ制御としては、単純にラスタ走査と並行して一定の
サンプリング周期で逐次に発生順にデータを書き込んで
いく形態を採用することができる。アドレスポインタを
サンプリング周期でインクリメントするのである。
As the above-mentioned range finder, for example, a range image is displayed by connecting to a display device, and a change in the position and shape of the moving object is monitored by periodically repeating the measurement. Display 3
It can be used as a three-dimensional video camera. In this case, it is necessary to temporarily store the distance image or the measurement data for one frame on which the distance image is generated in a memory, and to read the data every display frame period. As the memory control at that time, a mode in which data is written in a chronological order in a fixed sampling cycle in parallel with the raster scanning can be adopted. The address pointer is incremented at the sampling period.

【0006】しかし、このようなメモリ制御では、ライ
ン順次の表示に適合させるための並べ替え(再書込み)
や読出しアドレスの制御が必要となる。特に往復主走査
によって計測を高速化する場合においては、読出し時の
アドレス指定が複雑になってしまう。
However, in such a memory control, rearrangement (rewriting) for adapting to line-sequential display is performed.
And control of the read address. In particular, when the measurement is speeded up by the reciprocating main scanning, the address specification at the time of reading becomes complicated.

【0007】本発明は、計測の視野での位置と仮想画面
としてのメモリ空間での位置とを対応づけてデータを記
憶し、データを記憶するメモリの制御を簡素化すること
を目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to store data by associating a position in a visual field of measurement with a position in a memory space as a virtual screen, and to simplify control of a memory for storing data.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の装置
は、仮想平面に向かってラスタ走査をするように光ビー
ムを投射し、前記仮想平面を主走査方向及び副走査方向
に細分化した各サンプリング区画を通過する時点での計
測対象で反射した前記光ビームの入射角度に応じた特定
データを出力する3次元計測装置であって、前記特定デ
ータを記憶するメモリと、前記各サンプリング区画の主
走査方向の位置データ及び副走査方向の位置データをア
ドレスとして前記メモリをアクセスし、当該各サンプリ
ング区画の前記特定データの書込みを行うメモリ制御手
段と、を有している。
According to a first aspect of the present invention, a light beam is projected so as to perform raster scanning toward a virtual plane, and the virtual plane is subdivided in a main scanning direction and a sub-scanning direction. What is claimed is: 1. A three-dimensional measuring device that outputs specific data according to an incident angle of a light beam reflected by a measurement target at a time when passing through each sampling section, wherein a memory storing the specific data, A memory control unit that accesses the memory using the position data in the main scanning direction and the position data in the sub-scanning direction as addresses, and writes the specific data in each of the sampling sections.

【0009】請求項2の発明の装置は、仮想平面に向か
ってラスタ走査をするように光ビームを投射し、前記仮
想平面を主走査方向及び副走査方向に細分化した各サン
プリング区画を通過する時点での計測対象で反射した前
記光ビームの入射角度に応じた特定データを出力する3
次元計測装置であって、前記各サンプリング区画の副走
査方向の位置データを記憶するメモリと、前記各サンプ
リング区画の主走査方向の位置データ及び前記特定デー
タをアドレスとして前記メモリをアクセスし、当該各サ
ンプリング区画の前記副走査方向の位置データの書込み
を行うメモリ制御手段と、を有している。
According to a second aspect of the present invention, a light beam is projected so as to perform raster scanning toward a virtual plane, and passes through each sampling section obtained by subdividing the virtual plane in a main scanning direction and a sub-scanning direction. Output specific data according to the incident angle of the light beam reflected by the measurement target at the time 3
A dimension measurement device, a memory for storing position data of each sampling section in the sub-scanning direction, and accessing the memory using the position data of the sampling section in the main scanning direction and the specific data as addresses; Memory control means for writing the position data of the sampling section in the sub-scanning direction.

【0010】請求項3の発明において、前記特定データ
は、受光面に入射した前記光ビームのスポットの位置デ
ータである。請求項4の発明において、前記特定データ
は、受光面に入射した前記光ビームのスポットの位置に
基づいて算定された距離データである
In the invention according to claim 3, the specific data is position data of a spot of the light beam incident on a light receiving surface. The invention according to claim 4, wherein the specific data is distance data calculated based on a position of a spot of the light beam incident on a light receiving surface.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係る3次元計測装
置1の概要を示す図である。3次元計測装置1は、仮想
平面VSに向かってラスタ走査をするように光ビームL
を投射する投光系10、計測対象の物体Qで反射した光
ビームLを受光する受光系20、及び計測値に応じた特
定データDDを記憶するフレームメモリ60を備えてい
る。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a three-dimensional measuring apparatus 1 according to the present invention. The three-dimensional measuring apparatus 1 performs light scanning so as to perform raster scanning toward the virtual plane VS.
, A light receiving system 20 that receives the light beam L reflected by the object Q to be measured, and a frame memory 60 that stores specific data DD corresponding to the measured value.

【0012】投光系10は、光源としての半導体レーザ
(LD)11、主走査手段であるガルバノミラー12
X、及び副走査手段であるガルバノミラー12Yから構
成されている。各ガルバノミラー12X,12Yは、光
ビームLを反射するミラーとそれを回動させる電磁機構
とからなる。電磁機構には、クロックSPCLKのカウ
ント値をルックアップテーブル形式で補正した後にD/
A変換した駆動電圧が与えられる。ルックアップテーブ
ルには、例えば仮想平面VS上での走査速度が一定にな
るようにミラーの回動速度を変化させるための変換デー
タが格納されている。主走査は1ライン毎にビーム偏向
の方向が反転する往復形式である。副走査は1ラインの
主走査毎に間欠的に行われる。主走査においては、ビー
ム偏向速度が副走査よりも大きいので、駆動電圧が示す
制御目標値と実際の回動角度位置とのずれが生じ易い。
そこで、特にガルバノミラー12Xには仮想平面VS上
での光スポットの位置を正確に把握するために回動角度
センサが設けられている。なお、以下において主走査方
向(X方向)を水平方向とし、副走査方向(Y方向)を
垂直方向とするものとして説明することがある。
The light projecting system 10 includes a semiconductor laser (LD) 11 as a light source and a galvano mirror 12 as a main scanning unit.
X and a galvanomirror 12Y serving as a sub-scanning unit. Each of the galvanometer mirrors 12X and 12Y includes a mirror that reflects the light beam L and an electromagnetic mechanism that rotates the mirror. The electromagnetic mechanism corrects the count value of the clock SPCLK in a look-up table format, and
An A-converted drive voltage is supplied. The lookup table stores, for example, conversion data for changing the rotation speed of the mirror so that the scanning speed on the virtual plane VS is constant. The main scanning is of a reciprocating type in which the direction of beam deflection is reversed every line. The sub-scan is performed intermittently every main scan of one line. In the main scanning, since the beam deflection speed is higher than that in the sub-scanning, a deviation between the control target value indicated by the driving voltage and the actual rotation angle position is likely to occur.
Therefore, in particular, the galvanomirror 12X is provided with a rotation angle sensor for accurately grasping the position of the light spot on the virtual plane VS. Note that the following description may be made on the assumption that the main scanning direction (X direction) is a horizontal direction and the sub scanning direction (Y direction) is a vertical direction.

【0013】受光系20は、結像レンズ21、可視光と
光ビームLとを分離するプリズム22、モニター用のカ
ラー撮影像を出力するためのCCD撮像デバイス23、
及び光ビームLの入射角度を検出するための受光デバイ
ス25からなる。受光デバイス25は、受光面に入射し
た光のスポット位置に応じたアナログ信号を出力する位
置検知型検出器(PSD)である。PSDを用いること
により、CCD撮像デバイスを用いる場合と比べて電荷
蓄積が不要となる分だけ走査を高速化することができ
る。受光系20と上述の投光系10とはY方向に一定距
離を隔てて配置されており、互いの配置関係は既知であ
る。したがって、プリズム22に入射した光ビームLの
Y方向の入射角度が判れば、物体Qにおける光ビームL
が照射された部位と装置内の基準位置との距離を周知の
三角測量法を適用して求めることができる。光ビームL
のY方向の入射角度は、受光デバイス25の受光面にお
ける中心と受光スポットとの距離に対応する。走査期間
において受光デバイス25の出力を周期的にサンプリン
グすれば、仮想平面VSをX方向及びY方向に細分化し
た各サンプリング区画(原理的には点)sp毎に物体Q
の奥行き(仮想平面VSと直交する方向の位置)を計測
することができる。すなわち、サンプリング区画spを
画素とする距離画像を得ることができる。
The light receiving system 20 includes an imaging lens 21, a prism 22 for separating visible light and the light beam L, a CCD image pickup device 23 for outputting a color photographed image for monitoring,
And a light receiving device 25 for detecting the incident angle of the light beam L. The light receiving device 25 is a position detection type detector (PSD) that outputs an analog signal corresponding to a spot position of light incident on the light receiving surface. By using the PSD, scanning can be speeded up as much as charge accumulation is not required, as compared with the case of using a CCD imaging device. The light receiving system 20 and the above-mentioned light projecting system 10 are arranged at a certain distance in the Y direction, and the arrangement relationship between them is known. Therefore, if the incident angle of the light beam L incident on the prism 22 in the Y direction is known, the light beam L
Can be obtained by applying a well-known triangulation method. Light beam L
Corresponds to the distance between the center of the light receiving surface of the light receiving device 25 and the light receiving spot. If the output of the light receiving device 25 is periodically sampled during the scanning period, the object Q is set for each sampling section (in principle, a point) sp obtained by subdividing the virtual plane VS in the X direction and the Y direction.
(A position in a direction orthogonal to the virtual plane VS) can be measured. That is, a distance image having the sampling section sp as a pixel can be obtained.

【0014】本実施形態においては、受光デバイス25
の出力を量子化した検出データYpが特定データDDと
してフレームメモリ60に書き込まれる。ここで重要な
事項は、各サンプリング区画spのX方向及びY方向の
位置データXg,Ygをフレームメモリ60のアドレス
指定に用いることである。これにより、検出データYp
を単純に発生順に書き込むのとは違って、フレームメモ
リ60のアドレス空間である仮想画面における画素配列
が仮想平面VSの画素配列と一致することになる。した
がって、フレームメモリ60から一方向主走査形式のラ
スタ走査を行うようにアドレス指定をしてデータを読み
出しても何ら不都合が生じない。単純な書込みではライ
ン毎に画素配列方向が入れ代わってしまうので、読出し
の以前に画素の並べ替えを行うか、読出し時に複雑なア
ドレス指定を行う必要がある。
In this embodiment, the light receiving device 25
Is written into the frame memory 60 as the specific data DD. An important matter here is to use the position data Xg, Yg in the X direction and the Y direction of each sampling section sp for addressing the frame memory 60. Thereby, the detection data Yp
Are simply written in the order of occurrence, the pixel array on the virtual screen, which is the address space of the frame memory 60, matches the pixel array on the virtual plane VS. Therefore, no inconvenience arises even if data is read from the frame memory 60 by specifying an address so as to perform raster scanning in the one-way main scanning format. In simple writing, the pixel arrangement direction is switched for each line. Therefore, it is necessary to rearrange the pixels before reading or to specify a complicated address at the time of reading.

【0015】フレームメモリ60に書き込まれた検出デ
ータYpは、距離画像の表示のために読み出され、ルッ
クアップテーブル(LUT)71及びD/A変換器72
を経てNTSC形式のビデオ信号として図示しないディ
スプレイに出力される。LUT71には、距離画像を求
める三角測量演算を行い且つその結果にキャリブレーシ
ョンに基づく補正を加えるのに相当する変換データが記
憶されている。キャリブレーションは例えば平面を計測
するものである。フレームメモリ60の読出しは、ビデ
オ映像表示のフレーム周期毎に行われる。検出データY
pに基づく距離画像は投光系10からみた物体Qの3次
元情報である。
The detection data Yp written in the frame memory 60 is read out for displaying a distance image, and a look-up table (LUT) 71 and a D / A converter 72 are provided.
Is output to a display (not shown) as an NTSC video signal. The LUT 71 stores conversion data corresponding to performing a triangulation calculation for obtaining a distance image and performing correction based on calibration on the result. The calibration measures, for example, a plane. Reading from the frame memory 60 is performed for each frame period of video image display. Detection data Y
The distance image based on p is three-dimensional information of the object Q viewed from the light projecting system 10.

【0016】図2は制御系の要部のブロック図である。
3次元計測装置1は、マイクロプロセッサを備えたCP
U51とともに、走査制御及びデータ入出力制御を担う
コントローラ52を備えている。コントローラ52は複
数の回路モジュールを集積化した半導体デバイス(例え
ばゲートアレイ)である。コントローラ52によるガル
バノミラー12Xの制御にはLUT33及びD/A変換
器34が係わり、ガルバノミラー12Yの制御にはLU
T31及びD/A変換器32が係わる。ガルバノミラー
12Xの回動角度センサ信号(0〜5ボルト)は、A/
D変換器35で12ビットのデータに変換された後、L
UT36を経て位置データXgとしてコントローラ52
に入力される。
FIG. 2 is a block diagram of a main part of the control system.
The three-dimensional measuring device 1 is a CP having a microprocessor.
A controller 52 for performing scanning control and data input / output control is provided together with U51. The controller 52 is a semiconductor device (for example, a gate array) in which a plurality of circuit modules are integrated. The LUT 33 and the D / A converter 34 are involved in the control of the galvanomirror 12X by the controller 52, and the LU is used in the control of the galvanomirror 12Y.
The T31 and the D / A converter 32 are involved. The rotation angle sensor signal (0 to 5 volts) of the galvanomirror 12X is A /
After being converted into 12-bit data by the D converter 35,
The controller 52 receives the position data Xg via the UT 36.
Is input to

【0017】また、コントローラ52にはLUT39か
らの検出データYpが入力される。LUT39の入力
は、PSD25が出力する2種の検出信号Sigma,
ΔYをそれぞれD/A変換器37,38で量子化したも
のである。検出信号Sigma,ΔYの値は次式で表さ
れる。
The controller 52 receives the detection data Yp from the LUT 39. The input of the LUT 39 includes two types of detection signals Sigma,
ΔY is quantized by D / A converters 37 and 38, respectively. The value of the detection signal Sigma, ΔY is expressed by the following equation.

【0018】Sigma=X1+X2+Y1+Y2 ΔY=(X2+Y2)−(X1+Y1) X1:X方向の第1電極の出力信号(光電流) X2:X方向の第2電極の出力信号 Y1:Y方向の第1電極の出力信号 Y2:X方向の第2電極の出力信号 図3は出力画像サイズを示す図である。Sigma = X1 + X2 + Y1 + Y2 ΔY = (X2 + Y2) − (X1 + Y1) X1: Output signal of first electrode in X direction (photocurrent) X2: Output signal of second electrode in X direction Y1: Output signal of first electrode in Y direction Output signal Y2: Output signal of second electrode in X direction FIG. 3 is a diagram showing an output image size.

【0019】画像の水平画素数は「128」である。主
走査用のガルバノミラー12Xの駆動方向の反転に要す
る時間を考慮して画像の両端にそれぞれ16画素分のマ
ージンを設ける。また、後述の画像抜けを防止するため
に1画素当たり2回のサンプリングを行う。したがっ
て、1ライン走査時間Hは、サンプリングクロックSP
CLKの320周期〔320=(128+16×2)×
2〕に相当する。主走査の制御においてはサンプリング
クロックSPCLKをカウントして駆動信号を生成す
る。往復形式であるので、サンプリングクロックSPC
LKの640周期毎にカウンタをリセットする。
The number of horizontal pixels of the image is "128". In consideration of the time required for reversing the driving direction of the galvanomirror 12X for main scanning, a margin for 16 pixels is provided at each end of the image. Further, sampling is performed twice per pixel in order to prevent image omission described below. Therefore, one line scanning time H is equal to the sampling clock SP.
320 cycles of CLK [320 = (128 + 16 × 2) ×
2]. In the main scanning control, the driving signal is generated by counting the sampling clock SPCLK. Since it is a reciprocating type, the sampling clock SPC
The counter is reset every 640 cycles of LK.

【0020】垂直画素数は「96」である。Y方向の帰
線期間(ミラー復帰期間)を4Hとする。したがって、
1画面の走査時間Vは100Hとなる。副走査において
も主走査と同様にサンプリングクロックSPCLKをカ
ウントして駆動信号を生成する。
The number of vertical pixels is "96". The retrace period (mirror return period) in the Y direction is 4H. Therefore,
The scanning time V for one screen is 100H. In the sub-scanning, the driving signal is generated by counting the sampling clock SPCLK as in the main scanning.

【0021】図4は副走査のタイミング調整を説明する
ための図である。図4(A)のようにガルバノミラー1
2Xに対する駆動信号(実線)と実際の回動角度を示す
検出信号(破線)との間には、30クロック周期程度の
位相差が生じる。つまり、駆動要求に対してミラー動作
が遅れる。このため、1ライン分の主走査のカウントが
終わった時点(カウント値=319)で副走査を行う
と、走査スポットは、図4(B)のように各ラインの端
部に到達する以前に次のラインへ移る軌跡を描くことに
なり、適正な走査が行えない。そこで、コントローラ5
2は、専用のレジスタ(YCUEレジスタ)を備え、主
走査のカウンタ値がこのレジスタの値と一致したときに
副走査のカウンタをアクティブとすることによって、副
走査のタイミングを調整できるように構成されている。
この構成により、ズームングなどにより変更される走査
範囲及び走査速度に合わせて走査状態を容易に最適化で
きる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the sub-scan timing adjustment. Galvano mirror 1 as shown in FIG.
There is a phase difference of about 30 clock cycles between the drive signal for 2X (solid line) and the detection signal (broken line) indicating the actual rotation angle. That is, the mirror operation is delayed with respect to the drive request. For this reason, when the sub-scan is performed at the time when the count of the main scan for one line is completed (count value = 319), the scan spot reaches before the end of each line as shown in FIG. Since a locus that moves to the next line is drawn, proper scanning cannot be performed. Therefore, the controller 5
2 is provided with a dedicated register (YCUE register), and when the counter value of the main scan matches the value of this register, activates the counter of the sub-scan so that the timing of the sub-scan can be adjusted. ing.
With this configuration, the scanning state can be easily optimized according to the scanning range and the scanning speed changed by zooming or the like.

【0022】図5は画素抜けを防ぐ方法を示す図であ
る。上述のようにフレームメモリ60のアドレス指定に
ガルバノミラー12Xのモニタ情報である位置データX
gを用いるので、1ライン毎に一定数(本例では12
8)のデータを得るのに、それと同数のサンプリング
(1画素当たり1回)を行った場合には、ある画素位置
のアドレスにデータが書き込まれない画素抜けが発生し
易い。その原因としては、ガルバノミラー12Xの回動
ムラ、ノイズなどを挙げることができる。図5は回動ム
ラによってサンプリング周期中に2画素分以上の走査が
行われた例を示している。すなわち、時刻t2から時刻
t3までの期間に画素位置68から画素位置70まで主
走査が進み、その進み量は通常の2倍である。この状況
において1画素当たり1回のサンプリングでは画素位置
69の画素抜けが生じてしまう。本実施形態では、1画
素当たりのサンプリング回数が2であるので、画素位置
69の時点t2’でもサンプリングが行われて画素抜け
が防止される。複数のサンプリングにおいて画素位置が
同一の場合には、同じアドレスにデータが上書きされる
ので、最後に書き込まれたデータが計測情報として有効
になる。1画素当たり3以上の回数のサンプリングを行
ってさらに画素抜けを低減するようにしてもよい。
FIG. 5 is a diagram showing a method for preventing pixel omission. As described above, the position data X, which is the monitor information of the galvanometer mirror 12X, is used to specify the address of the frame memory 60.
g, a fixed number (12 in this example)
If the same number of samplings (one per pixel) are performed to obtain the data of 8), pixel omission in which data is not written to an address at a certain pixel position is likely to occur. The cause may be uneven rotation of the galvanomirror 12X, noise, or the like. FIG. 5 shows an example in which scanning for two or more pixels is performed during a sampling period due to rotation unevenness. That is, during the period from the time t2 to the time t3, the main scanning advances from the pixel position 68 to the pixel position 70, and the amount of the advance is twice the normal amount. In this situation, one sampling per pixel causes pixel omission at the pixel position 69. In the present embodiment, since the number of times of sampling per pixel is 2, sampling is performed even at the time point t2 'of the pixel position 69, and pixel omission is prevented. If the pixel position is the same in a plurality of samplings, the data is overwritten on the same address, so that the data written last becomes effective as measurement information. Three or more samplings may be performed per pixel to further reduce pixel omission.

【0023】図6はコントローラ52の機能構成を示す
ブロック図である。コントローラ52は、書込み制御部
510、メモリ制御部520、及び表示制御部530を
有している。書込み制御部510は、Xカウンタ51
1、Yカウンタ512、及び比較器513を有してい
る。メモリ制御部520は、アドレスコントローラ52
1、データコントローラ522、メモリステータスレジ
スタ523、及び制御信号発生回路524を有してい
る。
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the controller 52. The controller 52 has a write control unit 510, a memory control unit 520, and a display control unit 530. The write control unit 510 includes the X counter 51
1, a Y counter 512, and a comparator 513. The memory controller 520 includes the address controller 52
1, a data controller 522, a memory status register 523, and a control signal generation circuit 524.

【0024】Xカウンタ511及びYカウンタ512に
は、分周器541からサンプリングクロックSPCLK
が入力される。Xカウンタ511のカウント値(0〜6
39)は主走査の駆動制御に用いられる。Yカウンタ5
12のカウント値(0〜99)は副走査の駆動制御及び
アドレス指定に用いられる。比較器513及びYCUE
レジスタ542は、上述した副走査のタイミング調整の
ために設けられている。YCUEレジスタ542にはC
PU51から計測条件に応じた最適値がセットされる。
アドレスデコーダ543は、CPU51から直接にアド
レスを指定してフレームメモリ60をアクセスするの
か、書込み制御部510からアドレスを指定してアクセ
スするのかを切り換える回路である。なお、CPU51
からの制御アドレスで指定されてフレームメモリ60か
ら読み出されたデータは、メモリ制御部520を介して
CPU51へ転送される。
The X counter 511 and the Y counter 512 receive the sampling clock SPCLK from the frequency divider 541.
Is entered. X counter 511 count value (0 to 6
39) is used for drive control of main scanning. Y counter 5
The twelve count values (0 to 99) are used for drive control and address designation in sub-scanning. Comparator 513 and YCUE
The register 542 is provided for adjusting the sub-scan timing described above. The YCUE register 542 has C
An optimum value according to the measurement condition is set from the PU 51.
The address decoder 543 is a circuit for switching between accessing the frame memory 60 by directly specifying an address from the CPU 51 or accessing by specifying an address from the write control unit 510. Note that the CPU 51
The data specified by the control address from and read out from the frame memory 60 is transferred to the CPU 51 via the memory control unit 520.

【0025】フレームメモリ60に対する書込みにおい
て、アドレスコントローラ521は、Yカウンタ512
からの位置データYg及びガルバノミラー12Xからの
位置データXgによってアドレス指定を行う。図中の
(w)は書込み用であることを示す。また、読出しにお
いて、アドレスコントローラ521は、表示制御部53
0からの位置データXg,Ygによってアドレス指定を
行う。図中の(r)は読出し用であることを示す。例え
ば、位置データXg,Ygが7ビットであり、フレーム
メモリ60としてアドレス(Add.)がA0 〜A15
16ビットである素子を用いた場合には、A0 〜A6
位置データXgに割り当て、A7 〜A13を位置データY
gに割り当て、残りのA14,A15をバンク指定に割り当
てる。
In writing to the frame memory 60, the address controller 521 sets the Y counter 512
The address is specified by the position data Yg from the position data Xg and the position data Xg from the galvanomirror 12X. (W) in the figure indicates that it is for writing. In the read operation, the address controller 521 operates the display control unit 53.
The address is specified by the position data Xg and Yg from 0. (R) in the figure indicates that it is for reading. For example, position data Xg, Yg is 7 bits, if the address as a frame memory 60 (Add.) Were used device is a 16-bit A 0 to A 15 is, A 0 to A 6 position data Xg the assignment, the a 7 to a 13 position data Y
g, and the remaining A 14 and A 15 are assigned to the bank designation.

【0026】データコントローラ522は、特定データ
DDとしての検出データYpの書込み及び読出しを担
う。メモリステータスレジスタ523は、フレームメモ
リ60における4個のバンクA,B,C,Dの状態を記
憶する。
The data controller 522 is responsible for writing and reading the detection data Yp as the specific data DD. The memory status register 523 stores the states of the four banks A, B, C, and D in the frame memory 60.

【0027】表示制御部530は、クロック発生部53
からの各種の同期信号に基づいて読出しアドレス(X
g,Yg)を生成してアドレスコントローラ520に与
える。また、所定の同期信号とともにデータコントロー
ラ522からの検出データYpを図示しないディスプレ
イへ出力する。
The display control unit 530 includes a clock generation unit 53
Read address (X) based on various synchronization signals from
g, Yg) is generated and given to the address controller 520. Further, it outputs detection data Yp from data controller 522 to a display (not shown) together with a predetermined synchronization signal.

【0028】図7はフレームメモリ60のバンクの使い
分けの一例を示す図である。3次元計測装置1において
は、フレームメモリ60が4個のバンクA,B,C,D
に区画され、これらバンクA,B,C,Dが書込み→表
示(読出し)→待機(アイドル)→クリアの順にローテ
ーション形式で使用される。例えばバンクCへの書込み
を行っているときには、それ以前に前回の計測のデータ
が書き込まれているバンクBの読出しを行うとともに、
バンクDのデータ消去を行う。そのとき、バンクAにつ
いては何らアクセスをしない。次の計測のときには、バ
ンクDに今回のデータを書込み、バンクCから前回のデ
ータを読み出す。このようなメモリ制御により、周期的
に計測を繰り返しながら各回の計測で得られたデータを
順次に出力する並行処理動作が可能となり、動体の位置
変化を表示することができる。ただし、本実施形態で
は、データの書込み(つまり1画面分の走査)と表示の
ための読出しとは非同期である。表示のフレーム周期は
1画面分の走査時間より短い。したがって、最新の1画
面分のデータ(フレーム)の書込みが完了するまでは、
1回前のフレームが繰り返し読み出されて表示されるこ
とになる。フレーム周期(例えば1/30秒)で1画面
の走査を終えるようにした場合には、書込みと読出しと
を同期させてフレーム周期で表示を更新することができ
る。
FIG. 7 is a diagram showing an example of properly using the banks of the frame memory 60. In the three-dimensional measuring apparatus 1, the frame memory 60 has four banks A, B, C, and D.
The banks A, B, C, and D are used in a rotation format in the order of writing, displaying (reading), waiting (idle), and clearing. For example, when writing to bank C, while reading data from bank B to which the data of the previous measurement has been written before,
The data in bank D is erased. At this time, the bank A is not accessed at all. At the time of the next measurement, the current data is written to the bank D, and the previous data is read from the bank C. Such memory control enables a parallel processing operation of sequentially outputting data obtained by each measurement while periodically repeating the measurement, thereby displaying a change in the position of the moving object. However, in this embodiment, writing of data (that is, scanning for one screen) and reading for display are asynchronous. The display frame period is shorter than the scanning time for one screen. Therefore, until the writing of the latest data (frame) for one screen is completed,
The previous frame is repeatedly read and displayed. When scanning of one screen is completed in a frame cycle (for example, 1/30 second), display can be updated in a frame cycle by synchronizing writing and reading.

【0029】図8〜図15はフレームメモリ60の利用
形態の変形例を示す図である。図8の例は、検出データ
Ypを記憶せずにルックアップテーブル71に入力して
距離データDzに変換し、その距離データDzをフレー
ムメモリ60に書き込むものである。アドレス指定には
図1の例と同様に位置データXg,Ygを用いる。ディ
スプレイへのデータ出力に際しては、フレームメモリ6
0から読み出した距離データDzを直接にD/A変換器
72に入力してビデオ信号に変換する。
FIGS. 8 to 15 show modified examples of the use of the frame memory 60. FIG. In the example of FIG. 8, the detection data Yp is stored in the lookup table 71 without being stored, converted into the distance data Dz, and the distance data Dz is written into the frame memory 60. For address designation, position data Xg and Yg are used as in the example of FIG. When outputting data to the display, the frame memory 6
The distance data Dz read from 0 is directly input to the D / A converter 72 and converted into a video signal.

【0030】図9の例は、X方向のアドレス指定にPS
D25からのX方向の検出信号をA/D変換した位置デ
ータXpを用いるものである。その他の構成は図1の例
と同様である。
In the example of FIG. 9, PS is used for addressing in the X direction.
The position data Xp obtained by A / D converting the detection signal in the X direction from D25 is used. Other configurations are the same as those in the example of FIG.

【0031】図10の例は、図8の例と同様に距離デー
タDzをフレームメモリ60に書き込み、且つ図9の例
と同様にX方向のアドレス指定に位置データXpを用い
るものである。
In the example of FIG. 10, the distance data Dz is written into the frame memory 60 as in the example of FIG. 8, and the position data Xp is used for addressing in the X direction as in the example of FIG.

【0032】図11の例は、検出データYpをY方向の
アドレス指定に用い、位置データYgをフレームメモリ
60に書き込むものである。つまり、受光系20からみ
た物体Qの奥行きを記憶する。用途によってはこの構成
が好ましいが、入射光量が過少であったりノイズが混入
したりして有効な検出データYpが得られなかった場合
には画素抜けが生じるという短所がある。
In the example of FIG. 11, the detected data Yp is used for addressing in the Y direction, and the position data Yg is written in the frame memory 60. That is, the depth of the object Q viewed from the light receiving system 20 is stored. This configuration is preferable depending on the application, but has a disadvantage in that if effective detection data Yp cannot be obtained due to an insufficient amount of incident light or noise mixed in, pixel omission occurs.

【0033】図12の例は、図8,10の例と同様に距
離データDzをフレームメモリ60に書き込み、且つ図
11の例と同様にY方向のアドレス指定に検出データY
pを用いるものである。
In the example of FIG. 12, the distance data Dz is written into the frame memory 60 as in the examples of FIGS.
p is used.

【0034】図13の例は、Y方向のアドレス指定に検
出データYpを用い、且つ、図9の例と同様にX方向の
アドレス指定に位置データXpを用いるものである。そ
の他の構成は図11の例と同様である。
The example of FIG. 13 uses the detection data Yp for addressing in the Y direction, and uses the position data Xp for addressing in the X direction as in the example of FIG. Other configurations are the same as those in the example of FIG.

【0035】図14の例は、図12の例と同様に距離デ
ータDzをフレームメモリ60に書き込み、X方向のア
ドレス指定に位置データXpを用い、Y方向のアドレス
指定に検出データYpを用いるものである。
The example of FIG. 14 writes the distance data Dz into the frame memory 60 as in the example of FIG. 12, uses the position data Xp to specify the address in the X direction, and uses the detection data Yp to specify the address in the Y direction. It is.

【0036】図15の例は、位置データYgと検出デー
タYpとのどちらかのデータをフレームメモリ60に書
込み、他方のデータをY方向のアドレス指定に用いるよ
うに、記憶内容とアドレスとの入れ換えが可能とされた
ものである。X方向のアドレス指定には位置データXg
を用いる。ディスプレイへのデータ出力に際しては、フ
レームメモリ60に書き込んだデータの種類に応じてル
ックアップテーブル71iに格納されている2種の変換
データの一方を選択して用いる。
In the example shown in FIG. 15, one of the position data Yg and the detection data Yp is written into the frame memory 60, and the other is used for addressing in the Y direction. Is made possible. Position data Xg for addressing in the X direction
Is used. When outputting data to the display, one of the two types of conversion data stored in the look-up table 71i is selected and used in accordance with the type of data written in the frame memory 60.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1乃至請求項4の発明によれば、
計測の視野での位置と仮想画面としてのメモリ空間での
位置とを対応づけてデータを記憶し、データを記憶する
メモリの制御を簡素化することができる。
According to the first to fourth aspects of the present invention,
Data is stored in association with the position in the field of view of the measurement and the position in the memory space as the virtual screen, and control of the memory for storing the data can be simplified.

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

【図1】本発明に係る3次元計測装置の概要を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a three-dimensional measuring apparatus according to the present invention.

【図2】制御系の要部のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a main part of a control system.

【図3】出力画像サイズを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an output image size.

【図4】副走査のタイミング調整を説明するための図で
ある。
FIG. 4 is a diagram for explaining timing adjustment of sub scanning.

【図5】画素抜けを防ぐ方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a method for preventing pixel omission.

【図6】コントローラの機能構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a functional configuration of a controller.

【図7】フレームメモリのバンクの使い分けの一例を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the proper use of a bank of a frame memory.

【図8】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram illustrating a modified example of a usage form of a frame memory.

【図9】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a modified example of a usage form of a frame memory.

【図10】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a modified example of a usage form of a frame memory.

【図11】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a modified example of a usage form of a frame memory.

【図12】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a modified example of a usage form of a frame memory.

【図13】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a modified example of a usage form of a frame memory.

【図14】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図
である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a modified example of a usage form of a frame memory.

【図15】フレームメモリの利用形態の変形例を示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing a modified example of a usage form of a frame memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 3次元計測装置 VS 仮想平面 L 光ビーム X 主走査方向 Y 副走査方向 sp サンプリング区画 Q 計測対象 DD 特定データ Yp 検出データ(スポットの位置データ) Dz 距離データ 24 シリンドリカルレンズ(光学部材) 25 光電変換デバイス 52 コントローラ(メモリ制御手段) Reference Signs List 1 3D measuring device VS virtual plane L light beam X main scanning direction Y sub-scanning direction sp sampling section Q measurement target DD specific data Yp detection data (spot position data) Dz distance data 24 cylindrical lens (optical member) 25 photoelectric conversion Device 52 Controller (Memory control means)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】仮想平面に向かってラスタ走査をするよう
に光ビームを投射し、前記仮想平面を主走査方向及び副
走査方向に細分化した各サンプリング区画を通過する時
点での計測対象で反射した前記光ビームの入射角度に応
じた特定データを出力する3次元計測装置であって、 前記特定データを記憶するメモリと、 前記各サンプリング区画の主走査方向の位置データ及び
副走査方向の位置データをアドレスとして前記メモリを
アクセスし、当該各サンプリング区画の前記特定データ
の書込みを行うメモリ制御手段と、を有したことを特徴
とする3次元計測装置。
A light beam is projected so as to perform raster scanning toward a virtual plane, and is reflected by a measurement target at a point in time when the virtual plane passes through each of the sampling sections subdivided in a main scanning direction and a sub-scanning direction. A three-dimensional measuring device that outputs specific data according to the incident angle of the light beam, wherein a memory that stores the specific data, and position data in the main scanning direction and position data in the sub-scanning direction of each sampling section. A memory control unit that accesses the memory using the address as an address and writes the specific data in each sampling section.
【請求項2】仮想平面に向かってラスタ走査をするよう
に光ビームを投射し、前記仮想平面を主走査方向及び副
走査方向に細分化した各サンプリング区画を通過する時
点での計測対象で反射した前記光ビームの入射角度に応
じた特定データを出力する3次元計測装置であって、 前記各サンプリング区画の副走査方向の位置データを記
憶するメモリと、 前記各サンプリング区画の主走査方向の位置データ及び
前記特定データをアドレスとして前記メモリをアクセス
し、当該各サンプリング区画の前記副走査方向の位置デ
ータの書込みを行うメモリ制御手段と、を有したことを
特徴とする3次元計測装置。
2. A light beam is projected so as to perform raster scanning toward a virtual plane, and is reflected by a measurement object at a point in time when the virtual plane passes through each of the sampling sections subdivided in a main scanning direction and a sub-scanning direction. A three-dimensional measuring device that outputs specific data according to the incident angle of the light beam, wherein a memory stores position data in the sub-scanning direction of each sampling section; and a position of each sampling section in the main scanning direction. A three-dimensional measuring apparatus, comprising: a memory control unit that accesses the memory using the data and the specific data as addresses and writes position data in the sub-scanning direction of each sampling section.
【請求項3】前記特定データは、受光面に入射した前記
光ビームのスポットの位置データである請求項1又は請
求項2記載の3次元計測装置。
3. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the specific data is position data of a spot of the light beam incident on a light receiving surface.
【請求項4】前記特定データは、受光面に入射した前記
光ビームのスポットの位置に基づいて算定された距離デ
ータである請求項1記載の3次元計測装置。
4. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the specific data is distance data calculated based on a position of a spot of the light beam incident on a light receiving surface.
JP3566598A 1998-02-18 1998-02-18 Three dimensional measuring device Pending JPH11230725A (en)

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US09/251,456 US6292263B1 (en) 1998-02-18 1999-02-17 Three-dimensional measuring apparatus

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015521727A (en) * 2012-06-14 2015-07-30 株式会社ニコン Measuring assembly, method for measuring features on a surface, method for manufacturing a structure, and pointer

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