JPS61153507A - 三次元形状認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元形状認識装置、特に対象物の外観形状を
認識し対象物の判別を行う三次元形状認識装置に関する
。

［従来の技術］ 今日、例えば工場等の生産ラインにおいては、同種又は
異種の機械や部品が取混ぎて搬送される場合が多く、こ
のような生産ラインにおいてはこれら各対象物を正確に
識別し仕分は等の作業を行うことが必要となる。また、
例えば異なる複数の部品を組み立てて所望の製品を製造
する生産ラインにおいては、製品組立が正確に行われて
いるか否かを検査する必要がある。

一般に、このような生産ライン上における機械や製品は
その外観形状に特徴があることが多く、従ってこれら対
象物の外観形状を三次元的に認識することにより、各対
象物の識別及び製品検査を良好に行うことが可能となる
。

このような三次元形状認識装置として、従来テレビカメ
ラを用いて対象物の躍影を行う装置が用いられていおり
、この装置によれば、テレビカメラで対象物を撮影する
ことにより得られた対象物の濃淡画像に種々の演算処理
を施し、対象物の三次元形状の認識を行っている。

従って、この従来の三次元形状認識装置は、良好な濃淡
画像を得ることができる対象物に対してはその三次元形
状を正確に認識し、その認識結東に基づき対象物の識別
、製品検査を高精度で行うことができる。

［発明が解決しようとする問題点ｊ しかし、このような従来の装置は、表面のコントラスト
がはっきりしない対象物に対しては良好な濃淡画像を得
ることができず、その三次元形状を正確に認識すること
ができないという欠点があった。このため、このような
従来装置は、工場の生産ライン等で多く見られるその表
面が同一色の金属物体に対してはその表面三次元形状を
正確に認識することができず、このにうな対象物の識別
及び製品検査には用いることができないという問題があ
った。

また、テレビカメラにより得られる対象物の形状とその
濃淡画像のコントラストとの相間関係は、周囲の照明条
件のわずかな違いにより大きく変化する。従って、この
ようなテレビカメラを用いて対象物の三次元形状の認識
を行う従来の装置では、照明条件が一定でない場所、例
えば工場内においては対象物の三次元形状を正確に認識
しその識別及び製品検査を行うことができないという問
題があった。

従って、このような従来の三次元形状認識装置はその用
途が極めて限られており、例えば生産工程等において対
象物を正確に認識することができずその有効な対策が望
まれでいた。

発明の目的 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたちであ
り、その目的は、対象物の表面状態や周囲の照明条件等
による影響を受けることなく、対象物の三次元形状を正
確に認識し対象物の識別、製品検査等を信頼性良く行う
ことの可能な三次元形状認識装置を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 第１の発明 前記目的を達成するため、本発明に係る三次元形状認識
装置は、第１図に示すごとく、対象物表面を光ビームで
走査し得られる反射ビームに基づき対象物表面の三次元
座標を検出する座標検出器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
レベルに変換して立体画像データどして記憶する画像メ
モリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所望の等高
面を表わすデータを二値画像データとして抽出出力する
二値データ出力回路と、を含み得られる二値画像データ
に基づき対象物の三次元形状の認識を行うことを特徴と
する。

第２の発明 また本発明に係る三次元形状認識装置は、第２図に示す
ごとく、 二値データ出力回路から出力される二値画像データに基
づき前記対象物の等高面における面積を演算出力する面
積演算回路と、 ）シ；σされた等高面の面積に基づき対象物を認識する
判定回路と、 °　　を含むことを特徴とする。

第３の発明 また、本発明に係る三次元形状認識装置は、第３図に示
すごとく、 予め対象物の所定等高面における二鎖画像データが対象
物判別データとして登録された辞書用画像メモリと、 二値データ出力回路から出力される二値画像データと辞
曙用画像メモリから出力される対象物判別データとの一
致度を検出する一致検出回路と、−数構出回路から出力
された一致度に基づき対象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする。

第４の発明 更に、本発明に係る三次元形状認識装置は、第４図に示
すごとく、 二値データ出力回路から出力される二値画像データを記
憶する二値画像メモリと、 この二値画像メモリに記憶された二値画像フ゛−タに基
づき対象物の特徴量を演算出力する二］ＩＩ７両像処理
回路と、 この二値画像処理回路から出力された対象物の特徴量に
基づき対象物を認識する判定回路と、を含むことを特徴
とする特 第５の発明 更に、本発明に係る三次元形状認識袋間は、第５図に示
ずごどく、 画像メモリに記憶された立体画像データに基づき所望等
高面を表わすデータを二値画像データとし′Ｃ抽出しこ
の抽出された二値画像データを新たなγ−夕どじて前記
画像メモリに書込記憶する二値データ出力回路と、 このようにして画像メ七りに記憶された二鎖画像データ
に基づき対象物の特徴量を演算出力する二値画像処理回
路と、 二値画像処理回路から出力された対象物の特徴量に基づ
き対象物を認識する判定回路と、を含むことを特徴とす
る。

［作用］ 次にこれら第１の発明ないし第５の発明に係る三次元形
状認識装昭の作用を説明づ−る。

第１図に示ずごどく、本発明の装置は、座標製品検査器
から対象物に向は光ビームの投光、受光を行う。ここに
おいて、対象物に向（Ｊた光ビームの投光受光は、対象
物表面全域を走査するように行なわれる。

そして、座標検出器は、このような対象物に向けた光ご
一ムの走査により、対象物表面の三次元座標データを検
出し、この三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
レベルに変換し画像メモ１）に向は出力する。

これにより、画像メモリには、対象物表面の状態及びそ
の周囲の照明条件にかかわりなく、え１役物表面の三次
元座標データが、その高さ方向の座標値を輝度レベルに
変換した立体画像データとして書込記憶されることにな
る。

そして、このようにして書込記憶された立体画像データ
は、二値データ出力回路に向は出力される。

二値画像データ出力回路は、このようにして出力される
立体画像データから所望の等高面を表わずデータを二値
画像データとして抽出出力する。

ここにおいて、等高面の設定は、対象物の高さの絶対値
を指定してもよくまた対象物の高さの上限及び下限を設
定することにより一定の幅をもって１旨定してもよい。

ところで、対象物の認識及び製品検査を行う場合に（９
Ｌ、対象物表面の三次元形状すなわち、立体形状からあ
る特定部分の形状を抽出し認識すれば十分である場合が
多い。

従って、本発明によれば、前記二値データ出力回路から
抽出出力される等高面の設定を、対象物を特徴付ける所
望の高さに設定し、該等高面を表わすデータを二値画像
データとして抽出出力することにより対象物の認識を行
うに必要なデータを得ることができる。

そして、このようにして得られた二１直画像データを例
えばＣＲＴ上に画像表示することにより、対象物の三次
元形状を視覚的に認識し、その識別及び製品検査を行う
ことが可能となり、またこのようにして得られた三直画
像データに所定の演算処理を施すことにより、対象物の
三次元形状を自動的に認識し対象物の識別及び製品検査
を行うことが可能となる。

本願第２ないし第５の発明は、このようにして出力され
る二値画像データを演算処理し、対象物の三次元形状の
認識を自動的に行う装置であり、以下にその作用を説明
する。

まず、第２図に示す第２の発明に係る装置は、対象物の
面積に着目し対象物の認識を行うものである。

このため、この発明は二値データ出力回路から抽出出力
される所望等高面の二鎖画像データを面積演算回路に入
力している。そして、面積演算回路４．Ｌ、このように
して入力される二値画像データに基づき対象物の抽出等
高面におりる表面面積を演算し、この演算データを判定
回路に入力する。

判定回路は、このようにして演算された所望等高面にむ
【）る対象物の表面面積に基づき、対象物の三次元形状
を認識し対象物の識別、製品検査を自動的に行う。

従って、この第２発明に係る装置によれば、対象物の所
舅高さ位置における表面面積に特徴がある場合に、これ
を正確に認識し対Φ物の識別、製品検査を自動的に行う
ことが可能となる。

また、第３の発明は、所望等高面に１１５Ｇフる対τ２
物表面形状の図形パターンを認識することにより対象物
の認識を行うものであり、このため本発明の装置は、第
３図に示すごどく、予め任意の対象物の所望等高面にｄ
３ける二賄画（Ｑ　データが対象物判別データどして登
録された辞目用画像メモリを含む。

そして、−数構出回路により、二値データ出力回路から
出力される二値画像データと辞古用画像メモリから出力
される対象物判別データとを比較し、両者の一致度を検
出しその検出結果を判定回路に向は出力する。

判定回路は、このようにして入力される一致度に基づき
、対象物が辞書用画像メ七りに予め記録された対象物と
一致するか否かの認定を自動的に行う。

このように、本発明の装置によれば、所望等高面におけ
る表面形状のパターンに特徴がある対象物を確実に認識
し、対象物の識別、製品検査を自動的に行うことが可能
どなる。

なｉＪ３、本発明にＪ５いては、−数構出回路において
、二値画像データと対象物判別データどの図形パターン
の比較を行うため、二値データ出力回路から出力される
二値画像データと辞♂用画像メモリから出力される対象
物判別用の二１直画像データとの位置的な整合をとる必
要がある。このため、本発明は、対象物を予め所定の位
首に位置決めした状態で、座標検出器により光ビームの
走査を行う必要があり、この点にＪ３いて、伯の発明に
係る装置と相違する。

また、第４の発明に係る装置は、所望等高面における対
象物表面になんらかの特徴がある場合にこの特徴を利用
して対象物の認識を行うものである。

このため、本発明に係る装置は、第４図に示すごとく、
二値データ出力回路から出力される二値画像データを二
値画像メモリに記憶し、このようにして記憶された二値
画像データを二値画像処理回路に向は出力する。

二値画像処理回路は、このようにして入力されたこ値画
像データに基づき、対象物の特徴量を演算し、その演算
結果を判定回路に向は出力する。

そして、判定回路は、このようにして入力された特徴量
に基づき対象物の三次元形状を認識し、該対象物の識別
、製品検査の各種動作を自動的に行う。

このように、第４の発明に係る装置は、対象物の所望等
高面の表面形状になんらかの特徴がある場合、例えば所
定等高面における表面の位置関係あるいは、前記第２の
発明と同様に該等高面における表面面積などに特徴があ
る場合に、これら各特徴量を演算し、対象物の識別、製
品検査を正確に行うことができる。

また、第５の発明に係る装置は、前記第４に係る発明と
同様、対象物の所望等高面における特徴量に塞づき対象
物の認識を行うものであり、本発明に係る装置は、第５
図に示すごとく、画像メモリから出力されるｑ体画像デ
ータを二値データ出力回路に入力し、二値データ出力回
路によりこの立体画像データから対象物を特徴づける所
望等高面を表ねりデータを二値画像データといて抽出し
、該二値画園データを新たなデータとして画像メモリに
書込記憶する。

そして、このようにして記憶された二値画像データを、
画像メモリから二１直画像処理回路に向り出力する。

このようにツることにより、本発明によれば、画像メモ
リを二値画像メモリとしても用いることができ、第４図
に示す装置に比し、装置全体の構成を簡単なものとする
ことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、対象物の表面状
態やその周囲の照明条例による影響を受１ノることなく
、対象物表面の三次元形状を正もπに認識し、対象物の
識別、製品検査を高精度で行うことが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適イｆ実施例を図面に阜づき説明する。

第１実施例 第６図には、前記第１の発明の好適な実施例が示されて
Ｊ３つ、実施例の装置は、固定テーブル１０上に載置さ
れた対象物１２に向は座標検出器２０から光ビーム１０
０を投光し、これにより得られる反射ビームを受光して
いる。ここにおいて使用する光ビー１％　１００として
（よ指向性の高い光ビームが好適であり、このため実施
例においてはレーザー光からなる光パルスを用い、この
光パルスの往復時間とその投射角度から対象物１２の反
射点位置にｄ３　Ｌｊる三次元座標の検出を行っている
。

そして、実施例の座標検出器２０は、このような光パル
スからなる光ビーム１００で対象物１２の表面全域を走
査し、これにより得られる反射ビームに基づき対象物表
面の三次元座標を検出している。そして、この座標検出
器２０は、このようにして得られた対象物表面の三次元
塵はデータ（Ｘ。

ｙ、ｚ）の高さ方向の座標、すなちわ１ＩｒＩｌ１１方
向の座標の値を輝度レベルに変換し、これを立体画像デ
ータとして画像メモリ２２に向は出力する。

従って、画像メモリ２２内には、対や物表面の三次元座
標データが、ｘｙ座標と輝度レベルにより表わされた立
体画像データとして書込記憶されることになる。

すなわち、画像メモリ２２内には、対象物表面の高さが
輝度レベルにより表現されて書込記憶されることになる
。そして、この画像メモリ２２に記憶された立体画像デ
ータは二値データ出力回路２４に向り出力される。

この二値データ出力回路２４は、立体画像データから対
象物を特徴付ける所望の等高面を表わすデータを二値画
像データとして抽出出力づ゛るものであり、実施例にお
いて、この二値データ出力回路２４は、等高面を設定す
る設定器２６と、立体画像データを設定された等高面に
基づきＨレベルとＬレベルの二ＩＩＩＩ両像データに変
換出力するレベルスライス回路２８と、からなる。

ここにおいて、前記設定器２６による等高面の設定は、
抽出出力する高さの上限１−１１と下限１−４２どを指
定することにより行なわれる。

このような等高面の設定を行うと、レベルスライス回路
２８からは、第７図に示すごとく画像メモリ２２から入
力される立体画像データの画像が、高さト１１とＨ２に
対応する輝度範囲Ｓｒ１゜Ｂｒ２にある場合には１ルベ
ルの信号として、それ以外範囲にある場合はＬレベルの
信号として出力さ゛れる。すなわら、立体画像デ〜りの
対象物表面の１１　とＨ２の高さ範囲を表１領域はト」
レベルの信号としてそれ以外の領域はしレベルの信号と
して出力されることになる。

従って、このようにして得られた二値画像データを、例
えばＣＲＴ上に画像表示することにより高さＨとＨ２と
の範囲にある対象物表面をｘｙの二次元データとして視
覚的に認識することができ、この画像表示パターンから
対象物の識別及び製品検査を行うことかできる。また、
このようにして１“Ｉられた二鎖画像データに所定の演
算処ＰＩ’！を施すことにより、対像物を自動的に認識
し対唯物の識別及び製品検査を行うことが可能となる。

次に本実施例の装置を用いて行う対象物の認識動作を、
第８図（Ａ）に示す３種類の対象物１２ａ、１２ｂ、１
２Ｇを識別する場合を例にとり説明する。

ここにおいて、これら各対象物１２ａ、１２ｂ。

１２ｃは、それぞれ半径及び高さの異なる大小３この円
柱２００，２１０．２２０を組合せて形成されている。

まず実施例の装置により、任意の対Φ物１２の識別を行
う場合には、対象物１２を第８図（△）に示づごとく、
固定テーブル１０−Ｌの任意位置に縦置きに載置する。

この状態で、座標検出器２０により対象物表面を光ビー
ム１００で走査し画像メモリ２２内に立体画像データを
潟込記憶する。

ここにおいて、対象物１２ａ、１２ｂ、１２ｃの立体画
像データを検証すると、これらはそれぞれ第８図（Ｂ）
に示すごとく、円柱２００，２１０゜２２０のＬ面をそ
れぞれ輝度　レベルＢｒ１゜［３ｒ２．１３ｒ３により
表わしたものとなる。

従って、実施例の装置を用いて、例えば対象物１２ａを
識別しようとする場合には、設定器２６により高さＺ２
を中心とした所定幅の等高面を設定をする。すなわち等
高面の上限、下限をＨｌ〉Ｚ２〉ト１２と設定する。

これにより、レベルスライス回路２８は第９図（イ）で
示ずごとく、画像メ七り２２から読み出される立体画像
データから輝度レベルＢｒ２を表わす画素をＨレベルの
信号としてそれ以外の輝度を表わす画素をＬレベルの信
号として示ツニ埴画像データを出ツノする。

そして、この二値画像データをＣＲＴ上に画像表示づ゛
ることにより、対象物１２が目的の対象物１２ａである
場合には、ＣＲＴ上に円柱２１０の上面部分を表わす円
が画像表示されることになり、対象物１２が目的の対象
物１２ａ以外の場合にはなんら画像が表示されることは
ない。

−従って、このようにしてＣＲＴ上に画像表示される二
値画像データに基づき、対象物１２ａを視覚により正確
に識別することができる。

また、対象物１２ｂを他の対象物から識別する場合には
、設定器２６ににり等高面の高さを７１に設定すること
により、同様にしてＣＲＴ上に対象物１２ｂを特徴つけ
る小円柱２００の上面部分の画像を表示することができ
る。従って、ＣＲＴ上に、この小円柱２００の上面部分
の画像が表示された場合には、対象物１２は目的の対象
物１２ｂであると識別することができ、このような画像
がなんら現れない場合には対象物は目的の対象物１２ｂ
でないと識別される。

また、対象物１２が前記対象物１２ａ、１２ｂのいずれ
でもないと判断された場合には、対象物１２は自動的に
対象物１２ｃであると識別されることになる。

次に、第６図に示す実施例の装置から出力される二値画
像データを演算処理し、対象物１２の三次元形状を自動
的に認−する各種実施例について説明する。

第２の実施例 第１０図には、本発明の好適な第２の実／！　ＰＡが示
されており、実施例の装置は、対象物１２の面積に着目
し対象物の三次元形状の認識を自動的に行うものである
。

このため、本発明の装置は、二値データ出力回路２４か
ら出力される二１直画像データを面積演算回路３０に入
力し、この二値画像データに基づき対象物の所望等高面
の面積を演算出力している。

実施例において、この面積演算回路３０は、レベルスラ
イス回路２８から出力されるＨレベルの信号をカウント
する計数回路を用いて形成されている。

ここにおいて、レベルスライス回路２８から出力される
Ｈレベルの信号は、設定器２６により設定された等８面
を表わす立体画像データの各画素に対応して出力され、
従って、前記計数回路は、等高面を表わす画素の数をカ
ウントすることになり、このカウント１直は判定回路３
２に供給される。

実施例の判定回路３２には予め対象物１２の判定基準が
設定されており、計数回路３０から入力されるカウント
値とこの判定基準とを比較することにより対象物１２の
識別を行う。

従って、本実施例の装置によれば、所定の高ざ′の表面
面積に特徴がある対象物を正確に認識し、その識別及び
製品検査を行うことができる。

次に本実施例の動作を、第８図に示す３つの対象物１２
ａ、１２ｂ、１２ｃの識別を行う場合を例にとり説明す
る。

まず実施例の装置を用いて対象物１２ａを他の対象物１
２ｂ、１２ｃから識別する場合には、設定器２６により
高さＺ２を中心とした所定幅の等高面を設定する。

このようにすることにより、対象物１２が１２ａである
場合には、レベルスライス回路２８により画像メモリ２
２内に記憶された立体画像データから輝度Ｂｒ２の部分
、づ゛なわち小円柱２１０の上面部分の画素が抽出され
、これがＨレレベルの信号として計数回路３０に入力さ
れ、この部分の面積が求められる。

しかし１．対象物１．２が１２ａでない場合に！、１、
画像メ七り２２内に記憶された立体画間１−夕には、ｒ
：２；ざＺ２に対応する將度レベルＢｒ２のｊ″−タが
含まれていないため、旧教回路３０にて演欝される面積
の１直はＯとなる。

従って、判定回路３２は、ａ１数回路３０から入力され
る面積のＳの値が予め定めである判定性Ｓｏ　（Ｑ＜３
ｏ＜小円柱２１０の上面部分の而ＶＪ＞より大きい場合
には対象物１２は目的の対象物１２εｌであると判別し
、ＳがＳＯより小さい場合には対や物は１２ｂ、１２Ｃ
のいずれかであると判別覆る。

また、同様にして対象物１２が１２ｂであるか否かを識
別りる場合には、設定器２６により高さＺｌを中心とし
た所定幅の等高面を設定する。

これにより、同様にして対栄物１２が目的の対象物１２
ｂであるか否かの識別は自動的に行なわれる。

また、これら各対象物識別動作の結果、対象物は１２ａ
、１２ｂのいずれでもないと判別された場合には、対象
物１２は自動的に残りの対象物１２Ｃであると判別され
ることになる。

このように、本実施例の装置によれば、対象物１２の三
次元座標データから対象物を特徴づ（〕る等高面の面積
を求め、その面積に基づき対象物の認識を行っているた
め、複雑な形状をした対象物１２であっても、その対象
物１２をテーブル１０上に位置決めすることなくその三
次元形状を正確に認識し、対象物の識別を高い精度で行
うことができる。

第３実施例 第１１図には本発明に係る好適な第３実施例が示されて
おり、実施例の装置は、対象物１２の所望等高面におけ
る表面形状のパターンを認識することにより、対象物の
識別、製品検査を行うものである。

このため、実施例の装置は、辞円用画像メモリ３４に、
対象物を特徴づける所望等高面の二値画像データが予め
対象物判別データとして登録されてている。そして、レ
ベルスライス回路２８　／ｐ　ｒう出力される対象物１
２の所望等高面における二値画像データが辞書用画像メ
モリ３４から出力される対象物判別データと一致するか
否かを一致検出回路３６により検出している、。

実施例において、この−数構出回路３６は、レベルスラ
イス回路２８の出力と辞書用画像メモリ３４の出力との
論理積を出力するアンド回路を用いて形成されている。

そして、このアンド回路はレベルスライス回路２８の出
力と、辞書用画像メモリ３４の出力とを各画素毎に比較
し、両者が一致する場合には１ルベル、一致しない場合
にはＬレベルの信号を各画素毎に一致検出信号として判
定回路３２に入力づる。

判定回路３２は、このようにして入力される一致検出信
号に基づぎ、対象物１２が辞Ｕ）用画像メモリ３４に予
め記憶された対象物と一致するか否かの認識を行い、対
象物１２の識別、製品検査動作を行う。

次に本実施例の装置を用いて行う対象物の認識動作を、
第１２図（△）に示づ対象物１２ａ、１２ｂの識別を行
う場合を例にとり説明する。

ここにＤ′Ｓいて、識別の対象となる対象物１２ａ。

１２ｂは、いずれも高ざＺｌの２木の小円柱２０Ｑａ、
２００ｂと、高さｚ３の１本の大円柱２２０とを組合せ
て形成されたものであり、対象物１２ａは２本の小円柱
が大円柱を中心として９０度の位置に配置されており、
他方の対象物１２ｂは２木の小円柱が大円柱を中心とし
て１８０度の位置に設置されている。従って、これら対
象物１２ａ。

１２ｂの識別は対象物の２本の小円柱の配置パターンを
認識すればよい。

このため、実施例の装置においては、テーブル１０の所
定位置に対象￥ＩＪｌ　２ａを位置決めし、この状態に
Ｊ３いて得られる高さＺｌの等高面に４ハブる対象物１
２ａの二値画像データを辞書用画像メ℃す３４内に、第
１３図に示すごとく、対象物識別γ−夕として登録して
いる。

そして、任意の対象物１２の識別を行う場合には、予め
設定７９１２６により高さＺｌを中心とした所定幅の等
高面を設定する。そして、対象物１２をテーブル、１０
の予め定められた所定位置に位置決めし該対象物１２の
表面全体を光ビーム１００で走査り゛る。これにより、
該対象物１２のＱ体画像データが画像メモリ２２内に回
込記憶される。

ここにおいて、対象物１２ａ、１２ｂの各立体画像デー
タを検討してみると、これら各対象物１２ａ、１２ｂは
、第１２図（ｒ３　＞　’ｒ承りごとく、各円柱２００
ａ、２００ｂ、２２０がそれぞれ３ｒ　　、Ｂｒ　　、
［３ｒ３の輝度レベルにより表ねされる。

実施例の装置においては、面述したＪ：うに設定器２６
によ等高面が高さＺｌを中心とした所定幅に設定されて
いるため、レベルスライス回路２８は画像メｔす２２に
記憶された立体画像データの輝度レベルＢｒ１に対応し
た小円柱２００ａ、２００ｂの領域を［ルベル、それ以
外の領域をＬレベルの二値画像データに変換して出力す
る。従ってレベルスライス回路２８から出力される対象
物１２ａ、１２ｂの各二値画像データは、第１２図（Ｃ
）に示す図形パターンとなる。

そして、このようにしてレベルスライス回路２８から出
力される二値画像データは、−・数構出回路３６に、１
３い′Ｃ辞ＩＲ用画像メモリ３／Ｉに登録された対象物
１２ａの対象物識別データど比較さ机る１゜ここにＪ３
いて、辞書用画像メモリ３／ｌに記憶された対象物１２
ａの識別データは、萌述したように第１３図に示す二値
画像データＣあるため、アーブル１０上に載置された対
象物１０　／）＜　１２　ａ　Ｐある場合には一致検出
回路３６から出力される一致度ＩＤは１００χあるいは
１００χ近い値（位置決めの誤差などの影響のため）ど
なりまた対象物１２が１２ｂである場合には一致検出回
路３６から出力される一致度ＩＤは５０％あるいは５０
％をやや下まわる（直（位置決めの誤差などの影響のた
め）となる。

判定回路３２は、このようにして−数構出回路３６から
出力される一致度１０に基づきその一致度ＩＤが予め定
めた一致度の判定レベルＩＤ。

（５０Ｘ　＜　ＩＤｏ＜　　１００χ）よりも大きい場
合には対象物１２が１２ａであると判別し、ＩＤがＩＤ
。

よりも小さい場合には対象部１２は１２ｂであると判別
する。

このように、本実施例の装置によれば、対象物１２をテ
ーブル１０ｋに位置決めしＵＷられた立体画像データか
ら、その対象物を特徴つける所望等高面の二値データを
抽出出力し、該二値画像データの図形パターンと対象？
！ｌ識別データの図形パターンとの一致度ヶ検出し対象
物１２の認識を行うため、前記第２実施例にかかる装置
に比し、より複雑な形状の対象物に対してもその認識動
作を正確″に行うことが可能となる。

なお、本実施例の装置では、辞書用画像メモリ３４に１
つの対象物識別データを登録した場合を例にとり説明す
るが、本発明の装置はこれに限らず、同一の対象物に対
しこれを特徴つける異なる複数の高さの三直画像データ
を対象物識別データとして予め登録し、−数構出回路３
６にてこれら各等高面における−・改度を検出づること
により対象物１２の認識を行うことも可能である。

この場合には、−数構出回路３６による１回の一致検出
動作が修了する亀に、辞書用画像メモリ３４にから読み
出されるデータの切替及び設定器２６により設定される
等高面の高さの１，７ＩＴ！ｆを互いに同１］をとりな
がら自助的に行うよう形成することが好ましい。

このようにすることにより、本実施例の装置を用いて、
更に複雑な形状の対象物をも正確に認識することが可能
となる。

また、本実施例においては、複数の対象物を識別するた
めに、辞書用画像メモリ３４内に複数の対象物に対応し
た対象物識別データを？Ｕ数個０録することも可能であ
る。この場合には画像メモリ２６に記憶された同一の立
体画像データを用い、−数構出回路３６による一致検出
動作が修了する毎に辞書用画像メモリ３４から読出づデ
ータを切替え、該続出データに合せて設定器２６により
設定される等高面の高さを自動的に切替るよう形成すれ
ばよい。

このようにすることにより、対象物１２が辞用用画像メ
モリ３４に登録した複数の対象物のいずれに該当するか
を正確に認識することが可能となる。

第４の実施例 ′Ｐ、１／′１図には本発明に係る好適な第４の実施例
が示されており、実施例の装置は、対象物１２の所定等
高面の表面形状になんらかの特徴がある場合にその特徴
量を演ｑし、対象物の三次元形状の認識を自動的に行う
ものである。

このため、本発明の装置は、レベルスライス回路２４か
ら抽出出力される対象物１２の所望等高面における二鎖
両像γ−夕をいったん二値画像メ［す３８内に書込記憶
する。

そして、二値画像処理回路４０は、このようにして書込
記憶された二１直画像γ−夕に基づき、対象物１２を識
別するために必要な所定の特徴■を演算しその演算結果
を判定回路３２に入力する。

ここにおいて、二値画像ｖ１理回路４０により演算され
る対象物１２の特徴ωとしでｔ；１、距離の特徴Φ、面
積の特徴上、画像パータンの特徴量、その他各種の特徴
上がある。

実施例においては、二値画像処理回路４０にＪ：す、対
象物１２の三次元形状の距離的な特ｔｌを演σし、この
演算された特＠ｍに基づき判定回路３２により対象物１
２の認識を行っている。

次に本実施例の装置を用いて行う対象物の認識動作を、
第１２図（Ａ）に示す対象物１２ａ、１２ｂの識別を行
う場合を例にとり説明する。

まず対象物１２をテーブル１０上の所望位置に第１２図
（Ａ＞に示すように設置し、イの表面を光ビームで走査
する。

これにより、画像メモリ２２内には、対象物１２の種類
に応じて第１２図（Ｂ）で示す立体画像データが書込記
憶される。

このとき、設定器２６により、高さが７１を中心どして
所定幅の等高面が設定されると、レベルスライス回路２
８はこのとき、画像メモリ２２内に書込記憶された立体
画像データから設定された＠高面に対応する輝度レベル
の信号を抽出しこれを二値画像データとして二値雨間メ
モリ３８内に幽込記憶する。

従って、テーブル１０上に載置された対象物１２が１２
ａである場合には、二値画像メモリ３８内には第１５図
（Ａ）に示す二値画像データが虞込記憶され、またテー
ブル１０上に載置された対Φ物１２が１２ｂである場合
には第１５図（Ｂ）ひ示す二値画像データが二値画像メ
毛り３８内に書込記憶されることになる。

そして、実施例の二値画像処理回路４０は、このように
二値画像メＬす３８内に書込記憶された二値画像データ
から２つの円柱２００ａ、２００ｂの上面中心間距１１
１ｔＬを特徴量として演算し、その値を判定回路３２に
出力する。

実施例の判定回路３２には予め対象物１２ａ及び１２ｂ
の特徴量を表わす距＃Ｌ、Ｌ２が判新基準どして設定さ
れτおり、二値画像処理回路４０から入力された距１１
１Ｌをこの判ＩＩＪｉ基準と比較し対象物１２が１２ａ
又は１２ｂのいずれであるかの判別を行う。ここにおい
て、二値画像処理回路１１０により演算出力される小円
柱２００ａ、２００ｂ上面部分の中心開戸＃しはテーブ
ル１２上に載置された対象物１２の位置や方向に無関係
に一定であるため、本実施例の装置にＪ、れば、テーブ
ル１０上に任意に載置された対象物を正確に識別するこ
とか可能となる。

このように、本実施例の装置によれば、対象物１２の特
徴量を二値画像データに基づき演障し、その特徴量に基
づいて対象物の認識を行っているため、？！雑な形状の
対象物をも高い精度で認識し各種識別及び製品検査動作
を行うことが可能となる。

なお、本実施例においては、特徴量として距離りを演算
出力する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限
らず、前記第２の実施例と同様特徴量として対象物の面
積を演算し対象物を正確に認識することも可能である。

また、これ以外にも、例えば二値画像処理回路４０内に
、ｒｆＪ記第３の実施例と同様辞書用画像メ（す３４を
内蔵させ、前記第３の実施例と同様に特ｙｉＭどして辞
書用画像メモリ３４に登録された対象ｖＩＩ：ＩＩ別デ
ータと二ｂｔｊ画１やメモリ３８に記憶された二値画像
データとの一致度を演算し、この演算結果に基づき対象
物の認識を行う、ことも可能である。

１１夏叉芙１ 第１６図には本発明に係る好適な第５の実施例が示され
ており、本実施例の特徴的事項は、画数メＬす２２を二
１１ＩＩｉｉＩｉｉＷＡメｔす３８と兼用し、第１４図
に示ず実施例の装置を簡単な構成としたことにある。

このため、実施例の装置は、画像メモリ２２内に記憶さ
れた立体画像データをレベルスライス回路２８に入力し
、このレベルスライス回路２８により設定された任意の
等高面の二値画像データを抽出出力する。そして、この
ようにして抽出出力された二１直画像データを、新たな
データとして画像メモリ２２内に書込記憶する。

これにより、画像メモリ２２内に記憶されていた立体画
像データは、レベルスライス回路２８から出力される二
鎖画像データに更新され、このようにして画像メモリ２
２内に記憶された二値画像データは二値画像処理回路４
０に向は出力される。

このようにして、本実施例の装置は、画像メモリ２２を
二値画像メモリ３８としＣも用いることができ、この結
果前記第１４図に示す装置に比し回路構成を簡単化し装
置の低コス１〜化を図ることが可能となる。

なお、前記第１ないし第５の各実施例において、座標検
出３２０は光ビーム１００として光パルスを用い、その
往復時間ど投射角に基づき対榮物表面の三次元座標デー
タを検出するものを例にとり説明したが、本発明はこれ
に限らず、光ビーム１００として振幅変調を施した連続
光を用い、この連続光の投射波と反射波の位相差とその
投射角度から対象物表面の三次元座標の検出を行うこと
ら可能である。

また、これ以外にも、光ビーム１００として、スポット
光やスリード光を用い、その反射光をテレビカメラ等の
二次元走査方式の比＠器ｒ−Ｒ影し、周知の三次元測量
の原理を用い対象物表面の三次元座標データを検出する
ことも可能である。

また、前記第１ないし第５の各実施例は、対象物の識別
を行う場合を例に取り説明したが、本実施例はこれに限
らず、対象物が正しく作られ、あるいは組立てられてい
るか判別する外観検査や異組付【プ検査にも用いること
が可能である。

この場合には、レベルスライス回路２８により対象物１
２の検査すべき部位から二値画像データを任意に抽出す
ることができるよう、設定等高面の高さが被検部位に応
じて自動的に順次切替えられるよう設定器２６をプログ
ラムする。そして、プログラムに従って順次抽出される
対象物１２の二値画像データから例えばその特徴Ｍある
いは対象物判別データとの一致度を演粋すればよい。

また、前記第１ないし第５の各実施例においては、対象
物１２を固定テーブル１０上に設置し光ビーム１００を
ｘｙ力方向走査す°る場合を例にとり説明したが、本発
明はこれに限らず、例えばベルトコンベア上に載置され
た対象物１２に対しても同様にその認識動作を行うこと
が可能である。

この場合には、ベルトコンベアの平行移動Ｍに同期して
光ビーム１００をＸ軸又はｙ軸のいずれか１方向に走査
することにより、対象物表面の三次元座標を検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願に係る第１の発明を表すブロック図、 第２図は本出願に係る第２の発明を表すブロック図、 第３図は本出願に係る第３の発明を表すブロック図、 第４図は本出願に係る第４の発明を表すブロック図、 第５図は本出願に係る第５の発明を表すブロック図、 第６図は第１の発明の好適な実施例を承り“ブロック図
、 第７図は第６図に示すレベルスライス回路の入出力特性
を示す説明図、 第８図は第６図に示す装置を用いて識別される対象物の
形状及びその立体画像データを表ず説明図、 第９図は対象物の識別動作を行う場合に４３Ｇノるレベ
ルスライス回路２８の入出力特性図、第１０図は第２の
発明の好適な実施例を示１ブロック図、 第１１図は第３の発明の好適な実施例を示ツブロック図
、 第１２図は第１１図に示刀装置を用いて識別される対や
物の形状及びその立体画像データの説明図、 第１３図は辞書用画像メモリに登録された対象１勿識別
データの説明図、 第１４図は第４の発明の好適な実施例を示Ｊ“ブロック
図、 第１５図は第１４図に示す装置の二値画像処理回路にに
つ？す１律される特徴量の説明図、第１６図は第５の発
明の好適な実施例を示すブロック図である。 １２　・・・　対象物 ２０　・・・　座標検出器 ２２　・・・　画像メモリ ２４　・・・　二値データ出力回路 ２６　・・・　設定器 ２８　・・・　レベルスライス回路 ３０　・・・　面Ｖｉ演算回路 ３２　・・・　判定回路 ３４　・・・　辞書用画像メモリ ３６　・・・　−数構出回路 ３８　・・・　二値画像メ七り ４０　・・・　二値画像処理回路 １００　・・・　光ビーム。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物表面を光ビームで走査し得られる反射ビー
   ムに基づき対象物表面の三次元座標を検出する座標検出
   器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
   レベルに変換して立体画像データとして記憶する画像メ
   モリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所望の等高
   面を表すデータを二値画像データとして抽出出力する二
   値データ出力回路と、 を含み得られる二値画像データに基づき対象物の三次元
   形状の認識を行うことを特徴とする三次元形状認識装置
   。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、二値
   データ出力回路は、抽出する等高面の高さを設定する設
   定器と、画像メモリに記憶された立体画像データから設
   定された等高面のデータを二値画像データに変換出力す
   るレベルスライス回路と、を含むことを特徴とする三次
   元形状認識装置。
3. （３）対象物表面を光ビームで走査し得られる反射ビー
   ムに基づき対象物表面の三次元座標を検出する座標検出
   器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
   レベルに変換して立体画像データとして記憶する画像メ
   モリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所望の等高
   面を表すデータを二値画像データとして抽出出力する二
   値データ出力回路と、 前記二値画像データに基づき前記対象物の等高面におけ
   る面積を演算出力する面積演算回路と、演算された等高
   面の面積に基づき対象物を認識する判定回路と、 を含むことを特徴とする三次元形状認識装置。
4. （４）対象物表面を光ビームで走査し得られる反射ビー
   ムに基づき対象物表面の三次元座標を検出する座標検出
   器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
   レベルに変換して立体画像データとして記憶する画像メ
   モリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所望の等高
   面を表すデータを二値画像データとして抽出出力する二
   値データ出力回路と、 予め対象物の所定等高面における二値画像データが対象
   物判別データとして登録された辞書用画像メモリと、 前記二値データ出力回路から出力される二値画像データ
   と辞書用画像メモリから出力される対象物判別データと
   の一致度を検出する一致検出回路と、 検出された一致度に基づき対象物を認識する判定回路と
   、 を含むことを特徴とする三次元形状認識装置。
5. （５）対象物表面を光ビームで走査し得られる反射ビー
   ムに基づき対象物表面の三次元座標を検出する座標検出
   器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
   レベルに変換して立体画像データとして記憶する画像メ
   モリと、 この立体画像データから対象物を特徴づける所望の等高
   面を表すデータを二値画像データとして抽出出力する二
   値データ出力回路と、 この二値データ出力回路から出力される二値画像データ
   を記憶する二値画像メモリと、 この二値画像メモリに記憶された二値画像データに基づ
   き対象物の特徴量を演算出力する二値画像処理回路と、 この二値画像処理回路から出力される対象物の特徴量に
   基づき対象物を認識する判定回路と、を含むことを特徴
   とする三次元形状認識装置。
6. （６）対象物表面を光ビームで走査し得られる反射ビー
   ムに基づき対象物表面の三次元座標を検出する座標検出
   器と、 検出された三次元座標データの高さ方向の座標値を輝度
   レベルに変換して立体画像データとして記憶する画像メ
   モリと、 画像メモリに記憶された立体画像データから所望等高面
   を表すデータを二値画像データとして抽出しこの抽出さ
   れた二値画像データを新たなデータとして前記画像メモ
   リに書込記憶する二値データ出力回路と、 画像メモリに書込記憶された二値画像データに基づき対
   象物の特徴量を演算出力する二値画像処理回路と、 この二値画像処理回路から出力された対象物の特徴量に
   基づき対象物を認識する判定回路と、を含むことを特徴
   とする三次元形状認識装置。