JPS61175511A - 立体形状測定装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、立体的な物体の形状を測定するための装置に
関するものである。

［発明の技術的背景］ 従来の立体形状測定装置の多くは、いわゆる複眼によっ
て対象物体を観測している。すなわち、２箇所以上の視
点から同一の対象物体を観測し、各観測点から得られた
情報（画像）を総合して対象物体の形状を決定している
。

これに対して１箇所の視点から対象物体を観測してその
形状を決定する、単眼の測定装置も知られているが、そ
れらの装置は見掛は上は単眼であっても複眼の原理を変
形したものに過ぎず、真の単眼の測定装置というものは
未だ知られていない。

［背景技術の問題点］ 従来の測定装置において実施されている測定方法にあっ
ては、まず画像の解析方法が非常に複雑であるという問
題点があった。また対象物体の表面を連続した面として
とらえてその面の座標を決定しようとするため、被測定
表面に亀裂があったり極端な窪みがあったりすると解析
が不可能になるという問題点もあり、さらに、要求され
る測定精度の高低とは無関係に、それらの観測装置は常
に良好な観測精度を有していなければ対象物体の形状を
決定することができないという欠点も有していた。

［発明の目的］ したがって本発明の目的は、単眼によって対象物体を観
察することにより、簡単な画像解析によってその対象物
体の形状を測定することができるとともに、観測装置の
精度は要求される測定精度の高低に応じて設定すること
が可能であり、さらに対象物体の表面に激しい凹凸があ
ってもその測定をすることができる立体形状・測定装置
を提供することである。

［発明の概要］ すなわち本発明に係る観測装置は、これからその形状を
決定しようとしている対象物体（Ｖ）を観測するための
Ｈ測装置（Ｊ）と、この対象物体Ｖを２方向から照らす
ための２つの投光装置（Ａ、Ｂ）とから構成されている
。ここで、観測装置Ｊは焦点（Ｆ）および観測面（１）
から構成されるものであるが、特にこの焦点Ｆはただ１
個であり、本測定装置が本質的に単眼の装置であること
がわかる。次に投光装置Ａ、Ｂを説明する。投光装置Ａ
は光ＩＩ（Ｌａ）およびスライド面（Ｓａ　）から構成
され、また投光装置Ｂは光源（Ｌｂ　）およびスライド
面（Ｓｂ　）から構成されるものである。

そしてこれらのスラント面Ｓａ　、３ｂにはそれぞれ規
則正しくスリットラインが刻まれており、光源１ａ　、
ｌｂを点灯すると、これらのスリットラインを通過した
光が対象物体■の表面に達して、この対象物体Ｖ上に光
の投影格子（Ｖｓ　）を映しだすようになっている。

本測定装置における対象物体の形状測定の手順は、゛ま
ず、このようにして対象物体■の表面に映しだされた投
影格子Ｖｓを、ざらに、観測装置Ｊの焦点Ｆを通して観
測面Ｉ上に映しだす。（ここで観測面Ｉ上に映しだされ
る投影格子■Ｓの像を観測格子■Ｓとする。）それから
、この観測格子■Ｓの格子点の任意の１点（ＩＩ測格子
点ｐ）に注目し、その観測格子点ｐに対応している投影
格子Ｖｓの１格子点く投影格子点χ）の座標を、後述す
る簡単な解析方法にしたがって決定する。′というもの
である。そして、この手順にしたがって観測格子ＩＳの
全格子点についてそれに対応する投影格子■Ｓの格子点
の座標を決定していけば、対象物体■の形状を知ること
ができるのである。

このように、本測定手順においては、対象物体Ｖの表面
を面”としではなく“個々の点（格子点χ）の集合体”
としてとらえる。したがって観測装置Ｊは、少なくとも
対象物体上の格子点χを１つ１つ識別することができる
程度の精度があれば十分である。また、対象物体上の格
子点χの座標を各々を独立して決定するので、対象物体
の表面が大きく変化していて投影格子が切れているよう
な場合でも測定には何ら影響はなく、あらゆる形状の物
体を測定することができる。

次に、観測格子■Ｓの格子点の１つである観測格子点ｐ
に対応する、対象物体ｖ上の投影格子点χの空間座標を
決定する方法の概要を説明する。

ここで観測装置の焦点Ｆおよび観測格子点ｐの座標はそ
れぞれ既知とする。

まず、焦点Ｆと観測格子点ｐとを含む直線ｍを求める。

この直線ｍ上に投影格子点χが存在しているわけである
が、本装置のような単眼の観測装置は、被観測点（投影
格子点χ）の遠近を測ることができないので、この段階
では投影格子点χの座標を特定することはできない。

そこで、投光装置Ａ、Ｂから発して対象物体Ｖに達して
いる光の中で特に投影格子点χを照らしている２光線（
Ｑ　ａχ、２ｂχ）に着目する。説明するまでもなく、
投影格子点χは、この光線βａχ上に存在し、同時に光
線２ｂχ上に存在している。また、この２光線２ａχ、
ｉｂχの方程式は、それぞれ初期条件として与えられて
いるわけではないが、既知の条件を数学的に処理するこ
とによって求めることができるものである。その数学的
処理方法は［発明の実施例］にて説明するのでここでは
省略するが、この２光線βａχ、２ｂχを求める際には
、スライド面３ａ　、３ｂ上のスリットラインが重要な
役割をはたす。

こうして光線Ｘａχ、２ｂχの２直線の方程式を求める
ことによって、投影格子点χを含む３つの直線（直＠ｍ
、　Ｉ２ａχ、およびβ　ｂχ）を得たことになる。投
影格子点χはこの３直線の交点であるから、その座標は
これらの直線の交点を求めることによって容易に決定す
ることができる。

なお、本測定装置における対象物体の形状測定の基本的
な考え方は以上の通りであるが、たとえば測定の一番最
初の段階のように、対象物体上の投影格子点の座標のす
べてが未知の状態において始めてその中のある１格子点
χの座標を決定しようとする場合など、特別な場合にお
いては、これよりも少し複雑な手法をとらざるを得ない
。すなわち、そのような場合は、光線２ａχ（ｊ２　ｂ
χの場合も同様）を求めようとしても、その′°候補の
光線＜ｉ　ａχ１、ｊ７ａχ２・・・）゛を得るにとど
まり、それらの候補線の中から“真の光線Ｊ２ａχ″を
特定することはできな（このである。したがってその場
合の実際の計算手順は、［発明の実施例コの基本手法□
■に記されているように、まず光線２ａχの候補の光線
（ｊ２　ａχ１、λａχ２・・・）を求めてその各候補
線が直線ｍと交わる点（χａ１、χａ２・・・）を得て
、それから、これと同様にして光線ｘｂχの候補の光線
（β　ｂχ１、λｂχ２・・・）を求めてその各候補線
が直線ｍと交わる点（χｂ１、χｂ２・・・）を求める
、というものとなる。そして、これらの点（χａ１、χ
ａ２・・・；χｂ１、χｂ２・・・）が一致した点を、
真の投影格子点χとして得るのである。

しかし、このような手法を用いなければならないのは、
全測定工程の中の特別の場合のみであって、多くの場合
は［発明の実施例］の基本手法■に記されているように
して、上記の基本的な考え方の通りの計算手順にしたが
って、簡単に対象物体Ｖ上の投影格子点χの座標を決定
することができる。

［発明の実施例］ 以下口面を参照して、本発明に係る立体形状測定装置の
構成およびこの測定装置による物体の形状測定の手法を
説明する。

の　　　　　　　　　　　　　　　の まず、第１図のように、これからその表面の形状を決定
しようとしている対象物体Ｖを任意の位置に設定する。

そして、光源Ｌａを設置し１．さらにこの光源１ａと対
象物体Ｖとの間にスライド面Ｓａを設定する。このスラ
イド面Ｓａには図のように規則正しくスリットラインα
が刻まれている。

この光源Ｌａおよびスライド面Ｓａを投光装置Ａと称す
る。次にこの投光装置Ａと同様に、光源Ｌｂおよびスラ
イド面ｓｂから構成される装置１１Ｂを設定する。さら
に、焦点Ｆを通して上記対象物体Ｖを観測できる位置に
、観測面Ｉを設定する。この図には既に観測面■上に対
象物体の輪郭が映っているようすが示されている。この
焦点Ｆおよび観測面■を合わせて観測装［Ｊと称する。

ここで、上記の焦点ＦおよびＷＩｌ１面■の座標（方程
式》はそれぞれ既知とし、またスライド面Ｓａ　、Ｓｂ
の座標（方程式》、さらにそこに刻まれているスリット
ラインα《α１・・・αｉ−１、αｉ、αｉ＋１・・・
》、およびスリットラインβ（β１・・・βｉ−１、β
ｉ、βｉ＋１・・・｝の各直線の座標（方程式）もすべ
て既知とする。

また、スライド面Ｓａおよびスライド面ｓｂには第１図
のように多数のスリットラインが存在するが、以下の図
面ではその一部分だけを取出して示すことにする。

次に、このようにして対象物体ｖ１投光装置Ａ、Ｂ１そ
して観測装置Ｊがそれぞれ設定された測定系において、
第２図のように光ＩＬａおよびＬｂを点灯する。この時
これらの光源から発せられた光によって、対象物体■の
表面には投影格子ＶＳが映し出される。これは、スライ
ド面Ｓａのスリットラインαが投影ラインγ（・・・γ
１−１、γｉ、γｉＮ・・・）となって対象物体Ｖ上に
映り、これと同様にしてスライド面ｓｂのスリットライ
ンβが投影ラインδ（・・・δ１−１、δ１、δ１＋１
・・・）となって対象物体Ｖ上に映っているからである
。この投影格子Ｖｓにおいて、投影ラインγと投影ライ
ンδとが交差している多数の格子点を総称しｔ投影格子
点Ｘと呼ぶことにする。一方観測面ｒ上には、投影格子
ＶＳに対応して観測格子Ｉｓが観察されている。この観
測格子（Ｓは、投影ラインγを観測した観測ラインλ、
および投影ラインδを観測した観測ラインμから構成さ
れた格子である。

このｌＩ測格子Ｉｓにおける多数の格子点は総称して観
測格子点Ｐと呼ぶことにする。

この状態において、明らかに観測格子点Ｐの各１点は、
それぞれ投影格子点Ｘの特定の１点と対応している。こ
れと同様に、観測ラインλ（・・・λ１−１、λ１１λ
ｉ＋ｔ・・・）のそれぞれも投影ラインγの各ライン（
・・・γ１−１、γｉ、γｉ＋１・・・）と１対１の対
応関係にあり、そしてさらにこれらの投影ラインγ（・
・・γｉ−１、γ１、γ、１←１・・・〉は、それぞれ
、スリットラインα（・・・α）−１、α１１αｉ＋１
・・・）と１対１の対応関係にある。この対応関係の１
例が図面に示されており、この例ではスリットラインα
ｉと投影ラインγ１とＩ測うインλ１が対応している。

（なお、この図の平面Ｓｉは、光源１ａとスリットライ
ンα１を含む平面でありこの平ＩＳｉ上の光によって、
対象物体Ｖ上にスリットラインα１の投影ラインγｉが
映されているのである。）また、このような１対１の対
応関係は、スリットラインβと投影ラインδと観測ライ
ンμに関しても同様である。しかし観測格子Ｈｓに見ら
れる多数の観測ラインλ、μがそれぞれどのスリットラ
インα、βに対応するのかは、この段階では未知である
。

以上が本実施例の立体形状測定装置の構成、および対象
物体Ｖの形状を測定するための準備である。

１ムｍ ざてこうして準備が完了した状態においては、第３図の
ように、対象物体Ｖ上に投影格子Ｖｓが映し出され、観
測面Ｉには観測格子ｉｓが観察されている。次に、この
対象物体■の形状を知るための手法を説明していくが、
その手法とは、換言すれば観測格子点Ｐの中から任意に
１格子点ｐを選び、その格子点ｐに対応する投影格子点
χの座標を求める手法である。この手法をもって全観測
格子点Ｐに対応する投影格子点Ｘの座標を決定すれば、
対象物体■の外形すなわち形状を知ることができる。で
は、以下にその手法を説明する。

まず、観測格子点Ｐの中の１格子点ｐに着目する。そし
てこの格子点ｐと焦点Ｆを結ぶ直線を直線ｍとする。格
子点ｐの座標および焦点Ｆの座標はそれぞれ既知である
から、この直線ｍの方程式も既知となる。この時、この
直線ｍ上に、格子点ｐに対応する投影格子点χが存在す
ることは、上述の観測条件から明らかである。

次に、第４図のように、光源１ａと投影格子点χとを含
む光線に着目し、これを直線ρａとする。

そしてこの直線Ｉｔａがスライド面Ｓａを通り抜ける地
点を点Ａχとする。この点Ａχの座標は未知なので直線
１ａの方程式も未知である。しかし格子点χに対応する
この点Ａχの座標を求めることができれば直線Ｊ２ａを
表わす方程式が求められ、そして対象物体上の投影格子
点χの座標は、前記の既知の直線ｍとこの直線λａとの
交点として求めることができる。

したがって以下にこの格子点χに対応する点Ａχの座標
を求める手法を述べる。

まず、第４図からもわかるように格子点χはスリットラ
インαが投影されることによって生じた投影ラインγの
上に存在する点であるから、この点Ａχがスリットライ
ンαのいずれか１本の上に存在することは明らかである
。ただし、ここでは個々のスリットラインαと投影ライ
ンγとの対応関係が不明なので、点Ａχがスライド面Ｓ
ａのどのスリットラインα上にあるかを特定することは
できない。

次に、この点Ａχを求める問題を一般化して考える。す
なわち、第５図のように光源ｑと面Ｓがあり、光源ｑと
面Ｓの座標はそれぞれ既知であると仮定する。そして、
そこに、任意の点ｒを置いて、光源ｑから発して点ｒに
達する光電線ｔが平面Ｓと交わる点Ｕの座標を求める場
合を想定する。

ざらこの場合に、第６図のように点ｒを通る既知の直線
■があると仮定する。

このような時は、第６図のように直線■を光源ｑより観
測した際に平面Ｓ上に投影される直線（エピポーラライ
ン）ｎｑを求めるとよい。このエピポーララインｎｑは
、まず光′ｆ１ｑと直ＩＩ■とを含む平面Ｓｖを求め、
次にこの平面３ｖと平面Ｓとの交線を求めることによっ
て得られる直線である。この時、この図面および第６図
（Ｂ）かられかるように、光源ｑから発して直線Ｖ上の
点（ｒｌ、ｒ２、ｒ３・・・）に達する光電線（ｔｌ、
ｔ２　、ｔ３・・・）が、平面Ｓと交わる交点（ｕｌ、
ｕ２　、ｕ３・・・）は、全てエピポーララインｎｑ上
に存在する。したがって点ｒに対応する点Ｕもこのエピ
ポーララインｎｑ上に存在していることがわかる。

そこでこれを第４図の点Ａχを求める問題にあてはめる
と、第７図（Ａ）のようになる。すなわち、本測定装置
における光源１ａは第６図の光源ｑに相当し、スライド
面Ｓａは第６図の平面Ｓに相当し、そして格子点χは点
ｒに相当する。さらに、第６図の直線■に相当する直線
として、観測格子点ｐと焦点Ｆを結ぶ既知の直線ｍがあ
るので、スライド面Ｓａ上に直線ｍのエピポーラライン
ｎａを求めれば、格子点χに対応する点Ａχは、そのエ
ピポーララインｎａ上に存在することがわかる。

ここで、今述べた「点Ａχはエピポーララインｎａ上に
存在する」という条件と、前述した「点Ａχはスリット
ラインαの上に存在する」という条件を合わせると、第
７図（Ｂ）のように、点Ａχはエピポーララインｎａと
スリットラインαとの交点（Ａｌ１、Ａｌ１）であるこ
とがわかる。

これらの点Ａχ１、Ａｌ１はそれぞれ真の点Ａχ”の“
候補点”であり、そのいずれか１点が真の点Ａχである
。（実際にはスライド面Ｓａはもつと大きいので交点も
２点以上あるが、ここではこの２点に関して説明を続け
る。後述の点Ｂχの場合も同様である。） こうして点Ａχの候補点がいくつかに限定された段階で
、第８図のように、これらの候補点Ａχ１、Ａｌ１と光
源１ａとを結ぶ直線２ａχ１．２ａχ２を求める。そし
て、直線βａχ１、βａχ２のそれぞれが直線ｍと交わ
る点χａ１、χａ２を求めると、これらの点χａ１、χ
ａ２が“格子点χの候補点”であり、このいずれか１点
が“真の格子点χ“である。

さて、以上の第４図乃至第８図を参照して説明した計算
および作図によって、観測格子点ｐに対応する格子点χ
の候補点χａ１、χａ２が求められた。

上記の説明は全て投光装置Ａに関する説明であったが、
これは投光装置Ｂについても全く同様である。そこで第
９図および第１０図に示すように、第４図の観測格子点
ｐと同一の格子点ｐについて、投光装置Ｂに関しても同
様の計算および作図を行なう。第９図は第７図に対応し
、第１０図は第８図に対応するもので、特に説明する必
要はないと思われるが、ここでは点Ｂχの候補点が４点
（ＢＩ３、ＢＩ３、ＢＩ３、ＢＩ３）あるため、格子点
χの候補点も、χｂ１、χｂ２、χｂ３、χｂ４の４点
となっている。

以上のようにして投光装置Ａおよび投光装置Ｂの２つの
観点から格子点χの候補点を求めることができた。真の
格子点χは、投光装置Ａから得られた候補点の１つであ
ると同時に、投光装置Ｂから得られた候補点の１つでも
ある。そこで、第１１図のように投光装置Ａの側から得
られた候補点χａ１、χａ２と、投光装置Ｂの側から得
られた候補点χｂ１、χｂ２、χｂ３、χｂ４とを同一
の図面に表わしてみると、候補点χａ２と候補点χｂ１
が同一の点であることがわかる。真の格子点χはこの点
χａ２（χｂｌ）である。

以上が観測格子点ｐに対応する対象物体Ｖ上の格子点χ
の座標を求める手法である。前述したように、この手法
にしたがって、観測格子点Ｐの全点に対応する対象物体
ｖ上の格子点Ｘを求めれば、対象物体の外形すなわち形
状を測定することができる。この時、格子点Ｘが多数で
あるほど測定の精度は高くなる。格子点Ｘの数を多くす
るためには、スリットラインα、βを密にして投影格子
ＶＳを細かい格子にすればよい。また、この手法によっ
て対象物体Ｖ上の格子点Ｘの全てを求める必要はなく、
対象物体上の知る必要のある格子点χの座標を知るため
にこの手法を適用してもよいことは言うまでもない。

Ｌ１１Ｌ 前述の第１１図において、各装置の配置位置関係および
格子点ｐの選び方によっては、投光装置Ａから得られた
候補点と投光装置Ｂから得られた候補点との一致点はた
だ１点にならない。すなわち、第１２図（Ａ）に示すよ
うに一致点が複数個存在する場合もある。この図は、あ
る観測格子点ρＹを選びその１２測格子点ｐｙに対応す
る投影格子点ｙを求めようとしたものであり、投光装置
Ａにおいて点Ａｙの候補点Ａｙ１およびＡｙ２が求めら
れ、このそれぞれから格子点ｙの候補点ｙａ１、ｙａ２
が得られている。さらに、投影装ＷＢからは候補点ｙｂ
１、ｙｂ２、ｙｂ３が求められているが、それらの−数
点はｙｌおよびｙ２の２点となっている。このような場
合、上記の手法では点ｙ１と点ｙ２のいずれが真の投影
格子点ｙであるかを決定することはできない。そこで次
に、このようなケースにおける真の格子点ｙを決定する
方法を説明する。

初めにこの方法の概略を説明する。この方法では、真の
格子点ｙを求めるためには１、第１２図（Ａ）および（
Ｂ）に示された点ＡＶの候補点、ＡＶｌ、Ａｙ２のどち
らが真の点Ａｙであるかを決定すればよいという考え方
を基本としている。

実際には、まず第１２図（Ｃ）のように観測面■におい
て格子点ｐＶとは異なる格子点ｐｚを、格子点ｐＶと同
一の観測ラインλ上にある格子点の中から選択する。そ
して上記の手法にしたがってこの点ｐｚに対応する対象
物体上の格子点２を求める。もしこの格子点ｐｚについ
ても格子点ｐｙと同様に第１２図のような配置関係があ
って真の格子点２を決定することができない場合は、さ
らに格子点ρＶと同一観測ラインλ上の格子点の中から
別の格子点ｐｚ′を選び、その格子点ｐＺ′　について
対象物体上の真の対応格子点２′を求める。ここでは格
子点ｐｚについて真の対応格子点２が求められたとして
説明を続ける。

この第１２図（Ｃ）のように観測格子点ｐｚに対応する
真の投影格子点２が求められれば、これと同時に、格子
点ｐｚの真の対応点ＡＺも決定され、点ＡＺを含むスリ
ットラインα２と投影ラインγＺおよび観測ラインλ２
の３者が、それぞれ真の対応関係にあることがわかる。

ここでａｍ格子点ｐｚと観測格子点ｐｙは同一の観測ラ
インλ２上の点であるから、図面から明らかなように、
この観測格子点ｐＶに対応する投影格子点ｙも投影ライ
ンγＺ上に存在し、したがって点ＡＶもスリットライン
αＺ上に存在している。こうして点Ａｙが含まれるスリ
ットラインα２を特定することができれば、第１２図（
Ｄ）のように、格子点ｐＶに対応する真の点Ａｙは、点
Ａｙ１、点Ａｙ２の中のスリットラインαＺ上のもの、
すなわち点ＡＶ２であると決定することができる。した
がって第１２図（Ａ）においてこの真の点ＡＶ２を用い
て求められた点ｙａ２（ｙｆ）が真の格子点ｙである。

Ｌ１ＬＬ さて、上記の手法■は、第１２図（Ａ＞のような配置関
係によって、基本の手法工では真の格子点ｙを決定する
ことができないという特別な場合に適用されるものとし
て説明した。しかし、この手法を以下に説明するように
して一般の場合に適用すると、特に、対象物体上のある
投影ライン上の全ての格子点の座標を測定しようとする
時には、上述した基本の手法（工および■）よりも遥か
に能率よく測定を行なうことができる。

その手順においては、まず、第１３図（Ａ）のように、
ある観測格子点ｐｗについてその真の対応格子点Ｗおよ
びスライドＳａ上の対応点Ａｗを、上記の基本の手法■
（または■）にしたがって求める。この時、観測格子点
ｐｗを含む観測ラインλＷと、格子点Ｗを含む投影ライ
ンγＷ、そして点ＡＷを含むスリットラインαＷがそれ
ぞれ真叙対〃）インとして確定される。

その後、第１３図（Ｂ）に示されているようなこの格子
ラインγＷ上の別の格子点ｗ’　、ｗ”・・・を求める
時は、それらの格子点Ｗ　’　、Ｗ　″・・・の真の対
応点ＡＷ’　、ＡＷ″・・・（図示せず）もスリットラ
インαＷ上にあることを利用して容易に求めることがで
きる。すなわち、格子点Ｗ′に対応する真の点ＡＷ′を
求める際、第１３図（Ｃ）のように、点ＡＷ′の候補点
が複数個（ＡＷ′１、Ａ　ｗ’　２　、Ａ　ｗ’　３　
、Ａ　ｗ’　４　）ある場合でも、スリットラインαＷ
上の点Ａ　ｗ’　２が真の対応点Ａ　ｗ　＋であるとす
ぐに決定できるので、真の格子点Ｗ′は、この点Ａ　ｗ
’　２を用いて求めればよいのである。

格子点Ｗ″の座標決定も同様の手順により、第１３図の
ようにして求めることができる。

このように、この手法では一度スリットラインと投影ラ
インと観測ラインとの対応づけができれば、投光装置Ａ
だけを使用して測定をすることができるのである。この
手法は、もちろん投光装置Ｂを使用して行なってもよい
。また上記の説明かられかるように、この手法は対象物
体上のある１格子点について、焦点Ｆとこの投影格子点
を含む直線、および投光装置Ａ、Ｂから発して対象物体
上のこの１格子点を照らしている直線を求め、そしてこ
れらの直線の交点としてこの投影格子点の座標を決定す
るので、本測定装置のための典型的な計算方法というこ
ともできる。

なお対象物体表面の凹凸が激しい場合には、注目してい
る投影ラインが対象物体上で複数の弧に分断されること
も考えられる。そのような時は各々の弧を全く別々の投
影ラインとみなしてそれぞれの弧について上記の手法を
用いればよい。

一方、対象物体表面に激しい凹凸がないことが確認され
ている場合には、まず、基本手法工（または■）にした
がってスリットラインと投影ラインと観測ラインとの対
応づけをしてこの３種のライン（スリットラインと投影
ラインとＩＩ！２１１ライン）の１組さえ対応関係が明
らかになれば、その他の各組は、その１組をもとに、そ
の隣り、隣り・・・とじて自動的に決定することができ
る。ただしこの方法は゛対象物体上で隣り合つ、て見え
るラインは必ず隣りあったスリットラインが映されてい
るもの”という仮定に基いており、もしも対象物体に急
な谷のような窪みがあってこの仮定が成り立たない場合
には、間違った結論を出してしまうことになるので注意
を要する。

による　理 さて計算機を用いて対象物体の形状測定を行なう場合は
、上述の基本手法の手順通りの計算処理を行なうことも
できるが、実際には以下に説明する処理手順に従うと便
利である。この手順は、初めは第１図乃至第７図および
第９図を参照して説明したものと全く同じであるが、そ
の次の段階から少し違った手法をとる。すなわち上記の
基本手法では点Ａχの候補点および点Ｂχの候補点から
それぞれ真の点Ａχ、Ｂχを決定せずに格子点χの候補
点を求めたのに対して、ここでは、点Ａχ、Ｂχ候補点
の中からまず真の点Ａχ、Ｂχのペアを決定し、それか
ら真の格子点χを求めるのである。ではこれを以下に説
明する。

まず、先に説明した第７図（Ａ）、（Ｂ）と全く同様に
して点Ａχの候補点Ａχ１および点Ａχ２を求め、点Ｂ
χについても同じく第９図（Ａ）および（Ｂ）のように
してその候補点Ｂχ１、Ｂ１０、ＢＩ３、ＢＩ３を求め
る。

次に第１４図（Ａ）のように点Ａχの候補点Ａχ１、Ａ
ｌ１を用いて直線２ａχ１、λａχ２を求める。その後
、これらの直線（ｌａχ１．２ａχ２を第９図（Ａ）の
直線ｍのように見立てて、スライド面ｓｂ上にエピポー
ララインｎｃｌ、ｎＣ２を求める。エピポーララインｎ
Ｃ１は直線ρａχ１が投影された直線であり、エピポー
ララインｎｃ２は直線Ｘａχ２が投影された直線である
。

ここで直線２ａχ１１、λａχ２のうちの真の直線（ｌ
ａχは格子点χを含んでいるはずである。したがって、
たとえばλａχ１が真の直線λａχであれば第１４図（
Ｂ）のようにエピポーララインｎｃ１とスリットライン
βとの交点アが真の点Ｂχである。またＩ２ａχ２が真
の直線２ａχであれば第１４図（Ｂ）におＭエピポーラ
ラインｎｃ２とスリットラインβとの交点（イ、つ、工
、）の中のいずれか１点が真の点Ｂχである。一方、第
９図（Ｂ）に示したように、真の点Ｂχは、候補点Ｂχ
１．Ｂχ２、Ｂｙ３、Ｂｙ４のいずれか１点であること
がわかっている。これらのことから、真の点Ｂχは、第
１４図（Ｃ）のように、エピポーララインｎｃ１または
エピポーララインｎｃ２がスリットラインβと交わる点
（ア、イ、つ、工）の中で、Ｂｙ１、Ｂｙ２．Ｂｙ３、
Ｂｙ４と一致している点であることがわかる。この図で
はエピポーララインｎｃ２とスリットラインβとの交点
つが点Ｂχ１と一致しているので、点Ｂχ１　（点つ）
が真の点Ｂχである。さらに真の点Ａχは、第１４因に
示されている、このエピポーララインｎ０２のちととな
った直線Ｉｔａχ２上の点Ａχ２であると決定されるの
で、真の点Ａχ、８χのベアはＡχ２とＢｙ１の組み合
わせであることがわかる。

こうして真の点Ａχ、Ｂχを求めた後は、格子点χの座
標は、第１４図（Ｄ）のように、直線Ｉａχ２と直線λ
ｂχ１との交点として求めることもできるし、また、直
線２ａχ２と直線ｍとの交点として求めてもよく、同様
に直線ｘｂχ１Ｓと直線ｍとの交点として求めてもよい
。

また、この手法においても上記の基本の手法Ｈに述べた
第１２図（Ａ）のような配置関係が生じると、真の点Ａ
ｙ　、Ｂｙのベアが１組に定まらず、真の格子点ｙを特
定することができない。すなわち、第１２図（Ａ）のよ
うな配置の場合、第１４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に相
当する図面は、それぞれ第１５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ
）のようになり、第１５ＷＪ（Ｄ）かられかるように、
点Ａｙ。

Ｂｙのベアが（Ａ　Ｖｌ、Ｂｙｌ）と（Ａ　ｙ２、ＢＶ
３）の２組存在し、真のベアが決定できない。しかし、
この時も第１２図を参照して説明したような手法によっ
て、真の点ＡＶ　（または点Ｂｙ）を決定すれば真の格
子点ｙを求めることができ、る。さらにこの計算機用の
処理手順の場合も、多くの格子点Ｘの座標を簡単に求め
るために上述の基本手法■の手法の原理を適用すること
ができる。

次に、第１６図を参照して、計算機を使用した場合の上
記の処理手順の流れを簡単に説明する。

スタート ド・・　投光装置の設置 対象物体Ｖｌに投影された投影ラインが互いに交差して
格子ＶＳを構成するように、２台の投光装置Ａ、Ｂを設
置する。

２・・・　観測装置の設置 対象物体Ｖｌの格子ｙｓが十分観測できる位置に観測装
置を設置する。

３・・・　画像入力 対象物体上の格子ＶＳを観測装置により観測してその画
像（観測格子Ｉｓ）を入力する。

４・・・　ＷａＳ格子点の検出 観測格子ｐｓの全格子点の座標を検出する。

５・・・　観測格子点の選択 観測格子Ｐｓの格子点の中から１格子点ｐを選択する。

６・・・　エピポーララインｎａの算出ｌ！測格子点ｐ
と焦点Ｆと光源１−ａにより作られる平面とスライド面
Ｓａとの交線を求める。この交線がエピポーララインｎ
ａである。

７・・・　エピポーララインｎｂの算出エピポーラライ
ンｎａと同様の方法で求める。

８・・・　点Ａχの候補点の決定 エピポーララインｎａとスライド面Ｓａ上に刻まれたス
リットラインとの交点を求めればよい。

９・・・　点Ｂχの候補点の決定 点Ａχの候補点の決定と同様にして求める。

１０・・・　エピポーララインｎｃの算出点Ａχの候補
点の一つ点Ａχｉに対応する直線２ａχｉを求め、その
直線２ａχｉ４光源Ｌｂとを含む平面とスライド面Ｓｂ
との光線を求める。

この交線がエピポーララインｎｏである。

・・・・・・・・・　１０の処理を、点Ａχの候補点の
全てについて行なうまで繰返す　・・・・・・・・・１
１・・・　投影格子点χの算出 まず、１０の処理で求めた直線ｎｃとスリットラインと
の交点の中で、点Ｂχの候補点と一致する点（真の点Ｂ
χ）を求める。それから先に説明したようにして投影格
子点χを求める。

・・・・・・・・・　５〜１１の処理を、観測格子Ｉｓ
の全部の格子点について行なうまで繰返す　・・・・・
・・・・終了 以上のように、この計算機用の手法と前述の基本手法と
の相違点は、基本手法が直線ｍ上に格子点χを捜すのに
対して、今述べた手法は、スライド面（Ｓａ　、　Ｓｂ
　）上に格子点χを得るための点（Ａχ、Ｂχ）を捜す
という点である。しかし両者の間に本質な違いがないこ
とは図面等から明らかであろう。

魚ま」す１１邊Ｊｌ さて以上の全ての説明において、スライド面Ｓａのスリ
ットラインαは、−色（たとえば黒色）で構成されてお
り、スライド面ｓｂのスリットラインβも一色で構成さ
れていた。しかし、これらのスリットラインを数種類の
色（たとえば赤、緑、青）に着色すると、対象物体上の
格子点Ｘの座標決定がより効率的に行なえるようになる
。

以下にその手法を説明する。ここでは数種類の色として
赤、緑、青の３色を使用した場合について説明する。

まず、スリットラインα（α１、α２、α３、α４、α
５、α６、α７・・・）をそれぞれ赤、緑、青、赤、緑
、青、赤、・・・・・・というように　赤、緑、青　が
連続するように着色し、対象物体Ｖ上の投影ラインγ（
γ１、γ２、γ３、γ４、γ５、γ６、γ７・・・）も
それぞれ赤、緑、胃、赤、緑、青、赤、・・・・・・と
着色されるようにする。次にスリットラインβ（β１、
β２、β３・・・）もそれぞれ赤、緑、青、・・・・・
・に着色し、対象物体Ｖ上の投影ラインδ（δ１、β２
、β３・・・）もそれぞれ赤、緑、青・・・・・・と着
色されるようにする。ただしこれは−例であって色の並
べ方はランダムでもよい。

さて、こうして赤、青、緑に着色された投影ラインγ、
βから構成された投影格子の格子点ｘは、６種類の色と
なる。すなわち、赤色の投影ラインγと青色の投影ライ
ンβとの交差している格子点Ｘはマゼンダ（赤紫）色の
格子点となり、これと同様に赤色と緑色の組合わせから
は黄色、青色と緑色の組合わせからはシアン（青緑）色
の格子点ができる。そして、この３色に加えて、投影ラ
インγとβが同じ色の場合は、格子点は赤色または青色
または緑色となるので、格子点の色の種類は合計６色で
ある。

ここで、ｌｕｍ＠置はこれら対象物体上の投影ラインγ
、δおよび格子点Ｘの各色を層別できるものとする。そ
して基本の手法と同様にして観測格子点の任意の１点ｐ
に注目してこの格子点ｐに対応する対象物体上の投影格
子点χの座標を決定するが、いま、この格子点ｐは、た
とえば赤色の投影ラインγＸと青色の投影ラインδＸと
の交点である紫色の格子点χを観測しているものとする
。

この場合は理由を説明するまでもなく、この格子点χに
対応する点Ａχはスライド面Ｓａ上の赤色のスリットラ
イン上の点であり、・点Ｂχはスライド面ｓｂ上の青色
のスリットライン上の点である。

こうして、この方法においてはスライド面３ａ、ｓｂ上
の多数のスリットラインの中から特定の色のスリットラ
インだ咳を見て点Ａχ、Ｂχの候補点を選べばよいので
、点Ａ、Ｂの候補点は、最初に述べた基本の手法の場合
よりも少数に絞ることができる。その結果、格子点χの
候補点を求めるための計算量も少なくなり、短時間で真
の格子点χの座標を決定することができる。

また、一般に測定精度の向上を図ってスリットラインを
密にすると、第１２図に示したような配置関係が生じて
候補点χａと候補点χｂとが重複する確率が高くなる。

基本操作■で説明したように、第１２図の配置関係が生
じるとその投影格子点を求めるための計算工程が増える
ので、効率的な測定を行なう妨げになる。しかし、上記
の色を利用する方法においては、ある格子点χに注目し
た時、その格子点χに関与するスリットラインの数はス
リットライン全体の一部分であり、実質上、スリットラ
インが疎であるのと同じ条件になるので、スリットライ
ン全体は密であっても第１２図に示したような配置関係
が生じる確率は高くならない。

［発明の効果］ 以上のように本発明に係る立体形状測定装置は、単眼に
よって対象物体をＵすることにより、簡単な画像解析に
よってその対象物体の形状を測定することができる。ま
た、対象物体を点（格子点）の集合体としてとらえるの
で、観測装置はこれらの格子点を識別することができる
程度の精度があれば十分である。さらに対象物体上の各
格子点の座標をそれぞれ独立に求めることができるので
、対象物体の表面に激しい凹凸があってもその形状測定
をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る測定装置の構成を説
明するための図、そして第３図乃至第１６図は上記測定
装置によって物体の形状を測定する際の測定方法の一例
を説明するための図である。 Ｌａ、Ｌｂ・・・光源、Ｓａ　、Ｓｂ・・・スライド面
、α、β・・・スリットライン、 ■・・・対象物体、β、γ・・・投影ライン、ＶＳ・・
・投影格子、Ｘ・・・投影格子点、 Ｆ・・・焦点、Ｉ・・・観測面、δ、μ・・・観測ライ
ン、Ｉｓ・・・観測格子、Ｐ・・・観測格子点。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 ・　　　　　　　第　２　図　　　　　　　　　　　２
λ 第３図 第６図 第１３図 （Ａ） （Ｂ） 〜 （Ｃ）　　　　　　（Ｄ） 第１４図 （Ａ） （Ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 任意の位置に置かれた対象物体を第１のスライド面を通
   して照射することができる第１の光源と、上記対象物体
   を第２のスライド面を通して照射することができる第２
   の光源と、上記対象物体を１点の焦点を通して観測する
   ことができる観測面とを備え、 上記第１および第２のスライド面がそれぞれスリットラ
   インを有しており、上記第１および第２の光源を点灯す
   ると上記第１および第２のスライド面上のこのスリット
   ラインはそれぞれ上記対象物体の表面上に互いに交差し
   て投影格子を形成するように投影され、 上記投影格子の任意の１格子点の座標を、この格子点が
   、 上記第１の光源を発してこの格子点を映している光線と
   、上記第２の光源を発してこの格子点を映している光線
   と、上記焦点を通って上記観測面にこの格子点を観測せ
   しめている光線との３光線の少なくとも２光線の交点で
   あることを利用して決定されるようにして、上記投影格
   子の各格子点の座標を決定することによつて上記対象物
   体の形状を測定することを特徴とする立体形状測定装置
   。