JPS61198009A - 三次元形状の認識装置 - Google Patents
三次元形状の認識装置Info
- Publication number
- JPS61198009A JPS61198009A JP4012685A JP4012685A JPS61198009A JP S61198009 A JPS61198009 A JP S61198009A JP 4012685 A JP4012685 A JP 4012685A JP 4012685 A JP4012685 A JP 4012685A JP S61198009 A JPS61198009 A JP S61198009A
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- Japan
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- video camera
- dimensional shape
- still picture
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- frame memory
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- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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。
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〕
この発明は、ビデオカメラ、磁気円板静止画カメラを用
いて、三次元物体としての対象物の表面形状を認識する
のに適用される三次元形状の認識装置に関する。
いて、三次元物体としての対象物の表面形状を認識する
のに適用される三次元形状の認識装置に関する。
この発明は、三次元形状を入力する認識装置において、
異なる照明の夫々により得られた撮像画像から、対象物
の表面の散乱特性を仮定して測光立体法により近似的な
表面の勾配を求め、その勾配を滑らかに積分することに
より、非接触且つ自動的に表面形状を得るようにしたも
のである。
異なる照明の夫々により得られた撮像画像から、対象物
の表面の散乱特性を仮定して測光立体法により近似的な
表面の勾配を求め、その勾配を滑らかに積分することに
より、非接触且つ自動的に表面形状を得るようにしたも
のである。
従来の三次元形状の認識装置として、機械的な接触式の
ものが知られている。また、２方向からのカメラ位置か
ら対象物体を撮像し、三角測量を応用した光学的な三次
元形状の認ｒｉ＃を装置も提案されている。
ものが知られている。また、２方向からのカメラ位置か
ら対象物体を撮像し、三角測量を応用した光学的な三次
元形状の認ｒｉ＃を装置も提案されている。
従来の接触式の三次元形状の認識装置は、対象物が固い
ことが要求され、高速動作が不可能であること、分解能
が低い等の欠点を存していた。
ことが要求され、高速動作が不可能であること、分解能
が低い等の欠点を存していた。
三角測量を応用した光学的な認識装置は、演算量が多く
なり、演算時間が長（なり、装置広大規模になる問題点
を有していた。
なり、演算時間が長（なり、装置広大規模になる問題点
を有していた。
この発明は、ビデオカメラを用いて２枚の濃淡画像を基
本的に入力するだけで良く、高速動作が可能な三次元形
状の認識装置を提供するものである。
本的に入力するだけで良く、高速動作が可能な三次元形
状の認識装置を提供するものである。
また、この発明による三次元形状の認識装置の分解能は
、ビデオカメラの解像度で定まり、例えばＣＣＤカメラ
を使用した場合には、（５１２Ｘ４００）という高分解
能が達成される。
、ビデオカメラの解像度で定まり、例えばＣＣＤカメラ
を使用した場合には、（５１２Ｘ４００）という高分解
能が達成される。
更に、この発明は、非接触の構成であって、対象物の材
質や、表面の光学特性の制約を受けず、広い範囲に適用
可能であり、汎用性が高い三次元形状の認識装置を提供
するものである。
質や、表面の光学特性の制約を受けず、広い範囲に適用
可能であり、汎用性が高い三次元形状の認識装置を提供
するものである。
より更に、この発明は、可動部分を必要としない簡単な
構成の三次元形状の認識装置を提供することを目的とす
るものである。
構成の三次元形状の認識装置を提供することを目的とす
るものである。
この発明は、視点を固定し、照明の方向を異ならせるこ
とで得られた二枚の濃淡画像に含まれる情報を利用して
、三次元形状の計測を行うものである。
とで得られた二枚の濃淡画像に含まれる情報を利用して
、三次元形状の計測を行うものである。
この発明は、カメラ５の光軸に対して設けられた少な（
とも第１の光源３及び第２の光ｆｉ４と、第１の光源３
により第１の撮像信号を得ると共に、第２の光源４によ
り第２の撮像信号を得る手段５，１１と、 第１の撮像信号及び第２の撮像信号の輝度情報から対象
物１の単位面の傾きを算出し、傾きの情報から対象物１
の高さ情報を算出する手段８とを備えたことを特徴とす
る三次元形状の認識装置である。
とも第１の光源３及び第２の光ｆｉ４と、第１の光源３
により第１の撮像信号を得ると共に、第２の光源４によ
り第２の撮像信号を得る手段５，１１と、 第１の撮像信号及び第２の撮像信号の輝度情報から対象
物１の単位面の傾きを算出し、傾きの情報から対象物１
の高さ情報を算出する手段８とを備えたことを特徴とす
る三次元形状の認識装置である。
ビデオカメラ５の位置は、対象物１に対して固定され、
照明光の方向が切り換えられる。ビデオカメラ５と異な
る方向の照明光とにより得られた２枚の二次元画像の画
素データを用いて、測光立体法の手法による演算処理を
ＣＰＵ８が行い、二次元画像の各画素毎に、対象物体１
の高さ情報の計測を行うことができる。
照明光の方向が切り換えられる。ビデオカメラ５と異な
る方向の照明光とにより得られた２枚の二次元画像の画
素データを用いて、測光立体法の手法による演算処理を
ＣＰＵ８が行い、二次元画像の各画素毎に、対象物体１
の高さ情報の計測を行うことができる。
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第１図において、■が対象物を示し、２が対象物
１が載置された台座である。対象物１は、拡散反射を主
体とし、鏡面反射は、無視できる程度に少なく、均一な
反射率の表面を有するものでる。
する。第１図において、■が対象物を示し、２が対象物
１が載置された台座である。対象物１は、拡散反射を主
体とし、鏡面反射は、無視できる程度に少なく、均一な
反射率の表面を有するものでる。
対象物１は、その上方に位置する例えばＣＣＤ撮像素子
を使用したビデオカメラ５により撮像される。このビデ
オカメラ５の画面と平行にＸ軸及びｙ軸をとり、ビデオ
カメラ５の光軸方向に２軸をとる。Ｘ軸は、ビデオカメ
ラ５の画面の水平方向と一致し、ｙ軸は、ビデオカメラ
５の画面の垂直方向と一致している。
を使用したビデオカメラ５により撮像される。このビデ
オカメラ５の画面と平行にＸ軸及びｙ軸をとり、ビデオ
カメラ５の光軸方向に２軸をとる。Ｘ軸は、ビデオカメ
ラ５の画面の水平方向と一致し、ｙ軸は、ビデオカメラ
５の画面の垂直方向と一致している。
ビデオカメラ５の光軸を狭んで、互いに等しい天頂角で
もって、互いに等しい輝度の２個の照明光が対象物１に
照射される。各照明光は、２個の光源３及び光源４から
発生する。ビデオカメラ５は、一方の光源３からの光の
みが照射されている対象物ｌを撮像し、第１の静止画像
信号を発生する。また、ビデオカメラ５が他方の光源４
からの光のみが照射されている対象物１を撮像し、第２
の静止画像信号を発生する。
もって、互いに等しい輝度の２個の照明光が対象物１に
照射される。各照明光は、２個の光源３及び光源４から
発生する。ビデオカメラ５は、一方の光源３からの光の
みが照射されている対象物ｌを撮像し、第１の静止画像
信号を発生する。また、ビデオカメラ５が他方の光源４
からの光のみが照射されている対象物１を撮像し、第２
の静止画像信号を発生する。
ビデオカメラ５の出力信号がプロセス回路１１に供給さ
れ、プロセス回路１１から第１の静止画信号及び第２の
静止画信号が順次取り出される。
れ、プロセス回路１１から第１の静止画信号及び第２の
静止画信号が順次取り出される。
静止画信号は、１フレームの信号であり、従って、ビデ
オカメラ５からの二次元情報の入力は、（１／１５）ｍ
ｓｅｃの時間で成し得る。
オカメラ５からの二次元情報の入力は、（１／１５）ｍ
ｓｅｃの時間で成し得る。
プロセス回路１１の出力信号がＡ／Ｄ変換器６に供給さ
れ、Ａ／Ｄ変換器６により、第１及び第２の静止画信号
がディジタルデータに変換され、フレームメモリ７に書
き込まれる。フレームメモリ７は、ディジタル化された
第１の静止画信号及び第２の静止画信号を記憶できるよ
うに、少なくとも、２フレ一ム分の容量を有している。
れ、Ａ／Ｄ変換器６により、第１及び第２の静止画信号
がディジタルデータに変換され、フレームメモリ７に書
き込まれる。フレームメモリ７は、ディジタル化された
第１の静止画信号及び第２の静止画信号を記憶できるよ
うに、少なくとも、２フレ一ム分の容量を有している。
フレームメモリ７と結合してｃｐｕａが設けられている
。ＣＰＵ８は、フレームメモリ７に記憶されている第１
の静止画像信号及び第２の静止画像信号の夫々の画素デ
ータを後述するように、演算処理して対象物１の表面形
状、即ち画素単位の高さ情報を算出するものである。
。ＣＰＵ８は、フレームメモリ７に記憶されている第１
の静止画像信号及び第２の静止画像信号の夫々の画素デ
ータを後述するように、演算処理して対象物１の表面形
状、即ち画素単位の高さ情報を算出するものである。
ＣＰＵ８により求められた高さ情報は、インターフェー
ス９を介して入出力装置例えば紙テープせん孔機１０に
供給される。図示していないが、祇テープせん孔機１０
以外のプリンタ、ＣＲＴディスプレイ等の出力装置を用
いるようにしてもよい。
ス９を介して入出力装置例えば紙テープせん孔機１０に
供給される。図示していないが、祇テープせん孔機１０
以外のプリンタ、ＣＲＴディスプレイ等の出力装置を用
いるようにしてもよい。
ビデオカメラ５により得られる二次元の静止画像即ち濃
淡画像情報から対象物１の画素単位の高さ情報を算出す
る演算処理について以下に説明する。
淡画像情報から対象物１の画素単位の高さ情報を算出す
る演算処理について以下に説明する。
まず、ビデオカメラ５により入力された二次元の濃淡画
像において、濃淡を決める輝度■は、次式により定まる
ものである。
像において、濃淡を決める輝度■は、次式により定まる
ものである。
１＝Ｉｐ −Ｐｄ （Ｉｒ、＋ＩＮ）＋Ｉｐ−Ｐｓ
−３■ｐ：光源３（又は光源４）の輝度 ｉＩ、：光源３（又は光源４）の光の単位ベクトルＮ
：対象物１の単位面の法線ベクトルＰｄ：拡散反射係数 ＰＳ：鏡面反射係数 Ｓ ：鏡面反射項 第２図は、対象物１の表面上の点Ｐに、光源３からの光
３Ａ（その単位ベクトルを［＋ とする。
−３■ｐ：光源３（又は光源４）の輝度 ｉＩ、：光源３（又は光源４）の光の単位ベクトルＮ
：対象物１の単位面の法線ベクトルＰｄ：拡散反射係数 ＰＳ：鏡面反射係数 Ｓ ：鏡面反射項 第２図は、対象物１の表面上の点Ｐに、光源３からの光
３Ａ（その単位ベクトルを［＋ とする。
）及び光源４からの光４Ａ（その単位ベクトルをｒＬ２
とする。）が入射している時の状態を示している。
とする。）が入射している時の状態を示している。
第２図において、ｇがビデオカメラの光軸に対して各光
源からの光３Ａ、４Ａが有する天頂角を示す。対象物の
表面のどの点でも、光源３と光源４はカメラに対し同じ
傾きを持つ。また、θｌは、光源３からの光３Ａが対象
物ｌの点Ｐにおける法線となす角度である。θ２は、光
源４からの光４Ａが対象物１の点Ｐにおける法線となす
角度である。
源からの光３Ａ、４Ａが有する天頂角を示す。対象物の
表面のどの点でも、光源３と光源４はカメラに対し同じ
傾きを持つ。また、θｌは、光源３からの光３Ａが対象
物ｌの点Ｐにおける法線となす角度である。θ２は、光
源４からの光４Ａが対象物１の点Ｐにおける法線となす
角度である。
計算を簡単にするために鏡面反射を無視できる場合を考
える。
える。
光ａ３の場合におけるＰ点の輝度は、
１＋ ＝Ｉｐ−Ｐａ （ｆ！、＋ ＩＦＴ） −−
−・（１）で表現される。
−・（１）で表現される。
光源４の場合におけるＰ点の輝度は、
ｒｚ ＝ Ｉ ｐ−Ｐ ａ （Ｉｒ、ｚ ・ＩＦＪ）
”（２）ここで、正、とＷ２のＸ軸成分がＯである
こと、［Ｉ（！：［２のＸ軸成分の符号が逆であること
を使用して（１）式及び（２）式を変形すると、＝ｔａ
ｎ ｅ −ｔａｎ ｇ ・・・・（３）ｔａｎ ｇは
、既知であるから、ｔａｎ ｅは、次のようにして求ま
る。
”（２）ここで、正、とＷ２のＸ軸成分がＯである
こと、［Ｉ（！：［２のＸ軸成分の符号が逆であること
を使用して（１）式及び（２）式を変形すると、＝ｔａ
ｎ ｅ −ｔａｎ ｇ ・・・・（３）ｔａｎ ｇは
、既知であるから、ｔａｎ ｅは、次のようにして求ま
る。
この式により勾配ｅが分かる。台座２の位置を（２＝０
）とすれば、勾配ｅをＸ方向に積分することにより、対
象物１の高さ情報を各画素毎に計測でき、対象物１を三
次元物体として再構成することができる。
）とすれば、勾配ｅをＸ方向に積分することにより、対
象物１の高さ情報を各画素毎に計測でき、対象物１を三
次元物体として再構成することができる。
ＣＰＵ８は、上述の演算処理をフレームメモリ７に貯え
られている画素データを使用して行う。
られている画素データを使用して行う。
つまり、光ｆｉ３から得られた第１の静止画信号と光源
４から得られた第２の静止画信号とで対応する画素同士
のデータが輝度１１及びＩ２として用いられる。この輝
度１．及びＩ２が入力されると、上述のように各画素ご
とに勾配ｅが求められる。
４から得られた第２の静止画信号とで対応する画素同士
のデータが輝度１１及びＩ２として用いられる。この輝
度１．及びＩ２が入力されると、上述のように各画素ご
とに勾配ｅが求められる。
次に、画面の端部から勾配ｅを積分することにより、各
画素の２座標の値即ち高さを算出することができる。
画素の２座標の値即ち高さを算出することができる。
上述のように、この発明においては、二枚の濃淡画像か
ら表面形状を計測することができる。
ら表面形状を計測することができる。
この発明は、二枚の濃淡画像をカメラにより入力すれば
良（、三枚以上の画像を必要とする装置と比して、入力
時間の短縮、演算時間の短縮を図ることができ、従って
、高速な計測を行うことができる・。
良（、三枚以上の画像を必要とする装置と比して、入力
時間の短縮、演算時間の短縮を図ることができ、従って
、高速な計測を行うことができる・。
この発明では、カメラの解像度で分解能が定まるので、
高分解能の装置を実現できる。
高分解能の装置を実現できる。
この発明は、非接触で対象物の形状を認識することがで
き、対象物体の材質や、表面の光学特性等の制約を受け
ず、汎用性に優れた装置を構成できる。
き、対象物体の材質や、表面の光学特性等の制約を受け
ず、汎用性に優れた装置を構成できる。
この発明は、カメラ１台と、照明用の光源２個とで、人
力装置を構成でき、可動部分が全（なく、小型で、取り
扱いに優れた装置を実現することができる。
力装置を構成でき、可動部分が全（なく、小型で、取り
扱いに優れた装置を実現することができる。
第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図はこの発明の一実施例の説明に用いる路線図であ
る。 図面における主要な符号の説明 １：対象物、３，４：光源、５：ビデオカメラ、 。 ８：ＣＰＵ。
第２図はこの発明の一実施例の説明に用いる路線図であ
る。 図面における主要な符号の説明 １：対象物、３，４：光源、５：ビデオカメラ、 。 ８：ＣＰＵ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 カメラの光軸に対して設けられた少なくとも第１及び第
２の光源と、 上記第１の光源により第１の撮像信号を得ると共に、上
記第２の光源により第２の撮像信号を得る手段と、 上記第１の撮像信号及び上記第２の撮像信号の輝度情報
から対象物の単位面の傾きを算出し、上記傾きの情報か
ら上記対象物の高さ情報を算出する手段と を備えたことを特徴とする三次元形状の認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040126A JPH071164B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 三次元形状の認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040126A JPH071164B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 三次元形状の認識装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61198009A true JPS61198009A (ja) | 1986-09-02 |
| JPH071164B2 JPH071164B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=12572121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60040126A Expired - Lifetime JPH071164B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 三次元形状の認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071164B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH06281424A (ja) * | 1993-01-26 | 1994-10-07 | Digital Stream:Kk | 光学式３次元角度検出装置および光学式３次元位置算出装置 |
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-
1985
- 1985-02-28 JP JP60040126A patent/JPH071164B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH071164B2 (ja) | 1995-01-11 |
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