JPS62105002A - 光の中心位置の高精度計測方法 - Google Patents

光の中心位置の高精度計測方法

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JPS62105002A
JPS62105002A JP24405185A JP24405185A JPS62105002A JP S62105002 A JPS62105002 A JP S62105002A JP 24405185 A JP24405185 A JP 24405185A JP 24405185 A JP24405185 A JP 24405185A JP S62105002 A JPS62105002 A JP S62105002A
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Hiroshi Naruse
央 成瀬
Yoshihiko Nomura
野村 由司彦
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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】 (発明の属する技術分野) 本発明は、視覚センサと対象物との距離等を計測する際
に必要となる対象物からの反射光の中心位置を計測する
方法に関する。
特に光を照射し、その反射光を画像処理する際に対象物
の反射率を考慮した補正を行ないかつ反射光の量子化さ
れた光強度分布を連続した光強度分布曲線で近似するこ
とによシ、反射光の中心位置を高精度で計測する方法に
関するものである。
(従来の技術) 従来、元を用いて対象物について各種の計測を行なう場
合には、反射光の中心位置を精度よく計測することが重
要になる。例えば、第1O図に示すように、視覚センサ
と対象物の距離を計測する場合、視覚センサであるIT
Vカメラ101と対象物の壁面10λとの距離dは で求めることができる。光源103からレーザ光を壁面
/θλに照射し、その反射光を検出することによって、
この距離dを(1)式カフを用いて計測する場合、レー
ザ光IO≠が傾斜している角度φ及びレーザ光源103
とITVカメラ10/との距離tは予め正確に測れるが
、レーザ光10≠の壁面102上の投影位置Pと光軸i
orとのなす角θは従来正確に測れなかった。なぜなら
θはθ= arctu7  (hは光軸iosと反射レ
ーザ光101、の撮像面107上の入射位置Qの間の距
離、fは焦点距離で撮像面107とITVカメラioi
のレンズ10rとの距離)であり、この時のhが精度良
く測れなかったからである。
hの測定精度が悪かった原因、即ち反射光の中心位置が
晶精度で計測できなかった原因は次の2つである。
■ 通常壁面102の反射率は一様でなく、壁面から反
射されて■Tvカメラioiに入ってくる反射レーザ光
106自身の光強度分布が歪んでしまうこと。
■ ITVカメラ10/に入射された反射レーザ光IO
Aの光強度分布が画素単位で量子化されている為に画素
単位以下の光強度分布の情報は得られないこと。
上記■を解決する手段は従来考えられていなかった。上
記■については、その改善方法として特開昭!9−7デ
103号が提案されている。この特開昭jターフ21O
!号は、量子化された光強度分布を代表的な3点をとる
ことによって二次曲線でおきかえ、この二次曲線を利用
して、反射レーザ光の光強度分布の中心位置を1画素以
下の精度で測定しようとするものである。しかし、実際
の光強度分布曲線は必ずしも二次曲線とはならないため
、従来法のように二次曲線で近似した場合には、誤差が
大きくなり、hの測定精度を上げること即ち反射光の中
心位置を高精度で計測することが困難であった。
(発明の目的) 本発明の目的は、対象物からの反射光の中心位置を高精
度で計測する方法を提供することにある。
(発明の構成) m /図は本発明の方法の概略を示したものである。第
2図に示すように光度が一様な元を、参照用光源/から
対象物2に照射し、その反射光を対象物コに対して正対
化された視覚センサ3で検出する。このとき得られる各
点の光強度を最高光強度で除した対象物−の被照射面の
反射率比を求める。次いで測定用光源≠から測定光を対
象物2に照射し、そのときの反射jl視覚センサ3に入
射させ、反射光の光強度分布を求める。その後、反射光
の光強度分布を反射率比で割ることにより、被照射面の
反射率の非一様性による影gを補正する。そして補正さ
れた光強度分布から最小二乗法を用いて連続して変化す
る光強度分布曲線(例えば正規分布曲線)を求め、反射
光の中心位置を決定する。
反射率比を測定する際には、第3図に示すように光度が
一様でない元を発する測定用光源tItを対象物コに沿
っi動させ、光度が実質的に一様な状態を作り出し、そ
の反射光を利用して・もよい。
本発明の方法は、被照射面の反射率比を求めて、これを
光強度分布の補正に利用し、かつ量子化された光強度分
布を最小二乗法で連続した光強度分布曲線に近似する点
が、従来方式と異なる。
(実施例) 第≠図は、本発明に用いる装置例を示したものである。
弘は参照用光源を兼ねた測定用光源である。測定用光源
≠はHe−Neレーザio及び水平なスリット党を作る
だめのレンズl/かも成っている。また測定用光源弘に
は移動のためのダイヤルゲージ12がつけられている。
3は対象物2に対して正対化されたITVカメラでコj
4X、2j乙画素の固体撮像素子を備えている。
ここで、ITVカメラの対壁面3次元計測として、壁面
とITVカメラの視軸とがなす角度を計測する方法とそ
れに基づく正対化の概要を述べる。第5図に示すよりに
、画像平面のu、v@f3次元空間のX+’/軸と平行
にとり、ITVカメラ3 (0,0゜−r)の視軸を2
軸に一致させる。レーザ光源を≠(o、t、−r)とし
、レーザ光が水平面となす角度をφ、壁面とX軸となす
角度をηとする。
ここでfはレンズの焦点距離である。すると、レーザ光
のつくる平面の方程式は、 y十−φ・z−t−一φ・f(2) と表される。また、壁面は垂直に作られているので、壁
面のつくる平面の方程式は、 Z −XQ =−η・x(3) と表される。したがって、レーザ光投影像はこの2千面
の交線の方程式となるから、この直線が(θ+y6+z
o)を通るとすると、レーザ光投影像は・ Y −Yo   Z−Zo          (4゜
−η・−φ −η と求められる。一方、(u、v)と(x、ytz)の関
係として、 f       f      (5)f+z    
 、        f+zが成り立つので、式(4)
、 (5)よυ、画像平面上に写されるレーザ光投影像
の直線の方程式が求められる。その結果、画像上におけ
る直線の傾きをmとすると、 と計算される。したがって、ηすなわちrTVカメラの
対壁面3次元計測が行える。次に、このηをモトニマニ
ピューレータのフィードバック制御を行い+Wメラを正
対化させる。
対象物上の1画素の距離ずつ移動させながら、元を対象
物λに照射し、その間ITVカメラ3中の撮像素子に入
射してくる反射光の強度を積算して、参照光の反射光強
度分布を求める。ついでこの反射光強度分布の中で最高
強度の値で各強度を割って被照射面の反射率比を求める
。この反射率比を第6図に示す。次いで、測定用−yt
、源グをある位置に固定し、光を対象物コに照射し、そ
のときの反射光をITVカメラ3で測定する。このとき
得られる量子化された光強度分布は第り図ム印である。
このム印で示される光強度分布を第6図の反射率比で割
る補正を行ない、第7図Δ印で示す補正された光強度分
布を得る。
ところで、通常@弘図のような装遺構成をとる時、光源
≠の尤の強度分布曲線は正規分布とみなせるので、位置
Xと光強度工との関係はとなる。ここで、a+b+cV
i定数とする。式(7)の対数をとると、 臆工=−πx2+2ζx+(蹟a〜云)(8)となる。
従って、位置Xと撮像素子面上の光強度の値工から最小
二乗法を用いて、式(8)における定数an b+ C
を決め、撮像素子面上の光強度分布曲線(A)の最大値
から反射光の中心位置を決定する。
第7図の○印は反射率が一様な面に光を照射したときに
得られる反射光の光強度分布で、曲線(B)は最小二乗
法で求めた光強度分布曲線である。曲線(B)の最大値
を与える中心位置、即ち理想状態での反射光の中心位置
と本発明から求めた反射光の中心位置とが高精度で一致
していることがわかる。
因みに、第7図のム印の光強度分布から最小二乗法を用
いて光強度分布曲線(0)を求め、それから決定できる
反射光の中心位置は、約1画素程度精度が悪い。このこ
とは逆に本発明の一工程である反射率比による補正が、
中心位置を高精度に測定する上で、大きな役割を果たし
ていることを意味している。
次に別の観点から本発明の計測法が高精度であることを
説明する。
ITVカメラ3の位tを固定し、He−Neレーザ光諒
μをスリット方向と垂直に微小平行移動させて計測法の
精度を検討した。すなわち、予め被照射面上における7
画素に対応する長さを計測しておき、ダイヤルゲージl
コで計測された光源≠の移動量と比較した。なお、各点
に対してそれぞれ10回ずつ計測した。その結果を第r
図に示すが、計測値の上下限は3σを示している。個々
の計測値に対する最大のσはO0Oコ/画素である。
なお、従来の技術であるλ次曲線で近似した場合は、σ
= 0.013であシ、本発明は従来方法に比べφ倍程
度の高精度な計測ができる。
マンホール点検装置に本発明の計測方法を応用する場合
について説明する。
マンホール点検装置は第7図に示すように、画像処理装
置20.マニピュレータ2/、視覚センサ(ITVカメ
ラ)12、レーザ照射装置、23から構されていて、こ
れらが運搬用自動車2≠に積載されている。この点検装
置は、マンホール2j内部の大きさの計測、ダクト口2
6、ケーブルの認識、計測を行うものである。なお27
はダクト、2?はケーブルである。まず、マニピュレー
タ21の先端にとりつけられた光照射装置ft23とI
TVカメラ、!−をマンホール2!の首から内部へ挿入
する。次いで、マンホール壁面のうちで一つの面に対し
て、その壁面に対するITVカメラ22の姿W’tl側
し、マニピュレータU/によってITVカメラ22の元
軸が壁面と垂直になるように姿勢を制御する。次にこの
状態で先に述べた方法によシ反射光の中心位置を計測し
、(1)式から壁面とITVカメラ2λの距離°を計測
する。この計測を他の壁面に対しても行ない、マンホー
ルの寸法を測る。
(発明の効果) 以上述べたように、本発明は対象物の反射率比を用いて
光強度分布を補正し、かつ量子化された光強度分布から
最小二乗法で連続的な光強度分布曲線を求め、その最大
強度管与える所を反射光の中心位置と決定する。従って
、対象物の反射率が一様でない場合、例えばマンホール
内の壁面が泥等で汚れていても反射光の中心位置を高精
度で計測できる。その結果、/lを用いた計測法、例え
ばセンサと対象物間の距離、あるいはマンホールの寸法
測定を高精度に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための図、第−図及び
第3図は本発明の方法の工程のうち対象物の反射率比を
求める工程を説明するための図、第μ図は本発明に使用
する装置の概略図、第5図はセンサを対象物に対して正
対化する方法を説明するだめの図、第6図及び第7図は
本発明の工程のうち補正工程を説明するため及びその効
果な示すための図、第を図は本発明の詳細な説明するた
めの図、第り図は本発明の詳細な説明するための図、@
IO図は従来技術の説明図である。 l・・・参照用光源、コ・・・対象物、3・・・視覚セ
ンサ、弘・・・測定用光源、10・・・He−Neレー
ザ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光度が実質的に一様となるように参照光を対象物
    に照射する第1照射工程と、 参照光による対象物からの反射光の第1光強度分布から
    対象物の反射率比を求める工程と、 対象物に測定光を照射する第4照射工程と、測定光によ
    る対象物からの反射光の第2光強度分布を測定する工程
    と、 前記第2光強度分布を前記反射率比で補正して補正光強
    度分布を求める工程と、 前記補正光強度分布から光強度分布曲線を求める工程と
    、 前記光強度分布曲線から測定光の反射光の中心位置を決
    定する工程とから成ることを特徴とする光の中心位置の
    高精度計測方法。
  2. (2)前記第1照射工程は、光度が一様な光源からの光
    を照射する工程であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の光の中心位置の高精度計測方法。
  3. (3)前記第1照射工程は、前記測定光の光源を対象物
    面に平行に移動する工程であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の光の中心位置の高精度計測方法。
  4. (4)前記反射率比を求める工程は第1光強度分布の最
    強の値で他の強度を割ることにより求める工程であり、
    前記補正光強度分布を求める工程は第2光強度分布を反
    射率比で割る工程であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の光の中心位置の高精度計測方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01167609A (ja) * 1987-12-24 1989-07-03 Shinichi Yuda 距離算出方法
WO2017002511A1 (ja) * 2015-06-29 2017-01-05 富士フイルム株式会社 撮像装置及び撮像方法
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