JPS62110106A - 座標計測装置 - Google Patents
座標計測装置Info
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- JPS62110106A JPS62110106A JP25133685A JP25133685A JPS62110106A JP S62110106 A JPS62110106 A JP S62110106A JP 25133685 A JP25133685 A JP 25133685A JP 25133685 A JP25133685 A JP 25133685A JP S62110106 A JPS62110106 A JP S62110106A
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- camera
- linear
- light
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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。
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３次元形状を有する物体の表面各点の座標を計
測する座標計測装置に関する。
測する座標計測装置に関する。
従来の技術
近年、ロボット技術の進展や生産工程における自動検査
上の必要性から３次元形状を有する物体の認識技術の確
立が重要な課題となっている。この３次元物体認識にお
いては、基礎的ステップとして、３次元形状を有する物
体表面各点の３次元座標を簡単かつ、速やかに計測する
手段が必須である。
上の必要性から３次元形状を有する物体の認識技術の確
立が重要な課題となっている。この３次元物体認識にお
いては、基礎的ステップとして、３次元形状を有する物
体表面各点の３次元座標を簡単かつ、速やかに計測する
手段が必須である。
従来、３次元物体の座標計測には、ステレオマッチンク
法、バニシングポイント法、光学的フロー法、光切断法
が開示されているが、これらはいずれも、３次元物体を
一旦撮影あるいは撮像した単一もしくは複数の２次元画
像に変換し、それらを２次元面内で画素に分割し、各画
素を相互に相関させつつ演算処理し、その結果として、
３次元物体表面各部の座標もしくは、形状的特徴点（多
面体における稜や各稜よりなる交角など）として３次元
的形状を計測していた。これらの方法は、通常多大な計
算量を有する演算であるために、リアルタイム演算によ
る座標決定には、高速の大型コンピュータの使用を余儀
なくされるかもしくは、比較的長時間にわたる計算を必
要とする問題があった０ これらの演算を簡素化するために、光レーダ法が知られ
ているが、この方式は、レーザレーダ光を物体を含む２
次元の立体角内で走査し、物体表面各点との距離を計測
してゆくため装置が複雑かつ高価となる欠点がある。
法、バニシングポイント法、光学的フロー法、光切断法
が開示されているが、これらはいずれも、３次元物体を
一旦撮影あるいは撮像した単一もしくは複数の２次元画
像に変換し、それらを２次元面内で画素に分割し、各画
素を相互に相関させつつ演算処理し、その結果として、
３次元物体表面各部の座標もしくは、形状的特徴点（多
面体における稜や各稜よりなる交角など）として３次元
的形状を計測していた。これらの方法は、通常多大な計
算量を有する演算であるために、リアルタイム演算によ
る座標決定には、高速の大型コンピュータの使用を余儀
なくされるかもしくは、比較的長時間にわたる計算を必
要とする問題があった０ これらの演算を簡素化するために、光レーダ法が知られ
ているが、この方式は、レーザレーダ光を物体を含む２
次元の立体角内で走査し、物体表面各点との距離を計測
してゆくため装置が複雑かつ高価となる欠点がある。
これらの従来法は、例えば以下の文献等に開示されてい
る。
る。
（１）プロシーディンゲス・オブ・セカンド・インター
ナショナル・ジヨイント・コンファレンス・アーティフ
ィシャル・インテリジェンス、１９７１年９月第８０〜
８７頁 （Ｙ、 ５ｈｉｒａｉ ａｔ ａｌ、 ： Ｐｒ
ｏｃ、 ２ｎｃ１． Ｉｎｔ。
ナショナル・ジヨイント・コンファレンス・アーティフ
ィシャル・インテリジェンス、１９７１年９月第８０〜
８７頁 （Ｙ、 ５ｈｉｒａｉ ａｔ ａｌ、 ： Ｐｒ
ｏｃ、 ２ｎｃ１． Ｉｎｔ。
Ｊｏｉｎｔ、Ｃｏｎｆ、Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎ
ｔｅｌｌ、。
ｔｅｌｌ、。
Ｌｏｎｄｏｎ、５ｅｐｔ、１９７１ Ｐ、Ｐ、８０〜
８７）（２）プロシーディンゲス・オブ・インターナシ
ョナル・ジヨイント コンファレンス・アーティフィシ
ャル・インテリジェンス、１９７３年８月第６２９〜６
４０頁 （Ｇ、 Ｊ、 Ａｇ１ｎ ｅｔ ａｌ、：Ｐｒｏｃ
、 Ｉｎｔ、 Ｊｏｉｎｔ。
８７）（２）プロシーディンゲス・オブ・インターナシ
ョナル・ジヨイント コンファレンス・アーティフィシ
ャル・インテリジェンス、１９７３年８月第６２９〜６
４０頁 （Ｇ、 Ｊ、 Ａｇ１ｎ ｅｔ ａｌ、：Ｐｒｏｃ
、 Ｉｎｔ、 Ｊｏｉｎｔ。
Ｃｏｎｆ、Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔａｌｌ、、
５ｔａｎｆｏｒｄ。
５ｔａｎｆｏｒｄ。
ＬＪｗｉｖ、、Ａｕｇ、１９７３．Ｐ、Ｐ、６２９〜６
４０）以下、図面により、光切断法による従来例の一態
様を具体的に説明する。第３図は、本発明の装置におけ
る光学的構成と、被計測物体との関連における計測時の
走査光とＴＶ視野の空間的関係を示したものである。
４０）以下、図面により、光切断法による従来例の一態
様を具体的に説明する。第３図は、本発明の装置におけ
る光学的構成と、被計測物体との関連における計測時の
走査光とＴＶ視野の空間的関係を示したものである。
図中、１はＴＶカメラで、物体２を含む視野を撮像する
。説明の便宜上、ＴＶカメラ１の光軸と直交し、物体２
近傍の仮想平面３を想定し、横方向をＸ軸、縦方向をｙ
軸に互いに直交させて設定すると共に、これらＸ −ｙ
軸に互いに直交する軸を２軸とする。図中４は光走査装
置で、前記仮想平面３を少なくともカバーする立体角内
を光ビームがＸ方向に主走査、ｙ方向に副走査する装置
である。５は、光走査装置４の走査期間内のある時間ｔ
における光ビームを示し、この光ビーム５は、物体表面
に６なる輝点を生せしめる。一方この輝１ 点６は、Ｔ
Ｖカメラ１の受像面の特定の位置すなわち、ＴＶの水平
・垂直走査線上の特定の部分に、信号を生せしめる。そ
のときの光路に相当する直線が７で示されている。図中
８，９はそれぞれ光走査中心およびＴＶカメラ１の光学
中心である。
。説明の便宜上、ＴＶカメラ１の光軸と直交し、物体２
近傍の仮想平面３を想定し、横方向をＸ軸、縦方向をｙ
軸に互いに直交させて設定すると共に、これらＸ −ｙ
軸に互いに直交する軸を２軸とする。図中４は光走査装
置で、前記仮想平面３を少なくともカバーする立体角内
を光ビームがＸ方向に主走査、ｙ方向に副走査する装置
である。５は、光走査装置４の走査期間内のある時間ｔ
における光ビームを示し、この光ビーム５は、物体表面
に６なる輝点を生せしめる。一方この輝１ 点６は、Ｔ
Ｖカメラ１の受像面の特定の位置すなわち、ＴＶの水平
・垂直走査線上の特定の部分に、信号を生せしめる。そ
のときの光路に相当する直線が７で示されている。図中
８，９はそれぞれ光走査中心およびＴＶカメラ１の光学
中心である。
ＴＶカメラ１としては、通常工業用テレビジョンカメラ
、光走査装置４としては、ヘリウムネオンレーザ等を多
角形回転鏡、もしくは電気光学偏向器で主走査し、平面
境等で副走査する方式が用いられる。
、光走査装置４としては、ヘリウムネオンレーザ等を多
角形回転鏡、もしくは電気光学偏向器で主走査し、平面
境等で副走査する方式が用いられる。
以下、このような光学的構成において、物体表面の座標
を測定する従来法の原理を説明する。第４図は、第３図
の光学的構成により得られる物体表面上に生ずる光ビー
ム５による輝点６を前記直交座標系において幾何光学的
に示したものである。
を測定する従来法の原理を説明する。第４図は、第３図
の光学的構成により得られる物体表面上に生ずる光ビー
ム５による輝点６を前記直交座標系において幾何光学的
に示したものである。
図中、４１は仮想平面３と光ビーム５の直線の交点で、
便宜上、平面３を２座標Ｏとし、この交点をへ′点とし
座標を（！１． ｙ１＋ ｏ）とする。４２は、ＴＶカ
メラ１が輝点６を望む直線７と平面３との交点でその交
点４２をＢ′点、座標を（ｘ □＋ Ｙ□＋ ｏ ）と
する。ここで、前記ＴＶカメラ１の光学中心９を−Ｂ点
、その座標を（”００’ ”００’ ”００）とし、光
走査装置４の走査中心をＡ点、その座標を（Ｘ１１＋
Ｙｌｌ＋ ２１１）とする。図中光ビーム５は、面３を
ｙ軸と平行に主走査し、Ｘ軸方向に副走査すると共に、
ＴＶカメラ１は水平走査をｙ軸に沿って行ない、垂直走
査をｙ軸に沿って行うものとする。したがって、図中４
３．４４は、それぞれ点Ａ′および点Ｂ′の通る水平Ｔ
Ｖ走査線に対応する。
便宜上、平面３を２座標Ｏとし、この交点をへ′点とし
座標を（！１． ｙ１＋ ｏ）とする。４２は、ＴＶカ
メラ１が輝点６を望む直線７と平面３との交点でその交
点４２をＢ′点、座標を（ｘ □＋ Ｙ□＋ ｏ ）と
する。ここで、前記ＴＶカメラ１の光学中心９を−Ｂ点
、その座標を（”００’ ”００’ ”００）とし、光
走査装置４の走査中心をＡ点、その座標を（Ｘ１１＋
Ｙｌｌ＋ ２１１）とする。図中光ビーム５は、面３を
ｙ軸と平行に主走査し、Ｘ軸方向に副走査すると共に、
ＴＶカメラ１は水平走査をｙ軸に沿って行ない、垂直走
査をｙ軸に沿って行うものとする。したがって、図中４
３．４４は、それぞれ点Ａ′および点Ｂ′の通る水平Ｔ
Ｖ走査線に対応する。
このような幾何光学的構成を考えると、点Ｐの座標ｐは
以上のステップで求められることがわかるう図示した構
成は、光走査のある時点ｔにおいて生じた輝点Ｐを示し
、その時の光ビーム５の直線式は光走査信号に関連して
一意的に決定され既知である。一方、直線７は輝点Ｐを
望むＴＶカメラ１の視線であり、映像信号の１フイール
ドにおいて、水平、垂直走査中のどこに輝点信号が発生
するかにより既知である。すなわち、直線５および７は
いずれも直線式もしくは方向余弦が一意的に決定できる
ので平面３との交点Ａ’（！１． Ｙｌ＋ ｏ ）、Ｂ
′（”０１ Ｙ（）＋ ０）を求めることができる。光
走査中心Ａの座標、光学中心Ｂの座標はそれぞれ、Ａ（
２１１１Ｙ１１＋ ２１１ ）、 Ｂ（”ＱＯＩ ”
００１ ｚｏｏ）であるから光ビーム５の直線式は以下
の如くである。
以上のステップで求められることがわかるう図示した構
成は、光走査のある時点ｔにおいて生じた輝点Ｐを示し
、その時の光ビーム５の直線式は光走査信号に関連して
一意的に決定され既知である。一方、直線７は輝点Ｐを
望むＴＶカメラ１の視線であり、映像信号の１フイール
ドにおいて、水平、垂直走査中のどこに輝点信号が発生
するかにより既知である。すなわち、直線５および７は
いずれも直線式もしくは方向余弦が一意的に決定できる
ので平面３との交点Ａ’（！１． Ｙｌ＋ ｏ ）、Ｂ
′（”０１ Ｙ（）＋ ０）を求めることができる。光
走査中心Ａの座標、光学中心Ｂの座標はそれぞれ、Ａ（
２１１１Ｙ１１＋ ２１１ ）、 Ｂ（”ＱＯＩ ”
００１ ｚｏｏ）であるから光ビーム５の直線式は以下
の如くである。
ｘ−ｘｌ １ Ｙ Ｖ １１ ｚ ｚ １１□
＝□二□ −−−−−−−（１） ’Ｊ ”１１ ”１−７１１ ”１１同様に
輝点を望むＴＶカメラ１の視線７の直線式は以下の如く
である。
＝□二□ −−−−−−−（１） ’Ｊ ”１１ ”１−７１１ ”１１同様に
輝点を望むＴＶカメラ１の視線７の直線式は以下の如く
である。
”−ｘｏｏ ｙ ｙｏｏ ｚ−ｚｏｏ−” −＝
−−−−−−−−（２） ”ｏ ”ｏｏ ｙ ｙｏｏ ”ｏ。
−−−−−−−−（２） ”ｏ ”ｏｏ ｙ ｙｏｏ ”ｏ。
直線式ｆｌ）、 （２）はそれぞれ、Ｐ点を通ることは
自明なので、Ｐ点の座標（Ｘｐ＋ ７ｐ＋ Ｚｐ ）を
求めるには式（１）、 （２）を連立させ、ｘ、ｙ、ｚ
に関する解を求めればよい。
自明なので、Ｐ点の座標（Ｘｐ＋ ７ｐ＋ Ｚｐ ）を
求めるには式（１）、 （２）を連立させ、ｘ、ｙ、ｚ
に関する解を求めればよい。
発明が解決しようとする問題点
これらの解は、代数的には簡単に求められるとはいえ、
多くの４則演算を必要とし、変数が極めて多（なるため
計算に時間を要する問題がある。
多くの４則演算を必要とし、変数が極めて多（なるため
計算に時間を要する問題がある。
解の例を行列表示すると以下の如くである。
ただし〔〕−１は逆行列操作をあられす。
このような演算により、平面３近傍にある物体２０表面
座標の一画素が決定されることになる。
座標の一画素が決定されることになる。
このような操作を、１フイールド内のｙ方向の線状光に
ついて順次行うことが必要であるが、実際には、これま
で述べた過程ですでに明らかなように、一画素の計算に
おいて、線状光中の一要素光ビーム（例えば図の直線５
）に対し、Ａ′点の決定は容易にできるが、Ｂ′点は物
体の２座標の関数として、平面３上のＸ方向のみならず
ｙ方向に変動するため、前記の要素光ビームに対応した
輝点がどれであるかを判定する必要がある。すなわち、
第４図中、平面３において、Ａ′点に対応するＴＶの水
平走査線は直線４３上にあることは容易に決定できるが
、Ｂ′点に対応するＴＶの水平走査線に相当する直線４
４は直接求めることができない。
ついて順次行うことが必要であるが、実際には、これま
で述べた過程ですでに明らかなように、一画素の計算に
おいて、線状光中の一要素光ビーム（例えば図の直線５
）に対し、Ａ′点の決定は容易にできるが、Ｂ′点は物
体の２座標の関数として、平面３上のＸ方向のみならず
ｙ方向に変動するため、前記の要素光ビームに対応した
輝点がどれであるかを判定する必要がある。すなわち、
第４図中、平面３において、Ａ′点に対応するＴＶの水
平走査線は直線４３上にあることは容易に決定できるが
、Ｂ′点に対応するＴＶの水平走査線に相当する直線４
４は直接求めることができない。
これを求めるためには例えば以下の如き演算が必要であ
る。今、ＴＶ画面上に投影された例えば光ビーム５がつ
くる直線ｍは、Ａ点（”Ｌ１＋ ｙｌ １＋ｚ ）ｓ
Ｂ （３ＣＯＯ１ｙｏｏｌ ｚｏｏ） ｈＡ’（ｘ
１νｙ１＋０）なる既知の３点のつくる平面と平面３の
交線である。すなわち、直線ｍは以下の平面の方程式に
おいて、２＝０とした直線と等価である。
る。今、ＴＶ画面上に投影された例えば光ビーム５がつ
くる直線ｍは、Ａ点（”Ｌ１＋ ｙｌ １＋ｚ ）ｓ
Ｂ （３ＣＯＯ１ｙｏｏｌ ｚｏｏ） ｈＡ’（ｘ
１νｙ１＋０）なる既知の３点のつくる平面と平面３の
交線である。すなわち、直線ｍは以下の平面の方程式に
おいて、２＝０とした直線と等価である。
すなわち、Ｂ′点（ＫＯＩ ＹＯＩ ｏ）を求めるため
には、ＴＶ映像の水平、垂直走査の特定位置に関連する
輝線信号のうち直線ｍと相交わる部分が求める輝点、す
なわちＢ’（ＸＯＩ ＹＯＩ ｏ）として決定される。
には、ＴＶ映像の水平、垂直走査の特定位置に関連する
輝線信号のうち直線ｍと相交わる部分が求める輝点、す
なわちＢ’（ＸＯＩ ＹＯＩ ｏ）として決定される。
このように従来例において、Ｂ′点の決定は、代数的に
は簡単とはいえ計算量も多く煩雑であり、また、Ａ′点
、Ｂ′点の座標を得た後でも物す １而座標ｐ（Ｘｐ＋
Ｙｐ＋ ｚｐ ）の計算量も多いる。
は簡単とはいえ計算量も多く煩雑であり、また、Ａ′点
、Ｂ′点の座標を得た後でも物す １而座標ｐ（Ｘｐ＋
Ｙｐ＋ ｚｐ ）の計算量も多いる。
本発明は、前述した従来法の問題点である物体の表面の
３次元座標計測における計算が極めて煩雑であり、１画
素あたりの演算量が多量である点を解決することを意図
したものである。
３次元座標計測における計算が極めて煩雑であり、１画
素あたりの演算量が多量である点を解決することを意図
したものである。
問題点を解決するための手段
本発明は、物体表面に光ビームを走査もしくは、スリッ
ト光や陰極線管上の輝線を光学系で投影して得られる線
状光を投写する手段と、それに対し、一定の距離をとっ
て設置され、当該物体を層像するＴＶカメラおよび、前
記線状光が物体表面各部を照射せしめる走査手段より成
る構成において、前記線状光を構成する各要素光ビーム
が、ＴＶカメラの視野内を幾何光学的に横切る際の仮想
的直線を計算し、その直線に沿ってＴＶの水平および垂
直偏向がなされるようＴＶの偏向回路部を構成し、物体
の表面各部の３次元座標計算の煩雑さを解消することを
意図したものである。
ト光や陰極線管上の輝線を光学系で投影して得られる線
状光を投写する手段と、それに対し、一定の距離をとっ
て設置され、当該物体を層像するＴＶカメラおよび、前
記線状光が物体表面各部を照射せしめる走査手段より成
る構成において、前記線状光を構成する各要素光ビーム
が、ＴＶカメラの視野内を幾何光学的に横切る際の仮想
的直線を計算し、その直線に沿ってＴＶの水平および垂
直偏向がなされるようＴＶの偏向回路部を構成し、物体
の表面各部の３次元座標計算の煩雑さを解消することを
意図したものである。
作 用
上記構成において、線状光を構成する各要素光ビームが
ＴＶカメラの視野内を横切る際の仮想投影直線に平行な
方向にＴＶカメラの水平走査線を一致させるようにして
いるので、物体表面の座標を計測するための演算量が大
幅に少なくなり、この結果計測が短時間で行えるととも
に、演算装置のハードウェアコストも軽減される。
ＴＶカメラの視野内を横切る際の仮想投影直線に平行な
方向にＴＶカメラの水平走査線を一致させるようにして
いるので、物体表面の座標を計測するための演算量が大
幅に少なくなり、この結果計測が短時間で行えるととも
に、演算装置のハードウェアコストも軽減される。
実施例
以下図面を参照しつつ、本発明の実施例の態様を具体的
に説明する。第１図は、本発明の詳細な説明のための光
学的構成と幾何光学的な各点および線の空間的関係を示
す図である。図において１はＴＶカメラ、２は表面座標
を計測すべき物体、３は、ＴＶカメラ１の光学系の光軸
に垂直な物体近傍の仮想平面であり、前記光軸に平行な
Ｚ軸、ＴＶカメラ１の水平走査線と平行なＸ軸、それら
の２軸と直交するｙ軸を説明の便宜上想定する。
に説明する。第１図は、本発明の詳細な説明のための光
学的構成と幾何光学的な各点および線の空間的関係を示
す図である。図において１はＴＶカメラ、２は表面座標
を計測すべき物体、３は、ＴＶカメラ１の光学系の光軸
に垂直な物体近傍の仮想平面であり、前記光軸に平行な
Ｚ軸、ＴＶカメラ１の水平走査線と平行なＸ軸、それら
の２軸と直交するｙ軸を説明の便宜上想定する。
にヘリウムネオンレーザ光を多角回転鏡を用いてｙ方向
に走査して用いた。５は、線状光１５のある要素光ビー
ムと一致する直線を例示したもので、この光ビームは、
前記座標系においてＸｐ＋ ３’ｐ＋ Ｚｐなる座標を
もつＰ点において物体２を照射し、輝点６を発している
。この直線５の平面３との交点４１をＡ′点とし座標（
Ｘ１＋ Ｙｌ＋ ｏ）をもつものとする。７は、輝点６
をＴＶカメラ１より望んだもので、輝点６とＴＶカメラ
１の光学的中心を結ぶ直線である。この直線７の延長上
で平面３と交わる点４２をＢ′点とし、座標（！０．
ＹＱ＋ Ｏ）をもつものとする。８，９はそれぞれ、線
状光１５の放射中心ＡとＴＶカメラ１の光学中心Ｂで、
それぞれの座標を（ｘｌｌｌ Ｙｌｌ＋ ｚｌｌ ）お
よび（ｘ□。。
に走査して用いた。５は、線状光１５のある要素光ビー
ムと一致する直線を例示したもので、この光ビームは、
前記座標系においてＸｐ＋ ３’ｐ＋ Ｚｐなる座標を
もつＰ点において物体２を照射し、輝点６を発している
。この直線５の平面３との交点４１をＡ′点とし座標（
Ｘ１＋ Ｙｌ＋ ｏ）をもつものとする。７は、輝点６
をＴＶカメラ１より望んだもので、輝点６とＴＶカメラ
１の光学的中心を結ぶ直線である。この直線７の延長上
で平面３と交わる点４２をＢ′点とし、座標（！０．
ＹＱ＋ Ｏ）をもつものとする。８，９はそれぞれ、線
状光１５の放射中心ＡとＴＶカメラ１の光学中心Ｂで、
それぞれの座標を（ｘｌｌｌ Ｙｌｌ＋ ｚｌｌ ）お
よび（ｘ□。。
ＹＱＱ＋ ｚｏｏ）とする。１０は、平面ａ上にあるＡ
′点およびＢ′点を通る仮想線で、この仮想線１０はＴ
Ｖカメラ１の光学中心９（Ｂ点）からみた光ビーム光路
５の平面３への投影である。すなわち、直線５は、ＴＶ
カメラ１の画面としてみると直線１０の線上に撮像され
ることになる。仮想線１０のＸ軸となす角度は、線状光
１５の要素光ビームのどこをとるかによって、すなわち
ｙ軸との交点に依存して変化し、また、輝点Ｐの位置に
より変化する。１１は、線状光１５が物体２面に照射さ
れて生じる輝線であり、ＴＶカメラ１によって観測され
る。ＴＶカメラ１の画面内では、平面３が反射性である
場合、画面上タテ方向に直線として撮像されるが、輝線
を生じる物体面が、平面３の上部か下部か、すなわち２
軸上で正の値か負の値かにより、画面上前記直線から左
もしくは右に偏移し、その偏移量は、物体の２座標値に
関連している。４３．４４はそれぞれＡ′点 Ｂ／点を
通り、Ｘ軸に平行なすなわち、ＴＶカメラ１の水平走査
線と平行な平面３上の線を示している。線４３゜４４は
、したがって、ＴＶ画面上Ａ′点 Ｂ／点が表示される
べき水平走査線に対応したものである。
′点およびＢ′点を通る仮想線で、この仮想線１０はＴ
Ｖカメラ１の光学中心９（Ｂ点）からみた光ビーム光路
５の平面３への投影である。すなわち、直線５は、ＴＶ
カメラ１の画面としてみると直線１０の線上に撮像され
ることになる。仮想線１０のＸ軸となす角度は、線状光
１５の要素光ビームのどこをとるかによって、すなわち
ｙ軸との交点に依存して変化し、また、輝点Ｐの位置に
より変化する。１１は、線状光１５が物体２面に照射さ
れて生じる輝線であり、ＴＶカメラ１によって観測され
る。ＴＶカメラ１の画面内では、平面３が反射性である
場合、画面上タテ方向に直線として撮像されるが、輝線
を生じる物体面が、平面３の上部か下部か、すなわち２
軸上で正の値か負の値かにより、画面上前記直線から左
もしくは右に偏移し、その偏移量は、物体の２座標値に
関連している。４３．４４はそれぞれＡ′点 Ｂ／点を
通り、Ｘ軸に平行なすなわち、ＴＶカメラ１の水平走査
線と平行な平面３上の線を示している。線４３゜４４は
、したがって、ＴＶ画面上Ａ′点 Ｂ／点が表示される
べき水平走査線に対応したものである。
線上光の要素光ビームを特定すると、平面３との交点す
なわちＡ′点（Ｘｌ、 ’／ｌ＋ ｏ）は一意的に決定
される。一方Ｂ′点については、物体表面のどこで輝点
Ｐが生ずるかにより、Ｘおよびｙ軸上で変動する。した
がって、着目した要素光ビーム（例えば直線５）に対応
する輝点が、ＴＶ画面の上でどこにあるかは一意的に決
定できず、基本的には、ＴＶ画面上に生じた輝線１１の
映像のうち、仮想線１０の形成すべき仮想映像線の上に
ある点が、求める輝点であり、そのような比較操作を経
て、Ｂ′点の座標（ｘ（ｐ ）’Ｑ＋ ｏ）が決定され
る。仮想線１ｏの平面３上の直線は前記した式（４で与
えられる。
なわちＡ′点（Ｘｌ、 ’／ｌ＋ ｏ）は一意的に決定
される。一方Ｂ′点については、物体表面のどこで輝点
Ｐが生ずるかにより、Ｘおよびｙ軸上で変動する。した
がって、着目した要素光ビーム（例えば直線５）に対応
する輝点が、ＴＶ画面の上でどこにあるかは一意的に決
定できず、基本的には、ＴＶ画面上に生じた輝線１１の
映像のうち、仮想線１０の形成すべき仮想映像線の上に
ある点が、求める輝点であり、そのような比較操作を経
て、Ｂ′点の座標（ｘ（ｐ ）’Ｑ＋ ｏ）が決定され
る。仮想線１ｏの平面３上の直線は前記した式（４で与
えられる。
本発明の実施例においては、ＴＶカメラ１の主走査を各
画素について、仮想直線１０に沿って行うよう、ＴＶカ
メラ１の水平・垂直偏向を調整できるよう構成する。こ
のような構成における顕著な特徴は、Ａ′点とＢ′点が
いずれも同一のＴＶ走査線上にあり、式（４）による演
算を経てＢ′点を決定する演算ステップは不要となり、
結果としてＡ′点とＢ′点は一意的に決定されることで
ある。一旦Ａ／（ｘｌ、ｙｌ、ｏ）およびＢ’（”０１
ｙ□、 ’ ）が決定すれば物体面のＰ点の座標（Ｘ
ｐ、）’ｐ＋ Ｚｐ）は、前述の式（３）により求める
ことができる。
画素について、仮想直線１０に沿って行うよう、ＴＶカ
メラ１の水平・垂直偏向を調整できるよう構成する。こ
のような構成における顕著な特徴は、Ａ′点とＢ′点が
いずれも同一のＴＶ走査線上にあり、式（４）による演
算を経てＢ′点を決定する演算ステップは不要となり、
結果としてＡ′点とＢ′点は一意的に決定されることで
ある。一旦Ａ／（ｘｌ、ｙｌ、ｏ）およびＢ’（”０１
ｙ□、 ’ ）が決定すれば物体面のＰ点の座標（Ｘ
ｐ、）’ｐ＋ Ｚｐ）は、前述の式（３）により求める
ことができる。
第２図に、本発明の装置の電気的構成をブロック図で示
す。図中１，４はそれぞれ前述のＴＶカメラと光走査装
置である。前述の輝点６（実際上は輝線１３）はＴＶカ
メラ１の１フレーム内の輝度信号の特定部分に振巾の変
化を生ぜしめる。この変化は、輝点位置検出部２１によ
りＴＶの主走査に関連した走査線上の位置として検出さ
れる。
す。図中１，４はそれぞれ前述のＴＶカメラと光走査装
置である。前述の輝点６（実際上は輝線１３）はＴＶカ
メラ１の１フレーム内の輝度信号の特定部分に振巾の変
化を生ぜしめる。この変化は、輝点位置検出部２１によ
りＴＶの主走査に関連した走査線上の位置として検出さ
れる。
実施にあたっては、輝度信号は、撮像部の残像のために
、当該フレーム以前のフレームに生じた輝点より成る信
号列として検出されるので、その信号列の端部を当該フ
レームで生じた輝点として判定する手段を設けることが
望ましい。また、撮像された、輝点による輝度信号は、
光学収差や撮像面での電子的拡散効果あるいは光ビーム
そのものがもつ空間分布により、あるひろがりをもった
信号強度分布をもつために、輝点６の水平走査線上での
空間的位置の検出には、これらの要因を考慮し、信号強
度分布の中から、最も確からしい空間的位置を決定する
手段を設けることが推奨される。
、当該フレーム以前のフレームに生じた輝点より成る信
号列として検出されるので、その信号列の端部を当該フ
レームで生じた輝点として判定する手段を設けることが
望ましい。また、撮像された、輝点による輝度信号は、
光学収差や撮像面での電子的拡散効果あるいは光ビーム
そのものがもつ空間分布により、あるひろがりをもった
信号強度分布をもつために、輝点６の水平走査線上での
空間的位置の検出には、これらの要因を考慮し、信号強
度分布の中から、最も確からしい空間的位置を決定する
手段を設けることが推奨される。
次に、輝線の各位置を検出するための輝点位置検出部２
１の出力である輝線の各位置に対応する関連信号が、信
号変換処理部２３に送られる。
１の出力である輝線の各位置に対応する関連信号が、信
号変換処理部２３に送られる。
２２は、光走査信号発生部であり、その主走査および副
走査信号は、光ビームの全走査立体角内での位置に関連
するものであり、光走査装置４に送られると共に、信号
変換処理部２３’に送られる。
走査信号は、光ビームの全走査立体角内での位置に関連
するものであり、光走査装置４に送られると共に、信号
変換処理部２３’に送られる。
これら信号変換処理部２３．２３’は、それぞれＴＶカ
メラ１の撮像の１フイールド内の輝線を構成する各画素
の位置に関連した情報および、光ビームの全走査立体角
内の位置に関連した情報として、中央演算処理装置２４
（以下ＣＰ Ｕと記す）へ入力するためのディジタル変
換を行う機能を有する。記憶部２５は、前記ＴＶカメラ
１の光学中心９の３次元座標Ｂ （Ｘ０ＯＩ ＹＯＯＩ
ｚｏｏ ）やレンズ視角に関連する数値情報や光走査
部４の走査中心８の座標、Ａ（”１１１ Ｙｌｌｌ ”
１１ ）あるいは走査レートに関連する数値情報を記憶
すると共に、前述の信号変換処理部２３．２３’からの
信号を一時的に記憶したり、演算結果を一旦記憶する機
能を有する。本発明の装置を同一条件で断続的に用いる
場合には、記憶保持用の蓄電池バックアップ電源か、も
しくは、一部の記憶ブロックを不揮発性とすることが推
奨される。２６は、計測された物体の表面３次元座標を
表示、印字もしくは記憶する出力装置、２７は条件設定
変更や、装置の操作に用いる入力装置である。２日はＣ
ＰＵ２４において計算された前記仮想直線１０に沿って
ＴＶカメラ１の主走査を各画素について行うようＴＶカ
メラの主走査・副走査を変換する走査信号発生部である
。
メラ１の撮像の１フイールド内の輝線を構成する各画素
の位置に関連した情報および、光ビームの全走査立体角
内の位置に関連した情報として、中央演算処理装置２４
（以下ＣＰ Ｕと記す）へ入力するためのディジタル変
換を行う機能を有する。記憶部２５は、前記ＴＶカメラ
１の光学中心９の３次元座標Ｂ （Ｘ０ＯＩ ＹＯＯＩ
ｚｏｏ ）やレンズ視角に関連する数値情報や光走査
部４の走査中心８の座標、Ａ（”１１１ Ｙｌｌｌ ”
１１ ）あるいは走査レートに関連する数値情報を記憶
すると共に、前述の信号変換処理部２３．２３’からの
信号を一時的に記憶したり、演算結果を一旦記憶する機
能を有する。本発明の装置を同一条件で断続的に用いる
場合には、記憶保持用の蓄電池バックアップ電源か、も
しくは、一部の記憶ブロックを不揮発性とすることが推
奨される。２６は、計測された物体の表面３次元座標を
表示、印字もしくは記憶する出力装置、２７は条件設定
変更や、装置の操作に用いる入力装置である。２日はＣ
ＰＵ２４において計算された前記仮想直線１０に沿って
ＴＶカメラ１の主走査を各画素について行うようＴＶカ
メラの主走査・副走査を変換する走査信号発生部である
。
、つぎに第１図、第２図において詳述した本発明の一実
施例における、ＣＰＵ２４にて実行される演算について
述べる。演算は、信号変換処理部２３′からの当該時点
における線状光の走査に関連する信号と、記憶部２５に
存在する光走査部４に関連した座標Ａ （Ｘ１１．Ｙｌ
ｌｌ ｚｌ １ ）より、平面３上の仮想点Ａ’（ｘｌ
、 ３’ｌ＋ ｏ）を求めると共に、ＴＶ撮像部１に関
連した座標Ｂ （Ｘ０ＯＩ ｙｏｏｌｚｏ。 ）と、平
面３上の仮想線１０に対応するＴＶの主走査線上にある
輝線１１の位置に関する情報を用いて、平面３上の仮想
点Ｂ’（”０１３’Ｏ１’）を計算する。つぎにこのよ
うに求められたＡ′、＠とＢ′点の座標およびＡ点、Ｂ
点の座標より、その時点における物体表面の一画素に対
応する輝点Ｐ（Ｘｐ ＋ ｙｐ ＋ ｚＩ” が、前
述の式（３）を用いて求められる。この計算によシー画
素について座標が求まるが、平面３上のすべての画素を
計算する過程とはＴＶの１フイールド内においては、縦
型輝線１１の各画素の物体表面座標ｐ（Ｘｐ＋ｙｐ＋Ｚ
ｐ ）を、縦列すべての画素について計算することと、
一方これを１フイールドもしくは、数フイールド毎に繰
り返し、平面３をカバーするすべての画素に関する物体
２の表面座標を計算することである。
施例における、ＣＰＵ２４にて実行される演算について
述べる。演算は、信号変換処理部２３′からの当該時点
における線状光の走査に関連する信号と、記憶部２５に
存在する光走査部４に関連した座標Ａ （Ｘ１１．Ｙｌ
ｌｌ ｚｌ １ ）より、平面３上の仮想点Ａ’（ｘｌ
、 ３’ｌ＋ ｏ）を求めると共に、ＴＶ撮像部１に関
連した座標Ｂ （Ｘ０ＯＩ ｙｏｏｌｚｏ。 ）と、平
面３上の仮想線１０に対応するＴＶの主走査線上にある
輝線１１の位置に関する情報を用いて、平面３上の仮想
点Ｂ’（”０１３’Ｏ１’）を計算する。つぎにこのよ
うに求められたＡ′、＠とＢ′点の座標およびＡ点、Ｂ
点の座標より、その時点における物体表面の一画素に対
応する輝点Ｐ（Ｘｐ ＋ ｙｐ ＋ ｚＩ” が、前
述の式（３）を用いて求められる。この計算によシー画
素について座標が求まるが、平面３上のすべての画素を
計算する過程とはＴＶの１フイールド内においては、縦
型輝線１１の各画素の物体表面座標ｐ（Ｘｐ＋ｙｐ＋Ｚ
ｐ ）を、縦列すべての画素について計算することと、
一方これを１フイールドもしくは、数フイールド毎に繰
り返し、平面３をカバーするすべての画素に関する物体
２の表面座標を計算することである。
もちろん、平面３は、反射面としない場合には、物体２
がない限り、輝線もしくは輝点は生じないために、計算
自身は実行する必要がなく、ただちに次の画素の計算に
移ることができる。
がない限り、輝線もしくは輝点は生じないために、計算
自身は実行する必要がなく、ただちに次の画素の計算に
移ることができる。
なお、上記実施例では投光装置４としてレーザ光をｙ方
向に走査して線状光を得る場合について説明したが、必
ずしも光ビームのｙ方向光学走査は必要とせず、ｙ方向
に長い細いスリット光やプラウ／管上に表示した線状光
を光学系によシ投影すること、あるいはレーザビームを
円柱レンズやトイ状反射鏡等柱状光学系により一次元方
向に拡大することも可能である。
向に走査して線状光を得る場合について説明したが、必
ずしも光ビームのｙ方向光学走査は必要とせず、ｙ方向
に長い細いスリット光やプラウ／管上に表示した線状光
を光学系によシ投影すること、あるいはレーザビームを
円柱レンズやトイ状反射鏡等柱状光学系により一次元方
向に拡大することも可能である。
発明の効果
以上、本発明によれば、物体の表面の３次元座標の計測
における演算量を大巾に軽減させることが可能であり、
必要な３次元座標を短時間で計測することができ、ロボ
ット視覚や製造における検査工程の物体認識用座標測定
装置として効率的な手段を提供するものである。
における演算量を大巾に軽減させることが可能であり、
必要な３次元座標を短時間で計測することができ、ロボ
ット視覚や製造における検査工程の物体認識用座標測定
装置として効率的な手段を提供するものである。
第１図は本発明による座標測定装置の光学系を示す斜視
図、第２図は本発明による座標測定装置の電気系を示す
ブロック図、第３図は従来の座標測定装置の光学系を示
す斜視図、第４図は従来の座標測定装置の光学系におけ
る幾何光学的態様を示す図である。 １・・・ＴＶ左カメラ２・・・被計測物体、３・・・仮
想平面、４・・・投光装置、６・・・線状光ビーム、８
・・・投光中心、９・・・光学中心、１Ｑ・・・仮想投
影直線、１５・・・線状光。 第１図 第２図 第３図 第４図
図、第２図は本発明による座標測定装置の電気系を示す
ブロック図、第３図は従来の座標測定装置の光学系を示
す斜視図、第４図は従来の座標測定装置の光学系におけ
る幾何光学的態様を示す図である。 １・・・ＴＶ左カメラ２・・・被計測物体、３・・・仮
想平面、４・・・投光装置、６・・・線状光ビーム、８
・・・投光中心、９・・・光学中心、１Ｑ・・・仮想投
影直線、１５・・・線状光。 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (7)
- （１）物体表面に線状光を走査する線状光投影手段と、
前記物体表面を撮像する撮像手段と、前記線状光投影手
段の光投影中心と前記撮像手段の光学中心に関わる座標
、前記線状光の空間的方向に関連する信号および前記撮
像手段から得られる映像信号を処理する情報処理部とを
具備し、前記線状光投影手段からの光線の各単位光束を
前記撮像手段の光軸と直交する仮想平面上へ前記撮像手
段の光学中心より望む方向より投影した仮想投影直線に
平行な方向に前記撮像手段の電子線走査方向を一致させ
たことを特徴とする座標計測装置。 - （２）線状光の線状方向が撮像手段の主走査方向と非平
行である特許請求の範囲第１項記載の座標計測装置。 - （３）線状光をその線状方向に直交する方向に沿って走
査する特許請求の範囲第１項記載の座標計測装置。 - （４）線状光投影手段が光ビームを空間的に一次元走査
した光源を備えた特許請求の範囲第１項記載の座標計測
装置。 - （５）光源がガスレーザ、固体レーザ、半導体レーザの
いずれかである特許請求の範囲第５項記載の座標計測装
置。 - （６）線状光投影手段は線状光源を備えた特許請求の範
囲第１項記載の座標計測装置。 - （７）線状光源が陰極線管蛍光面、光スリットのいずれ
かである特許請求の範囲第７項記載の座標計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25133685A JPS62110106A (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 座標計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25133685A JPS62110106A (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 座標計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62110106A true JPS62110106A (ja) | 1987-05-21 |
Family
ID=17221308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25133685A Pending JPS62110106A (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 座標計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62110106A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995007590A1 (fr) * | 1993-09-06 | 1995-03-16 | Kabushiki Kaisha Oh-Yoh Keisoku Kenkyusho | Processeur d'images variant dans le temps et dispositif d'affichage |
-
1985
- 1985-11-08 JP JP25133685A patent/JPS62110106A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995007590A1 (fr) * | 1993-09-06 | 1995-03-16 | Kabushiki Kaisha Oh-Yoh Keisoku Kenkyusho | Processeur d'images variant dans le temps et dispositif d'affichage |
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