JPS62137505A - 光切断法による計測装置 - 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１・５分野］ この発明は、光切断法によって物体の３次元形状情報を
求める計測装置に関する。

［発明の技術的背景と問題点］ 第５図に光切断法の光学系の概要を示している。

光源１からスリット光２を対象物３に投射し、その反射
光をテレビカメラ４で［１する。テレビカメラ４からは
、対象物３の表面のスリット光２による輝線２ａ　　（
光り面線と称する）の画像を含んだ階調のある濃淡画像
データが得られる。画像データの１例を第６図＜ａ　）
に示している。同図の２ｂは光切断線２ａに対応した光
切断線（・染である。

この画像データを適宜に処理し、対象物３の３次元形状
情報を求めるのである。

光切断法で高精度な計測を行なうには、できる限り幅の
小さい光切断線像２ｂを得る必要がある。

しかし、光源１の関係でスリット光２の幅がある程度大
きくなること、対条物３の表面に対するスリット光２の
入射角が大きいと光切断線２ａの幅が大きくなると、光
切断線２ａの輝度が大き過ぎるとカメラ４でブル−ミン
グやスミアが生じること等の影響により、画像データ中
の光切断線像２ｂの幅が太くなり易い。そのために光切
断線像２ｂの線幅を小さくする（１画素分にする）処理
、いわゆる細線化処理が行なわれる。

この種の装置における細線化処理としては、従来、特開
昭５６−７０４０７号に例示された技術が代表的である
。これは第６図（ａ　）に示すように、カメラ４から１
９られた濃淡画像のＸ、ｙ平面上をｙ方向の走査線５で
くまなく２次元走査し、各走査線５ごとに次の処理を行
なう。走査線５上の各点の濃度値Ｖを検出する（Ｖが大
ぎい程明るいとする）。濃度ｆｉｆｆについである明る
さに相当づる第１しきい値Ｖ２と、これよりざらに明る
い第２しきい値ｖ１とを設定しておき、これらと検出濃
度値Ｖとを比較する。

第６図（ｂ）のように、Ｖ＞Ｖｌ　となった走査線上の
ある区間では、その区間の両端点座標値Ｙ１、Ｙ２の平
均１１１１ｆ　Ｙを代表値とする。また第６図（ｃ　）
のように、Ｖｌ　＞Ｖ＞Ｖ２となった走査線上のある区
間では、その区間内■の最大値を与えた座標値Ｙを代表
値とする。このようにして各走査線５と光切ＶｆＩＰ２
像２ｂとの交点座標を上記代表値で１点に決める。つま
り、光Ｉ、７Ｊ断線像２ｂの線幅を１画素に細線化する
。

しかしながら、上述した従来の細線化処理では次ぎの様
な問題点があった。

第５図に例示したように、段差のある対矛物３を画像し
た場合、スリット光２の拡がりや対象物３の表面性状な
どの影響で、第６図（（１）に例示したように、段差部
分において、上下の２本の光切断線像の端部がＸ軸座標
上で重なることがある。

このような画像を上記の方式で処理すると、第６図（ｅ
　）に例示したように実際の形状とは著しく異なった不
連続個所が生じてしまう。そのため、対象物３の正しい
３次元形状情報が失なわれて誤計測の原因となる。

［発明の目的］ この発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので
、その目的は、２本の光切断線像の端部がこれと平行な
座標１地上で重なった場合に、その重なり部分を適切に
解消し、対象物の３次元形状情報をできるだけ忠実に再
現できるようにした光切断法による計測装置を提供する
ことにある。

［発明の概要Ｊ この発明に係る光切断法による計測装置は、第１図に示
ずように、光切断法によって生成された光切断線を撮像
して背景と光切断線像とで構成される画像データをｉ％
る撮像手段と、上記画像データ平面における上記光切断
線と平行な方向をＸ軸。

これと直交方向をｙ軸として当該画像データ平面を面走
査して画像を処理する処理手段とを有づる装置であって
、上記処理手段は、光切断線像の不連続点を検出する不
連続点検出手段と、該不連続点における光切断線像がＸ
軸座標上で小なっている区間長を検出する重なり検出手
段と、前記不連続の光切断線像の幅をそれぞれ検出する
光切断線像幅検出手段と、該光切断線像の幅に応じた比
率で、ボｊ記重なり検出手段で検出された区間長をそれ
ぞれ実質的に短縮させる短縮手段とを含んで構成されて
いる。

［発明の実施例］ 第５図に示したスリット光源１、スリット光２、対象物
３、テレビカメラ４の光学系の構成は本発明においても
同様である。第２図に示すように、テレビカメラ４から
出力される画像データは取り込み回路６を介してメモリ
７に格納され、メモリ７に格納された画像データをコン
ピュータ８が処理する。またスリット光２の照射位置は
、コンピュータ８からの指令を受けて動作する痛引部９
によって制御される。以下に説明する本発明の内容を含
んだ細線化処理もコンピュータ８によって行なわれる。

第３図（ａ　）はメモリ７に格納された画像データの１
例を示しており、ここでは濃淡画像を適宜なしきい値で
２値化した白黒画像とする。この画像例は第５図（ｄ）
と同じで、２本の光線断線像の端部がＸ軸座標上で重な
っている。この重なった部分を拡大したのが第３図（ｂ
）である。

つまり第３図（ａ　）の画像にはＡ、Ｂ、Ｃの３本の光
切断Ｉ！ｉｌ像が含まれており、線像Ａの右端部分と線
像Ｂの左端部分とが、Ｘ軸座標上で区間長ｅにわたって
虫なっている。また線像Ａの幅をａとし、線像Ｂの幅を
ｂとする。図の例ではｂ＞ａである。

このような画像に対し、この発明では、線（Ｉ　Ａの右
端側を長さＣだけ短縮するとともに、線像Ｂの左端側を
長ざｄだけ短縮する処理を実質的に行なう。ただしｃ＋
ｄ＝ｅであり、したがって処理後の線＠Ａと線像Ｂとは
Ｘ軸座標上で重ならず、かつ連続する。上記Ｃとｄは両
線９ＡとＢの幅ａとｂの比によって決定している。つま
り次のとおりである。

ａ　：ｔ＋＝ｃ　：ｃｌ　　　　ｃ　＋ｄ　＝ｅ上記の
アルゴリズムで両線（９ＡとＢとの重なりを解消した後
、両Ｉ！ｉｌ像△、Ｂの幅中心線を抽出してｍ線化する
と、第３図（Ｃ）に示すように、重なりおよび不連続部
分のない細線画像が得られる。

ところで、レーザ光からなるスリット光２には幅があり
、また対象物３の光学的性状によって反射光量が変化づ
るｌζめ、第３図（ａ　）の画（染料のように光切断線
像の幅に差が生じる。また、対象物３の段差部分につい
ては２通りの高さを検出することになり、これが第３図
（ａ　）の画像間のように線像ＡとＢとのＸ軸上での重
なりとなる。これは、スリット光２が画像上で上下のみ
ならず左右に拡がるためである。光の拡がりの度合は対
象物３の表面性状に依存しており、左右の拡がりと上下
の拡がりは比例する。

そこで本発明においては、前述したように、重なり合っ
た両線像Ａ、Ｂの端部の長さを、画線像Ａ、Ｂの１幅ａ
、ｂの比に対応した分づつ合計でｅだけ短縮することで
（ＡはＣだけ短縮し、Ｂはｄだけ短縮する）、もの３次
元形状情報をできるだけ忠実に含んだ画商を得るように
している。

次に、前述のように玉なりを除去して細線化するまでの
処理手順の１例について、第４図のフローチャートに従
って詳しく説明する。

画像入力後、まず適切なしきい値にて２値画像に変換す
る（１０’Ｏ）、次にラベリング処理により光切断線像
のパーツ数を調べ、各パーツの各画素にパーツナンバを
格納する（１０１）。

次にステップ１０２〜１１５の処理により、各パーツの
ｙ方向の太さく幅）Ａ（Ｘ、ｉ）、中心線のｙ座標Ｊ（
ｘ、ｉ）あるＸ座標におけるパーツ数Ｑ（Ｘ）を求める
。

走査座標Ｘを設定後、ｙ方向に走査する。ラベリング後
の画素（ｘ　、　ｙ　）を調べ、パ０°′すなわち背景
なら特に処理を行なわない。パーツすなわち光切ｆｌＪ
！９像であれば、パーツナンバ（ｉ　）を求め、片端の
ｙ座標をｙｌとおぎ、次に背景１１０　Ｉ＋がでるまで
走査座標ｙを進める。こうしてパーツを横切った後、太
さＡ（Ｘ、１）＝Ｖ−Ｖ＋　と、た、１本の縦ライン（
走査線）上のパーツ数はｑでカラン１〜し、１ライン走
査後Ｑ（×）に格納する。以上の処理をｘ軸方向に繰り
返ず。

次にステップ１１６以降を実行し、最終的に細線化した
光切断線像Ｍ（Ｘ）を求める。

ポインタＸをゼロに初期設定しく１１６）、Ｑ（Ｘ　）
の値すなわちパーツ数を調べる（１１７）。

もしＱ（ｘ）＝Ｏなら物体の陰などで光切断線像は存在
しないものと判断し、Ｘを更新する（１３９→１４０）
。Ｑ（Ｘ）＝１ならパーツ数は１であるので、そのパー
ツナンバをＪ（Ｘ、ｉ）またはＡ（Ｘ、ｉ）より求め、
そのパーツナンバを１１とする（１１９→１２０→１２
１→１３７）。

そして、Ｊ（ｘ、ｉ）をｗＩ線化像としてＭ（Ｘ）に格
納する（１３８→１３９→１４０）。Ｑ（×）が１から
２に変化したとぎ、直前の×すなわち×−１におけるパ
ーツの太さＡ（Ｘ−１，ｉ＋）をａレジスタにおき、Ｘ
を×１　レジスタにおく（１２，２）。そして２番目の
パーツｉを求める（１２３→１２４→１２５→１２６）
。そして走査座標Ｘを更新し、次にパーツ数が１となる
点まで進める（１２７−１２８）、Ｑ（ｘ）が１となっ
たとぎ、２番のパーツの太ざＡ（Ｘ、ｉ）をｂレジス夕
にＪ３き、２つのパーツの重なっている区間長Ｘ−Ｘ＋
　を求めてｅレジスタにおき、この点の×を×２レジス
タに（１３き、前述の短縮長さＣとｄを計搾する（１２
９）。

次に、ＸをＸ＋　　（パーツ数が２になった点）まで戻
しく１３０）、その点から長ざｄの区間では細線化像と
してＭ（ｘ）＝Ｊ（ｘ、ｉ、）を選択してパーツＩＩに
所属させ（１３１→１３２→１３３）、残る長さＣの区
間ではＩＩｌ線化像としてＭ（ｘ）＝Ｊ（ｘ、ｉ）を選
択してパーツｉに所属させる（１３４→１３５→１３６
）。以上の処理をｘ＝Ｏ−Ｎ−１（画素数）まで行なう
ことにより、第３図（Ｃ）のような細線化像が得られる
。

なお上述した処理手順はあくまでも１例であり、本発明
は愼々な処理手順でもって実施することが可能である。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明に係る光切断法に
よる計測装置では、２本の光切断線像の端部がこれと平
行な座標軸上で重なった場合、両線・像の重なり部分が
それぞれ適切な割合で短縮化され、その重なり部分が適
切に解消されるので、対条物の三次元形状↑６報の忠実
度の高い処理画像が１与られ、計測の高精度化に大いに
寄与看る。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲に記載した構成要件を図解した
ブロック図、Ｍ２図は本発明の一実施例装置のハードウ
ェア構成の概略を示すブロック図、第３図は本発明の装
置の動作例を示す図、第４図は本発明の処理をコンピュ
ータにて行なう場合の処理手順を示１フローチャート、
第５図は光切断法の光学系の概略を示ず図、第６図は従
来の゛問題点を示す図である。 １・・・スリット光源 ２・・・スリット光 ２ａ・・・光切断線 ２ｂ・・・光切断線像 ４・・・テレビカメラ ５・・・走査線 第４図（Ｃ） 第５図 （ａ）　　　　　　　＋ｌ］　　　　　ｔｃ＋一一→Ｘ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光切断法によって生成された光切断線を撮像して
   背景と光切断線像とで構成される画像データを得る撮像
   手段と、上記画像データ平面における上記光切断線と平
   行な方向をｘ軸、これと直交方向をｙ軸として当該画像
   データ平面を面走査して画像を処理する処理手段とを有
   する装置であって、上記処理手段は、光切断線像の不連
   続点を検出する不連続点検出手段と、該不連続点におけ
   る光切断線像がＸ軸座標上で重なっている区間長を検出
   する重なり検出手段と、前記不連続の光切断線像の幅を
   それぞれ検出する光切断線像幅検出手段と、該光切断線
   像の幅に応じた比率で、前記重なり検出手段で検出され
   た区間長をそれぞれ実質的に短縮させる短縮手段とを含
   むことを特徴とする光切断法による計測装置。