JPS6222008A - 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】 ［発明の技術分野］ 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２図と第３図に光切断法の光学系の概要を示している
。基準面１の上方にスリット光源２およびカメラ３を設
置する。対象物５を基準面１の上に置き、光源２からの
スリット光４を対象物５に向けて照射する。対象物５の
表面および基準面１の表面にはスリット光４による輝線
４ａ　　（以下、これを光切断線と称する）が生じる。

カメラ３でこの光切断線４ａを含んだ領域を搬像する。

カメラ３の撮像面６には、光切断線４ａの像４ｂ　（以
下、これを光切断線像と称する）が結像され、これを含
んだ２次元画像データがカメラ３から得られる。スリッ
ト光源２は、スリット光４の投射角度βを変化させ、ス
リット光４を掃引する。

ここで、基準面１における光切断線４ａの方向を×１基
準面１におけるＸ方向と直交する方向をＹ１基準面１に
垂直な方向を２とする。スリット光４が掃引されると、
光切断線４ａはＹ方向に平行移動する。スリット光４を
掃引し、その時得られるカメラ３の画像データをコンピ
ュータで処理し、最終的に対象物５の３次元形状情報を
座標Ｘ。

Ｙ、Ｚでｇ＊する。またカメラ３の撮像面６において、
基準面１上に生じた光切断線４ａの像４ｂと平行な方向
をＸ、これを直交する方向をｙとする。撮像面６におけ
る光切断線像４ｂの位置はこの座標ｘ、ｙでｍｌされる
。

対象物５の３次元形状を計測するに際し、基準面１に対
するスリッ光源２およびカメラ３の位置情報が予めわか
っていなければならず、この位置情報が計測のための基
本パラメータとなる。スリット光源２の位置情報として
は、例えば第３図に示すように、光源２の中心から基準
面１に降した垂線の基準面１上の点Ｐと、基準面１から
の光源２の高さｈを予め求めておく。またカメラ３の位
置情報としては、カメラ３の光軸３ａと基準面１との交
点Ｑと、撮像面６の中心から基準面１に降した垂線の基
準面１上の点Ｒと、Ｑ点とＲ点間の距離ｄと、光軸３ａ
と基準面１のなす角度θとを予め求めておく。もちろん
、カメラ３の焦点距離ｆはパラメータとして必要である
。

上述したような原理の計測装置において、基準面１とス
リット光源２とは一体的な撮影台装置として構成される
場合が多く、基準面１に対するスリット光源２の位置は
ほとんど変更されず、光源位置″ラメー″′１一度設定
すｔＬ　′ｆ　Ｇｆｆｉ　、！：んど変更す　　　　　
Ｖる必要はない。しかし基準面１に対するカメラ３の位
置はしばしば変更になる。対象物５の形状によって最適
な撮影位置が異なるので、それに合せてカメラ３の位置
を変更する必要がある。

従来、カメラ３の位置を変更する度に、上述したカメラ
位置パラメータを設定し直すために、定規などを用いて
カメラ位置を測定しなければならず、その作業が非常に
面倒で時間がかかった。また、カメラ位置を一度変更し
た後に再び元の位置に戻す場合、それが面倒であるとい
うだけでなく、再現性も悪かった。

［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、カメラ位置を変更した場合、カメラ位置
パラメータを自動的に変更する機能を有する光切断法に
よる計測装置を提供することにある。

し発明の概要］ この発明は上述した原理の光切断法による計測装置にお
いて、上記基準面に対する位置がわかっている上記スリ
ット光源からその基準面にスリット光を投射し、その時
のスリット光の投射角度情報と上記画像データ中におけ
る光切断線の像位置情報とを複数組採取し、その情報と
上記基準面に対する上記スリット光源の位置情報とから
上記基準面に対する上記カメラの位置情報を算出するカ
メラ位置検出手段を設けたものである。つまり、この発
明の主要な構成會件を図解すると第１図に示すようにな
る。

［発明の実施例］ 光切断法による計測装置の原理的構成および作用は第２
図および第３図を用いて既に説明したので、これの説明
は省略し、上述したカメラ位置検出手段の構成および作
用を中心に説明する。

第４図に示すように、この装置の主要な制御と画像デー
タの演算処理はコンピュータ７によって行われる。スリ
ット光４の掃引は、コンピュータ７からの指令に基づき
掃引制御部８によって行われる。またスリット４の投射
角度βは角度センサ９で検出され、コンピュータ７に入
力される。カメラ３で得られた上述のような画像データ
はコンピュータ７に取り込まれ、角度センサ９の出力と
ともに処理され、上述のように対象物５の３次元形状情
報が求まる。第４図におけるスイッチ１０はカメラ位置
検出指令を与えるスイッチで、これをオンすることによ
り、コンピュータ７が以下に詳述するカメラ位置検出と
パラメータ設定の処理を行う（第５図のフローチャート
がその概要を示している）。

カメラ位置検出処理の一例を第６図に基いて説明する。

第６図において、６は前述したカメラ３の撮像面であり
、Ｓはその中心、Ｌはｙ方向の下端縁、Ｕは上端縁であ
る。基準面１に対するスリット光源２の位置情報（Ｐ点
の位置、高さｈ）は予めわかっており、スリット光４の
投射角度βは角度センサ９の出力でわかる。

コンピュータ７は、カメラ３から得られる画像データを
監視しながらスリット光４を掃引し、画像データ中にお
ける光切断線像４ｂを画面の下端縁りに合致させる。そ
の時基準面１における光切断線４ａはＡ点に位置してい
るとする。このＡ点の座標Ｙ＋　はスリット光４の投射
角度βがら求まる。

次に同様に、光切断線ｉ４ｂを撮像面６の中心Ｓに合致
させ、その時の光切断線４ａが位置した点Ｑの座標Ｙ２
をスリット光投射角度βから求める。また同様にして、
光切断線像４ｂを撮像面６の上端縁Ｕに合致させ、その
時光切断線４ａが位置した点Ｂの座標Ｙ３をスリット光
投射角度βから求める。

次に、上述の３点の座標Ｙ＋　、Ｙ２　、Ｙ３からＱ点
とＡ点の距離ａ　＝Ｙ２−Ｙｌ　と、８点とＱ点との距
離ｂ　＝Ｙ３−Ｙ２を計算する。第６図から明かなよう
に、ａ、ｂについては次の関係が成り上式において、ｎ
は撮像面６における８点から１点、８点からＵ点までの
距離である。この２つの式からカメラ位置パラメータｄ
とθが次式のように計算できる。

この０式と０式によりカメラ位置に関する距離ｄと角度
θとを計算し、それを対象物５の３次元形状情報を計算
するための基本パラメータとして設定する。またその計
算結果をＣＲＴなどに表示する。

以上詳述した処理手順を第５図のフローチャートに整理
して示している。

なお、上記の実施例においては、光切断線像４ｂを撮像
面６における既知の点Ｓ、Ｌ、Ｕに合致させ、これに対
応する基準面位置上の点Ｑ、Ａ。

Ｂの座標値を読み取り、これらのデータを使ってｄとθ
を計算しているが、これは逆であってもよい。つまり光
切断線４ａを基準面１の既知の点に合致させ、その時の
光切断線像４ｂの位置を画像データから求め、これらの
データを使ってｄ、θを計算してもよい。

［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
よる計測装置にあっては、基準面に対するカメラの位置
情報を自動的に検出してそれを基本パラメータとして設
定する機能を付加したので、計測対象物に合せてカメラ
の位置を変更しても、その変更に伴う煩しい作業が一切
不必要であり、計測作業の大幅な合理化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲に記載の構成要件を図解したブ
ロック図、第２図および第３図は光切断法による計測装
置の光学系の原理的構成を示す図、第４図は同上計測装
置のハードウェア構成の概略を示すブロック図、第５図
はこの発明の一実施例によるカメラ位置検出処理の手順
を示すフローチャート、第６図は上記カメラ位置検出処
理の原理を示す光学系の説明図である。 １・・・基準面　　　　　２・・・スリット光源３・・
・カメラ　　　　　４・・・スリット光４ａ・・・光切
断線　　　　　４ｂ・・・光切断線像５・・・対象物　
　　　　　　６・・・撮像面１０・・・カメラ位置検出
指令スイッチ特許出願人　　　　　日産自動車株式会社
第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準面の上方に設置したスリット光源から対象物
   にスリット光を投射するとともにそのスリット光を掃引
   し、対象物の表面にスリット光による光切断線を生じさ
   せるスリット光投射手段と、上記基準面の上方から上記
   光切断線を含む領域を撮像するカメラと、上記スリット
   光の投射角度情報を検出する手段と、上記カメラにより
   得られた画像データ中における上記光切断線の像位置情
   報を検出する手段と、上記基準面に対する上記スリット
   光源と上記カメラの位置情報を基本パラメータとし、上
   記スリット光の投射角度情報とそのスリット光による上
   記切断線の像位置情報とから上記対象物の３次元形状情
   報を算出する手段とを有する装置において； 上記基準面に対する位置が分っている上記スリット光源
   からその基準面にスリット光を投射し、そのときのスリ
   ット光の投射角度情報と上記画像データ中における光切
   断線の像位置情報とを複数組採取し、その情報と上記基
   準面に対する上記スリット光源の位置情報とから上記基
   準面に対する上記カメラの位置情報を算出するカメラ位
   置検出手段を設けたことを特徴とする光切断法による計
   測装置。