JPS63132107A - 光切断線法による物体測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光切断法を用いた物体形状計測装置に係り、
時に、背景の明るさ変化に影響されず、画渾上の光切断
稼位置ｔｔ鳩輔度にかつ島速に計測するのに好適な光切
断線抽出回路に関する。

〔従来の技術〕

物体の形状、姿勢等を計測するには、計測梢度。

計測速度の面から光切断法を利用したものが有効である
。例えば、特開昭５９−１９７８１０号では、光切断線
の照射された物体の画像と照射され℃いない原画１尿と
の減算を行い、背景光の影響を排除して、差画像として
光切断線を抽出している。この様にして抽出した光切断
−のＩｌｉ！ｌ像上の位置な決定して物体の形状、姿勢
等を求めるのであるが、光切ｖｇｒ線の画像上の位置な
決定する方法として、最明点抽出法が従来から知られて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

光切断法を用いた形状解析等では、第１に高速性か要求
され、Ｎ度についてはあまり問題とならなかった。しか
し、物体形状計測装置を組立や検査システムに使用する
場合、高精度での三次元位置の計測が必要となる。しか
し、上述した最明点抽出法は十分な計測精度を与えるも
のではなく、高確度化について問題がある。光切断法に
よる計測Ｎ匿を工、一般に撮像素子の分解能により決っ
ているため、計測精度を向上させるためには高価な高分
解能を有する撮像累子を使用する必要があり、コストの
面でも問題がある。

本発明の目的は、信頼性、高速性を保ったまま燻慮素子
の分解能以上のｉ４ｉ！、精度を得ることができる光切
ｗｒＭＡ抽出回路を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、物体な撮像するＴＶカメラと、物体にスリ
ット光を投射する光源と、伽稼した画像を解析する画像
処理ｖｃｔを備える物体形状計？１１１装置に使用する
光切断縁抽出回路において、スリット光非照射時の画像
とスリット光照射時の画像との引き算を行いその差画像
を生成する減算部と、該差画像をしきい値と比較するし
きい値処理部と、しきい値以上の値に対して統計処理計
算を施す演算処理部とを直列に設げることで、達成され
る。

〔作用〕

光切断線の画像上の位置を統計処理を用いて計算するの
で、１画素以下の精度で計測が可能となる。又、この処
理手順を直列に設けた各演算部で順次実行するで、画像
データの入力に同期してデータの演算を行いながら流す
ことが可能となり、画像入力時間と同じ時間で演算処理
が実行可能となる。更に、しきい値処理部の比較手段に
より反射光の一番強い部分を選択するので、二次反射に
よる弱い反射光を除去できるとともに、差１１ぶに対し
て与えるしきい値の値も状況により細かく設定し直す必
要がなくなり、システムの安定性が１す。

〔実施例〕

以下、不発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る光切断縁抽出回路を備
えた物体形状計測装置の説明図である。

物体形状計測装置は、被測定対象物体４１に光源４２か
らスリット光を照射し、これをテレビＣＴＶ）カメラ４
３で撮像し、画像処理ｆｅｉ１４４で処理し、画像４５
を得るものである。そして、物体４１上に投射された光
切断ｍｃスリット元）４６の画像位置から、三角側波の
原理を用いてその空間位置を求め、対象物体４１の空間
的な位置あるいは形状を求める。従りて、画像上での光
切断線４６０計ｄｌｌｊ　Ｕ度及び抽出処理時間が、全
体の計６ＩＩｊ梢度及び処理時間の中で大きな比重を占
める。

まず尚精度な光切断線抽出方式について説明し、次にそ
の高速処理を可能にする装置構成について説明する。

まず第３図に示すようにスリット光を投射している画像
Ａと、投射していない画像Ｂの２つを用いて、この２つ
の画像の間で画像減算を行う。なお、画懐上の座標系を
水平方向をＩ、垂直方向をＪとする。これにより、２つ
の画像の間で変化している部分は光切断崖照射部のみで
あるから、光切断線のみを背景の明るさに関係なく抽出
することができる。この処理の後、差画像Ｃの明るさを
走査線方向（１方向）に調べてみると、第４図のように
、スリット光の部分以外は相殺されてｉｔ成分の影響に
よるごくわずかの明るさレベルしか示さない。そこで一
定のしきい値Ｔｉｉを設定することで、スリット光部分
のみを残すことができる。

スリット光部分の明るさ変化は、県４図のように正規分
布状のものとなり、スリット光の画像上位置はこの分布
の中心と考えられるから、次式（１）による荷重平均処
理により推定中心値ＭＣＪ＞が計算される。

！１ 但し、Ｆ　（Ｉ）は明るさの値、ム、１１は第４図に示
すようなＩ座標の値である。これを各１について行うこ
とで光切断線が （Ａｆ（７）、／）　　Ｊ＝０．１．・・・、Ｎの点列
として抽出される。但しＮは水平画素数である。

以上の処理を高速に行うための！！装構成について次に
説明する。

第５因は、本発明の一実施例に係る光切断線抽出回路を
含む画像も埋袈賦の全体構成−である。

カメラ４１かも出力される画像信号はＶＤコンバータ２
でデジタル変侠され、Ｉ！ｊ像メモリ３あるいは光切断
層抽出回路１に入力できるようになっている。１ｌｊｊ
像メモリ３は光切ｒ’ｒ＋ｓ抽出回路１及びパスライン
４７に撤続されている。光切新味抽出回路１はルΦコン
バータ２及び画像メモリ５から画塚データを入力し演算
結果を位置記憶メモリ４８に出力する。向、４９は汎用
のＣＰＵであり、５０は汎用メモリである。

まずスリット元を投射していない一＊ＢＣ第３図）を画
イ象メモリ３に入力する。次にスリット元を投射した画
像Ａ（第３図）を直接光切断線抽出回路１に入力し、こ
れと同期して、画像メモリ３に記憶しである画像Ｂのデ
ータを読み出し光切断線抽出回路１に入力する。

次に、これらの入力信号を処理する光切断線抽出回路１
について、第１図によりその動作を説明する。

画像メモリ３からの原画１’ｌ　Ｂのデータと、ＴＶカ
メラ４１で撮像されＡ／Ｄコンバータ２でデジタル化さ
れたスリット党照射画像Ａのデータとを、同期をとりな
がら減算器４に入力する。これにより両画ｉ＆Ａ　、　
Ｅの差画像Ｃのデータをラッチ５に出力する。減算器４
でキャリーが発生した場合、ラッチ５をクリアし以後に
送るデータな°０゛にする。

この信号を、減算器７に入力し、予めしきい値レジスタ
ー６に設定されているしきい値と比較し、しきい値以下
のものは１０°として出力し、その時負論理のキャリー
を発生する。この減算結果はレジスター８に保持される
。これと同期して、現在処理されている画素のアドレス
情報（（１）式の１）が列アドレスレジスタ９より送ら
れラッチＩＯＫ保持される。レジスター８及びラッチ１
０は、減算器７でキャリーが発生しない限りフリップ・
フａツブ１１よりアウトプット・イネイブルを受信し、
その保持する情報を、次段の加算器１２及び乗算器１３
に送る。加算器１２はレジスター１４と共に累積加算器
を形成し、レジスター８より送られてくるしきい値以上
の差分値について、その累積和なレジスター１４に蓄積
する。乗算器１３はレジスター８より送られてくるしき
い値以上の差分値について、ランチ１０より送られてく
る位置情報との積を計算し、レジスタｔ５にその結果が
保持される。レジスタ１４及び１５はＡＮＤゲート１６
で出力される７リツプフロツプ１７の出力であるキャリ
ーの１直と、コントロール１８より出力されるクロック
との論理積をりａツクとして受信し、キャリーが発生し
ない限り、レジスタ１４及び１５は、前段の出力を保持
する。また、レジスタ１４はＡＮＤゲート１９の出力に
よりΦヤリーが発生した時、クリアされる。

加算器２０及びレジスター２１で構成される累積加算器
により、レジスター１５より送られてくる値の累積和を
計算し、レジスター２１にその結果を保持する。ラッチ
２２はレジスター１４の内存を保持する。

レジスター２１及びラッチ２２は、ＡＮＤゲート２４で
出力されるフリツプフロツプ２５の出力であるキャリー
の１直とコントロール１８より出力されるクロックとの
！ｍ＠槓をりａツクとして受信し、キャリーが発生して
いない限り、レジスター２１及びラッチ２２は前段の出
力を保持する。また、レジスター２１はＡＮＤゲート２
３の出力によりキャリーが発生した時、クリアされる。

クリアされる前の値はレジスター２６に保持されるが、
このタイミングはＡＮＤゲート２７により与えられる。

ＡＮＤＮ−ゲート０機能は後述する。ラッチ２２に保持
された値は、常にレジスター２８に保持されている値と
コンパレータ２９で比較され、ラッチ２２の出力ＩＩｌ
がレジスタ２８の出力値より大きい時、コンパレータ２
９のＡ＜Ｂの出力は０１ｍとなる。レジスター２８は背
景画像の入力時に水平定量の開始と同期して初期値とし
て°０”が設定されるが、これはコントａ−ル１８から
のクリア信号によって行なわれる。ＡＮＤゲート２７は
、コンパレータ２９のＡ＜Ｈの出力−１°、フリツプフ
ａツブ２５の出力が１０１つまりキャリフラグが立った
時、かつフリツプフロツプ３゜の出力がＪ＋つまり１画
素前のキャリアラグは立っていない時、そしてコン）ｏ
−ル１８よりりａツクが供給された時に１１１を出力し
、レジスター２６にりａツクを供給しレジスター２１に
保持されている累積和をレジスター２６に保持させる。

また、レジスター５１　、２８にラッチ２２の憧を保持
させ、レジスター２８の値は以後のラッチ２２の値との
比較に使われる。この結果、−走査終了後、レジスター
５１には式（１）の統計式における分母の値が、レジス
ター２６には分子の値が保持されていることになる。

コンパレータ２９における処理は、第６図におけるしき
い甑ＴＨ以上の斜祿部の各面積の比較を行うこと罠相当
し、この比較により最終的には差信号−走査巌内におけ
る、しきい１１１１ｔＴＨ以上の部分の面槓破大のプロ
ツクについて、その中心位まをＸめることになる。これ
Ｋより、しきい値設定が低すぎてノイズ成分による影響
が出ても、スリット光のｔａＳ分はその面積が他のノイ
ズ成分より大きくなるので、この方法によりスリット光
位置を安定に求めることができる。−走査線の走査終了
と共に、除算器３２により、レジスター２６の値をレジ
スター３１の値で割ったものをレジスター３３に保持し
、この１′ｌ！Ｌを位置記憶メモリ４８に出力する。

この様に、本実施例によれは、光切断線照射画像と原画
像の差画像に対して、走査線方向に明るさ変化を調べ、
あるしきい憧以上の部分について統計処理を用いその中
心値を計算し、これを各走査機ごとに行うので、１面識
以下の高精度の計測が可能となる。

また、差画像演算部と位置計算部とを分け、更に位置計
算部においては統計処理式の分母番分子を各々別系統で
処理し、−走査線分の走査が終了したところで割算を実
行させて該当走査線の光切断線位置を出力させ、そして
これらの各演算処理を直列に行な５構成のため、高速処
理が可能である。

更にまた、前述の位置計算部の統計処理式の分母は、菱
面慮の走Ｉ１１方向に明るさを見たとき、あるしきい値
以上の部分についてのその部分の面積亀であり、−走査
線内で出現した前回の部分の面積値と分目の面積値の比
較を行なう処理手順としたので、ノイズによる計測誤差
が除去され、安定した計測が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明の光切所蔵抽出回路は、−像上の光切断−の位置
を高精度舎高速かつ安定Ｋ　Ｉｔ　１１３することがで
きるので、これを物体形状計測ｉｄに・１えると、計測
時間、精度が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光切ｍｍ抽出回路の構
成図、第２図は物体形状計測装置の説明図、′１Ｉ４５
図は差画像の作成説明図、＠４図はスリット光（光切断
線）部分の明るさ変化を示すグラフ、８５図は画像処理
＝Ｊｍｌｌｔの全体プロツク図、第６因はノイズがある
場合のスリット光部分の明るさ変化を示すグラフである
。 １・・・光切断線抽出回路　５・・・画像メモリ４．７
・・・減算器　　　　５　、１０　、２２・・・ラッチ
６・・・しきい値レジスタ ８　、１４．１５＋２ｔ、２６，２８，３Ｌ３３・・・
レジスタ９・・・列アドレスレジスタ １１．１７，２５．！１０−７リツプ７ａｙブ１２．２
０・・・加算器　　　　１５・・・乗算器１６．１９，
２５．２４．２７・・・アンドゲート２９・・・コンパ
レータ　　６２・・・割算器、／′−ト、 も２図 第３　図 も４図 第Ｓ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体を撮像するＴＶカメラと、物体にスリット光を
   投射する光源と、撮像した画像を解析する画像処理装置
   を備える物体形状計測装置に使用される光切断線抽出回
   路において、スリット光非照射時の物体の画像とスリッ
   ト光照射時の物体の画像との差画像を生成する減算部と
   、該差画像をしきい値と比較するしきい値処理部と、し
   きい値以上の値に対して統計処理計算を施す演算処理部
   とを直列に配してなることを特徴とする光切断線抽出回
   路。 ２、前記演算処理部は、処理する統計処理式の分母及び
   分子を夫々別系統で並列に処理する構成となっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光切断線抽
   出回路。 ３、しきい値を越えるデータが入力してきた時、連続し
   ている部分のデータの累積和を計算し、一走査線内で他
   にしきい値を越えるデータがある場合、該データの連続
   部分の累積和と前回の累積和とを比較処理し、該比較結
   果によりノイズの影響を除去する構成となっていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   光切断線抽出回路。