JPS63182503A - 立体物測定装置 - 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 本発明は非接触で対象物体の移動量または形状を測定す
る立体物測定装置に関するものである。

従来の技術 従来の立体物測定装置は、第１０図に示すようにレーザ
ー発振器１より発射されたレーサービーム２を対象物体
３に照射し、その対象物体３をテレビカメラ４で撮影し
てその画像情報をＡ／Ｄコンバータ５でデジタルの画像
情報に変換した後、３　へ−７ この画像情報を画像メモリ７に記憶させると同時に、ア
ｉ・レス検出器８に入力し、画像情報が最大の時の画素
を中心にｍ　ｘ　ｎの領域の画像情報により重心座標演
算器９で重心座標の演算を行っていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしこのような立体物測定装置では、対象物体３上に
あるレーザービームのスポットの画像を抽出するために
は、対象物体の違い、すなわち乱反射の多い物体または
乱反射の少ない物体や、対象物体の傾きの違いや、対象
物体までの距離の違いなどにより、ある程度取り出す範
囲、すなわち前記したｍＸｎの領域を大きくする必要が
あり。

第１ｏ図のような構成では、ｍＸｎの領域内のスポット
データ以外の雑音成分により、重心座標の計算に影響を
与えていた。とりわけ、測定系を移動せず全く同じ場面
によって複数回重心座標の計算を行っても、その値は必
ずしも一定していなかった。したがって、この値を基に
計算された対象物体の形状の値も誤差を含んだ結果とな
っている。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、比較的簡易な回路構成で、重心座標の計算時間が
速く、かつ検出精度もよい演算を実現する事で、高柁度
な立体物測定装置を提供することを目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、Ａ、　／　Ｄ変換
された画像情報の最大値を抽出し、その時のアドレス情
報を検出するアドレス検出手段と、最大値を中心にｍ　
ｘ　ｎの領域の画像情報の中で雑音成分を除外して重心
座標を計算する重心座標計算手段と、前記重心座標を計
算する際に定められた値以上の画像情報によって演算が
なされるようにする演算決定手段とを設け、上記目的を
達成するものである。

作　　　用 本発明は上記構成により、レーサービームが対象物体の
どこに当っているかをすばやく、かつ精度よく検出する
ようにしたものである。

実施例　　□ ５　ページ 第１図は本発明の立体物測定装置の一実施例を示すブロ
ック図である。

第１図において、１はレーザー発振器、２はレーザー発
振器１より発射されたレーザービーム、３は形状が測定
される対象物体、４は対象物体３を撮影するテレビカメ
ラ、５はテレビカメラ４で撮影した対象物体３のアナロ
グ映像情報をｎビットのデジタル画像情報に変換するＡ
　／　Ｄコンバータ、６はＡ／Ｄコンバータ６で変換さ
れた画像情報の中の雑音成分を除去する雑音除去回路、
７はその画像情報を記憶する画像メモリ、８はＡ／Ｄコ
ンバータ６で変換された画像情報の中で最大値を見つけ
出し、その時のアドレス情報を検出するアドレス検出器
、９は画像メモリ７に記憶されている画像情報の中から
、前記アドレス検出器８で検出されたアドレス情報を基
にｔｘｔの小領域の画像情報を抽出し、重心座標を計算
する重心座標演算器、１０は本装置の制御を行うＣＰＵ
、１１はＣＰＵ１０の命令およびデータを格納するＣＰ
Ｕメモリ、１２は画像メモリ７に記憶されている画像６
　ページ 情報をモニタに出力する］ＲＴコントローラ、１３はそ
のモニタである。

上記構成において、以下その動作を説明する。

まずレーザー発振器１より発射されたレーザービーム２
を対象物体３に照射し、その対象物体３をテレビカメラ
４で撮影する。テレビカメラ４から出力されるアナログ
映像信号は、Ａ／Ｄコンバータ５により０ビツトのデジ
タル画像信号に変換され、雑音除去回路６に入力され、
定められた値より小さい画像情報はｏ“に変換された後
、画像メモリ７に記憶される。

第２図（ａ）は雑音除去回路６をさらに詳しく表わした
ブロック図であり、また第２図（ｂ）は第２図（ａ）の
各部の信号波形を表わしたものである。第２図（ａ）に
おいて、６１ｏは画像情報に含まれる雑音を除去するた
めのレベルを設定するしきい値設定回路、６２０はしき
い値設定回路６１ｏにより設定された値と画像情報とを
比較する比較回路、６３０は比較回路６２０によって画
像情報と”ｏ″の値とのどちらか一つを選択する選択回
路、６４０は選７　ページ 折回路６３０の出力を画素クロックと同期させて外部へ
出力するレジスタである。なお、比較回路６２０は画像
情報を入力する入力端子６２１と、しきい値設定回路６
１０の出力を入力する入力端子６２２と、入力端子６２
１と６２２の情報を比較した結果、入力端子６２１に入
力された画像情報が小さい時にのみ信号を出す出力端子
６２３を有する。選択回路６３０は画像情報を入力する
入力端子６３１と、′ｏ“の値を入力する入力端子６３
２と、入力端子６３１と６３２のどちらか−っを選択す
る制御端子６３３と、出力端子６３４を有する。レジス
タ６４０は入力端子６４１と、書き込み端子６４２と、
出力端子６４３を有する。

上記構成において、雑音除去回路６に画像情報が入力さ
れる前に、しきい値設定回路６１０にあらかじめ雑音レ
ベルより少し高い値を設定しておく。なおこの値は複数
のスイッチで設定されるものであっても良く、ＣＰＵ１
０によって設定されるものであってもよい。

Ａ／Ｄコンバータ５より出力された画像情報ｅｂ（第２
図（１））の（ロ））は、画素クロックｅａ（第２図（
ｂｌの（イ））に同期して比較回路６２０および選択回
路６３０の入力端子６２１および６３１にそれぞれ入力
される。比較回路６２０は画像情報６ｂ吉入力端子６２
２に入力されるしきい値設定回路６１０より出力された
値とを順次比較し、入力端子６２１に入力される画像情
報６１〕の値が小さい時のみ１″となる信号を出力端子
６２３より出力する。画像情報６ｂのうちｎ番目の画素
がこれに対応するとすれば、第２図（１〕）の（ハ）の
ような出力波形６ｃを得る。選択回路６３０は、制御端
子６３３に入力される信号がｏ“の時は入力端子６３１
に入力される値、すなわち画像情報６１〕を選択し、１
″の時は入力端子６３２に入力される値、すなわち“０
“を選択するようになっており、比較回路６２０の出力
信号６ｃにより出力端子６３４からは第２図（１））の
に）のような画像情報６ｄが出力される。その後、この
画像情報６ｄはレジスタ６４０に入力され、書き込み端
子６４２に入力される画素クロックによって同期された
後、出力端子６４３９　ページ より画像情報６ｅ（第２図すの（羽）を出力する。

第３図（ａ）は、この雑音除去回路６に入力される前の
画像情報を示したものであり、同図１）は、しきい値設
定回路６１０で６″を設定した場合に雑音除去回路６よ
り出力される画像情報を示したものである。図示したよ
うに雑音成分はきれいに除去される。

その後、雑音除去回路６より出力された画像情報は、画
素クロックに同期して画像メモリ７に記憶される。

さて、Ａ／Ｄコンバータ５によりｎビットのデジタル信
号に変換された画像情報は、雑音除去回路６を通って画
像メモリ７に記憶されると同時に、アドレス検出器８に
入力され、画像情報が最大の時のＸおよびＹ座標を出力
する。なお画像メモリ７の水平および垂直に設けたアド
レス情報がＸ−Ｙ直交座標系に対応するものとする。

第４図（”）は、アドレス検出器８をさらに詳しく表わ
したブロック図であり、また第４図（ｂ）は第４図［ａ
）の各部の・信号波形を表わしたものである。第１ｏ　
ベー／゛ ４図（”）において、８１０は入力される画像情報とす
でに入力されている画像情報の大きさを比較する比較回
路、８２０は比較回路８１０と画素クロックによりレジ
スタ８３０および８４０の内容を更新する書き込みパル
スを作成するゲート回路、８３０は新たに入力された画
像情報が大きい場合にその値を保持するレジスタ、８４
０はその時のアドレス情報を保持するレジスタである。

なお、比較回路８１０は画像情報を入力する入力端子８
１１と、レジスタ８３０の出力を入力する入力端子８１
２と、入力端子８１１と８１２の情報を比較した結果、
入力端子８１１に入力された画像情報の値が大きい時に
のみ信号を出す出力端子８１３を有する。ゲート回路８
２０は比較回路８１３の出力を入力する入力端子８２１
と画素り゛ロックを入力する入力端子８２２と出力端子
８２３を有する。レジスタ８３０は出力を”Ｏ″にする
りセント端子８３１と、画像情報を入力する入力端子８
３２と、書き込み制御端子８３３と出力端子８３４を有
する。レジスタ８４０はアドレス情報１１　ヘーゾ を入力する入力端子８４１と、書き込み制御端子８４２
と出力端子８４３を有する。なお、アドレス検出器８に
より検出されたアドレス情報は出力端子８４３より出力
される。

レジ、スタ８３０の出力端子８３４と比較回路８１００
入力端子８１２は接続されている。また、ゲート回路８
２０の出力端子８２３とレジスタ８３０および８４０の
書き込み制御端子８３３および８４２は接続されている
。

上記構成において、アドレス検出器８に画像情報ｅｂ（
第４図（ｂ）の（０））が入力される前に、レジスタ８
３０の内容を、リセット端子８３１に入力されるリセッ
ト信号によりあらかじめｏ″にしておく。次に画像情報
６ｂが画素クロック６ａ（第４図（ｂ）の（イ））と同
期して入力端子８１１に入力されると、この値とレジス
タ８３０の出力の値が比較回路８１０で比較され、入力
端子８１１に入力された画像情報が大きい場合には出力
端子８１３より出力信号が出る。第４図（ｂ）の（イ）
における画像情報６ｂのうちｍ番目の画素が入力された
時がこれに対応するとすれば、第４図（１））の（ハ）
のような出力波形８ｃを得る。ゲート回路８２０は比較
回路８１０より出力された信号８ｃと画素クロ７り６ａ
の論理積がなされるもので、この結果、出力端子８２３
より出力信号８ｄ（第４図（１））のに））を出力する
。ゲート回路８２０の出力信号８ｄはレジスタ８３０お
よび８４００書き込み制御端子８３３および８４２に入
力され、この出力信号８ｄの立下り時に、この時の画像
情報とアドレス情報がレジスタ８３０および８４０に書
き込まれる。このように画像情報が入力されるたびに比
較回路８１０で値が比較され、レジスタ８３０および８
４０の内容はその時の値に応じてしだいに更新されてい
く。したがって最終的には、画像情報の最大値がレジス
タ８３０に、またレジスタ８４０（この出力は第４図（
ｂｌの（ホ））にはその最大値の時のアドレス情報がそ
れぞれ格納されることとなる。

アドレス検出器８により画像情報が最大の時のアドレス
情報が検出されると、この値は重心座標演算器９に引き
渡され、この値を中心にその周辺１３　ベーン のｔｘｔの小領域の画像情報とアドレス情報により重心
座標が計算される。なお重心座標の計算は次式により行
う。

」　１ 」　１ 第５図は、重心座標演算器９をさらに詳しく表わしたブ
ロック図で、９１はアドレス検出器８より引き渡された
アドレス情報を基に、ｔｘｔの小。

領域のアドレス情報を得る領域設定回路、９２は領域設
定回路９１で設定された小領域の画像情報の総和を計算
する画像情報総和演算回路、９３はアドレス検出器８よ
り引き渡されたアドレス情報１４　ベーン と画像情報総和演算回路９２により計算された値とによ
り重心座標を計算する重心座標演算回路９３である。す
なわち領域設定回路９１は前記第（１）式および第（２
）式の１、ｊの範囲を設定するものであり、また画像情
報総和演算回路９２は、前記第（１）式および第（２）
式の分母にあたる第（３）式の計算を ΣΣＤｉｊ　　　　　　町・（３） ｉ 行うものであり、また重心座標演算回路９３は、前記第
（１）式または第（２）式の計算を行うものであるＯ 第６図は領域設定回路９１をさらに詳しく表わしたブロ
ック図で、Ｘ方向のアドレス範囲を計算する減算器９１
１および加算器９１２、それらの値を保持するレジスタ
９１３および９１４、Ｙ方向のアドレス範囲を計算する
減算器９１６および加算器９１６、それらの値を保持す
るレジスタ９１７および９１Ｂより成る。

上記構成において、Ｘアドレス演算定数および１６　ペ
ージ Ｙアドレス演算定数はあらかじめｔ／２（ただし、小数
点以下は切り捨てる）に設定しておく。アドレス検出器
８より画像情報が最大の時のアドレス情報が領域設定回
路９１に入力されると、この値は減算器９１１および９
１５と加算器９１２および９１６に入力され、先に設定
されたＸアドレス演算定数およびＹアドレス演算定数と
により計算がなされ、その後、書き込み信号によりそれ
らの演算結果はレジスタ９１３．９１４．９１７および
９１８にそれぞれ格納される。たとえば、領域設定回路
９１に入力されるアドレス情報をＸ＝２５６、Ｙ＝２４
０とし、１９Ｘ１９の領域を確保したい場合は、Ｘアド
レス演算定数およびＹアドレス演算定数にそれぞれ９を
設定しておいた状態で演算を行うと、Ｘアドレス範囲情
報は２４７　（Ｘ　ｍｉｎ　）、２６５　（Ｘ　ｍａｘ
　）、Ｘアドレス範囲情報は２３１（Ｙｍｉｎ）、２４
９　（Ｙ　ｍａｘ　）となり、レジスタ９１３．９１４
．９１７および９１８より出力される。すなわちこの演
算によって得られる範囲は、第７図に示されるように斜
線部分となる。

第８図（ａ戸オ、画像情報総和演算回路９２をさらに詳
しく表わしたブロック図であり、第８図（ｂ）は第８図
（ａ）の各部の信号波形を表わしたものである。

第８図（ａ）において、９２１は画像メモリ７より出力
された画像情報を加算する加算器、９２２はその計算結
果を保持するためのレジスタである。

上記構成において、画像情報総和演算回路９２に画像情
報を入力する前にあらかじめレジスタ９２２の内容をリ
セット信号により“０”としておく。その後、領域設定
回路９１により求められたＸアドレス範囲情報およびＸ
アドレス範囲情報により指定された範囲の画像情報ｓｂ
（第８図（りの（ロ））が、画素クロック９ａ（第８図
（ｂ）の（イ））に同期して画像メモリ７より出力され
、順次加算器９２１に入力される。第８図（ｂ）の（ハ
）は加算器９２１の出力波形９ｃを表わしたもので、斜
線部分は演算期間を示す。レジスタ９２２（この出力は
第８図（ｂ）の（ロ））は加算器９２１の演算が確定し
た状態、すなわち画素クロック９ａの立下り時に内容が
更新されるようになっており、画像情報９ｂの加算１７
　ページ 結果を累積する。すなわち画像情報総和演算回路９２で
は前記第（３）式の演算を行うものである。

なお、この結果は後に重心座標の計算に使用される。

第９図は、重心座標演算回路９３をさらに詳しく表わし
たブロック図で、加算器９３１、レジスタ９３２、乗算
器９３３、加算器９３４、レジスタ９３６、除算器９３
６より成る。

加算器９３１、レジスタ９３２および乗算器９３３は座
標の重み付は演算を行うもので、領域設定回路９１で求
められた範囲の画像情報のうちの一行毎または一列毎の
合計とその時の座標値、すなわちアドレス情報を乗算す
るものである。すなわち第（１）式および第（２）式の
分子の一部である次式の計算を行うものである。

ΣＹｊＤＩ」１．．１０．（６） 加算器９３４およびレジスタ９３６は前記の行１８　ペ
ージ および列の座標の重み付けの結果を累積するもので、第
（１）式および第（２）式の分子の部分である次式の計
算を行うものである。

ΣΣｘｌＤｌｊ　　　　　　−−（６）ｊ ΣΣＹｊ　Ｄｉｊ　　　　　　、、、、、、　（７）」
　１ 一方除算器９３６は、画像情報総和演算回路９２により
求められた総和情報と前記第（６）式および第（内式に
より求められた値により、重心座標を計算する。

上記構成において、重心座標を計算する前にあ・らかじ
めレジスタ９３２および９３５の内容を、リセット信号
により“０“にしておく。次に、領域設定回路９１で求
めた範囲内の一行または一列の画像情報を加算器９３１
に順次入力させ、結果をレジスタ９３２に格納する。−
行または一列の画像情報がレジスタ９３２に格納される
と、その後乗算器９３３によりこの値とアドレス情報で
かけ算がなされ、その結果が加算器９３４に入力され、
１９　ベーン この加算結果をレジスタ９３５に格納する。次に、レジ
スタ９３２の内容をリセット信号により“ｏ″にした後
次の行または列の画像情報を加算器９３１に順次入力さ
せ、同様の演算を行う。以上の操作を繰り返し実行する
ことにより、行および列の座標の重み付けされた結果が
レジスタ９３６に累積される。領域設定回路９１で求め
た範囲の全ての画像情報を累積し終るき、この結果は除
算器９３６に引き渡され、すでに求められている画像情
報総和演算回路９２の結果である総和情報により除算が
行われ、ＸおよびＹ座標の重心が求められる。

なお除算器９３６は浮動小数点演算が可能であるもので
ある。

この重心座標により、対象物体３の形状あるいは移動量
を三角測量法を応用して計算して求める。

以上本発明の一実施例を説明してきたが、雑音除去回路
６は画像メモリ７から出力される画像情報を処理するよ
うな構成であってもよい。

発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば、Ａ／Ｄ変換され
た画像情報の中から最大値を抽出し、その時のアドレス
情報を検出するアドレス検出手段と、前記アドレス検出
手段により抽出された最大値を中心にｍ　ｘ　ｎの領域
より重心の座標を計算する重心座標演算手段と、前記重
心座標を計算する際に定められた値以上の画像情報によ
って演算がなされるようにする演算決定手段とを設ける
ことにより、比較的簡易な回路構成で、レーザービーム
が対象物体のどこに当っているかをすばやく、かつ精度
よく計算することができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における立体物測定装置のブ
ロック結線図、第２図［ａ）、（ｂ）は同装置における
雑音除去回路のブロック結線図とその波形図、第３図（
ａ）、（ｂ）は同雑音除去回路の入力と出力の画像情報
の概念図、第４図（ａ）、（１））は同装置におけるア
ドレス検出器のブロック図とその波形図、第５図は同装
置における重心座標演算器のブロック図、第６図は同重
心座標演算器における領域設２１　ベーン 定回路のブロック結線図、第７図は同領域設定回路で設
定された画像情報の範囲を示した概念図、第８図（ａ）
、　（ｂ）は同重心座標演算器における画像情報総和演
算回路のブロック結線図とその波形図、第９図は同重心
座標演算器における重心座標演算回路のブロック結線図
、第１０図は従来の立体物測定装置のブロック結線図で
ある。 １・・・レーザー発振器、３・・・対象物体、４・・・
テレビカメラ、５−Ａ　／　Ｄコンバータ、６・°・雑
音除去回路、７・・・画像メモリ、８・・・アドレス検
出器、９・・・重心座標演算器、１ｏ・・・ＣＰＵ、１
１・・・ＣＰＵメモリ、１２・・・ＯＲＴコントローラ
、１３・・モニタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名亀０
０ＣｔＱ＠ｆｆ１ＱＮ＼Ｑ＠−（ｔＱｃｔ−Ｇ％’：５
００ｏＯＧ％ＱＧ−ｃ＋５ｃｑＯＱＧＱＱＣｃｙｏｏｏ
ｏｏａｏｏｃワ−ｏ’＞（すｅｖｗ−ｏ−ｏ−。 ｔｓｏ−ｏ−ｗｃ＋Ｉ−ｗｗ−−＃Ｎ０ｆｉｃ’＋＠Ｑ
ＱＱｏ＋）％ＧｊＧ％〜４％ｌＮ（’＞ＮＧ％％％Ｃ５
０−０−Ｑ−Ｎ＋−ｔｑ（＞％ＣｖＱ＋Ｑ−ＱＱ−トめ
Ｎ＋＋ ＯＱ＋’Ｊ（！′″０５３ト講翌〜−ｏｑｏｏ。 ００−−−−−０灼さ墳笥ト５〜θｑ〜〜〜００一つ ％Ｃ％１ＱＣ１−ＮｏＯ−ＯＧＯＧ（１−Ｃｓ６ＣＳＦ
ｒ−ｏｏｏ＋θｅ＋）ｏＱ　−Ｇ　ｏｏ−ＣＳ４”−Ｑ
％（１１−ｏＱ　−Ｎ　ｅ　灼６　％　−６Ｑ　−ＯＱ
−０ＮｏＯＮ＋ｏｏａ★Ｏ−Ｑ　Ｑ　ａｌ　Ｑ　Ｎ　Ｏ
Ｑ　Ｑ　Ｎσ ｃＱ　　　　　Ｊ ｃｓｏ”：５ｚｏｏｏｏｏｏｑｏｏｏｏｃｓｏｏ。 ＱＯＧ勺ＧＧＯＱＱＱＱＱＱＱ’３（＋Ｑ勺ｑＱＯＱＱ
（ＩＱＯｏｏＯＧＩＱＯＱＱＱ＠Ｑ勺勺ｑもｑ偽Ｑ（Ｉ
ＱＯＱ（＞＠Ｑ＠偽ｑり勺０ＱＱｏＯＱＧｏ＋＋（Ｉｌ
ｌ＜＜１（１＠（ＩＱＱＱＱｏｏｃｓｏｏｏｑ−、ｇｏ
ｏａｏθ躾 ４　Ｑ　”　＜　”　”　＋　５；１％　’　＠　Ｏ”
　Ｑ勺勺鳴匂０ＱＧＱＯ−、の偽ト勺９つ９ｑり亀偽り ０鳴θＯＱ亀へう偽もｑ勺ｑ勺ｑｑｑへ１（！ＩＱ偽Ｑ
５Ｑｌｌ）ＱＱＱ（ＩＱＱ（＞１ｑ）りり（＞Ｑ　Ｑ　
Ｑ　ＱＱ　Ｑす（ＩＱＯＱう５う５勺も５００ｏＱｏＱ
ｏ（＞’：＋＠ｏＱ＠＠（＞Ｑ’＞ＱＱ、　　ｏｏｏｏ
ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ。 ΔΔ 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー発振器より発射されるレーザービームを
   対象物体に照射し、その場面を撮影する撮像手段と、前
   記撮像手段より得られる画像信号を量子化するＡ／Ｄ変
   換器と、前記Ａ／Ｄ変換器により変換された画像情報を
   記憶する画像メモリと、前記画像情報の中から最大値を
   抽出し、その時のアドレス情報を検出するアドレス検出
   手段と、前記アドレス検出手段により抽出された最大値
   を中心にｍ×ｎの領域より重心の座標を計算する重心座
   標演算手段と、前記重心座標を計算する際に定められた
   値以上の画像情報によつて演算がなされるようにする演
   算決定手段とを具備する立体物測定装置。
2. （２）重心座標演算手段は、画像情報の最大値を中心に
   ｍ×ｎの領域を設定する領域設定手段と、前記領域設定
   手段により設定された範囲の画像情報を累積する演算手
   段と、前記画像情報の水平および垂直方向に設けたＸ−
   Ｙ直交座標系において、前記領域設定手段により設定さ
   れた範囲での重心座標を計算する重心座標演算手段とを
   具備することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   立体物測定装置。
3. （３）演算決定手段は、量子化された画像情報の最小値
   から最大値までの全ての値に設定することが可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の立体物測
   定装置。