JPS63279110A - 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６図に示すようにレーザー
発掘器１より発射されたレーザービーム２を集光レンズ
３によってビーム径を絞った後、スキャナ４によって対
象物体６に照射し、その対象物体６をビデオカメラ７で
撮影し、その映像信号をＡ／Ｄコンバータ８でデジタル
の画像情報に変換した後、この画像情報を画像メモリ９
に記憶し、ＣＰＵ１２によって画像メモリ９の画像情報
を読み出しながらＣＰＵメモリ１３を用いて重心座標の
計算を行い、その後重心座標の値により三次元座標の計
算を行っていた。なお、ＣＲＴコントローラ１４、及び
モニタ１５はビデオカメラ７の撮影状況を監視・制御、
あるいは画像メモリ９の内容をモニタするものである。

また第７図に示すように、撮像装置内に光位置検出器（
゛・ 話甫；以下ＰＳＤと略記する）を設置して重心座標を検
出した後三次元座標を求めていた。（たと第７図におい
ては、ＬＥＤ駆動回路７１により制御されるＩ、ＩＤＤ
７２のレーザービームは、レンズ７３を介して対象物体
７４に照射され、その反射光はレンズ７５を介してＰＳ
Ｄ７６に入射される。そしてＰＳＤ７６０入射位置に応
じて、電流が発生し、駆動素子７７ａ〜７７ｄ、信号処
理回路７８ａ〜７８ｂを介し、Ｙ座標及びＸ座標演算回
路７９３〜７９ｂではその位置を２次元座標として求め
ることができる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、第６図のような構成ではスポットの重心座標の
計算をＣＰＵ１２が行っているので計算に時間がかかり
、また第７図のような構成ではＰＡＤ７６そのものの光
スポットの検出分解能で座標計算の精度が定まり、本質
的に誤差が大きいという問題があった。

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、重心座標の計算を比較的簡単な回路で実現するこ
とにより高速、かつ高精度の立体物の座標を測定する立
体物測定装置を提供するものである。

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、レーザー発振器よ
り発射されるレーザービームを集光する集光手段と、前
記集光手段により集光されたレーザービームをスリット
状に変換するレーザービーム変換手段と、前記レーザー
ビーム変換手段により変換されたレーザースリット光を
対象物体に照射させ、かつレーザースリット光を偏向さ
せる偏光手段と、前記対象物体上のスリット光の画像を
撮影する撮像手段と、前記撮像手段より出力される輝度
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記憶手段と、前記記
憶手段が記憶する画像情報の中から、前記撮像手段の一
水平走査ごとに最大値を検出するとともに、その最大値
を示す前記記憶手段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検出されたア
ドレス情報が示す画素を中心に±ｎ画素の画像情報によ
り重心座標を計算する重心座標演算手段と、前記重心座
標演算手段によって計算されたスリット光画像の重心か
ら対象物体上のスリット光に照らされている部位の三次
元空間座標を計算する演算手段とを設けたものである。

作　　　　用 本発明は上記構成により撮影手段から出力される映像信
号をＡ／Ｄ変換した後、この画像情報を画像メモリに記
憶させると同時に一水平走査ごとの最大値を検出し、こ
の最大値を示す画像メモリのアドレス情報を検出し、こ
の最大値の画素を中心として走査線方向に士ｎ画素の画
像情報から重心座標を計算し、かつレーザーをスリット
状にして重心座標の計算を一次元にすることによりレー
ザースリット光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、回路の簡素化を
図り、上記目的を達成するものであるＯ 実施例 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より発射さレタレーザービーム、
３はレーザービーム２を集光するための集光レンズ、４
は集光されたレーザービーム２をスリット状に変換し、
かつスリット光を移動させるためのスキャナ、５はその
スリット光、６は形状が測定される対象物体、７は対象
物体６を撮影するビデオカメラ、８はビデオカメラ７で
撮影した対象物体６のアナログ映像信号をｍビットのデ
ジタル画像情報に変換するＡ／Ｄコンバータ、９はＡ／
Ｄコンバータ８で変換された画像情報を記憶する画像メ
モリ、１０はＡ／Ｄコンバータ８で変換された画像情報
の中で一水平走査ごとに最大値を見つけ出し、その最大
値を示すアドレス情報を検出するアドレス検出回路、　
１１はその最大値の画素を中心に士ｎ画素の画像情報の
中から定められたレベル以下の画像情報、すなわち雑音
成分を除去して重心座標を計算する重心座標演算回路、
１２は重心座標演算回路１１により求められた値により
対象物体６の三次元座標を計算するとともに、本装置の
制御を行うＣＰＵ、１３はｅＰｕｌｚの命令およびデー
タを格納するＣＰＵメモリ、１４は画像メモリ９に記憶
されている画像情報をモニタに出力するＣＲＴコントロ
ーラ、１５はモニタ、１６はスキャナ４を制御するスキ
ャナ制御回路である。

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ｌより発射されたレーザービーム
２は集光レンズ３を通りスキャナ４に入力される。スキ
ャナ４は集光されたレーザービーム２をシリンドリカル
レンズ等でスリット光に変換し、かつそのスリット光を
ガルバノミラ−等で偏向させる機能を有する。スキャナ
４より出力されたスリット光５は対象物体６に照射され
る。この対象物体６をビデオカメラ７で撮影する。ビデ
オカメラ７から出力されるアナログ映像信号はＡ／Ｄコ
ンバータ８によりｍビットのデジタル画像信号に変換さ
れる。Ａ／Ｄコンバータ８から出力される画像信号は、
ＣＰＵ１２の指令により画像メモリ９に記憶されると同
時に、アドレス検出回路１０に入力され、−水平走査ご
とに画像情報が最大の時のアドレスを検知する。

第２図はその画像メモリ９の内容を表したものである。

同図に示すように水平り画素、垂直Ｖ画素、各画素ｍビ
ットで構成されており、水平方向のアドレスを１（ｉ＝
ｌ〜ｈ）、垂直方向のアドレスをｊ（ｊ＝１−ｖ）で表
す。この画像メモリ９はビデオカメラ７の視野情報を二
次元的に配列しているものである。なお、水平方向のア
ドレス１はアドレス検出回路１０および重心座標演算回
路１１で使用される。

第３図はそのアドレス検出回路１０を更に詳しく表した
ブロック図である。同図において、１００は入力される
画像情報を比較する比較器、１０１は画像情報を比較し
た結果、あらたに入力された画像情報が大きい時のみそ
の入力された画像情報を保持するレジスタ、１０２はレ
ジスタ１０１と同様に画像情報を比較した結果、あらた
に入力された画像情報が大きい時のみその入力された画
像情報を示すアドレスを保持するレジスタ、１０３はレ
ジスタ１０２から出力されたアドレス情報が重心座標を
計算するのに適した値であるか否かを調べる範囲を設定
する範囲設定回路、１０４および１０５はレジスタ１０
２が出力するアドレスが所定の範囲内であるか否かを調
べるための比較器、１０６は比較器１０４および１０５
の出力を論理和するゲートである。

以下、その動作を説明する。通常、レジスタ１０１およ
びレジスタ１０２は水平ブランキング期間にＩＩ□ｎに
リセットされている。ＣＰＵ１２の指令によｐＡ／Ｄコ
ンバータ８から出力される画像情報は画像メモリ９に記
憶されると同時にアドレス検出器１０に入力される。ア
ドレス検出回路１０では、一画素ごとに入力される画像
情報とレジスタ１０１の出力とを比較器１００で比較し
、入力された画像情報が大きい時のみ比較器１００が信
号を出力し、この信号によりレジスタ１０１には画像情
報が、レジスタ１０２にはレジスタ１０１に保持されて
いる画像情報を示すアドレス情報が保持される口したが
って一水平走査が終了するとレジスタ１０２は入力され
た画像情報の中で最も大きな値の画素のアドレス情報が
保持されている。レジスタ１０２の出力は比較器１０４
および１０５に入力され、検出されたアドレスが所定の
範囲内であるか否かを調べる。すなわち、このアドレス
が示す画素を中心に±ｎ画素の画像情報により重心座標
の計算を行うため、ここで検出されるアドレスＡｉは画
像メモリ９の水平方向のアドレスを１（ｉ＝ｌ〜ｈ）と
すると、１＋ｎ≦Ａｉ≦ｈ　−ｎを満たす範囲でなけれ
ばならない。この結果、検出されたアドレスが範囲外で
あればゲート１０６から信号が出力され、後述するよう
に重心座標および三次元座標の計算は行わないようにす
る。なお、レジスタ１０２から出力されるアドレス情報
は重心座標演算回路１１に入力される。

アドレス検出器１０により、−水平走査ごとに画像情報
が最大の時のアドレス情報が検出されると、水平ブラン
キング期間にこのアドレス情報は重心座標演算回路１１
に入力され、このアドレスが示す画素を中心に±ｎ画素
の画像情報より一水平走査ごとに重心座標の計算を行う
準備をする。

なお、重心座標の計算は次式により行う〇但し、Ｄｉ−
−デジタル変換された画像情報の各画素の値 ！　−一水平方向のアドレス値 ｊ　−一垂直方向のアドレス値 第４図は重心座標演算回路１１を更に詳しく表したブロ
ック図である。同図において、１１０はアドレス検出回
路１０で検出されたアドレスからｎを減じる減算器、１
１１は画像メモリ９のアドレスを示すカウンタ、１１２
は雑音除去回路、１１３は画像情報を加算する加算器、
１１４は加算器１１３の結果を累積するレジスタ、１１
５はレジスタ１１４の最終結果を記憶するメモリ、１１
６は各画素に重み付けをする乗算器、１１７は重み付け
された結果を加算する加算器、１１８は加算器１１７の
結果を累積するレジスタ、１１９はレジスタ１１８の最
終結果を記憶するメモリである。この重心座標演算回路
１１は、水平ブランキング期間に（１）式の分母および
分子の各部分、すなわち次式の計算をそれぞれ行う。

ΣＤｉ−−−　　（２） Σ１Ｄｉ−−−　　（３） 以下、その動作を説明する。アドレス検出器１０で検出
されたアドレスは減算器１１０に入力される。

減算器１１０はアドレス検出器１０で検出されたアドレ
スからｎを減じ、その結果をカウンタ１１１にロードす
る。カウンタ１１１の出力は画像メモリ９のアドレスと
なっており、クロックが入力されるたびに出力の値が更
新される。すなわち、この値によって画像メモリ９から
一水平走査のうちの最大値とその前後ｎ画素ずつの画像
情報が読み出され、雑音除去回路１１２に入力される。

雑音除去回路１１２ではある大きさ以下の画像情報が１
０１１に変換されるようになっている。したがって、画
像メモリ９から出力された画像情報がこの雑音除去回路
１１２を通ることによって、画像情報に含まれる雑音が
除去されることになる・ 第５図は雑音除去回路１１２を更に詳しく表したブロッ
ク図である。同図において、１１２０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、１１２１はしきい値設定回路１１２０により設
定された値と画像情報を比較する比較器、１１２２は比
較器１１２１によって、画像情報と０″の値のどちらか
一つを選択する選択回路である。雑音除去回路１１２に
画像情報が入力される前に、しきい値設定回路１１２０
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、ＣＰＵ１２によって設定されるものであって
も良い。画像メモリ９より出力された画像情報は比較器
１１２１に入力される。比較器１１２１ではこの画像情
報としきい値設定回路１１２０で設定された値とを比較
して、しきい値設定回路１１２０で設定された値が大き
い時のみ出力信号を出す。

比較器１１２１から信号が出力されると選択回路１１２
２は１ＩＯ１′の値を選択しそれを出力する。したがっ
てここでは、入力される画像情報がしきい値設定回路１
１２０で設定された値より大きい時はそのままの画像情
報を、以下の時は＋１０１を出力する。

すなわち雑音を除去する。

第４図にもどってふたたび重心座標演算回路１１の説明
をする。雑音除去回路１１２から出力された画像情報は
加算器１１３および乗算器１１６に入力される。なおレ
ジスタ１１４およびレジスタ１１８はあらかじめクリア
しておく。加算器１１３およびレジスタ１１４は入力さ
れる画像情報を一画素ずつ加算し累積する。すなわちこ
こでは、前記第（２）式の計算を行う。この結果はメモ
リ１１５に格納される。

また、乗算器１１６は雑音除去回路１１２から出力され
る画像情報とカウンタ１１１から出力される画像メモリ
９のアドレス情報とを乗算しその結果を加算器１１７に
送る。加算器１１７およびレジスタ１１８は乗算器１１
６から出力される値を累積する。すなわちここでは、前
記第（３）式の計算を行う。この結果はメモリ１１９に
格納される。以上の処理を水平ブランキング期間に行う
。したがって、ＣＰＵ１２の指令によりレーザースリッ
ト画像の取り込みを行つと、メモリ１１５および１１９
には各水平走査ごとの重心座標の計算に必要な情報が格
納されることになる。

その後、ＣＰＵ１２はレーザースリット光取り込み終了
信号を受けて、メモリ１１５および１１９の情報を読み
出し重心座標の計算、すなわち前記（１）式の計算を行
った後、対象物体６の三次元座標を計算する。この計算
が終了するとＣＰＵ１２はスキャナ制御回路１６に指令
を出して、スリット光を移動させ、前記処理を繰り返す
。なお、アドレス検出回路１０の中の論理和ゲート１０
６が信号を出力した時、すなわち、検出されたアドレス
が範囲外である時は、重心座標演算回路１１の中のメモ
リ１１５およびメモリ１１９には選択回路（図示せず）
によって、特定の値が記憶されるようになっており、Ｃ
ＰＵ１２がこの値を検知すると、重心座標と三次元座標
の計算は行わない。

発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば、レーザーをスリ
ット光にし、アドレス検出回路と雑音除去回路と重心演
算回路を付加することにより、比較的簡易な回路構成で
レーザースリット光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
は太きい。

【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図は同装置の要部である画像メモ
リの概念図、第３図は同装置の要部であるアドレス検出
回路のブロック結線図、第４図は同装置の要部である重
心座標演算回路のブロック結線図、第５図は同装置の要
部である雑音除去回路のブロック結線図、第６図は従来
の立体物測定装置のブロック結線図、第７図は従来の撮
像装置および重心座標演算装置のブロック結線図である
。 １、・・レーザー発振器、３・・集光レンズ、４・・ス
キャナ、６・・・対象物体、７・・・ビデオカメラ、８
・・・Ａ／Ｄコンバータ、９９．・画像メモリ、１０・
・・アドレス検出回路、１１・・・重心座標演算回路、
１２・・・ＣＰＵ、代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏
　男　ほか１名Ｗ＆１図 ６対象物体 第２図 嬉３図 ψアトＬズ検出日路 第　５ｒｌ！：１ １１２藉音除去回路 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー発振器と、前記レーザー発振器より発射
   されるレーザービームを集光する集光手段と、前記集光
   手段により集光されたレーザービームをスリット状に変
   換するレーザービーム変換手段と、前記レーザービーム
   変換手段により変換されたレーザースリット光を対象物
   体に照射させ、かつレーザースリット光を偏向させる偏
   光手段と、前記対象物体上のスリット光の画像を撮影す
   る撮像手段と、前記撮像手段より出力される輝度信号を
   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記憶手段と、前記記憶手段
   が記憶する画像情報の中から、前記撮像手段の一水平走
   査ごとに最大値を検出するとともに、その最大値を示す
   前記記憶手段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検出されたアドレス
   情報が示す画素を中心に±ｎ画素の画像情報により重心
   座標を計算する重心座標演算手段と、前記重心座標演算
   手段によって計算されたスリット光画像の重心から対象
   物体上のスリット光に照らされている部位の三次元空間
   座標を計算する演算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、任意の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、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２項記載の立体物測定装置。