JPWO2002042714A1 - 形状計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

安価で且つコンパクトであり、高速処理が可能であり、優れた計測精度を有しており、様々なアングルからの形状計測が可能である形状計測方法であって、絶対座標が設けられたキャリブレーションボード面をビデオカメラにより撮像してビデオカメラの各画素毎に絶対座標値を配置した仮想平面と、当該ビデオカメラとの相対位置関係を維持しつつ仮想平面を被計測物に向かってＸ軸方向に移動させ、前記仮想平面が被計測物を通過するときにできる当該被計測物上の輝点リングをＸ軸に同期させて１フレーム毎又は特定のフレーム毎に前記ビデオカメラで撮像し、前記ビデオカメラの映像信号における輝点リングの相対的な点群データを、絶対座標値を持つ点群データとするようにしてある形状計測方法あって、前記絶対座標値が配置された仮想平面は、キャリブレーションボードの絶対座標となる多数の小ランプをフレームと同期させて１個づつ順番に点灯させながらビデオカメラで撮像することにより得られたものである。

Description

技術分野
この発明は、ＣＣＤカメラ等の画像入力装置で撮像された画像データから三次元情報を取得して被計測物の形状を計測する方法（形状計測方法）及び装置に関するものである。
技術背景
画像処理によって被計測物を計測する方法及び装置は既に提案されている。
しかしながら、従来の技術に用いられている画像計測では、１フィールドのデータ量は水平解像度×垂直解像度となり、画像データが非常に膨大なものとなっていた。また、被計測物の形状寸法を認識するためには、スレテオ法等による演算処理が必要であった。
このため、現在提案されている形状計測方法及び装置では、以下の▲１▼〜▲４▼に示すような問題があった。
▲１▼巨大なメモリを画像処理ボード上に実装しなければならないことから、回路規模が非常に大きくなってしまい、装置自体が非常に大型になる。
▲２▼画像データが非常に膨大であるから、画像処理ボードとパーソナルコンピュータとの間のデータ転送量が非常に多くなり、高速処理が困難である。
▲３▼膨大なデータ転送量を高速処理しようとすると、巨大なメモリの画像処理ボード上への実装と合わせて、装置が非常に高価なものとなってしまう。
▲４▼膨大なデータを用いて、形状寸法を演算処理により求めるため、高速処理が非常に難しかった。
その他、被計測物をガラス等の透明体を通してビデオカメラで撮影した場合、透明体の屈折率等の影響で画像に歪みが生じて計測精度が非常に悪くなるという問題もある。
そこで、この発明では、安価で且つコンパクトであり、高速処理が可能であり、優れた計測精度を有しており、様々なアングルからの形状計測が可能である形状計測方法及び装置を提供することを課題とする。
発明の開示
（請求項１記載の発明）
この発明は、絶対座標が設けられたキャリブレーションボード面をビデオカメラにより撮像してビデオカメラの各画素毎に絶対座標値を配置した仮想平面と、当該ビデオカメラとの相対位置関係を維持しつつ仮想平面を被計測物に向かってＸ軸方向に移動させ、前記仮想平面が被計測物を通過するときにできる当該被計測物上の輝点リングをＸ軸に同期させて１フレーム毎又は特定のフレーム毎に前記ビデオカメラで撮像し、前記ビデオカメラの映像信号における輝点リングの相対的な点群データを、絶対座標値を持つ点群データとするようにしてある形状計測方法あって、前記絶対座標値が配置された仮想平面は、キャリブレーションボードの絶対座標となる多数の小ランプをフレームと同期させて１個づつ順番に点灯させながらビデオカメラで撮像することにより得られたものである。
（請求項２記載の発明）
この発明の形状計測方法は、上記請求項１記載の発明に関し、絶対座標値となる小ランプはキャリブレーションボードに縦横方向に規則正しく配列されている。
（請求項３記載の発明）
この発明の形状計測方法は、上記請求項１又は２記載の発明に関し、仮想平面のＸ軸方向の移動速度が可変である。
（請求項４記載の発明）
この発明の形状計測方法は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の発明に関し、被計測物が足形である。
（請求項５記載の発明）
この発明の形状計測装置は、絶対座標となる小ランプが縦横方向に規則正しく多数配置され且つ前記小ランプはフレームと同期して１個づつ順番に点灯するようにしてあるキャリブレーションボードと、前記キャリブレーションボードに対してＸ軸方向に移動する移動体と、前記移動体に複数個取り付けられ且つ仮想平面を形成する帯状光発生手段と、前記移動体に帯状光発生手段から離れて複数個取り付けられていると共に仮想平面となるべき位置と一致させたキャリブレーションボードを撮像した後、前記仮想平面が被計測物を通過するときにできる当該被計測物上の輝点リングをＸ軸に同期させて１フレーム毎又は特定のフレーム毎に撮像するビデオカメラと、前記ビデオカメラの映像信号における輝点リングの相対的な点群データを、絶対座標値を持つ点群データに変換する変換手段とを具備する。
（請求項６記載の発明）
この発明の形状計測方法は、上記請求項５記載の発明に関し、絶対座標値となる小ランプはキャリブレーションボードに縦横方向に規則正しく配列されている。
（請求項７記載の発明）
この発明の形状計測装置は、上記請求項５又は６記載の発明に関し、キャリブレーションボードは直立させてある。
（請求項８記載の発明）
この発明の形状計測装置は、上記請求項５乃至７のいずれかに記載の発明に関し、移動体のＸ軸方向の移動速度が可変である。
（請求項９記載の発明）
この発明の形状計測装置は、上記請求項５乃至８のいずれかに記載の発明に関し、被計測物が足形である。
なお、上記した発明の形状計測方法及び装置の機能については以下の発明の実施の形態の欄で説明する。
発明の実施の形態
以下、この発明を実施形態として示した図面に従って説明する。
図１はこの発明の実施形態の足形の形状計測装置（以下、足形計測装置という）の全体を示しており、図２は前記足形計測装置の計測装置本体の内部構造を示している。
〔足形計測装置の基本的構成について〕
この足形計測装置は、基本的には図１に示すように、計測装置本体１と、パーソナルコンピュータ９とから構成されており、前記パーソナルコンピュータ９を構成するＣＰＵ９１を計測装置本体１内に、パーソナルコンピュータを構成するディスプレイ９０（入力部はタッチパネル式）を計測装置本体１の後部に立設したポール上部に、それぞれ設けてある。
ここで、計測装置本体１は、図２や図９に示すように、基体２と、支持台３と、移動手段４と、枠体５と、ガラス板６と、キャリブレーションボード７と、画像処理ボード８とを有するものとしてある。
〔基板２について〕
基板２は、図１〜図３に示すように、座板２０上に左右の足載せ台２１を設けると共に、左右の足載せ台２１，２１相互間にケース２２を設けて構成してある。
座板２０は、図３に示すように平面視で多角形状に形成されており、店舗の床を専有する面積を最小限に抑えて６４０ｍｍ×７３０ｍｍ程度に設定してある。
足載せ台２１は、図２や図３に示すように、余裕を持って片足を載せることができる程度の大きさに設定した平面視長方形状のものとしてある。
ケース２２は、図２に示すように、上記した支持台３と、移動手段４と、枠体５と、ガラス板６と、キャリブレーションボード７等が剥き出しにならないように包囲するものであるが、前記ガラス板６に足を容易に載せることができるように、前面壁から上面壁にかけて開口部２２ａを設けてある。
〔支持台３について〕
支持台３は、図２や図４に示すように、平面視長方形状の枠部３０を四本の脚部３１で支えて成るもので、全ての脚部３１は座板２０にネジ止めされている。ここで、上記枠部３０の上面は、図４に示すように、上記足載せ台２１の上面とほぼ一致する高さに設定してある。
〔移動手段４について〕
移動手段４は、図６や図７に示すように、長尺の基板４０と、前記基板４０の下面に固定配置されたガイド棒４１と、前記ガイド棒４１にすすみ対偶状態に取り付けられている移動体４２と、前記基板４０の下面に取り付けられた歯付きプーリ４３と、ステッピングモータＭの回転軸に取り付けられた歯付きプーリ４４と、前記歯付きプーリ４３，４４相互間に張設された歯付きベルト４５と、前記歯付きベルト４５を移動体４２に取り付ける取付け部材４６と、前記移動体４２の前後方向の移動域を制限するリミットスイッチ４７，４８とを有するものとしてあり、前記ステッピングモータＭを正逆回転させると、移動体４２がリミットスイッチ４７，４８により制限された範囲で前後方向に移動するようにしてある。なお、この移動手段４は、図５に示すようにブラケット３２を介して基板４０を脚部３１に取り付ける態様で、枠部３０と座板２０との間に配置されている。
ここで、移動手段４による移動体４２のＸ軸方向の移動範囲は３００ｍｍに設定してあり、この移動範囲がＸ軸方向（足長方向）の計測範囲になる。
また、この移動手段４では、装置全体を安価にするためにサーボモータではなくパルス信号分だけ回転するステッピングモータＭを採用しているが、アクチュエータに設置する各機器も小型軽量であるから、慣性による位置制御誤差はほとんどない。そして、ステッピングモータＭを制御するパルス信号は、画像処理ボード８上に同期信号発生回路８３を載せることにより、計測と駆動の同期をとるための制御機構を一元化してある。つまり、後述の如くＣＣＤカメラの垂直走査周波数は３０Ｈｚであるから、１／３０秒で１フィールドの画像を撮像する。Ｘ軸方向の計測範囲は３００ｍｍ、１フィールドあたりの移動距離を上述のように１ｍｍとすると計測時間は１０秒であり、計測データ量は３００フィールドになる。なお、１フィールドあたりの移動距離を変える、つまり移動体４２の移動速度を変えることにより、Ｘ軸方向におけるデータの疎密化を図ることができる。例えば踵側のような重要な部分のデータを多くとることができる。
〔枠体５について〕
枠体５は、図４に示すように、縦板５ａ，５ａとこれらの下端相互を繋ぐ横板５ｂとから成る正面視横コ字状のもので、前記横板５ｂが上記移動体４２の下面に取り付けられている。この枠体５には、図３や図４に示すように、前部側（手前側）の上下左右に四個の小型のＣＣＤカメラ５０を設けると共に後部側（奥側）の上下左右にＣＣＤカメラ５０から一定距離だけ離れた位置に四個の半導体ラインレーザー５１を設けてある。
上記ＣＣＤカメラ５０は、垂直走査周波数３０Ｈｚ、水平解像度が３８０ＴＶ本のものを採用しており、可視光半導体ラインレーザー５１からの可視光以外の外光の影響を極力受けないように、その波長帯のみを通過するバンドパスフィルタ５２を装着させてある。また、ＣＣＤカメラ５０の取り付け姿勢は、図４や図５に示すようにキャリブレーションボード７に対して直角に向けた状態から、上側の二個は上面視で内側に４５°及び正面視で下側に４５°傾けてあり、下側の二個は上面視で内側に４５°及び正面視で上側に４５°傾けてある。
他方、半導体ラインレーザー５１は、汎用性と視認性の良さから可視光である６７０ｎｍの波長帯の赤色光レーザーを使用してあると共に、レーザー光を９０°方向に広がる帯状光としてある。また、半導体ラインレーザー５１の取り付け姿勢は、図３や図４に示すように、キャリブレーションボード７と平行に配置してあると共に、上側の二個は下側４５°傾け、下側の二個は上側４５°傾けてある。つまり、四個の半導体ラインレーザー５１により足形計測域に正面視で長方形状の仮想平面ができるようになっている。
なお、この装置では、仮想平面上の計測範囲は、図４に示すように、横軸つまりＹ軸方向（足幅方向）を１５０ｍｍとし、縦軸つまりＺ軸方向（足高方向）を１５０ｍｍとしてある。
〔ガラス板６について〕
ガラス板６は被計測物である足を載置する部分であり、図４に示すように、その上面が足載せ台２１と同じ高さになる態様で上記した枠部３０に嵌め込まれている。
〔キャリブレーションボード７について〕
キャリブレーションボード７は、図８に示すように、平板体７０に縦１６個×横１５個で小さなＬＥＤ７１（この発明の小ランプに相当する）を１０ｍｍ間隔で配置させて成るもので、図５に示すように、移動手段４により最奥部に移動せしめられた半導体ラインレーザー５１によってつくられる仮想平面とボード前面が略一致する態様で固定配置してある。
ここで、キャリブレーションボード７を後述する態様で一度撮像することにより、ＣＣＤ画素上に絶対座標値を当てはめ、キャリブレーションテーブルを作成し保存する。そのテーブルを用いることにより寸法のわからないオブジェクトであっても絶対座標に置き換えることが可能になる。
〔画像処理ボード８について〕
図９は、パルスモータＭ、半導体ラインレーザー５１及びＣＣＤカメラ５０と画像処理ボード８とのかかわりを示している。
この画像処理ボード８は、計測の低速化を回避すべく４台のＣＣＤカメラ５０がパラレルに撮像できるように各ＣＣＤカメラ５０にそれぞれ用意してある。
ＣＣＤカメラ５０はバンドパスフィルタ５２を介して、キャリブレーションテーブル作成時にはキャリブレーションボード７に配置させたＬＥＤ７１の輝点を、計測のときには仮想平面上に形成された輝点リングにおける水平走査線上の輝点を撮像する。ＣＣＤカメラ５０からは、映像信号すなわちテレビジョン信号が出力され、その映像信号は同期検出回路８０に与えられる。この同期検出回路８０としては例えばＬＭ１８８１のような同期分離用ＩＣを用いることができる。そして、同期検出回路８０は、ＣＣＤカメラ５０から出力される映像信号（テレビジョン信号）から水平同期信号Ｈｓｙｎｃ及び垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを取り出し、それをマイクロコンピュータ８Ｍの入力ポート８３０に与える。
一方、同期検出回路８０によって同期分離された映像信号は、波形成形回路８１に与えられる。波形成形回路８１は、映像信号のピーク値を検出するものであり、その検出されたピーク値は二値化回路８２に与えられる。二値化回路８２では、ピーク値に応じて適当な基準レベル（閾値）を設定し、同期分離された映像信号をその基準レベル（閾値）で２値化することによって、周囲の明るさよりも大きいレベルの輝点のみを分離する。したがって、キャリブレーションボード７に配置させたＬＥＤ７１の輝点と、仮想平面上に形成された輝点リングにおける水平走査線上の輝点だけが、ハイレベルとなり、他の部分はローレベルとなる２値化信号が出力され、それが入力ポート８３０に与えられる。
マイクロコンピュータ８Ｍは、たとえばＶ１０またはＶ２０のようなタイムキャプチャ機能を有するものであり、ＣＰＵ８Ｃや必要なメモリのほかに、Ｙ／Ｚ／Ｘカウンタ８００，８１０，８２０を含む。
Ｚカウンタ８１０は、入力ポート８３０を通して与えられる垂直同期信号Ｖｓｙｎｃでリセットされ且つ同じように入力ポート８３０から与えられる水平同期信号Ｈｓｙｎｃに応じてインクリメントされる。つまり、Ｚカウンタ８１０のカウント値は、一画面（１フレーム）中の走査線の数を示し、縦軸すなわち、Ｚ軸の位置情報となる。
Ｙカウンタ８００は、水平同期信号Ｈｓｙｎｃでリセットされ、映像信号に比べて十分高速（例えば１０ＭＨｚ）の同期信号発生回路８３からのクロックに従ってインクリメントされる。Ｙカウンタ８００のカウント値は、走査線である横軸すなわち、Ｙ軸の位置情報となる。Ｘカウンタ８２０は、垂直走査周波数ごとにインクリメントされる。Ｘカウンタ８２０のカウント値は、Ｘ軸の位置情報となる。
マイクロコンピュータ８Ｍに含まれるＹ１ｏｎ・Ｙ１ｏｆｆレジスタ８０１，８０２、Ｙ２ｏｎ・Ｙ２ｏｆｆレジスタ８０３，８０４、Ｙ３ｏｎ・Ｙ３ｏｆｆレジスタ８０５，８０６はＹカウンタ８００のカウント値をロードするためのものであり、Ｚ１・Ｚ２・Ｚ３レジスタ８１１，８１２，８１３はＺカウンタ８１０のカウント値をロードするためのものであり、Ｘ１・Ｘ２・Ｘ３レジスタ８２１，８２２，８２３はＸカウンタ８２０のカウント値をロードするためのものである。
マイクロコンピュータ８Ｍは、入出力ポート８３１を介してキャリブレーションボード７のＬＥＤ７１、パルスモータ位置制御回路８４及びレーザー電源回路８５に対して駆動信号を与える。したがって、マイクロコンピュータ８ＭがＬＥＤ７１を点灯させたときの映像信号、及び仮想平面上に形成された輝点リングにおける水平走査線上の輝点の映像信号がＣＣＤカメラ５０によって撮像される。
この装置は上記したように、輝点認識に必要なデータだけを抽出することにより計測画像データ量を大幅に削減するようにしてあると共に画像データ演算処理をワイヤード・ロジックとしてハードウェア（ボード化）とした構成させてある。したがって、三次元画像計測に必要な初期画像処理をＣＰＵで演算を行わずにボード上で処理するため、ＣＰＵ処理速度に依存することなく高速に画像処理することが可能になる。また、通常の画像処理に比べて、画像処理ボード８とパーソナルコンピュータ９との間のデータ転送量が少なくなり、非常に高速に処理することが可能である。
〔パーソナルコンピュータ９のディスプレイ９０について〕
このパーソナルコンピュータ９のディスプレイ９０は、タッチパネル式の入力部を有しており、パネルには「キャリブレーションテーブルの初期化」「足形の計測」「足形の正面画像成形」「足形の側面画像成形」「足形の前後面画像成形」「足形の三次元画像成形」のタッチキーや、自分の好みに合った靴等の履物を探し出すための「インターネット」等のタッチキーを具備している。
〔この足形計測装置の動作について〕
この足形計測装置の動作について図１０に示すフロー図に基づいて説明する。なお、この足形計測装置では先ずキャリブレーションの初期化を行い、その後足形の計測を開始する。
（精度向上のためのキャリブレーションのテーブル作成）
先ず、ステッピングモータＭを回転させて半導体ラインレーザー５１によってつくられる仮想平面がキャリブレーションボード７のＬＥＤ７１の輝点と上面視で一致するところ（枠体５の移動範囲の終点）まで枠体５を移動させる。この状態において、図１１に示すように、キャリブレーションボード７に配置したＬＥＤ７１を左側からか右側に向かって（縦１行目の横１６列目までいくと次は縦２行目の横１行目になる）フレーム同期でＬＥＤ７１を１個づつ順次点灯させ、フレーム同期でＣＣＤカメラ５０により撮像する。この作業は、ＣＣＤカメラ５０は垂直走査周波数３０Ｈｚであるから２４０個のＬＥＤ７１を切り替えた場合で７．８秒で作業は完了するが、キャリブレーションテーブルを作成するには認識された１０ｍｍ間隔のＬＥＤ７１点である絶対座標を基にし、ＣＰＵで演算してＣＣＤカメラ５０で撮像される部分の全画素のテーブル内を絶対座標で満たす必要がある。したがって、キャリブレーションテーブルの作成に要する時間はＣＰＵの性能に左右されるが、第１番目のＬＥＤ７１の点灯開始から全体で３５秒程度である。
ここで、キャリブレーションテーブルの基準となるＬＥＤ７１の絶対座標は図１０のフロー図に示すようにして作成される。
先ず、ステップＳＴ１でＹＥＳと判断されると、キャリブレーションテーブルの初期化が開始される。すると、ＣＰＵ８Ｃは、入力ポート８３０から水平同期信号Ｈｓｙｎｃが入力されたかどうかを検出する。つまり、ＣＰＵ８Ｃが水平同期信号Ｈｓｙｎｃを検出したときにスタートする。そして、ステップＳＴ２で水平同期信号Ｈｓｙｎｃを検出すると、ＣＰＵ８ＣはＹカウンタ８００をリセットするとともに、そのＹカウント８００をトリガ（スタート）する。したがって、Ｙカウンタ８００は、同期信号発生回路８３からのクロックに従ってインクリメントされる。
次のステップＳＴ４では、ＣＰＵ８Ｃは、再び、水平同期信号Ｈｓｙｎｃが入力されたかどうかを判断する。ステップＳＴ２で水平同期信号Ｈｓｙｎｃが検出されさらにステップＳＴ４で水平同期信号Ｈｓｙｎｃが検出されるということは、ステップＳＴ２において検出された水平同期信号Ｈｓｙｎｃのライン（水平走査線）に輝点の映像が存在しなかったことを意味し、この場合には、再び▲２▼よりステップＳＴ３に戻って、Ｙカウンタ８００がリセット／スタートされる。
ステップＳＴ４で水平同期信号Ｈｓｙｎｃが検出されない場合には、ＣＰＵ８Ｃは、次のステップＳＴ４において、二値化回路８２からの二値化された映像信号の立ち上がりを検出したかどうかを判断する。映像信号の立ち上がりがなければ、先の▲３▼よりステップＳＴ４に戻る。映像信号の立ち上がりが検出されると、続くステップＳＴ６においてＣＰＵ８Ｃは、そのときのＹカウンタ８００のカウント値を立ち上がりレジスタすなわちＹ１ｏｎレジスタ８０１にロードするとともに、Ｚカウンタ８１０のカウント値をＺ１レジスタ８１１にロードする。つまり、ステップＳＴ６では、輝点映像信号の立ち上がりでＺ１カウンタ８１１のカウント値すなわち垂直同期信号Ｖｓｙｎｃから走査線数（垂直方向位置）がＺ１レジスタ８１１にロードされるとともに、Ｙカウンタ８００のカウント値、すなわち、水平同期信号Ｈｓｙｎｃからの水平方向位置がＹ１ｏｎレジスタ８０１にロードされる。
次のステップＳＴ７では、ＣＰＵ８Ｃは、再び、水平同期信号Ｈｓｙｎｃが入力されたかどうかを判断する。そして、このステップＳＴ７でＹＥＳが判断されると、先の▲２▼よりステップＳＴ２に戻る。そして、次のステップＳＴ８において、ＣＰＵ８Ｃは、二値化映像信号の立ち下がりが検出されたかどうかを判断する。
このステップＳＴ８においてＹＥＳが判断されると、ＣＰＵ８Ｃは次のステップＳＴ９において、そのときのＹカウンタ８００のカウント値を立ち下がりレジスタすなわちＹ１ｏｆｆレジスタ８０２にロードする。ステップＳＴ６でＹ１ｏｎレジスタ８０１に立ち上がり位置がロードされ且つステップＳＴ９でＹ１ｏｆｆレジスタ８０２に立ち下がり位置がロードされるので、二つのレジスタ８０１，８０２には輝点映像信号の幅を示すデータが得られる。そして、ステップＳＴ１０において、ＣＰＵ８ＣはＺ１レジスタ８１１、Ｙ１ｏｎレジスタ８０１及びＹ１ｏｆｆレジスタ８０２のそれぞれのデータを取り込む。
なお、この装置では、１水平走査線に対して３点の輝点を認識できるようになっており、２回目の輝点についてはＣＰＵ８Ｃは上記と同様にして得たＺ２レジスタ８１２、Ｙ２ｏｎレジスタ８０３及びＹ１ｏｆｆレジスタ８０４のそれぞれのデータを取り込み、３回目の輝点についてはＣＰＵ８Ｃは上記と同様にして得たＺ３レジスタ８１３、Ｙ２ｏｎレジスタ８０５及びＹ１ｏｆｆレジスタ８０６のそれぞれのデータを取り込む。ステップＳＴ１０で取り込んだ各レジスタのデータから輝点の中心を算出する。また、このキャリブレーションのテーブル作成においては、キャリブレーションボード７とＣＣＤカメラ５０とのＸ軸方向の相対位置関係は変化しないので、Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３レジスタ８２１，８２３，８２４の値は０である。
その後、ステップＳＴ１１において、ＣＰＵ８Ｃは、入力ポート８３０から垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが入力されたかどうか判断する。このステップＳＴ１１においてＮＯが判断されると、▲３▼よりステップＳＴ１に戻るが、ＹＥＳが判断されると、次のステップＳＴ１２において、ＣＰＵ８ＣはＺカウンタ８１０をリセットする。
続いて、ステップＳＴ１３でＹＥＳと判断され且つステップＳＴ１４でＮＯと判断されると、それまで点灯していた縦１行目横１列目のＮｏ．１のＬＥＤ７１が消灯すると共に次の縦２行目横１列目のＮｏ．２のＬＥＤ７１が点灯し、▲１▼にもどって上記したステップＳＴ２〜ステップＳＴ１２がＮｏ．３のＬＥＤ７１〜Ｎｏ．２４０のＬＥＤ７１について繰り返される。そして、ステップＳＴ１４でＹＥＳと判断されると、キャリブレーションボード７上のキャリブレーションテーブルの基準となるＬＥＤ７１の絶対座標の作成は完了する。
（足形の計測）
ステッピングモータＭを回転させて半導体ラインレーザー５１によってつくられた仮想平面をＸ軸線上に移動させながら、前記仮想平面上に形成された足形の断面形状の輝点リングをフレーム同期でＣＣＤカメラ５０により撮像する。
ここで、仮想平面上に形成された足形の断面形状の輝点リングは、上記したキャリブレーションのテーブル作成の欄に記載した内容と同様（ステップＳＴ２〜ステップＳＴ１２）にして、ＣＰＵ８Ｃは、輝点リングを形成する水平走査線上の輝点位置のデータのみを取り込む。但し、足形の計測の場合、Ｘカウンタ８２０は、垂直走査周波数ごとにインクリメントされ、前記Ｘカウンタ８２０のカウント値はＸ軸の位置情報となる。
なお、ＳＴ１５においてＹＥＳと判断されると足形計測は終了し、ＮＯと判断されると▲１▼よりステップＳＴ２〜ステップＳＴ１２が繰替えされる。
〔実際の足形の計測について〕
▲１▼ディスプレイ９０上の「キャリブレーションテーブルの初期化」のタッチキーに触れる。移動手段４が駆動状態になって、キャリブレーションテーブルを上述したようにして初期化する。
▲２▼キャリブレーションテーブルを初期化した後、ディスプレイ９０側を向いた状態で、計測しない側の片足を足載せ台２１に載せると共に、計測する側の片足をガラス板６の上に載せる。
▲３▼「足形の計測」のタッチキーに触れる。すると四個の半導体ラインレーザー５１が常灯して帯状光により足長方向（Ｘ軸方向）に直交する仮想平面ができると共に前記仮想平面が移動手段４と共に奥側に所定の速度で移動する。足が仮想平面により切断されると共に輝点リングが形成される。前記輝点リングはＸ軸に同期させて１フレーム毎にＣＣＤカメラで撮像される。
▲４▼前記ＣＣＤカメラの映像信号における輝点リングの相対的な点群の座標データは、パーソナルコンピュータ９上にあるキャリブレーションソフトウェアにより読み込まれ、キャリブレーションテーブル７のＬＥＤ７０の位置である絶対座標等（キャリブレーションテーブル）と比較、座標置換されることにより、絶対座標値を持つ点群の座標データへと変換される。
〔この足形計測装置の優れた効果について〕
この欄に記載されている内容は全て述べたことと重複する部分もあるが、この足形計測装置の優れた効果を従来の技術と比較したものをまとめておく。
１フィールドに対して行う走査方法は同じであるが、出力する信号が１水平走査線上に認識された光信号（輝点）の始点・終点のアドレス番号のみを出力するようにしてある。このため、撮像された１フィールドあたりのデータ量はバイナリーデータで約１ｋＢ程度（輝点認識画素数により変動）になる。つまり従来の技術に使用されていたデータ量に比べて１／１００程度とになり非常に少なくなる。したがって、この足形計測装置では従来の技術と比較して以下の効果をする。
▲１▼画像処理ボード上に巨大なメモリを実装する必要はなくなるから、回路規模が非常に小さくできる。したがって、装置自体はコンパクトになる。
▲２▼画像データは非常に少なく、また、画像データ演算処理をワイヤード・ロジックとしてハードウェア（ボード化）として構成させてボード上で処理するため、高速処理が可能である。
▲３▼上記▲１▼▲２▼から装置が非常に安価になった。
▲４▼足の裏面側はガラス板６を通して下側のＣＣＤカメラ５０により屈折した状態で撮影されることになるが、キャリブレーションボード７についても同様にガラス板６を通して屈折した状態で撮影されることから、ガラス板６の存在が計測精度の悪化を招くようなことはない。
▲５▼キャリブレーションボード７に配置したＬＥＤ７１をフレーム同期で１個づつ順次点灯させながら、フレーム同期でＣＣＤカメラ５０により撮像し、これによりＣＣＤカメラ５０の各画素毎に絶対値を配置した仮想平面を形成している。
したがって、キャリブレーションボード７上のどの位置でＬＥＤが点灯してもフレームＮｏとランプＮｏの対応が１：１となっているため、カメラのアングルで見えている全てのＬＥＤの位置が確定できる。これにより、画面上に見える全ての撮像部のドットにスケールを貼り付けることができるようになり、カメラアングル決定時の作業性が優れたもの（例えば、ＣＣＤカメラ５０のカメラアングルを変えることにより被計測物の一部をズームアップして計測することもできる）となる。
なお、ＣＣＤカメラ５０による撮像を様々なアングルで行い得るようにするには、図１２に示すように、ＣＣＤカメラ５０をＸ−Ｙ−Ｚ（三次元）変位機構５０ａを介して枠体５に取り付けるようにすればよい。
〔他の実施形態〕
▲１▼上記実施形態の形状計測装置は、図１３に示すように、各ＣＣＤカメラ５０に対して一つのキャリブレーションボード７を具備していると共に、キャリブレーションボード７及び半導体ラインレーザー５１を同じ角度だけ傾斜させている。この装置では、ＣＣＤカメラ５０による被計測物の撮像は真正面からにすることが可能になるから上記実施形態１よりも画面を多く使用することになる。したがって、計測精度が向上することになる。
▲２▼上記実施形態の形状計測装置は足形についてものであるが、これに限定されるものではなく、身体の全体及び部位や物の外形等も計測することができる。例えば、身体の全体を計測しようとすると、図１４に示すように、四つのＣＣＤカメラ５０を有する枠体５，５を二個設けると共に前記枠体５，５相互間に半導体ラインレーザー５１を配置させ、他方キャリブレーションボード７の上下面に絶対座標となるＬＥＤ７０を配置させ、キャリブレーションテーブルを作成するときには、枠体５，５を上下動させるようにして上側の枠体５のカメラ５０により上側のＬＥＤ７０を撮像すると共に下側の枠体５のカメラ５０により下面側のＬＥＤ７０を撮像するようにすればよい。
身体の全体を計測する場合には、半導体ラインレーザー５０をＯＮ状態にして帯状光により仮想平面を作りだし、前記仮想平面を少なくとも頭頂から台座との接地面まで移動させ、この移動状態において１フレーム毎又は特定のフレーム毎にＣＣＤカメラ５０により撮像すればよい。
▲３▼上記実施形態では、半導体レーザー５１は計測中において常時点灯させてあるが、これに限定されることなく、ＣＣＤカメラ５０により撮像するタイミング、すなわち１フレーム毎又は特定のフレーム毎で半導体レーザー５１は点灯させるようにしてもよい。
▲４▼上記実施形態では、ステッピングモータを使用しているが、これに限定されることなくサーボモータでもよいし、その他の移動手段や手動でもよい。
▲５▼上記実施形態では、ガラス板６上に足を載せて計測したが、これに限定されることなくガラス板６を外して足を動かないように固定した状態で計測するようにしてもよい。
産業上の利用可能性
この発明は上記のような構成であるから次の効果を有する。
発明の実施の形態の欄から明らかなように、安価で、高速処理が可能であり、優れた計測精度を有しており、コンパクトである形状計測方法及び装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の実施形態の形状計測方法を利用した足形計測装置の外観斜視図である。
図２は、前記足形計測装置の計測装置本体の斜視図である。
図３は、前記計測装置本体の平面図である。
図４は前記計測装置本体の正面図である。
図５は、前記計測装置本体の断面図である。
図６は、前記計測装置本体の移動手段の底面図である。
図７は、前記計測装置本体の移動手段の側面図である。
図８は、前記計測装置本体のキャリブレーションボードの正面図である。
図９は、前記計測装置本体の画像処理ボードの説明図である。
図１０は、前記計測装置本体の動作を示すフロー図である。
図１１は、キャリブレーションテーブルを作成する方法を示す説明図。
図１２は、ＣＣＤカメラの撮像アングルを変えるためのＸ−Ｙ−Ｚ（三次元）変位機構の斜視図。
図１３は、この発明の他の実施形態の形状計測装置の概念図である。
図１４は、この発明の他の実施形態の形状計測装置の概念図である。

Claims (9)

1. 絶対座標が設けられたキャリブレーションボード面をビデオカメラにより撮像してビデオカメラの各画素毎に絶対座標値を配置した仮想平面と、当該ビデオカメラとの相対位置関係を維持しつつ仮想平面を被計測物に向かってＸ軸方向に移動させ、前記仮想平面が被計測物を通過するときにできる当該被計測物上の輝点リングをＸ軸に同期させて１フレーム毎又は特定のフレーム毎に前記ビデオカメラで撮像し、前記ビデオカメラの映像信号における輝点リングの相対的な点群データを、絶対座標値を持つ点群データとするようにしてある形状計測方法あって、前記絶対座標値が配置された仮想平面は、キャリブレーションボードの絶対座標となる多数の小ランプをフレームと同期させて１個づつ順番に点灯させながらビデオカメラで撮像することにより得られたものであることを特徴とする請求項１記載の形状計測方法。
2. 絶対座標値となる小ランプはキャリブレーションボードに縦横方向に規則正しく配列されていることを特徴とする請求項１記載の形状計測方法。
3. 仮想平面のＸ軸方向の移動速度が可変であることを特徴とする請求項１又は２記載の形状計測方法。
4. 被計測物が足形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の形状計測方法。
5. 絶対座標となる小ランプが縦横方向に規則正しく多数配置され且つ前記小ランプはフレームと同期して１個づつ順番に点灯するようにしてあるキャリブレーションボードと、前記キャリブレーションボードに対してＸ軸方向に移動する移動体と、前記移動体に複数個取り付けられ且つ仮想平面を形成する帯状光発生手段と、前記移動体に帯状光発生手段から離れて複数個取り付けられていると共に仮想平面となるべき位置と一致させたキャリブレーションボードを撮像した後、前記仮想平面が被計測物を通過するときにできる当該被計測物上の輝点リングをＸ軸に同期させて１フレーム毎又は特定のフレーム毎に撮像するビデオカメラと、前記ビデオカメラの映像信号における輝点リングの相対的な点群データを、絶対座標値を持つ点群データに変換する変換手段とを具備することを特徴とする形状計測装置。
6. 絶対座標値となる小ランプはキャリブレーションボードに縦横方向に規則正しく配列されていることを特徴とする請求項５記載の形状計測方法。
7. キャリブレーションボードは直立させてあることを特徴とする請求項５又は６記載の形状計測装置。
8. 移動体のＸ軸方向の移動速度が可変であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の形状計測装置。
9. 被計測物が足形であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の形状計測装置。

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