JP3093023B2 - 形状計測装置 - Google Patents
形状計測装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は撮像装置の視野（以後、
対象シーンとよぶ）内にある物体（以後、対象物体と呼
ぶ）の表面上の多数の代表点の空間座標（３次元座標）
値を、高速にかつ連続的に求めることができる非接触の
形状計測装置に関するもので、特にスリット光投影法を
用いる形状計測装置に関するものである。この種の装置
は、対象シーン内にある物体の距離情報を得ることがで
きるので、レンジファインダーとも呼ばれている。
対象シーンとよぶ）内にある物体（以後、対象物体と呼
ぶ）の表面上の多数の代表点の空間座標（３次元座標）
値を、高速にかつ連続的に求めることができる非接触の
形状計測装置に関するもので、特にスリット光投影法を
用いる形状計測装置に関するものである。この種の装置
は、対象シーン内にある物体の距離情報を得ることがで
きるので、レンジファインダーとも呼ばれている。
【０００２】撮像装置によって得られる映像を利用した
非接触の形状計測装置は、コンピュータグラフィック
ス，ＣＡＤ／ＣＡＭ，コンピュータビジョンあるいはロ
ボットビジョンをはじめとする工学および産業分野はも
とより、体育学，医学，服飾学などの分野における生体
や自然物の計測と解析など、多方面においてその応用が
期待されている。
非接触の形状計測装置は、コンピュータグラフィック
ス，ＣＡＤ／ＣＡＭ，コンピュータビジョンあるいはロ
ボットビジョンをはじめとする工学および産業分野はも
とより、体育学，医学，服飾学などの分野における生体
や自然物の計測と解析など、多方面においてその応用が
期待されている。
【０００３】
【従来の技術】映像を利用した非接触の形状計測法とし
ては、従来から、モアレトポグラフィー法，ステレオビ
ジョン法やスリット光投影法などが提案されている。し
かし、モアレトポグラフィー法は、基準面からの相対的
な距離情報しか得ることができない上、後処理過程に時
間を要し、計測の高速化は難しい。また、ステレオビジ
ョン法は、撮像面全域にわたる濃淡信号データを取り扱
うことになるので、膨大な記憶容量と高速データ処理装
置を必要とするうえ、例えば、対応点検出のような複雑
な処理過程を必要としており、高速で簡便な実用装置化
は未だ困難な状況にある。
ては、従来から、モアレトポグラフィー法，ステレオビ
ジョン法やスリット光投影法などが提案されている。し
かし、モアレトポグラフィー法は、基準面からの相対的
な距離情報しか得ることができない上、後処理過程に時
間を要し、計測の高速化は難しい。また、ステレオビジ
ョン法は、撮像面全域にわたる濃淡信号データを取り扱
うことになるので、膨大な記憶容量と高速データ処理装
置を必要とするうえ、例えば、対応点検出のような複雑
な処理過程を必要としており、高速で簡便な実用装置化
は未だ困難な状況にある。
【０００４】一方、スリット光投影法では、図６に示し
たようにスリット光６０１を対象シーン１０５に照射
し、このスリット光６０１がシ−ン内の対象物体１０６
に当っった光像すなわちスリット光像１０７を撮像装置
１０８の撮像面１０９上にとらえる。すると、スリット
光像１０７上のある１点ｐ´に対応する対象物体１０６
上の点ｐの空間座標値は、スリット光６０１のなす平面
Ｓと、点ｐ´とカメラのレンズ中心Ｏとを結ぶ直線との
交点の座標として、いわゆる三角測量の原理によって求
められる。したがって、一枚の画像からスリット光像１
０７上の各点に対応した対象物体１０６表面上の点群の
空間座標値が求められるから、スリット光６０１の水平
方向の移動と画像入力を繰り返せば、対象シーン１０５
全体の３次元情報を得ることができる。このように、ス
リット光投影法では、対応点検出のような複雑な後処理
過程なしに３次元情報を獲得でき、処理情報量もそれほ
ど大量ではないので、現段階では、実用化の可能性が最
も高いと考えられる。実際、最近になって、この手法に
基づく形状計測装置がいくつか実用化され始めている。
たようにスリット光６０１を対象シーン１０５に照射
し、このスリット光６０１がシ−ン内の対象物体１０６
に当っった光像すなわちスリット光像１０７を撮像装置
１０８の撮像面１０９上にとらえる。すると、スリット
光像１０７上のある１点ｐ´に対応する対象物体１０６
上の点ｐの空間座標値は、スリット光６０１のなす平面
Ｓと、点ｐ´とカメラのレンズ中心Ｏとを結ぶ直線との
交点の座標として、いわゆる三角測量の原理によって求
められる。したがって、一枚の画像からスリット光像１
０７上の各点に対応した対象物体１０６表面上の点群の
空間座標値が求められるから、スリット光６０１の水平
方向の移動と画像入力を繰り返せば、対象シーン１０５
全体の３次元情報を得ることができる。このように、ス
リット光投影法では、対応点検出のような複雑な後処理
過程なしに３次元情報を獲得でき、処理情報量もそれほ
ど大量ではないので、現段階では、実用化の可能性が最
も高いと考えられる。実際、最近になって、この手法に
基づく形状計測装置がいくつか実用化され始めている。
【０００５】しかしながら、通常のスリット光投影法で
は、撮像装置として、一般にＣＣＤなどの走査型のカメ
ラを使用しているため、一枚の画像入力に１フレーム分
の走査時間（約1/30秒）を必要とする。このため、スリ
ット光の投射方向（偏向角度）をステップ・バイ・ステ
ップで制御しながら、そのつど撮像面全体の走査を繰り
返さなければならない。したがって、例えば、対象シー
ンを128本のスリット光で分割する場合、すなわち空間
分解能が128の場合を想定すると、128枚の画像の入力が
必要であるから、それだけでも４秒以上を要することに
なる。時々刻々化する対象シーン（物体）に追随するた
めには、少なくともビデオレート（約1/30秒）程度以上
の高速性が要求されるであろう。このため、スリット光
投影法の高速化の試みが種々検討され始めている。
は、撮像装置として、一般にＣＣＤなどの走査型のカメ
ラを使用しているため、一枚の画像入力に１フレーム分
の走査時間（約1/30秒）を必要とする。このため、スリ
ット光の投射方向（偏向角度）をステップ・バイ・ステ
ップで制御しながら、そのつど撮像面全体の走査を繰り
返さなければならない。したがって、例えば、対象シー
ンを128本のスリット光で分割する場合、すなわち空間
分解能が128の場合を想定すると、128枚の画像の入力が
必要であるから、それだけでも４秒以上を要することに
なる。時々刻々化する対象シーン（物体）に追随するた
めには、少なくともビデオレート（約1/30秒）程度以上
の高速性が要求されるであろう。このため、スリット光
投影法の高速化の試みが種々検討され始めている。
【０００６】スリット光投影法の高速化のポイントは、
投射スリット光と、対象物体上のスリット光像の位置情
報、特に後者を可能な限り高速で獲得することである。
このため、本発明者らは、スリット光像の位置情報を獲
得するにあたって撮像面の走査を必要としない非走査型
の撮像素子、すなわち、一次元位置検出素子を短辺方向
に複数個配列させた撮像素子を新たに考案して（昭和62
年特許願第203862号）、その一実施例としてＰＳＤアレ
イを用いた形状計測装置を実際に試作し、この装置が目
標通りビデオレート以上の高速計測のみならず、精度±
0.3％程度で連続計測をも可能にすることを確認した。 〔(1) K. Araki, M. Sato, T. Noda, Y. Chiba and M.
Shimizu: " High Speed and Continuous Rangefinding System.
", The IEICETransaction on Information and Syste
m, Vol.E74, No.10,pp.3400-3406(1991). (2) 荒木和男，清水 優，野田貴之，千葉裕二，津田幸
文，池谷和俊，三宮邦夫，五味睦子：”高速・連続３次
元計測システム”，第２２回画像工学コンファレンス論
文集，Vol. 22, pp243 246(1991)〕
投射スリット光と、対象物体上のスリット光像の位置情
報、特に後者を可能な限り高速で獲得することである。
このため、本発明者らは、スリット光像の位置情報を獲
得するにあたって撮像面の走査を必要としない非走査型
の撮像素子、すなわち、一次元位置検出素子を短辺方向
に複数個配列させた撮像素子を新たに考案して（昭和62
年特許願第203862号）、その一実施例としてＰＳＤアレ
イを用いた形状計測装置を実際に試作し、この装置が目
標通りビデオレート以上の高速計測のみならず、精度±
0.3％程度で連続計測をも可能にすることを確認した。 〔(1) K. Araki, M. Sato, T. Noda, Y. Chiba and M.
Shimizu: " High Speed and Continuous Rangefinding System.
", The IEICETransaction on Information and Syste
m, Vol.E74, No.10,pp.3400-3406(1991). (2) 荒木和男，清水 優，野田貴之，千葉裕二，津田幸
文，池谷和俊，三宮邦夫，五味睦子：”高速・連続３次
元計測システム”，第２２回画像工学コンファレンス論
文集，Vol. 22, pp243 246(1991)〕
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スリット光源
として定常光を使用している限り、現状では測定距離が
１ｍ程度以内となり、ナビゲーションシステムなど遠距
離測定を必要とする分野への適用には課題を残してい
る。また、自然光条件下では、自然光の低周波的揺らぎ
および突発的な外乱光の影響で測定精度の面でも若干不
十分なものとなっている。
として定常光を使用している限り、現状では測定距離が
１ｍ程度以内となり、ナビゲーションシステムなど遠距
離測定を必要とする分野への適用には課題を残してい
る。また、自然光条件下では、自然光の低周波的揺らぎ
および突発的な外乱光の影響で測定精度の面でも若干不
十分なものとなっている。
【０００８】このような状況下で、本発明は、広範囲の
例えば数ｍ〜１０ｍ程度の遠距離計測ができ、しかも、
自然光条件下でも高精度で計測できる、高速かつ連続計
測可能な形状計測方法を提供することを目的とする。
例えば数ｍ〜１０ｍ程度の遠距離計測ができ、しかも、
自然光条件下でも高精度で計測できる、高速かつ連続計
測可能な形状計測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上に述べた課題を解決
するために、本発明ではまず、スリット光源(101)の発
光強度を変調用信号(102)によって正弦波状あるいはパ
ルス波状に制御する。
するために、本発明ではまず、スリット光源(101)の発
光強度を変調用信号(102)によって正弦波状あるいはパ
ルス波状に制御する。
【００１０】このように制御されたスリット光を以下で
は変調スリット光(103)と呼ぶ。この変調スリット光(10
3)を回転ミラーなどを使用したスリット光走査機構(10
4)によって一定の角速度ωで偏向して対象物体(106)を
走査し、この時得られる対象物体(106)上のスリット光
像(107)を撮像装置(108)の撮像面(109)上に結像させ
る。この撮像面(109)は、例えば特願昭62-203862号に提
示した非走査型撮像素子(200)のものであって、この非
走査型撮像素子(200)は、１次元光位置検出素子(201)を
その短辺方向に複数個配列させて構成されており、各１
次元光位置検出素子（以後、各チャンネルと呼ぶことが
ある）毎に信号処理回路(202)が接続されており、各１
次元光位置検出素子(201)上に結像したスリット光像(10
7)の位置情報信号(110)をリアルタイムで出力する。
は変調スリット光(103)と呼ぶ。この変調スリット光(10
3)を回転ミラーなどを使用したスリット光走査機構(10
4)によって一定の角速度ωで偏向して対象物体(106)を
走査し、この時得られる対象物体(106)上のスリット光
像(107)を撮像装置(108)の撮像面(109)上に結像させ
る。この撮像面(109)は、例えば特願昭62-203862号に提
示した非走査型撮像素子(200)のものであって、この非
走査型撮像素子(200)は、１次元光位置検出素子(201)を
その短辺方向に複数個配列させて構成されており、各１
次元光位置検出素子（以後、各チャンネルと呼ぶことが
ある）毎に信号処理回路(202)が接続されており、各１
次元光位置検出素子(201)上に結像したスリット光像(10
7)の位置情報信号(110)をリアルタイムで出力する。
【００１１】一方、スリット光の投射方向データをリア
ルタイムで生成する。例えば、変調スリット光(103)が
予め定めた基準位置にきた時点にスリット光走査機構(1
04)が出力する基準位置信号(111)を起点としてクロック
パルスをカウントして起点からの経過時間(112)を投射
方向データとする。先に述べたように、変調スリット光
(103)の偏向角速度ωが一定に制御されているから、こ
の経過時間(112)が変調スリット光１０３の投射方向を
あたえる。なお、スリット光走査機構(104)にて回転同
期パルスを発生しこれをクロックパルスに代えてカウン
トしてもよい。次に、非走査型撮像素子(200)から出力
される、撮像面(109)上のスリット光像(107)の位置情報
信号(110)と経過時間(112)すなわち投射方向デ−タと
を、信号処理・演算部(113)で、スリット光投影法の原
理に基づいて処理して、対象物体(106)上のスリット光
像の各点の空間座標（３次元座標）値(114)を求める。
ルタイムで生成する。例えば、変調スリット光(103)が
予め定めた基準位置にきた時点にスリット光走査機構(1
04)が出力する基準位置信号(111)を起点としてクロック
パルスをカウントして起点からの経過時間(112)を投射
方向データとする。先に述べたように、変調スリット光
(103)の偏向角速度ωが一定に制御されているから、こ
の経過時間(112)が変調スリット光１０３の投射方向を
あたえる。なお、スリット光走査機構(104)にて回転同
期パルスを発生しこれをクロックパルスに代えてカウン
トしてもよい。次に、非走査型撮像素子(200)から出力
される、撮像面(109)上のスリット光像(107)の位置情報
信号(110)と経過時間(112)すなわち投射方向デ−タと
を、信号処理・演算部(113)で、スリット光投影法の原
理に基づいて処理して、対象物体(106)上のスリット光
像の各点の空間座標（３次元座標）値(114)を求める。
【００１２】なお、上記説明中には、理解を容易にする
ために、本発明の一実施態様を示す図１に表わした記号
をカッコを付して示した。以下、図１を参照して本発明
の一実施態様を説明すると、信号処理部・演算部１１３
では、入力されてくるスリット光像１０７の位置情報信
号１１０を変調スリット光１０３の変調用信号１０２の
周波数を考慮して各チャンネル毎に帯域増幅器３０１
（図３）で帯域増幅して、 経路I：検波および復調回路３０２で検波・復調後、経
過時間１１２を基準とした適切なサンプリング時間にＡ
／Ｄ変換器３０３でＡ／Ｄ変換した後、もしくは、 経路II：検波・復調することなく、変調スリット光１０
３の変調用信号１０２と同期させてＡ／Ｄ変換して、位
置情報信号１１０を経過時間１１２基準でディジタル化
した位置情報データ３０４を得る。この時ディジタル化
された順番、すなわちＡ／Ｄ変換のサンプリング時間が
変調スリット光１０３の投射方向をあたえ、その時のデ
ータが対応するスリット光像１０７の撮像面上での位置
情報を与えているから、演算回路３０５でスリット光投
影法の原理に基づいて処理をして対象物体１０６上の点
の空間座標（３次元座標）値１１４を求める。
ために、本発明の一実施態様を示す図１に表わした記号
をカッコを付して示した。以下、図１を参照して本発明
の一実施態様を説明すると、信号処理部・演算部１１３
では、入力されてくるスリット光像１０７の位置情報信
号１１０を変調スリット光１０３の変調用信号１０２の
周波数を考慮して各チャンネル毎に帯域増幅器３０１
（図３）で帯域増幅して、 経路I：検波および復調回路３０２で検波・復調後、経
過時間１１２を基準とした適切なサンプリング時間にＡ
／Ｄ変換器３０３でＡ／Ｄ変換した後、もしくは、 経路II：検波・復調することなく、変調スリット光１０
３の変調用信号１０２と同期させてＡ／Ｄ変換して、位
置情報信号１１０を経過時間１１２基準でディジタル化
した位置情報データ３０４を得る。この時ディジタル化
された順番、すなわちＡ／Ｄ変換のサンプリング時間が
変調スリット光１０３の投射方向をあたえ、その時のデ
ータが対応するスリット光像１０７の撮像面上での位置
情報を与えているから、演算回路３０５でスリット光投
影法の原理に基づいて処理をして対象物体１０６上の点
の空間座標（３次元座標）値１１４を求める。
【００１３】また、位置情報信号１１０を帯域増幅後、
検波・復調することなく、変調スリット光１０３の変調
用信号１０２と同期させてＡ／Ｄ変換する方式（以後、
同期検出方式と呼ぶ）の場合には、光源１０１を複数個
（以後、光源１，２，３，・・・・，光源ｎと記す）使
用し、これらを、図４に示したように、予め定めた順
序、例えば、光源１，２，３，・・・，ｎの順序で、し
かもどの２つも同時に発光していないように制御し、こ
れを１シーケンスとして繰り返させる。
検波・復調することなく、変調スリット光１０３の変調
用信号１０２と同期させてＡ／Ｄ変換する方式（以後、
同期検出方式と呼ぶ）の場合には、光源１０１を複数個
（以後、光源１，２，３，・・・・，光源ｎと記す）使
用し、これらを、図４に示したように、予め定めた順
序、例えば、光源１，２，３，・・・，ｎの順序で、し
かもどの２つも同時に発光していないように制御し、こ
れを１シーケンスとして繰り返させる。
【００１４】以上のようにして得られた空間座標値１１
４は、直ちに、ディスプレイ上に表示し、かつ／あるい
は、大容量のメモリ部、磁気テープ，磁気ディスク，光
ディスク等の大容量の外部記憶装置１１５、に格納し、
コンピュータ等によるディジタル処理に委ねる。
４は、直ちに、ディスプレイ上に表示し、かつ／あるい
は、大容量のメモリ部、磁気テープ，磁気ディスク，光
ディスク等の大容量の外部記憶装置１１５、に格納し、
コンピュータ等によるディジタル処理に委ねる。
【００１５】また、本発明で使用する非走査型撮像素子
２００の各チャンネル間にはダミーの電極２０３を設け
これを全て接地する。さらに、各チャンネルの有効受光
面外の両端部にダミーの抵抗層２０４を設ける。
２００の各チャンネル間にはダミーの電極２０３を設け
これを全て接地する。さらに、各チャンネルの有効受光
面外の両端部にダミーの抵抗層２０４を設ける。
【００１６】
【作用】基本的には前記昭和６２年特許願第２０３８６
２号に記載した手法によっており、高速計測および連続
計測が可能である。
２号に記載した手法によっており、高速計測および連続
計測が可能である。
【００１７】本発明では更に、変調スリット光(103)を
使用するので、耐雑音性能が飛躍的に向上し、雑音の中
に埋もれた微弱な信号成分も検出できるようになるの
で、遠距離測定も可能となる。また、自然光条件下の定
常的および低周波的な光の揺らぎ、および、突発的な外
乱光の影響も除去できるので、戸外での計測も可能とな
る。
使用するので、耐雑音性能が飛躍的に向上し、雑音の中
に埋もれた微弱な信号成分も検出できるようになるの
で、遠距離測定も可能となる。また、自然光条件下の定
常的および低周波的な光の揺らぎ、および、突発的な外
乱光の影響も除去できるので、戸外での計測も可能とな
る。
【００１８】また、位置情報信号(110)を帯域増幅した
後、検波・復調する方式の場合は、必要な信号は振幅変
調された位置情報信号(110)の包絡波であるから、精度
を上げるためにはスリット光の変調用信号(102)の周波
数を高周波にしなければならないが、この結果、撮像素
子および信号処理回路部分の周波数特性への要求が厳し
くなり、実装置化の面で不利となる。しかし、本発明に
おいて、検波・復調することなく、光ビームの変調用信
号と同期させて検出する方式、すなわち先述の同期検出
方式を採用する場合には、空間分解能に対応する周波数
で変調すれば、良いから、一般に低周波変調で済む。例
えば、空間分解能が128、すなわち128スリット光／１シ
ーンの分解能で、32シーン／秒の計測速度で測定する場
合には、128×32＝4096Ｈｚの変調周波数で済む。
後、検波・復調する方式の場合は、必要な信号は振幅変
調された位置情報信号(110)の包絡波であるから、精度
を上げるためにはスリット光の変調用信号(102)の周波
数を高周波にしなければならないが、この結果、撮像素
子および信号処理回路部分の周波数特性への要求が厳し
くなり、実装置化の面で不利となる。しかし、本発明に
おいて、検波・復調することなく、光ビームの変調用信
号と同期させて検出する方式、すなわち先述の同期検出
方式を採用する場合には、空間分解能に対応する周波数
で変調すれば、良いから、一般に低周波変調で済む。例
えば、空間分解能が128、すなわち128スリット光／１シ
ーンの分解能で、32シーン／秒の計測速度で測定する場
合には、128×32＝4096Ｈｚの変調周波数で済む。
【００１９】また、スリット光投影法では投射光に対し
て陰になる部分の計測ができないという、いわゆる死角
の問題があり、この問題点を軽減するために第２，第
３，・・・，第ｎの光源を設けてそれぞれ異なる方向か
ら投射して計測を繰り返す、いわゆる多光源方式を採用
することがある。しかし、従来の多光源方式の場合に
は、第１の光源で１シーンの計測を終えた後に第２，第
３，・・・，第ｎの光源に順次切り替えて計測を繰り返
すので、得られたシーン間の時間的ずれが大きいが、本
発明の同期検出方式では、シーン間の時間的ずれはスリ
ット光の変調用信号(102)の１周期程度にすぎず、実質
上無視できる。すなわち、実質上複数の光源を同時発光
させながら計測した場合と同様の結果が得られる。
て陰になる部分の計測ができないという、いわゆる死角
の問題があり、この問題点を軽減するために第２，第
３，・・・，第ｎの光源を設けてそれぞれ異なる方向か
ら投射して計測を繰り返す、いわゆる多光源方式を採用
することがある。しかし、従来の多光源方式の場合に
は、第１の光源で１シーンの計測を終えた後に第２，第
３，・・・，第ｎの光源に順次切り替えて計測を繰り返
すので、得られたシーン間の時間的ずれが大きいが、本
発明の同期検出方式では、シーン間の時間的ずれはスリ
ット光の変調用信号(102)の１周期程度にすぎず、実質
上無視できる。すなわち、実質上複数の光源を同時発光
させながら計測した場合と同様の結果が得られる。
【００２０】また、非走査型撮像素子(200)の各チャン
ネル間にダミー電極(203)を設けこれを接地するので、
チャンネル間のクロストークが著しく減少し、計測精度
が向上する。さらに、各チャンネルの両端に設けたダミ
ー抵抗層(204)は非走査型撮像素子(200)の両端付近の検
出精度を向上させる。本発明の他の目的および特徴は、
図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろ
う。
ネル間にダミー電極(203)を設けこれを接地するので、
チャンネル間のクロストークが著しく減少し、計測精度
が向上する。さらに、各チャンネルの両端に設けたダミ
ー抵抗層(204)は非走査型撮像素子(200)の両端付近の検
出精度を向上させる。本発明の他の目的および特徴は、
図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろ
う。
【００２１】
【実施例】本発明による計測装置の一実施例を図５に示
す。この装置は、スリット光の光源としては半導体レー
ザ５０１を用い、一定周期のパルス状信号５０２によっ
てパルス発光させ、この変調された出力ビームをシリン
ドリカルレンズを含むレンズ系５０３によって垂直方向
に拡大して、変調スリット光１０３を得る。この変調ス
リット光１０３をガルバノメータとこれにとりつけられ
たミラーによって構成されたスリット光走査機構１０４
が、一定角速度ωで偏向し、対象シーン１０５を走査す
る。この時得られる対象物体１０６のスリット光像１０
７を、図示を省略した光学系が撮像装置１０８の撮像面
１０９上に結像させるが、この撮像面１０９は、例えば
128行１列のＰＳＤアレイ５０４で構成される。このＰ
ＳＤアレイ５０４は、スリット光像１０７の撮像面１０
９上における位置情報信号１１０をリアルタイムで出力
する。この原理あるいは論理は、〔荒木和男，清水
優，野田貴之，千葉裕二，津田幸文，池谷和俊，三宮邦
夫，五味睦子：”高速・連続３次元計測システム”，第
２２回画像工学コンファレンス論文集，Vol. 22.pp.243
-246(1991)〕に開示したものである。
す。この装置は、スリット光の光源としては半導体レー
ザ５０１を用い、一定周期のパルス状信号５０２によっ
てパルス発光させ、この変調された出力ビームをシリン
ドリカルレンズを含むレンズ系５０３によって垂直方向
に拡大して、変調スリット光１０３を得る。この変調ス
リット光１０３をガルバノメータとこれにとりつけられ
たミラーによって構成されたスリット光走査機構１０４
が、一定角速度ωで偏向し、対象シーン１０５を走査す
る。この時得られる対象物体１０６のスリット光像１０
７を、図示を省略した光学系が撮像装置１０８の撮像面
１０９上に結像させるが、この撮像面１０９は、例えば
128行１列のＰＳＤアレイ５０４で構成される。このＰ
ＳＤアレイ５０４は、スリット光像１０７の撮像面１０
９上における位置情報信号１１０をリアルタイムで出力
する。この原理あるいは論理は、〔荒木和男，清水
優，野田貴之，千葉裕二，津田幸文，池谷和俊，三宮邦
夫，五味睦子：”高速・連続３次元計測システム”，第
２２回画像工学コンファレンス論文集，Vol. 22.pp.243
-246(1991)〕に開示したものである。
【００２２】一方、変調スリット光１０３は一定の角速
度ωで偏向されているから、変調スリット光１０３の投
射方向は変調スリット光１０３がある基準方向を通過し
た時点からの経過時間１１２と対応づけられる。そこ
で、本実施例では、スリット光走査機構１０４のガルバ
ノメータの回転角度が予め定めた角度にきたとき（すな
わち、ガルバノメータへの回転角度制御用信号電圧が予
め定めた一定値になったとき）、スリット光走査機構１
０４が基準位置信号１１１を発生し、これがトリガ信号
として、クロックカウンタ５０５に与えられる。クロッ
クカウンタ５０５は、このトリガ信号に応答してクリア
＆カウントスタ−トし、カウンタ５０５のカウントデ−
タが、基準位置信号１１１が発生してからの経過時間を
表わす。カウントデ−タを、図５中には、「経過時間１
１２」と表記した。信号処理・演算部１１３は、位置情
報信号１１０と経過時間１１２から、スリット光像１０
７の各点の空間座標値１１４を算出して、順次ディスプ
レイに表示するとともに、メモリ５０６に格納する。
度ωで偏向されているから、変調スリット光１０３の投
射方向は変調スリット光１０３がある基準方向を通過し
た時点からの経過時間１１２と対応づけられる。そこ
で、本実施例では、スリット光走査機構１０４のガルバ
ノメータの回転角度が予め定めた角度にきたとき（すな
わち、ガルバノメータへの回転角度制御用信号電圧が予
め定めた一定値になったとき）、スリット光走査機構１
０４が基準位置信号１１１を発生し、これがトリガ信号
として、クロックカウンタ５０５に与えられる。クロッ
クカウンタ５０５は、このトリガ信号に応答してクリア
＆カウントスタ−トし、カウンタ５０５のカウントデ−
タが、基準位置信号１１１が発生してからの経過時間を
表わす。カウントデ−タを、図５中には、「経過時間１
１２」と表記した。信号処理・演算部１１３は、位置情
報信号１１０と経過時間１１２から、スリット光像１０
７の各点の空間座標値１１４を算出して、順次ディスプ
レイに表示するとともに、メモリ５０６に格納する。
【００２３】
【発明の効果】本発明に基けば、暗室条件下はもとよ
り、自然光条件下でも、高速で精度良くしかも連続的に
対象シーン内の物体の距離情報が遠距離に至るまで獲得
できるので、対象シーン内の物体の急激な変化に対応で
き、また、より自然な状態で対象物体の３次元的動きを
とらえることができる。したがって、ＣＡＤ／ＣＡＭ，
コンピュータビジョン，移動ロボットビジョン，コンピ
ュータグラフィックス，３次元動画アニメーション，３
次元画像伝送などの産業分野はもとより、工学，体育，
医学，服飾学などの分野における生体や自然物の計測と
解析など、多方面で応用でき、その波及効果は計り知れ
ないものがあろう。
り、自然光条件下でも、高速で精度良くしかも連続的に
対象シーン内の物体の距離情報が遠距離に至るまで獲得
できるので、対象シーン内の物体の急激な変化に対応で
き、また、より自然な状態で対象物体の３次元的動きを
とらえることができる。したがって、ＣＡＤ／ＣＡＭ，
コンピュータビジョン，移動ロボットビジョン，コンピ
ュータグラフィックス，３次元動画アニメーション，３
次元画像伝送などの産業分野はもとより、工学，体育，
医学，服飾学などの分野における生体や自然物の計測と
解析など、多方面で応用でき、その波及効果は計り知れ
ないものがあろう。
【図１】 本発明の一態様の装置構成の概要を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】 図１に示す撮像装置１０８の非走査型撮像素
子２００の構成概要を示すブロック図である。
子２００の構成概要を示すブロック図である。
【図３】 図１に示す信号処理・演算部１１３の構成概
要を示すブロック図である。
要を示すブロック図である。
【図４】 本発明を多光源方式で実施する場合の光源群
の発光タイミングを示すタイムチャ−トである。
の発光タイミングを示すタイムチャ−トである。
【図５】 本発明の一実施例の装置構成を示すブロック
図である。
図である。
【図６】 本発明で用いるスリット光投影法における、
光源，測定対象物体および撮像装置の関係を示す斜視図
である。
光源，測定対象物体および撮像装置の関係を示す斜視図
である。
１０１：スリット光源 １０２：スリッ
ト光の変調用信号 １０３：変調されたスリット光、すなわち変調スリット
光 １０４：スリット光走査機構 １０５：対象シ
ーン １０６：対象物体 １０７：対象物
体上のスリット光像 １０８：撮像装置 １０９：撮像面 １１０：スリット光像１０７の撮像面１０９上における
位置情報信号 １１１：基準位置信号 １１２：経過時
間 １１３：信号処理・演算部 １１４：対象物体１０６上の点の空間座標値 １１５：大容量外部記憶装置 １１６：全体制
御部 ２００：非走査型撮像素子 ２０１：一次元
光位置検出素子 ２０２：信号処理回路 ２０３：ダミー
電極 ２０４：ダミー抵抗層 ３０１：帯域増
幅器 ３０２：検波・複調回路 ３０３：Ａ／Ｄ
変換器 ３０４：スリット光像のディジタル化された位置情報デ
ータ ３０５：演算回路 ５０１：半導体
レーザ ５０２：変調用パルス状信号（＝変調用信号１０２） ５０３：シリンドリカルレンズ等のレンズ群 ５０４：ＰＳＤアレイ（＝撮像面１０９） ５０５：クロックカウンタ ５０６：メモリ ６０１：スリット光
ト光の変調用信号 １０３：変調されたスリット光、すなわち変調スリット
光 １０４：スリット光走査機構 １０５：対象シ
ーン １０６：対象物体 １０７：対象物
体上のスリット光像 １０８：撮像装置 １０９：撮像面 １１０：スリット光像１０７の撮像面１０９上における
位置情報信号 １１１：基準位置信号 １１２：経過時
間 １１３：信号処理・演算部 １１４：対象物体１０６上の点の空間座標値 １１５：大容量外部記憶装置 １１６：全体制
御部 ２００：非走査型撮像素子 ２０１：一次元
光位置検出素子 ２０２：信号処理回路 ２０３：ダミー
電極 ２０４：ダミー抵抗層 ３０１：帯域増
幅器 ３０２：検波・複調回路 ３０３：Ａ／Ｄ
変換器 ３０４：スリット光像のディジタル化された位置情報デ
ータ ３０５：演算回路 ５０１：半導体
レーザ ５０２：変調用パルス状信号（＝変調用信号１０２） ５０３：シリンドリカルレンズ等のレンズ群 ５０４：ＰＳＤアレイ（＝撮像面１０９） ５０５：クロックカウンタ ５０６：メモリ ６０１：スリット光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30
Claims (2)
- 【請求項１】 スリット光源の発光強度を、変調用信号
によって正弦波状あるいはパルス状に制御し、このよう
に制御されたスリット光を一定角速度で偏向し、前記ス
リット光を対象物体に投射し、このとき得られる対象物
体上のスリット状の光学像すなわちスリット像を、１次
元光位置検出素子を複数個配列した非走査型撮像素子上
に結像し、この非走査型撮像素子がリアルタイムで出力
する前記スリット像の位置情報データを獲得する形状計
測装置において、 前記スリット光源を複数個使用して、これらを予め定め
た順序で、しかもどの２つも同時に発光していないよう
に位相をずらした各変調用信号で各発光強度を制御し、
これを１シーケンスとして発光を繰り返しながら、それ
ぞれ異なる方向から対象物体に投射し、各スリット光の
変調用信号と同期させて各スリット像の位置情報データ
を獲得することを特徴とする形状計測装置。 - 【請求項２】 スリット光源の発光強度を、変調用信号
によって正弦波状あるいはパルス状に制御し、このよう
に制御されたスリット光を一定角速度で偏向し、前記ス
リット光を対象物体に投射し、このとき得られる対象物
体上のスリット状の光学像すなわちスリット像を、１次
元光位置検出素子を複数個配列した非走査型撮像素子上
に結像し、この非走査型撮像素子がリアルタイムで出力
する前記スリット像の位置情報データを獲得する形状計
測装置において、 前記非走査型撮像素子は、各チャンネル間にダミーの電
極を設けてこれを接地し、各チャンネルの有効受光面外
の両端にダミーの抵抗層を設けたものである、ことを特
徴とする形状計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04064364A JP3093023B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04064364A JP3093023B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 形状計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180635A JPH05180635A (ja) | 1993-07-23 |
| JP3093023B2 true JP3093023B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13256142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04064364A Expired - Fee Related JP3093023B2 (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3093023B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0549303U (ja) * | 1991-12-04 | 1993-06-29 | 株式会社日立工機原町 | スライド式切断機の切込深さ規制装置 |
| US11486450B2 (en) | 2017-01-27 | 2022-11-01 | Nabeya Bi-Tech Kabushiki Kaisha | Shaft coupling |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001056214A (ja) * | 1999-06-10 | 2001-02-27 | Konica Corp | 光学式表面変位検出装置、パターン認識装置及び光学式表面変位検出方法 |
-
1992
- 1992-01-08 JP JP04064364A patent/JP3093023B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0549303U (ja) * | 1991-12-04 | 1993-06-29 | 株式会社日立工機原町 | スライド式切断機の切込深さ規制装置 |
| US11486450B2 (en) | 2017-01-27 | 2022-11-01 | Nabeya Bi-Tech Kabushiki Kaisha | Shaft coupling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05180635A (ja) | 1993-07-23 |
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