JPH01313708A - エッジ抽出方式およびそれを用いる計測方法 - Google Patents
エッジ抽出方式およびそれを用いる計測方法Info
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- JPH01313708A JPH01313708A JP14504588A JP14504588A JPH01313708A JP H01313708 A JPH01313708 A JP H01313708A JP 14504588 A JP14504588 A JP 14504588A JP 14504588 A JP14504588 A JP 14504588A JP H01313708 A JPH01313708 A JP H01313708A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の属する技術分野
本発明は、商品や美術品やタレイモデル等の立体物の表
面形状を参照光または参照パターンを用いて計測し、こ
れを３次元空間における座標値として出力する物体の形
状計測分野におけるエツジ抽出方式およびそれを用いる
計測方法に関する。
面形状を参照光または参照パターンを用いて計測し、こ
れを３次元空間における座標値として出力する物体の形
状計測分野におけるエツジ抽出方式およびそれを用いる
計測方法に関する。
（２）従来の技術
従来の参照光を用いた形状計測装置においては。
物体の表面を一定の間隔でサンプリングし、該サンプリ
ング点にレーザー光線などの参照光を照射し、三角測量
の原理で該サンプリング点までの距離を計測するように
している。例として、Ｎ単のため二次元平面で考えると
、第８図に示すように観測レンズ節点と観測面との距離
がｆである観測光学系（カメラ等）の節点が点０にあり
１点０から光軸に垂直にＬだけ離れた点Ａに参照光投射
機があるものとする。点Ｏを原点、ｙ軸を観測光学系の
光軸方向、Ｘ軸をＯＢ方向とする。参照光投射機から照
射された参照光（光ビーム）によって物体上にサンプリ
ング点Ｐが与えられ、参照光の投射角θ、と観測光学系
における点Ｐの像位置Ｐ、とからＰの座標値（Ｐ、、Ｐ
ｙ）は。
ング点にレーザー光線などの参照光を照射し、三角測量
の原理で該サンプリング点までの距離を計測するように
している。例として、Ｎ単のため二次元平面で考えると
、第８図に示すように観測レンズ節点と観測面との距離
がｆである観測光学系（カメラ等）の節点が点０にあり
１点０から光軸に垂直にＬだけ離れた点Ａに参照光投射
機があるものとする。点Ｏを原点、ｙ軸を観測光学系の
光軸方向、Ｘ軸をＯＢ方向とする。参照光投射機から照
射された参照光（光ビーム）によって物体上にサンプリ
ング点Ｐが与えられ、参照光の投射角θ、と観測光学系
における点Ｐの像位置Ｐ、とからＰの座標値（Ｐ、、Ｐ
ｙ）は。
θａ ＝ｊａｎ −’ （ｆ ／ Ｐ ａ ）
（３−１）ｐＸ＝Ｌｔａｎθｂ ／ （ｔａ
ｎθａ ＋ ｔａｎθｂ）＝Ｌｃｏｓθ、 ｓｉｎθ、
／ ｓｉｎ （θ、＋θｂ）Ｐ、＝Ｌｔａｎθ、 ｔ
ａｎ θｂ／ （ｔａｎθ、 ＋ ｔａｎθｂ）＝Ｌｓ
ｉｎθ、 ｓｉｎθｂ ／ ｓｉｎ （θ１＋θｂ）で
与えられる。参照光を光ビームの代わりにスリット光と
して投射する方式は光切断法と呼ばれ。
（３−１）ｐＸ＝Ｌｔａｎθｂ ／ （ｔａ
ｎθａ ＋ ｔａｎθｂ）＝Ｌｃｏｓθ、 ｓｉｎθ、
／ ｓｉｎ （θ、＋θｂ）Ｐ、＝Ｌｔａｎθ、 ｔ
ａｎ θｂ／ （ｔａｎθ、 ＋ ｔａｎθｂ）＝Ｌｓ
ｉｎθ、 ｓｉｎθｂ ／ ｓｉｎ （θ１＋θｂ）で
与えられる。参照光を光ビームの代わりにスリット光と
して投射する方式は光切断法と呼ばれ。
スリット光の像の位置からスリット光に沿った線状の座
標値を同時に計測することが出来る。この様な参照光を
用いた形状計測手法は、モアレ法などと比較して、物体
表面の模様などの影響も受けにくく高精度に距離を計測
することが可能である。
標値を同時に計測することが出来る。この様な参照光を
用いた形状計測手法は、モアレ法などと比較して、物体
表面の模様などの影響も受けにくく高精度に距離を計測
することが可能である。
しかし光ビームやスリット光などで物体表面をサンプリ
ングして、このサンプリング点（サンプリング線）の座
標値だけを計測するため、これらから物体の形状を再構
成すると、物体表面上のエツジ部や急峻に距離が変化す
る部分が失われてしまう。この様なエツジ部を再現する
ためにはサンプリングの密度を非常に高くすれば良いが
、物体全体を高いサンプリング密度で計測すると、計測
時間と計測データが莫大なものとなる。
ングして、このサンプリング点（サンプリング線）の座
標値だけを計測するため、これらから物体の形状を再構
成すると、物体表面上のエツジ部や急峻に距離が変化す
る部分が失われてしまう。この様なエツジ部を再現する
ためにはサンプリングの密度を非常に高くすれば良いが
、物体全体を高いサンプリング密度で計測すると、計測
時間と計測データが莫大なものとなる。
そこで物体の形状によって生ずるエツジ部ではサンプリ
ング密度を高くシ、それ以外の部分ではサンプリング密
度を低くする機能を距離計測装置に付与することで、計
測データ量を増大させることなく、物体表面上のエツジ
部を再現することが可能となる。これを実現するために
は形状計測の前処理として、物体のエツジ部を抽出する
必要がある。従来のエツジ抽出手法では、物体を撮影し
て得られた濃淡画像情報の微分に基づいてエツジを抽出
していた。すなわち濃淡画像の濃淡値の変化量が大きい
場所をエツジ部と定義していた。この様な濃淡値に基づ
くエツジは、物体の形状だけではなく、物体表面の模様
や影によっても生成される。従って従来のエツジ抽出手
法を単純に適用すると、模様や影の影響で生じるエツジ
部でも高いサンプリング密度で距離計測を行うことにな
るから、計測データが増大するという欠点がある。
ング密度を高くシ、それ以外の部分ではサンプリング密
度を低くする機能を距離計測装置に付与することで、計
測データ量を増大させることなく、物体表面上のエツジ
部を再現することが可能となる。これを実現するために
は形状計測の前処理として、物体のエツジ部を抽出する
必要がある。従来のエツジ抽出手法では、物体を撮影し
て得られた濃淡画像情報の微分に基づいてエツジを抽出
していた。すなわち濃淡画像の濃淡値の変化量が大きい
場所をエツジ部と定義していた。この様な濃淡値に基づ
くエツジは、物体の形状だけではなく、物体表面の模様
や影によっても生成される。従って従来のエツジ抽出手
法を単純に適用すると、模様や影の影響で生じるエツジ
部でも高いサンプリング密度で距離計測を行うことにな
るから、計測データが増大するという欠点がある。
（３）発明の目的
本発明の目的は、参照光を用いた形状計測手法において
計測を行う前に物体表面上の形状変化によって生じる実
エツジ部分を予測できるようにし。
計測を行う前に物体表面上の形状変化によって生じる実
エツジ部分を予測できるようにし。
この予測結果に基づいて適応的に形状計測のサンプリン
グ密度を制御するエツジ抽出方式およびそれを用いる計
測方法に関するものである。
グ密度を制御するエツジ抽出方式およびそれを用いる計
測方法に関するものである。
（４）発明の構成
（４−１）発明の特徴と従来の技術との差異本発明では
、物体の形状計測を行う前に物体表面上で計測装置との
距離が急峻に変化する領域（エツジ部）を５例えば第１
図に示すような環状に配したｎ対の照明光２−１ （各
照明は角度αで物体をみこんでいる）を順次点滅しなが
ら物体１をカメラ３によって撮影した２０枚の画像情報
から予測するようにしている。
、物体の形状計測を行う前に物体表面上で計測装置との
距離が急峻に変化する領域（エツジ部）を５例えば第１
図に示すような環状に配したｎ対の照明光２−１ （各
照明は角度αで物体をみこんでいる）を順次点滅しなが
ら物体１をカメラ３によって撮影した２０枚の画像情報
から予測するようにしている。
エツジ領域予測の原理は以下のとおりである。
簡単のためにｎ−１としくすなわち照明光２−１−Ａ、
２−１−Ｂの２台）、第２図に示すような平面上に一本
のエツジ部４が存在する物体１を測定するものとする。
２−１−Ｂの２台）、第２図に示すような平面上に一本
のエツジ部４が存在する物体１を測定するものとする。
また図に示すようにこの物体ｌ上にはエツジ部４とは無
関係な模様５が描かれている。２台の照明光２−１−Ａ
、２−１−Ｂの中間にテレビカメラ等のカメラ３を配置
し、まず照明光２−１−Ａだけを点灯して物体１を撮影
する。照明光２−１−Ａと反対側に影が出来るから撮影
された画像７は第３図（ａ）の様な影６になる。次に照
明光２−１−Ｂだけを点灯し撮影すると、第３図（ｂ）
の画像７が得られる。第３図（ａ）の画像では各画素の
輝度値に正号を付け。
関係な模様５が描かれている。２台の照明光２−１−Ａ
、２−１−Ｂの中間にテレビカメラ等のカメラ３を配置
し、まず照明光２−１−Ａだけを点灯して物体１を撮影
する。照明光２−１−Ａと反対側に影が出来るから撮影
された画像７は第３図（ａ）の様な影６になる。次に照
明光２−１−Ｂだけを点灯し撮影すると、第３図（ｂ）
の画像７が得られる。第３図（ａ）の画像では各画素の
輝度値に正号を付け。
第３図（ｂ）の画像では各画素の輝度値に負号を付ける
。そして両者間の対応する各画素Ｓ１゜Ｓ、毎に次のよ
うな演算を行い、Ｓｃを求める。
。そして両者間の対応する各画素Ｓ１゜Ｓ、毎に次のよ
うな演算を行い、Ｓｃを求める。
Ｓｅ ＝Ｓｓ Ｉｆ ｌ Ｓ＊ ｌ ＞ ｌ
Ｓｂ ｌＳｃ”’Ｓｔ、ｉｆ ｌｓｂ Ｉ
＞ Ｉｓ、ｌ５ｃ＝Ｏｉｆ ＩＳ−ｌ ＃ ｌ
ｓｂ ｌこれによって得られる画像は第３図（Ｃ）の
様になる。ただし影６に相当する左上り斜線部は負の画
素値を、右上り斜線部は正の画素値を表す。
Ｓｂ ｌＳｃ”’Ｓｔ、ｉｆ ｌｓｂ Ｉ
＞ Ｉｓ、ｌ５ｃ＝Ｏｉｆ ＩＳ−ｌ ＃ ｌ
ｓｂ ｌこれによって得られる画像は第３図（Ｃ）の
様になる。ただし影６に相当する左上り斜線部は負の画
素値を、右上り斜線部は正の画素値を表す。
エツジとは無関係な物体表面上の模様５は上記演算操作
で消去される。第３図（ｃ）の画像中の右上り斜線で描
かれた領域は照明光２−１−Ａを照射した時に物体のエ
ツジ部によって生じる影領域であり、左上り斜線の領域
は照明光２−１−Ｂを照射した場合の影領域である。従
って右上り斜線領域の左辺と左上り斜線領域の右辺とは
物体のエツジ部４であると予想されるから、この領域（
第３図、（ｄ））の近傍で、第４図図示の如く、形状計
測のサンプリング密度を高クシ、それ以外の領域では低
くすれば良いことがわかる。この例では照明が一対（ｎ
＝１）であったが、ｎを増やして第１図に示すように環
状に配置し、各対毎に同様の操作を行えば、あらゆる方
向のエツジ部を検出することが可能となる。
で消去される。第３図（ｃ）の画像中の右上り斜線で描
かれた領域は照明光２−１−Ａを照射した時に物体のエ
ツジ部によって生じる影領域であり、左上り斜線の領域
は照明光２−１−Ｂを照射した場合の影領域である。従
って右上り斜線領域の左辺と左上り斜線領域の右辺とは
物体のエツジ部４であると予想されるから、この領域（
第３図、（ｄ））の近傍で、第４図図示の如く、形状計
測のサンプリング密度を高クシ、それ以外の領域では低
くすれば良いことがわかる。この例では照明が一対（ｎ
＝１）であったが、ｎを増やして第１図に示すように環
状に配置し、各対毎に同様の操作を行えば、あらゆる方
向のエツジ部を検出することが可能となる。
従来の手法では物体のエツジ部がどこにあるかを調べず
に、どこでも（物体が存在しない領域も含めて）同じサ
ンプリング密度で参照光を照射し形状計測を行っていた
。従って第５図（ａ）に示すようにサンプリング点を符
した物体１においては、エツジ部をまたいでサンプリン
グされるから。
に、どこでも（物体が存在しない領域も含めて）同じサ
ンプリング密度で参照光を照射し形状計測を行っていた
。従って第５図（ａ）に示すようにサンプリング点を符
した物体１においては、エツジ部をまたいでサンプリン
グされるから。
これらの測定データから物体形状を再構成すると第５図
（ｂ）に示すようにエツジ部がなだらかになってしまう
欠点を有していた。しかし本発明では前述した原理であ
らかじめ物体表面のエツジ部を抽出し、エツジ部では細
かくサンプリングを行い、そうでないところでは荒くサ
ンプリングして形状計測を行うため、エツジ部を精度良
く再構成することが可能である。
（ｂ）に示すようにエツジ部がなだらかになってしまう
欠点を有していた。しかし本発明では前述した原理であ
らかじめ物体表面のエツジ部を抽出し、エツジ部では細
かくサンプリングを行い、そうでないところでは荒くサ
ンプリングして形状計測を行うため、エツジ部を精度良
く再構成することが可能である。
（４−２）実施例
第６図は本発明の実施例構成図であって、１１は計測対
象となる物体、１２は照明部で、（１２−１−Ａ、
１２−１−Ｂ） −・” （１２−ｎ−Ａ。
象となる物体、１２は照明部で、（１２−１−Ａ、
１２−１−Ｂ） −・” （１２−ｎ−Ａ。
１２−ｎ−Ｂ）は環状に配されたｎ対の照明光。
１３はテレビカメラ等の入力部、１４は点灯制御部、１
５は像蓄積部、１５−４は像蓄積部Ａ。
５は像蓄積部、１５−４は像蓄積部Ａ。
１５−２は像蓄積部Ｂ、１６は演算部、１７は演算結果
蓄積部、１８はエツジ抽出部、１８−１はエツジ抽出部
Ａ、１８−２はエツジ抽出部Ｂ。
蓄積部、１８はエツジ抽出部、１８−１はエツジ抽出部
Ａ、１８−２はエツジ抽出部Ｂ。
１９はエツジ領域蓄積部、２０はサンプリング制御部、
２１は距離計測部、２２は出力部である。
２１は距離計測部、２２は出力部である。
これを動作するには１点灯制御部１４が照明光１２−１
−Ａだけをまず点灯し、入力部１３がら物体１１を撮影
し、撮影像を像蓄積部（Ａ）１５−１に蓄積する。次に
点灯制御部１４は照明光１２−１−Ａを消灯し、照明光
１２−１−Ｂだけを点灯する。入力部１３はこの像を撮
影して像蓄積部（Ｂ）１５−２に蓄積する。演算部１６
は像蓄積部（Ａ）１５−１の内容と像蓄積部（Ｂ）１５
−２の内容を一画素ずつ読みだし、 （４−１）式に
示す演算を行って演算結果蓄積部１７に順次蓄積する。
−Ａだけをまず点灯し、入力部１３がら物体１１を撮影
し、撮影像を像蓄積部（Ａ）１５−１に蓄積する。次に
点灯制御部１４は照明光１２−１−Ａを消灯し、照明光
１２−１−Ｂだけを点灯する。入力部１３はこの像を撮
影して像蓄積部（Ｂ）１５−２に蓄積する。演算部１６
は像蓄積部（Ａ）１５−１の内容と像蓄積部（Ｂ）１５
−２の内容を一画素ずつ読みだし、 （４−１）式に
示す演算を行って演算結果蓄積部１７に順次蓄積する。
エツジ抽出部（Ａ）１８−１は演算結果蓄積部１７の内
容のうち「０」より大きい画素値の領域を読みだし、照
明光１２−１−Ａと照明光１２−１−Ｂとを結ぶ直線に
平行な直線が該領域と接する２点を求め、この２点間に
挟まれ照明光１２−１−Ａ側にある該領域の辺を抽出し
く第７図（ａ））、エツジ領域蓄積部１９に蓄積する。
容のうち「０」より大きい画素値の領域を読みだし、照
明光１２−１−Ａと照明光１２−１−Ｂとを結ぶ直線に
平行な直線が該領域と接する２点を求め、この２点間に
挟まれ照明光１２−１−Ａ側にある該領域の辺を抽出し
く第７図（ａ））、エツジ領域蓄積部１９に蓄積する。
エツジ抽出部（Ｂ）１８−２は演算結果蓄積部１７の内
容のうち「０」より小さい領域を読みだし、照明光１２
−１−Ｂと照明光１２−１−Ａとを結ぶ直線に平行な直
線が該領域に接する２点を求め、この２点間に挟まれ照
明光１２−１−Ｂ側にある該領域の辺を抽出しく第７図
（ｂ））、エツジ領域蓄積部１９に蓄積する。
容のうち「０」より小さい領域を読みだし、照明光１２
−１−Ｂと照明光１２−１−Ａとを結ぶ直線に平行な直
線が該領域に接する２点を求め、この２点間に挟まれ照
明光１２−１−Ｂ側にある該領域の辺を抽出しく第７図
（ｂ））、エツジ領域蓄積部１９に蓄積する。
点灯制御部１４は照明光１２−２−Ａと１２−２−Ｂと
の対について上記と同様の操作を反復し。
の対について上記と同様の操作を反復し。
新たに抽出されたエツジ領域がエツジ領域蓄積部１９に
追加される。同様の操作を残りの全ての照明光対（１２
−３−Ａ、１２−３−Ｂ）・・・・・・（１２−ｎ −
Ａ、 ｌ ２−ｎ−Ｂ）について反復し、エツジ情報
をエツジ領域蓄積部１９に蓄積する。
追加される。同様の操作を残りの全ての照明光対（１２
−３−Ａ、１２−３−Ｂ）・・・・・・（１２−ｎ −
Ａ、 ｌ ２−ｎ−Ｂ）について反復し、エツジ情報
をエツジ領域蓄積部１９に蓄積する。
サンプリング制御部２０はエツジ領域蓄積部１９の内容
を読みだして、エツジ領域の近傍ではサンプリング密度
が高く、そうでないときは低くなるよう計測計画をたて
、距離計測部２１にサンプリング位置を出力する。距離
計測部２１は入力されたサンプリング位置までの距離を
計測し、結果を出力部２２に出力する。
を読みだして、エツジ領域の近傍ではサンプリング密度
が高く、そうでないときは低くなるよう計測計画をたて
、距離計測部２１にサンプリング位置を出力する。距離
計測部２１は入力されたサンプリング位置までの距離を
計測し、結果を出力部２２に出力する。
（５）発明の詳細
な説明した様に１本発明によれば、照明光によって生じ
る影によってエツジ領域を予測し、物体の形状計測を行
う際のサンプリング密度をエツジの有無に応じて適応的
に制御するものであるから、物体のエツジ部の距離情報
を詳細に得ることが可能となり、計測されたデータから
エツジ部を精度良く再構成することが出来る。
る影によってエツジ領域を予測し、物体の形状計測を行
う際のサンプリング密度をエツジの有無に応じて適応的
に制御するものであるから、物体のエツジ部の距離情報
を詳細に得ることが可能となり、計測されたデータから
エツジ部を精度良く再構成することが出来る。
またほぼ対称な位置から２度照明光を照射して影の情報
を得るため、物体表面に模様が存在していても、物体の
形状変化によって生じる実エツジ部だけを抽出すること
が出来る。このために実エツジではない部分での計測サ
ンプリング密度を低くすることが出来る。すなわち冗長
な計測を除去し、計測の手間と計測データ量を消滅する
ことが可能となる。
を得るため、物体表面に模様が存在していても、物体の
形状変化によって生じる実エツジ部だけを抽出すること
が出来る。このために実エツジではない部分での計測サ
ンプリング密度を低くすることが出来る。すなわち冗長
な計測を除去し、計測の手間と計測データ量を消滅する
ことが可能となる。
第１図は本発明によるエツジ抽出方式の構成を示す図、
第２図ないし第４図はエツジ抽出処理を説明する図、第
５図は従来の問題点を説明する図。 第６図は本発明の実施例構成図、第７図は動作を説明す
る図、第８図は従来の説明図を示す。 図中、１．１１は物体、２は照明光、３はカメラ、４は
エツジ部、５は模様、６は影、１２は照明部、１３は入
力部、１６は演算部５１８はエツジ抽出部を表す。 特許出願人 日本電信電話株式会社
第２図ないし第４図はエツジ抽出処理を説明する図、第
５図は従来の問題点を説明する図。 第６図は本発明の実施例構成図、第７図は動作を説明す
る図、第８図は従来の説明図を示す。 図中、１．１１は物体、２は照明光、３はカメラ、４は
エツジ部、５は模様、６は影、１２は照明部、１３は入
力部、１６は演算部５１８はエツジ抽出部を表す。 特許出願人 日本電信電話株式会社
Claims (2)
- （１）物体を照明するＮ対（Ｎは整数）の光源からなる
照明部と、 ２Ｎ個の光源をひとつづつ点滅制御する点灯制御部と、 照明された物体を画像として入力する入力部と入力した
２Ｎ個の画像を蓄積する像蓄積部と蓄積した画像を演算
処理する演算部とを具備し、 蓄積された２Ｎ個の画像のうち、任意の１対の画像のそ
れぞれの陰影部から物体表面のエッジ部を抽出し、これ
をＮ対に対してくりかえし演算処理することを特徴とす
るエッジ抽出方式。 - （２）物体を照明するＮ対（Ｎは整数）の光源から入力
した２Ｎ個の画像を蓄積する像蓄積部と蓄積した画像を
演算処理する演算部とを具備し、 蓄積された２Ｎ個の画像のうち、任意の１対の画像のそ
れぞれの陰影部から物体表面のエッジ部を抽出し、これ
をＮ対に対してくりかえし演算処理するようにし、抽出
された物体のエッジ情報により、物体との距離計測のサ
ンプリングに当たって、エッジ付近ではそれ以外の部分
にくらべて細かく行うことを特徴とする計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14504588A JPH01313708A (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | エッジ抽出方式およびそれを用いる計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14504588A JPH01313708A (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | エッジ抽出方式およびそれを用いる計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01313708A true JPH01313708A (ja) | 1989-12-19 |
Family
ID=15376112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14504588A Pending JPH01313708A (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | エッジ抽出方式およびそれを用いる計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01313708A (ja) |
-
1988
- 1988-06-13 JP JP14504588A patent/JPH01313708A/ja active Pending
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