JPH0331362B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0331362B2 JPH0331362B2 JP7298484A JP7298484A JPH0331362B2 JP H0331362 B2 JPH0331362 B2 JP H0331362B2 JP 7298484 A JP7298484 A JP 7298484A JP 7298484 A JP7298484 A JP 7298484A JP H0331362 B2 JPH0331362 B2 JP H0331362B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- camera
- cross
- light spot
- measurement
- cross filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/024—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、テレビカメラを使用した光点位置の
計測方法に関するものである。
計測方法に関するものである。
従来、光点位置を計測する手法として、半導体
位置検出器（PSD：Position Sensitive Device）
と赤外線発光ダイオード（LED）を使用し、
LEDターゲットからの赤外光をPSD上に結像さ
せ、PSDからの信号によってLEDターゲットの
位置を計測する手法がある。この手法は、複数個
のLEDターゲットの位置を同時に検出すること
ができないこと、位置測定精度が、測定エリアの
１％程度であつて、LEDの三次元座標計測の誤
差は測定距離の４％程度と精度が低いこと等の問
題点がある。
位置検出器（PSD：Position Sensitive Device）
と赤外線発光ダイオード（LED）を使用し、
LEDターゲットからの赤外光をPSD上に結像さ
せ、PSDからの信号によってLEDターゲットの
位置を計測する手法がある。この手法は、複数個
のLEDターゲットの位置を同時に検出すること
ができないこと、位置測定精度が、測定エリアの
１％程度であつて、LEDの三次元座標計測の誤
差は測定距離の４％程度と精度が低いこと等の問
題点がある。
また、曲率断面を有する物体を例えばナトリウ
ムランプによつて照明し、特定の表面からの強い
反射光（ハイライトパターン）をTVカメラでと
り込み、物体の位置計測を行なう手法もある。し
かしながら、この手法は、TVカメラの分解能の
制約から、三次元座標計測の誤差は、測定距離３
〜８ｍの４％程度である。
ムランプによつて照明し、特定の表面からの強い
反射光（ハイライトパターン）をTVカメラでと
り込み、物体の位置計測を行なう手法もある。し
かしながら、この手法は、TVカメラの分解能の
制約から、三次元座標計測の誤差は、測定距離３
〜８ｍの４％程度である。
この様に従来の計測手法においては、いずれ
も、カメラを２台使用したステレオ法による三次
元座標計測における測定精度は、カメラと被写体
の距離の数％となっており、これらの適用は比較
的小さなエリアに限定されていた。
も、カメラを２台使用したステレオ法による三次
元座標計測における測定精度は、カメラと被写体
の距離の数％となっており、これらの適用は比較
的小さなエリアに限定されていた。
測定精度を向上させるためには、カメラの分解
能を向上させればよい。現在、一般的に使用され
ている固体素子型のTVカメラの分解能は、視野
の１／400×１／400程度であり、素子数を増大させれば 原理的にはいくらでも分解能を上げることができ
る。しかし、二次元センサでは、分解能の向上の
割合の二乗で素子数が増加するために、例えば分
解能を１桁上げるためには、素子数は100倍とな
る。それ故に、素子数の増加だけで測定精度を上
げることは得策ではない。
能を向上させればよい。現在、一般的に使用され
ている固体素子型のTVカメラの分解能は、視野
の１／400×１／400程度であり、素子数を増大させれば 原理的にはいくらでも分解能を上げることができ
る。しかし、二次元センサでは、分解能の向上の
割合の二乗で素子数が増加するために、例えば分
解能を１桁上げるためには、素子数は100倍とな
る。それ故に、素子数の増加だけで測定精度を上
げることは得策ではない。
ここにおいて、本発明は、TVカメラの分解能
を上げることなく高精度で、かつ多数の光点位置
を同時に測定できる計測方法を提供しようとする
ものである。
を上げることなく高精度で、かつ多数の光点位置
を同時に測定できる計測方法を提供しようとする
ものである。
本発明の計測方法は、TVカメラのレンズにク
ロスフイルタを取付け、被測定位置からの光点を
クロスフイルタによってストリーク状の複数の線
状像に変換しTVカメラの撮像面に投影させ、前
記光点の位置を複数の線状像の交点として認識
し、位置計測を行なうようにしたものである。
ロスフイルタを取付け、被測定位置からの光点を
クロスフイルタによってストリーク状の複数の線
状像に変換しTVカメラの撮像面に投影させ、前
記光点の位置を複数の線状像の交点として認識
し、位置計測を行なうようにしたものである。
第１図は、本発明の方法を実施するための装置
の一例を示す構成図である。この図において、１
は位置測定すべきターゲツトの光点を示すハロゲ
ンランプあるいはナトリウムランプのような発光
体、２はTVカメラ、３はこのTVカメラのレン
ズに取付けたクロスフイルター（クロススクリー
ン）で、TVカメラ２の固体撮像素子の配列方向
（Ｘ、Ｙ）に対して45゜回転させて取付けてある。
５はTVカメラ２からの信号を入力する画像処理
装置、６は画像処理装置５でフリーズされた画像
信号を入力する計算機である。
の一例を示す構成図である。この図において、１
は位置測定すべきターゲツトの光点を示すハロゲ
ンランプあるいはナトリウムランプのような発光
体、２はTVカメラ、３はこのTVカメラのレン
ズに取付けたクロスフイルター（クロススクリー
ン）で、TVカメラ２の固体撮像素子の配列方向
（Ｘ、Ｙ）に対して45゜回転させて取付けてある。
５はTVカメラ２からの信号を入力する画像処理
装置、６は画像処理装置５でフリーズされた画像
信号を入力する計算機である。
第２図は、TVカメラ２のレンズに取付けるク
ロフイルターの平面図である。図示するクロスフ
イルター３を通して発光体１を見ると、第３図に
示すようなクロスマークが観測される。なお、こ
の図は便宜上白黒を反転させた状態で図示してあ
る。
ロフイルターの平面図である。図示するクロスフ
イルター３を通して発光体１を見ると、第３図に
示すようなクロスマークが観測される。なお、こ
の図は便宜上白黒を反転させた状態で図示してあ
る。
TVカメラ２は、発光体１をクロースフイルタ
ー３を介して撮影しており、その固体撮像素子の
撮像画には、第３図に示されるクロスマークが投
影される。TVカメラ２からの映像信号は、画像
処理装置５に印加され、ここでフリーズされる。
フリーズされた画像は、計算機６に与えられ、２
値化され、背景の中からクロスマークが取り出さ
れる。
ー３を介して撮影しており、その固体撮像素子の
撮像画には、第３図に示されるクロスマークが投
影される。TVカメラ２からの映像信号は、画像
処理装置５に印加され、ここでフリーズされる。
フリーズされた画像は、計算機６に与えられ、２
値化され、背景の中からクロスマークが取り出さ
れる。
第４図イは、このクロスマークを示す。計算機
６は、次に、Ｘ−Ｙ軸を45゜回転したｘ−ｙ軸方
向に対するクロスマークのヒストグラムHx（ｘ）、
Hy（ｙ）を計算する。第４図ロは軸へ投影したヒ
ストグラムを示す。続いて、このヒストグラム
Hx（ｘ）、Hy（ｙ）をそれぞれｘ、ｙで１回微分
し、H′x（ｘ）、H′y（ｙ）を得る。第４図ハはH′y
（ｙ）を示す。
６は、次に、Ｘ−Ｙ軸を45゜回転したｘ−ｙ軸方
向に対するクロスマークのヒストグラムHx（ｘ）、
Hy（ｙ）を計算する。第４図ロは軸へ投影したヒ
ストグラムを示す。続いて、このヒストグラム
Hx（ｘ）、Hy（ｙ）をそれぞれｘ、ｙで１回微分
し、H′x（ｘ）、H′y（ｙ）を得る。第４図ハはH′y
（ｙ）を示す。
そしてH′x（ｘ）、H′y（ｙ）が極大値、極小値を
もつときのｘ、ｙの値をxA、xB、yA、yBとし、
xA≦ｘ≦xB、yA≦ｙ≦yBそれぞれのバンドエリア
内に存在するクロスマークの画像の位置（xi、
yi）データを使用し、最小二乗法により２直線の
式を求め、これらの２直線の交点の位置を計算
し、光点位置を求める。
もつときのｘ、ｙの値をxA、xB、yA、yBとし、
xA≦ｘ≦xB、yA≦ｙ≦yBそれぞれのバンドエリア
内に存在するクロスマークの画像の位置（xi、
yi）データを使用し、最小二乗法により２直線の
式を求め、これらの２直線の交点の位置を計算
し、光点位置を求める。
なお、上記の説明では、クロスフイルター３を
カメラ系の軸に対して45゜方向に回転させて取り
付けたものであるが、この角度は何度でもよい。
カメラ系の軸に対して45゜方向に回転させて取り
付けたものであるが、この角度は何度でもよい。
クロスフイルター３を、レンズ軸のまわりに回
転できる様に取り付け、所定回転角度ごとにクロ
ス像を複数回取り込み、それぞれ所定の演算を行
ない、最適の光点位置を演算するようにすれば、
測定精度と信頼性を向上させることができる。
転できる様に取り付け、所定回転角度ごとにクロ
ス像を複数回取り込み、それぞれ所定の演算を行
ない、最適の光点位置を演算するようにすれば、
測定精度と信頼性を向上させることができる。
なお、クロスフイルター３は、クロスマークが
得られるものの他、光点を中心に６本のストリー
クが出る形式のもの等、他の種類のクロスフイル
ターを用いてもよい。
得られるものの他、光点を中心に６本のストリー
クが出る形式のもの等、他の種類のクロスフイル
ターを用いてもよい。
また、発光体としては、ランプの他、レーザ投
光器と光反射体の組合せであつてもよい。
光器と光反射体の組合せであつてもよい。
第１図装置において、同一ターゲツトを多数回
繰り返して光点位置測定した結果によれば、再現
精度は平均二乗誤差でカメラ画素の約1/10であつ
た。この場合、カメラの画素数は400×400であつ
たが、本発明の方法を採用することによって、カ
メラの視野の1/4000×1/4000の分解能で光点位置
を測定することができた。
繰り返して光点位置測定した結果によれば、再現
精度は平均二乗誤差でカメラ画素の約1/10であつ
た。この場合、カメラの画素数は400×400であつ
たが、本発明の方法を採用することによって、カ
メラの視野の1/4000×1/4000の分解能で光点位置
を測定することができた。
なお、この計測において、物体上のあらかじめ
指定されたポイントの三次元座標を得たい場合に
は、指定されたポイントに物体の反射強度より高
い反射塗料又は反射テープを設置し、レーザ光を
物体全体に走査させるか、あるいはハロゲンラン
プ等、通常のランプで物体を照射し、指定ポイン
トが他の部位に比べて十分明るく輝く状態とすれ
ば、同様の計測が行なえる。
指定されたポイントの三次元座標を得たい場合に
は、指定されたポイントに物体の反射強度より高
い反射塗料又は反射テープを設置し、レーザ光を
物体全体に走査させるか、あるいはハロゲンラン
プ等、通常のランプで物体を照射し、指定ポイン
トが他の部位に比べて十分明るく輝く状態とすれ
ば、同様の計測が行なえる。
この方法により、約５ｍ離れて設置した物体の
表面形状を±５mm以内で計測することができ、こ
れは、従来方法に比べて、精度が１桁以上良好な
結果であつた。
表面形状を±５mm以内で計測することができ、こ
れは、従来方法に比べて、精度が１桁以上良好な
結果であつた。
第５図は、本発明の方法を実現するための装置
の他の構成図で、ここでは、三次元物体の形状計
測を行なう場合を示している。
の他の構成図で、ここでは、三次元物体の形状計
測を行なう場合を示している。
この装置は、走査型レーザ投光器４、クロスフ
イルター３をそれぞれ有する２台のTVカメラ
2a，2b、この２台のTVカメラ2a，2bからの信号
を入力する画像処理装置５、計機機６及び出力装
置７で構成されている。
イルター３をそれぞれ有する２台のTVカメラ
2a，2b、この２台のTVカメラ2a，2bからの信号
を入力する画像処理装置５、計機機６及び出力装
置７で構成されている。
走査型レーザ投光器４からの高輝度のレーザ束
は、三次元物体１に向け投射され、計算機６から
の指示により物体１上を走査あるいは停止する。
物体１上のレーザスポットは、２台のカメラ2a，
2bによつて、それぞれクロスフイルター３を介し
て、クロスパターンとして撮像される。画像処理
装置５及び計算機６は、第１図装置と同様に所定
の演算を行なつて、光点位置が演算される。２台
のTVカメラ2a，2b間の距離は一定距離（基準長）
となっており、この基準長と、各カメラ2a，2bに
よつて得られた各位置からステレオ法にて、物体
１上のスポツトの三次元座標値を演算する。
は、三次元物体１に向け投射され、計算機６から
の指示により物体１上を走査あるいは停止する。
物体１上のレーザスポットは、２台のカメラ2a，
2bによつて、それぞれクロスフイルター３を介し
て、クロスパターンとして撮像される。画像処理
装置５及び計算機６は、第１図装置と同様に所定
の演算を行なつて、光点位置が演算される。２台
のTVカメラ2a，2b間の距離は一定距離（基準長）
となっており、この基準長と、各カメラ2a，2bに
よつて得られた各位置からステレオ法にて、物体
１上のスポツトの三次元座標値を演算する。
物体１上のスポツトの走査と三次元座標の計測
を同期して順次行なうことにより、三次元物体１
の表面形状を測定することができる。
を同期して順次行なうことにより、三次元物体１
の表面形状を測定することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればTVカメ
ラの分解能を上げることなく、高精度でかつ多数
の光点位置を同時に測定できる計測方法が提供で
きる。
ラの分解能を上げることなく、高精度でかつ多数
の光点位置を同時に測定できる計測方法が提供で
きる。
第１図は本発明を実施するための装置の一例を
示す構成図、第２図はクロスフイルターの平面
図、第３図はクロスフイルターによつて得られる
クロスマークを示す図、第４図は計算機６の演算
の一例を説明する波形図、第５図は本発明の方法
を実現するための装置の他の構成図である。 １……発光体、２……TVカメラ、３……クロ
スフイルター、５……画像処理装置、６……電算
機。
示す構成図、第２図はクロスフイルターの平面
図、第３図はクロスフイルターによつて得られる
クロスマークを示す図、第４図は計算機６の演算
の一例を説明する波形図、第５図は本発明の方法
を実現するための装置の他の構成図である。 １……発光体、２……TVカメラ、３……クロ
スフイルター、５……画像処理装置、６……電算
機。
Claims (1)
- １ TVカメラのレンズにクロスフィルタを取付
け、被測定物体からの光点を前記クロスフィルタ
によつてストリーク状の複数の線状像に変換し、
前記TVカメラの撮像面に投影させ、前記光点の
位置を複数の線状像の交点として認識し当該光点
位置の計測を行なうことを特徴とする光点位置計
測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7298484A JPS60218002A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 光点位置計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7298484A JPS60218002A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 光点位置計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60218002A JPS60218002A (ja) | 1985-10-31 |
| JPH0331362B2 true JPH0331362B2 (ja) | 1991-05-02 |
Family
ID=13505160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7298484A Granted JPS60218002A (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 光点位置計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60218002A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5548392A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-20 | Kabushikikaisha Wacom | Optical position detector having scale pattern spot-illuminated to increase resolution |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP7298484A patent/JPS60218002A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60218002A (ja) | 1985-10-31 |
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