JPH0442010A - ３次元形状計測装置 - 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、医療における人体の形状、アパレル産業にお
ける人体の立体採寸、金型の立体形状、鋼板の平坦度等
の計測を非接触で行う３次元形状計測装置に関する。

〔従来技術］ 上記したような測定対象物の３次元形状を非接触で計測
する方法として、代表的なものにスリット光投影法（光
切断法）が、例えば参考文献「第４回産業における画像
センシング技術シンポジウム講演論文集」　（題名「イ
メージエンコーダを用いた３次元曲面形状計測　−スリ
ット光走査によるマクロ形状計測−」、第２３５ページ
乃至第２４０ページ）に上部らによって開示されている
。

このようなスリット光投影法を適用した３次元形状計測
装置１．では、第５図に示すように、スリット光源とな
るレーザ３（半導体レーザ）からの１本のスリット光が
対象物２の表面に照射され、その時上記スリット光によ
る対象物２上の光切断線が、上記スリット光の照射光軸
外に配設されたＣＣＤカメラ５により撮像され、例えば
画像処理後の画像イメージ４０中に示すスリット画像５
０の歪みから、前記対象物２の３次元形状が計測される
ようになっている。このような３次元形状計測装置１ａ
では、上記レーザ３が、該レーザ３に連結された図示せ
ぬスキャナの駆動により図中矢印ｍ方向に回転駆動され
、当該所定の照射角度θを等ピッチずつ変えて上記対象
物２の表面全体を走査するようになっている。

上記したように対象物２の３次元形状を非接触で計測す
るにあたり、広い範囲の対象物を計測する場合には、複
数の、例えばＣＣＤカメラを用いて計測し、それぞれの
ＣＣＤカメラから得られたスリット光像からそれぞれ３
次元形状を求め、当該各３次元形状を合成するといった
手法も開発されつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記３次元形状計測装置１．では、１台のスリット光源
を回転させ照射角度θを変化させて、対象物２全体を計
測している。ところが、上記対象物２の形状が複雑にな
り、その凹凸が大きくなるにつれて、対象物２の表面に
、投影された光切断線の途切れあるいは影の部分が生し
てくる。また、上記対象物２のある面がスリット光の照
射方向と平行若しくは平行に近似したり、あるいは上記
対象物２の表面形状が急激に変化する部位が、ＣＣＤカ
メラ５の描像範囲の端部において撮像された場合に、当
該部位より投影されたスリット画像５０のピッチ幅が広
がることにより面内分解能が悪くなる。そのため、適切
に得られたスリット画像の範囲が狭いものであった。

他方、上記した如く複数のＣＣＤカメラを用いて撮像し
、それぞれのＣＣＤカメラにより撮像されたスリット画
像を合成する手法によれば、上記各ＣＣＤカメラ間の距
離等の誤差に起因して、合成されたスリット画像に、隣
り合ったＣＣＤカメラにより得た各スリット画像の重な
りが生したり或いは上記スリット画像間の隙間ができた
りすることが考えられる。また、このような各スリット
画像を合成するに当たり、従来においては当該合成する
際の基準がなかった。そのため、上記各スリット画像を
精度良く合成することは困難であった。

従って、本発明の目的とするところは、各スリット画像
の重なりや隙間のない適切な複数のスリット画像を得る
ことにより対象物を広範囲に撮像することが可能で、上
記スリット画像の合成を掻めて容易且つ精度良く行うこ
とのできる３次元形状計測装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明が採用する主たる手
段は、その要旨とするところが、測定対象物に対してス
リット光源からスリット光を照射し、投影された前記測
定対象物のスリット画像を照射光軸外に配設された撮像
手段を用いて撮像する一連の操作を前記スリット光に対
して所定の角度あるいは間隔で等ピッチで走査する光源
の走査位宜毎に行うようにした３次元形状計測装置にお
いて、上記測定対象物に対し静止スリット光を照射する
静止スリット光源と、該静止スリット光源の照射光軸を
境にその片側及び他側から上記静止スリット光に交差す
る走査スリット光を上記測定対象物に対し照射する第１
及び第２走査スリット光照射手段と、上記各スリット光
による投影画像を上記静止スリット光源の照射光軸を境
にその片側及び他側から撮像する第１及び第２撮像手段
と、上記片側及び他側から撮像された走査スリット光に
よる各投影画像を上記静止スリット光による投影画像と
の交点を基準として合成する画像合成手段とを具備して
なる点に係る３次元形状計測装置である。

〔作用〕

本発明に係る３次元形状計測装置によれば、後述する画
像合成時の基準として用いるために、静止スリット光が
静止スリット光源から測定対象物に対し照射される。そ
して、上記静止スリット光源の照射光軸を境にその片側
及び他側から、第１及び第２スリット光照射手段が上記
静止スリット光に交差する走査スリット光を上記測定対
象物に対し照射するので、投影されたスリット画像に、
例えば途切れや影が少なくなり、適切なスリット画像と
なる。また、第１及び第２撮像手段が上記各スリット光
によるスリット画像を上記静止スリット光源の照射光軸
を境にその片側及び他側から撮像するので、上記スリッ
ト画像のピンチ幅が広がることがない。更に、上記片側
及び他側から撮像された走査スリット光による各スリッ
ト画像を、画像合成手段が上記静止スリット光によるス
リット画像との交点を基準として合成するので、上記各
スリット画像の合成を極めて容易且つ精度良く行うこと
ができる。

〔実施例〕

以下、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した
実施例につき説明し、本発明の理解に供する。ここに、
第１図は本発明の一実施例に係る３次元形状計測装置を
示すブロック構成図、第２図は同３次元形状計測装置を
用いて対象物の３次元形状を計測する態様を示す概略斜
視図、第３図（ａ）は同３次元形状計測装置の右側ＣＣ
Ｄカメラにより撮像された基準スリット画像を示す状態
説明図、第３図（ｂｌは同３次元形状計測装置の左側Ｃ
ＯＤカメラにより撮像された基準スリット画像を示す状
態説明図、第４図（ａ）は上記右側ＣＣＤカメラにより
撮像された右走査スリット画像を示す状態説明図、第４
図（ｂ）は上記左側ＣＣＤカメラにより撮像された左走
査スリット画像を示す状態説明図である。

尚、以下の実施例は、本発明を具体化した一例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

本実施例に係る３次元形状計測装置１は、第１図及び第
２図に示すように、対象物２に向けて静止スリット光で
ある不可視スリット光（赤外レザ光）を照射する円筒レ
ンズ付きの半導体レーザ（不図示）を備えた基準レーザ
３．と、該基準レザ３．の照射光軸を境にその右側及び
左側から上記基準レーザ３．による静止スリット光に交
差する走査スリット光を上記対象物２に対し照射する右
側レーザ３ｒ及び左側レーザ３Ｉと、該右側レーザ３ｒ
及び左側レーザ３Ｉの不可視スリット光軸に対し直角で
水平方向に向けて上記対象物２の上面に沿って上記右側
レーザ３ｒ及び左側レーザ３！を等ピッチで走査させる
スキャナ６と、該スキャナ６による等ピンチ走査を制御
するスキャナコントローラ７と、上記基準レーザ３８．
右側レーザ３ｒ、左側レーザ３！とスキャナ６とをシリ
アルインタフェイス７を介して制御するエンジニアリン
グワークステーション１０　（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｗｏｒｋ　５ｔａｔｉｏｎ　：以下ＥＷＳと言う）と、
上記各レーザ３１．３ｒ、３７からのスリット光による
各スリット画像を上記基準レーザ３１の照射光軸を境に
その右側及び左側から撮像するように、上記対象物２の
上方で基準レーザ３．の照射光軸から左右の位置に配設
された右側ＣＣＤカメラ５．及び左側ＣＣＤカメラ５Ｉ
と、該右側ＣＣＤカメラ５ｒ及び左側ＣＣＤカメラ５！
により撮像された基準スリット画像５０４．右走査スリ
ット画像５０゜左走査スリット画像５０！を画像データ
として格納する画像メモリ９と、咳画像メモリ９に格納
された右走査スリット画像５０．及び左走査スリット画
像５０！に係る各画像データを上記基準スリット画像５
０．との交点を基準として合成し、当該合成画像を上記
ＥＷＳ　１０に向けて転送する画像プロセッサ８とから
主として構成されている。

上記基準レーザ３．は上記対象物２に対して垂直方向の
上方に配備され、対象物２を中心に上記基準レーザ３．
の照射光軸を境にその右側及び左側に向けて３０°回転
させた位置に、上記右側レーザ３ｒ及び左側レーザ３．
が配備されている。

尚、図中レーザコントローラ１１は赤外レーザ光の出力
及び波長を調整するように上記各レーザ３゜３、．３／
を制御する。ＤＭＡインターフェイス１日は上記画像プ
ロセッサ８と上記ＥＷＳ　１０との間でそれぞれの中央
演算処理装置の介入なしで直接にデータの先送を行う汎
用のインターフェイスである。ｉｉｊ像モニタ２０ｒ及
び２０１は右側ＣＣＤカメラ５．及び左側ＣＣＤカメラ
５Ｉにより撮像された各走査スリット画像５０ｒ、５０
ｉをそれぞれ実時間表示するための画像モニタである。

従って、上記したように構成される３次元形状計測装置
１を用いて対象物２の表面形状を計測する際には、先ず
基準レーザ３．から静止スリット光である基準スリット
光が対象物２に照射される。

そしてこの時、上記基準レーザ３．からの基準スリット
先による対象物２上の基準光切断線３０゜は上記右側Ｃ
ＣＤカメラ５ｒ及び左側ＣＣＤカメラ５７により撮像さ
れる。上記撮像された基準光切断線３０．は第３図（ａ
）及び同図（ｂ）に示すように、画像プロセッサ８によ
って画像イメージ４０１４０！の基準シリンダ画像５０
．とじて画像処理される。そして、画像プロセンサ８は
、上記基準スリット画像５０．０各画像イメージ４０．
，４０！上における位置を検出し、この位置データを画
像メモリ９に格納する。

次に、右側レーザ３．及び左側レーザ３．が起動しそれ
ぞれから対象物２に走査スリット光が照射され、該それ
ぞれの走査スリット光により投影された右光切断＊　ａ
　ｏ　ｒ及び左光切断線３０！が上記右側ＣＣＤカメラ
５ｒ及び左側ＣＣＤカメラ５！により撮像される。この
時、上記各カメラ５゜５Ｉにより撮像された右走査スリ
ット画像５０ｒ及び左走査スリット画像５０７を第４図
（ａ）及び同図（ｂ）の画像イメージ４０ｒ、４０（に
示す。そこで、上記画像プロセッサ８は、右側ＣＣＤカ
メラ５、により撮像された右走査スリット画像５０ｒ（
第４図（ａ））の画像イメージ４０ｒ上での位置を読み
取るために、先に撮像された基準スリット画像５０．（
図中破線で示す）の位置までの右側を当該右走査スリッ
ト画像５０ｒに沿って追跡し、上記基準スリット画像５
０．より右には追跡しない、一方、左側ＣＯＤカメラ５
．により撮像された左走査スリット画像（第４図（ロ）
）は、基準スリット画像５０．の左側が画像イメージ４
０ｚにおける位置の読み取りのために追跡され、上記基
準スリット画像５０．より右へは追跡されない、そこで
、上記基準スリット画像５０．を境に左右に検出された
右走査スリット画像５０．及び左走査スリット画像５０
ｔの位置データはそれぞれ上記画像メモリ９に格納され
る。

このような一連の走査スリント画像読取走査は、上記ス
キャナ６の駆動によって所定の走査方向（図中矢印Ｍで
示す）に対象物２の全面にわたって等ピッチで行われる
。尚、ここでは上記右側レーザ３１と左側レーザ３ノは
、それぞれの照射光軸が略一致した状態で一体的に走査
するように設定されているが、上記右側レーザ３ｒと左
側レーザ３Ｉとを個別に走査させても構わない、そして
、上記画像メモリ９に格納された各スリット画像５０□
、５０ｒ、５０ｔの位置データは、画像プロセッサ８に
より上述したスリット光投影法において適用される周知
の３次元方程式を用いて、対応する３次元座標値が夏山
される。このように、３次元座標に変換された右走査ス
リット画像５０ｒ及び左走査スリット画像５０７の各位
置データは左右画像の合成に供され、上記基準光切断線
３０゜により切断された平面で３次元上一致することに
なる。

尚、上記基準レーザ３！から照射された基準スリット光
は静止した状態で常時照射されるようになっている。そ
のため、走査用のレーザ３ｒ、３Ｉからの走査スリット
光と重なる対象物２上の光切断線においては、輝度が略
２倍になるが、それによるスリット画像のハレーシラン
等は上記画像プロセッサ８において適宜の閾値処理によ
る重心埴が採用されているので、それらを防止すること
ができる。

上記したように、本実施例に係る３次元形状計測装置１
は対象物２に対してその左右がら走査スリシト光を照射
し、同じく対象物２の左右に上記各走査スリット光の照
射光軸外に配設された２台のＣＣＤカメラ５．．５．に
より複数チャンネルに撮像されるので、スリット画像の
途切れや影が少い適切なスリット画像として撮像される
撮像範囲が従来と比べて広くなると共に、スリット画像
のピッチ幅が極端に広がることはない、また、基準レー
ザ３．が上記各ＣＣＤカメラ５．、Ｓ、により撮像され
たスリット画像を合成する際の基準スリット光源として
用いられるため、上記左右の３次元画像データの合成が
極めて容易且つ正確になる。それにより上記３次元画像
データの合成時に当該画像データの重なりや欠落を極力
防止することができる。

又、本実施例において、走査スリット光は基準スリット
光に対し直角に交差するように設定されているが、直角
以外の角度で交差させても構わない。

尚、本実施例においては、第１及び第２走査スリット光
照射手段として、直進性の優れたレーザ光によるスリッ
ト光を用いたが、それに限定されるものではなく、スリ
ット光を照射することのできる適宜の光源を用いれば良
い。

〔発明の効果〕

本発明は、上記したように、測定対象物に対してスリッ
ト光源からスリット光を照射し、投影された前記測定対
象物のスリ、ト画像を照射光軸外に配設された撮像手段
を用いて撮像する一連の操作を前記スリット光に対して
所定の角度あるいは間隔で等ピッチで走査する光源の走
査位置毎に行うようにした３次元形状計測装置において
、上記測定対象物に対し静止スリット光を照射する静止
スリット光源と、該静止スリット光源の照射光軸を境に
その片側及び他側から上記静止スリット光に交差する走
査スリット光を上記測定対象物に対し照射する第１及び
第２走査スリット光照射手段と、上記各スリット光によ
る投影画像を上記静止スリット光源の照射光軸を境にそ
の片側及び他側から撮像する第１及び第２撮像手段と、
上記片側及び他側から撮像された走査スリット光による
各投影画像を上記静止スリット光による投影画像との交
点を基準として合成する画像合成手段とを具備してなる
ことを特徴とする３次元形状計測装置であるから、各ス
リット画像の重なりや隙間のない適切な複数のスリット
画像を得ることができる。

それにより、対象物を広範囲に撮像することが可能とな
る。また、上記静止スリット光により対象物に係る上記
複数のスリット画像の受は持ち範囲が明確化されるので
、当該複数のスリット画像の合成を極めて容易且つ精度
良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る３次元形状計測装置を
示すブロック構成図、第２図は同３次元形状計測装置を
用いて対象物の３次元形状を計測する態様を示す概略斜
視図、第３図（ａ）は同３次元形状計測装置の右側ＣＣ
Ｄカメラにより撮像された基準スリン）Ｎ像を示す状態
説明図、第３図Φ）は同３次元形状計測装置の左側ＣＣ
Ｄカメラにより撮像された基準スリット画像を示す状態
説明図、第４図（ａ）は上記右側ＣＣＤカメラにより撮
像された右走査スリット画像を示す状態説明図、第４図
（ｂ）は上記左側ＣＣＤカメラにより撮像された左走査
スリット画像を示す状態説明図、第５図は本発明の背景
の一例となる従来の３次元形状計測装置により対象物の
３次元形状を計測するａ＃！Ａを側面より見た状態説明
図である。 〔符号の説明〕 １．１１・・・３次元形状計測装置 ２・・・対象物　　　　　　３・・・レーザ３、・・・
右側レーザ　　　３Ｉ・・・左側レーザ３、・・・基準
レーザ　　　５・・・ＣＣＤカメラ５、・・・右側ＣＣ
Ｄカメラ ５！・・・左側ＣＣＤカメラ ６・・・スキャナ ８・・・画像プロセッサ 出願人　　コベルコノステム株式会社 株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象物に対してスリット光源からスリット光
   を照射し、投影された前記測定対象物のスリット画像を
   照射光軸外に配設された撮像手段を用いて撮像する一連
   の操作を前記スリット光に対して所定の角度あるいは間
   隔で等ピッチで走査する光源の走査位置毎に行うように
   した３次元形状計測装置において、 上記測定対象物に対し静止スリット光を照 射する静止スリット光源と、 該静止スリット光源の照射光軸を境にその 片側及び他側から上記静止スリット光に交差する走査ス
   リット光を上記測定対象物に対し照射する第１及び第２
   走査スリット光照射手段と、 上記各スリット光による投影画像を上記静 止スリット光源の照射光軸を境にその片側及び他側から
   撮像する第１及び第２撮像手段と、上記片側及び他側か
   ら撮像された走査スリ ット光による各投影画像を上記静止スリット光による投
   影画像との交点を基準として合成する画像合成手段とを
   具備してなることを特徴とする３次元形状計測装置。