JPH0483133A - 三次元スキャナ - Google Patents
三次元スキャナInfo
- Publication number
- JPH0483133A JPH0483133A JP2197320A JP19732090A JPH0483133A JP H0483133 A JPH0483133 A JP H0483133A JP 2197320 A JP2197320 A JP 2197320A JP 19732090 A JP19732090 A JP 19732090A JP H0483133 A JPH0483133 A JP H0483133A
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- JP
- Japan
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- measured
- laser
- color information
- information
- detection means
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は、非接触で対象物体の移動量または形状を測定
する三次元スキャナに関するものである。
する三次元スキャナに関するものである。
従来の技術
従来の立体物測定装置としては、接触式の三次元測定器
が多く使用されているが、測定に時間がかかるため非接
触で高速に測定できる三次元測定器が開発されている。
が多く使用されているが、測定に時間がかかるため非接
触で高速に測定できる三次元測定器が開発されている。
非接触三次元測定器の一例として、特開昭63−182
503号公報には、レーザ光を用いた非接触三次元測定
器が提案されている。
503号公報には、レーザ光を用いた非接触三次元測定
器が提案されている。
第4図に、その従来例の基本構成を示す。401はレー
ザ発振器、402はレーザ発振器401よシ発射された
レーザビーム、403は被測定物、404は被測定物4
03を撮影するテレビカメラ、405はテレビカメラ4
04で撮影した被測定物403の映像情報をA/D変換
するA/Dコンバータである。
ザ発振器、402はレーザ発振器401よシ発射された
レーザビーム、403は被測定物、404は被測定物4
03を撮影するテレビカメラ、405はテレビカメラ4
04で撮影した被測定物403の映像情報をA/D変換
するA/Dコンバータである。
406はA/D変換された画像情報の雑音成分を除去す
る雑音除去回路、407は画像メモリ、408は画像情
報の中で最大値を見つけ出し、その時のアドレス情報を
検出するアドレス検出器、409は画像メモリ407に
記憶されている画像情報の中から、アドレス検出器40
8で検出されたアドレス情報をもとに小領域の画像情報
を抽出し、重心座標を計算する重心座標演算器である。
る雑音除去回路、407は画像メモリ、408は画像情
報の中で最大値を見つけ出し、その時のアドレス情報を
検出するアドレス検出器、409は画像メモリ407に
記憶されている画像情報の中から、アドレス検出器40
8で検出されたアドレス情報をもとに小領域の画像情報
を抽出し、重心座標を計算する重心座標演算器である。
410は装置の制御を行うCPU、 411はCPU
メモリ、412はCRTコントローラ、413はモニタ
である。
メモリ、412はCRTコントローラ、413はモニタ
である。
以下、その動作を説明する。
レーザ発振器4旧より発射されたレーザビーム402を
被測定物403に照射し、その被測定物403をテレビ
カメラ404で撮影する。テレビカメラ404で撮影し
た映像をA/Dコンバータ405でA/D変換し、雑音
除去回路406に入力され、定められた値よシ小さい画
像情報は“0”に変換された後、画像メモリ407に格
納される。
被測定物403に照射し、その被測定物403をテレビ
カメラ404で撮影する。テレビカメラ404で撮影し
た映像をA/Dコンバータ405でA/D変換し、雑音
除去回路406に入力され、定められた値よシ小さい画
像情報は“0”に変換された後、画像メモリ407に格
納される。
雑音除去された画像情報はアドレス検出器408に入力
され、画像情報が最大のときのXおよびY座標をアドレ
スとして出力する。このアドレスは重心座標演算器40
9に引き渡され、この値を中心にその周辺の小領域の画
像情報とアドレス情報により重心座標が計算され、この
重心座標により被測定物403まで距離を第5図に示す
三角測量の原理を用いて計算して、被測定物403の形
状あるいは移動量を求めている。
され、画像情報が最大のときのXおよびY座標をアドレ
スとして出力する。このアドレスは重心座標演算器40
9に引き渡され、この値を中心にその周辺の小領域の画
像情報とアドレス情報により重心座標が計算され、この
重心座標により被測定物403まで距離を第5図に示す
三角測量の原理を用いて計算して、被測定物403の形
状あるいは移動量を求めている。
即ち、第5図は三角測量の原理を示しており、レーザビ
ーム501を対象物上の点P502に照射し、その時の
反射光503をテレビカメラ504などで撮像する。こ
のとき、被測定物の表面の凹凸により生じたテレビカメ
ラ504のスクリーン505上での像の移動量を抽出す
ることにより、基線AB 506と反射光503との交
差角θb及びθdが求められ、これらの値とレーザビー
ム501の照射角、即ち基線AB506とレーザビーム
501との交差角θa及びθCと基線AB506の長さ
Lから物体表面の三次元座標情報を取得することができ
る。
ーム501を対象物上の点P502に照射し、その時の
反射光503をテレビカメラ504などで撮像する。こ
のとき、被測定物の表面の凹凸により生じたテレビカメ
ラ504のスクリーン505上での像の移動量を抽出す
ることにより、基線AB 506と反射光503との交
差角θb及びθdが求められ、これらの値とレーザビー
ム501の照射角、即ち基線AB506とレーザビーム
501との交差角θa及びθCと基線AB506の長さ
Lから物体表面の三次元座標情報を取得することができ
る。
発明が解決しようとする課題
しかし、物体の形状を測定して、その物体を検査したシ
認識したシする時にその物体の表面の色情報か必要にな
る場合がある。第4図に示した従来の三次元測定器では
、被測定物の形状を非接触で測定する事はできるが、被
測定物の表面の色情報までは読み取ることはできないと
いう課題がある。以上の課題に鑑み、本発明の目的は、
被測定物の形状を非接触で測定すると同時に、被測定物
の表面の色情報までも読み取ることである。
認識したシする時にその物体の表面の色情報か必要にな
る場合がある。第4図に示した従来の三次元測定器では
、被測定物の形状を非接触で測定する事はできるが、被
測定物の表面の色情報までは読み取ることはできないと
いう課題がある。以上の課題に鑑み、本発明の目的は、
被測定物の形状を非接触で測定すると同時に、被測定物
の表面の色情報までも読み取ることである。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するため本発明の技術的解決手段は、そ
れぞれ波長の異なる複数のレーザ光の光軸をひとつに合
わせたレーザ光を被計測物上に走査するレーザ光走査手
段と、前記レーザ光の走査により前記被測定物上から反
射して得られる散乱光を、集光レンズと各レーザ波長の
透過用フィルタを用いて複数の位置検出素子に集光し光
電流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出手段
からの光電流信号により前記被測定物までの距離情報を
演算する距離演算手段と、前記複数の光量検出手段から
の光電流信号により、反射光の色情報を出力する色情報
検出手段とから構成されている。
れぞれ波長の異なる複数のレーザ光の光軸をひとつに合
わせたレーザ光を被計測物上に走査するレーザ光走査手
段と、前記レーザ光の走査により前記被測定物上から反
射して得られる散乱光を、集光レンズと各レーザ波長の
透過用フィルタを用いて複数の位置検出素子に集光し光
電流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出手段
からの光電流信号により前記被測定物までの距離情報を
演算する距離演算手段と、前記複数の光量検出手段から
の光電流信号により、反射光の色情報を出力する色情報
検出手段とから構成されている。
作 用
本発明は上記構成により、それぞれ波長の異なる複数の
レーザ光の光軸をひとつに合わせたレーザ光を被計測物
上に走査し、被測定物上から反射して得られる散乱光を
集光レンズと各レーザ波長の透過用フィルタを用いて複
数の位置検出素子に集光し、光電流信号を得て、その光
電流信号により被測定物までの距離情報を演算すると同
時に、複数の光量検出手段からの光電流信号により反射
光の色情報を出力することにより、非接触で被測定物の
三次元形状を計測できると同時に、被測定物の表面の色
情報も読み取ることができ、距離情報と色情報とを1対
1に対応させて被測定物の検査や認識に利用することが
できるため、検査や認識の精度の向上に大きな効果があ
る。
レーザ光の光軸をひとつに合わせたレーザ光を被計測物
上に走査し、被測定物上から反射して得られる散乱光を
集光レンズと各レーザ波長の透過用フィルタを用いて複
数の位置検出素子に集光し、光電流信号を得て、その光
電流信号により被測定物までの距離情報を演算すると同
時に、複数の光量検出手段からの光電流信号により反射
光の色情報を出力することにより、非接触で被測定物の
三次元形状を計測できると同時に、被測定物の表面の色
情報も読み取ることができ、距離情報と色情報とを1対
1に対応させて被測定物の検査や認識に利用することが
できるため、検査や認識の精度の向上に大きな効果があ
る。
実施例
以下、第1図を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。
説明する。
第1図は、本発明の三次元スキャナの実施例を示すブロ
ック結線図である。第1図において、101は3種類の
異なる波長のレーザ光を発振するレーザ発振器、102
はレーザ発振器101からのレーザ光103を被測定物
104上に走査するレーザスキャナ、107は被測定物
104上のレーザ照射点105からの反射光106を集
光する集光レンズ、108はハーフミラ−109,11
0および111はそれぞれのレーザ波長を透過するフィ
ルタ、112ab、cは位置検出素子、113.114
および115は位置検出素子112 a * b 、c
からの位置信号、116a、bおよび117は色情報検
出手段、118は距離演算手段、119は画像メモリ、
120は同期信号発生回路である。
ック結線図である。第1図において、101は3種類の
異なる波長のレーザ光を発振するレーザ発振器、102
はレーザ発振器101からのレーザ光103を被測定物
104上に走査するレーザスキャナ、107は被測定物
104上のレーザ照射点105からの反射光106を集
光する集光レンズ、108はハーフミラ−109,11
0および111はそれぞれのレーザ波長を透過するフィ
ルタ、112ab、cは位置検出素子、113.114
および115は位置検出素子112 a * b 、c
からの位置信号、116a、bおよび117は色情報検
出手段、118は距離演算手段、119は画像メモリ、
120は同期信号発生回路である。
以下、その動作を説明する。
レーザ発振器101から発振された3種類の異なる波長
のレーザ光103を、レーザスキャナ102により被測
定物104上に走査する。この時の3種類のレーザ光の
波長は、636.Onm、 537.8nmおよび4
41.6nmとした。被測定物104上のレーザ照射点
105からの反射光106を、集光レンズ107及びハ
ーフミラ−108により光学フィルタ109゜110お
よび111を通して位置検出素子112a、b、c上に
それぞれ集光する。光学フィルタ109.110および
111は、それぞれ各レーザ波長近傍の波長を透過する
フィルタである。
のレーザ光103を、レーザスキャナ102により被測
定物104上に走査する。この時の3種類のレーザ光の
波長は、636.Onm、 537.8nmおよび4
41.6nmとした。被測定物104上のレーザ照射点
105からの反射光106を、集光レンズ107及びハ
ーフミラ−108により光学フィルタ109゜110お
よび111を通して位置検出素子112a、b、c上に
それぞれ集光する。光学フィルタ109.110および
111は、それぞれ各レーザ波長近傍の波長を透過する
フィルタである。
位置検出素子112a、b、cからの位置信号113゜
114および115は、色情報検出手段116a、bお
よび117へ出力される。
114および115は、色情報検出手段116a、bお
よび117へ出力される。
なお、上記実施例では、位置検出素子としてPSD(ポ
ジション センシティブ デテクタ;Po5ition
5ensitive Detector : 半導体
装置検出素子)を用いており、PSDに入射する入射位
置は、素子の両極電極に流れる電流が各電極間との距離
に反比例する特徴を利用し、後述の演算で求めている。
ジション センシティブ デテクタ;Po5ition
5ensitive Detector : 半導体
装置検出素子)を用いており、PSDに入射する入射位
置は、素子の両極電極に流れる電流が各電極間との距離
に反比例する特徴を利用し、後述の演算で求めている。
次に、色情報検出手段116a、b、 117では、
それぞれの位置信号113〜115であるII、I2.
I3およびI4よシ、被測定物104上のレーザ照射点
105のカラー輝度データに変換する演算を行い、画像
メモリ119に出力する。
それぞれの位置信号113〜115であるII、I2.
I3およびI4よシ、被測定物104上のレーザ照射点
105のカラー輝度データに変換する演算を行い、画像
メモリ119に出力する。
距離演算手段118では、位置検出素子112からの位
置信号115であるIf 、 I2 、IaおよびI4
より、被測定物104上のレーザ照射点105までの距
離データに変換する演算を行い、画像メモリ119に出
力する。
置信号115であるIf 、 I2 、IaおよびI4
より、被測定物104上のレーザ照射点105までの距
離データに変換する演算を行い、画像メモリ119に出
力する。
以上の動作を繰シ返し、順次行うことにより被測定物1
04表面のカラー輝度情報と三次元距離情報を同時に取
得することができる。この一連の動作は、同期信号発生
回路120からの同期信号を用いて同期を取った。
04表面のカラー輝度情報と三次元距離情報を同時に取
得することができる。この一連の動作は、同期信号発生
回路120からの同期信号を用いて同期を取った。
次に、色情報検出手段116.117および距離演算手
段118について、第2図、第3図を用いて更に詳しく
説明する。
段118について、第2図、第3図を用いて更に詳しく
説明する。
第2図は、色情報検出手段116aの詳細構成を示すブ
ロック結線図である。色情報検出手段116aは、二次
元位置検出素子112aからの位置信号113であゐI
f、I2.I3およびI4をA/Dコンバータ205〜
208でそれぞれデジタル信号に変換する。ここで、I
IおよびI2は二次元位置検出素子のX方向の位置情報
を示し、I3およびI4は二次元位置検出素子のX方向
の位置情報を示している。位置信号■lおよびI2を加
算回路209で加算し、位置信号I3およびI4を加算
回路210で加算し、加算回路209および210の出
力値をさらに加算回路211で加算して輝度データ(L
l)212を得る。輝度データ(Ll)212は、レー
ザ波長636.0nm近傍の波長を透過するフィルタ1
09を通して得た赤色の色情報を示しており、同様に他
のレーザ波長から得た輝度データから緑色および青色の
色情報が得られる。
ロック結線図である。色情報検出手段116aは、二次
元位置検出素子112aからの位置信号113であゐI
f、I2.I3およびI4をA/Dコンバータ205〜
208でそれぞれデジタル信号に変換する。ここで、I
IおよびI2は二次元位置検出素子のX方向の位置情報
を示し、I3およびI4は二次元位置検出素子のX方向
の位置情報を示している。位置信号■lおよびI2を加
算回路209で加算し、位置信号I3およびI4を加算
回路210で加算し、加算回路209および210の出
力値をさらに加算回路211で加算して輝度データ(L
l)212を得る。輝度データ(Ll)212は、レー
ザ波長636.0nm近傍の波長を透過するフィルタ1
09を通して得た赤色の色情報を示しており、同様に他
のレーザ波長から得た輝度データから緑色および青色の
色情報が得られる。
第3図は、色情報検出手段117の詳細構成を示すブロ
ック結線図である。色情報検出手段117は、二次元位
置検出素子112Cからの位置信号115であるIl、
I2 、 IaおよびI4をA/Dコンバータ305
〜308でそれぞれデジタル信号に変換する。
ック結線図である。色情報検出手段117は、二次元位
置検出素子112Cからの位置信号115であるIl、
I2 、 IaおよびI4をA/Dコンバータ305
〜308でそれぞれデジタル信号に変換する。
ここで、工1およびI2は二次元位置検出素子のX方向
の位置情報を示し、I3および工4は二次元位置検出素
子のX方向の位置情報を示している。
の位置情報を示し、I3および工4は二次元位置検出素
子のX方向の位置情報を示している。
位置信号■1およびI2を加算回路309で加算し、ま
た減算回路310で減算する。同様に、位置信号I3お
よびI4を加算回路311で加算し、また減算回路31
2で減算する。加算回路309および加算回路311の
出力値をさらに加算回路313で加算して輝度データ(
I3)314を得、加算回路309゜311からの信号
(Il+ I2 ) 316. (I3 + I4
)317と、減算回路310.312からの信号(工2
−11) 315. (I4−13) 318を距
離演算手段118へ出力する。
た減算回路310で減算する。同様に、位置信号I3お
よびI4を加算回路311で加算し、また減算回路31
2で減算する。加算回路309および加算回路311の
出力値をさらに加算回路313で加算して輝度データ(
I3)314を得、加算回路309゜311からの信号
(Il+ I2 ) 316. (I3 + I4
)317と、減算回路310.312からの信号(工2
−11) 315. (I4−13) 318を距
離演算手段118へ出力する。
そして、距離演算手段118では、色情報検出手段11
7からの信号(Il+I2)、 (I3+I4)。
7からの信号(Il+I2)、 (I3+I4)。
(I2− II )および(I4−I3)より第(1)
式および第(2)式を用いて二次元位置検出素子上の位
置を計算し、第5図に示す三角測量の原理に基づいて被
測定物上のレーザ照射点までの距離データに変換する演
算を行い、画像メモリに出力する。
式および第(2)式を用いて二次元位置検出素子上の位
置を計算し、第5図に示す三角測量の原理に基づいて被
測定物上のレーザ照射点までの距離データに変換する演
算を行い、画像メモリに出力する。
なお、K1およびに2は、正規化するだめの係数である
。
。
位置検出素子上の位置(x、y)としてX=に111(
I2−If )/(If + I2) ・・・(1)
Y=に2・ (I4−Ia ) /(Ia + I4)
・・・(2)なお本実施例では、3種類の異なる波
長のレーザ光を発振するレーザ発振器を用いたが、1種
類の波長のレーザ光を発振するレーザ発振器で、しかも
それぞれ波長の異なる発振器を複数個設け、反射ミラー
を用いてそれぞれのレーザ光の光軸をひとつに合わせて
も良く、同様の効果が得られる。
I2−If )/(If + I2) ・・・(1)
Y=に2・ (I4−Ia ) /(Ia + I4)
・・・(2)なお本実施例では、3種類の異なる波
長のレーザ光を発振するレーザ発振器を用いたが、1種
類の波長のレーザ光を発振するレーザ発振器で、しかも
それぞれ波長の異なる発振器を複数個設け、反射ミラー
を用いてそれぞれのレーザ光の光軸をひとつに合わせて
も良く、同様の効果が得られる。
発明の効果
以上の実施例で明らかなように、それぞれ波長の異なる
複数のレーザ光の光軸をひとつに合わせだレーザ光を被
計測物上に走査し、被測定物上から反射して得られる散
乱光を集光レンズと各レーザ波長の透過用フィルタを用
いて複数の位置検出素子に集光し、光電流信号を得て、
その光電流信号により被測定物までの距離情報を演算す
ると同時に、複数の光量検出手段からの光電流信号によ
り反射光の色情報を出力することにより、非接触で被測
定物の三次元形状を計測できると同時に、被測定物の表
面の色情報も読み取ることができ、距離情報と色情報と
を1対1に対応させて被測定物の検査や認識に利用する
ことができるため、検査や認識の精度の向上に大きな効
果がある。
複数のレーザ光の光軸をひとつに合わせだレーザ光を被
計測物上に走査し、被測定物上から反射して得られる散
乱光を集光レンズと各レーザ波長の透過用フィルタを用
いて複数の位置検出素子に集光し、光電流信号を得て、
その光電流信号により被測定物までの距離情報を演算す
ると同時に、複数の光量検出手段からの光電流信号によ
り反射光の色情報を出力することにより、非接触で被測
定物の三次元形状を計測できると同時に、被測定物の表
面の色情報も読み取ることができ、距離情報と色情報と
を1対1に対応させて被測定物の検査や認識に利用する
ことができるため、検査や認識の精度の向上に大きな効
果がある。
第1図は本発明の一実施例における三次元スキャナのブ
ロック結線図、第2図、第3図は同要部の詳細ブロック
結線図、第4図は従来の三次元スキャナのブロック結線
図、第5図は三角測量の原理を示す幾何学的配置図であ
る。 101・・・レーザ発振器、102・・・レーザスキャ
ナ、104・・・被測定物、107−・・集光レンズ、
108・・・ハーフミラ−109〜111・・・光学フ
ィルタ、112・・・位置検出素子、116〜117・
・・色情報検出手段、118・・・距離演算手段、11
9・・・画像メモリ。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名ム 第 図 と ;
ロック結線図、第2図、第3図は同要部の詳細ブロック
結線図、第4図は従来の三次元スキャナのブロック結線
図、第5図は三角測量の原理を示す幾何学的配置図であ
る。 101・・・レーザ発振器、102・・・レーザスキャ
ナ、104・・・被測定物、107−・・集光レンズ、
108・・・ハーフミラ−109〜111・・・光学フ
ィルタ、112・・・位置検出素子、116〜117・
・・色情報検出手段、118・・・距離演算手段、11
9・・・画像メモリ。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名ム 第 図 と ;
Claims (1)
- それぞれ波長の異なる複数のレーザ光の光軸をひとつに
合わせたレーザ光を被測定物上に走査するレーザ光走査
手段と、前記レーザ光の走査により前記被測定物上から
反射して得られる散乱光を、集光レンズと各レーザ波長
の透過用フィルタを用いて複数の位置検出素子に集光し
光電流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出手
段からの光電流信号により前記被測定物までの距離情報
を演算する距離演算手段と、前記複数の光量検出手段か
らの光電流信号により、反射光の色情報を出力する色情
報検出手段とから構成されている三次元スキャナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197320A JPH0483133A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 三次元スキャナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197320A JPH0483133A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 三次元スキャナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483133A true JPH0483133A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16372499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2197320A Pending JPH0483133A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 三次元スキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0483133A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518726A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Kubota Corp | カラー三次元画像入力装置 |
| US5668631A (en) * | 1993-12-20 | 1997-09-16 | Minolta Co., Ltd. | Measuring system with improved method of reading image data of an object |
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