JPH0629708B2 - Distance gate imaging method and apparatus - Google Patents

Distance gate imaging method and apparatus

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JPH0629708B2
JPH0629708B2 JP19702787A JP19702787A JPH0629708B2 JP H0629708 B2 JPH0629708 B2 JP H0629708B2 JP 19702787 A JP19702787 A JP 19702787A JP 19702787 A JP19702787 A JP 19702787A JP H0629708 B2 JPH0629708 B2 JP H0629708B2
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slit
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slit light
light
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健二 東海林
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KYADEITSUKUSU KK
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は距離ゲート撮像方法及び装置、特にスリット光
を被撮像物体の表面に照射し、これを走査することによ
ってその被撮像物体表面の光学像から距離に関する情報
を非接触で得る撮像方法及び装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distance gate imaging method and apparatus, and more particularly, to irradiating the surface of an object to be imaged with slit light and scanning the surface to obtain an optical image of the surface of the object to be imaged. The present invention relates to an imaging method and apparatus for obtaining information regarding distance from an image in a non-contact manner.

[従来の技術] 光学系を利用し非接触にて行う距離(奥行き)情報の抽
出は、計算機応用による3次元物体形状処理には必要欠
くべからざる技術である。
[Prior Art] Non-contact extraction of distance (depth) information using an optical system is an indispensable technique for three-dimensional object shape processing by computer application.

光学系を利用した距離情報の抽出において、最初に得ら
れる代表的なデータは距離画像である。この距離画像と
は、通常の濃淡画像のように各画素値が明度を表すので
はなく、各画素値がカメラからの距離を反映したもので
ある。
In extraction of distance information using an optical system, typical data obtained first is a distance image. This distance image is one in which each pixel value reflects the distance from the camera, rather than each pixel value representing lightness as in a normal grayscale image.

この距離画像がそのままの形で用いられることは少な
く、3次元形状処理内容に適した形に変換されて用いら
れる。特に、生産工程における3次元部品識別において
は、距離画像をある一定距離をしきい値として2値化し
た画像を、しきい値を変えて複数枚求め、各画像から、
面積、長さ、重心などの幾何学的特徴量を算出し、これ
をもとにして識別を行うことが提案されている(電子通
信学会論文誌、Vol.J69-D、No.1、pp.111〜112、1
986年1月)。これは、3次元物体形状識別処理を行
うにあたって、距離画像をそのまま扱うのではなく、一
旦2値化してから用いることにより、扱うデータ量を減
らし、同時に、処理時間の短縮も図ろうというものであ
る。以下では、距離画像をある一定距離をしきい値とし
て2値化した画像、あるいは、ある距離範囲にあるかど
うかで2値化した画像を距離ゲート画像と称することに
する。
This range image is rarely used as it is, and is used after being converted into a form suitable for the content of the three-dimensional shape processing. In particular, in three-dimensional component identification in a production process, a plurality of images obtained by binarizing a distance image with a certain distance as a threshold value are obtained by changing the threshold value, and from each image,
It has been proposed to calculate geometric features such as area, length, and the center of gravity, and to identify them based on these features (IEICE Transactions, Vol.J69-D, No.1, pp. .111 to 112, 1
January 986). This is to reduce the amount of data to be handled, and at the same time, shorten the processing time, by not using the distance image as it is, but using it after binarizing it when performing the three-dimensional object shape identification processing. is there. In the following, an image obtained by binarizing a distance image with a certain fixed distance as a threshold value or an image binarized depending on whether it is within a certain distance range will be referred to as a distance gate image.

従来、前記距離ゲート画像を得るためには、前述のよう
に一旦距離画像を求めてからそれを2値化する方法が用
いられていた。そこで、まずこのような従来の距離画像
の求め方について説明する。
Conventionally, in order to obtain the range gate image, the method of once obtaining the range image and then binarizing the range image as described above has been used. Therefore, first, a method of obtaining such a conventional range image will be described.

非接触に光学的方法で距離画像を求める従来の代表的方
式には、受動ステレオ法と能動ステレオ法がある。受動
ステレオ法は、両眼立体視の原理に基づくもので、TV
カメラ等で3次元物体を複数の視点から撮像し、撮像さ
れた複数枚の画像と撮像時の視点及び視方向から三角測
量の原理を用いて距離画像を得るものである。このと
き、ある視点で撮像された画像中のある一点が別の視点
で撮像された画像中のどの点に対応するのかという対応
点検検出処理が必要となり、そのためには多くの記憶容
量と処理手順、処理時間を要する。
Passive stereo method and active stereo method are typical conventional methods for non-contact optical range image acquisition. The passive stereo method is based on the principle of binocular stereoscopic vision.
A three-dimensional object is imaged by a camera or the like from a plurality of viewpoints, and a distance image is obtained from the plurality of imaged images and the viewpoints and viewing directions at the time of imaging using the principle of triangulation. At this time, it is necessary to perform a corresponding inspection / detection process on which one point in the image captured from a certain viewpoint corresponds to which point in the image captured from another viewpoint. For that purpose, a large storage capacity and processing procedure are required. , Requires processing time.

能動ステレオ法は、前記受動ステレオ法の1視点からの
撮像をスポット光あるいはスリット光の照射に置き換え
たものである。能動ステレオ法のうち最も実用性の高い
方式はスリット光を用いる光切断法である。この光切断
法は、対象3次元物体に対しスリット光を照射し、その
結果生じる物体表面の光学像をスリット光の張る平面か
らは離れた視点で撮像し、撮像面に結像した光学像とス
リット光の張る平面と撮像系の幾何学的位置関係により
三角測量の原理を用いて物体表面上の光学像の空間座標
を求める方法であり、前述の対応点検出処理は不要であ
る。
The active stereo method replaces the image pickup from one viewpoint of the passive stereo method with irradiation of spot light or slit light. The most practical method among the active stereo methods is the light cutting method using slit light. This light-section method irradiates a target three-dimensional object with slit light, and the resulting optical image of the object surface is captured from a viewpoint away from the plane in which the slit light extends, and an optical image is formed on the image capturing surface. This is a method for obtaining the spatial coordinates of the optical image on the object surface by using the principle of triangulation based on the geometrical positional relationship between the plane covered by the slit light and the imaging system, and the above corresponding point detection processing is unnecessary.

この光切断法の一例として、スリット光の照射方向を計
算機制御とし、スリット光による物体表面上の光学像を
TVカメラ等を用いた画像入力装置にて取り込み、スリ
ット光にて形成される平面方程式と入力画像から物体表
面の光学像の3次元座標を計算していくものがある。こ
の場合、1回の画像取り込みでは、スリット光により照
射した物体表面上の光学像部分の3次元座標しか計算で
きないが、スリット光を少しずつ偏向走査し画像入力を
繰り返すことにより、物体表面上の多数の3次元座標が
求められ、結果的に距離画像を得ることができる。
As an example of this light cutting method, a plane equation formed by slit light is used, in which the irradiation direction of slit light is computer-controlled and an optical image on the object surface by the slit light is captured by an image input device using a TV camera or the like. There is one that calculates the three-dimensional coordinates of the optical image of the object surface from the input image. In this case, only one image capture can calculate the three-dimensional coordinates of the optical image portion on the surface of the object illuminated by the slit light, but by deflecting and scanning the slit light little by little and repeating the image input, A large number of three-dimensional coordinates are obtained, and a range image can be obtained as a result.

なお、このような光切断法における画像入力の繰り返し
を避けるため、高速に走査されるスリット光を照射し、
そのスリット光による物体表面上の光学像が固体撮像素
子上の各画素を通過した時刻を記憶しておくという機能
を持った特殊な固体撮像素子を用い、高速に距離画像を
求めるという提案もある(電子情報通信学会論文誌、Vo
l.J70-D、No.5,pp.1053〜1055,1987年5
月)。しかし、この方法では固体撮像素子に時刻を記憶
できる特殊なものを用いなければならず、現在のところ
実用的なものとはいえない。
Incidentally, in order to avoid the repetition of image input in such a light cutting method, a slit light which is scanned at high speed is irradiated,
There is also a proposal to obtain a distance image at high speed by using a special solid-state image sensor having a function of storing the time when the optical image on the object surface by the slit light passes each pixel on the solid-state image sensor. (Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Vo
l.J70-D, No.5, pp.1053-1055, 1987 5
Month). However, this method requires the use of a special solid-state image sensor capable of storing time, which is not practical at present.

結局、従来手法により距離ゲート画像を得るためには、
前記光切断法などにより、一旦距離画像を求め、さら
に、一定距離しきい値として2値化するかあるいはある
距離範囲にあるかどうかで2値化するなどの処理が必要
となる。
After all, in order to obtain the range gate image by the conventional method,
It is necessary to obtain a range image once by the light section method or the like, and further perform a process such as binarization as a constant distance threshold value or binarization depending on whether a certain distance range exists.

[発明が解決しようとする問題点] 前述のような従来の光切断法によれば、距離画像を求め
るためには、スリット光偏向操作1回に付き画像入力を
1回行い、これをスリット光が物体表面全体を走査する
のに要する偏向操作回数だけ繰り返すことになる。従っ
て、例えば、通常の工業用TVカメラを用いて画像入力
を行った場合、1回の画像入力に少なくとも1/60な
いし1/30秒の時間を要し、最終的に距離画像を得る
のに長い時間がかかってしまうという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] According to the conventional light section method as described above, in order to obtain a range image, image input is performed once for each slit light deflection operation, and this is performed by slit light. Will be repeated for the number of deflection operations required to scan the entire object surface. Therefore, for example, when image input is performed using a normal industrial TV camera, it takes at least 1/60 to 1/30 second for one image input, and it is necessary to finally obtain a range image. There was a problem that it took a long time.

加えて、距離画像から距離ゲート画像を得るのに何らか
の2値化処理が必要であるため、リアルタイムで距離ゲ
ート画像を得たり、運動している物体の距離ゲート画像
を得るのは不可能に近い状態であった。
In addition, since some kind of binarization processing is required to obtain the range gate image from the range image, it is almost impossible to obtain the range gate image or the range gate image of a moving object in real time. It was in a state.

本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的は、一旦距離画像を求めることなく、ス
リット光を用いて被撮像物体の距離ゲート画像相当のも
のを直接的に高速度で撮像するための撮像方法及び装置
を提供することにある。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to directly obtain a distance gate image equivalent to an object to be imaged by using slit light without once obtaining the distance image. An object is to provide an imaging method and apparatus for imaging at a speed.

[問題点を解決するための手段] 本発明の距離ゲート撮像方法は、スリット光を被撮像物
体の表面に沿って走査し、前記スリット光による被撮像
物体の表面の光学像を所定の開口部を有するシャッタ面
上に導くとともに、前記スリット光の走査と同期して前
記シャッタ面上の開口部を移動させ、前記スリット光の
走査に従って前記シャッタ面上を移動する前記光学像の
うち前記移動する開口部を通過した光学像のみを撮像面
に露光させ、被撮像物体表面のうち所定の距離範囲にあ
る被撮像物体の表面のみを撮像することを特徴とする。
[Means for Solving Problems] A distance gate imaging method of the present invention scans slit light along a surface of an object to be imaged, and forms an optical image of the surface of the object to be imaged by the slit light at a predetermined opening. And moving the opening on the shutter surface in synchronization with the scanning of the slit light, and moving the optical image that moves on the shutter surface in accordance with the scanning of the slit light. Only the optical image that has passed through the opening is exposed on the imaging surface, and only the surface of the imaging object within a predetermined distance range of the imaging object surface is imaged.

また、本発明の距離ゲート撮像装置は、スリット光を被
撮像物体の表面に向けて偏向走査する偏向照射装置と、
前記スリット光による被撮像物体の表面の光学像をシャ
ッタ面上に結像させる光学系と、前記スリット光の走査
に同期して前記シャッタ面上の所定の開口部を移動させ
る移動手段と、前記シャッタ面上に結像した前記光学像
のうち前記移動する開口部を通過した光学像のみが選択
的に露光する撮像面と、を含むことを特徴とする。
Further, the distance gate imaging device of the present invention includes a deflection irradiation device that deflects and scans the slit light toward the surface of the object to be imaged,
An optical system for forming an optical image of a surface of an object to be imaged by the slit light on a shutter surface, a moving means for moving a predetermined opening on the shutter surface in synchronization with scanning of the slit light, Of the optical images formed on the shutter surface, only the optical image that has passed through the moving aperture is selectively exposed.

[作用] 以上のように、本発明では、スリット光を偏向走査させ
ながら被撮像物体表面に照射し、スリット光により生じ
た被撮像物体表面上の光学像を光学系によりシャッタ面
上に結像させ、スリット光走査にともなってシャッタ面
上を移動する被撮像物体表面の光学像をスリット光走査
と同時に移動するシャッタ面上の開口部により撮像面に
選択的に露光蓄積させることにより、従来の光切断法の
ごとくスリット光を少しずつ偏向させ画像入力を行うと
いう操作を繰り返すことなく、被撮像物体表面のうち所
望の距離範囲にある部分のみの画像、すなわち距離ゲー
ト画像の撮像を可能とするもので、スリット光走査およ
びシャッタの開口部の移動を高速度で行うことにより距
離ゲート画像をリアルタイムで撮像することが可能とな
る。
[Operation] As described above, in the present invention, the surface of the object to be imaged is irradiated while deflecting and scanning the slit light, and an optical image on the surface of the object to be imaged generated by the slit light is formed on the shutter surface by the optical system. Then, by selectively exposing and accumulating the optical image of the surface of the object to be imaged which moves on the shutter surface with the scanning of the slit light to the imaging surface through the opening on the shutter surface which moves simultaneously with the scanning of the slit light, It is possible to capture an image of only the portion within the desired distance range on the surface of the object to be imaged, that is, a distance gate image, without repeating the operation of deflecting the slit light little by little and inputting an image like the light cutting method. However, by performing the slit light scanning and the movement of the opening of the shutter at a high speed, it becomes possible to capture a range gate image in real time.

[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説
明する。
[Embodiment] A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1実施例 第1図はこの発明の一実施例の全体構成を示す斜視図、
第2図はその平面図であり、第3図から第6図は、その
要部の構成を示したものである。
First Embodiment FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a plan view thereof, and FIGS. 3 to 6 show the configuration of the main part thereof.

スリット光Rを所定の方向に照射する光源10は、偏向
走査可能となっている。例えば、図において矢印で示す
ように左から右に1/60あるいは1/30秒程度の周
期で走査される。これによって、スリット光Rが物体1
2の表面に沿って走査される。
The light source 10 that irradiates the slit light R in a predetermined direction is capable of deflection scanning. For example, scanning is performed from the left to the right at a cycle of about 1/60 or 1/30 seconds as indicated by an arrow in the figure. As a result, the slit light R becomes
Scanned along two surfaces.

また、シャッタ14はこのスリット光Rの走査に同期さ
せて移動される。このシャッタ14はその中央部にシャ
ッタスリット16を有しており、このシャッタスリット
16の後方に撮像面18が形成されている。なお、この
シャッタ14及び撮像面は、TVカメラCの一部を構成
している。
Further, the shutter 14 is moved in synchronization with the scanning of the slit light R. The shutter 14 has a shutter slit 16 in the center thereof, and an image pickup surface 18 is formed behind the shutter slit 16. The shutter 14 and the image pickup surface form a part of the TV camera C.

このようにTVカメラCのシャッタ14をスリット光L
の走査に同期して移動させると、所定位置に被撮像物体
の表面がある時のみにシャッタスリット16を光が通過
し、撮像面18が露光されることになる。
In this way, the shutter 14 of the TV camera C is set to the slit light L.
When it is moved in synchronism with the scanning of 1, the light passes through the shutter slit 16 and the image pickup surface 18 is exposed only when the surface of the imaged object is present at a predetermined position.

第1図の実施例の各要素の幾何学的な関係について説明
する。第2図に第1図を上(y軸方向)から見た図を示
す。以下、簡単のために、上から見た2次元平面図
(x,z平面)で考える。レンズ20の中心Oを原点に
とり、シャッタスリット16と原点を通るシャッタスリ
ット線(面)をS、スリット光Rをスキャンする鏡10
bの回転中心をM(xM,zM)とし、Mを通るスリット
光をR、スリット光がz軸となす角をθRとする。ま
た、レンズの焦点z=−fを通り、x軸と逆向きで平行
な軸をa、軸a上にあるシャッタスリット16の座標を
sとする。すると、 シャッタスリット線S: スリット光線R: x−xM=−tanθR・(z−zM)(2) SとRの交点は、 SとRが等距離面z=z0で交わるためのasとθRとの
関係は、式(1),(2)のzをz0とおき、xを消去
すると、 このように、シャッタ14の開口部をスリット状のシャ
ッタスリット16とし、シャッタスリット16の位置a
sとスリット光Rの偏向角θRを式(5)のような関係で
同期移動させれば、スリット光Rの形成する平面と、シ
ャッタスリット16とレンズ20の中心Oを通るシャッ
タスリット面Sとの交線が等距離面V(z=z0)を移動
することになる。
The geometrical relationship of each element of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows a view of FIG. 1 seen from above (y-axis direction). Hereinafter, for simplification, consider a two-dimensional plan view (x, z plane) viewed from above. With the center O of the lens 20 as the origin, the shutter slit 16 and the shutter slit line (surface) passing through the origin are S, and the mirror 10 that scans the slit light R.
The center of rotation of b is M (x M , z M ), the slit light passing through M is R, and the angle formed by the slit light with the z axis is θ R. Further, it is assumed that an axis that passes through the focal point z = -f of the lens and is parallel to the x axis in the opposite direction is a, and the coordinates of the shutter slit 16 on the axis a are a s . Then, the shutter slit line S: Slit light R: x-x M = -tanθ R · (z-z M) (2) the intersection of the S and R is The relationship between a s and θ R for S and R to intersect with each other at the equidistant surface z = z 0 is as follows. When z in formulas (1) and (2) is set to z 0 and x is deleted, In this way, the opening of the shutter 14 is formed into a slit-like shutter slit 16, and the position a of the shutter slit 16 is a.
If s and the deflection angle θ R of the slit light R are moved synchronously according to the relationship as shown in equation (5), the shutter slit surface S passing through the plane formed by the slit light R and the center O of the shutter slit 16 and the lens 20. The intersection line with and moves along the equidistant surface V (z = z 0 ).

このようにすると、実際に撮像面18に露光するのは等
距離面Vと物体12表面に交線となる。つまり、物体1
2の表面が等距離面V上にある時のみ撮像面18に露光
することになる。このため、結果的に3次元物体のある
距離での等距離線、すなわち距離ゲート画像を1回の走
査、つまりTV1フレーム期間で撮像することができ
る。また、シャッタ14の移動とスリット光Rの走査を
繰返せば、TVモニタで直視することもできる。
In this case, what is actually exposed on the imaging surface 18 is a line of intersection between the equidistant surface V and the surface of the object 12. That is, object 1
The imaging surface 18 is exposed only when the surface of 2 is on the equidistant surface V. Therefore, as a result, an equidistant line at a certain distance of the three-dimensional object, that is, a distance gate image can be captured in one scan, that is, in one TV frame period. Further, by repeating the movement of the shutter 14 and the scanning of the slit light R, it is possible to directly look at the TV monitor.

また、スリット光Rの走査とスリット状開口部、例えば
ジャッタスリット16の移動との制御については、両者
の関係を適当に変えることにより、所望する距離での等
距離面Vについての距離ゲート画像を得ることができ
る。
Further, regarding the control of the scanning of the slit light R and the movement of the slit-shaped opening, for example, the jack slit 16, the distance gate image for the equidistant surface V at the desired distance is appropriately changed. Can be obtained.

なお、本発明において直接的に撮像される距離ゲート画
像とは、距離画像を2値化したものという従来の意味と
は少し異なり、被撮像物体を前記シャッタなしで撮像し
た画像から被撮像物体表面のうち所定の距離範囲に存在
する表面部分のみを取り出した画像を意味する。しかし
ながら、本発明において直接的に撮像される距離ゲート
画像を適当な明度レベルで2値化することにより、従来
の意味での距離ゲート画像と実質的に同一の画像を得る
ことができるので、両者を区別する必要はない。
Note that the range gate image directly captured in the present invention is slightly different from the conventional meaning that the range image is binarized, and the image of the imaged object without the shutter is taken from the imaged object surface. It means an image in which only a surface portion existing within a predetermined distance range is taken out. However, in the present invention, by binarizing the range gate image directly imaged at an appropriate brightness level, an image substantially the same as the range gate image in the conventional sense can be obtained. There is no need to distinguish between.

また、シャッタスリット16の幅を広くすれば、シャッ
タスリット16を通過できる光の範囲が広がる。つま
り、シャッタスリット面Sがx軸方向に広がり、物体1
2がシャッタスリット16の幅に対応した範囲にある場
合に撮像面18に露光する。
Further, if the width of the shutter slit 16 is increased, the range of light that can pass through the shutter slit 16 is expanded. That is, the shutter slit surface S spreads in the x-axis direction, and the object 1
When 2 is in the range corresponding to the width of the shutter slit 16, the image pickup surface 18 is exposed.

そこで、第3図に基づいてこのシャッタスリット16の
構成について説明する。つまり、第3図Aに示すように
シャッタ14の基準線、すなわちスリット光Rに対応す
るシャッタスリット面Sとして十分に細いシャッタスリ
ット16を形成すれば、等距離面のみの撮像が行える。
また、第3図Bに示すように基準線の右側(x軸正方
向)に大きな開口を設けると等距離面Vより奥にある部
分のみの撮像が行なえ、第3図Cに示すように基準線の
左側(x軸負方向)に大きな開口を設けると等距離面V
より手前にある部分のみの撮像が行える。
Therefore, the configuration of the shutter slit 16 will be described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 3A, if a sufficiently thin shutter slit 16 is formed as the reference line of the shutter 14, that is, the shutter slit surface S corresponding to the slit light R, it is possible to image only the equidistant surface.
Further, as shown in FIG. 3B, if a large opening is provided on the right side of the reference line (the positive direction of the x-axis), only the portion behind the equidistant surface V can be imaged, and as shown in FIG. If a large opening is provided on the left side of the line (x-axis negative direction), the equidistant surface V
It is possible to take an image of only the part in front.

なお、開口部であるシャッタスリット16を持つシャッ
タ14を機械的に動作させる場合、撮像面18とシャッ
タ14面を正確に一致させることは難しい。しかし、両
平面が正確に一致していないと開口部のエッジがぼけ
て、シャープな距離ゲート画像が得られない。このた
め、第4図に示すようにレンズ20に加えて、シャッタ
14と撮像面18の間にレンズ群22を設け、これによ
って光学的に両面を一致させてもよい。
It should be noted that when mechanically operating the shutter 14 having the shutter slit 16 that is an opening, it is difficult to accurately match the image pickup surface 18 and the shutter 14 surface. However, if the two planes do not match exactly, the edge of the opening is blurred and a sharp distance gate image cannot be obtained. Therefore, as shown in FIG. 4, in addition to the lens 20, a lens group 22 may be provided between the shutter 14 and the image pickup surface 18 to optically match both surfaces.

このようにした場合は、撮像面18に置くものを各種の
撮像素子や写真フィルム等から撮像目的に沿って自由に
選択できるという利点を有する。また、ここに適当な光
学系を置いて直視することも可能である。
In this case, there is an advantage that what is placed on the image pickup surface 18 can be freely selected from various image pickup elements, photographic films, etc. according to the purpose of image pickup. It is also possible to place an appropriate optical system here and look directly.

前述したスリット光Rによる被撮像物体表面の走査に
は、スリット光Rの光源10あるいはそれを反射する鏡
を回転させて行うことが好適である。もちろん本発明に
おいては、光源10あるいは鏡を回転させて行う方式の
他に、例えば、スリット光光源10を平行移動させた
り、定点に向けて扇形に移動させる方式も可能である。
It is preferable to scan the surface of the object to be imaged with the slit light R described above by rotating the light source 10 of the slit light R or a mirror that reflects the light. Of course, in the present invention, in addition to the method of rotating the light source 10 or the mirror, for example, a method of moving the slit light source 10 in parallel, or a method of moving it in a fan shape toward a fixed point is also possible.

なお、この実施例では、スリット光Rの光源10はTV
カメラCの右側に配置したが、勿論、左側に配置するこ
とも可能である。また、スリット光Rは斜め方向から物
体12に照射されるため、TVカメラCからは見える
が、スリット光Rはあたらない物体表面、いわゆる死角
が生じる可能性がある。この死角を減少させるため、T
VカメラCの左右に1台づつスリット光源をおき、左右
のスリット光源を交互に走査することも可能である。こ
のときシャッタスリット16については、第3図Aの十
分に細いシャッタスリットの場合はこのままで良いが、
第3図B,Cの場合は、左右のスリット光源を切り替え
るときに、同時にシャッタスリット16も第3図Bから
Cに、あるいは第3図CからBに切り替える必要があ
る。
In addition, in this embodiment, the light source 10 of the slit light R is a TV.
Although it is arranged on the right side of the camera C, it is of course possible to arrange it on the left side. Further, since the slit light R is radiated onto the object 12 from an oblique direction, there is a possibility that a so-called blind spot occurs on the surface of the object which the TV camera C can see but which is not hit by the slit light R. To reduce this blind spot, T
It is also possible to place one slit light source on each of the left and right sides of the V camera C and scan the left and right slit light sources alternately. At this time, the shutter slit 16 may be left as it is in the case of the sufficiently thin shutter slit of FIG. 3A.
In the case of FIGS. 3B and 3C, when the left and right slit light sources are switched, it is necessary to switch the shutter slit 16 from FIG. 3B to C or from FIG. 3C to B at the same time.

また、前記スリット光により生じた被撮像物体表面上の
光学像をシャッタ14面上に結像させる光学系としては
通常のカメラ用レンズのうち画像歪みの少ないものが好
適である。但し、特定の曲面についてのデータを得たい
場合等特殊効果を狙う場合はこの限りではない。
Further, as an optical system for forming an optical image on the surface of the object to be imaged, which is generated by the slit light, on the surface of the shutter 14, an ordinary camera lens with little image distortion is suitable. However, this is not the case when aiming for a special effect such as when obtaining data about a specific curved surface.

つまり、前述のスリット光走査とシャッタの開口部の移
動との関係の制御は基本的には等距離平面を仮定して行
われるが、等距離平面を傾けた平面や簡単な曲面を仮定
して行うことも可能である。
That is, the control of the relationship between the slit light scanning and the movement of the opening of the shutter is basically performed on the assumption of an equidistant plane, but is assumed to be a plane inclined by the equidistant plane or a simple curved surface. It is also possible to do so.

第5図にシャッタ14の具体的構成の一例を示す。FIG. 5 shows an example of a specific configuration of the shutter 14.

移動可能なシャッタ14の上下にスライド台24を設
け、このスライド台24を架台26のスライド受け台2
8に支持する。
A slide table 24 is provided above and below the movable shutter 14, and the slide table 24 is used as a slide receiving table 2 of a frame 26.
We support 8.

そして、シャッタ14にはモータ30によって駆動され
るクランク32が係合される。このためモータ30の回
転は左右往復動に変換され、シャッタ14が左右往復動
する。尚、モータ30としては、例えばステッピングモ
ータが採用される。
A crank 32 driven by the motor 30 is engaged with the shutter 14. Therefore, the rotation of the motor 30 is converted into a left-right reciprocating motion, and the shutter 14 reciprocates left and right. As the motor 30, for example, a stepping motor is adopted.

また、シャッタ14はその両端がバネ34を介し、架台
26に支持されている。そこで、クランク32の係合突
起32aを加工する時は、この係合突起32aによって
図中右方へシャッタ14が移動されるが、これが上昇す
る時はこのバネ34の力でシャッタ14が所定の位置に
保持される。また、シャッタ14に係合突起32aに係
合するスリットを設け、シャッタ14を往復動させても
よい。
Both ends of the shutter 14 are supported by the mount 26 via springs 34. Therefore, when the engagement protrusion 32a of the crank 32 is processed, the shutter 14 is moved to the right in the drawing by the engagement protrusion 32a. When the shutter 14 moves upward, the force of the spring 34 causes the shutter 14 to move to a predetermined position. Held in position. Further, the shutter 14 may be provided with a slit that engages with the engagement protrusion 32a, and the shutter 14 may reciprocate.

さらに、モータ30には、エンコーダが内蔵されてい
る。そして、このエンコーダはモータ30の回転に同期
した信号を出力する。そして、光源10の走査に対応す
るのではなく、この信号によって光源10におけるスリ
ット光Rの走査をを制御すれば、スリット光Rとシャッ
タ14の移動の同期が達成される。
Further, the motor 30 has a built-in encoder. Then, this encoder outputs a signal in synchronization with the rotation of the motor 30. If the scanning of the slit light R in the light source 10 is controlled by this signal instead of corresponding to the scanning of the light source 10, the synchronization of the movement of the slit light R and the shutter 14 is achieved.

第6図に示したのは、シャッタスリット16の幅を調整
可能としたシャッタ14の別の例である。
FIG. 6 shows another example of the shutter 14 in which the width of the shutter slit 16 is adjustable.

この例では、シャッタ14は、固定マスク40と、可動
マスク42で形成されている。そして、この固定マスク
40と可動マスク42の間隙がシャッタスリット16に
なっている。
In this example, the shutter 14 is formed of a fixed mask 40 and a movable mask 42. The gap between the fixed mask 40 and the movable mask 42 is the shutter slit 16.

可動マスク42の下部はシャッタ基部14aに摺動可能
に支持されるとともに、ネジ44の回転によって移動調
整自在となっている。このネジ44の基部44aは、例
えば6角形に形成されており、調整ネジ46にこれに対
応するように形成された穴に貫通されている。このた
め、この調整ネジ46を回転することによって可動マス
ク42の固定マスク40に対する位置、つまりシャッタ
スリット16の幅の調整が行える。
The lower part of the movable mask 42 is slidably supported by the shutter base 14a, and its movement is adjustable by rotation of the screw 44. The base 44a of the screw 44 is formed, for example, in a hexagonal shape, and penetrates through a hole formed in the adjusting screw 46 so as to correspond thereto. Therefore, the position of the movable mask 42 with respect to the fixed mask 40, that is, the width of the shutter slit 16 can be adjusted by rotating the adjusting screw 46.

また、シャッタ14の基部14aは、架台26に摺動自
在に支持されている。そして、クランク32によって左
右往復動される。
Further, the base portion 14 a of the shutter 14 is slidably supported by the frame 26. Then, the crank 32 reciprocates left and right.

さらに、第7図に示すようにシャッタ14をフィルム4
6で構成しても良い。このフィルム46は、透明部46
aとマスク部bを有しており、このフィルム46を2つ
合わせた透明部46aの重なった部分がシャッタスリッ
ト16を形成する。つまり、ローラ38の回転駆動によ
って2つのフィルム46を等速度で移動すれば、2つの
フィルム46によって形成されているシャッタスリット
16が移動することになる。なお、ローラ38が図にお
ける矢印方向に移動すればシャッタスリット16は右方
向に移動することなる。
Further, as shown in FIG.
It may be configured with 6. This film 46 has a transparent portion 46.
a and a mask portion b, and the overlapping portion of the transparent portion 46a formed by combining the two films 46 forms the shutter slit 16. That is, if the two films 46 are moved at a constant speed by the rotation driving of the roller 38, the shutter slit 16 formed by the two films 46 will move. If the roller 38 moves in the direction of the arrow in the figure, the shutter slit 16 will move to the right.

そして、シャッタスリット16の移動をスリット光Lに
同期させれば、前述の場合と同様に等距離面V上に被撮
像物体表面があった時のみに光学像がこのシャッタスリ
ットを通過し、距離ゲート画像が得られる。
Then, if the movement of the shutter slit 16 is synchronized with the slit light L, the optical image passes through this shutter slit only when the surface of the object to be imaged is on the equidistant surface V as in the case described above, and the distance is increased. A gate image is obtained.

なお、フィルム46の同期制御はフォトディテクタ48
の検出結果によって行う。また、フィルム46にフォト
ディテクタ48による検出のための目印を別に設けてお
き、この目印の位置によって同期制御を行っても良い。
The synchronization control of the film 46 is performed by the photodetector 48.
Based on the detection result of. Alternatively, a mark for detection by the photodetector 48 may be separately provided on the film 46, and synchronization control may be performed according to the position of this mark.

また、この実施例によれば、ローラ38の回転によって
シャッタスリット16の移動制御ができるので、高速移
動が正確に行え、また移動のための機構も往復運動に比
べ簡単になる。さらに、フォトディテクタ48の検出結
果によって同期の制御が行えるため、2つのフィルム4
6のそれぞれの同期制御によって、シャッタスリット1
6の幅の変更も行える。
Further, according to this embodiment, since the movement of the shutter slit 16 can be controlled by the rotation of the roller 38, high-speed movement can be performed accurately, and the mechanism for movement is simpler than the reciprocating movement. Further, since the synchronization can be controlled by the detection result of the photo detector 48, the two films 4
The shutter slit 1
You can also change the width of 6.

従来の光切断法では、スリット光と各装置間の幾何学的
関係を既知とし、撮像面に結像した光学像から三角測量
の原理で物体表面の光学像の3次元座標を計算するが、
一方、距離ゲート画像を得るためには3次元座標を計算
する代りに奥行き座標すなわち距離が所定の範囲にある
かどうかを判断する必要がある。
In the conventional light cutting method, the geometrical relationship between the slit light and each device is known, and the three-dimensional coordinates of the optical image of the object surface are calculated from the optical image formed on the imaging surface by the principle of triangulation.
On the other hand, in order to obtain the distance gate image, it is necessary to judge whether the depth coordinate, that is, the distance is within a predetermined range, instead of calculating the three-dimensional coordinate.

本発明では、距離が所定の範囲にあるかどうかの判断
を、スリット光Rの走査と同時に移動するシャッタ14
の開口部を光学像が通過するかどうかで行う。従って、
シャッタ14の開口部の形状やスリット光Rの走査と開
口部の移動との間の関係を適宜制御すれば、撮像面18
に到達する光学像は物体12表面の光学像のうち所定の
距離範囲にあるものだけとなる。このため、スリット光
Rの走査とシャッタ14の開口部の移動を高速に行い、
スリット光Rの1走査期間は映像を蓄積できるような通
常の撮像管、固体撮像素子、写真フィルムなどを撮像面
18とすることにより、著しく短時間で距離ゲート画像
の撮像が可能となる。
In the present invention, the shutter 14 that moves simultaneously with the scanning of the slit light R is used to determine whether the distance is within a predetermined range.
It depends on whether the optical image passes through the opening of. Therefore,
If the shape of the opening of the shutter 14 and the relationship between the scanning of the slit light R and the movement of the opening are appropriately controlled, the imaging surface 18 can be obtained.
The optical image that reaches is only the optical image within the predetermined distance range among the optical images on the surface of the object 12. Therefore, scanning of the slit light R and movement of the opening of the shutter 14 are performed at high speed,
By using a normal image pickup tube, a solid-state image pickup device, a photographic film, or the like capable of accumulating an image for one scanning period of the slit light R as the image pickup surface 18, it is possible to take a range gate image in a remarkably short time.

第2実施例 固体撮像素子上にシャッタ機能を実現した例について、
第8図から第9図に基づいて説明する。
Second Example Regarding an example in which a shutter function is realized on a solid-state image sensor,
Description will be made with reference to FIGS. 8 to 9.

つまり、この例では、通常のインタライン転送方式CC
D(IT−CCD)撮像素子に対し、列あるいは行毎に
光ダイオードの信号電荷をドレインに流し込み捨てる
か、光ダイオードに隣接したコンデンサに蓄えるかを制
御するシャッタ制御回路を付加した撮像素子を用いる。
That is, in this example, the normal interline transfer method CC
For the D (IT-CCD) image pickup device, an image pickup device to which a shutter control circuit is added to control whether the signal charge of the photodiode is flown into the drain for each column or row and is discarded, or is stored in the capacitor adjacent to the photodiode is used. .

第8図に、通常のIT−CCD(charge coupled devic
e)撮像素子50の概念図を示す。このような通常のIT
−CCD撮像素子50においては、水平CCD52に複
数の垂直CCD54接続されている。そして、垂直CC
D54には一群の光ダイオード56がMOSスイッチ5
8を介して接続されている。また、各MOSトランジス
タスイッチ58は信号φptによって制御される。
Fig. 8 shows an ordinary IT-CCD (charge coupled devic).
e) A conceptual diagram of the image sensor 50 is shown. Normal IT like this
In the CCD image pickup device 50, a plurality of vertical CCDs 54 are connected to a horizontal CCD 52. And vertical CC
In D54, a group of photodiodes 56 is provided with the MOS switch 5
8 are connected. Further, each MOS transistor switch 58 is controlled by the signal φ pt .

ビデオ信号Svの垂直帰線期間(VSYNCがONの期
間)にφptをONとして、MOSトランジスタスイッチ
58をONとする。すると、各光ダイオード56に蓄積
された信号電荷はMOSトランジスタスイッチ58を通
して、全画素一斉に垂直CCD54に読みだされる。そ
して、水平CCD52、垂直CCD54をクロックパル
ス(図示せず)で制御し、1画素ずつ出力し、ビデオ信
号Svを形成する。
During the vertical retrace period of the video signal Sv (the period when VSYNC is ON), φ pt is turned on and the MOS transistor switch 58 is turned on. Then, the signal charges accumulated in each photodiode 56 are read out to the vertical CCD 54 all at once through the MOS transistor switch 58. Then, the horizontal CCD 52 and the vertical CCD 54 are controlled by clock pulses (not shown) to output one pixel at a time to form a video signal Sv.

このように、通常のIT−CCD撮像素子50では、1
つの光ダイオード56とMOSトランジスタスイット5
8の1組が1画素に対応している。
As described above, in the normal IT-CCD image pickup device 50,
One photodiode 56 and MOS transistor switch 5
One set of 8 corresponds to one pixel.

ここで、この発明においては、このIT−CCD撮像素
子50においてシャッタ機構を実現するため、1画素を
第9図Aのように変更し、全体として第9図Bのように
構成する。つまり、光ダイオード56とMOSトランジ
スタスイッチ58の間にMOSトランジスタスイッチ5
8cとコンデンサ60を1組挿入する。また、光ダイオ
ード56は別のMOSトランジスタスイッチ58dを介
しドレインに接続する。そして、このコンデンサ60と
接続するMOSトランジスタ58cを信号φci、ドレイ
ンと接続するMOSトランジスタスイッチ58dを信号
φdiで制御する。なお、MOSトランジスタスイッチ5
8を制御するφptは第8図のものと同様の信号である。
Here, in the present invention, in order to realize the shutter mechanism in the IT-CCD image pickup device 50, one pixel is changed as shown in FIG. 9A, and the whole is constructed as shown in FIG. 9B. That is, the MOS transistor switch 5 is provided between the photodiode 56 and the MOS transistor switch 58.
8c and one set of the capacitor 60 are inserted. The photodiode 56 is connected to the drain via another MOS transistor switch 58d. The MOS transistor 58c connected to the capacitor 60 is controlled by the signal φ ci , and the MOS transistor switch 58d connected to the drain is controlled by the signal φ di . The MOS transistor switch 5
Φ pt controlling 8 is a signal similar to that of FIG.

ここで、φciとφdiは列番号iに対するシャッタ制御信
号であり、互いに逆相の信号である。つまり、列番号i
について、φciがOFFでφdiがONの場合は、光ダイ
オード56の信号電荷はドレインに流れだし、捨てら
れ、これがシャッタのOFFに対応する。また、φci
ONでφdiがOFFの場合は、光ダイオード56の信号
電荷が隣接するコンデンサ60に蓄えられ、これがシャ
ッタ開に対応する。
Here, φ ci and φ di are shutter control signals for the column number i and are signals having opposite phases. That is, the column number i
Regarding, when φ ci is OFF and φ di is ON, the signal charge of the photodiode 56 begins to flow to the drain and is discarded, which corresponds to OFF of the shutter. When φ ci is ON and φ di is OFF, the signal charge of the photodiode 56 is stored in the adjacent capacitor 60, which corresponds to opening of the shutter.

このようにすると、信号φptにより垂直CCD54に全
画素一斉に読みだされるのは、各コンデンサ60に蓄え
られた電荷となる。
By doing so, it is the charges accumulated in each capacitor 60 that are read out to the vertical CCD 54 by the signal φ pt all at once.

なお、信号φptがONとなるのは、垂直帰線期間である
から、この期間をさけてシャッタ動作を行い、シャッタ
動作と信号読みだし動作の衝突をさける必要がある。
Since the signal φ pt is turned on during the vertical blanking period, it is necessary to avoid the shutter operation during this period and avoid the collision between the shutter operation and the signal reading operation.

そして、垂直帰線期間以外の期間でφci、φdiを適当な
タイミングで制御すれば、シャッタスリット16の開口
面積を制御することができる。つまり、スリット状開
口、右側開口、左側開口を実現できる。
Then, if φ ci and φ di are controlled at appropriate timings during the period other than the vertical blanking period, the opening area of the shutter slit 16 can be controlled. That is, a slit-shaped opening, a right side opening, and a left side opening can be realized.

このように、この実施例によれば電子的にシャッタの移
動を制御できるため、この移動を光源10のスリット光
Lに走査に正確に同期させることも非常に容易である。
As described above, according to this embodiment, since the movement of the shutter can be electronically controlled, it is very easy to accurately synchronize the movement with the slit light L of the light source 10 for scanning.

このように撮像素子として固定撮像素子を用い、シャッ
タ14は固体撮像素子上に電子的に実現するのが最も理
想的である。なぜなら、シャッタ14面と撮像面18と
を厳密に一致させることができる他に、シャッタ14の
開口部の形状と移動の制御を完全に電子的に行えるとい
う利点をも有するからである。
Ideally, the fixed image pickup device is used as the image pickup device, and the shutter 14 is electronically realized on the solid-state image pickup device. This is because the surface of the shutter 14 and the imaging surface 18 can be exactly matched with each other, and there is an advantage that the shape and movement of the opening of the shutter 14 can be completely electronically controlled.

第3実施例 この実施例では、2次元撮像素子とシャッタを用いるか
わりにラインセンサ70を焦点面でスリット光の走査に
同期させて移動させる。このようにすると、開口部がス
リット状の場合と同様な像がラインセンサ70に得られ
る。
Third Embodiment In this embodiment, instead of using a two-dimensional image sensor and a shutter, the line sensor 70 is moved in synchronization with scanning of slit light on the focal plane. By doing so, an image similar to that when the opening has a slit shape is obtained on the line sensor 70.

また、ラインセンサ70は固定しておき、鏡72によっ
て入射光をスキャンすれば、撮像部を簡略化できる。
Further, if the line sensor 70 is fixed and the incident light is scanned by the mirror 72, the image pickup unit can be simplified.

そこで、第10図の平面図に基づいて鏡によって入射光
をスキャンする場合について説明する。
Therefore, a case where incident light is scanned by a mirror will be described based on the plan view of FIG.

ラインセンサ70を鉛直方向に固定する。また、鏡72
もその面が鉛直方向に向いている。ラインセンサ70を
置く点をP、撮像したい光学像の焦点面上の点をP′を
する。そして、PとP′の垂直2等分線を1ppとし、こ
の1pp上に鏡72を置く。レンズ20の中心を通りP′
に至る光線1pと1ppの交点をCとする。光線1pは鏡
72に対し入射角θで入射し、点Cで反射する。この
θ、三角形CPP′が2等辺三角形であり、1ppが線文
PP′の垂直2等分線であるので、1ppと直線CPのな
す角度に等しい。従って、点Cで反射した光は点Pに到
達する。
The line sensor 70 is fixed in the vertical direction. Also, the mirror 72
The surface is also vertical. The point on which the line sensor 70 is placed is P, and the point on the focal plane of the optical image to be imaged is P '. Then, the vertical bisector of P and P'is set to 1 pp, and the mirror 72 is placed on this 1 pp. P'through the center of lens 20
Let C be the intersection of the rays 1p and 1pp. The light ray 1p enters the mirror 72 at an incident angle θ and is reflected at a point C. This θ, the triangle CPP 'is an isosceles triangle, and 1 pp is the perpendicular bisector of the line sentence PP', so it is equal to the angle formed by 1 pp and the straight line CP. Therefore, the light reflected at the point C reaches the point P.

これより、点P′を移動させ、PとP′の垂直2等分線
上に鏡を置けば、点P′に結像するはずの像が点Pに結
像する。このため、スリット光の走査に同期して、鏡7
2を前記法則に従って回転移動すれば、被撮像物12体
の表面が等距離面V上にある時のみにラインセンサ70
上に結像する。これによって、距離ゲート画像が得られ
る。
From this, if the point P'is moved and a mirror is placed on the perpendicular bisector of P and P ', the image which should be formed at the point P'is formed at the point P. Therefore, the mirror 7 is synchronized with the scanning of the slit light.
If 2 is rotated according to the above-mentioned law, the line sensor 70 can be moved only when the surface of the object 12 to be imaged is on the equidistant plane V.
Image on top. Thereby, a range gate image is obtained.

なお、鏡72の駆動は、公知のスキャンする鏡を内蔵す
るカメラを同一の構造とすることができる。このような
鏡内蔵カメラとしては、例えばCCDミラースキャンカ
メラMSC−2000(日本発条株式会社)などがあ
る。
It should be noted that the mirror 72 can be driven by using a known camera having a built-in mirror for scanning with the same structure. As such a camera with a built-in mirror, for example, there is a CCD mirror scan camera MSC-2000 (Nippon-Hiratsu Co., Ltd.).

第4実施例 この実施例では、シャッタスリット16を垂直スリット
開口部とし、光源10からのスリット光Rも垂直スリッ
ト光としている。
Fourth Embodiment In this embodiment, the shutter slit 16 is a vertical slit opening, and the slit light R from the light source 10 is also a vertical slit light.

まず、この実施例の各要素の幾何学的な関係について説
明する。第11図に上(y軸方向)から見た図を示す。
First, the geometrical relationship of each element of this embodiment will be described. FIG. 11 shows a view seen from above (y-axis direction).

ここで第11図は、第2図におけるスリット光Rの回転
走査の中心Mのz座標ZM=0とおいたものである。ま
た、Mには回転鏡10bをおき、レーザ光源10aとシ
リンドリカルレンズ10cにより形成されたスリット光
を回転鏡10bに導き、回転鏡10bによりスリット光
Rを回転走査するものである。このとき、スリット光線
Rと座標軸aとの交点をaRとおくと、 aR=−xM−f・tanθR(6) すると、式(5)は、 as−aR=xM・(f/z0+1)(7) 式(7)右辺はz0を定数とみなせば定数である。従っ
て、as−aRすなわち第12図の三角形の底辺の長さを
一定に保てば、シャッタスリット線Sとスリット光Rは
等距離面上で交わる。そして底辺の長さを変えれば、等
距離面が前後することになる。
Here, FIG. 11 shows the z coordinate Z M = 0 of the center M of the rotary scanning of the slit light R in FIG. Further, a rotating mirror 10b is provided at M, and the slit light formed by the laser light source 10a and the cylindrical lens 10c is guided to the rotating mirror 10b, and the slit light R is rotationally scanned by the rotating mirror 10b. At this time, when put intersection between the slit light beam R and the axis a and a R, a R = -x M -f · tanθ R (6) Then, the formula (5) is, · a s -a R = x M (F / z 0 +1) (7) The right side of Expression (7) is a constant if z 0 is regarded as a constant. Therefore, if a s −a R, that is, the length of the base of the triangle in FIG. 12 is kept constant, the shutter slit line S and the slit light R intersect on the equidistant surface. Then, if the length of the base is changed, the equidistant surface moves back and forth.

以上の原理を用いた距離ゲート撮像装置の一実施例につ
いて第12図に基づいて説明する。
An embodiment of the distance gate imaging device using the above principle will be described with reference to FIG.

シャッタ14の構成は、第6図に示したものと同様であ
る。つまり、固定マスク40と可動マスク42の間隙が
シャッタスリット16に形成されており、可動マスク4
2をネジ44によって相対的に移動することによって、
シャッタスリット16の幅の調整が行える。
The structure of the shutter 14 is similar to that shown in FIG. That is, the gap between the fixed mask 40 and the movable mask 42 is formed in the shutter slit 16, and the movable mask 4
By moving 2 relatively with the screw 44,
The width of the shutter slit 16 can be adjusted.

そして、シャッタ14の振動はクランク32によって行
なわれるが、シャッタ14は連結装置80によってスラ
イド台82に伝えられる。なお、この例では、クランク
32とスライド台82が接続されており、このスライド
台82の往復動がシャッタ14に伝達するようになって
いる。
The shutter 14 is vibrated by the crank 32, and the shutter 14 is transmitted to the slide base 82 by the connecting device 80. In this example, the crank 32 and the slide base 82 are connected, and the reciprocating motion of the slide base 82 is transmitted to the shutter 14.

そしてスライド台82には係合突起82aが設けられ、
この係合突起82aが回転アーム84の長孔84aに係
合される。そして、この回転アーム84の揺動がアーム
86を介し鏡支持部材88に伝達され、鏡10bが往復
回転してレーザ光源10aとシリンドリカルレンズ10
cにより形成されたスリット光をスキャンする。そし
て、このようにして、回転走査されるスリット光Rの角
度θRは第11図に示したものとなる。
The slide base 82 is provided with an engagement protrusion 82a,
The engagement protrusion 82a is engaged with the elongated hole 84a of the rotary arm 84. Then, the swing of the rotating arm 84 is transmitted to the mirror support member 88 via the arm 86, and the mirror 10b reciprocally rotates to cause the laser light source 10a and the cylindrical lens 10 to rotate.
The slit light formed by c is scanned. Then, in this way, the angle θ R of the slit light R rotationally scanned becomes as shown in FIG.

また、レーザ光源10aとシリンドリカルレンズ10c
は、両者により形成されるスリット光がX軸上をX+方
向に向かって進むように設置する。すると、スリット光
Rをスキャンする鏡10bの法線方向はスリット光Rと
x−軸とからなる角のちょうど半分となる必要がある。
第12図の実施例において、このような回動が達成され
る。
In addition, the laser light source 10a and the cylindrical lens 10c
Is installed so that the slit light formed by both proceeds on the X axis in the X + direction. Then, the normal direction of the mirror 10b that scans the slit light R needs to be exactly half of the angle formed by the slit light R and the x-axis.
Such rotation is achieved in the embodiment of FIG.

これによって、等距離面V上に被撮像物体12の表面が
ある場合のみ光学像がシャッタスリット16を通過す
る。
As a result, the optical image passes through the shutter slit 16 only when the surface of the imaged object 12 is on the equidistant surface V.

第5実施例 この実施例においては、回転シャッタスリットと回転ス
リット光を用いる。
Fifth Embodiment In this embodiment, a rotary shutter slit and rotary slit light are used.

第4実施例のような垂直シャッタスリットと垂直スリッ
ト光を用いるのが理想的ではあるが、機械的に両者の同
期をとりながら高速に走査するには、かなりの複雑な機
構が必要である。そこで、この実施例では、このかわり
に、回転シャッタスリットと回転スリット光を用いる。
Although it is ideal to use the vertical shutter slit and the vertical slit light as in the fourth embodiment, a considerably complicated mechanism is required for high-speed scanning while mechanically synchronizing the two. Therefore, in this embodiment, the rotary shutter slit and the rotary slit light are used instead.

まず、第13図のようなシャッタスリット16を持つ回
転シャッタがあるとする。このようなシャッタ14で距
離ゲート撮像を可能とするためには、どんなスリット光
を照射すればよいかというと、z=z0の等距離面V上
に、スリット開口部をレンズを通して逆投影して得られ
る直線と一致するようなスリット光をカメラの横から照
射すればよいことになる。
First, assume that there is a rotary shutter having a shutter slit 16 as shown in FIG. In order to enable distance gate imaging with such a shutter 14, what kind of slit light should be emitted is that the slit aperture is back projected through a lens on the equidistant surface V of z = z 0. It is only necessary to irradiate the slit light from the side of the camera so as to match the obtained straight line.

第13図の回転シャッタ14の場合は、シャッタスリッ
ト16を逆投影して得られるz=z0平面上の直線は、点
zo(O,−(yRs/f)・z0,z0)を通り、傾きはシ
ャッタスリット16の傾きに一致した直線となる。すな
わち、シャッタ14が回転すれば逆投影した直線も点C
Z0を中心に同じ角度で回転する。よって、このような回
転するスリット光Rをカメラの横から照射してやればよ
いことがわかる。
In the case of the rotary shutter 14 of FIG. 13, a straight line on the z = z 0 plane obtained by backprojecting the shutter slit 16 is a point C zo (O, − (y Rs / f) · z 0 , z 0. ), The inclination becomes a straight line that matches the inclination of the shutter slit 16. That is, when the shutter 14 rotates, the back-projected straight line is also point C.
Rotate at the same angle around Z0 . Therefore, it is understood that such rotating slit light R should be emitted from the side of the camera.

このような回転スリット光Rを実現するため、第14図
のように、レーザ光を光源10aから発し、シリンドリ
カルレンズ10cを介し、鏡10bに照射する。そし
て、鏡10bを回転させ、回転軸に一致させたスリット
光Rを入射すれば、鏡10bの回転軸を中心に鏡10b
の回転速度の2倍の速度で回転するスリット光Rが得ら
れる。従って、回転鏡10bの回転中心を点CZOに向け
て回転鏡10bを設置し、鏡10bの回転軸に一致する
ようにスリット光Rを鏡10bに入射して、回転鏡10
bを適当に回転させればよい。
In order to realize such rotating slit light R, as shown in FIG. 14, laser light is emitted from the light source 10a and is applied to the mirror 10b via the cylindrical lens 10c. Then, when the mirror 10b is rotated and the slit light R matched with the rotation axis is incident, the mirror 10b is rotated about the rotation axis of the mirror 10b.
The slit light R that rotates at a speed twice as high as the rotation speed of is obtained. Therefore, the rotating mirror 10b is installed so that the rotation center of the rotating mirror 10b is directed to the point C ZO , and the slit light R is incident on the mirror 10b so as to coincide with the rotation axis of the mirror 10b.
It is sufficient to rotate b appropriately.

ここで、z=z0平面でスリット光Rと回転シャッタ14
のシャッタスリット16の逆投影が一致しているとき、
回転シャッタ14の回転角とスリット光Rの回転軸につ
いての回転角とは必ずしも一致しない点が問題となる。
つまり、スリット光Rはカメラの横から斜めに照射する
ので、回転シャッタ14の回転軸とスリット光Rの回転
軸は平行ではないからである。
Here, the slit light R and the rotary shutter 14 on the z = z 0 plane.
When the back projection of the shutter slit 16 of
The problem is that the rotation angle of the rotary shutter 14 and the rotation angle of the slit light R about the rotation axis do not always match.
That is, since the slit light R is emitted obliquely from the side of the camera, the rotation axis of the rotary shutter 14 and the rotation axis of the slit light R are not parallel.

この点について、解決するため、次のような機構を設け
る。
In order to solve this point, the following mechanism is provided.

(1)回転シャッタ14の回転軸と平行な回転軸で、回
転シャッタ14の回転と等しく回転する軸を設定し、こ
の軸に第15図に示すようないわゆるユニバーサルジョ
イント100を連結し、このユニバーサルジョイント1
00を介して鏡10bの回転軸を回転させる。このユニ
バーサルジョイント100によれば、回転軸102と回
転軸104を任意の角度で連結できる。
(1) A rotary shaft parallel to the rotary shaft of the rotary shutter 14 is set so as to rotate equally to the rotation of the rotary shutter 14, and a so-called universal joint 100 as shown in FIG. Joint 1
The rotation axis of the mirror 10b is rotated via 00. According to this universal joint 100, the rotating shaft 102 and the rotating shaft 104 can be connected at an arbitrary angle.

(2)鏡の回転はスリット光Rの回転の半分の回転とす
る必要があるので、鏡10b回転軸の回転を半分に減速
する第16図A、Bに示すような減速装置110を介し
て鏡10bを回転させる。
(2) Since the rotation of the mirror needs to be half the rotation of the slit light R, the rotation of the rotation axis of the mirror 10b is decelerated by half through a speed reducer 110 as shown in FIGS. 16A and 16B. The mirror 10b is rotated.

第16図Aのボールベアリングタイプの減速装置110
によれば、駆動軸112の回転はその1/2の速度のボ
ール114の円運動に変換され、これによって被駆動軸
116が回転される。このため、被駆動軸116の回転
数は駆動軸112の1/2となる。また第16図Bの減
速装置110によれば、駆動軸112の回転はギア11
6a、b、c、dによって1/2の回転数になって、被
駆動軸114に伝達される。つまり、ギア116aとギ
ア116bのギア比較は1:2、ギア116cとギア1
16dのギア比較は1:1となっている。
Ball bearing type speed reducer 110 of FIG. 16A
According to the above, the rotation of the drive shaft 112 is converted into a circular movement of the ball 114 at a speed half that speed, and the driven shaft 116 is thereby rotated. Therefore, the rotational speed of the driven shaft 116 is half that of the drive shaft 112. According to the reduction gear transmission 110 shown in FIG. 16B, the drive shaft 112 is rotated by the gear 11
The rotation speed is reduced to 1/2 by 6a, b, c and d and transmitted to the driven shaft 114. That is, the gear comparison between the gear 116a and the gear 116b is 1: 2, and the gear comparison between the gear 116c and the gear 1 is 1.
The 16d gear comparison is 1: 1.

ここで、減速装置110によって回転を半分に減速する
段階をユニバーサルジョイント100を介して鏡10b
を駆動する前の段階としてはいけない。
Here, the step of decelerating the rotation by half by the reduction gear 110 is performed via the universal joint 100 through the mirror 10b.
Don't be as a pre-driving stage.

すなわち、 [回転シャッタ14と等しい回転]→[ユニバーサルジ
ョイント100]→[1/2減速装置110]→[鏡1
0b回転] の順でなければならず、 [回転シャッタ14と等しい回転]→[1/2減速装置
110]→[ユニバーサルジョイント100]→[鏡1
0b回転] であってはならない。
That is, [rotation equal to that of the rotary shutter 14] → [universal joint 100] → [1/2 reduction gear 110] → [mirror 1
0b rotation] in order. [Rotation equal to rotation shutter 14] → [1/2 reduction gear 110] → [Universal joint 100] → [Mirror 1
0b rotation].

第17図A,B,Cにスリット幅固定の回転シャッタを
用いたシステム全体の概略を示す。この場合、駆動モー
タは1台で済み、シャッタ14とスリット光Rの同期が
確実に行なわれる。
FIGS. 17A, 17B and 17C show the outline of the entire system using a rotary shutter with a fixed slit width. In this case, only one drive motor is required, and the shutter 14 and the slit light R are reliably synchronized.

この実施例において、回転シャッタ14の回転は、ベル
ト118、ユニバーサルジョイント100、減速装置1
10を介し鏡軸120の回転に変換される。この鏡軸1
20は、第17図Aのようにx軸方向からみると回転シ
ャッタの回転中心とレンズ20の中心を通る直線と一致
し、第17図Bのようにy軸方向からみると鏡軸120
の延長方向が点z0へ向いている。
In this embodiment, the rotary shutter 14 is rotated by the belt 118, the universal joint 100, and the speed reducer 1.
It is converted into rotation of the mirror shaft 120 via 10. This mirror axis 1
Reference numeral 20 corresponds to a straight line passing through the rotation center of the rotary shutter and the center of the lens 20 when viewed from the x-axis direction as shown in FIG. 17A, and the mirror axis 120 when viewed from the y-axis direction as shown in FIG. 17B.
The extension direction of is toward the point z 0 .

ここで、この鏡軸120の他端はx軸方向のみ移動可能
な支持パイプ122によって支持されている。そして、
この支持パイプ122は、これをx軸方向に移動させる
ため、x軸方向移動自在の移動パイプ124に回転自在
に軸支されている。このため、移動パイプ124を移動
調整することによって、第17図Aのようにx軸方向か
らみたときの鏡軸120の向きを変えることなく、第1
8図Bのようにy軸方向からみたときの鏡軸120の向
きを変更でき、これによって点z0すなわち等距離面Vを
変更できる。
Here, the other end of the mirror shaft 120 is supported by a support pipe 122 that is movable only in the x-axis direction. And
The support pipe 122 is rotatably supported by a movable pipe 124 that is movable in the x-axis direction in order to move the support pipe 122 in the x-axis direction. Therefore, by adjusting the movement of the moving pipe 124, the first direction can be adjusted without changing the direction of the mirror axis 120 when viewed from the x-axis direction as shown in FIG. 17A.
As shown in FIG. 8B, the direction of the mirror axis 120 when viewed from the y-axis direction can be changed, and thus the point z 0, that is, the equidistant plane V can be changed.

また、レーザ光を発する光源10aからのスポット光
は、第14図に示したようにシリンドリカルレンズ10
cによってスリット光を形成し、鏡軸120の鏡10b
によって反射され、被撮像物体12へ照射される。
Further, the spot light from the light source 10a that emits the laser light is, as shown in FIG.
The slit light is formed by c, and the mirror 10b of the mirror axis 120 is formed.
Is reflected by the object 12 and is irradiated onto the object 12 to be imaged.

そして、この鏡10bの回動と回転シャッタ14の回転
が同期されているので、被撮像物体が12が所定の等距
離面Vにある時にのみ光学像がシャッタスリット16を
通過する。これによって距離ゲート画像が得られる。
Since the rotation of the mirror 10b and the rotation of the rotary shutter 14 are synchronized, the optical image passes through the shutter slit 16 only when the object 12 is on the predetermined equidistant plane V. This produces a range gate image.

また、レーザ光源10aとシリンドリカルレンズ10c
とを支持している台126は回転可能となっており、こ
れによって等距離面Vを変更できるようになっている。
In addition, the laser light source 10a and the cylindrical lens 10c
The table 126 that supports and is rotatable, so that the equidistant surface V can be changed.

さらに、第18図には、シャッタスリット16の幅が調
節可能な回転シャッタ14を示す。これは2台のモータ
を用いて回転シャッタ部材130、132両者の位相を
変えることにより、シャッタスリット16の幅を変更で
きるようにしたものである。つまり、この例では、回転
シャッタ部材130と132を別々のモータで駆動する
ようにしている。
Further, FIG. 18 shows the rotary shutter 14 in which the width of the shutter slit 16 is adjustable. This is such that the width of the shutter slit 16 can be changed by changing the phases of both the rotary shutter members 130 and 132 using two motors. That is, in this example, the rotary shutter members 130 and 132 are driven by different motors.

また、回転シャッタ部材130、132を駆動を差動ギ
ヤのようなものを用いて、モータ1台でで行い、シャッ
タスリット16の幅を変更しても良い。
Further, the rotary shutter members 130 and 132 may be driven by one motor using a device such as a differential gear, and the width of the shutter slit 16 may be changed.

このような回転シャッタスリットと回転スリット光を用
いる方法によれば、高速のスリット光の走査とシャッタ
の同期が達成できる。
According to such a method using the rotary shutter slit and the rotary slit light, the high speed scanning of the slit light and the synchronization of the shutter can be achieved.

[発明の効果] 以上のように、本発明の距離ゲート画像の撮像方法及び
装置によれば、スリット光走査とシャッタ開口部の移動
とを高速に行うことにより、スリット光を少しずつ偏向
させ画像入力を行うという操作を繰り返すことなく、被
撮像物体表面のうち所望の距離範囲にある部分のみの画
像すなわち距離ゲート画像をリアルタイムで撮像するこ
とが可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the distance gate image capturing method and apparatus of the present invention, the slit light is deflected little by little by performing the slit light scanning and the shutter opening movement at high speed. It is possible to capture an image of only a portion within the desired distance range on the surface of the object to be imaged, that is, a distance gate image in real time without repeating the operation of inputting.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明に係る距離ゲート画像の撮像装置の第
1実施例の全体構成を示す斜視図、 第2図は同実施例の全体構成を示す平面図、 第3図は同実施例のシャッタ14の構成例を示す説明
図、 第4図は同実施例のTVカメラの構成例を示す概略図、 第5図は同実施例のシャッタ14の構成例を示す斜視
図、 第6図は同実施例のシャッタ14のさらに他の構成例を
示す斜視図、 第7図は同実施例のシャッタ14のさらに他の構成例を
示す斜視図、 第8図は従来の固体撮像素子50の構成を説明するため
の概略図、 第9図は第2実施例における固体撮像素子50の構成を
説明するための概略図、 第10図は第3実施例の全体構成を示す概略図、 第11図は第4実施例の全体構成を示す概略図、 第12図は同実施例の要部の構成を示す平面図、 第13図は第5実施例の回転シャッタ14の位置を説明
するための概略図、 第14図は同実施例のスリット光Rの発生状態を説明す
るための概略図、 第15図は同実施例のユニバーサルジョイント100の
構成を示す斜視図、 第16図は同実施例の減速装置110の構成を説明する
ための概略図、 第17図A、B、Cは同実施例の要部の構成をそれぞれ
x、y、z軸方向から見た図、 第18図は同実施例の回転シャッタ14の構成例を示す
斜視図、 10……光源 12……物体 14……シャッタ 16……シャッタスリット 18……撮像面 C……TVカメラ V……等距離面
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a first embodiment of a distance gate image pickup device according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the overall configuration of the same embodiment, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration example of the shutter 14, FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of the TV camera of the same embodiment, FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of the shutter 14 of the same embodiment, and FIG. FIG. 7 is a perspective view showing still another configuration example of the shutter 14 of the same embodiment, FIG. 7 is a perspective view showing still another configuration example of the shutter 14 of the same embodiment, and FIG. 8 is a configuration of a conventional solid-state imaging device 50. 9 is a schematic diagram for explaining the configuration of the solid-state imaging device 50 in the second embodiment, FIG. 10 is a schematic diagram for illustrating the overall configuration of the third embodiment, and FIG. Is a schematic diagram showing the overall construction of the fourth embodiment, and FIG. 12 is a plan view showing the construction of the essential parts of the same embodiment. FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the position of the rotary shutter 14 of the fifth embodiment, FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the generation state of the slit light R of the same embodiment, and FIG. The perspective view which shows the structure of the universal joint 100 of the same Example, FIG. 16 is the schematic for demonstrating the structure of the reduction gear transmission 110 of the same Example, and FIGS. 17A, B, C are the principal parts of the same Example. 18 is a perspective view showing the configuration of the rotary shutter 14 in the x, y, and z-axis directions, respectively, and FIG. 18 is a perspective view showing a configuration example of the rotary shutter 14 of the embodiment, 10 ... Light source 12 ... Object 14 ... Shutter 16 ... Shutter slit 18: Imaging surface C: TV camera V: Equidistant surface

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】スリット光を被撮像物体の表面に沿って走
査し、前記スリット光による被撮像物体の表面の光学像
を所定の開口部を有するシャッタ面上に導くとともに、
前記スリット光の走査と同期して前記シャッタ面上の開
口部を移動させ、前記スリット光の走査に従って前記シ
ャッタ面上を移動する前記光学像のうち前記移動する開
口部を通過した光学像のみを撮像面に露光させ、被撮像
物体表面のうち所定の距離範囲にある被撮像物体の表面
のみを撮像する距離ゲート撮像方法。
1. A slit light is scanned along a surface of an object to be imaged, and an optical image of the surface of the object to be imaged by the slit light is guided onto a shutter surface having a predetermined opening, and
Only the optical image that has passed through the moving opening of the optical image that moves on the shutter surface according to the scanning of the slit light is moved in synchronization with the scanning of the slit light. A distance gate imaging method in which an imaging surface is exposed and only the surface of the imaging object within a predetermined distance range of the imaging object surface is imaged.
【請求項2】スリット光を被撮像物体の表面に向けて偏
向走査する偏向照射装置と、前記スリット光による被撮
像物体の表面の光学像をシャッタ面上に結像させる光学
系と、前記スリット光の走査に同期して前記シャッタ面
上の所定の開口部を移動させる移動手段と、前記シャッ
タ面上に結像した前記光学像のうち前記移動する開口部
を通過した光学像のみが選択的に露光する撮像面と、を
含む距離ゲート撮像装置。
2. A deflection irradiation device that deflects and scans the slit light toward the surface of the object to be imaged, an optical system that forms an optical image of the surface of the object to be imaged by the slit light on a shutter surface, and the slit. Only moving means for moving a predetermined opening on the shutter surface in synchronization with scanning of light and only the optical image of the optical image formed on the shutter surface that has passed through the moving opening are selectively. A distance gate image pickup device including an image pickup surface that is exposed to light.
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