JPH0658210B2 - 三次元座標計測方法 - Google Patents
三次元座標計測方法Info
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- JPH0658210B2 JPH0658210B2 JP61275322A JP27532286A JPH0658210B2 JP H0658210 B2 JPH0658210 B2 JP H0658210B2 JP 61275322 A JP61275322 A JP 61275322A JP 27532286 A JP27532286 A JP 27532286A JP H0658210 B2 JPH0658210 B2 JP H0658210B2
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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、スリット光を用いる、物体の三次元座標計測
方法に関する。
方法に関する。
従来、この種の三次元座標計測方法は、座標計算式を簡
単にするために測定系の配置（物体に照射されるスリッ
ト光とカメラの位置関係）に束縛条件を持たせていた。
単にするために測定系の配置（物体に照射されるスリッ
ト光とカメラの位置関係）に束縛条件を持たせていた。
上述した従来の三次元座標計測方法は、測定系の配置あ
るいは座標系のとり方を変えると計算式も変って、汎用
性がなくなり、さらに、測定系の正確な位置設定と位置
測定が必要であり、これらの設定誤差や測定誤差が三次
元座標計測の誤差に大きく影響するという欠点がある。
るいは座標系のとり方を変えると計算式も変って、汎用
性がなくなり、さらに、測定系の正確な位置設定と位置
測定が必要であり、これらの設定誤差や測定誤差が三次
元座標計測の誤差に大きく影響するという欠点がある。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明の三次元座標計測方法は、計測しようとする物体
の三次元座標を、スリット光で該物体を照射して撮像さ
れた該物体の画像上の反射光点の画像面座標より変換し
て得る変換マトリックスを有し、物体の位置座標の計測
前に、予め、物体位置の三次元座標およびこれに対応す
る画像面座標を実測して得られたデータから前記変換マ
トリックスの各要素を算出することにより、計算式中の
定数の値を確定し、以後の計測において、物体位置の三
次元座標を該計算式を用いて対応する画像面座標値から
算出する方法である。
の三次元座標を、スリット光で該物体を照射して撮像さ
れた該物体の画像上の反射光点の画像面座標より変換し
て得る変換マトリックスを有し、物体の位置座標の計測
前に、予め、物体位置の三次元座標およびこれに対応す
る画像面座標を実測して得られたデータから前記変換マ
トリックスの各要素を算出することにより、計算式中の
定数の値を確定し、以後の計測において、物体位置の三
次元座標を該計算式を用いて対応する画像面座標値から
算出する方法である。
本発明の原理を図面を参照して説明する。
第１図はスリット光で照射された物体の位置座標系と、
物体を撮像するカメラ位置、および物体の画像面座標系
との関係を示す説明図である。
物体を撮像するカメラ位置、および物体の画像面座標系
との関係を示す説明図である。
物体位置の座標系をｘ−ｙ−ｚ座標系とし、カメラ（不
図示）の画像面座標系をｕ−ｖ座標系として、スリット
光で照射された測定対象物（不図示）がスリット光面１
と交わる線上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は、カメラレンズの
光軸２に垂直な画像面４上の点ｐ（ｕ，ｖ）に結像され
るものとする。このとき、画像面４上の点ｐは測定すべ
き点Ｐとカメラのレンズの光心３とを結んだ直線が画像
面４と交わる点で、点Ｐのｕ，ｖ座標から点Ｐのｘ，
ｙ，ｚ座標値を変換式を用いて計算することができる。
図示）の画像面座標系をｕ−ｖ座標系として、スリット
光で照射された測定対象物（不図示）がスリット光面１
と交わる線上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は、カメラレンズの
光軸２に垂直な画像面４上の点ｐ（ｕ，ｖ）に結像され
るものとする。このとき、画像面４上の点ｐは測定すべ
き点Ｐとカメラのレンズの光心３とを結んだ直線が画像
面４と交わる点で、点Ｐのｕ，ｖ座標から点Ｐのｘ，
ｙ，ｚ座標値を変換式を用いて計算することができる。
この変換式は、マトリクスによる同次形式を用いて、 で示される。ここで、ｓは同次座標、ｍ11〜ｍ43は変換
マトリックスの各要素である。式(1)はスリット光によ
る三次元計測の一般的表現式となっており、この変換式
を使えば、ｘ−ｙ−ｚ座標系とｕ−ｖ座標系はいずれも
直交座標系である必要がなく、さらに、各座標軸の単位
ベクトルも任意にとることが可能である。すなわち、三
次元座標計測を行なうにあたって都合のよい座標系を任
意に設定することができるという利点が生じる。
マトリックスの各要素である。式(1)はスリット光によ
る三次元計測の一般的表現式となっており、この変換式
を使えば、ｘ−ｙ−ｚ座標系とｕ−ｖ座標系はいずれも
直交座標系である必要がなく、さらに、各座標軸の単位
ベクトルも任意にとることが可能である。すなわち、三
次元座標計測を行なうにあたって都合のよい座標系を任
意に設定することができるという利点が生じる。
次に、式(1)における変換マトリックスの較正方式につ
いて説明する。
いて説明する。
式(1)は同次形式であるから変換マトリックスの０でな
い要素の１つを１とおくことができ、通常、最終要素ｍ
43は０になることはないのでｍ43を１として未定要素は
ｍ11〜ｍ42の１１個となる。
い要素の１つを１とおくことができ、通常、最終要素ｍ
43は０になることはないのでｍ43を１として未定要素は
ｍ11〜ｍ42の１１個となる。
式(1)を展開してｓを消去し、変換マトリックスの各要
素ｍ11〜42に関して整理すると、 を得る。これより、１組の実測データ（ｘ，ｙ，ｚ，
ｕ，ｖ）によって３つの方程式が得られるため、11の未
知要素ｍ11〜ｍ42を解くには最低４点に対応する４組の
実測データが必要である。一般にｎ組の実測データによ
って解く場合には実測データの組番号を添字として付し
て、 が解くべき変換式を示す。
素ｍ11〜42に関して整理すると、 を得る。これより、１組の実測データ（ｘ，ｙ，ｚ，
ｕ，ｖ）によって３つの方程式が得られるため、11の未
知要素ｍ11〜ｍ42を解くには最低４点に対応する４組の
実測データが必要である。一般にｎ組の実測データによ
って解く場合には実測データの組番号を添字として付し
て、 が解くべき変換式を示す。
式(3)の左辺のマトリクスをＵ，変換マトリックスの要
素のベクトルを，右辺のベクトルをとおくと、式
(3)は、 Ｕ＝ ……(4) で表わされ、マトリックスＵの擬似逆マトリックスをＵ
+とすると、の最小２乗解は、 ＝Ｕ+ ……(5) によって求めることができる。ここで、擬似逆マトリッ
クスＵ+はＵTをＵの転置行列として、 Ｕ+＝（ＵTＵ）-1ＵT ……(6) で定義される。
素のベクトルを，右辺のベクトルをとおくと、式
(3)は、 Ｕ＝ ……(4) で表わされ、マトリックスＵの擬似逆マトリックスをＵ
+とすると、の最小２乗解は、 ＝Ｕ+ ……(5) によって求めることができる。ここで、擬似逆マトリッ
クスＵ+はＵTをＵの転置行列として、 Ｕ+＝（ＵTＵ）-1ＵT ……(6) で定義される。
上記の方式によって変換マトリクスの較正を行なえば、
実測データの精度が良くない場合でも実測データの数を
増すことによって高精度の較正が可能になるという利点
も生じる。
実測データの精度が良くない場合でも実測データの数を
増すことによって高精度の較正が可能になるという利点
も生じる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第２図は本発明の三次元座標計測方法の一実施例を適用
した、自動車シャーシ取付ナットの有無検査装置による
検査状況を示す外観図である。
した、自動車シャーシ取付ナットの有無検査装置による
検査状況を示す外観図である。
自動車のシャーシに取付けられたナットは鋼板の穴の部
分にナットプロジェクションに依って溶接されている。
このナットの有無をナット側（裏側）及び穴側（表側）
のどちらから見る場合に対しても認識できることが要求
されている。通常の２値画像処理ではナット部分の輪郭
を正確に抽出することができないため有無の判定が難し
いが、ナット取付け部分の高さを計測すれば容易に判定
ができる。
分にナットプロジェクションに依って溶接されている。
このナットの有無をナット側（裏側）及び穴側（表側）
のどちらから見る場合に対しても認識できることが要求
されている。通常の２値画像処理ではナット部分の輪郭
を正確に抽出することができないため有無の判定が難し
いが、ナット取付け部分の高さを計測すれば容易に判定
ができる。
本装置は、光源として赤外半導体レーザ装置５を用い
て、そのビームをシリンドリカルレンズによって広げた
スリット光６を使い、このスリット光６がカメラ７の光
軸に対して30°の角度を持つようにカメラ７とレーザ装
置５（波長780nm）をロボット８に固定し、カメラ光軸
が検査対象のプレート９に対して垂直になるように構成
されている。カメラ７には焦点距離50mmのレンズと10mm
の接写リングが装着され、さらに外乱光の影響を避ける
ため、赤色フィルター（Ｒ−69）が取付けられ、このフ
ィルターによって通常の蛍光灯による室内照明の場合に
は照明光の影響をほぼ完全に取除くことができる。プレ
ート９は深さ100mmの黒色検査台（不図示）の上に置か
れて穴の裏側からの反射光を受けないようにされてい
る。カメラ７の出力は不図示の画像処理装置により処理
されて、画像面上に映し出される。
て、そのビームをシリンドリカルレンズによって広げた
スリット光６を使い、このスリット光６がカメラ７の光
軸に対して30°の角度を持つようにカメラ７とレーザ装
置５（波長780nm）をロボット８に固定し、カメラ光軸
が検査対象のプレート９に対して垂直になるように構成
されている。カメラ７には焦点距離50mmのレンズと10mm
の接写リングが装着され、さらに外乱光の影響を避ける
ため、赤色フィルター（Ｒ−69）が取付けられ、このフ
ィルターによって通常の蛍光灯による室内照明の場合に
は照明光の影響をほぼ完全に取除くことができる。プレ
ート９は深さ100mmの黒色検査台（不図示）の上に置か
れて穴の裏側からの反射光を受けないようにされてい
る。カメラ７の出力は不図示の画像処理装置により処理
されて、画像面上に映し出される。
検査にあたっては、ロボット８によりレーザ装置５およ
びカメラ７を移動させてプレート９の全面を検査でき
る。
びカメラ７を移動させてプレート９の全面を検査でき
る。
第３図は本発明の三次元座標計測方法の一実施例を適用
した実験装置を示す外観図である。
した実験装置を示す外観図である。
検査台16上に、調節台17が検査台座標軸（ｘ，ｙ，ｚ−
軸）の方向に合わせて設置されており、調節台17の上に
検査対象の試料10が載せられていて、試料10の位置はね
じ181、182により前後左右に調節できる。レーザ装置５
から放射されたレーザ光はスリット光６の状態とされて
回転ミラー11で反射された後、試料10上に投射される。
カメラ７は、スリット光６で照射された試料10を撮像
し、その画像15が画像処理装置12およびコンソール14に
よりＣＲＴ13の画像面上に映し出される。ＣＲＴ13の画
像面は二次元座標系（ｕ−ｖ座標系）を構成している。
軸）の方向に合わせて設置されており、調節台17の上に
検査対象の試料10が載せられていて、試料10の位置はね
じ181、182により前後左右に調節できる。レーザ装置５
から放射されたレーザ光はスリット光６の状態とされて
回転ミラー11で反射された後、試料10上に投射される。
カメラ７は、スリット光６で照射された試料10を撮像
し、その画像15が画像処理装置12およびコンソール14に
よりＣＲＴ13の画像面上に映し出される。ＣＲＴ13の画
像面は二次元座標系（ｕ−ｖ座標系）を構成している。
第４図は、以上の二つの装置例において、対象物体の位
置座標を計測する手順を示すフローチャートである。
置座標を計測する手順を示すフローチャートである。
まず、検査台16上の検査対象のプレート９または試料10
の位置を設定したあと、スリット光６を照射して画像面
上に画像15を映し出す。このようにして、検査対象をス
リット光６が切断する切断線上の点の座標（ｘ，ｙ，
ｚ）と、対応する画像面上の点の座標（ｕ，ｖ）を精密
に実測する（ステップ20）。この操作を目的精度に応じ
て必要回数行ない（ステップ21）、終れば、これらの実
測データを用いて前記式(5)により変換マトリックスの
要素ベクトルを計算する（ステップ22）。
の位置を設定したあと、スリット光６を照射して画像面
上に画像15を映し出す。このようにして、検査対象をス
リット光６が切断する切断線上の点の座標（ｘ，ｙ，
ｚ）と、対応する画像面上の点の座標（ｕ，ｖ）を精密
に実測する（ステップ20）。この操作を目的精度に応じ
て必要回数行ない（ステップ21）、終れば、これらの実
測データを用いて前記式(5)により変換マトリックスの
要素ベクトルを計算する（ステップ22）。
以上の操作により較正が終り、必要な一般変換式が得ら
れたので、以後、自由に検査対象をスリット光６で照射
し、その照射線上の任意の点の画像面上の座標（ｕ，
ｖ）を測定すると（ステップ23）、これらのデータから
その都度、対応する検査対象上の点の位置座標（ｘ，
ｙ，ｚ）を確定された変換式を用いて計測することが可
能となる（ステップ24）。必要回数の座標計算を行ない
（ステップ25）、終ればプログラムを終了する。
れたので、以後、自由に検査対象をスリット光６で照射
し、その照射線上の任意の点の画像面上の座標（ｕ，
ｖ）を測定すると（ステップ23）、これらのデータから
その都度、対応する検査対象上の点の位置座標（ｘ，
ｙ，ｚ）を確定された変換式を用いて計測することが可
能となる（ステップ24）。必要回数の座標計算を行ない
（ステップ25）、終ればプログラムを終了する。
なお、上述した実施例では、いずれも二次元撮像素子を
有するカメラを用いているが、一次元撮像素子を有する
カメラを用いるときは計算操作はさらに簡単となる。こ
の場合は、画像は一次元であるから、第１図において画
像素子がｕ軸上に並んでいると考えてよい。この場合は
ｖ座標の値が常に０であるから式(1)の変換式は、 に書き換えられる。ここでも変換マトリックスの最終要
素ｍ42は１とおいてよいので、二次元の場合と同様に解
くべき方程式は、 となる。変換マトリックスの各要素ｍ11〜ｍ41は擬似逆
行列を使って簡単に求めることができる。この場合は未
定要素ｍ11〜ｍ41の数が７つであるので最低３点の実測
データにより較正が可能である。
有するカメラを用いているが、一次元撮像素子を有する
カメラを用いるときは計算操作はさらに簡単となる。こ
の場合は、画像は一次元であるから、第１図において画
像素子がｕ軸上に並んでいると考えてよい。この場合は
ｖ座標の値が常に０であるから式(1)の変換式は、 に書き換えられる。ここでも変換マトリックスの最終要
素ｍ42は１とおいてよいので、二次元の場合と同様に解
くべき方程式は、 となる。変換マトリックスの各要素ｍ11〜ｍ41は擬似逆
行列を使って簡単に求めることができる。この場合は未
定要素ｍ11〜ｍ41の数が７つであるので最低３点の実測
データにより較正が可能である。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、計測対象とされる物体位
置の三次元座標を、その画像画面上の対応する物体位置
の二次元座標から計算するための変換マトリックスを有
し、その変換マトリックスの各要素の値を、計測開始前
に物体位置を必要回数実測して得られたデータにより較
正することにより、映像面上座標から物体の位置座標を
得るための一般計算式が得られるので、測定系の配置に
よらない三次元座標の計測が可能となり、さらに測定系
の位置決めや位置測定が不必要となり、これらに起因す
る計測誤差の要因が完全になくなるため、高精度の計測
が可能となる効果がある。
置の三次元座標を、その画像画面上の対応する物体位置
の二次元座標から計算するための変換マトリックスを有
し、その変換マトリックスの各要素の値を、計測開始前
に物体位置を必要回数実測して得られたデータにより較
正することにより、映像面上座標から物体の位置座標を
得るための一般計算式が得られるので、測定系の配置に
よらない三次元座標の計測が可能となり、さらに測定系
の位置決めや位置測定が不必要となり、これらに起因す
る計測誤差の要因が完全になくなるため、高精度の計測
が可能となる効果がある。
第１図はスリット光で照射された物体の位置座標系と、
物体を撮像するカメラ位置、および物体の画像面座標系
との関係を示す説明図、第２図は本発明の三次元座標計
測方法の一実施例を適用した自動車シャーシ取付ナット
の有無検査装置による検査状況を示す外観図、第３図は
同様の一実施例を適用した実験装置を示す外観図、第４
図は第２図および第３図の装置の動作を示すフローチャ
ートである。 １…スリット光面、２…レンズ光軸、 ３…レンズ光心、４…画像面、 ５…レーザ装置、６…スリット光、 ７…カメラ、８…ロボット、 ９…プレート、10…試料、 11…回転ミラー、12…画像処理装置、 13…ＣＲＴ、14…コンソール、 15…画像、16…検査台、 17…調節台、181，182…ねじ、 ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ…座標。
物体を撮像するカメラ位置、および物体の画像面座標系
との関係を示す説明図、第２図は本発明の三次元座標計
測方法の一実施例を適用した自動車シャーシ取付ナット
の有無検査装置による検査状況を示す外観図、第３図は
同様の一実施例を適用した実験装置を示す外観図、第４
図は第２図および第３図の装置の動作を示すフローチャ
ートである。 １…スリット光面、２…レンズ光軸、 ３…レンズ光心、４…画像面、 ５…レーザ装置、６…スリット光、 ７…カメラ、８…ロボット、 ９…プレート、10…試料、 11…回転ミラー、12…画像処理装置、 13…ＣＲＴ、14…コンソール、 15…画像、16…検査台、 17…調節台、181，182…ねじ、 ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ…座標。
Claims (2)
- 【請求項１】スリット光で物体を照射し、照射された該
物体の像を画像面上に撮像し、該物体の画像上のスリッ
ト光による反射光点の画像面座標から該反射光点に対応
する物体上の点の位置座標を計算式を用いて算出する三
次元座標計測方法であって、 前記反射光点の画像面上の二次元座標をｕ，ｖとし、該
反射光点に対応する物体上の点の三次元座標をｘ、ｙ、
ｚとして次に示す前記計算式中に変換マトリックスを有
し、 ここで、ｓは同次座標、ｍ11〜ｍ43は変換マトリックス
の各要素であり、 物体上の点の位置座標の計測開始前に、前記スリット光
で照射された物体上の点の位置の三次元座標およびこれ
に対応する画像面座標の組を所要組数だけ実測して得ら
れたデータから計算式（１）中の変換マトリックスの各
要素ｍ11、ｍ12、…、ｍ43を予め算出して、計算式
（１）中の定数の値を確定し、 以後の計測において、前記スリット光で照射された物体
上の点の位置の三次元座標を、計算式（１）を用いて対
応する画像面座標値から算出する三次元座標計測方法。 - 【請求項２】前記変換マトリックスの各要素ｍ11、
ｍ12、…、ｍ43は、所要組数の前記実測データから最小
二乗法を用いて得られる請求項１記載の三次元座標計測
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61275322A JPH0658210B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 三次元座標計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61275322A JPH0658210B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 三次元座標計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63131007A JPS63131007A (ja) | 1988-06-03 |
| JPH0658210B2 true JPH0658210B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=17553834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61275322A Expired - Fee Related JPH0658210B2 (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 三次元座標計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658210B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07239219A (ja) * | 1990-04-30 | 1995-09-12 | Korea Mach Res Inst | 非接触式タイヤ端面輪郭形状計測方法および装置 |
| JP2008224370A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | ３次元形状計測装置のキャリブレーション方法および３次元形状計測方法 |
| JP5234255B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2013-07-10 | 株式会社Ｉｈｉ | レーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法 |
| CN111476752A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-07-31 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 架空线路弧垂快速测量方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6093424A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-05-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 対象物体からこれと同形の物体を形成する方法及び装置 |
| JPS60205311A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-16 | Mitsubishi Electric Corp | 三次元座標測定法 |
-
1986
- 1986-11-20 JP JP61275322A patent/JPH0658210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63131007A (ja) | 1988-06-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |