JPH10215467A - 位置測定方法及び位置測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無造作に配置した映像表示機器のラスタ形状を
高精度に測定する。 【解決手段】映像表示機器Ａ上に測定点３ａ,３ｂ,３ｃ
を定め、座標系ＸＹＺにおける各測定点の座標(Ｘ_3a,Ｙ
_3a,Ｚ_3a),(Ｘ_3b,Ｙ_3b,Ｚ_3b),(Ｘ_3c,Ｙ_3c,Ｚ_3c)を算出す
る。ｕｖ平面に投影した各測定点の像の座標(ｕ_3a,
ｖ_3a),(ｕ_3b,ｖ_3b),(ｕ_3c,ｖ_3c)を理想平面ｘｙ上の座
標(ｘ_3a,ｙ_3a),(ｘ_3b,ｙ_3b),(ｘ_3c,ｙ_3c)に変換する。
この座標(ｘ_3a,ｙ_3a),(ｘ_3b,ｙ_3b),(ｘ_3c,ｙ_3c)と、理
想平面ｘｙからレンズ主点Ｆ迄の距離(予め算出)と、各
測定点の座標(Ｘ_3a,Ｙ_3a,Ｚ_3a),(Ｘ_3b,Ｙ_3b,Ｚ_3b),(Ｘ
_3c,Ｙ_3c,Ｚ_3c)を用い、座標系ＸＹＺから座標系ｘｙへ
の写像関数を作成する。この写像関数と映像表示機器Ａ
の設計情報を用い、座標系ｘｙから座標系ＸＹＺへの逆
写像関数を作成する。ｕｖ平面を介して理想平面ｘｙに
投影した映像表示機器Ａのラスタの像を、この逆写像関
数を用いて座標系ＸＹへ逆写像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーディスプレ
イモニタ、テレビジョン受像機その他の画像表示機器の
ブラウン管のパネル上に表示されたラスタの幾何学的歪
みの調整技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１に示すように、カラーディスプレ
イモニタ、テレビジョン受像機その他の画像表示機器の
ブラウン管の蛍光面上に形成されたラスタには、糸巻き
形歪み、樽形歪み等の幾何学的歪みが発生している。そ
こで、映像表示機器の製造工程の最終段階には、このラ
スタの幾何学的歪みを測定、調整する幾何学調整工程が
必須とされている。

【０００３】さて、一般の幾何学調整工程におけるラス
タの幾何学的歪み量の測定は、専ら、目視によって行わ
れている。そして、多くの場合、測定者の視線の方向の
変動による測定誤差を防止するために、図１２に示すよ
うに、二枚の透明なスケール板１０ａ,１０ｂを重ね合
わせて使用する等の簡単な工夫が為されている。二枚の
スケール板１０ａ,１０ｂの目盛が一致するような方向
ａから映像表示機器１１のブラウン管面のパネル１１ａ
を覗き込むように留意していれば、視線ａを水平に保ち
ながら視点を移動させることができるためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記目視に
よる測定方法(以下、従来の測定方法と呼ぶ)には、測定
結果に、個人誤差(例えば、スケール板の目盛の読み取
り誤差)や、測定者の過失による誤差(例えば、スケール
板１０ａ,１０ｂの目盛の読み誤り、２枚のスケール板
１０ａ,１０ｂのズレ等)が現れ易いという欠点がある。
更に、使用している２枚のスケール板１０ａ,１０ｂに
はそれぞれ器差があることを考慮すると、従来の測定方
法によって信頼性の高い測定を行うのは困難である。

【０００５】また、測定現場においては、作業の効率化
を図るために、通常、測定者の前に映像表示機器がベル
トコンベアで次々と搬送されるようになっているため、
映像表示機器１１のブラウン管面のパネル１１ａを覗き
込むという無理な作業姿勢を長時間に渡って測定者に強
いるということも問題視されるようになっている。

【０００６】そこで、ＣＣＤカメラを利用することによ
って、こうしたラスタの歪み量の測定を自動化する各種
の試みも為されているが、実際の測定現場への導入に当
たっては、ベルトコンベアで無造作に搬送されてくる映
像表示機器のブラウン管のパネルに対するＣＣＤカメラ
の位置決めの自動化という課題を解決する必要がある。
ところが、個々の映像表示機器のブラウン管のパネルに
対してＣＣＤカメラを自動的に位置決めするシステムの
導入には相当なコストが見込まれるため、コストダウン
の要求の傾向が一層強まりつつある現状においては、こ
うしたシステムの導入は歓迎されていない。

【０００７】そこで、本発明は、無造作に配置された映
像表示装置のブラウン管のパネル上に表示されたラスタ
の形状を精度良く自動測定することを可能とすることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、レンズの主点から当該レンズの主点に対
して所定の間隔の位置に配置された撮像面上に、既知の
３次元形状情報で表された３次元形状を有する物体の投
影像を投影し、前記物体の表面上に現れた特徴点の位置
の座標を、前記撮像面上における前記物体の投影像に含
まれる前記特徴点の投影像の位置を表す座標から算出す
る位置検出方法であって、前記物体の表面上に現れた特
徴点の位置の座標の算出に先立って、予め準備したテス
トパターンの投影像を前記レンズの主点から前記撮像面
上に投影し、前記テストパターンと前記撮像面との間の
間隔を変化させて当該間隔の変化の前後における前記テ
ストパターンの投影像の大きさの変化率を検出するステ
ップと、前記テストパターンと前記撮像面との間の間隔
の変化量に対する前記テストパターンの投影像の大きさ
の変化率の比に基づいて、前記レンズの主点から前記撮
像面迄の距離を算出するステップと、互いに異なる３点
以上の既知の座標の位置に定義した測定点の投影像を前
記レンズの主点から前記撮像面上に投影し、前記撮像面
上における前記各測定点の投影像の位置を表す座標を算
出するステップと、前記レンズの主点から前記撮像面迄
の距離と、前記各測定点の位置の座標と、前記撮像面上
における前記各測定点の投影像の位置の座標と、前記物
体の３次元形状を表す３次元形状情報とに基づいて、前
記撮像面上における当該撮像面上に位置する各点の座標
に前記物体の表面上に位置する各点の座標を対応付ける
対応情報を算出するステップとを有し、当該位置検出方
法は、前記物体の表面上に現れた特徴点の位置の座標と
して、前記対応情報から当該対応情報が前記撮像面上に
おける前記特徴点の投影像の位置を表す座標に対応付け
る座標を取り出すことを特徴とする位置測定方法を提供
する。

【０００９】また、この位置測定方法による測定を実行
するシステムとして、撮像レンズと撮像面とからなる結
像光学系を有する撮像装置で、既知の３次元形状情報に
より表された３次元形状を有する物体を撮像し、当該物
体の表面上に現れた特徴点の位置の座標を、前記撮像装
置が撮像した像に含まれている前記特徴点の像の位置の
座標に基づいて算出する位置測定システムであって、前
記物体の撮像に先立って、前記撮像装置の正面に配置さ
れ、当該撮像装置がテスト用画像として撮像するための
テストパターンを表示する表示板と、前記撮像装置の撮
像レンズに対して前記表示板を前後に移動させる移動装
置と、前記表示板が移動した距離に対する当該表示板の
移動の前後における前記テストパターンの大きさの変化
率の比を算出する第一算出手段と、前記物体の３次元形
状を表す３次元形状情報に基づいて、前記物体の表面上
に予め定義した３点以上の測定点の位置の座標を算出す
る第二算出手段と、前記撮像面上における前記各測定点
の像の位置の座標を算出する第三算出手段と、前記第二
算出手段が算出した座標と、前記第三算出手段が算出し
た座標とに基づいて、前記撮影レンズの主点から前記撮
像面迄の距離を算出する第四算出手段と、前記第一算出
手段が算出した比と、前記第四算出手段が算出した距離
と、前記物体の３次元形状を表す３次元形状情報とに基
づいて、前記物体の表面上の位置の座標を、前記撮像面
上における前記物体の像上の位置の座標に対応付ける対
応情報を算出する第五算出手段と、前記物体の表面上に
現れた特徴点の位置の座標として、前記対応情報から、
当該対応情報が前記撮像面上における前記特徴点の像の
位置の座標に対応付ける座標を取り出す第六算出手段
と、前記第六算出手段が算出した前記座標を出力する出
力手段とを備えることを特徴とする位置測定システムを
提供する。

【００１０】本位置測定方法及び位置測定システムによ
れば、まず最初に、テストパターンを用いて、前記撮像
面上の位置と前記物体の表面上の位置とを対応付ける対
応情報が算出されるため、レンズと撮像面とによって構
成される結像光学系において物体がどのような姿勢で配
置されていても(即ち、物体の姿勢を調整することな
く)、この物体の表面上に現れた特徴点の位置の座標を
測定することが出来る。また、本位置測定方法及び位置
測定システムを採用すれば、実質的な測定に人間が関与
する必要が殆どなくなるため、測定者の作業条件が大幅
に改善される上に、測定結果に個人誤差や過失による誤
差が含まれることがなくなり、従来の測定方法よりも、
格段に信頼性の高い測定を行うことが出来るようにな
る。尚、従来の測定方法とは異なり、器差が問題となる
ような測定器具(スケール)を使用する必要がないこと
も、測定の信頼性の向上に大きく寄与している。

【００１１】また、本位置測定システムは、少なくと
も、１台の撮像装置、１台の情報処理装置(前記第一算
出手段等の一連の算出手段の機能を実現するもの)、撮
像装置と情報処理装置との間に介在させるＡＤ変換器、
校正用装置(前記表示板と前記移動装置に該当するもの)
によって構成することができるため、コスト面における
厳しい要求もクリアすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る一実施の形態について説明する。

【００１３】最初に、図１により、本実施の形態に係る
形状測定方法による形状測定の実行に適したシステムの
基本構成について説明する。

【００１４】本システムは、測定対象である映像表示機
器Ａを正面から撮像するように配置された撮像装置１２
と、撮像装置１２から出力されるアナログ画像データａ
₁をデジタル変換するＡＤ変換器１３と、ＡＤ変換器１
３から出力されるデジタル画像データａ₂から映像表示
機器Ａのブラウン管２のパネル２ａ上に表示されたラス
タの幾何学的歪み量を算出する処理部２１と、測定者か
らのデータ入力を受付ける入力装置１８と、処理部２１
で算出された幾何学的歪み量を出力する出力装置１７と
を備えている。撮影装置１２としては、撮影レンズ１２
ａによってＣＣＤ撮像素子１２ｂの受光面上に被写体の
像を結像させる撮像装置(例えば、ＣＣＤカメラ)を使用
すればよい。

【００１５】そして、処理部２１は、本測定システム全
体の制御処理及び後述の形状測定処理を実行するプロセ
ッサ１５と、プロセッサ１５が実行する処理を定義した
各種プログラム等を格納したメモリ１６と、撮像装置１
２から入力されたデジタル画像データａ₂を蓄積する画
像メモリ１４と、プロセッサ１５の指示に応じて映像表
示機器Ａの映像回路２０に与える制御信号ａ₃を発生す
る信号発生器１９とを備える。そして、撮像装置１２か
ら入力されてくるデジタル画像データａ₂は、プロセッ
サ１５によって定期的に画像メモリ１４に蓄積されるよ
うになっている。

【００１６】一方、映像表示機器Ａ側では、処理部２１
の信号発生器１９が与える制御信号に応じて、ブラウン
管２の電子銃(不図示)が発射する電子ビームを変調させ
る映像信号ａ₄が映像回路２０から出力される。その結
果、映像表示機器Ａのブラウン管２のパネル２ａ上に、
テスト用画像として、複数のドットを縦横に並べた画像
が表示される(図８参照)。

【００１７】次に、図２により、後述の前処理に際して
使用する校正用装置Ｂの構造について説明する。尚、こ
の校正用装置Ｂの使用方法は、図１の測定システムによ
る形状測定方法の説明とあわせて後述することにする。

【００１８】本校正用装置Ｂの校正板２２の前面上に
は、予め定めた配列規則(本実施の形態では、格子配列)
に従って、校正板２２の地色(本実施の形態では、白色)
に対してコントラストの高い色彩(本実施の形態では、
黒色)のインクでマーカｍ(１,１),....,ｍ(２ｋ＋１,２
ｎ＋１)が付してある。これらのマーカｍ(１,１),....,
ｍ(２ｋ＋１,２ｎ＋１)は、測定対象である映像表示機
器の正面と同程度の幅ｗ及び高さｈの領域内に付されて
いることが望ましい。

【００１９】そして、この校正板２２の姿勢を微調節す
ることができるように、θ₁方向へ回転可能な回転テー
ブル２３上に校正板２２を固定し、更に、Ｚ軸に対して
傾斜可能な傾斜テーブル２４上に回転テーブル２３を固
定してある。また、この校正板２２の位置を微調節する
ことができるように、Ｘ軸方向へ移動可能な移動テーブ
ル２５上に傾斜テーブル２４が固定されている。移動テ
ーブル２５と傾斜テーブル２４と回転テーブル２３とに
は、それぞれ目盛２６ａ,２６ｂ,２６ｃが付けられてお
り、これらの目盛２６ａ,２６ｂ,２６ｃによって基準位
置２６ａ₁,２６ｂ₁,２６ｃ₁からの校正板２２の変位量
(Ｘ軸方向への移動距離、Ｚ軸に対する傾斜角、θ₁方向
への回転角)を測定することができるようになってい
る。

【００２０】次に、本実施の形態に係る形状測定方法に
ついて説明する。但し、ここでは、処理部２１のメモリ
１６には、既に、測定対象である映像表示機器Ａの設計
情報(ブラウン管２のパネル２ａの表面形状情報、ブラ
ウン管２のパネル２ａを囲う外枠３の形状情報、後述の
前処理において使用する３点の測定点(本実施の形態で
は、ブラウン管２のパネル２ａを囲う外枠３のコーナ３
ａ,３ｂ,３ｃ(図５参照))の位置情報等)と、校正用装置
Ｂの校正板２２上における各マーカｍ(１,１),....,ｍ
(２ｋ＋１,２ｎ＋１)の中心の座標データが格納されて
いるものとする。

【００２１】まず、形状測定処理の実行に先立ち、測定
者は、以下に示す前処理を実行しておく必要がある。

【００２２】図３に示すように、撮影装置１２の正面に
校正用装置Ｂを配置し、撮影装置１２が撮像した像を観
察しながら、以下に示すような手順で、撮影装置１２に
対する校正用装置Ｂの校正板２２の位置と姿勢をそれぞ
れ調節する。まず、撮影装置１２の撮像範囲内に校正板
２２の全面が収まるように、移動テーブル２５上で傾斜
テーブル２４を移動させる。更に、撮影装置１２のＣＣ
Ｄ撮像素子１２ａの受光面に対して校正板２２の前面が
平行になるように、具体的には、撮影装置１２が撮像し
た像上でマーカｍ(１,１),ｍ(２ｎ＋１,１),ｍ(１,２ｋ
＋１),ｍ(２ｎ＋１,２ｋ＋１)の像の中心を頂点とする
四角形が長方形となるように、回転テーブル２３の回転
角と傾斜テーブル２４の傾斜角をそれぞれ調節する。

【００２３】以上の校正用装置Ｂのセッティングが終了
したら、前処理の実行を指示する第一コマンドを入力装
置１８から入力する。この第一コマンドの発行により、
処理部２１のプロセッサ１５は、以下に示す演算処理の
実行を開始する。

【００２４】校正板２２上に、図４(Ａ)に示すように、
配列の中央に位置するマーカｍ(ｎ＋１,ｋ＋１)の中心
を原点Ｏとする直交２次元座標系ｘｙを新たに定義し、
予めメモリ１６に格納されている各マーカｍ(１,
１),....,ｍ(２ｋ＋１,２ｎ＋１)の中心の座標データ
を、この直交２次元座標系ｘｙにおける座標データ(ｘ
₁₁,ｙ₁₁),....,(ｘ_{2n+1 2k+1},ｙ_{2n+1 2k+1})に座標変換
する。

【００２５】一方、撮影装置１２が撮像した像上にも、
図４(Ｂ)に示すように、画像メモリ座標の中心を原点
Ｏ'とする直交２次元座標系ｕｖを定義し、画像メモリ
１４に蓄積されている最新のデジタル画像データを用い
て、この直交２次元座標系ｕｖにおける各マーカの像
ｍ'(１,１),....,ｍ'(２ｎ＋１,２ｋ＋１)の中心の座標
データ(ｕ₁₁,ｖ₁₁),....,(ｕ_{2n+1 2k+1},ｖ_{2n+1 2k+1})を
それぞれ算出する。

【００２６】その後、最小二乗法を用いて、直交２次元
座標系ｘｙにおける各マーカｍ(１,１),....,ｍ(２ｎ＋
１,２ｋ＋１)の中心の座標データ(ｘ₁₁,ｙ₁₁),....,(ｘ
_{2n+1 2k+1},ｙ_{2n+1 2k+1})を、それぞれ、直交２次元座標
系ｕｖにおける自身の像の中心の座標データ(ｕ₁₁,
ｖ₁₁),....,(ｕ_{2n+1 2k+1},ｖ_{2n+1 2k+1})を含む近似関数
(数１及び数２)で近似する。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】尚、０≦ｉ＋ｊ≦４程度とすれば、後述の
画像歪みの補正演算において問題となる程の近似誤差が
生じることはない。

【００３０】そして、撮像装置１２の撮影レンズ１２ａ
の歪曲収差等に起因する画像歪みを含む直交２次元座標
系ｕｖにおける座標データ(ｕ,ｖ)を、画像歪みを含ま
ない理想的な直交２次元座標系ｘｙにおける座標データ
(ｘ,ｙ)に座標変換する補正関数として、この近似関数
をメモリ１６に格納しておく。

【００３１】また、この補正関数(数１及び数２)を用い
て、２つのマーカｍ(１,ｎ＋１),ｍ(２ｋ＋１,ｎ＋１)
の像の中心の座標データ(ｕ_{1 n+1},ｖ_{1 n+1}),(ｕ
_{2k+1 n+1},ｖ_{2 k+1 n+1})を、直交２次元座標系ｘｙにおけ
る座標データ(ｘ_{1 n+1},ｙ_{1 n+1}),(ｘ_{2 k+1 n+1},ｙ
_{2k+1 n+1})に座標変換する。そして、この２つの座標デ
ータ(ｘ_{1 n+1},ｙ_{1 n+1}),(ｘ_{2k+1 n+1},ｙ_{2k+1 n+1})の示
す位置間の距離Ｍ₀を算出し、メモリ１６に格納してお
く。

【００３２】さて、第一コマンドを入力した後、測定者
は、移動テーブル２５を移動させて、図６に示すよう
に、校正板２２を、当初の位置Ｔ₀から距離ｅ(５０ｍｍ
から１００ｍｍ程度が適当)だけ離れた位置Ｔ₁に移動さ
せる。その後、前処理の続行を指示する第二コマンドを
入力装置１８から入力する。この第二コマンドの発行に
より、処理部２１のプロセッサ１５は、以下に示す演算
処理の実行を開始する。

【００３３】画像メモリ１４に蓄積されている最新のデ
ジタル画像データを用いて、直交２次元座標系ｕｖにお
ける２つのマーカｍ(１,ｎ＋１),ｍ(２ｋ＋１,ｎ＋１)
の像の中心の座標データ(ｕ_{1 n+1},ｖ_{1 n+1}),(ｕ
_{2k+1 n+1},ｖ_{2k+1 n+1})をそれぞれ算出する。その後、補
正関数(数１及び数２)を用いて、この２つの座標データ
(ｕ_{1 n+1},ｖ_{1 n+1}),(ｕ_{2k+1 n+1},ｖ_{2k+1 n+1})を、直交２
次元座標系ｘｙにおける座標データ(ｘ_{1 n+1},ｙ_{1 n+1}),
(ｘ_{2k+1 n+1},ｙ_{2k+1 n+1})に座標変換する。そして、こ
の２つの座標データ(ｘ_{1 n+1},ｙ_{1 n+1}),(ｘ_{2k+1 n+1},ｙ
_{2k+1 n+1})の示す位置間の距離Ｍ₁を算出する。その後、
次式を用いて、撮像カメラ１２の撮影レンズ１２ａの主
点Ｆから当初の校正板２２の位置Ｔ₀(即ち、ｘｙ直交２
次元座標系迄の距離ｇ、即ち、撮像カメラ１２の撮影レ
ンズ１２ａの主点Ｆからｘｙ直交２次元座標系迄の距離
ｇを算出する。そして、これをメモリバッファに格納し
ておく。

【００３４】

【数３】

【００３５】ここで、Ｋ＝Ｍ₁／Ｍ₀である。

【００３６】以上の前処理が終了したら、実際の形状測
定を開始するため、測定者は、校正用装置Ｂに換えて、
測定対象である映像表示機器Ａを撮影装置１２の正面に
配置する。このとき、映像表示機器Ａのブラウン管２の
パネル２ａを、当初の校正板２２の位置Ｔ₀辺りに位置
させることが望ましい。少なくとも前述の補正関数(数
１及び数２)が有効である範囲で、映像表示機器Ａのブ
ラウン管２のパネル２ａを撮影する必要があるからであ
る。その後、形状測定処理の開始を指示するコマンドを
測定者が入力装置１８から入力すると、このコマンドの
発行によって、処理部２１のプロセッサ１５が、以下に
示す形状測定処理の実行を開始する。

【００３７】まず、測定者に対して、３つの測定点３
ａ,３ｂ,３ｃに対応する像上の位置の指定を要求する。
それらの位置(以下、指定位置と呼ぶ)が指定されたら、
画像メモリ１４に蓄積されている最新のデジタル画像デ
ータを用いて、直交２次元座標系ｕｖにおける各指定位
置の座標データ(ｕ_3a,ｖ_3a),(ｕ_3b,ｖ_3b),(ｕ_3c,ｖ_3c)
をそれぞれ算出する(図７参照)。そして、補正関数(数
１及び数２)を用いて、各指定位置の座標データ(ｕ_3a,
ｖ_3a),(ｕ_3b,ｖ_3b),(ｕ_3c,ｖ_3c)を、それぞれ、直交２
次元座標系ｘｙにおける座標データ(ｘ_3a,ｙ_3a),(ｘ_3b,
ｙ_3b),(ｘ_3c,ｙ_3c)に座標変換する(図７参照)。そし
て、これらの座標データ(ｘ_3a,ｙ_3a),(ｘ_3b,ｙ_3b),(ｘ
_3c,ｙ_3c)を、各指定位置の正規の座標データとする。

【００３８】また、映像表示機器Ａのボディ座標系とし
て、直交３次元座標系ＸＹＺを新たに定義する。本実施
の形態で定義したボディ座標系ＸＹＺは、図７に示すよ
うに、３つの測定点３ａ,３ｂ,３ｃを含む平面をＸＹ平
面、対角方向に位置する２つの測定点３ｂ,３ｃを結ぶ
線分７０の中点Ｏ''を原点、上下に位置する２つの測定
点３ａ,３ｂを結ぶ線分に平行な直線をＹ軸とするもの
である。そして、予めメモリ１６に格納されている映像
表示機器Ａの設計情報に基づいて、ボディ座標系ＸＹＺ
における各測定点３ａ,３ｂ,３ｃの座標データ(Ｘ_3a,Ｙ
_3a,Ｚ_3a),(Ｘ_3b,Ｙ_3b,Ｚ_3b),(Ｘ_3c,Ｙ_3c,Ｚ_3c)を算出す
る。

【００３９】そして、ボディ座標系ＸＹＺにおける各測
定点３ａ,３ｂ,３ｃの座標データ(Ｘ_3a,Ｙ_3a,Ｚ_3a),(Ｘ
_3b,Ｙ_3b,Ｚ_3b),(Ｘ_3c,Ｙ_3c,Ｚ_3c)と、直交２次元座標系
ｘｙにおける各指定位置の座標データ(ｘ_3a,ｙ_3a),(ｘ
_3b,ｙ_3b),(ｘ_3c,ｙ_3c)と、前処理で算出しておいた距離
ｇとを利用して、数４及び数５に示したボディ座標系Ｘ
ＹＺから直交２次元座標系ｘｙへの写像関数に含まれて
いる６つの未知のパラメータＸ₀,Ｙ₀,Ｚ₀,α,β,γの値
を決定する。具体的には、写像関数(数４及び数５)に、
それぞれ、各測定点３ａ,３ｂ,３ｃの座標データ(Ｘ_3a,
Ｙ_3a,Ｚ_3a),(Ｘ_3b,Ｙ_3b,Ｚ_3b),(Ｘ_3c,Ｙ_3c,Ｚ_3c)と、各
測定点３ａ,３ｂ,３ｃに対応する指定位置の座標データ
(ｘ_3a,ｙ_3a),(ｘ_3b,ｙ_3b),(ｘ_3c,ｙ_3c)を代入し、６つ
の連立方程式を作成して、その解として、６つのパラメ
ータＸ₀,Ｙ₀,Ｚ₀,α,β,γの値を算出する。ここで、
(α,β,γ)は、ボディ座標系ＸＹＺに対する３次元座標
系ｘｙｚ(直交２次元座標系ｘｙと、ｘｙ平面の法線ｚ
とからなる座標系)の姿勢を表わすパラメータであり、
αは、ボディ座標系ＸＹＺのＸ軸周りの回転角であり、
βは、ボディ座標系ＸＹＺのＹ軸周りの回転角であり、
γは、ボディ座標系ＸＹＺのＺ軸周りの回転角である。
また、(Ｘ₀,Ｙ₀,Ｚ₀)は、ボディ座標系ＸＹＺにおける
撮像装置１２の撮影レンズ１２ａの主点Ｆの３次元座標
データである。

【００４０】

【数４】

【００４１】

【数５】

【００４２】但し、ａ_ijは、次式により表される回転行
列Ｒのｉ行ｊ列成分である。

【００４３】

【数６】

【００４４】尚、更に測定点の数を増やして最小二乗法
を用いれば、６つのパラメータＸ₀,Ｙ₀,Ｚ₀,α,β,γの
値をより正確に決定することができる。具体的には、数
７、数８、数９、数１０を利用して、残差Δｘ_i,Δｙ_i
の平方和Ｐ,Ｑが最小となるようにパラメータＸ₀,Ｙ₀,
Ｚ₀,α,β,γの値を決定すればよい。

【００４５】

【数７】

【００４６】

【数８】

【００４７】

【数９】

【００４８】

【数１０】

【００４９】その後、画像メモリ１４に蓄積されている
最新のデジタル画像データを用いて、映像表示機器Ａの
ブラウン管２のパネル２ａ上に表示されているテスト用
画像(図８参照)に含まれている各ドットＮ(１,
１),....,Ｎ(ｍ,ｎ)の中心位置の直交２次元座標系ｕｖ
における座標データ(ｕ₁₁,ｖ₁₁),....,(ｕ_mn,ｖ_mn)を算
出し、これらドット(１,１),....,Ｎ(ｍ,ｎ)の座標デー
タ(ｕ₁₁,ｖ₁₁),....,(ｕ_mn,ｖ_{m n})を、前処理で算出して
おいた補正関数(数１及び数２)を用いて直交２次元座標
系ｘｙにおける座標データ(ｘ₁₁,ｙ₁₁),....,(ｘ_mn,ｙ
_mn)に座標変換する。そして、最小二乗法を用いて、最
外周のドットの中心間を補間する曲線８０ａ,８０ｂ,８
０ｃ,８０ｄを算出する。

【００５０】また、図９に示すように、直交２次元座標
系ｘｙからボディ座標系ＸＹＺに、各ドットＮ(１,
１),....,Ｎ(ｍ,ｎ)を逆写像する。即ち、予めメモリ１
６に格納されている映像表示機器Ａの設計情報に基づい
て、映像表示機器Ａのブラウン管２のパネル２ａの表面
を、ボディ座標系ＸＹＺにおける座標データを有する点
群の包絡面ｆ(Ｘ,Ｙ,Ｚ)として定義する。そして、前処
理で算出しておいた距離ｇと、６つのパラメータＸ₀,Ｙ
₀,Ｚ₀,α,β,γと、直交２次元座標系ｘｙにおける各ド
ットＮ(１,１),....,Ｎ(ｍ,ｎ)の座標データ(ｘ₁₁,
ｙ₁₁),....,(ｘ_mn,ｙ_mn)とを用いて、数４及び数５か
ら、撮像装置１２の撮影レンズ１２ａの主点Ｆと各分割
点ドットＮ(１,１),....,Ｎ(ｍ,ｎ)とを結ぶ直線
Ｌ₁₁,....,Ｌ_mnの方程式を算出し、更に、映像表示機器
Ａのブラウン管２のパネル２ａ上に実在している点群
Ｎ'(１,１),....,Ｎ'(ｍ,ｎ)の座標データとして、これ
ら各直線Ｌ₁₁,....,Ｌ_mnと包絡面ｆ(Ｘ,Ｙ,Ｚ)との交点
のボディ座標系ＸＹＺにおける座標データを算出する。

【００５１】また、予めメモリ１６に格納されている映
像表示機器Ａの設計情報に基づいて、ブラウン管２のパ
ネル２ａを囲む外枠３の縁上の点群のボディ座標系ＸＹ
Ｚにおける座標データを算出する。そして、最小二乗法
を用いて、これら点群の間を補間する直線８１ａ,８１
ｂ,８１ｃ,８１ｄを算出する。そして、上下左右につい
て、ぞれぞれ、曲線８０ａ,８０ｂ,８０ｃ,８０ｄと、
直線８１ａ,８１ｂ,８１ｃ,８１ｄとの間隔Δｈａ,Δｖ
ｂ,Δｈｃ,Δｖｄを算出する。そして、最終的に、次式
を用いて、映像表示機器のブラウン管のパネル上に表示
されたラスタの幾何学歪み量(左右の歪み量ΔＨａ,ΔＨ
ｃ、上下の歪み量ΔＶｂ,ΔＶｄ)を算出し、その結果を
出力装置１７から出力する。

【００５２】ΔＨａ＝Δｈａ_max−Δｈａ_min ΔＨｃ＝Δｈｃ_max−Δｈｃ_min ΔＶｂ＝Δｖｂ_max−Δｖｂ_min ΔＶｄ＝Δｖｄ_max−Δｖｄ_min ここで、Δｈａ_max及びΔｈａ_minは、曲線８０ａと直線
８１ａとの間隔Δｈａの最大値及び最小値であり、Δｈ
ｃ_max及びΔｈｃ_minは、曲線８０ｃと直線８１ｃとの間
隔Δｈｃの最大値及び最小値であり、Δｖｂ_max及びΔ
ｖｂ_minは、曲線８０ｂと直線８１ｂとの間隔Δｈｂの
最大値及び最小値であり、Δｖｄ_max及びΔｖｄ_minは、
曲線８０ｄと直線８１ｄとの間隔Δｖｄの最大値及び最
小値である。

【００５３】尚、形状測定を続行する場合には、測定者
は、前処理を繰り返すことなく、新たな測定対象とすべ
き映像表示機器を撮像装置の正面に配置して同様な作業
を繰返し実行するだけでよい。撮像装置の撮影レンズの
歪曲収差等に起因する画像歪みを補正するための補正関
数(数１及び数２)を再度算出する必要はないからであ
る。

【００５４】このように、本形状測定方法によれば、撮
像装置に対する映像表示装置の姿勢を調整しなくとも、
撮像装置が撮像した像に基づいて、映像表示装置のブラ
ウン管のパネル上に表示されたラスタの幾何学的歪みを
精度良く自動測定することができる。従って、例えば、
撮像装置の正面に大量の映像表示機器がベルトコンベア
で無造作に次々と搬送されてきても、個々の映像表示装
置のブラウン管のパネル上に表示されているラスタの幾
何学的歪みを精度良く測定することができる。即ち、本
形状測定方法による形状測定を実行するための測定シス
テムは、信頼性の高い効率的な測定を可能とする上に、
少なくとも、１台の撮像装置と、処理部に相当する１台
の情報処理装置と、１台のＡＤ変換器とで構成すること
ができるため、経済性に関する厳しい要求もクリアする
ことができる。

【００５５】ところで、ラスタの幾何学調整工程におい
て、その測定結果を有効に活用するために、図１０に示
したように、測定対象である映像表示装置に調整回路１
００を搭載するとよい。

【００５６】この場合には、測定システムの処理部２１
のメモリ１６に、予め、映像表示機器Ａのブラウン管２
のパネル２ａに表示されるラスタの歪みの許容量Ｄ₀を
格納しておき、プロセッサ１５が、この許容量Ｄ₀と測
定結果Ｄ₁との差分データ(Ｄ₁−Ｄ₀)を算出し、これを
通信インターフェース３６を介して映像表示機器Ａ側に
送信するようにする。

【００５７】そして、測定システム側から差分データ
(Ｄ₁−Ｄ₀)を受信した映像表示機器Ａ側では、調整回路
１００のＣＰＵ３１が、補正用データとして、この差分
データ(Ｄ₁−Ｄ₀)を機能別メモリ３３に格納する。そし
て、偏向補正回路３２は、機能別メモリ３３に格納され
た差分データ(Ｄ₁−Ｄ₀)を参照して、これに応じた補正
電流を偏向ヨーク３５に与える。その結果、映像表示機
器Ａのブラウン管２のパネル２ａに表示されているラス
タの歪みが修正される。

【００５８】そして、最終的に、許容量Ｄ₀と測定結果
Ｄ₁との差分データ(Ｄ₁−Ｄ₀)が許容範囲に収まった
ら、測定システムの処理部２１のプロセッサ１５は、映
像表示機器Ａ側に終了指令を与えるようにする。

【００５９】そして、この終了指令を受け取った映像表
示機器Ａ側では、調整回路１００のＣＰＵ３１が、測定
システム側から受信した最新の差分データ(Ｄ₁−Ｄ₀)
を、最終データとしてメモリ３４に格納する。そして、
ＣＰＵ３１は、その後、メモリ３４に格納されている最
終データを用いて、機能別メモリ３３に格納された補正
用データを定期的にリフレッシュする。

【００６０】このようにすることによって、映像表示機
器Ａのブラウン管２のパネル２ａに表示される映像の画
質を確実に向上させ、且つ、そのレベルを維持すること
ができる。

【００６１】尚、本実施の形態では、映像表示機器のブ
ラウン管のパネル上に表示されたラスタの形状を測定す
ることとしているが、本形状測定方法は、結局のところ
は、既知の三次元形状を有する物体の表面上の特徴点の
実在位置を、物体の姿勢を調整することなく高精度に測
定する方法であるので、その用途は上記ラスタの形状測
定に限定されるものはない。既知の三次元形状を有する
表面上に現れたパターンの形状を、物体の姿勢の調整が
困難であるにも関わらず高精度に自動測定することが要
求されている場合に、本形状測定方法の利用が非常に有
効であることは言うまでもない。

【００６２】

【発明の効果】本発明に係る形状測定方法によれば、物
体の姿勢とは無関係に、物体の表面上の特徴点の位置を
精度良く自動測定することができる。従って、例えば、
映像表示機器のブラウン管のパネルに表示されたラスタ
の形状等を、映像表示機器の姿勢を調節しなくても精度
良く自動測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る測定システムの構成
例を示した図である。

【図２】前処理に際して使用する校正用装置の斜視図で
ある。

【図３】前処理に際しての校正用装置の配置図である。

【図４】(Ａ)は、校正用装置の校正板上に定義した直交
２次元座標系ｘｙを示した図であり、(Ｂ)は、撮影装置
１２が撮像した像上に定義した直交２次元座標系ｕｖを
示した図である。

【図５】映像表示機器の正面図である。

【図６】前処理における校正用装置の使用方法を説明す
るための図である。

【図７】本発明の実施の形態に係る形状測定方法を説明
するための概念図である。

【図８】映像表示機器のブラウン管のパネル上に表示さ
れたテスト用画像を示した図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る形状測定方法を説明
するための概念図である。

【図１０】映像表示機器のブラウン管のパネル上に表示
されたラスタの歪みの修正を説明するための図である。

【図１１】映像表示機器の正面図である。

【図１２】従来のラスタの形状測定方法を説明するため
の図である。

【符号の説明】

２…映像表示機器のブラウン管 ２ａ…映像表示機器のブラウン管のパネル ３…映像表示機器のブラウン管のパネルを囲う外枠 ３ａ,３ｂ,３ｃ…映像表示機器のブラウン管のパネルを
囲う外枠のコーナ １２…撮像装置 １２ａ…撮像装置の撮影レンズ １２ｂ…撮像装置のＣＣＤ撮像素子 １３…ＡＤ変換器 １４…画像メモリ １５…プロセッサ １６…メモリ １７…出力装置 １８…入力装置 １９…信号発生器 ２０…映像回路 ２１…処理部 ２２…校正用装置の校正板 ２３…校正用装置の回転テーブル ２４…校正用装置の傾斜テーブル ２５…校正用装置の移動テーブル ３１…ＣＰＵ ３３…機能別メモリ ３２…偏向補正回路 ３４…メモリ ３５…偏向ヨーク ３６…通信インターフェース ８０ａ,８０ｂ,８０ｃ,８０ｄ…テスト用画像上の最外
周のドットの補間曲線 ８１ａ,８１ｂ,８１ｃ,８１ｄ…映像表示機器のブラウ
ン管のパネルを囲う外枠の縁上の点群の補間直線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 真司 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズの主点から当該レンズの主点に対し
   て所定の間隔の位置に配置された撮像面上に、既知の３
   次元形状情報で表された３次元形状を有する物体の投影
   像を投影し、前記物体の表面上に現れた特徴点の位置の
   座標を、前記撮像面上における前記物体の投影像に含ま
   れる前記特徴点の投影像の位置を表す座標から算出する
   位置検出方法であって、 前記物体の表面上に現れた特徴点の位置の座標の算出に
   先立ち、 予め準備したテストパターンの投影像を前記レンズの主
   点から前記撮像面上に投影し、前記テストパターンと前
   記撮像面との間の間隔を変化させて当該間隔の変化の前
   後における前記テストパターンの投影像の大きさの変化
   率を検出するステップと、 前記テストパターンと前記撮像面との間の間隔の変化量
   に対する前記テストパターンの投影像の大きさの変化率
   の比に基づいて、前記レンズの主点から前記撮像面迄の
   距離を算出するステップと、 互いに異なる３点以上の既知の座標の位置に定義した測
   定点の投影像を前記レンズの主点から前記撮像面上に投
   影し、前記撮像面上における前記各測定点の投影像の位
   置を表す座標を算出するステップと、 前記レンズの主点から前記撮像面迄の距離と、前記各測
   定点の位置の座標と、前記撮像面上における前記各測定
   点の投影像の位置の座標と、前記物体の３次元形状を表
   す３次元形状情報とに基づいて、前記撮像面上における
   当該撮像面上に位置する各点の座標に前記物体の表面上
   に位置する各点の座標を対応付ける対応情報を算出する
   ステップとを有し、 当該位置検出方法は、前記物体の表面上に現れた特徴点
   の位置の座標として、前記対応情報から当該対応情報が
   前記撮像面上における前記特徴点の投影像の位置を表す
   座標に対応付ける座標を取り出すことを特徴とする位置
   測定方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の位置測定方法であって、 前記テストパターンとして、既知の位置情報に従って配
   列された複数のマーカを準備し、 当該位置測定方法は、前記物体の表面上に現れた特徴点
   の位置の座標の算出に先立ち、更に、 前記複数のマーカの位置情報と、前記撮像面上における
   当該複数のマーカの像の位置の座標とに基づいて、前記
   レンズの主点から前記撮像面上に投影される像の歪み量
   を算出する第七算出手段と、 前記第七算出手段が算出した前記歪み量に基づいて、前
   記対応情報に含まれる誤差を補正するステップを有する
   ことを特徴とする位置測定方法。
3. 【請求項３】撮像レンズと撮像面とからなる結像光学系
   を有する撮像装置で、既知の３次元形状情報により表さ
   れた３次元形状を有する物体を撮像し、当該物体の表面
   上に現れた特徴点の位置の座標を、前記撮像装置が撮像
   した像に含まれている前記特徴点の像の位置の座標に基
   づいて算出する位置測定システムであって、 前記物体の撮像に先立って、前記撮像装置の正面に配置
   され、当該撮像装置がテスト用画像として撮像するため
   のテストパターンを表示する表示板と、 前記撮像装置の撮像レンズに対して前記表示板を前後に
   移動させる移動装置と、 前記表示板が移動した距離に対する当該表示板の移動の
   前後における前記テストパターンの大きさの変化率の比
   を算出する第一算出手段と、 前記物体の３次元形状を表す３次元形状情報に基づい
   て、前記物体の表面上に予め定義した３点以上の測定点
   の位置の座標を算出する第二算出手段と、 前記撮像面上における前記各測定点の像の位置の座標を
   算出する第三算出手段と、 前記第二算出手段が算出した座標と、前記第三算出手段
   が算出した座標とに基づいて、前記撮影レンズの主点か
   ら前記撮像面迄の距離を算出する第四算出手段と、 前記第一算出手段が算出した比と、前記第四算出手段が
   算出した距離と、前記物体の３次元形状を表す３次元形
   状情報とに基づいて、前記物体の表面上の位置の座標
   を、前記撮像面上における前記物体の像上の位置の座標
   に対応付ける対応情報を算出する第五算出手段と、 前記物体の表面上に現れた特徴点の位置の座標として、
   前記対応情報から、当該対応情報が前記撮像面上におけ
   る前記特徴点の像の位置の座標に対応付ける座標を取り
   出す第六算出手段と、 前記第六算出手段が算出した前記座標を出力する出力手
   段とを備えることを特徴とする位置測定システム。
4. 【請求項４】請求項３記載の位置測定システムであっ
   て、 前記表示板は、前記テストパターンとして、既知の位置
   情報に従って配列された複数のマーカの行列を表示し、 当該位置測定システムは、更に、 前記複数のマーカの位置情報と、前記撮像面上における
   前記複数のマーカの像の位置の座標とに基づいて、前記
   撮像装置が撮像した像の歪み量を算出する第七算出手段
   と、 前記第七算出手段が算出した前記歪み量に基づいて、前
   記対応情報に含まれる誤差を補正する補正手段を備える
   ことを特徴とする測定位置測定システム。
5. 【請求項５】既知の位置情報に従って配列された複数の
   マーカの行列が表示された表示板と、 前記表示板を移動させる移動手段とを備えることを特徴
   とする校正用装置。
6. 【請求項６】偏向コイルが形成した磁界によって電子ビ
   ームを偏向させて、パネル上にラスタを形成するブラウ
   ン管を備えた映像表示機器であって、 外部から前記ラスタの歪み量の入力を受け付ける入力手
   段と、 前記入力手段が新たな入力を受付けた場合に、当該新た
   な入力によって入力された前記ラスタの歪み量を記憶す
   る記憶手段と、 前記記憶手段が記憶している前記ラスタの歪み量に応じ
   て、前記ブラウン管の偏向コイルに与える電流を補正す
   る補正手段とを備えることを特徴とする映像表示機器。