JPH10300443A

JPH10300443A - 三次元形状計測装置

Info

Publication number: JPH10300443A
Application number: JP12327197A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murota; 直哉室田; Masami Bushi; 正美武士
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高速に三次元形状計測のための画像を得ると
ともに、精度良く三次元形状の計測をする。【解決手段】本発明は、空間コード化パターン３４に
基づいてスリット光３３を照射するスリット光照射手段
１と、スリット光３３が照射された測定対象物を撮像す
るＣＣＤカメラ１１と、スリット光投影画像に基づいて
測定対象物の座標を算出する画像処理プロセッサ５１と
を備えている。スリット光照射手段１は、ＣＣＤカメラ
１１から出力されるフィールド識別信号１４に同期させ
て空間コード化パターン信号３４を発生させる時系列空
間コード化パターン発生器４４、レーザ光を反射するミ
ラー２２と、ミラー２２を回動するガルバノスキャナ２
１と、ガルバノスキャナ２１を駆動するための三角波１
５をフィールド識別信号１４に同期させて発生させる三
角波発生器４３等を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元形状の測定
装置に係り、特に、レーザ光の走査により非接触で三次
元形状の計測を行う三次元形状の計測装置に関する。

【０００２】このような三次元計測装置は、製品の検査
を自動化するために開発された手法であり、製品の立体
形状検査、寸法測定、組み立てよう位置決めなどの一般
にロボット・ビジョンと呼ばれる分野で用いられる。さ
らに、四輪や二輪などのクレイモデルの形状をＣＡＤに
入力するための装置への応用も考えられる。

【０００３】

【従来の技術】従来、非接触での三次元計測方法には様
々な方法があり、一長一短があった。例えば、レーザ・
スリット光と、ＣＣＤカメラを用いた光切断法による三
次元計測方法では、スキャナ、ミラー、半導体レーザな
どコンパクトな部品で構成できるという長所がある。こ
れは、図１３に示すように、Ｎ本のスリットを有するス
リット画像を得るために、Ｎ回撮像を繰り返している。

【０００４】一方、図１３に示す時系列空間コード化法
では、位相、ピッチの異なるいくつかのストライプ・パ
ターンを投影して空間をコード化するため、２５６本に
空間をコード化する場合、log₂２５６＝８枚の画像を取
り込むだけですみ、実時間並列処理を行えば０．５秒程
度で計測できるという長所がある（例えば、「三次元画
像計測，井口征士，佐藤宏介，１９９２，昭晃堂」）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による時系列空間コード化法では、複数のストライ
プパターンを発生させるためのマスクとして、特殊な液
晶シャッターが必要であり、高速化に限界があった。さ
らに、この従来例では、ハロゲンランプやレンズ系を用
いるため装置全体をコンパクトにできず、また、発熱量
が大きい、という不都合があった。

【０００６】一方、時系列空間コード化法は、図１４に
示すように、１本のスリット光で空間をコード化するた
め、Ｎ本のスリット画像を得るためにはＮ回の画像入力
・処理が必要である、という不都合があった。しかも、
すべての処理を実時間で処理する専用のハードウェアを
用いても、実用になる２５６本程度のスリット画像を得
るには８秒程度の長い計測時間が必要であった。

【０００７】このように、従来例では、精度良く高速に
三次元形状の計測を行うことができない、という不都合
があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、時空列空間コード化を小型、軽量に実現
し、さらに、均一な光度分布を持ったスリット光により
精度良く三次元形状の計測を行うことのできる三次元形
状の計測装置を提供することを、その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、第
１の手段として、空間コード化パターンに基づいて複数
のスリット光を照射するスリット光照射手段と、このス
リット光照射手段によってスリット光が照射された測定
対象物を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像され
たスリット光投影画像に基づいて当該測定対象物の座標
を算出する画像処理手段とを備えている。しかも、スリ
ット光照射手段が、レーザ光を点滅させながら出力する
レーザ光源と、前記撮像手段から出力されるフィールド
識別信号に同期させて前記空間コード化パターン信号を
発生させる時系列空間コード化パターン発生器と、この
時系列空間コード化パターン発生器から発生した空間コ
ード化パターン信号に基づいて前記レーザ光源の点滅周
期を変化させるレーザドライバと、前記レーザ光源から
のレーザ光を前記測定対象物へ向けて反射するミラー
と、このミラーを回動することにより前記レーザ光を前
記測定対象物上で走査するガルバノスキャナと、このガ
ルバノスキャナを駆動するための三角波を前記撮像手段
から出力されるフィールド識別信号に同期させて発生さ
せる三角波発生器と、この三角波発生器で発生した三角
波を前記ガルバノスキャナへ出力するスキャナドライバ
とを備えた、という構成を採っている。これにより前述
した目的を達成しようとするものである。ここでいうフ
ィールド識別信号とは、フィールド識別信号という名称
に限らず、実質的にフィールドを識別できる信号であれ
ばよく、例えば垂直同期信号等も含む。

【００１０】レーザ光源は、撮像タイミングと同期して
レーザ光を点滅させながら出力し、ミラーが、このレー
ザ光を前記撮像手段の露光時間内に走査する。すると、
撮像手段は、露光時間内にレーザ光の点滅の走査により
生じたスリット投影画像を撮像する。このとき、レーザ
ドライバは、空間コード化パターンに基づいて、レーザ
の点滅周期を変化させる。このように、スリット光照射
手段は、スリットの幅を順次変化させる空間コード化パ
ターンに基づいて、複数種類のスリット光を順次投影す
る。

【００１１】このスリット光の投影は、撮像手段の露光
時間内に行われる。このため、ミラーによってレーザ光
を走査することで生じさせるスリット光が、良好に撮像
される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明による一実施の形態
の構成を示すブロック図である。本実施形態では、撮像
手段としてＣＣＤカメラ１１、画像処理手段として画像
処理プロセッサ５１を用いている。本実施形態に係る三
次元形状計測装置は、図１に示すように、スリットの幅
を順次変化させる空間コード化パターンに基づいて複数
のスリット光を照射するスリット光照射手段１と、スリ
ット光照射手段１によってスリット光が照射された測定
対象物を撮像するＣＣＤカメラ１１と、ＣＣＤカメラ１
１で撮像されたスリット光投影画像に基づいて空間コー
ド化画像を生成すると共に当該空間コード化画像に基づ
いて当該測定対象物の座標を算出する画像処理プロセッ
サ５１とを備えている。

【００１３】しかも、スリット光照射手段１は、ＣＣＤ
カメラ１１の撮像タイミングと同期してレーザ光を点滅
させながら出力するレーザ光源３１と、レーザ光源３１
の点滅周期を空間コード化パターンとに基づいて変化さ
せるレーザドライバ４２と、レーザ光源３１からのレー
ザ光をＣＣＤカメラ１１の露光時間内に走査するミラー
２２とを備えている。

【００１４】まず、スリット光照射手段１は、空間コー
ド化パターンに基づいてスリット光を照射する（スリッ
ト光照射工程）。具体的には、ＣＣＤカメラ１１の撮像
タイミングと同期して、レーザ光を点滅させながら出力
すると共に、当該レーザ光をＣＣＤカメラ１１の露光時
間内に走査する（走査工程）。すなわち、このレーザ光
の点滅と当該レーザ光の走査により、スリット光を測定
対象物に投影する。

【００１５】このとき、スリット光が照射された測定対
象物を撮像する（撮像工程）。この撮像工程で撮像され
たスリット光投影画像に基づいて、当該測定対象物の空
間コード化画像を生成すると共に三次元形状を算出する
（画像処理工程）。

【００１６】また、本実施形態では、レーザドライバ４
２が、画像処理工程の終了後に、レーザ光源の点滅周期
を予め定められた複数の空間コード化パターンに基づい
て変化させる（点滅周期変化工程）。そして、スリット
光照射工程から画像処理工程までを、予め定められた複
数の空間コード化パターンの投影が終了するまで繰り返
す。これにより、極めて短時間で時系列空間コード化法
に必要な空間コード化座標を得ることができる。

【００１７】本実施形態では、フィールド蓄積モードで
動作するＣＣＤカメラ１１を用いている。また、レーザ
ドライバ４２は、ＣＣＤカメラ１１から出力されるフィ
ールド識別信号１４に同期してレーザ光の点滅時間を制
御する点滅時間制御機能を備えている。

【００１８】また、レーザ光３３を偏向しスクリーン３
５にスリット光を投影するミラー２２と、ミラー２２を
駆動するガルバノスキャナ２１とから、走査手段が構成
されている。このように、本実施形態は、半導体レー
ザ、ミラー、ＣＣＤカメラ、画像処理プロセッサ等の一
般的な部品を用いて、しかも高速な三次元計測を可能に
するものである。

【００１９】さらに、本実施形態では、ＣＣＤカメラ１
１が、一方及び他方の２つのフィールドを有すると共
に、当該一方のフィールドでパターン露光を行う露光制
御機能を備えている。そして、画像処理プロセッサ５１
が、ＣＣＤカメラの一方のフィールドで露光した画像デ
ータを当該ＣＣＤカメラが他方のフィールドを走査する
間に空間コード化画像へ変換する変換制御機能を備えて
いる。

【００２０】そして、走査手段が、ＣＣＤカメラのフィ
ールド識別信号に同期して一方のフィールドの露光中に
動作する同期機能を備えている。この変換制御機能及び
同期機能により、ＣＣＤカメラ１１の１フレームの半分
の大きさの空間コード化画像をＣＣＤカメラ１１の実時
間で生成することが可能となる。

【００２１】

【実施例】ＣＣＤカメラ１１は、内部同期型のインター
ライン型ＣＣＤカメラで、内部に同期信号発生回路を有
し、外部にフィールド識別信号１４を出力できる構造の
ものである（例えば、SONY XC-75等）。走査方式は、各
フィールの露光時間が１／６０秒となるようにフィール
ド蓄積のインターレースモードで駆動する。

【００２２】ＣＣＤカメラ１１の映像信号は、複合ビデ
オ信号として画像処理プロセッサ５１に入力される。画
像処理プロセッサ５１では、この複合ビデオ信号を５１
２×４８０画素、８ビット輝度信号にデジタル化する。
このデジタル信号は、パーソナルコンピュータ６１に取
り込まれる。パーソナルコンピュー６１タは画像モニタ
６２を有し、デジタイズされた映像は当該画像モニタ６
２に表示する。

【００２３】カメラのレンズの先端には、レーザ光のみ
を透過するバンドパスフィルタ１２が設けられ、外乱光
を排除している。画像処理プロセッサ５１は、二値化、
画像間論理演算などの画像処理が実時間で実行できる汎
用タイプのものを用いている（例えば、SHARP GPB-J
等）。

【００２４】半導体レーザ光源３１は、例えば、波長６
３０ｎｍ，１５ｍＷの可視光を発生する外部パルス同期
型の点滅駆動タイプのもので、外部からの矩形波信号に
正確に同期して点滅する。このレーザ光は、先端の変換
レンズ３２により、均一な照度分布を持ったスリット光
３３に変換される。スリット光３３は、ガルバノスキャ
ナ２１のミラー２２によって偏向され、スクリーン３５
に走査投影される。

【００２５】ガルバノスキャナ２１は、フィールド識別
信号１４に同期した三角波発生器４３からの駆動信号に
より、スキャナドライバ４１によって揺動運動を行う。
また、同様にフィールド識別信号１４に同期した時系列
空間コード化パターン発生器４４からの時系列信号は、
レーザドライバ４２によりスリット光３３を点滅させ
る。

【００２６】本発明による実施例の動作原理は、ＣＣＤ
カメラがシャッタを開けている間、光を蓄積することに
基づく。各信号のタイミングチャートを図２に示す。す
べての信号は、ＣＣＤカメラのフィールド識別信号に同
期して変化する。動作は次のようになる。

【００２７】図２に示す例では、ＥＶＥＮフィールドの
始まりでミラーは左端に位置している。ＣＣＤカメラ１
１は、フィールド信号のエッジに同期して電子シャッタ
ーを開き、次の１／６０秒間露光を行う。その間にミラ
ーは左端から右端に移動し、レーザ光３３は空間コード
化パターン信号により点滅する。

【００２８】結果として次のタイミングで出力される映
像は、空間的にコード化パターンを投影した画像を撮像
したものと同じ画像が得られる。次の１／６０秒の間に
画像を二値化処理し、ビットプレーンに挿入する。この
画像処理を行っている間にミラーは左端に戻り、次の空
間コード化パターンの指令をＩ／Ｏカード５２から与え
て撮像が始まる。

【００２９】このプロセスを利用して８ビットの空間コ
ード画像を作成するフローを図３に示す。この例では、
コード化誤りを最小にするグレイコードパターンと、二
値化精度向上のために相補パターン投影法を用いてお
り、１６種類のパターンを投影している。

【００３０】図４は、空間コードパターンに８ｂｉｔの
グレイコードパターンを用いて、順に投影した画像の例
を示す説明図である。ここでは、CODE0 〜CODE7 までの
パターンを用いているため、図３に示す処理では、ｉ＝
０〜ｉ＝７まで撮像を繰り返している（ステップＳ
２）。まず、ｉビット目のグレイコードポジパターンを
投影し（ステップＳ３）、ＣＣＤカメラでこれを撮像す
る（ステップＳ４）。このステップＳ４で撮像した画像
をＭ１とする。このフロー中の記号Ｍｉは、画像処理プ
ロセッサ内のフレームメモリの番号を表している。

【００３１】さらに、背景のノイズを除去するため、同
一ビットのネガパターンを投影し（ステップＳ５）、こ
れを撮像する（ステップＳ６）。このステップＳ６で撮
像する画像をＭ２とする。

【００３２】次いで、Ｍ１とＭ２の画像の濃淡の差の絶
対値を算出し、この差画像を二値化し（ステップＳ
８）、この二値画像をＭ３とする。さらに、２ⁱのビッ
トプレーンを作成し、これを新たにＭ２とする（ステッ
プＳ８）。次いで、Ｍ２とＭ３とから、ビットプレーン
画像を生成し（ステップＳ９）、このビットプレーン画
像に前回の測定結果を挿入する（ステップＳ１０）。こ
れを繰り返すことで（ステップＳ１１）、空間コード化
画像を得ることができる。さらに、このようにして得ら
れたコード化画像は、三角測量の原理で簡単に三次元座
標に変換することができる。

【００３３】図５（Ａ）は斜方１２面体の表面を連続走
査したテクスチャ画像を示す図で、図５（Ｂ）は最終的
に得られた空間コード化画像をそれぞれ示している（明
るさがコード値に対応）。図６は図５のコード化画像を
三次元座標に変換した鳥瞰図の例であり、正しく座標が
計測されていることがわかる。

【００３４】上述したように本実施例によると、従来の
液晶マスクやハロゲンランプ、また投影光学系を用いた
ものに比べ、投光部を小型・計量に構成でき、発熱量も
ほとんどない。しかも、ハロゲンランプ、レンズからな
る光学系で構成された二次元の照明系と異なり、均一な
光度分布を持ったスリット光を一次元走査するので、空
間的に偏りのない一様な照明を行うことができる。

【００３５】また、機械式スリット、あるいは液晶シャ
ッタなどと異なり、パターンの切換時に応答の遅れがな
く、通常のＮＴＳＣ規格のカメラでは１／３０秒単位の
連続した高速取り込みが可能となる。さらに、レーザ光
を点滅させずに連続点灯して画像を取り込むと、均一な
光度で照明された通常の明暗画像（テクスチャ）を得る
ことができる。

【００３６】そして、一方のフィールドのみを用いて撮
像するため、連続した画像の取り込みの合間に空間コー
ド化画像を得られることができ、このため、特別な並列
処理を行うハードウエアを構築しなくても実時間処理が
でき、実際に、８ビットでコード化するには最高０．３
秒で終了する。

【００３７】図７及び図８は図１における三角波発生器
４３の一例を示し、図７は機能ブロック図、図８は回路
図である。以下、図１、図７及び図８に基づき説明す
る。

【００３８】ＣＣＤカメラ１１は、インタレース走査時
において、映像の第一フィールドと第二フィールドとの
識別のために、フィールド識別信号１４の出力端子を備
えている。フィールド識別信号１４は約３０Ｈｚの矩形
波である。三角波発生器４３は、オペアンプを中心に構
成された反転型の積分回路４３３を備え、フィールド識
別信号１４を積分することにより三角波１５を発生させ
る。

【００３９】すなわち、三角波発生器４３は、フィール
ド識別信号１４の平均値を求める平均値回路４３１と、
平均値回路４３１で求められた平均値をグラウンドレベ
ルとしてフィールド識別信号１４の電圧レベルを変換す
るレベル変換回路４３２と、フィールド識別信号１４を
レベル変換回路４３２を介して積分することにより三角
波を発生させる積分回路４３３と、積分回路４３３から
出力された三角波の平均値を求めて積分回路４３３へ帰
還させることにより、この平均値を三角波のグラウンド
レベルとする平均値回路４３４と、積分回路４３３から
出力された三角波に対してオフセット及びゲインの調整
を行うオフセット・ゲイン調整回路４３５と、積分回路
４３３からオフセット・ゲイン調整回路４３５を介して
出力された三角波に基づき差動出力をなす三角波１５を
得るバッファ回路４３６及び反転バッファ回路４３７と
を備えている。差動出力をなす三角波１５を得るのは、
スキャナドライバ４１への入力信号が±１０Ｖの差動入
力となっているためである。

【００４０】平均値回路４３１はオペアンプＩＣ２，Ｉ
Ｃ３等、レベル変換回路４３２はオペアンプＩＣ１等、
積分回路４３３はオペアンプＩＣ４等、平均値回路４３
４はオペアンプＩＣ５等、オフセット・ゲイン調整回路
４３５はオペアンプＩＣ６，ＩＣ７等、バッファ回路４
３６はオペアンプＩＣ８等、反転バッファ回路４３７は
オペアンプＩＣ９等によってそれぞれ構成されている。

【００４１】三角波発生器４３によれば、フィールド識
別信号１４に同期した三角波１５の生成に、オペアンプ
ＩＣ４等からなる積分回路４３３を使用することによ
り、回路の簡素化を図ることができる。また、オフセッ
ト・ゲイン調整回路４３５を用いてゲイン（増幅率）を
調整することにより、三角波１５の波高値を変化させ
て、ガルバノスキャナ２１の走査幅を変更できる。すな
わち、ガルバノスキャナ２１の走査幅を大きくすること
により測定対象物の全体を計測でき、ガルバノスキャナ
２１の走査幅を小さくすることにより測定対象物の一部
をより細かく測定できる。さらに、オフセット・ゲイン
調整回路４３５を用いてオフセットを調整することによ
り、ガルバノスキャナ２１の走査始点を任意に変更でき
る。

【００４２】図９は、図１における時系列空間コード化
パターン発生器４４の一例を示す機能ブロック図であ
る。以下、図１及び図９に基づき説明する。

【００４３】時系列空間コード化パターン発生器４４
は、フィールド識別信号１４に同期させてフィールド識
別信号１４を逓倍化した周波数の信号を出力する周波数
逓倍回路としてのＰＬＬ４４１と、ＰＬＬ４４１の出力
信号を計数しつつ当該計数の結果である各桁毎の数値を
出力する２進カウンタとしての８ビット２進カウンタ４
４２及びフリップフロップ４４３１〜４４３８と、フリ
ップフロップ４４３１〜４４３８から出力された各桁の
数値のいずれかを選択して空間コード化パターン信号と
して出力するマルチプレクサ４４４〜４４６とを備えて
いる。

【００４４】レーザドライバ４２によりスリット光３３
を点滅させるための時系列信号は、ミラー２２の動きに
同期する必要がある。本実施例では、すべての信号がフ
ィールド識別信号１４に同期して変化しているので、空
間コード化パターン３４もフィールド識別信号１４に同
期させる必要がある。本実施例では、空間コード化パタ
ーン３４として、８ビットのグレイコードパターンを使
用する。ｎ本のスリットパターンを得るために、フィー
ルド識別信号１４を２×ｎ逓倍した信号よりグレイコー
ドパターンを作成する。ＰＬＬ４４１を用いて、フィー
ルド識別信号１４に同期させるとともに、フィールド識
別信号１４を５１２逓倍した周波数の信号を得る。ＰＬ
Ｌ４４１の出力を８ビット２進カウンタ４４２によって
カウントし、８ビット２進カウンタ４４２の各ビットの
出力をフリップフロップ４４３１〜４４３８を用いて分
周し、グレイコードを得る。フリップフロップ４４３１
〜４４３８の正・負出力は、各グレイコードパターンの
正・反転となり、マルチプレクサ４４４によってパター
ンの選択を行う。次段のマルチプレクサ４４５によっ
て、ミラー２２の走査時のみパターン出力を行うか、帰
線時もパターンの出力を行うかの選択を行う。最終段の
マルチプレクサ４４６によって、パターン出力とテクス
チャ画像を得るための連続点灯又は測定時以外のときに
出力停止の選択を行っている。

【００４５】一般に、ＰＬＬを用いた周波数シンセサイ
ザ等では、プログラムカウンタを使用して周波数の変更
を行っている。しかし、ＰＬＬは、動作原理上、入力・
出力の同期をとるための時間がかかり、その時間内では
出力が不安定となる。そのため、出力周波数の切り換え
をプログラムカウンタを用いて行うと、切換えの度に同
期をとるので、高速に切り換えることは難しい。そこ
で、各ビットの出力がパラレル出力となっているカウン
タを使用することにより、ＰＬＬ出力を常に一定の周波
数としている。そして、カウンタの各ビットの出力によ
りグレイコードパターン信号を作成し、マルチプレクサ
によってパターンの切り換えを行う。これにより、パタ
ーンの切り換え時にもＰＬＬは安定した動作をすること
になり、パターンの切り換えを高速に行うことが可能と
なる。切り換え時間は、そのままマルチプレクサの切り
換え時間であり、７４シリーズＩＣ４０５１では最大で
７２０ｎ秒である。

【００４６】図１０、図１１及び図１２は本発明に具備
される三角波位相調整器の一例を示し、図１０は機能ブ
ロック図、図１１は回路図、図１２はタイミングチャー
トである。以下、図１及び図１０乃至図１２に基づき説
明する。

【００４７】三角波位相調整器４５は、フィールド識別
信号１４（矩形波）を三角波に変換する三角波変換回路
４５１と、三角波変換回路４５１から出力された三角波
を逓倍する逓倍回路４５２と、逓倍回路４５２から出力
された三角波と基準電圧との大小を比較するコンパレー
タ４５３と、コンパレータ４５３の出力信号によって動
作する単安定マルチバイブレータ４５４と、単安定マル
チバイブレータ４５４の出力信号で動作する分周回路４
５５とを備え、スキャナドライバ４１で入力される三角
波の位相に対してガルバノスキャナ２１の機械的な時間
遅れ分を補正するものである。

【００４８】三角波変換回路４５１は、図７に示す三角
波発生器４３のレベル変換回路４３２、積分回路４３３
及び平均値回路４３１，４３４と同一構成である。逓倍
回路４５２は、オペアンプＩＣ１０を中心に構成された
全波整流回路である。コンパレータ４５３はオペアンプ
ＩＣ１２を中心に構成され、分周回路４５５はＪＫフリ
ップフロップである。

【００４９】本実施例では、スリット光３３をガルバノ
スキャナ２１のミラー２２によって偏向し、スクリーン
３５への走査投影を行っている。このように、機械要素
を使用しているため、スキャナドライバ４１に入力され
る制御信号（三角波）に対して、ガルバノスキャナ２１
の動作は機械的な時定数により遅れる。この遅れによっ
て、ガルバノスキャナ２１とグレイコードパターン光と
の同期にずれを生じるので、スクリーン３５に対して正
確なグレイコードパターン光を投影できない。この対策
として、スキャナドライバ４１で入力される三角波の位
相を遅らせ（見かけ上は進み）ることにより、ガルバノ
スキャナ２１の機械的な時定数を打ち消す。そのために
は、三角波の位相を連続的に変化させなければならな
い。位相の調整は、三角波発生器４３に入力されるフィ
ールド識別信号１４についてのみ行う。

【００５０】矩形波であるフィールド識別信号１４は三
角波変換回路４５１によって三角波に変換され、その三
角波は逓倍回路４５２で全波整流されることによって二
逓倍された三角波になる。この三角波の頂点付近におけ
る識別を確実にするため、コンパレータ４５３の出力信
号に対して単安定マルチバイブレータ４５４でデューテ
ィ比の変換を行い、分周回路４５５によって１／２に分
周することで、位相の変化したフィールド識別信号１
４’を得る。このとき、コンパレータ４５３の基準電圧
の調整により、位相を連続的に変えることができる。こ
れにより、ガルバノスキャナ２１の機械的な時定数を打
ち消すことができるので、スクリーン３５に対して正確
なグレイコードパターン光の投影が可能となる。

【００５１】本例では、コンパレータ４５３を用いて基
準電圧と三角波との比較を行っている。この場合、各入
力信号にノイズが乗ったとき、入力信号が基準電圧付近
となると、ノイズ分により入力信号が基準電圧を上下す
る。そのため、ノイズによるパルスがコンパレータ４５
３から出力されるので、最終的に得られる位相の変化し
たフィールド識別信号１４’の位相及びデューティ比が
時間的に変化するという誤動作が起こる。この対策とし
て、コンパレータ４５３にヒステリシス特性を持たせる
ことが一般に行われるが、ヒステリシス幅だけの不感帯
ができるので、設定幅以上のレベルのノイズによって誤
動作し、フィールド識別信号１４’の位相及びデューテ
ィ比が時間的に変化してしまう。これに対して、本例で
は、入力信号及び基準電圧に乗るノイズのパルス幅は、
フィールド識別信号１４’のパルス幅に対して十分に短
いので、コンパレータ４５３を構成するオペアンプＩＣ
１２の出力端子とグラウンドとの間にローパスフィルタ
としてコンデンサＣ４を挿入することにより、誤動作に
よるパルスをカットしている。

【００５２】なお、以上の実施形態及び実施例は、いう
までもなく一例にすぎず、本発明を限定するものではな
い。例えば、各ブロック間又は各回路間にレベルシフト
回路を設けることにより、入出力の電圧レベルを一致さ
せるようにしてもよい。

【００５３】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、レーザ光源が、撮像タイミングと
同期してレーザ光を点滅させながら出力し、走査手段
が、このレーザ光を撮像手段の露光時間内に走査するた
め、撮像手段は、露光時間内にレーザ光の点滅の走査に
より生じたスリット投影画像を良好に撮像することがで
き、さらに、レーザ駆動制御部が、空間コード化パター
ンに基づいて、レーザの点滅周期を変化させるため、ス
リットの幅を順次変化させる空間コード化パターンに応
じた複数種類のスリット光を露光時間を単位として順次
投影することができ、従って、撮像手段の１回の露光時
間内に１つのパターンの投影による対象物を撮像でき、
従って、機械的なシャッタと比較して、極めて高速に三
次元形状計測のための画像を得ることができ、さらに、
ハロゲンランプ等の照明ではなく、レーザ光によるた
め、照度分布を均一にしたスリット光による画像を得る
ことができるため、従来例と比較して精度良く三次元形
状の計測をすることができる従来にない優れた三次元形
状計測装置を提供することができる。

【００５４】請求項２記載の三次元形状計測装置によれ
ば、オペアンプを中心とする積分回路で三角波発生器を
構成したので、他の回路構成に比べて簡単な回路で三角
波を発生させることができる。

【００５５】請求項３記載の発明によれば、フィールド
識別信号に同期させて当該フィールド識別信号を逓倍化
した周波数の信号を出力する周波数逓倍回路と、この周
波数逓倍器の出力信号を計数しつつ当該計数の結果であ
る各桁毎の数値を出力する２進カウンタと、この２進カ
ウンタから出力された各桁の数値のいずれかを選択して
空間コード化パターン信号として出力するマルチプレク
サとを備えたことにより、入力・出力間の同期をとるた
めの時間が不要となるので、空間コード化パターン信号
の切り換え速度を向上できる。

【００５６】請求項４記載の三次元形状計測装置によれ
ば、三角波の位相に対してガルバノスキャナの機械的な
時間遅れ分を補正する三角波位相調整器を備えたことに
より、スリット光とミラーとの動作をより正確に一致さ
せることができるので、計測精度をより向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示すＣＣＤカメラのフィールド識別信号
に同期した各信号の例を示すタイミングチャートであ
る。

【図３】図１に示す構成での空間コード化画像を求める
動作を示すフローチャートである。

【図４】図１に示す構成での８ビットグレイコードパタ
ーン投影画像の例を示す説明図であり、図４（Ａ）〜
（Ｈ）はそれぞれCODE0 〜CODE7 のパターンが投影され
た画像を示す図である。

【図５】図５（Ａ）は斜方１２面体のテクスチャ画像の
例を示す説明図であり、図５（Ｂ）はその空間コード画
像の一例を示す図である。

【図６】図３に示す動作により入力された三次元形状の
表示例を示す説明図である。

【図７】図１における三角波発生器の一例を示す機能ブ
ロック図である。

【図８】図１における三角波発生器の一例を示す回路図
である。

【図９】図１における時系列空間コード化パターン発生
器の一例を示す機能ブロック図である。

【図１０】本発明に具備される三角波位相調整器の一例
を示す機能ブロック図である。

【図１１】本発明に具備される三角波位相調整器の一例
を示す回路図である。

【図１２】本発明に具備される三角波位相調整器の一例
を示すタイミングチャートである。

【図１３】従来の時系列空間コード化法による三次元形
状の計測例を示す説明図であり、図１３（Ａ）は側面
図、図１３（Ｂ）は平面図、図１３（Ｃ）はマスクパタ
ーンの例を示す図である。

【図１４】スリット画像を用いて三次元形状を測定する
従来例を示す説明図であり、図１４（Ａ）〜（Ｃ）は第
１から第Ｎのスリット画像の例を示す図で、図１４
（Ｄ）はこれらから得られるスリット画像の例を示す図
である。

【符号の説明】

１スリット光照射手段１１ＣＣＤカメラ１２バンドパスフィルタ１３複合ビデオ信号１４フィールド識別信号１５三角波２１ガルバノスキャナ２２ミラー３１レーザ光源３２スリット光交換レンズ３３スリット光３４空間コード化パターン３５スクリーン４１スキャナドライバ４２レーザドライバ４３三角波発生器４４時系列空間コード化パターン発生器４５三角波位相調整器５１画像処理プロセッサ５２Ｉ／Ｏカード５３パターン選定信号６１パーソナルコンピュータ６２映像モニタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリットの幅を順次変化させる空間コー
ド化パターン信号に基づいて複数のスリット光を照射す
るスリット光照射手段と、このスリット光照射手段によ
ってスリット光が照射された測定対象物を撮像する撮像
手段と、この撮像手段で撮像されたスリット光投影画像
に基づいて空間コード化画像を生成すると共に当該空間
コード化画像に基づいて測定対象物の座標を算出する画
像処理手段とを備えた三次元形状計測装置において、前記スリット光照射手段は、レーザ光を点滅させながら
出力するレーザ光源と、前記撮像手段から出力されるフ
ィールド識別信号に同期させて前記空間コード化パター
ン信号を発生させる時系列空間コード化パターン発生器
と、この時系列空間コード化パターン発生器から発生し
た空間コード化パターン信号に基づいて前記レーザ光源
の点滅周期を変化させるレーザドライバと、前記レーザ
光源からのレーザ光を前記測定対象物へ向けて反射する
ミラーと、このミラーを回動することにより前記レーザ
光を前記測定対象物上で走査するガルバノスキャナと、
このガルバノスキャナを駆動するための三角波を前記撮
像手段から出力されるフィールド識別信号に同期させて
発生させる三角波発生器と、この三角波発生器で発生し
た三角波を前記ガルバノスキャナへ出力するスキャナド
ライバとを備えたことを特徴とする三次元形状計測装
置。
【請求項２】前記三角波発生器は、オペアンプを中心
に構成された積分回路を備え、前記フィールド識別信号
を積分することにより前記三角波を発生させる、請求項１記載の三次元形状計測装置。
【請求項３】前記時系列空間コード化パターン発生器
は、前記フィールド識別信号に同期させて当該フィール
ド識別信号を逓倍化した周波数の信号を出力する周波数
逓倍回路と、この周波数逓倍器の出力信号を計数しつつ
当該計数の結果である各桁毎の数値を出力する２進カウ
ンタと、この２進カウンタから出力された各桁の数値の
いずれかを選択して空間コード化パターン信号として出
力するマルチプレクサとを備えた、請求項１記載の三次元形状計測装置。
【請求項４】前記三角波の位相に対して前記ガルバノ
スキャナの機械的な時間遅れ分を補正する三角波位相調
整器を更に備えた、請求項１記載の三次元形状計測装置。