JPS5870108A - 位置あるいは形状の測定方式 - Google Patents

位置あるいは形状の測定方式

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JPS5870108A
JPS5870108A JP16923981A JP16923981A JPS5870108A JP S5870108 A JPS5870108 A JP S5870108A JP 16923981 A JP16923981 A JP 16923981A JP 16923981 A JP16923981 A JP 16923981A JP S5870108 A JPS5870108 A JP S5870108A
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JP
Japan
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imaging device
video information
coordinates
cameras
video
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JP16923981A
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English (en)
Inventor
Makoto Fujinami
誠 藤波
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は撮像装置とビデオメモリと点光源発生機と管組
合せ、図形あるいは物体の計側會行う方式に関するもの
である。
従来、物体の形状tllJ定する場合、触針等で接触し
てその形状を検知してその形状を測定するので、接触す
ると変形する軟かい物体は測定することが出来ず、 I
IJ足は計測装置と被測定物との距離を一定とし行なわ
なければならないので、任意の距離で測定することが出
来なかった・まだ、測定にはかなりの時間を要するので
、刻々形態が変化してゆく物体の測定は不可能であり、
計測装置は可動部を有し構造が複雑な為に、ガタ等の構
造上から生ずる誤差がありた。さらに、計測装置は測足
場11fl會そのま\画像として磁気ディスク、磁気テ
ープ等の記録媒体に記録できる装置にはなっていないの
で、その為の装置を更に設けなければならなかりた。
このような問題を解決する為に、本発明は撮像装置とビ
デオメモリと、点光源発生装置と、前記撮像装置のビデ
オ出力を前記点光源の明滅と四則して前記ビデオメモリ
に書き込む手段とを有し、前記撮像装置のビデオ出力と
同一点での前記ビデオメモリの内容とを比較して両者の
差が所足の値以上になる場合に、前記撮像装置の走査ア
ドレスをラッチすることにより点光源位flli管座標
として針側し、また、所足の距離をおいて設置した2台
の撮像装置により物体上の点光源位置を別個に測定し、
三角測量の原理によりその位置を求めることによって、
触針を使用することなく、任意の距離で、短時間に、し
かも可動部のような複雑な構造を有することなく、また
、容易に磁気ディスクや磁気テープ等の配録媒体にP録
出来るようにするものである。
本発明の実施例を図面について説明すると、1゜31.
32はテレビカメラ、2は被測定物、3はクロック発生
器、4は水平同期用カウンタ%5は水平同期信号、6は
垂直同期用カウンタ、7は垂直同期信号、8はA/D変
換器、9,36はマイク覧コンピータ・システム、10
は1フレーム書ビデオ・メモリ% 1.1は差分回路、
12はコンパレータ、13はレーザー発振器、14は偏
向器、15は変調器、16は水平座標ラッチ回路、17
は垂直座標4ラッチ回路、18はテレビモニタ、19は
D/A変換口、20は記録媒体、34.35は電子回路
である。
第1図において、テレビカメラlは測定の対象となる被
1lII足図形あるいは物体2を撮しており。
クロック発生器3から水平同期用カウンタ4で分局して
得られる水平同期信号5と、それをさらに垂直同期用カ
ウンタ6で分周して得られる垂直同期信号が入力されて
外部同期モードで動作している。ただし、この場合、テ
レビカメラ1の方を自励発振させて、その水平同期信号
t−PLL回路に入力して、逆にクロックを作り出すこ
とも可能である。またCCDやMOS等の素子を用いた
固体撮像装置の場合は、それ自身が内部にクロック會持
っているので、それを利用することも考えられる0%に
CCDやMOS等の素子音用いた固体撮像装置は、固形
歪がなく、ノイズのために、一般の撮像管で生じること
がある画像の微細な横へのシフトが起らないことや、残
像が少ないことがこの発F!AK適している。
テレビカメラが2:1のインターレース方式で512(
垂直)X384(水平)の画素を持つとすると、−標準
テレビ方式で基本クロックは約7MHzとなる。そして
、白黒テレビカメラの場合、ビデオ信号出力は高速A/
D変換器8に送られ、輝度信号音128段階にあられす
7ビツト信号にエンコードされる。この7ビツトのビデ
オ信号をビデオメモリl0KIき込む時には、垂直四則
信号と同期をとりて%フレームの始めから行うが、m準
テレビ方式で421フレームk”/30秒で書き込むこ
とになる。
ビデオメモリ10の容量としては、テレビカメラlのビ
デオ信号記録用が512X384X7ビツトであるが、
マイクロコンビエータ・システム9からの出力をテレビ
モニタ18にオーバーレイして表示するために、512
X384X1ビツトのページメモリを持たせ、合わせて
512X384X8ビツト、すなわち192にバイト會
必要とする。要するに、1画素に1バイトを割尚て、そ
のうちの7ビツトがビデオ信号の輝度信号用で、残りの
1ビツトがマイクロコンビエータ拳システム9の情報表
示用である。
ビデオメモリ10に入るデータとアドレス・バスは、テ
レビカメラ1からのものとマイクロコンビエータシステ
ム9からのものとが切換えられるようになっている。ま
た、マイクロプンピ、−タeシステム9とビデオメモリ
10を結ぶデータバスは双方向になっていて、マイクロ
コンビエータ9が必要に応じて被測定物2の画像そのも
のをデータ処理する仁ともできる。
ビデオメモリ10はICメモリで構成され、テレビカメ
ラ1のビデオ信号の書き込みは、マイクロコンビ為−タ
・システム9からの命令で差分回路11への読み出しと
独立に、かつ同時に行われる。そして差分回路l】への
ビデオ信号の読出しは、リアルタイムのビデオ信号と同
期して常に行われている。また、このビデオ信号はDZ
Af換器19t−通してテレビモニタ18上に画像とし
て表示されている。そして、リアルタイムのビデオ信号
と、ビデオメモリ10から読出されたビデオ化・号は共
−に差分回路11に入力され、両者の差の出力がコンパ
レータ12に入力される。差分回路l】は記録されたビ
デオ信号からリアルタイムのビデオ信号を差し引いた値
、すなわち、テレビカメラ1の全画素のそれぞれについ
て輝度がどれだけ減少したかを出力するもので、いわば
二つのビデオ信号の読合せ會するものである。またコン
7(レータ12には輝度変化の閾値が設定されていて、
入力値はこの閾値と比較される。
一万、本発明で用いるスポット投光機としては、原理上
、被測定物に当るスポット径が小さいものが必要である
。レーザー発振器13からのレーザー光線はスポット径
が小さく、光の直進性がすぐれ、光量も大きく、さらに
、容易に光量が変調できるので、本発明に適している。
レーザー発振器13からのレーザー光IIjt−被測定
物2上の測定すべき箇所へ照射するにはガルバー偏向オ
ラー等によって構成された偏向器14をマイクロコンビ
エータ拳システム9がジョイステック(図示していない
)等の信号を受けて制御するか、独自の10グラムで被
測定物2上を走査する。Toるいは、工り単純にはレー
ザー発振器13自身の向きを手動で変えてもよい。レー
ザー光線のオン、オフはマイクルコンビエータシステム
9からの命令で、垂直同期信号7と同期して変調器15
が行うが、レーザー発振器の種類によっては電流変調に
よってレーザー光のオン、オフを行えるので、特別に変
調器15を設ける必要がない。
なお、スポット投光機を用いずに点光源會被測足物2よ
に取付ける場合も、その点光源のオン・オフは垂直同期
信号と同期させ:て行う、。
次にスポット党位置検出の信号手順について説明する。
レーザー光線がマイクロコンビエータ・システム9の指
令によりオンの状態にありて、被測定物2上の位置を検
出すべき自虐に照射されている時に、テレビカメラlの
ビデオ信号をビデオメモリ10に1フレ一ム分記録する
。そして、テレビカメラ1が次のフレームに移る時にレ
ーザー党巌會オフすると、レーザー光線が照射された位
fIK以外では、差分回路11に入力される二つのビデ
オ信号はほぼ等しく、差分回路11からは量子化誤差や
、二つのフレーム間での照明の変化による小さい差の出
力しかあられれない。閾値を予め適当に設定しておくこ
とにより、これら小さい差の場合にはコンパレータ12
か、らの出力は0にできる。
しかし、テレビカメラ1のラスタースキャンがレーザー
光線の照射された位IIK来ると、リアルタイムのビデ
オ信号はに録されているビデオ信号エリレーザー光線が
消えた分だけ小さくなるので、差分回路11の出力はコ
ンパレータ12の閾値會越し、コンパレータ12の出力
はlとなりてパルスを発生する。ただし、テレビカメラ
IK残像が生じる場合は数フレーム後になる。この場合
はレーザー光線のオン・オフも数フレーム単位で行う。
そして、前記パルスは水平同期用カウンタ4に接続して
いる水平座標ラッチ回路16と、垂直同期用カウンタ6
に接続している垂直座標ラッチ回路17に入力されて、
それぞれのラッチ回路16゜17がラッチした値が水平
と垂直のテレビカメラlでの座標をあられす、しかし、
スポット光の径が大きい場合や、スポット光が被測定物
2に斜めに照射された場合には、′こうして得られた座
標がスポット光の中心からずれていることが十分予想さ
れる。そのために、マイクロコンビ為−夕9はビデオメ
モリ10に記録されているこの座標の近傍のビデオ信号
を読出して、実際の輝度のピークがある座標をソフト的
に検出する。そして、マイクロコンビエータはこのピー
ク座標に和尚する情報表示用メモリピッ)[1k書き込
む。情報表示用メモリはテレビモニタ18にオーバーレ
イして表示されるので、側足者は測定個所を確認するこ
とができる。また、この情報表示用メモリに、得られた
座標をマイクロコンビエータが、あるスケールに換算し
た数字のパターンを曹き込んで表示することも可能であ
る。なお、レーザー光線のスポットの輝度分布は正規分
布になることが判っているので、輝度のピーク座標を画
素単位の精度で求めるのではなく、ピークのある画素と
その近傍の画素との値から、最小自乗法等によって、実
際のピークの座標をより高い精度で推定することができ
る。これは特に寸法り度がよく、画素による感度のばら
つきが少ないCODやMOS等の素子を用いた固体撮像
装置KN効で、後に述べる三次元針側ではIll!であ
る。こうして得られたデータをマイクロコンビエータに
より、磁気ディスクや磁気チー1等の記録媒体20に画
偉と共に転送してファイル化することは原理的に容易で
ある。たとえば、50Mバイトのに憶容量を持つ磁気デ
ィスクには、計測値と共に250枚以上の画面をファイ
ルできる。
第2図は三次元計測装置としての応用例を示したもので
あり、図に訃いて、テレビカメラ31゜32は電子回路
34.35に接続されているが、電子回路34.35に
は第1図において述べたビデオメモリやマイクロコンビ
エータ・システムが内置されている。ただし、この場合
は電子回路34゜35はさらに別のマイクロコンビエー
タシステム36に接続されていて、マイクロコンビエー
タシステム36゛が電子回路34,35’ii介してテ
レビカメラ31.32を同期して動作させ、レーザー発
振613のオン・オフもこのマイクロコンビエータシス
テム36が行っている。第1図において述べた原理によ
り、テレビカメラ31.32のそれぞれに対する被測定
物体2土のスポット党の座標が得られるが、これらはマ
イクロコンビエータシステム36に入力される。そして
、これらの座標と、テレビカメラ31.32の焦点距離
、それにテレビカメラ31.32の間隔が、三角測量を
行1データとなって、!、イクロコンピュータ361リ
スポット光の照射された位置の三次元座標が求められる
ここで、二つのテレビカメラ31.32は前述した最小
自乗法等によるスポット元のピーク座標を出力すること
により、高い精度の計測が行える。
この際、テレビモニタ18にはテレビカメラ31゜32
に対するビデオメモリのどちらかのビデオ信号を表示す
るようにしておく。また、他の部分については第1図の
実施例の場合と同様である。
以上は二次元の撮像装置II−利用した実施例であるが
、−次元の撮像装置でも同様な原理で本発明會実施出来
ることは明らかである。なお、本文中の各数値は代表的
な例について示したものであり、必ずしもこれに限定さ
れるものではない。
この発明は以上説明したような方法により位置あるいは
形状を測定するので、触針等で接触すると変形して側足
不可能な物体でも1lllJ足可能となり、計測装置と
被測定物体との距離會任慧にとることができ、撮像管の
かなり近傍に物体装置いた場合から、野外における測量
等まで広範囲に応用が可能となる上に、従来のモワレ縞
計測等よりも直接的定量的に三次元針側ができるととも
に、測定個Wrtテレビモニタで確認することができる
。また、掬定時間はかなり短時間なので、刻々形態の変
化してゆく物体の測定も可能となる。さらに、装置に可
動部は殆んどないので、構造が単純となり、ガタ等機構
上から生じるような誤差はない。そして、1足場面をそ
のま一画像として磁気ディスク、磁気テープ等の記録媒
体に記録しておくことが容易に行いうるものである。
【図面の簡単な説明】
第1,2図は本発明の1実施例を説明する図である。 1.31.32・・・テレビカメラ、2・・・被測定物
、3・・・クロック発生器、4・・・水平同期用カウン
タ、5・・・水平同期信号、6・・・垂直同期用カウン
タ、7・・・垂直同期信号、8・・・A/D変換器、9
,36・・・マイクロコンビエータ・システム、10・
・・17レ一ムビデオメモリ%11・・・差分回路、1
2・・・コンパレータ% 13・・・レーザー発振器、
14川偏向器、l5・・・変調器、16・・・水平座標
ラッチ回路、17・・・垂直座標ラッチ回路、18・・
・テレビモニタ、19・・・D/A変換器、20・・・
記録媒体、 34.35・・・電子回路。 特許出願人 東し株式会社 代理人弁理士  京 谷 四 部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被撮健体と、該被撮像体上に光スボツ)1−生成する光
    スポツト生成手段と、上記被撮像体を撮影する撮像装置
    と、該撮像装置の出力するビデオ情報を格納するビデオ
    メモリと、上記光スポツト生成手段の生成する光スポッ
    ト全オン・オフする元スポット制御手段と、骸光スポッ
    トのオン・オフと同期して上記撮像装置から出力される
    ビデオ情報を上記ゼデオメモリに書込む書込み制一手段
    と、上記撮像装置の出力するビデオ情報と同一点でのビ
    デオ情報を上記ビデオフメモリから読出す説出し制御手
    段と、上記撮像装置から出力されるビデオ情報と上記ビ
    デオメモリから読出されたビデオ情報との差會求める差
    分回路と、該差分回路で求められた差が所定値を越えて
    いるときには′Fgr足論理値の信号を出力する比較回
    路と、該比較回路が上記所定論理値の信号V出力した時
    に上記!像装置の走査アドレスをラッチする走査アドレ
    ス・ラッチとを有することを特徴とする位置あるいは形
    状の測定方式。
JP16923981A 1981-10-22 1981-10-22 位置あるいは形状の測定方式 Pending JPS5870108A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61196317A (ja) * 1985-02-27 1986-08-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 情報入力方式
US4660969A (en) * 1984-08-08 1987-04-28 Canon Kabushiki Kaisha Device for searching objects within wide visual field
FR2621999A1 (fr) * 1987-10-20 1989-04-21 Annoni Henri Procede de determination des coordonnees des points du contour d'un objet dans l'espace

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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