JPS63145904A - スリツト光照射装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 本発明は、物体の空間的配置の計測に使用されるスリッ
ト光照射装置において、視野を広げたカメラの視野内の
任意の箇所に置かれる物体の位置の三次元計測を可能に
するために、マルチスリット光及び基準スリット光の出
射原点を通り且つこれらスリット光のスリット長手方向
に平行な軸線を中心にして光源ユニットを回転駆動体に
より回転運動させるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、物体の位置の三次元計測に使用するスリット
光照射装置に関し、更に詳しくは、複数のスリット光面
を有するマルチスリット光と該マルチスリット光の所定
の１つのスリット光面と一致するスリット光面を有する
基準スリット光とを１台のカメラの視野内に配置される
計測対象物の表面に照射するための光源ユニットを備え
たスリット光照射装置の改良に関する。

近年、産業用ロボットの制御等に際しては対象物体の位
置の三次元計測が必要になっている。

従来から広く知られている物体位置の三次元計測方法は
いわゆる両眼立体視法と呼ばれるものである。この方法
は、物体表面に複数のスリット光面を有するマルチスリ
ット光を物体表面に照射し、物体表面上のスリット光投
影像を２台のカメラで撮影し、三角測量の原理を用いて
物体の三次元配置を計測する方法である。この計測方法
においては、２台のカメラによって得られるスリット光
撮影像の対応付けに複雑な処理を必要とするため、計測
処理に時間がかかるという問題があった。

本出願人による特願昭６０−１０７６７５号明細書には
所定座標系において配置が予め設定された複数のスリッ
ト光面を有するマルチスリット光と該マルチスリット光
の所定の１つのスリット光面と一致するスリット光面を
有する基準スリット光とを物体表面に照射し、物体表面
上のこれら基準スリット光及びマルチスリット光の投影
像を上記所定座標系において配置が予め設定された１台
のカメラで撮影し、基準スリット光及びマルチスリット
光の投影像に対応するスリット光撮影像を所定画面上に
得ることによって、物体の空間的配置を計測する三次元
計測方法が開示されている。

この計測方法では、所定の座標系におけるカメラの空間
的配置とマルチスリット光の複数のスリット光面の空間
的配置とが予め設定されており、また、基準スリット光
のスリット光面はマルチスリット光の特定の１つのスリ
ット光面と一致するように予め設定されている。したが
って、物体表面上の基準スリット光の投影像に対応する
基準スリット光撮影像を所定画面上に得ることにより、
物体表面上の基準スリット光の投影像の空間的配置を所
定画面上の基準スリット光撮影像の位置に基づき求める
ことができる。また、基準スリット光の投影像に対応す
るマルチスリット光の投影像を所定画面上のスリット光
撮影像に基づき簡単に特定することができるので、基準
スリット光投影像に対応するマルチスリット光投影像の
空間的配置を求めることができる。したがって、物体表
面上の他のマルチスリット光投影像の空間的配置も所定
画面上のマルチスリット光撮影像の配置に基づき求める
ことができる。

上述のように、マルチスリット光及び基準スリット光を
利用する物体位置の三次元計測方法では、基準スリット
光撮影像とマルチスリット光撮影像との対応付けを簡単
に行なうことができるので、物体の空間的配置の計測を
極めて短時間で行なうことができる。

上述のマルチスリット光及び基準スリット光を利用して
物体位置の三次元計測を行なうためには、カメラの視野
内の計測対象物の表面にマルチスリット光及び基準スリ
ット光を照射する必要がある。

この場合、カメラの視野が狭いとカメラの視野内の計測
対象物を配置することが困難になり、また、計測対象物
の大きさの許容範囲が減少するので、カメラの視野はで
きるだけ広くすることが望ましい。したがって、上述の
マルチスリット光及び基準スリット光を利用する物体位
置の三次元計測においては、視野の広いカメラを用いて
その視野内の任意の箇所に配置される計測対象物の表面
にマルチスリット光及び基準スリット光を確実に照射さ
せることができるようにする必要がある。

〔従来の技術〕

上述のマルチスリット光及び基準スリット光を利用する
物体位置の三次元計測には、上述したマルチスリット光
及び基準スリット光を照射するための光源ユニットを備
えたスリット光照射装置が使用されているが、従来の光
源ユニットはカメラに対して所定位置に固定されており
、それ故、光源ユニットから出射されるマルチスリット
光及び基準スリット光のスリット光面もカメラに対して
所定位置に固定されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のスリット光照射装置を用いた場合、計測
対象物がカメラの視野内に特定位置、すなわち、基準ス
リット光が当たる位置に置かれていなければならないと
いう制約があり、カメラの視野内に置かれた物体であっ
ても基準スリット光が当たらない位置にある場合にはそ
の空間的配置の計測を行なうことができなくなる。その
対策として、カメラ及びスリット光照射装置を計測対象
物に対して作業を行なうロボットに取り付け、ロボット
の移動によって計測対象物に対するカメラ及びスリット
光照射装置の位置調整を行なう方法が考えられているが
、この方法の場合、ロボットに大きな負荷をかけること
になり、問題があった。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、複数のスリット光面を有するマルチスリット
光とマルチスリット光の所定の１つのスリー／　）光面
と一致するスリット光面を有する基準スリット光とをカ
メラの視野内に配置される計測対象物の表面に照射する
ための光源ユニットを備えたスリット光照射装置におい
て、マルチスリット光及び基準スリット光の出射原点を
通り且つこれらスリット光のスリット長手方向に平行な
軸線を中心にして光源ユニットを回転移動させる回転駆
動体を備えていることを特徴とするスリット光照射装置
を提供する。

〔作　用〕

本発明によるスリット光照射装置においては、光源ユニ
ットを回転運動させることにより、マルチスリット光及
び基準スリット光を広範囲にわたり出射させることがで
きるので、物体位置の三次元計測に使用されるカメラの
視野を広げてもその視野内の任意の箇所に配置された計
測対象物の表面にマルチスリット光及び基準スリットを
確実に照射させることができるようになる。したがって
、計測対象物に対するカメラの位置調整を必要とするこ
となく、計測対象物が置かれる位置の許容範囲を拡大す
ることができる。光源ユニットの回転運動に伴って所定
の座標系におけるマルチスリット光及び基準スリット光
のスリット光面の配置が変化するが、マルチスリット光
及び基準スリット光は、それらの出射原点を通り且つそ
れらスリット光のスリット長手方向に平行な軸を中心に
して回転移動するようになっているので、それらスリッ
ト光の出射原点を原点とし且つ座標軸の１つが光源ユニ
ットの回転軸に一致する座標系を設定することにより、
座標系におけるマルチスリット光及び基準スリット光の
スリット光面の配置の変化を節単に算出することができ
る。したがって、スリット光照射装置を利用した物体位
置の三次元計測処理を短時間で行なうことができる。

本発明の一実施例において、光源ユニットは、マルチス
リット光の光源と基準スリット光の光源とを別個に備え
ている。この場合、光源ユニットの回転軸線はマルチス
リット光の出射原点と基準スリット光の出射原点とを通
り、それらスリット光のスリット長手方向に平行に延び
るように設定される。

一方、光源ユニットは、マルチスリット光及び基準スリ
ット光を出射する単一の光源を備えていてもよく、この
場合、マルチスリット光と基準スリット光は共通の出射
原点から出射される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

（ｉ）物体位置の三次元計測方法の原理本発明装置の理
解を容易にするために、はじめに、マルチスリット光と
基準スリット光とを用いて１台のカメラで物体の位置の
三次元計測を行なう方法の原理を説明する。

第１図及び第３回を参照すると、まず、所定の座標系と
してカメラ１の焦点を原点とし、カメラ１の光軸方向を
２軸としたカメラ直交座標系０Ｃ−ＸｃｙＣ２ｃを設定
する。さらに、マルチスリット光源５を原点としたマル
チスリット直交座標系０’　−ｘ’　ｙ’　ｚにを設定
し、マルチスリット直交座標系を、ｙＭ軸に沿って平行
移動させ、原点を基準スリット光源６とした基準スリッ
ト直交座標系０ｓ−ｘｓｙｓｚ３を設定する。カメラ直
交座標系とマルチスリット直交座標系との間は、一般に
次の関係式で表わされる。

但し、ｈ＝ｉ　（ｔ　、Ｊ＝１．２．３）は、ｔ、ｊ座
標軸間のなす角度の方向余弦を表わし、ｈｉ４（ｉ＝１
　、２　、３）は平行・移動距離を表わす。

今、マルチスリット光３の各スリット光面Ｍが、マルチ
スリット直交座標系で表わした平面ｘＭ　＝０をｙＭ軸
を回転軸とした所定角度の回転によって得られるものと
する。ｙＭ軸を回転軸として平面ｘ　Ｍ　＝　Ｑをθｊ
　　、Ｊ”１〜ｍだけ回転したスリット光面をＭ、とす
ると、Ｍｊは、 ｘ　’ｃｏｓθｊ　　　２’ｓｉｎθｊ＝０　　・　（
２）と表される。これをカメラ直交座標系で表わせば（
１）式を用いて、 Ｍｊ：（ｈ目ｘｅ＋ｈ、ｚｙｃ＋ｈ、、ｚ’　＋ｈ＋ｎ
）ｃｏｓθＪ−（ｈ、、、ｘ’　＋ｈ、□ｙＣ＋ｈ：１
２ｚ’　＋ｈ：＋４）Ｓｉｎθ。

＝Ｏ（ｊ＝１〜ｍ）　　・・・（３） となる。

一方、基準スリット光８のスリット光面Ｓは、基準スリ
ット直交座標系で表わした平面ｘＳ＝０をｙ３軸（ｙ’
軸と一致している）を回転軸としてθ、たけ回転したも
のとする。このθ、をマルチスリット光３によるに番目
のスリット光面Ｍ、と一致するように、すなわち、 θ、；θ、　・・・（４） と調整する。このとき、基準スリット光８による基準ス
リット光面Ｓは、 ｘ　”ｃｏｓθｓ　　２’ｓｉｎθ３＝Ｏ・　（５）と
表わされる。これをカメラ直交座標系で表わせば、（１
）式を用いて Ｓ　：　（ｈ、、ｘ’＋１１＋ｚ）’Ｃ＋ｈ１３ＺＣ＋
ｈ、４）ｃｏｓθ、＝（ｈｆｆ＋　Ｘ”　）１３ｚｙＣ
”　ｈ３．ｚ　ｅ＋ｈｓ４）Ｓｉｎθ。

＝０　　・・・（６） となる。さて、ｍ本のマルチスリット光３の照射によっ
て、物体４表面上に複数のスリット光投影像９ができ、
それをカメラ、１で撮影することによってカメラ１の撮
影素子等の画像面Ｃ上にスリット光投影像９に対応した
１個のスリット光撮影像が得られたとする。ここで、物
体４を説明の便宜上線状とし、物体４上のスリット光投
影像９の座標をＰ　＝　　（ＸＣｐｔ＋　ｙｃｐｔ＋　
Ｚ’ｐｔ）　　＋　　（１＝　１〜１）とし、各スリッ
ト光投影像９に対応するスリット光撮影像の座標をそれ
ぞれＩｌ　　（ＸＣ１ｌ＋ｙＣ＋ｉ＋　２ＣＩ＋）　　
＋　　（１＝１〜ｊりとする。ここで、簡単にするため
画像面ＣをｘＣｙＣ平面に平行な平面ｚｃ＝ｆ（一定、
焦点距離）とする。そのとき、視線１０を直線Ｌｉ　　
（Ｌｉ　ｘＱｉ　　ｒｚ　＞　　とすると、Ｌ、は で表わされる。点状のスリット光投影像９のひとつＰ、
の三次元座標は視線１０である直線し、とＰ、に対応す
るスリット光面Ｍ８との交点として求まる。

しかしながら、この時点では、各スリット光撮影像Ｔ＋
（ｉ＝１〜１）とマルチスリット光３によるスリット光
面Ｍ、との対応付け、すなわち■１〜■わが物体４表面
上に照射されている何番目のスリット光面Ｍ、−Ｍ、に
対応付けられるかは不明である。そこで、本発明では、
マルチスリット光３によるひとつのスリット光面Ｍｋと
一致するスリット光面Ｓをもつ基準スリット光８をマル
チスリット光３と時分割で照射する。ここで、基準スリ
ット光８による物体４上のスリット光投影像９の座標を
Ｐ　Ｓ　　（Ｘ　’９ｍ　＋　　’ＤＩ　＋　Ｚ　’Ｉ
１ｍ）とし、そのスリット光投影像９に対応する基準ス
リット光撮影像の座標を１３　　（Ｘ’＋ｇ　＋　ｙｃ
Ｉｓ　＋ｚｃＩＩ）　、Ｚ　ｃ、、＝ｆとする。そのと
き視’ａ　Ｌ　５（＝Ｏｃｌｓ）は で表わされる。点状のスリット光投影像９であるＰ、は
、直線り、とＰ、に対応するスリット光面Ｓとの交点と
して求まる。すなわち、（８）式から が得られ、これを（６）式へ代入し、ｚＣについてまと
めると、 ”’　ｈ　１４　Ｃｏｓθ、　　＋　ｈ３ｉ　ｓｉｎθ
Ｍ　　　・（１０）より、 ２ｃ＝　　（ｈｌ、ｃｏｓθｓ　＋　ｈｚａ　ｓｉｎθ
３）７ｇ・・・（１１ａ　） これを（９）式へ代入して、 Ｘｃ＝　（ｈｌ４ｃｏｓθ３　＋　ｈ３．　ｓｉｎθｓ
　）　　ｘｃ＋ｓ／ｆｇ・・・（ｌｌｂ） ｙｃ＝　（ｈｌａ　ｃｏｓθｓ　”　ｈｘａ　ｓｉｎθ
、）ｙｌｆｉＣ／ｆｇ・・・（１１ｃ　） が得られる。

ここで、 である。（ｌｌａ）乃至（１１ｃ　）式（以下、単に（
１１）式という）　、（１２）式がＰｓをカメラ直交座
標系によって表わしたものである。ところで、基準スリ
ット光８によるスリット光面Ｓは、マルチスリット光３
によるスリット光面ＭのひとつＭ、と一致するのである
から、マルチスリット光３によるスリット光撮影像Ｉ＝
（ｔ＝１〜１）の中に必ず基準スリット光撮影像Ｉｓに
相当するものが見つかるはずである。こうして、■３に
よって特定されたスリット光撮影像を■、とすると、■
７は基準スリット光８によるスリット光面Ｓと対応付け
られ、従ってマルチスリット光３によるスリット光面Ｍ
ｋと対応付けられることになる。後は、マルチスリット
光３の配置とスリット光撮影像の配列から、両者間に入
れ換えがないとし、Ｆ−１がＭｋ−、，１，−、がＭｋ
−ｚ・・・■、がＭｋ−□１と、またＩ　ｉｉｒがＭｋ
＋ｌ＋Ｌ＋２がＭｋ＋２・＋＋１１がＭ　＊　＋　ｔｔ
−ｒと順次対応付けられる。この対応関係から（１１）
　（１２）式において、（Ｘ　ＣＩｓ　＋　）”　ｌｓ
＋　　θ、）の代わりに、Ｐｌでは（Ｘ　ｃＩｓ　＋　
ｙｃＩｓ　ｌ　０ｈ−ｒｏ＋）を、Ｐ２では（”Ｉｆ　
＋　）”　ＩＩ　＋　０ｋ−ｒ−１）を・・・Ｐｆでは
（ｘｃｒｔ、　　ｙＣ＋ｆ＋　　Ｏｉ＋＋＃−ｒ）を代
入することによって物体４のスリット光投影像９のカメ
ラ直交座標系による三次元座標を求めることができるの
で、物体３の三次元計測が可能となる。

なお、本発明によるスリット光照射装置においては、光
源ユニット１３　、１４を軸線２０１ａ　、　２０２ａ
の周りにｎステップ（例えばｎ＝１）ずつ回転させるこ
とができる。このとき、マルチスリット光３及び基準ス
リット光８のスリット光面Ｍ、ＳはｙＭ軸及びｙ３軸を
中心として回転するので、スリット光面Ｍ、Ｓの回転移
動後の座標位置は簡単に算出することができる。

（ｉｉ　）スリット光照射装置及び計測装置の構成本発
明によるスリット光照射装置を用いて物体の位置の三次
元計測を行なう装置は、例えば第４図に示すように構成
される。同図において、Ｉは計測すべき物体４を撮影す
るためのカメラであり、本実施例ではテレビカメラが用
いられている。カメラ１から出力された映像信号はアナ
ログ・ディジタル変換器１０によりディジタル信号に変
換されてビデオインターフェース１１に送られる。

１２は物体４に通常の照明光を当てるための照明灯であ
る。

この構成例ではスリット光照射装置は２つの光源ユニッ
ト１３　、１４を備えており、第２図に示すように、２
つの光源ユニット１３　、１４は互いに異なった向きに
配置されている。光源ユッ）　１３　、１４は物体４の
配置に応じて適宜に選択使用される。光源ユニット１３
　、１４はそれぞれマルチスリット光３を発する光源５
と基準スリット光８を発する光源６とを有している。光
源ユ・ニラ）　１３　、１４はそれぞれモータ２０１．
２０２によって回転軸線２０１ａ　、　２０２ａの周り
に回転駆動されるようになっている。回転軸線２０１ａ
　、　２０２ａはマルチスリット光３及び基準スリット
光８の出射原点を通り且つこれらスリット光３゜８のス
リット長手方向に対し平行に延びるように設定されてい
る。そして、ここでは、回転軸線２０１ａ　、　２０２
ａが互いに直角をなすように設定されている。

第４図において、１５は画像プロセッサであり、物体４
の輪郭を抽出するための濃淡画像処理部１６と、線状の
物体４の中心線を太さ１画素幅のラインとして抽出する
ための尾根点処理部１７と、局所的ピーク点を抽出する
ための極点処理部１８と、ディジタル信号を２値化する
２値化処理部１９と、画像環ＡＮＤ演算機能を有する画
像間ＡＮＤ演算部２０’とからなる。なお、この画像プ
ロセッサ１５は特開昭５９−２１６２８３号に示した装
置に極点処理部１８と画像間演算部２０とを付加したも
のである。２１　、２２は画像メモリであり、カメラ１
の画像面Ｃに得られた画像を格納しておく装置である。

２３は線方向画像計算部であって、物体４の配置に基づ
いて、相異なる向きをもつ２つの光源ユニット１３　、
１４のどちらかを選択するための計算を行なうものであ
る。２４は対応付は計算部であり、マルチスリット光３
による複数のスリット光撮影像の中から基準スリット光
撮影像に相当するスリット光撮影像を特定し、スリット
光撮影像とスリット光面Ｍとの対応付けを行なうもので
ある。２５は距離計算部であり、上述した（１１）（１
２）式を用いて三次元座標の計算を行なうものである。

２６　、２７はバッファである。２９は中央演算処理部
（ＣＰ　Ｕ）であり、上述した全装置の制御や演算等を
行なうものである。上述したモータ２０１．２０２はコ
ントローラ２００により制御され、コントローラ２００
への指令信号はＣＰＵ　２９から出る。

（ｉｉｉ　）三次元計測処理 説明の簡略化のため、計測すべき物体４として線状の物
体を想定する。

まず、第１図に示すように、対象となる線状物体４の近
くに、カメラ１及びスリット光照射装置　　′の光源ユ
ニット１３　、１４を配置する。その位置はカメラ１の
視野内の任意の箇所に線状物体４が配置されるように予
め決定される。この場合、物体４が基準スリット光８か
ら離れた位置にあってもよい。カメラ１による視野は広
く設定する。以下、第５図の流れ図に沿って説明する。

物体４の近くに配置された照明灯１２を点灯することに
より、物体４に通常照明光を照射する（ステップ４１）
。但し、物体４と背景とを明確に区別することができる
場合には照明灯１２を点灯させる必要はない０次に、照
明灯１２により照明された物体４をカメラ１としてのテ
レビカメラで撮影し、物体４の輪郭を撮影素子等の画像
面Ｃ（第３図参照）上にとらえて、物体４の輪郭データ
をメモリにストアするまでの処理（ステップ４２）を行
なう。この処理は第５図の流れ図に詳細に示されている
。第５図を参照すると、撮影された画像はアナログ・デ
ジタル変換器１１によって濃淡レベルを有するデジタル
信号に変換され（ステップ８０）、さらに該信号を画像
プロセッサへ入力される。画像プロセッサ１５へ入力さ
れた信号には、濃淡画像処理部１６で、第６図の流れ図
に示すように平滑化処理あるいはラプラシアン処理（ス
テップ８１）、又は平滑化処理及ラプラシアン処理（ス
テップ８２）がなされる。次に、該信号には尾根点処理
部１７において尾根点処理がなされ（ステップ８３）、
さらに、２値化処理部１９によって２値化処理がなされ
る（ステップ８４）。もし、物体４の中心線にひげ状ノ
イズが多く存在するときは、２値化処理の後、雑音除去
処理（ステップ８５）を行ってノイズを除く。

以上述べた処理によって物体４の中心線を太さ１画素幅
のラインとして抽出し、画像３０として画像メモリ２１
への格納処理を行う（ステップ８６）。

次に、得られたデータから線方向計算部２３によって線
状の物体４の配置方向を計算する。その方法は、まずカ
メラ直交座標系によって、画像面Ｃ上の物体４の始点Ｌ
ｓ　　（ｘｓｃ　、　ｙ３ｃ）と終点Ｌｔａ　　（Ｘｓ
Ｃｒ　’／ｍＣ）とを求める。ここで扱う物体４はあま
り複雑な形状でない細長い線状部材とすれば、Ｌ、とＬ
ｏと、から物体４の配置方向を示す角度θが決まる。す
なわち方向θは である。これによって物体４の配置を示す方向ベクトル １　”　（ｃｏｓθ、　ｓｉｎθ） が求まる。次に、この方向ベクトルｌを用いて、相異な
る向きに配置された光源ユニッ目３，１４の選択を行う
。その方法は、光源ユニット１３と光源ユニット１４と
のスリット面の法線方向の方計算し、両者の大小を比較
して内積の絶対値の小さい方の光源ユニットを選択する
（ステップ４３）これはマルチスリット光３に対してよ
り多くのスリット光投影像９を得て計測分解能を向上さ
せるためである。但し、光源ユニット１３　、１４のう
ち必ずしもどちらか一方のみを選択しな（ても、両方の
光源ユニット１３　、１４を使って異なる方向から２回
計測してもよい。

次に、通常光照明灯１２を消灯させ、選択した光源ユニ
ット１３又は光源ユニット１４の基準スリット光源６を
点灯させる。ここでは光源ユニット１３が選択された場
合を想定する。基準スリット光８がカメラ１の視野内の
床面を照射したときに床面上には基準スリット光８によ
る輝線７が引かれる。この輝線７をカメラ１で撮影し、
輝線７に対応した線画像３７を得る。画像面Ｃ上での線
画像３７の位置とそのときのモータ２０１の回転角を視
野全域に渡り記憶しておく。

今、物体４の端点が床面に接触していると仮定し、基準
スリット光８が物体４の付近を照射するように、光源ユ
ニット１３をモータ２０１により回転軸線２０１ａの周
りに回転させる（ステップ２０３）。

この場合、物体４が基準スリット光８よりも左に存在す
るときには物体４の右端を端点とし、物体４が基準スリ
ット光８よりも右に存在するときには物体４の左端を端
点とする。その後、ステップ４５に示す処理がなされる
。この処理の詳細は第７図の流れ図に示されている。同
図を参照すると、撮影された線画像３７は第４図に示さ
れたＡ／Ｄ変換器１０によって濃淡レベルを有するディ
ジタル信号に変換される（ステップ９０）。線画像３７
に対応するディジタル信号は画像プロセッサ１５に入力
される。画像プロセッサ１５に入力された信号は、濃淡
画像処理部１６で、平滑化処理或いはラプラシアン処理
（ステップ９１）又は平滑化処理及びラプラシアン処理
（ステップ９２）をされる。次に、該信号は尾根点処理
部１７において尾根点処理（ステップ９３）をされ、更
に２値化処理部１９で２値化処理（ステップ９５）がな
される。これにより、基準スリット光８による線画像３
７の中心線が抽出され、画像面Ｃ上の画像３１として画
像メモリ２２へ格納処理される（ステップ９６）。

なお、尾根点処理部１７による尾根点処理９３の代わり
に極点処理９４を適用してもよい。この場合は、基準ス
リット光８による線画像３７の中で局所的ピークをもつ
点が抽出されることになる特に、基準スリット光種影像
３８が１画素として抽出される場合には、第９図に示す
統合処理が不要となり能率的である。

続いて、第５図中基準スリット光投影像９に対応する基
準スリット光撮影像３８の抽出のための処理（ステップ
４６）が行われる。この処理の内容は第８図の流れ図に
詳細に示されている。同図を参照すると、画像メモリ２
１と画像メモリ２２とから同時に画像データを読み出し
くステップ１００）、画像間ＡＮＤ演算部２０で画像３
０と画像３１とのＡＮＤ演算を行なって基準スリット光
撮影像３８を抽出する（ステップ１０１）。基準スリッ
ト光撮影像３８が抽出されたとき（ＡＮＤ演算結果の内
容が例えば１であるとき）は、基準スリット光撮影像３
８の座標（アドレス）をカメラ直交座標系で表わしバッ
ファ２６に格納しておく　（ステップ１０２）。これら
の処理を画像メモリ２１　、２２内の全てのアドレスに
ついて行なう、なお物体４が線状であっても、基準スリ
ット光撮影像３８が複数の点からなる場合があり得る。

そこで、各点の座標（アドレス）をカメラ直交座標系Ｂ
、（ｘ　Ｃ１ｙｃ）、ｊ＝１〜ｎと表わしてバッファ２
６に格納しておく。　　　・ その後、物体４と基準スリット光８とが重なったか否か
の判定を行なう（第５図中ステップ２０５）。

すなわち、画像メモリ２１　、２２の全てのアドレスに
ついてメモリ内容（０又は１）のＡＮＤ演算を行なった
結果の内容が全て０か或いは内容１のアドレスが存在す
るかを判定し、全て０の場合にはステップ２０４に進み
、モータ２０１をｎステップ（例えばｎ−１）だけ動か
して、基準スリット光８の輝線７を物体４に近づける。

次いで、ステップ４５゜４６の処理を繰り返す。基準ス
リット光８の輝線７が物体４に重なったときには、ＡＮ
Ｄ演算結果の内容が１になるので、ステップ２０５から
ステップ４７に進む。

ステップ４７において、基準スリット光源６を消灯させ
てマルチスリット光源５を点灯する。マルチスリット光
３によるスリット光撮影像３９の抽出は、基準スリット
光撮影像３８の抽出と同様の方法で行なうことができる
。その処理の流れは第５図中ステップ４７からステップ
５０までに記述されており、その処理内容は基準スリッ
ト光８の場合のステップ４４〜４７の処理内容に対応し
ている。すなわち、マルチスリット光３によって物体４
の表面を横切るようにして複数の輝線７が引かれ、物体
４の表面上には複数のマルチスリット光投影像９ができ
る。複数のマルチスリット光投影像９を含む複数の輝線
７をカメラ１で撮影し、カメラ１の撮影素子等の画像面
Ｃ上にマルチスリット光３による複数のマルチスリット
光撮影像３９を含む複数の線画像３７を得る。得られた
線画像は基準スリット光８の場合と同様に処理されて線
画像３７の中心線が抽出され、画像３３として画像メモ
リ２２へ格納される（ステップ９０〜９６）。

続いて、画像メモリ２１と画像メモリ２２とから同時に
画像データを読み出し、画像間ＡＮＤ演算処理部２０で
画像３０と画像３３とのＡＮＤ演算を行なって、複数の
スリット光撮影像３９を抽出する。夫々のスリット光撮
影像３９は、物体４が線状であっても、一般に複数の点
が集まったものである。得られたスリット光撮影像３９
の座標はカメラ座標系でＣｋ　（ｘｃ　、ｙ’　）、に
＝　１〜にと表わし、バッファ２７に格納する（ステッ
プ４９）。その後、マルチスリット光源５を消灯させる
（ステップ５０）。

さらに、スリット光撮影像３９間に入れ換えがないと仮
定し、マルチスリット光３による複数のスリット光撮影
像３９の中から基準スリット光８の基準スリット光撮影
像３８に対応するスリット光撮影像３９を特定する。そ
のために、対応付は計算部２４によって、第９図に示す
ような対応付は処理を行う。まず、基準スリット光撮影
像３８の位置座標のデータＢｊ　（ｘｃ　、ｙｃ）、ｊ
−１〜ｎの平均Ｂ（ｘ、ｙ）をとって、基準スリット光
撮影像３８の座標を代表させる（ステップ６１）。

すなわち、 である。

次に、この基準スリット光撮影像３８と、マルチスリッ
ト光３による各スリット光撮影像３９との距離と方向と
を求める（ステップ６２）。すなわち、画像面Ｃ上の距
離ｄｋと角度ηアとは、それぞれ ｄｍ−ＩＣｍ　　（Ｘｃ　、ｙＣ）　　Ｂ　（Ｘｅ　＋
ｙｃ）ｌｋ−１〜に である。続いて、Ｃ＊　　（ｘｃ　、ｙｃ）をｄ、の小
さい方から並べ換え、それをＤｋ　　（ｘｃ　＋　ｙｃ
）とする（６３）。Ｄｋ　　（ｘｅ　　＋　ｙＣ）にお
いて、Ｄ。

がある距離ｒよりも小さいものをクラス０とする（ステ
ップ６５）。次にη１の符号が正のものに対して特開昭
６０−１２６７７２号のクラスタ方式によってクラス分
けをし、Ｂ　（ｘＣ、ｙＣ）に近いクラスから１．２．
３・・・とする（ステップ６８）。同様に、η、の符号
が負のものに対しても同様な処理をして、Ｂ（ｘｃ　、
ｙｃ）に近いクラスから−１、−２、−３・・・とする
。尾根点処理９３を行った場合には、スリット光撮影像
３９が数画素の大きさで抽出されることがあるので同一
クラス内の平均をとり代表させる（ステップ６９）。そ
れらをＢＰ　　（Ｘｃ　、ｙｃ）、ｐ　＝１〜Ｉ２とす
る。

極点処理（ステップ９４）を行って、各スリット光撮影
像３９が１画素で抽出される場合には平均値を求める必
要はない。Ｅｐ　　（ｘｃ　、ｙｅ）をクラスの小さい
方から並べ換える（ステップ７０）。

このとき、ｐ＝ｒがクラス０であったとすると、Ｅｒ　
（ｘｃ　、ｙｃ）が基準スリット光撮影像３８に相当す
ることになり、この処理によってスリット光撮影像３９
の中から基準スリット光撮影像３８に対応するものが特
定されたことになる。したがって、基準スリット光８に
よるスリット光面Ｓの照射角θ、はに番目のマルチスリ
ット光３によるスリット光面Ｍｋと一致しているので、
ＥＷ。

（ｘ’、ｙｃ）はθ、と対応付けられることになる。す
ると、その他のスリット光撮影像３９についても、入れ
換えがないとすると、Ｅｒ＋１　　（Ｘｃ。

ｙｃ）がθに＋Ｉ　＋　Ｅｒ＋ｔ　　（Ｘ’　ｒ　ｙｃ
）　カＬ＋ｔ　＋・・・Ｅｒ　（ｘｃ　、ｙｃ）がθに
＋Ｉ−ｒ、同様にＥｒ−１（ｘＣ＋　ｙＣ）がθｗ−＋
　＋　Ｅｒ−ｔ　　（Ｘｃ＋　ｙｃ）カｆｌｋ−ｔ　、
　・”Ｅ　（ｘｃ、　ｙ’　）がθに−ｒ＋１　ニそれ
ぞれ対応付けられる（ステップ７１）。尚、以上では簡
単のため、カメラ直交座標系で、画像面Ｃ上の座標を表
現したが、一般には、画像面Ｃ上に画像面座標系を設定
し、その座標で表現してもよい。その場合には、画像面
座標系をカメラ直交座標系に変更する処理（ステップ７
２）が必要となる。こうして、特定されたスリット光撮
影像３９と他のスリット光撮影像３９との相対的な位置
関係に基づいて各スリット光撮影像３９とマルチスリッ
ト光３の各スリット光面Ｍ、とを対応付けることになる
（ステップ５１）。こうして求めた各画像面Ｃ上のスリ
ット光撮影像３９の座標と角度とを発明の基本原理に述
べた（１１）式と（１２）式の（Ｘｃ＋ｓ＋７ｃｍ、θ
、）に代入すると共に、予めカメラ座標系とマルチスリ
ット及び基準スリット座標系との関係をキャリブレーシ
ョン等で求めた上で（（１）式のｈ五ｊ（ｉｔｊ−１〜
４）を求める）、スリット光投影像９の座標と座標間の
距離とを求めることができる。　（ステップ７３．ステ
ップ５２）ので、物体４の三次元計測がされることにな
る。

尚、本実施例では、物体４を線状として考えたが、物体
４は線状の場合に限らず、一般の立体の場合にも適用す
ることができる。この際、物体上のスリット光投影像が
線状のものとして処理される（実施例では点状のものと
して処理された）。

（ｉｖ　）他の実施例 上記実施例ではマルチスリット光面とのスリット光撮影
像との対応付けを、マルチスリット光源とは別の基準ス
リット光源を用いることによって行ったが、マルチスリ
ット光源の前面にシャッタを設け、シャッタによって基
準スリット光のみの照射とマルチスリット光全体の照射
とを時分割的に実現してもよい。また、マルチスリット
光中で基準スリット光に対応するものを他と異なる波長
をもつ光としてもよい。例えば、基準スリット光に対応
するものをブルー、他をレッドとして照射し、カラーの
ＴＶカメラを使って、まずブルーのみを処理して基準ス
リット光撮影像を抽出し、次にレッドとブルーを一緒に
処理してマルチスリット光撮影像を抽出してもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光源
ユニットを回転運動させることにより、マルチスリット
光及び基準スリット光を広範囲にわたり出射させること
ができるので、物体の三次元計測に使用されるカメラの
視野を広げてもその視野内の任意の箇所に配置された計
測対象物の表面にマルチスリット光及び基準スリットを
確実に照射させることができるようになる。したがって
、計測対象物に対するカメラの位置調整を必要とするこ
となく、計測対象物が置かれる位置の許容範囲を拡大す
ることができる。しかも、マルチスリット光及び基準ス
リット光は、それらの出射原点を通り且つそれらスリッ
ト光のスリット長手方向に平行な軸を中心にして回転移
動するようになっているので、それらスリット光の出射
原点を原点とし且つ座標軸の１つが光源ユニットの回転
軸に一致する座標系を設定することにより、座標系にお
けるマルチスリット光及び基準スリット光のスリット光
面の配置の変化を簡単に算出することができる。したが
って、本発明によるスリット光照射装置を物体の三次元
計測処理に適用すれば、物体の三次元計測処理を短時間
で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスリット光照射装置の
１つの光源ユニットの斜視図、第２図は２つの光源ユニ
ットの配置構成例を示す平面図、 第３図は第１図に示すスリット光照射装置を用いた物体
位置の三次元計測方法の原理説明図、第４図は第２図に
示すスリット光照射装置を備えた三次元計測装置の全体
構成例を示すブロック図、 第５図は第４図に示す装置による計測処理の全体流れ図
、 第６図は物体輪郭抽出処理の流れ図、 第７図は基準スリット光又はマルチスリット光による線
画像抽出処理の流れ図、 第８図は基準スリット光種影像又はマルチスリット光撮
影像抽出処理の流れ図、 第９図は対応付は計算処理の流れ図である。 図において、１はカメラ、３はマルチスリット光、４は
計測対象物、５はマルチスリット光の光源、６は基準ス
リット光の光源、８は基準スリット光、１３　、１４は
光源ユニット、２０１．２０２は回転駆動体としてのモ
ータ、２０１ａ　、　２０２ａは回転軸線をそれぞれ示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のスリット光面（Ｍ）を有するマルチスリット
   光（３）とマルチスリット光の所定の１つのスリット光
   面と一致するスリット光面（Ｓ）を有する基準スリット
   光（８）とをカメラ（１）の視野内に配置される計測対
   象物（４）の表面に照射するための光源ユニット（１３
   、１４）を備えたスリット光照射装置において、 マルチスリット光及び基準スリット光の出射原点を通り
   且つこれらスリット光のスリット長手方向に平行な軸線
   （２０１ａ、２０２ａ）を中心にして光源ユニットを回
   転移動させる回転駆動体（２０１、２０２）を備えてい
   ることを特徴とするスリット光照射装置。