JP2000241139A - Shape measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は形状測定装置に関す
る。The present invention relates to a shape measuring device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、物体の形状を非接触で測定するニ
ーズが高まっている。この形状測定には広視野で高分解
能が要求される。その方法として従来一般的にズームレ
ンズで高分解能化したカメラに移動可能な機構を付ける
方法が用いられていた。この方法では移動機構が必要で
あるため、大型となり、コストが高く、移動機構の動作
に時間がかかる問題がある。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing need for non-contact measurement of the shape of an object. This shape measurement requires a wide field of view and high resolution. Conventionally, a method of attaching a movable mechanism to a camera with high resolution by a zoom lens has been used as the method. Since this method requires a moving mechanism, it is large in size, costly, and requires a long time to operate the moving mechanism.
【０００３】また別の方法として、線状のレーザ光を物
体に照射して、その反射光から得られる画像により形状
を測定する光切断法が知られている。この光切断法にお
いて高分解能化するために、特開平５−１６４５２１号
公報には複数の撮像素子を使用する方法が開示されてい
る。しかし、この方法では撮像素子、撮像画像の処理装
置あるいは撮像切替器が必要であるためコストが高い問
題がある。As another method, there is known a light cutting method in which a linear laser beam is irradiated on an object, and the shape is measured based on an image obtained from the reflected light. In order to increase the resolution in the light sectioning method, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-164521 discloses a method using a plurality of image sensors. However, this method has a problem that the cost is high because an image sensor, a processing device for a captured image, or an image switch is required.
【０００４】これらを解決する従来技術として、特開平
９−１８６９４０号公報には、撮像光の光軸を水平およ
び垂直方向に微小単位ずつずらして撮像した複数の画像
情報により解像度を高める方法が開示されている。As a prior art for solving these problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-186940 discloses a method of increasing the resolution by a plurality of pieces of image information obtained by shifting the optical axis of imaging light by a small unit in the horizontal and vertical directions. Have been.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、画素ずらしした複数の画像を記録して演算する必
要があるため、大きな画像メモリを必要とし、画像合成
に膨大な処理時間がかかるという問題点があった。However, in the prior art, since it is necessary to record and calculate a plurality of images shifted in pixel, a large image memory is required and an enormous processing time is required for image synthesis. There was a point.
【０００６】本発明は上記課題を解決したもので、高
速、高分解能で、フレキシブルに対応できる低コストな
形状測定装置を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a low-cost shape measuring apparatus which can flexibly cope with high speed, high resolution.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、線状のレー
ザ光を対象物体に照射し、その反射光を撮影した撮像手
段の画像を解析して前記対象物体の形状を測定する形状
測定装置において、前記撮像手段の撮像光の光軸を前記
撮像手段に対して相対的に、該撮像手段の水平方向、垂
直方向の少なくとも一方の方向に微小単位ずつずらす画
素ずらし手段が設けられていることを特徴とする形状測
定装置である。Means for Solving the Problems In order to solve the above technical problems, the technical means (hereinafter referred to as first technical means) taken in claim 1 of the present invention is a linear laser. In a shape measuring device that irradiates light to a target object and analyzes the image of the imaging unit that has captured the reflected light to measure the shape of the target object, the optical axis of the imaging light of the imaging unit is set relative to the imaging unit. And a pixel shift means for shifting the image pickup means by a small unit in at least one of the horizontal direction and the vertical direction of the image pickup means.
【０００８】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the first technical means are as follows.
【０００９】すなわち、一つの撮像手段により複数の画
像を撮像し、その複数の画像から対象物体の位置を求め
ることができるので、高分解能の形状測定ができる。ま
た、線状のレーザ光を照射した画像であるため、線状の
画像データだけを記録すればよいので低コスト化の小さ
な画像メモリを使用でき、演算量の少ないので高速化で
きる。さらに、要求される形状測定精度に応じて画素ず
らしピッチを変えることができるので、フレキシブルに
対応でき、低い形状測定精度の場合に高速に処理するこ
とができる。That is, since a plurality of images can be taken by one imaging means and the position of the target object can be determined from the plurality of images, high-resolution shape measurement can be performed. In addition, since the image is irradiated with a linear laser beam, only linear image data needs to be recorded, so that a small-sized image memory with low cost can be used, and the speed of operation can be increased due to a small amount of calculation. Furthermore, since the pixel shift pitch can be changed according to the required shape measurement accuracy, it is possible to flexibly cope with it and to perform high-speed processing in the case of low shape measurement accuracy.
【００１０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記画素ずらし手段が、撮像
光の光軸を固定して前記撮像手段を微小単位ずつずらす
手段であることを特徴とする請求項１記載の形状測定装
置である。In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as second technical means) taken in claim 2 of the present invention is that the pixel shifting means uses light of imaging light. 2. A shape measuring apparatus according to claim 1, wherein said means is a means for fixing said axis and shifting said imaging means by minute units.
【００１１】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the second technical means are as follows.
【００１２】すなわち、前記撮像手段を機械的に動かす
ので、簡単な構成で画像ずらしすることができる。That is, since the imaging means is moved mechanically, the image can be shifted with a simple configuration.
【００１３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記画素ずらし手段が、前記
撮像手段を固定して撮像光の光軸を微小単位ずつずらす
手段であることを特徴とする請求項１記載の形状測定装
置である。[0013] In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as third technical means) taken in claim 3 of the present invention is that the pixel shift means is provided with the image pickup means. 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape measuring device is a means for fixing and shifting the optical axis of the imaging light by minute units.
【００１４】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the third technical means are as follows.
【００１５】すなわち、撮像手段が固定されているの
で、該撮像手段が故障する恐れが少ない効果を有する。That is, since the imaging means is fixed, there is an effect that the imaging means is less likely to break down.
【００１６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記撮像手段の画像のうち、
所定の輝度閾値以上の画像の輝度だけを一次記憶手段に
一次記憶することを特徴とする請求項１記載の形状測定
装置である。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as a fourth technical means) taken in claim 4 of the present invention is one of the images of the image pickup means.
2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein only the luminance of the image having a predetermined luminance threshold or more is temporarily stored in the primary storage means.
【００１７】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the fourth technical means are as follows.
【００１８】すなわち、画像は線状であり、輝度閾値以
上の画像だけを記憶するので、一次記憶手段に必要な記
憶容量が少なく、低価格な一次記憶手段を利用すること
ができる。That is, since the image is linear and stores only the image having the luminance threshold or more, the storage capacity required for the primary storage means is small, and the inexpensive primary storage means can be used.
【００１９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記撮像手段の走査線ごと
に、画像の輝度の積算値、輝度と画素位置を乗した値の
積算値を演算し、画素ずらしした画像の複数の前記積算
値から輝度の重心位置を演算することを特徴とする請求
項１記載の形状測定装置である。In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as a fifth technical means) taken in claim 5 of the present invention comprises an image forming means for each scanning line of the image pickup means. 2. The shape according to claim 1, wherein an integrated value of the brightness of the image and an integrated value of a value obtained by multiplying the brightness and the pixel position are calculated, and a center of gravity of the brightness is calculated from a plurality of the integrated values of the image shifted by the pixels. It is a measuring device.
【００２０】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the fifth technical means are as follows.
【００２１】すなわち、二つの積算値だけで重心位置が
演算できるので、画像全体の輝度から演算する必要がな
く高速に演算できるため高速に測定できる。That is, since the position of the center of gravity can be calculated only by the two integrated values, it is not necessary to calculate from the luminance of the entire image, and the calculation can be performed at a high speed.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.
【００２３】図1は本発明の実施例の形状測定装置の概
略構成図である。図２は、本発明の実施例の形状測定装
置の構成を概略的に示すブロック図である。図１と図２
では同じ部分には同じ符号を用いている。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram schematically showing a configuration of the shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. 1 and 2
The same reference numerals are used for the same parts.
【００２４】まず、図１で本実施例の構成を説明する。
本形状測定装置は、レーザスリット投光器２、レーザ出
力制御部３、光学レンズ４、撮像手段である撮像素子
５、画素ずらし手段である画素ずらし機構部６、画素ず
らし制御部７、画像データ入力・処理部８、データ演算
・装置制御部９、コマンドデコーダ１８、データバス１
９から構成されている。１は、形状を測定する対象物体
である。First, the configuration of this embodiment will be described with reference to FIG.
The present shape measuring apparatus includes a laser slit projector 2, a laser output control unit 3, an optical lens 4, an image pickup device 5 as an image pickup unit, a pixel shift mechanism unit 6 as a pixel shift unit, a pixel shift control unit 7, an image data input / output unit. Processing unit 8, data operation / device control unit 9, command decoder 18, data bus 1
9. Reference numeral 1 denotes a target object whose shape is to be measured.
【００２５】前記レーザスリット投光器２は、線状のレ
ーザ光を前記対象物体１に照射する装置で、前記レーザ
出力制御部３と信号線で連結されている。前記対象物体
１と前記撮像素子５の間の光軸上に前記光学レンズ４が
設けられている。前記撮像素子５はＣＣＤ素子である
が、撮像手段としては特にこれに限定されない。受光さ
れた画像の輝度を電気信号に変換できる手段なら何でも
適用でき、真空管式の撮像管でもよい。The laser slit projector 2 is a device for irradiating the target object 1 with linear laser light, and is connected to the laser output control unit 3 by a signal line. The optical lens 4 is provided on an optical axis between the target object 1 and the imaging device 5. The imaging device 5 is a CCD device, but the imaging means is not particularly limited to this. Any means capable of converting the brightness of a received image into an electric signal can be applied, and a vacuum tube type imaging tube may be used.
【００２６】前記画素ずらし機構部６は、圧電素子によ
り前記撮像素子５を、その水平方向、垂直方向に微小単
位ずつずらす機構のものである。これにより前記撮像素
子５を、光軸に対し水平・垂直に微小単位ずつずらして
撮像することができる。The pixel shifting mechanism 6 is a mechanism for shifting the image sensor 5 by a small unit in the horizontal and vertical directions by a piezoelectric element. Thereby, the image sensor 5 can be imaged while being shifted by a minute unit horizontally and vertically with respect to the optical axis.
【００２７】なお、前記画素ずらし手段としては、圧電
素子を用いる手段の代わりに、傾斜可変である平行平板
を前記光学レンズ４と前記撮像素子５の間に設けてるな
どして、光軸を微小単位ずつずらす手段でもよい。この
場合でも、前記撮像素子５と撮像光の光軸の関係は同じ
であり、機能・効果は実施例と同じである。As the pixel shifting means, instead of using a piezoelectric element, a parallel flat plate whose inclination is variable is provided between the optical lens 4 and the image pickup element 5 to make the optical axis minute. Means for shifting the unit may be used. Also in this case, the relationship between the image sensor 5 and the optical axis of the imaging light is the same, and the functions and effects are the same as in the embodiment.
【００２８】前記撮像素子５は画像データ入力・処理部
８と信号線で連結され、前記画素ずらし機構部６は画素
ずらし制御部７と信号線で連結されている。前記レーザ
出力制御部３、画素ずらし制御部７、画像データ入力・
処理部８は、それぞれ信号線で前記コマンドデコーダ１
８と連結されている。該コマンドデコーダ１８はデータ
バス１９を介してデータ演算・装置制御部９と連結され
ている。The image pickup device 5 is connected to an image data input / processing unit 8 by a signal line, and the pixel shift mechanism unit 6 is connected to a pixel shift control unit 7 by a signal line. The laser output control unit 3, the pixel shift control unit 7, the image data input
The processing unit 8 is connected to the command decoder 1 by a signal line.
8 is connected. The command decoder 18 is connected to the data operation / device control unit 9 via a data bus 19.
【００２９】図２のブロック図では、図１の画像データ
入力・処理部８の内部構成が詳しく描かれている。該画
像データ入力・処理部８は、Ａ／Ｄ変換部１０、輝度閾
値設定部１１、比較器１２、走査線カウンタ１３、水平
画素カウンタ１４、データパケット構成部１５、ＦＩＦ
Ｏ１６、ＦＩＦＯ書き込み制御部１７から構成されてい
る。In the block diagram of FIG. 2, the internal configuration of the image data input / processing unit 8 of FIG. 1 is illustrated in detail. The image data input / processing unit 8 includes an A / D conversion unit 10, a luminance threshold setting unit 11, a comparator 12, a scanning line counter 13, a horizontal pixel counter 14, a data packet configuration unit 15, a FIFO
O16 and a FIFO write control unit 17.
【００３０】前記Ａ／Ｄ変換部１０は画像素子５から送
られた画像信号をデジタル化する機能を有する。前記輝
度閾値設定部１１は所定の輝度閾値を記録し、前記比較
器１２にその情報を伝える機能を有する。前記比較器１
２は、前記Ａ／Ｄ変換部１０の画像デジタル信号と前記
輝度閾値設定部１１の輝度閾値を比較して、輝度閾値以
下の画像デジタル信号をカットする機能を有する。The A / D converter 10 has a function of digitizing an image signal sent from the image element 5. The luminance threshold setting unit 11 has a function of recording a predetermined luminance threshold and transmitting the information to the comparator 12. The comparator 1
Reference numeral 2 has a function of comparing an image digital signal of the A / D conversion unit 10 with a luminance threshold of the luminance threshold setting unit 11 and cutting an image digital signal having a luminance threshold or less.
【００３１】前記走査線カウンタ１３及び水平画素カウ
ンタ１４は、撮像素子５からの水平・垂直同期信号より
画像信号の画像座標値をカウントする機能を有する。前
記データパケット構成部１５は前記画像信号と前記画像
座標をパケット化する機能を有する。 前記ＦＩＦＯ１
６は前記データパケット構成部１５のデータパケットを
一時記憶する一次記憶手段である。 前記ＦＩＦＯ書き
込み制御部１７は、前記コマンドデコーダ１８からの命
令と撮像素子５からの画像信号により、前記データパケ
ット構成部１５でパケット化された画像信号と画像座標
の前記ＦＩＦＯ１６への書き込みを制御する機能を有す
る。The scanning line counter 13 and the horizontal pixel counter 14 have a function of counting the image coordinate value of the image signal from the horizontal / vertical synchronization signal from the image sensor 5. The data packet forming unit 15 has a function of packetizing the image signal and the image coordinates. The FIFO1
Reference numeral 6 denotes a primary storage unit for temporarily storing data packets of the data packet forming unit 15. The FIFO write control unit 17 controls the writing of the image signal and the image coordinates packetized by the data packet forming unit 15 to the FIFO 16 based on the command from the command decoder 18 and the image signal from the image sensor 5. Has functions.
【００３２】前記コマンドデコーダ１８は、データバス
１９を介して伝達されるデータ演算・装置制御部９から
の命令によりレーザ制御部３、輝度閾値設定部１１、画
素ずらし制御部７、ＦＩＦＯ１６を制御する機能を有す
る。前記データ演算・装置制御部９は、データバス１
９、コマンドデコーダ１８を介してレーザ出力制御部
３、画素ずらし制御部、画像データ入力・処理部を制御
し、かつ画像データを演算する機能を有し、パーソナル
コンピュータを使用している。パーソナルコンピュータ
に限定するものではないが、該パーソナルコンピュータ
の近年の発達はめざましく、処理能力の向上により高速
に処理することが可能になっている。また、広く普及し
ているパーソナルコンピュータを使用すれば、低コスト
化することができる。The command decoder 18 controls the laser control unit 3, the brightness threshold value setting unit 11, the pixel shift control unit 7, and the FIFO 16 according to an instruction from the data operation / device control unit 9 transmitted via the data bus 19. Has functions. The data operation / device control unit 9 includes a data bus 1
9. It has a function of controlling the laser output control unit 3, the pixel shift control unit, and the image data input / processing unit via the command decoder 18, and calculates image data, and uses a personal computer. Although not limited to personal computers, the recent development of personal computers has been remarkable, and it has become possible to perform high-speed processing by improving processing capability. In addition, if a widely used personal computer is used, the cost can be reduced.
【００３３】前記Ａ／Ｄ変換部１０、走査線カウンタ１
３、水平画素カウンタ１４、 ＦＩＦＯ書き込み制御部
１７は、それぞれ撮像素子５と連結されている。前記Ａ
／Ｄ変換部１０は前記比較器１２と連結されている。該
比較器１２は輝度閾値設定部１１およびデータパケット
構成部１５と連結されている。前記走査線カウンタ１
３、水平画素カウンタ１４は、それぞれ前記データパケ
ット構成部１５と連結されている。The A / D converter 10 and the scanning line counter 1
3. The horizontal pixel counter 14 and the FIFO write control unit 17 are connected to the image sensor 5 respectively. Said A
The / D converter 10 is connected to the comparator 12. The comparator 12 is connected to the luminance threshold setting unit 11 and the data packet forming unit 15. The scanning line counter 1
3. The horizontal pixel counter 14 is connected to the data packet forming unit 15.
【００３４】前記データパケット構成部１５および前記
ＦＩＦＯ書き込み制御部１７は、それぞれ前記ＦＩＦＯ
１６と連結されている。前記輝度閾値設定部１１、ＦＩ
ＦＯ１６、ＦＩＦＯ書き込み制御部１７は、それぞれ前
記部コマンドデコーダ１８と連結されている。。The data packet forming unit 15 and the FIFO write control unit 17
16. The luminance threshold setting unit 11, FI
The FO 16 and the FIFO write control unit 17 are connected to the unit command decoder 18, respectively. .
【００３５】図３は、本発明の実施例の作動を説明する
フローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of the present invention.
【００３６】投光する光量を制御するレーザ出力制御部
３の命令によりレーザスリット投光器２から線状のレー
ザ光が対象物体１に照射される。対象物体１からの反射
光は投光軸から任意の角度より集光するための光学レン
ズ４により集光され、前記対象物体１の像を撮像素子５
で撮像する。A target object 1 is irradiated with a linear laser beam from a laser slit projector 2 in accordance with a command from a laser output controller 3 for controlling the amount of light to be projected. Light reflected from the target object 1 is condensed by an optical lens 4 for condensing the light from an arbitrary angle from the light projection axis, and an image of the target object 1 is imaged by an image sensor 5
To image.
【００３７】ステップＳ１０１で前記撮像素子５の画像
の輝度が、形状を測定するために適した値になるように
レーザ出力を制御する。次に、ステップＳ１０２で前記
画像よりノイズを除去するために適した輝度閾値を算出
し、輝度閾値設定部１１に記録・設定し、ステップＳ１
０３に進む。In step S101, the laser output is controlled so that the brightness of the image of the image sensor 5 becomes a value suitable for measuring the shape. Next, in step S102, a luminance threshold suitable for removing noise from the image is calculated, recorded and set in the luminance threshold setting unit 11, and step S1 is performed.
Go to 03.
【００３８】該ステップＳ１０３では撮像素子５の垂直
同期信号を待ち、該垂直同期信号が来たらステップＳ１
０４に進む。該ステップＳ１０４では走査線の画素の画
像輝度の信号がＡ／Ｄ変換部に順次送られ、画像デジタ
ル信号に変換されステップＳ１０５に進む。該ステップ
Ｓ１０５では比較器１２で、前記画像デジタル信号と前
記輝度閾値が比較され、画像デジタル信号が輝度閾値よ
り大きければステップＳ１０４に戻り、デジタル信号が
輝度閾値以上ならステップＳ１０６に進む。In step S103, the control waits for a vertical synchronizing signal of the image sensor 5, and when the vertical synchronizing signal comes, step S1.
Go to 04. In step S104, the signal of the image luminance of the pixel of the scanning line is sequentially sent to the A / D converter, converted into an image digital signal, and the process proceeds to step S105. In step S105, the comparator 12 compares the image digital signal with the luminance threshold. If the image digital signal is larger than the luminance threshold, the process returns to step S104. If the digital signal is equal to or greater than the luminance threshold, the process proceeds to step S106.
【００３９】該ステップＳ１０６では、前記ＦＩＦＯ書
き込み制御部１７の命令により、前記データパケット構
成部１５でパケット化された画像信号と画像座標を前記
ＦＩＦＯ１６に書き込みステップＳ１０７に進む。該ス
テップＳ１０７では、１フレーム分の画素の読み出しが
終了したかどうか判断し、終了していなければステップ
Ｓ１０４に進み、次の走査線の読み出しを行い、終了し
ていればステップＳ１０８に進む。In step S106, the image signal and the image coordinates packetized by the data packet forming unit 15 are written into the FIFO 16 in accordance with a command from the FIFO write control unit 17, and the process proceeds to step S107. In step S107, it is determined whether the reading of the pixels for one frame has been completed. If the reading has not been completed, the process proceeds to step S104, and the next scanning line is read. If the reading has been completed, the process proceeds to step S108.
【００４０】該ステップＳ１０８では、ＦＩＦＯに書き
込まれたデータをデータ演算・装置制御部９に読み込
み、ステップＳ１０９に進む。該ステップＳ１０９で
は、重心演算前処理を実行し、走査線ごとに割り当てた
前記データ演算・装置制御部９のメモリに格納し、ステ
ップＳ１１０に進む。該ステップＳ１１０では画素ずら
し制御部７から画素ずらし機構部６に命令が送られ、撮
像素子５を水平または垂直方向に画素ずらしを行う。In step S108, the data written in the FIFO is read into the data operation / device control section 9, and the flow advances to step S109. In the step S109, the center-of-gravity calculation pre-processing is executed and stored in the memory of the data calculation / device control unit 9 allocated for each scanning line, and the process proceeds to a step S110. In step S110, a command is sent from the pixel shift control unit 7 to the pixel shift mechanism unit 6 to shift the image sensor 5 in the horizontal or vertical direction.
【００４１】本実施例においては、画像素子５の水平方
向、垂直方向ともに１／２画素ステップすなわち前記画
像素子５の画素ピッチの１／２の距離だけずらす画素ず
らしを行っている。これにより、原点位置、水平１／２
画素ずらし位置、垂直１／２画素ずらし位置、水平・垂
直１／２画素ずらし位置の４フレームの画像情報が得ら
れる。このため、水平方向、垂直方向のそれぞれの方向
で、前記画像素子５の画素密度が４倍のなったと同じ分
解能が得られ、高分解能の形状測定ができる。In this embodiment, the pixel is shifted by a half pixel step in both the horizontal and vertical directions of the image element 5, that is, by a distance equal to a half of the pixel pitch of the image element 5. With this, the origin position, horizontal 1/2
Image information of four frames at a pixel shift position, a vertical 1/2 pixel shift position, and a horizontal / vertical 1/2 pixel shift position is obtained. For this reason, in each of the horizontal direction and the vertical direction, the same resolution as when the pixel density of the image element 5 is quadrupled can be obtained, and high-resolution shape measurement can be performed.
【００４２】なお、前記画素ずらしは１／２画素ステッ
プに限定されない。１／３画素ステップ、１／４画素ス
テップなど、一般的に１／ｎ画素ステップで画素ずらし
を行ってもよい。それぞれ水平方向、垂直方向ともに画
素ずらしを行うと、９回、１６回、ｎ２回の画素ずらし
を行い、分解能がそれぞれ９倍、１６倍、ｎ２倍にな
る。すなわち画素ずらしのピッチを小さくすれば高分解
能になる。しかし、画像取り込み回数が増えるため形状
測定時間が長くなる。本発明は一台の装置で、この画素
ずらしのピッチを選択することにより、対象物体の形状
測定に適した分解能や形状測定時間をフレキシブルに選
択することができる。Note that the pixel shift is not limited to a 1/2 pixel step. Generally, pixel shift may be performed in 1 / n pixel steps, such as 1/3 pixel steps and 1/4 pixel steps. Each horizontal, when the pixel shifting in the vertical direction both 9 times, 16 times, perform pixel shifting of n 2 times, 9 times the resolution, respectively, becomes 16 times, twice n. That is, if the pitch of the pixel shift is reduced, the resolution becomes higher. However, the shape measurement time is prolonged because the number of image capturing increases. In the present invention, the resolution and the shape measurement time suitable for the shape measurement of the target object can be flexibly selected by selecting the pitch of the pixel shift with one apparatus.
【００４３】次のステップＳ１１１では、４フレームの
画像の取り込みが終了したかどうか判断し、終了してい
なければステップＳ１０６に戻り、次の画像データの取
り込み処理を行う。４フレームの画像の取り込みが終了
していたら、ステップＳ１１２に進む。該ステップＳ１
１２では、重心演算前処理された複数画面のデータから
重心位置を演算し、線状のスリット画像の中心線を抽出
し、ステップＳ１１３に進む。該ステップ１１３では、
前記スリット画像の中心線のデータから三次元座標演算
を行い、対象物体１の形状データを算出する。In the next step S111, it is determined whether or not the capture of the image of four frames has been completed. If not completed, the flow returns to step S106 to perform the process of capturing the next image data. If the capture of the image of four frames has been completed, the process proceeds to step S112. Step S1
At 12, the center of gravity is calculated from the data of the plurality of screens that have been subjected to the center-of-gravity calculation processing, the center line of the linear slit image is extracted, and the process proceeds to step S113. In step 113,
The shape data of the target object 1 is calculated by performing a three-dimensional coordinate operation from the data of the center line of the slit image.
【００４４】図４は、本発明の実施例の重心演算前処理
を説明する説明図である。図４（ａ）〜４（ｄ）は、そ
れぞれ原点位置、水平１／２画素ずらし位置、水平・垂
直１／２画素ずらし位置、垂直１／２画素ずらし位置の
画像３０と撮像素子８の位置関係を示す概略図である。
わかりやすくするため画素数を少なく示している。ｉ、
ｊは前記撮像素子８の画像座標系であり、それぞれ水平
方向、垂直方向の位置を表している。（ｉ，ｊ）一組で
前記撮像素子８の画素の位置を表している。図４（ｅ）
〜４（ｈ）は、図４（ａ）〜４（ｄ）の画素ずらし位置
における前記撮像素子８の同一走査線の画像信号データ
グラフ図である。線状のレーザ光で照射された対象物体
１から得られる画像は、線状のスリット画像であるの
で、図４（ａ）〜４（ｄ）の画像信号データは前記スリ
ット画像を横断するデータであり、スリットの広がりを
示している。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the center-of-gravity calculation preprocessing according to the embodiment of the present invention. 4 (a) to 4 (d) show the image 30 and the position of the image sensor 8 at the origin position, horizontal 1/2 pixel shifted position, horizontal / vertical 1/2 pixel shifted position, vertical 1/2 pixel shifted position, respectively. It is the schematic which shows a relationship.
The number of pixels is shown small for easy understanding. i,
j is an image coordinate system of the image pickup device 8, and represents a position in a horizontal direction and a position in a vertical direction, respectively. (I, j) One set represents the position of the pixel of the image sensor 8. FIG. 4 (e)
4 (h) are image signal data graphs of the same scanning line of the image sensor 8 at the pixel shift positions in FIGS. 4 (a) to 4 (d). Since the image obtained from the target object 1 irradiated with the linear laser light is a linear slit image, the image signal data in FIGS. Yes, showing the spread of the slit.
【００４５】横軸は画素ずらしにより高分解能化された
画像座標系の水平方向の位置を表すｉ’であり、縦軸は
対応する画素の画像信号値である。２０は、輝度閾値を
表す直線である。。各画素の画像信号値はデジタル信号
化されたのち、前記輝度閾値２０より大きい値だけ記録
される。この値をもとに原点位置場合には式（１）、
（２）によりｆ１（ｊ’）、 ｇ１（ｊ’）を計算す
る。The horizontal axis is i ′ representing the horizontal position of the image coordinate system whose resolution has been increased by pixel shift, and the vertical axis is the image signal value of the corresponding pixel. Reference numeral 20 denotes a straight line representing a luminance threshold. . After the image signal value of each pixel is converted into a digital signal, only a value larger than the luminance threshold value 20 is recorded. In the case of the origin position based on this value, equation (1)
According to (2), f 1 (j ′) and g 1 (j ′) are calculated.
【００４６】 ｆ１（ｊ’）＝Σ（ｂ−ｂｍｉｎ） ・・・・（１） ｇ１（ｊ’）＝Σ｛ｉ’×（ｂ−ｂｍｉｎ）｝・・・・（２） ただし、ｉ’、ｊ’は、画素ずらしにより高分解能化さ
れた画像座標系であり、式（３）で計算される。これが
重心演算前処理である。F 1 (j ′) = {(bb min )... (1) g 1 (j ′) = {i ′ × (bb min )} (2) Here, i ′ and j ′ are image coordinate systems whose resolution has been increased by pixel shift, and are calculated by equation (3). This is the center-of-gravity calculation preprocessing.
【００４７】[0047]
【数１】 (Equation 1)
【００４８】同様にして、水平１／２画素ずらし位置、
水平・垂直１／２画素ずらし位置、垂直１／２画素ずら
し位置の重心演算前処理の演算をし、 ｆ２（ｊ’）、
ｇ２（ｊ’）、 ｆ３（ｊ’）、ｇ３（ｊ’）、 ｆ
４（ｊ’）、ｇ４（ｊ’）を求める。ここで、水平１／
２画素ずらし位置、水平・垂直１／２画素ずらし位置、
垂直１／２画素ずらし位置の場合の高分解能化された座
標系は、それぞれ式（４）、（５）、（７）により求め
る。Similarly, a horizontal 1/2 pixel shift position,
The center-of-gravity calculation pre-processing of the horizontal / vertical 1/2 pixel shift position and the vertical 1/2 pixel shift position is performed, and f 2 (j ′),
g 2 (j ′), f 3 (j ′), g 3 (j ′), f
4 (j ′) and g 4 (j ′). Here, horizontal 1 /
2 pixel shift position, horizontal / vertical 1/2 pixel shift position,
The coordinate system with a higher resolution in the case of the vertical 1/2 pixel shift position is obtained by equations (4), (5), and (7), respectively.
【００４９】[0049]
【数２】 (Equation 2)
【００５０】[0050]
【数３】 (Equation 3)
【００５１】[0051]
【数４】 (Equation 4)
【００５２】こうして重心演算前処理により演算された
結果は、データ演算・装置制御部に記録される。The result calculated by the center-of-gravity calculation preprocessing is recorded in the data calculation / device control unit.
【００５３】図５は、本発明の実施例の重心位置演算処
理を説明する説明図である。図５（ａ）は、図４
（ｅ）、４（ｆ）を重ね合わせたグラフ図で、重心位置
演算の概念を説明するために示されている。図５（ｃ）
は、演算された重心位置を示す概略図である。式（８）
により重心位置を計算する。これは、図５（ａ）の輝度
の重心のｉ’を計算することを意味している。これによ
り、スリット画像の一点の高分解能化された座標２１
（ ｉ’、 ｊ’）が決まる。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the center-of-gravity position calculating process according to the embodiment of the present invention. FIG. 5A shows FIG.
(E) is a graph in which 4 (f) is superimposed, and is shown to explain the concept of the center-of-gravity position calculation. FIG. 5 (c)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a calculated center of gravity position. Equation (8)
To calculate the position of the center of gravity. This means that the luminance center i 'of FIG. 5A is calculated. As a result, the coordinates 21 of one point of the slit image with high resolution
(I ', j') is determined.
【００５４】 ｉ’＝｛ｇ１（ｊ’）＋ｇ２（ｊ’）｝／｛ｆ１（ｊ’）＋ｆ２（ｊ’）｝ ・・・・（８） 図５（ｂ）は、図４（ｇ）、４（ｈ）を重ね合わせたグ
ラフ図である。上記と同様に式（９）により重心位置を
計算する。図５（ｄ）は演算された重心位置を示す概略
図である。スリット画像の一点の高分解能化された座標
２２（ ｉ’、ｊ’）が決まる。I ′ = {g 1 (j ′) + g 2 (j ′)} / {f 1 (j ′) + f 2 (j ′)} (8) FIG. It is the graph figure which superimposed 4 (g) and 4 (h). The position of the center of gravity is calculated by equation (9) in the same manner as described above. FIG. 5D is a schematic diagram showing the calculated center of gravity position. High-resolution coordinates 22 (i ', j') of one point of the slit image are determined.
【００５５】 ｉ’＝｛ｇ３（ｊ’）＋ｇ４（ｊ’）｝／｛ｆ３（ｊ’）＋ｆ４（ｊ’）｝ ・・・・（９） 同様にして、高分解能化された画像座標系の各走査線に
対して重心位置の座標２３〜２８を演算すると、スリッ
ト画像の精確な位置が求められる。I ′ = {g3 (j ′) + g4 (j ′)} / {f3 (j ′) + f4 (j ′)} (9) Similarly, a high-resolution image coordinate system When the coordinates 23 to 28 of the barycenter position are calculated for each scanning line, an accurate position of the slit image is obtained.
【００５６】本発明では、線状のレーザ光で対象物体１
を照射し、輝度閾値より大きい画像信号のみで演算する
ことにより形状測定する。このため、ＦＩＦＯ１６のメ
モリは小さくてよく、安価なＦＩＦＯを利用できるの
で、低コスト化できる。また、演算に必要なデータも少
なく、重心演算と合わせて高速に形状測定をすることが
できる。In the present invention, the target object 1 is irradiated with the linear laser light.
And shape is measured by calculating only image signals larger than the luminance threshold. For this reason, the memory of the FIFO 16 may be small, and an inexpensive FIFO can be used, so that the cost can be reduced. Further, the data required for the calculation is small, and the shape can be measured at high speed in combination with the calculation of the center of gravity.
【００５７】[0057]
【発明の効果】以上のように、本発明は、線状のレーザ
光を対象物体に照射し、その反射光を撮影した撮像手段
の画像を解析して前記対象物体の形状を測定する光切断
法において、撮像光の光軸を前記撮像手段に対して相対
的に、該撮像手段の水平方向、垂直方向の少なくとも一
方の方向に微小単位ずつずらす画素ずらし手段が設けら
れていることを特徴とする形状測定装置であるので、高
速、高分解能で、フレキシブルに対応でき、低コストで
対象物体の形状を測定することができる。As described above, the present invention provides a light cutting method for irradiating a target object with a linear laser beam, analyzing the image of the imaging means that has captured the reflected light, and measuring the shape of the target object. In the method, pixel shifting means for shifting the optical axis of the imaging light relative to the imaging means by a small unit in at least one of the horizontal direction and the vertical direction of the imaging means is provided. Since it is a shape measuring apparatus, it can respond flexibly at high speed, with high resolution, and can measure the shape of a target object at low cost.
【図１】本発明の実施例の形状測定装置の概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例の形状測定装置の構成を概略的
に示すブロック図FIG. 2 is a block diagram schematically showing a configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例の作動を説明するフローチャー
ト図FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation of the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例の重心演算前処理を説明する説
明図であり、図４（ａ）〜４（ｄ）は原点位置、水平１
／２画素ずらし位置、水平・垂直１／２画素ずらし位
置、垂直１／２画素ずらし位置の画像３０と撮像素子８
の位置関係を示す概略図、図４（ｅ）〜４（ｈ）は図４
（ａ）〜４（ｄ）の画素ずらし位置における前記撮像素
子８の同一走査線の画像信号データグラフ図である。4 (a) to 4 (d) are explanatory diagrams for explaining a center-of-gravity calculation pre-process according to the embodiment of the present invention.
Image 30 and image sensor 8 at the half-pixel shift position, the horizontal / vertical half-pixel shift position, and the vertical half-pixel shift position
4 (e) to 4 (h) are schematic diagrams showing the positional relationship of FIG.
FIG. 8 is a graph of image signal data of the same scanning line of the image sensor 8 at the pixel shift positions of (a) to (d).
【図５】本発明の実施例の重心位置演算処理を説明する
説明図であり、図５（ａ）は図４（ｅ）、４（ｆ）を重
ね合わせたグラフ図、図５（ｂ）は図４（ｇ）、４
（ｈ）を重ね合わせたグラフ図、図５（ｃ）、５（ｄ）
は演算された重心位置を示す概略図である。5A and 5B are explanatory diagrams for explaining a center-of-gravity position calculation process according to the embodiment of the present invention. FIG. 5A is a graph in which FIGS. 4E and 4F are superimposed, and FIG. Fig. 4 (g), 4
5 (c) and 5 (d) are graphs in which (h) is superimposed.
Is a schematic diagram showing the calculated center of gravity position.
【符号の説明】 １…対象物体 ２…レーザスリット投光器 ３…レーザ出力制御部 ４…光学レンズ ５…撮像素子（撮像手段） ６…画素ずらし機構（画素ずらし手段） ７…画素ずらし制御部 ８…画像データ入力・処理部 ９…データ演算・装置制御部 １６…ＦＩＦＯ（一次記憶手段） ｉ…水平方向 ｊ…垂直方向[Description of Signs] 1 ... Target object 2 ... Laser slit projector 3 ... Laser output control unit 4 ... Optical lens 5 ... Imaging element (Imaging unit) 6 ... Pixel shifting mechanism (Pixel shifting unit) 7 ... Pixel shifting control unit 8 ... Image data input / processing unit 9 Data operation / device control unit 16 FIFO (primary storage unit) i Horizontal direction j Vertical direction
フロントページの続き (72)発明者 小坂井 映 愛知県刈谷市昭和町２丁目３番地 アイシ ン・ニュ−ハ−ド株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA51 DD03 FF01 FF02 FF09 GG04 HH05 JJ03 JJ19 JJ26 MM14 MM24 NN02 QQ03 QQ08 QQ31 QQ42 QQ51 UU06 Continuation of front page (72) Inventor Akira Kosakai 2-3-3 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term (reference) in Ishin New Hard Co., Ltd. 2F065 AA51 DD03 FF01 FF02 FF09 GG04 HH05 JJ03 JJ19 JJ26 MM14 MM24 NN02 QQ03 QQ08 QQ31 QQ42 QQ51 UU06
Claims (5)
の反射光を撮影した撮像手段の画像を解析して前記対象
物体の形状を測定する形状測定装置において、前記撮像
手段の撮像光の光軸を前記撮像手段に対して相対的に、
該撮像手段の水平方向、垂直方向の少なくとも一方の方
向に微小単位ずつずらす画素ずらし手段が設けられてい
ることを特徴とする形状測定装置。1. A shape measuring apparatus which irradiates a linear laser beam onto a target object, analyzes an image of the imaging unit which has captured the reflected light, and measures the shape of the target object. Relative to the imaging means,
A shape measuring apparatus comprising: a pixel shift unit that shifts a small unit in at least one of the horizontal direction and the vertical direction of the imaging unit.
固定して前記撮像手段を微小単位ずつずらす手段である
ことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein said pixel shifting means is means for fixing the optical axis of the imaging light and shifting said imaging means by minute units.
固定して撮像光の光軸を微小単位ずつずらす手段である
ことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。3. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein said pixel shifting means is means for fixing said imaging means and shifting an optical axis of imaging light by minute units.
閾値以上の画像の輝度だけを一次記憶手段に一次記憶す
ることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。4. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein, among the images of the image pickup means, only the luminance of an image which is equal to or higher than a predetermined luminance threshold is temporarily stored in the primary storage means.
度の積算値、輝度と画素位置を乗した値の積算値を演算
し、画素ずらしした画像の複数の前記積算値から輝度の
重心位置を演算することを特徴とする請求項１記載の形
状測定装置。5. A method of calculating an integrated value of luminance of an image and an integrated value of a value obtained by multiplying the luminance by a pixel position for each scanning line of the image pickup means, and calculating a centroid of luminance from a plurality of the integrated values of the image shifted by pixels. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the position is calculated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043502A JP2000241139A (en) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | Shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11043502A JP2000241139A (en) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | Shape measuring apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000241139A true JP2000241139A (en) | 2000-09-08 |
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ID=12665508
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|---|---|---|---|
| JP11043502A Pending JP2000241139A (en) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | Shape measuring apparatus |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000241139A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007192608A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Roland Dg Corp | Method and device for measuring three-dimensional shape |
| JP2010169433A (en) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Ckd Corp | Three-dimensional measuring device |
| JP7493474B2 (en) | 2021-03-08 | 2024-05-31 | 三菱重工業株式会社 | Shape measurement device and method |
-
1999
- 1999-02-22 JP JP11043502A patent/JP2000241139A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010169433A (en) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Ckd Corp | Three-dimensional measuring device |
| JP4744610B2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-08-10 | シーケーディ株式会社 | 3D measuring device |
| JP7493474B2 (en) | 2021-03-08 | 2024-05-31 | 三菱重工業株式会社 | Shape measurement device and method |
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