JP2003021507A - ３次元形状認識装置及びその方法 - Google Patents
３次元形状認識装置及びその方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】対象物表面の法線ベクトルを迅速に求めること
ができ、対象物のＣＡＤデータを迅速に生成することが
できる３次元形状認識装置を提供する。 【解決手段】レーザ光を対象物に照射してから反射光を
受光するまでの時間と、レーザ光の照射方向とから、対
象物表面の複数の測定点の３次元座標を測定するレーザ
スキャナと、レーザスキャナにより連続して測定される
３つの測定点が三角形を形成するようにレーザ光の照射
方向を制御し、３つの測定点の３次元座標から３つの測
定点を含む平面の法線ベクトルを求め、法線ベクトルか
ら、対象物の３次元形状を表すデータを求める制御手段
とを有する。本発明によれば、対象物表面の法線ベクト
ルを求める場合に、各測定点の近傍で対象物表面に平行
な平面を構成する３つの測定点を検索する必要がなく、
法線ベクトル及び対象物の３次元形状を表すデータを迅
速に求めることができる。
ができ、対象物のＣＡＤデータを迅速に生成することが
できる３次元形状認識装置を提供する。 【解決手段】レーザ光を対象物に照射してから反射光を
受光するまでの時間と、レーザ光の照射方向とから、対
象物表面の複数の測定点の３次元座標を測定するレーザ
スキャナと、レーザスキャナにより連続して測定される
３つの測定点が三角形を形成するようにレーザ光の照射
方向を制御し、３つの測定点の３次元座標から３つの測
定点を含む平面の法線ベクトルを求め、法線ベクトルか
ら、対象物の３次元形状を表すデータを求める制御手段
とを有する。本発明によれば、対象物表面の法線ベクト
ルを求める場合に、各測定点の近傍で対象物表面に平行
な平面を構成する３つの測定点を検索する必要がなく、
法線ベクトル及び対象物の３次元形状を表すデータを迅
速に求めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元形状認識装
置及びその方法に関し、特に、対象物の法線ベクトルを
迅速に求めることができる３次元形状認識装置及びその
方法に関する。
置及びその方法に関し、特に、対象物の法線ベクトルを
迅速に求めることができる３次元形状認識装置及びその
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】３次元形状認識装置は、立体的な対象物
の形状を遠隔から認識するために、対象物にレーザ光を
照射し、対象物で反射したレーザ光が戻ってくるまでの
時間と、レーザ光の照射方向とから、対象物表面の３次
元座標を求める。
の形状を遠隔から認識するために、対象物にレーザ光を
照射し、対象物で反射したレーザ光が戻ってくるまでの
時間と、レーザ光の照射方向とから、対象物表面の３次
元座標を求める。
【０００３】３次元形状認識装置は、例えば、既設プラ
ントの配管機器の３次元座標を遠隔から測定し、その形
状を図面化する場合に活用される。既設プラントは、長
時間の稼動に伴なう変形や、現場における応急修理等が
多いため、追加工事を行う場合に、設計図面だけでなく
その時点の外形図面が必要なためである。
ントの配管機器の３次元座標を遠隔から測定し、その形
状を図面化する場合に活用される。既設プラントは、長
時間の稼動に伴なう変形や、現場における応急修理等が
多いため、追加工事を行う場合に、設計図面だけでなく
その時点の外形図面が必要なためである。
【０００４】図９は、３次元形状認識装置の原理説明図
である。図9(1)に示すように、３次元形状認識装置によ
り対象物の３次元形状を測定する場合、レーザスキャナ
12から対象物51にレーザ光が照射され、対象物51で反射
した反射光がレーザスキャナ12により受光される。この
場合、３次元形状認識装置は、図9(2)に示すように、照
射光の発光から反射光の受光までの時間差Δｔを測定
し、レーザスキャナ12から対象物51までの距離Ｌを求め
る。
である。図9(1)に示すように、３次元形状認識装置によ
り対象物の３次元形状を測定する場合、レーザスキャナ
12から対象物51にレーザ光が照射され、対象物51で反射
した反射光がレーザスキャナ12により受光される。この
場合、３次元形状認識装置は、図9(2)に示すように、照
射光の発光から反射光の受光までの時間差Δｔを測定
し、レーザスキャナ12から対象物51までの距離Ｌを求め
る。
【０００５】また、レーザ光の照射方向は、レーザスキ
ャナ12に内蔵されるエンコーダにより制御される。この
場合、レーザ光の照射方向の垂直方向角度は、図9(3)の
側面図に示すように、レーザ光の発光点を原点とし、ｘ
ｙ軸を水平にとりｚ軸を垂直にとった場合の角度βで表
される。また、レーザ光の照射方向の水平方向角度は、
図9(3)の平面図に示す角度αで表される。
ャナ12に内蔵されるエンコーダにより制御される。この
場合、レーザ光の照射方向の垂直方向角度は、図9(3)の
側面図に示すように、レーザ光の発光点を原点とし、ｘ
ｙ軸を水平にとりｚ軸を垂直にとった場合の角度βで表
される。また、レーザ光の照射方向の水平方向角度は、
図9(3)の平面図に示す角度αで表される。
【０００６】このように３次元形状認識装置により対象
物までの距離Ｌとレーザ光の照射角度α，βが求まるの
で、対象物表面の座標は極座標（Ｌ，α，β）で表すこ
とができる。なお、対象物表面の極座標（Ｌ，α，β）
は、その後の処理を容易にするため、直交座標（ｘ，
ｙ，ｚ）に変換される。
物までの距離Ｌとレーザ光の照射角度α，βが求まるの
で、対象物表面の座標は極座標（Ｌ，α，β）で表すこ
とができる。なお、対象物表面の極座標（Ｌ，α，β）
は、その後の処理を容易にするため、直交座標（ｘ，
ｙ，ｚ）に変換される。
【０００７】図１０は、３次元形状認識装置により対象
物の３次元座標を求める場合の説明図である。また、図
10(1)は、対象物が直径Ｄの円筒32と直径Ｄの球33の場
合を示す。３次元形状認識装置は、前述したレーザ光の
照射角度α又はβを所定ピッチで変化させ、対象物表面
の３次元座標を測定する。
物の３次元座標を求める場合の説明図である。また、図
10(1)は、対象物が直径Ｄの円筒32と直径Ｄの球33の場
合を示す。３次元形状認識装置は、前述したレーザ光の
照射角度α又はβを所定ピッチで変化させ、対象物表面
の３次元座標を測定する。
【０００８】図10(1)に示す円筒32又は球33の表面上の
各点は、その３次元座標が測定される測定点1,2,3,・・
である。各測定点1,2,3,・・は、レーザ光の照射角度α
又はβを順次変化させることにより番号順に測定され
る。図10(2)は、このようにして測定された対象物表面
の３次元座標データであり、３次元形状認識装置の記憶
装置に測定点の番号順に格納される。
各点は、その３次元座標が測定される測定点1,2,3,・・
である。各測定点1,2,3,・・は、レーザ光の照射角度α
又はβを順次変化させることにより番号順に測定され
る。図10(2)は、このようにして測定された対象物表面
の３次元座標データであり、３次元形状認識装置の記憶
装置に測定点の番号順に格納される。
【０００９】次に、対象物表面の３次元座標データか
ら、対象物の形状を表すＣＡＤデータが求められる。こ
れは、既設プラントの図面化においては、対象物表面の
３次元座標データと共に、例えば、対象物が配管等の円
筒32であれば、円筒32の直径Ｄ、中心座標（Xc,Yc,Z
c）、軸方向ベクトル(Dx,Dy,Dz)等のＣＡＤデータが必
要であり、対象物がタンク等の球33であれば、球33の直
径Ｄ、中心座標（Xc,Yc,Zc）等のＣＡＤデータが必要な
ためである。
ら、対象物の形状を表すＣＡＤデータが求められる。こ
れは、既設プラントの図面化においては、対象物表面の
３次元座標データと共に、例えば、対象物が配管等の円
筒32であれば、円筒32の直径Ｄ、中心座標（Xc,Yc,Z
c）、軸方向ベクトル(Dx,Dy,Dz)等のＣＡＤデータが必
要であり、対象物がタンク等の球33であれば、球33の直
径Ｄ、中心座標（Xc,Yc,Zc）等のＣＡＤデータが必要な
ためである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように既設プラン
トの図面化を行う場合、対象物のＣＡＤデータが必要で
あるが、対象物のＣＡＤデータは、対象物表面の法線ベ
クトルを利用して求めることができる。対象物表面の３
次元座標データから法線ベクトルを求めるには、次のよ
うな方法が考えられる。
トの図面化を行う場合、対象物のＣＡＤデータが必要で
あるが、対象物のＣＡＤデータは、対象物表面の法線ベ
クトルを利用して求めることができる。対象物表面の３
次元座標データから法線ベクトルを求めるには、次のよ
うな方法が考えられる。
【００１１】例えば、図10(1)の円筒32における測定点1
近傍の法線ベクトルd1を求めるには、図10(2)に示す各
測定点の３次元座標データの中から、測定点1近傍で対
象物表面と平行な平面を構成する３つの測定点1,2,7を
特定する。そして、その３つの測定点1,2,7の３次元座
標データから測定点1近傍の法線ベクトルd1を求める。
近傍の法線ベクトルd1を求めるには、図10(2)に示す各
測定点の３次元座標データの中から、測定点1近傍で対
象物表面と平行な平面を構成する３つの測定点1,2,7を
特定する。そして、その３つの測定点1,2,7の３次元座
標データから測定点1近傍の法線ベクトルd1を求める。
【００１２】このように、記憶装置に測定順に格納され
た３次元座標データの中から、各測定点の近傍で対象物
表面と平行な平面を構成する測定点を特定すれば、各測
定点近傍における法線ベクトルを求めることができる。
た３次元座標データの中から、各測定点の近傍で対象物
表面と平行な平面を構成する測定点を特定すれば、各測
定点近傍における法線ベクトルを求めることができる。
【００１３】しかしながら、既設プラント等における測
定点の数は極めて多いため、多数の測定点の中から各測
定点の近傍で対象物表面と平行な平面を構成する測定点
を特定する処理は、３次元形状認識装置にとってかなり
の負担となる。
定点の数は極めて多いため、多数の測定点の中から各測
定点の近傍で対象物表面と平行な平面を構成する測定点
を特定する処理は、３次元形状認識装置にとってかなり
の負担となる。
【００１４】このため、対象物表面の３次元座標を測定
してから、法線ベクトルを計算してＣＡＤデータを生成
するまでの時間が長くなってしまい、特に、大型の既設
プラント等の外形図面を効率的に作成することができな
い。
してから、法線ベクトルを計算してＣＡＤデータを生成
するまでの時間が長くなってしまい、特に、大型の既設
プラント等の外形図面を効率的に作成することができな
い。
【００１５】そこで、本発明の目的は、対象物表面の法
線ベクトルを迅速に求めることができ、対象物のＣＡＤ
データを迅速に生成することができる３次元形状認識装
置及びその方法を提供することにある。
線ベクトルを迅速に求めることができ、対象物のＣＡＤ
データを迅速に生成することができる３次元形状認識装
置及びその方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の一つの側面は、連続して測定される３つ
の測定点が三角形を形成するように、レーザ光の照射方
向を制御することを特徴とする。本発明によれば、連続
して測定される３つの測定点により、測定点近傍におい
て対象物表面に平行な平面が構成されるので、対象物表
面の法線ベクトルを迅速に求めることができ、対象物の
ＣＡＤデータを迅速に生成することができる。
めに、本発明の一つの側面は、連続して測定される３つ
の測定点が三角形を形成するように、レーザ光の照射方
向を制御することを特徴とする。本発明によれば、連続
して測定される３つの測定点により、測定点近傍におい
て対象物表面に平行な平面が構成されるので、対象物表
面の法線ベクトルを迅速に求めることができ、対象物の
ＣＡＤデータを迅速に生成することができる。
【００１７】上記の目的を達成するために、本発明の別
の側面は、レーザ光を対象物に照射してから反射光を受
光するまでの時間と、レーザ光の照射方向とから、対象
物表面の複数の測定点の３次元座標を測定するレーザス
キャナと、レーザスキャナにより連続して測定される３
つの測定点が三角形を形成するようにレーザ光の照射方
向を制御し、３つの測定点の３次元座標から３つの測定
点を含む平面の法線ベクトルを求め、法線ベクトルか
ら、対象物の３次元形状を表すデータを求める形状検出
手段とを有することを特徴とする。
の側面は、レーザ光を対象物に照射してから反射光を受
光するまでの時間と、レーザ光の照射方向とから、対象
物表面の複数の測定点の３次元座標を測定するレーザス
キャナと、レーザスキャナにより連続して測定される３
つの測定点が三角形を形成するようにレーザ光の照射方
向を制御し、３つの測定点の３次元座標から３つの測定
点を含む平面の法線ベクトルを求め、法線ベクトルか
ら、対象物の３次元形状を表すデータを求める形状検出
手段とを有することを特徴とする。
【００１８】本発明によれば、連続して測定する３つの
測定点が三角形を形成し、その３つの測定点により形成
される平面が、測定点近傍において対象物表面に平行な
平面を構成する。従って、対象物表面の法線ベクトルを
求める場合に、各測定点の近傍で対象物表面に平行な平
面を構成する３つの測定点を検索する必要がなく、法線
ベクトル及び対象物の３次元形状を表すデータを迅速に
求めることができる。
測定点が三角形を形成し、その３つの測定点により形成
される平面が、測定点近傍において対象物表面に平行な
平面を構成する。従って、対象物表面の法線ベクトルを
求める場合に、各測定点の近傍で対象物表面に平行な平
面を構成する３つの測定点を検索する必要がなく、法線
ベクトル及び対象物の３次元形状を表すデータを迅速に
求めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形
態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形
態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２０】図１は、本発明の実施の形態による３次元
形状認識装置の構成図である。本実施の形態の３次元形
状認識装置11は、配管20等の対象物にレーザ光を照射し
て配管20の表面の３次元座標を測定するレーザスキャナ
12と、本装置全体を統括的に制御する主制御部（制御手
段、以下ＣＰＵと略称する）18と、本装置の制御プログ
ラム及び本装置で取得したデータを格納するハードディ
スク等の記憶装置19とを有する。また、レーザスキャナ
12には、対象物を撮像するＣＣＤカメラ13が内蔵され
る。
形状認識装置の構成図である。本実施の形態の３次元形
状認識装置11は、配管20等の対象物にレーザ光を照射し
て配管20の表面の３次元座標を測定するレーザスキャナ
12と、本装置全体を統括的に制御する主制御部（制御手
段、以下ＣＰＵと略称する）18と、本装置の制御プログ
ラム及び本装置で取得したデータを格納するハードディ
スク等の記憶装置19とを有する。また、レーザスキャナ
12には、対象物を撮像するＣＣＤカメラ13が内蔵され
る。
【００２１】本実施の形態の３次元形状認識装置11は、
更に、ＣＣＤカメラ13により撮影した対象物の画像を表
示する表示装置15と、表示装置15に表示される画像にお
いて測定領域を指定するキーボードやマウス等の入力装
置14と、対象物の外形図面等を出力するプリンタ等の出
力装置16と、レーザスキャナ12、入力装置14、表示装置
15及び出力装置16をＣＰＵ18に接続する入出力制御部17
とを有する。
更に、ＣＣＤカメラ13により撮影した対象物の画像を表
示する表示装置15と、表示装置15に表示される画像にお
いて測定領域を指定するキーボードやマウス等の入力装
置14と、対象物の外形図面等を出力するプリンタ等の出
力装置16と、レーザスキャナ12、入力装置14、表示装置
15及び出力装置16をＣＰＵ18に接続する入出力制御部17
とを有する。
【００２２】ＣＰＵ18は、記憶装置19に格納された本装
置の制御プログラムに従って動作し、レーザスキャナ12
を制御して対象物の３次元座標を測定する。また、その
３次元座標から対象物表面の法線ベクトルを計算し、法
線ベクトルを利用して対象物の3次元形状を示すＣＡＤ
データを取得する。従って、この制御プログラムが形状
検出手段に該当する。
置の制御プログラムに従って動作し、レーザスキャナ12
を制御して対象物の３次元座標を測定する。また、その
３次元座標から対象物表面の法線ベクトルを計算し、法
線ベクトルを利用して対象物の3次元形状を示すＣＡＤ
データを取得する。従って、この制御プログラムが形状
検出手段に該当する。
【００２３】図1(2)は、表示装置15に表示される対象物
の全体画像の例である。この全体画像21において、マウ
ス等の入力装置14によりカーソルを動かし、対象物であ
る配管20の測定領域22を指定する。また、測定領域22の
測定ピッチを、例えば、縦500等分、横800等分等に設定
する。
の全体画像の例である。この全体画像21において、マウ
ス等の入力装置14によりカーソルを動かし、対象物であ
る配管20の測定領域22を指定する。また、測定領域22の
測定ピッチを、例えば、縦500等分、横800等分等に設定
する。
【００２４】次に、本実施の形態の３次元形状認識装置
の動作を図２に示すフローチャートにより説明する。本
実施の形態の３次元形状認識装置11により対象物のＣＡ
Ｄデータを求める場合、まず、ＣＣＤカメラ13により、
対象物の全体画像が撮影される（ステップＳ１）。図1
(2)は、表示装置15に表示される対象物の全体画像21の
例である。
の動作を図２に示すフローチャートにより説明する。本
実施の形態の３次元形状認識装置11により対象物のＣＡ
Ｄデータを求める場合、まず、ＣＣＤカメラ13により、
対象物の全体画像が撮影される（ステップＳ１）。図1
(2)は、表示装置15に表示される対象物の全体画像21の
例である。
【００２５】次に、図1(2)に示す対象物の全体画像21に
おいて、入力装置14によりレーザスキャナ12の測定領域
22を指定し、更に、測定領域22における測定ピッチを設
定する（ステップＳ２）。
おいて、入力装置14によりレーザスキャナ12の測定領域
22を指定し、更に、測定領域22における測定ピッチを設
定する（ステップＳ２）。
【００２６】次に、レーザスキャナ12による測定を開始
し、対象物表面の３次元座標を取得する（ステップＳ
３）。この場合、レーザスキャナ12により直接求まる３
次元座標は極座標データであるため、そのデータを直交
座標データに変換する。
し、対象物表面の３次元座標を取得する（ステップＳ
３）。この場合、レーザスキャナ12により直接求まる３
次元座標は極座標データであるため、そのデータを直交
座標データに変換する。
【００２７】ここで、ステップＳ３において対象物表面
の３次元座標を測定する手順を、図３のフローチャート
及び図４、図５の説明図により説明する。
の３次元座標を測定する手順を、図３のフローチャート
及び図４、図５の説明図により説明する。
【００２８】図３に示すように、対象物表面の３次元座
標を測定する場合、まず、レーザ光の照射方向を（α
1，β1）に設定して照射光と反射光の時間差Δｔを求
め、測定点１の極座標（Ｌ，α1，β1）を求める。次
に、極座標を直交座標に変換し、測定点１の３次元座標
（x1,y1,z1）を求める（ステップＳ１１）。ここで、測
定点１は、図4(1)の円筒32の左下、又はその部分を拡大
した図4(2)に示す測定開始点である。
標を測定する場合、まず、レーザ光の照射方向を（α
1，β1）に設定して照射光と反射光の時間差Δｔを求
め、測定点１の極座標（Ｌ，α1，β1）を求める。次
に、極座標を直交座標に変換し、測定点１の３次元座標
（x1,y1,z1）を求める（ステップＳ１１）。ここで、測
定点１は、図4(1)の円筒32の左下、又はその部分を拡大
した図4(2)に示す測定開始点である。
【００２９】次に、レーザ光の照射方向を（α2，β2）
に変更し、測定点２の３次元座標（x2,y2,z2）を求める
（ステップＳ１２）。ここで、測定点２は、図4(2)に示
すように、測定点１から右に（Ｌ×tanΔα）だけ離れ
た測定点である。なお、「Ｌ」は、図9(1)に示したよう
に、レーザスキャナ12から対象物51までの距離であり、
「Δα」は、レーザスキャナ12を水平方向に走査する場
合の１ピッチあたりの走査角度である。
に変更し、測定点２の３次元座標（x2,y2,z2）を求める
（ステップＳ１２）。ここで、測定点２は、図4(2)に示
すように、測定点１から右に（Ｌ×tanΔα）だけ離れ
た測定点である。なお、「Ｌ」は、図9(1)に示したよう
に、レーザスキャナ12から対象物51までの距離であり、
「Δα」は、レーザスキャナ12を水平方向に走査する場
合の１ピッチあたりの走査角度である。
【００３０】次に、レーザ光の照射方向を（α3，β3）
に変更し、測定点３の３次元座標（x3,y3,z3）を求める
（ステップＳ１３）。ここで、測定点３は、図4(2)に示
すように、測定点１から上に（Ｌ×tanΔβ）だけ離れ
た測定点である。なお、「Δβ」は、レーザスキャナ12
を垂直方向に走査する場合の１ピッチあたりの走査角度
である。
に変更し、測定点３の３次元座標（x3,y3,z3）を求める
（ステップＳ１３）。ここで、測定点３は、図4(2)に示
すように、測定点１から上に（Ｌ×tanΔβ）だけ離れ
た測定点である。なお、「Δβ」は、レーザスキャナ12
を垂直方向に走査する場合の１ピッチあたりの走査角度
である。
【００３１】このように本実施の形態では、連続して測
定する３つの測定点が三角形を形成し、その３つの測定
点により形成される平面が、測定点近傍において対象物
表面に平行な平面を構成する。従って、対象物表面の法
線ベクトルを求める場合に、各測定点の近傍で対象物表
面に平行な平面を構成する３つの測定点を検索する必要
がなく、法線ベクトルを迅速に求めることができる。
定する３つの測定点が三角形を形成し、その３つの測定
点により形成される平面が、測定点近傍において対象物
表面に平行な平面を構成する。従って、対象物表面の法
線ベクトルを求める場合に、各測定点の近傍で対象物表
面に平行な平面を構成する３つの測定点を検索する必要
がなく、法線ベクトルを迅速に求めることができる。
【００３２】次に、測定点４の３次元座標が求められ
（ステップＳ１４）、以下同様に、図4(1)に示す測定点
1002の３次元座標まで求められる（ステップＳ１５）。
次に、測定領域の下端に戻り、測定点1003（ステップＳ
１６）、測定点1004（ステップＳ１７）、測定点1005
（ステップＳ１８）のように、連続する測定点が三角形
を形成するように測定が行われる。以下同様に測定さ
れ、測定領域の右上の測定点401301の３次元座標が求め
られて（ステップＳ１９）、レーザスキャナ12による処
理が終了する。
（ステップＳ１４）、以下同様に、図4(1)に示す測定点
1002の３次元座標まで求められる（ステップＳ１５）。
次に、測定領域の下端に戻り、測定点1003（ステップＳ
１６）、測定点1004（ステップＳ１７）、測定点1005
（ステップＳ１８）のように、連続する測定点が三角形
を形成するように測定が行われる。以下同様に測定さ
れ、測定領域の右上の測定点401301の３次元座標が求め
られて（ステップＳ１９）、レーザスキャナ12による処
理が終了する。
【００３３】次に、連続して測定した３つの測定点の３
次元座標から３つの測定点を含む平面の法線ベクトルが
求められる（図２のステップＳ４）。例えば、図4(2)に
示す測定点１（x1,y1,z1）、測定点２（x2,y2,z2）、測
定点３（x3,y3,z3）を含む平面の法線ベクトルd1(dx1,d
y1,dz1)は、次式で計算することができる。
次元座標から３つの測定点を含む平面の法線ベクトルが
求められる（図２のステップＳ４）。例えば、図4(2)に
示す測定点１（x1,y1,z1）、測定点２（x2,y2,z2）、測
定点３（x3,y3,z3）を含む平面の法線ベクトルd1(dx1,d
y1,dz1)は、次式で計算することができる。
【００３４】dx1=(y2-y1)z3+(y1-y3)z2+(y3-y2)z1
dy1=(z2-z1)x3+(z1-z3)x2+(z3-z2)x1
dz1=(x2-x1)y3+(x1-x3)y2+(x3-x2)y1
また、測定点２（x2,y2,z2）、測定点３（x3,y3,z3）、
測定点４（x4,y4,z4）を含む平面の法線ベクトルd2(dx
2,dy2,dz2)は、次式で計算することができる。
測定点４（x4,y4,z4）を含む平面の法線ベクトルd2(dx
2,dy2,dz2)は、次式で計算することができる。
【００３５】dx2=(y3-y2)z4+(y2-y4)z3+(y4-y3)z2
dy2=(z3-z2)x4+(z2-z4)x3+(z4-z3)x2
dz2=(x3-x2)y4+(x2-x4)y3+(x4-x3)y2
この場合、本実施の形態では、連続して測定した測定点
の３次元座標は、図５に示すように、記憶装置19の連続
した記憶領域に格納されるので、法線ベクトルを計算す
る場合に、平面を構成する３つの測定点を検索する必要
がなく、対象物表面の法線ベクトルを迅速に求めること
ができる。
の３次元座標は、図５に示すように、記憶装置19の連続
した記憶領域に格納されるので、法線ベクトルを計算す
る場合に、平面を構成する３つの測定点を検索する必要
がなく、対象物表面の法線ベクトルを迅速に求めること
ができる。
【００３６】次に、対象物の３次元座標及び法線ベクト
ルから対象物のＣＡＤデータを求める（ステップＳ
５）。この場合、ＣＡＤデータとは、図10(1)に示した
ように、対象物が円筒32の場合は、円筒32の直径Ｄ、断
面の中心座標(Xc,Yc,Zc)、軸方向ベクトル(Dx,Dy,Dz)等
のデータであり、対象物が球33の場合は、球33の直径
Ｄ、中心座標(Xc,Yc,Zc)等の3次元形状データである。
ルから対象物のＣＡＤデータを求める（ステップＳ
５）。この場合、ＣＡＤデータとは、図10(1)に示した
ように、対象物が円筒32の場合は、円筒32の直径Ｄ、断
面の中心座標(Xc,Yc,Zc)、軸方向ベクトル(Dx,Dy,Dz)等
のデータであり、対象物が球33の場合は、球33の直径
Ｄ、中心座標(Xc,Yc,Zc)等の3次元形状データである。
【００３７】図６は、法線ベクトルを利用して対象物の
形状を認識する場合の説明図である。３次元形状認識装
置は、対象物のＣＡＤデータを求めるために、対象物表
面の３次元座標と法線ベクトルにより対象物の形状を認
識する。
形状を認識する場合の説明図である。３次元形状認識装
置は、対象物のＣＡＤデータを求めるために、対象物表
面の３次元座標と法線ベクトルにより対象物の形状を認
識する。
【００３８】図6(1)は、対象物が平面31の場合である。
図6(1)に示すように、対象物における異なる走査線41,4
2上の各測定点の法線ベクトルdが同一方向を向いていれ
ば、対象物が平面31であると認識することができる。
図6(1)に示すように、対象物における異なる走査線41,4
2上の各測定点の法線ベクトルdが同一方向を向いていれ
ば、対象物が平面31であると認識することができる。
【００３９】図6(2)は、対象物が円筒32の場合である。
図6(2)に示すように、対象物における走査線43上の各測
定点における法線ベクトルdを、法線ベクトルdの始点方
向に延長する。その場合、延長線上の点が同一直線44上
に乗り、走査線43上の各測定点が楕円を形成していれ
ば、対象物が円筒32であると認識することができる。
図6(2)に示すように、対象物における走査線43上の各測
定点における法線ベクトルdを、法線ベクトルdの始点方
向に延長する。その場合、延長線上の点が同一直線44上
に乗り、走査線43上の各測定点が楕円を形成していれ
ば、対象物が円筒32であると認識することができる。
【００４０】図6(3)は、対象物が球33の場合である。図
6(3)に示すように、対象物における走査線45上の各測定
点における法線ベクトルdを、法線ベクトルdの始点方向
に延長する。その場合、延長線が同一点46を通り、走査
線45上の各測定点が円周上に乗っていれば、対象物が球
33であると認識することができる。
6(3)に示すように、対象物における走査線45上の各測定
点における法線ベクトルdを、法線ベクトルdの始点方向
に延長する。その場合、延長線が同一点46を通り、走査
線45上の各測定点が円周上に乗っていれば、対象物が球
33であると認識することができる。
【００４１】図6(4)は、対象物が円錐34の場合である。
図6(4)に示すように、対象物における走査線47上の各測
定点における法線ベクトルdを、法線ベクトルdの始点方
向に延長する。その場合、延長線上の点が同一直線48上
に乗り、走査線47上の各測定点が放物線を構成していれ
ば、対象物が円錐34であると認識することができる。
図6(4)に示すように、対象物における走査線47上の各測
定点における法線ベクトルdを、法線ベクトルdの始点方
向に延長する。その場合、延長線上の点が同一直線48上
に乗り、走査線47上の各測定点が放物線を構成していれ
ば、対象物が円錐34であると認識することができる。
【００４２】このように３次元形状認識装置では、対象
物表面の３次元座標と法線ベクトルにより対象物の形状
を認識することができる。本実施の形態の３次元形状認
識装置では、連続する３つの測定点が三角形を構成する
ように走査されるので、法線ベクトルを求める場合に、
各測定点の近傍で対象物表面に平行な平面を構成する３
つの測定点を検索する必要がなく、法線ベクトル並びに
ＣＡＤデータを迅速に求めることができる。
物表面の３次元座標と法線ベクトルにより対象物の形状
を認識することができる。本実施の形態の３次元形状認
識装置では、連続する３つの測定点が三角形を構成する
ように走査されるので、法線ベクトルを求める場合に、
各測定点の近傍で対象物表面に平行な平面を構成する３
つの測定点を検索する必要がなく、法線ベクトル並びに
ＣＡＤデータを迅速に求めることができる。
【００４３】次に、本発明の他の実施の形態におけるレ
ーザ光の走査方法を図７により説明する。また、図８
は、その場合の３次元座標及び法線ベクトルのデータで
ある。この場合、レーザ光は、図７に示すように、まず
測定範囲の左下から、測定点1,2,3,4,・・と連続する３
つの測定点が三角形を構成するように上方に走査され
る。測定領域の上端まで走査された後、再度下方から、
測定点1003、1004、1005、1006・・と連続する３つの測
定点が三角形を構成するように上方に走査される。この
場合、測定点1003は、測定点1,2,3,4により構成される
四角形の中央に位置するように走査される。測定点1004
等についても同様である。
ーザ光の走査方法を図７により説明する。また、図８
は、その場合の３次元座標及び法線ベクトルのデータで
ある。この場合、レーザ光は、図７に示すように、まず
測定範囲の左下から、測定点1,2,3,4,・・と連続する３
つの測定点が三角形を構成するように上方に走査され
る。測定領域の上端まで走査された後、再度下方から、
測定点1003、1004、1005、1006・・と連続する３つの測
定点が三角形を構成するように上方に走査される。この
場合、測定点1003は、測定点1,2,3,4により構成される
四角形の中央に位置するように走査される。測定点1004
等についても同様である。
【００４４】本実施の形態によれば、連続する３つの測
定点が三角形を構成するように走査されるので、法線ベ
クトルを求める場合に、各測定点の近傍で対象物表面に
平行な平面を構成する測定点を検索する必要がなく、連
続する３つの測定点の３次元座標から法線ベクトルを迅
速に求めることができる。また、本実施の形態によれ
ば、測定範囲の３次元座標をより詳細に測定することが
できるので、対象物の精密なＣＡＤデータを求めること
ができる。
定点が三角形を構成するように走査されるので、法線ベ
クトルを求める場合に、各測定点の近傍で対象物表面に
平行な平面を構成する測定点を検索する必要がなく、連
続する３つの測定点の３次元座標から法線ベクトルを迅
速に求めることができる。また、本実施の形態によれ
ば、測定範囲の３次元座標をより詳細に測定することが
できるので、対象物の精密なＣＡＤデータを求めること
ができる。
【００４５】本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に
限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均
等物に及ぶものである。
限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均
等物に及ぶものである。
【００４６】
【発明の効果】以上、本発明によれば、連続して測定さ
れる３つの測定点により、測定点近傍において対象物表
面に平行な平面が構成されるので、対象物表面の法線ベ
クトルを迅速に求めることができ、対象物のＣＡＤデー
タを迅速に生成することができる。
れる３つの測定点により、測定点近傍において対象物表
面に平行な平面が構成されるので、対象物表面の法線ベ
クトルを迅速に求めることができ、対象物のＣＡＤデー
タを迅速に生成することができる。
【図１】本発明の実施の形態の３次元形状認識装置の構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の実施の形態の３次元形状認識装置の動
作フローチャートである。
作フローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態におけるレーザスキャナの
動作フローチャートである。
動作フローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態におけるレーザ光の走査方
法の説明図（Ａ）である。
法の説明図（Ａ）である。
【図５】本発明の実施の形態における３次元座標データ
と法線ベクトルデータ（Ａ）である。
と法線ベクトルデータ（Ａ）である。
【図６】法線ベクトルにより対象物の形状を認識する場
合の説明図である。
合の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるレーザ光の走査方
法の説明図（Ｂ）である。
法の説明図（Ｂ）である。
【図８】本発明の実施の形態における３次元座標データ
と法線ベクトルデータ（Ｂ）である。
と法線ベクトルデータ（Ｂ）である。
【図９】３次元形状認識装置の原理説明図である。
【図１０】３次元形状認識装置により対象物の３次元座
標を求める場合の説明図である。
標を求める場合の説明図である。
11 ３次元形状認識装置
12 レーザスキャナ
13 ＣＣＤカメラ
14 入力装置
15 表示装置
16 出力装置
17 入出力制御部
18 主制御部（ＣＰＵ）
19 記憶装置
20 配管
21 全体画像
22 測定領域
31 平面
32 円筒
33 球
34 円錐
51 対象物
Claims (4)
- 【請求項１】レーザ光を対象物に照射してから反射光を
受光するまでの時間と、前記レーザ光の照射方向とか
ら、前記対象物表面の複数の測定点の３次元座標を測定
するレーザスキャナと、 前記レーザスキャナにより連続して測定される３つの測
定点が三角形を形成するように前記レーザ光の照射方向
を制御し、前記３つの測定点の３次元座標から前記３つ
の測定点を含む平面の法線ベクトルを求め、前記法線ベ
クトルから、前記対象物の３次元形状を表すデータを求
める形状検出手段とを有することを特徴とする３次元形
状認識装置。 - 【請求項２】請求項１において、 更に、前記レーザスキャナにより連続して測定された複
数の測定点の３次元座標データが、連続する記憶領域に
格納される記憶装置を有することを特徴とする３次元形
状認識装置。 - 【請求項３】レーザ光を対象物に照射してから反射光を
受光するまでの時間と、前記レーザ光の照射方向とか
ら、前記対象物表面の測定点の３次元座標を測定すると
共に、連続して測定する３つの測定点が三角形を形成す
るように前記レーザ光の照射方向を制御し、 前記３つの測定点の３次元座標から前記３つの測定点を
含む平面の法線ベクトルを求め、 前記法線ベクトルから、前記対象物の３次元形状を表す
データを求めることを特徴とする３次元形状認識方法。 - 【請求項４】レーザ光を対象物に照射してから反射光を
受光するまでの時間と、前記レーザ光の照射方向とか
ら、前記対象物表面の測定点の３次元座標を測定すると
共に、連続して測定する３つの測定点が三角形を形成す
るように前記レーザ光の照射方向を制御するステップ
と、 前記３つの測定点の３次元座標から前記３つの測定点を
含む平面の法線ベクトルを求めるステップと、 前記法線ベクトルから、前記対象物の３次元形状を表す
データを求めるステップとを有する３次元形状認識方法
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207430A JP2003021507A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | ３次元形状認識装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207430A JP2003021507A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | ３次元形状認識装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003021507A true JP2003021507A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19043416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001207430A Withdrawn JP2003021507A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | ３次元形状認識装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003021507A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004361265A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | プラントの連結管製作方法 |
| JP2010044027A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Kanazawa Univ | 厚さ測定装置および厚さ分布測定方法 |
| JP2013543591A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-12-05 | オムロン株式会社 | 形状計測装置および形状計測方法 |
| CN106546230A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-29 | 狒特科技（北京）有限公司 | 定位点布置方法及装置、测定定位点三维坐标的方法及设备 |
| CN111504225A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-07 | 中国核工业华兴建设有限公司 | 一种基于三维扫描的管道位置检测方法 |
| KR20210112643A (ko) * | 2020-03-05 | 2021-09-15 | 고려대학교 산학협력단 | 라이다(Lidar)를 이용한 실내 공간의 3차원 모델링 방법 |
-
2001
- 2001-07-09 JP JP2001207430A patent/JP2003021507A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004361265A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | プラントの連結管製作方法 |
| JP2010044027A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Kanazawa Univ | 厚さ測定装置および厚さ分布測定方法 |
| JP2013543591A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-12-05 | オムロン株式会社 | 形状計測装置および形状計測方法 |
| CN106546230A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-29 | 狒特科技（北京）有限公司 | 定位点布置方法及装置、测定定位点三维坐标的方法及设备 |
| CN106546230B (zh) * | 2016-11-01 | 2021-06-22 | 北京墨土科技有限公司 | 定位点布置方法及装置、测定定位点三维坐标的方法及设备 |
| KR20210112643A (ko) * | 2020-03-05 | 2021-09-15 | 고려대학교 산학협력단 | 라이다(Lidar)를 이용한 실내 공간의 3차원 모델링 방법 |
| KR102444879B1 (ko) | 2020-03-05 | 2022-09-19 | 고려대학교 산학협력단 | 라이다(Lidar)를 이용한 실내 공간의 3차원 모델링 방법 |
| CN111504225A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-07 | 中国核工业华兴建设有限公司 | 一种基于三维扫描的管道位置检测方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081007 |