JP3740836B2 - Three-dimensional shape measuring device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状の計測装置に係り、特に、立体形状検査による製品の検査の自動化，四輪車や二輪車等のクレイモデルの形状のＣＡＤへの入力装置等に応用されるスリット光の走査により非接触で三次元形状の計測をおこなう三次元形状の計測装置に関する。
【０００２】
【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、その一つとしては、スリット光投影法がある。このスリット光投影法は、図１５に示すように、スリット状の光を測定対象物に投影し、光源と異なった角度からカメラ等で撮影し、得られるスリット画像より三次元位置を求める方法である。
【０００３】
この方法では、スリット光を一本ずつ測定対象物に照射し各スリット光ごとに撮像して画像の入力を行った後、それぞれの画像よりスリット光の位置抽出を行って合成するという工程で行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は、各スリット光ごとに複数枚の画像を記録して、しかる後に、算出処理が行われるので、動作制御部に備えられた動作制御部に膨大なメモリ空間が必要となっていた。また、全ての撮像後に算出処理が行われるので、かかる処理に時間を要していた。さらに、スリット光の抽出にあたり、測定対象物の表面のスリット像が周囲よりも十分に明るいことが必要であり、測定対象物の表面の反射率の違いや背景光等のノイズの影響を受けやすいという不都合が生じていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、省メモリ化し，ノイズの影響を受けにくい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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、測定対象物に対してスリット光の走査を行う照射機構と、走査されるスリット光を複数回に分けて撮像するカメラと、複数の撮像画像から測定対象物の三次元画像データを算出する算出手段とを備える三次元形状の計測装置において、カメラが、均一の間隔で羅列した無数の画素からなる複数の走査線を平行且つ平面状に配列してなる受光器を備えると共に、スリット光を各走査線に対して交差する向きから撮像する。
【０００７】
そして、算出手段が、受光器の各走査線ごとに各画素から出力される輝度の最大値を検出し特定するピーク検出部と、ピーク検出部の検出に対応して最大値の輝度を出力する画素について走査線上の位置を検出し特定する画素位置検出部と、受光器の各画素に個別に対応する輝度の記録領域を有する輝度メモリと、ピーク検出部に検出された輝度と画素位置検出部に検出された画素の位置に基づいて，輝度メモリの対応する画素の記録領域に記録された記録輝度との大小を比較する比較部と、検出輝度が記録輝度よりも大きい場合に輝度メモリの記録輝度を検出輝度の値に更新する第一の更新部とを備えるという構成を採っている。
【０００８】
上述の構成では、測定対象物に対してスリット光の走査が行われると、一回の走査を複数回に分割して撮像が行われる。かかるスリット光の撮像と同時に、撮像画像から各走査線ごとに最大輝度の検出が行われる。ここで、カメラは、予め、スリット光を各走査線に対して交差して受光するように配置されるため、各走査線ごとに受光されるスリット光は、当該スリット光と走査線との交差する一点のみである。本願発明では、ピーク検出部により各走査線ごとに最大輝度を検出する画素の位置をスリット光の受光位置と判定し、それ以外の画素からの検出輝度はノイズと判定する。
【０００９】
ピーク検出部において、順番に走査線の最大輝度を出力する画素を検出し特定する。画素位置検出部では、ピーク検出部の検出により特定された最大輝度を出力した画素について、その走査線上の位置を検出し特定する。
【００１０】
一方、輝度メモリには，予め０乃至通常のスリット光の輝度に満たない値に設定された輝度が記録されている。そして、最大輝度で受光した画素の検出輝度と、この画素位置検出部により特定される位置の画素に対応する輝度メモリの記録領域に記録された記録輝度とをその大小を比較し、検出輝度が大きい場合に、かかる輝度の値を記録輝度として更新する。
【００１１】
上記更新作業が、一つの撮像画面について全ての走査線について行われると、次の撮像画面についても、同作業が行われる。即ち、かかる作業がスリット光の撮像ごとに行われ、輝度メモリには、順次撮像されたスリット光の輝度が記録される。即ち、走査により位置を変える各スリット光ごとに個別に撮像されつつも、一画像分の輝度メモリに、これらスリット光の輝度が順次記録される。
【００１２】
そして、輝度メモリ中のスリット光の位置と、カメラ，スリット光の照射位置等から例えば三角測量の手法を用いて測定対象物の撮像面までの各点の距離を算出し、三次元形状の計測が行われる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、ピーク検出部が最大値の輝度を一時的に記録する一時輝度メモリを備えると共に、画素位置検出部が走査線上の位置を一時的に記録する一時位置メモリを備え、算出手段が、一時輝度メモリ中の最大値の輝度と一時位置メモリ中の走査線上の位置とを所定のタイミングで同時に出力させる出力同期部を備えるという構成を採っている。
【００１４】
かかる構成にあっては、請求項１記載の発明と同様にして、最大値の輝度（以下，「最大輝度」とする）とそれを出力する画素位置が検出される。そして、最大輝度は一時輝度メモリに記録され、画素位置は一時画素メモリに記録され、例えば、これら双方が各メモリに記録された時点で同時に出力される。これにより、比較部及び更新部は、請求項１記載の発明と同様にして、輝度メモリの記録輝度の比較更新を行い、三次元形状の計測が行われる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明と同様の構成を備えると共に、カメラが受光器としてＣＣＤ画像センサを有するＣＣＤカメラであると共に、ＣＣＤ画像センサが走査線単位で順番に検出輝度の出力を行う。そして、ピーク検出部及び画素位置検出部が、出力期間中に、その走査線中の輝度の最大値及びそれを出力する画素の位置の検出を行う。さらに、出力同期部が、ＣＣＤ撮像センサの各走査線の検出輝度の出力期間と出力期間との間にある帰線期間中に、ピーク検出部及び画素位置検出部の出力を行うという構成を採っている。
【００１６】
かかる構成では、ＣＣＤ撮像センサが、複数ある走査線の並び順に走査線単位で各画素の並び順に輝度の出力を行う。そして、一つの走査線について出力を行う出力期間と各出力期間の間にある帰線期間とが交互に繰り返される。上述した出力同期部は、これら繰り変える出力期間と帰線期間とに対応して検出された最大輝度と画素の位置の出力を行っている。
【００１７】
即ち、出力期間中に一本の水平線中の最大輝度の特定と最大輝度を出力する画素の特定が行われ、出力同期部により帰線期間中にその輝度及び位置が出力されて輝度メモリの更新が行われる。これにより、ＣＣＤ撮像センサの全ての走査線について出力を行った時点で、一つの撮像画像について輝度メモリの更新が行われる。そして、各撮像画像ごとに同様に処理されて三次元形状の計測装置が行われる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、照射機構が、スリット光の投光角度を変化させて測定対象物に対して走査を行い、算出手段が、各画素に個別に対応する，投光角度の記録領域を有する角度コード化メモリを備えると共に、比較部と画素位置検出部との出力に基づいて、輝度メモリの更新に合わせて，最大値の輝度となる画素に対応する角度コード化メモリの記憶領域中の投光角度を更新する第二の更新部を備えるという構成を採っている。
【００１９】
上記の構成では、請求項１，２又は３の発明と同様にして輝度メモリの更新までの動作が行われ、一つの走査線について求められた最大輝度の更新が行われる度に、かかる更新と同時に、比較部の出力によって第二の更新部が、最大輝度を出力した画素に対応する角度コード化メモリの記憶領域にその際のスリット光の投光角度が書き換えられる。このとき、角度コード化メモリの各記憶領域には、計測の開始時にはデータは何も入れられておらず、このように何もデータがない記憶領域についてはそのままスリット光の投光角度が書き込まれ、先に処理された撮像画像による書き込みデータがある場合には、その上から上書きされる。
【００２０】
かかる書換が各走査線ごとに行われ且つ各撮像画像ごとに行われて三次元形状の計測が行われる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、照射機構が、スリット光の投光角度を一定方向（測定対象物側に照射した状態）に維持した状態で直動させて走査を行い、算出手段が、各画素に個別に対応する，直動方向の移動量（以下、「直動変位量」とする）の記録領域を有する直動変位量メモリを備えると共に、比較部と画素位置検出部との出力に基づいて、輝度メモリの更新に合わせて，最大値の輝度となる画素に対応する直動変位量メモリの記憶領域中の直動方向の移動量を更新する第二の更新部を備えるという構成を採っている。
【００２２】
上記の構成では、請求項１，２又は３の発明と同様にして輝度メモリの更新までの動作が行われ、一つの走査線について求められた最大輝度の更新が行われる度に、かかる更新と同時に、比較部の出力によって第二の更新部が、最大輝度を出力した画素に対応する直動変位量メモリの記憶領域にその際のスリット光の直動変位量が書き換えられる。このとき、直動変位量メモリの各記憶領域には、計測の開始時にはデータは何も入れられておらず、このように何もデータがない記憶領域についてはそのままスリット光の直動変位量が書き込まれ、先に処理された撮像画像による書き込みデータがある場合には、その上から上書きされる。
【００２３】
かかる書換が各走査線ごとに行われ且つ各撮像画像ごとに行われて三次元形状の計測が行われる。
【００２４】
本発明は、上述した各構成によって前述した目的を達成しようとするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図１４に基づいて説明する。図１は、本実施形態のブロック図である。この実施形態では、測定対象物Ｓに対してスリット光Ｒを走査する照射機構２と、この照射機構２とは異なる方向から，走査により移動するスリット光Ｒを複数回撮像するカメラ３と、複数の撮像画像から三次元画像データ（測定データ，具体的には後述する角度コード化メモリ４２のデータ）を算出する算出手段４とを備える三次元形状の計測装置１０を示している。
【００２６】
また、この三次元形状の計測装置１０は、図示の如く、算出手段４で算出した三次元画像データをデジタルＩ／Ｏボード１０２を介して接続されたコンピュータ１００（ＤＯＳ／Ｖ）に出力する。一方、コンピュータ１００は、算出手段４からの角度コード化画像に基づいて三次元形状の演算を行い三次元形状を取得する。以下、各部について説明する。
【００２７】
（照射機構２）
照射機構２は、レーザドライバ２１により駆動される一本のスリット状のレーザ光（以下、スリット光Ｒとする）を射出するレーザ光源２２と、射出されたスリット光Ｒを測定対象物Ｓ側に反射するガルバノミラー２３と、ガルバノミラー２３を回転してスリット光Ｒを測定対象物Ｓに対して走査するガルバノスキャナ２４と、ガルバノスキャナ２４の駆動制御を行うスキャナドライバ２５と、算出手段４からの角度信号に基づいてスキャナドライバ２５に投光角度指令を出力する投光角度指令作成回路２６とを備える。
【００２８】
レーザ光源２２から射出されるスリット光Ｒは、測定時における床面に対して垂直方向（図１における上下方向）に沿った棒状の光であり、ガルバノミラー２３により当該スリット光Ｒと垂直方向に移動して測定対象物Ｓに対して走査を行う。また、スリット光Ｒは、後述するカメラ３のＣＣＤ撮像センサ３１の水平走査線に対して垂直となるように予めその向きが設定されている。
【００２９】
投光角度指令作成回路２６には、後述する算出手段４のメモリアドレス作成回路４６から投光角度信号が出力され、これに基づいてガルバノスキャナ２４の駆動制御が行われる。
【００３０】
また、レーザ光源２２，ガルバノミラー２３及びカメラ３は、図２に示すように、床面（水平面）に対して水平である同一平面上に位置している。また、ガルバノミラー２３は、カメラ３の光軸から長さｌの距離で配置されており、カメラ３のＣＣＤ撮像センサ３１の水平走査線に対して垂直方向（スリット光Ｒと平行方向）を軸として回転する。この配置により、スリット光ＲをＣＣＤ撮像センサ３１の水平走査線に沿って平行方向に移動させてカメラ３のＣＣＤ撮像センサ３１に受光させることを可能としている。
【００３１】
（カメラ３）
カメラ３は、ＣＣＤカメラであり、受光器としてＣＣＤ撮像センサ３１を備えている。このＣＣＤ撮像センサ３１は、一平面上に輝度に応じた電荷（輝度信号）を出力する画素を無数に備えている。これらの画素は、カメラ３により撮像される画像の水平方向に沿って一列に複数羅列して水平走査線を成し、かかる水平走査線が、平行に無数に配列されてＣＣＤ撮像センサ３１を形成している（図４（Ａ）参照）。
【００３２】
このＣＣＤ撮像センサ３１は、各画素が水平走査線方向に２５６個設けられ、かかる水平走査線が２４３本設けられ、計２５６×２４３個の画素が規則正しく配置されている。各画素からの輝度信号の出力は、水平走査線ごとに、羅列された水平走査線方向の並び順に行われる。このときの一本の水平走査線の輝度信号の出力する期間を出力期間といい、出力が行われない出力期間と出力期間との間の期間を帰線期間という。また、一つの水平走査線上の各画素は、出力期間の間にその配列順に出力を行う。そして、全ての画素における出力が映像信号として算出手段４に送られる。
【００３３】
このカメラ３は、前述したように、スリット光Ｒを各水平走査線に直交した状態で受光する向きに固定されて撮像を行う。また、このカメラ３は、スリット光Ｒの一回の走査を走査線上の画素数（２５６）で分割して撮像を行う。このため、ガルバノスキャナ２４の走査範囲角度を２５６分割し、各角度ごとに撮像を行うべく、後述する算出手段４の同期回路４３から出力される水平，垂直同期信号により同期が図られる。
【００３４】
（算出手段４）
算出手段４のブロック図を図３に示す。この算出手段４は、ＣＣＤ撮像センサ３１の各走査線ごとに各画素から出力される輝度の最大値を検出し特定するピーク検出部５と、このピーク検出部５の検出に対応して，最大輝度を出力する画素について走査線上の位置を検出し特定する画素位置検出部８と、ＣＣＤ撮像センサ３１の各画素に個別に対応する輝度の記録領域を有する輝度メモリ４１と、ピーク検出部５に検出された輝度と画素位置検出部８に検出された画素の位置に基づいて，輝度メモリ４１の対応する画素の記録領域に記録された記録輝度との大小を比較する比較部としての第二の比較回路６と、検出輝度が記録輝度よりも大きい場合に輝度メモリ４１の記録輝度を検出輝度の値に更新する第一の更新部としての第三の選択回路７と、各画素に個別に対応する投光角度の記録領域を有する角度コード化メモリ４２を備えている。
【００３５】
さらに、算出手段４は、カメラ３の水平，垂直同期を図る同期回路４３と、上記カメラ３からの映像信号の輝度信号を量子化するＡ／Ｄ変換回路４４と、輝度メモリ４１及び角度コード化メモリ４２のアドレスを作成するメモリアドレス作成回路４６を備えている。
【００３６】
このメモリアドレス作成回路４６は、同期回路４３からの水平同期信号をカウントすることにより、ＣＣＤ撮像センサ３１の現在出力中の画素が位置する水平走査線番号（端から何番目の水平走査線上で出力を行っているか、を示す。以下、垂直アドレスｙとする）を出力する。
【００３７】
さらに、メモリアドレス作成回路４６は、水平駆動周波数（走査線中画素数７６８、１４．３１８ＭＨｚ）を三分周（走査線中画素数を２５６とするため）したものをカウントし、ＣＣＤ撮像センサ３１の現在出力中の画素の水平走査線上の位置（水平走査線上で端から何番目の画素が出力を行っているか、を示す。以下、水平アドレスｘとする）を出力する。
【００３８】
また、同期回路４３からの垂直同期信号をカウントし、投光角度信号を作成する共に照射機構２に出力する。さらに、このメモリアドレス作成回路４６では、水平同期信号により、後述するピーク検出部５の一時輝度メモリ５１及び画素位置検出部８の一時位置メモリ８１のクリア信号を一水平走査線の出力ごとに作成し出力する。
【００３９】
ところで、Ａ／Ｄ変換回路４４により量子化された輝度信号は、ピーク検出部５に出力される。このピーク検出部５は、一つの走査線上で最大レベルとなる輝度のみを記録する一時輝度メモリ５１と、Ａ／Ｄ交換回路４４にて量子化された輝度信号の信号レベル（以下、単に「輝度」とする）と走査線中最大輝度メモリ５１に記録された輝度とを比較し、いずれの輝度が高いかを出力する第一の比較回路５３と、この第一の比較回路５３の出力に基づいていずれか高い方の輝度を選択し、一時輝度メモリ５１中の記録輝度を更新する第一の選択回路５４とを備えている。
【００４０】
なお、上述の一時輝度メモリ５１は、一画素分の輝度信号を記録できれば足りるので、その記憶容量は、輝度分解能×１（８ｂｉｔ）である。また、一時輝度メモリ５１の内容は、各水平帰線期間中（一水平走査線ごと）に０にクリアされる。
【００４１】
上記の構成からピーク検出部５では、各走査線ごとの輝度信号の最大レベルが検出され記録される。
【００４２】
また、このピーク検出部５による一走査線上の最大輝度が検出される際に、同時に画素位置検出部８では、上記最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘが検出される。この画素位置検出部８は、一つの走査線上で最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘのみを記録する一時位置メモリ８１と、メモリアドレス作成回路４６から順次出力される各画素に対応する水平アドレスｘの内、前述したピーク検出部５の第一の比較回路５３の出力により選択された最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘを一時位置メモリ８１に上書きする第二の選択回路８２とを備えている。
【００４３】
なお、上述の一時位置メモリ８１は、２５６ある内のいずれかの画素であるかを記録できれば足りるので、その記憶容量は、２５６×１（８ｂｉｔ）である。また、一時位置メモリ８１の内容は、各水平帰線期間中（一水平走査線ごと）に０にクリアされる。
【００４４】
上記の構成から画素位置検出部８では、各走査線ごとの最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘが検出され記録される。
【００４５】
上記各一時輝度メモリ５１は、ゲート９１を介して前述の第二の比較回路６及び第三の選択回路７に接続されており、ゲート９１が閉じた場合に一時輝度メモリ５１中の記録輝度がこれらに出力される。一方、一時位置メモリ８１は、ゲート９２を介して輝度メモリ４２及び角度コード化メモリ４２に接続されており、ゲート９２が閉じた場合に一時位置メモリ８１中の水平アドレスｘがこれらに出力される。
【００４６】
これらのゲート９１，９２は、いずれもメモリアドレス作成回路４６に接続されており、ＣＣＤ撮像センサ３１の水平同期信号の出力を受けている。そして、これらのゲート９１，９２は、通常は開かれており、水平同期信号からＣＣＤ撮像センサ３１が帰線期間中であることが入力されると閉じられる。
【００４７】
これら各ゲート９１，９２は、ＣＣＤ撮像センサ３１が帰線期間中のときに同時に一時輝度メモリ５１及び一時位置メモリ８１の記録内容を出力させる出力同期部９を構成している。
【００４８】
次に、輝度メモリ４１について説明する。この輝度メモリ４１は、ＣＣＤ撮像センサ３１の各画素に個別に対応する輝度の記録領域が形成されている（図４参照）。そして、この輝度メモリ４１の各記録領域中には，それぞれ予め０乃至通常のスリット光の輝度よりも小さい値に設定された輝度が記録されている。
【００４９】
前述の如く、各ゲート９１，９２が閉じられると、一時輝度メモリ５１から第二の比較回路６に最大輝度が出力され、一時位置メモリ８１からその水平アドレスｘが輝度メモリ４１に出力される。また、メモリアドレス作成回路４６からは、輝度メモリ４１に常時現在の垂直アドレスｙが出力される。
【００５０】
これにより、輝度メモリ４１に対して、水平アドレスｘと垂直アドレスｙから最大輝度を出力した画素が、ＣＣＤ撮像センサ３１の画素の内のいずれのものであるかが特定され、これに対応する記録領域から記録輝度が第二の比較回路６に出力される。
【００５１】
第二の比較回路６では、一時輝度メモリ５１からの輝度と輝度メモリ４１に既に記録された輝度との比較を行い、いずれが高いかを出力する。第三の選択回路７では、第二の比較回路６の出力を受けて、一時輝度メモリ５１からの輝度が高い場合には輝度メモリ４１の記録輝度を一時輝度メモリ５１の輝度に更新し、そうでない場合には、輝度メモリ４１の記録輝度をそのまま維持する。
【００５２】
次に、角度コード化メモリ４２について説明する。この角度コード化メモリ４２は、ＣＣＤ撮像センサ３１の各画素に個別に対応するスリット光Ｒの投光角度（ここでは、ガルバノミラー２３の回転角度と同義）θの記録領域を備えている（図４参照）。
【００５３】
また、この角度コード化メモリ４２には、各記録領域の投光角度θの更新を行う第二の更新部としての第四の選択回路４５が併設されている。かかる第四の選択回路４５は、ゲート９１が閉じられることにより作動する第二の比較回路６と接続されており、また同時にメモリアドレス作成回路４６から現在の投光角度θを示す投光角度信号が入力されている。
【００５４】
一方、角度コード化メモリ４２には、常時、メモリアドレス作成回路４６から現在の垂直アドレスｙが入力され、また、ゲート９２が閉じられることにより、一時位置メモリ８１から最大輝度を出力した画素の水平アドレスｘが入力される。これにより、角度コード化メモリ４２に対して、水平アドレスｘと垂直アドレスｙから最大輝度を出力した画素が、ＣＣＤ撮像センサ３１の画素の内のいずれのものであるかが特定され、第四の選択回路４５による入力待ち状態となる。
【００５５】
第四の選択回路４５は、第二の比較回路６により、一時輝度メモリ５１の輝度と輝度メモリ４１の輝度の内，一時輝度メモリ５１の輝度が高いと出力された場合に、メモリアドレス作成回路４６からの投光角度θを対応する記録領域に記録し、輝度メモリ４１の輝度が高いと出力された場合には更新を行わない。このように、第三及び第四の選択回路７，４５は、いずれも第二の比較回路６の出力により更新を行うため、輝度メモリ４１に対して一時輝度メモリ５１の輝度が更新されたときにのみ、角度コード化メモリ４２に対する投光角度θの記録（既に記録されている場合には更新）が行われる。
【００５６】
ここで、上述した輝度メモリ４１及び角度コード化メモリ４２は、いずれも、測定開始時において、その記録が０にクリアされる。
【００５７】
上記各部の機能を総合すると、三次元形状の計測装置１０では、出力期間中の水平走査線上において最大輝度を検出した画素をスリット光の照射位置とみなし、各走査線ごとに最大輝度を検出した画素の水平アドレスｘを求め、且つ照射したスリット光の投光角度を求め、角度コード化メモリ４２を完成させる。これにより、各画素のアドレスについて投光角度が求められると、各アドレスに撮像された測定対象物Ｓからカメラ３までの距離を算出することが可能となり、コンピュータ１００により三次元形状の計測が行われる。
【００５８】
このため、まず、ピーク検出部５によって現在出力期間中である水平走査線について、その水平走査線上の画素から出力される輝度の内、最大となる輝度が特定され一時輝度メモリ５１に記録される。また、同出力期間中に、画素位置検出部８により、最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘが特定され、これが一時位置メモリ８１に記録される。
【００５９】
各メモリ５１，８１に記録された最大輝度及び水平アドレスｘは、その出力期間が終わり帰線期間となるまで保留され、出力同期部９により、帰線期間に移行した時点で輝度メモリ４１又は角度コード化メモリ４２側に出力される。このように、輝度及び水平アドレスｘは、出力期間の間，保留されるため、途中経過で最大と判断された輝度については、その下流側での処理（輝度メモリ４１，角度コード化メモリ４２への記録）が行われない。
【００６０】
そして、これらの出力及びメモリアドレス作成回路４６による垂直アドレスｙ及び投光角度信号の出力により、第二の比較回路６及び第三の選択回路７によって特定されたアドレスの輝度について、輝度メモリ４１が比較更新される。即ち、全ての投光角度による撮像画像に対して全ての水平走査線について上述の比較又は更新が行われることにより、全ての画素について、各投光角度によって撮像された全ての撮像画像を通じて最高となった輝度のみが輝度メモリ４１中に保管される。
【００６１】
また、角度コード化メモリ４２には、第二の比較回路６と接続された第四の選択回路４５が併設されているため、同様にして、全ての画素について、各投光角度によって撮像された全ての撮像画像を通じて最高となった輝度が検出されたときの当該投光角度のみが角度コード化メモリ４２中に保管される。
【００６２】
そして、完成した角度コード化メモリ４２の情報を出力し、コンピュータ１００により三次元形状の計測が行われる。
【００６３】
（算出手段４の演算処理）
ここで、算出手段４の演算処理方法を図４乃至図６に示す簡単な例を用いて説明する。これら図４乃至図６では、カメラ３のＣＣＤ撮像センサ３１の画素数を３×３（水平方向×垂直方向）と仮定して説明する。また、輝度メモリ４１及び角度コード化メモリ４２の各記録領域は、測定開始前には全て０にリセットされているものとする。
【００６４】
水平方向の画素数が三つであるため、これに対応してスリット光Ｒが各画素単位で撮像されるガルバノミラー２３の回転角度θ0，θ1，θ2で撮像が行われるものとする。
【００６５】
まず、投光角度θ＝θ0のときの処理を図４に基づいて説明する。まず、投光角度θ＝θ0のときのスリット光ＲのＣＣＤ撮像センサ３１の撮像画像を図４（Ａ）に示す。ＣＣＤ撮像センサ３１において、横方向は水平アドレスｘ（図における左から順番に画素に付した番号），縦方向は垂直アドレスｙ（図における上から順番に水平走査線に付した番号）を示すものとする。また、図４（Ｂ）に更新記録前の輝度メモリ４１を示す。
【００６６】
ＣＣＤ撮像センサ３１の垂直アドレスｙ＝１の水平走査線の出力期間において、各画素の検出輝度が順番に出力され、ピーク検出部５により出力期間の終わりまでに最大輝度が２００と特定され、同時にその水平アドレスｘがｘ＝１と特定される。そして、帰線期間に移行すると、特定された最大輝度が輝度メモリ４１の記録輝度と比較され、その後、当該最大輝度が記録輝度として更新される（図４（Ｃ））。また、輝度メモリ４１の更新と同時に、角度コード化メモリ４２における水平アドレスｘ＝１，垂直アドレスｙ＝１の記録領域の内容が、そのときの投光角度θ0に更新される（図４（Ｄ））。
【００６７】
同様の処理が、垂直アドレスｙ＝２，ｙ＝３についても行われる（同図（Ｅ），（Ｆ）はｙ＝２のときの輝度メモリ４１，角度コード化メモリ４２の更新を示し、同図（Ｇ），（Ｈ）はｙ＝３のときの輝度メモリ４１，角度コード化メモリ４２の更新を示す）。
【００６８】
次に、投光角度θ＝θ1のときの処理を図５に基づいて説明する。まず、投光角度θ＝θ1のときのスリット光ＲのＣＣＤ撮像センサ３１の撮像画像を図５（Ａ）に示す。これに基づき、後の処理は、θ＝θ0のときと同様にして、ｙ＝１について輝度メモリ４１を更新（図５（Ｂ））し、角度コード化メモリ４２を更新する（図５（Ｃ））。
【００６９】
さらに、同様の処理が、垂直アドレスｙ＝２，ｙ＝３についても行われる（同図（Ｄ），（Ｅ）はｙ＝２のときの輝度メモリ４１，角度コード化メモリ４２の更新を示し、同図（Ｆ），（Ｇ）はｙ＝３のときの輝度メモリ４１，角度コード化メモリ４２の更新を示す）。
【００７０】
最後に、投光角度θ＝θ2のときの処理を図６に基づいて説明する。まず、投光角度θ＝θ2のときのスリット光ＲのＣＣＤ撮像センサ３１の撮像画像を図６（Ａ）に示す。これに基づき、後の処理は、θ＝θ0のときと同様にして、ｙ＝１について輝度メモリ４１を更新（図６（Ｂ））し、角度コード化メモリ４２を更新する（図６（Ｃ））。
【００７１】
そして、垂直アドレスｙ＝２のとき、スリット光がＣＣＤ撮像センサ３１に照射されていないので、かかる水平走査線上では、スリット光以外の光（例えば、測定対象物の他の部位に照射されたスリット光の反射光等のノイズ）が最大輝度として特定されるが、既に輝度メモリ４１上に記録された輝度を越えることは実質上有り得ないので、かかる検出輝度は輝度メモリ４１上に更新されることはない。
【００７２】
さらに、垂直アドレスｙ＝３についても、最大輝度及び水平アドレスｘが特定され、これにより、輝度メモリ４１上の記録輝度及び角度コード化メモリ４２上の投光角度が更新される。（図６（Ｄ），（Ｅ））。
【００７３】
これにより、全ての投光角度の撮像画像の処理が終了し、角度コード化メモリ４２が完成する。かかる角度コード化メモリ４２の全てのデータは、コンピュータ１００に出力される。
【００７４】
さらに、この角度コード化メモリ４２の出力から、コンピュータ１００では、各画素の座標（ｘ，ｙ）に対応する測定対象物Ｓの表面の一点からカメラ３までの距離ｈを算出し、三角測量法により距離画像を作成する。即ち、図２を参照して説明すると、角度コード化画像メモリ１０１のデータから任意の画素について投光角度θが特定され、且つ、各画素の位置座標のｘ成分からカメラ３からスリット光Ｒ位置の角度αが特定される（図２では直角となっている）。また、カメラ３とガルバノミラー２３との離間距離ｌは既値であるため、例えば、距離ｈ＝ｌ・sinθ／sin（α＋θ）から求められる。
【００７５】
（本実施形態の動作）
以下、上述した三次元形状の計測装置１０の動作を図１及び図７乃至図１１に基づいて説明する。図１０及び図１１は、本実施形態の動作を示すフローチャートであり、ここに示す順番で動作が行われる。
【００７６】
同期回路４３及びメモリアドレス作成回路４６によりカメラ３と照射機構２の同期が図られ、測定対象物Ｓに対するスリット光Ｒの照射と撮像が行われる（図１０のステップＳ１）。かかる同期によりスリット光は、ＣＣＤ撮像センサ３１上を水平走査線方向に一画素ごとに位置を変えて撮像される。図７（Ａ）は、このＣＣＤ撮像センサ３１上に撮像されたスリット光Ｒを示している。このとき、照射機構による走査範囲を２５６分割し、各分割された範囲ごとに撮像が行われるため、投光角度を撮像順に１から２５６の番号で表すこととする。
【００７７】
まず、投光角度１の撮像画像に応じて、走査線番号１の水平走査線から当該走査線上の各画素の並び順に輝度の出力が行われる。このときの一つの水平走査線上の全ての画素から出力が終了するまでが当該水平走査線における出力期間である（図１０のステップＳ２）。
【００７８】
図７（Ｂ）は、走査線番号１の水平走査線に沿った各画素から検出された輝度レベルを示している。この図によれば、水平走査線方向の位置ｘ0で最大輝度レベルが観測され、これをスリット光と見なすことができる。かかる撮像画像に基づいてピーク検出部５により各水平走査線ごとに最大輝度の検出が行われ、同時に、かかる検出に基づいて最大輝度を出力する画素の水平アドレスの検出が行われる（図１０のステップＳ３）。このとき検出された最大輝度は一時輝度メモリ５１に保管され、水平アドレスｘは一時位置メモリ８１に保管される。
【００７９】
上記各検出は、一つの水平走査線の出力期間が終了するまで継続して行われ、最終的に、当該水平走査線について全ての画素の出力に基づいて最大輝度及び水平アドレスが求められ、記録される（図１０のステップＳ４）。
【００８０】
そして、出力期間から帰線期間に移行すると、一時輝度メモリ５１及び一時位置メモリ８１の各ゲート９１，９２が閉路する（図１０のステップＳ５）。
【００８１】
ゲート９１の閉路により、走査線番号１の水平走査線中の最大輝度が一時輝度メモリ５１から第二の比較回路６に出力される。この第二の比較回路６では、検出された最大輝度と輝度メモリ４１のアドレス（ｘ，ｙ）＝（ｘ0，１）に記録された輝度とを比較する（図８，図１０のステップＳ６，Ｓ７）。そして、検出された最大輝度の方が高い場合に、第三の選択回路７により輝度メモリ４１のアドレス（ｘ0，１）の記録輝度が検出された最大輝度の数値に更新される（図１０のステップＳ８）。
【００８２】
なお、このときの輝度メモリ４１は、測定開始前に予め初期化されて記録輝度が０の状態であるため、スリット光Ｒの輝度レベルであれば、通常更新が行われる。また、投光角度が２以降に進行している場合には、それまでの撮像画像による検出によって、既に同じアドレスについて最大輝度が更新されていることもあり得るが、かかる場合も同様にして検出輝度が高い場合には更新される。
【００８３】
輝度メモリ４１の更新が行われると、角度コード化メモリ４２のアドレス（ｘ，ｙ）＝（ｘ0，１）にも、そのときの投光角度１が記録される（図９，図１０のステップＳ９）。
【００８４】
一方、検出された最大輝度レベルの方が低い場合には、輝度メモリ４１の更新は行われず、同時に、角度コード化メモリ４２の記録も行われない（図１０のステップＳ１０）。
【００８５】
そして、一つのスリット光Ｒに対して、全ての水平走査線について上記の工程が繰り返し行われる（図１１のステップＳ１１）。これにより、投光角度１におけるスリット光について各水平走査線方向の位置（水平アドレスｘ）が角度コード化メモリ４２上に記録される。
【００８６】
一つのスリット光について処理が終わると、次の投光角度のスリット光の撮像が行われ、上記の工程が繰り返される（図１１のステップＳ１２）。そして、全ての投光角度におけるスリット光の処理が終わると、角度コード化メモリ４２の記録情報が測定データとしてコンピュータ１００に出力される（図１１のステップＳ１３）。
【００８７】
ここで、角度コード化画像とは、撮影された測定対象物Ｓの表面の各点（各画素に検出される点）を、当該各点にスリット光が照射されたときの投光角度でコード化したものである。コンピュータ１００は、角度コード化メモリ４２からの出力により、三次元形状演算を行い表示する（図１０のステップＳ１４）。
【００８８】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、ＣＣＤ撮像センサ３１の水平走査線とスリット光Ｒとが交差して撮像するように、カメラ３とレーザ光源２２の互いの向きが設定されているため、一つの撮像画像における各走査線上についてスリット光Ｒが受光される画素は一つ（走査線とスリット光Ｒとの交点となる位置の画素のみ）に限定される。また一方で、外乱や測定対象物Ｓの乱反射等によりＣＣＤ撮像センサ３１に検出されるノイズとなる光は、通常，スリット光Ｒよりも輝度が低いことが普通である。このため、各走査線上におけるスリット光Ｒの受光位置は、最大輝度を示す一点の画素の位置と一致することになる。
【００８９】
従って、三次元形状の計測装置１０は、算出手段４のピーク検出部５により、各水平走査線上において最大輝度レベルとなる一つの画素位置のみをスリット光の通過位置として処理するため、測定対象物の表面の反射率の違いや背景光等の輝度の低いノイズを拾うことがなく、これによって計測の精度の向上を図ることが可能となる。
【００９０】
また、算出手段４が第二の比較回路６と第三の選択回路７とを備えているため、一画面分の記憶容量の輝度メモリ４１に対して、既に取り込まれた一つのスリット光画像の上から新たに他のスリット画像を取り込むことができる。即ち、一画面分の記憶容量の輝度メモリ４１に対して、位置を変えた複数のスリット光の撮像画像を同時に重ねて記録することができ、これにより、従来のように撮像回数と等しい画面数のメモリを不要とし、省メモリ化を図ることが可能である。
【００９１】
具体的には、必要となるメモリは、輝度分解能×１枚（一時輝度メモリ５１），一水平走査線上の画素数×１枚（一時位置メモリ８１），一画面の画素数×輝度分解能×１枚（輝度メモリ４１）及び一画面の画素数×角度分解能×１枚（角度コード化メモリ４２）のみですみ、メモリの節約となる。一方、従来の方法では、少なくとも、投光分解能×輝度分解能×画素数のメモリが必要となる。ここで、投光分解能は、例えば８ｂｉｔであれば２５６となる。
【００９２】
さらに、従来のように撮像回数と等しい多大な画面数のメモリを有しないため、処理時間の短縮化を図ることができる。これに加えて、ＣＣＤ撮像センサ３１の一つの水平走査線の出力期間中に当該水平走査線中の最大輝度の検出と水平アドレスの検出をほぼ同時に行い、帰線期間中には、わずか輝度メモリ４１及び角度コード化メモリ４２の二つのみにほぼ同時に記録更新を行うため（一つのメモリの完成後他のメモリへの書き換えがない）、従来と比較して、さらなる処理時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００９３】
ここで、上述した実施形態は、一例にすぎず、本願発明の内容を限定するものではない。例えば、走査線中ピーク位置の検出は、アナログ信号処理でもデジタル信号処理でおこなってもよい。また、照射機構２のガルバノミラー２３に替えてポリゴン・ミラ一を用いても良い。
【００９４】
また、上記実施形態では、輝度メモリ４１を予め初期化して、全てのアドレスの記録輝度の輝度レベルを０にしているが特にこれに限定しなくとも良い。例えば、初期化により全ての記録輝度の輝度レベルを、通常のスリット光の輝度レベルよりも低い所定の数値（例えばスリット光の半分程度の輝度レベルとする）に設定しても良い。
【００９５】
このように、かかる記録輝度の設定輝度レベルが、スリット光の検出輝度の記録を妨げるほどに高くない場合には、仮に、スリット光が照射されない部分が生じた場合，或いはスリット光が暗くしか照射されなかった場合に、ノイズを選択して取り込むことを防止することが可能である（ノイズはスリット光の輝度よりもかなり低い輝度であり、上述の例にように予めスリット光の半分程度の輝度が輝度メモリ４１に入力されていれば、これに満たないノイズの輝度が更新記録することはないからである）。
【００９６】
（比較例との比較）
上記三次元形状の計測装置１０のさらなる効果をより明確に説明するため、ここに比較例を挙げ、かかる比較例と比較して説明する。
【００９７】
比較例としての三次元形状の計測装置１０Ａは、図１２に示すように、算出手段４Ａを除いて、三次元形状の計測装置１０と同一の構成を採っている。このため、この比較例の説明は、算出手段４Ａに限定する。
【００９８】
この算出手段４Ａは、カメラ３からのビデオ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換経路４４Ａを介してＣＣＤ撮像センサ３１からの輝度（検出輝度）を受け，水平走査線ごとの最大輝度を検出するピーク検出部５Ａと、ＣＣＤ撮像センサ３１の各画素分の輝度の記憶領域を有する輝度メモリ４１Ａと、ＣＣＤ撮像センサ３１から出力される全ての輝度と輝度メモリに記録された対応する記憶領域中の輝度（記録輝度）との高低を比較する第二の比較回路６Ａと、ピーク検出部５Ａで最大輝度が検出され且つ第二の比較回路６Ａで検出輝度が高いと判断された場合に限り輝度メモリ４１Ａ中の記録輝度を更新する更新部７Ａとを備えている。
【００９９】
また、この算出手段４Ａには、ＣＣＤ撮像センサの出力情報（現在出力中の）輝度の水平アドレスｘ，垂直アドレスｙ，投光角度θ等を出力するメモリアドレス作成回路４６Ａと、各投光角度ごとに各走査線上で最大輝度を出力した画素の水平アドレスｘを記録する位置メモリ４２Ａと、ピーク検出部５Ａにより最大輝度が検出され且つ第二の比較回路６Ａにより記録輝度よりも検出輝度が高いと判断された場合に限り位置メモリ４２Ａ中の対応する記録水平アドレスを更新する第三の選択回路４８Ａとが備えられている。
【０１００】
さらに、この算出手段４Ａは、最終的に位置メモリ４２Ａが完成した後にこの位置メモリ４２Ａの情報を並び換えて各アドレスごとの投光角度を記録する角度コード化メモリ１０１Ａを備えている。
【０１０１】
上述のピーク検出部５Ａは、前述したピーク検出部５と同一の構成からなり、ＣＣＤ撮像センサ３１から出力される一つの出力期間中の全ての検出輝度について順番にその高低を比較し、各検出輝度がそれまで出力された検出輝度の中で最大となった場合にその旨を出力する。従って、一つの出力期間中に最大輝度の検出信号を複数回出力することとなり、出力期間中で最後に検出された最大輝度のみが真の最大輝度となる。この点については、前述したピーク検出部５も同様である。
【０１０２】
一方、第三の選択回路４８Ａでは、この第一の比較回路５４Ａの出力と第二の比較回路６Ａの出力に基づいて位置メモリ４２Ａの更新を行う。このとき、この比較例では、測定対象物Ｓに多重反射が生じた場合に、問題が生じていた。
【０１０３】
図１３にＣＣＤ撮像センサからの輝度出力を示す。この図において、符号Ｈは水平同期信号であって、二つの水平同期信号Ｈの間となるのが一水平走査線の出力期間である。図１３中の符号Ｒは、スリット光の輝度であり、通常はこれが最大輝度として検出され処理される。そしてこのスリット光Ｒに隣接して現れているのが多重反射Ｆによる輝度である。この多重反射Ｆは、スリット光Ｒと比較するとその輝度が若干低いため、かかる図１３に示す場合には、ピーク検出部５，５Ａの最終的に示される最大輝度はスリット光Ｒによる輝度となり、何等問題は生じない。
【０１０４】
しかしながら、測定対象物Ｓの表面形状が複雑となると、この多重反射Ｆが生じ易く、その一方で、スリット光Ｒ自体は窪みに照射されて、水平走査線によっては検出されない場合が生じ得る。即ち、一つの水平走査線における最大輝度検出の際に、多重反射Ｆのみが検出され、スリット光Ｒが検出されない場合が生じ得る。この場合、各ピーク検出部５，５Ａでは、多重反射Ｆを最大輝度として検出し、その後の処理が行われてしまう。
【０１０５】
ここで、比較例では、前述のように、第三の選択回路４８Ａが第１に比較回路５３Ａと第二の比較回路６Ａの出力に基づいて位置メモリ４２Ａの更新を行うため、多重反射Ｆが最大輝度として検出された場合には、その多重反射Ｆの水平アドレスｘが記録され、真のスリット光Ｒの水平アドレスｘは記録されないことになる。
【０１０６】
位置メモリ４２Ａは、各投光角度における各水平走査線上の水平アドレスを記録するため、一度記録された水平アドレスは、その後更新されることはない。その一方で、異なる投光角度で撮像した場合において、同じアドレス（水平アドレスと垂直アドレスとがそれぞれ同じ）において、スリット光が検出される場合が生じ得る。この場合、輝度メモリ４１Ａではそのアドレスの輝度が更新されるが、位置メモリ４２Ａでは、対応する記録領域に水平アドレスが書き込まれるだけであり、多重反射Ｆの水平アドレスは依然として記録されたままである。
【０１０７】
かかる場合において、完成した位置メモリ４２Ａから角度コード化メモリ１０１Ａの並び換えが行われると、同じアドレス上に二つの投光角度（多重反射Ｆ検出時の投光角度とスリット光Ｒ検出時の投光角度）が存在することになり、仮に、多重反射Ｆの投光角度が選択されると、そのアドレスについては後の処理で誤った距離計算がされ、ノイズとなる。即ち、この比較例では、多重反射による影響を充分に排除しきれないという不都合が生じていた。
【０１０８】
一方、本願発明では、画素位置検出部８を設け、ピーク検出部５により最大輝度とされる輝度を出力する画素の水平アドレスを特定するため、比較例のように位置メモリ４２Ａを介することなく輝度メモリ４２の更新に対応して角度コード化メモリ４２の更新を行うことが可能である。
【０１０９】
このため、多重反射Ｆによる輝度が輝度メモリ４１で更新されても、その後におけるスリット光Ｒの検出により輝度メモリ４１中の同じアドレスの記録輝度が更新されるため、これに対応して、角度コード化メモリ４２の記録投光角度も多重反射による投光角度からスリット光による投光角度に更新され、角度コード化メモリ４２中から抹消されるため、その後の処理においてノイズとなり得ない。なお、多重反射Ｆより先に同じアドレスについてスリット光Ｒが検出されてる場合には、多重反射Ｆの輝度よりもスリット光Ｒの輝度の方が高いため、輝度メモリ４１の更新が行われることはなく、従って当然に角度コード化メモリ４２に記録されることも起こり得ない。
【０１１０】
このため、本実施形態における三次元形状の計測装置１０は、多重反射の影響をも、より効果的に排除することができ、三次元形状の計測をより精度良く行うことが可能である。
【０１１１】
また、本実施形態は、出力同期部９を備えているため、所定のタイミングで同時に最大輝度とその水平アドレスとを同時に出力させることができ、その後の輝度メモリ及び角度コード化メモリの更新の処理においてより厳密に当該最大輝度及び水平アドレスの同期を図ることが可能である。
【０１１２】
特に、出力同期部９により、帰線期間時に出力させる構成としたことにより、一水平走査線において唯一最大となる輝度についてのみ第二の比較回路６及び第三の選択回路７の処理が行われ、比較例のように、出力期間の途中で出力される複数の最大輝度についての処理を行う必要がなく、不要な処理を排除することが可能である。
【０１１３】
さらに、本実施形態では、位置メモリ４２Ａを不要としているため、その分の小メモリ化を図ることが可能となっている。なお、本実施形態では、比較例にない一時位置メモリ８１を備えているが、この記録容量は、水平画素数分（２５６）であり、一方位置メモリ４２Ａは、走査線数×投光角度の分割数×水平画素数分（２４３×２５６×２５６）であるため、装置全体として比較例と比べても、充分な省メモリ化が図られているといえる。
【０１１４】
（照射機構の他の例）
本実施形態で示した照射機構２は、投光方向を回転させることにより走査を行う構成であるが、特にこれに限定する必要はない。例えば、図１４に示すように、スリット光の投光角度を測定対象物Ｓに対して一定方向維持した状態で平行に直動させて走査を行う照射機構２Ｂを三次元形状の計測装置１０に備える構成としても良い。
【０１１５】
この場合、投光角度に換えて光源の基準となる位置からの移動量を関数として三角測量の原理を用いて、各アドレスまでの距離を求めることにより三次元形状の計測装置を行うため、メモリアドレス作成回路４６は、投光角度信号に換えて光源の移動量を出力し、算出手段４には、角度コード化メモリ４２に換えて、ＣＣＤ撮像センサ３１の各画素に個別に対応する，直動方向の移動量の記録領域を有する直動変位量メモリを備えることが必要となる。
【０１１６】
そして、第四の比較回路４５では、第二の比較回路６の出力と画素位置検出部８との出力に基づいて、輝度メモリ４２の更新に合わせて，最大値の輝度となる画素に対応する直動変位量メモリの記憶領域中の直動方向の移動量の更新が行われる。
【０１１７】
かかる構成の場合でも、前述した照射機構２を備えた三次元形状の計測装置と同一の効果を上げることが可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
本願発明では、算出手段のピーク検出部により、各水平走査線上において最大輝度レベルとなる一つの画素位置のみをスリット光の通過位置として処理するため、測定対象物の表面の反射率の違いや背景光等の輝度の低いノイズを拾うことがなく、これによって計測の精度の向上を図ることが可能となる。
【０１１９】
また、算出手段が比較部と更新部とを備えているため、一画面分の記憶容量の輝度メモリに対して、既に取り込まれた一つのスリット光画像の上から新たに他のスリット画像を取り込むことができる。即ち、輝度メモリを一画面分の記録容量とすることができ、且つ当該輝度メモリに対して、位置を変えた複数のスリット光の撮像画像を同時に重ねて記録することができ、これにより、従来のように撮像回数と等しい画面数のメモリを必要とせず、省メモリ化を図ることが可能である。
【０１２０】
さらに、従来のように撮像回数と等しい多大な画面数のメモリを有しないため、また、カメラよりの映像信号の出力と同時にスリット位置の抽出をおこなうので、処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１２１】
さらにまた、本願発明では、画素位置検出部を設け、ピーク検出部により最大輝度とされる輝度を出力する画素の水平アドレスを特定するため、受光面上のどの画素において最大輝度の出力が行われているのかを特定することが容易なり、その後の三次元形状の計測の処理工程の簡略化を図ることが可能となる。
【０１２２】
特に、照射機構を投光角度変化による走査方式とし、各画素に対応する投光角度の記録領域を備える角度コード化メモリと、この角度コード化メモリに対して輝度メモリの更新時に併せて投光角度の更新を行う第二の更新部を備える構成とした場合には、輝度メモリの更新に併せて角度コード化メモリの更新を行うことが可能となり、例えば、多重反射による輝度が輝度メモリに記録された場合でも、真のスリット光による輝度の更新に合わせて角度コード化メモリの更新を図ることが可能となり、多重反射の影響を排除し、三次元形状の計測をより精度良く行うことが可能である。
【０１２３】
また、ピーク検出部に一時輝度メモリを，画素位置検出部に一時位置メモリをそれぞれ設け、さらに出力同期部を備えた構成の場合には、所定のタイミングで同時に最大輝度とその水平アドレスとを同時に出力させることができ、その後の輝度メモリ又は角度コード化メモリの更新の処理においてより厳密に当該最大輝度及び水平アドレスの同期を図ることが可能である。
【０１２４】
特に、出力同期部により、帰線期間時に出力させる構成とした場合にあっては、一水平走査線につき、その下流側の比較部，第一の更新部又は第二の更新部の処理を一回とすることができ、不要な処理を排除して計測の迅速化を図ることが可能である。
【０１２５】
また、照射機構をスリット光の直動による走査方式をした場合にあっても、上述した各効果を上げることが可能である。
【０１２６】
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、従来にない優れた三次元形状の計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に開示したカメラと照射機構の位置関係を説明する説明図である。
【図３】図１に開示した算出手段のブロック図である。
【図４】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示した説明図であり、図４（Ａ）は一つ目のスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図４（Ｂ）は初期化された輝度メモリを示し、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のスリット光の撮像により得られた一番目の走査線における輝度を記録した輝度メモリを示し、図４（Ｄ）は図４（Ｃ）の輝度メモリに基づいて記録された角度コード化メモリを示す。そして、図４（Ｅ）から図４（Ｈ）までは、同様にして各走査線ごとに輝度メモリ及び角度コード化メモリが記録される状態示している。
【図５】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示した図４の続きの説明図であり、図５（Ａ）は二つ目のスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のスリット光の撮像により得られた一番目の走査線における輝度を記録した輝度メモリを示し、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の輝度メモリに基づいて記録された角度コード化メモリを示す。そして、図５（Ｄ）から図５（Ｇ）までは、同様にして各走査線ごとに輝度メモリ及び角度コード化メモリが記録される状態示している。
【図６】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して示した図５の続きの説明図であり、図６（Ａ）は三つ目のスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のスリット光の撮像により得られた一番目の走査線の輝度を記録した輝度メモリを示し、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）の輝度メモリに基づいて記録された角度コード化メモリを示す。そして、図６（Ｄ）は三番目の走査線の輝度を記録した輝度メモリを示し、図６（Ｅ）は図６（Ｄ）の輝度メモリに基づいて記録された角度コード化メモリを示す。
【図７】図７（Ａ）はスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示す説明図であり、図７（Ｂ）は走査線番号１の水平走査線を構成する画素の出力を並び順に示す説明図である。
【図８】図７（Ａ）のスリット光の撮像により得られた一画素における輝度を記録する輝度メモリを示す説明図である。
【図９】図８の輝度メモリに基づいて記録された角度コード化メモリを示す説明図である。
【図１０】本実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態の動作を示す図１０の続きのフローチャートである。
【図１２】本実施形態の効果を説明するための比較例の算出手段のブロック図である。
【図１３】スリット光と多重反射による輝度信号の出力を示す線図である。
【図１４】照射機構の他の例を示す平面構成図である。
【図１５】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 照射機構
３ カメラ
４ 算出手段
５ ピーク検出部
６ 第二の比較回路（比較部）
７ 第三の選択回路（第一の更新部）
８ 画素位置検出部
１０ 三次元形状の計測装置
３１ ＣＣＤ撮像センサ（受光器）
４１ 輝度メモリ
４２ 角度コード化メモリ
４５ 第四の選択回路（第二の更新部）
５１ 一時輝度メモリ
８１ 一時位置メモリ
Ｒ スリット光
Ｓ 測定対象物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus, and more particularly, an automatic inspection of a product by a three-dimensional shape inspection, a slit light applied to a CAD input device for a shape of a clay model such as a four-wheeled vehicle or a two-wheeled vehicle. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus that performs non-contact measurement of a three-dimensional shape by scanning.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are various non-contact three-dimensional measurement methods, and one of them is a slit light projection method. In this slit light projection method, as shown in FIG. 15, a slit-like light is projected onto an object to be measured, photographed with a camera or the like from an angle different from that of the light source, and a three-dimensional position is obtained from the obtained slit image. is there.
[0003]
In this method, the measurement object is irradiated with slit light one by one, imaged for each slit light, the image is input, and then the position of the slit light is extracted from each image and synthesized. Is called.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, a plurality of images are recorded for each slit light, and then calculation processing is performed. Therefore, an enormous memory space is required for the operation control unit provided in the operation control unit. It was. Moreover, since the calculation process is performed after all the images are taken, it takes time to perform the process. Furthermore, when extracting the slit light, the slit image on the surface of the measurement object must be sufficiently brighter than the surroundings, and it is easily affected by the difference in the reflectance of the surface of the measurement object and noise such as background light. There was an inconvenience.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measuring device that improves the disadvantages of the conventional example, saves memory, and is less susceptible to noise.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the irradiation mechanism that scans the measurement target with slit light, the camera that captures the scanned slit light in multiple steps, and the tertiary of the measurement target from the plurality of captured images In a three-dimensional shape measuring apparatus comprising a calculation means for calculating original image data, a camera is provided with a light receiver in which a plurality of scanning lines composed of innumerable pixels arranged in a uniform interval are arranged in parallel and in a planar shape. In addition, the slit light is imaged from the direction intersecting each scanning line.
[0007]
Then, the calculation means detects and specifies the maximum value of the luminance output from each pixel for each scanning line of the light receiver, and outputs the maximum value of luminance corresponding to the detection of the peak detection unit. A pixel position detection unit for detecting and specifying a position on the scanning line for the pixel, a luminance memory having a luminance recording area corresponding to each pixel of the light receiver, and a luminance and a pixel position detection unit detected by the peak detection unit A comparison unit that compares the recorded luminance with the recording luminance recorded in the recording area of the corresponding pixel of the luminance memory based on the position of the detected pixel, and the luminance memory recording when the detected luminance is larger than the recording luminance A first update unit that updates the luminance to the value of the detected luminance is provided.
[0008]
In the above-described configuration, when the measurement object is scanned with slit light, imaging is performed by dividing one scan into a plurality of times. Simultaneously with the imaging of the slit light, the maximum luminance is detected for each scanning line from the captured image. Here, since the camera is arranged in advance so as to receive the slit light intersecting each scanning line, the slit light received for each scanning line is the intersection of the slit light and the scanning line. There is only one point to do. In the present invention, the position of the pixel for detecting the maximum brightness for each scanning line by the peak detection unit is determined as the light receiving position of the slit light, and the detected brightness from the other pixels is determined as noise.
[0009]
In the peak detection unit, pixels that output the maximum luminance of the scanning line in order are detected and specified. The pixel position detection unit detects and specifies the position on the scanning line for the pixel that has output the maximum luminance specified by the detection of the peak detection unit.
[0010]
On the other hand, in the luminance memory, a luminance set in advance to a value less than the luminance of 0 to normal slit light is recorded. Then, the detected luminance of the pixel received at the maximum luminance is compared with the recorded luminance recorded in the recording area of the luminance memory corresponding to the pixel at the position specified by the pixel position detecting unit. When the value is large, the value of the luminance is updated as the recording luminance.
[0011]
When the update operation is performed for all scanning lines for one imaging screen, the same operation is performed for the next imaging screen. That is, such work is performed every time the slit light is imaged, and the brightness of the sequentially captured slit light is recorded in the luminance memory. That is, the brightness of the slit light is sequentially recorded in the brightness memory for one image while being individually imaged for each slit light whose position is changed by scanning.
[0012]
Then, the distance of each point from the position of the slit light in the luminance memory, the camera, the irradiation position of the slit light, etc. to the imaging surface of the object to be measured is calculated using, for example, a triangulation method to measure the three-dimensional shape. Is done.
[0013]
The invention described in claim 2 has the same configuration as that of the invention described in claim 1, the peak detection unit includes a temporary luminance memory for temporarily recording the maximum luminance, and the pixel position detection unit is on the scanning line. A temporary position memory for temporarily recording the position of the output, and the calculating means outputs an output synchronization unit for simultaneously outputting the maximum luminance in the temporary luminance memory and the position on the scanning line in the temporary position memory at a predetermined timing. It has a structure of preparing.
[0014]
In such a configuration, the maximum value of luminance (hereinafter referred to as “maximum luminance”) and the pixel position for outputting it are detected in the same manner as in the first aspect of the invention. The maximum luminance is recorded in the temporary luminance memory, and the pixel position is recorded in the temporary pixel memory. For example, both of these are simultaneously output when they are recorded in each memory. As a result, the comparison unit and the update unit perform the comparison update of the recording luminance of the luminance memory and measure the three-dimensional shape in the same manner as in the first aspect of the invention.
[0015]
The invention described in claim 3 has the same configuration as that of the invention described in claim 2, and the camera is a CCD camera having a CCD image sensor as a light receiver, and the CCD image sensor detects the luminance in order in units of scanning lines. Is output. Then, the peak detection unit and the pixel position detection unit detect the maximum value of the luminance in the scanning line and the position of the pixel that outputs it during the output period. Further, the output synchronization unit is configured to output the peak detection unit and the pixel position detection unit during a blanking period between the detection luminance output period and the output period of each scanning line of the CCD image sensor. ing.
[0016]
In such a configuration, the CCD image sensor outputs luminance in the order in which the pixels are arranged in units of scanning lines in the order in which the plurality of scanning lines are arranged. Then, an output period in which output is performed for one scanning line and a blanking period between the output periods are alternately repeated. The output synchronizer described above outputs the maximum luminance and the pixel position detected corresponding to the repeated output period and blanking period.
[0017]
That is, the maximum brightness in one horizontal line is specified during the output period and the pixel that outputs the maximum brightness is specified, and the brightness and position are output by the output synchronization unit during the blanking period, and the brightness memory is updated. Is done. As a result, when output is performed for all scanning lines of the CCD image sensor, the luminance memory is updated for one captured image. And it processes similarly for every captured image, and the measuring apparatus of a three-dimensional shape is performed.
[0018]
The invention according to claim 4 has the same configuration as that of the invention according to claim 1, 2 or 3, and the irradiation mechanism scans the measurement object by changing the projection angle of the slit light, The calculation means includes an angle encoding memory having a projection angle recording area corresponding to each pixel individually, and in accordance with the update of the luminance memory based on the outputs of the comparison unit and the pixel position detection unit, A configuration is adopted in which a second update unit for updating the projection angle in the storage area of the angle coding memory corresponding to the pixel having the maximum luminance is provided.
[0019]
In the above configuration, the operation up to the update of the luminance memory is performed in the same manner as in the first, second, or third aspect of the invention, and the update is performed each time the maximum luminance obtained for one scanning line is updated. Simultaneously, the projection angle of the slit light at that time is rewritten in the storage area of the angle-coded memory corresponding to the pixel that has output the maximum luminance by the second updating unit by the output of the comparison unit. At this time, no data is entered in each storage area of the angle coded memory at the start of measurement, and the projection angle of the slit light is written as it is in the storage area where there is no data. If there is write data based on the captured image processed in advance, it is overwritten from there.
[0020]
Such rewriting is performed for each scanning line and for each captured image to measure a three-dimensional shape.
[0021]
The invention according to claim 5 has the same configuration as that of the invention according to claim 1, 2, or 3, and the irradiation mechanism makes the projection angle of the slit light in a certain direction (a state in which the measurement object is irradiated). The linear displacement is performed by scanning the linear movement in a maintained state and having a recording area of the movement amount in the linear movement direction (hereinafter referred to as “linear displacement amount”) corresponding to each pixel individually. Linear motion in the storage area of the linear displacement memory corresponding to the pixel having the maximum luminance in accordance with the update of the luminance memory based on the outputs of the comparison unit and the pixel position detection unit A configuration is adopted in which a second updating unit for updating the amount of movement in the direction is provided.
[0022]
In the above configuration, the operation up to the update of the luminance memory is performed in the same manner as in the first, second, or third aspect of the invention, and the update is performed each time the maximum luminance obtained for one scanning line is updated. At the same time, the second update unit rewrites the linear displacement amount of the slit light at that time in the storage area of the linear displacement memory corresponding to the pixel that has output the maximum luminance. At this time, no data is entered in each storage area of the linear displacement memory at the start of measurement, and the linear displacement of the slit light remains as it is in the storage area where there is no data. If there is written data by the captured image that has been written and processed earlier, it is overwritten from there.
[0023]
Such rewriting is performed for each scanning line and for each captured image to measure a three-dimensional shape.
[0024]
The present invention intends to achieve the above-described object by the above-described configurations.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of this embodiment. In this embodiment, the irradiation mechanism 2 that scans the measuring object S with the slit light R, the camera 3 that captures the slit light R that is moved by scanning from a direction different from the irradiation mechanism 2, and the plural 3 shows a three-dimensional shape measuring apparatus 10 including a calculation unit 4 that calculates three-dimensional image data (measurement data, specifically, data in an angle-coded memory 42 described later) from the captured images.
[0026]
The three-dimensional shape measuring apparatus 10 outputs the three-dimensional image data calculated by the calculating means 4 to a computer 100 (DOS / V) connected via a digital I / O board 102 as shown in the figure. On the other hand, the computer 100 calculates a three-dimensional shape based on the angle-coded image from the calculation means 4 and acquires a three-dimensional shape. Hereinafter, each part will be described.
[0027]
(Irradiation mechanism 2)
The irradiation mechanism 2 includes a laser light source 22 that emits one slit-like laser light (hereinafter referred to as slit light R) driven by a laser driver 21, and the emitted slit light R toward the measurement object S side. From the reflecting galvanometer mirror 23, the galvanometer scanner 24 that rotates the galvanometer mirror 23 and scans the measuring object S with the slit light R, the scanner driver 25 that controls the driving of the galvanometer scanner 24, and the calculation means 4 A projection angle command creating circuit 26 that outputs a projection angle command to the scanner driver 25 based on the angle signal is provided.
[0028]
The slit light R emitted from the laser light source 22 is a rod-shaped light along the vertical direction (the vertical direction in FIG. 1) with respect to the floor surface at the time of measurement, and is perpendicular to the slit light R by the galvanometer mirror 23. It moves and scans the measuring object S. The direction of the slit light R is set in advance so as to be perpendicular to a horizontal scanning line of a CCD image sensor 31 of the camera 3 to be described later.
[0029]
A projection angle signal is output to the projection angle command creation circuit 26 from a memory address creation circuit 46 of the calculation means 4 described later, and drive control of the galvano scanner 24 is performed based on the projection angle signal.
[0030]
Further, as shown in FIG. 2, the laser light source 22, the galvanometer mirror 23, and the camera 3 are located on the same plane that is horizontal to the floor surface (horizontal plane). The galvanometer mirror 23 is arranged at a distance of 1 from the optical axis of the camera 3, and the vertical direction (parallel to the slit light R) is an axis with respect to the horizontal scanning line of the CCD image sensor 31 of the camera 3. Rotate as With this arrangement, the slit light R can be moved in the parallel direction along the horizontal scanning line of the CCD image sensor 31 and received by the CCD image sensor 31 of the camera 3.
[0031]
(Camera 3)
The camera 3 is a CCD camera and includes a CCD image sensor 31 as a light receiver. The CCD image sensor 31 includes an infinite number of pixels that output charges (luminance signals) corresponding to luminance on a single plane. A plurality of these pixels are arranged in a line along the horizontal direction of the image captured by the camera 3 to form a horizontal scanning line, and the horizontal scanning line is arranged innumerably in parallel to form the CCD image sensor 31. (See FIG. 4A).
[0032]
In the CCD image sensor 31, 256 pixels are provided in the horizontal scanning line direction, 243 such horizontal scanning lines are provided, and a total of 256 × 243 pixels are regularly arranged. The output of the luminance signal from each pixel is performed for each horizontal scanning line in the arrangement order of the arranged horizontal scanning lines. A period during which the luminance signal of one horizontal scanning line is output is referred to as an output period, and a period between an output period in which no output is performed and the output period is referred to as a blanking period. In addition, each pixel on one horizontal scanning line outputs in the arrangement order during the output period. Then, the output of all the pixels is sent to the calculation means 4 as a video signal.
[0033]
As described above, the camera 3 performs imaging by fixing the slit light R in a direction in which the slit light R is received in a state orthogonal to each horizontal scanning line. The camera 3 captures an image by dividing one scan of the slit light R by the number of pixels (256) on the scanning line. For this reason, the scanning range angle of the galvano scanner 24 is divided into 256, and synchronization is achieved by horizontal and vertical synchronization signals output from the synchronization circuit 43 of the calculation means 4 to be described later in order to perform imaging at each angle.
[0034]
(Calculation means 4)
A block diagram of the calculation means 4 is shown in FIG. This calculation means 4 detects a peak value of the luminance output from each pixel for each scanning line of the CCD image sensor 31 and specifies the maximum value corresponding to the detection of the peak detection unit 5. A pixel position detection unit 8 that detects and specifies a position on the scanning line for a pixel that outputs luminance, a luminance memory 41 having a luminance recording area corresponding to each pixel of the CCD image sensor 31, and a peak detection unit 5 Based on the detected luminance and the position of the pixel detected by the pixel position detection unit 8, a second comparison unit that compares the recorded luminance recorded in the recording area of the corresponding pixel in the luminance memory 41 is compared. The comparison circuit 6, the third selection circuit 7 serving as a first updating unit for updating the recording brightness of the brightness memory 41 to the value of the detected brightness when the detected brightness is larger than the recorded brightness, and individually corresponding to each pixel Projection angle And a angle encoding memory 42 having a recording area.
[0035]
Further, the calculation means 4 includes a synchronization circuit 43 that performs horizontal and vertical synchronization of the camera 3, an A / D conversion circuit 44 that quantizes the luminance signal of the video signal from the camera 3, a luminance memory 41, and angle coding. A memory address creation circuit 46 for creating an address of the memory 42 is provided.
[0036]
The memory address generation circuit 46 counts the horizontal synchronizing signal from the synchronizing circuit 43, thereby outputting the horizontal scanning line number (on which horizontal scanning line from the end) the pixel currently being output from the CCD image sensor 31 is located. (Hereinafter, vertical address y) is output.
[0037]
Further, the memory address generation circuit 46 counts the horizontal drive frequency (number of pixels in the scanning line 768, 14.318 MHz) divided by three (to make the number of pixels in the scanning line 256), and the CCD image sensor 31. The position of the currently output pixel on the horizontal scanning line (indicating what number pixel from the end is outputting on the horizontal scanning line, hereinafter referred to as horizontal address x) is output.
[0038]
Further, the vertical synchronizing signal from the synchronizing circuit 43 is counted, and a projection angle signal is created and output to the irradiation mechanism 2. Further, the memory address generation circuit 46 generates a clear signal in a temporary luminance memory 51 of the peak detection unit 5 and a temporary position memory 81 of the pixel position detection unit 8 to be described later for each output of one horizontal scanning line by a horizontal synchronization signal. Then output.
[0039]
By the way, the luminance signal quantized by the A / D conversion circuit 44 is output to the peak detector 5. The peak detector 5 includes a temporary luminance memory 51 that records only the luminance at the maximum level on one scanning line, and the signal level of the luminance signal quantized by the A / D exchange circuit 44 (hereinafter simply referred to as “luminance”). ”) And the brightness recorded in the maximum brightness memory 51 in the scanning line, and outputs which brightness is higher, based on the output of the first comparison circuit 53 And a first selection circuit 54 that selects the higher luminance and updates the recording luminance in the temporary luminance memory 51.
[0040]
The temporary luminance memory 51 described above only needs to be able to record a luminance signal for one pixel, and the storage capacity is luminance resolution × 1 (8 bits). The content of the temporary luminance memory 51 is cleared to 0 during each horizontal blanking period (for each horizontal scanning line).
[0041]
With the above configuration, the peak detector 5 detects and records the maximum level of the luminance signal for each scanning line.
[0042]
When the maximum luminance on one scanning line is detected by the peak detector 5, the pixel position detector 8 simultaneously detects the horizontal address x of the pixel that outputs the maximum luminance. The pixel position detection unit 8 includes a temporary position memory 81 that records only the horizontal address x of a pixel that outputs the maximum luminance on one scanning line, and a horizontal address corresponding to each pixel that is sequentially output from the memory address creation circuit 46. a second selection circuit 82 that overwrites the temporary position memory 81 with the horizontal address x of the pixel that outputs the maximum luminance selected by the output of the first comparison circuit 53 of the peak detector 5 described above. ing.
[0043]
Note that the temporary position memory 81 described above only needs to be able to record which of the 256 pixels, and its storage capacity is 256 × 1 (8 bits). The contents of the temporary position memory 81 are cleared to 0 during each horizontal blanking period (for each horizontal scanning line).
[0044]
With the above configuration, the pixel position detection unit 8 detects and records the horizontal address x of the pixel that outputs the maximum luminance for each scanning line.
[0045]
Each of the temporary luminance memories 51 is connected to the second comparison circuit 6 and the third selection circuit 7 via a gate 91. When the gate 91 is closed, the recording luminance in the temporary luminance memory 51 is reduced. Output to these. On the other hand, the temporary position memory 81 is connected to the luminance memory 42 and the angle encoding memory 42 via the gate 92, and when the gate 92 is closed, the horizontal address x in the temporary position memory 81 is output to these. .
[0046]
These gates 91 and 92 are both connected to the memory address creation circuit 46 and receive the output of the horizontal synchronizing signal of the CCD image sensor 31. The gates 91 and 92 are normally opened, and are closed when the horizontal synchronization signal inputs that the CCD image sensor 31 is in the blanking period.
[0047]
Each of these gates 91 and 92 constitutes an output synchronizer 9 that outputs the recorded contents of the temporary luminance memory 51 and the temporary position memory 81 simultaneously when the CCD image sensor 31 is in the blanking period.
[0048]
Next, the luminance memory 41 will be described. In the luminance memory 41, a luminance recording area corresponding to each pixel of the CCD image sensor 31 is formed (see FIG. 4). In each recording area of the luminance memory 41, a luminance set in advance to a value smaller than 0 to the luminance of normal slit light is recorded.
[0049]
As described above, when the gates 91 and 92 are closed, the maximum luminance is output from the temporary luminance memory 51 to the second comparison circuit 6, and the horizontal address x is output from the temporary position memory 81 to the luminance memory 41. Further, the memory address creation circuit 46 always outputs the current vertical address y to the luminance memory 41.
[0050]
As a result, the luminance memory 41 is identified as to which of the pixels of the CCD image sensor 31 has output the maximum luminance from the horizontal address x and the vertical address y, and the corresponding recording is performed. The recording luminance is output from the area to the second comparison circuit 6.
[0051]
The second comparison circuit 6 compares the luminance from the temporary luminance memory 51 with the luminance already recorded in the luminance memory 41 and outputs which is higher. The third selection circuit 7 receives the output of the second comparison circuit 6 and updates the recording luminance of the luminance memory 41 to the luminance of the temporary luminance memory 51 when the luminance from the temporary luminance memory 51 is high. If not, the recording luminance of the luminance memory 41 is maintained as it is.
[0052]
Next, the angle coding memory 42 will be described. The angle encoding memory 42 includes a recording area of a projection angle θ of the slit light R corresponding to each pixel of the CCD image sensor 31 (here, synonymous with the rotation angle of the galvano mirror 23) θ (see FIG. 4).
[0053]
In addition, the angle encoding memory 42 is provided with a fourth selection circuit 45 as a second updating unit that updates the projection angle θ of each recording area. The fourth selection circuit 45 is connected to the second comparison circuit 6 that operates when the gate 91 is closed, and at the same time, a projection angle signal indicating the current projection angle θ from the memory address creation circuit 46. Is entered.
[0054]
On the other hand, the angle encoding memory 42 always receives the current vertical address y from the memory address generation circuit 46, and the gate 92 is closed, so that the horizontal luminance of the pixel that has output the maximum luminance from the temporary position memory 81 is set. Address x is entered. As a result, the pixel that has output the maximum luminance from the horizontal address x and the vertical address y to the angle encoding memory 42 is specified as one of the pixels of the CCD image sensor 31, and the fourth The input circuit waits for input by the selection circuit 45.
[0055]
The fourth selection circuit 45 is a memory address generation circuit when the second comparison circuit 6 outputs that the luminance of the temporary luminance memory 51 is high among the luminance of the temporary luminance memory 51 and the luminance of the luminance memory 41. When the projection angle θ from 46 is recorded in the corresponding recording area and the luminance memory 41 outputs a high luminance, no update is performed. In this way, since the third and fourth selection circuits 7 and 45 are both updated by the output of the second comparison circuit 6, when the luminance of the temporary luminance memory 51 is updated with respect to the luminance memory 41. Only, the projection angle θ is recorded (updated if already recorded) in the angle coding memory 42.
[0056]
Here, both the brightness memory 41 and the angle coding memory 42 described above are cleared to 0 at the start of measurement.
[0057]
When the functions of the above-described units are combined, the three-dimensional shape measuring apparatus 10 regards the pixel where the maximum luminance is detected on the horizontal scanning line during the output period as the slit light irradiation position, and detects the maximum luminance for each scanning line. The horizontal address x of the pixel is obtained, and the projection angle of the irradiated slit light is obtained, and the angle coding memory 42 is completed. Thus, when the projection angle is obtained for the address of each pixel, the distance from the measuring object S imaged at each address to the camera 3 can be calculated, and the computer 100 measures the three-dimensional shape. Is called.
[0058]
For this reason, for the horizontal scanning line currently in the output period by the peak detection unit 5, the maximum luminance among the luminances output from the pixels on the horizontal scanning line is specified and recorded in the temporary luminance memory 51. . Further, during the output period, the pixel position detection unit 8 specifies the horizontal address x of the pixel that outputs the maximum luminance, and this is recorded in the temporary position memory 81.
[0059]
The maximum luminance and the horizontal address x recorded in each of the memories 51 and 81 are held until the output period ends and the retrace line period is reached, and when the output synchronization unit 9 shifts to the retrace line period, the luminance memory 41 or the angle It is output to the coded memory 42 side. Thus, since the luminance and the horizontal address x are held during the output period, the luminance determined to be maximum in the middle of the process is processed downstream (to the luminance memory 41 and the angle encoding memory 42). Recording) is not performed.
[0060]
Then, the luminance memory 41 has the luminance of the address specified by the second comparison circuit 6 and the third selection circuit 7 by these outputs and the vertical address y and the projection angle signal output by the memory address generation circuit 46. The comparison is updated. That is, the above comparison or update is performed for all horizontal scanning lines with respect to captured images at all projection angles, so that all pixels are at the highest level through all captured images captured at each projection angle. Only the obtained luminance is stored in the luminance memory 41.
[0061]
In addition, since the angle selection memory 42 is provided with the fourth selection circuit 45 connected to the second comparison circuit 6, all the pixels are similarly imaged at each projection angle. Only the projection angle when the highest luminance is detected through all the captured images is stored in the angle coding memory 42.
[0062]
Then, the information of the completed angle coding memory 42 is output, and the three-dimensional shape is measured by the computer 100.
[0063]
(Calculation process of calculation means 4)
Here, the calculation processing method of the calculation means 4 will be described using simple examples shown in FIGS. 4 to 6, the description will be made assuming that the number of pixels of the CCD image sensor 31 of the camera 3 is 3 × 3 (horizontal direction × vertical direction). In addition, it is assumed that the recording areas of the luminance memory 41 and the angle encoding memory 42 are all reset to 0 before the measurement is started.
[0064]
Since the number of pixels in the horizontal direction is three, it is assumed that imaging is performed at the rotation angles θ0, θ1, and θ2 of the galvanometer mirror 23 in which the slit light R is imaged in units of pixels.
[0065]
First, the processing when the projection angle θ = θ0 will be described with reference to FIG. First, FIG. 4A shows an image captured by the CCD image sensor 31 of the slit light R when the projection angle θ = θ0. In the CCD image sensor 31, the horizontal direction indicates a horizontal address x (number assigned to pixels in order from the left in the figure), and the vertical direction indicates a vertical address y (number assigned to horizontal scanning lines in order from the top in the figure). And FIG. 4B shows the luminance memory 41 before update recording.
[0066]
In the output period of the horizontal scanning line of the CCD image sensor 31 with the vertical address y = 1, the detected brightness of each pixel is output in order, and the peak brightness is specified as 200 by the peak detector 5 by the end of the output period. The horizontal address x is specified as x = 1. Then, when the blanking period starts, the specified maximum luminance is compared with the recording luminance of the luminance memory 41, and then the maximum luminance is updated as the recording luminance (FIG. 4C). Simultaneously with the update of the luminance memory 41, the contents of the recording area of the horizontal address x = 1 and the vertical address y = 1 in the angle coding memory 42 are updated to the projection angle θ0 at that time (FIG. 4D). )).
[0067]
The same processing is performed for the vertical addresses y = 2 and y = 3 (FIGS. (E) and (F) show the update of the luminance memory 41 and the angle encoding memory 42 when y = 2. (G) and (H) show the update of the luminance memory 41 and the angle coding memory 42 when y = 3).
[0068]
Next, processing when the projection angle θ = θ1 will be described with reference to FIG. First, FIG. 5A shows an image captured by the CCD image sensor 31 of the slit light R when the projection angle θ = θ1. Based on this, as in the case of θ = θ0, the subsequent processing updates the luminance memory 41 for y = 1 (FIG. 5B) and updates the angle coding memory 42 (FIG. 5C )).
[0069]
Further, the same processing is performed for the vertical addresses y = 2 and y = 3 (FIGS. 4D and 4E show the update of the luminance memory 41 and the angle coding memory 42 when y = 2. (F) and (G) in the figure show the update of the luminance memory 41 and the angle coding memory 42 when y = 3).
[0070]
Finally, processing when the projection angle θ = θ2 will be described with reference to FIG. First, an image captured by the CCD image sensor 31 of the slit light R when the projection angle θ = θ2 is shown in FIG. Based on this, in the same manner as when θ = θ0, the subsequent processing is performed by updating the luminance memory 41 for y = 1 (FIG. 6B) and updating the angle coding memory 42 (FIG. 6C )).
[0071]
When the vertical address y = 2, the slit light is not irradiated on the CCD image sensor 31. Therefore, on the horizontal scanning line, light other than the slit light (for example, a slit irradiated on another part of the measurement object). Noise (reflected light or the like) is specified as the maximum luminance, but it is virtually impossible to exceed the luminance already recorded on the luminance memory 41, so that the detected luminance is updated on the luminance memory 41. There is no.
[0072]
Further, for the vertical address y = 3, the maximum luminance and the horizontal address x are specified, whereby the recording luminance on the luminance memory 41 and the projection angle on the angle encoding memory 42 are updated. (FIGS. 6D and 6E).
[0073]
Thereby, the processing of the picked-up images at all the projection angles is completed, and the angle coding memory 42 is completed. All the data in the angle encoding memory 42 is output to the computer 100.
[0074]
Further, from the output of the angle coding memory 42, the computer 100 calculates the distance h from one point on the surface of the measuring object S corresponding to the coordinates (x, y) of each pixel to the camera 3, and triangulation method. To create a distance image. That is, with reference to FIG. 2, the projection angle θ is specified for an arbitrary pixel from the data of the angle-coded image memory 101, and the slit light R position from the camera 3 is determined from the x component of the position coordinate of each pixel. Is specified (in FIG. 2, it is a right angle). Further, since the separation distance l between the camera 3 and the galvanometer mirror 23 is an existing value, it can be obtained from, for example, the distance h = 1 / sin θ / sin (α + θ).
[0075]
(Operation of this embodiment)
Hereinafter, the operation of the above-described three-dimensional shape measuring apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 7 to 11. 10 and 11 are flowcharts showing the operation of the present embodiment, and the operation is performed in the order shown here.
[0076]
The synchronization circuit 43 and the memory address creation circuit 46 synchronize the camera 3 and the irradiation mechanism 2, and the measurement object S is irradiated with the slit light R and imaged (step S1 in FIG. 10). With this synchronization, the slit light is imaged on the CCD image sensor 31 while changing the position for each pixel in the horizontal scanning line direction. FIG. 7A shows the slit light R imaged on the CCD image sensor 31. At this time, since the scanning range by the irradiation mechanism is divided into 256, and imaging is performed for each divided range, the light projection angle is represented by numbers 1 to 256 in the imaging order.
[0077]
First, in accordance with the captured image at the projection angle 1, luminance is output from the horizontal scanning line with scanning line number 1 in the arrangement order of the pixels on the scanning line. The output period in the horizontal scanning line is a period until the output from all the pixels on one horizontal scanning line is completed (step S2 in FIG. 10).
[0078]
FIG. 7B shows the luminance level detected from each pixel along the horizontal scanning line of scanning line number 1. According to this figure, the maximum luminance level is observed at the position x0 in the horizontal scanning line direction, and this can be regarded as slit light. Based on the captured image, the peak detector 5 detects the maximum luminance for each horizontal scanning line, and at the same time, detects the horizontal address of the pixel that outputs the maximum luminance based on the detection (FIG. 10). Step S3). The maximum brightness detected at this time is stored in the temporary brightness memory 51, and the horizontal address x is stored in the temporary position memory 81.
[0079]
Each of the above detections is continuously performed until the output period of one horizontal scanning line ends, and finally, the maximum luminance and the horizontal address are obtained based on the output of all the pixels for the horizontal scanning line, and the recording is performed. (Step S4 in FIG. 10).
[0080]
Then, when the output period shifts to the blanking period, the gates 91 and 92 of the temporary luminance memory 51 and the temporary position memory 81 are closed (step S5 in FIG. 10).
[0081]
Due to the closing of the gate 91, the maximum luminance in the horizontal scanning line of scanning line number 1 is output from the temporary luminance memory 51 to the second comparison circuit 6. The second comparison circuit 6 compares the detected maximum luminance with the luminance recorded at the address (x, y) = (x0, 1) in the luminance memory 41 (step S6 in FIGS. 8 and 10). S7). When the detected maximum luminance is higher, the recording luminance at the address (x0, 1) in the luminance memory 41 is updated to the detected maximum luminance value by the third selection circuit 7 (FIG. 10). Step S8).
[0082]
Since the luminance memory 41 at this time is initialized in advance before the start of measurement and the recording luminance is 0, the luminance memory 41 is normally updated if the luminance level of the slit light R is present. In addition, when the projection angle is advanced after 2, it is possible that the maximum luminance has already been updated for the same address by the detection by the captured image so far. If the brightness is high, it is updated.
[0083]
When the brightness memory 41 is updated, the projection angle 1 at that time is also recorded at the address (x, y) = (x0, 1) of the angle coding memory 42 (steps in FIGS. 9 and 10). S9).
[0084]
On the other hand, when the detected maximum luminance level is lower, the luminance memory 41 is not updated, and at the same time, the angle coding memory 42 is not recorded (step S10 in FIG. 10).
[0085]
Then, the above process is repeated for all the horizontal scanning lines for one slit light R (step S11 in FIG. 11). As a result, the position in the horizontal scanning line direction (horizontal address x) for the slit light at the projection angle 1 is recorded on the angle encoding memory 42.
[0086]
When the process is completed for one slit light, the imaging of the slit light at the next projection angle is performed, and the above process is repeated (step S12 in FIG. 11). Then, when the slit light processing at all projection angles is completed, the recording information in the angle coding memory 42 is output to the computer 100 as measurement data (step S13 in FIG. 11).
[0087]
Here, the angle-coded image is a code of each point (point detected by each pixel) on the surface of the measured measurement object S at a light projection angle when the point is irradiated with slit light. It has become. The computer 100 calculates and displays a three-dimensional shape based on the output from the angle coding memory 42 (step S14 in FIG. 10).
[0088]
(Effect of this embodiment)
In the present embodiment, the directions of the camera 3 and the laser light source 22 are set so that the horizontal scanning line of the CCD image sensor 31 intersects with the slit light R, so that each image in one captured image is set. The number of pixels that receive the slit light R on the scanning line is limited to one (only the pixel at the position where the scanning line and the slit light R intersect). On the other hand, light that becomes noise detected by the CCD image sensor 31 due to disturbance, irregular reflection of the measurement object S, or the like is usually lower in luminance than the slit light R. For this reason, the light receiving position of the slit light R on each scanning line coincides with the position of one pixel showing the maximum luminance.
[0089]
Therefore, the three-dimensional measuring apparatus 10 uses the peak detection unit 5 of the calculation unit 4 to process only one pixel position having the maximum luminance level on each horizontal scanning line as a slit light passing position. Therefore, it is possible to improve the accuracy of measurement without picking up low-brightness noise such as a difference in surface reflectance and background light.
[0090]
In addition, since the calculation means 4 includes the second comparison circuit 6 and the third selection circuit 7, a single slit light image that has already been captured is stored in the luminance memory 41 having a storage capacity for one screen. Another slit image can be newly captured from above. That is, it is possible to simultaneously record a plurality of captured images of slit light with different positions on the luminance memory 41 having a storage capacity for one screen. Therefore, it is possible to save memory.
[0091]
Specifically, the required memory is luminance resolution × 1 (temporary luminance memory 51), the number of pixels on one horizontal scanning line × 1 (temporary position memory 81), the number of pixels of one screen × luminance resolution × 1. Only one sheet (luminance memory 41) and the number of pixels of one screen × angle resolution × 1 sheet (angle coding memory 42) are required, and memory is saved. On the other hand, the conventional method requires at least a memory of light projection resolution × luminance resolution × number of pixels. Here, the light projection resolution is 256 if it is 8 bits, for example.
[0092]
Furthermore, since there is no memory having a large number of screens equal to the number of times of imaging as in the prior art, the processing time can be shortened. In addition, the detection of the maximum luminance in the horizontal scanning line and the detection of the horizontal address are performed almost simultaneously during the output period of one horizontal scanning line of the CCD image sensor 31, and a slight luminance memory is used during the blanking period. 41 and the angle encoding memory 42 are recorded and updated almost simultaneously (there is no rewriting to another memory after completion of one memory), so that the processing time can be further reduced as compared with the conventional case. It becomes possible.
[0093]
Here, embodiment mentioned above is only an example and does not limit the content of this invention. For example, the detection of the peak position in the scanning line may be performed by analog signal processing or digital signal processing. Further, instead of the galvanometer mirror 23 of the irradiation mechanism 2, a polygon mirror may be used.
[0094]
In the above embodiment, the luminance memory 41 is initialized in advance and the luminance level of the recording luminance of all addresses is set to 0. However, the present invention is not limited to this. For example, the luminance level of all recording luminances may be set to a predetermined numerical value lower than the luminance level of normal slit light (for example, the luminance level is about half that of slit light) by initialization.
[0095]
As described above, when the set luminance level of the recording luminance is not so high as to prevent recording of the detection luminance of the slit light, if there is a portion where the slit light is not irradiated, or the slit light is irradiated only darkly. If not, it is possible to prevent the noise from being selected and taken in (the noise is much lower than the brightness of the slit light and is about half the brightness of the slit light in advance as in the above example. Is input to the luminance memory 41, the luminance of noise less than this is not updated and recorded).
[0096]
(Comparison with comparative example)
In order to explain further effects of the three-dimensional shape measuring apparatus 10 more clearly, a comparative example will be given here and described in comparison with the comparative example.
[0097]
As shown in FIG. 12, the three-dimensional shape measuring apparatus 10A as a comparative example has the same configuration as the three-dimensional shape measuring apparatus 10 except for the calculation unit 4A. For this reason, description of this comparative example is limited to the calculation means 4A.
[0098]
This calculating means 4A receives the luminance (detected luminance) from the CCD image sensor 31 via the A / D conversion path 44A for digitizing the video signal from the camera 3, and detects the maximum luminance for each horizontal scanning line. A luminance memory 41A having a luminance storage area for each pixel of the CCD image sensor 31 and the luminance in the corresponding storage area recorded in the luminance memory and all the luminances output from the CCD image sensor 31. The luminance memory 41A is used only when the maximum luminance is detected by the second comparison circuit 6A for comparing the level with (recording luminance) and the peak detection unit 5A and the detected luminance is high by the second comparison circuit 6A. And an update unit 7A for updating the recording brightness of the inside.
[0099]
Further, the calculation means 4A includes a memory address generation circuit 46A for outputting horizontal information x, vertical address y, projection angle θ, etc. of luminance information (currently output) output from the CCD image sensor, and projection angles. The maximum luminance is detected by the position memory 42A for recording the horizontal address x of the pixel that outputs the maximum luminance on each scanning line and the peak detector 5A, and the detected luminance is higher than the recording luminance by the second comparison circuit 6A. And a third selection circuit 48A that updates the corresponding recording horizontal address in the position memory 42A only when it is determined that the position is determined.
[0100]
Further, the calculating means 4A includes an angle encoding memory 101A for rearranging the information in the position memory 42A after the completion of the position memory 42A and recording the projection angle for each address.
[0101]
The above-described peak detection unit 5A has the same configuration as that of the above-described peak detection unit 5, and sequentially compares the levels of all the detected luminances in one output period output from the CCD image sensor 31 to detect each detection. When the luminance becomes the maximum among the detected luminances output so far, this is output. Therefore, the maximum luminance detection signal is output a plurality of times during one output period, and only the maximum luminance detected last in the output period becomes the true maximum luminance. The same applies to the peak detector 5 described above.
[0102]
On the other hand, the third selection circuit 48A updates the position memory 42A based on the output of the first comparison circuit 54A and the output of the second comparison circuit 6A. At this time, in this comparative example, a problem occurred when multiple reflections occurred on the measuring object S.
[0103]
FIG. 13 shows the luminance output from the CCD image sensor. In this figure, symbol H is a horizontal synchronizing signal, and the interval between two horizontal synchronizing signals H is the output period of one horizontal scanning line. The symbol R in FIG. 13 is the luminance of the slit light, and this is usually detected and processed as the maximum luminance. The brightness due to the multiple reflection F appears adjacent to the slit light R. Since the brightness of the multiple reflection F is slightly lower than that of the slit light R, in the case shown in FIG. 13, the maximum brightness finally shown by the peak detectors 5 and 5A is the brightness of the slit light R. There will be no problem.
[0104]
However, when the surface shape of the measuring object S becomes complicated, this multiple reflection F is likely to occur. On the other hand, the slit light R itself may irradiate the depression and may not be detected by the horizontal scanning line. That is, when detecting the maximum luminance in one horizontal scanning line, only the multiple reflection F may be detected and the slit light R may not be detected. In this case, each of the peak detectors 5 and 5A detects the multiple reflection F as the maximum luminance, and the subsequent processing is performed.
[0105]
Here, in the comparative example, as described above, the third selection circuit 48A first updates the position memory 42A based on the outputs of the comparison circuit 53A and the second comparison circuit 6A. When detected as the maximum luminance, the horizontal address x of the multiple reflection F is recorded, and the horizontal address x of the true slit light R is not recorded.
[0106]
Since the position memory 42A records the horizontal address on each horizontal scanning line at each projection angle, the once recorded horizontal address is not updated thereafter. On the other hand, when imaging is performed at different projection angles, there may be a case where slit light is detected at the same address (the horizontal address and the vertical address are the same). In this case, the luminance of the address is updated in the luminance memory 41A. However, in the position memory 42A, only the horizontal address is written in the corresponding recording area, and the horizontal address of the multiple reflection F is still recorded.
[0107]
In such a case, when the rearrangement of the angle encoding memory 101A from the completed position memory 42A is performed, two light projection angles (the light projection angle at the time of detecting the multiple reflection F and the light projection at the time of detecting the slit light R) are placed on the same address. If the light projection angle of the multiple reflection F is selected, an incorrect distance calculation is performed for the address in later processing, resulting in noise. That is, in this comparative example, there was a problem that the influence of multiple reflection could not be sufficiently eliminated.
[0108]
On the other hand, in the present invention, since the pixel position detection unit 8 is provided and the horizontal address of the pixel that outputs the luminance set to the maximum luminance by the peak detection unit 5 is specified, the luminance is determined without using the position memory 42A as in the comparative example. Corresponding to the update of the memory 42, the angle coding memory 42 can be updated.
[0109]
For this reason, even if the luminance due to the multiple reflection F is updated in the luminance memory 41, the recording luminance at the same address in the luminance memory 41 is updated by the subsequent detection of the slit light R. The recording light projection angle of the conversion memory 42 is also updated from the light projection angle due to multiple reflection to the light projection angle due to the slit light, and is erased from the angle encoding memory 42, so that it cannot become noise in the subsequent processing. When the slit light R is detected for the same address prior to the multiple reflection F, the luminance memory 41 is updated because the luminance of the slit light R is higher than the luminance of the multiple reflection F. Therefore, of course, it is not possible to record in the angle coding memory 42.
[0110]
For this reason, the three-dimensional shape measuring apparatus 10 in the present embodiment can more effectively eliminate the influence of multiple reflections, and can measure the three-dimensional shape with higher accuracy.
[0111]
In addition, since the present embodiment includes the output synchronization unit 9, the maximum luminance and the horizontal address can be simultaneously output at a predetermined timing, and the subsequent update processing of the luminance memory and the angle coding memory is possible. Thus, it is possible to more precisely synchronize the maximum luminance and the horizontal address.
[0112]
In particular, since the output synchronizer 9 is configured to output during the blanking period, the processing of the second comparison circuit 6 and the third selection circuit 7 is performed only for the maximum luminance on one horizontal scanning line. As in the comparative example, it is not necessary to perform processing for a plurality of maximum luminances output in the middle of the output period, and unnecessary processing can be eliminated.
[0113]
Furthermore, since the position memory 42A is unnecessary in this embodiment, it is possible to reduce the memory accordingly. In the present embodiment, the temporary position memory 81 not provided in the comparative example is provided, but this recording capacity is equal to the number of horizontal pixels (256), while the position memory 42A has the number of scanning lines × light projection angle. Since the number of divisions is equal to the number of horizontal pixels (243 × 256 × 256), it can be said that sufficient memory saving is achieved as compared with the comparative example as a whole device.
[0114]
(Other examples of irradiation mechanism)
The irradiation mechanism 2 shown in the present embodiment is configured to perform scanning by rotating the light projecting direction, but is not particularly limited to this. For example, as shown in FIG. 14, an irradiation mechanism 2 </ b> B that performs scanning by linearly moving in parallel with the projection angle of the slit light being maintained in a fixed direction with respect to the measurement object S is provided in the three-dimensional shape measurement apparatus 10. It is good also as a structure provided.
[0115]
In this case, in order to perform a three-dimensional shape measuring device by obtaining the distance to each address by using the principle of triangulation as a function of the amount of movement from the light source reference position instead of the projection angle, the memory The address generation circuit 46 outputs the amount of movement of the light source in place of the projection angle signal, and the calculation means 4 directly corresponds to each pixel of the CCD image sensor 31 in place of the angle encoding memory 42. It is necessary to provide a linear displacement memory having a recording area for the movement amount in the moving direction.
[0116]
The fourth comparison circuit 45 corresponds to the pixel having the maximum luminance in accordance with the update of the luminance memory 42 based on the output of the second comparison circuit 6 and the output of the pixel position detection unit 8. The movement amount in the linear motion direction in the storage area of the linear motion displacement memory is updated.
[0117]
Even in such a configuration, it is possible to achieve the same effect as the three-dimensional shape measuring apparatus provided with the irradiation mechanism 2 described above.
[0118]
【The invention's effect】
In the present invention, the peak detection unit of the calculation means processes only one pixel position having the maximum luminance level on each horizontal scanning line as the passage position of the slit light. It is possible to improve measurement accuracy without picking up low luminance noise such as light.
[0119]
In addition, since the calculation means includes a comparison unit and an update unit, another slit image is newly captured from the already captured one slit light image into the luminance memory having a storage capacity for one screen. be able to. That is, the luminance memory can have a recording capacity for one screen, and the captured images of the plurality of slit lights whose positions have been changed can be simultaneously superimposed and recorded on the luminance memory. Thus, it is possible to save memory without requiring a memory having the number of screens equal to the number of times of imaging.
[0120]
Furthermore, since there is no memory having a large number of screens equal to the number of times of imaging as in the prior art, and the slit position is extracted simultaneously with the output of the video signal from the camera, the processing time can be shortened. .
[0121]
Furthermore, in the present invention, a pixel position detection unit is provided, and in order to specify the horizontal address of the pixel that outputs the maximum luminance by the peak detection unit, the maximum luminance is output at any pixel on the light receiving surface. Therefore, it is possible to simplify the subsequent three-dimensional shape measurement process.
[0122]
In particular, the irradiation mechanism is a scanning method by changing the projection angle, and the angle coding memory having a projection angle recording area corresponding to each pixel, and the projection light when the luminance memory is updated to the angle coding memory. When the second update unit for updating the angle is provided, the angle coding memory can be updated in conjunction with the update of the luminance memory. For example, the luminance due to multiple reflection is recorded in the luminance memory. In this case, the angle-coded memory can be updated in accordance with the brightness update by the true slit light, and the influence of multiple reflections can be eliminated, and the three-dimensional shape can be measured more accurately. It is.
[0123]
In the case of a configuration in which a temporary luminance memory is provided in the peak detection unit, a temporary position memory is provided in the pixel position detection unit, and an output synchronization unit is provided, the maximum luminance and its horizontal address are simultaneously set at a predetermined timing. The maximum luminance and the horizontal address can be more precisely synchronized in the subsequent process of updating the luminance memory or the angle coding memory.
[0124]
In particular, when the output synchronization unit is configured to output during the blanking period, the processing of the comparison unit, the first update unit, or the second update unit on the downstream side is performed for one horizontal scanning line. It is possible to speed up measurement by eliminating unnecessary processing.
[0125]
Further, even when the irradiation mechanism is a scanning method using the direct movement of slit light, the above-described effects can be improved.
[0126]
Since this invention is comprised and functions as mentioned above, according to this, the measurement apparatus of the outstanding three-dimensional shape which is not in the past can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
2 is an explanatory diagram illustrating a positional relationship between a camera and an irradiation mechanism disclosed in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a block diagram of calculation means disclosed in FIG. 1;
4A and 4B are explanatory diagrams showing a simplified configuration for explaining the operation of the calculation means. FIG. 4A shows a CCD image sensor that images the first slit light, and FIG. FIG. 4C shows a luminance memory that has been initialized, FIG. 4C shows a luminance memory that records the luminance in the first scanning line obtained by imaging the slit light in FIG. 4A, and FIG. 5 shows an angle-coded memory recorded based on the luminance memory of FIG. 4 (E) to 4 (H) show the state in which the luminance memory and the angle coding memory are recorded for each scanning line in the same manner.
5 is a continuation of FIG. 4 showing a simplified configuration for explaining the operation of the calculating means, and FIG. 5A shows a CCD image sensor that images the second slit light; 5 (B) shows a luminance memory in which the luminance in the first scanning line obtained by imaging the slit light in FIG. 5 (A) is recorded, and FIG. 5 (C) is based on the luminance memory in FIG. 5 (B). Shows the angle-coded memory recorded. 5D to 5G show a state in which the luminance memory and the angle coding memory are recorded for each scanning line in the same manner.
6 is a continuation diagram of FIG. 5 showing a simplified configuration for explaining the operation of the calculation means, and FIG. 6A shows a CCD image sensor that images the third slit light; 6B shows a luminance memory in which the luminance of the first scanning line obtained by imaging the slit light in FIG. 6A is recorded. FIG. 6C is based on the luminance memory in FIG. 6B. Shows the angle-coded memory recorded. 6D shows a luminance memory in which the luminance of the third scanning line is recorded, and FIG. 6E shows an angle-coded memory recorded based on the luminance memory in FIG. 6D.
7A is an explanatory view showing a CCD image sensor that picks up slit light, and FIG. 7B is an explanatory view showing outputs of pixels constituting a horizontal scanning line of scanning line number 1 in order. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a luminance memory that records the luminance in one pixel obtained by imaging the slit light in FIG.
9 is an explanatory diagram showing an angle-coded memory recorded based on the luminance memory of FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the present embodiment.
FIG. 11 is a continuation flowchart of FIG. 10 illustrating the operation of the present exemplary embodiment.
FIG. 12 is a block diagram of a calculation means of a comparative example for explaining the effect of the present embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing output of a luminance signal by slit light and multiple reflection.
FIG. 14 is a plan configuration diagram showing another example of an irradiation mechanism.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
2 Irradiation mechanism
3 Camera
4 Calculation means
5 Peak detector
6 Second comparison circuit (comparator)
7 Third selection circuit (first update unit)
8 Pixel position detector
10 Three-dimensional shape measuring device
31 CCD image sensor (receiver)
41 Luminance memory
42 Angle coded memory
45 Fourth selection circuit (second update unit)
51 Temporary brightness memory
81 Temporary position memory
R slit light
S Measurement object

Claims (6)

測定対象物に対してスリット光の走査を行う照射機構と、前記走査されるスリット光を複数回に分けて撮像するカメラと、複数の撮像画像から測定対象物の三次元画像データを算出する算出手段とを備える三次元形状の計測装置において、
前記カメラが、均一の間隔で羅列した無数の画素からなる複数の走査線を平行且つ平面状に配列してなる受光器を備えると共に、前記スリット光を前記各走査線に対して交差する向きから撮像し、
前記算出手段は、
前記受光器の各走査線ごとに前記各画素から出力される輝度の最大値を検出し特定するピーク検出部と、
前記ピーク検出部の検出に対応して，最大値の輝度を出力する前記画素について前記走査線上の位置を検出し特定する画素位置検出部と、
前記受光器の各画素に個別に対応する輝度の記録領域を有する輝度メモリと、
前記ピーク検出部に検出された輝度と前記画素位置検出部に検出された画素の位置に基づいて，前記輝度メモリの対応する画素の記録領域に記録された記録輝度との大小を比較する比較部と、
前記検出輝度が前記記録輝度よりも大きい場合に前記輝度メモリの記録輝度を前記検出輝度の値に更新する第一の更新部とを備え、
前記ピーク検出部は、
一つの走査線上で最大レベルとなる輝度のみを記録するとともに、該記録内容が一水平走査線ごとにクリアされる一時輝度メモリと、
前記各画素から出力される輝度と前記一時輝度メモリに記録された輝度とを比較し、いずれの輝度が高いかを出力する第一の比較回路と、
該第一の比較回路の出力に基づいていずれか高い方の輝度を選択し、前記一時輝度メモリ中の記録輝度を更新する第一の選択回路とを備えた、
ことを特徴とする三次元形状の計測装置。An irradiation mechanism that scans the measurement target with slit light, a camera that captures the scanned slit light in multiple steps, and a calculation that calculates three-dimensional image data of the measurement target from the plurality of captured images In a three-dimensional shape measuring device comprising means,
The camera includes a light receiver in which a plurality of scanning lines composed of innumerable pixels arranged in a uniform interval are arranged in parallel and in a plane, and the slit light is viewed from a direction intersecting the scanning lines. Image
The calculating means includes
A peak detector that detects and identifies the maximum value of luminance output from each pixel for each scanning line of the light receiver;
In response to detection by the peak detection unit, a pixel position detection unit that detects and identifies a position on the scanning line for the pixel that outputs the maximum luminance value;
A luminance memory having a luminance recording area individually corresponding to each pixel of the light receiver;
A comparison unit that compares the luminance detected by the peak detection unit with the recording luminance recorded in the recording area of the corresponding pixel of the luminance memory based on the pixel position detected by the pixel position detection unit When,
A first updating unit that updates the recording brightness of the brightness memory to the value of the detected brightness when the detected brightness is greater than the recorded brightness ;
The peak detector is
A temporary luminance memory that records only the maximum level of luminance on one scanning line and that clears the recorded content for each horizontal scanning line;
A first comparison circuit that compares the luminance output from each pixel with the luminance recorded in the temporary luminance memory and outputs which luminance is higher;
Selecting a higher luminance based on the output of the first comparison circuit, and a first selection circuit for updating the recording luminance in the temporary luminance memory,
A three-dimensional measuring device characterized by the above. 前記画素位置検出部は、
一つの走査線上で最大輝度を出力する画素の水平アドレスのみを記録するとともに、該記憶内容が一水平走査線ごとにクリアされる一時位置メモリと、
メモリアドレス作成回路から順次出力される各画素に対応する水平アドレスの内、前記第一の比較回路の出力により選択された最大輝度を出力する画素の水平アドレスを前記一時位置メモリに上書きする第二の選択回路とを備え、
前記ピーク検出部が一走査線上の最大輝度を検出する際に、同時に前記画素位置検出部は最大輝度を出力する画素の水平アドレスを検出する、
ことを特徴とする請求項１記載の三次元形状の計測装置。 The pixel position detector
A temporary position memory that records only the horizontal address of the pixel that outputs the maximum luminance on one scanning line, and that the stored content is cleared for each horizontal scanning line;
Of the horizontal address corresponding to each pixel sequentially output from the memory address generating circuit, the horizontal address of the pixel that outputs the maximum luminance selected by the output of the first comparison circuit is overwritten in the temporary position memory. And a selection circuit,
When the peak detection unit detects the maximum luminance on one scanning line, the pixel position detection unit simultaneously detects the horizontal address of the pixel that outputs the maximum luminance.
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1. 前記算出手段が、前記一時輝度メモリ中の前記最大値の輝度と前記一時位置メモリ中の前記走査線上の位置とを所定のタイミングで同時に出力させる出力同期部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の三次元形状の計測装置。2. The output synchronizer that outputs the luminance of the maximum value in the temporary luminance memory and the position on the scanning line in the temporary position memory simultaneously at a predetermined timing. Or the measuring apparatus of the three-dimensional shape of 2. 前記カメラが前記受光器としてＣＣＤ画像センサを有するＣＣＤカメラであると共に、前記ＣＣＤ画像センサが前記走査線単位で順番に検出輝度の出力を行い、
前記ピーク検出部及び前記画素位置検出部が、前記出力期間中に、その走査線中の輝度の最大値及びそれを出力する前記画素の位置の検出を行い、
前記出力同期部が、前記ＣＣＤ撮像センサの各走査線の検出輝度の出力期間と出力期間との間にある帰線期間中に、前記ピーク検出部及び前記画素位置検出部の出力を行うことを特徴とする請求項３記載の三次元形状の計測装置。The camera is a CCD camera having a CCD image sensor as the light receiver, and the CCD image sensor sequentially outputs detection luminance in units of the scanning lines.
The peak detection unit and the pixel position detection unit detect the maximum value of the luminance in the scanning line and the position of the pixel that outputs it during the output period,
The output synchronization unit performs output of the peak detection unit and the pixel position detection unit during a blanking period between an output period and an output period of detection luminance of each scanning line of the CCD image sensor. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3, wherein: 前記照射機構が、前記スリット光の投光角度を変化させて前記測定対象物に対して走査を行い、
前記算出手段が、前記各画素に個別に対応する，前記投光角度の記録領域を有する角度コード化メモリを備えると共に、
前記比較部と前記画素位置検出部との出力に基づいて、前記輝度メモリの更新に合わせて，前記最大値の輝度となる画素に対応する前記角度コード化メモリの記憶領域中の投光角度を更新する第二の更新部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元形状の計測装置。The irradiation mechanism performs scanning on the measurement object by changing a light projection angle of the slit light,
The calculation means includes an angle encoding memory having a recording area of the projection angle corresponding to each pixel individually,
Based on the outputs of the comparison unit and the pixel position detection unit, the projection angle in the storage area of the angle-coded memory corresponding to the pixel having the maximum luminance is adjusted in accordance with the update of the luminance memory. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a second updating unit for updating. 前記照射機構が、前記スリット光の投光角度を一定方向維持した状態で直動させて走査を行い、
前記算出手段が、前記各画素に個別に対応する，前記直動方向の移動量の記録領域を有する直動変位量メモリを備えると共に、
前記比較部と前記画素位置検出部との出力に基づいて、前記輝度メモリの更新に合わせて，前記最大値の輝度となる画素に対応する前記直動変位量メモリの記憶領域中の直動方向の移動量を更新する第二の更新部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元形状の計測装置。The irradiation mechanism performs scanning by linearly moving the projection angle of the slit light while maintaining a certain direction,
The calculating means includes a linear displacement memory having a recording area of the amount of movement in the linear motion direction, corresponding to each pixel individually;
Based on the outputs of the comparison unit and the pixel position detection unit, the linear motion direction in the storage region of the linear motion displacement memory corresponding to the pixel having the maximum luminance in accordance with the update of the luminance memory 5. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a second updating unit that updates the amount of movement.

Images