JP3952467B2

JP3952467B2 - 3D data extraction method and 3D data extraction apparatus

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Publication number: JP3952467B2
Application number: JP2003131634A
Authority: JP
Inventors: 利久高井; 敏鈴木; 曜三浦
Original assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Current assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004333371A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定領域内に配置された複数の物体の３次元形状を表す３次元データの中から、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出する３次元データ抽出方法および３次元データ抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、３次元形状測定装置を用いて測定した測定領域内に位置する複数の物体の３次元形状を表す３次元データの中から、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出することは行われていた（特許文献１参照）。この場合、測定によって得られた全ての３次元データを物体ごとの３次元データに分け、その後、前記分けた各３次元データが物体の特徴に合致するかを判定するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２４４７１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法では、全ての３次元データを物体ごとに分けることも、分けた各３次元データが物体の特徴に合致しているかを判定することも、多量の３次元データを処理しなければならないので、多大な処理時間を要するという問題がある。
【０００５】
【発明の概略】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、短い処理時間で、測定領域内に配置された複数の物体の３次元形状を表す３次元データの中から、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出する３次元データ抽出方法および３次元データ抽出装置を提供することにある。
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定領域内で少なくとも検出対象物体の含まれる可能性のある領域を単位ブロックずつに分割し、前記分割された領域内で所定数以上の３次元データを含む単位ブロックを抽出し、検出対象物体の含まれる可能性のある領域内で、検出対象物体を包含し得るとともに複数の単位ブロックを包含する探索ブロックを単位ブロックを単位として順次移動させ、各移動ごとに、探索ブロックに含まれかつ前記抽出した単位ブロックの数または分布を調べることにより、検出対象物体を包含する可能性のある探索ブロックの位置を検出し、かつ前記検出した位置の探索ブロック内に含まれる３次元データの中から、検出対象物体の形状に合致する３次元データを抽出するようにしたことにある。
【０００７】
この場合、検出対象物体を包含する探索ブロックの位置の検出においては、例えば、探索ブロックに含まれかつ抽出した単位ブロックの数が所定数以上であることを条件に、探索ブロックの位置を検出することができる。また、前記条件に代えまたは加えて、単位ブロックの分布に基づいて探索ブロックの位置を検出してもよい。例えば、検出対象物体が球体の場合には３次元形状測定装置の方向から平面的に見たときの単位ブロックの各列ごとの数が所定範囲内になっていることを条件に探索ブロックの位置を検出する。検出対象物体が球体以外の場合には、探索ブロックの中央部の平面内に抽出した単位ブロックが所定数以上直線的に連続し、または所定数以上楕円状に存在し、探索ブロックの周辺の各面において、抽出された単位ブロックが所定数以下であることを条件に、探索ブロック位置を抽出する。
【０００８】
また、検出対象物が球体以外で平板の表面に底面を合わせて置かれている場合には、単位ブロックを平板の上面を底面として単位ブロックを並べるとともに積み上げる。そして、検出対象物体が、立方体、直方体などの多面体や円柱であれば、高さ方向の各平面内において抽出された単位ブロックが所定数以上の直線状または円状に存在し、探索ブロックの上面において、抽出された単位ブロックの数が所定の範囲内にあることを条件に、探索ブロック位置を抽出する。検出対象物が、角錐や円錐であれば、高さ方向の各平面内において抽出された単位ブロックが上方向に向けて徐々に減少し、探索ブロックの上面において抽出された単位ブロックの数が所定数以下であることを条件に探索ブロック位置を抽出する。
【０００９】
上記のように構成した本発明においては、まず、測定領域内で少なくとも検出対象物体の含まれる可能性のある領域を単位ブロックずつに分割して、この分割された領域内で所定数以上の３次元データを含む単位ブロックを抽出する。この処理においては、単に３次元データの存在を確認するとともにその数を検出するだけでよいので、処理が簡単である。そして、次の段階では、検出対象物体の含まれる可能性のある領域内で探索ブロックを順次移動させながら、探索ブロックに含まれかつ前記抽出した単位ブロックの数または分布を調べることにより、検出対象物体を包含する可能性のある探索ブロックの位置を検出する。この処理では、前記抽出した単位ブロックの存在、およびその数または分布を調べるだけであるので、この処理も簡単である。そして、最後の段階では、３次元データが検出対象物体の形状に合致するかを判定するが、前記位置の検出された探索ブロック内に含まれる３次元データのみに基づく判定でよいので、判定処理すべき３次元データが少なく、この処理も短時間で済む。このような処理の結果、本発明によれば、短い処理時間で、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出することができるようになる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、さらに、検出対象物体の特徴を入力装置を用いて入力可能としたことにある。これによれば、検出対象物体を容易に設定できるようになる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、さらに、３次元探索ブロックの大きさを検出対象物体の大きさに応じて設定するようにしたことにある。これによれば、検出対象物体ごとに適切な大きさの３次元探索ブロックが設定されるので、処理すべき３次元データ量を適切に減少させることができ、処理時間をより的確に節約できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の適用される３次元画像システムの概略図である。
【００１３】
この３次元画像システムは、基台１０上に形成された測定対象空間に向けた３次元形状測定装置２０Ａを備えている。３次元形状測定装置２０Ａは、基台１０上に置かれ測定対象空間内に存在する複数の物体ＯＢの３次元表面形状を測定するもので、同測定結果を表す測定情報を出力する。
【００１４】
この３次元形状測定装置２０Ａとしては、物体ＯＢの３次元表面形状を測定するとともに同測定した３次元表面形状を表す信号を出力するものであれば、いかなる３次元形状測定装置をも利用できる。本実施形態においては、レーザ光を用いて３角測量法に従って物体の３次元表面形状を測定するものを簡単に紹介しておく。
【００１５】
この３次元形状測定装置においては、レーザ光源から物体に向けて出射されるレーザ光の進行方向にほぼ垂直な仮想平面を想定するとともに、同仮想平面上にて互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って分割した多数の微小エリアを想定する。そして、３次元形状測定装置は、前記多数の微小エリアにレーザ光を順次照射し、物体からの反射光によって前記微小エリアが規定する物体表面までの距離をＺ軸方向距離として順次検出して、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報を得て、同３次元形状測定装置に面した物体表面の形状を測定するものである。
【００１６】
したがって、この３次元形状測定装置は、出射レーザ光の向きをＸ軸方向に変化させるＸ軸方向走査器と、出射レーザ光の向きをＹ軸方向に変化させるＹ軸方向走査器と、物体表面にて反射された反射レーザ光を受光して物体表面までの距離を検出する距離検出器とを備えている。Ｘ軸方向走査器およびＹ軸方向走査器としては、レーザ光源からの出射レーザ光の光路をＸ軸方向およびＹ軸方向に独立に変化させ得る機構であればよく、例えばレーザ光源自体をＸ軸方向およびＹ軸方向の軸線回りに電動モータによって回転させたり、出射レーザ光の光路に設けられてその方向を変更するガルバノミラーをＸ軸方向およびＹ軸方向の軸線回りに電動モータによって回転させる機構を利用できる。距離検出器としては、前記出射レーザ光の光路に追従して回転し、物体表面にて反射された反射レーザ光を集光する結像レンズおよび同集光したレーザ光を受光するＣＣＤなどの複数の受光素子を一列に配置させたラインセンサからなり、ラインセンサによる反射レーザ光の受光位置によって物体表面までの距離を検出する機構を利用できる。
【００１７】
したがって、このような３次元形状測定装置は、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報として、Ｘ軸方向走査器による出射レーザ光の基準方向に対するＸ軸方向への傾きθx、Ｙ軸方向走査器による出射レーザ光の基準方向に対するＹ軸方向への傾きθy、および距離検出器による物体表面までの距離Ｌzとが、前記仮想したＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って分割した多数の微小エリアごとに出力される。より具体的には、Ｘ軸およびＹ軸方向への傾きθx，θyは、電動モータの基準位置からの回転角である。また、物体表面までの距離Ｌzは、ラインセンサにおける反射レーザ光の受光位置である。
【００１８】
この３次元形状測定装置２０Ａには、コントローラ３１および３次元画像処理装置３２が接続されている。コントローラ３１は、キーボードからなる入力装置３３からの指示にしたがって、３次元形状測定装置２０Ａの作動を制御する。また、コントローラ３１は、入力装置３３からの指示にしたがって３次元画像処理装置３２の作動を制御するとともに、同入力装置３３にて入力されたデータを３次元画像処理装置３２に供給する。
【００１９】
３次元画像処理装置３２は、コンピュータ装置によって構成されて図２の検出対象物体表示プログラムの実行により、３次元形状測定装置２０Ａからの３次元形状に関する３次元データを入力して、測定対象空間内に位置する検出対象物体に関する３次元データのみを抽出するとともに、同抽出した３次元データを用いて３次元画像データを生成する。この３次元画像処理装置３２には、表示装置３４が接続されている。表示装置３４は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどを備えており、３次元画像処理装置３２からの３次元画像データに基づいて測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を表示する。
【００２０】
次に、上記のように構成した３次元画像システムの動作について説明する。基台１０上には、複数の物体ＯＢが置かれているものとする。この状態で、ユーザは、入力装置３３を操作して３次元形状測定装置２０Ａによる測定を指示すると、同指示はコントローラ３１に伝達されて、コントローラ３１は３次元形状測定装置２０Ａに対して３次元形状の測定を指示する。これにより、３次元形状測定装置２０Ａは、基台１０上の複数の物体ＯＢの３次元形状すなわち測定対象空間内に位置する全ての物体ＯＢの３次元表面形状を測定し始める。そして、３次元形状測定装置２０Ａは、複数の物体ＯＢの３次元形状を表す３次元データを生成して、同３次元データを３次元画像処理装置３２に出力する。すなわち、複数の物体ＯＢの表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する３次元データ（具体的には、傾きθx，θyおよび距離Ｌz）を３次元画像処理装置３２に出力する。
【００２１】
３次元画像処理装置３２は、３次元形状測定装置２０Ａから出力された３次元データを入力する。この３次元データは、３次元形状測定装置２０Ａの特定位置を原点にしたＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する３次元データであり、各座標軸は図１に示す方向に設定されている。なお、平板状の基台１０上に球体以外の形状の物体が基台１０の上面に底面を合わせて置かれている場合には、後述する処理をより高速で行えるようにするため、３次元画像処理装置３２にて前記入力した３次元データを基台１０の表面の特定位置を原点としたＸ’,Ｙ’,Ｚ’座標に関する３次元データに変換してもよい。なお、このＸ’,Ｙ’,Ｚ’座標は、図１に示す方向に設定されている。この変換は、基台１０の前記特定位置に対する３次元形状測定装置２０Ａの前記特定位置の相対位置を表す情報（既知の情報）を、座標軸の移動および回転に関する変換式に適用することにより行われる。なお、３次元形状測定装置２０Ａにおいて、前記３次元データの変換が行われている場合には、同変換を３次元画像処理装置３２にて行わなくてもよい。
【００２２】
次に、ユーザは入力装置３３を操作することにより検出対象物体の３次元形状を表す３次元データの抽出を３次元画像処理装置３２に指示する。この指示に応答して、３次元画像処理装置３２は図２のステップＳ１０にて検出対象物体表示プログラムの実行を開始する。
【００２３】
プログラムの実行開始後、３次元画像処理装置３２は、ステップＳ１２にて検出対象物体の特徴の入力処理を実行する。この入力処理においては、表示装置３４に検出対象物体の特徴を入力する旨を表示して、ユーザに検出対象物体の特徴の入力を促す。ユーザが入力装置３３を操作して検出対象物体の特徴を入力すると、同入力情報は３次元画像処理装置３２に供給される。
【００２４】
この場合、検出対象物体が球体であれば、形状が球体であることを表すデータと、直径を表すデータを入力する。立方体、直方体などの多面体であれば、形状が特定の多面体であることを表すデータと、辺の長さを表すデータ（立方体の場合には１辺の長さを表すデータ、直方体の場合には２辺または３辺の長さを表すデータ）を入力する。円柱および円錐であれば、形状が円柱または円錐であることを表すデータと、直径および高さを表すデータを入力する。角錐であれば、形状が特定の角錐であることを表すデータと、底面の１辺の長さおよび高さを表すデータを入力する。なお、以前に入力された検出対象物体の特徴をひきつづき利用する場合には、このステップＳ１２の処理をスキップさせるとよい。
【００２５】
次に、３次元画像処理装置３２は、ステップＳ１４にて、前記入力された検出対象物体の特徴を表すデータを用いて、単位ブロックおよび探索ブロックのサイズ設定処理を実行する。単位ブロックは、検出対象物体の存在位置を特定するために探索ブロックを移動させる最小のブロックであり、本実施形態では立方体に形成されているが、直方体などの他の形状でもよい。また、この単位ブロックのサイズは、検出対象物体の一部が存在することを確認可能である程度に小さく設定される。探索ブロックは、検出対象物体をその内部に包含する位置を特定するために利用されるもので、本実施形態では立方体に形成されているが、直方体などの他の形状でもよい。また、この探索ブロックのサイズは、検出対象物体の全てを包含できるとともに、なるべく小さく設定される。ただし、この検出対象物体を包含できるとは、検出対象物体の一部でも含む単位ブロックの全てを含むことを意味する。
【００２６】
この単位ブロックおよび探索ブロックの寸法について、具体例を挙げて説明しておく。例えば、検出対象物体が直径２５mmの球体であれば、単位ブロックのサイズとして立方体の１辺の長さ４mmが設定されるとともに、探索ブロックのサイズとして立方体の１辺の長さ３２mmが設定される。これによれば、探索ブロックは８×８×８個の単位ブロックを含むこととなり、直径２５mmのうちの２４mmが６個の単位ブロックに完全に包含され、残りの１mmが１個または２個の単位ブロックに含まれることになる。図３は、単位ブロックと探索ブロックとの関係を斜視図により示している。なお、検出対象物体が球体でない場合も同様であり、検出対象物体の特徴によっては単位ブロックおよび探索ブロックとして、直方体を利用した方が効率的である場合もある。
【００２７】
次に、３次元画像処理装置３２は、ステップＳ１６にて探索領域のブロック化処理を実行する。この探索領域のブロック化処理は、測定対象領域内で検出対象物体の含まれる可能性のある領域を単位ブロックで分割する処理である。基本的には、物体ＯＢに関する３次元データに基づき、測定対象空間内のうち３次元データが存在する空間を単位ブロックで立体的に分割する。分割は、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ座標の各座標軸に沿って単位ブロックを並べていく方法で行う。図４は、図１の測定対象空間内に置かれた物体に関する３次元データに基づき、本処理を行った結果を示す２次元の概念図である。図４中、二点鎖線は測定対象空間の境界を示している。そして、分割後の各単位ブロックＢＬは、Ｘ,Ｙ,Ｚ方向の位置ｉ,ｊ,ｋを用いた座標(ｉ,ｊ,ｋ)によって表される。ただし、ｉ,ｊ,ｋの各値は整数である。
【００２８】
なお、３次元データを図１に示した基台１０の上面の特定位置を原点にしたＸ’，Ｙ’，Ｚ’座標に関する３次元データに変換した場合には、物体ＯＢに関する３次元データが存在する基台１０の上面を底面として単位ブロックを平面内にて並べるとともに、上方に単位ブロックを積んでいくように配置すればよい。そして、検出対象物体の高さを超える高さまで単位ブロックを配置すれば、物体ＯＢに関する３次元データが残っていても、それ以上の高さには単位ブロックを配置しなくてもよい。左右および前後方向においても、物体ＯＢに関する３次元データが存在しない位置には、単位ブロックを配置しなくてもよい。
【００２９】
次に、３次元画像処理装置３２は、ステップＳ１８にて、前記ステップＳ１６の処理によって分割した各単位ブロックごとに３次元データが所定個数以上あるかを調べる。そして、３次元データが所定個数以上ある単位ブロックを抽出する。図５(Ａ)〜(Ｃ)は、前述した検出対象物体を球体にした場合の例を採用して、抽出された単位ブロックを３次元形状測定装置２０Ａに視点をおいてＺ軸方向に見たときの概念図である。ただし、外枠は探索ブロックに対応しており、ハッチング部分が抽出された単位ブロックである。
【００３０】
次に、３次元画像処理装置３２は、ステップＳ２０にて、検出対象物体を含む可能性のある探索ブロック位置の検出処理を行う。この探索ブロック位置の検出処理においては、前記ステップＳ１６の処理により単位ブロックに分割した領域にて、前記ステップＳ１４の処理により設定した探索ブロックを単位ブロックを単位として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に順次移動させる。そして、各移動ごとに、移動後の探索ブロック内に含まれるとともに前記ステップＳ１８の処理によって抽出された単位ブロックの個数を計算する。前記単位ブロックの数が所定の範囲内であれば、該当する探索ブロック位置であるとして、同位置が検出される。図６の(Ａ)〜(Ｄ)は、この探索ブロックの移動の状態を２次元的に示す概念図である。
【００３１】
この場合、検出対象物体が球体であれば、３次元形状測定装置２０Ａと対向する側に位置して３次元データが得られる箇所と、３次元形状測定装置２０Ａと対向しない側に位置して３次元データが得られない箇所の割合は、ほぼ同じであるので、球体の直径が特定されれば、探索ブロック内に含まれる単位ブロックの数は設定される。その結果、図５(Ａ)に示す球体が検出対象物体であれば、図５(Ｂ)に示すような検出対象物体より直径の小さな球体を、単位ブロックの数が所定範囲外であるとして、除外することができる。
【００３２】
ただし、図５(Ｃ)に示すような検出対象物体より直径の大きな球体は、探索ブロックの位置によって抽出された単位ブロックの数が所定の範囲内になることがあるため、該当する探索ブロックの位置として検出される。また、検出対象物体が球体以外の場合には、３次元形状測定装置２０Ａと対向する側に位置して３次元データが得られる箇所と、３次元形状測定装置２０Ａと対向しない側に位置して３次元データが得られない箇所の割合は、物体の置かれ方により変化するため、探索ブロック内で抽出される単位ブロックの数が変化する。さらに、何種類かの形状の物体が置かれている場合には、検出対象物体の形状とは異なった形状の物体を、探索ブロック内に含まれる単位ブロックの数が所定の範囲内であるとして検出する可能性が高くなる。このため、３次元データを所定数以上含む単位ブロックの数に代えまたは加えて、同単位ブロックの分布に基づいて該当探索ブロック位置の抽出処理を行った方が検出対象外の物体を除外することができる。
【００３３】
例えば、検出対象物体が球体の場合には、図５のように探索ブロックを３次元形状測定装置２０Ａ側から見て（すなわち、Ｚ軸方向から見て）、Ｚ軸方向のいずれかの面で単位ブロックが抽出された箇所を、Ｘ，Ｙ軸の平面内で抽出された単位ブロックとして、Ｘ，Ｙ軸の平面の単位ブロック各列で抽出された数が設定数の範囲内であることを条件に、探索ブロック位置を検出すればよい。このようにすれば、図５(Ａ)が検出対象物体であれば、図５(Ｂ)(Ｃ)のような検出対象物体より直径の明らかに異なる球体は、Ｘ，Ｙ軸の平面の単位ブロック各列で抽出された数が設定数の範囲外であるとして除外することができる。
【００３４】
さらに、上記処理において検出された物体を、Ｘ，Ｙ軸の平面の単位ブロックにおける各列のＸ，Ｚ平面またはＹ，Ｚ平面内で抽出した単位ブロックが、円状に分布していることを条件にして追加の検出を行えば、円柱または円錐で直径が等しく、中心軸がＺ軸方向を向いているため検出されたものも除外することができる。また、検出対象物体が、球体以外の物体である場合には、探索ブロックの中央部の平面内に抽出した単位ブロックが所定数以上直線状または楕円状に連続して存在し、探索ブロックの周辺の各面において、抽出された単位ブロックが所定数以下であることを条件に、探索ブロック位置を抽出する。
【００３５】
なお、図１に示す基台１０の表面を底面として単位ブロックを平面内にて並べるとともに、上方に単位ブロックを積んでいくようにした場合には、検出対象物体が、立方体、直方体などの多面体や円柱であれば、高さ方向の各平面内において抽出された単位ブロックが所定数以上直線状または円状に存在し、探索ブロックの上面において、抽出された単位ブロックの数が所定の範囲内にあることを条件に、探索ブロック位置を抽出する。検出対象物が、角錐や円錐であれば、高さ方向の各平面内において抽出された単位ブロックが上方向に向けて徐々に減少し、探索ブロックの上面において抽出された単位ブロックの数が所定数以下であることを条件に探索ブロック位置を抽出する。
【００３６】
次に、３次元画像処理装置３２は、ステップＳ２２にて、前記ステップＳ２０の処理によって検出した位置の探索ブロック内に含まれる３次元データが、検出対象物体の形状に合致するか否かを判定し、合致すると判定したとき探索ブロック内の３次元データを抽出する３次元データ抽出処理を行う。
【００３７】
例えば、検出対象物体が球体であれば、該当する探索ブロック内の全ての３次元データ（Ｘ,Ｙ,Ｚ座標値）を、球体を表す式である下記数１の左辺のｘ,ｙ,ｚにそれぞれ代入し、最小２乗法を用いて未知数ａ,ｂ,ｃ,ｄを計算する。この場合、ａ,ｂ,ｃは、３次元データにより表された球体中心のＸ,Ｙ,Ｚ座標値をそれぞれ表し、ｄは球体の半径を表す。次に、前記該当する探索ブロック内の各３次元データ（Ｘ,Ｙ,Ｚ座標値）ごとに、同３次元データ（Ｘ,Ｙ,Ｚ座標値）と前記計算した値ａ,ｂ,ｃを下記数１に代入して、各３次元データごとに値ｄ（球体中心からの距離）を計算する。そして、前記計算した値ｄ（球の半径）と前記ステップＳ１２で入力した直径の半値（半径）との差が所定の判別値以内であり、かつ各３次元データの球体中心からの距離の偏差が所定の判別値以内であれば、前記探索ブロック内の３次元データは合致するとして、同３次元データを抽出する。一方、前記差または偏差が所定の判別値以内でなければ、前記探索ブロック内の３次元データは合致しないとして、同３次元データを抽出しない。
【００３８】
【数１】
(ｘ−ａ)²＋(ｙ−ｂ)²＋(ｚ−ｃ)²−ｄ²＝０
【００３９】
次に、検出対象物体が、立方体、直方体などの多面体、または角錐である場合について説明する。この場合、検出対象物体の１つの平面に関する３次元データの抽出のために、３次元形状測定装置２０Ａに最も近い点を表す３次元データとその付近の点を表す３次元データ（Ｘ,Ｙ,Ｚ座標値）を、平面の式である下記数２の左辺のｘ,ｙ,ｚにそれぞれ代入し、最小２乗法を用いて未知数ａ,ｂ,ｃ,ｄを計算する。次に、この計算した未知数ａ,ｂ,ｃ,ｄを用いた下記数２によって表された平面と、前記代入した各３次元データとを用いて、各３次元データにより表された点から前記平面までの距離をそれぞれ計算する。そして、前記計算した全ての距離が所定の判別値以内であれば、これらの全ての３次元データを含む平面を定義する。一方、前記計算した全ての距離が所定の判別値以内でなければ、前記平面の計算に利用した３次元データとは異なる位置にある点およびその近傍の点をそれぞれ表す複数の３次元データを用いて、前記と同様な平面の定義に関する処理を行う。これらの処理を平面が定義されるまで繰り返し行う。なお、前記計算した全ての距離が所定の判別値以内でなくても、判別値以内でない距離が極めて少数であれば、判別値以内でない距離に関する３次元データを除いて平面を定義するようにしてもよい。
【００４０】
【数２】
ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋ｄ＝０
【００４１】
そして、平面が定義されれば、該当する探索ブロック内の他の３次元データによって表された点と前記数２によって表された平面までの距離を計算して、この距離が所定の判別値以内の点に関する３次元データを前記平面内にあるものとして取得する。次に、前記平面を定義するために利用した３次元データおよび同平面内にあるものとして取得された点に関する３次元データの中から、平面の周辺に対応する３次元データを取得して、同取得した３次元データを用いて平面の１辺の長さを計算する。そして、この計算した１辺の長さと、前記ステップＳ１２の処理時に検出対象物体の特徴として入力した１辺の長さとの差を計算して、この計算した差が所定の判別値以内であれば、前記探索ブロック内の３次元データは合致する可能性があると判定して、後述する他の平面の定義を行う。一方、前記差が所定の判別値以内でなければ、前記探索ブロック内の３次元データは合致しないとして、同３次元データを破棄する。この場合、該当探索ブロック内には、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データが存在しないことになる。
【００４２】
前記のようにして可能性があると判定した場合には、該当する探索ブロック内の取得されていない３次元データに関しても、他の平面に関する３次元データの取得のために、前記のような平面に関する３次元データの取得処理を実行する。この他の平面に関しては、最初の平面とのなす角度（例えば、立方体または直方体の隣り合う２面間であれば９０度）と、前記定義した平面の周辺に対応する３次元データとを用いて平面を定義して、同定義した平面に属する点を表す３次元データを取得する。そして、取得した３次元データの中から、前記と同様に、平面の周辺に対応する３次元データを取得して、同取得した３次元データを用いて平面の１辺の長さを計算する。そして、この計算した１辺の長さと前記ステップＳ１２の処理時に検出対象物体の特徴として入力した１辺の長さとの差を計算して、この計算した差が所定の判別値以内であれば、前記探索ブロック内の３次元データは合致すると判定する。
【００４３】
なお、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データの１回目の取得に関しては、検出対象物体が立方体または直方体で基台１０の上面に裏面を合わせて置かれている場合には、３次元形状測定装置２０Ａに最も近い点を含み、基台１０の上面に平行な平面の式を定義し、この式に該当する探索ブロック内の全ての３次元データを適用して、前記平面よりの距離が判別値以内にある３次元データを取得するようにしてもよい。
【００４４】
さらに、類似の３次元形状の物体が多数あるときは、定義した平面の式より、平面と平面が交わる角度（物体が基台１０の上面に裏面を合わせて置かれているときには、基台１０の上面と平面が交わる角度を加えてもよい）を計算し、この角度と検出対象物体の特徴によって定まる角度との差が判別値以内であるかを、検出対象物体に関する３次元データを取得するための判定条件に加えるとよい。
【００４５】
次に、検出対象物体が、円柱または円錐である場合について説明する。この場合、該当する探索ブロック内に円柱または円錐の中心線に垂直な平面をいくつか想定し、同各平面ごとに平面内に属する点を表す３次元データを前記平面の座標データに変換した後、円の式である下記数３に適用して、最小２乗法により前記数３の未知数ａ,ｂ,ｄを計算する。
【００４６】
円柱の中心線に垂直な平面は、円柱内の平面である箇所（上面または底面）の３次元データを、立方体、直方体などの多面体の場合と同様な方法で抽出し、抽出した３次元データを含む平面を定義して、この平面に平行な面を想定すればよい。また、円錐の中心線に垂直な平面は、抽出された単位ブロックの数が減少する方向にほぼ平行で単位ブロックが最も減少した箇所を含み、かつＺ軸方向（３次元形状測定装置２０Ａの方向）にほぼ平行な平面と、この平面と平行な平面を定義し、この面内において、単位ブロックの数が減少する方向とは逆方向で３次元データが途切れる点または３次元データが角度を形成する点（すなわち、円錐の底面の円周上にある点）を抽出し、この点を含む平面を定義して、この平面に平行な面を想定すればよい。なお、円柱または円錐が基台１０の上面に底面を合わせて置かれている場合には、上記のような処理は必要なく、基台１０の上面に平行な平面を想定すればよい。
【００４７】
【数３】
(ｘ−ａ)²＋(ｙ−ｂ)²−ｄ²＝０
【００４８】
次に、前記各平面内にあった全ての３次元データによって表された点と、前記計算した値ａ,ｂとを用いて、前記全ての３次元データに対応した点から前記数３によって定義される円の中心（値ａ，ｂによって定義される）までの距離をそれぞれ計算する。そして、この計算した全ての距離の偏差を計算し、検出対象物体が円柱の場合には前記計算した値ｄと、前記ステップＳ１２で入力した直径の半値（半径）との差が所定の判別値以内であり、かつ前記偏差が所定の判別値以内であるとき、円が定義され、探索ブロック内の３次元データは合致する可能性があると判定される。また、検出対象物体が円錐の場合には、前記計算した値ｄが前記ステップＳ１２で入力した直径の半値（半径）以下であり、かつ前記偏差が所定の判別値以内であるとき、円が定義され、探索ブロック内の３次元データは合致する可能性があると判定される。一方、前記計算した値ｄおよび偏差が所定の判別値以内でなければ、前記探索ブロック内の３次元データは合致しないとして同３次元データを破棄する。この場合、該当する探索ブロック内には、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データが存在しないことになる。
【００４９】
また、円柱の場合には、各平面における円の中心の座標を、各平面の式により３次元データに変換し、この３次元データを含む直線を定義し、この直線を含み、Ｚ軸方向（３次元形状測定装置２０Ａの方向）にほぼ平行な平面を定義する。この平面内に含まれる３次元データから、先に抽出した円柱の平面箇所（上面または底面）に含まれる３次元データを除き、残りの直線状になっている３次元データから長さ（すなわち、円柱の高さ）を計算する。この計算した高さと、前記ステップＳ１２の処理時に検出対象物体の特徴として入力した高さの差を計算して、この計算した差が所定の判別値以内であれば、前記探索ブロック内の３次元データは合致すると判定する。なお、円柱が基台１０の上面に底面を合わせて置かれている場合には、高さを計算するために、上記のような処理は必要なく、基台１０の上面の３次元データを含む平面の式と前記定義した円柱の上面の３次元データを含む平面の式とから、２つの平面の間隔を計算すればよい。
【００５０】
また、円錐の場合には、前記想定した複数の平面から１つの平面を任意に選定し、その他の各平面ごとに、計算で求められた値ｄ（円の半径）と前記選定された平面における値ｄ（円の半径）の差を、前記選定された平面からの距離で除算した値を計算し、各平面ごとの前記値と、前記ステップＳ１２の処理時に入力した直径の半値（半径）を同入力した高さで除算した値との差が所定の判別値以内であれば、前記探索ブロック内の３次元データは合致する可能性があると判定し、後述する高さによる判別を行う。計算した差が所定の判別値以内でなければ、前記探索ブロック内の３次元データは合致しないとして同３次元データを破棄する。この場合、該当探索ブロック内には、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データが存在しないことになる。
【００５１】
円錐の高さは、前記想定した平面の中の任意の２平面における値ｄ（円の半径）と前記２平面の間隔より円錐の頂点から前記２平面までの距離が計算されるので、この距離に前記２平面と前記で定義した円錐の底面の間隔を加算すれば求めることができる。求めた高さと、前記ステップＳ１２の処理時に検出対象物体の特徴として入力した高さとの差を計算して、この計算した差が所定の判別値以内であれば、前記探索ブロック内の３次元データは合致すると判定する。なお、円錐が基台１０の上面に底面を合わせて置かれている場合には、高さを計算するために、円錐の底面の代わりに基台１０の上面を用いればよい。
【００５２】
前記ステップＳ２２の３次元データの抽出処理後、３次元画像処理装置３４は、ステップＳ２４にて前記抽出した３次元データを用いて検出対象物体の形状を表す３次元画像データを生成して表示装置３４に出力する。そして、ステップＳ２６にてこの検出対象物体表示プログラムの実行を終了する。表示装置３４は、前記入力した画像データにより表された画像を表示するので、検出対象物体の３次元画像が表示装置３４に表示される。
【００５３】
上記作動説明からも理解できるとおり、上記実施形態によれば、検出対象物体表示プログラムの実行により、３次元形状測定装置２０Ａを用いて測定した測定領域内に位置する複数の物体ＯＢの形状を表す３次元データの中から、特定の検出対象物体の形状を表す３次元データが抽出される。
【００５４】
そして、このプログラムにおいては、上記ステップＳ１６，Ｓ１８の処理により、測定領域内で少なくとも検出対象物体の含まれる可能性のある領域が単位ブロックずつに分割されて、単位ブロックの大きさずつに分割された領域内で所定数以上の３次元データを含む単位ブロックが抽出される。また、上記ステップＳ２０の処理により、検出対象物体の含まれる可能性のある領域内で探索ブロックが順次移動しながら、探索ブロックに含まれかつ前記抽出した単位ブロックの数または分布を調べることにより、検出対象物体を包含する可能性のある探索ブロックの位置が検出される。そして、上記ステップＳ２２の処理により、３次元データが検出対象物体の形状に合致するかが判定される。その結果、上記実施形態によれば、処理すべきデータ量を少なくすることができ、短い処理時間で、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出することができるようになる。
【００５５】
また、上記ステップＳ１２の処理により、検出対象物体の特徴を入力装置３３を用いて任意に入力可能としたので、検出対象物体を容易に設定できるようになる。さらに、上記ステップＳ１４の処理により、３次元探索ブロックの大きさが検出対象物体の大きさに応じて自動的かつ適切に設定されるので、処理すべき３次元データ量を適切に減少させることができ、処理時間をより的確に節約できるようになる。
【００５６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態においては、図２のステップＳ１２，Ｓ１４において、検出対象物体の特徴、単位ブロックおよび探索ブロックのサイズを設定するようにした。しかし、これに代えて、予め設定されている検出対象物体の特徴、単位ブロックおよび探索ブロックのサイズをそのまま利用する場合には、これらのステップＳ１２，Ｓ１４の処理は不要である。
【００５８】
また、上記ステップＳ１６の探索領域のブロック化処理においては、物体ＯＢの存在しない連続領域、すなわち物体ＯＢに関する３次元データの含まれない連続領域を単位ブロックによる分割領域外とした。しかし、測定対象領域全体に渡って物体ＯＢが存在しているような場合には、測定対象領域の全領域に渡って単位ブロックによる分割を行うようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態においては、１つの３次元形状測定装置２０Ａを用いて全ての物体ＯＢを同時に３次元測定して、同３次元測定によって得られた３次元データの中から検出対象物体に関する３次元データを単に抽出する３次元形状測定システムに本発明を適用した。しかし、本発明は、図７に示すように複数の３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを用いた多視点形状測定において、各視点での３次元データを同一の座標系の３次元データに変換する変換パラメータを計算するために適用すると有効である。
【００６０】
すなわち、複数の３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによりそれぞれ測定した複数の物体ＯＢに関する複数組の３次元データを取得し、各組ごとに、同一の検出対象物体に関する３次元データを取出すとともに、同取出した３次元データに基づいて検出対象物体の特定点を表す３次元データを計算し、同計算した各特定点を表す３次元データを同一の基準座標系に変換するための変換パラメータを計算する。そして、この計算した変換パラメータを用いて、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにより取得した各３次元データを前記基準座標系の３次元データに変換すれば、多視点による３次元測定結果を１つの基準座標系として扱うことができるようになる。
【００６１】
また、上記実施形態においては、基台１０上の載置した物体ＯＢに対して３次元測定する３次元形状測定システムに本発明を適用した例について説明した。しかし、これに代えて、本発明を、生産ライン、検査ラインなどの各種ライン上を次々に移動する物体の立体形状を次々に測定するようにした３次元形状測定にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元形状測定システムの概略図である。
【図２】図１の３次元画像処理装置によって実行される検出対象物体表示プログラムのフローチャートである。
【図３】検出対象物体、単位ブロックおよび探索ブロックを立体的に示す概念図である。
【図４】探索領域を２次元的に示す概念図である。
【図５】 (Ａ)〜(Ｃ)は、探索ブロックと抽出された単位ブロックの関係を２次元的に示す概念図である。
【図６】 (Ａ)〜(Ｄ)は、探索領域内における探索ブロックの移動を２次元的に示す概念図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る３次元形状測定システムの概略図である。
【符号の説明】
１０…基台、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…３次元形状測定装置、３１…コントローラ、３２…３次元画像処理装置、３３…入力装置、３４…表示装置、ＯＢ…物体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional data extraction method and three-dimensional data extraction method for extracting three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a detection target object from three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a plurality of objects arranged in a measurement region. The present invention relates to a data extraction apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a detection target object is extracted from three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a plurality of objects located in a measurement region measured using a three-dimensional shape measuring apparatus. This has been done (see Patent Document 1). In this case, all the three-dimensional data obtained by the measurement are divided into three-dimensional data for each object, and then it is determined whether each of the divided three-dimensional data matches the feature of the object.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-244714
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional method, it is possible to divide all three-dimensional data for each object, to determine whether each divided three-dimensional data matches the characteristics of the object, or to process a large amount of three-dimensional data. Therefore, there is a problem that a great deal of processing time is required.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has been made to address the above-described problems, and its object is to detect a target object from three-dimensional data representing the three-dimensional shape of a plurality of objects arranged in a measurement region in a short processing time. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional data extraction method and a three-dimensional data extraction apparatus for extracting three-dimensional data representing the three-dimensional shape.
[0006]
In order to achieve the above object, the present invention is characterized by dividing at least a region in which a detection target object may be included in a measurement region into unit blocks, and a predetermined number of 3 or more in the divided region. Extract unit blocks including dimensional data, and sequentially move the search block that can include the detection target object and include multiple unit blocks within the area where the detection target object may be included. For each movement, by detecting the number or distribution of the extracted unit blocks included in the search block and detecting the position of the search block that may include the detection target object, That is, three-dimensional data that matches the shape of the detection target object is extracted from the three-dimensional data included in the search block.
[0007]
In this case, in detecting the position of the search block including the detection target object, for example, the position of the search block is detected on the condition that the number of extracted unit blocks included in the search block is equal to or greater than a predetermined number. be able to. Further, instead of or in addition to the above condition, the position of the search block may be detected based on the distribution of unit blocks. For example, when the detection target object is a sphere, the position of the search block on condition that the number of unit blocks for each column when viewed in a plane from the direction of the three-dimensional shape measuring apparatus is within a predetermined range. Is detected. When the detection target object is other than a sphere, the unit blocks extracted in the central plane of the search block are linearly continuous for a predetermined number or more, or exist in an elliptical shape for a predetermined number or more. On the surface, the search block position is extracted on condition that the number of extracted unit blocks is not more than a predetermined number.
[0008]
In addition, when the detection target is other than a sphere and the bottom surface is placed on the surface of the flat plate, the unit blocks are stacked and stacked with the upper surface of the flat plate as the bottom surface. If the object to be detected is a polyhedron such as a cube or a rectangular parallelepiped, or a cylinder, the unit blocks extracted in each plane in the height direction are present in a predetermined number or more in a straight line or a circle, and the upper surface of the search block The search block position is extracted on the condition that the number of extracted unit blocks is within a predetermined range. If the detection target is a pyramid or a cone, the unit blocks extracted in each plane in the height direction gradually decrease upward, and the number of unit blocks extracted on the upper surface of the search block is predetermined. The search block position is extracted on condition that the number is less than or equal to the number.
[0009]
In the present invention configured as described above, first, at least a region that may contain the detection target object is divided into unit blocks in the measurement region, and a predetermined number of 3 or more is divided in the divided region. Extract unit blocks containing dimensional data. This process is simple because it is only necessary to confirm the presence of the three-dimensional data and to detect the number thereof. Then, in the next stage, by sequentially moving the search block within the area where the detection target object may be included, the number or distribution of the extracted unit blocks included in the search block is examined, thereby detecting the detection target. A position of a search block that may include an object is detected. This process is simple because only the existence and the number or distribution of the extracted unit blocks are examined. In the last stage, it is determined whether or not the three-dimensional data matches the shape of the detection target object. However, since the determination may be based on only the three-dimensional data included in the search block where the position is detected, the determination process There is little 3D data to be processed, and this process can be completed in a short time. As a result of such processing, according to the present invention, three-dimensional data representing the three-dimensional shape of the detection target object can be extracted in a short processing time.
[0010]
Further, another feature of the present invention is that the feature of the detection target object can be input using an input device. According to this, it becomes possible to easily set the detection target object.
[0011]
Another feature of the present invention is that the size of the three-dimensional search block is set in accordance with the size of the detection target object. According to this, since a three-dimensional search block having an appropriate size is set for each detection target object, the amount of three-dimensional data to be processed can be appropriately reduced, and the processing time can be saved more accurately. become.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional image system to which the present invention is applied.
[0013]
This three-dimensional image system includes a three-dimensional shape measuring device 20A directed toward a measurement target space formed on the base 10. The three-dimensional shape measuring apparatus 20A measures the three-dimensional surface shape of a plurality of objects OB placed on the base 10 and existing in the measurement target space, and outputs measurement information representing the measurement results.
[0014]
As the three-dimensional shape measuring apparatus 20A, any three-dimensional shape measuring apparatus can be used as long as it measures the three-dimensional surface shape of the object OB and outputs a signal representing the measured three-dimensional surface shape. In the present embodiment, a brief description will be given of measuring a three-dimensional surface shape of an object according to a triangulation method using laser light.
[0015]
In this three-dimensional shape measuring apparatus, a virtual plane that is substantially perpendicular to the traveling direction of laser light emitted from a laser light source toward an object is assumed, and an X-axis direction and a Y-axis that are orthogonal to each other on the virtual plane. Assume a large number of minute areas divided along the direction. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus sequentially irradiates the plurality of minute areas with laser light, sequentially detects the distance to the object surface defined by the minute areas by reflected light from the object as a Z-axis direction distance, Information on X, Y, and Z coordinates representing each divided area position obtained by dividing the surface of the object into minute areas is obtained, and the shape of the object surface facing the three-dimensional shape measuring apparatus is measured.
[0016]
Accordingly, the three-dimensional shape measuring apparatus includes an X-axis direction scanner that changes the direction of the emitted laser light in the X-axis direction, a Y-axis direction scanner that changes the direction of the emitted laser light in the Y-axis direction, and an object surface. And a distance detector for detecting the distance to the object surface by receiving the reflected laser beam reflected by the. The X-axis direction scanner and the Y-axis direction scanner may be any mechanism that can change the optical path of the laser beam emitted from the laser light source independently in the X-axis direction and the Y-axis direction. Rotating around the axis in the direction and the Y-axis direction by an electric motor, or rotating the galvanometer mirror provided in the optical path of the emitted laser light and changing the direction around the axes in the X-axis direction and the Y-axis direction by the electric motor Can be used. As the distance detector, a plurality of imaging lenses such as an imaging lens that condenses the reflected laser light reflected on the object surface and rotates following the optical path of the emitted laser light, and a CCD that receives the condensed laser light are used. It is possible to use a mechanism for detecting the distance to the object surface based on the light receiving position of the reflected laser beam by the line sensor.
[0017]
Therefore, such a three-dimensional shape measuring apparatus uses the reference direction of the laser beam emitted by the X-axis direction scanner as information on the X, Y, and Z coordinates representing the divided area positions obtained by dividing the surface of the object into minute areas. The inclination θx in the X-axis direction with respect to the angle, the inclination θy in the Y-axis direction with respect to the reference direction of the laser beam emitted by the Y-axis direction scanner, and the distance Lz to the object surface by the distance detector are the virtual X-axis direction. And output for each of a large number of minute areas divided along the Y-axis direction. More specifically, the inclinations θx and θy in the X-axis and Y-axis directions are rotation angles from the reference position of the electric motor. Further, the distance Lz to the object surface is the light receiving position of the reflected laser beam in the line sensor.
[0018]
A controller 31 and a three-dimensional image processing device 32 are connected to the three-dimensional shape measuring device 20A. The controller 31 controls the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus 20A in accordance with an instruction from the input device 33 including a keyboard. Further, the controller 31 controls the operation of the three-dimensional image processing device 32 in accordance with an instruction from the input device 33 and supplies data input by the input device 33 to the three-dimensional image processing device 32.
[0019]
The three-dimensional image processing device 32 is configured by a computer device and inputs the three-dimensional data related to the three-dimensional shape from the three-dimensional shape measuring device 20A by executing the detection target object display program of FIG. Only the three-dimensional data related to the detection target object located at the position is extracted, and three-dimensional image data is generated using the extracted three-dimensional data. A display device 34 is connected to the three-dimensional image processing device 32. The display device 34 includes a liquid crystal display, a plasma display, a CRT display, and the like, and displays a three-dimensional image of an object located in the measurement target space based on the three-dimensional image data from the three-dimensional image processing device 32.
[0020]
Next, the operation of the three-dimensional image system configured as described above will be described. It is assumed that a plurality of objects OB are placed on the base 10. In this state, when the user operates the input device 33 to instruct measurement by the three-dimensional shape measuring apparatus 20A, the instruction is transmitted to the controller 31, and the controller 31 performs three-dimensional measurement on the three-dimensional shape measuring apparatus 20A. Instruct measurement of shape. Thereby, the three-dimensional shape measuring apparatus 20A starts measuring the three-dimensional shapes of the plurality of objects OB on the base 10, that is, the three-dimensional surface shapes of all the objects OB located in the measurement target space. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus 20A generates three-dimensional data representing the three-dimensional shapes of the plurality of objects OB and outputs the three-dimensional data to the three-dimensional image processing apparatus 32. That is, three-dimensional image processing is performed on three-dimensional data (specifically, inclinations θx, θy, and distance Lz) regarding X, Y, and Z coordinates representing the divided area positions obtained by dividing the surface of a plurality of objects OB into minute areas. Output to the device 32.
[0021]
The three-dimensional image processing device 32 inputs the three-dimensional data output from the three-dimensional shape measuring device 20A. This three-dimensional data is three-dimensional data related to X, Y, Z coordinates with the specific position of the three-dimensional shape measuring apparatus 20A as the origin, and each coordinate axis is set in the direction shown in FIG. When an object having a shape other than a sphere is placed on the flat base 10 with the bottom face aligned with the upper surface of the base 10, a three-dimensional process is performed so that processing described later can be performed at higher speed. The input three-dimensional data may be converted into three-dimensional data related to the X ′, Y ′, and Z ′ coordinates with the specific position on the surface of the base 10 as the origin by the image processing device 32. The X ′, Y ′, and Z ′ coordinates are set in the directions shown in FIG. This conversion is performed by applying information (known information) indicating the relative position of the specific position of the three-dimensional shape measuring apparatus 20A with respect to the specific position of the base 10 to a conversion formula relating to movement and rotation of the coordinate axes. . In the three-dimensional shape measuring apparatus 20A, when the three-dimensional data is converted, the three-dimensional image processing apparatus 32 may not perform the conversion.
[0022]
Next, the user operates the input device 33 to instruct the 3D image processing device 32 to extract 3D data representing the 3D shape of the detection target object. In response to this instruction, the three-dimensional image processing device 32 starts executing the detection target object display program in step S10 of FIG.
[0023]
After starting the execution of the program, the three-dimensional image processing device 32 executes a process for inputting the feature of the detection target object in step S12. In this input process, the display device 34 displays that the feature of the detection target object is input, and prompts the user to input the feature of the detection target object. When the user operates the input device 33 to input the characteristics of the detection target object, the input information is supplied to the three-dimensional image processing device 32.
[0024]
In this case, if the detection target object is a sphere, data indicating that the shape is a sphere and data indicating the diameter are input. If it is a polyhedron such as a cube or a cuboid, data indicating that the shape is a specific polyhedron and data indicating the length of a side (in the case of a cube, data indicating the length of one side, in the case of a cuboid) Data representing the length of two or three sides). In the case of a cylinder and a cone, data indicating that the shape is a cylinder or a cone and data indicating a diameter and a height are input. In the case of a pyramid, data indicating that the shape is a specific pyramid and data indicating the length and height of one side of the bottom surface are input. In addition, when the feature of the detection target object input before is used continuously, the process of step S12 may be skipped.
[0025]
Next, in step S14, the three-dimensional image processing device 32 executes unit block and search block size setting processing using the input data representing the characteristics of the detection target object. The unit block is a minimum block for moving the search block in order to specify the position where the detection target object is present. In the present embodiment, the unit block is formed in a cube, but may have other shapes such as a rectangular parallelepiped. The size of the unit block is set to be small to some extent so that it can be confirmed that a part of the detection target object exists. The search block is used for specifying a position where the detection target object is included therein, and is formed in a cube in the present embodiment, but may have other shapes such as a rectangular parallelepiped. Further, the size of this search block can be set to be as small as possible while including all of the detection target objects. However, being able to include this detection target object means including all of the unit blocks including even a part of the detection target object.
[0026]
The dimensions of the unit block and the search block will be described with specific examples. For example, if the object to be detected is a sphere having a diameter of 25 mm, the length of one side of the cube is set to 4 mm as the size of the unit block, and the length of one side of the cube is set to 32 mm as the size of the search block. . According to this, the search block includes 8 × 8 × 8 unit blocks, 24 mm out of 25 mm in diameter is completely included in 6 unit blocks, and the remaining 1 mm is 1 or 2 units. It will be included in the unit block. FIG. 3 is a perspective view showing the relationship between the unit block and the search block. The same applies to the case where the detection target object is not a sphere, and depending on the characteristics of the detection target object, it may be more efficient to use a rectangular parallelepiped as the unit block and the search block.
[0027]
Next, the three-dimensional image processing device 32 executes search region blocking processing in step S16. This search area blocking process is a process of dividing an area that may contain the detection target object in the measurement target area into unit blocks. Basically, based on the three-dimensional data related to the object OB, the space where the three-dimensional data exists in the measurement target space is three-dimensionally divided into unit blocks. The division is performed by a method of arranging unit blocks along the coordinate axes of the X, Y, and Z coordinates. FIG. 4 is a two-dimensional conceptual diagram showing the result of performing this processing based on the three-dimensional data related to the object placed in the measurement target space of FIG. In FIG. 4, the two-dot chain line indicates the boundary of the measurement target space. Each unit block BL after division is represented by coordinates (i, j, k) using positions i, j, k in the X, Y, and Z directions. However, each value of i, j, k is an integer.
[0028]
When the three-dimensional data is converted into three-dimensional data relating to the X ′, Y ′, Z ′ coordinates with the specific position on the upper surface of the base 10 shown in FIG. 1 as the origin, the three-dimensional data relating to the object OB is obtained. The unit blocks may be arranged in a plane with the upper surface of the existing base 10 as the bottom surface, and the unit blocks may be arranged so as to be stacked upward. If the unit block is arranged to a height exceeding the height of the detection target object, the unit block does not need to be arranged at a height higher than the three-dimensional data regarding the object OB. Even in the left-right and front-back directions, unit blocks need not be arranged at positions where there is no three-dimensional data related to the object OB.
[0029]
Next, in step S18, the three-dimensional image processing device 32 checks whether or not there is a predetermined number or more of three-dimensional data for each unit block divided by the processing in step S16. Then, a unit block having a predetermined number of three-dimensional data is extracted. 5A to 5C employ an example in which the above-described detection target object is a sphere, and the extracted unit block is viewed in the Z-axis direction with the viewpoint of the three-dimensional shape measuring apparatus 20A. FIG. However, the outer frame corresponds to the search block, and is a unit block from which hatched portions are extracted.
[0030]
Next, in step S20, the three-dimensional image processing device 32 performs a detection process of a search block position that may include the detection target object. In this search block position detection process, in the region divided into unit blocks by the process of step S16, the search block set by the process of step S14 is used as a unit block for the X, Y, and Z axes. Move sequentially in the direction. Then, for each movement, the number of unit blocks included in the search block after movement and extracted by the process of step S18 is calculated. If the number of unit blocks is within a predetermined range, the same position is detected as the corresponding search block position. 6A to 6D are conceptual diagrams showing two-dimensionally the movement state of the search block.
[0031]
In this case, if the detection target object is a sphere, it is located on the side facing the three-dimensional shape measuring apparatus 20A to obtain three-dimensional data, and located on the side not facing the three-dimensional shape measuring apparatus 20A. Since the ratio of the places where the dimension data cannot be obtained is substantially the same, if the diameter of the sphere is specified, the number of unit blocks included in the search block is set. As a result, if the sphere shown in FIG. 5 (A) is a detection target object, a sphere having a smaller diameter than the detection target object as shown in FIG. 5 (B) is assumed that the number of unit blocks is outside the predetermined range. Can be excluded.
[0032]
However, in the case of a sphere having a diameter larger than that of the detection target object as shown in FIG. 5C, the number of unit blocks extracted depending on the position of the search block may fall within a predetermined range. It is detected as a position. In addition, when the detection target object is other than a sphere, it is located on the side facing the 3D shape measuring apparatus 20A to obtain 3D data, and located on the side not facing the 3D shape measuring apparatus 20A. Since the ratio of the places where the three-dimensional data cannot be obtained changes depending on how the object is placed, the number of unit blocks extracted in the search block changes. Furthermore, when several types of objects are placed, it is assumed that the number of unit blocks included in the search block is within a predetermined range for an object having a shape different from the shape of the detection target object. The possibility of detection increases. For this reason, instead of or in addition to the number of unit blocks containing a predetermined number or more of three-dimensional data, extraction of the corresponding search block position based on the distribution of the unit blocks excludes objects that are not detection targets. Can do.
[0033]
For example, when the detection target object is a sphere, the search block is viewed from the three-dimensional shape measuring apparatus 20A side (that is, viewed from the Z-axis direction) as shown in FIG. Assuming that the unit block is extracted as a unit block extracted in the plane of the X and Y axes, the number extracted in each column of the unit blocks in the plane of the X and Y axes is within the set number range. The search block position may be detected as a condition. In this way, if FIG. 5A is a detection target object, a sphere whose diameter is clearly different from that of the detection target object as shown in FIGS. 5B and 5C is a unit of a plane in the X and Y axes. The number extracted in each column of blocks can be excluded as being outside the set number range.
[0034]
Further, the unit blocks obtained by extracting the objects detected in the above processing in the X, Z plane or the Y, Z plane of each row in the X, Y axis plane unit blocks are distributed in a circle. If additional detection is performed as a condition, it is possible to exclude those detected because the diameter is equal to a cylinder or cone and the central axis is directed in the Z-axis direction. In addition, when the detection target object is an object other than a sphere, a predetermined number or more of unit blocks extracted in the plane of the central portion of the search block exist continuously in a straight line or an ellipse, and the periphery of the search block The search block position is extracted on the condition that the number of extracted unit blocks is equal to or less than a predetermined number.
[0035]
Note that when the unit blocks are arranged in a plane with the surface of the base 10 shown in FIG. 1 as the bottom surface and the unit blocks are stacked above, the detection target object is a polyhedron such as a cube or a rectangular parallelepiped. In the case of a cylinder or a cylinder, a predetermined number or more of unit blocks extracted in each plane in the height direction are present in a linear or circular shape, and the number of extracted unit blocks is within a predetermined range on the upper surface of the search block. The search block position is extracted on the condition that If the detection target is a pyramid or a cone, the unit blocks extracted in each plane in the height direction gradually decrease upward, and the number of unit blocks extracted on the upper surface of the search block is predetermined. The search block position is extracted on condition that the number is less than or equal to the number.
[0036]
Next, in step S22, the three-dimensional image processing device 32 determines whether or not the three-dimensional data included in the search block at the position detected by the processing in step S20 matches the shape of the detection target object. When it is determined that they match, a three-dimensional data extraction process for extracting the three-dimensional data in the search block is performed.
[0037]
For example, if the object to be detected is a sphere, all the three-dimensional data (X, Y, Z coordinate values) in the corresponding search block are converted to x, y, z on the left side of the following equation (1) that is a formula representing the sphere. And the unknowns a, b, c, and d are calculated using the least square method. In this case, a, b, and c represent X, Y, and Z coordinate values of the sphere center represented by the three-dimensional data, respectively, and d represents the radius of the sphere. Next, for each three-dimensional data (X, Y, Z coordinate values) in the corresponding search block, the same three-dimensional data (X, Y, Z coordinate values) and the calculated values a, b, c are obtained. Substituting into Equation 1 below, the value d (distance from the center of the sphere) is calculated for each three-dimensional data. The difference between the calculated value d (sphere radius) and the half value (radius) of the diameter input in step S12 is within a predetermined discriminant value, and the deviation of the distance from the sphere center of each three-dimensional data Is within a predetermined discriminant value, the three-dimensional data in the search block are determined to match and the three-dimensional data is extracted. On the other hand, if the difference or deviation is not within a predetermined discriminant value, the 3D data in the search block is not matched and the 3D data is not extracted.
[0038]
[Expression 1]
(x-a) ² + (Y−b) ² + (Z-c) ² -D ² = 0
[0039]
Next, a case where the detection target object is a polyhedron such as a cube or a rectangular parallelepiped, or a pyramid will be described. In this case, in order to extract three-dimensional data related to one plane of the detection target object, three-dimensional data representing a point closest to the three-dimensional shape measuring apparatus 20A and three-dimensional data (X, Y, (Z coordinate value) is substituted into x, y, z on the left side of the following equation 2 which is a plane equation, and unknowns a, b, c, d are calculated using the least square method. Next, the plane represented by the following equation 2 using the calculated unknowns a, b, c, and d and the substituted three-dimensional data are used to calculate the points from the points represented by the three-dimensional data. Calculate the distance to the plane. If all the calculated distances are within a predetermined discrimination value, a plane including all these three-dimensional data is defined. On the other hand, if all the calculated distances are not within a predetermined discriminant value, a plurality of three-dimensional data respectively representing a point at a position different from the three-dimensional data used for the calculation of the plane and its neighboring points are used. Thus, the same processing relating to the definition of the plane is performed. These processes are repeated until a plane is defined. Even if all the calculated distances are not within the predetermined discriminant value, if there are very few distances that are not within the discriminant value, the plane is defined excluding the three-dimensional data related to the distance that is not within the discriminant value. Also good.
[0040]
[Expression 2]
a.x + b.y + c.z + d = 0
[0041]
If a plane is defined, the distance between the point represented by the other three-dimensional data in the corresponding search block and the plane represented by the formula 2 is calculated, and this distance is within a predetermined discrimination value. The three-dimensional data regarding the point is acquired as being in the plane. Next, three-dimensional data corresponding to the periphery of the plane is acquired from the three-dimensional data used to define the plane and the three-dimensional data regarding the points acquired as being in the same plane. The length of one side of the plane is calculated using the acquired three-dimensional data. Then, a difference between the calculated length of one side and the length of one side input as the feature of the detection target object at the time of the processing of step S12 is calculated, and if the calculated difference is within a predetermined determination value. Then, it is determined that the three-dimensional data in the search block may match, and another plane to be described later is defined. On the other hand, if the difference is not within the predetermined discriminant value, the 3D data in the search block is determined not to match and the 3D data is discarded. In this case, three-dimensional data representing the three-dimensional shape of the detection target object does not exist in the corresponding search block.
[0042]
When it is determined that there is a possibility as described above, even for the three-dimensional data that has not been acquired in the corresponding search block, in order to acquire the three-dimensional data related to other planes, 3D data acquisition processing is executed. With respect to the other planes, an angle formed with the first plane (for example, 90 degrees between two adjacent faces of a cube or a rectangular parallelepiped) and three-dimensional data corresponding to the periphery of the defined plane are used. A plane is defined, and three-dimensional data representing points belonging to the defined plane is acquired. Then, in the same way as described above, three-dimensional data corresponding to the periphery of the plane is acquired from the acquired three-dimensional data, and the length of one side of the plane is calculated using the acquired three-dimensional data. Then, the difference between the calculated length of one side and the length of one side input as the feature of the detection target object at the time of the process of step S12 is calculated, and if the calculated difference is within a predetermined determination value, It is determined that the three-dimensional data in the search block matches.
[0043]
In addition, regarding the first acquisition of the three-dimensional data representing the three-dimensional shape of the detection target object, when the detection target object is a cube or a rectangular parallelepiped and placed on the upper surface of the base 10, the three-dimensional data is three-dimensional. Define a plane equation that includes a point closest to the shape measuring apparatus 20A and is parallel to the upper surface of the base 10, and applies all the three-dimensional data in the search block corresponding to this equation to determine the distance from the plane. May be acquired within the discriminant value.
[0044]
Furthermore, when there are many similar three-dimensional objects, the angle between the plane and the plane is determined from the defined plane equation (when the object is placed with the back surface on the upper surface of the base 10, the base 10 The angle at which the upper surface and the plane intersect with each other may be added), and three-dimensional data related to the detection target object is acquired to determine whether the difference between this angle and the angle determined by the characteristics of the detection target object is within the discrimination value It is good to add to the determination condition for this.
[0045]
Next, a case where the detection target object is a cylinder or a cone will be described. In this case, after assuming several planes perpendicular to the center line of the cylinder or cone in the corresponding search block, after converting the three-dimensional data representing the points belonging to the plane for each plane into the coordinate data of the plane The unknown numbers a, b, and d of the formula 3 are calculated by the least square method by applying to the following formula 3 which is an equation of a circle.
[0046]
For the plane perpendicular to the center line of the cylinder, the 3D data of the place (top or bottom surface) that is the plane in the cylinder is extracted in the same way as in the case of a polyhedron such as a cube or a rectangular parallelepiped. What is necessary is just to define the plane to include and to consider a plane parallel to this plane. Further, the plane perpendicular to the center line of the cone includes a portion where the number of unit blocks is reduced most substantially parallel to the direction in which the number of extracted unit blocks decreases, and the Z-axis direction (the direction of the three-dimensional shape measuring apparatus 20A). ) And a plane parallel to this plane, and in this plane, the point where the three-dimensional data is interrupted in the direction opposite to the direction in which the number of unit blocks decreases, or the three-dimensional data forms an angle. What is necessary is just to extract a point to be performed (that is, a point on the circumference of the bottom surface of the cone), define a plane including this point, and assume a plane parallel to this plane. In addition, when the cylinder or the cone is placed with the bottom surface aligned with the top surface of the base 10, the above processing is not necessary, and a plane parallel to the top surface of the base 10 may be assumed.
[0047]
[Equation 3]
(x-a) ² + (Y−b) ² -D ² = 0
[0048]
Next, using the points represented by all the three-dimensional data in the respective planes and the calculated values a and b, the points corresponding to the three-dimensional data are defined by the equation (3). Calculate the distance to the center of the circle (defined by values a and b), respectively. Then, the deviation of all the calculated distances is calculated, and when the detection target object is a cylinder, the difference between the calculated value d and the half value (radius) of the diameter input in step S12 is a predetermined discriminant value. If the deviation is within the predetermined discriminant value, a circle is defined, and it is determined that the three-dimensional data in the search block may match. When the object to be detected is a cone, a circle is defined when the calculated value d is equal to or less than the half value (radius) of the diameter input in step S12 and the deviation is within a predetermined discriminant value. Then, it is determined that the three-dimensional data in the search block may match. On the other hand, if the calculated value d and deviation are not within a predetermined discriminant value, the three-dimensional data in the search block are not matched and the three-dimensional data is discarded. In this case, three-dimensional data representing the three-dimensional shape of the detection target object does not exist in the corresponding search block.
[0049]
In the case of a cylinder, the coordinates of the center of the circle in each plane are converted into three-dimensional data by the formula of each plane, a straight line including the three-dimensional data is defined, the straight line including the straight line is included, and the Z-axis direction ( A plane substantially parallel to the direction of the three-dimensional shape measuring apparatus 20A) is defined. From the three-dimensional data included in this plane, the three-dimensional data included in the planar portion (upper surface or bottom surface) of the previously extracted cylinder is removed, and the length (ie, the length (ie, Calculate the height of the cylinder). The difference between the calculated height and the height input as the feature of the detection target object at the time of the processing of step S12 is calculated, and if the calculated difference is within a predetermined discriminant value, the 3D in the search block It is determined that the data match. If the cylinder is placed with the bottom surface aligned with the top surface of the base 10, the above processing is not necessary to calculate the height, and three-dimensional data on the top surface of the base 10 is included. What is necessary is just to calculate the space | interval of two planes from the formula of a plane, and the formula of the plane containing the three-dimensional data of the upper surface of the cylinder defined above.
[0050]
In the case of a cone, one plane is arbitrarily selected from the plurality of assumed planes, and the value d (circle radius) obtained by calculation and the selected plane for each other plane. A value obtained by dividing the difference between the values d (circle radius) by the distance from the selected plane is calculated, and the value for each plane and the half value (radius) of the diameter input during the process of step S12 are calculated. If the difference from the value divided by the input height is within a predetermined discriminant value, it is determined that the three-dimensional data in the search block may be matched, and discriminating by height described later is performed. If the calculated difference is not within a predetermined discriminant value, the three-dimensional data in the search block is determined not to match and the three-dimensional data is discarded. In this case, three-dimensional data representing the three-dimensional shape of the detection target object does not exist in the corresponding search block.
[0051]
The height of the cone is calculated by calculating the distance from the apex of the cone to the two planes based on the value d (circle radius) in any two planes in the assumed plane and the interval between the two planes. Can be obtained by adding the distance between the two planes and the bottom surface of the cone defined above. The difference between the obtained height and the height input as the feature of the detection target object at the time of the processing of step S12 is calculated, and if the calculated difference is within a predetermined discrimination value, the three-dimensional data in the search block Is determined to match. When the cone is placed with the bottom surface aligned with the top surface of the base 10, the top surface of the base 10 may be used instead of the bottom surface of the cone in order to calculate the height.
[0052]
After the extraction processing of the three-dimensional data in step S22, the three-dimensional image processing device 34 generates three-dimensional image data representing the shape of the detection target object using the extracted three-dimensional data in step S24 and displays it. 34. In step S26, the detection target object display program is terminated. Since the display device 34 displays an image represented by the input image data, a three-dimensional image of the detection target object is displayed on the display device 34.
[0053]
As can be understood from the above description of operation, according to the above embodiment, the execution of the detection target object display program represents the shapes of a plurality of objects OB positioned in the measurement region measured using the three-dimensional shape measurement apparatus 20A. Three-dimensional data representing the shape of a specific detection target object is extracted from the three-dimensional data.
[0054]
In this program, by the processing in steps S16 and S18, at least the area that may contain the detection target object in the measurement area is divided into unit blocks and divided into unit blocks. A unit block including a predetermined number or more of three-dimensional data is extracted in the region. Further, by the process of step S20, while the search block sequentially moves within the area where the detection target object may be included, by examining the number or distribution of the extracted unit blocks included in the search block, A position of a search block that may include the detection target object is detected. Then, it is determined by the process of step S22 whether the three-dimensional data matches the shape of the detection target object. As a result, according to the above embodiment, the amount of data to be processed can be reduced, and three-dimensional data representing the three-dimensional shape of the detection target object can be extracted in a short processing time.
[0055]
In addition, since the feature of the detection target object can be arbitrarily input using the input device 33 by the processing in step S12, the detection target object can be easily set. Furthermore, since the size of the three-dimensional search block is automatically and appropriately set according to the size of the detection target object by the processing in step S14, the amount of three-dimensional data to be processed can be appropriately reduced. The processing time can be saved more accurately.
[0056]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
[0057]
For example, in the above embodiment, the features of the detection target object, the unit block, and the size of the search block are set in steps S12 and S14 of FIG. However, instead of this, when the preset characteristics of the detection target object, the unit block, and the size of the search block are used as they are, the processes of steps S12 and S14 are not necessary.
[0058]
Further, in the search area blocking process in step S16, a continuous area where the object OB does not exist, that is, a continuous area which does not include the three-dimensional data related to the object OB is excluded from the division area by the unit block. However, in the case where the object OB exists over the entire measurement target area, the unit block may be divided over the entire measurement target area.
[0059]
In the above-described embodiment, all three objects OB are simultaneously three-dimensionally measured using one three-dimensional shape measuring apparatus 20A, and 3 regarding the detection target object is selected from the three-dimensional data obtained by the three-dimensional measurement. The present invention is applied to a three-dimensional shape measurement system that simply extracts dimensional data. However, according to the present invention, as shown in FIG. 7, in multi-view shape measurement using a plurality of three-dimensional shape measuring apparatuses 20A, 20B, and 20C, three-dimensional data at each viewpoint is converted into three-dimensional data in the same coordinate system. It is effective when applied to calculate conversion parameters to be converted.
[0060]
That is, a plurality of sets of three-dimensional data related to a plurality of objects OB measured by a plurality of three-dimensional shape measuring apparatuses 20A, 20B, and 20C are acquired, and three-dimensional data related to the same detection target object is extracted for each set. Based on the extracted three-dimensional data, three-dimensional data representing specific points of the detection target object is calculated, and conversion parameters for converting the calculated three-dimensional data representing the specific points into the same reference coordinate system calculate. Then, using the calculated conversion parameters, if each three-dimensional data acquired by the three-dimensional shape measuring apparatuses 20A, 20B, and 20C is converted into three-dimensional data in the reference coordinate system, a three-dimensional measurement result from multiple viewpoints can be obtained. It can be handled as one reference coordinate system.
[0061]
Moreover, in the said embodiment, the example which applied this invention to the three-dimensional shape measurement system which measures three-dimensionally with respect to the object OB mounted on the base 10 was demonstrated. However, instead of this, the present invention can also be applied to three-dimensional shape measurement in which the three-dimensional shape of an object moving one after another on various lines such as a production line and an inspection line is measured one after another.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional shape measurement system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a detection target object display program executed by the three-dimensional image processing apparatus of FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram three-dimensionally showing a detection target object, a unit block, and a search block.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a search area two-dimensionally.
FIGS. 5A to 5C are conceptual diagrams showing the relationship between a search block and an extracted unit block in a two-dimensional manner.
6A to 6D are conceptual diagrams showing two-dimensional movement of search blocks within a search area.
FIG. 7 is a schematic view of a three-dimensional shape measurement system according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base, 20A, 20B, 20C ... Three-dimensional shape measuring device, 31 ... Controller, 32 ... Three-dimensional image processing device, 33 ... Input device, 34 ... Display device, OB ... Object.

Claims

測定領域内に配置された複数の物体の３次元形状を表す３次元データの中から、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出する３次元データ抽出方法において、
前記測定領域内で少なくとも検出対象物体の含まれる可能性のある領域を単位ブロックずつに分割し、
前記分割された領域内で所定数以上の３次元データを含む単位ブロックを抽出し、
検出対象物体の含まれる可能性のある領域内で、検出対象物体を包含し得るとともに複数の単位ブロックを包含する探索ブロックを単位ブロックを単位として順次移動させ、前記各移動ごとに、前記探索ブロックに含まれかつ前記抽出した単位ブロックの数または分布を調べることにより、検出対象物体を包含する可能性のある探索ブロックの位置を検出し、かつ
前記検出した位置の探索ブロック内に含まれる３次元データの中から、検出対象物体の形状に合致する３次元データを抽出するようにしたことを特徴とする３次元データ抽出方法。In a three-dimensional data extraction method for extracting three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a detection target object from three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a plurality of objects arranged in a measurement region,
Dividing at least a region where the detection target object may be included in the measurement region into unit blocks,
Extracting a unit block including a predetermined number or more of three-dimensional data in the divided area;
A search block that can include the detection target object and includes a plurality of unit blocks is sequentially moved in units of the unit block within the region where the detection target object may be included, and for each movement, the search block And the number or distribution of the extracted unit blocks is detected to detect the position of the search block that may include the detection target object, and the three-dimensional data included in the search block at the detected position. A three-dimensional data extraction method characterized in that three-dimensional data matching the shape of a detection target object is extracted from data.

さらに、検出対象物体の特徴を、入力装置を用いて入力可能とした請求項１に記載の３次元データ抽出方法。The three-dimensional data extraction method according to claim 1, wherein the feature of the detection target object can be input using an input device.

さらに、前記３次元探索ブロックの大きさを検出対象物体の大きさに応じて設定するようにした請求項１または２に記載の３次元データ抽出方法。The three-dimensional data extraction method according to claim 1 or 2, wherein the size of the three-dimensional search block is set according to the size of the detection target object.

測定領域内に配置された複数の物体の３次元形状を表す３次元データの中から、検出対象物体の３次元形状を表す３次元データを抽出する３次元データ抽出装置において、
前記測定領域内で少なくとも検出対象物体の含まれる可能性のある領域を単位ブロックずつに分割する単位ブロック分割手段と、
前記分割された領域内で所定数以上の３次元データを含む単位ブロックを抽出する単位ブロック抽出手段と、
検出対象物体の含まれる可能性のある領域内で、検出対象物体を包含し得るとともに複数の単位ブロックを包含する探索ブロックを単位ブロックを単位として順次移動させ、前記各移動ごとに、前記探索ブロックに含まれかつ前記抽出した単位ブロックの数または分布を調べることにより、検出対象物体を包含する可能性のある探索ブロックの位置を検出する探索ブロック位置検出手段と、
前記検出した位置の探索ブロック内に含まれる３次元データの中から、検出対象物体の形状に合致する３次元データを抽出する３次元データ抽出手段と
を備えたことを特徴とする３次元データ抽出装置。In a three-dimensional data extraction device for extracting three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a detection target object from three-dimensional data representing a three-dimensional shape of a plurality of objects arranged in a measurement region,
Unit block dividing means for dividing an area in which at least the detection target object may be included in the measurement area into unit blocks;
Unit block extraction means for extracting unit blocks including a predetermined number of three-dimensional data in the divided area;
A search block that can include the detection target object and includes a plurality of unit blocks is sequentially moved in units of the unit block within the region where the detection target object may be included, and for each movement, the search block A search block position detecting means for detecting a position of a search block that may include a detection target object by examining the number or distribution of the extracted unit blocks included in
3D data extraction means comprising: 3D data extraction means for extracting 3D data matching the shape of the object to be detected from the 3D data included in the detected position search block apparatus.

さらに、検出対象物体の特徴を入力するための入力装置を備えた請求項４に記載の３次元データ抽出装置。The three-dimensional data extraction device according to claim 4, further comprising an input device for inputting characteristics of the detection target object.

さらに、前記３次元探索ブロックの大きさを検出対象物体の大きさに応じて設定する探索ブロック設定手段を設けるようにした請求項４または５に記載の３次元データ抽出装置。The three-dimensional data extraction device according to claim 4 or 5, further comprising search block setting means for setting the size of the three-dimensional search block according to the size of the detection target object.