JPH071164B2 - 三次元形状の認識装置 - Google Patents
三次元形状の認識装置Info
- Publication number
- JPH071164B2 JPH071164B2 JP60040126A JP4012685A JPH071164B2 JP H071164 B2 JPH071164 B2 JP H071164B2 JP 60040126 A JP60040126 A JP 60040126A JP 4012685 A JP4012685 A JP 4012685A JP H071164 B2 JPH071164 B2 JP H071164B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light source
- image pickup
- video camera
- pickup signal
- camera
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ビデオカメラ、磁気円板静止画カメラ用い
て、三次元物体としての対象物の表面形状を認識するの
に適用される三次元形状の認識装置に関する。
て、三次元物体としての対象物の表面形状を認識するの
に適用される三次元形状の認識装置に関する。
この発明は、三次元形状を入力する認識装置において、
異なる照明の夫々により得られた撮像画像から、対象物
の表面の散乱特性を仮定して測光立体法により近似的な
表面の勾配を求め、その勾配を滑らかに積分することに
より、非接触且つ自動的に表面形状を得るようにしたも
のである。
異なる照明の夫々により得られた撮像画像から、対象物
の表面の散乱特性を仮定して測光立体法により近似的な
表面の勾配を求め、その勾配を滑らかに積分することに
より、非接触且つ自動的に表面形状を得るようにしたも
のである。
従来の三次元形状の認識装置として、機械的な接触式の
ものが知られている。また、２方向からのカメラ位置か
ら対象物体を撮像し、三角測量を応用した光学的な三次
元形状の認識装置も提案されている。
ものが知られている。また、２方向からのカメラ位置か
ら対象物体を撮像し、三角測量を応用した光学的な三次
元形状の認識装置も提案されている。
従来の接触式の三次元形状の認識装置は、対象物が固い
ことが要求され、高速動作が不可能であること、分解能
が低い等の欠点を有していた。
ことが要求され、高速動作が不可能であること、分解能
が低い等の欠点を有していた。
三角測量を応用した光学的な認識装置は、演算量が多く
なり、演算時間が長くなり、装置が大規模になる問題点
を有していた。
なり、演算時間が長くなり、装置が大規模になる問題点
を有していた。
この発明は、ビデオカメラを用いて２枚の濃淡画像を基
本的に入力するだけで良く、高速動作が可能な三次元形
状の認識装置を提供するものである。
本的に入力するだけで良く、高速動作が可能な三次元形
状の認識装置を提供するものである。
また、この発明による三次元形状の認識装置の分解能
は、ビデオカメラの解像度で定まり、例えばCCDカメラ
を使用した場合には、（512×400）という高分解能が達
成される。
は、ビデオカメラの解像度で定まり、例えばCCDカメラ
を使用した場合には、（512×400）という高分解能が達
成される。
更に、この発明は、非接触の構成であって、対象物の材
質や、表面の光学特性の制約を受けず、広い範囲に適用
可能であり、汎用性が高い三次元形状の認識装置を提供
するものである。
質や、表面の光学特性の制約を受けず、広い範囲に適用
可能であり、汎用性が高い三次元形状の認識装置を提供
するものである。
より更に、この発明は、可動部分を必要としない簡単な
構成の三次元形状の認識装置を提供することを目的とす
るものである。
構成の三次元形状の認識装置を提供することを目的とす
るものである。
この発明は、視点を固定し、照明の方向を異ならせるこ
とで得られた二枚の濃淡画像に含まれる情報を利用し
て、三次元形状の測定を行うものである。
とで得られた二枚の濃淡画像に含まれる情報を利用し
て、三次元形状の測定を行うものである。
この発明は、カメラ５の光軸に対して設けられた少なく
とも第１の光源３及び第２の光源４と、 第１の光源３により第１の撮像信号を得ると共に、第２
の光源４により第２の撮像信号を得る手段5,11と、 第１の撮像信号及び第２の撮像信号の輝度情報から対象
物の単位面の傾きを算出し、傾きの情報から対象物１の
高さ情報を算出する手段８と を備えたことを特徴とする三次元形状の認識装置であ
る。
とも第１の光源３及び第２の光源４と、 第１の光源３により第１の撮像信号を得ると共に、第２
の光源４により第２の撮像信号を得る手段5,11と、 第１の撮像信号及び第２の撮像信号の輝度情報から対象
物の単位面の傾きを算出し、傾きの情報から対象物１の
高さ情報を算出する手段８と を備えたことを特徴とする三次元形状の認識装置であ
る。
ビデオカメラ５の位置は、対象物１に対して固定され、
照明光の方向が切り換えられる。ビデオカメラ５と異な
る方向の照明光とにより得られた２枚の二次元画像の画
素データを用いて、測光立体法の手法による演算処理を
CPU8が行い、二次元画像の各画素毎に、対象物体１の高
さ情報の計測を行うことができる。
照明光の方向が切り換えられる。ビデオカメラ５と異な
る方向の照明光とにより得られた２枚の二次元画像の画
素データを用いて、測光立体法の手法による演算処理を
CPU8が行い、二次元画像の各画素毎に、対象物体１の高
さ情報の計測を行うことができる。
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第１図において、１が対象物を示し、２が対象物
１が載置された台座である。対象物１は、拡散反射を主
体とし、鏡面反射は、無視できる程度に少なく、均一な
反射率の表面を有するものでる。
する。第１図において、１が対象物を示し、２が対象物
１が載置された台座である。対象物１は、拡散反射を主
体とし、鏡面反射は、無視できる程度に少なく、均一な
反射率の表面を有するものでる。
対象物１は、その上方に位置する例えばCCD撮像素子を
使用したビデオカメラ５により撮像される。このビデオ
カメラ５の画面と平行にｘ軸及びｙ軸をとり、ビデオカ
メラ５の光軸方向にｚ軸をとる。ｘ軸は、ビデオカメラ
５の画面の水平方向と一致し、ｙ軸は、ビデオカメラ５
の画面の垂直方向と一致している。
使用したビデオカメラ５により撮像される。このビデオ
カメラ５の画面と平行にｘ軸及びｙ軸をとり、ビデオカ
メラ５の光軸方向にｚ軸をとる。ｘ軸は、ビデオカメラ
５の画面の水平方向と一致し、ｙ軸は、ビデオカメラ５
の画面の垂直方向と一致している。
ビデオカメラ５の光軸を狭んで、互いに等しい天頂角で
もって、互いに等しい輝度の２個の照明光が対象物１に
照射される。各照明光は、２個の光源３及び光源４から
発生する。ビデオカメラ５は、一方の光源３からの光の
みが照射されている対象物１を撮像し、第１の静止画像
信号を発生する。また、ビデオカメラ５が他方の光源４
からの光のみが照射されている対象物１を撮像し、第２
の静止画像信号を発生する。
もって、互いに等しい輝度の２個の照明光が対象物１に
照射される。各照明光は、２個の光源３及び光源４から
発生する。ビデオカメラ５は、一方の光源３からの光の
みが照射されている対象物１を撮像し、第１の静止画像
信号を発生する。また、ビデオカメラ５が他方の光源４
からの光のみが照射されている対象物１を撮像し、第２
の静止画像信号を発生する。
ビデオカメラ５の出力信号がプロセス回路11に供給さ
れ、プロセス回路11から第１の静止画像信号及び第２の
静止画像信号が順次取り出される。静止画像信号は、１
フレームの信号であり、従って、ビデオカメラ５からの
二次元情報の入力は、（1/15）msecの時間で成し得る。
れ、プロセス回路11から第１の静止画像信号及び第２の
静止画像信号が順次取り出される。静止画像信号は、１
フレームの信号であり、従って、ビデオカメラ５からの
二次元情報の入力は、（1/15）msecの時間で成し得る。
プロセス回路11の出力信号がA/D変換器６に供給され、A
/D変換器６により、第１及び第２の静止画像信号がディ
ジタルデータに変換され、フレームメモリ７に書き込ま
れる。フレームメモリ７は、ディジタル化された第１の
静止画像信号及び第２の静止画像信号を記憶できるよう
に、少なくとも、２フレーム分の容量を有している。
/D変換器６により、第１及び第２の静止画像信号がディ
ジタルデータに変換され、フレームメモリ７に書き込ま
れる。フレームメモリ７は、ディジタル化された第１の
静止画像信号及び第２の静止画像信号を記憶できるよう
に、少なくとも、２フレーム分の容量を有している。
フレームメモリ７と結合してCPU8が設けられている。CP
U8は、フレームメモリ７に記憶されている第１の静止画
像信号及び第２の静止画像信号の夫々の画素データを後
述するように、演算処理して対象物１の表面形状、即ち
画素単位の高さ情報を算出するものである。
U8は、フレームメモリ７に記憶されている第１の静止画
像信号及び第２の静止画像信号の夫々の画素データを後
述するように、演算処理して対象物１の表面形状、即ち
画素単位の高さ情報を算出するものである。
CPU8により求められた高さ情報は、インターフェース９
を介して入出力装置例えば紙テープせん孔機10に供給さ
れる。図示していないが、紙テープせん孔機10以外のプ
リンタ、CRTディスプレイ等の出力装置を用いるように
してもよい。
を介して入出力装置例えば紙テープせん孔機10に供給さ
れる。図示していないが、紙テープせん孔機10以外のプ
リンタ、CRTディスプレイ等の出力装置を用いるように
してもよい。
ビデオカメラ５により得られる二次元の静止画像即ち濃
淡画像情報から対象物１の画素単位の高さ情報を算出す
る演算処理について以下に説明する。
淡画像情報から対象物１の画素単位の高さ情報を算出す
る演算処理について以下に説明する。
まず、ビデオカメラ５により入力された二次元の濃淡画
像において、濃淡を決める輝度Ｉは、次式により定まる
ものである。
像において、濃淡を決める輝度Ｉは、次式により定まる
ものである。
Ip:光源３（又は光源４）の輝度 Pd:拡散反射係数 Ps:鏡面反射係数 S:鏡面反射項 第２図は、対象物１の表面上の点Ｐに、光源３からの光
3A（その単位ベクトルを とする。）及び光源４からの光4A（その単位ベクトルを とする。）が入射している時の状態を示している。
3A（その単位ベクトルを とする。）及び光源４からの光4A（その単位ベクトルを とする。）が入射している時の状態を示している。
第２図において、ｇがビデオカメラの光軸に対して各光
源からの光3A,4Aが有する頂点角を示す。対象物の表面
のどの点でも、光源３と光源４はカメラに対し同じ傾き
を持つ。また、θ１は、光源３からの光3Aが対象物１の
点Ｐにおける法線となす角度である。θ２は、光源４か
らの光4Aが対象物１の点Ｐにおける法線となす角度であ
る。
源からの光3A,4Aが有する頂点角を示す。対象物の表面
のどの点でも、光源３と光源４はカメラに対し同じ傾き
を持つ。また、θ１は、光源３からの光3Aが対象物１の
点Ｐにおける法線となす角度である。θ２は、光源４か
らの光4Aが対象物１の点Ｐにおける法線となす角度であ
る。
計算を簡単にするために鏡面反射を無視できる場合を考
える。
える。
光源３の場合におけるＰ点の輝度は、 で表現される。
光源４の場合におけるＰ点の輝度は、 ここで、 のＹ軸成分が０であること、 のＸ軸成分の符号が逆であることを使用して（１）式及
び（２）式を変形すると、 tan gは、既知であるから、tan eは、次のようにして求
まる。
び（２）式を変形すると、 tan gは、既知であるから、tan eは、次のようにして求
まる。
この式により勾配ｅが分かる。台座２の位置を（ｚ＝
０）とすれば、勾配ｅをｘ方向に積分することにより、
対象物１の高さ情報を各画素毎に計測でき、対象物１を
三次元物体として再構成することができる。
０）とすれば、勾配ｅをｘ方向に積分することにより、
対象物１の高さ情報を各画素毎に計測でき、対象物１を
三次元物体として再構成することができる。
CPU8は、上述の演算処理をフレームメモリ７に貯えられ
ている画素データを使用して行う。つまり、光源３から
得られた第１の静止画像信号と光源４から得られた第２
の静止画像信号とで対応する画素同士のデータが輝度I1
及びI2として用いられる。この輝度I1及びI2が入力され
ると、上述のように各画素ごとに勾配ｅが求められる。
次に、画面の端部から勾配ｅを積分することにより、各
画素のｚ座標の値即ち高さを算出することができる。
ている画素データを使用して行う。つまり、光源３から
得られた第１の静止画像信号と光源４から得られた第２
の静止画像信号とで対応する画素同士のデータが輝度I1
及びI2として用いられる。この輝度I1及びI2が入力され
ると、上述のように各画素ごとに勾配ｅが求められる。
次に、画面の端部から勾配ｅを積分することにより、各
画素のｚ座標の値即ち高さを算出することができる。
上述のように、この発明においては、二枚の濃淡画像か
ら表面形状を計測することができる。
ら表面形状を計測することができる。
この発明は、二枚の濃淡画像をカメラにより入力すれば
良く、三枚以上の画像を必要とする装置と比して、入力
時間の短縮、演算時間の短縮を図ることができ、従っ
て、高速な計測を行うことができる。
良く、三枚以上の画像を必要とする装置と比して、入力
時間の短縮、演算時間の短縮を図ることができ、従っ
て、高速な計測を行うことができる。
この発明では、カメラの解像度で分解能が定まるので、
高分解能の装置を実現できる。
高分解能の装置を実現できる。
この発明は、非接触で対象物の形状を認識することがで
き、対象物体の材質や、表面の光学特性等の制約を受け
ず、汎用性に優れた装置を構成できる。
き、対象物体の材質や、表面の光学特性等の制約を受け
ず、汎用性に優れた装置を構成できる。
この発明は、カメラ１台と、照明用の光源２個とで、入
力装置を構成でき、可動部分が全くなく、小型で、取り
扱いに優れた装置を実現することができる。
力装置を構成でき、可動部分が全くなく、小型で、取り
扱いに優れた装置を実現することができる。
第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図はこの発明の一実施例の説明に用いる略線図であ
る。 図面における主要な符号の説明 1:対象物、3,4:光源、5:ビデオカメラ、8:CPU。
第２図はこの発明の一実施例の説明に用いる略線図であ
る。 図面における主要な符号の説明 1:対象物、3,4:光源、5:ビデオカメラ、8:CPU。
Claims (1)
- 【請求項１】カメラの光軸に対して等しい天頂角を持つ
ように設けられた第１及び第２の光源と、 上記第１及び第２の光源を対象物に順次照射して第１の
撮像信号を得ると共に、第２の撮像信号を得る手段と、 上記第１及び第２の撮像信号を記憶するためのメモリ
と、 上記メモリに蓄えられている上記第１の撮像信号及び第
２の撮像信号の輝度情報から対象物の単位面の傾きを算
出し、この傾き情報を上記カメラの光軸と垂直な方向に
積分し、この積分情報から上記対象物の高さ情報を算出
する手段と を備えたことを特徴とする三次元形状の認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040126A JPH071164B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 三次元形状の認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040126A JPH071164B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 三次元形状の認識装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61198009A JPS61198009A (ja) | 1986-09-02 |
| JPH071164B2 true JPH071164B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=12572121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60040126A Expired - Lifetime JPH071164B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 三次元形状の認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071164B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4792696A (en) * | 1987-06-05 | 1988-12-20 | Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Method and an apparatus for determining surface shape utilizing object self-shadowing |
| JPH0797022B2 (ja) * | 1989-09-11 | 1995-10-18 | 株式会社東芝 | 形状測定装置、形状測定方法、および形状測定装置の校正方法 |
| JP2565838B2 (ja) * | 1993-01-26 | 1996-12-18 | 株式会社デジタルストリーム | 光学式３次元角度検出装置および光学式３次元位置算出装置 |
| JPH07117390B2 (ja) * | 1993-06-22 | 1995-12-18 | 日本電気株式会社 | ボンディングワイヤ形状検査装置 |
| US5811826A (en) * | 1996-02-07 | 1998-09-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for remotely sensing the orientation of an object |
| US6229619B1 (en) | 1996-02-12 | 2001-05-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Compensation for measurement uncertainty due to atmospheric effects |
| US6031612A (en) * | 1996-02-12 | 2000-02-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and methods for contour measurement using movable sources |
| US5870191A (en) * | 1996-02-12 | 1999-02-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and methods for surface contour measurement |
| US6690474B1 (en) | 1996-02-12 | 2004-02-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and methods for surface contour measurement |
| SE511985C2 (sv) * | 1999-01-28 | 2000-01-10 | Skogsind Tekn Foskningsinst | Topografisk bestämning av en av infallande ljus belyst yta |
| WO2010024254A1 (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-04 | 株式会社ブリヂストン | 被検体の凹凸検出方法とその装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856808B2 (ja) * | 1979-06-29 | 1983-12-16 | ウエスト電気株式会社 | 距離測定装置 |
| JPH07113535B2 (ja) * | 1983-03-24 | 1995-12-06 | 富士通株式会社 | 面傾度測定装置 |
-
1985
- 1985-02-28 JP JP60040126A patent/JPH071164B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61198009A (ja) | 1986-09-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |