JPH09145318A - 三次元計測装置 - Google Patents

三次元計測装置

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JPH09145318A
JPH09145318A JP7298629A JP29862995A JPH09145318A JP H09145318 A JPH09145318 A JP H09145318A JP 7298629 A JP7298629 A JP 7298629A JP 29862995 A JP29862995 A JP 29862995A JP H09145318 A JPH09145318 A JP H09145318A
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JP7298629A
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Kazuaki Aoto
和明 青砥
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Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、物体を光学的にとらえてその物
体の3次元における形状や位置を計測する3次元計測装
置に関し、計測の効率化および自動化をはかることを目
的とする。 【解決手段】 外部から焦点が設定される光学系を有
し、かつ既知の位置からその光学系を介して立体を2次
元の像としてとらえてその像を示す画像情報を生成する
カメラ11と、焦点を可変して設定しつつカメラ11に
よって生成された画像情報を取り込み、その画像情報の
形式の下で像を示す個々の画素について、隣接する隣接
画素とのコントラストが極大となる焦点を求める可変合
焦手段13と、個々の画素について、可変合焦手段13
によって求められた焦点の下で光学系がその画素に位置
する像点に対して有する物点の位置を求める物点位置算
出手段15とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体を光学的にと
らえてその物体の三次元における形状や位置を計測する
三次元計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】測量、工業その他にかかわる自動化およ
び監視の分野では、地形や立体の形状あるいは位置をこ
れらに物理的に触れることなく精度よく計測することが
要求される。図16は、従来の三次元計測装置の構成例
を示す図である。
【0003】図において、三次元計測装置は、縦続接続
された電子カメラ180とパーソナルコンピュータ19
0とから構成される。電子カメラ180では、レンズ1
81の光軸の上にそのレンズに対向して撮像素子182
が配置され、その光軸の中間には板状の主ミラー183
がファインダ184の開口に対して傾斜し、かつそのフ
ァインダの一端を軸として回動可能に軸止される。主ミ
ラー183の面の内、撮像素子182の撮像面に対向す
る面には副ミラー185が立設され、レンズ181の光
軸に対してその副ミラー185が形成する反射路の上に
はリニアセンサ186が配置される。レンズ181には
そのレンズの位置を光軸に沿って可変するピント移動機
構187が備えられ、そのピント移動機構の制御入力に
は制御部188の第一の出力が接続される。撮像素子1
82、リニアセンサ186の出力は制御部188の対応
する入力に接続され、その制御部のバス端子はメモリ1
89のバス端子に接続される。制御部188の第二の出
力は、パーソナルコンピュータ190の外部端子に接続
される。
【0004】このような構成の三次元計測装置では、計
測の対象となる立体(ここでは、簡単のため「三角錐」
とする。)の光学像については、そのエネルギーの大部
分がレンズ181および主ミラー183の反射面を介し
てファインダ184に到達し、その他のエネルギーがそ
の主ミラー183を透過し、かつ副ミラー185の反射
面を介してリニアセンサ186に到達する。リニアセン
サ186は、図17に示すように撮像素子182の撮像
面の中央部に光学的に対応するスリット状の形状の受光
面を有し、その中央部の光量を画素単位に検出する。
【0005】制御部188は、ピント移動機構187を
介してレンズ181の位置を被写体に最も近い位置に設
定し、かつ上述したようにリニアセンサ186を介して
画素単位に検出された光量に基づいてこれらの画素のコ
ントラストを検出しながら、そのピント移動機構を介し
てレンズ181の位置を順次ファインダ184に近い位
置に可変する。このようにして検出されるコントラスト
は、一般に、図18に示すように、レンズ181の位置
(ピント)に応じて変化するので、制御部188は、そ
のコントラストが極大となる合焦点にレンズ181が到
達したときに、ピント移動機構187を介してそのレン
ズの移動を制止する。
【0006】さらに、制御部188は図示されない可動
機構を介して主ミラー183をファインダ184の方向
に跳ね上げ、上述した光学像は、図19に示すように、
撮像素子182の撮像面に結像する。制御部188は、
このようにして結像した光学像を示す画素値の列を撮像
素子182から取得してメモリ189に保持し、かつ主
ミラー183を元の位置に戻すと共に、その保持された
画素値の列を所定の形式の画像情報に変換してパーソナ
ルコンピュータ190に与える。パーソナルコンピュー
タ190は、その画像情報をディスプレイの画面に画像
として表示する。
【0007】また、このような三次元計測に共される他
の従来例としては、適正に配置された光学系の下では、
2つ以上の規則的な模様を重ねたり、規則的な模様を規
則的に標本化したときに形成される元の模様とは異なる
モアレ縞が、物体の等高線に対応した画像を示すことを
利用したモアレトポグラフィがある。なお、このような
モアレトポグラフィについては、その用途等に適応して
格子照射型モアレトポグラフィ、格子投影型モアレトポ
グラフィ、走査モアレ法その他がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図18に示す
従来例では、被写体の像がその被写体の特定の部分(図
19では、電子カメラ180から最も遠い辺における被
写界深度の範囲)のみが合焦した二次元の像として投影
されるが、ピントが記録されないために、その被写体の
三次元の形状や位置は得られなかった。
【0009】また、モアレトポグラフィでは、複数の位
置に配置された光源に応じてそれぞれ得られた複数のモ
アレ縞の相互について物体の表面における対応関係を人
手を介して設定することが要求され、特に実時間性が要
求されたり計測の高速性が要求される分野では、適用で
きなかった。本発明は、計測の効率化および自動化を確
実にはかる三次元計測装置を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、外部から焦点が設定される光学系を有し、かつ既知
の位置からその光学系を介して立体を2次元の像として
とらえてその像を示す画像情報を生成するカメラ11
と、焦点を可変して設定しつつカメラ11によって生成
された画像情報を取り込み、その画像情報の形式の下で
像を示す個々の画素について、隣接する隣接画素とのコ
ントラストが極大となる焦点を求める可変合焦手段13
と、個々の画素について、可変合焦手段13によって求
められた焦点の下で光学系がその画素に位置する像点に
対して有する物点の位置を求める物点位置算出手段15
とを備えたことを特徴とする。
【0011】請求項2に記載の発明は、外部から焦点が
設定される光学系を有し、かつ既知の複数の位置からそ
の光学系を介して個別に同一の立体を2次元の像として
とらえてその像を示す画像情報を生成する複数のカメラ
211〜21Nと、焦点を可変して設定しつつ複数のカメ
ラ211〜21Nによって個別に生成された複数の画像情
報を取り込み、これらの画像情報の形式の下で像を示す
個々の画素について、隣接する隣接画素とのコントラス
トが極大となる焦点を求める可変合焦手段23と、個々
の画素について、可変合焦手段23が複数のカメラ21
1 〜21N に個別に対応付けて求めた焦点の下で、その
焦点を与える光学系がその画素に位置する像点に対して
有する物点の位置を求める物点位置算出手段25とを備
えたことを特徴とする。
【0012】請求項3に記載の発明は、外部から焦点が
設定される光学系を有して既知の複数の位置に順次配置
され、その光学系を介して立体を2次元の像としてとら
えてこれらの像を示す複数の画像情報を生成するカメラ
31と、焦点を可変して設定しつつカメラ31によって
順次に生成された複数の画像情報を取り込み、これらの
画像情報の形式の下で像を示す個々の画素について、隣
接する隣接画素とのコントラストが極大となる焦点を求
める可変合焦手段33と、個々の画素について、可変合
焦手段33が複数の位置に個別に対応付けて求めた焦点
の下で、光学系がその画素に位置する像点に対して有す
る物点の位置を求める物点位置算出手段35とを備えた
ことを特徴とする。
【0013】請求項4に記載の発明は、外部から焦点が
設定される光学系を有し、かつ一定の位置からその光学
系を介して立体を2次元の像としてとらえてその像を示
す画像情報を生成するカメラ41と、カメラ41に対す
る立体の相対位置を既知の複数の位置の何れかに順次設
定する変位制御手段43と、変位制御手段43によって
設定された個々の相対位置について、焦点を可変して設
定しつつカメラ41によって個別に生成された複数の画
像情報を取り込み、これらの画像情報の形式の下で像を
示す個々の画素について、隣接する隣接画素とのコント
ラストが極大となる焦点を求める可変合焦手段45と、
個々の画素について、可変合焦手段45が複数の位置に
個別に対応付けて求めた焦点の下で、光学系がその画素
に位置する像点に対して有する物点の位置を求める物点
位置算出手段47とを備えたことを特徴とする。
【0014】請求項5に記載の発明は、請求項1ないし
請求項4の何れか1項に記載の三次元計測装置におい
て、隣接画素は、画像情報に適用された走査方式の下で
同一の走査線または隣接する走査線の上に位置すること
を特徴とする。請求項6に記載の発明は、請求項2ない
し請求項4の何れか1項に記載の三次元計測装置におい
て、物点位置算出手段によって求められた物点の位置の
内、物理的に同一である既知の基準点を対応付けてこれ
らの位置を併合する併合手段51を備えたことを特徴と
する。
【0015】請求項7に記載の発明は、請求項2ないし
請求項4の何れか1項に記載の三次元計測装置におい
て、物点位置算出手段によって求められた物点の内、物
理的に同一である基準点の設定にかかわるマンマシンイ
ンタフェースをとるマンマシンインタフェース手段61
と、物点位置算出手段によって求められた物点の位置の
内、物理的に同一である既知の基準点を対応付けてこれ
らの位置を併合する併合手段63とを備えたことを特徴
とする。
【0016】請求項8に記載の発明は、請求項6または
請求項7に記載の三次元計測装置において、併合手段に
は、基準点の対応付けに際してその基準点の位置の偏差
を圧縮する手段を含むことを特徴とする。
【0017】(作用)請求項1に記載の発明にかかわる
三次元計測装置では、可変合焦手段13はカメラ11の
焦点を可変して設定し、そのカメラはこれらの個々の焦
点の下で光学系を介して立体を二次元の像としてとら
え、かつその像を示す画像情報を順次生成する。可変合
焦手段13は、これらの画像情報に含まれる個々の画素
について、その画像情報の形式の下で上述した像を示す
隣接画素とのコントラストが極大となる焦点を求める。
物点位置算出手段15は、このようにして可変合焦手段
13によって求められた個々の焦点の下で、カメラ11
の光学系がその焦点を与える画素に位置する像点に対し
て有する物点の位置を求める。
【0018】このようにして求められた物点の位置は、
上述した立体の表面の内、可変合焦手段13によって設
定されたカメラ11の個々の焦点に対して合焦した領域
のそのカメラの撮像面に対する相対位置であるので、従
来例のように人手を介して対応点の組み合わせを設定す
ることなく非接触で自動的にその立体の位置や形状が三
次元で計測される。
【0019】請求項2に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、可変合焦手段23は既知の複数の位置に配
置された複数のカメラ211〜21Nの焦点を可変して設
定し、これらのカメラは個々の焦点の下で光学系を介し
て立体を二次元の像としてとらえ、かつこれらの像を示
す画像情報を生成する。可変合焦手段23は、これらの
画像情報に含まれる個々の画素について、その画像情報
の形式の下で上述した像を示す隣接画素とのコントラス
トが極大となる焦点をカメラ211〜21Nに対応付けて
求める。物点位置算出手段25は、このようにして可変
合焦手段23によって求められた個々の焦点の下で、カ
メラ211〜21Nの光学系がその焦点を与える画素に位
置する像点に対して有する物点の位置を求める。
【0020】このようにして求められた物点の位置は、
上述した立体の表面の内、可変合焦手段23によって設
定されたカメラ211〜21Nの個々の焦点に対して合焦
した領域の撮像面に対する相対位置であるので、従来例
のように対応点の組み合わせを人手を介して設定するこ
となく非接触で自動的にその立体の位置や形状が三次元
で計測される。さらに、その計測の範囲については、上
述した複数の位置の数および組み合わせに応じて所望の
範囲に拡大される。
【0021】請求項3に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、複数のカメラ211〜21Nに代わる単一の
カメラ31が既知の複数の位置に順次配置される点で請
求項2に記載の発明と異なるが、可変合焦手段33がこ
れらの位置にそれぞれ配置されたカメラ31の焦点を可
変して設定し、そのカメラはこれらの各焦点の下で光学
系を介して立体を二次元の像としてとらえて個々の像を
示す画像情報を生成する。可変合焦手段33は、これら
の画像情報に含まれる個々の画素について、その画像情
報の形式の下で上述した像を示す隣接画素とのコントラ
ストが極大となる焦点をカメラ31が配置された位置に
対応付けて求める。物点位置算出手段35は、このよう
にして可変合焦手段33によって求められた個々の焦点
の下で、カメラ31の光学系がその焦点を与える画素に
位置する像点に対して有する物点の位置を求める。
【0022】したがって、請求項2に記載の発明にかか
わる三次元測定装置と同様にして、対応点の組み合わせ
を人手を介して設定することなく非接触で自動的に立体
の位置や形状が三次元で計測され、かつその計測の範囲
については、上述した複数の位置の数および組み合わせ
を選択することにより所望の範囲に拡大される。請求項
4に記載の発明にかかわる三次元計測装置では、カメラ
41は一定の位置に配置され、変位制御手段43はその
カメラに対する立体の相対位置を既知の複数の位置に順
次設定する。可変合焦手段45はこれらの位置のそれぞ
れにおいてカメラ41の焦点を可変して設定し、そのカ
メラはこれらの各焦点の下で光学系を介して立体を二次
元の像としてとらえて個々の像を示す画像情報を生成す
る。可変合焦手段45は、これらの画像情報に含まれる
個々の画素について、その画像情報の形式の下で上述し
た像を示す隣接画素とのコントラストが極大となる焦点
を立体が配置された位置に対応付けて求める。物点位置
算出手段47は、このようにして可変合焦手段45によ
って求められた個々の焦点の下で、カメラ41の光学系
がその焦点を与える画素に位置する像点に対して有する
物点の位置を求める。
【0023】すなわち、本発明は請求項2、3に記載の
発明にかかわる三次元計測装置に比べて、カメラ41が
一定の位置に配置されて立体の位置が可変される点で異
なるが、これらの発明にかかわる三次元測定装置と同様
にして、対応点の組み合わせを人手を介して設定するこ
となく非接触で自動的に立体の位置や形状が三次元で計
測され、かつその計測の範囲については、上述した複数
の位置の数および組み合わせを選択することにより所望
の範囲に拡大される。
【0024】請求項5に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、請求項1ないし請求項4の何れか1項に記
載された三次元計測装置において、画像情報に適用され
た走査方式の下で同一の走査線または隣接する走査線の
上に位置する画素が隣接画素として適用される。すなわ
ち、コントラストが極大であることの判別の対象となる
画素がカメラあるいは画像情報に適用された走査方式の
下で大きな遅延時間を伴うことなく円滑に得られるの
で、ハードウエアやソフトウエアの規模の低減と計測の
高速化とがはかられる。
【0025】請求項6に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、併合手段51は、請求項2ないし請求項4
の何れか1項に記載の三次元計測装置において、物点位
置算出手段によって求められた物点の位置の内、物理的
に同一である既知の基準点を対応付けてこれらの位置を
併合する。すなわち、立体とカメラとの間における異な
る複数の相対位置に対応して三次元的に求められたその
立体の表面の各部の位置が上述した基準点の一致の下で
一元化されるので、これらの相対位置その他の偏差に起
因する誤差が圧縮される。
【0026】請求項7に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、請求項2ないし請求項4の何れか1項に記
載の三次元計測装置について、マンマシンインタフェー
ス手段61は、物点位置算出手段によって位置が求めら
れた物点の内、物理的に同一である基準点の設定にかか
わるマンマシンインタフェースをとる。併合手段63
は、物点位置算出手段によって求められた物点の位置の
内、物理的に同一である既知の基準点を対応付けてこれ
らの位置を併合する。
【0027】すなわち、請求項6に記載の三次元計測装
置と同様にして行われる一元化の基準となる基準点につ
いては、適宜人手を介して設定することが可能となるの
で、カメラに対する立体の絶対的な位置を予測できなか
ったり、その立体の形状が不定でありあるいは複雑であ
る場合においても実際にそのカメラによってとらえられ
た像に適応した計測が可能となる。
【0028】請求項8に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、請求項6または請求項7に記載の三次元計
測装置において、併合手段は、基準点の対応付けに際し
てその基準点の位置の偏差を圧縮する。すなわち、基準
点の数が複数である場合においても、これらの基準点の
位置の誤差が吸収されるので、計測の精度が高められ
る。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。図5は、請求項1〜8
に記載の発明に対応した実施形態を示す図である。図に
おいて、図18に示すものと機能および構成が同じもの
については、同じ符号を付与して示し、ここではその説
明を省略する。
【0030】図において、本実施形態は、電子カメラ1
80に代えて備えられた電子カメラ70と、パーソナル
コンピュータ190に代えてパーソナルコンピュータ7
2とから構成される。電子カメラ70と電子カメラ18
0との構成の相違点は、制御部188に代えて制御部7
1が備えられ、かつその制御部71の対応する出力に接
続されたディスプレイ73が備えられると共に、主ミラ
ー183、ファインダ184、副ミラー185およびリ
ニアセンサ186を有しない点にある。
【0031】なお、本実施形態と図1〜図4に示すブロ
ック図との対応関係については、電子カメラ70はカメ
ラ11,21,31,41に対応し、制御部71および
ピント移動機構187は可変合焦手段13,23,3
3,45に対応し、パーソナルコンピュータ72は物点
位置算出手段15,25,35,47、変位制御手段4
3、併合手段51,63およびマンマシンインタフェー
ス手段61に対応する。
【0032】図6は、本実施形態の動作フローチャート
(1) である。図7は、本実施形態の動作フローチャート
(2) である。以下、図5〜図7を参照して請求項1、5
に記載の発明に対応した本実施形態の動作を説明する。
パーソナルコンピュータ72は、図5に示すように被写
体(ここでは、簡単の従来例と同様にして「三角錐」と
する。)が有する特定の頂点が光学的にとらえることが
可能な位置に設置される。
【0033】さらに、このようなパーソナルコンピュー
タ72は、図8〜図10に示すように、内蔵されたプロ
セッサ(図示されない。)がアクセス可能なアドレス空
間に配置され、かつ6つのバンクからなる複数画面メモ
リ81と距離メモリ91とに併せて、単一のバンクから
なる合焦メモリ101を有する。なお、以下では、簡単
のため、複数画面メモリ81や距離メモリ91の特定の
バンクを意味する場合には、そのバンクを示す番号
「1」〜「6」の何れかを符号「81」、「91」の添
え番号として付加することとする。
【0034】電子カメラ70では、制御部71は、計測
の開始が要求されるとピント移動機構187を介してレ
ンズ181の焦点位置を被写体に最も近い位置(ここで
は、簡単のため、図12に示すように、撮像素子182
の撮像面に対する相対距離D1で与えられるものとす
る。)に設定し(図6)、かつ撮像素子182によっ
て得られた被写体の光学像を示す画素値(ここでは、簡
単のため輝度のみを示すものとする。)の列をその相対
距離D1に対応付けてメモリ189に格納する(図6
)。さらに、制御部71は、このようにしてメモリ1
89に格納された画素値の列および相対距離を読み出し
てパーソナルコンピュータ72に向けて送出する(図6
)。
【0035】また、制御部71は、このような送出を完
了すると、予め決められた距離(ここでは、簡単のた
め、レンズ181の被写界深度に等しいものとする。)
に渡って撮像素子182の撮像面に近い方向に、レンズ
181の焦点位置をピント移動機構187を介して可変
することにより、そのレンズの焦点位置を図12に示す
相対距離D2で与えられる位置に更新する(図6)。
さらに、制御部71は、撮像素子182によって得られ
た画素値の列を同様にして相対距離D2に対応付けてメ
モリ189に格納した後に、その画素値の列および相対
距離を読み出してパーソナルコンピュータ72に向けて
送出し、以下、同様にして相対距離を図11に示すD3
〜D6に順次設定して同様の処理を反復する。なお、以
下では、上述した画素値の列は、個々の画素について画
素値と撮像素子182の撮像面における位置を示す座標
(ここでは、簡単のため直交座標とする。)とが対応づ
けられてなるものとする。
【0036】一方、パーソナルコンピュータ72では、
電子カメラ70から送出された画素値の列および相対距
離を順次取り込み、その画素値の列については個々の相
対距離に対応付けて複数画面メモリ811 に格納する
(図7)と共に、これらの相対距離については距離メ
モリ911 に同様にして格納する(図7)。ところ
で、このようにして複数画面メモリ811 に格納された
画素値の列で示される像については、これらの相対距離
D1〜D6において、それぞれ図12(a)〜(f) に示す
ように、実線で描かれた合焦部分以外の領域は斜線で示
すように低いコントラストで得られる。
【0037】パーソナルコンピュータ72は、相対距離
D1〜D6に対応した画素値の列について上述した複数
画面メモリ811 および距離メモリ911 に対する格納
の処理が完了すると、その複数画面メモリに格納された
画素の内、撮像素子182の撮像面における絶対位置が
同じである個々の画素について、図13(a)〜(c)に示す
ように、その撮像面の上で隣接する画素(ここでは、簡
単のため8個の画素とする。)との画素値の差分を相対
距離D1〜D6に対応付けて順次算出する(図7)。
さらに、パーソナルコンピュータ72は、その差分の個
々について、相対距離D1〜D6の内、値が最大となる
相対距離を求める(図7)。また、パーソナルコンピ
ュータ72は、このような相対距離と該当する画素の座
標とに併せて、これらに対応して複数画面メモリ811
に格納された画素値とを相互に対応付けて合焦メモリ1
01に格納する(図7)。
【0038】さらに、パーソナルコンピュータ72は、
撮像素子182の撮像面を構成する全ての画素について
上述した演算手順に基づいて合焦メモリ101に対する
記録を完了すると、その合焦メモリに相対距離および座
標に対応付けられて記録された個々の画素値について、
その相対距離および座標に位置する像点に対する物点の
位置をそのレンズ181に予め与えられた光学的パラメ
ータに基づいて算出する(図7)。
【0039】このように本実施形態によれば、複数の焦
点位置の下で個別に得られた像に基づいて、画素単位に
コントラストが極大となる焦点位置と光学系の既知の構
成とに基づいて立体の位置や形状が非接触で確実に得ら
れる。以下、図14〜図15を参照して請求項2ないし
請求項4に記載の発明に対応した本実施形態の動作を説
明する。
【0040】本実施形態では、電子カメラ70は、図1
4に示すように、被写体の周囲の空間に予め設定された
既知の点P1〜P6に順次設置され、これらの各点にお
いてそのカメラの各部は、上述した請求項1に記載の発
明に対応した実施形態と同様の動作を行う。したがっ
て、このような動作については、ここでは説明を省略す
る。
【0041】一方、パーソナルコンピュータ72では、
上述した点P1〜P6にそれぞれ電子カメラ70が位置
する状態においてその電子カメラから与えられる画素値
の列および相対距離について同様の処理が行われるが、
その処理に際して適用される複数画面メモリ81および
距離メモリ91の記憶領域については、これらの各点に
対応して個別に割り付けられたバンクが適用される。さ
らに、合焦メモリ101の記憶領域については、その合
焦メモリが単一のバンクから構成されるが、上述した各
点に対応してその単一のバンク内に個別に設けられた領
域が適用される。
【0042】このように本実施形態によれば、被写体の
周囲に設けられた複数の点からの被写体の位置や形状が
確実に得られるので、凹部を有する物体についても非接
触で効率的に三次元計測が行われる。なお、上述した実
施形態では、電子カメラ70が点P1〜P6に設置され
ることを前提としているが、本発明は、このような前提
を満足するために、例えば、これらの各点に個別に複数
の同様の電子カメラを配置してこれらの電子カメラから
与えられる全ての画素値の列および相対距離に既述の処
理を施したり、単一の電子カメラ70の位置を被写体の
周囲に2次元的にあるいは3次元的に可変して設定する
ことにより順次同様の処理を行ったり、さらに、その電
子カメラ70を一定の点に固定して被写体の位置を2次
元的にあるいは3次元的に可変することにより両者の相
対位置を上述した点P1〜P6に対する被写体の相対位
置に等しく設定してもよい。
【0043】また、このような構成が適用される場合に
おける電子カメラ70あるいは被写体の可動制御につい
ては、公知の多くの機械的な機構およびその駆動制御系
を適用することにより実現可能である。さらに、上述し
た実施形態では、電子カメラ70が被写体をとらえるべ
き位置の数が「6」となっているが、本発明はこのよう
な値に限定されず、例えば、被写体の形状や寸法に適応
してその被写体の内、計測の対象とすべき全ての領域に
ついて撮像を行われるならば、「2」以上の任意の値に
設定することが可能である。
【0044】以下、請求項6〜8に記載の発明に対応し
た本実施形態の動作を説明する。パーソナルコンピュー
タ72は、個々の相対距離に対応した合焦メモリ101
の記憶領域に座標に対応付けられて記録された画素値に
ついて、上述した請求項2ないし請求項4に記載の発明
に対応した実施形態と同様にして、その相対距離および
座標に位置する像点に対する物点の位置を求め、さら
に、その位置を示す座標(ここでは、簡単のため3次元
の直交座標とする。)を求めて合焦メモリ101に保持
する。
【0045】また、パーソナルコンピュータ72は、図
示されないディスプレイにこのようにして座標が求めら
れた被写体の像を表示すると共に、例えば、マウス等を
介して後述する基準点の指定を操作者に要求する。この
ような要求に応じて、操作者によって、例えば、図15
に示す6つの基準点が設定されると、パーソナルコンピ
ュータ72は、合焦メモリ101に各相対距離D1〜D
6に対応して保持された座標について相対距離の差分に
適応した座標変換の処理を施し、かつこれらの基準点に
ついて座標および画素値に最小二乗法を適用してこれら
の誤差を最小に抑えることにより、点P1〜P6で電子
カメラ70によってとらえられた画像を合成する。
【0046】なお、上述した各基準点については、点P
1〜P6の内、その基準点が設定された画像を与えるも
の以外の5つの点において、何れかが光学的にとらえら
れるものでなければ上述した合成はできないが、その合
成に基づいて得られる計測の結果が実用に供される範囲
において選択の自由度は確保される。このように本実施
形態によれば、複数の点からとらえられた像に基づいて
求められた被写体の各部の位置がその被写体の要部とな
る基準点を精度よく揃えることにより得られ、計測誤差
を圧縮しつつ高い精度で立体の三次元計測が行われる。
【0047】なお、上述した実施形態では、基準点が人
手を介して与えられているが、本発明はこのような構成
に限定されず、例えば、被写体に付加されて光学的に識
別可能な印(例えば、画素の値等で示される。)の位置
をパターン認識することにより基準点を自動的に設定し
たり、点P1〜P6に個別に対応して予め決められた撮
像面の画素の位置を対応点として設定してもよい。
【0048】また、上述した実施形態では、対応点にお
ける画素値と座標とについて誤差を圧縮する平滑処理が
施されているが、本発明はこのような構成に限定され
ず、例えば、これらの何れか一方のみに同様の処理を施
したり、このような処理を施すことなく点P1〜P6の
位置の相違を吸収する座標変換の処理を施して単にその
処理の結果を併合する構成としてもよい。
【0049】さらに、基準点の数については、パーソナ
ルコンピュータ72が行う合成処理の処理量の増大が許
容される限りにおいて、大きい値に設定して上述した合
成の誤差を抑圧することも可能である。また、上述した
各実施形態では、撮像素子182としてモノクロームの
撮像素子が適用されているが、本発明はこのような構成
に限定されず、所定の表色系に基づく刺激値として画素
値を処理し、かつ複数画面メモリ81、距離メモリ91
および合焦メモリ101がこのような画素値を格納可能
な記憶領域を有するならば、カラーの撮像素子を適用し
てもよい。
【0050】さらに、上述した各実施形態では、撮像素
子182にラスタースキャン方式が適用されているが、
本発明は、個々の画素に隣接する画素とのコントラスト
の極大値が確実に判別できるならば、如何なる走査方式
を適用してもよい。また、上述した各実施形態では、画
素単位にコントラストの極大値を判別する処理の過程に
おいて、上述したラスタースキャン方式の下でその判別
の対象となる画素を含む走査線とその走査線に隣接する
走査線との上に位置し、かつ撮像面の上において物理的
に隣接する8個の画素との画素値の差分が求められてい
るが、本発明はこのような画素に限定されず、例えば、
同様にして隣接する画素の数を「16」としたり、その
画素を含む走査線のみの上に位置して隣接する画素に限
定してもよく、適用された走査方式の下で形成される走
査線の上に位置して要求される応答性を確保しつつ画素
値が得られるならば、画素の数および組み合わせについ
ては何ら制約はない。
【0051】さらに、上述した各実施形態では、撮像素
子182の撮像面に位置する全ての画素について一連の
演算が施されているが、例えば、マウスポインタを用い
たり数値情報を与えることによりその演算の対象とすべ
き画素を限定してもよい。また、上述した各実施形態で
は、パーソナルコンピュータ72は、点P1〜P6につ
いて電子カメラ70から与えられた画素値の列等を受信
したときに計測の開始と内部処理の開始とをそれぞれ認
識しているが、本発明はこのような構成に限定されず、
例えば、これらの開始の時点を電子カメラ70がパーソ
ナルコンピュータ72に別途通知する構成としてもよ
い。
【0052】さらに、上述した各実施形態では、複数画
面メモリ81、距離メモリ91および合焦メモリ101
の初期設定およびこれらのメモリのポインタの初期設定
については、上述した認識や通知の時点に限らず、電子
カメラ70とパーソナルコンピュータ72との間に予め
設定された取り決めに基づいて行ってもよい。また、上
述した各実施形態では、計測の開始時点を与える条件が
記述されていないが、確実に行われるならば、電子カメ
ラ70に内蔵したシャッターボタンその他の操作に限ら
ず、例えば、通信リンクを介して制御部71に(あるい
は制御部71およびパーソナルコンピュータ72に並行
して)その開始の要求が与えられる構成であってもよ
い。
【0053】さらに、上述した各実施形態では、各画素
についてコントラストが極大となる相対距離がD1〜D
6の何れかとして求められているが、本発明はこのよう
な構成に限定されず、例えば、相対距離D1、D2につ
いてはコントラストが極大となったことを正確に判別で
きないと判断される場合には、その判別の対象外として
もよい。
【0054】また、上述した各実施形態では、相対距離
D1は、被写体深度に対応した値に設定されているが、
本発明はこのような構成に限定されず、三次元計測の範
囲が確保されるならば、その被写体深度より大きい値に
も小さい値にも設定することが可能である。さらに、上
述した各実施形態では、相対距離を可変すべき間隔は、
既知であれば一定でなくてもよく、かつ被写界深度より
小さな値とすることにより計測の精度を高めたり、所望
の精度で計測を行うことが可能であれば被写界深度より
大きな値としてもよい。
【0055】また、上述した各実施形態では、物点位置
算出手段15,25,35,47、変位制御手段43、
併合手段51,63およびマンマシンインタフェース手
段61が何れもパーソナルコンピュータ72が実行する
ソフトウエアによって実現されているが、本発明はこの
ような構成に限定されず、これらの手段の一部もしくは
全てについては同様の演算対象に等価な処理を施す専用
のハードウエアで構成することも可能である。
【0056】
【発明の効果】上述したように請求項1に記載の発明で
は、従来例のように人手を介して対応点の組み合わせを
設定することなく非接触で自動的に立体の位置や形状の
三次元計測が行われる。また、請求項2〜4に記載の発
明では、請求項1に記載の発明と同様にして非接触で自
動的に立体の位置や形状の三次元計測が行われ、かつそ
の位置や形状について計測可能な範囲を所望の範囲に拡
大することが可能となる。
【0057】さらに、請求項5に記載の発明では、ハー
ドウエアやソフトウエアの規模の低減と計測の高速化と
がはかられる。また、請求項6、7に記載の発明では、
カメラと立体との相対位置の偏差に起因する誤差が圧縮
され、特に、請求項7に記載の発明では、カメラに対す
る立体の絶対的な位置を予測できなかったり、その立体
の形状が不定でありあるいは複雑である場合においても
実際にそのカメラによってとらえられた像に適応して同
様の効果が得られる。
【0058】請求項8に記載の発明では、基準点の数が
複数である場合においても、これらの基準点の位置の誤
差が吸収されて計測の精度が高められる。すなわち、計
測の所要工数の増加を抑えつつ容易に精度よく立体の形
状やその立体の表面の各部の位置の三次元計測が行われ
るので、これらの発明が適用された三次元計測装置につ
いては、高い価格性能比および信頼性が得られ、適用分
野の拡大がはかられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1、5に記載の発明の原理ブロック図で
ある。
【図2】請求項2、5〜7に記載の発明の原理ブロック
図である。
【図3】請求項3、5〜8に記載の発明の原理ブロック
図である。
【図4】請求項4、6〜8に記載の発明の原理ブロック
図である。
【図5】請求項1〜8に記載の発明に対応した実施形態
を示す図である。
【図6】本実施形態の動作フローチャート(1) である。
【図7】本実施形態の動作フローチャート(2) である。
【図8】複数画面メモリの構成を示す図である。
【図9】距離メモリの構成を示す図である。
【図10】合焦メモリの構成を示す図である。
【図11】レンズの位置に対応した相対距離を示す図で
ある。
【図12】各点からとらえられた被写体の像を示す図で
ある。
【図13】画素単位に合焦を判別する処理を説明する図
である。
【図14】電子カメラの位置を示す図である。
【図15】基準点の設定例を示す図である。
【図16】従来の三次元計測装置の構成例を示す図であ
る。
【図17】撮像面とリニアセンサの受光面との対応関係
を示す図である。
【図18】ピントに対するコントラストの変化を示す図
である。
【図19】撮像素子によってとらえられる像を示す図で
ある。
【符号の説明】
11,21,31,41 カメラ 13,23,33,45 可変合焦手段 15,25,35 物点位置算出手段 43 変位制御手段 47 物点位置算出手段 51,63 併合手段 61 マンマシンインタフェース手段 70,180 電子カメラ 71,188 制御部 72,190 パーソナルコンピュータ 73 ディスプレイ 81 複数画面メモリ 91 距離メモリ 101 合焦メモリ 181 レンズ 182 撮像素子 183 主ミラー 184 ファインダ 185 副ミラー 186 リニアセンサ 187 ピント移動機構 189 メモリ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部から焦点が設定される光学系を有
    し、かつ既知の位置からその光学系を介して立体を2次
    元の像としてとらえてその像を示す画像情報を生成する
    カメラ11と、 前記焦点を可変して設定しつつ前記カメラ11によって
    生成された画像情報を取り込み、その画像情報の形式の
    下で前記像を示す個々の画素について、隣接する隣接画
    素とのコントラストが極大となる焦点を求める可変合焦
    手段13と、 前記個々の画素について、前記可変合焦手段13によっ
    て求められた焦点の下で前記光学系がその画素に位置す
    る像点に対して有する物点の位置を求める物点位置算出
    手段15とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
  2. 【請求項2】 外部から焦点が設定される光学系を有
    し、かつ既知の複数の位置からその光学系を介して個別
    に同一の立体を2次元の像としてとらえてその像を示す
    画像情報を生成する複数のカメラ211〜21Nと、 前記焦点を可変して設定しつつ前記複数のカメラ211
    〜21Nによって個別に生成された複数の画像情報を取
    り込み、これらの画像情報の形式の下で前記像を示す個
    々の画素について、隣接する隣接画素とのコントラスト
    が極大となる焦点を求める可変合焦手段23と、 前記個々の画素について、前記可変合焦手段23が前記
    複数のカメラ211 〜21N に個別に対応付けて求めた
    焦点の下で、その焦点を与える光学系がその画素に位置
    する像点に対して有する物点の位置を求める物点位置算
    出手段25とを備えたことを特徴とする三次元計測装
    置。
  3. 【請求項3】 外部から焦点が設定される光学系を有し
    て既知の複数の位置に順次配置され、その光学系を介し
    て立体を2次元の像としてとらえてこれらの像を示す複
    数の画像情報を生成するカメラ31と、 前記焦点を可変して設定しつつ前記カメラ31によって
    順次に生成された複数の画像情報を取り込み、これらの
    画像情報の形式の下で前記像を示す個々の画素につい
    て、隣接する隣接画素とのコントラストが極大となる焦
    点を求める可変合焦手段33と、 前記個々の画素について、前記可変合焦手段33が前記
    複数の位置に個別に対応付けて求めた焦点の下で、前記
    光学系がその画素に位置する像点に対して有する物点の
    位置を求める物点位置算出手段35とを備えたことを特
    徴とする三次元計測装置。
  4. 【請求項4】 外部から焦点が設定される光学系を有
    し、かつ一定の位置からその光学系を介して立体を2次
    元の像としてとらえてその像を示す画像情報を生成する
    カメラ41と、 前記カメラ41に対する前記立体の相対位置を既知の複
    数の位置の何れかに順次設定する変位制御手段43と、 前記変位制御手段43によって設定された個々の相対位
    置について、前記焦点を可変して設定しつつ前記カメラ
    41によって個別に生成された複数の画像情報を取り込
    み、これらの画像情報の形式の下で前記像を示す個々の
    画素について、隣接する隣接画素とのコントラストが極
    大となる焦点を求める可変合焦手段45と、 前記個々の画素について、前記可変合焦手段45が前記
    複数の位置に個別に対応付けて求めた焦点の下で、前記
    光学系がその画素に位置する像点に対して有する物点の
    位置を求める物点位置算出手段47とを備えたことを特
    徴とする三次元計測装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし請求項4の何れか1項に
    記載の三次元計測装置において、 隣接画素は、 画像情報に適用された走査方式の下で同一の走査線また
    は隣接する走査線の上に位置することを特徴とする三次
    元計測装置。
  6. 【請求項6】 請求項2ないし請求項4の何れか1項に
    記載の三次元計測装置において、 物点位置算出手段によって求められた物点の位置の内、
    物理的に同一である既知の基準点を対応付けてこれらの
    位置を併合する併合手段51を備えたことを特徴とする
    三次元計測装置。
  7. 【請求項7】 請求項2ないし請求項4の何れか1項に
    記載の三次元計測装置において、 物点位置算出手段によって求められた物点の内、物理的
    に同一である基準点の設定にかかわるマンマシンインタ
    フェースをとるマンマシンインタフェース手段61と、 物点位置算出手段によって求められた物点の位置の内、
    物理的に同一である既知の基準点を対応付けてこれらの
    位置を併合する併合手段63とを備えたことを特徴とす
    る三次元計測装置。
  8. 【請求項8】 請求項6または請求項7に記載の三次元
    計測装置において、 併合手段には、 基準点の対応付けに際してその基準点の位置の偏差を圧
    縮する手段を含むことを特徴とする三次元計測装置。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0939294A1 (en) * 1998-02-26 1999-09-01 Hewlett-Packard Company Determining topographical values
JP2002250607A (ja) * 2001-02-27 2002-09-06 Optex Co Ltd 物体検知センサ
JP2002250605A (ja) * 2001-02-27 2002-09-06 Optex Co Ltd 自動ドアセンサ
JP2003207320A (ja) * 2002-01-10 2003-07-25 Heiwa Kinzoku Kogyo Kk 3次元認識装置及びその方法
JP2009284056A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Fujifilm Corp 画像処理装置および方法並びにプログラム
JP4462581B1 (ja) * 2009-12-04 2010-05-12 洋 佐藤 3次元コンピュータグラフィックス用モデル生成装置
JP2011047883A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Victor Co Of Japan Ltd 3次元形状センサ
CN102364297A (zh) * 2010-06-15 2012-02-29 Juki株式会社 电子部件安装装置
JP2015055626A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 點晶科技股▲ふん▼有限公司 3次元印刷システムおよび3次元印刷方法
CN105043297A (zh) * 2015-09-15 2015-11-11 中南大学 一种无损、快速tsv结构侧壁形貌测量方法
JP2017090447A (ja) * 2015-11-04 2017-05-25 ▲れい▼達科技股▲ふん▼有限公司Leadot Innovation, Inc. 3次元外形情報検知システム及び検知方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0939294A1 (en) * 1998-02-26 1999-09-01 Hewlett-Packard Company Determining topographical values
JP2002250607A (ja) * 2001-02-27 2002-09-06 Optex Co Ltd 物体検知センサ
JP2002250605A (ja) * 2001-02-27 2002-09-06 Optex Co Ltd 自動ドアセンサ
JP4639293B2 (ja) * 2001-02-27 2011-02-23 オプテックス株式会社 自動ドアセンサ
JP2003207320A (ja) * 2002-01-10 2003-07-25 Heiwa Kinzoku Kogyo Kk 3次元認識装置及びその方法
JP2009284056A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Fujifilm Corp 画像処理装置および方法並びにプログラム
JP2011047883A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Victor Co Of Japan Ltd 3次元形状センサ
JP2011118711A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Hiroshi Sato 3次元コンピュータグラフィックス用モデル生成装置
JP4462581B1 (ja) * 2009-12-04 2010-05-12 洋 佐藤 3次元コンピュータグラフィックス用モデル生成装置
CN102364297A (zh) * 2010-06-15 2012-02-29 Juki株式会社 电子部件安装装置
JP2015055626A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 點晶科技股▲ふん▼有限公司 3次元印刷システムおよび3次元印刷方法
CN104441650A (zh) * 2013-09-13 2015-03-25 点晶科技股份有限公司 立体打印***以及立体打印方法
US9868256B2 (en) 2013-09-13 2018-01-16 Silicon Touch Technology Inc. Three-dimensional printing system and method for three-dimensional printing
CN105043297A (zh) * 2015-09-15 2015-11-11 中南大学 一种无损、快速tsv结构侧壁形貌测量方法
JP2017090447A (ja) * 2015-11-04 2017-05-25 ▲れい▼達科技股▲ふん▼有限公司Leadot Innovation, Inc. 3次元外形情報検知システム及び検知方法
US10721455B2 (en) 2015-11-04 2020-07-21 Leadot Innovation, Inc. Three dimensional outline information sensing system and sensing method

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