JPH1026528A - 形状測定装置及びそれに使用する画像入力装置 - Google Patents
形状測定装置及びそれに使用する画像入力装置Info
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- JPH1026528A JPH1026528A JP18199596A JP18199596A JPH1026528A JP H1026528 A JPH1026528 A JP H1026528A JP 18199596 A JP18199596 A JP 18199596A JP 18199596 A JP18199596 A JP 18199596A JP H1026528 A JPH1026528 A JP H1026528A
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Abstract
考慮することなく、近方から遠方までの広範囲に渡る被
測定物の形状解析に関して、解析精度を損なわずに焦点
調節が可能な形状測定装置及びそれに使用する画像入力
装置を提供する。 【解決手段】 本発明の形状測定装置は、被測定物の像
を結像させる結像レンズ3と、結像レンズ3の結像面に
配置した撮像手段4と、撮像手段4からの画像信号に基
づき被測定物の形状を解析する画像解析部2とを有し、
結像レンズ3と撮像手段4との画面距離gを焦点調整を
目的として調整する調整手段11と、調整手段11によ
り調整された画面距離gを検出する画面距離検出部11
と、画面距離gに対応して変化する結像レンズ3のレン
ズ歪み特性情報をあらかじめ記憶するレンズ歪み特性記
憶部13と、画面距離検出部11からの信号に応じたレ
ンズ歪み特性情報に基づいて画像解析部2に入力される
画像信号を補正するレンズ歪み特性補正部23とを有す
る。
Description
精度に形状測定を行う形状測定装置及びそれに使用する
画像入力装置に関する。
ンズ系Lの光軸Oと撮影画面Sとの交点(以下、主点P
という)の位置と、撮影画面Sと撮影レンズ系Lの主平
面Kとの間の距離(以下、画面距離gという)が明確で
ある必要がある。
ラでは、主点Pの位置や画面距離Gの変化を避けるた
め、撮影画面Sに対して撮影レンズ系Lを固定した固定
焦点の光学系が採用され、市販のカメラのような焦点調
節を行わない構成とし、写真測量用のカメラ製造時に主
点Pの位置、画面距離gを測定して、これらの測定値を
画像解析時に使用していた。これは、通常、遠距離から
被測定物を撮影するので、撮影時にピント合わせをする
必要がほとんど無いからである。
使用されるカメラは、固定焦点であるので、撮影距離が
限定され、地上写真測量や、撮影された画像に基づき高
精度な形状測定を行う場合には、撮影地点から被測定物
までの撮影距離がまちまちであり、撮影対象が遠距離に
ある場合と近距離にある場合とではレンズの焦点距離を
異ならせる必要があり、被測定物が遠距離にある場合に
は遠距離用のカメラを準備し、被測定物が近距離にある
場合には近距離用のカメラを準備して、写真測量を行っ
ている。つまり、従来の写真測量では、被測定物までの
距離が近距離から遠距離に渡って幅広い場合には、被測
定物までの撮影距離にマッチした焦点距離(画面距離
g)を有する複数台のカメラを準備することが必要とな
る。
離から遠距離に渡って幅広い場合に撮影距離にマッチし
た焦点距離を有する複数台のカメラを準備できるとは限
らず、準備できるカメラが1台のみのときには、被測定
物までの距離に応じて焦点距離を変更しなければならな
いこととなる。このときには、焦点距離を変更するたび
に、その都度、レンズ特性等のカメラの内部定位を得る
ためにカメラキャリブレーションを行わなければなら
ず、このカメラキャリブレーションに多大な時間と労
力、コストがかかる。これに対して、市販のカメラの場
合、焦点調節は可能であるが、主点Pの位置及びレンズ
歪みが撮影レンズ系1の光軸方向への移動に伴って大き
く変動し、画面距離Gが不明確となるので、写真測量の
用途には不向きである。
在する被測定物の形状解析を行う場合、焦点距離を変化
させると、画面距離g、主点Pの位置の変化に加えてレ
ンズ歪みまでが変化し、とても実用に耐え得るものでは
なかった。
位置が変動せず、かつ、画面距離gを正確に計測できる
構成の形状測定装置が提案されている(特開平4−28
1446号公報)。しかしながら、この特開平4−28
1446号公報に開示のものは、焦点距離が変化しても
レンズ歪みが変化しない無歪みレンズを使用しなけらば
ならず、そのようなレンズを実際上製作するのはほとん
ど不可能であり、レンズ歪みが許容できる程度に小さい
レンズを設計、製作することとすると、その価格が非常
に高くなる。
ので、主点位置、画面距離、レンズ歪み(以下、内部定
位という)をいちいち考慮することなく、近方から遠方
までの広範囲に渡る被測定物の形状解析に関して、解析
精度を損なわずに焦点調節が可能な形状測定装置及びそ
れに使用する画像入力装置を提供することを目的とす
る。
の形状測定装置は、上記課題を解決するため、被測定物
の像を結像させる結像レンズと、該結像レンズの結像面
に配置した撮像手段と、該撮像手段からの画像信号に基
づき前記被測定物の形状を解析する画像解析部とを有す
るものにおいて、前記結像レンズと前記撮像手段との画
面距離を焦点調整を目的として調整する調整手段と、該
調整手段により調整された前記画面距離を検出する画面
距離検出部と、前記画面距離に対応して変化する前記結
像レンズのレンズ歪み特性情報をあらかじめ記憶するレ
ンズ歪み特性記憶部と、前記画面距離検出部からの信号
に応じたレンズ歪み特性情報に基づいて前記画像解析部
に入力される画像信号を補正するレンズ歪み特性補正部
とを有することを特徴としている。
の画像入力装置は、上記課題を解決するため、被測定物
の像を結像させる結像レンズと、該結像レンズの結像面
に配置した撮像手段とを有し、前記被測定物の形状解析
用の画像信号を出力するものにおいて、前記結像レンズ
と前記撮像手段との画面距離を焦点調整を目的として調
整する調整手段と、該調整手段により調整された前記画
面距離を検出する画面距離検出部と、前記画面距離に対
応して変化する前記結像レンズのレンズ歪み特性情報を
あらかじめ記憶するレンズ歪み特性記憶部と、前記画面
距離検出部からの信号に応じたレンズ歪み特性情報に基
づいて画像信号を補正して出力するレンズ歪み特性補正
部とを有することを特徴としている。
の画像入力装置は、上記課題を解決するため、被測定物
の像を結像させる結像レンズと、該結像レンズの結像面
に配置した撮像手段とを有し、前記被測定物の形状解析
用の画像信号を出力するものにおいて、前記結像レンズ
と前記撮像手段との画面距離を焦点調整を目的として調
整する調整手段と、該調整手段により調整された前記画
面距離を検出する画面距離検出部と、前記画面距離に対
応して変化する前記結像レンズのレンズ歪み特性情報を
あらかじめ記憶するレンズ特性記憶部と、前記画面距離
検出部からの信号に応じたレンズ歪み特性情報を出力す
る出力手段とを有することを特徴としている。
は、上記課題を解決するため、被測定物の像を結像させ
る結像レンズと、該結像レンズの結像面に配置した撮像
手段とを有する撮影カメラと、前記撮像手段からの画像
信号に基づき前記被測定物の形状を解析する画像解析部
とを備えたものにおいて、前記結像レンズと前記撮像手
段との画面距離を焦点調整を目的として調整する調整手
段と、該調整手段により調整された前記画面距離を検出
する画面距離検出部と、前記画面距離に対応して変化す
る前記結像レンズのレンズ歪み特性情報をあらかじめ記
憶するレンズ歪み特性記憶部と、該レンズ特性記憶部に
記憶されたレンズ歪み特性情報の信号を前記画面距離検
出部からの信号に応じて読み込み、前記レンズ歪み特性
情報に基づき前記画像解析部により画像解析することを
特徴としている。
する結像レンズのレンズ歪み特性情報をあらかじめ記憶
するレンズ歪み特性記憶部を設ける構成としたので、工
場出荷時にカメラのキャリブレーションを行って主点位
置、画面距離、レンズ歪み等の内部定位を検査して記憶
させ、画像撮影時にその撮影時の内部定位を使用するこ
とにすれば、カメラヘッド部は少なくとも画面距離Gだ
けわかれば良く、焦点距離の変化によるカメラキャリブ
レーションを一切気にすることなく、撮影者は1台のカ
メラで自由に被測定物を撮影し、その形状を解析するこ
とが可能である。
ば、(a)、(b)式のように主点Pの位置を考慮した
上でレンズ歪み量を補正すれば、撮影画面上における対
象物の正確な位置座標を求め得る。
ズ歪みのみを考慮して求めた。
置、放射方向のレンズ歪み等を検査し、後述するレンズ
歪み特性記憶部に記憶させておけば良い。このとき、レ
ンズ歪みが上記の例と異なるときは、そのレンズ歪みの
モデル式を使用し、そのパラメータをカメラ検査により
求めればよい。また、パラメータではなくて歪み補正位
置、すなわち、全体のレンズ歪み量そのものを記録して
もよい。
ック図を示し、この形状測定装置は画像入力装置として
のカメラ1と画像解析部2とから大略なっている。カメ
ラ1は撮影レンズ系Lを有する。撮影レンズ系Lは被測
定物の像を結像させるための結像レンズ3と撮像手段と
してのCCD4とから大略構成されている。CCD4は
結像レンズ3の結像面に配置されている。CCD4は画
像を光電変換して画像信号を出力する。その画像信号は
アンプリファイア5により増幅されて、A/D変換器6
に入力され、このA/D変換器6によりアナログ信号か
らデジタル信号に変換される。そのデジタル信号は画像
記録部としての画像用メモリ7に入力されて、この画像
用メモリ7に一時的に記憶される。その画像用メモリ7
はメモリ制御回路8により制御され、そのメモリ制御回
路8は電気系全体の統括制御を行う処理制御部9により
制御される。処理制御部9には後述する情報を入力する
ための入力部10が接続され、その処理制御部9は画面
距離調整検出部11との間で情報の授受を行う役割の
他、A/D変換器6、CCD制御部12を制御する役
割、レンズ歪み特性記憶部13に入力情報を出力する役
割を有する。
特性情報が記憶されている。そのレンズ歪み特性情報
は、工場出荷時に、検査者が各焦点距離毎に結像レンズ
3の歪み特性を検査して、入力部10を操作することに
よりレンズ歪み特性記憶部13に入力するものである。
画像用メモリ7には表示部14が接続され、その表示部
14に被測定物の撮影画像が表示される。
(焦点距離調整)のために移動された結像レンズ3と撮
影画面Sとの画面距離検出を行う役割を有し、この画面
距離調整検出部11は、例えば、図3に示すように、結
像レンズ3の移動に連動して移動する移動接点15と、
各抵抗器16〜18の一端にそれぞれ接続された固定接
点19〜21と、デコーダ22とからなり、マニュアル
(段階固定式)により結像レンズ3を移動させて、その
移動量をデコーダ22により読み取るものである。その
結像レンズ3の移動量は処理制御部9に入力され、処理
制御部9はその移動量に基づいて画面距離gを検出し、
この検出された画面距離gに応じてレンズ歪み特性記憶
部13に記憶されたレンズ歪み特性情報をレンズ歪み補
正部23に出力させる。すなわち、画面距離gに応じた
レンズ歪み特性情報を記憶するメモリが選択されて、そ
のレンズ歪み特性情報がレンズ歪み補正部23に入力さ
れる。
結像レンズ3を移動させて画面距離gを検出することと
したが、図4に示すように、例えば、画面距離調整検出
部11を、モータ駆動用制御回路24と、モータドライ
バ25と、ステッピングモータ26とから構成し、自動
合焦又は電動により結像レンズ3を移動させて、その移
動の際のパルス数をカウントして画面距離gを検出する
構成としても良い。なお、この場合、結像レンズ3の移
動原点としての基準位置をあらかじめ出荷時に高精度で
求めておくことにする。このようにして、高精度に画面
距離gを検出する。
アップテーブル(LUT)を用いて構成されている。レ
ンズ歪み特性記憶部13には、画面距離gに応じたレン
ズ歪み量に対応するアドレスが記憶されている。そのL
UTには、画面距離gに応じて選択されたレンズ歪み特
性記憶部13のメモリからレンズ歪み補正量(補正後の
画像メモリのアドレス)がロードされる。レンズ歪み特
性補正部23は、画像用メモリからアドレスに従って順
番に出力された情報をアドレス変換することにより歪み
補正し、その画像情報を画像用メモリ7、あるいは画像
解析部2に送信する。
憶されている補正前の画像を表示するが、補正前の画像
と補正後の画像とを保存できる画像用メモリを用いれ
ば、補正前の画像と補正後の画像との両方を表示させる
ことも可能である。また、LUTを通さずにそのまま原
画像を画像記録部に記録したり、あるいは、補正前、補
正後両方の画像を記録することもできる。
画像が出力され、そのレンズ歪み補正部23により補正
された画像は画像解析部2により解析され、これにより
高精度な計測が可能になる。
みが補正された画像を直接画像解析部2に出力させる構
成としたが、カメラ1のレンズ歪み補正部23の出力段
に補正画像を一時的に保存する画像記録部を設け、この
画像記録部の出力をカメラ1の外部の画像解析部2に入
力させる構成とすることもできる。
構成する代わりに、演算部により構成することもでき
る。この場合には、レンズ歪み特性記憶部13の補正メ
モリに、各画面距離Gにおけるレンズ歪みパラメータを
あらかじめ記憶させ、画面距離Gに応じて選択されたレ
ンズ歪みパラメータ(式(a)、式(b)のパラメータ
x0、y0、k1、k2等)をレンズ歪み特性補正部23と
しての演算部に送信する。演算部は、それらのパラメー
タに基づき、順次画像情報が出力されてくるアドレスの
情報により式(a)、式(b)の計算を実行し、補正ア
ドレスを計算し、その計算されたアドレスの画像用メモ
リ7又は画像解析部2に画像情報を送信する。この処理
を一画面について行うことにより、結像レンズ3の歪み
が補正された画像が得られる。この演算部はハードウェ
アで構成しても良いし、デジタルシグナルプロッセッサ
DSPにより式(a)、式(b)をプログラムし、演算
させてもよい。
施例を示し、カメラ1に画像・レンズ歪み記録部27を
設け、カメラ1と別体の画像解析部2にレンズ歪み補正
部に相当する演算機能を設け、レンズ歪み量補正前の画
像を直接画像解析部2に入力させて、画像解析部2の側
でレンズ歪量を補正して形状解析を行う構成としたもの
であり、その他の構成要素は図2に示す構成要素と同一
であるので、同一符号を付してその詳細な説明は省略す
る。
画像・レンズ歪み記録部27を設け、画像解析部2に設
ける構成としたが、画像・レンズ歪み記録部27を設け
ずに、SCSIインターフェースを介して直接画像解析
部2に入力させて、画像解析部2の側でレンズ歪量を補
正して形状解析を行う構成とすることもできる。また、
図5に示す実施例では、カメラ1の側にレンズ歪み特性
記憶部13を設ける構成としたが、レンズ歪み特性記憶
部13を画像解析部2に設け、画面距離調整検出部11
により検出された画面距離gに対応したレンズ歪み量
を、画像解析部2の側で選択する構成とすることもでき
る。
で、被測定物によらず計測したい対象に対して、あらゆ
る撮影位置からレンズの焦点調節位置を考慮することな
く、自由に計測することが可能である。すなわち、計測
用にカメラキャリブレーションを行ったカメラを複数台
用意する必要や、あるいは計測によっていちいちカメラ
キャリブレーションをし直す必要がなくなり、計測対象
物の制限やカメラキャリブレーションの手間がかからな
くなり、省力化も可能となり、すぐれた高精度な形状測
定装置を提供することが可能となる。
説明するための模式図である。
を示すブロック図である。
を示す概念図である。
例を示す概念図である。
を示すブロック図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 被測定物の像を結像させる結像レンズ
と、該結像レンズの結像面に配置した撮像手段と、該撮
像手段からの画像信号に基づき前記被測定物の形状を解
析する画像解析部とを有する形状測定装置において、 前記結像レンズと前記撮像手段との画面距離を焦点調整
を目的として調整する調整手段と、 該調整手段により調整された前記画面距離を検出する画
面距離検出部と、 前記画面距離に対応して変化する前記結像レンズのレン
ズ歪み特性情報をあらかじめ記憶するレンズ歪み特性記
憶部と、 前記画面距離検出部からの信号に応じたレンズ歪み特性
情報に基づいて前記画像解析部に入力される画像信号を
補正するレンズ歪み特性補正部とを有することを特徴と
する形状測定装置。 - 【請求項2】 被測定物の像を結像させる結像レンズ
と、該結像レンズの結像面に配置した撮像手段とを有
し、前記被測定物の形状解析用の画像信号を出力する形
状測定装置用の画像入力装置において、 前記結像レンズと前記撮像手段との画面距離を焦点調整
を目的として調整する調整手段と、 該調整手段により調整された前記画面距離を検出する画
面距離検出部と、 前記画面距離に対応して変化する前記結像レンズのレン
ズ歪み特性情報をあらかじめ記憶するレンズ歪み特性記
憶部と、 前記画面距離検出部からの信号に応じたレンズ歪み特性
情報に基づいて画像信号を補正して出力するレンズ歪み
特性補正部とを有することを特徴とする形状測定装置用
の画像入力装置。 - 【請求項3】 被測定物の像を結像させる結像レンズ
と、該結像レンズの結像面に配置した撮像手段とを有
し、前記被測定物の形状解析用の画像信号を出力する形
状測定装置用の画像入力装置において、 前記結像レンズと前記撮像手段との画面距離を焦点調整
を目的として調整する調整手段と、 該調整手段により調整された前記画面距離を検出する画
面距離検出部と、 前記画面距離に対応して変化する前記結像レンズのレン
ズ歪み特性情報をあらかじめ記憶するレンズ特性記憶部
と、 前記画面距離検出部からの信号に応じたレンズ歪み特性
情報を出力する出力手段とを有することを特徴とする形
状測定装置用の画像入力装置。 - 【請求項4】 被測定物の像を結像させる結像レンズ
と、該結像レンズの結像面に配置した撮像手段とを有す
る撮影カメラと、前記撮像手段からの画像信号に基づき
前記被測定物の形状を解析する画像解析部とを備えた形
状測定装置において、 前記結像レンズと前記撮像手段との画面距離を焦点調整
を目的として調整する調整手段と、 該調整手段により調整された前記画面距離を検出する画
面距離検出部と、 前記画面距離に対応して変化する前記結像レンズのレン
ズ歪み特性情報をあらかじめ記憶するレンズ特性記憶部
と、 該レンズ特性記憶部に記憶されたレンズ歪み特性情報の
信号を前記画面距離検出部からの信号に応じて読み込
み、前記レンズ歪み特性情報に基づき前記画像解析部に
より画像解析をすることを特徴とする形状測定装置。 - 【請求項5】 前記レンズ歪み特性記憶部が、前記画像
解析部に組み込まれている請求項4に記載の形状測定装
置。 - 【請求項6】 前記レンズ歪み特性記憶部が、前記撮影
カメラに組み込まれている請求項5に記載の形状測定装
置。
Priority Applications (2)
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JP18199596A JP3730322B2 (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 形状測定装置及びそれに使用する画像入力装置 |
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JPH1026528A true JPH1026528A (ja) | 1998-01-27 |
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ID=16110490
Family Applications (1)
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Country Status (2)
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DE (1) | DE19730257A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004106858A1 (ja) * | 2003-05-29 | 2004-12-09 | Olympus Corporation | ステレオカメラシステム及びステレオ光学モジュール |
JP2006214850A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Sokkia Co Ltd | レーザ測量機 |
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DE19922321C2 (de) * | 1999-05-14 | 2002-07-18 | Zsp Geodaetische Sys Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Durchführung von geodätischen Messungen mittels Videotachymeter |
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- 1996-07-11 JP JP18199596A patent/JP3730322B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1997
- 1997-07-09 DE DE1997130257 patent/DE19730257A1/de not_active Ceased
Cited By (3)
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