JPH1047920A - キャリブレーション方法 - Google Patents
キャリブレーション方法Info
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- JPH1047920A JPH1047920A JP8208225A JP20822596A JPH1047920A JP H1047920 A JPH1047920 A JP H1047920A JP 8208225 A JP8208225 A JP 8208225A JP 20822596 A JP20822596 A JP 20822596A JP H1047920 A JPH1047920 A JP H1047920A
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Abstract
図ることのできるキャリブレーション方法を提供する。 【解決手段】 較正用対象物としての測定板1を三次元
視覚センサ4に対してヨー回転,ピッチ回転および前後
移動させたときの各移動点での距離画像をその三次元視
覚センサ4にて取得し、この取得された距離画像を処理
して各画素の前記距離画像毎の三次元座標値を求め、こ
の求められる三次元座標値より較正値を得る構成とす
る。
Description
段により被測定物の三次元位置を計測するのに必要とさ
れる三次元計測装置におけるキャリブレーション方法に
関するものである。
キャリブレーション方法として、図19に示される方法
が知られている(例えば特開平5−248819号公報
参照)。この方法は、較正用対象物として座標を示す方
眼線51(もしくは多数の点)が刻まれた測定板52を
用い、この測定板52を制御装置53によって前後に移
動させながら三次元視覚センサ54によって方眼線51
を認識してコンピュータ55で処理することによって較
正データを得るものである。この場合、方眼線51を認
識するに際し、二値化処理と称する画像処理手法が用い
られる。
れている従来のキャリブレーション方法では、方眼線5
1を画像処理により抽出する際に、この方眼線51が光
の環境によってかすれて綺麗に抽出できなかったり、あ
るいは方眼線51の中心が抽出できずに偏った線を抽出
してしまい、この結果得られた座標値が正確な位置から
ずれてしまって精度の良いキャリブレーションが行えな
いという問題点があった。
めになされたもので、二値化処理による誤差を除去して
高精度化を図ることのできるキャリブレーション方法を
提供することを目的とするものである。
目的を達成するために、本発明によるキャリブレーショ
ン方法は、投光手段により被測定物の表面に光を照射し
てその反射光を撮像手段により撮像し、この撮像される
反射光の情報から三角測量の原理に基づき前記被測定物
の位置を計測する三次元計測装置におけるキャリブレー
ション方法であって、較正用対象物を前記撮像手段に対
してヨー回転,ピッチ回転および前後移動させたときの
各移動点での距離画像を前記撮像手段にて撮像し、この
撮像された距離画像を処理して各画素の前記距離画像毎
の三次元座標値を求め、この求められる三次元座標値よ
り較正値を得ることを特徴とするものである。
は、例えば測定板のような較正用対象物をカメラ等の撮
像手段に対して一定量ずつヨー回転,ピッチ回転もしく
は前後移動させながら、各移動点での距離画像が撮像手
段にて取得される。そして、この取得された距離画像が
処理されることによって各画素のその距離画像毎の三次
元座標値が求められ、この求められる三次元座標値より
較正値が得られる。
び前後移動によって各画素の明暗情報と置き換えられた
256段階の距離情報と三次元座標値との対応表(ルッ
クアップテーブル)が作成されるので、従来の方眼線を
画像処理により抽出するものにおけるような二値化処理
による誤差の発生を排除することができ、高精度のキャ
リブレーションを実現することができる。
像された距離画像を処理するに際し、一つの画像につい
て特定の画素の周囲のメディアン値をその画素の距離画
像として設定するとともに、こうして得られる距離画像
を各位置で複数回設定しそれら複数回のメディアン値を
その画素の距離画像の補正値として設定するのが好まし
い。こうすることで、較正用対象物の表面の乱反射等に
よって取得画像の画素値が歪んだ場合でも、ノイズを除
去して取得画像のスムージング処理を行うことができ、
より高精度なキャリブレーションを行うことが可能とな
る。
ション方法の具体的実施例につき、図面を参照しつつ説
明する。
測装置のシステム構成図が示されている。本実施例の三
次元計測装置は、無地の平板により構成される較正用対
象物としての測定板1と、この測定板1を所望位置に移
動させる測定板移動装置2と、この測定板移動装置2を
制御する測定板制御装置3と、前記測定板1に対位して
設けられる三次元視覚センサ4と、前記測定板制御装置
3を制御するとともに前記測定板1の移動位置に応じて
前記三次元視覚センサ4により取得された距離画像を保
存・処理するコンピュータ5とを備えている。
aと、この直動スライダ2a上に回転テーブル2bを介
して設けられるゴニオ回転装置2cとを備え、これによ
って測定板1が三次元視覚センサ4に対してヨー回転
(上下回転軸回りの回転),ピッチ回転(水平回転軸回
りの回転)および前後移動可能に構成されている。ま
た、前記三次元視覚センサ4は、測定板1の表面にレー
ザ光(コード化パターン光)を照射するレーザ照射部
と、この測定板1の表面からの反射光を撮像する撮像手
段としてのCCDカメラとを備え、このCCDカメラに
より取得された画像がコンピュータ5に送られるように
なっている。こうして、コンピュータ5からの制御信号
に基づいて測定板1を一定量ずつ移動させながら各移動
点での距離画像が三次元視覚センサ4にて取得される。
覚センサ4と測定板1との遠近距離を、近いところは明
るく、遠いところは暗く表示するというように明暗情報
に置き換えて出力する。そして、この明暗を示す値が実
際にはどのような三次元座標に対応するかがキャリブレ
ーションを実施することによって教示される。
ン方法を図15乃至図18を参照しつつ、図2乃至図1
4に示されるフローチャートにしたがって説明する。
向のルックアップテーブルを作成するためのフローを図
2乃至図6によって説明する。
1の移動軸の全軸、言い換えれば上下回転軸(Y軸),
水平回転軸(X軸)および前後移動軸(Z軸)の各軸を
測定基準としての原点に移動させる。 S2:X方向の距離画像データを取得するために、図1
5(a)に示されるように、三次元視覚センサ4に対し
て測定板1を上下回転軸まわりに+30°すなわち鉛直
に+30°の角度をつけて設置する。
カメラにより測定板1の距離画像データを取得し、この
取得画像を、測定板1の表面の反射等によるノイズを除
去するためにメディアンフィルタ(平滑化フィルタ)に
より補正する。なお、このメディアンフィルタは、計測
すべき画素の濃度値をその画素の近傍領域(例えば3×
3)のメディアン値(中央値)によって置き換えるもの
である。そして、この処理は各位置での画像を3回取得
するまで繰り返される。
得されると、同一画素の値を比較してそのメディアン値
(中央値)を求め、このメディアン値を最終的な距離画
像として設定する。この後、この得られた距離画像をコ
ンピュータ5内の記憶装置における距離画像ファイルに
書き込む。
ッチ(例えば0.1mm)だけ後方にずらせて前述と同
様にして距離画像データを取得し、このデータの取得を
全距離画像ファイル分(1500回)繰り返してX軸の
正回転時の距離画像ファイルxp0.ckd〜xp14
99.ckdに書き込む。こうして、例えば75mm〜
125mmの測定範囲におけるX軸の正回転時の全ての
距離画像データを取得する。
されるように、三次元視覚センサ4に対して測定板1を
鉛直に−30°の角度をつけて設置するとともに、この
測定板1を前後方向に原点位置まで戻す。
の処理を行って、例えば75mm〜125mmの測定範
囲におけるX軸の負回転時の全ての距離画像データを取
得し、この取得データをX軸の負回転時の距離画像ファ
イルxn0.kmt〜xn1499.kmtに書き込
む。
作成するために、まず初期設定を行う。この初期設定に
おいては、ルックアップテーブルのX座標を示すlut
- x(X軸の正回転時)およびlut- w(X軸の負回
転時)に不定値を設定する。 S20〜S22:前述のようにして作成されたX軸の正
回転時の距離画像ファイルxp0.kmtからxp14
99.kmtを読み込む。
よっては得られる距離画像データに切れ目が存在してそ
のデータがノイズとなるために、このノイズを排除する
ための処理を行う。すなわち、まず距離画像i×j
(i;256画素,j;242画素)の各画素毎に一つ
前の画像データと比較し、例えば画像データxp10.
kmtのn行m列の画素の値とその一つ前の位置の画像
データxp.kmtの同じくn行m列の画素の値とを比
較し、その画素が先頭から50mm以内にあり、かつ前
後の画素の値の差が128以上である場合、このデータ
を無効にするためにその画素の位置のlut- x[m]
[n][0]〜lut- x[m][n][255]の値
を不定値にする。 S27〜S28:画素値のlut- xの値が不定値であ
るとき、その画素のlut- xに読み込んだファイルを
撮り込んだ時の移動距離を設定する。ここでは、ファイ
ルのxpα.kmtのαの部分がファイルの順を表し、
このファイル番号のαに0.1を掛けると移動量になる
(α×0.1mm)。これにより、各画素の最初に現れ
たコード値の位置がlut- xに記憶される。
の全ての画素についてS23〜S28の処理を行う。 S30:全ての距離画像ファイルxp0.kmt〜xp
1499.kmtについて処理がなされたか否かを確認
する。
像ファイルxn0.kmt〜xn1499.kmtにつ
いて、前述のX軸の正回転時の距離画像ファイルxp
0.kmt〜xp1499.kmtにおける処理(S2
0〜S28)と同様の処理を行って、各画素のlut-
wに読み込んだ画素位置を設定する。
(Z;0〜255)について、X軸正回転時における初
期位置からのZ軸方向の相対距離をip=lut- x
[i][j][z]およびX軸負回転時における初期位
置からのZ軸方向の相対距離in=lut- w[j]
[i][z]として、指定画素値が最初に見つかった位
置をそれらipおよびinに設定する。そして、これら
ipおよびinが不定値でないときに、次式によってそ
の位置の画素値に対するX座標を算出する。 X=(ip−in)/(2×tanθ) …… θ:測定板1の傾斜角度 図16に示されているように、この式において、(i
p−in)はX軸正回転時における画像位置とX軸負回
転時における画像位置との差を表す。したがって、測定
板1の正回転時と負回転時の同じ画素値を表す点AのX
座標は式で表される。なお、この点AのX座標は、メ
モリの節約のために前述のメモリlut - x[i]
[j][z]内に格納される。一方、ipもしくはin
が不定値のときには、メモリlut- x[j][i]
[z]に不定値を設定する。
i;256画素,j;242画素の全ての画素について
行い、X方向のルックアップテーブルを完成させてフロ
ーを終了する。
向のルックアップテーブルは図7乃至図11に示される
T1〜T44の各ステップにしたがって作成される。
ためのフローは、図17(a)(b)に示されるよう
に、測定板1を水平に±20°の角度をつけて設置する
(ステップT2,T10参照)ことによりY方向の距離
画像データを取得してその距離画像データを距離画像フ
ァイルyp0.kmt〜yp1499.kmtおよびy
n0.kmt〜yn1499.kmtに書き込む以外
は、図2乃至図6に示されるS1〜S50の各ステップ
における処理と同様である。したがって、このフローの
詳細内容については説明を省略することとする。
方向のルックアップテーブルを作成するためのフローを
図12乃至図14によって説明する。
1の移動軸の全軸、言い換えれば上下回転軸(Y軸),
水平回転軸(X軸)および前後移動軸(Z軸)の各軸を
測定基準としての原点に移動させる。
カメラにより測定板1の距離画像データを取得し、この
取得画像を、メディアンフィルタ(平滑化フィルタ)に
より補正する。そして、この処理は各位置での画像を3
回取得するまで繰り返される。
得されると、同一画素の値を比較してそのメディアン値
(中央値)を求め、このメディアン値を最終的な距離画
像として設定する。この後、この得られた距離画像をコ
ンピュータ5内の記憶装置における距離画像ファイルに
書き込む。
ッチ(例えば0.1mm)だけ後方にずらせて前述と同
様にして距離画像データを取得し、このデータの取得を
全距離画像ファイル分(1000回)繰り返してZ軸の
距離画像ファイルz0.kmt〜z999.kmtに書
き込む。こうして、例えば100mm〜200mmの測
定範囲におけるZ軸の全ての距離画像データを取得す
る。
成するために、まず初期設定を行う。この初期設定にお
いては、ルックアップテーブルのZ座標を示すlut-
zに不定値を設定する。 U10〜U11:前述のようにして作成されたZ軸の距
離画像ファイルの画素位置z0.kmtを読み込む。
S23〜S26と同様にして得られる距離画像データの
ノイズを排除するための処理を行う。すなわち、まず
i,jの各画素(i;256画素,j;242画素)毎
に一つ前の画像データと比較し、その画素が先頭から5
0mm以内にあり、かつ前後の画素の差が128以上で
ある場合、このデータを無効にするためにその画素のl
ut- zの値を不定値にする。 U16〜U17:画素値のlut- zの値が不定値であ
るとき、その画素のlut- zに読み込んだファイルを
撮り込んだ時の移動距離を設定する。これにより、各画
素の最初に現れたコード値の位置がlut- zに記憶さ
れる。
の全ての画素についてU11〜U17の処理を行う。 U19:全ての距離画像ファイルz0.kmt〜z99
9.kmtについて処理がなされたか否かを確認する。
(Z;0〜255)について、指定画素値が最初に見つ
かった位置をそれらi=lut- z[j][i][z]
に設定する。そして、このiが不定値でないときに、こ
のiの値をlut- z[j][i][z]に格納するこ
とによりその位置の画素値に対するZ座標を算出する。
一方、iが不定値のときには、全ての画素値であるか否
かを確認してステップU22へ戻る。
i;256画素,j;242画素の全ての画素について
行い、Z方向のルックアップテーブルを完成させてフロ
ーを終了する。
素の明暗情報と三次元座標値との対応表(ルックアップ
テーブル)が作成されるので、従来の方眼線を画像処理
により抽出するものに比べ格段に高精度化を図ることが
できる。
に際しメディアン値を用いて補正するものとしたが、こ
のメディアン値の代わりに平均値を用いて補正すること
もできる。また、1回目の補正をメディアン値により行
い、2回目の補正を平均値により行うというように、こ
れらメディアン値による補正と平均値による補正とを組
み合わせて行うことも可能である。
ターン光を照射して三次元画像を取得するものを説明し
たが、本発明は、2台のカメラによって三次元画像を取
得するものに対しても適用できるのは言うまでもない。
置のシステム構成図である。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
するためのフローチャートである。
作成するためのフローチャートである。
作成するためのフローチャートである。
作成するためのフローチャートである。
作成するためのフローチャートである。
作成するためのフローチャートである。
定板の移動状態説明図である。
説明図である。
定板の移動状態説明図である。
定板の移動状態説明図である。
明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 投光手段により被測定物の表面に光を照
射してその反射光を撮像手段により撮像し、この撮像さ
れる反射光の情報から三角測量の原理に基づき前記被測
定物の位置を計測する三次元計測装置におけるキャリブ
レーション方法であって、 較正用対象物を前記撮像手段に対してヨー回転,ピッチ
回転および前後移動させたときの各移動点での距離画像
を前記撮像手段にて撮像し、この撮像された距離画像を
処理して各画素の前記距離画像毎の三次元座標値を求
め、この求められる三次元座標値より較正値を得ること
を特徴とするキャリブレーション方法。 - 【請求項2】 前記撮像手段により撮像された距離画像
を処理するに際し、一つの画像について特定の画素の周
囲のメディアン値をその画素の距離画像として設定する
とともに、こうして得られる距離画像を各位置で複数回
設定しそれら複数回のメディアン値をその画素の距離画
像の補正値として設定する請求項1に記載のキャリブレ
ーション方法。
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