JPS61198009A - 三次元形状の認識装置 - Google Patents
三次元形状の認識装置Info
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- JPS61198009A JPS61198009A JP4012685A JP4012685A JPS61198009A JP S61198009 A JPS61198009 A JP S61198009A JP 4012685 A JP4012685 A JP 4012685A JP 4012685 A JP4012685 A JP 4012685A JP S61198009 A JPS61198009 A JP S61198009A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- video camera
- dimensional shape
- still picture
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- frame memory
- Prior art date
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- Granted
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-
- 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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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を用
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。
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。
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ri#を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ri#を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
が低い等の欠点を存していた。
ことが要求され、高速動作が不可能であること、分解能
が低い等の欠点を存していた。
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(なり、装置広大規模になる問題点
を有していた。
なり、演算時間が長(なり、装置広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、(512X400)という高分解
能が達成される。
、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、(512X400)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
、三次元形状の計測を行うものである。
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
、三次元形状の計測を行うものである。
この発明は、カメラ5の光軸に対して設けられた少な(
とも第1の光源3及び第2の光fi4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1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fi4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1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、■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、■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2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。
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2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l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l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の静止画信号及び第2の
静止画信号が順次取り出される。
れ、プロセス回路11から第1の静止画信号及び第2の
静止画信号が順次取り出される。
静止画信号は、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)m
secの時間で成し得る。
オカメラ5からの二次元情報の入力は、(1/15)m
sec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の静止画信号及び第2の静止画信号を記憶できるよ
うに、少なくとも、2フレ一ム分の容量を有している。
れ、A/D変換器6により、第1及び第2の静止画信号
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の静止画信号及び第2の静止画信号を記憶できるよ
うに、少なくとも、2フレ一ム分の容量を有している。
フレームメモリ7と結合してcpuaが設けられている
。CPU8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、祇テープせん孔機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。
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、祇テープせん孔機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■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■は、次式により定まる
ものである。
1=Ip −Pd (Ir、+IN)+Ip−Ps
−3■p:光源3(又は光源4)の輝度 iI、:光源3(又は光源4)の光の単位ベクトルN
:対象物1の単位面の法線ベクトル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。
−3■p:光源3(又は光源4)の輝度 iI、:光源3(又は光源4)の光の単位ベクトルN
:対象物1の単位面の法線ベクトル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rL2
とする。)が入射している時の状態を示している。
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が有する天頂角を示す。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、θlは、光源3からの光3Aが対象
物l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が有する天頂角を示す。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、θlは、光源3からの光3Aが対象
物l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a3の場合におけるP点の輝度は、
1+ =Ip−Pa (f!、+ IFT) −−
−・(1)で表現される。
−・(1)で表現される。
光源4の場合におけるP点の輝度は、
rz = I p−P a (Ir、z ・IFJ)
”(2)ここで、正、とW2のX軸成分がOである
こと、[I(!:[2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、=ta
n e −tan g ・・・・(3)tan gは
、既知であるから、tan eは、次のようにして求ま
る。
”(2)ここで、正、とW2のX軸成分がOである
こと、[I(!:[2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、=ta
n e −tan g ・・・・(3)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(2=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。
)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。
られている画素データを使用して行う。
つまり、光fi3から得られた第1の静止画信号と光源
4から得られた第2の静止画信号とで対応する画素同士
のデータが輝度11及びI2として用いられる。この輝
度1.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。
4から得られた第2の静止画信号とで対応する画素同士
のデータが輝度11及びI2として用いられる。この輝
度1.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2座標の値即ち高さを算出することができる。
画素の2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(、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(、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、人
力装置を構成でき、可動部分が全(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(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路線図であ
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路線図であ
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)
- 【特許請求の範囲】 カメラの光軸に対して設けられた少なくとも第1及び第
2の光源と、 上記第1の光源により第1の撮像信号を得ると共に、上
記第2の光源により第2の撮像信号を得る手段と、 上記第1の撮像信号及び上記第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、上記傾きの情報か
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 true JPS61198009A (ja) | 1986-09-02 |
JPH071164B2 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) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1985
- 1985-02-28 JP JP60040126A patent/JPH071164B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH071164B2 (ja) | 1995-01-11 |
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