JPH04172213A - 三次元形状測定装置の校正方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、光切断法による三次元形状測定装置におけ
るカメラの校正方法に関する。

〈従来の技術〉 光切断法を利用して被測定物の三次元形状を測定する方
法は周知であり、被測定物にスリット光を照射し、被測
定物の表面に生ずる光切断線の形状をスリット光の光源
に対して一定の位置に配置されたカメラで撮像し、得ら
れた光切断像のデータをコンピュータで処理することに
よって被測定物の形状を求めている。カメラとしては例
えばＣＯＤカメラが用いられるが、撮像された被測定物
の像情報はレンズを通してＣＣＤに伝えられるため、レ
ンズの性能は測定精度に大きな影響を与える。

〈発明が解決しようとする課題〉 レンズの性能を左右する収差には、単色光の場合でも球
面収差、非点収差、像面湾曲、コマ及び歪曲収差などが
あり、しかもそれらが互いに影響を及ぼし合うためレン
ズの組み合わせで対処するには限界があり、収差を完全
になくすことは非常に困難であった。

この発明はこのような問題点に着目し、得られた画像内
の位置を元の空間内の位置に換算する変換テーブルを用
いることによって、精度よく測定できるようにすること
を目的としてなされたものである。

く課題を解決するための手段〉 上述の目的を達成するために、この発明では、スリット
光が照射される平面状空間における実座標上の位置が既
知である校正点を複数個備えた校正器を用い、これをス
リット光の光源に対して一定の位置に配置されたカメラ
で撮像して各校正点の撮像画面における画面内座漂を検
出するという手順を、校正器を上記平面状空間内で移動
させながら繰り返し行い、検出された実座標と画面的座
標に換算する変換テーブルを作成して測定に供するよう
にしている。

また、校正器としては各校正点が線分の交点によって形
成されているものを用いている。

〈作用〉 校正器をスリット光が照射される平面状空間内で移動さ
せながら撮像することにより、この空間内の実際の位置
、すなわち実座標が、カメラで撮像した場合に得られる
撮像画面内の位置、すなわち画面的座標のどこにそれぞ
れ対応するかが検出できる。従って、検出された実座標
と画面的座標との対応関係のデータから、画面的座標を
実座標に換算する変換テーブルを作成することによりカ
メラの校正がなされたことになり、これを用いて測定す
れば歪のある撮像画面からでも実際の位置を正確に知る
ことができる。

〈実施例〉 次に図示の一実施例について説明する。第１図は校正手
順の要領を説明した図、第２図は校正器の形状の一例を
示す図、第３図は撮像画面の一例を示す図、第４図は校
正点演算の説明図である。

図において、１はスリットレーザ光源、２はＣＣＤカメ
ラ、３は校正器、４は測定台であり、Ｘ、Ｙ及びＺは被
測定物（図示せず）の移動方向、これに直交する水平方
向及びこれらに垂直な上下方向の直交座標軸をそれぞれ
示している。

スリットレーザ光源１は測定台４のＸ軸の原点の真上に
配置されたものであって、周知のように内部に例えばロ
ッドレンズ等が組み込まれており、極めて薄く、しかも
Ｚ−Ｙ軸で構成される平面に平行な空間に沿って扇状に
広がるスリットレーザ光１１を発射できるように構成さ
れている。

ＣＣＤカメラ２は撮像画面を例えばテレビジョンと同様
なビデオ画像に変換して出力するものであり、スリット
レーザ光源ｌに対して所定の位置関係を保ち、スリット
レーザ光１１で照射される平面状空間が撮影視野に入る
ように配置されている。なお、カメラは測定精度向上と
測定範囲拡大のために光源を中心として複数台設けられ
るのが普通であり、この実施例ではＣＣＤカメラ２が光
源１を挾んで２台設けられている。

校正器３は上縁が鋸言状となった薄い板状のもので、複
数個の線分が折れ曲がって連なった山及び谷の各交点が
校正点３１となっており、測定台４上にＹ軸に沿ってス
リットレーザ光源１の真下に配置される。校正器３の形
状は既知であるから、各校正点３１のＺ−Ｙ座椰におけ
る位置も既知である。

なお、図示の校正器３の形状は一例であり、実座標（こ
こではＺ−Ｙ座ＩＫ）上の位置が既知である校正点が複
数個備えられていればよい。また、中央の平らな部分３
２は、これを撮影した場合に得られる撮像画面内で各校
正点３１が何番目のものであるかを容易に確定できるよ
うにするための基準用として設けられたものであ番ハこ
れは他の手段に置き換えることもできる。

校正作業は、上述のような校正器３をＣＣＤカメラ２で
撮像し、この測定装置に備えられているコンピュータで
データを処理することによって行われる。

測定台４上に配置された校正器３の上縁にはスリットレ
ーザ光１１が当たっており、これをＣＣＤカメラ２で撮
像すると第３図のようなビデオ画像３′が得られる。そ
こで、この画面内座標をＵ−Ｖ座標とすると、その時の
各校正点３１のＺ−Ｙ座標とビデオ画像３′の各校正点
３１’のＵ−■座標との対応関係は次のような手順で検
出することができる。

すなわち、ＣＣＤカメラ２の映像を画像処理した場合、
各線分は点の集まりとなって第４図のように線分Ａは点
の連続として表示され、それぞれの点の位置はビデオ画
像３′の信号から特定できるから、まずそのＵ−Ｖ座標
を算出し、次に最／ＪＸ二乗法によって各点の座標から
線分Ａの方程式を導き出す。同様に線分Ｂの方程式を導
き、それぞれの方程式から交点ＡＢのＵ−Ｖ座標を求め
、この演算を一つのビデオ画像３′の全部の交点につい
て行う。校正器３の各校正点３１のＺ−Ｙ座標は校正器
３の形状と測定台４上における位置から判明しており、
その位置データを適宜入力することにより、ビデオ画像
３′中のすべての校正点３１′の各Ｕ−■座標を簡単に
実際の座標、すなわちＺ−Ｙ座標に置き換えることがで
きる。

ここで、画面内座標はビデオ画像３′が走査線を横切る
状態となるようにＵ軸を走査線の方向に一致させである
。従って、各点の座標計算を走査線上の位置に対応させ
て行うことができてプログラムが簡単となり、処理をリ
アルタイムで行うことが容易となる利点があるが、原理
的にはＶ軸を走査線の方向に一致させても問題はなく、
校正に不都合はない。

以上は校正器３の一つの位置における測定であり、図示
しない移動機構で校正器３を少しずつＺ軸に沿って上方
に移動させながらこの手順を繰り返し行う。これにより
、スリットレーザ光１１で照射される平面状空間内のＺ
−Ｙ座標とＣＣＤカメラ２で撮像した画像のし一■座標
との対応関係が検出でき、Ｚ−Ｙ座標をアドレスにした
Ｕ−Ｖ座標のテーブルが作成されるので、これを基にし
て逆にＵ−Ｖ座標をアドレスにしたＺ−Ｙ座標のテーブ
ル、すなわちＵ−Ｖ座標からＺ−Ｙ座標を求める変換テ
ーブルを作成し、コンピュータの記憶装置に適宜記憶さ
せておくのである。

この校正測定作業は、想定される被測定物の大きさに対
応した測定対象域の全範囲について２台のカメラ２につ
いてそれぞれ行う。こうして得られた変換テーブルを被
測定物の形状を測定する際に用いることにより、各カメ
ラ２のレンズの収差による誤差や個体差による歪の影響
は除去され、しかも画面内のＵ−Ｖ座標から直ちに被測
定物表面の測定点のＺ−Ｙ座標をリアルタイムで求める
ことが可能となる。

なお、変換テーブルの中間値は補間法を適用して求める
ことができ、その精度は校正測定作業に際して校正器３
を少しずつ移動させる距離で決まるので、要求される精
度に応じて移動距離を選定すればよい。また、校正器３
上に形成できる校正点３１の数には限度があるので、Ｙ
軸方向の測定精度を向上させるためには校正器３を実線
矢印のように上下に移動させるだけでなく、＠線矢印の
ようにＹ軸方向にも移動させて校正測定を行えばよく、
これで実質的な校正点３１の数が増加して精度を向上す
ることができる。

〈発明の効果〉 上述の実施例から明らかなように、この発明の方法は、
実座標上の位置が既知である校正点を複数個備えた校正
器を用い、これをカメラで撮像して各校正点の撮像画面
における画面内座標を検出するという手順を、校正器を
測定対象域の空間内で移動させながら繰り返し行い、検
出された実座標と画面内座標との対応関係のデータから
、画面内座標を実座標に換算する変換テーブルを作成し
て測定に供するようにしたものである。

従って、レンズの収差に起因する歪の影響が除去されて
、歪のある撮像画面からでも本来の測定対象空間におけ
る実際の位置を正確に知ることが可能となり、高価なレ
ンズでもなくせない収差の問題を簡単に解決して測定精
度を大幅に向上することができる。

また、各校正点が線分の交点によって形成されている校
正器を用いるものでは、校正器の形状が単純なため製作
が容易であると共に、校正測定時のデータ処理を簡単に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の校正手順の要領を説明した図、第２
図は校正器の形状の一例を示す図、第３図は撮像画面の
一例を示す図、第４図は校正点演算の説明図である。 １・・・スリットレーザ光源、２・・・ＣＣＤカメラ、
３・・・校正器、３′・・・ビデオ画像、１１・・・ス
リットレーザ光、３１．３１’・・・校正点。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面
   に生ずる光切断線の形状をスリット光の光源に対して一
   定の位置に配置されたカメラで撮像して被測定物の三次
   元形状を測定する三次元形状測定装置において、 スリット光が照射される平面状空間における実座標上の
   位置が既知である校正点を複数個備えた校正器を用い、
   これをカメラで撮像して各校正点の撮像画面における画
   面内座標を検出する手順を、校正器を上記平面状空間内
   で移動させながら繰り返し行い、検出された実座標と画
   面内座標との対応関係のデータから、画面内座標を実座
   標に換算する変換テーブルを作成して測定に供すること
   を特徴とする三次元形状測定装置の校正方法。
2. （２）各校正点が線分の交点によって形成されている校
   正器を用いる請求項１記載の三次元形状測定装置の校正
   方法。