JPH0718692B2 - 光切断法による物体の立体形状検知装置 - Google Patents
光切断法による物体の立体形状検知装置Info
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- JPH0718692B2 JPH0718692B2 JP1152187A JP15218789A JPH0718692B2 JP H0718692 B2 JPH0718692 B2 JP H0718692B2 JP 1152187 A JP1152187 A JP 1152187A JP 15218789 A JP15218789 A JP 15218789A JP H0718692 B2 JPH0718692 B2 JP H0718692B2
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- 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
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光切断法を用いて物体の立体形状を検知す
る装置に関する。
る装置に関する。
第５図は光切断法により物体の立体形状を計測する従来
の装置を模式的に示したものである。レーザ光源（１）
の前方にシリンドリカルレンズ（２）を介して回転ミラ
ー（３）が配置され、回転ミラー（３）の前方に計測の
対象となる物体（４）が配置されている。この物体
（４）に対向するようにイメージセンサ（５）が配置さ
れており、イメージセンサ（５）に判定部（６）が接続
され、さらに判定部（６）にメモリ部（７）が接続され
ている。尚、物体（４）とイメージセンサ（５）との間
には、物体（４）の像をイメージセンサ（５）上に結像
するための光学レンズ（８）が配置されている。
の装置を模式的に示したものである。レーザ光源（１）
の前方にシリンドリカルレンズ（２）を介して回転ミラ
ー（３）が配置され、回転ミラー（３）の前方に計測の
対象となる物体（４）が配置されている。この物体
（４）に対向するようにイメージセンサ（５）が配置さ
れており、イメージセンサ（５）に判定部（６）が接続
され、さらに判定部（６）にメモリ部（７）が接続され
ている。尚、物体（４）とイメージセンサ（５）との間
には、物体（４）の像をイメージセンサ（５）上に結像
するための光学レンズ（８）が配置されている。
一方、回転ミラー（３）の近傍には、回転ミラー（３）
の基準角度を検知するための光検出器（９）が配置され
ており、この光検出器（９）にカウンタ（10）が接続さ
れ、カウンタ（10）の出力がデータバス（11）によりメ
モリ部（７）に接続されている。また、メモリ部（７）
にはデータバス（12）を介してデータプロセッサ（13）
が接続されている。
の基準角度を検知するための光検出器（９）が配置され
ており、この光検出器（９）にカウンタ（10）が接続さ
れ、カウンタ（10）の出力がデータバス（11）によりメ
モリ部（７）に接続されている。また、メモリ部（７）
にはデータバス（12）を介してデータプロセッサ（13）
が接続されている。
イメージセンサ（５）は、このイメージセンサ（５）と
物体（４）とを結ぶ軸をＺ軸としてＸ−Ｙ平面上に配列
された複数の画素（5a）を有している。判定部（６）及
びメモリ部（７）はそれぞれイメージセンサ（５）の各
画素（5a）に一対一に対応して配列された複数の比較器
（6a）及び複数のメモリ（7a）を有している。
物体（４）とを結ぶ軸をＺ軸としてＸ−Ｙ平面上に配列
された複数の画素（5a）を有している。判定部（６）及
びメモリ部（７）はそれぞれイメージセンサ（５）の各
画素（5a）に一対一に対応して配列された複数の比較器
（6a）及び複数のメモリ（7a）を有している。
このような構成の装置において、レーザ光源（１）から
レーザ光を出射させると共に回転ミラー（３）を角速度
ωでＹ軸の回りに回転させる。レーザ光源（１）から出
射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ（２）によ
りＹ軸方向に拡開された後、回転ミラー（３）により反
射され、スリット状の照射光（14）を形成する。この照
射光（14）は回転ミラー（３）の回転に伴って角速度ω
で回転することとなるが、この照射光（14）が光検出器
（９）を通過したときに光検出器（９）から検出信号が
カウンタ（10）に出力され、これによりカウンタ（10）
が計時を開始する。以後カウンタ（10）から経過時刻ｔ
を示す時刻データが時々刻々データバス（11）を介して
メモリ部（７）に出力される。
レーザ光を出射させると共に回転ミラー（３）を角速度
ωでＹ軸の回りに回転させる。レーザ光源（１）から出
射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ（２）によ
りＹ軸方向に拡開された後、回転ミラー（３）により反
射され、スリット状の照射光（14）を形成する。この照
射光（14）は回転ミラー（３）の回転に伴って角速度ω
で回転することとなるが、この照射光（14）が光検出器
（９）を通過したときに光検出器（９）から検出信号が
カウンタ（10）に出力され、これによりカウンタ（10）
が計時を開始する。以後カウンタ（10）から経過時刻ｔ
を示す時刻データが時々刻々データバス（11）を介して
メモリ部（７）に出力される。
回転ミラー（３）がさらに回転してスリット状の照射光
（14）が物体（４）を照射するようになると、照射光
（14）は物体（４）の表面上に光切断線（15）を形成し
つつこの表面上を走査することとなる。このとき、光切
断線（15）の像（16）が、光学レンズ（８）を介してイ
メージセンサ（５）上に投影され、判定部（６）の各比
較器（6a）は対応するイメージセンサ（５）の画素（5
a）からの出力信号に基づいてそれぞれ対応する画素（5
a）における光切断線（15）の像（16）の通過を判定す
る。各比較器（6a）は光切断線（15）の像（16）が対応
する画素（5a）を通過したと判定すると、メモリ部
（７）の対応するメモリ（7a）にトリガ信号を出力し、
これによりこのときのデータバス（11）上の時刻データ
がメモリ（7a）に記憶される。
（14）が物体（４）を照射するようになると、照射光
（14）は物体（４）の表面上に光切断線（15）を形成し
つつこの表面上を走査することとなる。このとき、光切
断線（15）の像（16）が、光学レンズ（８）を介してイ
メージセンサ（５）上に投影され、判定部（６）の各比
較器（6a）は対応するイメージセンサ（５）の画素（5
a）からの出力信号に基づいてそれぞれ対応する画素（5
a）における光切断線（15）の像（16）の通過を判定す
る。各比較器（6a）は光切断線（15）の像（16）が対応
する画素（5a）を通過したと判定すると、メモリ部
（７）の対応するメモリ（7a）にトリガ信号を出力し、
これによりこのときのデータバス（11）上の時刻データ
がメモリ（7a）に記憶される。
このようにして、各画素（5a）における光切断線（15）
の像（16）の通過時刻ｔがそれぞれ対応するメモリ（7
a）に記憶された後、これら通過時刻ｔはデータバス（1
2）を介してデータプロセッサ（13）に読み出される。
ところで、経過時刻ｔにおけるスリット状の照射光（1
4）の基準角度からの偏向角度αはα＝ωｔで表される
ので、照射光（14）は経過時刻ｔを用いた画方程式で表
される。また、イメージセンサ（５）に投影された像
（16）上の１点は物体（４）上の１点に対応し、これら
の点は光学レンズ（８）の中心を通る一直線上に位置す
る。従って、この直線の方程式と照射光（14）を示す画
方程式とから、イメージセンサ（５）上の像（16）の１
点に対応する物体（４）の点の空間座標が算出される。
このような方法により、データプロセッサ（13）におい
て物体（４）の形状及び位置の算出が行われる。
の像（16）の通過時刻ｔがそれぞれ対応するメモリ（7
a）に記憶された後、これら通過時刻ｔはデータバス（1
2）を介してデータプロセッサ（13）に読み出される。
ところで、経過時刻ｔにおけるスリット状の照射光（1
4）の基準角度からの偏向角度αはα＝ωｔで表される
ので、照射光（14）は経過時刻ｔを用いた画方程式で表
される。また、イメージセンサ（５）に投影された像
（16）上の１点は物体（４）上の１点に対応し、これら
の点は光学レンズ（８）の中心を通る一直線上に位置す
る。従って、この直線の方程式と照射光（14）を示す画
方程式とから、イメージセンサ（５）上の像（16）の１
点に対応する物体（４）の点の空間座標が算出される。
このような方法により、データプロセッサ（13）におい
て物体（４）の形状及び位置の算出が行われる。
しかしながら、突発的に明暗が変化するノイズや閃光等
が各画素（5a）に入射したり、物体（４）の背景が極端
に明るい場合には、各画素（5a）で検出される光切断線
（15）の像（16）のS/N比が低下し、このため立体形状
の測定精度が低下するという問題があった。
が各画素（5a）に入射したり、物体（４）の背景が極端
に明るい場合には、各画素（5a）で検出される光切断線
（15）の像（16）のS/N比が低下し、このため立体形状
の測定精度が低下するという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされた
もので、突発的な明暗の変化や背景の明るさに拘わらず
に高精度で物体の立体形状を検知することのできる光切
断法による物体の立体形状検知装置を提供することを目
的とする。
もので、突発的な明暗の変化や背景の明るさに拘わらず
に高精度で物体の立体形状を検知することのできる光切
断法による物体の立体形状検知装置を提供することを目
的とする。
この発明に係る光切断法による物体の立体形状検知装置
は、スリット状の光をパルス点灯させると共にこれを対
象物体に所定の速度で走査させる光投射手段と、対象物
体に対向して配置されると共に複数の画素を有するイメ
ージセンサと、スリット状の光により対象物体表面に形
成された光切断線をイメージセンサ上に結像させる光学
系と、前記イメージセンサの各画素で検出された光切断
線の像のパルス毎にそのパルスのオン／オフの差分を検
出する差分検出手段と、この差分検出手段で検出された
イメージセンサの各画素における光切断線の像のパルス
の差分から光切断線の像が各画素を通過した時刻を演算
する時刻演算手段と、この時刻演算手段で演算された各
画素における光切断線の像の通過時刻とスリット状の光
の走査速度とから対象物体の立体形状を演算する形状演
算手段とを備えたものである。
は、スリット状の光をパルス点灯させると共にこれを対
象物体に所定の速度で走査させる光投射手段と、対象物
体に対向して配置されると共に複数の画素を有するイメ
ージセンサと、スリット状の光により対象物体表面に形
成された光切断線をイメージセンサ上に結像させる光学
系と、前記イメージセンサの各画素で検出された光切断
線の像のパルス毎にそのパルスのオン／オフの差分を検
出する差分検出手段と、この差分検出手段で検出された
イメージセンサの各画素における光切断線の像のパルス
の差分から光切断線の像が各画素を通過した時刻を演算
する時刻演算手段と、この時刻演算手段で演算された各
画素における光切断線の像の通過時刻とスリット状の光
の走査速度とから対象物体の立体形状を演算する形状演
算手段とを備えたものである。
この発明においては、対象物体に照射するスリット状の
光をパルス点灯させて、差分検出手段がイメージセンサ
の各画素で検出した光切断線の像のパルス毎にそのパル
スのオン／オフの差分を検出し、その差分から時刻演算
手段が各画素における光切断線の像の通過時刻を演算す
る。光切断線の像のパルスのオン／オフの差分をとるた
めに、対象物体の背景や閃光等のパルス以外の光信号は
除去される。
光をパルス点灯させて、差分検出手段がイメージセンサ
の各画素で検出した光切断線の像のパルス毎にそのパル
スのオン／オフの差分を検出し、その差分から時刻演算
手段が各画素における光切断線の像の通過時刻を演算す
る。光切断線の像のパルスのオン／オフの差分をとるた
めに、対象物体の背景や閃光等のパルス以外の光信号は
除去される。
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例に係る光切断法による物体の
立体形状検知装置を示すブロック図である。光投射手段
（21）は、スリット状の光をパルス点灯させてこれを対
象物体（22）に照射させると共にこの照射光で対象物体
（22）の表面を走査させるものである。具体的には、第
５図に示した従来の装置におけるレーザ光源（１）、シ
リンドリカルレンズ（２）及び回転ミラー（３）と、レ
ーザ光源（１）をパルス発振させるための制御回路（図
示せず）から構成される。
立体形状検知装置を示すブロック図である。光投射手段
（21）は、スリット状の光をパルス点灯させてこれを対
象物体（22）に照射させると共にこの照射光で対象物体
（22）の表面を走査させるものである。具体的には、第
５図に示した従来の装置におけるレーザ光源（１）、シ
リンドリカルレンズ（２）及び回転ミラー（３）と、レ
ーザ光源（１）をパルス発振させるための制御回路（図
示せず）から構成される。
対象物体（22）に対向するように結像光学系（23）を介
してイメージセンサ（24）が配置されている。結像光学
系（23）は、光学レンズ等から形成され、スリット状の
照射光により対象物体（22）の表面に形成された光切断
線の像をイメージセンサ（24）上に結像させる。イメー
ジセンサ（24）は、第５図におけるイメージセンサ
（５）と同様に、このイメージセンサ（24）と対象物体
（22）とを結ぶＹ軸に垂直なＸ−Ｚ平面上に二次元的に
配列された複数の画素を有しており、結像光学系（23）
によって形成された光切断線の像を検出する。
してイメージセンサ（24）が配置されている。結像光学
系（23）は、光学レンズ等から形成され、スリット状の
照射光により対象物体（22）の表面に形成された光切断
線の像をイメージセンサ（24）上に結像させる。イメー
ジセンサ（24）は、第５図におけるイメージセンサ
（５）と同様に、このイメージセンサ（24）と対象物体
（22）とを結ぶＹ軸に垂直なＸ−Ｚ平面上に二次元的に
配列された複数の画素を有しており、結像光学系（23）
によって形成された光切断線の像を検出する。
イメージセンサ（24）には、このイメージセンサ（24）
の各画素で検出された光切断線の像のパルス毎にそのパ
ルスのオン／オフの差分をそれぞれとる差分検出手段
（25）が接続されている。
の各画素で検出された光切断線の像のパルス毎にそのパ
ルスのオン／オフの差分をそれぞれとる差分検出手段
（25）が接続されている。
この差分検出手段（25）で検出された差分信号から光切
断線の像が各画素を通過した時刻を演算する時刻演算手
段（26）が差分検出手段（25）に接続されている。さら
に、時刻演算手段（26）には、この時刻演算手段（26）
で演算された各画素毎の光切断線の像の通過時刻を用い
て対象物体（22）の立体形状を演算する形状演算手段
（27）が接続されている。
断線の像が各画素を通過した時刻を演算する時刻演算手
段（26）が差分検出手段（25）に接続されている。さら
に、時刻演算手段（26）には、この時刻演算手段（26）
で演算された各画素毎の光切断線の像の通過時刻を用い
て対象物体（22）の立体形状を演算する形状演算手段
（27）が接続されている。
次に、動作について説明する。
まず、光投射手段（21）によりスリット状の照射光が所
定の周波数でパルス点灯されると共に所定の角速度ωで
回転され、対象物体（22）の表面上を走査する。このス
リット状の照射光により対象物体（22）の表面には光切
断線が形成され、結像光学系（23）により光切断線の像
がイメージセンサ（24）上に結像される。このとき、照
射光はパルス点灯されているので、イメージセンサ（2
4）上に結像された光切断線の像もパルス状に点灯する
ことになり、この光切断線の像を検出したイメージセン
サ（24）の各画素からはパルス状の検出信号が出力され
る。ただし、照射光の走査に伴ってイメージセンサ（2
4）上に結像された光切断線の像も移動するので、イメ
ージセンサ（24）の一画素を光切断線の像が通過する時
間だけその画素からパルス状の検出信号が出力されるこ
ととなる。
定の周波数でパルス点灯されると共に所定の角速度ωで
回転され、対象物体（22）の表面上を走査する。このス
リット状の照射光により対象物体（22）の表面には光切
断線が形成され、結像光学系（23）により光切断線の像
がイメージセンサ（24）上に結像される。このとき、照
射光はパルス点灯されているので、イメージセンサ（2
4）上に結像された光切断線の像もパルス状に点灯する
ことになり、この光切断線の像を検出したイメージセン
サ（24）の各画素からはパルス状の検出信号が出力され
る。ただし、照射光の走査に伴ってイメージセンサ（2
4）上に結像された光切断線の像も移動するので、イメ
ージセンサ（24）の一画素を光切断線の像が通過する時
間だけその画素からパルス状の検出信号が出力されるこ
ととなる。
イメージセンサ（24）の各画素から出力されたパルス状
の検出信号は、差分検出手段（25）においてそのパルス
毎にオン時のレベルとオフ時のレベルとの差分がとら
れ、時刻演算手段（26）に送られる。このとき、光切断
線の像のパルスのオン／オフの差分をとるために、対象
物体の背景や閃光等のパルス以外の光信号は除去され、
S/N比の高い差分信号が得られる。
の検出信号は、差分検出手段（25）においてそのパルス
毎にオン時のレベルとオフ時のレベルとの差分がとら
れ、時刻演算手段（26）に送られる。このとき、光切断
線の像のパルスのオン／オフの差分をとるために、対象
物体の背景や閃光等のパルス以外の光信号は除去され、
S/N比の高い差分信号が得られる。
時刻演算手段（26）では、差分検出手段（25）から送ら
れた差分信号から光切断線の像が各画素を通過した時刻
の演算が行われる。
れた差分信号から光切断線の像が各画素を通過した時刻
の演算が行われる。
このようにしてスリット状の照射光による対象物体（2
2）の走査が終了し、イメージセンサ（24）の各画素に
おける光切断線の像の通過時刻が演算された後、形状演
算手段（27）において、スリット状の照射光を示す面方
程式及びイメージセンサ（24）の各画素と結像光学系
（23）の中心とを結ぶ直線の方程式から対象物体（22）
表面の各点の空間座標が演算され、これにより対象物体
（22）の形状が検知される。この形状演算手段（27）は
マイクロプロセッサ等のコンピユータにより構成され
る。
2）の走査が終了し、イメージセンサ（24）の各画素に
おける光切断線の像の通過時刻が演算された後、形状演
算手段（27）において、スリット状の照射光を示す面方
程式及びイメージセンサ（24）の各画素と結像光学系
（23）の中心とを結ぶ直線の方程式から対象物体（22）
表面の各点の空間座標が演算され、これにより対象物体
（22）の形状が検知される。この形状演算手段（27）は
マイクロプロセッサ等のコンピユータにより構成され
る。
以上のようにこの実施例では、イメージセンサ（24）の
各画素で検出されるパルスのオン／オフの差分信号に基
づいて各画素を光切断線の像が通過する時刻を演算する
ので、対象物体の背景や閃光等のパルス以外の光信号は
除去され、精度の高い形状検知が行われる。
各画素で検出されるパルスのオン／オフの差分信号に基
づいて各画素を光切断線の像が通過する時刻を演算する
ので、対象物体の背景や閃光等のパルス以外の光信号は
除去され、精度の高い形状検知が行われる。
第２図にイメージセンサ（24）、差分検出手段（25）及
び時刻演算手段（26）の具体的な回路構成例を示す。フ
ォトセンサ等からなるＮ個の画素（311）〜（31N）がイ
メージセンサ（24）のＸ軸方向の一画素列を構成してい
る。これら各画素（311）〜（31N）はそれぞれ第１のサ
ンプルホルダ（321）〜（32N）及び第１の差分増幅器
（331）〜（33N）の第１入力端に接続されており、第１
の差分増幅器（331）〜（33N）の出力端が接続されてい
る。各第１の差分増幅器（331）〜（33N）の第２入力端
にはそれぞれ第１のサンプルホルダ（321）〜（32N）の
出力端はそれぞれ第２のサンプルホルダ（341）〜（3
4N）及び第２の差分増幅器（351）〜（35N）の第１入力
端に接続され、第２の差分増幅器（351）〜（35N）の第
２入力端にはそれぞれ第２のサンプルホルダ（341）〜
（34N）の出力端が接続されている。第２の差分増幅器
（351）〜（35N）の出力端はそれぞれトリガ入力として
第２のサンプルホルダ（341）〜（34N）に接続されると
共にラッチ回路（361）〜（36N）に接続されている。各
ラッチ回路（361）〜（36N）はそれぞれデコーダ（3
71）〜（37N）に接続されている。
び時刻演算手段（26）の具体的な回路構成例を示す。フ
ォトセンサ等からなるＮ個の画素（311）〜（31N）がイ
メージセンサ（24）のＸ軸方向の一画素列を構成してい
る。これら各画素（311）〜（31N）はそれぞれ第１のサ
ンプルホルダ（321）〜（32N）及び第１の差分増幅器
（331）〜（33N）の第１入力端に接続されており、第１
の差分増幅器（331）〜（33N）の出力端が接続されてい
る。各第１の差分増幅器（331）〜（33N）の第２入力端
にはそれぞれ第１のサンプルホルダ（321）〜（32N）の
出力端はそれぞれ第２のサンプルホルダ（341）〜（3
4N）及び第２の差分増幅器（351）〜（35N）の第１入力
端に接続され、第２の差分増幅器（351）〜（35N）の第
２入力端にはそれぞれ第２のサンプルホルダ（341）〜
（34N）の出力端が接続されている。第２の差分増幅器
（351）〜（35N）の出力端はそれぞれトリガ入力として
第２のサンプルホルダ（341）〜（34N）に接続されると
共にラッチ回路（361）〜（36N）に接続されている。各
ラッチ回路（361）〜（36N）はそれぞれデコーダ（3
71）〜（37N）に接続されている。
また、第１のサンプルホルダ（321）〜（32N）にはトリ
ガ入力として共通にクロック回路（38）が接続されてお
り、第２のサンプルホルダ（341）〜（34N）にはこれら
に保持されたデータをリセットするためのリセット回路
（39）が接続されている。各ラッチ回路（361）〜（3
6N）にはデータバス（40a）を介してタイマ（40）が接
続され、このタイマ（40）にクロック回路（38）及びリ
セット回路（39）が接続されている。
ガ入力として共通にクロック回路（38）が接続されてお
り、第２のサンプルホルダ（341）〜（34N）にはこれら
に保持されたデータをリセットするためのリセット回路
（39）が接続されている。各ラッチ回路（361）〜（3
6N）にはデータバス（40a）を介してタイマ（40）が接
続され、このタイマ（40）にクロック回路（38）及びリ
セット回路（39）が接続されている。
そして、第１のサンプルホルダ（321）〜（32N）、第１
の差分増幅器（331）〜（33N）及びクロック回路（38）
により差分検出手段（25）が形成され、第２のサンプル
ホルダ（341）〜（34N）、第２の差分増幅器（351）〜
（35N）、ラッチ回路（361）〜（36N）、デコーダ（3
71）〜（37N）、リセット回路（39）及びタイマ（40）
により時刻演算手段（26）が形成されている。尚、第２
図にはＸ軸方向の一画素列、例えばｊ番目の画素列に対
応する回路のみが示されており、実際にはこのような回
路がＹ軸方向に複数列配列される。ただし、クロック回
路（38）、リセット回路（39）及びタイマ（40）はそれ
ぞれ二次元的に配列された全ての画素に共通なものであ
る。
の差分増幅器（331）〜（33N）及びクロック回路（38）
により差分検出手段（25）が形成され、第２のサンプル
ホルダ（341）〜（34N）、第２の差分増幅器（351）〜
（35N）、ラッチ回路（361）〜（36N）、デコーダ（3
71）〜（37N）、リセット回路（39）及びタイマ（40）
により時刻演算手段（26）が形成されている。尚、第２
図にはＸ軸方向の一画素列、例えばｊ番目の画素列に対
応する回路のみが示されており、実際にはこのような回
路がＹ軸方向に複数列配列される。ただし、クロック回
路（38）、リセット回路（39）及びタイマ（40）はそれ
ぞれ二次元的に配列された全ての画素に共通なものであ
る。
次に、第３図のタイミングチャートを参照してこの具体
例の動作を述べる。
例の動作を述べる。
スリット状の照射光の走査開始時にリセット回路（39）
から第２のサンプルホルダ（341）〜（34N）及びタイマ
（40）にリセット信号が出力され、各サンプルホルダ
（341）〜（34N）の保持値が初期値０にリセットされる
と共にタイマ（40）が計時を開始する。スリット状の照
射光は、クロック回路（38）から出力されるクロック信
号のハイレベル／ローレベルに対応してオン／オフする
パルス点灯を行う。この照射光により対象物体の表面に
形成される光切断線の像がイメージセンサ（24）上に結
像されるが、照射光の走査に伴って光切断線の像はイメ
ージセンサ（24）上を画素（311）から画素（31N）に向
かってＸ軸方向に移動するものとする。
から第２のサンプルホルダ（341）〜（34N）及びタイマ
（40）にリセット信号が出力され、各サンプルホルダ
（341）〜（34N）の保持値が初期値０にリセットされる
と共にタイマ（40）が計時を開始する。スリット状の照
射光は、クロック回路（38）から出力されるクロック信
号のハイレベル／ローレベルに対応してオン／オフする
パルス点灯を行う。この照射光により対象物体の表面に
形成される光切断線の像がイメージセンサ（24）上に結
像されるが、照射光の走査に伴って光切断線の像はイメ
ージセンサ（24）上を画素（311）から画素（31N）に向
かってＸ軸方向に移動するものとする。
ところで、対象物体の周辺が明るい場合には、光投射手
段による照射光の照射に拘わらず、結像光学系によって
対象物体の像が常時イメージセンサ（24）上に形成さ
れ、各画素（311）〜（31N）で検出される。第３図にお
いて、波形（41）は、Ｘ軸方向に配列された画素（3
11）〜（31N）のうち、中心部付近の複数の画素により
検出された対象物体の像を示し、波形（42）及び（43）
は対象物体の背景や突発的な明暗の変化に起因して形成
された対象物体周辺の像を示している。
段による照射光の照射に拘わらず、結像光学系によって
対象物体の像が常時イメージセンサ（24）上に形成さ
れ、各画素（311）〜（31N）で検出される。第３図にお
いて、波形（41）は、Ｘ軸方向に配列された画素（3
11）〜（31N）のうち、中心部付近の複数の画素により
検出された対象物体の像を示し、波形（42）及び（43）
は対象物体の背景や突発的な明暗の変化に起因して形成
された対象物体周辺の像を示している。
そして、クロック回路（38）から出力されるクロック信
号がハイレベルになると、各画素（311）〜（31N）の検
出信号はそれぞれ第１のサンプルホルダ（321）〜（3
2N）に保持される。次いで、クロック信号がローレベル
になると、第１のサンプルホルダ（321）〜（32N）に保
持されていた検出信号が第１の差分増幅器（331）〜（3
3N）に出力され、ここで画素（311）〜（31N）から直接
リアルタイムで入力された検出信号との比較が行われて
これら検出信号の差分信号が第１の差分増幅器（331）
〜（33N）から出力される。
号がハイレベルになると、各画素（311）〜（31N）の検
出信号はそれぞれ第１のサンプルホルダ（321）〜（3
2N）に保持される。次いで、クロック信号がローレベル
になると、第１のサンプルホルダ（321）〜（32N）に保
持されていた検出信号が第１の差分増幅器（331）〜（3
3N）に出力され、ここで画素（311）〜（31N）から直接
リアルタイムで入力された検出信号との比較が行われて
これら検出信号の差分信号が第１の差分増幅器（331）
〜（33N）から出力される。
従って、例えば第３図のクロックパルスP1からP2までの
１周期の間に画素（31i）でスリット状の照射光が検出
されず且つ対象物体に変化がないために、クロック信号
のハイレベル時の検出信号Sh1とこれに続くローレベル
時の検出信号Sl1が同一レベルである場合には、第１の
差分増幅器（33i）から出力される差分信号D1は０レベ
ルとなる。その後、光切断線の像がＸ軸方向に移動して
クロックパルスP3の時点で画素（31i）上に位置する
と、クロックパルスP3のハイレベル時には画素（31i）
で対象物体の像と共に光切断線の像が検出され、高いレ
ベルの検出信号Sh3が出力される。ところが、対象物体
を照射するスリット状の照射光はクロック信号のハイレ
ベル／ローレベルに対応してオン／オフ点滅しているの
で、クロックパルスP3のローレベル時には照射光がオフ
となって画素（31i）で光切断線の像が検出されなくな
り、対象物体の像のみに対応するレベルの検出信号S13
が出力される。このため、第１の差分増幅器（33i）に
おいて対象物体の像の検出信号レベルが相殺され、ここ
から光切断線の像のみに対応したレベルの差分信号D3が
出力される。
１周期の間に画素（31i）でスリット状の照射光が検出
されず且つ対象物体に変化がないために、クロック信号
のハイレベル時の検出信号Sh1とこれに続くローレベル
時の検出信号Sl1が同一レベルである場合には、第１の
差分増幅器（33i）から出力される差分信号D1は０レベ
ルとなる。その後、光切断線の像がＸ軸方向に移動して
クロックパルスP3の時点で画素（31i）上に位置する
と、クロックパルスP3のハイレベル時には画素（31i）
で対象物体の像と共に光切断線の像が検出され、高いレ
ベルの検出信号Sh3が出力される。ところが、対象物体
を照射するスリット状の照射光はクロック信号のハイレ
ベル／ローレベルに対応してオン／オフ点滅しているの
で、クロックパルスP3のローレベル時には照射光がオフ
となって画素（31i）で光切断線の像が検出されなくな
り、対象物体の像のみに対応するレベルの検出信号S13
が出力される。このため、第１の差分増幅器（33i）に
おいて対象物体の像の検出信号レベルが相殺され、ここ
から光切断線の像のみに対応したレベルの差分信号D3が
出力される。
対象物体の像と同様に、対象物体の背景や突発的な明暗
の変化に起因してイメージセンサ（24）で検出される波
形（42）及び（43）等も相殺され、これらの波形に惑わ
されずに光切断線の像が差分信号として第１の差分増幅
器（33i）から出力される。
の変化に起因してイメージセンサ（24）で検出される波
形（42）及び（43）等も相殺され、これらの波形に惑わ
されずに光切断線の像が差分信号として第１の差分増幅
器（33i）から出力される。
このようにして、光切断線の像のＸ軸方向への移動に伴
い、各差分増幅器（331）〜（33N）から順次光切断線の
像の通過を示す差分信号が第２の差分増幅器（351）〜
（35N）に出力される。
い、各差分増幅器（331）〜（33N）から順次光切断線の
像の通過を示す差分信号が第２の差分増幅器（351）〜
（35N）に出力される。
第１の差分増幅器（33i）から第２の差分増幅器（35i）
に出力された差分信号は、ここで第２のサンプルホルダ
（34i）に保持されている信号レベルと比較され、差分
信号が保持レベルより大きいときには第２の差分増幅器
（35i）からハイレベルの信号が第２のサンプルホルダ
（34i）及びラッチ回路（36i）に出力される。このハイ
レベルの信号により、第１の差分増幅器（33i）から出
力されてきた差分信号が第２のサンプルホルダ（34i）
に新たに保持されると共にこのときの時刻がデータバス
（40a）を介してタイマ（40）からラッチ回路（36i）に
取り込まれ保持される。一方、第１の差分増幅器（33
i）から出力された差分信号が第２のサンプルホルダ（3
4i）の保持レベル以下の場合には、第２の差分増幅器
（35i）からは信号が出力されない。
に出力された差分信号は、ここで第２のサンプルホルダ
（34i）に保持されている信号レベルと比較され、差分
信号が保持レベルより大きいときには第２の差分増幅器
（35i）からハイレベルの信号が第２のサンプルホルダ
（34i）及びラッチ回路（36i）に出力される。このハイ
レベルの信号により、第１の差分増幅器（33i）から出
力されてきた差分信号が第２のサンプルホルダ（34i）
に新たに保持されると共にこのときの時刻がデータバス
（40a）を介してタイマ（40）からラッチ回路（36i）に
取り込まれ保持される。一方、第１の差分増幅器（33
i）から出力された差分信号が第２のサンプルホルダ（3
4i）の保持レベル以下の場合には、第２の差分増幅器
（35i）からは信号が出力されない。
すなわち、第２のサンプルホルダ（34i）及び第２の差
分増幅器（35i）によって、第１の差分増幅器（33i）か
ら出力される差分信号のピーク検出回路が構成され、差
分信号がピークに達したときの時刻がラッチ回路（36
i）に保持されることとなる。
分増幅器（35i）によって、第１の差分増幅器（33i）か
ら出力される差分信号のピーク検出回路が構成され、差
分信号がピークに達したときの時刻がラッチ回路（36
i）に保持されることとなる。
以上の動作がスリット状の照射光の走査終了まで続けら
れることにより、画素（311）〜（31N）を光切断線の像
が通過した時刻がそれぞれ対応するラッチ回路（361）
〜（36N）に保持される。
れることにより、画素（311）〜（31N）を光切断線の像
が通過した時刻がそれぞれ対応するラッチ回路（361）
〜（36N）に保持される。
その後、ラッチ回路（361）〜（36N）に保持された通過
時刻はそれぞれデコーダ（371）〜（37N）を介して形状
演算手段へ伝送される。このとき、各デコーダ（371）
〜（37N）はｊ番目の画素列であることを示すアドレス
線XjとそれぞれのＹ方向のアドレス線Y1〜YNとにより順
次指定され、通過時刻がデータバス（44）を介して伝送
される。
時刻はそれぞれデコーダ（371）〜（37N）を介して形状
演算手段へ伝送される。このとき、各デコーダ（371）
〜（37N）はｊ番目の画素列であることを示すアドレス
線XjとそれぞれのＹ方向のアドレス線Y1〜YNとにより順
次指定され、通過時刻がデータバス（44）を介して伝送
される。
このような構成とすることにより、対象物体の背景は閃
光等の照射光以外の光信号が除去されるので、精度の高
い立体形状検知が可能となる。また、対象物体の背景が
移動している場合でも、その移動速度に対してクロック
信号の周期を十分小さく設定すれば、背景の影響を除去
することができる。
光等の照射光以外の光信号が除去されるので、精度の高
い立体形状検知が可能となる。また、対象物体の背景が
移動している場合でも、その移動速度に対してクロック
信号の周期を十分小さく設定すれば、背景の影響を除去
することができる。
尚、第２図の回路では、第１の差分増幅器（33i）から
出力される差分信号のピークがクロック信号の１周期毎
に判定されるが、クロック信号の数周期分の平均をとっ
てそのピークを検出するようにしてもよい。このように
すれば、閃光等の光信号が照射光のパルス点灯に同期し
た場合でも、その影響を除去することができる。ただ
し、クロック信号の数周期分の平均をとるために、照射
光の走査速度に対してクロック信号の周期を十分に小さ
く設定することが望ましい。
出力される差分信号のピークがクロック信号の１周期毎
に判定されるが、クロック信号の数周期分の平均をとっ
てそのピークを検出するようにしてもよい。このように
すれば、閃光等の光信号が照射光のパルス点灯に同期し
た場合でも、その影響を除去することができる。ただ
し、クロック信号の数周期分の平均をとるために、照射
光の走査速度に対してクロック信号の周期を十分に小さ
く設定することが望ましい。
また、イメージセンサ（24）、差分検出手段（25）及び
時刻演算手段（26）を互いに積層形成することもでき
る。この場合、時刻演算処理（26）は、さらに第２のサ
ンプルホルダ（341）〜（34N）及び第２の差分増幅器
（351）〜（35N）からなるピーク検出回路、ラッチ回路
（361）〜（36N）及びデコーダ（371）〜（37N）に分け
て積層化してもよい。
時刻演算手段（26）を互いに積層形成することもでき
る。この場合、時刻演算処理（26）は、さらに第２のサ
ンプルホルダ（341）〜（34N）及び第２の差分増幅器
（351）〜（35N）からなるピーク検出回路、ラッチ回路
（361）〜（36N）及びデコーダ（371）〜（37N）に分け
て積層化してもよい。
第２図の具体例では、第１の差分増幅器（331）〜（3
3N）から出力される差分信号のピークを検出することに
より光切断線の像の通過時刻を求めたが、各画素（3
11）〜（31N）で検出した光切断線の像のパルス数をカ
ウントすることにより通過時刻を求めることもできる。
この場合の回路構成を第４図に示す。差分検出手段（2
5）の第１の差分増幅器（331）〜（33N）の出力端にそ
れぞれカウンタ（451）〜（45N）が接続され、各カウン
タ（451）〜（45N）にそれぞれデコーダ（461）〜（4
6N）が接続されている。
3N）から出力される差分信号のピークを検出することに
より光切断線の像の通過時刻を求めたが、各画素（3
11）〜（31N）で検出した光切断線の像のパルス数をカ
ウントすることにより通過時刻を求めることもできる。
この場合の回路構成を第４図に示す。差分検出手段（2
5）の第１の差分増幅器（331）〜（33N）の出力端にそ
れぞれカウンタ（451）〜（45N）が接続され、各カウン
タ（451）〜（45N）にそれぞれデコーダ（461）〜（4
6N）が接続されている。
第１の差分増幅器（33i）からは、対応する画素（31i）
上に光切断線の像が位置する間だけ、その像の点滅に同
期したパルス状の差分信号が出力されるが、この差分信
号のパルス数がカウンタ（45i）でカウントされる。従
って、各カウンタ（451）〜（45N）のカウント数を累積
することにより、各画素（311）〜（31N）を光切断線の
像が通過した時刻を演算することができる。各カウンタ
（451）〜（45N）のカウント数はそれぞれデコーダ（46
1）〜（46N）を介して図示しないコンピュータに伝送さ
れ、コンピュータにより通過時刻の演算が行われる。
上に光切断線の像が位置する間だけ、その像の点滅に同
期したパルス状の差分信号が出力されるが、この差分信
号のパルス数がカウンタ（45i）でカウントされる。従
って、各カウンタ（451）〜（45N）のカウント数を累積
することにより、各画素（311）〜（31N）を光切断線の
像が通過した時刻を演算することができる。各カウンタ
（451）〜（45N）のカウント数はそれぞれデコーダ（46
1）〜（46N）を介して図示しないコンピュータに伝送さ
れ、コンピュータにより通過時刻の演算が行われる。
この具体例によれば、第２図の回路のようにタイマ（4
0）から各画素（311）〜（31N）に対応したラッチ回路
（361）〜（36N）に時刻データを入力するためのデータ
バス（40a）が不要になる。一般に、実用的な時刻デー
タを伝送するためには例えば16ビット程度のデータバス
（40a）が必要となるので、このデータバス（40a）を不
要とすることにより回路の配線構成が簡単化される。
0）から各画素（311）〜（31N）に対応したラッチ回路
（361）〜（36N）に時刻データを入力するためのデータ
バス（40a）が不要になる。一般に、実用的な時刻デー
タを伝送するためには例えば16ビット程度のデータバス
（40a）が必要となるので、このデータバス（40a）を不
要とすることにより回路の配線構成が簡単化される。
以上説明したように、この発明に係る光切断法による物
体の立体形状検知装置は、スリット状の光をパルス点灯
させると共にこれを対象物体に所定の速度で走査させる
光投射手段と、対象物体に対向して配置されると共に複
数の画素を有するイメージセンサと、スリット状の光に
より対象物体表面に形成された光切断線をイメージセン
サ上に結像させる光学系と、イメージセンサの各画素で
検出された光切断線の像のパルス毎にそのパルスのオン
／オフの差分を検出する差分検出手段と、この差分検出
手段で検出されたイメージセンサの各画素における光切
断線の像のパルスの差分から光切断線の像が各画素を通
過した時刻を演算する時刻演算手段と、この時刻演算手
段で演算された各画素における光切断線の像の通過時刻
とスリット状の光の走査速度とから対象物体の立体形状
を演算する形状演算手段とを備えているので、突発的な
明暗の変化や背景の明るさに拘わらずに高精度で物体の
立体形状を検知することができる。
体の立体形状検知装置は、スリット状の光をパルス点灯
させると共にこれを対象物体に所定の速度で走査させる
光投射手段と、対象物体に対向して配置されると共に複
数の画素を有するイメージセンサと、スリット状の光に
より対象物体表面に形成された光切断線をイメージセン
サ上に結像させる光学系と、イメージセンサの各画素で
検出された光切断線の像のパルス毎にそのパルスのオン
／オフの差分を検出する差分検出手段と、この差分検出
手段で検出されたイメージセンサの各画素における光切
断線の像のパルスの差分から光切断線の像が各画素を通
過した時刻を演算する時刻演算手段と、この時刻演算手
段で演算された各画素における光切断線の像の通過時刻
とスリット状の光の走査速度とから対象物体の立体形状
を演算する形状演算手段とを備えているので、突発的な
明暗の変化や背景の明るさに拘わらずに高精度で物体の
立体形状を検知することができる。
第１図は本発明の一実施例に係る光切断法による物体の
立体形状検知装置を示すブロック図、第２図は第１図の
要部の具体例を示す回路図、第３図は具体例の動作を示
すタイミングチャート図、第４図は第１図の要部の他の
具体例を示す回路図、第５図は従来例に係る立体形状検
知装置を示す斜視図である。 図において、（21）は光投射手段、（22）は対象物体、
（23）は結像光学系、（24）はイメージセンサ、（25）
は差分検出手段、（26）は時刻演算手段、（27）は形状
演算手段である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
立体形状検知装置を示すブロック図、第２図は第１図の
要部の具体例を示す回路図、第３図は具体例の動作を示
すタイミングチャート図、第４図は第１図の要部の他の
具体例を示す回路図、第５図は従来例に係る立体形状検
知装置を示す斜視図である。 図において、（21）は光投射手段、（22）は対象物体、
（23）は結像光学系、（24）はイメージセンサ、（25）
は差分検出手段、（26）は時刻演算手段、（27）は形状
演算手段である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】スリット状の光をパルス点灯させると共に
これを対象物体に所定の速度で走査させる光投射手段
と、 前記対象物体に対向して配置されると共に複数の画素を
有するイメージセンサと、 前記スリット状の光により前記対象物体表面に形成され
た光切断線を前記イメージセンサ上に結像させる光学系
と、 前記イメージセンサの各画素で検出された前記光切断線
の像のパルス毎にそのパルスのオン／オフの差分を検出
する差分検出手段と、 前記差分検出手段で検出された前記イメージセンサの各
画素における前記光切断線の像のパルスの差分から前記
光切断線の像が各画素を通過した時刻を演算する時刻演
算手段と、 前記時刻演算手段で演算された各画素における前記光切
断線の像の通過時刻と前記スリット状の光の走査速度と
から前記対象物体の立体形状を演算する形状演算手段と を備えたことを特徴とする光切断法による物体の立体形
状検知装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1152187A JPH0718692B2 (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 光切断法による物体の立体形状検知装置 |
| US07/424,979 US4993835A (en) | 1989-06-16 | 1989-10-23 | Apparatus for detecting three-dimensional configuration of object employing optical cutting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1152187A JPH0718692B2 (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 光切断法による物体の立体形状検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0318707A JPH0318707A (ja) | 1991-01-28 |
| JPH0718692B2 true JPH0718692B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=15534965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1152187A Expired - Lifetime JPH0718692B2 (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 光切断法による物体の立体形状検知装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4993835A (ja) |
| JP (1) | JPH0718692B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5506683A (en) * | 1990-04-30 | 1996-04-09 | Kumho & Co., Inc. | Non-contact measuring apparatus for the section profile of a tire and its method |
| CA2044820C (en) * | 1990-06-19 | 1998-05-26 | Tsugito Maruyama | Three-dimensional measuring apparatus |
| JP2581863B2 (ja) * | 1991-12-26 | 1997-02-12 | 三菱電機株式会社 | 立体形状計測装置及び立体形状計測用センサ |
| JP3242704B2 (ja) * | 1992-03-19 | 2001-12-25 | 宏介 佐藤 | 距離測定方法および装置 |
| SG112883A1 (en) * | 1992-09-17 | 2005-07-28 | Mitsubishi Chem Corp | Method for oligomerizing an alpha-olefin |
| JP3175393B2 (ja) * | 1993-03-08 | 2001-06-11 | ソニー株式会社 | 距離測定方法および装置 |
| US5668631A (en) * | 1993-12-20 | 1997-09-16 | Minolta Co., Ltd. | Measuring system with improved method of reading image data of an object |
| US6407817B1 (en) | 1993-12-20 | 2002-06-18 | Minolta Co., Ltd. | Measuring system with improved method of reading image data of an object |
| US5627363A (en) * | 1995-02-16 | 1997-05-06 | Environmental Research Institute Of Michigan | System and method for three-dimensional imaging of opaque objects using frequency diversity and an opacity constraint |
| GB9515311D0 (en) * | 1995-07-26 | 1995-09-20 | 3D Scanners Ltd | Stripe scanners and methods of scanning |
| JP3341548B2 (ja) | 1995-11-14 | 2002-11-05 | ミノルタ株式会社 | ３次元形状データの生成方法及び処理装置 |
| US5801741A (en) * | 1996-04-24 | 1998-09-01 | Minolta Co., Ltd. | Electrostatic recording apparatus |
| US5815274A (en) * | 1996-12-31 | 1998-09-29 | Pitney Bowes Inc. | Method for dimensional weighing by spaced line projection |
| US6873363B1 (en) * | 1999-02-16 | 2005-03-29 | Micron Technology Inc. | Technique for flagging oversaturated pixels |
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