JPH03293507A - Three-dimensional shape measuring apparatus - Google Patents
Three-dimensional shape measuring apparatusInfo
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
■脚の貝酌
[産業上の利用分野]
本発明は3次元形状測定装置に関し、詳しくは被測定物
体表面に光源から明暗パターンを照射して撮像した画像
から、被測定物体の形状や位置を測定する3次元形状測
定装置に関する。Detailed Description of the Invention ■ Leg Shell Cup [Industrial Application Field] The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device, and more specifically, it measures the shape of an object from an image captured by irradiating a bright and dark pattern from a light source onto the surface of the object to be measured. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device that measures the shape and position of a measurement object.
[従来の技術]
被測定物体の表面に光源から明暗パターンとして例えば
縞状光を照射し、撮像して得られる線像の画像から、被
測定物体の形状を測定する際画像上の各線像とその線像
を形成するに至った光源側の各スリットとの対応関係、
即ち各線像の位相を検出しなけれ[13角法を利用する
この種の形状測定はできない。例え(戴被測定物体の表
面がなだらかな自由曲面でない場合、画像上では縞像が
切断して現れるので、線像が光源側のどのスリットに対
応しているのかが分からず、形状測定ができないことが
ある。[Prior Art] When measuring the shape of an object to be measured from a line image obtained by irradiating, for example, striped light from a light source in a bright and dark pattern on the surface of the object to be measured, each line image on the image is Correspondence with each slit on the light source side that formed the line image,
That is, this type of shape measurement using the trigonometric method is not possible unless the phase of each line image is detected. For example, if the surface of the object to be measured is not a smooth free-form surface, a striped image will appear on the image, making it impossible to determine which slit on the light source side the line image corresponds to, making it impossible to measure the shape. Sometimes.
そこで、従来、例えば特開昭60−152903号公報
記載の3次元形状測定装置が提案されている。この装置
では、以下に説明するよう1ミ複数種類のスリットパタ
ーンを用いて複数種類の光パターンを照射し、得られる
複数枚の画像を組み合わせて処理することにより、上記
位相が明らかな線像の画像を合成し、3角法による形状
測定を可能にしている。Therefore, a three-dimensional shape measuring device has been proposed, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-152903. This device irradiates multiple types of light patterns using multiple types of 1 mm slit patterns, as described below, and processes the resulting multiple images in combination to create a line image with a clear phase. It combines images and enables shape measurement using triangulation.
即ち、この装置で用いられる複数種類のスリットパター
ン(よ全スリットパターンを積層した状態で、所定位置
のスリットの有無を2進符号に置き換えると、位置によ
り独立した符号が得ら礼その符号の相違により、スリッ
トパターン全体の領域が複数本の縞状領域に分割できる
ように形成されている。In other words, when multiple types of slit patterns used in this device (all slit patterns are stacked) and the presence or absence of a slit at a predetermined position is replaced with a binary code, independent codes can be obtained depending on the position. Accordingly, the entire slit pattern area is formed so as to be divided into a plurality of striped areas.
したがって、これらスリットパターンを被測定物体表面
に順次照射し撮像すると、スリット像の形状や配置の違
う複数の画像が得られるが、これらの画像について同座
標の画素毎に輝度データを2値化すると、その並び(ス
リット像の有無の並び)から、座標毎に上記2進符号が
得られる。そして、2進符号の相違に基づいて画素を分
類すれ(戴]画面を複数本の縞状領域に分割した線像の
画像が合成される。Therefore, if these slit patterns are sequentially irradiated onto the surface of the object to be measured and imaged, multiple images with different slit image shapes and arrangements will be obtained, but if the luminance data of these images is binarized for each pixel at the same coordinates, , the above binary code is obtained for each coordinate from the arrangement (arrangement of presence/absence of slit images). Then, the pixels are classified based on the difference in binary code, and a line image obtained by dividing the screen into a plurality of striped areas is synthesized.
この合成された線像の画像で(よ線像の位相は上記2進
符号により明らかであるから、画像上の各線像と、光源
側のスリットパターン位置で分割した縞状領域との対応
が取ねう 既述したように線像が切断されるような場合
でも、3角法による形状測定が可能になる。In the image of this synthesized line image (since the phase of the horizontal line image is clear from the above binary code, the correspondence between each line image on the image and the striped area divided at the slit pattern position on the light source side is established). As mentioned above, even if the line image is cut, it is possible to measure the shape using trigonometry.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上記従来装置は誤測定することがあり、
高い測定精度が望めないという問題かある。[Problem to be solved by the invention] However, the above-mentioned conventional device may cause erroneous measurements;
The problem is that high measurement accuracy cannot be expected.
つまり、従来装置で(よ複数枚の画像から線像の画像を
合成するから、撮像中にスリットパターンを投影する光
源やカメラ等の測定光学系、あるいは被測定物体がわず
かでも動くと、画面上では線像が誤った形状に形成さね
被測定物体を誤った形状に測定してしまう。In other words, because conventional equipment synthesizes a line image from multiple images, if the light source that projects the slit pattern, the measurement optical system such as the camera, or the object to be measured moves even slightly during imaging, the image on the screen may change. In this case, the line image is formed in the wrong shape, and the object to be measured is measured in the wrong shape.
本発明の3次元形状測定装置は上記課題を解決し、この
種測定の精度向上を図ることを目的とする。The three-dimensional shape measuring device of the present invention aims to solve the above problems and improve the accuracy of this type of measurement.
楚肌の構成
[課題を解決するだめの手段]
本発明の3次元形状測定装置(よ第1図に例示するよう
に、
被測定物体に光源から明暗パターンを照射してその表面
に明暗パターン像を形成し、該明暗パターン像を撮像手
段で撮像して得られる明暗パターン像の画像から、明暗
の各パターン像の位相を検出して、前記被測定物体の形
状あるいは位置を求める3次元形状測定装置において、
複数種類のスリットパターンからなり、該パターンの全
部を積層した状態で所定位相のスリットの有無を符号化
した際、位相の相違により独立した符号が構成されるコ
ードパターン群と、該コードパターン群の各コードパタ
ーンを前記光源の手前で順に切り換えるコードパターン
切換手段と、
前記被測定物体表面に投影される各コードパターンを撮
像し、その各画像の全部を積層した状態における所定位
置の前記スリット像の有無から、前記符号を復号し、該
符号を前記所定位置に属する前記各パターン像の位相と
して検出する位相検出手段と
を備えることを特徴とする。Structure of Soft Skin [Means for Solving the Problem] As illustrated in FIG. A three-dimensional shape measurement in which the shape or position of the object to be measured is determined by detecting the phase of each bright and dark pattern image from an image of the bright and dark pattern image obtained by capturing the bright and dark pattern image with an imaging means. In the apparatus, when the presence or absence of a slit of a predetermined phase is encoded in a state where all of the patterns are stacked and are made up of multiple types of slit patterns, a group of code patterns that constitute independent codes due to the difference in phase, and the code code pattern switching means for sequentially switching each code pattern of the pattern group in front of the light source; The apparatus is characterized by comprising a phase detection means for decoding the code based on the presence or absence of a slit image and detecting the code as the phase of each of the pattern images belonging to the predetermined position.
[作用]
上記構成を有する本発明の3次元形状測定装置において
匝被測定物体に明暗パターンの光を照射し撮像して得ら
れる明暗パターン像の画像から、明暗の各パターン像の
位相を次のようにして検出する。[Operation] Using the three-dimensional shape measuring device of the present invention having the above configuration, the phase of each bright and dark pattern image is calculated from the images of the bright and dark pattern images obtained by irradiating the object to be measured with light in a bright and dark pattern and capturing the image. Detect it like this.
まず、コードパターン切換手段1こより、コードパター
ン群の各コードパターンを順に切り換えて被測定物体表
面に各コードパターンを投影する。First, the code pattern switching means 1 sequentially switches each code pattern of the code pattern group and projects each code pattern onto the surface of the object to be measured.
次に、位相検出手段が被測定物体に投影された各コード
パターンの像を撮像し、その各画像の全部を積層した状
態における所定位置のスリット像の有無から、符号を復
号する。符号は位相の相違により独立した結果をとり、
この符号を所定位置に属する上記各パターン像の位相と
して検出する。Next, the phase detection means captures an image of each code pattern projected onto the object to be measured, and decodes the code based on the presence or absence of a slit image at a predetermined position in a state in which all of the images are stacked. The signs take independent results due to the difference in phase,
This code is detected as the phase of each of the above pattern images belonging to a predetermined position.
各パターン像の位相が検出されると、各パターン像と、
光源における同位相の明暗のパターンとの対応がとね、
3角法により被測定物体の形状あるいは位置が測定され
る。When the phase of each pattern image is detected, each pattern image and
It corresponds to the light and dark pattern of the same phase in the light source,
The shape or position of the object to be measured is measured by trigonometry.
即ち、明暗パターンを照射し撮像して得られる明暗パタ
ーン像の画像を基準とした形状測定が可能になる。In other words, it becomes possible to measure the shape based on a bright and dark pattern image obtained by irradiating and imaging a bright and dark pattern.
[実施例]
以下本発明の一実施例としての3次元形状測定装置を図
面にしたがって説明する。[Example] A three-dimensional shape measuring device as an example of the present invention will be described below with reference to the drawings.
3次元形状測定装置(よ第2図に示すよう1:。Three-dimensional shape measuring device (1: as shown in Figure 2).
プロジェクタ10、カメラ20、信号処理装置30、表
面形状表示装置40から構成されている。It is composed of a projector 10, a camera 20, a signal processing device 30, and a surface shape display device 40.
プロジェクタ10はランプ11、集光レンズ]2、液晶
シャッタ13、投影レンズ14を備える。The projector 10 includes a lamp 11, a condenser lens 2, a liquid crystal shutter 13, and a projection lens 14.
液晶シャッタ13(上 第3図に示すよう1ミ偏光ガラ
ス板15の内面1:、透明電極16をストライブ状に所
定の間隔で形成し、対向する偏光ガラス板17の内面に
透明電極18を面状に形成し、さらに画電極16.18
の間に液晶19を充填したものである。透明電極16に
1.t、後述するようにパターン制御部32から個別的
に電力が与えられる。この結果、液晶19の分子配列方
向が変わり、透明部分のストライプパターンと遮光部分
のストライプパターンとを組み合わせた投影パターンが
種々作成される(第4図参照)。透明電極18(友透明
電極16の総てに対応する共通の電極にされている。実
施例の液晶シャッタ13は電界の印加により遮光性とな
るものである。なお、液晶シャッタ13は電界の印加に
より透光性となるものでもよい。Liquid crystal shutter 13 (as shown in FIG. 3, transparent electrodes 16 are formed in stripes at predetermined intervals on the inner surface 1 of a 1mm polarizing glass plate 15, and transparent electrodes 18 are formed on the inner surface of the opposing polarizing glass plate 17. The image electrodes 16 and 18 are formed into a planar shape.
A liquid crystal 19 is filled in between. 1 to the transparent electrode 16. t, power is individually applied from the pattern control unit 32 as described later. As a result, the molecular arrangement direction of the liquid crystal 19 changes, and various projection patterns are created by combining the stripe pattern of the transparent part and the stripe pattern of the light-shielding part (see FIG. 4). Transparent electrode 18 (a common electrode that corresponds to all of the companion transparent electrodes 16).The liquid crystal shutter 13 of the embodiment has a light-shielding property when an electric field is applied. It may also be made translucent.
したがって、第2図に示すよう1:S ランプ11の
光は集光レンズ12を通った後、液晶シャッタ13を介
して例えば縞状の光となり、投影レンズ14より被測定
物体の表面に照射される。Therefore, as shown in FIG. 2, the light from the 1:S lamp 11 passes through the condenser lens 12 and then becomes, for example, striped light through the liquid crystal shutter 13, and is irradiated onto the surface of the object to be measured through the projection lens 14. Ru.
カメラ20(よ第2図に示すように、実施例では対物レ
ンズ22および撮像素子24を有するもので、例えば通
常の低速走査形のテしビジョンカメラや、CCDカメラ
により構成される。撮像素子24上には被測定物体Mの
表面の像が結像する。A camera 20 (as shown in FIG. 2, in this embodiment, it has an objective lens 22 and an image sensor 24, and is constituted by, for example, a normal low-speed scanning television camera or a CCD camera. Image sensor 24) An image of the surface of the object to be measured M is formed above.
信号処理装置30は、コンピュータとして構成さtL、
CPU30a、ROM30b、RAM30C及びインタ
ーフェイス30dを備え、バス30eにて相互に信号が
伝達可能に構成されている。The signal processing device 30 is configured as a computer tL,
It includes a CPU 30a, a ROM 30b, a RAM 30C, and an interface 30d, and is configured to be able to mutually transmit signals via a bus 30e.
更に インターフェイス30dにF A/D変換部3
1、パターン制御部32、表面形状表示装置40が接続
されている。Furthermore, the F A/D converter 3 is installed on the interface 30d.
1, a pattern control section 32 and a surface shape display device 40 are connected.
A/D変換部31[;& CPU30aの指令により
カメラ20からのアナログ信号をディジタル信号に変換
しインターフェイス30dに出力する。A/D converter 31[;& According to a command from CPU 30a, an analog signal from camera 20 is converted into a digital signal and output to interface 30d.
パターン制御部32 [1CP U 30 aの指令に
より液晶シャッタ13の透明電極16に電力を供給して
、透光部分のストライプパターンと遮光部分のストライ
プパターンとを組み合わせた投影パターンを種々作成す
る。Pattern control unit 32 [1CPU 30a commands to supply power to the transparent electrode 16 of the liquid crystal shutter 13 to create various projection patterns that combine the stripe pattern of the light-transmitting part and the stripe pattern of the light-shielding part.
第4図にその投影パターンの例を斜視図で示し、第5図
に投影パターンの正面図の一部を拡大して示す。実施例
では1枚の縞状パターンSPと、8枚のコードパターン
CPとを作成する。なお、便宜的に遮光部分はハツチン
グで示す。FIG. 4 shows a perspective view of an example of the projection pattern, and FIG. 5 shows an enlarged front view of a portion of the projection pattern. In the embodiment, one striped pattern SP and eight code patterns CP are created. Note that for convenience, the light-shielding portions are indicated by hatching.
縞状パターンSPは、透光部分と遮光部分とを1本のス
トライプパターン(透明電極16)毎に交互に形成して
なる。なお、実施例では1本のストライプパターン(透
明電極16)の幅Wl& 複数画素がそのパターンの像
を捉えることのできる広さを有する。The striped pattern SP is formed by alternately forming light-transmitting portions and light-blocking portions for each stripe pattern (transparent electrode 16). In the embodiment, the width Wl of one stripe pattern (transparent electrode 16) is large enough to allow a plurality of pixels to capture an image of the pattern.
一方、各コードパターンCPI表 複数本のストライプ
パターンを基本単位とした透光部分と遮光部分とを組み
合わせたものである。各コードパターンCPは次の規則
にしたがって作成される。On the other hand, each code pattern CPI table is a combination of a light-transmitting part and a light-blocking part with a plurality of stripe patterns as basic units. Each code pattern CP is created according to the following rules.
第6図に8桁(8ビツト)のグレーコード(交番2進符
号)GCを縦に並べて示す。このグレーコードGOの並
びを各桁毎に縦方向にみて、値1を透光部分のストライ
プパターン、値Oを遮光部分のストライプパターンに置
換することにより、各コードパターンCPは作成される
。FIG. 6 shows 8-digit (8-bit) Gray codes (alternating binary codes) GC arranged vertically. Each code pattern CP is created by looking at the array of gray codes GO in the vertical direction for each digit and replacing the value 1 with the stripe pattern of the light-transmitting part and the value O with the stripe pattern of the light-blocking part.
したがって、8枚のコードパターンCPを積層した場合
、同じ組番号(位相に対応する値)において重なる透光
部分と遮光部分との並びに関し、透光部分を値1、遮光
部分を値0として復号すると、位相の相違により独立し
た符号、ここではグレーコードGCが得られる。Therefore, when eight code patterns CP are stacked, regarding the arrangement of overlapping transparent parts and light-blocking parts with the same set number (value corresponding to the phase), the transparent parts are decoded with the value 1 and the light-blocking parts with the value 0. Then, an independent code, in this case a Gray code GC, is obtained due to the difference in phase.
実施例で(よ第5図に示すよう(二各コードパターンC
Pの透光・遮光パターンの切換位置(遷移位置)が、縞
状パターンSPの各組の切換位置(遷移位置)に揃えら
れており、縞状パターンSPの同一の縞の領域内で(よ
同一のグレーコードGCが付与される構成にされてい
る。In the example (as shown in FIG. 5), each code pattern C
The switching position (transition position) of the light-transmitting/light-blocking pattern of P is aligned with the switching position (transition position) of each set of the striped pattern SP, and within the same striped area of the striped pattern SP ( The configuration is such that the same gray code GC is assigned.
表面形状表示装置40(飄次述する処理により最終的に
求められた被測定物体Mの形状を立体画像等にして表示
する。Surface shape display device 40 (displays the shape of the object to be measured M finally determined through the processes described below in the form of a three-dimensional image or the like).
次1:、信号処理装置30において実行される形状測定
処理について、第7図のフローチャートに基づき説明す
る。Next 1: The shape measurement process executed in the signal processing device 30 will be explained based on the flowchart of FIG.
形状測定処理ルーチンは、3次元形状測定装置を起動後
、測定開始指令の度に実行される。The shape measurement processing routine is executed every time a measurement start command is issued after starting up the three-dimensional shape measuring device.
本ルーチンが開始されると、まず、液晶シャッタ]3の
パターンを縞状パターンSPに切り換えて、被測定物体
Mに縞状パターンSPを投影する(ステップ100)。When this routine is started, first, the pattern of the liquid crystal shutter] 3 is switched to a striped pattern SP, and the striped pattern SP is projected onto the object to be measured M (step 100).
続いて、被測定物体M表面を撮像し、その映像信号をA
/D変換部31でデジタル変換した画像データを、RA
M30cの所定領域に格納する処理(ステップ1]0)
を行なう。第8図1:、格納される画像を例示する。な
お、実施例で(よ 1画像は512行512列の画素に
より構成される。また、画素の照度データは256階調
で表される。Next, the surface of the object to be measured M is imaged, and the video signal is converted to A.
The image data digitally converted by the /D converter 31 is
Processing to store in a predetermined area of M30c (Step 1] 0)
Do the following. FIG. 8 1: illustrates an example of a stored image. In the embodiment, one image is composed of pixels arranged in 512 rows and 512 columns. Furthermore, the illuminance data of the pixels is expressed in 256 gradations.
次に、第7図に示すように、格納した線像の画像の1行
(最初は例えば1=0の行)について、Xc力方向第8
図)にかかる512個の照度データ群を読み込む(ステ
ップ120)。第9図にその照度データDの一部を例示
する。Next, as shown in FIG.
The 512 illuminance data groups shown in Figure 1 are read (step 120). FIG. 9 illustrates a part of the illuminance data D.
続いて、この1行の照度データDが256階調で表す点
の集合から、補間により基本波fを算土する(ステップ
]30;第9図に例示)。補間は良く知られた処理であ
るので詳細は省略する。Next, the fundamental wave f is calculated by interpolation from the set of points represented by this one row of illuminance data D in 256 gradations (step 30; illustrated in FIG. 9). Since interpolation is a well-known process, details will be omitted.
この後、基本波fにおける各波のピーク位置PPを検出
しくステップ140;第9図に例示)、ピーク位置PP
の画素の座標を特定する。After this, the peak position PP of each wave in the fundamental wave f is detected (step 140; exemplified in FIG. 9), and the peak position PP
Identify the coordinates of the pixel.
次に、他の総ての行(1=0〜511)について上述の
ピーク位置PPの検出処理が終了したか否か判断しくス
テップ150)、終了していなけれ(L次の行(最初が
i=0であれば次は1=1の列)について、Xc力方向
かかる512個の照度データ群を読み込み(ステップ1
20)、補間により基本波fを算土しくステップ130
)、基本波fにおける各波のピーク位置PPを検出する
(ステップ140)。Next, it is determined whether or not the above-mentioned peak position PP detection processing has been completed for all other rows (1=0 to 511) (Step 150), and if it has not been completed (L next row (first is i If = 0, then 1 = 1 column), read 512 illuminance data groups in the Xc force direction (step 1
20), calculate the fundamental wave f by interpolation step 130
), the peak position PP of each wave in the fundamental wave f is detected (step 140).
こうした処理を繰り返し、総ての行(i = O〜51
1)についてピーク位置PPの検出が終了すると、コー
ドパターンCPを特定する変数nに初期値1をセットす
る(ステップ160)。This process is repeated until all rows (i = O~51
When the detection of the peak position PP for 1) is completed, an initial value 1 is set to a variable n that specifies the code pattern CP (step 160).
次に、°液晶シャッタ13を変数n = 1で特定され
るコードパターンCPIに切り換えて被測定物体M上に
投影する(ステップ170)。そして、被測定物体M表
面を撮像し、その映像信号をA/D変換部31でデジタ
ル変換した画像データを、RAM30cの所定領域に格
納する(ステップ]80)。Next, the liquid crystal shutter 13 is switched to the code pattern CPI specified by the variable n=1 and projected onto the object to be measured M (step 170). Then, the surface of the object to be measured M is imaged, and the image data obtained by digitally converting the video signal by the A/D converter 31 is stored in a predetermined area of the RAM 30c (step) 80.
この後、格納したコードパターンCPIの画像において
、ピーク位1PP(ステップ140)の座標と同座標の
画素の照度データをしきい値で2値化する(ステップ1
90)。この結果、コードパターンCP1が示すピーク
位置PPについてのグレーコード構成要素(値]あるい
は値0)が得られる。例え(戯 第9図の例では、コー
ドパターンCPIが示すピーク位iPPのグレーコード
構成要素は値O(遮光像)である。なお、グレーコード
構成要素の検出処理(ステップ]90)は、ステップ]
40の処理の繰り返しで得られたピーク位置の総てにつ
いて行なわれる。After this, in the stored image of the code pattern CPI, the illuminance data of the pixel at the same coordinates as the coordinates of the peak position 1PP (step 140) is binarized using a threshold value (step 1
90). As a result, the Gray code component (value) or value 0 for the peak position PP indicated by the code pattern CP1 is obtained. For example, in the example shown in FIG. 9, the gray code component of the peak position iPP indicated by the code pattern CPI has the value O (shaded image).The gray code component detection process (step 90) is performed in step 90. ]
This is performed for all peak positions obtained by repeating the process 40 times.
次に、こうして求めた各ピーク位置に間するグレーコー
ド構成要素をRAM30cの所定領域に格納し、復号処
理(ステップ2oO)を行なう。Next, the Gray code constituent elements located between the respective peak positions thus obtained are stored in a predetermined area of the RAM 30c, and decoding processing (step 2oO) is performed.
ここでの復号処理(上先の処理(ステップ190)で求
めたグレーコード構成要素を、それより先の処理(ステ
ップ190)で求めたグレーコード構成用要素の後に並
べる処理であって、ピーク位置の各々について行なう。The decoding process here is a process of arranging the Gray code constituent elements obtained in the above process (step 190) after the Gray code constituent elements obtained in the previous process (step 190), in which the peak position Do this for each of the following.
コードパターンCPIからコードパターンCP8までの
復号処理が繰り返されて、グレーコードGCが構成され
る。The decoding process from code pattern CPI to code pattern CP8 is repeated to configure gray code GC.
次1ミ 変数nが値8であるか否か、即ち、総てのコー
ドパターンCPにがかる復号処理が終了したか否かを判
断しくステップ210)、終了していなけれ(戴変数n
に値1を加算して値2にしくステップ220)、ステッ
プ170の処理に戻る。Step 1: It is determined whether the variable n has the value 8, that is, whether the decoding process for all code patterns CP has been completed (step 210), and if it has not been completed (the value of the variable n
The value 1 is added to make the value 2 (step 220), and the process returns to step 170.
ステップ170で(上液晶シャッタ13のパターンをコ
ードパターンCP2に切り換えて撮像し、その画像にお
いて、ピーク位置PPの座標と同座標の画素の照度デー
タを2値化して(ステップ190)、コードパターンC
P2にかかる各ピーク位置のグレーコード構成要素(値
1あるいは値O)を得る。In step 170, the pattern of the upper liquid crystal shutter 13 is switched to the code pattern CP2 and an image is captured, and in the image, the illuminance data of pixels at the same coordinates as the peak position PP is binarized (step 190), and the code pattern C
The Gray code component (value 1 or value O) of each peak position related to P2 is obtained.
以上の処理を繰り返して、8枚のコードパターンCPの
画像の総てから、各ピーク位置のグレーコード構成要素
を求め(ステップ190)、それらを並べて復号すると
(ステップ200)、ピーク位置の各々に関するグレー
コードGCが得られる。第9図の例で(表 ピーク位置
PPに関するグレーコードは組番号に直して値0である
。By repeating the above process, the Gray code components of each peak position are obtained from all the images of the eight code patterns CP (step 190), and when they are arranged and decoded (step 200), Gray code GC is obtained. In the example of FIG. 9 (table), the gray code regarding the peak position PP is converted into a set number and has a value of 0.
最後に、ピーク位置とそのグレーフード等から、3角法
に基づいて被測定物体Mの形状を計算しくステップ23
0)、本処理を終了する。計算された被測定物体Mの形
状(友必要に応じて表面形状表示装置40に表示される
。Finally, step 23 calculates the shape of the measured object M based on the trigonometric method from the peak position and its gray hood, etc.
0), this process ends. The calculated shape of the object to be measured M is displayed on the surface shape display device 40 as required.
形状計算(よ第10図に示すように撮像素子24上で結
像した線像画像のピーク位置Pcの座標(xc、yc)
と、そのグレーコードGCを10進数で表記した組番号
mと、プロジェクタ10やカメラ20等の光学系設置パ
ラメータ(Ll、 L、2゜11、+2. θ)と
から、被測定物体の形状を代表する座標点(×、・Y、
Z)を次式にしたがって行なうものである。Shape calculation (coordinates (xc, yc) of the peak position Pc of the line image formed on the image sensor 24 as shown in FIG. 10)
The shape of the object to be measured is determined from the set number m expressed in decimal notation of the gray code GC, and the optical system installation parameters (Ll, L, 2°11, +2.θ) of the projector 10, camera 20, etc. Representative coordinate point (×,・Y,
Z) is performed according to the following formula.
X=xc・(L2−Z) / I 2
Y =yc・(L2−Z) / I 2A=−H−co
sθ、 B =−12・cosθ。X=xc・(L2-Z)/I2Y=yc・(L2-Z)/I2A=-H-co
sθ, B = −12·cosθ.
C= −s i nθ、 D=−H・I 2・sin
θ。C=-sinθ, D=-H・I2・sin
θ.
E=−H−L−cO5θ、 F=+2−Ll。E=-HL-cO5θ, F=+2-Ll.
G=−L:Lsinθ、 H=2 yr I 1/S
Oφ=π・m
ここで、φは線像の位相である。位相φは組番号mから
直接得られる。また、SOは縞状パターンSPにおける
透光・遮光部分1組のストライプパターンのピッチ(第
5図にも図示)である。G=-L: L sin θ, H=2 yr I 1/S
Oφ=π·m Here, φ is the phase of the line image. The phase φ is obtained directly from the set number m. Further, SO is the pitch of the stripe pattern of one set of light-transmitting and light-blocking parts in the striped pattern SP (also shown in FIG. 5).
以上説明したように実施例の3次元形状測定装置(よ
8枚のコードパターンCPの画像を用いて、1枚の縞状
パターンSPにかかる1枚の線像画像の線像の位相を検
呂できる構成とし、1枚の線像画像からの形状測定を実
現した したがって、撮像中にプロジェクタやカメラ等
の測定光学系、あるいは被測定物体が動くことがあって
も、高い測定精度を得ることができるという優れた効果
を奏する。As explained above, the three-dimensional shape measuring device (like
Using the images of eight code patterns CP, the configuration is such that the phase of the line image of one line image related to one striped pattern SP can be checked, and the shape measurement from one line image image is possible. Therefore, even if the measurement optical system such as a projector or camera or the object to be measured moves during imaging, it is possible to obtain high measurement accuracy, which is an excellent effect.
また、実施例で(よ グレーコードGCを用いて線像の
位相を求めるから、例えば線像のピーク位置の座標が、
コードパターン相当画像(第9図参照)における遷移点
(遮光部の画素と透光の画素の境界)付近に該当し、グ
レーコード構成要素の読取に誤っても、その誤差は±1
以内(ハミング距離が値1)で小さい。したがって、例
えC′L 被測定物体Mの表面がなだらかな自由曲面で
ある場合に1上簡単な補正でその誤差の影響を取り除く
ことができ、−層、高い測定精度を得ることができる利
点がある。In addition, since the phase of the line image is determined using the gray code GC in the example, for example, the coordinates of the peak position of the line image are
This corresponds to the transition point (boundary between a pixel in a light shielding area and a pixel in a transparent area) in the code pattern equivalent image (see Figure 9), and even if a gray code component is read incorrectly, the error is ±1.
(Hamming distance is 1) and small. Therefore, for example, if the surface of the object to be measured M is a smooth free-form surface, the effect of the error can be removed by a simple correction, and a high measurement accuracy can be obtained. be.
さらに、実施例では既述したように(第5図)、各コー
ドパターンCPの透光・遮光パターンの切換位置(遷移
位置)が、縞状パターンSPの各編の切換位置(遷移位
置)に揃えられており、縞状パターンSPの同一の縞の
範囲に(表 同一のグレーコードGCが付与される構成
にされている。Furthermore, in the embodiment, as described above (FIG. 5), the switching position (transition position) of the light transmitting/light blocking pattern of each code pattern CP is the same as the switching position (transition position) of each stitch of the striped pattern SP. The same gray code GC is assigned to the same striped range of the striped pattern SP.
したがって、第9図に例示するように、縞状パターンS
P相当画像においてピーク位置PPの現れる画素(太線
枠)の座標(友各コードパターンCP相当画像において
復号結果(縞番号)が同−銖例えば値0となる5つの画
素の並びの中心画素(太線枠)近傍に位置する結果とな
る。Therefore, as illustrated in FIG.
The coordinates of the pixel (thick line frame) where the peak position PP appears in the image corresponding to P frame) results in a location nearby.
この中心画素近傍で(表 明暗情報(輝度データ)が最
も安定しており、正確な復号結果が得られる。Near this central pixel, contrast information (luminance data) is most stable, and accurate decoding results can be obtained.
加えて、撮像中に測定光学系、被測定物体が動き、各コ
ードパターン画像がずれたとしても、ピーク位置が中心
画素近傍の位置から偏るだけで、中心画素と同じ復号結
果が得られる。In addition, even if the measurement optical system and the object to be measured move during imaging and each code pattern image shifts, the same decoding result as for the center pixel can be obtained, just because the peak position deviates from the position near the center pixel.
これらのことから、実施例装置によれ(′;L 線像画
像の各線像に所定の縞番号を正確に与え、線像の位相を
正しく検出できるので、測定精度の格段の向上を図るこ
とができる。Based on these facts, the apparatus of the embodiment can accurately assign a predetermined fringe number to each line image of the line image and detect the phase of the line image correctly, making it possible to significantly improve measurement accuracy. can.
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何隻限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得
ることは勿論である。例えば本発明(友 明暗パターン
として、ドツトマトリックス状に光を照射するドツトパ
ターンを用いた測定装置に適用してもよい。上述の実施
例において縞状パターンSPに代えて上記ドツトパター
ンを用い、実施例のコードパターンCPをそのまま利用
する構成とすれ(戯撮像画像から各ドツト像の位相(番
号)を検出することは可能になる。したがって、例えば
1枚のドツトパターンの投影・撮像により被測定物体の
形状を正確に測定することができるようになる。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. For example, the present invention may be applied to a measuring device that uses a dot pattern that irradiates light in a dot matrix as the light-dark pattern. If the configuration uses the example code pattern CP as is (it becomes possible to detect the phase (number) of each dot image from the captured image), it is possible to detect the phase (number) of each dot image from the captured image. Therefore, for example, by projecting and imaging one dot pattern, It becomes possible to accurately measure the shape of
また、グレーコードを適用したコードパターンではなく
とも、通常の純2進コードを適用したコードパターンを
用いてもよい。ざら(一液晶シャッタに換わり、PLZ
T電気光学シャッタ列を用いてもよい。プロジェクタと
してCRTを用いて各種パターンを投影する構成にして
もよい。パターンの投影順序は問わない。加えて、縞状
パターンSPとコードパターンCPにかかる画像の取込
をまとめて行なった後1ミ各種演算を行なう構成として
もよい。この構成では画像の取込時間が短いので、被測
定物体等の動きの影響が格段(二微小になり、線像の位
相を極めて正確に特定できる結果、測定精度の一層の向
上が望める。Moreover, instead of the code pattern to which the Gray code is applied, a code pattern to which the normal pure binary code is applied may be used. Zara (instead of a liquid crystal shutter, PLZ
A T electro-optic shutter array may also be used. A CRT may be used as a projector to project various patterns. The projection order of the patterns does not matter. In addition, a configuration may be adopted in which the images of the striped pattern SP and the code pattern CP are taken in at the same time, and then various calculations are performed once. With this configuration, since the image capture time is short, the influence of the movement of the object to be measured becomes much smaller (2 microscopic), and the phase of the line image can be specified extremely accurately, resulting in a further improvement in measurement accuracy.
さらに、実施例では8枚のコードパターンCPの総てを
用いて縞番号、ひいては位相を求めるが、パターンの一
番粗いコードパターンCPI(縞番号の正負の符号を決
定するパターン)や、次に粗いコードパターンCP2な
どの粗いパターン(上省略した構成としてもよし\。こ
れは、以下に例示するように、コードパターンの省略に
より複数の線像に同じ縞番号が付与されても、その線像
は互いに離ね正しい位相を検出することが可能だからで
ある。例え(i 第6図に示す縞番号のテーブルから理
解されるよう1:、コードパターンCPIを省略して正
負の符号をつけない縞番号を考えてみても、その縞番号
の同じ値にかかる線像は互いに離れるから、各線像を別
個に識別可能なのである。こうしたコードパターンを一
部省略した構成で(よ撮像に要する時間が短いから、測
定時間を短縮できるという利点がある。Furthermore, in the example, all eight code patterns CP are used to determine the stripe number and, therefore, the phase, but the coarsest code pattern CPI (pattern that determines the positive or negative sign of the stripe number) and the next Coarse patterns such as coarse code pattern CP2 (a configuration in which the above is omitted may also be used). This means that even if the same stripe number is given to multiple line images by omitting the code pattern, as illustrated below, the line image This is because it is possible to detect the correct phase by separating them from each other.For example, (i) As can be understood from the table of fringe numbers shown in Figure 6, 1 is a stripe pattern in which the code pattern CPI is omitted and no positive or negative sign is attached. Even if we consider the numbers, the line images corresponding to the same value of the stripe number are far apart from each other, so each line image can be identified separately.With a configuration in which some of these code patterns are omitted, the time required for imaging is shortened. Therefore, there is an advantage that the measurement time can be shortened.
発明の効果
以上詳述したように、本発明の3次元形状測定装置によ
れ(戯複数種類のコードパターンを用いて各パターン像
の位相を検出可能にし、単に明暗パターンを照射し撮像
して得られるパターン像の画像を基準とする形状測定を
可能にしたから、撮像中の被測定物体や測定装置の移動
は測定に影響しなくなり、この種測定の格段の精度向上
を図ることができるという効果を奏する。Effects of the Invention As detailed above, the three-dimensional shape measuring device of the present invention makes it possible to detect the phase of each pattern image using a plurality of types of code patterns, and it is possible to detect the phase of each pattern image by simply irradiating and imaging bright and dark patterns. Since it is possible to measure the shape using the image of the pattern image as a reference, the movement of the object to be measured or the measuring device during imaging will not affect the measurement, and the accuracy of this type of measurement can be significantly improved. play.
第1図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
2図は本発明の〜実施例としての3次元形状測定装置の
ブロック図、第3図(A)は液晶シャッタの正面図、第
3図(Bンはその断面図、第4図は液晶シャッタが作成
する投影パターンを例示する斜視図、第5図は各投影パ
ターンの一部を拡大して示す説明図、第6図はコードパ
ターンのパターンを説明する説明図、第7図は信号処理
装置において実行される形状測定処理の一例を示すフロ
ーチャート、第8図は縞状パターンの画像を例示する説
明図、第9図は線像の位相横比の様子を説明する説明図
、第10図は光学系の設置パラメータを示す説明図であ
る。
10・・−プロジェクタ
20・・・カメラ
SP・・・縞状パターン
GC・・・グレーコード
PP−・・ピーク位置
13・・・液晶シャッタ
30−・−信号処理装置
CP・・・コードパターン
(符号)FIG. 1 is a block diagram illustrating the basic configuration of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a three-dimensional shape measuring device as an embodiment of the present invention, and FIG. 3 (A) is a front view of a liquid crystal shutter. Figure 3 (B is a cross-sectional view thereof, Figure 4 is a perspective view illustrating the projection patterns created by the liquid crystal shutter, Figure 5 is an explanatory diagram showing a part of each projection pattern enlarged, and Figure 6 is An explanatory diagram illustrating the pattern of the code pattern, FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of shape measurement processing performed in the signal processing device, FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an image of a striped pattern, and FIG. 9 is a line diagram. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the state of the phase-lateral ratio of the image, and FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the installation parameters of the optical system. 10...-Projector 20...Camera SP...Striped pattern GC... Gray code PP--Peak position 13--Liquid crystal shutter 30--Signal processing device CP--Code pattern (code)
Claims (1)
表面に明暗パターン像を形成し、該明暗パターン像を撮
像手段で撮像して得られる明暗パターン像の画像から、
明暗の各パターン像の位相を検出して、前記被測定物体
の形状あるいは位置を求める3次元形状測定装置におい
て、 複数種類のスリットパターンからなり、該パターンの全
部を積層した状態で所定位相のスリットの有無を符号化
した際、位相の相違により独立した符号が構成されるコ
ードパターン群と、 該コードパターン群の各コードパターンを前記光源の手
前で順に切り換えるコードパターン切換手段と、 前記被測定物体表面に投影される各コードパターンを撮
像し、その各画像の全部を積層した状態における所定位
置の前記スリット像の有無から、前記符号を復号し、該
符号を前記所定位置に属する前記各パターン像の位相と
して検出する位相検出手段と を備えることを特徴とする3次元形状測定装置。[Scope of Claims] 1. A light-dark pattern image is formed on the surface of an object to be measured by irradiating a light-dark pattern from a light source, and the light-dark pattern image is captured by an imaging means. From the image of the light-dark pattern image,
A three-dimensional shape measuring device that detects the phase of each bright and dark pattern image to determine the shape or position of the object to be measured, which consists of multiple types of slit patterns, and when all of the patterns are stacked, a slit of a predetermined phase is formed. a code pattern group that constitutes independent codes due to phase differences when encoding the presence or absence of the object; a code pattern switching means for sequentially switching each code pattern of the code pattern group in front of the light source; and the object to be measured. Each code pattern projected on the surface is imaged, and the code is decoded based on the presence or absence of the slit image at a predetermined position in a state in which all of the images are stacked, and the code is converted into each pattern image belonging to the predetermined position. A three-dimensional shape measuring device comprising: phase detection means for detecting the phase of the three-dimensional shape.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9569590A JPH03293507A (en) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9569590A JPH03293507A (en) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03293507A true JPH03293507A (en) | 1991-12-25 |
Family
ID=14144635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9569590A Pending JPH03293507A (en) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03293507A (en) |
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- 1990-04-11 JP JP9569590A patent/JPH03293507A/en active Pending
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