JP2002081908A - Method for acquiring information, image pickup device, and image processor - Google Patents
Method for acquiring information, image pickup device, and image processorInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の奥行き距
離、物体表面の傾き及び、物体表面の反射率に関する情
報を獲得する情報獲得方法、画像撮像装置及び、画像処
理装置に関する。特に光が照射された物体から得られる
反射光を撮像し、物体に関する情報を獲得する情報獲得
方法、画像撮像装置及び、画像処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information acquisition method, an image pickup device, and an image processing device for acquiring information on the depth distance of an object, the inclination of the object surface, and the reflectance of the object surface. More particularly, the present invention relates to an information acquisition method, an image capturing apparatus, and an image processing apparatus for capturing reflected light obtained from an object irradiated with light and acquiring information on the object.
【0002】[0002]
【従来の技術】物体までの距離情報や、物体の位置情報
を得るために、物体にスリットや縞模様などのパターン
光を投影し、物体に投影されたパターンを撮影して解析
する三次元画像計測の手法が知られている。代表的な計
測方法として、スリット光投影法(別名、光寸断法)、
コード化パターン光投影法などがあり、井口征士、佐藤
宏介著「三次元画像計測」(昭晃堂)に詳しい。2. Description of the Related Art In order to obtain distance information to an object and position information of the object, a three-dimensional image in which a pattern light such as a slit or a striped pattern is projected on the object, and the pattern projected on the object is photographed and analyzed. Measurement techniques are known. Typical measurement methods include the slit light projection method (also called the light shredding method),
There are coded pattern light projection methods and others, and he is familiar with "3D image measurement" by Shoji Iguchi and Kosuke Sato (Shokodo).
【0003】特開昭61−155909号公報(公開日
昭和61年7月15日)及び特開昭63−233312
号公報(公開日昭和63年9月29日)には、異なる光
源位置から物体に光を照射し、物体からの反射光の強度
比に基づいて、物体までの距離を測定する距離測定装置
及び距離測定方法が開示されている。[0003] JP-A-61-155909 (publication date: July 15, 1986) and JP-A-63-233312
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. (published on Sep. 29, 1988) discloses a distance measuring device that irradiates an object from different light source positions and measures a distance to the object based on an intensity ratio of reflected light from the object. A distance measuring method is disclosed.
【0004】特開昭62−46207号公報(公開日昭
和62年2月28日)には、位相の異なる2つの光を物
体に照射し、物体からの反射光の位相差に基づいて、被
写体までの距離を測定する距離検出装置が開示されてい
る。Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 62-46207 (published on Feb. 28, 1987) discloses that an object is irradiated with two lights having different phases, and based on the phase difference of the reflected light from the object. A distance detecting device for measuring a distance to a vehicle is disclosed.
【0005】また、河北他「三次元撮像装置AXi-Vision
Cameraの開発」(三次元画像コンファレンス99、19
99年)には、投影光に超高速の強度変調を加え、強度変
調光で照明された物体を高速シャッター機能を備えたカ
メラで撮影し、物体までの距離によって変化する強度変
調度合いから、距離を測定する方法が開示されている。[0005] Also, Kahoku et al., "AXi-Vision 3D Imaging Device"
Camera Development ”(3D Image Conference 99, 19
In 1999), ultra-high-speed intensity modulation was applied to the projection light, and an object illuminated with the intensity-modulated light was photographed with a camera equipped with a high-speed shutter function. Is disclosed.
【0006】また、特開平10−48336号公報及び
特開平11−94520号公報には、異なる波長特性を
有した、異なる光パタンを物体に投射し、物体からの入
射光の波長成分を抽出することにより物体までの距離を
計算する実時間レンジファインダが開示されている。Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-48336 and 11-94520 disclose that different light patterns having different wavelength characteristics are projected on an object to extract a wavelength component of incident light from the object. A real-time range finder for calculating a distance to an object is disclosed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の距離測定装置及
び距離測定方法では、光を被測定物に照射して、その反
射光を測定することによって距離情報を測定していた
が、被測定物の表面の傾きを考慮していなかった。その
ため、同距離にある物体であっても、表面の傾きによっ
て、反射光の測定強度が異なり、距離測定に誤差が生じ
ていた。In the conventional distance measuring device and the conventional distance measuring method, the distance information is measured by irradiating the object with light and measuring the reflected light. Did not consider the inclination of the surface. Therefore, even if the objects are at the same distance, the measurement intensity of the reflected light varies depending on the inclination of the surface, and an error occurs in the distance measurement.
【0008】また、特開昭62−46207号公報に開
示された距離検出装置では、位相差を検出するための精
度の高い位相検出器が必要となり、装置が高価になり、
簡便性に欠ける。また、被写体の点からの出射光の位相
を測定するため、被写体全体の奥行き分布を測定するこ
とができない。In the distance detecting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-46207, a highly accurate phase detector for detecting a phase difference is required, and the device becomes expensive.
Lack of convenience. Further, since the phase of light emitted from a point of the subject is measured, the depth distribution of the entire subject cannot be measured.
【0009】また、河北他「三次元撮像装置Axi-Vision
Cameraの開発」(三次元画像コンファレンス99、19
99年)に開示された強度変調を用いた距離測定方法は、
同一の光源で強度の増減変調を行うため、非常に高速に
光変調を行う必要があり、簡便に測定することができな
かった。Also, Kahoku et al., "Axi-Vision three-dimensional imaging device"
Camera Development ”(3D Image Conference 99, 19
1999), the distance measurement method using intensity modulation,
Since the same light source is used to increase and decrease the intensity, light modulation must be performed at a very high speed, and measurement cannot be performed easily.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の形態においては、物体までの距離情
報を獲得する情報獲得方法であって、光学的に異なる2
点の照射位置から、物体に光を照射する照射段階と、2
点の照射位置から照射された光による物体からの反射光
をそれぞれ撮像する撮像段階と、光学的に異なる2点の
照射位置から、物体に光を照射する角度のうちいずれか
を算出する角度算出段階と、撮像位置において撮像され
た、物体の被測定部の反射光及び、被測定部の近傍から
の反射光に基づいて、被測定部までの距離情報を算出す
る算出段階とを備えることを特徴とする情報獲得方法を
提供する。According to a first aspect of the present invention, there is provided an information acquiring method for acquiring distance information to an object, the method comprising:
An irradiation step of irradiating an object with light from a point irradiation position;
An imaging step of imaging reflected light from an object due to light emitted from a point irradiation position, and an angle calculation for calculating one of angles at which light is emitted to the object from two optically different irradiation positions. And a calculating step of calculating distance information to the measured portion based on the reflected light of the measured portion of the object and the reflected light from the vicinity of the measured portion captured at the imaging position. An information acquisition method is provided.
【0011】撮像段階は、2点の照射位置のいずれかと
光学的に同位置である撮像位置において、2点の照射位
置から照射された光による物体からの反射光をそれぞれ
撮像し、角度測定段階は、撮像段階が撮像する物体から
の反射光に基づいて光を照射する角度を算出してよい。
また、算出段階は、撮像段階において撮像された、被測
定部からの反射光の強度及び被測定部の近傍からの反射
光の強度に基づいて、被測定部の距離情報及び被測定部
の面傾き情報を算出してもよい。また、算出段階は、被
測定部からの反射光の強度及び前記反射光の入射角に基
づいて、被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合
に、被測定部の面傾き情報を算出する第1算出段階と、
被測定部までの仮の距離情報及び、被測定部の面傾き情
報に基づいて、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出す
る第2算出段階と、被測定部の近傍の仮の距離情報と、
被測定部の近傍からの反射光の強度及び、反射光の入射
角に基づいて、被測定部の近傍の面傾き情報を算出する
第3算出段階と、被測定部の面傾き情報と、被測定部の
近傍の面傾き情報との誤差を算出する第4算出段階とを
有し、誤差が所定の範囲内である場合に、被測定部の仮
の距離情報を、被測定部の真の距離情報として出力して
もよい。In the imaging step, at an imaging position that is optically the same as one of the two irradiation positions, the reflected light from the object by the light emitted from the two irradiation positions is imaged, and the angle measurement step is performed. May calculate the angle at which the light is emitted based on the reflected light from the object to be imaged in the imaging step.
The calculating step is based on the intensity of the reflected light from the measured portion and the intensity of the reflected light from the vicinity of the measured portion, which are imaged in the imaging stage, and based on the distance information of the measured portion and the surface of the measured portion. The inclination information may be calculated. In the calculating step, based on the intensity of the reflected light from the measured part and the incident angle of the reflected light, assuming temporary distance information to the measured part, the surface inclination information of the measured part is calculated. A first calculating step of:
A second calculating step of calculating temporary distance information near the measured portion based on the temporary distance information to the measured portion and the surface inclination information of the measured portion; and a temporary distance near the measured portion. Information and
A third calculating step of calculating surface tilt information near the measured portion based on the intensity of reflected light from the vicinity of the measured portion and the incident angle of the reflected light; A fourth calculating step of calculating an error with the surface inclination information near the measuring unit, and when the error is within a predetermined range, the temporary distance information of the measured unit is converted to the true distance information of the measured unit. It may be output as distance information.
【0012】第4算出段階は、被測定部の複数の仮の距
離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出段階は、
誤差が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の
被測定部の距離情報としてもよい。第2算出段階は、被
測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の面を延長し
た近傍において、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出
してもよい。撮像段階は、被測定部からの反射光及び、
被測定部の近傍の複数の場所からの反射光を撮像し、第
4算出段階は、被測定部の近傍の複数の場所において、
被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定部の近傍の仮の
面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、算出段階は、誤
差の二乗和が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報
を真の被測定部の距離情報としてもよい。In a fourth calculating step, an error is calculated for each of a plurality of provisional distance information of the measured part.
The provisional distance information of the measured part when the error is minimized may be used as the true distance information of the measured part. In the second calculation step, temporary distance information near the measured portion may be calculated in the vicinity where the surface of the measured portion is extended, based on the surface inclination information of the measured portion. In the imaging step, reflected light from the measured section and
The reflected light from a plurality of places near the measured part is imaged, and the fourth calculating step includes, at a plurality of places near the measured part,
An error between the temporary surface inclination information of the measured part and the temporary surface inclination information in the vicinity of the measured part is calculated, respectively, and the calculating step is a step of calculating the temporary surface inclination of the measured part when the sum of squares of the error is minimized. The distance information may be true distance information of the measured part.
【0013】照射段階は、それぞれの照射位置におい
て、異なる波長の光を物体の被測定部及び被測定部の近
傍に照射し、それぞれの照射位置において、実質的に同
時に物体に光を照射し、撮像段階は、異なる波長の光の
それぞれを選択的に透過させる波長選択手段を有し、そ
れぞれの照射位置における光による物体からの反射光を
それぞれ撮像してもよい。The irradiating step includes irradiating the object to be measured and the vicinity of the object to be measured of the object at each irradiation position, and irradiating the light to the object substantially simultaneously at each irradiation position. The imaging step may include wavelength selection means for selectively transmitting each of light of different wavelengths, and each of the light reflected at each irradiation position from the object may be imaged.
【0014】本発明の第2の形態においては、物体まで
の距離情報を獲得する画像撮像装置であって、光学的に
異なる2点の照射位置から、物体に光を照射する照射部
と、2点の照射位置のいずれか一つと光学的に同位置
で、2点の照射位置から照射された光による物体におけ
る光の反射光を撮像する撮像部と、撮像部において撮像
された物体の被測定部の反射光及び被測定部の近傍から
の反射光に基づいて、被測定部までの距離情報を算出す
る画像処理装置とを備えることを特徴とする画像撮像装
置を提供する。According to a second aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus for acquiring distance information to an object, comprising: an irradiating section for irradiating the object with light from two optically different irradiation positions; An imaging unit which optically reflects at one of the irradiation positions of the points, and which captures reflected light of the light from the object by light emitted from the two irradiation positions, and a measured object measured by the imaging unit; An image processing apparatus comprising: an image processing device that calculates distance information to a measured portion based on reflected light from the portion and reflected light from the vicinity of the measured portion.
【0015】それぞれの照射位置において、照射部が光
を照射する発光タイミング及び、撮像部が反射光を撮像
する撮像タイミングを同期させる制御部を更に備えても
よい。照射部は、それぞれの照射位置において異なる波
長の光を照射し、それぞれの照射位置において、実質的
に同時に物体に光を照射し、異なる波長の光の物体によ
る反射光を、異なる波長のそれぞれを主要な波長成分と
する光に分離する分光部を更に備え、撮像部は、分離さ
れた光のそれぞれを撮像してもよい。分光部は、異なる
波長の光のそれぞれを主に透過する複数の光学フィルタ
ーを有してもよい。At each irradiation position, a control unit may be further provided for synchronizing a light emission timing at which the irradiation unit emits light and an imaging timing at which the imaging unit captures reflected light. The irradiation unit irradiates light of different wavelengths at each irradiation position, irradiates the object with light at substantially the same time at each irradiation position, and reflects the light of the different wavelength light reflected by the object at each of the different wavelengths. The image processing apparatus may further include a light splitting unit that splits the light into light having a main wavelength component, and the imaging unit may image each of the separated light. The spectroscopy unit may include a plurality of optical filters that mainly transmit each of light of different wavelengths.
【0016】本発明の第3の形態においては、物体を撮
像した画像を処理する画像処理装置であって、2点の照
射位置から照射されたそれぞれの光の、物体からの反射
光に基づく画像データを入力する入力部と、入力された
画像データを記憶する記憶部と、画像データの物体の被
測定部及び被測定部の近傍のデータに基づいて、被測定
部までの距離情報及び被測定部の面傾き情報を算出する
算出部と、算出部が算出した、距離情報及び面傾き情報
を出力する出力部とを備えることを特徴とする画像処理
装置を提供する。According to a third aspect of the present invention, there is provided an image processing apparatus for processing an image obtained by capturing an image of an object, the image processing apparatus comprising: An input unit for inputting data, a storage unit for storing the input image data, and distance information to the measured unit and measured data based on the measured data of the object of the image data and data near the measured unit. An image processing apparatus comprising: a calculating unit that calculates surface inclination information of a unit; and an output unit that outputs distance information and surface inclination information calculated by the calculating unit.
【0017】画像データは、反射光を受光する複数の画
素を有する撮像手段で撮像したデータであり、算出部
は、画素毎の2点の照射位置から照射されたそれぞれの
光の反射光の強度を抽出し、抽出したそれぞれの光の被
測定部及び被測定部近傍からの反射光の画素毎の強度に
基づいて、物体の距離情報の分布及び面傾き情報の分布
を算出してもよい。算出部は、距離情報の分布及び面傾
き情報の分布に基づいて物体の三次元情報を算出し、出
力部は、算出部が算出した物体の三次元情報を出力して
もよい。The image data is data obtained by imaging means having a plurality of pixels that receive the reflected light, and the calculation unit calculates the intensity of the reflected light of each light emitted from two irradiation positions for each pixel. May be extracted, and the distribution of the distance information and the distribution of the plane inclination information of the object may be calculated based on the intensity of each pixel of the reflected light from the measured part and the vicinity of the measured part of each extracted light. The calculation unit may calculate the three-dimensional information of the object based on the distribution of the distance information and the distribution of the plane inclination information, and the output unit may output the three-dimensional information of the object calculated by the calculation unit.
【0018】算出部は、被測定部からの反射光の強度及
び反射光の入射角に基づいて、被測定部までの仮の距離
情報を仮定した場合に、被測定部の面傾き情報を算出す
る第1算出手段と、被測定部までの仮の距離情報及び、
被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の近傍の仮
の距離情報を算出する第2算出手段と、被測定部の近傍
の仮の距離情報と、被測定部の近傍からの反射光の強度
及び、反射光の入射角に基づいて、被測定部の近傍の面
傾き情報を算出する第3算出手段と、被測定部の面傾き
情報と、被測定部の近傍の面傾き情報との誤差を算出す
る第4算出手段とを有し、誤差が所定の範囲内である場
合に、被測定部の仮の距離情報を、被測定部の真の距離
情報として出力してもよい。The calculating section calculates the surface inclination information of the measured section based on the assumption of the temporary distance information to the measured section based on the intensity of the reflected light from the measured section and the incident angle of the reflected light. First calculating means, and temporary distance information to the measured part;
Second calculating means for calculating temporary distance information near the measured part based on the surface inclination information of the measured part; temporary distance information near the measured part; and reflection from the measured part. Third calculating means for calculating surface tilt information near the measured portion based on the light intensity and the incident angle of the reflected light; surface tilt information of the measured portion; and surface tilt information near the measured portion. And fourth calculating means for calculating an error from the measured value, and when the error is within a predetermined range, provisional distance information of the measured part may be output as true distance information of the measured part. .
【0019】第4算出手段は、被測定部の複数の仮の距
離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出部は、誤
差が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の被
測定部の距離情報としてもよい。第2算出手段は、被測
定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の面を延長した
近傍において、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出し
てもよい。入力部は、被測定部からの反射光及び、被測
定部の近傍の複数の場所からの反射光に基づく画像デー
タが入力され、第4算出手段は、被測定部の近傍の複数
の場所おいて、被測定部の仮の面傾き情報と被測定部の
近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、算出
部は、誤差の二乗和が最小となる場合の被測定部の仮の
距離情報を真の被測定部の距離情報としてもよい。The fourth calculating means calculates an error for each of the plurality of temporary distance information of the measured section, and the calculating section calculates the temporary distance information of the measured section when the error is minimized. May be the distance information of the part to be measured. The second calculating means may calculate, based on the surface inclination information of the measured portion, temporary distance information near the measured portion in the vicinity where the surface of the measured portion is extended. The input section receives image data based on the reflected light from the measured section and the reflected light from a plurality of places near the measured section, and the fourth calculating means calculates a plurality of places and a plurality of places near the measured section. Then, an error between the temporary surface inclination information of the measured portion and the temporary surface inclination information near the measured portion is calculated, and the calculating portion calculates the temporary surface inclination information when the sum of squares of the error is minimized. May be used as the true distance information of the measured part.
【0020】算出部は、物体の画像データに基づいて、
物体のエッジを検出し、算出部は、被測定部の近傍の複
数の場所の内、物体のエッジを境界として物体の画像デ
ータを複数の領域に分割した領域の、被測定部のデータ
が有る領域と同じ領域にデータが有る、被測定部の近傍
の場所の仮の面傾き情報に基づいて被測定部の距離情報
を算出してもよい。また、算出部は、被測定部の近傍の
複数の場所の内、被測定部からの反射光の強度と被測定
部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内にあ
る、被測定部の近傍の場所の仮の面傾き情報に基づいて
被測定部の距離情報を算出してもよい。[0020] The calculation unit is configured to calculate, based on the image data of the object,
The calculating unit detects the edge of the object, and among the plurality of locations near the measured unit, there is data of the measured unit in a region obtained by dividing the image data of the object into a plurality of regions with the edge of the object as a boundary. The distance information of the measured portion may be calculated based on temporary surface tilt information at a location near the measured portion, which has data in the same region as the region. Further, the calculation unit, among a plurality of locations near the measured portion, the difference between the intensity of the reflected light from the measured portion and the intensity of the reflected light from the vicinity of the measured portion is within a predetermined range, The distance information of the measured part may be calculated based on temporary surface inclination information of a place near the measured part.
【0021】尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又、発明となりうる。The above summary of the present invention does not list all of the necessary features of the present invention, and a sub-combination of these features can also be an invention.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲
にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中
で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決
手段に必須であるとは限らない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the present invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and are described in the embodiments. Not all combinations of features are essential to the solution of the invention.
【0023】図1は、本発明の原理説明図である。照射
位置12及び照射位置14から、それぞれ強度P1,P
2の光を物体20に照射し、物体20によるそれぞれの
光の反射光をカメラ10で撮像する。カメラ10は、例
えば電荷結合素子(CCD)であって、複数の画素を有
し、各画素単位で物体20の被測定部22及び砒素区手
部の近傍24からの反射光を撮影し、画素毎にそれぞれ
の強度を検出する。カメラ10で撮像した反射光に基づ
いて物体20の被測定部22までの距離L、被測定部2
2の表面の傾きθ0及び、被測定部22の表面の反射率
RObjを算出する。照射位置(12,14)は、任意
の位置に配置されてよい。照射位置(12,14)から
物体20に照射される光の照射角のうち、いずれかを算
出するが、本例においては、カメラ10を、照射位置
(12,14)のいずれか一つと光学的に同じ位置に配
置し、カメラ10が撮像する反射光の入射角に基づいて
物体20に照射される光の照射角を算出する。本例にお
いては、照射位置12とカメラ10を光学的に同じ位置
に配置した場合について説明する。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention. From the irradiation position 12 and the irradiation position 14, the intensity P1, P
The object 20 is irradiated with two lights, and the reflected light of each light by the object 20 is imaged by the camera 10. The camera 10 is, for example, a charge-coupled device (CCD), has a plurality of pixels, and captures reflected light from the measured portion 22 of the object 20 and the vicinity 24 of the arsenic domain portion for each pixel. Each intensity is detected every time. Based on the reflected light imaged by the camera 10, the distance L to the measured part 22 of the object 20 and the measured part 2
Inclination theta 0 and 2 of the surface, to calculate the reflectivity R Obj of the surface of the measuring unit 22. The irradiation positions (12, 14) may be arranged at any positions. One of the irradiation angles of the light radiated to the object 20 from the irradiation positions (12, 14) is calculated. In this example, the camera 10 is optically connected to one of the irradiation positions (12, 14). It is arranged at the same position, and calculates the irradiation angle of the light applied to the object 20 based on the incident angle of the reflected light captured by the camera 10. In this example, a case where the irradiation position 12 and the camera 10 are arranged at the same optical position will be described.
【0024】図1に示すように、照射位置14は、照射
位置12からL12離れた位置に配置される。距離L
12は、計測系固有の既知の値である。また、照射位置
(12,14)から物体20の被測定部22に光を照射
する角度をそれぞれθ1、θ2とし、照射位置(12,
14)から物体20の被測定部の近傍24に光を照射す
る角度をそれぞれθ1’、θ2’とする。また、カメラ
10は、照射位置12と光学的に同じ位置に配置されて
いるので、被測定部22からの反射光を受光する角度を
θC、被測定部の近傍24からの反射光を受光する角度
をθC’とした場合、θC=θ1、θC’=θ1’であ
る。また、照射位置12から被測定部22までの距離を
それぞれL1、被測定部の近傍24までの距離をL1’
とし、照射位置14から被測定部までの距離をL2、被
測定部の近傍24までの距離をL2’とする。As shown in FIG. 1, the irradiation position 14 is located at a position L 12 away from the irradiation position 12. Distance L
Reference numeral 12 is a known value unique to the measurement system. Further, angles at which light is irradiated from the irradiation positions (12, 14) to the measured portion 22 of the object 20 are denoted by θ 1 and θ 2 , respectively, and the irradiation positions (12, 14)
Angles at which light is irradiated from the area 14) to the vicinity 24 of the measured portion of the object 20 are denoted by θ 1 ′ and θ 2 ′, respectively. Further, since the camera 10 is disposed at the same optical position as the irradiation position 12, the angle at which the reflected light from the measured part 22 is received is θ C , and the reflected light from the vicinity 24 of the measured part is received. Assuming that the angle is θ C ′, θ C = θ 1 and θ C ′ = θ 1 ′. Further, the distance from the irradiation position 12 to the measured portion 22 is L 1 , and the distance from the measured portion to the vicinity 24 is L 1 ′.
The distance from the irradiation position 14 to the measured portion is L 2 , and the distance from the measured portion to the vicinity 24 is L 2 ′.
【0025】照射位置(12、14)から照射された光
の、被測定部22からの反射光の強度をそれぞれD1、
D2とすると、D1、D2は次のように与えられる。The intensities of the light emitted from the irradiation positions (12, 14) and the reflected light from the measured portion 22 are D 1 and D 1 , respectively.
Assuming that D 2 , D 1 and D 2 are given as follows.
【数1】 すなわち、(Equation 1) That is,
【数2】 となる。(Equation 2) Becomes
【0026】また、Also,
【数3】 であるので、(Equation 3) So that
【数4】 となる。また、(Equation 4) Becomes Also,
【数5】 であり、L12、θ1は既知の値であるので、θ2はL
の関数で与えられる。すなわち、(Equation 5) Since L 12 and θ 1 are known values, θ 2 is L
Given by That is,
【数6】 となる。よって、(Equation 6) Becomes Therefore,
【数7】 となる。ここで、D1、D2、P1、P2、θ1は、計
測値又は既知の値であるので、上の式の未知数はθ0及
びLの2つである。したがって上の条件を満たす
(θ0、L)の組み合わせを求めることができる。すな
わち、被測定部22までの距離Lを仮定した場合、仮定
した距離Lに対応する被測定部の面傾きθ0を算出する
ことができる。また、被測定部の近傍24についても、
同様に被測定部の近傍24までの距離L’と被測定部の
近傍24の面傾きθ0’の組み合わせを求めることがで
きる。(Equation 7) Becomes Here, D1, D 2, P 1 , P 2, θ 1 , so is the measurement value or known values, unknowns above formula are two of theta 0 and L. Therefore, a combination of (θ 0 , L) satisfying the above condition can be obtained. That is, when the distance L to the measured portion 22 is assumed, the surface inclination θ 0 of the measured portion corresponding to the assumed distance L can be calculated. Also, for the vicinity 24 of the measured part,
Similarly, a combination of the distance L ′ to the neighborhood 24 of the measured part and the surface inclination θ 0 ′ of the neighborhood 24 of the measured part can be obtained.
【0027】本発明は、物体20の被測定部22までの
距離Lと被測定部22の面傾きθ0との組み合わせと、
物体20の被測定部の近傍24までの距離L’と被測定
部の近傍24の面傾きθ0’との組み合わせに基づい
て、被測定部22までの距離L及び面傾きθ0を算出す
る。以下、算出方法について詳細に説明する。According to the present invention, a combination of the distance L of the object 20 to the measured portion 22 and the surface inclination θ 0 of the measured portion 22 is represented by:
Based on a combination of the distance L ′ to the vicinity 24 of the measured portion of the object 20 and the surface inclination θ 0 ′ of the vicinity 24 of the measured portion, the distance L to the measured portion 22 and the surface inclination θ 0 are calculated. . Hereinafter, the calculation method will be described in detail.
【0028】図2は、被測定部22までの距離L、被測
定部22の面傾きθ0を算出する方法の一例の説明図で
ある。まず、被測定部22までの距離LをLaと仮定す
る。図1に関連して説明した数式に基づいて、仮定した
距離Laに対応する被測定部22の面傾きθ0を算出す
る。次に、算出した面傾きθ0によって定まる被測定部
22の面を延長し、被測定部の近傍24からの反射光の
光路と交わる点に、被測定部の近傍24が存在すると仮
定した場合の被測定部の近傍24までの仮の距離Lbを
算出する。このとき被測定部の近傍24までの仮の距離
Lbは、カメラ10と被測定部22までの仮の距離L
a、被測定部22からの反射光の入射角θ 1、被測定部
の近傍24からの反射光の入射角θ1’及び、被測定部
22の面傾きθ0に基づいて幾何的に算出することがで
きる。FIG. 2 shows the distance L to the measured portion 22 and the measured
Surface inclination θ of the fixed part 220In the explanatory diagram of an example of a method for calculating
is there. First, it is assumed that the distance L to the measured part 22 is La.
You. Based on the equations described in connection with FIG.
Surface inclination θ of measured part 22 corresponding to distance La0Calculate
You. Next, the calculated surface inclination θ0Measured part determined by
22 is extended to reflect the reflected light from the vicinity 24 of the measured part.
It is assumed that there is a neighborhood 24 of the measured part at a point where the optical path intersects.
The temporary distance Lb to the neighborhood 24 of the measured part when
calculate. At this time, the temporary distance to the neighborhood 24 of the measured part
Lb is a temporary distance L between the camera 10 and the measured part 22.
a, the incident angle θ of the reflected light from the measured section 22 1, Measured part
Incident angle θ of the reflected light from the neighborhood 241’And the part to be measured
22 plane inclination θ0Can be calculated geometrically based on
Wear.
【0029】次に、算出した仮の距離Lbに対応する、
被測定部の近傍24の面傾きθ0’を算出する。面傾き
θ0’は、図1に関連して説明した数式により算出する
ことができる。物体20の被測定部22と被測定部の近
傍24との間隔は、微小であるので、被測定部22と被
測定部の近傍24の面傾きはほぼ同一となる。したがっ
て、算出した面傾きθ0とθ0’とを比較することによ
り、最初に仮定した被測定部22までの距離Laが正し
い値であるかを判定することができる。すなわち、面傾
きθ0とθ0’との差が所定の範囲内であれば、仮定し
た距離Laを被測定部22までの距離Lとすることがで
きる。Next, corresponding to the calculated temporary distance Lb,
The surface inclination θ 0 ′ in the vicinity 24 of the measured part is calculated. The plane inclination θ 0 ′ can be calculated by the mathematical expression described with reference to FIG. Since the distance between the measured portion 22 of the object 20 and the vicinity 24 of the measured portion is minute, the surface inclination of the measured portion 22 and the vicinity 24 of the measured portion are substantially the same. Therefore, by comparing the calculated plane inclination θ 0 and θ 0 ′, it can be determined whether the initially assumed distance La to the measured portion 22 is a correct value. That is, if the difference between the plane inclinations θ 0 and θ 0 ′ is within a predetermined range, the assumed distance La can be set as the distance L to the measured section 22.
【0030】また、面傾きθ0とθ0’との差が所定の
範囲内に無い場合は、最初に仮定した距離Laの設定に
誤りがあったとして、被測定部22までの距離Lを他の
値に設定して同様の計算を行えばよい。図1に関連して
説明した数式を満たす、被測定部22までの距離Lが、
上限値を有することは明らかであり、下限値は零である
ので、仮の距離Laについて、有限の範囲において調べ
ればよい。例えば、有限の範囲の距離Laについて2分
探索法によって、被測定部22までの真の距離Lを抽出
してよい。また、仮の距離Laについて、有限の範囲で
所定の距離間隔でθ0、θ0’の差を算出し、真の距離
Lを抽出してもよい。また、仮の距離Laについて、複
数の値についてθ0、θ0’の差を算出し、差が最小と
なる仮の距離Laを真の距離Lとしてもよい。また、被
測定部の面傾き情報は、被測定部までの距離情報に基づ
いて、図1に関連して説明した数式によって算出するこ
とができる。また、図1に関連して説明した数式によっ
て被測定部の表面反射率情報も算出することができる。If the difference between the plane inclinations θ 0 and θ 0 ′ is not within the predetermined range, it is determined that the initially assumed distance La is incorrect, and the distance L to the measured portion 22 is changed. Similar calculations may be performed by setting other values. The distance L to the measured part 22 that satisfies the mathematical expression described with reference to FIG.
Obviously, it has an upper limit value and the lower limit value is zero, so the provisional distance La may be checked in a finite range. For example, the true distance L to the measured portion 22 may be extracted by a binary search method for the distance La in a finite range. Further, for the temporary distance La, the difference between θ 0 and θ 0 ′ may be calculated at predetermined distance intervals within a finite range, and the true distance L may be extracted. In addition, for the temporary distance La, a difference between θ 0 and θ 0 ′ may be calculated for a plurality of values, and the temporary distance La with the minimum difference may be set as the true distance L. Further, the surface inclination information of the measured portion can be calculated based on the information on the distance to the measured portion by the mathematical formula described with reference to FIG. In addition, the surface reflectance information of the measured portion can be calculated by the mathematical formula described with reference to FIG.
【0031】図3は、仮の距離Laについての所定の範
囲で所定の距離間隔で、面傾きθ0及び面傾きθ0’を
算出した結果の一例を示す。図3のグラフにおいて、横
軸は、被測定部22までの仮の距離Laを示し、縦軸は
被測定部22及び被測定部の近傍24の面傾きを示す。
本例において、物体20の被測定部22までの距離Lを
200mm、被測定部22の面傾きを0度とした。ま
た、照射位置12と照射位置14との距離を10mm、
θ1を20度、仮の距離Laの間隔を10mmとして計
算を行った。FIG. 3 shows an example of the result of calculating the surface tilt θ 0 and the surface tilt θ 0 ′ at predetermined distance intervals within a predetermined range of the temporary distance La. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the temporary distance La to the measured section 22, and the vertical axis represents the surface inclination of the measured section 22 and the vicinity 24 of the measured section.
In this example, the distance L of the object 20 to the measured portion 22 was 200 mm, and the surface inclination of the measured portion 22 was 0 degree. Further, the distance between the irradiation position 12 and the irradiation position 14 is 10 mm,
theta 1 20 degrees, was calculated the distance of the temporary distance La as 10 mm.
【0032】データ102は、横軸に示される仮の距離
Laに対応する被測定部22の面傾きを示し、データ1
04は、被測定部の近傍24の面傾きを示す。仮の距離
200mmにおいて、被測定部22及び被測定部の近傍
24の面傾きが0度で一致する。Data 102 indicates the surface inclination of the measured part 22 corresponding to the provisional distance La shown on the horizontal axis.
Numeral 04 indicates the surface inclination of the vicinity 24 of the measured part. At a tentative distance of 200 mm, the surface inclinations of the measured portion 22 and the vicinity 24 of the measured portion match at 0 degree.
【0033】図4は、本発明に係る画像撮像装置100
の構成の一例を示す。画像撮像装置100は、照射部4
0、分光部50、制御部60、撮像部70及び、画像処
理装置300を備える。照射部40は、光学的に異なる
2点の照射位置から、物体20に光を照射する。照射部
40は、2点の照射位置のそれぞれに光源を有し、それ
ぞれの光源から物体20に光を照射してよく、また、照
射部40は、一つの光源を有し、一つの光源を照射位置
(12,14)のそれぞれに移動させて物体20に光を
照射してもよい。照射部40が、2点の照射位置のそれ
ぞれに光源を有する場合、それぞれの照射位置において
異なる波長の光を物体20に実質的に同時に照射してよ
い。分光部50は、異なる波長の光による物体20から
の反射光を、異なる波長のそれぞれを主要な波長成分と
する光に分離する。撮像部70は、2点の照射位置のい
ずれか一つと光学的に同位置において、2点の照射位置
から照射された光による物体20における光の反射光を
撮像する。撮像部70は、分光部50によって分離され
た光のそれぞれを撮像してもよい。制御部60は、それ
ぞれの照射位置において、照射部40が光を照射する発
光タイミング及び、撮像部70が反射光を撮像する撮像
タイミングを同期させる。FIG. 4 shows an image pickup apparatus 100 according to the present invention.
An example of the configuration will be shown. The image capturing apparatus 100 includes the irradiation unit 4
0, a spectral unit 50, a control unit 60, an imaging unit 70, and an image processing device 300. The irradiation unit 40 irradiates the object 20 with light from two optically different irradiation positions. The irradiation unit 40 has a light source at each of two irradiation positions, and may irradiate the object 20 with light from each light source. The irradiation unit 40 has one light source and one light source. The object 20 may be irradiated with light by moving to each of the irradiation positions (12, 14). When the irradiation unit 40 has a light source at each of the two irradiation positions, the object 20 may be irradiated with light of a different wavelength substantially simultaneously at each of the irradiation positions. The spectroscopy unit 50 separates reflected light from the object 20 due to light of different wavelengths into light having different wavelengths as main wavelength components. The imaging unit 70 captures the reflected light of the object 20 due to the light emitted from the two irradiation positions at the same optical position as any one of the two irradiation positions. The imaging unit 70 may capture each of the lights separated by the spectroscopy unit 50. The control unit 60 synchronizes the emission timing at which the irradiation unit 40 emits light and the imaging timing at which the imaging unit 70 captures reflected light at each irradiation position.
【0034】画像処理装置300は、撮像部70におい
て撮像された物体20の被測定部22からの反射光及び
被測定部の近傍24からの反射光に基づいて、被測定部
22までの距離情報を算出する。画像処理装置300
は、入力部80、記憶部90、算出部110及び、出力
部120を備える。入力部80は、2点の照射位置から
照射されたそれぞれの光の、物体20によるそれぞれの
反射光に基づく画像データを入力する。記憶部90は、
入力部80に入力された画像データを記憶する。記憶部
90は、照射部40が照射した光の波長特性毎に画像デ
ータを記憶してもよい。The image processing apparatus 300 obtains distance information to the measured section 22 based on the reflected light from the measured section 22 and the reflected light from the vicinity 24 of the measured section of the object 20 imaged by the imaging section 70. Is calculated. Image processing device 300
Includes an input unit 80, a storage unit 90, a calculation unit 110, and an output unit 120. The input unit 80 inputs image data based on the respective reflected lights by the object 20 of the respective lights emitted from the two irradiation positions. The storage unit 90
The image data input to the input unit 80 is stored. The storage unit 90 may store image data for each wavelength characteristic of light emitted by the irradiation unit 40.
【0035】算出部110は、記憶部90に記憶された
画像データに基づいて、物体20の被測定部22までの
距離情報、物体20の被測定部22の面傾き情報を算出
する。算出部110は、被測定部22からの反射光の強
度及び反射光の入射角に基づいて、被測定部までの仮の
距離情報を仮定した場合に、被測定部22の面傾き情報
を算出する第1算出手段と、被測定部22までの仮の距
離情報及び、被測定部22の面傾き情報に基づいて、被
測定部の近傍24の仮の距離情報を算出する第2算出段
階と、被測定部の近傍24の仮の距離情報と、被測定部
の近傍24からの反射光の強度及び、反射光の入射角に
基づいて、被測定部の近傍24の面傾き情報を算出する
第3算出手段と、被測定部の面傾き情報と、被測定部の
近傍24の面傾き情報との誤差を算出する第4算出手段
とを有する。算出部110は、第4算出手段において算
出した誤差が所定の範囲内である場合に、被測定部22
の仮の距離情報を、被測定部22の真の距離情報として
出力部120及び記憶部90に出力する。The calculating section 110 calculates distance information of the object 20 to the measured section 22 and information of surface inclination of the measured section 22 of the object 20 based on the image data stored in the storage section 90. The calculating unit 110 calculates the surface inclination information of the measured unit 22 when assuming temporary distance information to the measured unit based on the intensity of the reflected light from the measured unit 22 and the incident angle of the reflected light. A second calculating step of calculating temporary distance information in the vicinity 24 of the measured part based on temporary distance information to the measured part 22 and surface inclination information of the measured part 22; Based on the temporary distance information of the neighborhood 24 of the measured part, the intensity of the reflected light from the neighborhood 24 of the measured part, and the incident angle of the reflected light, the surface inclination information of the neighborhood 24 of the measured part is calculated. There is provided a third calculating means, and a fourth calculating means for calculating an error between the surface inclination information of the measured part and the surface inclination information in the vicinity 24 of the measured part. When the error calculated by the fourth calculating unit is within a predetermined range, the calculating unit 110
Is output to the output unit 120 and the storage unit 90 as the true distance information of the measured unit 22.
【0036】第4算出手段は、被測定部22の複数の仮
の距離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出部1
10は、誤差が最小となる場合の被測定部22の仮の距
離情報を真の被測定部22の距離情報としてよい。ま
た、第2算出手段は、被測定部22の面傾き情報に基づ
いて、被測定部22の面を延長した近傍において、被測
定部の近傍24の仮の距離を算出してよい。The fourth calculating means calculates an error for each of the plurality of provisional distance information of the measured section 22, and calculates the error.
10 may use the temporary distance information of the measured section 22 when the error is minimized as the true distance information of the measured section 22. Further, the second calculating means may calculate a temporary distance of the vicinity 24 of the measured portion in the vicinity where the surface of the measured portion 22 is extended, based on the surface inclination information of the measured portion 22.
【0037】また、算出部110は、画像データに基づ
いて、反射光の強度を撮像部70の画素単位又は画素領
域単位で検出し、検出した反射光の強度に基づいて、物
体20までの距離情報の分布及び面傾き情報を算出して
もよい。また、算出部110は、距離情報の分布及び面
傾き情報の分布に基づいて物体20の三次元情報を算出
してもよい。算出部110は、図1から図3に関連して
説明した方法と同様又は同一の方法で被測定部22の各
情報及び物体20の各情報の分布を算出してもよい。ま
た、照射部40が異なる波長の光を照射した場合、算出
部110は、図6に関連して説明した方法によって、そ
れぞれの照射位置から同一の波長の光を照射したとき
の、反射光の強度を算出し、算出した強度に基づいて被
測定部22の各情報及び物体20の各情報の分布を算出
することが好ましい。記憶部90は、算出部110が算
出した被測定部22の各情報及び、物体20の各情報の
分布を記憶することが好ましい。The calculating section 110 detects the intensity of the reflected light on a pixel basis or on a pixel area basis of the image pickup section 70 based on the image data, and calculates the distance to the object 20 based on the detected intensity of the reflected light. Information distribution and plane inclination information may be calculated. The calculation unit 110 may calculate the three-dimensional information of the object 20 based on the distribution of the distance information and the distribution of the plane inclination information. The calculation unit 110 may calculate the distribution of each piece of information of the measurement target unit 22 and each piece of information of the object 20 by the same or the same method as described with reference to FIGS. 1 to 3. When the irradiating unit 40 irradiates light of different wavelengths, the calculating unit 110 uses the method described with reference to FIG. 6 to irradiate the light of the same wavelength from each irradiating position. It is preferable to calculate the intensity and calculate the distribution of each information of the measured section 22 and each information of the object 20 based on the calculated intensity. It is preferable that the storage unit 90 stores the distribution of each piece of information of the measured section 22 calculated by the calculation unit 110 and each piece of information of the object 20.
【0038】出力部120は、算出部110が算出し
た、物体20の被測定部22までの距離情報、被測定部
22の面傾き情報及び、物体20における各情報の分布
を出力する。出力部120は、被測定部22の各情報及
び物体20の各情報の分布を、表示装置上に数値及び図
形を用いて表示してよい。また、出力部120は、被測
定部22の各情報及び物体20の各情報の分布を音によ
って出力してもよい。出力部120は、予め指定された
位置情報に基づいて各情報を出力してもよい。また、出
力部120は、予め指定された項目及び基準に基づいて
出力してもよい。例えば、予め指定された項目が一定以
上となる領域について各情報を出力してもよい。また、
出力部120は、物体20が静止しているか動いている
かに基づいて各情報を出力してもよい。The output section 120 outputs information on the distance of the object 20 to the measured section 22, information on the surface inclination of the measured section 22, and the distribution of each piece of information on the object 20, calculated by the calculating section 110. The output unit 120 may display the distribution of each piece of information of the measured section 22 and each piece of information of the object 20 on a display device using numerical values and graphics. Further, the output unit 120 may output the distribution of each piece of information of the measured section 22 and each piece of information of the object 20 by sound. The output unit 120 may output each information based on the position information specified in advance. Further, the output unit 120 may output based on items and criteria specified in advance. For example, each piece of information may be output for an area where a predetermined item is equal to or more than a certain value. Also,
The output unit 120 may output each information based on whether the object 20 is stationary or moving.
【0039】また、入力部80は、被測定部22からの
反射光及び被測定部の近傍の複数の場所からの反射光に
基づく画像データが入力され、算出部110の第4算出
手段は、被測定部の近傍の複数の場所において、被測定
部22の仮の面傾き情報と被測定部の近傍の仮の面傾き
情報との誤差をそれぞれ算出し、算出部110は、誤差
の二乗和が最小となる場合の被測定部22の仮の面傾き
情報を真の被測定部22の距離情報としてもよい。The input section 80 receives image data based on the reflected light from the measured section 22 and the reflected lights from a plurality of places near the measured section, and the fourth calculating means of the calculating section 110 At a plurality of locations near the measured part, errors are calculated between the tentative plane inclination information of the measured part 22 and the tentative plane inclination information near the measured part, and the calculating unit 110 calculates the sum of squares of the error. May be used as the true distance information of the measured part 22 when the surface inclination information of the measured part 22 is minimum.
【0040】また、本例において、画像撮像装置100
は、分光部50を備えているが、照射部40がそれぞれ
の照射位置で異なるタイミングで光を照射する場合は、
画像撮像装置100は分光部50を備えず、撮像部70
は、照射部40が光を照射したタイミングに基づくタイ
ミングで、それぞれの照射位置から照射された光による
反射光をそれぞれ撮像してもよい。In this embodiment, the image pickup device 100
Is provided with a spectroscopic unit 50, but when the irradiation unit 40 irradiates light at different irradiation positions at different timings,
The image capturing apparatus 100 does not include the spectral unit 50, and
May image the reflected light of the light emitted from each irradiation position at a timing based on the timing at which the irradiation unit 40 irradiates the light.
【0041】図5は、撮像部70が撮像した物体20か
らの反射光に基づく画像データ150の一例を示す。物
体20は、微小距離で面傾きが急激に変化するエッジ1
56を有する。算出部110は、物体20からの反射光
に基づく画像データ150に基づいて、物体のエッジを
検出し、被測定部の近傍の複数の場所の内、物体20の
エッジを境界として物体20の画像データを複数の領域
に分割した領域の、被測定部22のデータが有る領域と
同じ領域に前記データが有る、被測定部の近傍24の場
所の仮の面傾き情報に基づいて被測定部22の距離情報
を算出する。例えば、図5に示すように、物体20の画
像データが150が、エッジ156を境界とした領域1
52と領域154とを有する場合、算出部110は、被
測定部22のデータが存在する領域152の中にある、
被測定部の近傍24の面傾き情報に基づいて被測定部2
2の距離情報を算出する。FIG. 5 shows an example of image data 150 based on the reflected light from the object 20 captured by the image capturing section 70. The object 20 has an edge 1 where the surface inclination changes rapidly at a small distance.
56. The calculating unit 110 detects the edge of the object based on the image data 150 based on the reflected light from the object 20, and detects the image of the object 20 using the edge of the object 20 as a boundary among a plurality of locations near the measured part. Based on temporary surface tilt information at a location 24 near the part to be measured, where the data is located in the same area as the area where the data of the part to be measured 22 is located, the data is divided into a plurality of areas. Is calculated. For example, as shown in FIG. 5, when the image data 150 of the object 20 is in the region 1 with the edge 156 as the boundary.
52 and the region 154, the calculation unit 110 is located in the region 152 where the data of the measured unit 22 exists.
Based on the surface inclination information of the neighborhood 24 of the measured part, the measured part 2
2 is calculated.
【0042】また、算出部110は、被測定部の近傍の
複数の場所の内、被測定部22からの反射光の強度と被
測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内
にある、被測定部の近傍の場所の仮の面傾き情報に基づ
いて被測定部22の距離情報を算出してもよい。The calculating unit 110 determines that the difference between the intensity of the reflected light from the measured part 22 and the intensity of the reflected light from the vicinity of the measured part among a plurality of locations near the measured part is a predetermined value. The distance information of the measured section 22 may be calculated based on temporary surface tilt information at a location near the measured section within the range.
【0043】図6は、画像撮像装置100の一例を説明
する図である。図6において図4と同じ符号を付したも
のは図4に関連して説明したものと同一又は同様の機能
及び構成を有してよい。照射部40は、光学的に異なる
2点の照射位置(12,14)から、物体20にそれぞ
れ異なる波長の光を実質的に同時に物体20に照射す
る。例えば、照射部40は、それぞれ異なる波長の光を
主に透過する光学フィルター(図示せず)を有していて
もよい。このとき、照射部40はそれぞれの照射位置
(12,14)から照射される光を光学フィルターを介
して、波長λa、λ bの光として物体20に実質的に同
時に照射する。FIG. 6 illustrates an example of the image pickup apparatus 100.
FIG. In FIG. 6, the same reference numerals as in FIG.
Is the same or similar function as described in connection with FIG.
And a configuration. The irradiation unit 40 is optically different
From the two irradiation positions (12, 14) to the object 20
Irradiate the object 20 with light of different wavelengths substantially simultaneously.
You. For example, the irradiation unit 40 emits light having different wavelengths.
It has an optical filter (not shown) that mainly transmits
Is also good. At this time, the irradiating unit 40 is set at each irradiation position.
Light emitted from (12, 14) is passed through an optical filter.
And the wavelength λa, Λ bSubstantially the same as the object 20
Sometimes irradiated.
【0044】照射部40から照射された光は、物体20
で反射し、光学レンズ52に入射する。光学レンズ52
に入射した物体20からの反射光は、光学レンズ52を
介して分光部50に入射される。The light emitted from the irradiation unit 40 is
And is incident on the optical lens 52. Optical lens 52
The reflected light from the object 20 that has entered into the light splitter 50 is incident on the light splitting unit 50 via the optical lens 52.
【0045】分光部50は、一例として光学レンズ52
が結像した反射光を偏向する偏向子、偏向された光の偏
向方向を波長に応じて回転させるリターダ、偏向方向の
異なる光を分割するプリズムを有する。分光部50によ
って分光された光はそれぞれ撮像部(70a、70b)
に受光される。撮像部(70a、70b)は、一例とし
て2板の固体撮像素子である。撮像部(70a、70
b)に受光された光は、光電効果により電荷として読み
出され、A/D変換器(図示せず)によりデジタル電気
信号に変換され、画像処理装置300に入力される。画
像処理装置300は、入力された信号に基づいて物体2
0までの距離情報、物体20の表面の傾き情報、物体2
0の表面の反射率情報を算出する。The spectroscopy unit 50 includes an optical lens 52 as an example.
Has a deflector for deflecting the reflected light formed as an image, a retarder for rotating the deflecting direction of the deflected light according to the wavelength, and a prism for splitting light having different deflecting directions. The light split by the splitting unit 50 is captured by the imaging unit (70a, 70b).
Is received. The imaging units (70a, 70b) are, for example, two solid-state imaging devices. Imaging unit (70a, 70
The light received in b) is read out as electric charges by the photoelectric effect, converted into a digital electric signal by an A / D converter (not shown), and input to the image processing device 300. The image processing device 300 determines the object 2 based on the input signal.
0, distance information of the surface of the object 20, object 2
The reflectance information of the zero surface is calculated.
【0046】撮像部70は、分光部50によって分離さ
れた光のそれぞれを撮像する。撮像部70は、一例とし
て固体撮像素子であり、物体20の像は、固体撮像素子
の受光面上に結像される。結像された物体20の像の光
量に応じ、固体撮像素子の各センサエレメントに電荷が
蓄積され、蓄積された電荷は、一定の順序で走査され、
電気信号として読み出される。固体撮像素子は、物体2
0からの反射光の強度を画素単位に高い精度で検出可能
なように、信号/雑音比が良く、画素数が大きい電荷結
合素子(CCD)イメージセンサであることが好まし
い。固体撮像素子としてCCD以外にMOSイメージセ
ンサ、Cd−Se密着型イメージセンサ、aSi密着型
イメージセンサ、又はバイポーラ密着型イメージセンサ
等を用いてもよい。The image pickup section 70 picks up each of the lights separated by the spectroscopic section 50. The imaging unit 70 is, for example, a solid-state imaging device, and an image of the object 20 is formed on a light receiving surface of the solid-state imaging device. Charges are accumulated in each sensor element of the solid-state imaging device according to the amount of light of the image of the formed object 20, and the accumulated charges are scanned in a certain order.
Read as an electrical signal. The solid-state imaging device is the object 2
It is preferable to use a charge-coupled device (CCD) image sensor having a good signal / noise ratio and a large number of pixels so that the intensity of the reflected light from 0 can be detected with high accuracy in pixel units. In addition to the CCD, a MOS image sensor, a Cd-Se contact image sensor, an aSi contact image sensor, a bipolar contact image sensor, or the like may be used as the solid-state imaging device.
【0047】制御部60は、照射部40が光を照射する
発光タイミング及び、撮像部70が反射光を撮像する撮
像タイミングを制御する。制御部40は、同期信号が入
力され、同期信号に基づいて発光タイミング及び撮像タ
イミングを制御する。また、制御部60は、物体20ま
での距離情報に基づいて、照射部40が照射する光の強
度、撮像部70のフォーカス、絞り等を制御してもよ
い。制御部60は、撮像部70の露光時間を制御しても
よい。The control unit 60 controls the emission timing at which the irradiation unit 40 emits light and the imaging timing at which the imaging unit 70 captures reflected light. The control unit 40 receives the synchronization signal, and controls the light emission timing and the imaging timing based on the synchronization signal. Further, the control unit 60 may control the intensity of the light emitted from the irradiation unit 40, the focus of the imaging unit 70, the aperture, and the like based on the distance information to the object 20. The control unit 60 may control the exposure time of the imaging unit 70.
【0048】本例においては、照射部40は、2点の照
射位置においてそれぞれ一つの波長を主な波長成分とす
る光を照射したが、他の例においては、照射部40は2
点の照射位置のそれぞれで、複数の波長を主な波長成分
とする光を照射してもよい。このとき、分光部50は、
物体20からの反射光を、照射部40が照射した光の複
数の波長のそれぞれの波長成分に分割することが好まし
い。しかし、全ての波長成分に分割する場合、分光部5
0が大きくなりすぎる場合がある。そこでさらに他の例
においては、照射部40は、照射位置12において、波
長λaを主要な波長成分とする光を照射し、照射位置1
4において、2種類の波長を主要な波長成分とし、2種
類の波長の平均値が波長λaとなるような光を照射して
もよい。このとき、分光部50は、物体20による反射
光を、それぞれの照射位置から照射された光の波長成分
に分割する。つまり、分光部50は、反射光を2種類の
光に分割する。画像処理装置300は、照射位置12か
ら照射された光の反射光強度と、照射位置14から照射
された光の反射光強度の1/2とに基づいて、物体20
の各情報を算出する。In this embodiment, the irradiation unit 40 irradiates light having one wavelength as a main wavelength component at each of two irradiation positions. In other examples, the irradiation unit 40 has two irradiation positions.
At each of the irradiation positions of the points, light having a plurality of wavelengths as main wavelength components may be irradiated. At this time, the spectroscopy unit 50
It is preferable that the reflected light from the object 20 be divided into a plurality of wavelength components of a plurality of wavelengths of the light irradiated by the irradiation unit 40. However, when splitting into all wavelength components,
0 may be too large. Therefore, in yet another example, the irradiation unit 40, in the irradiation position 12 is irradiated with light for a wavelength lambda a and the main wavelength component, the irradiation position 1
In 4, the two wavelengths and a main wavelength component, the average value of the two wavelengths may be irradiated with light such that the wavelength lambda a. At this time, the spectroscopy unit 50 divides the reflected light from the object 20 into wavelength components of the light emitted from the respective irradiation positions. That is, the light splitting unit 50 splits the reflected light into two types of light. The image processing apparatus 300 determines the object 20 based on the reflected light intensity of the light irradiated from the irradiation position 12 and the half of the reflected light intensity of the light irradiated from the irradiation position 14.
Is calculated.
【0049】本例において、分光部50はプリズムを有
していたが、他の例においては、異なる波長の光のそれ
ぞれを主に透過する複数の光学フィルターを有してもよ
い。光学フィルターは、撮像部70の受光面に配置され
る。また、照射部40がそれぞれの照射位置で同時に光
を照射しないときは、撮像部70は、分光部50を介さ
ずに反射光を撮像してよい。In this embodiment, the spectroscopic section 50 has a prism. However, in another embodiment, the spectroscopic section 50 may have a plurality of optical filters that mainly transmit light of different wavelengths. The optical filter is arranged on the light receiving surface of the imaging unit 70. When the irradiation unit 40 does not simultaneously irradiate light at each irradiation position, the imaging unit 70 may image the reflected light without passing through the spectroscopy unit 50.
【0050】図7は、照射位置(12,14)から照射
する光の波長の一例を示す。本例においては、照射位置
12からλaを主要な波長成分とする光を照射し、照射
位置12からλb及びλcの2つの波長を主要な波長成
分とする光を照射する。また、照射位置12から照射さ
れる光による物体20からの反射光の強度をWとし、照
射位置14から照射される光のうち、波長λbを成分と
する光による物体20からの反射光の強度をWb、波長
λcを成分とする光による物体20からの反射光の強度
をWcとする。この場合、分光部50は、物体20から
の反射光を、波長λaを主要な波長成分とする光と、波
長λa及びλbを主要な波長成分とする光に分割する。
分光部50は、例えば光学フィルターを用いて物体20
からの反射光を分割してよい。FIG. 7 shows an example of the wavelength of light irradiated from the irradiation positions (12, 14). In this example, light having a main wavelength component of λa is irradiated from the irradiation position 12, and light having two main wavelength components λb and λc is irradiated from the irradiation position 12. Further, the intensity of the reflected light from the object 20 due to the light irradiated from the irradiation position 12 is W, and the intensity of the reflected light from the object 20 due to the light having the wavelength λb as a component of the light irradiated from the irradiation position 14. Is Wb, and the intensity of light reflected from the object 20 by light having a wavelength λc as a component is Wc. In this case, the spectroscopy unit 50 splits the reflected light from the object 20 into light having a wavelength λa as a main wavelength component and light having wavelengths λa and λb as main wavelength components.
The spectroscopic unit 50 is configured to use, for example, an optical filter to
May be split.
【0051】図7(a)に示すように、波長λbと波長
λcの平均値がλaとなるような光を照射位置14から
照射した場合、波長λbを成分とする光による反射光の
強度Wbと、波長λcを成分とする光による反射光の強
度Wcとの平均値Waを算出することにより、照射位置
14から波長λaの光を照射した場合における物体20
からの反射光の強度を算出することができる。つまり、
反射光を分割するための光学フィルター等の減衰を考慮
にいれた反射光強度について、照射位置14から照射さ
れた波長λb及びλcを主要な波長成分とする光による
反射光の強度の1/2を算出することで、照射位置14
から波長λaの光を照射した場合における物体20から
の反射光の強度を算出することができる。As shown in FIG. 7A, when light is irradiated from the irradiation position 14 so that the average value of the wavelengths λb and λc is λa, the intensity Wb of the reflected light due to the light having the wavelength λb as a component is obtained. And the average value Wa of the reflected light intensity Wc due to the light having the wavelength λc as a component, thereby calculating the object 20 when the light of the wavelength λa is irradiated from the irradiation position 14.
Can be calculated. That is,
Regarding the reflected light intensity taking into account the attenuation of an optical filter or the like for dividing the reflected light, 強度 of the intensity of the reflected light due to light having wavelengths λb and λc irradiated from the irradiation position 14 as main wavelength components is used. Is calculated, the irradiation position 14
The intensity of the reflected light from the object 20 when the light of the wavelength λa is radiated can be calculated.
【0052】また、図7(b)に示すように、波長λb
と波長λcを成分とする光による反射光の強度を線形近
似することにより、照射位置14から波長λaの光を照
射した場合における物体20からの反射光の強度を算出
してもよい。本例において説明したように、それぞれの
照射位置において異なる波長の光を物体20に照射し、
物体20からの反射光を分光部50により波長分離し、
撮像することにより、2点の照射位置から照射された光
による反射光のそれぞれを、同時に撮像することができ
るので、物体20が動いている場合においても、物体2
0までの距離情報、面傾き情報を算出することができ
る。また、図7においては、照射位置14から2つの波
長成分を主要な波長成分とする光を照射したが、他の例
においては、さらに多くの波長を主要な波長成分とする
光を物体20に照射してもよい。As shown in FIG. 7B, the wavelength λb
The intensity of the reflected light from the object 20 when the light of the wavelength λa is irradiated from the irradiation position 14 may be calculated by linearly approximating the intensity of the reflected light by the light having the component having the wavelength λc. As described in this example, the object 20 is irradiated with light of a different wavelength at each irradiation position,
The reflected light from the object 20 is wavelength-separated by the spectroscopic unit 50,
By imaging, each of the reflected lights by the light emitted from the two irradiation positions can be simultaneously imaged, so that even when the object 20 is moving, the object 2
It is possible to calculate distance information up to 0 and plane inclination information. In FIG. 7, light having two wavelength components as main wavelength components is irradiated from the irradiation position 14, but in another example, light having more wavelengths as main wavelength components is applied to the object 20. Irradiation may be performed.
【0053】図8は、画像処理装置300の一例を示
す。画像処理装置300は、図4に関連して説明した画
像処理装置300と、同一又は同様の機能及び構成を有
してよい。本例において、入力部80、記録部90、出
力部120は、図4に関連して説明したものと同一又は
同様の機能及び構成を有する。FIG. 8 shows an example of the image processing apparatus 300. The image processing device 300 may have the same or similar function and configuration as the image processing device 300 described with reference to FIG. In this example, the input unit 80, the recording unit 90, and the output unit 120 have the same or similar functions and configurations as those described with reference to FIG.
【0054】算出部110は、CPU82、入力装置8
8,ROM84、ハードディスク92,RAM86、C
D−ROMドライブ94を有する。CPU82は、RO
M84及びRAM86に格納されたプログラムに基づい
て動作する。キーボード、マウス等の入力装置88を介
して利用者によりデータが入力される。ハードディスク
92は、画像等のデータ、及びCPU82を動作させる
プログラムを格納する。CD−ROMドライブ94はC
D−ROM96からデータ又はプログラムを読みとり、
RAM86、ハードディスク92及びCPU82の少な
くともいずれかに提供する。The calculation unit 110 includes the CPU 82 and the input device 8
8, ROM 84, hard disk 92, RAM 86, C
It has a D-ROM drive 94. The CPU 82 outputs the RO
It operates based on the programs stored in M84 and RAM86. Data is input by the user through an input device 88 such as a keyboard and a mouse. The hard disk 92 stores data such as images and a program for operating the CPU 82. The CD-ROM drive 94 is C
Read data or program from D-ROM 96,
It is provided to at least one of the RAM 86, the hard disk 92, and the CPU 82.
【0055】CPU82が実行するプログラムの機能構
成は、図4に関連して説明した画像処理装置300の算
出部110の機能構成と同じであり、2点の照射位置か
ら物体20に光を照射した場合の、それぞれの照射位置
からの光による物体20からの反射光の強度を、それぞ
れ入力させる入力モジュールと、反射光のそれぞれの強
度に基づいて、物体20までの距離情報を算出させる算
出モジュールとを有する。入力モジュール及び算出モジ
ュールが、CPU82に行わせる処理は、図4に関連し
て説明した算出部110の機能及び動作と同じであるか
ら、説明を省略する。これらのプログラムは、CD−R
OM84等の記録媒体に格納された利用者に提供され
る。記録媒体の一例としてのCD−ROM96には、本
出願で説明した、画像処理装置300の動作の一部又は
全ての機能を格納することができる。The functional configuration of the program executed by the CPU 82 is the same as the functional configuration of the calculation unit 110 of the image processing apparatus 300 described with reference to FIG. 4, and irradiates the object 20 with light from two irradiation positions. In the case, an input module for inputting the intensity of reflected light from the object 20 due to light from each irradiation position, and a calculation module for calculating distance information to the object 20 based on each intensity of the reflected light. Having. The processing that the input module and the calculation module cause the CPU 82 to perform is the same as the function and operation of the calculation unit 110 described with reference to FIG. These programs are CD-R
It is provided to the user stored in a recording medium such as OM84. The CD-ROM 96 as an example of the recording medium can store some or all of the functions of the operation of the image processing device 300 described in the present application.
【0056】上記のプログラムは、記録媒体から直接R
AM86に読み出されてCPU82により実行されても
よい。あるいは、上記のプログラムは、記録媒体からハ
ードディスク(MD)等の磁気記録媒体、MO等の光磁
気記録媒体、テープ状記録媒体、不揮発性の半導体メモ
リカード等を用いることができる。The above program is directly executed from a recording medium.
It may be read by the AM 86 and executed by the CPU 82. Alternatively, the above-mentioned program can use a magnetic recording medium such as a hard disk (MD), a magneto-optical recording medium such as an MO, a tape-shaped recording medium, a nonvolatile semiconductor memory card, or the like from the recording medium.
【0057】上記のプログラムは、単一の記録媒体に格
納されてもよいし、複数の記録媒体に分割されて格納さ
れてもよい。また、上記プログラムは、記録媒体に圧縮
されて格納されてもよい。圧縮されたプログラムは伸張
され、RAM86等の別の記録媒体に読み出され、実行
されてもよい。さらに、圧縮されたプログラムは、CP
U82によって伸張され、ハードディスク92等にイン
ストールされた後、RAM86等の別の記録媒体に読み
出され、実行されてもよい。The above program may be stored on a single recording medium, or may be divided and stored on a plurality of recording media. Further, the program may be compressed and stored in a recording medium. The compressed program may be expanded, read to another recording medium such as the RAM 86, and executed. Further, the compressed program is a CP
After being expanded by the U82 and installed on the hard disk 92 or the like, it may be read out to another recording medium such as the RAM 86 and executed.
【0058】さらに、記録媒体の一例としてのCD−R
OM96は、通信ネットワークを介して、ホストコンピ
ュータによって提供される上記のプログラムを格納して
もよい。記録媒体に格納された上記のプログラムは、ホ
ストコンピュータのハードディスクに格納され、通信ネ
ットワークを介してホストコンピュータから当該コンピ
ュータに送信され、RAM86等の別の記録媒体に読み
出され、実行されてもよい。Further, a CD-R as an example of a recording medium
The OM 96 may store the program provided by the host computer via the communication network. The above program stored in the recording medium may be stored in the hard disk of the host computer, transmitted from the host computer to the computer via a communication network, read out to another recording medium such as the RAM 86, and executed. .
【0059】上記のプログラムを格納した記録媒体は、
本出願の画像処理装置300を製造するためにのみ使用
されるものであり、そのような記録媒体の行としての製
造及び販売等が本出願に基づく特許険の侵害を構成する
ことは明らかである。The recording medium storing the above program is
It is only used to manufacture the image processing apparatus 300 of the present application, and it is clear that manufacture and sale of such a recording medium as a line constitutes infringement of the patent insurance based on the present application. .
【0060】図9は、本発明に係る情報獲得方法のフロ
ーチャートの一例を示す。本発明に係る情報獲得方法
は、光学的に異なる2点の照射位置から、物体に光を照
射する照射段階と、2点の照射位置から照射された光に
よる物体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、
光学的に異なる2点の照射位置から、物体に光を照射す
る角度のうちいずれかを算出する角度算出段階と、撮像
位置において撮像された、物体の被測定部の反射光及
び、被測定部の近傍からの反射光に基づいて、被測定部
までの距離情報を算出する算出段階とを備える。本例に
おいては、撮像段階は、2点の照射位置のいずれかと光
学的に同位置である撮像位置において、2点の照射位置
から照射された光による物体からの反射光をそれぞれ撮
像し、角度測定段階は、撮像段階が撮像する物体からの
反射光に基づいて光を照射する角度を算出する。FIG. 9 shows an example of a flowchart of the information acquisition method according to the present invention. In the information acquisition method according to the present invention, an irradiation step of irradiating an object with light from two optically different irradiation positions and an image of reflected light from the object by light irradiated from the two irradiation positions are respectively taken. An imaging stage;
An angle calculating step of calculating any one of angles at which the object is irradiated with light from two optically different irradiation positions; reflected light of the measured portion of the object, which is imaged at the imaging position; Calculating the distance information to the measured portion based on the reflected light from the vicinity of the target. In the present example, in the imaging step, at an imaging position that is optically the same as one of the two irradiation positions, the reflected light from the object by the light emitted from the two irradiation positions is imaged, and the angle is calculated. In the measuring step, an angle at which light is emitted is calculated based on reflected light from an object to be imaged in the imaging step.
【0061】算出段階は、撮像段階において撮像され
た、被測定部からの反射光の強度及び被測定部の近傍か
らの反射光の強度に基づいて、被測定部の距離情報及び
被測定部の面傾き情報を算出してもよい。以下フローチ
ャートを用いて算出段階における、被測定部までの距離
情報を算出する方法について説明する。In the calculating step, based on the intensity of the reflected light from the part to be measured and the intensity of the reflected light from the vicinity of the part to be measured, the distance information of the part to be measured and the intensity of the part to be measured are taken. Surface inclination information may be calculated. Hereinafter, a method of calculating the distance information to the measured portion in the calculation stage using the flowchart will be described.
【0062】算出段階はまず、第1算出段階において、
被測定部からの反射光の強度及び反射光の入射角に基づ
いて、被測定部までの仮の距離情報を仮定する(S10
0)。つぎに、仮定した距離情報に基づいて、被測定部
の面傾き情報を算出する(S102)。仮定した距離情
報に基づいて被測定部の面傾き情報を算出する方法は、
図1から図3に関連して説明した方法と同一又は同様の
方法で算出してよい。In the calculation step, first, in the first calculation step,
Based on the intensity of the reflected light from the measured part and the incident angle of the reflected light, temporary distance information to the measured part is assumed (S10).
0). Next, based on the assumed distance information, surface inclination information of the measured part is calculated (S102). The method of calculating the surface inclination information of the measured part based on the assumed distance information is as follows.
The calculation may be the same or similar to the method described with reference to FIGS. 1 to 3.
【0063】次に、第2算出段階において、被測定部ま
での仮の距離情報及び、被測定部の面傾き情報に基づい
て、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する(S10
4)。被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する方法
は、図1から図3に関連して説明した方法と同一又は同
様の方法で算出してよい。Next, in the second calculation step, temporary distance information near the measured portion is calculated based on the temporary distance information to the measured portion and the surface inclination information of the measured portion (S10).
4). The method of calculating the temporary distance information in the vicinity of the measured part may be calculated by the same or similar method as the method described with reference to FIGS.
【0064】次に第3算出段階において、被測定部の近
傍の仮の距離情報と、被測定部の近傍からの反射光の強
度及び、反射光の入射角に基づいて、被測定部の近傍の
面傾き情報を算出する(S106)。被測定部の近傍の
面傾き情報を算出する方法は、図1から図3に関連して
説明した方法と同一又は同様の方法で算出してよい。Next, in the third calculation step, the vicinity of the measured part is determined based on the temporary distance information near the measured part, the intensity of the reflected light from the vicinity of the measured part, and the incident angle of the reflected light. Is calculated (S106). The method of calculating the surface tilt information near the measured portion may be calculated by the same or similar method as the method described with reference to FIGS.
【0065】次に第4算出段階において、被測定部の面
傾き情報と、被測定部の近傍の面傾き情報との誤差を算
出する(S108)。算出した誤差が、所定の範囲内で
あるか否かを判定し(S110)、算出した誤差が所定
の範囲内である場合に、被測定部の仮の距離情報を、被
測定部の真の距離情報として出力する(S112)。ま
た、算出した誤差が所定の範囲外である場合は、被測定
部の仮の距離情報を他の値として第1算出段階に戻る。
つまり、被測定部の複数の仮の距離情報に対して、S1
00からS110までの計算を行い、第4算出段階は、
被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ誤差
を算出し、算出段階は、誤差が最小となる場合の被測定
部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報として
もよい。算出した距離情報に基づいて、被測定部の面傾
き情報を算出することができる。Next, in the fourth calculation step, an error between the surface inclination information of the measured part and the surface inclination information near the measured part is calculated (S108). It is determined whether or not the calculated error is within a predetermined range (S110). If the calculated error is within the predetermined range, the temporary distance information of the measured part is replaced with the true distance information of the measured part. It is output as distance information (S112). If the calculated error is out of the predetermined range, the process returns to the first calculation step with the provisional distance information of the measured part as another value.
That is, for a plurality of temporary distance information of the measured part, S1
The calculation from 00 to S110 is performed.
For each of the plurality of temporary distance information of the measured part, an error is calculated, and in the calculation step, the temporary distance information of the measured part when the error is minimized is taken as the true distance information of the measured part. Is also good. Based on the calculated distance information, it is possible to calculate the surface inclination information of the measured section.
【0066】図2に関連して説明した方法と同様に、第
2算出段階は、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測
定部の面を延長した近傍において、被測定部の近傍の仮
の距離情報を算出してもよい。また、撮像段階は、被測
定部からの反射光及び、被測定部の近傍の複数の場所か
らの反射光を撮像し、第4算出段階は、被測定部の近傍
の複数の場所において、被測定部の仮の面傾き情報と被
測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出
し、算出段階は、誤差の二乗和が最小となる場合の被測
定部の仮の距離情報を真の被測定部の距離情報としても
よい。被測定部の近傍の複数の場所からの反射光から得
られる画像データに基づいて、フローチャートで説明し
た計算を行うことにより、ノイズや計算誤差を低減した
被測定部までの距離情報を得ることができる。Similarly to the method described with reference to FIG. 2, the second calculation step is based on the surface inclination information of the measured part, in the vicinity where the surface of the measured part is extended, and in the vicinity of the measured part. Temporary distance information may be calculated. In the imaging step, reflected light from the measured section and reflected light from a plurality of locations near the measured section are imaged. In the fourth calculation step, the reflected light is measured at a plurality of locations near the measured section. An error between the temporary surface inclination information of the measuring unit and the temporary surface inclination information near the measured unit is calculated, and the calculating step includes provisional distance information of the measured unit when the sum of squares of the error is minimized. May be used as true distance information of the measured part. By performing the calculations described in the flowchart based on image data obtained from reflected light from a plurality of locations near the measured part, it is possible to obtain distance information to the measured part with reduced noise and calculation errors. it can.
【0067】照射段階は、それぞれの照射位置におい
て、異なる波長の光を物体の被測定部及び被測定部の近
傍に照射し、それぞれの照射位置において、実質的に同
時に物体に光を照射し、撮像段階は、異なる波長の光の
それぞれを選択的に透過させる波長選択手段を有し、そ
れぞれの照射位置における光による物体からの反射光を
それぞれ撮像してもよい。The irradiating step includes irradiating the object to be measured and the vicinity of the object to be measured of the object at the respective irradiation positions, and irradiating the light to the object at the respective irradiation positions substantially simultaneously. The imaging step may include wavelength selection means for selectively transmitting each of light of different wavelengths, and each of the light reflected at each irradiation position from the object may be imaged.
【0068】図8に関連して説明した情報獲得方法にお
いては、図1から図3に関連して説明した方法と同一又
は同様の方法で、被測定部までの距離情報及び面傾き情
報を算出してよい。In the information acquisition method described with reference to FIG. 8, the distance information to the measured part and the plane inclination information are calculated by the same or similar method as the method described with reference to FIGS. May do it.
【0069】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることが可能であることが当業者に明らか
である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の
技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載
から明らかである。Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It is apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiment. It is apparent from the description of the appended claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
【0070】[0070]
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、光が照射された物体から得られる反射光を撮像
することにより、物体の表面の傾きによる誤差を排除し
た、物体までの距離情報を獲得することが可能となる。
また、物体20の表面の傾き情報、物体20の表面の反
射率情報を獲得することが可能となる。As is apparent from the above description, according to the present invention, by capturing an image of reflected light obtained from an object irradiated with light, an error due to the inclination of the surface of the object is eliminated, and Distance information can be obtained.
In addition, it is possible to acquire inclination information of the surface of the object 20 and reflectance information of the surface of the object 20.
【図1】 本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
【図2】 被測定部22までの距離L、被測定部22の
面傾きθ0を算出する方法の一例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a method for calculating a distance L to a measured section 22 and a surface inclination θ 0 of the measured section 22;
【図3】 仮の距離Laについての所定の範囲で所定の
距離間隔で、面傾きθ0及び面傾きθ0’を算出した結
果の一例を示す。FIG. 3 shows an example of a result of calculating a plane inclination θ 0 and a plane inclination θ 0 ′ at predetermined distance intervals within a predetermined range of a temporary distance La.
【図4】 本発明に係る画像撮像装置100の構成の一
例を示す。FIG. 4 shows an example of a configuration of an image capturing apparatus 100 according to the present invention.
【図5】 撮像部70が撮像した物体20からの反射光
に基づく画像データ150の一例を示す。FIG. 5 illustrates an example of image data 150 based on reflected light from an object 20 captured by an imaging unit 70.
【図6】 画像撮像装置100の一例を説明する図であ
る。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the image capturing apparatus 100.
【図7】 照射位置(12,14)から照射する光の波
長の一例を示す。FIG. 7 shows an example of the wavelength of light emitted from the irradiation positions (12, 14).
【図8】 画像処理装置300の一例を示す。FIG. 8 shows an example of an image processing apparatus 300.
【図9】 本発明に係る情報獲得方法のフローチャート
の一例を示す。FIG. 9 shows an example of a flowchart of an information acquisition method according to the present invention.
10・・・カメラ、12、14・・・照射位置 20・・・物体、22・・・被測定部 24・・・被測定部の近傍、40・・・照射部 50・・・分光部、52・・・光学レンズ 60・・・制御部、70・・・撮像部 80・・・入力部、82・・・CPU 84・・・ROM、86・・・RAM 88・・・入力装置、92・・・ハードディスク 94・・・CD−ROMドライブ、96・・・CD−R
OM 90・・・記憶部、100・・・画像撮像装置 110・・・算出部、120・・・出力部 150・・・画像データ、300・・・画像処理装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Camera, 12, 14 ... Irradiation position 20 ... Object, 22 ... Measured part 24 ... Near the measured part, 40 ... Irradiation part 50 ... Spectral part, Reference numeral 52: Optical lens 60: Control unit, 70: Imaging unit 80: Input unit, 82: CPU 84: ROM, 86: RAM 88: Input device, 92 ... Hard disk 94 ... CD-ROM drive, 96 ... CD-R
OM 90: storage unit, 100: image pickup device 110: calculation unit, 120: output unit 150: image data, 300: image processing device
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Claims (21)
方法であって、 光学的に異なる2点の照射位置から、前記物体に光を照
射する照射段階と、 前記2点の照射位置から照射された前記光による前記物
体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、 光学的に異なる2点の照射位置から、前記物体に光を照
射する角度のうちいずれかを算出する角度算出段階と、 前記撮像位置において撮像された、前記物体の被測定部
からの反射光及び、前記被測定部の近傍からの反射光に
基づいて、前記被測定部までの距離情報を算出する算出
段階とを備えることを特徴とする情報獲得方法。1. An information acquisition method for acquiring distance information to an object, comprising: irradiating the object with light from two optically different irradiation positions; and irradiating the object with light from the two irradiation positions. An imaging step of respectively imaging reflected light from the object by the light, and an angle calculation step of calculating any one of angles at which the object is irradiated with light from two optically different irradiation positions, A calculating step of calculating distance information to the measured portion based on reflected light from the measured portion of the object captured at the image capturing position and reflected light from the vicinity of the measured portion. An information acquisition method characterized in that:
いずれかと光学的に同位置である撮像位置において、前
記2点の照射位置から照射された前記光による前記物体
からの反射光をそれぞれ撮像し、 前記角度測定段階は、前記撮像段階が撮像する前記物体
からの反射光に基づいて前記光を照射する角度を算出す
ることを特徴とする請求項1に記載の情報獲得方法。2. The imaging step includes: at an imaging position that is optically the same as any one of the two irradiation positions, reflecting light reflected from the object by the light irradiated from the two irradiation positions. The method according to claim 1, wherein each of the images is captured, and the angle measuring step calculates an angle at which the light is emitted based on reflected light from the object captured by the imaging step.
撮像された、前記被測定部からの反射光の強度及び前記
被測定部の近傍からの反射光の強度に基づいて、前記被
測定部の距離情報及び前記被測定部の面傾き情報を算出
することを特徴とする請求項1又は2に記載の情報獲得
方法。3. The method according to claim 1, wherein the calculating step is performed based on an intensity of reflected light from the measured portion and an intensity of reflected light from the vicinity of the measured portion, which are imaged in the imaging step. 3. The information acquisition method according to claim 1, wherein the distance information and the surface inclination information of the measured portion are calculated.
角に基づいて、前記被測定部までの仮の距離情報を仮定
した場合に、前記被測定部の面傾き情報を算出する第1
算出段階と、 前記被測定部までの前記仮の距離情報及び、前記被測定
部の前記面傾き情報に基づいて、前記被測定部の近傍の
仮の距離情報を算出する第2算出段階と、 前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報と、前記被測定
部の近傍からの反射光の強度及び、前記反射光の入射角
に基づいて、前記被測定部の近傍の面傾き情報を算出す
る第3算出段階と、 前記被測定部の前記面傾き情報と、前記被測定部の近傍
の前記面傾き情報との誤差を算出する第4算出段階とを
有し、 前記誤差が所定の範囲内である場合に、前記被測定部の
前記仮の距離情報を、前記被測定部の真の距離情報とし
て出力することを特徴とする請求項3に記載の情報獲得
方法。4. The method according to claim 1, wherein the calculating step includes: assuming temporary distance information to the measured section based on an intensity of reflected light from the measured section and an incident angle of the reflected light. First to calculate the surface inclination information of the part
A second calculating step of calculating temporary distance information near the measured part based on the temporary distance information to the measured part and the surface inclination information of the measured part, Based on the provisional distance information in the vicinity of the measured portion, the intensity of reflected light from the vicinity of the measured portion, and the incident angle of the reflected light, surface inclination information in the vicinity of the measured portion is calculated. And a fourth calculating step of calculating an error between the surface tilt information of the measured part and the surface tilt information near the measured part, wherein the error is within a predetermined range. 4. The information acquisition method according to claim 3, wherein when the value is within, the provisional distance information of the measured part is output as true distance information of the measured part.
数の仮の距離情報に対して、それぞれ前記誤差を算出
し、 前記算出段階は、前記誤差が最小となる場合の前記被測
定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とす
ることを特徴とする請求項4に記載の情報獲得方法。5. The fourth calculating step calculates the error for each of a plurality of provisional distance information of the measured part, and the calculating step calculates the measured value when the error is minimized. The information acquisition method according to claim 4, wherein the temporary distance information of the unit is set as true distance information of the measured unit.
傾き情報に基づいて、前記被測定部の面を延長した近傍
において、前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報を算
出することを特徴とする請求項4又は5に記載の情報獲
得方法。6. The second calculating step includes calculating the temporary distance information in the vicinity of the measured portion in the vicinity of an extended surface of the measured portion based on the surface inclination information of the measured portion. The information acquisition method according to claim 4 or 5, wherein
射光及び、前記被測定部の近傍の複数の場所からの前記
反射光を撮像し、 前記第4算出段階は、前記被測定部の近傍の複数の場所
において、前記被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定
部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、 前記算出段階は、前記誤差の二乗和が最小となる場合の
前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離
情報とすることを特徴とする請求項4から6のいずれか
に記載の情報獲得方法。7. The imaging step includes imaging the reflected light from the measured part and the reflected light from a plurality of locations near the measured part. The fourth calculating step includes calculating the reflected light from the measured part. In a plurality of locations near the target, the error between the temporary surface inclination information of the measured part and the temporary surface inclination information near the measured part is calculated, respectively, wherein the sum of squares of the error is calculated. 7. The information acquisition method according to claim 4, wherein the provisional distance information of the measured part in the case of the minimum is true distance information of the measured part.
置において、異なる波長の前記光を前記物体の前記被測
定部及び前記被測定部の近傍に照射し、それぞれの前記
照射位置において、実質的に同時に前記物体に前記光を
照射し、 前記撮像段階は、前記異なる波長の光のそれぞれを選択
的に透過させる波長選択手段を有し、それぞれの前記照
射位置における前記光による前記物体からの前記反射光
をそれぞれ撮像することを特徴とする請求項1から7の
いずれかに記載の情報獲得方法。8. The irradiating step includes irradiating the light having different wavelengths to the measured portion and the vicinity of the measured portion of the object at each of the irradiation positions, and substantially irradiating the light at each of the irradiation positions. Simultaneously irradiating the object with the light, the imaging step has a wavelength selecting means for selectively transmitting each of the different wavelength light, the light from the object at the respective irradiation position from the object 8. The information acquisition method according to claim 1, wherein each of the reflected light is imaged.
装置であって、 光学的に異なる2点の照射位置から、前記物体に光を照
射する照射部と、 前記2点の照射位置のいずれか一つと光学的に同位置
で、前記2点の照射位置から照射された前記光による前
記物体における前記光の反射光を撮像する撮像部と、 前記撮像部において撮像された前記物体の被測定部の反
射光及び前記被測定部の近傍からの反射光に基づいて、
前記被測定部までの距離情報を算出する画像処理装置と
を備えることを特徴とする画像撮像装置。9. An image capturing apparatus for acquiring distance information to an object, comprising: an irradiation unit that irradiates the object with light from two optically different irradiation positions; and an irradiation unit that irradiates the object with light. An imaging unit that optically captures the reflected light of the light on the object by the light emitted from the two irradiation positions at the same optical position as the one; and a measurement of the object imaged by the imaging unit Based on the reflected light of the part and the reflected light from the vicinity of the part to be measured,
An image processing apparatus for calculating information on a distance to the measured section.
記照射部が前記光を照射する発光タイミング及び、前記
撮像部が前記反射光を撮像する撮像タイミングを同期さ
せる制御部を更に備えることを特徴とする請求項9に記
載の画像撮像装置。10. A control unit that synchronizes a light emission timing at which the irradiation unit irradiates the light and an imaging timing at which the imaging unit images the reflected light at each of the irradiation positions. The image pickup device according to claim 9.
置において異なる波長の前記光を照射し、それぞれの前
記照射位置において、実質的に同時に前記物体に前記光
を照射し、 前記異なる波長の光の前記物体による前記反射光を、前
記異なる波長のそれぞれを主要な波長成分とする光に分
離する分光部を更に備え、 前記撮像部は、前記分離された光のそれぞれを撮像する
ことを特徴とする請求項9に記載の画像撮像装置。11. The irradiating unit irradiates the light having a different wavelength at each of the irradiation positions, and irradiates the light to the object substantially simultaneously at each of the irradiation positions; Further comprising: a spectroscopic unit that separates the light reflected by the object into light having each of the different wavelengths as a main wavelength component, wherein the imaging unit captures each of the separated lights. The image capturing device according to claim 9.
それぞれを主に透過する複数の光学フィルターを有する
ことを特徴とする請求項11に記載の画像撮像装置。12. The image pickup apparatus according to claim 11, wherein the light splitting unit has a plurality of optical filters mainly transmitting each of the lights having the different wavelengths.
理装置であって、 2点の照射位置から照射されたそれぞれの光の、前記物
体からの反射光に基づく画像データを入力する入力部
と、 入力された前記画像データを記憶する記憶部と、 前記画像データの前記物体の被測定部及び前記被測定部
の近傍のデータに基づいて、前記被測定部までの距離情
報及び前記被測定部の面傾き情報を算出する算出部と、 前記算出部が算出した、前記距離情報及び前記面傾き情
報を出力する出力部とを備えることを特徴とする画像処
理装置。13. An image processing apparatus for processing an image obtained by imaging an object, comprising: an input unit configured to input image data of respective lights emitted from two irradiation positions based on reflected light from the object. A storage unit that stores the input image data; and a distance information to the measured unit and the measured unit based on the measured data of the object and data near the measured unit in the image data. An image processing apparatus comprising: a calculating unit that calculates surface inclination information; and an output unit that outputs the distance information and the surface inclination information calculated by the calculating unit.
する複数の画素を有する撮像手段で撮像したデータであ
り、 前記算出部は、前記画素毎の前記2点の照射位置から照
射されたそれぞれの光の反射光の強度を抽出し、抽出し
た前記それぞれの光の前記被測定部及び前記被測定部近
傍からの前記反射光の前記画素毎の前記強度に基づい
て、前記物体の前記距離情報の分布及び前記面傾き情報
の分布を算出することを特徴とする請求項13に記載の
画像処理装置。14. The image data is data captured by an imaging unit having a plurality of pixels that receive the reflected light, and wherein the calculating unit irradiates each of the pixels from the two irradiation positions. The intensity of the reflected light of the light is extracted, and the distance information of the object is based on the intensity of the reflected light from the vicinity of the measured portion and the measured portion of each of the extracted lights for each pixel. The image processing apparatus according to claim 13, wherein the distribution of the surface inclination information and the distribution of the surface inclination information are calculated.
び前記面傾き情報の分布に基づいて前記物体の三次元情
報を算出し、 前記出力部は、前記算出部が算出した前記物体の前記三
次元情報を出力することを特徴とする請求項14に記載
の画像処理装置。15. The calculation unit calculates three-dimensional information of the object based on the distribution of the distance information and the distribution of the plane inclination information, and the output unit calculates the three-dimensional information of the object calculated by the calculation unit. The image processing device according to claim 14, wherein the image processing device outputs three-dimensional information.
角に基づいて、前記被測定部までの仮の距離情報を仮定
した場合に、前記被測定部の面傾き情報を算出する第1
算出手段と、 前記被測定部までの前記仮の距離情報及び、前記被測定
部の前記面傾き情報に基づいて、前記被測定部の近傍の
仮の距離情報を算出する第2算出手段と、 前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報と、前記被測定
部の近傍からの反射光の強度及び、前記反射光の入射角
に基づいて、前記被測定部の近傍の面傾き情報を算出す
る第3算出手段と、 前記被測定部の前記面傾き情報と、前記被測定部の近傍
の前記面傾き情報との誤差を算出する第4算出手段とを
有し、 前記誤差が所定の範囲内である場合に、前記被測定部の
前記仮の距離情報を、前記被測定部の真の距離情報とし
て出力することを特徴とする請求項13から15のいず
れかに記載の画像処理装置。16. The method according to claim 16, wherein the calculating unit assumes temporary distance information to the measured unit based on an intensity of reflected light from the measured unit and an incident angle of the reflected light. First to calculate the surface inclination information of the part
Calculating means, the temporary distance information to the measured part, and second calculating means for calculating temporary distance information near the measured part based on the surface inclination information of the measured part, Based on the provisional distance information in the vicinity of the measured portion, the intensity of reflected light from the vicinity of the measured portion, and the incident angle of the reflected light, surface inclination information in the vicinity of the measured portion is calculated. A third calculating means, and a fourth calculating means for calculating an error between the surface inclination information of the measured part and the surface inclination information near the measured part, wherein the error is within a predetermined range. The image processing apparatus according to claim 13, wherein when the value is within, the provisional distance information of the measured section is output as true distance information of the measured section.
複数の仮の距離情報に対して、それぞれ前記誤差を算出
し、 前記算出部は、前記誤差が最小となる場合の前記被測定
部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする
請求項16に記載の画像処理装置。17. The fourth calculating means calculates the error for each of a plurality of temporary distance information of the measured part, and the calculating part calculates the measured value when the error is minimized. 17. The image processing apparatus according to claim 16, wherein provisional distance information of the section is set as true distance information of the measured section.
面傾き情報に基づいて、前記被測定部の面を延長した近
傍において、前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報を
算出することを特徴とする請求項16又は17に記載の
情報獲得方法。18. The tentative distance information in the vicinity of the measured part in the vicinity where the surface of the measured part is extended, based on the surface inclination information of the measured part. The method for acquiring information according to claim 16, wherein the method is performed.
射光及び、前記被測定部の近傍の複数の場所からの前記
反射光に基づく画像データが入力され、 前記第4算出手段は、前記被測定部の近傍の複数の場所
おいて、前記被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定部
の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、 前記算出部は、前記誤差の二乗和が最小となる場合の前
記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情
報とすることを特徴とする請求項16から18のいずれ
かに記載の画像処理装置。19. The input unit receives the reflected light from the measured unit and the image data based on the reflected lights from a plurality of locations near the measured unit. At a plurality of locations near the measured part, errors of the temporary surface inclination information of the measured part and the temporary surface inclination information near the measured part are calculated, respectively, 19. The image processing apparatus according to claim 16, wherein the temporary distance information of the measured part when the sum of squares of the error is minimized is the true distance information of the measured part. .
に基づいて、前記物体のエッジを検出し、 前記算出部は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、
前記物体のエッジを境界として前記物体の画像データを
複数の領域に分割した領域の、前記被測定部の前記デー
タが有る領域と同じ領域に前記データが有る、前記被測
定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記
被測定部の距離情報を算出することを特徴とする請求項
19に記載の画像処理装置。20. The calculation unit detects an edge of the object based on image data of the object, wherein the calculation unit includes: a plurality of locations near the measured unit;
In the region where the image data of the object is divided into a plurality of regions with the edge of the object as a boundary, the data is located in the same region as the region where the data of the measured portion is located, at a location near the measured portion. 20. The image processing apparatus according to claim 19, wherein distance information of the measured section is calculated based on the temporary plane inclination information.
複数の場所の内、前記被測定部からの反射光の強度と前
記被測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範
囲内にある、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾
き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出するこ
とを特徴とする請求項19に記載の画像処理装置。21. The calculation unit, wherein a difference between the intensity of the reflected light from the measured part and the intensity of the reflected light from the vicinity of the measured part among a plurality of locations near the measured part is determined. 20. The image processing apparatus according to claim 19, wherein distance information of the measured section is calculated based on the provisional plane inclination information at a location near the measured section within a predetermined range.
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