JP5786999B2 - Three-dimensional shape measuring device, calibration method for three-dimensional shape measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、三次元形状計測装置のキャリブレーションの技術に関する。 The present invention relates to a calibration technique for a three-dimensional shape measuring apparatus.
スリット光源から扇形状に射出されたスリット光を計測対象物に照射すると共に、その
計測対象物の表面に映るスリット光の輝線(光切断線)をカメラで撮像して、計測対象物
の三次元形状を計測する光切断法による三次元形状計測装置では、計測対象物のカメラ画
像における位置と、実空間における位置とを対応させるためのキャリブレーション(校正
)が必要である。従来の光切断法による三次元形状計測装置のキャリブレーションにおい
ては、カメラの歪補正と高さ補正とを別々に校正するものが多く、校正に時間のかかるこ
とが課題であった。
The slit light emitted in a fan shape from the slit light source is irradiated onto the measurement object, and the bright line (light cutting line) of the slit light reflected on the surface of the measurement object is imaged with the camera, and the three-dimensional of the measurement object In a three-dimensional shape measuring apparatus using a light cutting method for measuring a shape, calibration (calibration) is required for associating a position of a measurement object in a camera image with a position in a real space. In the calibration of a conventional three-dimensional shape measuring apparatus using the light cutting method, there are many cases where camera distortion correction and height correction are calibrated separately, and it takes a long time to calibrate.
そこで、この課題を解決するために、カメラの歪補正と高さ補正とを同時に行って校正
にかかる時間を短縮することのできるキャリブレーション方法及び装置が提案されている
(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示されたキャリブレーション方法及び装置
では、列ごとに階段状ブロックを配置するとともに、一列おきの階段状ブロックを前列よ
りも一段低く配置したキャリブレーションブロックを用いて校正作業を行うものである。
In order to solve this problem, a calibration method and apparatus have been proposed that can simultaneously perform camera distortion correction and height correction to reduce the time required for calibration (see, for example, Patent Document 1). ). In the calibration method and apparatus disclosed in Patent Document 1, a stair-like block is arranged for each column and a calibration operation is performed using a calibration block in which every other stair-like block is arranged one step lower than the previous row. It is.
しかしながら、特許文献1に開示されたキャリブレーション方法及び装置では、規則的
に配置された階段形状を有するキャリブレーションブロックを用いるものであるため、キ
ャリブレーションブロックに照射されたスリット光の輝線における特徴点の算出の精度が
、カメラの解像度に制限されるという課題を有していた。また、キャリブレーションブロ
ックは周期的に規則的な形状を有しているため、各ブロック表面からの反射光の撮像によ
るブロック位置の特定が困難である。よって、このキャリブレーション方法及び装置では
、キャリブレーションブロックをずれが生じないようにステージ上に正確に配置する必要
があり、校正作業上の負担が大きく使い勝手の面で課題を有していた。
However, since the calibration method and apparatus disclosed in Patent Document 1 use calibration blocks having regularly arranged staircase shapes, feature points in the bright lines of slit light irradiated on the calibration blocks There is a problem that the accuracy of the calculation is limited to the resolution of the camera. Further, since the calibration block has a regular shape periodically, it is difficult to specify the block position by imaging reflected light from the surface of each block. Therefore, in this calibration method and apparatus, it is necessary to accurately arrange the calibration blocks on the stage so as not to be displaced, and there is a problem in terms of usability because the calibration work is heavy.
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光切断法により三次元形状の
計測を行う三次元形状計測装置のキャリブレーションを、カメラ解像度に依存せずに行う
ことができ、さらに校正作業上使い勝手のよい三次元形状計測装置を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and can perform calibration of a three-dimensional shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape by a light cutting method without depending on the camera resolution. An object of the present invention is to provide an easy-to-use three-dimensional shape measuring apparatus for calibration work.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下[1]−[3]の手段を提供するもので
ある。
[1] 照射手段からスリット光を照射し、照射面に生ずる光切断線を撮像手段で撮像し
て三次元形状計測を行う三次元形状計測装置において、
載置される底部からの高さ寸法の異なる複数の平面部を有し、これら平面部それぞれに
は、前記スリット光の照射により生じる光切断線に対して非平行である直線の輪郭を有し
、その輪郭を境にして反射率の異なるパターンを形成したキャリブレーション用ブロック
と、
前記キャリブレーション用ブロックの前記底部から前記各平面部までの高さ寸法と前記
パターンの位置座標とのリファレンスデータを記憶した記憶手段と、
前記キャリブレーション用ブロックを載置する載置手段と、
前記照射手段及び前記撮像手段の組合せと前記載置手段とのうちいずれか一方を移動さ
せる移動手段と、
前記撮像された光切断線から特徴点を検出し、撮像画像における特徴点座標を求める検
出手段と、
前記特徴点座標から前記パターンに係る座標を計算し、この計算された座標と前記リフ
ァレンスデータとに基づいて校正用データを生成する生成手段と、
前記生成された校正用データを用いて前記照射手段及び前記撮像手段の三次元方向のキ
ャリブレーションを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置。
[2] 前記キャリブレーション用ブロックは、
前記複数の平面部それぞれに、前記スリット光の照射により生じる光切断線に対して非
平行である直線の輪郭をそれぞれ有した複数の幾何学的パターンを二次元に配列し、これ
ら複数の幾何学的パターンの内外部で反射率が異なるようなパターンを形成したことを特
徴とする上記[1]記載の三次元形状計測装置。
[3] 前記キャリブレーション用ブロックの複数の幾何学的パターンを、前記光切断線
の走査方向に略平行する列ごとに一意の模様、又は隣接する幾何学的パターンが同一模様
とならないように形成したことを特徴とする上記[2]記載の三次元形状計測装置。
In order to solve the above problems, the present invention provides means [1]-[3] below.
[1] In a three-dimensional shape measuring apparatus that performs three-dimensional shape measurement by irradiating slit light from an irradiating means, and imaging a light cutting line generated on the irradiated surface by an imaging means
It has a plurality of plane parts with different height dimensions from the bottom part to be placed, and each of these plane parts has a straight outline that is non-parallel to the light cutting line generated by the irradiation of the slit light. , A calibration block in which a pattern having a different reflectance is formed with the outline as a boundary,
Storage means for storing reference data of a height dimension from the bottom of the calibration block to each of the planar portions and position coordinates of the pattern;
Mounting means for mounting the calibration block;
A moving means for moving any one of the combination of the irradiation means and the imaging means and the placement means;
Detection means for detecting a feature point from the imaged light section line and obtaining a feature point coordinate in the captured image;
Generating means for calculating coordinates related to the pattern from the feature point coordinates, and generating calibration data based on the calculated coordinates and the reference data;
Control means for calibrating the irradiation means and the imaging means in a three-dimensional direction using the generated calibration data;
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising:
[2] The calibration block is:
A plurality of geometric patterns each having a linear outline that is non-parallel to the light cutting line generated by the irradiation of the slit light is two-dimensionally arranged on each of the plurality of plane portions, and the plurality of geometric shapes The three-dimensional shape measuring apparatus according to the above [1], wherein a pattern having different reflectivity is formed inside and outside the target pattern.
[3] A plurality of geometric patterns of the calibration block are formed so that a unique pattern or an adjacent geometric pattern is not the same for each column substantially parallel to the scanning direction of the light cutting line. The three-dimensional shape measuring apparatus according to [2] above, wherein
本発明によれば、光切断法により三次元形状の計測を行う三次元形状計測装置のキャリ
ブレーションを、撮像手段のカメラ解像度、載置手段の移動分解能に依存せずに高精度に
行うことができる。また、本発明によれば、キャリブレーション用ブロックの配置に厳密
な正確性を必要とせず、作業負担の軽いキャリブレーション作業を行うことができる。
According to the present invention, the calibration of the three-dimensional shape measuring apparatus that measures the three-dimensional shape by the light cutting method can be performed with high accuracy without depending on the camera resolution of the imaging unit and the moving resolution of the mounting unit. it can. Further, according to the present invention, it is possible to perform a calibration operation with a light work load without requiring strict accuracy in the arrangement of the calibration blocks.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1に
、本発明の実施形態である三次元形状計測装置がキャリブレーションを行っている様子を
模式的に示した、三次元形状計測装置及びキャリブレーション用ブロックの斜視図を示す
。同図における三次元形状計測装置は、光切断法によって計測対象物体の外部形状を計測
する装置であり、スリット光源部10と、撮像部20と、載置台30とを備えている。そ
して、載置台30には、三次元形状計測装置のスリット光源部10及び撮像部20を校正
するためのキャリブレーション用ブロック40が載置されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a three-dimensional shape measuring apparatus and a calibration block schematically showing how the three-dimensional shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention performs calibration. The three-dimensional shape measuring apparatus in the figure is an apparatus that measures the external shape of a measurement target object by a light cutting method, and includes a slit
図2に、三次元形状計測装置の概略の機能ブロック図を示す。なお、図1に示した構成
と同一の構成については同一の符号を付している。図2において、三次元形状計測装置は
、スリット光源部10と、撮像部20と、載置台30と、制御部50と、記憶部60と、
特徴点検出部70と、校正用データ生成部80と、載置台駆動部90とを備えている。
FIG. 2 shows a schematic functional block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure same as the structure shown in FIG. In FIG. 2, the three-dimensional shape measuring apparatus includes a slit
A feature
制御部50は、三次元の校正用データを収集するために、スリット光源部10、撮像部
20、載置台駆動部90に対して動作開始や動作停止の指示を与えたり、外部から供給さ
れた補正データを記憶部60に記憶させたりする。また、制御部50は、校正用データを
収集したのち、スリット光源部10及び撮像部20のキャリブレーションを行う。
In order to collect three-dimensional calibration data, the
スリット光源部10は、コヒーレント光を、スリットを通して扇形状に広がるスリット
光SLにして射出する光源である。コヒーレント光としては、レーザー光を用いるのがよ
い。スリット光源部10は、スリット光SLの中心光軸が鉛直軸と平行ではない所定の角
度を有して設置される。
The slit
キャリブレーション用ブロック40を載せた載置台30は、載置台駆動部90の駆動に
よって図1における矢印Aの向きに移動し、それによってキャリブレーション用ブロック
40が矢印Aの向きに搬送される。スリット光源部10から射出されたスリット光SLが
搬送中のキャリブレーション用ブロック40の上面側に設けられた段上平面に照射される
と、その照射部分からの反射光RLが発生する。
The mounting table 30 on which the
撮像部20は、その光学系の光軸がスリット光SLの中心光軸と平行ではない所定の角
度で傾斜する位置、具体的には反射光RLを光学系に入射させて撮像可能な位置に設置さ
れる。このとき、キャリブレーション用ブロック40の反射部分は、光切断線である輝線
LLとして可視化される。そして、撮像部20はその輝線LLを撮像して撮像画像データ
を特徴点検出部70に供給する。
The
特徴点検出部70は撮像画像データを入力し、撮像された輝線LL上の輝度の変化点で
ある特徴点を検出して撮像画像における特徴点座標を求める。そして、特徴点検出部70
は、特徴点座標と、当該特徴点に対応するキャリブレーション用ブロック40の所定の属
性データとを関連づけた特徴点情報を記憶部60に記憶する。この特徴点情報については
、後述する動作説明の欄において具体的に説明する。
The feature
Stores the feature point information in which the feature point coordinates are associated with the predetermined attribute data of the
校正用データ生成部80は、記憶部60に記憶された特徴点情報と、補正データが記憶
されている場合にはその補正データとを読み出し、載置台30の水平な載置面に対して垂
直方向及び水平方向(三次元)の校正用データを生成して記憶部60に記憶する。
The calibration
図3に、キャリブレーション用ブロック40の斜視図を示す。同図に示すように、キャ
リブレーション用ブロック40は、4段の階段形状部を有して一体的に形成された固体で
ある。なお、階段は必ずしも4段である必要はなく複数段あればよい。また、このブロッ
クは中空、又は凹型であってもよい。キャリブレーション用ブロック40は、その底部4
5を載置台30の載置面に合わせて載置するものであり、底部45は設置の安定性を確保
するために、面又は少なくとも4箇所の支持部を有している。底部45とは反対側の階段
形状部には、底部45の載置接触面と略平行であり、且つ垂直方向の寸法がそれぞれ異な
る段上平面41−44が設けられている。
FIG. 3 is a perspective view of the
5 is mounted in accordance with the mounting surface of the mounting table 30, and the bottom 45 has a surface or at least four support portions in order to ensure the stability of the installation. A stepped flat surface 41-44 that is substantially parallel to the mounting contact surface of the bottom 45 and has different vertical dimensions is provided on the step-shaped portion opposite to the bottom 45.
キャリブレーション用ブロック40は、レーザー光のようなコヒーレント光が照射され
るので、その照射部分の温度は高くなる傾向にある。よって、キャリブレーション用ブロ
ック40は、熱膨張率の小さな材質を用いることが好ましい。例えば、カーボンブラック
をその材質とすることが好ましい。カーボンブラックは、質量が大きくない点においても
優れている。また、カーボンブラック以外にも、ガラスやステンレス鋼を用いることがで
きる。
Since the
キャリブレーション用ブロック40の段上平面41−44それぞれには、所定のパター
ンPが形成(パターンニング)されている。図4に、段上平面41−44それぞれにパタ
ーンニングされるパターンの例を示す。同図において、パターンP1はパターンAPと、
幾何学的パターンである正方形を二次元に複数配列したパターンRPとにより構成されて
いる。同図においては、便宜上黒模様のパターンAP上に色抜のパターンRPが設けられ
たように表されているが、これらのパターン色は同図で表現された色に限定されるもので
はない。ここで重要なことは、パターンAPとパターンRPとの反射率が異なるようにパ
ターンニングされることである。本実施形態では、パターンRPがパターンAPよりも反
射率が大きくなるようにパターンニングされているものとする。また、パターンRPでは
、4×18個の幾何学的パターンである正方形を、各正方形の辺が矢印Aの向きと平行に
ならないようにして整列している。
A predetermined pattern P is formed (patterned) on each of the
It consists of a pattern RP in which a plurality of geometric squares are two-dimensionally arranged. In the figure, for the sake of convenience, a black pattern RP is shown as having a colored pattern RP, but these pattern colors are not limited to the colors represented in the figure. What is important here is that the pattern AP and the pattern RP are patterned so as to have different reflectances. In the present embodiment, it is assumed that the pattern RP is patterned so that the reflectance is higher than that of the pattern AP. In the pattern RP, squares that are 4 × 18 geometric patterns are aligned such that the sides of the squares are not parallel to the direction of the arrow A.
パターンP1のパターンニング方法としては、薄膜蒸着法、エッチング法、フォトレジ
スト法等の細密パターンニング技術を用いるのがよい。
As a patterning method for the pattern P1, it is preferable to use a fine patterning technique such as a thin film deposition method, an etching method, or a photoresist method.
キャリブレーション用ブロック40は、本実施形態である三次元形状計測装置以外の計
測装置により、その外形寸法及びパターンP1の各種座標位置が測定され、これらの測定
値は、リファレンスデータとして記憶部60に予め記憶されている。このリファレンスデ
ータは、例えば、パターンRPの幾何学的パターンごとに、当該幾何学的パターンのリフ
ァレンス頂点座標値と、底部45から当該幾何学的パターンがパターンニングされた段上
平面までの高さ寸法とを、識別番号に関連づけたデータである。
The
次に、三次元形状計測装置が、キャリブレーション用ブロック40を用いて校正用デー
タを生成する動作について、図5のフローチャートを参照して説明する。載置台30にキ
ャリブレーション用ブロック4を、その搬送方向が図3に示す矢印Aの向きになるように
載置したのち、制御部50に対して動作開始の指示が与えられると、図5に示すフローチ
ャートの処理が開始される。
Next, an operation in which the three-dimensional shape measuring apparatus generates calibration data using the
まず、制御部50はスリット光源部10に照射開始を指示し、この指示を受けたスリッ
ト光源部10はスリット光SLの照射を開始する(S501)。次に、制御部50は撮像
部20に撮像開始を指示し、この指示を受けた撮像部20は撮像を開始する(S502)
。次に、制御部50は載置台駆動部90に駆動開始を指示し、この指示を受けた載置台駆
動部90は載置台30の移動を開始する(S503)。
First, the
. Next, the
撮像部20は、輝線LLを撮像するとその撮像画像データを特徴点検出部70に供給す
る(S504)。特徴点検出部70は、撮像画像データの輝線LLから特徴点を検出した
場合には、撮像画像における特徴点座標を求め、その特徴点座標と、当該特徴点に対応す
るキャリブレーション用ブロック40の属性データとを関連づけた特徴点情報を記憶部6
0に記憶する(S505 YES→S506)。
When imaging the bright line LL, the
It is stored in 0 (S505 YES → S506).
ここで、特徴点検出部70による特徴点の検出と特徴点情報の記憶の動作について具体
的に説明する。図6に、キャリブレーション用ブロック40が矢印Aの向きに搬送された
場合に、パターンP1(同図では、パターンAP及びパターンRPの部分を拡大して図示
している。)が輝線LLを通過する様子を模式的に表した図を示す。なお、同図では、図
を分かりやすくするために、パターンP1を固定して、輝線LLを輝線LL1から輝線L
L6のように移動させたときの相対的な位置関係を表した図にしている。
Here, the operation of feature point detection and feature point information storage by the feature
The relative positional relationship when moved like L6 is shown.
同図において、撮像部20は輝線LL1,LL2,LL3・・・LL6の各輝線を順次
撮像する。各輝線の間隔は、撮像部20の撮像時間間隔及び載置台30の移動速度に応じ
て調整可能である。本実施形態では、撮像部20の撮像時間間隔は等しく、載置台30は
等速で移動するものとし、よって各輝線の間隔は等距離であるものとする。
In the figure, the
同図において、撮像部20が輝線LL1を撮像すると、特徴点検出部70は、輝線LL
1上で輝度の変化する個所を特徴点C1,C2として検出する。つまり、特徴点C1,C
2は、輝線LL1が映っているパターンP1上の反射率の変化点に対応する。特徴点検出
部70は、特徴点C1,C2を検出すると、撮像画像における特徴点C1,C2に対応す
る特徴点座標を求める。そして、その特徴点座標と、特徴点C1,C2に対応するキャリ
ブレーション用ブロック40の属性データとを関連づけた特徴点情報を記憶部60に記憶
する。
In the figure, when the
The location where the luminance changes on 1 is detected as feature points C1 and C2. That is, feature points C1, C
2 corresponds to the reflectance changing point on the pattern P1 where the bright line LL1 is reflected. When the feature
属性データとは、キャリブレーション用ブロック40の底部45から、対象特徴点に対
応する幾何学的パターンがパターンニングされた段上平面までの高さ寸法、及び当該幾何
学的パターンの識別番号である。例えば、図6における特徴点C1,C2に対応するパタ
ーンRPの幾何学的パターンが、図3における段上平面43にパターンニングされたパタ
ーンP1中の幾何学的パターンであって、走査開始時の1番目の幾何学的パターンから数
えて95番目の幾何学的パターンである場合、その属性データは、底部45から段上平面
43までの高さ寸法、及び識別番号「95」となる。これにおいて、特徴点検出部70は
、記憶部60からリファレンスデータを読み込み、輝線LLがキャリブレーション用ブロ
ック40の段上平面44のパターンRPの1行目から段上平面41のパターンRPの4行
目(最終行)までを走査しながら幾何学的パターンの個数を計数していくことによって属
性データを求めることができる。
The attribute data is the height dimension from the bottom 45 of the
図6の説明に戻り、上記の特徴点C1,C2の検出、及び特徴点情報の記憶部60への
記憶の動作と同様に、同図に図示された特徴点C3−C8が検出されて、特徴点情報が記
憶部60に記憶される。
Returning to the description of FIG. 6, the feature points C <b> 3 to C <b> 8 shown in FIG. 6 are detected in the same manner as the detection of the feature points C <b> 1 and C <b> 2 and the storage of the feature point information in the
図5の説明に戻り、ステップS506の処理において特徴点検出部70が特徴点情報を
記憶部60に記憶したのち、またはステップS505の処理において特徴点が検出されな
かった場合(S505 NO)、制御部50は、キャリブレーション用ブロック40の4
つの段上平面41−44にパターンニングされた4つのパターンP1が輝線LLによって
走査終了するまでステップS504−S506の処理を繰り返し実行させる(S507
NO→S504)。
Returning to the description of FIG. 5, after the feature
Steps S504 to S506 are repeatedly executed until the four patterns P1 patterned on the two
NO → S504).
4つのパターンP1の走査が終了すると(S507 YES)、校正用データ生成部8
0は、記憶部60に記憶された特徴点情報と、補正データが記憶されている場合にはその
補正データとを読み出して校正用データを生成し、記憶部60に記憶させて処理を終了す
る(S508)。
When the scanning of the four patterns P1 is completed (YES in S507), the calibration data generation unit 8
0 reads the feature point information stored in the
ここで、図6を参照して校正用データ生成部80による校正用データの生成処理につい
て具体的に説明する。輝線LL1−LL6の走査によって検出された特徴点C1−C8に
係る特徴点情報が記憶部60に記憶されているとする。校正用データ生成部80は、記憶
部60からこれらの特徴点情報を読出し、まず、特徴点C1−C4に対応する各特徴点座
標からパターンRPの頂点T1の頂点座標を算出する。そして、特徴点C5−C8に対応
する各特徴点座標からパターンRPの頂点T4の頂点座標を算出する。さらに、特徴点C
1−C8に対応する各特徴点座標からパターンRPの頂点T2,T3の各頂点座標を算出
する。
Here, the calibration data generation processing by the calibration
The vertex coordinates of the vertices T2 and T3 of the pattern RP are calculated from the feature point coordinates corresponding to 1-C8.
幾何学的パターンを幾何的に単純な形状(本実施形態では正方形)であって、その輪郭
が輝線LLと平行にならないような形状とすることにより、上記のようにパターンRPの
各幾何学的パターンの頂点の頂点座標を簡単に求めることができる。しかも、検出された
特徴点の幾何学的な配列から頂点を算出する方法であるため、撮像部20の解像度や撮像
時間間隔、載置台30の移動分解能に依存せず、高精度に頂点座標を求めることができる
。
By making the geometric pattern a geometrically simple shape (in this embodiment, a square) and having a contour that is not parallel to the bright line LL, each geometric shape of the pattern RP is as described above. The vertex coordinates of the pattern vertices can be easily obtained. Moreover, since the vertex is calculated from the geometric arrangement of the detected feature points, the vertex coordinates can be obtained with high accuracy without depending on the resolution of the
校正用データ生成部80は、頂点T1−T4の各頂点座標と、当該幾何学的パターンの
高さ寸法と、識別番号に対応したリファレンス頂点座標とを関連づけて校正用データを生
成し、記憶部60に記憶する。なお、校正用データ生成部80が補正データも記憶部60
から読み出した場合は、校正用データ生成部80は、その補正データを用いて頂点T1−
T4の各頂点座標、又は当該幾何学的パターンの高さ寸法を補正して校正用データを生成
する。
The calibration
In the case of reading out from, the calibration
Calibration data is generated by correcting each vertex coordinate of T4 or the height dimension of the geometric pattern.
なお、上記の説明はパターンRPのうち1つの幾何学的パターンについての頂点T1−
T4の算出の例であるが、このような計算をパターンRPの他の幾何学的パターン全て、
又は1列おきや1行おきなど予め定められた規則に沿って行う。
The above description is based on the vertex T1- for one geometric pattern of the patterns RP.
This is an example of calculating T4. Such calculation is applied to all other geometric patterns of pattern RP,
Alternatively, it is performed according to a predetermined rule such as every other column or every other row.
校正用データが生成されたのち、制御部50は、記憶部60に記憶された校正用データ
を用いて、公知の方法によってスリット光源部10及び撮像部20の光学系の垂直方向及
び水平方向のキャリブレーションを行う。
After the calibration data is generated, the
本発明の実施形態によれば、光切断法による三次元形状計測装置の三次元のキャリブレ
ーションを、カメラ解像度や撮像時間間隔、及び載置台30の移動分解能に依存せずに高
精度に行うことができる。
According to the embodiment of the present invention, the three-dimensional calibration of the three-dimensional shape measuring apparatus by the light cutting method is performed with high accuracy without depending on the camera resolution, the imaging time interval, and the moving resolution of the mounting table 30. Can do.
本実施形態では、キャリブレーション用ブロック40の段上平面41−44にパターン
ニングされるパターンPとして、図4に示すパターンP1を用いた例について説明した。
次に、本実施形態の変形例として、図7に示すパターンを用いた例について説明する。同
図において、パターンP2に含まれる幾何学的パターンは、列(4個の幾何学的パターン
の組)単位で一意の模様となるように形成されている。
In the present embodiment, the example in which the pattern P1 shown in FIG. 4 is used as the pattern P that is patterned on the upper flat surfaces 41-44 of the
Next, an example using the pattern shown in FIG. 7 will be described as a modification of the present embodiment. In the figure, the geometric pattern included in the pattern P2 is formed to be a unique pattern in units of columns (a set of four geometric patterns).
列単位で一意の模様となるように幾何学的パターンを形成したことにより、幾何学的パ
ターンの位置の特定はより容易なものとなり、これにより、キャリブレーション用ブロッ
ク40を載置台30の任意の位置に置いた場合でも、校正用データを容易に生成すること
ができ、キャリブレーションの作業性や使い勝手が向上する。
Since the geometric pattern is formed so as to have a unique pattern in units of columns, the position of the geometric pattern can be specified more easily, so that the
また、図8に示すパターンを用いることも好ましい。同図において、パターンP3は、
輝線LLと平行になるラインパターンを形成している。ラインパターンの本数と配置位置
との組み合わせは、列の一定間隔(同図の例では3列)で異なるため、3列分の幾何学的
パターン単位での模様の一意性を確保している。このように、幾何学的パターンの形状や
寸法、又は濃淡(反射率)を列に応じて変え、いわゆる変調したパターンを形成すること
により、検出された特徴点の特徴点座標から幾何学的パターンの位置の特定が容易となり
、上記変形例と同様な効果を得ることができる。
It is also preferable to use the pattern shown in FIG. In the figure, the pattern P3 is
A line pattern parallel to the bright line LL is formed. Since the combination of the number of line patterns and the arrangement position differs at regular intervals (three rows in the example in the figure), the uniqueness of the pattern in the geometric pattern unit for three rows is ensured. In this way, the geometric pattern can be obtained from the feature point coordinates of the detected feature points by changing the shape and size of the geometric pattern or the shading (reflectance) according to the columns and forming a so-called modulated pattern. This makes it easy to specify the position, and the same effect as in the above modification can be obtained.
以上説明したように、パターンPをアフィン写像や、撮像部20のレンズ歪にロバスト
に求めることのできる輪郭を有したパターンにすることにより、撮像部20の位置によら
ず正確な位置を求めることができる。これは、具体的には、例えば幾何学的パターンを円
形とした場合、撮像部20の位置によっては輪郭が楕円に写ったり中心点がずれたりする
ので好ましくない。
As described above, an accurate position can be obtained regardless of the position of the
以上、本発明の実施形態について詳細に説明した。なお、光切断線である輝線を複数本
発生させて用いたり、また、スリット光ではなくスポット光を照射したりする三次元形状
計測装置においても、本発明の技術的思想は適用できる。さらに、光切断法によらず、ス
テレオ法においても本発明の技術的思想は適用可能である。
The embodiment of the present invention has been described in detail above. Note that the technical idea of the present invention can also be applied to a three-dimensional shape measuring apparatus that generates and uses a plurality of bright lines, which are light cutting lines, or irradiates spot light instead of slit light. Furthermore, the technical idea of the present invention can be applied to the stereo method, not the light cutting method.
また、本実施形態では、載置台30に載せたキャリブレーション用ブロック40を搬送
させる例について説明したが、載置台を固定して、撮像部及び光源を移動させるように構
成してもよい。
In the present embodiment, the example in which the
また、キャリブレーション用ブロックは、階段形状部を有するものに限定されない。す
なわち、キャリブレーション用ブロックは平面を含む三次元形状を有していればよいので
、例えば、三角錐や三角柱等の形状にすることもできる。
Further, the calibration block is not limited to one having a staircase shape portion. That is, since the calibration block only needs to have a three-dimensional shape including a plane, it can also have a triangular pyramid shape, a triangular prism shape, or the like.
さらに、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲の設計等も含まれる。
Furthermore, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention.
10 スリット光源、20 撮像部、30 載置台、40 キャリブレーション用ブロ
ック、50 制御部、60 記憶部、70 特徴点検出部、80 校正用データ生成部、
90 載置台駆動部、SL スリット光、RL 反射光、LL 輝線。
10 slit light source, 20 imaging unit, 30 mounting table, 40 calibration block, 50 control unit, 60 storage unit, 70 feature point detection unit, 80 calibration data generation unit,
90 Mounting table driving unit, SL slit light, RL reflected light, LL emission line.
Claims (4)
形状計測を行う三次元形状計測装置であって、
底部に対する高さの異なる平面部を備え、輪郭を有し、かつ前記輪郭を境にして前記光
の反射率の異なるパターンが前記平面部に形成されたキャリブレーション用ブロックと、
前記キャリブレーション用ブロックの前記底部から前記平面部までの高さと前記パター
ンの位置座標とのリファレンスデータとを記憶した記憶手段と、
前記キャリブレーション用ブロックが載置される載置手段と、
前記照射手段及び前記撮像手段の組合せと前記載置手段とのうちいずれか一方を移動さ
せる移動手段と、
前記撮像手段で撮像された、前記キャリブレーション用ブロックに前記照射手段から照
射された前記光の輝線に基づいて特徴点を検出し、前記特徴点に基づいて撮像された画像
における特徴点座標を計算する検出手段と、
前記特徴点座標から計算された、前記パターンに係る座標と前記リファレンスデータと
に基づいて校正用データを生成する生成手段と、
前記生成された校正用データを用いて前記照射手段及び前記撮像手段の三次元方向のキ
ャリブレーションを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置。 A three-dimensional shape measuring apparatus that irradiates an irradiation surface with a bright line of light from an irradiation unit, images the bright line of light with an imaging unit, and performs three-dimensional shape measurement,
A calibration block having a flat portion having a different height from the bottom, having a contour, and having a pattern having a different reflectance of the light on the contour with the contour as a boundary;
Storage means for storing reference data of the height from the bottom of the calibration block to the flat surface and the position coordinates of the pattern;
A mounting means for mounting the calibration block;
A moving means for moving any one of the combination of the irradiation means and the imaging means and the placement means;
A feature point is detected based on the bright line of the light emitted from the irradiating unit to the calibration block, which is imaged by the imaging unit, and a feature point coordinate in the image captured based on the feature point is calculated. Detecting means for
Generating means for generating calibration data based on the coordinates related to the pattern calculated from the feature point coordinates and the reference data;
Control means for calibrating the irradiation means and the imaging means in a three-dimensional direction using the generated calibration data;
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising:
前記パターンは、幾何学的パターンである、
ことを特徴とする三次元形状計測装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1,
The pattern is a geometric pattern;
A three-dimensional shape measuring apparatus characterized by that.
載置手段に載置される底部に対する高さの異なる平面部を備え、輪郭を有し、かつ前記
輪郭を境にして光の反射率の異なるパターンが前記平面部に形成されたキャリブレーショ
ン用ブロックに前記光の輝線を照射する照射手段と、
前記キャリブレーション用ブロックに照射される前記光の輝線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記光の輝線から特徴点を検出し、前記特徴点に基づ
いて撮像された画像における特徴点座標を計算する検出手段と、
前記特徴点座標から計算された前記パターンに係る座標と、前記キャリブレーション用
ブロックの前記底部に対する前記各平面部の高さと前記パターンの位置座標とのリファレ
ンスデータと、に基づいて生成された校正用データを用いて、前記照射手段及び前記撮像
手段の三次元方向のキャリブレーションを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置。 A three-dimensional shape measuring device,
A calibration block having flat portions having different heights with respect to the bottom portion placed on the placing means, having a contour, and having different patterns of light reflectivity on the flat portion with the contour as a boundary Irradiating means for irradiating the emission line of light to
Imaging means for imaging the bright line of the light irradiated to the calibration block;
Detecting means for detecting a feature point from the bright line of the light imaged by the imaging means, and calculating a feature point coordinate in an image captured based on the feature point;
The calibration is generated based on the coordinates related to the pattern calculated from the feature point coordinates, and the reference data of the height of each plane part with respect to the bottom of the calibration block and the position coordinates of the pattern. Using data, control means for performing calibration in the three-dimensional direction of the irradiation means and the imaging means;
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising:
載置手段に載置される底部に対する高さの異なる平面部を備え、輪郭を有し、かつ前記
輪郭を境にして光の反射率の異なるパターンが前記平面部に形成されたキャリブレーショ
ン用ブロックに前記光の輝線を照射する工程と、
前記平面部に照射される前記光の輝線を撮像する工程と、
前記撮像された前記光の輝線から特徴点を検出し、撮像画像における特徴点座標を計算
する工程と、
前記特徴点座標から計算された前記パターンに係る座標と、前記キャリブレーション用
ブロックの前記底部に対する前記各平面部の高さと前記パターンの位置座標とのリファレ
ンスデータと、に基づいて生成された校正用データを用いて、前記照射手段及び前記撮像
手段の三次元方向のキャリブレーションを行う工程と、
を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置のキャリブレーション方法。 A calibration method for a three-dimensional shape measuring apparatus,
A calibration block having flat portions having different heights with respect to the bottom portion placed on the placing means, having a contour, and having different patterns of light reflectivity on the flat portion with the contour as a boundary Irradiating the emission line of the light to
Imaging the emission line of the light irradiated on the plane portion;
Detecting feature points from the captured bright line of the light and calculating feature point coordinates in the captured image;
The calibration is generated based on the coordinates related to the pattern calculated from the feature point coordinates, and the reference data of the height of each plane part with respect to the bottom of the calibration block and the position coordinates of the pattern. Using data, performing a three-dimensional calibration of the irradiation means and the imaging means;
A calibration method for a three-dimensional shape measuring apparatus, comprising:
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