(57)【要約】【課題】ラインセンサの焦点距離を簡易に且つ高精度に測定する。【解決手段】ラインセンサの焦点距離測定装置を、表面に相互に平行する二本の直線状の境界線１１を挟んで黒色部分１２と白色部分１３とが交互に配色された平板からなるターゲット１と、ターゲット１との距離Ｌが既知であって、走査線方向がターゲット１の表面及び境界線１１に直交するように設置されて境界線１１を撮像するラインセンサ２と、ラインセンサ２によって撮像した画像を処理して境界線１１間の幅を求め、得られた境界線１１間の幅に基づいてラインセンサ２の焦点距離ｆを算出する画像処理部３とから構成した。【選択図】図１
2009300138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に相互に平行する少なくとも二本の直線状の境界線を挟んで濃色部分と淡色部分とが交互に配色された平板からなるターゲットと、
前記ターゲットとの距離が既知であって、走査線方向が前記表面及び前記境界線に直交するように設置されて前記境界線を撮像するラインセンサと、
前記ラインセンサによって撮像した画像を処理して前記境界線間の幅を求め、得られた前記境界線間の幅に基づいて前記ラインセンサの焦点距離を算出する画像処理手段と
を有することを特徴とする画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置。
【請求項２】
前記ターゲットが相互に平行に設けられた少なくとも三本以上の前記境界線を備えることを特徴とする請求項１記載の画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置。
【請求項３】
前記画像処理手段が前記ラインセンサによって得られた画像の輝度値に対する微分処理を行い、得られた微分値の大きさ及び該微分値の正負に基づいて前記境界線の位置を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置。
【請求項４】
前記画像処理手段において隣接する前記境界線間の画像上の幅を算出し、算出された前記境界線間の画像上の幅と、予め測定しておいた境界線間の幅とを比較した結果に基づいて前記境界線の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８にラインセンサを用いた被測定物の高さ計測装置の構成例を示す。図８に示すように、例えば、ラインセンサ１０２を利用して、車両上に設置されたパンタグラフなどラインセンサ１０２が設置される基準面に対して上方に位置する被測定物１０１の高さを計測する場合、一般的に、被測定物１０１を見上げるように且つ走査線がほぼ鉛直方向に向くようにラインセンサ１０２の姿勢を設定し、このラインセンサ１０２によって被測定物１０１の画像を取得し、得られた画像を画像処理して被測定物１０１の高さを測定している。
【０００３】
ここで、水平面に対するラインセンサ１０２の光軸の角度（以下、仰角という）をθ、ラインセンサ１０２のレンズの焦点距離をｆ、被測定物１０１とラインセンサ１０２との水平方向の距離をｄ、被測定物１０１とラインセンサ１０２との鉛直方向の距離をｈ、ラインセンサ１０２の光軸に対する被測定物１０１とラインセンサ１０２とを結ぶ直線の角度をω、ラインセンサ１０２の素子上に映る被測定物１０１の位置と素子中心との距離をｘとすると、これらの間には次式（１）、（２）の関係が成り立つ。
【０００４】
【数１】
2009300138.tif 000003
【０００５】
これら式（１）、（２）を整理すると次式（３）が得られ、これにより被測定物１０１の高さｈを求めることができる。
【０００６】
【数２】
2009300138.tif 000004
【０００７】
ラインセンサ画像上における被測定物１０１の位置ｘはラインセンサ１０２の出力信号を解析することにより得られる。そのため、上記（３）式から、距離ｄ、焦点距離ｆ、仰角θが既知であれば被測定物１０１の基準面からの高さｈを求めることができることがわかる。一般的にはラインセンサ１０２の設置時にこれらのパラメータを求める作業（キャリブレーション）を行っている。
【０００８】
そして、下記特許文献１には２点または３点の検査ポイントを有するターゲットをラインセンサの前で通過させ、取得した画像中の検査ポイントからラインセンサのロール角度とパン角度を補正するキャリブレーション方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１２４７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている技術はラインセンサのロール角度やパン角を計算するものであり、ラインセンサの焦点距離や仰角を簡易には計算することができなかった。また、ラインセンサの焦点距離を求めるためにはステージなどの装置が必要であった。また、予め該焦点距離ｆの値が保証されているレンズを用いることも考えられるが、そのようなレンズは高価であり、コストがかかるいう問題があった。
【００１１】
このようなことから本発明は、ラインセンサの焦点距離を簡易に且つ高精度に測定することができる画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置は、表面に相互に平行する少なくとも二本の直線状の境界線を挟んで濃色部分と淡色部分とが交互に配色された平板からなるターゲットと、前記ターゲットとの距離が既知であって、走査線方向が前記表面及び前記境界線に直交するように設置されて前記境界線を撮像するラインセンサと、前記ラインセンサによって撮像した画像を処理して前記境界線間の幅を求め、得られた前記境界線間の幅に基づいて前記ラインセンサの焦点距離を算出する画像処理手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置は、第１の発明において、前記ターゲットが相互に平行に設けられた少なくとも三本以上の前記境界線を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置は、第１または第２の発明において、前記画像処理手段が前記ラインセンサによって得られた画像の輝度値に対する微分処理を行い、得られた微分値の大きさ及び該微分値の正負に基づいて前記境界線の位置を検出することを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置は、第３の発明において、前記画像処理手段において隣接する前記境界線間の画像上の幅を算出し、算出された前記境界線間の画像上の幅と、予め測定しておいた境界線間の幅とを比較した結果に基づいて前記境界線の位置を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記第１の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、表面に相互に平行する少なくとも二本の直線状の境界線を挟んで濃色部分と淡色部分とが交互に配色された平板からなるターゲットと、ターゲットとの距離が既知であって、走査線方向が表面及び境界線に直交するように設置されて境界線を撮像するラインセンサと、ラインセンサによって撮像した画像を処理して境界線間の幅を求め、得られた境界線間の幅に基づいてラインセンサの焦点距離を算出する画像処理手段とを有するようにしたので、簡易に且つ高精度にラインセンサの焦点距離を測定することができる。
【００１７】
上記第２の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、ターゲットが相互に平行に設けられた少なくとも三本以上の境界線を備えるようにしたので、第１の発明の効果に加えて、境界線の誤検出を防止し、より高精度にラインセンサの焦点距離を測定することができる。
【００１８】
上記第３の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、画像処理手段がラインセンサによって得られた画像の輝度値に対する微分処理を行い、得られた微分値の大きさ及び該微分値の正負に基づいて境界線の位置を検出するようにしたので、第１又は第２の発明の効果に加えて、境界線の誤検出をより確実に防止することができる。
【００１９】
上記第４の発明に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、画像処理手段において隣接する境界線間の画像上の幅を算出し、算出された境界線間の画像上の幅と、予め測定しておいた境界線間の幅とを比較した結果に基づいて境界線の位置を検出するようにしたので、第１乃至第３の発明の効果に加えて、境界線の誤検出を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を後述する実施例において詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１乃至図３を用いて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は本実施例に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置の概略構成図、図２は本実施例の画像処理部における処理の流れを示すフローチャート、図３はラインセンサによって撮像される画像の一例を示す説明図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施例において、画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置は主に、平板状の部材からなるターゲットとしてのキャリブレーションターゲット１と、このキャリブレーションターゲット１を撮像するラインセンサ２と、ラインセンサ２によって撮像した画像の解析を行う画像処理手段としての画像処理部３とから構成される。なお、図中に示す一点差線はラインセンサ２の光軸を示している。
【００２３】
キャリブレーションターゲット１はラインセンサ２の焦点距離ｆを測定するための基準を提供する手段であり、正面視長方形状に形成され、その表面は幅方向に直線状に延びる二本の境界線１１を介して濃色部分として黒色部分１２、淡色部分としての白色部分１３が交互に配色されている。
【００２４】
ラインセンサ２は、キャリブレーションターゲット１の正面に、走査線方向がキャリブレーションターゲット１の長手方向に沿って延びるように配置され、二本の境界線１１を撮像するように構成されている。
【００２５】
また、画像処理部３は、ラインセンサ２によって撮像された画像を処理してラインセンサ２の焦点距離ｆを求める部分である。本実施例において画像処理部３は、図２に示すように、ラインセンサ２によって撮像された画像を所定の一定時間間隔で入力し（ステップＳ１）、取り込んだ画像を時系列的に並べて図３に示すようなラインセンサ画像を作成し（ステップＳ２）、このラインセンサ画像に対して二値化処理を施して該ラインセンサ画像上の境界線１１の位置ｘ1，ｘ2、及び、ラインセンサ画像上の境界線１１間の距離ｙ（＝（ｘ2−ｘ1）の絶対値）を検出する（ステップＳ３）。
【００２６】
さらに、該画像処理部３においては、算出したラインセンサ画像上の境界線１１間の距離ｗ、予め計測しておいたキャリブレーションターゲット１とラインセンサ２との距離Ｌ、及び、予め計測しておいた二本の境界線１１間の実際の距離Ｗ（＝ｈ2−ｈ1）とを用いて次式（４）の演算を行い、ラインセンサ２の焦点距離を求める（ステップＳ４）。
【００２７】
【数３】
2009300138.tif 000005
【００２８】
本実施例に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、ラインセンサ２の焦点距離を測定する際、まず、ラインセンサ画像にキャリブレーションターゲット１が撮像されているか否かによりラインセンサ２の図１中α方向の向き及びβ方向の向きを調整し、さらに、ラインセンサ画像中の境界線１１の位置に基づいて焦点距離ｆを得ることができる。
【００２９】
即ち、ラインセンサ２によって黒色及び白色の二色に配色されたキャリブレーションターゲット１を撮像する構成であるため、ラインセンサ２の向きの調整が容易になるという利点がある。より詳しくは、背景が複雑な屋外環境では、ラインセンサ画像に各種物体や照明、太陽光、窓等が映り込んだ場合、ラインセンサの向きを調整し難くなるおそれがあるが、本実施例に係る画像処理によるラインセンサ仰角測定装置によれば、境界線１１を挟んで一方が白色、他方が黒色となるように配色されたキャリブレーションターゲット１を撮像することにより、目標が明確となり、ラインセンサ２のβ方向の向きの調整が容易になる。
【００３０】
さらに、キャリブレーションターゲット１の黒色部分１２と白色部分１３の境界線１１がラインセンサ２によって撮像されているか否かを視覚的に判断して、ラインセンサ２の向きを調整することができるため、ラインセンサ２のα方向の向きの調整が容易になる。
【００３１】
さらに、キャリブレーションターゲット１の黒色部分１２と白色部分１３の境界線１１がラインセンサ２の画像中のどこにあるかを視覚的に判断して、ラインセンサ２の仰角を求めることができるため、ラインセンサ２の仰角の調整が容易になる。さらに加えて、キャリブレーションターゲット１を平板としたため、安価且つ容易に製作することができる。
【００３２】
例えば、ラインセンサ２を用いて車両に設置されたパンタグラフの高さを測定する場合には、キャリブレーションターゲット１の黒色部分１２と白色部分１３の境界線１１がパンタグラフの高さ近傍に位置するように該キャリブレーションターゲット１を設置してラインセンサ２の向き、パン角、仰角を調整した後、測定を行うようにすれば好適である。
【実施例２】
【００３３】
図４を用いて本発明の第２の実施例を詳細に説明する。図４は本実施例に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置の概略構成図である。本実施例は、実施例１において図１に示し上述した二つの境界線１１を有するキャリブレーションターゲット１に代えて、図４に示す少なくとも三本以上の境界線４１を有するキャリブレーションターゲット４を用いる例である。その他の構成は実施例１の構成と概ね同様であり、同一の作用を奏する部分には同一の符号を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００３４】
図４に示すように、本実施例においてキャリブレーションターゲット４は平板状の部材からなり、正面視長方形状に形成され、その表面は幅方向に直線状に延びる少なくとも三本以上（図４では八本）の境界線４１を挟んで濃色部分として黒色部分４２、淡色部分としての白色部分４３が交互に配色されている。
【００３５】
本実施例では、画像処理部３において、ラインセンサ画像を二値化処理して該ラインセンサ画像上の複数の境界線４１の位置ｘ1，ｘ2，…，ｘnをそれぞれ検出する。そして、二本の境界線４１間の距離ｙ1，…，ｙnを算出し、これら二本の境界線４１間の距離ｙ1，…，ｙn、予め計測しておいたキャリブレーションターゲット１とラインセンサ２との距離Ｌ、及び、予め計測しておいた二本の境界線４１間の実際の距離Ｗ1，…，Ｗnを用いて、それぞれ上述した（４）式の演算を行い、ラインセンサ２の焦点距離ｆ1，ｆ2，…，ｆnを求める。さらにこれら複数の焦点距離ｆ1，ｆ2，…，ｆnの平均値を算出し、算出した平均値をラインセンサ２の焦点距離ｆとする。なお、二本の境界線間の距離ｙとしては、nＣ2通りの組み合わせが考えられるが、図５に示すように距離ｙが大きい組み合わせを使用して焦点距離を計算するようにすれば良い。
【００３６】
上述した本実施例に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、複数の予測値をもとにラインセンサ２の焦点距離ｆを求める構成としたことにより、上述した実施例１に係る発明の効果に加えて、境界線の誤検出を防止し、より高精度にラインセンサ２の焦点距離ｆを測定することが可能になる。
【００３７】
なお、本実施例においては、複数の境界線４１をもとに算出した複数の焦点距離ｆ1，ｆ2，…，ｆnの平均値を求める例を示したが、例えば複数の焦点距離ｆ1，ｆ2，…，ｆnの最頻値または中央値を使用するようにしても良く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【実施例３】
【００３８】
図６を用いて本発明の第３の実施例を詳細に説明する。図６（ａ）は入力画像の輝度値を表す図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す輝度を微分した結果を示す図である。本実施例は、実施例１又は実施例２とは図１に示す画像処理部３における境界線の検出方法が異なる例である。その他の構成は上述した実施例１又は実施例２の構成と概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、本実施例においてラインセンサ２によって撮像される画像には輝度値が低い部分と輝度値が高い部分とが現れ、これを微分すると、図６（ｂ）に示すような微分値が得られる。そこで、本実施例では、画像処理部３において図６（ｂ）に示す微分値に基づき境界線１１（又は４１）の位置を検出する。
【００４０】
詳述すると、図６（ｂ）に示す微分値の絶対値が予め設定する所定値より大きい場合、その位置を境界線１１（又は４１）の位置として一旦検出する一方、この微分値の正負がキャリブレーションターゲット１（又は４１）の配色に一致するか否かを確認し、一致する場合はこれを境界線１１（又は４１）とみなし、不一致の場合は誤検出とみなす。
【００４１】
本実施例に係る画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置によれば、入力画像の輝度値を微分して得られる微分値の符号を確認して基準とする境界線１１（又は４１）を検出するようにしたため、上述した実施例１又は実施例２の効果に加えて、境界線の誤検出を防止し、より高精度にラインセンサ２の仰角を測定することが可能となる。
【実施例４】
【００４２】
図７を用いて本発明の第４の実施例を詳細に説明する。図７（ａ）は入力画像の輝度値を表す図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す輝度を微分した結果を示す図である。本実施例は、実施例１乃至実施例３とは画像処理部３における処理が異なるものである。その他の構成は上述した実施例１乃至実施例３の構成と概ね同様であり、以下、同様の効果を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００４３】
本実施例において、画像処理部３は、ラインセンサ画像上の境界線５１の位置ｘ1，ｘ2，…，ｘnを算出した後、隣り合う境界線５１間の幅ｗ1（＝ｘ2−ｘ1），ｗ2（＝ｘ3−ｘ2），…，ｗn-1（＝ｘn−ｘn-1）を算出し、算出された幅ｗ1，ｗ2，…，ｗn-1が図７に示すように予め取得したキャリブレーションターゲットの黒色部分５２の幅ｗb又は白色部分５３の幅ｗwに該当するか否かを確認する。
【００４４】
そして、確認の結果、幅ｗ1，ｗ2，…，ｗn-1が予め取得したキャリブレーションターゲットの黒色部分５２の幅ｗb又は白色部分５３の幅ｗwに該当する場合は得られた位置が境界線の位置であるとみなし、該当しない場合は誤検出とみなす。
【００４５】
本実施例に係る画像処理によるラインセンサ仰角測定装置によれば、ラインセンサ２によって撮像された画像から取得した境界線５１の位置に基づいて算出した境界線５１間の幅が予め取得した黒色部分５２の幅ｗb又は白色部分５３の幅ｗwに該当するか否かを判定するようにしたため、上述した実施例２又は実施例３の効果に加えて、境界線の誤検出を防止し、より高精度にラインセンサの仰角を測定することができる。
【００４６】
なお、本実施例では相互に隣り合う境界線５１間の幅に基づいて誤検出を防止する構成を説明したが、二本の境界線間の距離ｙとしては、距離ｙが大きい組み合わせを使用して焦点距離を計算するようにしても良いことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１の画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１の画像処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１において得られるラインセンサ画像の例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例２の画像処理によるラインセンサ焦点距離測定装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施例２において得られるラインセンサ画像の例を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の実施例３において得られるラインセンサ画像の輝度値の例を示す説明図、図６（ｂ）は図６（ａ）の輝度値を微分して得られる微分値の例を示す説明図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の実施例４において得られるラインセンサ画像の輝度値の例を示す説明図、図７（ｂ）は図７（ａ）の輝度値を微分して得られる微分値の例を示す説明図である。
【図８】ラインセンサを用いた被測定物計測装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，４  キャリブレーションターゲット
２  ラインセンサ
３  画像処理部
【図１】
2009300138.tif 000006
【図２】
2009300138.tif 000007
【図３】
2009300138.tif 000008
【図４】
2009300138.tif 000009
【図５】
2009300138.tif 000010
【図６】
2009300138.tif 000011
【図７】
2009300138.tif 000012
【図８】
2009300138.tif 000013