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JP7315920B2 - Size measuring device and size measuring method - Google Patents
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JP7315920B2 - Size measuring device and size measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、非接触で荷物の大きさを測定するサイズ測定装置及びサイズ測定方法に関する。 The present invention relates to a size measuring device and a size measuring method for measuring the size of luggage without contact.

一般に、郵便や宅配便などの荷物配送サービスでは、荷物のサイズと重さで料金が決定される。このため、通常、荷物を受け付ける際には、担当者がメジャーなどを用いて荷物のサイズ(幅・長さ・高さ)を測定している。 In general, in parcel delivery services such as postal mail and courier services, charges are determined by the size and weight of parcels. For this reason, the person in charge usually measures the size (width, length, height) of the package using a tape measure or the like when accepting the package.

従来、作業の効率化のため、荷物サイズを自動で測定する装置も提案されている(特許文献1~4参照)。例えば、特許文献1には、荷物にレーザ光を走査しながら照射し、荷物により光が遮蔽された部分から荷物の輪郭を仮想認識して荷物サイズを演算する荷物サイズ測定装置が開示されている。 Conventionally, there has been proposed a device for automatically measuring the size of a package in order to improve work efficiency (see Patent Documents 1 to 4). For example, Patent Literature 1 discloses a package size measuring device that scans and irradiates a package with a laser beam, virtually recognizes the outline of the package from the portion where the light is blocked by the package, and calculates the size of the package. .

また、特許文献2には、2つのカメラにより異なる角度で(異なる位置から)パッケージ(箱)全体を撮像し、その画像から特徴点間の距離(各辺の長さ)を算出するサイズ測定装置が開示されている。特許文献3には、測定対象物(箱)が写る画像を取得し、その画像に仮想測定マーカーを重ねて表示し、演算により各辺の長さを算出するサイズ測定装置が開示されている。 Further, Patent Document 2 describes a size measuring device that captures images of the entire package (box) at different angles (from different positions) using two cameras, and calculates the distance between feature points (the length of each side) from the image. is disclosed. Patent Literature 3 discloses a size measuring device that acquires an image of an object (box) to be measured, displays virtual measurement markers superimposed on the image, and calculates the length of each side by calculation.

一方、特許文献4には、パッケージ(箱)の角部に光パターンを投影し、2つのカメラにより異なる角度で同時にパッケージ全体を撮像し、その画像からパッケージの各辺の長さを算出するハンディターミナル型のサイズ測定装置が開示されている。 On the other hand, Patent Document 4 discloses a handy device that projects a light pattern onto the corners of a package (box), simultaneously captures images of the entire package at different angles with two cameras, and calculates the length of each side of the package from the images. A terminal type size measuring device is disclosed.

特開2003-232621号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-232621 国際公開第2014/006832号WO2014/006832 国際公開第2014/157340号WO2014/157340 特開2013-253799号公報JP 2013-253799 A

しかしながら、前述した特許文献1~3に記載のサイズ測定装置は、レーザ照射装置やカメラなどを所定位置に固定する必要があるため、可搬性に乏しく、設置場所が営業所や配送拠点などに限定されるという課題がある。 However, the size measuring devices described in Patent Documents 1 to 3 have poor portability because it is necessary to fix the laser irradiation device and the camera at predetermined positions, and installation locations are limited to business offices and delivery bases. There is a problem of being

一方、特許文献4に記載の装置のように、ハンディターミナル型のサイズ測定装置も開発されているが、従来のハンディターミナル型サイズ測定装置は、基準点の位置合わせが難しく、荷物の高さを精度よく測定することができないという課題がある。また、特許文献4に記載の装置は、計測値に影響する特徴点(共通頂点)、面及び辺(エッジ)などは、撮像された画像を基に画像処理で検出しているため、明るさ、ピント、荷物の向きなどの撮像条件によって測定結果が大きく異なり、測定精度及び計測安定性が劣るという課題がある。 On the other hand, a handy terminal type size measuring device has also been developed, such as the device described in Patent Document 4. However, in the conventional handy terminal type size measuring device, it is difficult to align the reference point, and the height of the package cannot be determined. There is a problem that the measurement cannot be performed with high accuracy. In addition, the device described in Patent Document 4 detects feature points (common vertices), faces and sides (edges) that affect the measurement value by image processing based on the captured image. There is a problem that the measurement results are greatly different depending on the imaging conditions such as the focus, the orientation of the package, and the measurement accuracy and measurement stability are inferior.

具体的には、特許文献4に記載のサイズ測定装置は、頂点に集まる3辺上にパターンを投影しているが、パターンが投影されている任意の一面についてみると、4つある辺のうち2辺にパターンを投影し、2つの屈曲点(特徴点)から辺の長さを算出している。しかしながら、立方体や直方体の面のサイズを精密に求めるには、最低でも3点が必要である。 Specifically, the size measuring device described in Patent Document 4 projects a pattern onto three sides converging at the vertex. A pattern is projected onto two sides, and the length of the side is calculated from two bending points (characteristic points). However, at least three points are required to precisely determine the size of the face of a cube or rectangular parallelepiped.

特許文献4に記載の装置では、さらにもう1点ある屈曲点(特徴点)から、共通頂点なるものを求め、その点を用いて面を構成する3点を求めているが、面を特定する1点のうち1点がパターン投影による屈曲点から得られる特徴点でないため、面の特定に誤差が生じやすい。また、特許文献4に記載の装置では、辺を特定する際に画像からエッジの検出を行っているが、ダンボールなどの角に丸みを持つ形状のものでは精密なエッジ検出は非常に困難である。 In the device described in Patent Document 4, a common vertex is obtained from another inflection point (characteristic point), and three points forming a surface are obtained using this point. Since one of the points is not a characteristic point obtained from a bending point by pattern projection, an error is likely to occur in identifying the surface. In addition, the device described in Patent Document 4 detects edges from an image when specifying sides, but it is extremely difficult to precisely detect edges in objects with rounded corners, such as cardboard. .

そこで、本発明は、簡便に荷物の幅、長さ及び高さを測定可能で、かつ、携帯可能な小型のサイズ測定装置及びサイズ測定方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a compact size measuring device and a size measuring method that can easily measure the width, length and height of a load and that is portable.

本発明に係るサイズ測定装置は、レーザ光源及び表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子を備え、測定対象の荷物に対して面毎の測定用パターンを投影するパターン投影部と、前記測定用パターンが投影された荷物を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された画像から前記荷物の幅、長さ及び高さを算出する演算処理部とを有する。
前記回折光学素子の微細凹凸構造は、例えば計算機合成ホログラムとすることができる。
本発明のサイズ測定装置は、例えば前記回折光学素子の微細凹凸構造が形成されている領域全体に前記レーザ光源からの光が照射される。
本発明のサイズ測定装置は、前記回折光学素子の微細凹凸により前記レーザ光源からの光が回折し、例えば前記荷物の少なくとも相互に隣接する3面それぞれに投影される前記測定用パターンが形成される。
また、測定用パターンには前記3面に共通する角部の位置を示すマーカーが設けられていてもよい。
一方、前記演算処理部では、前記荷物に投影された測定用パターンの屈曲点を検出し、前記屈曲点の三次元位置から前記荷物の各辺を示す三次元直線を求めてもよい。
The size measuring apparatus according to the present invention includes a laser light source and a diffractive optical element having a non-periodically formed fine concave-convex structure on its surface, and a pattern projection unit that projects a measurement pattern for each surface onto a package to be measured. and an image capturing unit for capturing an image of the package on which the measurement pattern is projected, and an arithmetic processing unit for calculating the width, length, and height of the item from the image captured by the image capturing unit.
The fine concavo-convex structure of the diffractive optical element can be, for example, a computer-generated hologram.
In the size measuring apparatus of the present invention, for example, light from the laser light source is applied to the entire region of the diffractive optical element in which the fine concave-convex structure is formed.
In the size measuring apparatus of the present invention, the light from the laser light source is diffracted by the fine unevenness of the diffractive optical element to form the measurement patterns projected on at least three mutually adjacent surfaces of the baggage, for example. .
Further, the measurement pattern may be provided with a marker indicating the position of the corner common to the three surfaces.
On the other hand, the arithmetic processing unit may detect bending points of the measurement pattern projected on the baggage, and obtain a three-dimensional straight line indicating each side of the baggage from the three-dimensional positions of the bending points.

本発明に係るサイズ測定方法は、レーザ光源及び表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子を備えるパターン投影装置を用いて、測定対象の荷物に対して面毎の測定用パターンを投影するパターン投影工程と、前記測定用パターンが投影された荷物を撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像された画像から前記荷物の幅、長さ及び高さを算出する演算処理工程とを行う。
前記パターン投影工程では、前記レーザ光源からの光を前記回折光学素子の微細凹凸構造が形成されている領域全体に照射することができる。
前記パターン投影工程では、前記荷物の少なくとも相互に隣接する3面それぞれに前記測定用パターンを投影してもよい。
前記演算処理工程は、前記荷物に投影された測定用パターンの屈曲点を検出し、前記屈曲点の三次元位置から前記荷物の各辺を示す三次元直線を求めてもよい。
The size measuring method according to the present invention uses a laser light source and a pattern projection device having a diffractive optical element on the surface of which a fine concave-convex structure is formed aperiodically. an imaging step of capturing an image of the package on which the measurement pattern is projected; and an arithmetic processing step of calculating the width, length and height of the package from the image captured in the imaging step. I do.
In the pattern projection step, the light from the laser light source can be irradiated to the entire region of the diffractive optical element where the fine uneven structure is formed.
In the pattern projection step, the measurement pattern may be projected onto each of at least three mutually adjacent surfaces of the baggage.
In the arithmetic processing step, bending points of the measurement pattern projected onto the baggage may be detected, and a three-dimensional straight line indicating each side of the baggage may be obtained from the three-dimensional positions of the bending points.

本発明によれば、表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子を用いて測定用パターンを形成しているため、装置の軽量化・小型化が可能であり、かつ、簡便に荷物の幅、長さ及び高さを測定することができる。 According to the present invention, since the measurement pattern is formed using the diffractive optical element in which the fine concave-convex structure is formed aperiodically on the surface, it is possible to reduce the weight and size of the device, and it is simple. can measure the width, length and height of the package.

本発明の実施形態のサイズ測定装置の構成を模式的に示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the structure of the size measuring device of embodiment of this invention. パターン投影部2の構成を示す図である。2 is a diagram showing the configuration of a pattern projection unit 2; FIG. 図1に示すサイズ測定装置10の使用方法を示す概念図である。1. It is a conceptual diagram which shows the usage method of the size measuring device 10 shown in FIG. 測定用パターンを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a measurement pattern; A,Bは測定用パターン投影時の状態を示す図である。10A and 10B are diagrams showing a state when a measurement pattern is projected; FIG. 角を示すマーク(目印)がある測定用パターンの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a measurement pattern with marks (marks) indicating corners; 演算処理部4での処理工程を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing processing steps in an arithmetic processing unit 4; 演算に用いる各点を示す図である。It is a figure which shows each point used for calculation.

以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment described below.

(構成)
図1は本発明の実施形態に係るサイズ測定装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態のサイズ測定装置10は、直方体(略直方体状も含む)又は立方体状(略立方体状も含む)の荷物のサイズを非接触で測定するものであり、例えば、図1に示すように、パターン投影部2及び撮像部3を備える測定部1aと、把持部1bと、演算処理部4とを有する。
(composition)
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a size measuring device according to an embodiment of the present invention. The size measuring device 10 of the present embodiment measures the size of a rectangular parallelepiped (including a substantially rectangular parallelepiped) or a cubic (including a substantially cubic) package in a non-contact manner. , a measurement unit 1 a including a pattern projection unit 2 and an imaging unit 3 , a grasping unit 1 b , and an arithmetic processing unit 4 .

[パターン投影部2]
図2はパターン投影部2の構成を示す図である。パターン投影部2は、測定対象の荷物に対して面毎の測定用パターンを投影するものであり、図2に示すように、レーザ光源21及び表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子22などを備えている。本実施形態のサイズ測定装置10に用いるレーザ光源21の種類は、特に限定されるものではなく、例えば半導体レーザ、ファイバレーザ、固体レーザ及び気体レーザなどを用いることができる。
[Pattern Projector 2]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the pattern projection section 2. As shown in FIG. The pattern projection unit 2 projects a measurement pattern for each surface onto the package to be measured. As shown in FIG. A diffractive optical element 22 and the like are provided. The type of laser light source 21 used in the size measuring device 10 of this embodiment is not particularly limited, and for example, semiconductor lasers, fiber lasers, solid-state lasers, gas lasers, and the like can be used.

回折光学素子は、一般に、光学面に微細な凹凸構造が形成されており、この微細な凹凸構造によって入射光を回折し、光の照射位置の制御や任意パターンでの光照射を実現している。特に、本実施形態のサイズ測定装置10では、表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子22を用いているため、通常の2次元状のパターンではなく、3次元状のパターンを形成することができる。その結果、一度の照射で、荷物の複数の面にその面毎の測定用パターンを投影することが可能となる。 A diffractive optical element generally has a fine concave-convex structure formed on its optical surface, and the fine concave-convex structure diffracts incident light, thereby realizing control of the irradiation position of light and irradiation of light in an arbitrary pattern. . In particular, since the size measuring apparatus 10 of the present embodiment uses the diffractive optical element 22 having a fine uneven structure formed aperiodically on the surface, the diffractive optical element 22 is not a normal two-dimensional pattern, but a three-dimensional pattern. can be formed. As a result, it is possible to project the measurement pattern for each surface onto a plurality of surfaces of the baggage with a single irradiation.

本実施形態のサイズ測定装置10に用いられる回折光学素子22の非周期微細凹凸構造は、例えば計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)の手法を用いて形成することができる(Masahiro Yamaji 他3名、APPLIED PHYSICS LETTERS、No.93、041116、2008年)。 The non-periodic fine concave-convex structure of the diffractive optical element 22 used in the size measuring apparatus 10 of the present embodiment can be formed, for example, using a computer generated hologram (CGH) technique (Masahiro Yamaji et al. , APPLIED PHYSICS LETTERS, No. 93, 041116, 2008).

また、本実施形態のサイズ測定装置10では、回折光学素子22の微細凹凸構造が形成されている領域全体にレーザ光源21からの光が照射される。これにより、回折光学素子22の微細凹凸によりレーザ光源21からの光が回折し、測定対象の荷物の少なくとも相互に隣接する3面それぞれに投影される測定用パターンを形成することができる。 Further, in the size measuring apparatus 10 of the present embodiment, the light from the laser light source 21 is applied to the entire region of the diffractive optical element 22 where the fine uneven structure is formed. As a result, the light from the laser light source 21 is diffracted by the fine unevenness of the diffractive optical element 22, and a pattern for measurement projected onto at least three mutually adjacent surfaces of the package to be measured can be formed.

パターン投影部2から照射される測定パターンは、例えば格子状のグリッド・パターン、楕円形パターン及び双曲線パターンなどが挙げられるが、演算処理の観点からグリッド・パターンが好適である。また、測定用パターンは、荷物の少なくとも相互に隣接する3面に投影されればよく、投影領域に各面に共通する角部及び当該角部につながる3辺が含まれていれば、各面の全面に測定用パターンが形成されていなくてもよい。更に、測定用パターンには投影される3面に共通する角部の位置を示すマーカーが設けられていてもよい。 The measurement pattern projected from the pattern projection unit 2 may be, for example, a lattice-like grid pattern, an elliptical pattern, a hyperbola pattern, or the like, but the grid pattern is preferable from the viewpoint of arithmetic processing. In addition, the measurement pattern may be projected onto at least three mutually adjacent surfaces of the package. The pattern for measurement may not be formed on the entire surface of the substrate. Furthermore, the measurement pattern may be provided with a marker that indicates the position of the corner common to the three projected surfaces.

従来のサイズ測定装置では、測定対象の荷物にグリッド・パターンなどの測定用パターンを投影しようしても、一部の面又は全ての面においてパターンに歪みや乱れが生じてしまい、異なる面に同一間隔で、均一な測定用パターンを投影することはできなかった。これに対して、本実施形態のサイズ測定装置10では、表面に微細凹凸構造が非周期的に形成されている回折光学素子22を用いているため、一度の照射で、測定対象の荷物の複数の面に歪みがなく均一な測定用パターンを投影することができる。 In a conventional size measuring device, even if a measurement pattern such as a grid pattern is projected onto a package to be measured, the pattern is distorted or disturbed on some or all of the surfaces, resulting in the same pattern on different surfaces. At intervals, it was not possible to project a uniform measurement pattern. On the other hand, the size measuring device 10 of the present embodiment uses the diffractive optical element 22 having a non-periodically formed fine concavo-convex structure on the surface. A uniform measurement pattern can be projected on the surface of the substrate without distortion.

なお、前述した従来の方法で荷物に測定用パターンを投影する場合、例えば特許文献1に記載されているようなミラーデバイスでレーザ走査する手法を採用すると、システムが複雑になり、可搬性に乏しくなる。また、特許文献1に記載の方法は、測定用パターンを荷物に同時投影(一括投影)できないため、撮像素子から取得する画像の質が低下し、画像処理に余分な負荷がかかる。一方、例えば特許文献4に記載されているようなLED光源とマスクを利用する手法では、マスクで遮る光が多量であるため、エネルギー利用効率が低く、更に、LED光源はレーザ光源に比べて光の指向性が低いため、広範囲に精度よくパターン投影することが難しい。 When projecting a measurement pattern onto a package using the above-described conventional method, adopting a method of laser scanning with a mirror device as described in Patent Document 1, for example, makes the system complicated and poor in portability. Become. In addition, the method described in Patent Document 1 cannot simultaneously project the measurement pattern onto the baggage (batch projection), so the quality of the image acquired from the imaging device is degraded and an extra load is imposed on the image processing. On the other hand, in the method of using an LED light source and a mask, for example, as described in Patent Document 4, a large amount of light is blocked by the mask, so the energy utilization efficiency is low. , it is difficult to project a pattern over a wide area with high accuracy.

レーザ光源を用いて光パターンを生成可能な光学部品としては、前述した回折光学素子の他に回折格子(グレーティング)があるが、回折格子には、投影できるパターンが単純な繰り返しパターンのみに限られるという問題点がある。また、任意のパターンが投影可能な液晶やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いた一般的なプロジェクターは、光を遮ることで図形を描いており、エネルギー効率が低く、可搬性に乏しいといった問題がある。 In addition to the diffractive optical element described above, there is a diffraction grating as an optical component that can generate a light pattern using a laser light source, but the pattern that can be projected on a diffraction grating is limited to simple repeating patterns. There is a problem. In addition, general projectors that use liquid crystals or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) that can project arbitrary patterns draw figures by blocking light, and have problems such as low energy efficiency and poor portability. be.

これに対して、本実施形態のサイズ測定装置では、レーザ光源21と表面に微細凹凸構造が非周期的に形成されている回折光学素子22を利用しているため、任意の測定用パターンを広範囲に高精度に同時投影することができ、装置自体の小型化も実現できる。なお、パターン投影部2には、前述したレーザ光源21及び回折光学素子22に加えて、回折光学素子22から出射した光を集光し、荷物に向けて出射する投影レンズ23が設けられていてもよい。 On the other hand, the size measuring apparatus of this embodiment uses the laser light source 21 and the diffractive optical element 22 having a fine concave-convex structure formed aperiodically on the surface, so that an arbitrary measurement pattern can be applied over a wide range. It is possible to perform simultaneous projection with high accuracy, and the size of the apparatus itself can be reduced. In addition to the laser light source 21 and the diffractive optical element 22 described above, the pattern projection unit 2 is provided with a projection lens 23 that collects the light emitted from the diffractive optical element 22 and emits the light toward the package. good too.

[撮像部3]
撮像部3は、測定用パターンが投影されている状態の荷物を撮像し、画像を取得するものであり、例えばCMOS(complementary metal-oxide semiconductor)やCCD(Charged-coupled devices)などの撮像素子と、被写体像を撮像素子上に結像するレンズ系などを備えている。本実施形態のサイズ測定装置に用いられるレンズ系としては、例えば短焦点レンズ、ズームレンズ及び魚眼レンズなどが挙げられる。
[Imaging unit 3]
The image pickup unit 3 picks up an image of the package on which the measurement pattern is projected, and acquires the image. , and a lens system for forming an image of a subject on an image sensor. Examples of the lens system used in the size measuring device of this embodiment include a short focal length lens, a zoom lens, and a fisheye lens.

また、撮像部3と演算処理部4との接続は、CSI(Camera Serial Interface)によるアナログ通信又はデジタルのシリアル通信若しくはパラレル通信を適用することができる。また、撮像部3は、パターン投影部2による測定用パターンの投影と同期して撮像することが好ましい。これにより、電力消費量を低減することができる。 Further, analog communication, digital serial communication, or parallel communication by CSI (Camera Serial Interface) can be applied to the connection between the imaging unit 3 and the arithmetic processing unit 4 . Further, it is preferable that the imaging unit 3 performs imaging in synchronization with projection of the measurement pattern by the pattern projection unit 2 . Thereby, power consumption can be reduced.

更に、本実施形態のサイズ測定装置には、撮像部3からトリガー信号を送信し、撮像時にレーザ光源21を強く発光させる機構が設けられていてもよい。このような機構を設けることにより、電力消費量を低減できると共に、レーザ光源21からの不要な光の発光を防止又は抑制して作業環境を改善することができ、更に、撮影タイミングを使用者(操作者)に伝えることも可能となる。 Furthermore, the size measuring apparatus of the present embodiment may be provided with a mechanism for transmitting a trigger signal from the imaging section 3 and causing the laser light source 21 to emit strong light during imaging. By providing such a mechanism, it is possible to reduce power consumption, prevent or suppress emission of unnecessary light from the laser light source 21, improve the working environment, and furthermore, allow the user ( operator).

[演算処理部4]
演算処理部4は、撮像部3で取得した画像を用いて測定対象の荷物の幅、長さ及び高さを算出するものである。画像から荷物のサイズを算出する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、グリッド・パターンなどの測定用パターンにより特定される荷物上の点を示す画素を検出し、検出した画素の位置に基づき荷物の3次元座標を計算する方法などを適用することができる。
[Arithmetic processing unit 4]
The arithmetic processing unit 4 uses the image acquired by the imaging unit 3 to calculate the width, length and height of the package to be measured. The method for calculating the size of the package from the image is not particularly limited. A method of calculating the three-dimensional coordinates of the package based on the above can be applied.

この演算処理部4は、装置内に設けられていてもよいが、有線、無線又はインターネットを介して本実施形態のサイズ測定装置10に接続され、画像データや算出された荷物のサイズに関するデータを受送信可能であれば、装置外に設けることもできる。 This arithmetic processing unit 4 may be provided in the apparatus, but is connected to the size measuring apparatus 10 of the present embodiment via a wire, wireless or the Internet, and is used to transmit image data and data regarding the calculated luggage size. If it can receive and transmit, it can be provided outside the device.

本実施形態のサイズ測定装置10は、上記各部の他に表示部(図示せず)、入力部(図示せず)、ラベル出力部(図示せず)などが設けられていてもよく、荷物受け付け用のハンディターミナルを兼ねていてもよい。また、パターン投影部2をスマートフォンなどのカメラ機能を備えるモバイル端末に取り付け可能な形態にし、演算処理部4として機能するアプリモバイル端末で動作させることにより、モバイル端末をサイズ測定装置とすることも可能である。 The size measuring device 10 of this embodiment may be provided with a display unit (not shown), an input unit (not shown), a label output unit (not shown), etc. in addition to the above units. It may also serve as a handy terminal for In addition, the pattern projection unit 2 can be attached to a mobile terminal equipped with a camera function such as a smartphone, and the mobile terminal can be used as a size measuring device by operating the application mobile terminal that functions as the arithmetic processing unit 4. is.

(動作)
次に、本実施形態のサイズ測定装置10の動作、即ち、サイズ測定装置10を用いて、荷物のサイズを測定する方法について説明する。図3は本実施形態のサイズ測定方法を示す概念図である。図3に示すように、本実施形態のサイズ測定方法では、例えばサイズ測定装置10を手で持ち、パターン投影部2からレーザ光12を照射して荷物11に面毎の測定用パターンを投影する。その際、例えばレーザ光源21からの光を回折光学素子22の微細凹凸構造が形成されている領域全体に照射する。
(motion)
Next, the operation of the size measuring device 10 of this embodiment, that is, the method of measuring the size of a package using the size measuring device 10 will be described. FIG. 3 is a conceptual diagram showing the size measuring method of this embodiment. As shown in FIG. 3, in the size measurement method of the present embodiment, for example, a size measurement device 10 is held by hand, and a laser beam 12 is emitted from a pattern projection unit 2 to project a measurement pattern for each surface onto a baggage 11. . At that time, for example, the light from the laser light source 21 is irradiated to the entire region of the diffractive optical element 22 where the fine concave-convex structure is formed.

図4は測定用パターンを示す図であり、図5A,Bは図4に示す測定用パターンを荷物11に投影した時の状態を示す図である。本実施形態のサイズ測定方法で用いられる測定用パターン12aは、例えば図4に示す格子状のグリッド・パターンであり、図5A,Bに示すように、荷物11の少なくとも相互に隣接する3面に投影される。 FIG. 4 is a diagram showing a measurement pattern, and FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a state when the measurement pattern shown in FIG. The measurement pattern 12a used in the size measurement method of the present embodiment is, for example, a lattice-like grid pattern shown in FIG. 4, and as shown in FIGS. projected.

その際、各面に形成される測定用パターン12aに歪みや乱れが生じないように、目視によりレーザ光12の照射位置を調整する。ただし、荷物11の外形は一律でないため、図5Bに示すように、測定用パターン12aの角と荷物11の角が完全に一致していない部分12cがあってもよく、また、測定用パターン12aの線と荷物の辺が平行になっていない部分12cがあってもよい。 At that time, the irradiation position of the laser beam 12 is visually adjusted so that the measurement pattern 12a formed on each surface is not distorted or disturbed. However, since the outer shape of the package 11 is not uniform, as shown in FIG. There may be a portion 12c where the line and the side of the package are not parallel.

また、本実施形態のサイズ測定方法では、測定用パターン12a中に、隣接する3面に共通する角部の位置を示す目印を設けてもよい。図6は角を示すマーカー(目印)を備える測定用パターンの例を示す図である。図6に示すように、測定用パターン12a中にマーカー12bを設けることにより、レーザ光12の照射位置の調整が容易になる。 Further, in the size measuring method of the present embodiment, a mark indicating the position of a corner common to three adjacent surfaces may be provided in the measurement pattern 12a. FIG. 6 is a diagram showing an example of a measurement pattern provided with markers (marks) indicating corners. As shown in FIG. 6, by providing the marker 12b in the measurement pattern 12a, adjustment of the irradiation position of the laser beam 12 is facilitated.

なお、マーカー12bの形状は、特に限定されるものではなく、図6に示す三角形以外の他、四角形や五角形などの多角形、円形や楕円形、星形、ロゴ及びキャラクターなど種々の形状を適用することができる。本実施形態のサイズ測定装置では、回折光学素子22を用いて測定用パターン12aを形成しているため、測定用パターン12a中にマーカー12bを組み込み、これらを同時に投影することが可能である。 The shape of the marker 12b is not particularly limited, and various shapes other than the triangle shown in FIG. can do. In the size measuring apparatus of this embodiment, since the measurement pattern 12a is formed using the diffractive optical element 22, it is possible to incorporate the marker 12b into the measurement pattern 12a and project them simultaneously.

次に、撮像部3により、相互に隣接する3面に測定用パターン12aが投影された状態の荷物11を撮像する。その際、マーカー12bをピント合わせや距離調整に利用することもできる。 Next, the imaging unit 3 images the package 11 with the measurement patterns 12a projected on three surfaces adjacent to each other. At that time, the marker 12b can also be used for focusing and distance adjustment.

引き続き、演算処理部4において、撮像部3で取得した画像から荷物11の幅、長さ及び高さを算出する。図7は演算処理部4での処理工程を示すフローチャートであり、図8は演算に用いる検出点、辺及び面を示す図である。図7に示すように、演算処理部4では、先ず、撮像部3で撮像された画像からレーザの屈曲点を検出する。例えば、図8に示す面S1の場合、レーザ光12の屈曲点として点PA1,PA2,PB1,PB2,PC1,PC2が検出される。 Subsequently, the arithmetic processing unit 4 calculates the width, length and height of the luggage 11 from the image acquired by the imaging unit 3 . FIG. 7 is a flow chart showing the processing steps in the arithmetic processing unit 4, and FIG. 8 is a diagram showing detection points, sides and planes used for arithmetic. As shown in FIG. 7, the arithmetic processing unit 4 first detects the bending point of the laser from the image captured by the imaging unit 3 . For example, in the case of the surface S1 shown in FIG. 8, points P A1 , P A2 , P B1 , P B2 , P C1 , P C2 are detected as bending points of the laser beam 12 .

次に、三角測量の原理を用いて、検出された屈曲点(以下、検出点という)PA1,PA2,PB1,PB2,PC1,PC2の三次元位置を求める。そして、各検出点の三次元位置から、辺LA,LB,LC,LDを示す三次元直線を求める。具体的には、検出点PA1,PA2から辺LAを示す三次元直線を求め、検出点PB1,PB2から辺LBを示す三次元直線を求め、検出点PC1,PC2から辺LCを示す三次元直線を求め、検出点PD1,PD2から辺LDを示す三次元直線を求める。ここで、図8に示す荷物の場合、対向する2辺間の距離がそれらの辺に直交する辺の長さに相当するから、辺LA及び辺LCの三次元直線と、辺LB及び辺LDの三次元直線から、面S1における相互に直交する2辺の長さが求められる。 Next, using the principle of triangulation, the three-dimensional positions of the detected bending points (hereinafter referred to as detection points) P A1 , P A2 , P B1 , P B2 , P C1 and P C2 are determined. A three-dimensional straight line indicating the sides LA, LB, LC, and LD is obtained from the three-dimensional position of each detection point. Specifically, a three-dimensional straight line indicating the side LA is obtained from the detection points P A1 and P A2 , a three-dimensional straight line indicating the side LB is obtained from the detection points P B1 and P B2 , and a side LB is obtained from the detection points P C1 and P C2 . A three-dimensional straight line indicating LC is obtained, and a three-dimensional straight line indicating side LD is obtained from detection points P D1 and P D2 . Here, in the case of the luggage shown in FIG. 8, since the distance between the two opposing sides corresponds to the length of the side orthogonal to those sides, the three-dimensional straight line of the side LA and the side LC and the side LB and the side LD From the three-dimensional straight line of , the length of two mutually orthogonal sides on the surface S1 is obtained.

なお、撮像部3で撮像した画像で見えない(検出できない)屈曲点がある場合でも、荷物11の各面は長方形又は正方形であるため、その他の情報から各辺を示す三次元直線を求めることが可能である。例えば、画像では図8に示す点D1が見えない場合、辺LAと辺LDは直交するため、点D2の位置が特定できていれば、辺LAから辺LDまでの距離を求めることができ、辺LDを示す三次元直線を求めることが可能である。 Even if there is a bending point that cannot be seen (detected) in the image captured by the imaging unit 3, since each surface of the package 11 is rectangular or square, three-dimensional straight lines indicating each side can be obtained from other information. is possible. For example, when the point D1 shown in FIG. 8 is not visible in the image, the side LA and the side LD are orthogonal. It is possible to obtain a three-dimensional straight line that indicates the side LD.

また、測定精度の観点からは、各辺に対して2個ずつ、1つの面に対して合計8個の検出点(屈曲点)があることが望ましいが、荷物11の各面は長方形又は正方形であることが明らかであるから、検出点は、一の面を構成する4辺のうち1つの辺に2点あれば、残りの3辺が1点ずつで計5点の情報であっても、荷物11のサイズ算出は可能である。また、図8に示す辺LAは面S2と、辺LDは面S3とそれぞれ共通であるから、荷物11全体では更に少ない検出点でサイズ測定を行うことが可能である。 From the viewpoint of measurement accuracy, it is desirable that there are two detection points (inflection points) on each side, and a total of eight detection points (bending points) on one surface. Therefore, even if there are 2 detection points on one of the 4 sides that make up one surface and 1 point on each of the remaining 3 sides, a total of 5 points of information can be obtained. , the size of the luggage 11 can be calculated. Further, since the side LA shown in FIG. 8 is common to the surface S2 and the side LD is common to the surface S3, it is possible to measure the size of the package 11 as a whole with fewer detection points.

上述した各工程を、面S2及び面S3についても行い、荷物11の3辺の長さ、即ち荷物11のサイズ(幅・長さ・高さ)を算出する。このようにして演算処理部4で算出した荷物のサイズは、例えばサイズ測定装置10の表示部に表示され、担当者はその値に基づき受け付け処理を行う。 Each of the steps described above is also performed for surfaces S2 and S3, and the lengths of the three sides of the package 11, that is, the size (width, length, and height) of the package 11 are calculated. The size of the parcel calculated by the arithmetic processing unit 4 in this way is displayed, for example, on the display unit of the size measuring device 10, and the person in charge performs the acceptance process based on the value.

以上詳述したように、本実施形態のサイズ測定装置は、表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子を用いて、測定対象の荷物に面毎の測定用パターンを投影しているため、一度の照射で、荷物の複数の面に歪みや乱れがなく、光強度が均一なパターンを形成することができる。これにより、本実施形態のサイズ測定装置は、測定用パターンと荷物をカメラで撮影するという簡便な操作だけで、荷物の幅、長さ及び高さを測定することが可能となる。 As described in detail above, the size measuring apparatus of the present embodiment uses a diffractive optical element having a non-periodically formed fine concave-convex structure on its surface to project a measurement pattern for each surface onto a package to be measured. Therefore, a single irradiation can form a pattern with uniform light intensity without distortion or disturbance on multiple surfaces of the package. As a result, the size measuring apparatus of the present embodiment can measure the width, length, and height of an item simply by photographing the measurement pattern and the item with a camera.

更に、本実施形態のサイズ測定装置は、光源から放射されるエネルギーのうち90%以上を使用して測定用パターンの生成ができ、従来よりも光源に供給する電力量を少なくすることができる。その結果、小型・軽量で、手で持って操作することができ、携帯可能なサイズ測定装置を実現することができる。 Furthermore, the size measuring apparatus of this embodiment can generate a measurement pattern using 90% or more of the energy radiated from the light source, and can reduce the amount of power supplied to the light source as compared with the conventional one. As a result, it is possible to realize a size measuring device that is small, lightweight, can be held by hand, and is portable.

1a 測定部
1b 把持部
2 パターン投影部
3 撮像部
10 サイズ測定装置
11 荷物
12 レーザ光
12a 測定用パターン
12b マーカー
21 レーザ光源
22 回折光学素子
23 投影レンズ
1a measuring unit 1b gripping unit 2 pattern projection unit 3 imaging unit 10 size measuring device 11 baggage 12 laser light 12a measurement pattern 12b marker 21 laser light source 22 diffraction optical element 23 projection lens

Claims (10)

レーザ光源及び表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子を備え、測定対象の荷物に対して面毎の測定用パターンを投影するパターン投影部と、
前記測定用パターンが投影された荷物を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像から前記荷物の幅、長さ及び高さを算出する演算処理部と
を有するサイズ測定装置。
a pattern projection unit that includes a laser light source and a diffractive optical element having a surface on which a fine uneven structure is formed aperiodically, and that projects a measurement pattern for each surface onto a package to be measured;
an imaging unit that captures an image of the package on which the measurement pattern is projected;
A size measuring device, comprising: an arithmetic processing unit that calculates the width, length, and height of the baggage from the image captured by the imaging unit.
前記回折光学素子の微細凹凸構造は、計算機合成ホログラムである請求項1に記載のサイズ測定装置。 2. The size measuring apparatus according to claim 1, wherein the fine concave-convex structure of said diffractive optical element is a computer-generated hologram. 前記回折光学素子の微細凹凸構造が形成されている領域全体に前記レーザ光源からの光が照射される請求項1又は2に記載のサイズ測定装置。 3. The size measuring apparatus according to claim 1, wherein the light from the laser light source is applied to the entire area of the diffractive optical element where the fine uneven structure is formed. 前記回折光学素子の微細凹凸により前記レーザ光源からの光が回折し、前記荷物の少なくとも相互に隣接する3面それぞれに投影される前記測定用パターンが形成される請求項1~3のいずれか1項に記載のサイズ測定装置。 4. Any one of claims 1 to 3, wherein the light from the laser light source is diffracted by the fine unevenness of the diffractive optical element to form the measurement pattern projected onto each of at least three mutually adjacent surfaces of the luggage. The size measuring device according to the paragraph. 測定用パターンには前記3面に共通する角部の位置を示すマーカーが設けられている請求項4に記載のサイズ測定装置。 5. The size measuring device according to claim 4, wherein the measurement pattern is provided with a marker indicating the position of the corner common to the three surfaces. 前記演算処理部は、前記荷物に投影された測定用パターンの屈曲点を検出し、前記屈曲点の三次元位置から前記荷物の各辺を示す三次元直線を求める請求項1~5のいずれか1項に記載のサイズ測定装置。 6. The processing unit according to any one of claims 1 to 5, wherein the arithmetic processing unit detects bending points of the measurement pattern projected onto the baggage, and obtains a three-dimensional straight line indicating each side of the baggage from the three-dimensional positions of the bending points. The size measuring device according to item 1. レーザ光源及び表面に微細凹凸構造が非周期的に形成された回折光学素子を備えるパターン投影装置を用いて、測定対象の荷物に対して面毎の測定用パターンを投影するパターン投影工程と、
前記測定用パターンが投影された荷物を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像された画像から前記荷物の幅、長さ及び高さを算出する演算処理工程と
を有するサイズ測定方法。
a pattern projection step of projecting a measurement pattern for each surface onto a package to be measured using a pattern projection device having a laser light source and a diffractive optical element having a non-periodically formed fine concavo-convex structure;
an image capturing step of capturing an image of the package on which the measurement pattern is projected;
and an arithmetic processing step of calculating the width, length, and height of the package from the image captured in the imaging step.
前記パターン投影工程では、前記レーザ光源からの光を前記回折光学素子の微細凹凸構造が形成されている領域全体に照射する請求項7に記載のサイズ測定装置。 8. The size measuring apparatus according to claim 7, wherein in the pattern projection step, the light from the laser light source is applied to the entire region of the diffractive optical element where the fine uneven structure is formed. 前記パターン投影工程では、前記荷物の少なくとも相互に隣接する3面それぞれに前記測定用パターンを投影する請求項7又は8に記載のサイズ測定方法。 9. The size measuring method according to claim 7, wherein in said pattern projecting step, said pattern for measurement is projected onto each of at least three mutually adjacent surfaces of said baggage. 前記演算処理工程は、前記荷物に投影された測定用パターンの屈曲点を検出し、前記屈曲点の三次元位置から前記荷物の各辺を示す三次元直線を求める請求項7~9のいずれか1項に記載のサイズ測定方法。 10. The arithmetic processing step detects bending points of the measurement pattern projected onto the baggage, and obtains a three-dimensional straight line indicating each side of the baggage from the three-dimensional positions of the bending points. The size measurement method according to item 1.
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