JP6229134B2 - Measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、計測装置に関する。 The present invention relates to a measuring device.
従来、光切断法を利用して被計測物の三次元形状を測定する装置が知られている。例えば特許文献1には、被計測物における各部位の三次元座標系における位置を導出し、導出した各位置に基づいて被計測物の三次元形状を測定する三次元形状測定システムが記載されている。また特許文献2には、被計測物にある複数の着目位置同士の相対的な高さを求めることができる光切断三次元計測装置が記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured using a light cutting method is known. For example, Patent Document 1 describes a three-dimensional shape measurement system that derives the position of each part of a measurement object in a three-dimensional coordinate system and measures the three-dimensional shape of the measurement object based on each derived position. Yes. Patent Document 2 describes an optical cutting three-dimensional measuring apparatus that can determine the relative heights of a plurality of positions of interest in a measurement object.
従来技術には、ノイズの影響を受けやすいという問題があった。 The prior art has a problem that it is easily affected by noise.
請求項1に記載の計測装置は、被計測物に対して、所定の照射方向からスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、前記被計測物と、前記照射手段および前記撮像手段と、の相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能な位置関係設定手段とを備え、前記撮像手段は、前記複数通りの位置関係の各々が設定された状態で前記被計測物を撮像し、前記計測信号作成手段は、前記複数通りの位置関係の各々に対応する複数の前記撮像信号の各々から、前記被計測物に設定された注目点の輝度を表す信号を抽出することにより、前記計測信号を生成することを特徴とする。
請求項3に記載の計測装置は、被計測物に対して、所定の照射方向からスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、前記被計測物と、前記照射手段および前記撮像手段と、の相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能な位置関係設定手段とを備え、前記撮像手段は、前記複数通りの位置関係の各々が設定された状態で前記被計測物を撮像し、前記計測信号作成手段は、前記複数通りの位置関係の各々に対応する複数の前記撮像信号の各々について、当該撮像信号から前記スリット光の短手方向に沿って輝度を表す信号を抽出し、抽出された複数の前記輝度を表す信号の各々から、前記短手方向に沿って設定された複数の注目点の輝度を表す信号を、複数の前記計測信号として抽出することを特徴とする。
請求項4に記載の計測装置は、被計測物に対して、所定の照射方向からスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、前記被計測物と、前記照射手段および前記撮像手段と、の相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能な位置関係設定手段とを備え、前記撮像手段は、前記複数通りの位置関係の各々が設定された状態で前記被計測物を撮像し、前記計測信号作成手段は、前記複数通りの位置関係の各々に対応する複数の前記撮像信号から選択された一群の前記撮像信号に基づき複数の前記計測信号を生成する処理を、互いに異なる組み合わせの前記一群の撮像信号について繰り返し実行することを特徴とする。
請求項7に記載の計測装置は、被計測物に対して、所定の照射方向からスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、前記特定手段により特定された前記スリット光の照射範囲内に対応する前記計測信号と所定の直交基底との射影を演算することにより、前記計測信号における前記スリット光の中心位置を演算する中心位置演算手段と、を備えることを特徴とする。
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the object to be measured is irradiated with slit light from a predetermined irradiation direction, and the object to be measured that has been irradiated with the slit light is irradiated with the irradiation object. An imaging unit for imaging from a predetermined imaging direction different from the direction and outputting an imaging signal; a measurement signal generating unit for generating a measurement signal based on the imaging signal; and a luminance distribution model of the measurement signal and the predetermined slit light Correlation calculating means for performing a correlation calculation between, and a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal based on a result of the correlation calculation by the correlation calculating means, and the object to be measured, said irradiating means and said imaging means, the relative positional relationship, and a settable positional relationship setting means of the positional relationship different street from each other, said imaging means, said plurality Street The measurement object is imaged in a state in which each of the positional relationships is set, and the measurement signal creating means applies the measurement object to each of the plurality of imaging signals corresponding to each of the plurality of positional relationships. by extracting a signal representative of the luminance of the set target point, it characterized that you generate the measurement signal.
The measuring apparatus according to claim 3, wherein the object to be measured is irradiated with slit light from a predetermined irradiation direction, and the object to be measured that has been irradiated with the slit light is irradiated with the irradiation object. An imaging unit for imaging from a predetermined imaging direction different from the direction and outputting an imaging signal; a measurement signal generating unit for generating a measurement signal based on the imaging signal; and a luminance distribution model of the measurement signal and the predetermined slit light Correlation calculating means for performing a correlation calculation between, and a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal based on a result of the correlation calculation by the correlation calculating means, and the object to be measured, A positional relationship setting unit capable of setting a relative positional relationship between the irradiation unit and the imaging unit to a plurality of different positional relationships, and the imaging unit includes the plurality of types The measurement object is imaged in a state in which each of the positional relationships is set, and the measurement signal creating unit is configured to extract the imaging signal corresponding to each of the plurality of positional relationships from the imaging signal. A signal representing luminance along the short direction of the slit light is extracted, and a signal representing the luminance of a plurality of attention points set along the short direction is extracted from each of the plurality of extracted signals representing the luminance. Are extracted as a plurality of the measurement signals.
The measuring apparatus according to claim 4, wherein the object to be measured is irradiated with slit light from a predetermined irradiation direction, and the object to be measured that has been irradiated with the slit light by the irradiation means An imaging unit for imaging from a predetermined imaging direction different from the direction and outputting an imaging signal; a measurement signal generating unit for generating a measurement signal based on the imaging signal; and a luminance distribution model of the measurement signal and the predetermined slit light Correlation calculating means for performing a correlation calculation between, and a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal based on a result of the correlation calculation by the correlation calculating means, and the object to be measured, A positional relationship setting unit capable of setting a relative positional relationship between the irradiation unit and the imaging unit to a plurality of different positional relationships, and the imaging unit includes the plurality of types The measurement object is imaged in a state where each of the positional relationships is set, and the measurement signal generating means is a group of the imaging signals selected from the plurality of imaging signals corresponding to the plurality of positional relationships. The process of generating a plurality of measurement signals based on the above is repeatedly executed for the group of imaging signals of different combinations.
The measurement apparatus according to claim 7, wherein the object to be measured is irradiated with slit light from a predetermined irradiation direction, and the object to be measured which has been irradiated with the slit light is irradiated with the irradiation object. An imaging unit for imaging from a predetermined imaging direction different from the direction and outputting an imaging signal; a measurement signal generating unit for generating a measurement signal based on the imaging signal; and a luminance distribution model of the measurement signal and the predetermined slit light A correlation calculation means for performing a correlation calculation with the correlation calculation means, a specification means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal based on a result of the correlation calculation by the correlation calculation means, and a specification by the specification means By calculating the projection of the measurement signal corresponding to the irradiation range of the slit light and a predetermined orthogonal base, the center position of the slit light in the measurement signal is calculated. And the center position calculation means for calculation, characterized in that it comprises a.
本発明によれば、ノイズの影響が少ない計測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a measuring apparatus that is less affected by noise.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態に係る三次元計測装置について、図1〜6を用いて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the three-dimensional measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1(a)および図1(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る三次元計測装置1の構成を模式的に示す斜視図である。図1(a)および図1(b)は、それぞれ同一の三次元計測装置1を異なる視点から見た斜視図であり、X軸−Y軸−Z軸からなる三次元座標系を設定している。三次元計測装置1は、被計測物2の三次元形状を計測する装置である。三次元計測装置1は、搬送部10と、光源部20と、撮像部30と、制御部40とを備える。 FIG. 1A and FIG. 1B are perspective views schematically showing the configuration of the three-dimensional measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A and FIG. 1B are perspective views of the same three-dimensional measuring apparatus 1 as seen from different viewpoints, and a three-dimensional coordinate system composed of an X axis, a Y axis, and a Z axis is set. Yes. The three-dimensional measuring device 1 is a device that measures the three-dimensional shape of the measurement object 2. The three-dimensional measurement apparatus 1 includes a transport unit 10, a light source unit 20, an imaging unit 30, and a control unit 40.
搬送部10は、XY平面に平行な載置面11を有する。搬送部10は、載置面11に載置された被計測物2を、一定の速度vで、Y軸と平行な搬送方向Oに搬送する。光源部20は、例えばスリットレーザー光源である。光源部20は、載置面11の上方(+Z方向)に設けられる。光源部20は、載置面11に対して、すなわち−Z方向に向けて、スリット光50を照射する。被計測物2は、搬送部10により搬送される過程において、光源部20により照射されているスリット光50を通り抜ける。スリット光50は、薄いシート状の光である。スリット光50は、搬送方向Oに直交する長手方向(X軸に平行な方向)には、少なくとも被計測物2よりも大きく且つ均一な光量の広がりSを有する。他方、スリット光50は、搬送方向Oに平行な短手方向(Y軸に平行な方向)には微小な広がりDしか有していない。また、短手方向におけるスリット光50の光量分布は山なりになっている。すなわち、所定の中心位置で最も光量が大きくなり、広がりDの裾部に向かって光量が減少している。なお、図1では説明の便宜上、短手方向の広がりDを実際よりも誇張して図示している。スリット光50は、被計測物2の表面で反射して、光切断線51をなす。 The transport unit 10 has a placement surface 11 parallel to the XY plane. The transport unit 10 transports the measurement object 2 placed on the placement surface 11 at a constant speed v in the transport direction O parallel to the Y axis. The light source unit 20 is, for example, a slit laser light source. The light source unit 20 is provided above the placement surface 11 (+ Z direction). The light source unit 20 irradiates the mounting surface 11 with the slit light 50 toward the −Z direction. The object to be measured 2 passes through the slit light 50 irradiated by the light source unit 20 in the process of being transported by the transport unit 10. The slit light 50 is thin sheet-like light. The slit light 50 is at least larger than the measurement object 2 and has a uniform light amount spread S in the longitudinal direction (direction parallel to the X axis) perpendicular to the transport direction O. On the other hand, the slit light 50 has only a minute spread D in the short direction parallel to the transport direction O (the direction parallel to the Y axis). Further, the light amount distribution of the slit light 50 in the short direction is a mountain. That is, the amount of light becomes the largest at a predetermined center position, and the amount of light decreases toward the bottom of the spread D. In FIG. 1, the expanse D in the short direction is exaggerated from the actual one for convenience of explanation. The slit light 50 is reflected from the surface of the object to be measured 2 to form a light cutting line 51.
撮像部30は、撮像光学系と撮像素子とを備えたデジタルカメラである。撮像部30は、搬送部10の搬送方向Oの延長線上の上方(+Z方向)に、撮像光学系を載置面11に向けて設置される。撮像部30は、載置面11の全体のうち、スリット光50が照射される位置近傍を、載置面11の斜め上方から撮像する。つまり撮像部30は、スリット光50が照射された被計測物2を、光源部20がスリット光50を照射する照射方向とは異なる撮像方向から撮像する。撮像部30は、撮像信号(以下、単に画像と呼ぶ)を制御部40に出力する。制御部40は、撮像部30から出力された画像に基づき、被計測物2の表面形状を計測する。 The imaging unit 30 is a digital camera provided with an imaging optical system and an imaging element. The imaging unit 30 is installed above the extension line in the transport direction O of the transport unit 10 (+ Z direction) with the imaging optical system facing the placement surface 11. The imaging unit 30 images the vicinity of the position irradiated with the slit light 50 from the diagonally upper side of the mounting surface 11 in the entire mounting surface 11. That is, the imaging unit 30 images the measurement object 2 irradiated with the slit light 50 from an imaging direction different from the irradiation direction in which the light source unit 20 irradiates the slit light 50. The imaging unit 30 outputs an imaging signal (hereinafter simply referred to as an image) to the control unit 40. The control unit 40 measures the surface shape of the measurement object 2 based on the image output from the imaging unit 30.
以上をまとめると、搬送部10は、被計測物2を搬送することにより、被計測物2と光源部20および撮像部30との相対的な位置関係を種々の位置関係に設定する。光源部20は、被計測物2に対して、所定の照射方向からスリット光50を照射する。そして撮像部30は、搬送部10によりそれら種々の位置関係が設定された状態で被計測物2を撮像し、それら種々の位置関係の各々に対応する画像を制御部40に出力する。 In summary, the transport unit 10 sets the relative positional relationship between the measured object 2, the light source unit 20, and the imaging unit 30 to various positional relationships by transporting the measured object 2. The light source unit 20 irradiates the measurement object 2 with the slit light 50 from a predetermined irradiation direction. Then, the imaging unit 30 images the measurement object 2 in a state where the various positional relationships are set by the transport unit 10, and outputs an image corresponding to each of the various positional relationships to the control unit 40.
図2は、制御部40の構成を模式的に示すブロック図である。制御部40は、計測信号作成部41と、相関演算部42と、範囲特定部43と、中心位置演算部44と、形状計測部45とを機能的に有する。これらの各部は、制御部40が有するCPUが、不図示の記憶媒体に予め格納されている所定の制御プログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現される。なお、これらの各部を、同等の機能を有する電子回路として構成することも可能である。 FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the control unit 40. The control unit 40 functionally includes a measurement signal creation unit 41, a correlation calculation unit 42, a range identification unit 43, a center position calculation unit 44, and a shape measurement unit 45. Each of these units is realized in software by the CPU included in the control unit 40 executing a predetermined control program stored in advance in a storage medium (not shown). Each of these units can be configured as an electronic circuit having an equivalent function.
以下、制御部40が有する各部について、順に説明する。 Hereinafter, each part which the control part 40 has is demonstrated in order.
(計測信号作成部41の説明)
図2に模式的に示すように、撮像部30からは、搬送中の被計測物2を順次撮像した複数の画像が計測信号作成部41に順次入力される。図2では、制御部40に入力される画像を、撮像した順に画像F1,F2,…,F100と例示している。計測信号作成部41は、入力された画像F1〜F100のうち、まず先頭のn個の画像F1〜Fnを選択する(nは1以上の整数)。そして、選択したそれらn個の画像から、被計測物2の表面に設定された注目点に対応する計測信号を作成する。なお、以下の説明では、n=5として説明を行う。注目点は、被計測物2の表面に設定される仮想的な点である。計測信号作成部41は、1つの被計測物2に対してm個の注目点を設定する(mは1以上の整数)。従って、計測信号作成部41は、先頭の5個(n個)の画像F1〜F5から、それらm個の注目点の各々に対応したm個の計測信号を作成することになる。計測信号作成部41は、作成したm個の計測信号を相関演算部42に出力する。
(Description of measurement signal creation unit 41)
As schematically illustrated in FIG. 2, a plurality of images obtained by sequentially capturing the measurement object 2 being conveyed are sequentially input from the imaging unit 30 to the measurement signal creation unit 41. In FIG. 2, the images input to the control unit 40 are illustrated as images F1, F2,. The measurement signal creation unit 41 first selects the first n images F1 to Fn from among the input images F1 to F100 (n is an integer of 1 or more). Then, a measurement signal corresponding to the attention point set on the surface of the measurement object 2 is created from the selected n images. In the following description, it is assumed that n = 5. The point of interest is a virtual point set on the surface of the measurement object 2. The measurement signal creation unit 41 sets m attention points for one measurement object 2 (m is an integer of 1 or more). Therefore, the measurement signal creation unit 41 creates m measurement signals corresponding to each of the m attention points from the first five (n) images F1 to F5. The measurement signal creation unit 41 outputs the created m measurement signals to the correlation calculation unit 42.
次に計測信号作成部41は、入力された画像F1〜F100のうち、画像F1の次の画像F2を先頭とした5個(n個)の画像F2〜F6を選択する。そして、選択した5個(n個)の画像F2〜F6から、同様にm個の計測信号を作成して相関演算部42に出力する。計測信号作成部41は、この処理を画像F3〜F7、画像F4〜F8、…、画像F96〜F100のように、選択する画像を1つずつずらしながら繰り返し、m個の計測信号を計kセット、順次作成して相関演算部42に出力する(kは1以上の整数)。 Next, the measurement signal creation unit 41 selects five (n) images F2 to F6 starting from the image F2 next to the image F1 among the input images F1 to F100. Then, m measurement signals are similarly generated from the selected five (n) images F <b> 2 to F <b> 6 and output to the correlation calculation unit 42. The measurement signal creation unit 41 repeats this process while shifting the images to be selected one by one, such as images F3 to F7, images F4 to F8,..., Images F96 to F100, and sets m measurement signals in a total of k sets. Are sequentially generated and output to the correlation calculation unit 42 (k is an integer of 1 or more).
次に、計測信号作成部41が5個(n個)の画像F1〜F5からm個の計測信号を作成する方法について説明する。 Next, a method in which the measurement signal creation unit 41 creates m measurement signals from five (n) images F1 to F5 will be described.
図3は、撮像部30により撮像された画像の例を示す模式図である。図3には、時刻t1に撮像された画像F1、時刻t1より後の時刻t2に撮像された画像F2、時刻t2より後の時刻t3に撮像された画像F3、時刻t3より後の時刻t4に撮像された画像F4、時刻t4より後の時刻t5に撮像された画像F5、の5つの画像を模式的に示している。画像F1〜F5は、それぞれスリット光50が照射されている搬送中の被計測物2を撮像した画像である。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an image captured by the imaging unit 30. FIG. 3 shows an image F1 imaged at time t1, an image F2 imaged at time t2 after time t1, an image F3 imaged at time t3 after time t2, and a time t4 after time t3. Five images are schematically shown: a captured image F4 and an image F5 captured at time t5 after time t4. The images F <b> 1 to F <b> 5 are images obtained by capturing the measurement object 2 being transported that is irradiated with the slit light 50.
なお、以下の説明において、画像F1〜F5内の座標に言及することがある。画像F1〜F5の座標系は、左下隅を原点(0,0)として、右方向が+x方向、上方向が+y方向に設定されている。 In the following description, the coordinates in the images F1 to F5 may be referred to. The coordinate systems of the images F1 to F5 are set such that the lower left corner is the origin (0, 0), the right direction is the + x direction, and the upper direction is the + y direction.
画像F1〜F100の撮影時、被計測物2は搬送中であるため、画像F1〜F100の撮像時における被計測物2と光源部20および撮像部30との相対的な位置関係は、それぞれ異なっている。撮像部30の位置および撮像方向(撮像角度)と、光源部20の位置およびスリット光50の照射方向(照射角度)は固定されている。 Since the measurement object 2 is being transported when the images F1 to F100 are captured, the relative positional relationship between the measurement object 2 and the light source unit 20 and the imaging unit 30 at the time of imaging the images F1 to F100 is different. ing. The position and imaging direction (imaging angle) of the imaging unit 30, and the position of the light source unit 20 and the irradiation direction (irradiation angle) of the slit light 50 are fixed.
図3には、画像F1全体のうち、被計測物2のある一部を拡大した部分画像FP1を示している。また、画像F2〜F5から、部分画像FP1と同一の部位を拡大した部分画像FP2〜FP5を合わせて示している。ここで「同一の部位」とは、被計測物2の同一部位のことを意味している。被計測物2は搬送部10により搬送されているので、画像F1内における部分画像FP1の位置と、画像F2内における部分画像FP2の位置は異なる。 FIG. 3 shows a partial image FP1 obtained by enlarging a part of the measurement object 2 in the entire image F1. Further, partial images FP2 to FP5 obtained by enlarging the same part as the partial image FP1 from the images F2 to F5 are also shown. Here, “the same part” means the same part of the DUT 2. Since the measurement object 2 is conveyed by the conveyance unit 10, the position of the partial image FP1 in the image F1 is different from the position of the partial image FP2 in the image F2.
なお、説明を簡単にするため、撮像部30はテレセントリックな撮像光学系を有しているものとする。従って、画像F1〜F5に写り込んだ被計測物2の大きさ(撮像光学系により結像された被計測物2の像高)は、被計測物2と撮像部30との距離によらず常に一定である。 In order to simplify the description, it is assumed that the imaging unit 30 has a telecentric imaging optical system. Therefore, the size of the measurement object 2 reflected in the images F <b> 1 to F <b> 5 (the image height of the measurement object 2 imaged by the imaging optical system) does not depend on the distance between the measurement object 2 and the imaging unit 30. Always constant.
搬送部10が被計測物2を搬送速度vで搬送している間、撮像部30は所定のフレームレートで繰り返し被計測物2を撮像する。撮像部30は、搬送方向Oの延長線上から被計測物2を撮像するので、被計測物2は画像F1〜F100において、時間の経過に伴い上から下に移動している。搬送部10による搬送速度vは一定であるので、画像間において、被計測物2はΔH個のピクセル分だけ移動している。従って、画像F1の次に撮像された画像F2において、被計測物2は、画像F1から−y方向(下方向)にΔH個のピクセル分だけ移動している。本実施形態において、ΔHは2である。例えば部分画像FP1の左上隅の座標を(x1,y1)としたとき、部分画像FP2の左上隅の座標は(x1,y1−ΔH)となる。同様に、部分画像FP3の左上隅の座標は(x1,y1−2×ΔH)、部分画像FP4の左上隅の座標は(x1,y1−3×ΔH)、部分画像FP5の左上隅の座標は(x1,y1−4×ΔH)である。 While the conveyance unit 10 conveys the measurement object 2 at the conveyance speed v, the imaging unit 30 repeatedly images the measurement object 2 at a predetermined frame rate. Since the imaging unit 30 images the measurement object 2 from an extension line in the transport direction O, the measurement object 2 moves from the top to the bottom as time passes in the images F1 to F100. Since the conveyance speed v by the conveyance unit 10 is constant, the object to be measured 2 moves by ΔH pixels between images. Accordingly, in the image F2 captured next to the image F1, the DUT 2 has moved by ΔH pixels in the −y direction (downward) from the image F1. In the present embodiment, ΔH is 2. For example, when the coordinates of the upper left corner of the partial image FP1 are (x1, y1), the coordinates of the upper left corner of the partial image FP2 are (x1, y1-ΔH). Similarly, the coordinates of the upper left corner of the partial image FP3 are (x1, y1-2 × ΔH), the coordinates of the upper left corner of the partial image FP4 are (x1, y1-3 × ΔH), and the coordinates of the upper left corner of the partial image FP5 are (X1, y1-4 × ΔH).
計測信号作成部41は、画像F1の、被計測物2に相当する領域を構成する各ピクセルの位置に、注目点を設定する。図3では、その一部として、x座標=x2のラインに並ぶ注目点P1〜P9を図示している。いま、それらの注目点P1〜P9のうち、部分画像FP1内に設定されたある注目点P1について注目する。画像F2の部分画像FP2において、注目点P1は、部分画像FP1における注目点P1の位置と同一の位置に存在する(画像F2における部分画像FP2の位置が、画像F1における部分画像FP1から下方向に2ピクセル分(ΔHピクセル分)だけずれている)。計測信号作成部41は、画像F1内に設定した注目点P1のピクセルと、画像F2内における注目点P1のピクセルと、画像F3内における注目点P1のピクセルと、画像F4内における注目点P1のピクセルと、画像F5内における注目点P1のピクセルとを抽出する。そして、そのようにして抽出されたピクセルの輝度値を、時系列順に配列することにより、注目点P1に対応する計測信号を作成する。つまり計測信号とは、選択された5個(n個)の画像における、注目点の輝度変化を表す信号である。 The measurement signal creation unit 41 sets a point of interest at the position of each pixel constituting the region corresponding to the measurement object 2 in the image F1. In FIG. 3, attention points P <b> 1 to P <b> 9 arranged in a line of x coordinate = x <b> 2 are illustrated as a part thereof. Now, of the attention points P1 to P9, attention is paid to a certain attention point P1 set in the partial image FP1. In the partial image FP2 of the image F2, the attention point P1 is present at the same position as the position of the attention point P1 in the partial image FP1 (the position of the partial image FP2 in the image F2 is downward from the partial image FP1 in the image F1). It is shifted by 2 pixels (ΔH pixels)). The measurement signal creation unit 41 sets the pixel of the attention point P1 set in the image F1, the pixel of the attention point P1 in the image F2, the pixel of the attention point P1 in the image F3, and the attention point P1 in the image F4. A pixel and a pixel at the point of interest P1 in the image F5 are extracted. And the measurement signal corresponding to the attention point P1 is created by arranging the luminance values of the pixels thus extracted in time series. In other words, the measurement signal is a signal that represents a change in luminance at the point of interest in the selected five (n) images.
計測信号作成部41は、同様にして、画像F1に基づき設定した全ての注目点について、画像F1〜F5から計測信号を作成する。これにより、画像F1〜F5に対応するm個の計測信号(1セット目)が作成され、相関演算部42に出力される。計測信号作成部41は同様に、画像F2〜F6,F3〜F7,…,F96〜F100の各組み合わせについて、それぞれm個の計測信号を作成し、相関演算部42に出力する。以上のようにして、m個の計測信号がkセットだけ相関演算部に出力される。ここで、kは入力された画像F1〜F100における5個(n個)の画像の組み合わせの数である。 Similarly, the measurement signal creation unit 41 creates measurement signals from the images F1 to F5 for all attention points set based on the image F1. Thereby, m measurement signals (first set) corresponding to the images F <b> 1 to F <b> 5 are created and output to the correlation calculation unit 42. Similarly, the measurement signal creation unit 41 creates m measurement signals for each combination of the images F2 to F6, F3 to F7,..., F96 to F100, and outputs them to the correlation calculation unit 42. As described above, m measurement signals for k sets are output to the correlation calculation unit. Here, k is the number of combinations of five (n) images in the input images F1 to F100.
図4は、計測信号作成部41により作成された計測信号の例を示す図である。計測信号SP3は、画像F1〜F5に基づき、図3に示した注目点P3について作成された計測信号である。同様に、計測信号SP4,SP5,SP6,SP7,SP8は、それぞれ図3に示した注目点P4,P5,P6,P7,P8について作成された計測信号である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a measurement signal created by the measurement signal creation unit 41. The measurement signal SP3 is a measurement signal created for the attention point P3 shown in FIG. 3 based on the images F1 to F5. Similarly, measurement signals SP4, SP5, SP6, SP7, and SP8 are measurement signals created for the attention points P4, P5, P6, P7, and P8 shown in FIG. 3, respectively.
注目点P3と注目点P5は、画像の縦方向において2ピクセル(ΔHピクセル)だけ離れて位置している。そして、各々の注目点は、画像の縦方向において1フレームあたり2ピクセル(ΔHピクセル)だけ移動する。従って、画像F2における注目点P3の座標は、画像F1における注目点P5の座標と一致する。また、注目点P5に対応する計測信号SP5は、注目点P3に対応する計測信号SP3を1フレーム分だけずらした形状を有している。計測信号SP5と計測信号SP7についても同様である。 The attention point P3 and the attention point P5 are located at a distance of 2 pixels (ΔH pixels) in the vertical direction of the image. Each attention point moves by 2 pixels (ΔH pixels) per frame in the vertical direction of the image. Accordingly, the coordinates of the attention point P3 in the image F2 coincide with the coordinates of the attention point P5 in the image F1. Further, the measurement signal SP5 corresponding to the attention point P5 has a shape obtained by shifting the measurement signal SP3 corresponding to the attention point P3 by one frame. The same applies to the measurement signal SP5 and the measurement signal SP7.
また、注目点P4と注目点P6、注目点P6と注目点P8の関係も同様である。すなわち、計測信号SP6は、計測信号SP4を1フレーム分だけずらした形状を有しており、計測信号SP8は、計測信号SP6を1フレーム分だけずらした形状を有している。他方、注目点P3と注目点P5との間に位置する注目点P4の座標は、他のフレームにおける注目点P3の座標や注目点P5の座標と一致することはない。図4に例示するように、注目点P4に対応する計測信号SP4は、計測信号SP3や計測信号SP5を0.5フレーム分(1/ΔHフレーム分)だけずらしたかのような形状を有する。つまり、本実施形態において、y座標を2(ΔH)で割った余りが0になる位置に設定された注目点と、あまりが1になる位置に設定された注目点は、それぞれ独立しているということができる。 The relationship between the attention point P4 and the attention point P6, and the relationship between the attention point P6 and the attention point P8 are the same. That is, the measurement signal SP6 has a shape obtained by shifting the measurement signal SP4 by one frame, and the measurement signal SP8 has a shape obtained by shifting the measurement signal SP6 by one frame. On the other hand, the coordinates of the attention point P4 located between the attention point P3 and the attention point P5 do not coincide with the coordinates of the attention point P3 and the coordinates of the attention point P5 in other frames. As illustrated in FIG. 4, the measurement signal SP4 corresponding to the target point P4 has a shape as if the measurement signal SP3 and the measurement signal SP5 are shifted by 0.5 frames (1 / ΔH frames). In other words, in this embodiment, the attention point set at a position where the remainder obtained by dividing the y coordinate by 2 (ΔH) becomes 0 and the attention point set at a position where the remainder becomes 1 are independent of each other. It can be said.
(相関演算部42の説明)
注目点P5について作成された計測信号に含まれる輝度値は、それぞれ被計測物2の同一点である注目点P5の輝度値である。従って、仮にスリット光50が存在せず、且つ撮像部30が有する撮像素子のノイズや、環境光の照射状況などの条件が均一であれば、注目点P5の計測信号SP5はフラットな信号になるはずである。
(Description of Correlation Calculation Unit 42)
The luminance value included in the measurement signal created for the point of interest P5 is the luminance value of the point of interest P5, which is the same point of the measurement object 2. Therefore, if the slit light 50 does not exist, and the conditions such as the noise of the image pickup device included in the image pickup unit 30 and the irradiation state of the ambient light are uniform, the measurement signal SP5 at the point of interest P5 becomes a flat signal. It should be.
実際には、被計測物2にはスリット光50が照射されているので、スリット光50が注目点P5に照射されているとき、注目点P5の輝度値は大きくなる。また、前述の通り、スリット光50は短手方向において山なりの輝度分布を有するので、スリット光50の中心位置と注目点P5の位置とが一致するとき、その輝度値は最大になる。従って、注目点P5の輝度値が最大になった位置、すなわち注目点P5の計測信号SP5における輝度値のピーク位置が、注目点P5の位置とスリット光50の中心位置とが一致した位置であるということができる。 Actually, since the object 2 to be measured is irradiated with the slit light 50, when the slit light 50 is applied to the attention point P5, the luminance value of the attention point P5 increases. Further, as described above, since the slit light 50 has a mountain-like luminance distribution in the short direction, the luminance value becomes maximum when the center position of the slit light 50 coincides with the position of the point of interest P5. Accordingly, the position where the luminance value of the attention point P5 is maximized, that is, the peak position of the luminance value in the measurement signal SP5 of the attention point P5 is a position where the position of the attention point P5 and the center position of the slit light 50 coincide. It can be said.
ところが、反射によるノイズや撮像素子で生じる電子的なノイズ等の外乱の影響により、スリット光50の中心位置とは無関係に、輝度値が大きくなることがある。例えば図4に例示した計測信号SP11は、環境光等の影響により全体的に輝度レベルが高くなっている。また、計測信号SP12は、何らかのノイズにより瞬時的に輝度値が大きくなっている。そのため、単に注目点P5の計測信号における輝度値のピーク位置を調べるだけでは、ノイズ等で輝度値が大きくなった位置をスリット光50の中心位置と一致した位置であると誤認してしまうおそれがある。相関演算部42による相関演算は、そのような外乱による輝度値の変化と、スリット光50が照射されたことによる輝度値の変化とを弁別するためのものである。 However, the luminance value may increase regardless of the center position of the slit light 50 due to the influence of disturbances such as noise due to reflection and electronic noise generated in the imaging device. For example, the measurement signal SP11 illustrated in FIG. 4 has a generally high luminance level due to the influence of ambient light or the like. Further, the measurement signal SP12 has an instantaneously large luminance value due to some noise. Therefore, simply examining the peak position of the luminance value in the measurement signal at the point of interest P5 may cause the position where the luminance value has increased due to noise or the like to be mistaken as the position coincident with the center position of the slit light 50. is there. The correlation calculation by the correlation calculation unit 42 is for discriminating a change in luminance value due to such disturbance and a change in luminance value due to the irradiation of the slit light 50.
図5は、スリット光50の輝度分布モデル46の一例を示す図である。輝度分布モデル46は、スリット光50の短手方向の(すなわち図1のX軸方向の)輝度分布形状を表現するモデルであり、スリット光50の短手方向の輝度分布形状に類似した形状を有している。図4に示した輝度分布モデル46は、10個の輝度値B(0)〜B(9)から成る輝度分布であり、縦軸が輝度値、横軸がピクセル位置を示す。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the luminance distribution model 46 of the slit light 50. The luminance distribution model 46 is a model that represents the luminance distribution shape in the short direction of the slit light 50 (that is, in the X-axis direction in FIG. 1), and has a shape similar to the luminance distribution shape in the short direction of the slit light 50. Have. The luminance distribution model 46 shown in FIG. 4 is a luminance distribution composed of ten luminance values B (0) to B (9), where the vertical axis indicates the luminance value and the horizontal axis indicates the pixel position.
なお、本実施形態では、スリット光50の輝度分布モデル46を、適宜選択された10ピクセル分の輝度値としたが、輝度分布モデル46は、これ以外の態様によりスリット光50の輝度分布を表現するモデルであってもよい。例えば、正弦関数や余弦関数、ガウシアン関数等の関数としてもよいし、所定のテストパターンに照射されたスリット光50の光量から計測された輝度値としてもよい。その幅についても、光源部20の位置や照射されるスリット光50の特性、撮像部30の解像力等に基づいて適宜決定すればよい。なお、スリット光50の輝度分布モデル46は、スリット光50の短手方向における輝度分布形状にできるだけ類似した形状を有することが望ましい。 In the present embodiment, the luminance distribution model 46 of the slit light 50 is set to a luminance value corresponding to 10 pixels selected as appropriate. However, the luminance distribution model 46 represents the luminance distribution of the slit light 50 in other modes. It may be a model. For example, it may be a function such as a sine function, a cosine function, or a Gaussian function, or may be a luminance value measured from the light amount of the slit light 50 irradiated to a predetermined test pattern. The width may be determined as appropriate based on the position of the light source unit 20, the characteristics of the irradiated slit light 50, the resolving power of the imaging unit 30, and the like. It is desirable that the luminance distribution model 46 of the slit light 50 has a shape that is as similar as possible to the luminance distribution shape in the short direction of the slit light 50.
輝度分布モデル46は、それを構成する輝度値の合計が0となるように、予め全輝度値の平均値を各輝度値から減算しておくことが望ましい。このような処置を施さない場合、相関値が計測信号の直流成分の影響を受け、輝度値が全体的に高い計測信号(例えば図4の計測信号SP11)ではそうでない計測信号に比べて高い相関値が演算されてしまう。上述の処置を行い、輝度分布モデル46の輝度値の合計が0となるようにしておくことで、輝度値の直流成分の影響を受けないようにすることができる。 It is desirable that the luminance distribution model 46 subtracts the average value of all luminance values from each luminance value in advance so that the sum of the luminance values constituting the luminance distribution model 46 becomes zero. When such treatment is not performed, the correlation value is affected by the direct current component of the measurement signal, and the measurement signal having a generally high luminance value (for example, the measurement signal SP11 in FIG. 4) has a higher correlation than the measurement signal that is not so. The value is calculated. By performing the above-described procedure so that the sum of the brightness values of the brightness distribution model 46 is 0, it is possible to avoid the influence of the direct current component of the brightness value.
相関演算部42による相関演算は、この輝度分布モデル46を、計測信号の各部に当てはめ、計測信号の各部における輝度分布モデル46の形状との相関性(類似性)を調べる演算である。つまり、輝度分布モデル46に近い形状が現れる計測信号ほど、演算される相関値が大きくなる。 The correlation calculation performed by the correlation calculation unit 42 is an operation in which the luminance distribution model 46 is applied to each part of the measurement signal and the correlation (similarity) with the shape of the luminance distribution model 46 in each part of the measurement signal is examined. That is, the calculated correlation value increases as the measurement signal has a shape close to the luminance distribution model 46.
以下、相関演算部42が、ある1つの計測信号に対応する1つの相関値を演算する方法について説明する。 Hereinafter, a method in which the correlation calculation unit 42 calculates one correlation value corresponding to a certain measurement signal will be described.
相関演算部42は、次式(1)に示すように、演算対象の計測信号に含まれる5つの輝度値と輝度分布モデル46との相関演算を行うことにより、各位置の相関値E(d,s)を演算する。 The correlation calculation unit 42 performs a correlation calculation between the five luminance values included in the measurement signal to be calculated and the luminance distribution model 46 as shown in the following equation (1), whereby the correlation value E (d) at each position is calculated. , S).
上式(1)において、A(d)〜A(9+d)は計測信号を構成するn個の輝度値であり、B(0)〜B(9)はスリット光50の輝度分布モデル46を構成する10個の輝度値である。またdはシフト数(0以上の整数)であり、sはデータ番号を表す0以上の整数である。前述の通り、y座標を2(ΔH)で割った余りが0になる位置に設定された注目点と、あまりが1になる位置に設定された注目点は、独立した扱いを受ける。データ番号sは、この独立した扱いを実現するための数であり、y座標を2(ΔH)で割った余りである。つまりデータ番号sは、注目点の位置に応じて0〜(ΔH−1)のいずれかの整数を採る。また、データ番号sが異なる注目点は、相関演算に用いられる輝度分布モデル46の位置も異なっている。具体的には、データ番号sが0の注目点については、B(0),B(2),B(4),B(6),B(8)が用いられ、データ番号sが1の注目点については、B(1),B(3),B(5),B(7),B(9)が用いられることになる。このような扱いをするのは、前述の通り、データ番号sが0の注目点の計測信号と1の注目点の計測信号が、それぞれ1/2フレーム(1/ΔHフレーム)ずつずれていることに因る。 In the above equation (1), A (d) to A (9 + d) are n luminance values constituting the measurement signal, and B (0) to B (9) constitute the luminance distribution model 46 of the slit light 50. 10 luminance values. D is the number of shifts (an integer greater than or equal to 0), and s is an integer greater than or equal to 0 representing a data number. As described above, the attention point set at a position where the remainder obtained by dividing the y coordinate by 2 (ΔH) becomes 0 and the attention point set at a position where the remainder becomes 1 are treated independently. The data number s is a number for realizing this independent handling, and is a remainder obtained by dividing the y coordinate by 2 (ΔH). That is, the data number s takes an integer of 0 to (ΔH−1) depending on the position of the attention point. Further, attention points with different data numbers s are also different in the position of the luminance distribution model 46 used for the correlation calculation. Specifically, B (0), B (2), B (4), B (6), and B (8) are used for the attention point whose data number s is 0, and the data number s is 1. B (1), B (3), B (5), B (7), and B (9) are used for the attention point. The reason for this is that, as described above, the measurement signal at the point of interest with the data number s 0 and the measurement signal at the point of interest 1 are shifted by 1/2 frame (1 / ΔH frame), respectively. Due to
相関演算部42は、上式(1)による演算を行い、ある1つの計測信号に対応する1つの相関値E(d,s)を演算する。相関演算部42は、上式(1)による演算を、入力された各計測信号に対して行い、k×m個の計測信号に対応する、k×m個の相関値E(d,s)を、範囲特定部43に出力する。 The correlation calculation unit 42 performs calculation according to the above equation (1), and calculates one correlation value E (d, s) corresponding to a certain measurement signal. The correlation calculation unit 42 performs the calculation according to the above equation (1) for each input measurement signal, and k × m correlation values E (d, s) corresponding to k × m measurement signals. Is output to the range specifying unit 43.
(範囲特定部43の説明)
範囲特定部43は、図2に模式的に示したように、画像F1〜F5に対して設定されたm個の注目点を、画像F1における当該注目点の座標に基づいて分類する。具体的には、まずx座標が同一である注目点のグループを複数作成する。そして、各々のグループに含まれる注目点を、更に、データ番号sが同一である各グループに分類する。本実施形態ではΔHが2なので、y座標が0,2,4,6,…のグループと、y座標が1,3,5,7,…のグループとに分かれる。つまり、画像F1〜F5に対して設定されたm個の注目点が、縦方向にΔH個おきに位置する注目点同士のグループに分類される。例えば図3に例示した注目点P1〜P9は、注目点P1,P3,P5,P7,P9を含むグループと、注目点P2,P4,P6,P8を含むグループとに分類される。
(Description of range specifying unit 43)
As schematically illustrated in FIG. 2, the range specifying unit 43 classifies the m attention points set for the images F1 to F5 based on the coordinates of the attention points in the image F1. Specifically, first, a plurality of groups of attention points having the same x coordinate are created. Then, the attention points included in each group are further classified into groups having the same data number s. In this embodiment, ΔH is 2, so that the y coordinate is divided into 0, 2, 4, 6,... And the y coordinate is 1, 3, 5, 7,. That is, m attention points set for the images F1 to F5 are classified into a group of attention points positioned every ΔH in the vertical direction. For example, the attention points P1 to P9 illustrated in FIG. 3 are classified into a group including the attention points P1, P3, P5, P7, and P9 and a group including the attention points P2, P4, P6, and P8.
なお、ΔHが2より大きい場合には、更に複数のグループに分類される。例えばΔHが5であれば、y座標が0,5,10,…のグループと、1,6,11,…のグループと、2,7,12,…のグループと、3,8,13,…のグループと、4,9,14,…のグループとに分かれることになる。 If ΔH is greater than 2, it is further classified into a plurality of groups. For example, if ΔH is 5, the y coordinate group is 0, 5, 10,..., 1, 6, 11,..., 2, 7, 12,. .. And a group of 4, 9, 14,...
次に範囲特定部43は、各々のグループについて、当該グループに含まれる注目点のうち、相関値E(d,s)が最も高い注目点を、スリット光50の照射範囲として特定する。換言すると、範囲特定部43は、相関値E(d,s)が最も高い注目点の、画像F1〜F5における位置を、スリット光50の照射範囲として特定する。範囲特定部43は、同様の処理を、画像F2〜F6,F3〜F7,…,F96〜F100の各組み合わせについて行う。 Next, for each group, the range specifying unit 43 specifies the target point having the highest correlation value E (d, s) as the irradiation range of the slit light 50 among the target points included in the group. In other words, the range specifying unit 43 specifies the position of the attention point having the highest correlation value E (d, s) in the images F <b> 1 to F <b> 5 as the irradiation range of the slit light 50. The range specifying unit 43 performs the same processing for each combination of the images F2 to F6, F3 to F7, ..., F96 to F100.
なお、スリット光50の照射範囲は、同一の期間に複数の計測信号に渡る。例えば図4に例示した計測信号SP3,SP5,SP7は、それぞれスリット光50が照射されたことに起因する高い輝度値を含んでいる。これは、計測信号がある一定期間における撮像結果から作成される信号であることに起因する。つまり、時刻t1〜t5の期間において、複数の注目点がスリット光50の照射範囲を通過するためである。しかしながら、これら3つの計測信号SP3,SP5,SP7において、信号全体の形状が輝度分布モデル46に最も近い計測信号SP5が、相関値E(d,s)が最も高くなる。そのため、範囲特定部43は、注目点P5をスリット光50の照射範囲として特定する。つまり本実施形態において、スリット光50の照射範囲とは、「スリット光50の形状が最もよく計測信号に表れている注目点」を指す。 Note that the irradiation range of the slit light 50 extends over a plurality of measurement signals in the same period. For example, the measurement signals SP3, SP5, and SP7 illustrated in FIG. 4 each include a high luminance value resulting from the irradiation of the slit light 50. This is because the measurement signal is a signal created from the imaging result in a certain period. That is, it is because a plurality of attention points pass through the irradiation range of the slit light 50 in the period of time t1 to t5. However, among these three measurement signals SP3, SP5 and SP7, the measurement signal SP5 whose overall signal shape is closest to the luminance distribution model 46 has the highest correlation value E (d, s). Therefore, the range specifying unit 43 specifies the point of interest P5 as the irradiation range of the slit light 50. In other words, in the present embodiment, the irradiation range of the slit light 50 refers to “a point of interest where the shape of the slit light 50 best appears in the measurement signal”.
(中心位置演算部44の説明)
中心位置演算部44は、範囲特定部43により特定された注目点に対応する計測信号から、スリット光50の中心位置を演算する。つまり中心位置演算部44は、範囲特定部43により特定された注目点ごとに、その注目点とスリット光50の中心位置とが略一致したタイミング(フレーム番号)を演算する。
(Description of the center position calculation unit 44)
The center position calculation unit 44 calculates the center position of the slit light 50 from the measurement signal corresponding to the attention point specified by the range specifying unit 43. That is, the center position calculation unit 44 calculates the timing (frame number) at which the target point and the center position of the slit light 50 substantially match each target point specified by the range specifying unit 43.
例えば画像F1〜F5から作成された、注目点P5に対応する計測信号SP5(図4)を考える。いま、注目点P5が、範囲特定部43により特定されたものとする。この計測信号SP5は、時刻t1における注目点P5の輝度値と、時刻t2における注目点P5の輝度値と、時刻t3における注目点P5の輝度値と、時刻t4における注目点P1の輝度値と、時刻t5における注目点P1の輝度値とから成る。中心位置演算部44は、この計測信号SP5におけるスリット光50の中心位置を演算して、画像F1の撮影時刻t1から画像F5の撮影時刻t5までのどの時刻に、注目点P1とスリット光50の中心位置とが略一致したかを演算する。 For example, consider the measurement signal SP5 (FIG. 4) that is created from the images F1 to F5 and that corresponds to the point of interest P5. Now, it is assumed that the attention point P5 is specified by the range specifying unit 43. The measurement signal SP5 includes the luminance value of the attention point P5 at time t1, the luminance value of the attention point P5 at time t2, the luminance value of the attention point P5 at time t3, and the luminance value of the attention point P1 at time t4. It consists of the luminance value of the point of interest P1 at time t5. The center position calculation unit 44 calculates the center position of the slit light 50 in the measurement signal SP5, and at any time from the image capture time t1 of the image F1 to the image capture time t5 of the image F5, It is calculated whether the center position substantially matches.
次に、中心位置演算部44による具体的な演算内容について説明する。中心位置演算部44は、選択した注目点P5の計測信号SP5に、次式(2)を適用し、位相φ(s)を演算する。 Next, specific calculation contents by the center position calculation unit 44 will be described. The center position calculation unit 44 applies the following equation (2) to the measurement signal SP5 of the selected point of interest P5 and calculates the phase φ (s).
上式(2)において、f(x,s)は計測信号SP5を構成する各輝度値である(xは0〜4の整数)。 In the above equation (2), f (x, s) is each luminance value constituting the measurement signal SP5 (x is an integer of 0 to 4).
上式(2)は、直交基底である余弦関数および正弦関数と、選択した計測信号SP5との射影を計算する式である。余弦関数および正弦関数の引数の「−(n−1)π/n」の項は、逆正接関数の値域が−π〜+πのとき、位相φが連続的に取得できるように調節するための項である。また、「2π/(n×ΔH)×(s−(ΔH−1)/2)」の項は、データ番号sの値に合わせて全体の角度を補正するための項である。中心位置演算部44は、上式(2)により演算された位相φを、次式(3)に適用することにより、計測信号SP5におけるスリット光50の中心位置Cを演算する。 The above equation (2) is an equation for calculating the projection of the cosine function and sine function, which are orthogonal bases, and the selected measurement signal SP5. The term “− (n−1) π / n” of the argument of the cosine function and the sine function is for adjusting so that the phase φ can be continuously obtained when the range of the arctangent function is −π to + π. Term. Further, the term “2π / (n × ΔH) × (s− (ΔH−1) / 2)” is a term for correcting the entire angle in accordance with the value of the data number s. The center position calculation unit 44 calculates the center position C of the slit light 50 in the measurement signal SP5 by applying the phase φ calculated by the above expression (2) to the following expression (3).
中心位置演算部44は、範囲特定部43が各々のグループについて特定した各注目点について、同様にして位相φ(s)および中心位置Cを演算する。以下、上式(2)の意味するところについて説明する。 The center position calculation unit 44 calculates the phase φ (s) and the center position C in the same manner for each attention point specified by the range specifying unit 43 for each group. Hereinafter, the meaning of the above formula (2) will be described.
図6は、中心位置演算部44による演算を模式的に示す図である。上式(2)は、1つの計測信号を構成する輝度値f(0,s)〜f(4,s)を、それぞれ2π/5(すなわち72度)ずつ異なる位相を有する5つのベクトルV1〜V5と考え、その和となるベクトルV6の位相を求める式である。5つのベクトルV1〜V5の大きさは、それぞれ輝度値f(0,s)〜f(4,s)であり、その位相は−4π/5、−2π/5、0、+2π/5、+4π/5である。 FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the calculation performed by the center position calculation unit 44. The above equation (2) indicates that the luminance values f (0, s) to f (4, s) constituting one measurement signal are five vectors V1 to V1 having phases different from each other by 2π / 5 (that is, 72 degrees). This is an equation for obtaining the phase of a vector V6 that is considered as V5 and is the sum of the two. The magnitudes of the five vectors V1 to V5 are luminance values f (0, s) to f (4, s), respectively, and their phases are −4π / 5, −2π / 5, 0, + 2π / 5, and + 4π. / 5.
図6から明らかなように、複数の輝度値が有する直流成分は、位相の異なるベクトル成分として打ち消し合う。従って、スリット光50の中心付近の輝度値が飽和している(白飛びしている)場合であっても、その飽和している輝度値に引きずられることなく、位相φ(s)を正確に求めることができる。 As is apparent from FIG. 6, the DC components of the plurality of luminance values cancel out as vector components having different phases. Accordingly, even when the luminance value near the center of the slit light 50 is saturated (out-of-white), the phase φ (s) is accurately set without being dragged by the saturated luminance value. Can be sought.
以上のように、計測信号作成部41と、相関演算部42と、範囲特定部43と、中心位置演算部44により、連続する5つの画像F1〜F5に基づいて、y座標が0,2,4,6,…のグループから、1水平ライン分の光切断線51の位置(スリット光50の中心位置)が求められる。同様に、y座標が1,3,5,7,…のグループから、更に1水平ライン分の光切断線51の位置(スリット光50の中心位置)が求められる。つまり連続する5つの画像F1〜F5に基づいて、2水平ライン分の光切断線51の位置が演算される。計測信号作成部41と、相関演算部42と、範囲特定部43と、中心位置演算部44は、画像F2〜F6,F3〜F7,F4〜F8,…のように、連続する5つの画像の組み合わせの各々について、同様の処理を実行する。つまり本実施形態では、画像1フレームにつき2ライン分(ΔHライン分)の光切断線51の位置を求めることができる。これにより、スリット光50によって被計測物2の表面に形成された多数の光切断線51の位置が求まる。 As described above, the y coordinate is set to 0, 2, and 5 based on the five consecutive images F1 to F5 by the measurement signal creation unit 41, the correlation calculation unit 42, the range specifying unit 43, and the center position calculation unit 44. From the groups 4, 6,..., The position of the optical cutting line 51 for one horizontal line (the center position of the slit light 50) is obtained. Similarly, the position of the light cutting line 51 for one horizontal line (the center position of the slit light 50) is obtained from the group having y coordinates of 1, 3, 5, 7,. That is, the position of the light cutting line 51 for two horizontal lines is calculated based on the five consecutive images F1 to F5. The measurement signal creating unit 41, the correlation calculating unit 42, the range specifying unit 43, and the center position calculating unit 44 are configured to display five consecutive images such as images F2 to F6, F3 to F7, F4 to F8,. Similar processing is performed for each combination. That is, in the present embodiment, the positions of the light cutting lines 51 for two lines (ΔH lines) per image frame can be obtained. As a result, the positions of a number of light cutting lines 51 formed on the surface of the measurement object 2 by the slit light 50 are obtained.
(形状計測部45の説明)
形状計測部45は、中心位置演算部44により演算された多数の光切断線51の位置を縦方向に配列することにより、被計測物2の三次元形状を求める。具体的には、画像F1〜F5に基づいて、y座標が0,2,4,6,…のグループから求められた1水平ラインと、画像F1〜F5に基づいて、y座標が1,3,5,7,…のグループから求められた1水平ラインと、画像F2〜F6に基づいて、y座標が0,2,4,6,…のグループから求められた1水平ラインと、…を順に縦方向に並べていくことにより、被計測物2の三次元形状を求める。
(Description of the shape measuring unit 45)
The shape measuring unit 45 obtains the three-dimensional shape of the measurement object 2 by arranging the positions of a large number of light cutting lines 51 calculated by the center position calculating unit 44 in the vertical direction. Specifically, based on the images F1 to F5, one horizontal line obtained from a group of y coordinates 0, 2, 4, 6,..., And based on the images F1 to F5, the y coordinate is 1,3. , 5, 7,..., One horizontal line obtained from a group of y coordinates 0, 2, 4, 6,... Based on the images F2 to F6,. By arranging them in the vertical direction in order, the three-dimensional shape of the measurement object 2 is obtained.
図7は、形状計測部45による三次元形状の計測方法を模式的に示す図である。ΔHが2のとき、ある1つの画像Fの各ピクセルに設けられた注目点は、y座標が0,2,4,…の位置に設定された注目点Pgと、y座標が1,3,5,…の位置に設定された注目点Phとに分けられる。中心位置演算部44が、画像Fを先頭とする5個(n個)の画像について、ある縦ラインL1に含まれる複数の注目点Pgに基づいて演算した1つの中心位置Cは、表面形状52のある1点53に対応している。全ての縦ラインL1,L2,L3,…について同様に注目点Pgに基づいて演算された中心位置Cの集合は、表面形状52のある1つの水平ライン54に対応している。また、全ての縦ラインL1,L2,L3,…について同様に注目点Phに基づいて演算された中心位置Cの集合は、表面形状52の水平ライン54と隣接する1つの水平ライン55に対応している。 FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a three-dimensional shape measurement method by the shape measurement unit 45. When ΔH is 2, the attention point provided in each pixel of a certain image F is the attention point Pg with the y coordinate set at the position of 0, 2, 4,. The points of interest Ph are set at positions 5,. One center position C calculated by the center position calculation unit 44 based on a plurality of points of interest Pg included in a certain vertical line L1 for five (n) images starting from the image F is a surface shape 52. This corresponds to a certain point 53. A set of center positions C calculated on the basis of the attention point Pg for all the vertical lines L1, L2, L3,... Corresponds to one horizontal line 54 having the surface shape 52. Similarly, the set of center positions C calculated for all the vertical lines L1, L2, L3,... Based on the attention point Ph corresponds to one horizontal line 55 adjacent to the horizontal line 54 of the surface shape 52. ing.
最終的に、形状計測部45は、(ΔH×k)本の水平ラインを縦方向に並べ、被計測物2の三次元形状として出力する。撮像部30から入力される画像の数が十分に多ければ、kは概ねその入力画像の数に等しくなる。例えば10000個の画像が入力された場合、kは9996になり、ほぼ10000に等しい。従って、形状計測部45は、概ね(入力画像の数×ΔH)だけの水平ラインから成る表面形状52を生成するということができる。 Finally, the shape measuring unit 45 arranges (ΔH × k) horizontal lines in the vertical direction and outputs the three-dimensional shape of the measurement object 2. If the number of images input from the imaging unit 30 is sufficiently large, k is approximately equal to the number of input images. For example, if 10,000 images are input, k becomes 9996, which is almost equal to 10,000. Therefore, it can be said that the shape measuring unit 45 generates the surface shape 52 composed of horizontal lines approximately (number of input images × ΔH).
図8は、制御部40が実行する三次元計測処理のフローチャートである。三次元計測処理は、撮像画像に基づき、被計測物2の表面形状を計測する処理である。三次元計測処理は、制御部40が実行する制御プログラムに含まれる処理である。 FIG. 8 is a flowchart of the three-dimensional measurement process executed by the control unit 40. The three-dimensional measurement process is a process for measuring the surface shape of the measurement object 2 based on the captured image. The three-dimensional measurement process is a process included in a control program executed by the control unit 40.
まずステップS5で、計測信号作成部41は、撮像部30から入力された1つの画像を不図示のメモリに記憶する。ステップS10で、計測信号作成部41は、左記のメモリに5つ(n個)の画像が記憶されたか否かを判定する。5つ(n個)に満たない画像しかメモリに記憶されていない場合、計測信号作成部41は、ステップS5に処理を進める。他方、ステップS10において、メモリに5つ(n個)の画像が記憶されている場合、計測信号作成部41は処理をステップS20に進める。 First, in step S5, the measurement signal generation unit 41 stores one image input from the imaging unit 30 in a memory (not shown). In step S10, the measurement signal creation unit 41 determines whether five (n) images are stored in the left memory. If only five (n) images are stored in the memory, the measurement signal creation unit 41 proceeds with the process to step S5. On the other hand, if five (n) images are stored in the memory in step S10, the measurement signal creation unit 41 advances the process to step S20.
ステップS20では、計測信号作成部41が、不図示のメモリに記憶された5つの画像のうち、最先の画像(1つ目の画像)を用いて、m個の注目点を設定する。ステップS30で計測信号作成部41は、1つの注目点ごとに、不図示のメモリに記憶された5つの画像の各々から輝度値を抽出して画像の撮像時刻順に配列することにより、1つの計測信号を作成する。つまり計測信号作成部41は、m個の注目点の各々に対応するm個の計測信号を作成する。 In step S20, the measurement signal creation unit 41 sets m attention points using the earliest image (first image) among five images stored in a memory (not shown). In step S30, the measurement signal generation unit 41 extracts one luminance value from each of five images stored in a memory (not shown) for each target point, and arranges them in the order of image capturing times. Create a signal. That is, the measurement signal creation unit 41 creates m measurement signals corresponding to each of the m attention points.
ステップS40では、相関演算部42が、m個の計測信号の各々について、その計測信号とスリット光50の輝度分布モデル46との相関演算を行う。これにより、m個の相関値が演算される。ステップS45では、範囲特定部43が、画像の縦ラインの各々に対してそれぞれ2個(ΔH個)の注目点を、スリット光50の照射範囲として特定する。ステップS50では、中心位置演算部44が、特定された注目点の各々について、その計測信号からスリット光50の中心位置を演算する。ステップS60では、中心位置演算部44が、不図示のメモリに記憶されている5つ(n個)の画像のうち、最先の画像(最も古い画像)を削除する。ステップS70では、形状計測部45が、全ての画像の組み合わせについて演算が完了したか否かを判定する。搬送部10により被計測物2が所定の演算完了位置まで搬送されていない場合、形状計測部45は処理をステップS5に進める。他方、搬送部10により被計測物2が所定の演算完了位置まで搬送されていた場合、形状計測部45は処理をステップS80に進める。ステップS80では、形状計測部45が、図7で説明したように、被計測物2の三次元形状を求める。 In step S <b> 40, the correlation calculation unit 42 performs a correlation calculation between the measurement signal and the luminance distribution model 46 of the slit light 50 for each of the m measurement signals. Thereby, m correlation values are calculated. In step S <b> 45, the range specifying unit 43 specifies two (ΔH) points of interest as the irradiation range of the slit light 50 for each of the vertical lines of the image. In step S50, the center position calculation unit 44 calculates the center position of the slit light 50 from the measurement signal for each identified point of interest. In step S60, the center position calculation unit 44 deletes the earliest image (the oldest image) out of five (n) images stored in a memory (not shown). In step S <b> 70, the shape measuring unit 45 determines whether or not the calculation has been completed for all image combinations. If the object to be measured 2 is not conveyed to the predetermined calculation completion position by the conveyance unit 10, the shape measurement unit 45 advances the process to step S5. On the other hand, when the object to be measured 2 has been transported to the predetermined calculation completion position by the transport unit 10, the shape measuring unit 45 advances the process to step S80. In step S80, the shape measuring unit 45 obtains the three-dimensional shape of the measurement object 2 as described with reference to FIG.
上述した第1の実施の形態による三次元計測装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)光源部20(照射手段)は、被計測物2に対して、所定の照射方向からスリット光50を照射する。撮像部30は、光源部20によりスリット光50が照射された被計測物2を、照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し画像(撮像信号)を出力する。計測信号作成部41は、撮像部30が出力した画像に基づいて注目点ごとの計測信号を作成する。相関演算部42は、各計測信号と所定のスリット光50の輝度分布モデル46との間で相関演算を行う。範囲特定部43(特定手段)は、相関演算部42による相関演算の結果に基づいて、計測信号におけるスリット光50の照射範囲を特定する。このようにしたので、ノイズや外乱光の影響が少ない計測装置を提供することができる。
According to the three-dimensional measuring apparatus according to the first embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The light source unit 20 (irradiation unit) irradiates the measurement object 2 with the slit light 50 from a predetermined irradiation direction. The imaging unit 30 captures the object to be measured 2 irradiated with the slit light 50 from the light source unit 20 from a predetermined imaging direction different from the irradiation direction, and outputs an image (imaging signal). The measurement signal creation unit 41 creates a measurement signal for each target point based on the image output by the imaging unit 30. The correlation calculation unit 42 performs a correlation calculation between each measurement signal and the luminance distribution model 46 of the predetermined slit light 50. The range specifying unit 43 (specifying means) specifies the irradiation range of the slit light 50 in the measurement signal based on the result of the correlation calculation by the correlation calculation unit 42. Since it did in this way, the measuring device with little influence of noise and disturbance light can be provided.
(2)範囲特定部43は、相関演算部42による相関演算の結果、相関値が最大となる計測信号の範囲を、スリット光50の照射範囲として特定する。このようにしたので、ノイズ等により輝度値が大きくなっている部分と、スリット光50が投影されたことにより輝度値が大きくなっている部分とを精度よく弁別することができる。 (2) The range specifying unit 43 specifies the range of the measurement signal having the maximum correlation value as the irradiation range of the slit light 50 as a result of the correlation calculation by the correlation calculation unit 42. Since it did in this way, the part where the luminance value is large by noise etc. and the part where the luminance value is large by projecting the slit light 50 can be discriminated accurately.
(3)中心位置演算部44は、計測信号から範囲特定部43により特定されたスリット光50の照射範囲内の信号を抽出し、抽出した信号と所定の直交基底との射影を演算することにより、計測信号におけるスリット光50の中心位置を演算する。このようにしたので、光量が飽和した場合であっても、スリット光50の中心位置を正確に求めることができる。また、近似曲線を用いる方法では、計測信号は少なくとも3つの輝度値を含んでいる必要があるが、上述のようにしたので、計測信号は少なくとも1つの輝度値を含んでいればよい。つまり、nを3より小さくすることができる。 (3) The center position calculation unit 44 extracts a signal within the irradiation range of the slit light 50 specified by the range specifying unit 43 from the measurement signal, and calculates a projection between the extracted signal and a predetermined orthogonal base. The center position of the slit light 50 in the measurement signal is calculated. Since it did in this way, even if it is a case where the light quantity is saturated, the center position of the slit light 50 can be calculated | required correctly. In the method using an approximate curve, the measurement signal needs to include at least three luminance values. However, since the measurement signal is as described above, the measurement signal only needs to include at least one luminance value. That is, n can be made smaller than 3.
(4)搬送部10(位置関係設定手段)は、被計測物2と光源部20および撮像部30との相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能に構成される。撮像部30は、複数通りの位置関係の各々が設定された状態で被計測物2を撮像する。このようにしたので、被計測物2の表面形状を精度よく計測することができる。 (4) The transport unit 10 (positional relationship setting unit) is configured to be able to set the relative positional relationship between the measurement object 2, the light source unit 20, and the imaging unit 30 to a plurality of different positional relationships. The imaging unit 30 images the measurement object 2 in a state where each of a plurality of positional relationships is set. Since it did in this way, the surface shape of the to-be-measured object 2 can be measured accurately.
(5)計測信号作成部41は、複数通りの位置関係の各々に対応する複数の画像の各々から、被計測物2に設定された注目点の輝度を表す信号を抽出することにより計測信号を生成する。このようにしたので、ノイズ等により輝度値が大きくなっている部分と、スリット光50が投影されたことにより輝度値が大きくなっている部分とを精度よく弁別することができる。 (5) The measurement signal creation unit 41 extracts a measurement signal by extracting a signal representing the luminance of the target point set in the measurement object 2 from each of a plurality of images corresponding to each of a plurality of positional relationships. Generate. Since it did in this way, the part where the luminance value is large by noise etc. and the part where the luminance value is large by projecting the slit light 50 can be discriminated accurately.
(6)計測信号作成部41は、各々が複数のグループのいずれかに属する複数の注目点をスリット光50の短手方向に設定して、それら複数の注目点の各々に対応する複数の計測信号を作成する。中心位置演算部44は、それら複数のグループの各々について、当該グループに属するいずれかの注目点に対応する計測信号におけるスリット光の中心位置を演算する。このようにしたので、画像1フレームにつき2水平ライン分(ΔH水平ライン分)の表面形状データを演算することができ、搬送方向Oに対する表面形状の分解能を高めることができる。あるいは、搬送方向Oに対する表面形状の分解能を下げることなく、被計測物2の搬送速度を高めることができる。 (6) The measurement signal creation unit 41 sets a plurality of attention points each belonging to any of a plurality of groups in the short direction of the slit light 50, and performs a plurality of measurements corresponding to each of the plurality of attention points. Create a signal. The center position calculation unit 44 calculates, for each of the plurality of groups, the center position of the slit light in the measurement signal corresponding to one of the attention points belonging to the group. Since this is done, surface shape data for two horizontal lines (ΔH horizontal lines) per image frame can be calculated, and the resolution of the surface shape in the transport direction O can be increased. Alternatively, the conveyance speed of the object to be measured 2 can be increased without reducing the resolution of the surface shape with respect to the conveyance direction O.
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態に係る三次元計測装置について説明する。なお、以下の説明では、第1の実施の形態に係る三次元計測装置1との相違点を中心に説明を行い、第1の実施の形態と同一の箇所については第1の実施の形態と同一の符号を付し説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a three-dimensional measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. In the following description, differences from the three-dimensional measurement apparatus 1 according to the first embodiment will be mainly described, and the same parts as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment. The same reference numerals are given and description thereof is omitted.
第1の実施の形態に係る三次元計測装置1は、被計測物2に複数の注目点を設定して、注目点ごとに5つ(n個)の画像間の輝度変化(輝度分布)を抽出して計測信号を作成し、その注目点にスリット光50が照射される時刻(その注目点の位置とスリット光50の中心位置とが一致する時刻)を特定することにより、被計測物2の三次元形状を計測していた。これに対して、本実施形態の三次元計測装置は、1つの画像ごとに、その画像においてスリット光50が照射されている範囲を特定することにより、被計測物2の三次元形状を計測する。 The three-dimensional measurement apparatus 1 according to the first embodiment sets a plurality of attention points on the object 2 to be measured, and changes luminance (brightness distribution) between five (n) images for each attention point. A measurement signal is extracted and extracted, and the time when the slit light 50 is irradiated to the target point (the time when the position of the target point coincides with the center position of the slit light 50) is specified. The three-dimensional shape of was measured. On the other hand, the three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment measures the three-dimensional shape of the object to be measured 2 by specifying the range in which the slit light 50 is irradiated in each image. .
換言すると、第1の実施の形態に係る三次元計測装置1は、注目点ごとに、複数の画像から当該注目点とスリット光50の中心位置とが一致するタイミングを調べることで、被計測物2の三次元形状を計測していた。これに対して、本実施形態の三次元計測装置は、1つの画像から、スリット光50の中心位置と一致する被計測物2の位置を調べることで、被計測物2の三次元形状を計測する。 In other words, the three-dimensional measurement apparatus 1 according to the first embodiment examines the object to be measured by examining the timing at which the target point matches the center position of the slit light 50 from a plurality of images for each target point. Two three-dimensional shapes were measured. On the other hand, the three-dimensional measuring apparatus of the present embodiment measures the three-dimensional shape of the measurement object 2 by examining the position of the measurement object 2 that matches the center position of the slit light 50 from one image. To do.
以下、図2を用いて、本実施形態の三次元計測装置について説明する。撮像部30からは、第1の実施の形態と同様に、被計測物2を撮像した複数の画像が計測信号作成部41に入力される。本実施形態の計測信号作成部41は、入力された1つの画像ごとに、当該画像の縦方向(搬送方向Oと平行な方向)に沿って輝度値を抽出することにより計測信号を作成する。相関演算部42は、作成された計測信号とスリット光50の輝度分布モデル46との相関演算を行う。範囲特定部43は、演算された相関値に基づいて、計測信号におけるスリット光50の照射範囲を特定する。中心位置演算部44は、特定された照射範囲に基づいて、当該画像の縦方向におけるスリット光50の中心位置を演算する。形状計測部45は、画像ごとのスリット光50の中心位置に基づき、周知の三角測量法を用いて被計測物2の三次元形状を求める。 Hereinafter, the three-dimensional measuring apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. Similar to the first embodiment, a plurality of images obtained by imaging the measurement object 2 are input from the imaging unit 30 to the measurement signal creating unit 41. The measurement signal creation unit 41 of the present embodiment creates a measurement signal for each input image by extracting a luminance value along the vertical direction of the image (a direction parallel to the transport direction O). The correlation calculation unit 42 performs a correlation calculation between the created measurement signal and the luminance distribution model 46 of the slit light 50. The range specifying unit 43 specifies the irradiation range of the slit light 50 in the measurement signal based on the calculated correlation value. The center position calculation unit 44 calculates the center position of the slit light 50 in the vertical direction of the image based on the specified irradiation range. The shape measuring unit 45 obtains the three-dimensional shape of the measurement object 2 using a known triangulation method based on the center position of the slit light 50 for each image.
図9は、撮像部30により撮像された画像の例を示す模式図である。図9には、図3に示したものと同様の画像F1および被計測物2のある一部を拡大した画像FP1を示している。 FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of an image captured by the imaging unit 30. FIG. 9 shows an image F1 similar to that shown in FIG. 3 and an image FP1 in which a part of the measurement object 2 is enlarged.
計測信号作成部41は、まず画像F1を構成する全ピクセルのうち、ある縦ラインLに含まれるピクセルに注目する。計測信号作成部41は、それらの全ピクセルの位置に注目点P1,P2,P3,P4,…を設定し、縦ラインLを構成する各注目点P1,P2,P3,P4,…の輝度値を抽出して計測信号A’(x)を作成する。つまり本実施形態における計測信号とは、縦ラインLを構成する各ピクセルの輝度値を抽出した信号である。相関演算部42は、計測信号に対して、次式(4)を用いて、スリット光50の輝度分布モデル46との相関演算を行う。 First, the measurement signal creation unit 41 pays attention to pixels included in a certain vertical line L among all the pixels constituting the image F1. The measurement signal creation unit 41 sets the attention points P1, P2, P3, P4,... At the positions of all the pixels, and the luminance values of the attention points P1, P2, P3, P4,. To generate a measurement signal A ′ (x). That is, the measurement signal in the present embodiment is a signal obtained by extracting the luminance value of each pixel constituting the vertical line L. The correlation calculation unit 42 performs a correlation calculation on the measurement signal with the luminance distribution model 46 of the slit light 50 using the following equation (4).
相関演算部42は、縦ラインL以外の全縦ラインについても、同様にして相関値E’(d)を演算する。 The correlation calculation unit 42 similarly calculates the correlation value E ′ (d) for all vertical lines other than the vertical line L.
範囲特定部43は、相関演算部42が演算した縦ラインごとの相関値E’(d)から、各縦ライン全域のうちスリット光50が照射された位置(範囲)を特定する。中心位置演算部44は、これにより特定されたスリット光50の照射位置(照射範囲)について、次式(5)を用いてその輝度値と直交基底との射影を演算することにより、スリット光50の中心位置すなわち輝度値のピーク位置を正確に演算する。 The range specifying unit 43 specifies the position (range) irradiated with the slit light 50 in the entire area of each vertical line from the correlation value E ′ (d) for each vertical line calculated by the correlation calculating unit 42. The center position calculation unit 44 calculates the projection of the luminance value and the orthogonal base by using the following equation (5) for the irradiation position (irradiation range) of the slit light 50 specified thereby, so that the slit light 50 Is accurately calculated, that is, the peak position of the luminance value.
上式(5)において、A’’(x)は、計測信号A’(x)の全体のうち、スリット光50が照射された範囲を抽出した信号である。例えば、計測信号A’(0)〜A’(N)のうち、スリット光50が照射された範囲がA’(10)〜A’(14)であった場合、A’’(0)=A’(10),A’’(1)=A’(11),…となる。 In the above equation (5), A ″ (x) is a signal obtained by extracting a range irradiated with the slit light 50 from the entire measurement signal A ′ (x). For example, in the measurement signals A ′ (0) to A ′ (N), when the range irradiated with the slit light 50 is A ′ (10) to A ′ (14), A ″ (0) = A ′ (10), A ″ (1) = A ′ (11),...
最後に、中心位置演算部44は、式(5)により演算された位相φ’を、上式(3)に適用することにより、画像F1の撮影時点の縦ラインLにおけるスリット光50の中心位置Cを演算する。中心位置演算部44は、全ての縦ラインについて同様の演算を行い、各縦ラインにおけるスリット光50の中心位置Cを演算する。 Finally, the center position calculation unit 44 applies the phase φ ′ calculated by the equation (5) to the above equation (3), so that the center position of the slit light 50 in the vertical line L at the time of photographing the image F1. C is calculated. The center position calculation unit 44 performs the same calculation for all the vertical lines, and calculates the center position C of the slit light 50 in each vertical line.
計測信号作成部41、相関演算部42、範囲特定部43および中心位置演算部44は、画像F2〜F5の各々についても同様の処理を行う。これにより、画像F1〜F5の各々を構成する全ての縦ラインについて、スリット光50の中心位置Cが演算される。換言すると、時刻t1〜t5の各々の時点における光切断線51の位置が演算される。各々の時刻に演算された光切断線51の位置は、それぞれ、被計測物2の表面の一部の位置に対応している。形状計測部45は、画像ごとに演算された光切断線51の位置から、被計測物2の三次元形状を求める。このような三次元形状の計測方法は周知であるため、詳しい説明は省略する。 The measurement signal creation unit 41, the correlation calculation unit 42, the range specifying unit 43, and the center position calculation unit 44 perform the same processing for each of the images F2 to F5. Thereby, the center position C of the slit light 50 is calculated about all the vertical lines which comprise each of the images F1-F5. In other words, the position of the light cutting line 51 at each time point in time t1 to t5 is calculated. The position of the light cutting line 51 calculated at each time corresponds to the position of a part of the surface of the object 2 to be measured. The shape measuring unit 45 obtains the three-dimensional shape of the measurement object 2 from the position of the light cutting line 51 calculated for each image. Since such a three-dimensional shape measurement method is well known, detailed description thereof will be omitted.
上述した第2の実施の形態による三次元計測装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)計測信号作成部41は、複数通りの位置関係の各々に対応する複数の画像F1〜F5の各々について、当該画像からスリット光50の短手方向に沿って輝度値を抽出することにより、複数の画像F1〜F5の各々に対応する複数の計測信号を生成する。このようにしたので、第1の実施の形態に係る三次元計測装置1とは異なり、搬送部10の搬送速度と撮像部30の撮像タイミングとを同期させる必要がなくなる(第1の実施の形態では、画像1フレームごとに被計測物2がΔHピクセルだけ移動するように搬送部10と撮像部30とを同期させる必要がある)。ただし、本実施形態の三次元計測装置は、画像1フレームごとに1ライン分の光切断線51の位置しか得ることができないため、搬送方向Oの分解能については、第1の実施の形態の三次元計測装置に比べて劣る。
According to the three-dimensional measuring apparatus according to the second embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The measurement signal creation unit 41 extracts, for each of a plurality of images F1 to F5 corresponding to each of a plurality of positional relationships, a luminance value along the short direction of the slit light 50 from the image. A plurality of measurement signals corresponding to each of the plurality of images F1 to F5 are generated. Since it did in this way, unlike the three-dimensional measuring device 1 which concerns on 1st Embodiment, it becomes unnecessary to synchronize the conveyance speed of the conveyance part 10 and the imaging timing of the imaging part 30 (1st Embodiment). Then, it is necessary to synchronize the transport unit 10 and the imaging unit 30 so that the DUT 2 moves by ΔH pixels for each frame of the image). However, since the three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment can obtain only the position of the optical cutting line 51 for one line for each frame of the image, the resolution in the transport direction O is the third order of the first embodiment. It is inferior to the original measuring device.
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(変形例1)
撮像部30が、テレセントリックでない撮像光学系を有していてもよい。この場合、撮像部30により撮像される画像には、撮像部30からの距離に応じた歪みが生じる。そこで、例えば一定間隔で縦横に罫線が描画されたテストチャートを撮像部30により撮像しておき、その撮像結果から歪みに関する特性を測定しておく。そして、撮像部30が出力する画像の歪みをこの測定結果に基づき補正してから計測信号作成部41に入力することで、上述の実施形態と同様に被計測物2の三次元形状を求めることができる。
(Modification 1)
The imaging unit 30 may have an imaging optical system that is not telecentric. In this case, distortion corresponding to the distance from the imaging unit 30 occurs in the image captured by the imaging unit 30. Therefore, for example, a test chart in which ruled lines are drawn vertically and horizontally at regular intervals is imaged by the imaging unit 30, and characteristics relating to distortion are measured from the imaging result. Then, the distortion of the image output by the imaging unit 30 is corrected based on the measurement result and then input to the measurement signal generation unit 41, thereby obtaining the three-dimensional shape of the measurement object 2 as in the above-described embodiment. Can do.
(変形例2)
スリット光50の中心位置を求める方法は、上述した直交基底との射影を用いる方法(式(2),(5)を用いる方法)と異なっていてもよい。例えば、輝度値の近似式を作成して輝度値のピークを算出したり、輝度値の重心を輝度値のピークとしたりしてもよい。ただしそのような方法を用いると、輝度が飽和している箇所が存在する場合に、上述した直交基底との射影を用いる方法に比べて精度が落ちてしまう可能性がある。
(Modification 2)
The method for obtaining the center position of the slit light 50 may be different from the method using the projection with the orthogonal base described above (method using the formulas (2) and (5)). For example, an approximate expression of the brightness value may be created to calculate the peak of the brightness value, or the center of the brightness value may be used as the peak of the brightness value. However, when such a method is used, there is a possibility that the accuracy may be lowered when there is a portion where the luminance is saturated as compared with the method using the projection with the orthogonal base described above.
(変形例3)
光源部20、撮像部30、搬送部10の位置関係は上述した実施形態と異なっていてもよい。例えばスリット光50を斜めから照射し、撮像部30が被計測物2を真上から撮影するようにしてもよい。つまり、撮像部30と光源部20とを逆に配置してもよい。また、搬送部10が被計測物2ではなく、光源部20および撮像部30を搬送してもよい。つまり、搬送部10は被計測物2と光源部20および撮像部30との相対的な位置関係を変化させればよく、その方法として被計測物2を動かしても光源部20および撮像部30を動かしてもよい。
(Modification 3)
The positional relationship among the light source unit 20, the imaging unit 30, and the transport unit 10 may be different from that of the above-described embodiment. For example, the slit light 50 may be irradiated obliquely, and the imaging unit 30 may photograph the measurement object 2 from directly above. That is, you may arrange | position the imaging part 30 and the light source part 20 reversely. Further, the transport unit 10 may transport the light source unit 20 and the imaging unit 30 instead of the measurement object 2. That is, the transport unit 10 may change the relative positional relationship between the measurement object 2, the light source unit 20, and the imaging unit 30. As a method, the light source unit 20 and the imaging unit 30 may be moved even if the measurement object 2 is moved. You may move.
(変形例4)
第1の実施の形態において、画像間の被計測物2の送り幅ΔHを2ピクセルとしていた。しかしながら、スリット光50の短手方向に対する広がりDが十分大きければ、送り幅ΔHを2より大きくしてもよい。このようにすることで、搬送方向Oに沿った方向の分解能を更に高めることが可能になる。
(Modification 4)
In the first embodiment, the feed width ΔH of the measurement object 2 between images is set to 2 pixels. However, the feed width ΔH may be larger than 2 if the spread D in the short direction of the slit light 50 is sufficiently large. In this way, the resolution in the direction along the transport direction O can be further increased.
(変形例5)
被計測物2の表面形状を計測する際、同時に被計測物2の表面のテクスチャ情報を取得するように、第1の実施の形態に係る三次元計測装置1を構成してもよい。具体的には、範囲特定部43により特定されたスリット光50の照射範囲に含まれる各ピクセルの輝度値を、同一ピクセルについて順次積算する。このようにして得られたデータは、被計測物2の表面のテクスチャ情報として扱うことができる。このようにすることで、単に三次元形状を計測するだけでなく、その表面のテクスチャ情報を同時に取得することができる、より使い勝手のよい計測装置を提供することができる。
(Modification 5)
The three-dimensional measurement apparatus 1 according to the first embodiment may be configured so that when measuring the surface shape of the measurement object 2, the texture information of the surface of the measurement object 2 is acquired at the same time. Specifically, the luminance values of the respective pixels included in the irradiation range of the slit light 50 specified by the range specifying unit 43 are sequentially integrated for the same pixel. The data obtained in this way can be handled as texture information on the surface of the measurement object 2. By doing so, it is possible to provide a more convenient measuring device that can not only simply measure the three-dimensional shape but also simultaneously acquire the texture information of the surface.
(変形例6)
上述した第1の実施の形態では、連続する5つの画像を1つの単位として相関演算等を行っていた。この5つという数は一例であり、これより少ない画像、または多くの画像を対象として相関演算等を行うこともできる。
(Modification 6)
In the above-described first embodiment, correlation calculation or the like is performed using five consecutive images as one unit. The number of 5 is an example, and correlation calculation or the like can be performed on a smaller number of images or a larger number of images.
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .
1…三次元計測装置、2…被計測物、10…搬送部、20…光源部、30…撮像部、40…制御部、41…計測信号作成部、42…相関演算部、43…範囲特定部、44…中心位置演算部、45…形状計測部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional measuring apparatus, 2 ... To-be-measured object, 10 ... Conveyance part, 20 ... Light source part, 30 ... Imaging part, 40 ... Control part, 41 ... Measurement signal creation part, 42 ... Correlation calculation part, 43 ... Range specification Part 44... Center position calculation part 45 45 shape measuring part
Claims (7)
前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、
前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、
前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、
前記被計測物と、前記照射手段および前記撮像手段と、の相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能な位置関係設定手段とを備え、
前記撮像手段は、前記複数通りの位置関係の各々が設定された状態で前記被計測物を撮像し、
前記計測信号作成手段は、前記複数通りの位置関係の各々に対応する複数の前記撮像信号の各々から、前記被計測物に設定された注目点の輝度を表す信号を抽出することにより、前記計測信号を生成することを特徴とする計測装置。 Irradiation means for irradiating the measurement object with slit light from a predetermined irradiation direction;
Imaging means for imaging the measurement object irradiated with the slit light from the irradiation means from a predetermined imaging direction different from the irradiation direction, and outputting an imaging signal;
Measurement signal creating means for creating a measurement signal based on the imaging signal;
Correlation calculation means for performing a correlation calculation between the measurement signal and a predetermined luminance distribution model of the slit light;
Based on the result of the correlation calculation by the correlation calculation means, a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal;
A positional relationship setting unit capable of setting a relative positional relationship between the object to be measured, the irradiation unit, and the imaging unit to a plurality of different positional relationships ;
The imaging means images the object to be measured in a state where each of the plurality of positional relationships is set,
The measurement signal creating means extracts the signal representing the luminance of the point of interest set in the measurement object from each of the plurality of imaging signals corresponding to each of the plurality of positional relationships. measuring device characterized that you generate a signal.
前記特定手段により特定された前記スリット光の照射範囲内に対応する前記計測信号と所定の直交基底との射影を演算することにより、前記計測信号における前記スリット光の中心位置を演算する中心位置演算手段を更に備え、
前記計測信号作成手段は、各々が複数のグループのいずれかに属する複数の前記注目点を前記スリット光の短手方向に沿って設定して、前記複数の注目点の各々に対応する複数の前記計測信号を作成し、
前記中心位置演算手段は、前記複数のグループの各々について、当該グループに属するいずれかの前記注目点に対応する前記計測信号における前記スリット光の中心位置を演算することを特徴とする計測装置。 The measuring device according to claim 1 ,
Center position calculation for calculating the center position of the slit light in the measurement signal by calculating the projection of the measurement signal corresponding to the irradiation range of the slit light specified by the specifying means and a predetermined orthogonal base Further comprising means,
The measurement signal creating unit sets a plurality of the attention points each belonging to any of a plurality of groups along a short direction of the slit light, and a plurality of the plurality of attention points corresponding to each of the plurality of attention points. Create a measurement signal
The center position calculating means calculates a center position of the slit light in the measurement signal corresponding to any one of the attention points belonging to the group for each of the plurality of groups.
前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、
前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、
前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、
前記被計測物と、前記照射手段および前記撮像手段と、の相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能な位置関係設定手段とを備え、
前記撮像手段は、前記複数通りの位置関係の各々が設定された状態で前記被計測物を撮像し、
前記計測信号作成手段は、前記複数通りの位置関係の各々に対応する複数の前記撮像信号の各々について、当該撮像信号から前記スリット光の短手方向に沿って輝度を表す信号を抽出し、抽出された複数の前記輝度を表す信号の各々から、前記短手方向に沿って設定された複数の注目点の輝度を表す信号を、複数の前記計測信号として抽出することを特徴とする計測装置。 Irradiation means for irradiating the measurement object with slit light from a predetermined irradiation direction;
Imaging means for imaging the measurement object irradiated with the slit light from the irradiation means from a predetermined imaging direction different from the irradiation direction, and outputting an imaging signal;
Measurement signal creating means for creating a measurement signal based on the imaging signal;
Correlation calculation means for performing a correlation calculation between the measurement signal and a predetermined luminance distribution model of the slit light;
Based on the result of the correlation calculation by the correlation calculation means, a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal;
A positional relationship setting unit capable of setting a relative positional relationship between the object to be measured, the irradiation unit, and the imaging unit to a plurality of different positional relationships ;
The imaging means images the object to be measured in a state where each of the plurality of positional relationships is set,
The measurement signal creation means extracts a signal representing luminance along the short direction of the slit light from the imaging signal for each of the plurality of imaging signals corresponding to each of the plurality of positional relationships, and extracts the signals from each of the signals representing the plurality of said luminance that is, the signal representing the luminance of a plurality of target points set along the short side direction, measuring device characterized that you extracted as a plurality of the measurement signal .
前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、
前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、
前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、
前記被計測物と、前記照射手段および前記撮像手段と、の相対的な位置関係を、互いに異なる複数通りの位置関係に設定可能な位置関係設定手段とを備え、
前記撮像手段は、前記複数通りの位置関係の各々が設定された状態で前記被計測物を撮像し、
前記計測信号作成手段は、前記複数通りの位置関係の各々に対応する複数の前記撮像信号から選択された一群の前記撮像信号に基づき複数の前記計測信号を生成する処理を、互いに異なる組み合わせの前記一群の撮像信号について繰り返し実行することを特徴とする計測装置。 Irradiation means for irradiating the measurement object with slit light from a predetermined irradiation direction;
Imaging means for imaging the measurement object irradiated with the slit light from the irradiation means from a predetermined imaging direction different from the irradiation direction, and outputting an imaging signal;
Measurement signal creating means for creating a measurement signal based on the imaging signal;
Correlation calculation means for performing a correlation calculation between the measurement signal and a predetermined luminance distribution model of the slit light;
Based on the result of the correlation calculation by the correlation calculation means, a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal;
A positional relationship setting unit capable of setting a relative positional relationship between the object to be measured, the irradiation unit, and the imaging unit to a plurality of different positional relationships ;
The imaging means images the object to be measured in a state where each of the plurality of positional relationships is set,
The measurement signal generation means generates a plurality of measurement signals based on a group of the imaging signals selected from the plurality of imaging signals corresponding to each of the plurality of positional relationships, group of repeating the imaging signal running to the measuring device according to claim Rukoto.
前記特定手段により特定された前記スリット光の照射範囲内に対応する前記計測信号と所定の直交基底との射影を演算することにより、前記計測信号における前記スリット光の中心位置を演算する中心位置演算手段を備える計測装置。 In the measuring device according to claim 1 or 3 ,
Center position calculation for calculating the center position of the slit light in the measurement signal by calculating the projection of the measurement signal corresponding to the irradiation range of the slit light specified by the specifying means and a predetermined orthogonal base A measuring device comprising means.
前記複数の撮像信号の各々について、前記特定手段により特定された前記スリット光の照射範囲の信号を積算することにより、前記被計測物の表面のテクスチャ情報を生成するテクスチャ生成手段を備える計測装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 5 ,
A measurement apparatus comprising texture generation means for generating texture information on the surface of the object to be measured by integrating signals of the irradiation range of the slit light specified by the specification means for each of the plurality of imaging signals.
前記照射手段により前記スリット光が照射された前記被計測物を、前記照射方向とは異なる所定の撮像方向から撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像信号に基づいて計測信号を作成する計測信号作成手段と、
前記計測信号と所定の前記スリット光の輝度分布モデルとの間で相関演算を行う相関演算手段と、
前記相関演算手段による前記相関演算の結果に基づいて、前記計測信号における前記スリット光の照射範囲を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された前記スリット光の照射範囲内に対応する前記計測信号と所定の直交基底との射影を演算することにより、前記計測信号における前記スリット光の中心位置を演算する中心位置演算手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。 Irradiation means for irradiating the measurement object with slit light from a predetermined irradiation direction;
Imaging means for imaging the measurement object irradiated with the slit light from the irradiation means from a predetermined imaging direction different from the irradiation direction, and outputting an imaging signal;
Measurement signal creating means for creating a measurement signal based on the imaging signal;
Correlation calculation means for performing a correlation calculation between the measurement signal and a predetermined luminance distribution model of the slit light;
Based on the result of the correlation calculation by the correlation calculation means, a specifying means for specifying an irradiation range of the slit light in the measurement signal;
Center position calculation for calculating the center position of the slit light in the measurement signal by calculating the projection of the measurement signal corresponding to the irradiation range of the slit light specified by the specifying means and a predetermined orthogonal base Means,
A measuring device comprising:
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