Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP5352997B2 - Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program - Google Patents

Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program Download PDF

Info

Publication number
JP5352997B2
JP5352997B2 JP2007328925A JP2007328925A JP5352997B2 JP 5352997 B2 JP5352997 B2 JP 5352997B2 JP 2007328925 A JP2007328925 A JP 2007328925A JP 2007328925 A JP2007328925 A JP 2007328925A JP 5352997 B2 JP5352997 B2 JP 5352997B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
dimensional shape
shape measuring
measuring apparatus
pattern light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007328925A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009150773A (en
Inventor
秀貴 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2007328925A priority Critical patent/JP5352997B2/en
Publication of JP2009150773A publication Critical patent/JP2009150773A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5352997B2 publication Critical patent/JP5352997B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for determining an abnormal output point of an image, in measurement of a three-dimensional shape by a phase shift method. <P>SOLUTION: The three-dimensional shape measuring device includes a protrusion, an imaging part, an operation part and a determination part. The protrusion irradiates an object to be measured with pattern light whose brightness distribution is changed in a sine wave shape. The imaging part images an image by the pattern light projected to the object to be measured from a direction different from a projection direction of the protrusion. The imaging part acquires an image group comprising a plurality of images having each phase of the pattern light shifted at a fixed interval between each image. The operation part extracts a plurality of image sets comprising a smaller number of images than the image group from the image group, and determines a parameter depending on a light source relative to each image set. The determination part determines whether an abnormal output point is included in some image in the image group, based on a plurality of parameters determined from each image set respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、位相シフト法による三次元形状計測装置とその周辺技術に関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus using a phase shift method and its peripheral technology.

従来から、測定対象物の三次元形状を計測する方法として、特許文献1に示すような位相シフト法が知られている。この位相シフト法では、正弦波状の強度分布を持つ縞パターンを被計測物の表面に複数回投影して正弦波の位相を求め、その情報をもとに三次元形状を復元する。
米国特許第6075605号公報
Conventionally, a phase shift method as shown in Patent Document 1 is known as a method of measuring the three-dimensional shape of a measurement object. In this phase shift method, a fringe pattern having a sinusoidal intensity distribution is projected a plurality of times on the surface of the object to be measured to obtain the phase of the sine wave, and the three-dimensional shape is restored based on the information.
US Pat. No. 6,075,605

ところで、位相シフト法による三次元形状の計測では、位相のパターンを除いて複数の画像をそれぞれ同じ条件で撮影することが前提となる。そのため、例えば、外部の照明環境の変化や三次元形状計測装置の異常などの外乱によって、複数の画像のいずれかに異常が生じると測定の精度が大幅に低減する。一方、位相シフト法で撮影された個々の画像のみから上記の異常の有無を判定することは非常に困難であるので、その改善がなお要請されていた。   By the way, in the measurement of the three-dimensional shape by the phase shift method, it is assumed that a plurality of images are taken under the same conditions except for the phase pattern. Therefore, for example, when an abnormality occurs in any of a plurality of images due to a disturbance such as a change in an external illumination environment or an abnormality in the three-dimensional shape measurement apparatus, the measurement accuracy is greatly reduced. On the other hand, since it is very difficult to determine the presence / absence of the abnormality from only individual images taken by the phase shift method, there has been a demand for improvement thereof.

そこで、本発明の目的は、位相シフト法による三次元形状の計測において、画像の異常出力点を判定する手段を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide means for determining an abnormal output point of an image in measurement of a three-dimensional shape by a phase shift method.

一の形態に係る三次元形状計測装置は、投影部と、撮像部と、演算部と、判定部とを備える。投影部は、輝度分布が正弦波状に変化するパターン光を測定対象物に照射する。撮像部は、投影部の投影方向と異なる方向から測定対象物に投影されたパターン光による像を撮像し、各画像間でパターン光の位相が互いにずれたn枚の画像からなる画像群を取得する。演算部は、n枚の画像から n 3 通りの画像組を抽出し、抽出した画像組毎から光源に依存するパラメータをそれぞれ求める。判定部は、画像組毎から求められた複数の光源に依存するパラメータ同士の整合性に基づいて、画像群のいずれかの画像に異常出力点が含まれるか否かを判定する。nは、4以上の整数である。 A three-dimensional shape measurement apparatus according to one aspect includes a projection unit, an imaging unit, a calculation unit, and a determination unit. The projection unit irradiates the measurement target with pattern light whose luminance distribution changes in a sine wave shape. The imaging unit captures an image of pattern light projected onto the measurement object from a direction different from the projection direction of the projection unit, and acquires an image group including n images in which the phase of the pattern light is shifted from one image to another. To do. The calculation unit extracts n C 3 image sets from the n images, and obtains a parameter depending on the light source from each of the extracted image sets . The determination unit determines whether or not an abnormal output point is included in any of the images in the image group based on the consistency between the parameters depending on the plurality of light sources obtained from each image set . n is an integer of 4 or more.

なお、上記の一の形態の三次元形状計測装置を三次元形状計測方法として表現したものや、上記の三次元形状計測方法をコンピュータに実行させるためプログラムやその記憶媒体も本発明の具体的態様として有効である。   The three-dimensional shape measuring apparatus according to the one aspect described above is expressed as a three-dimensional shape measuring method, and a program and a storage medium for causing a computer to execute the three-dimensional shape measuring method are specific embodiments of the present invention. It is effective as

本発明によれば、複数の画像組から求めたパラメータによって、画像の異常出力点を判定できる。   According to the present invention, an abnormal output point of an image can be determined based on parameters obtained from a plurality of image sets.

図1は、一実施形態である三次元形状計測装置の構成例を示している。   FIG. 1 shows a configuration example of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment.

三次元形状計測装置は、基準面上に測定対象物11が載置されるステージ12と、投影部13と、撮像部14と、CPU15と、記憶部16と、モニタ17と、入力部18とを有している。ここで、投影部13、撮像部14、記憶部16、モニタ17および入力部18はそれぞれCPU15と接続されている。   The three-dimensional shape measurement apparatus includes a stage 12 on which a measurement object 11 is placed on a reference plane, a projection unit 13, an imaging unit 14, a CPU 15, a storage unit 16, a monitor 17, and an input unit 18. have. Here, the projection unit 13, the imaging unit 14, the storage unit 16, the monitor 17, and the input unit 18 are each connected to the CPU 15.

投影部13は、ステージ12の基準面に対して光軸が斜めになるように配置されており、ステージ12の測定対象物11に向けてパターン光を投影する。この投影部13は、光源21と、照明光学系22と、パターン形成部23と、投影光学系24とで構成されている。照明光学系22は、光源21からの照明光を光軸方向に偏光させる。パターン形成部23は、照明光学系22によって光軸方向と平行になった光束にパターンを付与する。このパターン形成部23では、一方向に正弦波状の輝度変化をもつ縞模様(正弦格子)のパターン光を形成する。また、パターン形成部23は、正弦格子の位相を投影部13の光軸と垂直方向にシフトさせることが可能である。なお、パターン形成部23で形成されたパターン光は、投影光学系24を介してステージ12上の測定対象物11に照射されることとなる。   The projection unit 13 is arranged so that the optical axis is inclined with respect to the reference plane of the stage 12, and projects the pattern light toward the measurement object 11 of the stage 12. The projection unit 13 includes a light source 21, an illumination optical system 22, a pattern formation unit 23, and a projection optical system 24. The illumination optical system 22 polarizes the illumination light from the light source 21 in the optical axis direction. The pattern forming unit 23 gives a pattern to the light flux parallel to the optical axis direction by the illumination optical system 22. The pattern forming unit 23 forms a striped (sine lattice) pattern light having a sinusoidal luminance change in one direction. The pattern forming unit 23 can shift the phase of the sine grating in the direction perpendicular to the optical axis of the projection unit 13. The pattern light formed by the pattern forming unit 23 is applied to the measurement object 11 on the stage 12 via the projection optical system 24.

撮像部14は、ステージ12の基準面に対して光軸が垂直となるように配置されており、ステージ12上の測定対象物11に投影されたパターン光による像を撮像する。この撮像部14は、測定対象物11からの反射光を結像する結像光学系25と、測定対象物11の画像を撮像する撮像素子26とを有している。   The imaging unit 14 is arranged so that the optical axis is perpendicular to the reference plane of the stage 12, and captures an image of pattern light projected on the measurement object 11 on the stage 12. The imaging unit 14 includes an imaging optical system 25 that forms an image of reflected light from the measurement object 11 and an imaging element 26 that captures an image of the measurement object 11.

CPU15は、三次元形状計測装置の動作を統括的に制御するプロセッサである。例えば、CPU15は、プログラムに従って投影部13および撮像部14を動作させて、パターン光が重畳した測定対象物11の画像を撮像する。また、CPU15は、複数の画像のデータを用いることで測定対象物11の三次元形状を求める。   The CPU 15 is a processor that comprehensively controls the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus. For example, the CPU 15 operates the projection unit 13 and the imaging unit 14 according to a program to capture an image of the measurement object 11 on which the pattern light is superimposed. Moreover, CPU15 calculates | requires the three-dimensional shape of the measuring object 11 by using the data of a some image.

また、CPU15は、プログラムの実行によって演算部15aおよび判定部15bとして機能する。ここで、演算部15aは、複数の画像の輝度変化に基づいて、撮像部14の撮影範囲に対応する画面の各位置でのパラメータ(パターン光の振幅値、オフセット値、位相)を求める。また、判定部15bは、演算部15aの求めたパラメータに基づいて、上記の画面内に異常出力点が含まれるか否かを判定する。   Moreover, CPU15 functions as the calculating part 15a and the determination part 15b by execution of a program. Here, the calculation unit 15a obtains parameters (amplitude value, offset value, and phase of pattern light) at each position on the screen corresponding to the imaging range of the imaging unit 14 based on the luminance change of the plurality of images. Moreover, the determination part 15b determines whether an abnormal output point is contained in said screen based on the parameter which the calculating part 15a calculated | required.

記憶部16は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体で構成されている。記憶部16には、撮像部14の撮像した画像のデータや、CPU15が演算した後述の点群データを記憶できる。また、記憶部16には、CPU15により実行されるプログラムが記憶されている。   The storage unit 16 is configured by a nonvolatile storage medium such as a flash memory. The storage unit 16 can store data of an image captured by the imaging unit 14 and point cloud data described later calculated by the CPU 15. The storage unit 16 stores a program executed by the CPU 15.

モニタ17には、CPU15の指示に応じて撮像部14の撮像した画像などが表示される。また、入力部18は、計測開始指示を含む各種の入力を受け付ける。   The monitor 17 displays an image captured by the imaging unit 14 in accordance with an instruction from the CPU 15. Further, the input unit 18 receives various inputs including a measurement start instruction.

次に、本実施形態での位相シフト法による三次元形状の測定原理を簡単に説明する。なお、本実施形態では、4バケット法で測定対象物11の形状を求める例を説明する。   Next, the principle of measuring a three-dimensional shape by the phase shift method in this embodiment will be briefly described. In the present embodiment, an example in which the shape of the measurement object 11 is obtained by the 4-bucket method will be described.

本実施形態では、静止した測定対象物11に正弦格子のパターン光を投影し、このパターン光の位相をπ/2ずつ移動させて測定対象物11を4回撮像する。撮像された4フレームにおける座標(x,y)での輝度値(I1,I2,I3,I4)に着目すると、それらの相対的な明度差は必ずパターン光の位相差分の変化を示す。したがって、以下の式(1)によって、座標(x,y)での投影されたパターン光の位相αを求めることができる。 In the present embodiment, pattern light of a sine lattice is projected onto a stationary measurement object 11, and the measurement object 11 is imaged four times by shifting the phase of the pattern light by π / 2. When attention is paid to the luminance values (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) at the coordinates (x, y) in the four captured frames, the relative lightness difference always changes the phase difference of the pattern light. Show. Therefore, the phase α of the projected pattern light at the coordinates (x, y) can be obtained by the following equation (1).

Figure 0005352997
そして、画面内の各位置で位相αをそれぞれ求めた後に、位相αが等しい点を連結して等位相線を得る。この等位相線は、測定対象物11を所定の平面で切断したときの断面形状を表している。そのため、投影部13および撮像部14の位置関係が既知であれば、三角測量の原理によって、この等位相線から測定対象物11の各位置の高さを示す三次元的な距離画像のデータ(点群データ)を得ることができる。
Figure 0005352997
And after calculating | requiring the phase (alpha) in each position in a screen, the point with equal phase (alpha) is connected and an equiphase line is obtained. This equiphase line represents a cross-sectional shape when the measurement object 11 is cut along a predetermined plane. Therefore, if the positional relationship between the projection unit 13 and the imaging unit 14 is known, three-dimensional distance image data indicating the height of each position of the measurement object 11 from this equiphase line (in accordance with the principle of triangulation) ( Point cloud data) can be obtained.

ところで、上記の三次元形状の測定では、例えば、外部の照明環境の変化や三次元形状計測装置の異常などの外乱によって、輝度値(I1,I2,I3,I4)のいずれかに異常があると正しい位相を求めることができない。そのため、本実施形態では、以下の要領で画面内での異常出力点の判定を行う。以下、図2の流れ図を参照しつつ、本実施形態の三次元形状計測装置の動作例を説明する。 By the way, in the measurement of the three-dimensional shape described above, any one of the luminance values (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) is caused by a disturbance such as a change in the external illumination environment or an abnormality of the three-dimensional shape measurement apparatus. If there is an abnormality, the correct phase cannot be obtained. Therefore, in this embodiment, the abnormal output point is determined in the screen in the following manner. Hereinafter, an operation example of the three-dimensional shape measurement apparatus of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS101:CPU15は、入力部18からの計測開始指示に応じて、測定対象物11にパターン光を照射して4フレームの画像群を取得する。このとき、CPU15は、4フレームでパターンの位相が一周期分移動するように、1フレームごとにパターン光の位相をπ/2移動させて測定対象物11を撮像する。   Step S101: In response to a measurement start instruction from the input unit 18, the CPU 15 irradiates the measurement object 11 with pattern light and acquires a 4-frame image group. At this time, the CPU 15 images the measurement object 11 by shifting the phase of the pattern light by π / 2 for each frame so that the phase of the pattern moves by one cycle in four frames.

ステップS102:CPU15は、4フレームの画像群(S101)の輝度値を用いて、上記の式(1)から画面内の各位置での位相αを求める。なお、S102で求めた画面内の各位置での位相αは、CPU15によって記憶部16に記録される。   Step S102: The CPU 15 obtains the phase α at each position in the screen from the above equation (1) using the luminance value of the image group (S101) of four frames. The phase α at each position in the screen obtained in S102 is recorded in the storage unit 16 by the CPU 15.

ステップS103:CPU15は、4フレームの画像群(S101)から3フレームを抽出して4つの異なる画像組を生成する。   Step S103: The CPU 15 extracts three frames from the four-frame image group (S101) and generates four different image sets.

ステップS104:CPU15は、4つの画像組(S103)のそれぞれにおいて、画像組に含まれる3フレームの画像を用いて光源に依存するパラメータ(パターン光の振幅値、パターン光のオフセット値、パターン光の位相)を求める。   Step S104: In each of the four image sets (S103), the CPU 15 uses the three-frame images included in the image set to determine the light source-dependent parameters (pattern light amplitude value, pattern light offset value, pattern light (Phase).

一例として、第1フレーム、第2フレーム、第3フレームを含む画像組について、S104でのCPU15は以下の要領で各パラメータの演算を行う。   As an example, for an image set including a first frame, a second frame, and a third frame, the CPU 15 in S104 calculates each parameter in the following manner.

ここで、第1フレーム、第2フレーム、第3フレームにおける座標(x,y)での輝度値I1,I2,I3は、それぞれ以下の式(2)のように示すことができる。 Here, the luminance values I 1 , I 2 , and I 3 at the coordinates (x, y) in the first frame, the second frame, and the third frame can be expressed as the following Expression (2), respectively.

Figure 0005352997
式(2)において、「a」はパターン光の振幅値を示している。また、「b」はパターン光のオフセット値を示している。また、「φ」はパターン光の位相を示している。
Figure 0005352997
In Equation (2), “a” indicates the amplitude value of the pattern light. “B” indicates an offset value of the pattern light. “Φ” indicates the phase of the pattern light.

そして、上記の式(2)をa,b,φについて解くと、式(3)のように変形できる。   Then, when the above equation (2) is solved for a, b, and φ, it can be transformed as equation (3).

Figure 0005352997
そのため、CPU15は、第1フレームから第3フレームまでの座標(x,y)の輝度値I1,I2,I3を用いて式(3)を解くことで、画面内の座標(x,y)における各パラメータの値(パターン光の振幅値a、パターン光のオフセット値b、パターン光の位相φ)を求める。勿論、CPU15は、同じ画像組における画面内の他の座標についても同様に各パラメータの値を求める。そして、上記の画像組から求めた各位置のパラメータの値は、CPU15によって記憶部16に記録される。
Figure 0005352997
Therefore, the CPU 15 solves the equation (3) using the luminance values I 1 , I 2 , and I 3 of the coordinates (x, y) from the first frame to the third frame, so that the coordinates (x, The value of each parameter (pattern light amplitude value a, pattern light offset value b, pattern light phase φ) in y) is obtained. Of course, the CPU 15 similarly determines the value of each parameter for other coordinates in the screen in the same image set. Then, the value of the parameter at each position obtained from the image set is recorded in the storage unit 16 by the CPU 15.

なお、他の3つの画像組についても、式(2)および式(3)とほぼ同様の演算によって、CPU15は各パラメータの値をそれぞれ求める。   Note that, for the other three image sets, the CPU 15 obtains the values of the respective parameters by the calculation almost similar to the expressions (2) and (3).

ステップS105:CPU15は、画像組ごとに求めた光源に依存するパラメータ(S104)を用いて、画面内の異常出力点を検出する。例えば、S105でのCPU15は、以下の(A)または(B)の処理によって画面内の異常出力点を検出する。なお、S105で検出された画面内の異常出力点の位置は、CPU15によって記憶部16に記録される。   Step S105: The CPU 15 detects an abnormal output point in the screen using a parameter (S104) depending on the light source obtained for each image set. For example, the CPU 15 in S105 detects an abnormal output point in the screen by the following processing (A) or (B). Note that the position of the abnormal output point in the screen detected in S105 is recorded in the storage unit 16 by the CPU 15.

(A)CPU15は、画面内の各位置において、4つの画像組から求めたパラメータ(a,b,φ)を用いて分散値を求める。具体的には、画面内の座標(x,y)に着目すると、各画像組からa,b,φの値はそれぞれ1つずつ求められるので(S104)、座標(x,y)に対応するa,b,φの値は、それぞれ4つ存在することとなる。そのため、CPU15は、画面内の座標(x,y)について、4組のa,b,φの値からa,b,φの各分散値を求めることができる。   (A) The CPU 15 obtains a variance value using parameters (a, b, φ) obtained from four image sets at each position in the screen. Specifically, focusing on the coordinates (x, y) in the screen, the values of a, b, and φ are obtained one by one from each image set (S104), and therefore correspond to the coordinates (x, y). There are four values for a, b, and φ. Therefore, the CPU 15 can obtain the respective variance values of a, b, and φ from the four sets of values of a, b, and φ with respect to the coordinates (x, y) in the screen.

そして、CPU15は、上記のa,b,φのいずれかの分散値が閾値よりも大きい場合、画面内の座標(x,y)を異常出力点として検出する。すなわち、S101で撮像した4フレームのいずれにも異常がない場合には、4組のa,b,φの値はほぼ同じとなる。一方、S101で撮像した4フレームのいずれかに異常がある場合には、4組のa,b,φの値がばらつくため、a,b,φの分散値が閾値を上回ることとなる。   Then, the CPU 15 detects the coordinates (x, y) in the screen as an abnormal output point when the variance value of any of the above a, b, and φ is larger than the threshold value. That is, when there is no abnormality in any of the four frames imaged in S101, the values of the four sets of a, b, and φ are substantially the same. On the other hand, if there is an abnormality in any of the four frames imaged in S101, the four sets of a, b, and φ values vary, and the variance values of a, b, and φ exceed the threshold value.

(B)CPU15は、画面内の各位置において、4つの画像組から求めた位相φの平均値を求める。その後に、CPU15は、画面内の同じ位置における位相φの平均値とS102で求めた位相αとの差を求める。そして、CPU15は、上記の差が閾値よりも大きくなる画面内の位置を異常出力点として検出する。すなわち、S101で撮像した4フレームのいずれにも異常がない場合には、位相αの値と4つの位相φとの値はほぼ同じとなる。一方、S101で撮像した4フレームのいずれかに異常がある場合には、4つのφの値がばらつくため、位相φの平均と位相αとの差が閾値を上回ることとなる。   (B) The CPU 15 obtains the average value of the phase φ obtained from the four image sets at each position in the screen. Thereafter, the CPU 15 obtains a difference between the average value of the phase φ at the same position in the screen and the phase α obtained in S102. And CPU15 detects the position in the screen where said difference becomes larger than a threshold value as an abnormal output point. That is, when there is no abnormality in any of the four frames imaged in S101, the value of the phase α and the value of the four phases φ are almost the same. On the other hand, if there is an abnormality in any of the four frames imaged in S101, the value of the four φs varies, so the difference between the average of the phase φ and the phase α exceeds the threshold value.

ステップS106:CPU15は、S105で異常出力点が検出されたか否かを判定する。上記要件を満たす場合(YES側)にはS107に処理が移行する。一方、上記要件を満たさない場合(NO側)にはS108に処理が移行する。   Step S106: The CPU 15 determines whether or not an abnormal output point is detected in S105. If the above requirement is satisfied (YES side), the process proceeds to S107. On the other hand, if the above requirement is not satisfied (NO side), the process proceeds to S108.

ステップS107:CPU15は、異常出力点の検出に伴う例外処理を実行する。具体的には、CPU15は、以下の(1)から(3)の少なくとも1つの処理を実行する。なお、CPU15は、S107の例外処理への移行に伴って、モニタ17での表示やスピーカー(不図示)の音声によって外部へ警告を行うようにしてもよい。   Step S107: The CPU 15 executes an exception process accompanying detection of an abnormal output point. Specifically, the CPU 15 executes at least one of the following (1) to (3). Note that the CPU 15 may issue a warning to the outside by the display on the monitor 17 or the sound of a speaker (not shown) in accordance with the transition to the exception processing in S107.

(1)CPU15は、異常出力点の位置(S105)を示す判定結果データを生成する。一例として、CPU15は、画面内の異常出力点の座標を示すテキストデータや、画面内の異常出力点の位置分布を示す画像のデータを生成する。CPU15は、上記の判定結果データの記憶部16への記録またはモニタ17への表示を行う。   (1) The CPU 15 generates determination result data indicating the position (S105) of the abnormal output point. As an example, the CPU 15 generates text data indicating the coordinates of abnormal output points in the screen and image data indicating the position distribution of abnormal output points in the screen. The CPU 15 records the determination result data in the storage unit 16 or displays it on the monitor 17.

なお、判定結果データの生成後に、CPU15はS108の処理に移行してもよい(図2ではS108への移行の図示は省略する)。この場合には、CPU15は、最終的な点群データにおいて異常出力点のデータを欠落させるようにしてもよい。   Note that after the determination result data is generated, the CPU 15 may shift to the process of S108 (illustration of the shift to S108 is omitted in FIG. 2). In this case, the CPU 15 may delete the abnormal output point data in the final point cloud data.

(2)CPU15は、異常出力点の計測値をその周囲の計測値を用いて補間する。具体的には、CPU15は、異常出力点の位置(S105)に対応する座標(x,y)の輝度値(I1,I2,I3,I4)を、その周囲の画素の輝度値で補間する。そして、CPU15は、上記の補間後の輝度値を用いて、座標(x,y)の位相αを求める。その後、CPU15はS108の処理に移行する(図2ではS108への移行の図示は省略する)。 (2) The CPU 15 interpolates the measurement value of the abnormal output point using the measurement values around it. Specifically, the CPU 15 uses the luminance values (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) of the coordinates (x, y) corresponding to the position (S105) of the abnormal output point as the luminance values of the surrounding pixels. Interpolate with. And CPU15 calculates | requires the phase (alpha) of a coordinate (x, y) using said luminance value after interpolation. Thereafter, the CPU 15 proceeds to the processing of S108 (illustration of the transition to S108 is omitted in FIG. 2).

(3)CPU15は、投影部13および撮像部14に画像の再撮影を指示する。この場合、CPU15は、S101に移行して上記の動作を繰り返す(図2ではS101への移行の図示は省略する)。   (3) The CPU 15 instructs the projection unit 13 and the imaging unit 14 to re-shoot the image. In this case, the CPU 15 proceeds to S101 and repeats the above operation (the illustration of the transition to S101 is omitted in FIG. 2).

ステップS108:CPU15は、画面内の各位置における位相α(S102)に基づいて、測定対象物11の点群データを生成する。なお、S108で生成された点群データは、CPU15によって記憶部16に記録される。以上で、図2の説明を終了する。   Step S108: The CPU 15 generates point cloud data of the measurement object 11 based on the phase α (S102) at each position in the screen. Note that the point cloud data generated in S108 is recorded in the storage unit 16 by the CPU 15. This is the end of the description of FIG.

以下、本実施形態の作用効果を説明する。本実施形態の三次元形状計測装置では、パターン光の位相をずらす以外は同一の条件で撮像した4フレームの画像のうち、3フレームの画像から光源に依存するパラメータ(a,b,φ)を求め、このパラメータの整合性をみることで画面内の異常出力点の有無を判定する。そのため、本実施形態の三次元形状計測装置では、信頼性の高い三次元計測のデータを得ることができる。   Hereinafter, the effect of this embodiment is demonstrated. In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment, parameters (a, b, φ) depending on the light source from the three-frame image among the four-frame images captured under the same conditions except for shifting the phase of the pattern light. The presence / absence of an abnormal output point in the screen is determined by checking the consistency of the parameters. Therefore, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment can obtain highly reliable three-dimensional measurement data.

<実施形態の補足事項>
(1)上記実施形態では、撮影範囲の全体を対象として光源に依存するパラメータを求める例を説明したが、撮影範囲の一部を対象として光源に依存するパラメータを求めるようにしてもよい。このとき、光源に依存するパラメータを求める領域は、CPU15が画像を解析して自動的に設定してもよく、あるいはユーザーに範囲指定をさせて設定してもよい。
<Supplementary items of the embodiment>
(1) In the above embodiment, an example in which the parameter depending on the light source is obtained for the entire photographing range has been described. However, the parameter depending on the light source may be obtained for a part of the photographing range. At this time, the area for obtaining the parameter depending on the light source may be set automatically by the CPU 15 analyzing the image, or may be set by allowing the user to specify a range.

一例として、CPU15は、任意のフレームのうちでコントラストが閾値以下となる低コントラストの領域や、画像の輝度値が第1の輝度閾値以上となる高輝度領域や、画像の輝度値が第2の輝度閾値以下となる低輝度領域を抽出する。そして、CPU15は、これらの低コントラスト領域、高輝度領域、低輝度領域の少なくとも1つを対象として、上記の光源に依存するパラメータを求めてもよい。これにより、データの信頼性が低いと考えられる部分のみを演算対象とすることで、CPU15の演算負荷を軽減することができる。   As an example, the CPU 15 has a low-contrast area where the contrast is less than or equal to a threshold in an arbitrary frame, a high-brightness area where the luminance value of the image is equal to or higher than the first luminance threshold, A low luminance region that is equal to or lower than the luminance threshold is extracted. Then, the CPU 15 may obtain the parameter depending on the light source for at least one of the low contrast region, the high luminance region, and the low luminance region. As a result, the calculation load on the CPU 15 can be reduced by setting only the portion considered to have low data reliability as the calculation target.

また、上記の第1の輝度閾値や第2の輝度閾値は、撮像部14への入射光量に対して出力される輝度レベルが線形性を有する範囲を基準として設定してもよい。換言すれば、撮像部14の出力特性が高輝度側や低輝度側でニー領域を有する場合には、CPU15はニー領域に対応する輝度値を示す部分で光源に依存するパラメータを求めてもよい。さらに、CPU15は、上記の第1の輝度閾値や第2の輝度閾値を撮像部14の出力特性の飽和レベルに合わせて、白とびや黒つぶれが生じている部分で光源に依存するパラメータを求めてもよい。   In addition, the first luminance threshold and the second luminance threshold may be set with reference to a range in which the luminance level output with respect to the amount of light incident on the imaging unit 14 has linearity. In other words, when the output characteristic of the imaging unit 14 has a knee region on the high luminance side or the low luminance side, the CPU 15 may obtain a parameter depending on the light source in a portion indicating a luminance value corresponding to the knee region. . Further, the CPU 15 matches the first luminance threshold and the second luminance threshold with the saturation level of the output characteristic of the imaging unit 14 to obtain a parameter that depends on the light source in a portion where overexposure or underexposure occurs. May be.

また、他の例として、CPU15は、撮像した画像をモニタ17に表示し、光源に依存するパラメータを求める範囲指定の入力を入力部18から受け付ける。そして、CPU15は、上記の範囲指定に対応する部分領域で光源に依存するパラメータを求める。これにより、ユーザーの経験からデータの信頼性が低いと考えられる部分のみを演算対象とすることで、CPU15の演算負荷を軽減することができる。また、ユーザーが画面のうちで測定対象物11の外縁を指定すれば、測定対象物11の撮影されていない部分を演算対象から除外することもできる。なお、図3に、上記の範囲指定のときの表示画面の例を模式的に示す。   As another example, the CPU 15 displays a captured image on the monitor 17 and receives a range designation input for obtaining a parameter depending on the light source from the input unit 18. And CPU15 calculates | requires the parameter depending on a light source in the partial area | region corresponding to said range designation | designated. Thereby, the calculation load of CPU15 can be reduced by making only the part considered that the reliability of data is low from a user's experience as a calculation object. Further, if the user designates the outer edge of the measurement object 11 on the screen, the part of the measurement object 11 that has not been photographed can be excluded from the calculation target. FIG. 3 schematically shows an example of the display screen when the above range is specified.

(2)上記実施形態では4バケット法の場合について説明したが、本発明は、位相シフト法による三次元形状の計測で4フレーム以上の撮像を行う多バケット法の場合にも当然に適用できる。このとき、nフレームから任意の3フレームの画像組を抽出する組み合わせはn3通りあるが、CPU15はこれらの画像組のそれぞれで光源に依存するパラメータ(a,b,φ)を演算し、画像組間でパラメータの整合性を確認すればよい。 (2) Although the case of the 4-bucket method has been described in the above embodiment, the present invention is naturally applicable to the case of a multi-bucket method in which imaging of four frames or more is performed by measuring a three-dimensional shape by the phase shift method. At this time, there are n C 3 combinations for extracting an arbitrary three-frame image set from n frames, but the CPU 15 calculates a light source-dependent parameter (a, b, φ) for each of these image sets, What is necessary is just to confirm the consistency of parameters between image sets.

(3)上記実施形態では、CPU15がプログラムによって演算部15aおよび判定部15bの機能をソフトウエア的に実現する例を説明したが、これらの構成をASICによってハードウエア的に実現しても勿論かまわない。   (3) In the above embodiment, an example has been described in which the CPU 15 implements the functions of the calculation unit 15a and the determination unit 15b by software in a program. However, these configurations may be realized by hardware by an ASIC. Absent.

(4)なお、上記実施形態で記憶部16に記憶されているプログラムは、バージョンアップなどで更新されたファームウエアプログラムであってもよい。すなわち、既存の三次元形状計測装置のファームウエアプログラムを更新することで、本実施形態の三次元形状計測装置の機能を提供するようにしてもよい。   (4) Note that the program stored in the storage unit 16 in the above embodiment may be a firmware program updated by version upgrade or the like. That is, the function of the three-dimensional shape measurement apparatus of the present embodiment may be provided by updating the firmware program of the existing three-dimensional shape measurement apparatus.

なお、本発明は、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。   It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The present invention is defined by the claims, and the present invention is not limited to the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

三次元形状計測装置の構成例を示す図The figure which shows the structural example of a three-dimensional shape measuring device 本実施形態の三次元形状計測装置の動作例を示す流れ図Flow chart showing an operation example of the three-dimensional shape measurement apparatus of the present embodiment 範囲指定のときの表示画面の例を示す模式図Schematic diagram showing an example of the display screen when the range is specified

符号の説明Explanation of symbols

11…測定対象物、13…投影部、14…撮像部、15…CPU、16…記憶部、17…
モニタ、18…入力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Measuring object, 13 ... Projection part, 14 ... Imaging part, 15 ... CPU, 16 ... Memory | storage part, 17 ...
Monitor, 18 ... Input section

Claims (11)

輝度分布が正弦波状に変化するパターン光を測定対象物に照射する投影部と、
前記投影部の投影方向と異なる方向から前記測定対象物に投影された前記パターン光による像を撮像し、各画像間で前記パターン光の位相が互いにずれたn枚の画像からなる画像群を取得する撮像部と、
前記n枚の画像から n 3 通りの画像組を抽出し、抽出した該画像組毎から光源に依存するパラメータをそれぞれ求める演算部と、
前記画像組毎から求められた複数の前記光源に依存するパラメータ同士の整合性に基づいて、前記画像群のいずれかの画像に異常出力点が含まれるか否かを判定する判定部と、
を備え
前記nは、4以上の整数である、
ことを特徴とする三次元形状計測装置。
A projection unit that irradiates a measurement object with pattern light whose luminance distribution changes in a sinusoidal shape;
An image of the pattern light projected onto the measurement object from a direction different from the projection direction of the projection unit is captured, and an image group including n images in which the phase of the pattern light is shifted from each other is obtained. An imaging unit to
N C 3 different image sets are extracted from the n images, and a calculation unit for obtaining a parameter depending on the light source from each of the extracted image sets ;
A determination unit that determines whether or not an abnormal output point is included in any image of the image group, based on consistency between parameters that depend on the plurality of light sources obtained from each image set ;
Equipped with a,
N is an integer of 4 or more,
A three-dimensional shape measuring apparatus characterized by that.
請求項1に記載の三次元形状計測装置において、
前記パラメータは、前記パターン光の振幅値、前記パターン光のオフセット値、前記パターン光の位相のいずれかを含むことを特徴とする三次元形状計測装置。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the parameter includes any one of an amplitude value of the pattern light, an offset value of the pattern light, and a phase of the pattern light.
請求項2に記載の三次元形状計測装置において、
前記判定部は、複数の前記光源に依存するパラメータ同士の分散値に基づいて、前記判定を行うことを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 2,
The determination unit performs the determination based on a variance value between parameters depending on a plurality of the light sources .
請求項2に記載の三次元形状計測装置において、
前記演算部は、前記画像群の各画像の同一点における輝度変化に基づいて第1位相を求めるとともに、前記画像組からそれぞれ求めた複数の位相を平均した第2位相を求め、
前記判定部は、同一点での前記第1位相と前記第2位相との差に基づいて、前記判定を行うことを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 2,
The calculation unit obtains a first phase based on a luminance change at the same point of each image of the image group, and obtains a second phase obtained by averaging a plurality of phases obtained from the image set ,
The determination unit performs the determination based on a difference between the first phase and the second phase at the same point.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置において、
前記判定部は、前記画像のうちでコントラストが閾値以下となる部分領域および前記画像のうちで輝度値が所定の範囲から外れる部分領域の少なくとも一方を対象として前記判定を行うことを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The determination unit performs the determination with respect to at least one of a partial region in which the contrast is a threshold value or less in the image and a partial region in which the luminance value is outside a predetermined range in the image. Original shape measuring device.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置において、
前記画像の部分領域の指定入力を受け付ける入力部をさらに備え、
前記判定部は、前記指定入力された部分領域を対象として前記判定を行うことを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4,
An input unit that receives a designation input of a partial area of the image;
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the determination unit performs the determination with respect to the designated and input partial region.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置において、
前記判定部は、前記異常出力点が含まれると判定したときに、前記異常出力点の位置を示す判定結果データを出力することを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5,
When the determination unit determines that the abnormal output point is included, the determination unit outputs determination result data indicating a position of the abnormal output point.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置において、
前記判定部は、前記異常出力点が含まれると判定したときに、前記異常出力点の計測データを周囲の計測データで補間することを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5,
When the determination unit determines that the abnormal output point is included, the determination unit interpolates measurement data of the abnormal output point with surrounding measurement data.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置において、
前記判定部は、前記異常出力点が含まれると判定したときに、前記撮像部に前記画像群の再取得を指示することを特徴とする三次元形状計測装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5,
When the determination unit determines that the abnormal output point is included, the determination unit instructs the imaging unit to reacquire the image group.
輝度分布が正弦波状に変化するパターン光を測定対象物に照射するとともに、前記投影部の投影方向と異なる方向から前記測定対象物に投影された前記パターン光による像を撮像し、各画像間で前記パターン光の位相が互いにずれたn枚の画像からなる画像群を取得し、
前記n枚の画像から n 3 通りの画像組を抽出し、抽出した該画像組毎から光源に依存するパラメータをそれぞれ求め、該複数の光源に依存するパラメータ同士の整合性に基づいて、前記画像群のいずれかの画像に異常出力点が含まれるか否かを判定し、
前記nは、4以上の整数である、
ことを特徴とする三次元形状計測方法。
The pattern light whose luminance distribution changes in a sine wave shape is irradiated onto the measurement object, and an image of the pattern light projected onto the measurement object from a direction different from the projection direction of the projection unit is captured, and between the images Obtaining an image group consisting of n images whose phase of the pattern light is shifted from each other;
N C 3 image sets are extracted from the n images, a light source-dependent parameter is obtained from each of the extracted image sets, and the parameters depending on the plurality of light sources are based on the consistency among the parameters. Determine whether any image in the image group contains an abnormal output point ,
N is an integer of 4 or more,
A three-dimensional shape measuring method characterized by that.
請求項10に記載の三次元形状計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute the three-dimensional shape measurement method according to claim 10.
JP2007328925A 2007-12-20 2007-12-20 Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program Active JP5352997B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007328925A JP5352997B2 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007328925A JP5352997B2 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009150773A JP2009150773A (en) 2009-07-09
JP5352997B2 true JP5352997B2 (en) 2013-11-27

Family

ID=40920055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007328925A Active JP5352997B2 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5352997B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2508871A4 (en) 2009-11-30 2017-05-10 Nikon Corporation Inspection apparatus, measurement method for three-dimensional shape, and production method for structure
US8681217B2 (en) 2010-07-21 2014-03-25 Olympus Corporation Inspection apparatus and measurement method
US8704890B2 (en) 2010-08-19 2014-04-22 Olympus Corporation Inspection apparatus and measuring method
JP5853284B2 (en) * 2011-08-25 2016-02-09 一般社団法人モアレ研究所 Shape measuring apparatus and shape measuring method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3178436B2 (en) * 1998-11-13 2001-06-18 日本電気株式会社 Phase connection method and apparatus, and recording medium
JP2003121115A (en) * 2001-10-16 2003-04-23 Nikke Kikai Seisakusho:Kk Visual inspection apparatus and method therefor
JP2004325232A (en) * 2003-04-24 2004-11-18 Fujitsu Ltd Surface shape measuring device and method
JP3837565B2 (en) * 2003-11-28 2006-10-25 国立大学法人 和歌山大学 Stripe image measurement data synthesis method using evaluation values
JP2006023178A (en) * 2004-07-07 2006-01-26 Olympus Corp 3-dimensional measuring method and device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009150773A (en) 2009-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6394005B2 (en) Projection image correction apparatus, method and program for correcting original image to be projected
KR102149707B1 (en) 3D shape measurement device, 3D shape measurement method and program
JP6658625B2 (en) Three-dimensional shape measuring device and three-dimensional shape measuring method
JP2010271199A (en) Three-dimensional shape measuring device, three-dimensional shape measuring method, and computer program
JP2009019941A (en) Shape measuring method
JP2008157797A (en) Three-dimensional measuring method and three-dimensional shape measuring device using it
JP6418884B2 (en) Three-dimensional measuring apparatus, three-dimensional measuring method and program
KR101173668B1 (en) method and apparatus for measuring depth of three dimensional object with multiple spatial frequencies
JP5352997B2 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method and program
WO2012029658A1 (en) Imaging device, image-processing device, image-processing method, and image-processing program
JP2010034955A (en) White balance correction apparatus and signal processing program
JP2017092756A (en) Image processing system, image processing method, image projecting system and program
JP2012083233A5 (en)
JP6153318B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, image processing program, and storage medium
WO2013035847A1 (en) Shape measurement device, structure manufacturing system, shape measurement method, structure manufacturing method, shape measurement program, and computer-readable recording medium
JP5740370B2 (en) Region specifying apparatus, method, and program
JP2011127932A (en) Device, method and program for measuring three-dimensional shape, and recording medium
JP6468751B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, and program
JP6556033B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, and program
JP2015056043A (en) Image processor, control method thereof, and control program
JP6320165B2 (en) Image processing apparatus, control method therefor, and program
JP2008170282A (en) Shape measuring device
JP2006038701A (en) Connection composition method of data and connection composing program
JP5845151B2 (en) A tilt correction device, a tilt correction method, and a tilt correction computer program
JP6564679B2 (en) Image processing apparatus, same part detection method by image matching, and image processing program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101210

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120411

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130528

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130711

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130730

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130812

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5352997

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250