JP2000205822A - Image measurement system and its image correcting method - Google Patents

Image measurement system and its image correcting method

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JP2000205822A
JP2000205822A JP11002768A JP276899A JP2000205822A JP 2000205822 A JP2000205822 A JP 2000205822A JP 11002768 A JP11002768 A JP 11002768A JP 276899 A JP276899 A JP 276899A JP 2000205822 A JP2000205822 A JP 2000205822A
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imaging
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conversion parameter
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Naoki Mitsuya
直樹 光谷
Hiroshi Haino
宏 配野
Kazuhiko Kawasaki
川崎  和彦
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively prevent a measurement error from being caused owing to the coordinate deviation and distortion of an image pickup system by eliminating the need to physically adjust respective image pickup systems. SOLUTION: A conversion parameter calculation part 32 calculates conversion parameters for distortion correction by the image pickup devices from image data for correction obtained by picking up images of an object for image correction. A conversion parameter storage part 33 stores the calculated conversion parameters. A distortion eliminating conversion process part 34 performs a correcting process for distortion elimination as to image data for measurement according to the conversion parameters stored in the conversion parameter storage part 33. A surface shape analyzing process part 35 analyzes the surface shape according to the image data for measurement after the distortion elimination.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の撮像手段
を使用して被計測対象を測定して得られた画像データか
ら被計測対象の表面形状解析等を行う画像計測システム
及びその画像校正方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image measurement system for analyzing a surface shape of a measurement target from image data obtained by measuring the measurement target using a plurality of image pickup means, and an image calibration method therefor. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】複数の撮像装置を使用する画像計測シス
テムとしては、例えば特開平2−287107号に開示
されたレーザ干渉計等が知られている。このシステムで
は、光源からの光を直交する2つの偏光に分割して参照
面と被測定面に照射し、参照面及び被測定面からそれぞ
れ反射されてきた互いに直交する偏光を、波面分割光学
系で3つの光束に分割し、互いに位相関係の異なる3つ
の干渉縞画像を3台の撮像装置でそれぞれ撮像するとい
うものである。
2. Description of the Related Art As an image measurement system using a plurality of image pickup devices, for example, a laser interferometer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-287107 is known. In this system, light from a light source is split into two orthogonally polarized light beams and illuminated on a reference surface and a measured surface, and orthogonally polarized light beams respectively reflected from the reference surface and the measured surface are reflected by a wavefront splitting optical system. , The light is divided into three light beams, and three interference fringe images having different phase relationships are respectively imaged by the three imaging devices.

【0003】このように複数台の撮像装置を用いて測定
を行うシステムでは、各撮像装置で得られる画像データ
の座標系が一致していることが、計測誤差を発生させな
いための大きな条件となる。しかし、実際には複数の撮
像装置は、別々の空間位置に配置されるため、各撮像装
置に固有の座標系のずれを生じる。そこで、各撮像装置
のずれを調整する必要があるが、従来は、複数台の撮像
装置のうちの一つが持つ座標系を仮の基準とし、これに
対して各撮像装置を、それぞれ6軸方向に調整できる調
整機構で調整するようにしていた。
In such a system for performing measurement using a plurality of image pickup apparatuses, the fact that the coordinate systems of the image data obtained by the respective image pickup apparatuses match is a great condition for preventing the occurrence of measurement errors. . However, since a plurality of imaging devices are actually arranged at different spatial positions, a shift of a coordinate system unique to each imaging device occurs. Therefore, it is necessary to adjust the displacement of each imaging device. Conventionally, however, the coordinate system of one of the plurality of imaging devices is used as a temporary reference, and each imaging device is moved in the six-axis direction. Adjustment was made with an adjustment mechanism that could be adjusted to

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の計測システムでは、6軸方向の調整機構が大掛
かりな上、撮像装置の台数に6を乗じた数だけ調整機構
が必要で、手動で調整するには調整方法の困難さと調整
の個人差が誤差を発生する原因となっていた。更には、
各撮像装置の撮像系に固有の歪み等がある場合には、こ
れを調整することは事実上不可能であった。
However, in the above-mentioned conventional measuring system, the adjustment mechanism in the six-axis direction is large, and the adjustment mechanism is required by multiplying the number of imaging devices by six. Difficulties in the adjustment method and individual differences in the adjustment caused errors. Furthermore,
When there is a distortion or the like peculiar to the imaging system of each imaging device, it is practically impossible to adjust the distortion.

【0005】この発明は、このような問題点に鑑みなさ
れたもので、各撮像系の物理的調整を不要とし、撮像系
の座標ずれや歪みによる測定誤差の発生を効果的に防止
することができる画像計測システム及びその画像校正方
法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and eliminates the need for physical adjustment of each imaging system, thereby effectively preventing the occurrence of measurement errors due to coordinate shift and distortion of the imaging system. It is an object of the present invention to provide an image measurement system and an image calibration method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像計測
システムは、被計測対象を撮像する複数の撮像手段と、
これら複数の撮像手段によって得られた複数の画像デー
タから前記被計測対象を計測処理する画像計測処理手段
とを有する画像計測システムにおいて、前記画像計測処
理手段は、前記複数の撮像手段の空間的なずれに起因し
た各画像データの座標系のずれを補正するための画像校
正手段を備え、前記画像校正手段は、座標値が既知の複
数の着目点を含む校正用撮像対象を各撮像手段で撮像す
ることによって得られた画像データ上での前記着目点の
座標値と、前記既知の座標値とから、前記座標系のずれ
を補正するための変換パラメータを算出する変換パラメ
ータ算出手段と、前記算出された変換パラメータを記憶
する変換パラメータ記憶手段と、前記各撮像手段で得ら
れた前記被計測対象の画像データを前記変換パラメータ
記憶手段に記憶された変換パラメータによって補正する
補正手段とを備えたものであることを特徴とする。
An image measuring system according to the present invention comprises a plurality of image pickup means for picking up an image of an object to be measured;
An image measurement processing unit that performs measurement processing on the object to be measured from the plurality of image data obtained by the plurality of imaging units; Image calibration means for correcting a displacement of the coordinate system of each image data caused by the displacement, wherein the image calibration means captures a calibration imaging target including a plurality of points of interest whose coordinate values are known by each imaging means. Conversion parameter calculation means for calculating a conversion parameter for correcting a deviation of the coordinate system from the coordinate value of the point of interest on the image data obtained by performing the calculation, and the known coordinate value; Conversion parameter storage means for storing the obtained conversion parameters, and image data of the object to be measured obtained by each of the imaging means are stored in the conversion parameter storage means. And characterized in that with a correction means for correcting the transformation parameters.

【0007】また、この発明に係る画像校正方法は、複
数の撮像手段で被計測対象を撮像して得られた複数の画
像データを使用して、前記被計測対象を計測処理するに
際して、前記複数の撮像手段の空間的なずれに起因した
各画像データの座標系のずれを補正するための画像校正
方法であって、座標値が既知の複数の着目点を含む校正
用撮像対象を各撮像手段で撮像し、これによって得られ
た画像データ上での前記着目点の座標値と、前記既知の
座標値とから、前記座標系のずれを補正するための変換
パラメータを算出し、前記各撮像手段で得られた前記被
計測対象の画像データを前記算出された変換パラメータ
によって補正することを特徴とする
Further, the image calibration method according to the present invention is characterized in that, when performing measurement processing of the object to be measured using a plurality of image data obtained by imaging the object to be measured by a plurality of imaging means, An image calibration method for correcting a shift in the coordinate system of each image data caused by a spatial shift of the image pickup means, wherein the image pickup means for calibration includes a plurality of points of interest whose coordinate values are known. Calculating a conversion parameter for correcting a deviation of the coordinate system from the coordinate values of the point of interest on the image data obtained thereby and the known coordinate values, Correcting the image data of the object to be measured obtained in the above by the calculated conversion parameter.

【0008】本発明によれば、複数の撮像手段のそれぞ
れ撮像系を機械的な調整機構によって位置調整するので
はなく、各撮像手段で得られた画像データから、個々の
撮像系の座標のずれや歪みを補正するための変換パラメ
ータを算出し、この変換パラメータによって実際の計測
画像を補正するようにしているので、各撮像系の物理的
な調整が不要となり、撮像系の座標ずれや歪みによる測
定誤差の発生も効果的に防止することができる。
According to the present invention, the position of each imaging system of a plurality of imaging units is not adjusted by a mechanical adjustment mechanism, but the deviation of the coordinates of each imaging system from the image data obtained by each imaging unit. And the conversion parameters for correcting the distortion are calculated, and the actual measurement image is corrected using the conversion parameters. Therefore, physical adjustment of each imaging system is not required, and the coordinate shift and the distortion of the imaging system due to the displacement and distortion. The occurrence of a measurement error can also be effectively prevented.

【0009】互いに異なる偏光面を有する前記被計測対
象の表面からの計測光と参照面から参照光とによって光
学的干渉縞を生成する手段と、この手段によって生成さ
れた光学的干渉縞の位相を互いに所定量だけシフトさせ
て前記各撮像手段にそれぞれ同時に入射させる手段とを
更に備えるようにすると、複数の撮像手段によって位相
が少しずつずれた干渉縞を撮像して被計測対象の表面形
状を解析するレーザ干渉計にこの発明を適用することが
できる。
Means for generating optical interference fringes by measuring light from the surface of the object to be measured having different polarization planes and reference light from the reference surface, and converting the phase of the optical interference fringes generated by the means to Means for simultaneously shifting the light beams by a predetermined amount to be incident on each of the image pickup means at the same time. The present invention can be applied to a laser interferometer that performs the above.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の好ましい実施例を説明する。図1は、この発明の一実
施例に係る位相シフトを利用したフィゾー型干渉計をの
構成を示す図である。光源1から出射されるコヒーレン
ト光束は、拡大光学系2で拡大された平行光とされ、反
射率と透過率とが偏光方向に依存しない無偏光型のハー
フミラー3を透過して、参照面4で一部が反射され、残
りが透過して1/4波長板5を介して被計測対象6の被
検面6aに照射される。被検面6aから反射された計測
光は、再度1/4波長板5を透過して、その偏光面が参
照光の偏光面に対して90゜回転されたのち、参照光と
共に無偏光ハーフミラー3で反射され、無偏光ハーフミ
ラー7,8及び全反射ミラー9からなる3分割光学系1
0により3つの光学経路11,12,13に分割され
る。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a Fizeau interferometer using a phase shift according to one embodiment of the present invention. The coherent light beam emitted from the light source 1 is converted into parallel light that is expanded by the expansion optical system 2, passes through the non-polarization type half mirror 3 whose reflectance and transmittance do not depend on the polarization direction, and passes through the reference surface 4. Is reflected, and the rest is transmitted and radiated to the surface 6a to be measured 6 via the quarter-wave plate 5. The measurement light reflected from the test surface 6a passes through the quarter-wave plate 5 again, and its polarization plane is rotated by 90 ° with respect to the polarization plane of the reference light. 3, a three-segment optical system 1 including non-polarizing half mirrors 7 and 8 and a total reflection mirror 9
0 divides the optical path into three optical paths 11, 12, and 13.

【0011】第1の光学経路11を進行する参照光及び
計測光は、1/2波長板14及び偏光板15を透過し、
第2の光学経路12を進行する参照光及び計測光は、1
/4波長板16及び偏光板17を透過し、第3の光学経
路13を進行する参照光及び計測光は、偏光板18のみ
を透過する。これにより、撮像装置21,22,23で
は、光学系24,25,26をそれぞれ介して位相がπ
/2ずつずれた3枚の干渉縞画像が同時に撮像される。
The reference light and the measurement light traveling on the first optical path 11 pass through the half-wave plate 14 and the polarizing plate 15, and
The reference light and the measurement light traveling on the second optical path 12 are 1
The reference light and the measurement light that pass through the 波長 wavelength plate 16 and the polarizing plate 17 and travel along the third optical path 13 pass through only the polarizing plate 18. Accordingly, in the imaging devices 21, 22, and 23, the phase is π through the optical systems 24, 25, and 26, respectively.
Three interference fringe images shifted by / 2 are simultaneously captured.

【0012】図2(a),(b),(c)は、撮像装置
21,22,23でそれぞれ撮像される干渉縞パターン
を示す図である。各干渉縞パターンは、αずつ位相がず
れたパターンとなっている。これらパターンの画像デー
タは、コンピュータ30に入力されて、表面形状解析の
ための処理に供される。即ち、各撮像装置21,22,
23で得られる画像の二次元位置(x,y)における輝
度を、それぞれI1,I2,I3とすると、波面の位相φ
(x,y)は、次の数1のように求められることが知ら
れている(Optical Shop Testing, Edit by Malacara:
「Three-Step Algorithms」)。
FIGS. 2A, 2B and 2C are diagrams showing interference fringe patterns picked up by the image pickup devices 21, 22 and 23, respectively. Each interference fringe pattern has a phase shifted by α. The image data of these patterns is input to the computer 30 and is subjected to processing for surface shape analysis. That is, each of the imaging devices 21, 22,
Assuming that the luminance at the two-dimensional position (x, y) of the image obtained at 23 is I1, I2, and I3, respectively, the phase φ of the wavefront
It is known that (x, y) is obtained as in the following equation (Optical Shop Testing, Edit by Malacara:
"Three-Step Algorithms").

【0013】[0013]

【数1】 (Equation 1)

【0014】このとき、各撮像装置21,22,23に
固有の歪みや座標のずれ等が生じていると、計測精度が
低下する。そこで、このシステムでは、各撮像装置2
1,22,23の歪みをソフト的に補正するための画像
校正機能を有している。
At this time, if distortions, coordinate shifts, or the like unique to each of the imaging devices 21, 22, and 23 occur, the measurement accuracy decreases. Therefore, in this system, each imaging device 2
It has an image calibration function for correcting software distortions 1, 2, and 23 in software.

【0015】図3は、このような画像校正機能を有する
コンピュータ30によって実現される画像計測処理シス
テムを示す機能ブロック図である。画像計測処理システ
ムは、画像処理部31、変換パラメータ算出部32、変
換パラメータ記憶部33、歪解消変換処理部34及び表
面形状解析処理部35を備えている。画像処理部31
は、各撮像装置21,22,23で得られた画像データ
に対してフィルタ処理や特徴抽出処理、図芯算出処理等
を施す。変換パラメータ算出部32は、各撮像装置2
1,22,23毎に、画像校正用の撮像対象を撮像して
得られた校正用の画像データから歪み補正用の変換パラ
メータを算出する。変換パラメータ記憶部33は、算出
された変換パラメータを記憶する。歪解消変換処理部3
4は、変換パラメータ記憶部33に記憶された変換パラ
メータに基づいて、計測用の画像データに対して歪解消
用の補正処理を施す。表面形状解析処理部35は、歪解
消された計測用の画像データに基づいて表面形状の解析
処理を実行する。
FIG. 3 is a functional block diagram showing an image measurement processing system realized by the computer 30 having such an image calibration function. The image measurement processing system includes an image processing unit 31, a conversion parameter calculation unit 32, a conversion parameter storage unit 33, a distortion cancellation conversion processing unit 34, and a surface shape analysis processing unit 35. Image processing unit 31
Performs filter processing, feature extraction processing, center-of-center calculation processing, and the like on image data obtained by each of the imaging devices 21, 22, and 23. The conversion parameter calculation unit 32 includes the
A conversion parameter for distortion correction is calculated from image data for calibration obtained by imaging an imaging target for image calibration for each of 1, 22, and 23. The conversion parameter storage unit 33 stores the calculated conversion parameters. Distortion cancellation conversion processing unit 3
4 performs a correction process for eliminating distortion on the image data for measurement based on the conversion parameters stored in the conversion parameter storage unit 33. The surface shape analysis processing unit 35 performs a surface shape analysis process based on the image data for measurement whose distortion has been eliminated.

【0016】次に、このシステムの画像校正処理及び表
面形状計測処理の詳細を説明する。図4(a)は画像校
正処理、図4(b)は表面形状計測処理をそれぞれ説明
するためのフローチャートである。まず、画像校正処理
では、校正用の撮像対象を撮像する(S1)。校正用の
撮像対象としては、例えば図5に示すように、それぞれ
が分離している所定の面積を持つ複数の図形(この例で
は円)41を含むものを使用する。但し、各図形41の
図芯(重心位置)Pの座標値は既知である。この図形4
1を含む撮像対象42を、被計測対象6の位置にセット
し、各撮像装置21,22,23から得られた画像デー
タを取り込む(S2)。そして、取り込まれた画像デー
タに対し、フィルタリング処理、特徴抽出処理、図芯検
出処理等を適宜施して図芯Pの座標を求め、求められた
図芯Pの座標値と本来の座標値とのずれ量から各撮像装
置21,22,23に固有の回転、縮尺、平行移動及び
歪を補正するための変換パラメータを以下のように算出
する(S3)。
Next, the image calibration processing and the surface shape measurement processing of this system will be described in detail. FIG. 4A is a flowchart for explaining the image calibration processing, and FIG. 4B is a flowchart for explaining the surface shape measurement processing. First, in the image calibration process, an image of a calibration target is captured (S1). For example, as shown in FIG. 5, an object to be calibrated includes a plurality of figures (circles in this example) 41 having a predetermined area that are separated from each other. However, the coordinate value of the figure center (center of gravity position) P of each figure 41 is known. This figure 4
The imaging target 42 including 1 is set at the position of the measurement target 6, and image data obtained from each of the imaging devices 21, 22, and 23 is captured (S2). Then, the captured image data is appropriately subjected to a filtering process, a feature extraction process, a center line detection process, and the like, to obtain the coordinates of the center line P, and the coordinate values of the obtained center line P and the original coordinate values are calculated. Conversion parameters for correcting the rotation, scale, translation, and distortion unique to each of the imaging devices 21, 22, and 23 are calculated from the displacement amounts as follows (S3).

【0017】即ち、図6に示すように、各図形41の図
芯Pの理想的な座標位置を(xi,yi)(i=1〜
N)、実際に観測された座標位置を(xi′,yi′)と
すると、これらの間の回転、縮尺、平行移動、歪みを含
めた変換式は、下記数2に示すアフィン変換式を利用す
ることができる。
[0017] That is, as shown in FIG. 6, the ideal coordinate position of FIG center P of each shape 41 (x i, y i) (i = 1~
N), assuming that the actually observed coordinate position is (x i ′, y i ′), the transformation formula including rotation, scale, translation, and distortion between them is the affine transformation formula shown in the following Expression 2. Can be used.

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】ここで、変換パラメータa1,a2,b1
2,c1,c2は、下記数3で示す誤差Eの最小値を求
めることにより算出することができる(最小二乗法)。
求められた変換パラメータは、変換パラメータ記憶部3
3に格納される。
Here, the conversion parameters a 1 , a 2 , b 1 ,
b 2 , c 1 , and c 2 can be calculated by obtaining the minimum value of the error E shown by the following equation (3) (least square method).
The obtained conversion parameters are stored in the conversion parameter storage unit 3.
3 is stored.

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】一方、計測時には、図4(b)に示すよう
に、撮像装置21,22,23でそれぞれ計測対象を撮
像し(S11)、3つの画像データを取り込んだのち
(S12)、フィルタリング、特徴抽出等の処理を適宜
施したのち、歪解消変換処理を実行する(S13)。歪
解消変換処理は、変換パラメータ記憶部33に記憶され
ている変換パラメータを使用して各画像データ毎に実行
する。歪みが解消された各画像データを用いて表面形状
解析処理を実行する(S14)。
On the other hand, at the time of measurement, as shown in FIG. 4 (b), an image of the object to be measured is taken by the image pickup devices 21, 22, 23 (S11), and three image data are taken in (S12). After appropriately performing a process such as feature extraction, a distortion elimination conversion process is executed (S13). The distortion elimination conversion process is executed for each image data using the conversion parameters stored in the conversion parameter storage unit 33. A surface shape analysis process is performed using the image data from which the distortion has been eliminated (S14).

【0022】なお、以上のシステムにおいて、考えられ
る変換パラメータとしては、例えば図7(a),(b)
に示すように、計測光路の光軸Cと直交する断面Aに沿
った平行移動量L1、L2、同図(c),(d)に示す
ように、同断面Aを基準とした法線の傾き量θ1,θ
2、同図(e)に示すように、同断面Aを基準とした光
軸回りの回転移動量φ、同図(f)に示すように、光束
が非コリメート光束である場合の焦点位置補正量F等が
挙げられる。
In the above system, the possible conversion parameters include, for example, those shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
As shown in FIGS. 4A and 4B, the parallel movement amounts L1 and L2 along the cross section A orthogonal to the optical axis C of the measurement optical path, and as shown in FIGS. Tilt amount θ1, θ
2. A rotational movement amount φ around the optical axis with reference to the cross section A as shown in FIG. 7E, and a focus position correction when the light beam is a non-collimated light beam as shown in FIG. Amount F and the like.

【0023】このようないわゆるあおりや大きな回転ず
れ等があった場合、撮像装置21,22,23の上下左
右の方向性を決定づけるために、校正用撮像対象42の
図芯Pの間隔を、例えば図8に示すように、非整数倍に
しておくことが望ましい。このようにすると、ランドマ
ークプレート等を撮像装置21,22,23で撮像した
際の、そのマークの座標系における方向性がチェックし
易くなる。但し、校正用撮像対象42の図芯Pの不等ピ
ッチの与え方やマークの付け方(例えばディレクション
マークを設ける等)によっては、図芯Pのピッチを非整
数倍にする必要はない。
If there is such a so-called tilt or large rotational deviation, the interval between the centers P of the calibration imaging target 42 is determined, for example, in order to determine the up, down, left, and right directions of the imaging devices 21, 22, 23. As shown in FIG. 8, it is desirable to make the value a non-integer multiple. This makes it easier to check the direction of the mark in the coordinate system when the landmark plate or the like is imaged by the imaging devices 21, 22, and 23. However, the pitch of the figure core P does not need to be a non-integer multiple depending on how to give an irregular pitch of the figure core P of the calibration imaging target 42 or how to attach a mark (for example, to provide a direction mark).

【0024】変換パラメータは、例えば図9に示すよう
に、隣接する3つの図芯Pで作られる三角形毎に前述し
たアフィン変換等を適用して変換パラメータを求めるよ
うにしても良い。このようにして各三角形毎に変換パラ
メータを算出すると、各三角形内の変換処理は、アフィ
ン変換等の線形変換処理を使用するが、各三角形毎に変
換パラメータは異なるので、画像全体として非線形変換
処理的な効果を得ることができるという利点がある。
As for the conversion parameters, for example, as shown in FIG. 9, the above-mentioned affine transformation or the like may be applied to each triangle formed by three adjacent cores P to obtain the conversion parameters. When the conversion parameters are calculated for each triangle in this way, the conversion processing within each triangle uses a linear conversion processing such as an affine transformation, but since the conversion parameters are different for each triangle, the nonlinear conversion processing is performed for the entire image. There is an advantage that a dynamic effect can be obtained.

【0025】なお、上述した本発明の実施例の干渉計の
構造上の利点について述べれば次の通りである。即ち、
特開平2−287107号では、参照面に対する被検面
の形状の差に相当する位相情報を偏光面を直交関係に保
ったまま取り出す方法として、透過波面の歪み測定用に
はマッハツェンダー干渉計が、また反射光を利用する面
形状測定用にはマイケルソン型干渉計が示してある。し
かし、面形状測定用の干渉計としてマイケルソン型干渉
計を用いると、偏光半透鏡を通過後に参照面側と被検面
側に分割された光は、それぞれ独立の光路を経るために
測定環境の揺らぎの影響を受けやすいという問題点があ
る。また、それぞれ独立に介在している光学部品の面精
度の影響を受けてしまうために、高精度測定にはあまり
向かないという欠点もある。
The structural advantages of the interferometer according to the embodiment of the present invention described above are as follows. That is,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-287107 discloses a method of extracting phase information corresponding to a difference in shape of a test surface from a reference surface while maintaining a polarization plane in an orthogonal relationship. For measuring distortion of a transmitted wavefront, a Mach-Zehnder interferometer is used. A Michelson-type interferometer is shown for surface shape measurement using reflected light. However, if a Michelson-type interferometer is used as an interferometer for measuring the surface shape, the light split into the reference surface side and the test surface side after passing through the polarizing semi-transparent mirror passes through independent optical paths, so that the measurement environment Is susceptible to fluctuations in In addition, there is also a disadvantage that it is not suitable for high-accuracy measurement because it is affected by the surface accuracy of the optical components that are interposed independently.

【0026】一方、面形状を高精度に測定するための干
渉計として、一般に共通光路型で光学部品点数の少ない
フィゾー型干渉計が多く用いられている。この干渉計の
特徴は、共通光路型であるために揺らぎの影響を受けに
くいことと、参照面以外の光学部品の面精度を受けない
ことにある。しかし、フィゾー型干渉計は参照光と計測
光とを同じ偏光面で発生させて干渉させる光学系である
ため、このままでは上記で説明したような偏光板を使用
して位相シフト干渉縞を同時に発生させるシステムには
適用できない。
On the other hand, a Fizeau interferometer having a common optical path and a small number of optical parts is generally used as an interferometer for measuring a surface shape with high accuracy. The features of this interferometer are that it is hardly affected by fluctuations due to the common optical path type, and that it does not receive the surface accuracy of optical components other than the reference surface. However, since the Fizeau interferometer is an optical system that generates and interferes with the reference light and the measurement light on the same polarization plane, phase shift interference fringes are simultaneously generated using the polarizing plate as described above. It cannot be applied to systems that cause

【0027】これに対し、上述した装置では、図1の1
/4波長板5を通過する際に45度偏光し、検出面6a
で反射後、再び1/4波長板を通過することによって、
参照面4からの反射光と90度直交させ、共通光路をそ
れぞれ干渉させることなく独立して取り出すことができ
る。その結果、2次元情報取得装置としてマイケルソン
型干渉計で示してある特開平2−287107号の装置
と比べると、空気揺らぎなどの外乱に影響され難く、高
精度に位相シフト干渉縞発生が見込めて、且つ少ない光
学部品点数でシステムを構築することができる。
On the other hand, in the above-described apparatus, 1 in FIG.
When passing through the 波長 wavelength plate 5, the light is polarized by 45 degrees, and the detection surface 6a
After being reflected by, the light again passes through the 波長 wavelength plate,
The reflected light from the reference surface 4 is orthogonal to the light by 90 degrees, and the light can be extracted independently without interfering with the common optical paths. As a result, compared to the apparatus of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-287107, which is shown as a two-dimensional information acquisition apparatus by a Michelson interferometer, it is less susceptible to disturbances such as air fluctuations, and the generation of phase shift interference fringes can be expected with high accuracy. And a system can be constructed with a small number of optical components.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
複数の撮像手段のそれぞれ撮像系を機械的な調整機構に
よって位置調整するのではなく、各撮像手段で得られた
画像データから、個々の撮像系の座標のずれや歪みを補
正するための変換パラメータを算出し、この変換パラメ
ータによって実際の計測画像を補正するようにしている
ので、各撮像系の物理的な調整が不要となり、撮像系の
座標ずれや歪みによる測定誤差の発生も効果的に防止す
ることができるという効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
Rather than adjusting the position of each imaging system of a plurality of imaging units by a mechanical adjustment mechanism, a conversion parameter for correcting a coordinate shift or distortion of each imaging system from image data obtained by each imaging unit. Is calculated and the actual measurement image is corrected using this conversion parameter. Therefore, physical adjustment of each imaging system is not required, and the occurrence of measurement errors due to coordinate shift and distortion of the imaging system is effectively prevented. It has the effect that it can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施例に係るフィゾー型干渉計
の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a Fizeau interferometer according to one embodiment of the present invention.

【図2】 同干渉計で撮像される3つの干渉縞画像を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing three interference fringe images captured by the interferometer.

【図3】 同干渉計における画像計測処理システムの機
能ブロック図である。
FIG. 3 is a functional block diagram of an image measurement processing system in the interferometer.

【図4】 同画像計測処理システムの画像校正処理と画
像計測処理とを示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an image calibration process and an image measurement process of the image measurement processing system.

【図5】 同画像校正処理で使用される校正用撮像対象
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a calibration imaging target used in the image calibration process.

【図6】 実際の座標系と歪みを含む撮像座標系とを示
す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an actual coordinate system and an imaging coordinate system including distortion.

【図7】 撮像座標系のずれを補正するための変換パラ
メータの例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of conversion parameters for correcting a shift of an imaging coordinate system.

【図8】 校正用撮像対象の他の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing another example of a calibration imaging target.

【図9】 変換パラメータ算出の他の例を説明するため
の図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining another example of conversion parameter calculation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、3,7,8…無偏光型ハーフミラー、4…参
照面、5,16…1/4波長板、6…被計測対象、9…
全反射ミラー、10…分割光学系、11,12,13…
光学経路、14…1/2波長板、15,17,18…偏
光板、21,22,23…撮像装置、30…コンピュー
タ、31…画像処理部、32…変換パラメータ算出部、
33…変換パラメータ記憶部、34…歪み解消変換処理
部、35…表面形状解析処理部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3, 7, 8 ... Non-polarization type half mirror, 4 ... Reference surface, 5, 16 ... 1/4 wavelength plate, 6 ... Measurement object, 9 ...
Total reflection mirror, 10 ... split optical system, 11, 12, 13 ...
Optical path, 14 1/2 wavelength plate, 15, 17, 18 polarizing plate, 21, 22, 23 imaging device, 30 computer, 31 image processing unit, 32 conversion parameter calculation unit
33: conversion parameter storage unit; 34: distortion elimination conversion processing unit; 35: surface shape analysis processing unit.

フロントページの続き (72)発明者 川崎 和彦 茨城県つくば市上横場430番地の1 株式 会社ミツトヨ内 Fターム(参考) 2F064 AA09 CC10 DD10 EE05 FF01 GG12 GG22 GG33 GG38 GG39 HH03 HH06 HH08 HH09 JJ01 2F065 AA22 AA35 AA39 AA54 EE00 EE08 FF04 FF52 FF61 GG04 HH03 JJ03 JJ05 JJ19 JJ26 LL12 LL33 LL36 LL46 QQ18 QQ23 QQ31 Continued on the front page (72) Inventor Kazuhiko Kawasaki 430 Kamiyokoba, Tsukuba-shi, Ibaraki F-term (reference) in Mitutoyo Co., Ltd. EE00 EE08 FF04 FF52 FF61 GG04 HH03 JJ03 JJ05 JJ19 JJ26 LL12 LL33 LL36 LL46 QQ18 QQ23 QQ31

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被計測対象を撮像する複数の撮像手段
と、 これら複数の撮像手段によって得られた複数の画像デー
タから前記被計測対象を計測処理する画像計測処理手段
とを有する画像計測システムにおいて、 前記画像計測処理手段は、前記複数の撮像手段の空間的
なずれに起因した各画像データの座標系のずれを補正す
るための画像校正手段を備え、 前記画像校正手段は、座標値が既知の複数の着目点を含
む校正用撮像対象を各撮像手段で撮像することによって
得られた画像データ上での前記着目点の座標値と、前記
既知の座標値とから、前記座標系のずれを補正するため
の変換パラメータを算出する変換パラメータ算出手段
と、 前記算出された変換パラメータを記憶する変換パラメー
タ記憶手段と、 前記各撮像手段で得られた前記被計測対象の画像データ
を前記変換パラメータ記憶手段に記憶された変換パラメ
ータによって補正する補正手段とを備えたものであるこ
とを特徴とする画像計測システム。
1. An image measurement system comprising: a plurality of imaging means for imaging a measurement target; and an image measurement processing means for measuring the measurement target from a plurality of image data obtained by the plurality of imaging means. The image measurement processing unit includes an image calibration unit for correcting a deviation of a coordinate system of each image data due to a spatial deviation of the plurality of imaging units, and the image calibration unit has a known coordinate value. The coordinate value of the point of interest on the image data obtained by imaging the calibration imaging target including a plurality of points of interest by each imaging unit, and the known coordinate value, the deviation of the coordinate system, Conversion parameter calculation means for calculating a conversion parameter for correction, conversion parameter storage means for storing the calculated conversion parameter, and the subject obtained by each of the imaging means Image measurement system, characterized in that the image data of the target is obtained and a correction means for correcting by the conversion parameter storing means in the storing transform parameters.
【請求項2】 互いに異なる偏光面を有する前記被計測
対象の表面からの計測光と参照面から参照光とによって
光学的干渉縞を生成する手段と、 この手段によって生成された光学的干渉縞の位相を互い
に所定量だけシフトさせて前記各撮像手段にそれぞれ同
時に入射させる手段とを更に備えたことを特徴とする請
求項1記載の画像計測システム。
2. A means for generating optical interference fringes from measurement light from the surface of the object to be measured having different polarization planes and reference light from a reference surface; 2. The image measurement system according to claim 1, further comprising: a unit that shifts the phase by a predetermined amount with respect to each other, and simultaneously makes each of the plurality of imaging units incident on each of the imaging units.
【請求項3】 複数の撮像手段で被計測対象を撮像して
得られた複数の画像データを使用して、前記被計測対象
を計測処理するに際して、前記複数の撮像手段の空間的
なずれに起因した各画像データの座標系のずれを補正す
るための画像校正方法であって、 座標値が既知の複数の着目点を含む校正用撮像対象を各
撮像手段で撮像し、 これによって得られた画像データ上での前記着目点の座
標値と、前記既知の座標値とから、前記座標系のずれを
補正するための変換パラメータを算出し、 前記各撮像手段で得られた前記被計測対象の画像データ
を前記算出された変換パラメータによって補正すること
を特徴とする画像計測システムの画像校正方法。
3. A method for measuring a measurement target by using a plurality of image data obtained by imaging the measurement target with a plurality of imaging means, wherein a plurality of image data are captured by a plurality of image data. An image calibration method for correcting a displacement of a coordinate system of each image data caused by the calibration method, wherein a calibration imaging target including a plurality of points of interest whose coordinate values are known is imaged by each imaging unit, and obtained by this. From the coordinate values of the point of interest on the image data and the known coordinate values, a conversion parameter for correcting the displacement of the coordinate system is calculated, and the measurement target of the measurement target obtained by each of the imaging units is calculated. An image calibration method for an image measurement system, wherein image data is corrected using the calculated conversion parameter.
【請求項4】 前記校正用撮像対象として、それぞれが
互いに分離して所定の面積を有し、その図芯の座標値が
既知の複数の図形を含むものを使用することを特徴とす
る請求項3記載の画像計測システムの画像校正方法。
4. An object to be calibrated, which includes a plurality of figures each having a predetermined area separated from each other and having a known center coordinate value. 3. An image calibration method for the image measurement system according to 3.
【請求項5】 前記図芯の間隔は、互いに非整数倍であ
ることを特徴とする請求項4記載の画像計測システムの
画像校正方法。
5. The image calibration method according to claim 4, wherein the intervals between the centers are non-integer times.
【請求項6】 前記変換パラメータは、計測光路の光軸
と直交する断面に沿った平行移動量、同断面を基準とし
た法線の傾き量、同断面を基準とした光軸回りの回転移
動量、及び光束が非コリメート光束である場合の焦点位
置補正量の少なくとも1つであることを特徴とする請求
項3〜5のいずれか1項記載の画像計測システムの画像
校正方法。
6. The conversion parameter is a translation amount along a section orthogonal to the optical axis of the measurement optical path, an inclination amount of a normal line based on the section, and a rotational movement about the optical axis based on the section. The image calibration method according to any one of claims 3 to 5, wherein the amount is at least one of a focus position correction amount when the light beam is a non-collimated light beam.
【請求項7】 前記変換パラメータは、隣接する3つの
図芯によって形成される三角形毎に算出されることを特
徴とする請求項4又は5記載の画像計測システムの画像
校正方法。
7. The image calibration method according to claim 4, wherein the conversion parameter is calculated for each triangle formed by three adjacent figure cores.
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