JP2001108422A - 形状計測方法および装置 - Google Patents
形状計測方法および装置Info
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
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- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基準平板の位相分布および基準平板に投影さ
れた格子の位相分布を全自動で精度よく求めることがで
きる形状計測方法および装置を提供する。 【解決手段】 基準板に液晶板等のディスプレイを用
い、そのディスプレイの表面に光拡散板を配置すること
により、ディスプレイに映し出された格子模様を光拡散
板に表示し、また、プロジェクタからの投影格子画像を
同じ光拡散板上に投影し、同一平面上における基準板の
位相分布と投影された格子画像の位相分布の両方を得ら
れるようにする。
れた格子の位相分布を全自動で精度よく求めることがで
きる形状計測方法および装置を提供する。 【解決手段】 基準板に液晶板等のディスプレイを用
い、そのディスプレイの表面に光拡散板を配置すること
により、ディスプレイに映し出された格子模様を光拡散
板に表示し、また、プロジェクタからの投影格子画像を
同じ光拡散板上に投影し、同一平面上における基準板の
位相分布と投影された格子画像の位相分布の両方を得ら
れるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、計測装置、形状計
測、監視装置に関係し、非接触形状計測方法および装置
に関係する。
測、監視装置に関係し、非接触形状計測方法および装置
に関係する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非接触三次元形状計測法として
は、物体に格子を投影し、異なる角度からその格子を撮
影して得られた画像を解析することにより三次元形状を
求める格子投影法がよく用いられている。精度のよい計
測を行うためには、格子画像から格子位相値を精度よく
求めることと、格子位相値から三次元座標を計算すると
きに用いるパラメータを精度よく求めることが重要であ
る。
は、物体に格子を投影し、異なる角度からその格子を撮
影して得られた画像を解析することにより三次元形状を
求める格子投影法がよく用いられている。精度のよい計
測を行うためには、格子画像から格子位相値を精度よく
求めることと、格子位相値から三次元座標を計算すると
きに用いるパラメータを精度よく求めることが重要であ
る。
【０００３】格子画像の解析法として、位相シフト法、
フーリエ変換格子法、ガボール変換格子法、フーリエ変
換位相シフト法などの位相解析法が開発されている。位
相解析法では、格子番号がすべての画素において実数値
で得られるため、精度のよい格子の解析が行える。特に
フーリエ変換位相シフト法は、ノイズの影響がほとんど
入らないため、きわめて精度よく位相値が得られる有効
な方法である。
フーリエ変換格子法、ガボール変換格子法、フーリエ変
換位相シフト法などの位相解析法が開発されている。位
相解析法では、格子番号がすべての画素において実数値
で得られるため、精度のよい格子の解析が行える。特に
フーリエ変換位相シフト法は、ノイズの影響がほとんど
入らないため、きわめて精度よく位相値が得られる有効
な方法である。
【０００４】上記の三次元座標を計算するときに用いる
パラメータには、従来、カメラとプロジェクタのレンズ
の中心位置や光軸の向きなどの光学系パラメータが用い
られてきた。計測対象物の形状は、その位置座標を用い
て計算される。
パラメータには、従来、カメラとプロジェクタのレンズ
の中心位置や光軸の向きなどの光学系パラメータが用い
られてきた。計測対象物の形状は、その位置座標を用い
て計算される。
【０００５】光学系パラメータを精度よく求める方法と
して、２次元格子が描かれた基準平面を平行移動し、そ
れぞれの位置で撮影した画像を用いる方法がある。この
方法では、従来よく用いられている立方体を用いる方法
と比較すると、情報量が格段に多いため、精度よく光学
系パラメータを求めることができる。
して、２次元格子が描かれた基準平面を平行移動し、そ
れぞれの位置で撮影した画像を用いる方法がある。この
方法では、従来よく用いられている立方体を用いる方法
と比較すると、情報量が格段に多いため、精度よく光学
系パラメータを求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光学系パラメ
ータは、レンズ収差がないと仮定して求められているた
め、実際にはその影響が誤差として現れる。従来のよう
に計測精度がそれほど高くなければその影響は無視でき
るが、精度よく投影格子の位相値が得られ、計測精度が
向上すると、相対的にレンズの収差の影響が大きくな
り、無視できなくなる。
ータは、レンズ収差がないと仮定して求められているた
め、実際にはその影響が誤差として現れる。従来のよう
に計測精度がそれほど高くなければその影響は無視でき
るが、精度よく投影格子の位相値が得られ、計測精度が
向上すると、相対的にレンズの収差の影響が大きくな
り、無視できなくなる。
【０００７】問題点は、テレビカメラとプロジェクタの
レンズの収差の影響が計測に入るため、計測結果に歪み
が生じることである。
レンズの収差の影響が計測に入るため、計測結果に歪み
が生じることである。
【０００８】テレビカメラとプロジェクタのレンズ収差
が影響しない方法が、特開平１０−９６６０６号におい
て開示されている。まず、基準平板上に描かれた２次元
格子の位相分布を求める。次に、描かれた２次元格子の
上に投影された格子の位相分布を求める。さらに、基準
平板をその法線方向に一定の距離だけ平行移動し、再び
基準平板上に描かれた２次元格子の位相分布とそこに投
影された格子の位相分布を求める。このようにして得ら
れた基準平板上の位相分布を元にして、試料物体表面上
の任意の点の３次元座標を算出する。
が影響しない方法が、特開平１０−９６６０６号におい
て開示されている。まず、基準平板上に描かれた２次元
格子の位相分布を求める。次に、描かれた２次元格子の
上に投影された格子の位相分布を求める。さらに、基準
平板をその法線方向に一定の距離だけ平行移動し、再び
基準平板上に描かれた２次元格子の位相分布とそこに投
影された格子の位相分布を求める。このようにして得ら
れた基準平板上の位相分布を元にして、試料物体表面上
の任意の点の３次元座標を算出する。
【０００９】上記方法で基準平板に関して必要となるこ
とをまとめると、次の（１）および（２）のようにな
る。 （１）基準平板の表面上に固定された座標における縦方
向と横方向の位相分布を求めること（基準平板表面上に
描かれた２次元格子の縦成分と横成分の位相分布を求め
ることがこれにあたる）。 （２）基準平板の表面に投影された縦方向と横方向の格
子の位相分布を求めること。
とをまとめると、次の（１）および（２）のようにな
る。 （１）基準平板の表面上に固定された座標における縦方
向と横方向の位相分布を求めること（基準平板表面上に
描かれた２次元格子の縦成分と横成分の位相分布を求め
ることがこれにあたる）。 （２）基準平板の表面に投影された縦方向と横方向の格
子の位相分布を求めること。
【００１０】上記（１）において、従来は、基準平板上
に描かれた２次元格子の位相分布を求める時に、フーリ
エ変換格子法を用いて２次元格子の縦成分と横成分を分
離し、格子１本につき−π〜πの範囲の値として算出さ
れた位相分布（−π〜πが繰り返すのこぎり波状の分布
となる）を求め、その位相分布を連続化（格子線１本ご
とに２ｋπ（ｋは整数）を加えることにより滑らかにつ
ながるようにすること）する際に基準となる点（ｋ＝０
とする格子点）を手作業で指定する必要があった。
に描かれた２次元格子の位相分布を求める時に、フーリ
エ変換格子法を用いて２次元格子の縦成分と横成分を分
離し、格子１本につき−π〜πの範囲の値として算出さ
れた位相分布（−π〜πが繰り返すのこぎり波状の分布
となる）を求め、その位相分布を連続化（格子線１本ご
とに２ｋπ（ｋは整数）を加えることにより滑らかにつ
ながるようにすること）する際に基準となる点（ｋ＝０
とする格子点）を手作業で指定する必要があった。
【００１１】上記２において、従来は、基準平板表面に
描かれた２次元格子の上にプロジェクタから格子画像を
投影していた。
描かれた２次元格子の上にプロジェクタから格子画像を
投影していた。
【００１２】この従来の方法の問題点は次の通りであ
る。 （１）基準平板に描かれている２次元格子の基準となる
点を手作業で示す必要があり、自動化が困難である。ま
た、基準平板に予め印を付けておく方法もあるが、位相
分布を求めるときに印が誤差の原因になる。 （２）フーリエ変換格子法で２次元格子の位相分布を求
める場合、画像の端部近傍では位相の誤差が大きくな
る。 （３）本来基準平板は平坦であることが前提であるにも
かかわらず、基準平板上に格子模様を描いているため
に、その印刷インクなどの凹凸が誤差の原因となる。 （４）基準平板表面に描かれた２次元格子の上にプロジ
ェクタから格子画像を投影していたために、基準平板に
投影した格子を撮影した画像において、場所ごと（描か
れた格子線上かそうでないかによって）にコントラスト
が異なり、投影格子の位相を算出する際の算出精度が場
所ごとにばらつく結果となる。（一般に、画像のコント
ラストが高いほど位相の算出精度は高い。）
る。 （１）基準平板に描かれている２次元格子の基準となる
点を手作業で示す必要があり、自動化が困難である。ま
た、基準平板に予め印を付けておく方法もあるが、位相
分布を求めるときに印が誤差の原因になる。 （２）フーリエ変換格子法で２次元格子の位相分布を求
める場合、画像の端部近傍では位相の誤差が大きくな
る。 （３）本来基準平板は平坦であることが前提であるにも
かかわらず、基準平板上に格子模様を描いているため
に、その印刷インクなどの凹凸が誤差の原因となる。 （４）基準平板表面に描かれた２次元格子の上にプロジ
ェクタから格子画像を投影していたために、基準平板に
投影した格子を撮影した画像において、場所ごと（描か
れた格子線上かそうでないかによって）にコントラスト
が異なり、投影格子の位相を算出する際の算出精度が場
所ごとにばらつく結果となる。（一般に、画像のコント
ラストが高いほど位相の算出精度は高い。）
【００１３】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
テレビカメラとプロジェクタのレンズ収差が影響しない
形状計測方法において、基準平板の位相分布および基準
平板に投影された格子の位相分布を全自動で精度よく求
めることができる形状計測方法および装置を提供するこ
とである。
テレビカメラとプロジェクタのレンズ収差が影響しない
形状計測方法において、基準平板の位相分布および基準
平板に投影された格子の位相分布を全自動で精度よく求
めることができる形状計測方法および装置を提供するこ
とである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による形状計測方
法は、（１）画面表面に光拡散板が配置され、２次元格
子が表示され、基準表面を構成する表示装置を、前記基
準平面と直角方向に平行移動できるよう１軸テーブル上
に設置する工程と、（２）テレビカメラを前記の２次元
格子が写る位置に設置する工程と、（３）格子投影装置
を前記基準平面に格子が投影できる位置に設置する工程
と、（４）複数の位置における前記基準表面に表示され
た２次元格子を撮影した画像から位相値分布を計算して
その結果をコンピュータメモリに記録する工程と、
（５）複数の位置における前記基準表面に格子投影装置
から投影された２次元格子を撮影した画像を位相値デー
タに変換してコンピュータメモリに記録する工程と、
（６）試料物体上に格子投影装置から投影された２次元
格子を撮影し、それぞれの画素について、その画素の画
面内座標と投影格子の位相値および位相値分布計算メモ
リと撮影画像より変換した位相値データメモリとで計算
されたデータからその画素に写されている計測対象物上
の点の空間座標を算出する工程とを具えることを特徴と
する。
法は、（１）画面表面に光拡散板が配置され、２次元格
子が表示され、基準表面を構成する表示装置を、前記基
準平面と直角方向に平行移動できるよう１軸テーブル上
に設置する工程と、（２）テレビカメラを前記の２次元
格子が写る位置に設置する工程と、（３）格子投影装置
を前記基準平面に格子が投影できる位置に設置する工程
と、（４）複数の位置における前記基準表面に表示され
た２次元格子を撮影した画像から位相値分布を計算して
その結果をコンピュータメモリに記録する工程と、
（５）複数の位置における前記基準表面に格子投影装置
から投影された２次元格子を撮影した画像を位相値デー
タに変換してコンピュータメモリに記録する工程と、
（６）試料物体上に格子投影装置から投影された２次元
格子を撮影し、それぞれの画素について、その画素の画
面内座標と投影格子の位相値および位相値分布計算メモ
リと撮影画像より変換した位相値データメモリとで計算
されたデータからその画素に写されている計測対象物上
の点の空間座標を算出する工程とを具えることを特徴と
する。
【００１５】本発明による形状計測装置は、（１）画面
表面に光拡散板が配置され、２次元格子が表示され、基
準表面を構成する表示装置を、前記基準平面と直角方向
に平行移動できるよう１軸テーブル上に設置する手段
と、（２）テレビカメラを前記の２次元格子が写る位置
に設置する手段と、（３）格子投影装置を前記基準平面
に格子が投影できる位置に設置する手段と、（４）複数
の位置における前記基準表面に表示された２次元格子を
撮影した画像から位相値分布を計算してその結果をコン
ピュータメモリに記録する手段と、（５）複数の位置に
おける前記基準表面に格子投影装置から投影された２次
元格子を撮影した画像を位相値データに変換してコンピ
ュータメモリに記録する手段と、（６）試料物体上に格
子投影装置から投影された２次元格子を撮影し、それぞ
れの画素について、その画素の画面内座標と投影格子の
位相値および位相値分布計算メモリと撮影画像より変換
した位相値データメモリとで計算されたデータからその
画素に写されている計測対象物上の点の空間座標を算出
する手段とを具えることを特徴とする。
表面に光拡散板が配置され、２次元格子が表示され、基
準表面を構成する表示装置を、前記基準平面と直角方向
に平行移動できるよう１軸テーブル上に設置する手段
と、（２）テレビカメラを前記の２次元格子が写る位置
に設置する手段と、（３）格子投影装置を前記基準平面
に格子が投影できる位置に設置する手段と、（４）複数
の位置における前記基準表面に表示された２次元格子を
撮影した画像から位相値分布を計算してその結果をコン
ピュータメモリに記録する手段と、（５）複数の位置に
おける前記基準表面に格子投影装置から投影された２次
元格子を撮影した画像を位相値データに変換してコンピ
ュータメモリに記録する手段と、（６）試料物体上に格
子投影装置から投影された２次元格子を撮影し、それぞ
れの画素について、その画素の画面内座標と投影格子の
位相値および位相値分布計算メモリと撮影画像より変換
した位相値データメモリとで計算されたデータからその
画素に写されている計測対象物上の点の空間座標を算出
する手段とを具えることを特徴とする。
【００１６】本発明によれば、基準板に液晶板等のディ
スプレイを用い、そのディスプレイの表面に光拡散板を
配置することにより、ディスプレイに映し出された格子
模様を光拡散板に表示し、また、プロジェクタからの投
影格子画像を同じ光拡散板上に投影することができ、同
一平面上における基準板の位相分布と投影された格子画
像の位相分布の両方を得ることができる。さらに、マー
クを表示するか、表示する格子画像のピッチを数種類用
いることにより、位相値の連続化を全自動で行うことが
できる。
スプレイを用い、そのディスプレイの表面に光拡散板を
配置することにより、ディスプレイに映し出された格子
模様を光拡散板に表示し、また、プロジェクタからの投
影格子画像を同じ光拡散板上に投影することができ、同
一平面上における基準板の位相分布と投影された格子画
像の位相分布の両方を得ることができる。さらに、マー
クを表示するか、表示する格子画像のピッチを数種類用
いることにより、位相値の連続化を全自動で行うことが
できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による形状計測装
置の一実施形態の構成を示す線図である。本形状計測装
置１は、液晶ディスプレイ２と、形状計測用コンピュー
タ３と、テレビカメラ４と、シャッタ付き格子投影用プ
ロジェクタ５とを具える。液晶ディスプレイ２は一軸の
移動ステージ６に取り付けられている。このステージ６
は形状計測用コンピュータ３に接続され、移動ステージ
制御信号によって液晶ディスプレイ２の表示面の法線方
向に移動することができる。液晶ディスプレイ２は、液
晶パネル７およびバックライト光源８を具え、形状計測
用コンピュータ３に接続され、基準平板格子画像を表示
する。液晶ディスプレイ２の液晶パネル７表面には光拡
散板９が貼り付けられている。光拡散板９には、白色の
均一な平面で、透過光が光拡散板から拡散されて放射さ
れるような材質を用いる。液晶ディスプレイ２のバック
ライト光源８は、コンピュータ３からのバックライト点
灯／消灯信号により点灯または消灯ができる。
置の一実施形態の構成を示す線図である。本形状計測装
置１は、液晶ディスプレイ２と、形状計測用コンピュー
タ３と、テレビカメラ４と、シャッタ付き格子投影用プ
ロジェクタ５とを具える。液晶ディスプレイ２は一軸の
移動ステージ６に取り付けられている。このステージ６
は形状計測用コンピュータ３に接続され、移動ステージ
制御信号によって液晶ディスプレイ２の表示面の法線方
向に移動することができる。液晶ディスプレイ２は、液
晶パネル７およびバックライト光源８を具え、形状計測
用コンピュータ３に接続され、基準平板格子画像を表示
する。液晶ディスプレイ２の液晶パネル７表面には光拡
散板９が貼り付けられている。光拡散板９には、白色の
均一な平面で、透過光が光拡散板から拡散されて放射さ
れるような材質を用いる。液晶ディスプレイ２のバック
ライト光源８は、コンピュータ３からのバックライト点
灯／消灯信号により点灯または消灯ができる。
【００１８】テレビカメラ４は、液晶ディスプレイ２が
撮影できるように設置されている。プロジェクタ５は、
液晶ディスプレイ２上にその映像が投影できるように設
置されている。プロジェクタ５には、シャッタ機能が付
加されており、形状計測用コンピュータ３からの信号に
より開閉できるようになっている。
撮影できるように設置されている。プロジェクタ５は、
液晶ディスプレイ２上にその映像が投影できるように設
置されている。プロジェクタ５には、シャッタ機能が付
加されており、形状計測用コンピュータ３からの信号に
より開閉できるようになっている。
【００１９】図２に液晶ディスプレイ２に格子画像を表
示する場合の信号の流れと、光拡散板９の表面の様子と
を示す。この場合には。液晶ディスプレイのバックライ
ト点灯信号によりバックライトを点灯する。液晶パネル
に表示される格子画像は、バックライトからの光の影絵
として光拡散板に裏（液晶パネル側）から投写される。
光拡散板の裏に投写された格子画像は、光拡散板の表か
ら散乱光として放射される。これをテレビカメラで撮影
すると、光拡散板の表面に格子画像が写されているよう
に写る。このように、基準平板に表示された格子画像を
撮影する場合には、光拡散板はディスプレイの表面とし
て機能する。
示する場合の信号の流れと、光拡散板９の表面の様子と
を示す。この場合には。液晶ディスプレイのバックライ
ト点灯信号によりバックライトを点灯する。液晶パネル
に表示される格子画像は、バックライトからの光の影絵
として光拡散板に裏（液晶パネル側）から投写される。
光拡散板の裏に投写された格子画像は、光拡散板の表か
ら散乱光として放射される。これをテレビカメラで撮影
すると、光拡散板の表面に格子画像が写されているよう
に写る。このように、基準平板に表示された格子画像を
撮影する場合には、光拡散板はディスプレイの表面とし
て機能する。
【００２０】図３に基準平板に格子画像を投影する場合
の信号の流れと光拡散板表面の様子を示す。また、プロ
ジェクタの投影格子画像を撮影する場合には、格子投影
用プロジェクタからの格子画像は光拡散板表面に投影さ
れ、このとき、光拡散板はプロジェクタのスクリーンと
して機能する。
の信号の流れと光拡散板表面の様子を示す。また、プロ
ジェクタの投影格子画像を撮影する場合には、格子投影
用プロジェクタからの格子画像は光拡散板表面に投影さ
れ、このとき、光拡散板はプロジェクタのスクリーンと
して機能する。
【００２１】上記の機能を実現するために、光拡散板に
は、透過光も反射光もすべて散乱するような材質が求め
られる。例えば、市販されているバブルジェットプリン
タ用のバックプリントフィルム等を使用してもよい。
は、透過光も反射光もすべて散乱するような材質が求め
られる。例えば、市販されているバブルジェットプリン
タ用のバックプリントフィルム等を使用してもよい。
【００２２】基準平板をディスプレイにすることによっ
て、従来では不可能であった複数の任意の画像を表示で
きるようになる。この特徴を用いて、次のようにして、
基準表面の表面上に固定された座標における縦方向と横
方向の位相成分を求めることができる。
て、従来では不可能であった複数の任意の画像を表示で
きるようになる。この特徴を用いて、次のようにして、
基準表面の表面上に固定された座標における縦方向と横
方向の位相成分を求めることができる。
【００２３】第１の方法は、マークを表示する方法であ
る。格子画像の表示とは別にマークを表示して、基準の
位置を自動で示す（従来は、マークを初めから付けてお
くか、後でマークを手作業でつける必要があった）。こ
のマークの座標をコンピュータで自動的に求めて、その
座標を基準点として、位相接続を自動的に行う。
る。格子画像の表示とは別にマークを表示して、基準の
位置を自動で示す（従来は、マークを初めから付けてお
くか、後でマークを手作業でつける必要があった）。こ
のマークの座標をコンピュータで自動的に求めて、その
座標を基準点として、位相接続を自動的に行う。
【００２４】図４に、この方法の手順を示す。まず、ピ
ッチｐ画素の格子画像を液晶モニタ上に表示してこれを
カメラで撮影する。次に、表示している画像を左方向に
１画素分シフトして撮影する。ここで１画素分は、位相
２π／ｐに相当する。この操作をｐ−１回繰り返し、１
周期分位相シフトしたｐ枚の画像を撮影する。これらの
画像から各種位相シフト法により各点ごとに位相θ
（ｘ，ｙ）を計算し、位相分布とする。
ッチｐ画素の格子画像を液晶モニタ上に表示してこれを
カメラで撮影する。次に、表示している画像を左方向に
１画素分シフトして撮影する。ここで１画素分は、位相
２π／ｐに相当する。この操作をｐ−１回繰り返し、１
周期分位相シフトしたｐ枚の画像を撮影する。これらの
画像から各種位相シフト法により各点ごとに位相θ
（ｘ，ｙ）を計算し、位相分布とする。
【００２５】ｘ方向の位相θの分布をグラフに表すと、
−π〜πの範囲ののこぎり波状の繰り返しになる。この
繰り返しをなくし、単調増加にする操作を位相の連続化
という。位相の連続化を行うために、次のような操作を
行う。
−π〜πの範囲ののこぎり波状の繰り返しになる。この
繰り返しをなくし、単調増加にする操作を位相の連続化
という。位相の連続化を行うために、次のような操作を
行う。
【００２６】まず、基準点画像を表示して、これを撮影
した画像から基準点の座標を求める。次に、位相の急変
部を境界として領域分割を行う。基準点の座標を含む領
域をｋ＝０として、増加する方向の次の領域をｋ＝１、
その次をｋ＝２．．．また、位相が減少する方向の隣の
領域をｋ＝−１、その次をｋ＝−２．．．とする。連続
化後の位相φ（ｘ，ｙ）を次式により求める。φ＝θ＋
２ｋπ
した画像から基準点の座標を求める。次に、位相の急変
部を境界として領域分割を行う。基準点の座標を含む領
域をｋ＝０として、増加する方向の次の領域をｋ＝１、
その次をｋ＝２．．．また、位相が減少する方向の隣の
領域をｋ＝−１、その次をｋ＝−２．．．とする。連続
化後の位相φ（ｘ，ｙ）を次式により求める。φ＝θ＋
２ｋπ
【００２７】第２の方法は、ピッチの異なる格子を表示
することで位相接続を自動で行う方法である。ピッチの
異なる複数の格子の位相値から位相の連続化を行うこと
もできる。図５に示すようにピッチｐ１画素とピッチｐ
２画素の２通りの格子について、それぞれ方法１の場合
と同様に位相シフト法により各点の位相値θ１とθ２を
求める。次に、後述の方法によりこれら２つの位相値の
組み合わせにより位相の連続化を行うと、連続化された
位相φが得られる。
することで位相接続を自動で行う方法である。ピッチの
異なる複数の格子の位相値から位相の連続化を行うこと
もできる。図５に示すようにピッチｐ１画素とピッチｐ
２画素の２通りの格子について、それぞれ方法１の場合
と同様に位相シフト法により各点の位相値θ１とθ２を
求める。次に、後述の方法によりこれら２つの位相値の
組み合わせにより位相の連続化を行うと、連続化された
位相φが得られる。
【００２８】以上のように、複数枚の画像を基準物体に
表示することができれば、基準点を示すような手作業の
必要はなく、自動で連続化された位相分布を求めること
ができる。上記はｘ方向の格子についての説明である
が、ｙ方向についても同様の方法で連続化された位相分
布を得ることができる。また、位相計算にフーリエ変換
格子法ではなく、位相シフト法を用いることができるた
め、画像の端部近傍での位相の誤差が大きくなることは
なく、画面上のすべての点で誤差のばらつきのない位相
分布が得られることになる。
表示することができれば、基準点を示すような手作業の
必要はなく、自動で連続化された位相分布を求めること
ができる。上記はｘ方向の格子についての説明である
が、ｙ方向についても同様の方法で連続化された位相分
布を得ることができる。また、位相計算にフーリエ変換
格子法ではなく、位相シフト法を用いることができるた
め、画像の端部近傍での位相の誤差が大きくなることは
なく、画面上のすべての点で誤差のばらつきのない位相
分布が得られることになる。
【００２９】位相シフトしながら撮影された複数枚の画
像から、画像内の各点の位相値を求める方法の一つにフ
ーリエ変換位相シフト法がある。詳細は、特開平１０−
０９６６０６号明細書を参照されたい。
像から、画像内の各点の位相値を求める方法の一つにフ
ーリエ変換位相シフト法がある。詳細は、特開平１０−
０９６６０６号明細書を参照されたい。
【００３０】−πからπの範囲の繰り返しとして得られ
た位相分布を連続化する方法の一つに、複数のピッチの
格子を用いた位相の自動連続化方法がある。格子の位相
値は格子１本につき２πの繰り返しとして得られる。こ
の繰り返しの位相値を隣の格子に移るたびに２πずつ足
していき、連続化することを位相接続または位相の連続
化と呼ぶ。ここでは、複数のピッチの異なる格子の位相
値から位相接続後の位相値を求める方法を説明する。
た位相分布を連続化する方法の一つに、複数のピッチの
格子を用いた位相の自動連続化方法がある。格子の位相
値は格子１本につき２πの繰り返しとして得られる。こ
の繰り返しの位相値を隣の格子に移るたびに２πずつ足
していき、連続化することを位相接続または位相の連続
化と呼ぶ。ここでは、複数のピッチの異なる格子の位相
値から位相接続後の位相値を求める方法を説明する。
【００３１】まず２種類の場合について説明する。ピッ
チの異なる２種類の格子の、各点におけるそれぞれの位
相値から位相接続後の位相値を予測する方法を用いる。
図６にその原理を示す。図中、太い実線Ａ、Ｂは、それ
ぞれピッチｐ１、ｐ２の格子の連続化前の位相値を表し
ている。ある点Ｘにおいて、それぞれの格子の位相値を
α１、α２とし、位相接続された位相値をそれぞれ
β１、β２とすると、β１−β２≦２πとなる範囲で
は、
チの異なる２種類の格子の、各点におけるそれぞれの位
相値から位相接続後の位相値を予測する方法を用いる。
図６にその原理を示す。図中、太い実線Ａ、Ｂは、それ
ぞれピッチｐ１、ｐ２の格子の連続化前の位相値を表し
ている。ある点Ｘにおいて、それぞれの格子の位相値を
α１、α２とし、位相接続された位相値をそれぞれ
β１、β２とすると、β１−β２≦２πとなる範囲で
は、
【数１】 のようにβ１が得られる。β１はα１とα２だけから求
められるため、段差や不連続部は影響しない。
められるため、段差や不連続部は影響しない。
【００３２】次に、格子のピッチの種類がＮ種類の一般
の場合について説明する。αｉとβ ｉは、それぞれ位相
接続前と後の位相値を表す。ｋｉは格子番号であり、ｎ
ｉは整数とし、θとθ’を、次式のように定義する。
の場合について説明する。αｉとβ ｉは、それぞれ位相
接続前と後の位相値を表す。ｋｉは格子番号であり、ｎ
ｉは整数とし、θとθ’を、次式のように定義する。
【数２】 βｉは、次式のようになる。ここで、ｐｉは、ｉ番目の
格子のピッチである。
格子のピッチである。
【数３】 もし、ｎ１，．．．，ｎＮが０≦θ´＜２πとなるよう
な組み合わせで選ばれているならば、θ´は次式のよう
にαｉから算出できる。
な組み合わせで選ばれているならば、θ´は次式のよう
にαｉから算出できる。
【数４】 ここで、
【数５】 と定義する。［］はガウス記号（［］内の値を越えない
最大の整数）を表す。β １は式（３）と（５）より次の
ようになる。
最大の整数）を表す。β １は式（３）と（５）より次の
ようになる。
【数６】 このようにして、位相接続後の位相値β１は、式（６）
と（７）とによってαｉの値から算出することができ
る。また、位相接続が可能な範囲は、式（３）と（４）
およびθ’の範囲（０≦θ’＜２π）より、次のように
なる。
と（７）とによってαｉの値から算出することができ
る。また、位相接続が可能な範囲は、式（３）と（４）
およびθ’の範囲（０≦θ’＜２π）より、次のように
なる。
【数７】
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、テレビカメラとプロジ
ェクタのレンズ収差が影響しない形状計測方法におい
て、基準平板の位相分布および基準平板に投影された格
子の位相分布を全自動で精度よく求めることができる形
状計測方法および装置が提供される。
ェクタのレンズ収差が影響しない形状計測方法におい
て、基準平板の位相分布および基準平板に投影された格
子の位相分布を全自動で精度よく求めることができる形
状計測方法および装置が提供される。
【図１】 本発明による形状計測装置の構成を示す線図
である。
である。
【図２】 図１に示す形状計測装置の動作を説明する線
図である。
図である。
【図３】 図１に示す形状計測装置の動作を説明する線
図である。
図である。
【図４】 基準表面の表面上に固定された座標における
縦方向と横方向の位相成分を求める方法の手順を示す線
図である。
縦方向と横方向の位相成分を求める方法の手順を示す線
図である。
【図５】 基準表面の表面上に固定された座標における
縦方向と横方向の位相成分を求める他の方法の手順を示
す線図である。
縦方向と横方向の位相成分を求める他の方法の手順を示
す線図である。
【図６】 複数のピッチの異なる格子の位相値から位相
接続後の位相値を求める方法の原理を説明する線図であ
る。
接続後の位相値を求める方法の原理を説明する線図であ
る。
１ 形状計測装置 ２ 液晶ディスプレイ ３ 形状計測用コンピュータ ４ テレビカメラ ５ シャッタ付き格子投影用プロジェクタ ６ 移動ステージ ７ 液晶パネル ８ バックライト光源 ９ 光拡散板
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA51 BB01 BB29 CC25 DD06 FF04 FF42 FF61 GG15 HH06 HH13 JJ03 JJ08 JJ19 JJ26 LL30 LL41 LL49 NN01 NN20 PP12 QQ00 QQ16 QQ23 QQ24 QQ28 QQ32
Claims (2)
- 【請求項１】 （１）画面表面に光拡散板が配置され、
２次元格子が表示され、基準表面を構成する表示装置
を、前記基準平面と直角方向に平行移動できるよう１軸
テーブル上に設置する工程と、（２）テレビカメラを前
記の２次元格子が写る位置に設置する工程と、（３）格
子投影装置を前記基準平面に格子が投影できる位置に設
置する工程と、（４）複数の位置における前記基準表面
に表示された２次元格子を撮影した画像から位相値分布
を計算してその結果をコンピュータメモリに記録する工
程と、（５）複数の位置における前記基準表面に格子投
影装置から投影された２次元格子を撮影した画像を位相
値データに変換してコンピュータメモリに記録する工程
と、（６）試料物体上に格子投影装置から投影された２
次元格子を撮影し、それぞれの画素について、その画素
の画面内座標と投影格子の位相値および位相値分布計算
メモリと撮影画像より変換した位相値データメモリとで
計算されたデータからその画素に写されている計測対象
物上の点の空間座標を算出する工程とを具えることを特
徴とする形状計測方法。 - 【請求項２】 （１）画面表面に光拡散板が配置され、
２次元格子が表示され、基準表面を構成する表示装置
を、前記基準平面と直角方向に平行移動できるよう１軸
テーブル上に設置する手段と、（２）テレビカメラを前
記の２次元格子が写る位置に設置する手段と、（３）格
子投影装置を前記基準平面に格子が投影できる位置に設
置する手段と、（４）複数の位置における前記基準表面
に表示された２次元格子を撮影した画像から位相値分布
を計算してその結果をコンピュータメモリに記録する手
段と、（５）複数の位置における前記基準表面に格子投
影装置から投影された２次元格子を撮影した画像を位相
値データに変換してコンピュータメモリに記録する手段
と、（６）試料物体上に格子投影装置から投影された２
次元格子を撮影し、それぞれの画素について、その画素
の画面内座標と投影格子の位相値および位相値分布計算
メモリと撮影画像より変換した位相値データメモリとで
計算されたデータからその画素に写されている計測対象
物上の点の空間座標を算出する手段とを具えることを特
徴とする形状計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28917999A JP3281918B2 (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | 形状計測方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28917999A JP3281918B2 (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | 形状計測方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108422A true JP2001108422A (ja) | 2001-04-20 |
| JP3281918B2 JP3281918B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=17739802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28917999A Expired - Lifetime JP3281918B2 (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | 形状計測方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3281918B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001094880A1 (fr) * | 2000-06-07 | 2001-12-13 | Citizen Watch Co., Ltd. | Projecteur de motif de reseau utilisant un reseau de cristaux liquides |
| JP2002090126A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Wakayama Univ | カラー矩形波格子投影によるリアルタイム形状変形計測方法 |
| JP2006153741A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Ym Systems Kk | ３次元形状測定装置、３次元形状測定方法および３次元形状測定プログラム |
| US7587094B2 (en) | 2004-06-17 | 2009-09-08 | Konica Minolta Sensing, Inc. | Phase measurement system |
| JP2010537183A (ja) * | 2007-08-17 | 2010-12-02 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 非接触プローブ |
| JP2012220349A (ja) * | 2011-04-08 | 2012-11-12 | Wakayama Univ | 変位・ひずみ分布計測光学系と計測手法 |
| US9329030B2 (en) | 2009-09-11 | 2016-05-03 | Renishaw Plc | Non-contact object inspection |
| CN112254681A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-22 | 昆明理工大学 | 一种发散型多线激光投影测量仿真系统及其实现方法 |
| US11257232B2 (en) | 2017-05-08 | 2022-02-22 | University Of Fukui | Three-dimensional measurement method using feature amounts and device using the method |
-
1999
- 1999-10-12 JP JP28917999A patent/JP3281918B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001094880A1 (fr) * | 2000-06-07 | 2001-12-13 | Citizen Watch Co., Ltd. | Projecteur de motif de reseau utilisant un reseau de cristaux liquides |
| US7009718B2 (en) | 2000-06-07 | 2006-03-07 | Citizen Watch Co., Ltd. | Grating pattern projection apparatus using liquid crystal grating |
| JP2002090126A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Wakayama Univ | カラー矩形波格子投影によるリアルタイム形状変形計測方法 |
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| JP2006153741A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Ym Systems Kk | ３次元形状測定装置、３次元形状測定方法および３次元形状測定プログラム |
| JP4505318B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2010-07-21 | ワイエムシステムズ株式会社 | ３次元形状測定装置、３次元形状測定方法および３次元形状測定プログラム |
| JP2010537183A (ja) * | 2007-08-17 | 2010-12-02 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 非接触プローブ |
| US8605983B2 (en) | 2007-08-17 | 2013-12-10 | Renishaw Plc | Non-contact probe |
| US8792707B2 (en) | 2007-08-17 | 2014-07-29 | Renishaw Plc | Phase analysis measurement apparatus and method |
| US8923603B2 (en) | 2007-08-17 | 2014-12-30 | Renishaw Plc | Non-contact measurement apparatus and method |
| USRE46012E1 (en) | 2007-08-17 | 2016-05-24 | Renishaw Plc | Non-contact probe |
| US9329030B2 (en) | 2009-09-11 | 2016-05-03 | Renishaw Plc | Non-contact object inspection |
| JP2012220349A (ja) * | 2011-04-08 | 2012-11-12 | Wakayama Univ | 変位・ひずみ分布計測光学系と計測手法 |
| US11257232B2 (en) | 2017-05-08 | 2022-02-22 | University Of Fukui | Three-dimensional measurement method using feature amounts and device using the method |
| CN112254681A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-22 | 昆明理工大学 | 一种发散型多线激光投影测量仿真系统及其实现方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3281918B2 (ja) | 2002-05-13 |
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