JP2002318109A - ３次元形状測定方法 - Google Patents
３次元形状測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】測定精度の向上を図った３次元形状測定方法を
得る。 【解決手段】周期と向きとが互いに異なる複数の１次元
格子１〜３毎に色を変えて被測定物に格子パターンを同
時に投影する。そして、被測定物の３次元形状に応じて
変形した格子像を撮像し、格子像から各色毎の１次元格
子成分に分離し、各１次元格子成分毎に位相を検出し
て、各位相に基づいて３次元形状の測定値を得る。ま
た、白色光により被測定物を撮像して、被測定物の色情
報をも計測する。
得る。 【解決手段】周期と向きとが互いに異なる複数の１次元
格子１〜３毎に色を変えて被測定物に格子パターンを同
時に投影する。そして、被測定物の３次元形状に応じて
変形した格子像を撮像し、格子像から各色毎の１次元格
子成分に分離し、各１次元格子成分毎に位相を検出し
て、各位相に基づいて３次元形状の測定値を得る。ま
た、白色光により被測定物を撮像して、被測定物の色情
報をも計測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元形状の被測
定物に格子パターンを投影し、この投影像から被測定物
の形状を測定する３次元形状測定方法に関する。
定物に格子パターンを投影し、この投影像から被測定物
の形状を測定する３次元形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、被測定物に格子状のパターン
を投影し、被測定物各部の高さ分布に応じて変形した格
子像から３次元形状を測定するモアレ法やヘテロダイン
法が知られている。モアレ法では変形格子像に基準格子
を重ねることにより被測定物の高さ分布の等高線を与え
るモアレ縞を発生させて高さ分布を求めている。ヘテロ
ダイン法では基準格子を無変調の空間的キャリア周波数
信号と考え、変形格子像を空間的に位相変調されたキャ
リア信号とみなして変形量を位相として検出することに
より被測定物の高さ分布を求めている。
を投影し、被測定物各部の高さ分布に応じて変形した格
子像から３次元形状を測定するモアレ法やヘテロダイン
法が知られている。モアレ法では変形格子像に基準格子
を重ねることにより被測定物の高さ分布の等高線を与え
るモアレ縞を発生させて高さ分布を求めている。ヘテロ
ダイン法では基準格子を無変調の空間的キャリア周波数
信号と考え、変形格子像を空間的に位相変調されたキャ
リア信号とみなして変形量を位相として検出することに
より被測定物の高さ分布を求めている。
【０００３】これらの測定方法は、面の形状が滑らかで
各部が相互に連続に接続された被測定物に対しては有効
であるが、大きな不連続段差をもつ被測定物や各部が相
互に接続点をもたない孤立した面から構成されるような
被測定物の形状を測ることができない。モアレ法の場合
は、不連続な等高縞の縞次数を一意に決定できないため
であり、また、ヘテロダイン法の場合は、（−π、π］
の主値の範囲に折り畳まれて検出される位相分布から不
連続物体の高さ分布を一意に決定することができないた
めである。
各部が相互に連続に接続された被測定物に対しては有効
であるが、大きな不連続段差をもつ被測定物や各部が相
互に接続点をもたない孤立した面から構成されるような
被測定物の形状を測ることができない。モアレ法の場合
は、不連続な等高縞の縞次数を一意に決定できないため
であり、また、ヘテロダイン法の場合は、（−π、π］
の主値の範囲に折り畳まれて検出される位相分布から不
連続物体の高さ分布を一意に決定することができないた
めである。
【０００４】このような不連続段差をもつ被測定物を測
定するため、特開平１０−２４６６１２号公報にあるよ
うに、周期と向きとが互いに異なる複数の１次元格子を
重畳させた２次元格子パターンを被測定物に投影し、被
測定物の３次元形状に応じて変形した２次元格子像を撮
像し、２次元格子像から各１次元格子成分毎に位相を検
出し、各位相に基づいて３次元形状の測定値を得る方法
が提案されている。
定するため、特開平１０−２４６６１２号公報にあるよ
うに、周期と向きとが互いに異なる複数の１次元格子を
重畳させた２次元格子パターンを被測定物に投影し、被
測定物の３次元形状に応じて変形した２次元格子像を撮
像し、２次元格子像から各１次元格子成分毎に位相を検
出し、各位相に基づいて３次元形状の測定値を得る方法
が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の方法では、周期と向きが異なる１次元格子の個
数が多くなるほど、格子像での１次元格子の交差する部
分が多くなり、２次元格子像を撮像後の周波数の分離が
難しくなり、他の１次元格子がノイズ源となり、精度よ
く測定できないという問題があった。
た従来の方法では、周期と向きが異なる１次元格子の個
数が多くなるほど、格子像での１次元格子の交差する部
分が多くなり、２次元格子像を撮像後の周波数の分離が
難しくなり、他の１次元格子がノイズ源となり、精度よ
く測定できないという問題があった。
【０００６】本発明の課題は、測定精度の向上を図った
３次元形状測定方法を提供することにある。
３次元形状測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成すべ
く、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即
ち、３次元形状の被測定物に格子パターンを投影し、こ
の格子像から前記被測定物の３次元形状の測定値を得る
３次元形状測定方法において、周期と向きとが互いに異
なる複数の１次元格子毎に色を変えて前記被測定物に前
記格子パターンを同時に投影し、前記被測定物の３次元
形状に応じて変形した格子像を撮像し、該格子像から前
記各色毎の前記１次元格子成分に分離し、前記各１次元
格子成分毎に位相を検出して、該各位相に基づいて前記
測定値を得ることを特徴とする３次元形状測定方法がそ
れである。
く、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即
ち、３次元形状の被測定物に格子パターンを投影し、こ
の格子像から前記被測定物の３次元形状の測定値を得る
３次元形状測定方法において、周期と向きとが互いに異
なる複数の１次元格子毎に色を変えて前記被測定物に前
記格子パターンを同時に投影し、前記被測定物の３次元
形状に応じて変形した格子像を撮像し、該格子像から前
記各色毎の前記１次元格子成分に分離し、前記各１次元
格子成分毎に位相を検出して、該各位相に基づいて前記
測定値を得ることを特徴とする３次元形状測定方法がそ
れである。
【０００８】前記１次元格子の色が、赤、緑、青であっ
てもよい。また、前記格子パターンを投影する光源の投
影レンズと前記格子パターンを撮像するイメージセンサ
の結像レンズとの中心を結ぶ直線が、前記被測定物を置
いた参照平面と平行であることが好ましい。更に、白色
光により前記被測定物を撮像して、前記被測定物の色情
報をも計測するようにしてもよい。
てもよい。また、前記格子パターンを投影する光源の投
影レンズと前記格子パターンを撮像するイメージセンサ
の結像レンズとの中心を結ぶ直線が、前記被測定物を置
いた参照平面と平行であることが好ましい。更に、白色
光により前記被測定物を撮像して、前記被測定物の色情
報をも計測するようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、１
は、本実施形態に用いられる赤色の１次元格子１であ
る。この赤色の１次元格子１は、縦方向の赤色の条線の
周期的繰り返し（周期＝ｄ1 ）により形成されている。
また、図１（ｂ）に示すように、２は、本実施形態に用
いられる緑色の１次元格子２である。この緑色の１次元
格子２は、斜め方向の緑色の条線の周期的繰り返し（周
期＝ｄ2 ）により形成されている。
基づいて詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、１
は、本実施形態に用いられる赤色の１次元格子１であ
る。この赤色の１次元格子１は、縦方向の赤色の条線の
周期的繰り返し（周期＝ｄ1 ）により形成されている。
また、図１（ｂ）に示すように、２は、本実施形態に用
いられる緑色の１次元格子２である。この緑色の１次元
格子２は、斜め方向の緑色の条線の周期的繰り返し（周
期＝ｄ2 ）により形成されている。
【００１０】更に、図１（ｃ）に示すように、３は、本
実施形態に用いられる青色の１次元格子３である。この
青色の１次元格子３は、前述した緑色の条線よりも傾斜
角度の大きな斜め方向の青色の条線の周期的繰り返し
（周期＝ｄ3 ）により形成されている。
実施形態に用いられる青色の１次元格子３である。この
青色の１次元格子３は、前述した緑色の条線よりも傾斜
角度の大きな斜め方向の青色の条線の周期的繰り返し
（周期＝ｄ3 ）により形成されている。
【００１１】尚、条線に限らず、ドットにより形成して
もよく、また、１次元格子１〜３としては不要な高調波
成分を含まない正弦波格子が理想的であるが、信号処理
の段階で不要な高調波成分を除去することにより、製作
の容易な矩形格子を用いることもできる。
もよく、また、１次元格子１〜３としては不要な高調波
成分を含まない正弦波格子が理想的であるが、信号処理
の段階で不要な高調波成分を除去することにより、製作
の容易な矩形格子を用いることもできる。
【００１２】後述する投影レンズ５と結像レンズ９との
中心を結ぶ直線方向の各１次元格子１〜３の各周期ｄ1
，ｄ2 ，ｄ3 は、物体の高さを位相値に変換する計測
感度に対応するので、これらは異なる値になるようにす
る。例えば、異なる位相感度の複数の計側データを統合
して高さ分布を求める方法として合同法を用いる場合に
は、ｄ1 ：ｄ2 ：ｄ3 を３：５：７等の素数比とするの
が好ましい。
中心を結ぶ直線方向の各１次元格子１〜３の各周期ｄ1
，ｄ2 ，ｄ3 は、物体の高さを位相値に変換する計測
感度に対応するので、これらは異なる値になるようにす
る。例えば、異なる位相感度の複数の計側データを統合
して高さ分布を求める方法として合同法を用いる場合に
は、ｄ1 ：ｄ2 ：ｄ3 を３：５：７等の素数比とするの
が好ましい。
【００１３】この各１次元格子１〜３は、図２に示すよ
うに、それぞれの白色光源４ａ〜４ｃでレンズ１０〜１
２を介して照明するように構成されている。本実施形態
では、赤色の１次元格子１が、投影レンズ５の光軸と同
軸上に配置され、白色光源４ａで赤色の１次元格子１を
照明し、投影レンズ５により参照平面８上に赤色の１次
元格子１の像を投影する。
うに、それぞれの白色光源４ａ〜４ｃでレンズ１０〜１
２を介して照明するように構成されている。本実施形態
では、赤色の１次元格子１が、投影レンズ５の光軸と同
軸上に配置され、白色光源４ａで赤色の１次元格子１を
照明し、投影レンズ５により参照平面８上に赤色の１次
元格子１の像を投影する。
【００１４】また、緑色の１次元格子２は、投影レンズ
５の光軸と平行に配置され、白色光源４ｂで緑色の１次
元格子２を照明し、プリズム機構１６を介して、投影レ
ンズ５により参照平面８上に緑色の１次元格子２の像を
投影する。更に、緑色の１次元格子２と光軸を挟んで対
向して青色の１次元格子３が配置されており、白色光源
４ｃで青色の１次元格子３を照明し、プリズム機構１６
を介して、投影レンズ５により参照平面８２上に青色の
１次元格子３の像を投影する。
５の光軸と平行に配置され、白色光源４ｂで緑色の１次
元格子２を照明し、プリズム機構１６を介して、投影レ
ンズ５により参照平面８上に緑色の１次元格子２の像を
投影する。更に、緑色の１次元格子２と光軸を挟んで対
向して青色の１次元格子３が配置されており、白色光源
４ｃで青色の１次元格子３を照明し、プリズム機構１６
を介して、投影レンズ５により参照平面８２上に青色の
１次元格子３の像を投影する。
【００１５】本実施形態における図３に示す３個の被測
定物６ａ，６ｂ，７は、相互に接続点を持たない孤立し
た面からなる物体である。この３個の被測定物６ａ，６
ｂ，７は、参照平面８上に置かれており、参照平面８は
高さ計測の基準面を与える。結像レンズ９は被測定物６
ａ，６ｂ，７及び参照平面８上の格子パターンを格子像
２０としてイメージセンサ２１上に結像する。本実施形
態では、イメージセンサ２１に、３板式ＣＣＤカメラを
用いており、イメージセンサ２１からの画像データは画
像処理回路２２に入力される。投影レンズ５と結像レン
ズ９の投影中心を結ぶ直線を参照平面８に平行にして参
照平面８が高さ計測の基準面となるようにする。
定物６ａ，６ｂ，７は、相互に接続点を持たない孤立し
た面からなる物体である。この３個の被測定物６ａ，６
ｂ，７は、参照平面８上に置かれており、参照平面８は
高さ計測の基準面を与える。結像レンズ９は被測定物６
ａ，６ｂ，７及び参照平面８上の格子パターンを格子像
２０としてイメージセンサ２１上に結像する。本実施形
態では、イメージセンサ２１に、３板式ＣＣＤカメラを
用いており、イメージセンサ２１からの画像データは画
像処理回路２２に入力される。投影レンズ５と結像レン
ズ９の投影中心を結ぶ直線を参照平面８に平行にして参
照平面８が高さ計測の基準面となるようにする。
【００１６】更に、結像レンズ９の光軸は参照平面８に
垂直であり、投影レンズ５と結像レンズ９の投影中心を
結ぶ直線が水平方向になるように配置する。こうするこ
とにより、被測定物６ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変
換する計測感度比が各１次元格子１〜３の水平方向の周
期比ｄ1 ：ｄ2 ：ｄ3 により決定され、縦方向の周期比
には依存しなくなるので１次元格子１〜３を重畳し多重
化する際の条線の頃き角の選択の自由度が生じる。この
条線の傾き角の選択の自由度を利用して、各１次元格子
１〜３の空間周波数スペクトル成分が互いに分離するよ
うに条線方向を選び、空間周波教フィルタによるスペク
トルの選択的な抽出ができるようにする。
垂直であり、投影レンズ５と結像レンズ９の投影中心を
結ぶ直線が水平方向になるように配置する。こうするこ
とにより、被測定物６ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変
換する計測感度比が各１次元格子１〜３の水平方向の周
期比ｄ1 ：ｄ2 ：ｄ3 により決定され、縦方向の周期比
には依存しなくなるので１次元格子１〜３を重畳し多重
化する際の条線の頃き角の選択の自由度が生じる。この
条線の傾き角の選択の自由度を利用して、各１次元格子
１〜３の空間周波数スペクトル成分が互いに分離するよ
うに条線方向を選び、空間周波教フィルタによるスペク
トルの選択的な抽出ができるようにする。
【００１７】図３に示すように、本実施形態における一
方の被測定物６ａは高さ２０ｍｍの円柱体であり、他方
の被測定物６ｂは高さが３０ｍｍの直方体である。これ
らは、縁に沿って大きな不運続段差をもち、両者は相互
に接続点をもたない孤立した面から構成されている。他
の一つの被測定物７は、頂上の高さが２５ｍｍの山型の
連続な高さ分布の円錐体である。
方の被測定物６ａは高さ２０ｍｍの円柱体であり、他方
の被測定物６ｂは高さが３０ｍｍの直方体である。これ
らは、縁に沿って大きな不運続段差をもち、両者は相互
に接続点をもたない孤立した面から構成されている。他
の一つの被測定物７は、頂上の高さが２５ｍｍの山型の
連続な高さ分布の円錐体である。
【００１８】この両被測定物６ａ，６ｂ，７に、図２に
示すように、各白色光源４ａ〜４ｃにより各１次元格子
１〜３の格子パターンを同時に投影する。そして、この
格子像２０をイメージセンサ２１により撮像する。格子
像２０は、図４に示すように、被測定物６ａ，６ｂ，７
の３次元形状に応じて変形しており、水平方向の周期比
がｄ1 ：ｄ2 ：ｄ3 ＝３：５：７で、縦方向の条線と斜
め方向の条線からなる３つの１次元格子１〜３が多重に
重畳されている。
示すように、各白色光源４ａ〜４ｃにより各１次元格子
１〜３の格子パターンを同時に投影する。そして、この
格子像２０をイメージセンサ２１により撮像する。格子
像２０は、図４に示すように、被測定物６ａ，６ｂ，７
の３次元形状に応じて変形しており、水平方向の周期比
がｄ1 ：ｄ2 ：ｄ3 ＝３：５：７で、縦方向の条線と斜
め方向の条線からなる３つの１次元格子１〜３が多重に
重畳されている。
【００１９】被測定物の高さｈ(x,y) により位相変調さ
れた格子像パターンｇ(x,y) は下記（１）式で表され
る。ここでｆXk,ｆYkは空間周波数、ｒ(x,y)は被測定物
表面の反射率である。
れた格子像パターンｇ(x,y) は下記（１）式で表され
る。ここでｆXk,ｆYkは空間周波数、ｒ(x,y)は被測定物
表面の反射率である。
【００２０】
【数１】
【００２１】フーリエ変換法の空間周波数フィルタリン
グによりφk(x,y)を分離して個別に取り出すことができ
るが、得られる各々のｈk(x,y)は△ｈk （下記（２）
式）の主値に折り畳まれているのでこれらのデータはそ
れぞれ△ｈk を法とする合同系を作っている。ｘ方向の
周期比を互いに素で最も簡単な整数ｍk に対してそれぞ
れ下記（３）式となるように選んでおくと、下記
（４）、（５）式はｍk （＝△ｈk ／α）を法とする連
立合同系（下記（６）式）を作り上げるので、結局被測
定物の高さｈ(x,y) はこの連立合同方程式の解法に帰着
される。
グによりφk(x,y)を分離して個別に取り出すことができ
るが、得られる各々のｈk(x,y)は△ｈk （下記（２）
式）の主値に折り畳まれているのでこれらのデータはそ
れぞれ△ｈk を法とする合同系を作っている。ｘ方向の
周期比を互いに素で最も簡単な整数ｍk に対してそれぞ
れ下記（３）式となるように選んでおくと、下記
（４）、（５）式はｍk （＝△ｈk ／α）を法とする連
立合同系（下記（６）式）を作り上げるので、結局被測
定物の高さｈ(x,y) はこの連立合同方程式の解法に帰着
される。
【００２２】
【数２】
【００２３】イメージセンサ２１からの格子像パターン
は、画像処理回路２２に入力されて、図７に示す処理が
行われる。画像処理回路２２では、まず、この重畳され
た格子像２０から各色毎に格子像を分離する（ステップ
１００）。そして各色毎に分離した格子像に応じた画像
データを２次元フーリエ変換して、空間周波数スペクト
ルの強度分布を得る（ステップ１１０）。
は、画像処理回路２２に入力されて、図７に示す処理が
行われる。画像処理回路２２では、まず、この重畳され
た格子像２０から各色毎に格子像を分離する（ステップ
１００）。そして各色毎に分離した格子像に応じた画像
データを２次元フーリエ変換して、空間周波数スペクト
ルの強度分布を得る（ステップ１１０）。
【００２４】図５はこの２次元フーリエ変換することに
より得られた空間周波数スペクトルの強度分布の斜視図
である。赤色の１次元格子１の空間周波数スペクトル１
３、１３’と、緑色の１次元格子２の空間周波数スペク
トル１４、１４’と、青色の１次元格子３の空間周波数
スペクトル１５、１５’は、２次元空間周波数領域でこ
のように分離されるので、各１次元格子１〜３の空間周
波数に対応したスペクトル成分を空間周波数フィルタに
より選択的に抽出する（ステップ１２０）。
より得られた空間周波数スペクトルの強度分布の斜視図
である。赤色の１次元格子１の空間周波数スペクトル１
３、１３’と、緑色の１次元格子２の空間周波数スペク
トル１４、１４’と、青色の１次元格子３の空間周波数
スペクトル１５、１５’は、２次元空間周波数領域でこ
のように分離されるので、各１次元格子１〜３の空間周
波数に対応したスペクトル成分を空間周波数フィルタに
より選択的に抽出する（ステップ１２０）。
【００２５】次に、選択抽出した空間周波数スペクトル
の２次元フーリエ逆変換を行い（ステップ１３０）、位
相をヘテロダイン検出する（ステップ１４０）。本実施
形態では３つの１次元格子１〜３を多重化したが、図５
のスペクトル分布から明らかなように、さらに多くの色
の１次元格子を多重化してスペクトルを分離することも
できる。
の２次元フーリエ逆変換を行い（ステップ１３０）、位
相をヘテロダイン検出する（ステップ１４０）。本実施
形態では３つの１次元格子１〜３を多重化したが、図５
のスペクトル分布から明らかなように、さらに多くの色
の１次元格子を多重化してスペクトルを分離することも
できる。
【００２６】ステップ１００〜１４０の処理を繰り返し
実行して、全ての多重化スペクトルに対して位相の検出
を行い（ステップ１５０）、全ての多重化スペクトルに
対して位相を得た後は、既存の方法により高さ分布を求
める（ステップ１６０）。異なる位相感度の複数の計測
データを統合して高さ分布を求める方法としては、多波
長千渉計測における合同法や合致法等の既存の方法を用
いることができる。
実行して、全ての多重化スペクトルに対して位相の検出
を行い（ステップ１５０）、全ての多重化スペクトルに
対して位相を得た後は、既存の方法により高さ分布を求
める（ステップ１６０）。異なる位相感度の複数の計測
データを統合して高さ分布を求める方法としては、多波
長千渉計測における合同法や合致法等の既存の方法を用
いることができる。
【００２７】ヘテロダイン検出された位相は（−π、
π］の主値の範囲に折り畳まれているが、被測定物６
ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変換する計側感度が各１
次元格子１〜３の水平方向の周期に応じて３：５：７と
異なるために、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、各周
波数スペクトル毎に異なる高さ範囲に折り畳まれた３次
元形状分布が得られる。
π］の主値の範囲に折り畳まれているが、被測定物６
ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変換する計側感度が各１
次元格子１〜３の水平方向の周期に応じて３：５：７と
異なるために、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、各周
波数スペクトル毎に異なる高さ範囲に折り畳まれた３次
元形状分布が得られる。
【００２８】図６（ａ）の３次元形状分布２５は条線が
縦方向である赤色の１次元格子１のスペクトル成分１３
をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得られた高
さ分布であり、高さが３ｍｍの範囲に折り畳まれてい
る。一方、図６（ｂ）の３次元形状分布２６は条線が斜
め方向である緑色の１次元格子２のスペクトル成分１４
をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得られた高
さ分布てあり、高さが５ｍｍの範囲に折り畳まれてい
る。
縦方向である赤色の１次元格子１のスペクトル成分１３
をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得られた高
さ分布であり、高さが３ｍｍの範囲に折り畳まれてい
る。一方、図６（ｂ）の３次元形状分布２６は条線が斜
め方向である緑色の１次元格子２のスペクトル成分１４
をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得られた高
さ分布てあり、高さが５ｍｍの範囲に折り畳まれてい
る。
【００２９】更に、図６（ｃ）の３次元形状分布２７は
条線が斜め方向である青色の１次元格子３のスペクトル
成分１５をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得
られた高さ分布てあり、高さが７ｍｍの範囲に折り畳ま
れている。このように、図１に示した各色毎の１次元格
子１〜３の格子像から同時に３つの異なる感度の計測デ
ータを取得することができる。多重化度を高めればさら
に多くの異なる感度の計測データを得ることができる。
条線が斜め方向である青色の１次元格子３のスペクトル
成分１５をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得
られた高さ分布てあり、高さが７ｍｍの範囲に折り畳ま
れている。このように、図１に示した各色毎の１次元格
子１〜３の格子像から同時に３つの異なる感度の計測デ
ータを取得することができる。多重化度を高めればさら
に多くの異なる感度の計測データを得ることができる。
【００３０】本発明による空間周波数多重化を行わない
従来のヘテロダイン法では、図６（ａ）〜（ｃ）の折り
畳まれた高さ分布２５〜２７のいずれか一つのみが得ら
れることになる。図３の被測定物６ａ，６ｂのように、
縁に沿って大きな不連続段差をもち、相互に接続点をも
たない孤立した面から構成されている物体の場合は、各
高さ分布２５〜２７の折り畳まれた高さ分布のいずれか
１つだけからは、その３次元形状を一意に決定すること
ができない。したがって、本発明の方法により、各色の
１次元格子像２０から同時に複数の異なる感度の計測デ
ータを取得することが不可欠である。
従来のヘテロダイン法では、図６（ａ）〜（ｃ）の折り
畳まれた高さ分布２５〜２７のいずれか一つのみが得ら
れることになる。図３の被測定物６ａ，６ｂのように、
縁に沿って大きな不連続段差をもち、相互に接続点をも
たない孤立した面から構成されている物体の場合は、各
高さ分布２５〜２７の折り畳まれた高さ分布のいずれか
１つだけからは、その３次元形状を一意に決定すること
ができない。したがって、本発明の方法により、各色の
１次元格子像２０から同時に複数の異なる感度の計測デ
ータを取得することが不可欠である。
【００３１】３：５：７の高さ感度比で折り畳まれた図
６（ａ）〜（ｃ）の３つの高さ分布２５〜２７のデータ
を統合して３次元形状を求める方法として、多波長干渉
計測の分野でよく知られた合同法を用いると図３に示す
被測定物６ａ，６ｂ，７の３次元形状分布を正しく求め
ることができる。
６（ａ）〜（ｃ）の３つの高さ分布２５〜２７のデータ
を統合して３次元形状を求める方法として、多波長干渉
計測の分野でよく知られた合同法を用いると図３に示す
被測定物６ａ，６ｂ，７の３次元形状分布を正しく求め
ることができる。
【００３２】また、空間周波数多重化格子像２０を２次
元フーリエ変換しフィルタリングして、所望のスペクト
ル成分を選択的に抽出するのと全く等価な処理を格子像
に対する直接演算により実現することもできる。即ち、
図８に示すように、まず、この重畳された格子像２０か
ら各色毎に格子像を分離する（ステップ１００）。そし
て、所望のスペクトルを選択的に抽出するのに用いた２
次元フィルタ窓関数を逆フーリエ変換して２次元インパ
ルス応答関数を得て（ステップ２００）、それを空間周
波数多重化格子像に直接２次元コンボリューション演算
することによっても各１次元格子１〜３の空間周波数に
対応したスペクトル成分を選択的に抽出することができ
る（ステップ２１０）。尚、以下の処理（ステップ１３
０〜１５０）は、前述した処理と同じであるので、説明
を省略する。
元フーリエ変換しフィルタリングして、所望のスペクト
ル成分を選択的に抽出するのと全く等価な処理を格子像
に対する直接演算により実現することもできる。即ち、
図８に示すように、まず、この重畳された格子像２０か
ら各色毎に格子像を分離する（ステップ１００）。そし
て、所望のスペクトルを選択的に抽出するのに用いた２
次元フィルタ窓関数を逆フーリエ変換して２次元インパ
ルス応答関数を得て（ステップ２００）、それを空間周
波数多重化格子像に直接２次元コンボリューション演算
することによっても各１次元格子１〜３の空間周波数に
対応したスペクトル成分を選択的に抽出することができ
る（ステップ２１０）。尚、以下の処理（ステップ１３
０〜１５０）は、前述した処理と同じであるので、説明
を省略する。
【００３３】本発明は、被測定物６ａ，６ｂ，７の３次
元形状に応じて変形した空間周波数多重化格子像２０を
画像処理回路２２に取り込み、各色毎に格子像を分離し
てから、各１次元格子１〜３の空間周波数に対応したス
ペクトル成分を空間周波数フィルタにより選択的に抽出
し、その位相を個別にヘテロダイン検出する。
元形状に応じて変形した空間周波数多重化格子像２０を
画像処理回路２２に取り込み、各色毎に格子像を分離し
てから、各１次元格子１〜３の空間周波数に対応したス
ペクトル成分を空間周波数フィルタにより選択的に抽出
し、その位相を個別にヘテロダイン検出する。
【００３４】この空間周波数フィルタリングは、変形格
手像を２次元フーリエ変換した周波数スペクトル領域で
行うか、あるいは、それと同等な２次元コンボリューシ
ョン演算を２次元格子像に対して直接実行する。ヘテロ
ダイン検出されたこれらの位相は（−π、π］の主値の
範囲に折り畳まれているが、被測定物６ａ，６ｂ，７の
高さを位相値に変換する計測感度が各１次元格子１〜３
の空間周波数に応じて異なるために、各周波数スペクト
ル毎に異なる高さ範囲に折り畳まれた３次元形状分布が
得られる。
手像を２次元フーリエ変換した周波数スペクトル領域で
行うか、あるいは、それと同等な２次元コンボリューシ
ョン演算を２次元格子像に対して直接実行する。ヘテロ
ダイン検出されたこれらの位相は（−π、π］の主値の
範囲に折り畳まれているが、被測定物６ａ，６ｂ，７の
高さを位相値に変換する計測感度が各１次元格子１〜３
の空間周波数に応じて異なるために、各周波数スペクト
ル毎に異なる高さ範囲に折り畳まれた３次元形状分布が
得られる。
【００３５】このため、それぞれの１次元格子１〜３の
スペクトル成分から得られる複数の計測データを統合す
ることにより、不連続段差や孤立した物体面の有無に関
わらず、各単独の計測点ごとにその高さを個別に決定す
ることができる。また、１回の格子パターン投影で瞬時
計測することができるため、高速運動中や高速変形中の
不連続物体の瞬時形状の計測を可能にする。
スペクトル成分から得られる複数の計測データを統合す
ることにより、不連続段差や孤立した物体面の有無に関
わらず、各単独の計測点ごとにその高さを個別に決定す
ることができる。また、１回の格子パターン投影で瞬時
計測することができるため、高速運動中や高速変形中の
不連続物体の瞬時形状の計測を可能にする。
【００３６】しかも、赤、緑、青毎の各色に格子像を分
離するので、この格子像には各色毎の格子像が交差する
部分がなく、他の１次元格子１〜３の格子像によるノイ
ズを低減できるので、精度のよい測定ができる。また、
図２に示すように、イメージセンサ２１と同軸上に、リ
ング状の白色光源３１を設け、この白色光源３１からの
白色光を被測定物６ａ，６ｂ，７に投光して、イメージ
センサ２１により被測定物６ａ，６ｂ，７のカラー画像
を撮る。このカラー画像からピクセル毎の色情報を得
る。これにより、３次元形状の測定データと色情報とを
得ることができる。
離するので、この格子像には各色毎の格子像が交差する
部分がなく、他の１次元格子１〜３の格子像によるノイ
ズを低減できるので、精度のよい測定ができる。また、
図２に示すように、イメージセンサ２１と同軸上に、リ
ング状の白色光源３１を設け、この白色光源３１からの
白色光を被測定物６ａ，６ｂ，７に投光して、イメージ
センサ２１により被測定物６ａ，６ｂ，７のカラー画像
を撮る。このカラー画像からピクセル毎の色情報を得
る。これにより、３次元形状の測定データと色情報とを
得ることができる。
【００３７】以上本発明はこの様な実施形態に何等限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得る。
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得る。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の３次元形状
測定方法は、大きな不連続段差をもつ被測定物や各部が
相互に接続点をもたない孤立した面から構成されるよう
な被測定物の３次元形状を、１回の格子パターン投影で
瞬時計測することができるため、従来法で困難であった
高速運動中や高速変形中の不連続物体の瞬時形状の計測
を可能にする。しかも、各色に格子像を分離するので、
格子像には各色毎の格子像が交差する部分がなく、他の
１次元格子の格子像によるノイズを低減できるので、精
度のよい測定ができるという効果を奏する。
測定方法は、大きな不連続段差をもつ被測定物や各部が
相互に接続点をもたない孤立した面から構成されるよう
な被測定物の３次元形状を、１回の格子パターン投影で
瞬時計測することができるため、従来法で困難であった
高速運動中や高速変形中の不連続物体の瞬時形状の計測
を可能にする。しかも、各色に格子像を分離するので、
格子像には各色毎の格子像が交差する部分がなく、他の
１次元格子の格子像によるノイズを低減できるので、精
度のよい測定ができるという効果を奏する。
【図１】本発明の一実施形態としての３次元形状測定方
法に用いる１次元格子の拡大説明図である。
法に用いる１次元格子の拡大説明図である。
【図２】本実施形態の３次元形状測定方法を用いた装置
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図３】本実施形態の被測定物の斜視図である。
【図４】本実施形態の２次元格子像の説明図である。
【図５】本実施形態の被測定物の空間周波数スペクトル
の強度分布を示す斜視図である。
の強度分布を示す斜視図である。
【図６】本実施形態の異なる感度で折り畳まれた高さ分
布の斜視図である。
布の斜視図である。
【図７】本実施形態の画像処理回路で行われるフーリエ
変換処理の一例を示すフローチャートである。
変換処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態の画像処理回路で行われるコンボリ
ューション処理の一例を示すフローチャートである。
ューション処理の一例を示すフローチャートである。
１〜３…１次元格子 ４ａ〜４ｃ，３１…白色光源 ５…投影レンズ ６ａ，６ｂ，７…被測定物 ８…参照平面 ９…結像レンズ １６…プリズム機構 ２０…格子像 ２１…イメージセンサ ２２…画像処理回路
フロントページの続き (72)発明者 田中 秀行 愛知県瀬戸市穴田町970番地の２ 株式会 社オプトン内 (72)発明者 顧 若偉 愛知県瀬戸市穴田町970番地の２ 株式会 社オプトン内 Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 DD04 DD06 FF07 GG02 HH12 JJ26 LL04 LL41 QQ16 QQ31 QQ33 5B057 AA20 BA02 BA19 CE06 DA17 DB02 DC19 DC36
Claims (4)
- 【請求項１】 ３次元形状の被測定物に格子パターンを
投影し、この格子像から前記被測定物の３次元形状の測
定値を得る３次元形状測定方法において、 周期と向きとが互いに異なる複数の１次元格子毎に色を
変えて前記被測定物に前記格子パターンを同時に投影
し、前記被測定物の３次元形状に応じて変形した格子像
を撮像し、該格子像から前記各色毎の前記１次元格子成
分に分離し、前記各１次元格子成分毎に位相を検出し
て、該各位相に基づいて前記測定値を得ることを特徴と
する３次元形状測定方法。 - 【請求項２】 前記１次元格子の色が、赤、緑、青であ
ることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定方
法。 - 【請求項３】 前記格子パターンを投影する光源の投影
レンズと前記格子パターンを撮像するイメージセンサの
結像レンズとの中心を結ぶ直線が、前記被測定物を置い
た参照平面と平行であることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の３次元形状測定方法。 - 【請求項４】 更に、白色光により前記被測定物を撮像
して、前記被測定物の色情報をも計測することを特徴と
する請求項１ないし請求項３記載の３次元形状測定方
法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001122723A JP3519698B2 (ja) | 2001-04-20 | 2001-04-20 | ３次元形状測定方法 |
| EP01128130A EP1251327A3 (en) | 2001-04-20 | 2001-11-27 | Three-dimensional shape measuring method |
| US09/995,128 US6750975B2 (en) | 2001-04-20 | 2001-11-27 | Three-dimensional shape measuring method |
| KR1020010075435A KR100613421B1 (ko) | 2001-04-20 | 2001-11-30 | 3차원 형상 측정 방법 |
| NO20021457A NO20021457L (no) | 2001-04-20 | 2002-03-22 | Fremgangsmåte for måling av tredimensjonal form |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001122723A JP3519698B2 (ja) | 2001-04-20 | 2001-04-20 | ３次元形状測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002318109A true JP2002318109A (ja) | 2002-10-31 |
| JP3519698B2 JP3519698B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=18972388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001122723A Expired - Fee Related JP3519698B2 (ja) | 2001-04-20 | 2001-04-20 | ３次元形状測定方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6750975B2 (ja) |
| EP (1) | EP1251327A3 (ja) |
| JP (1) | JP3519698B2 (ja) |
| KR (1) | KR100613421B1 (ja) |
| NO (1) | NO20021457L (ja) |
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| JP3884321B2 (ja) * | 2001-06-26 | 2007-02-21 | オリンパス株式会社 | ３次元情報取得装置、３次元情報取得における投影パターン、及び、３次元情報取得方法 |
| JP3855756B2 (ja) * | 2001-12-07 | 2006-12-13 | ブラザー工業株式会社 | ３次元色形状検出装置及び３次元スキャナー |
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| SI21521A (sl) * | 2003-06-12 | 2004-12-31 | Univerza V Ljubljani | Naprava za ugotavljanje oblike in dimenzij trodimenzionalnega merjenca |
| WO2005031252A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | ３次元形状検出装置、３次元形状検出システム、及び、３次元形状検出プログラム |
| JP4162095B2 (ja) * | 2003-12-11 | 2008-10-08 | ストライダー ラブス，インコーポレイテッド | 遮蔽された部分の表面を対称性の算出により見込み復元するための技術 |
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| KR100910573B1 (ko) | 2008-05-29 | 2009-08-04 | 선문대학교 산학협력단 | 칼라 다파장 위상을 적용한 3차원 측정방법 |
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