JP2003202214A - Shape measuring device and shape measuring method - Google Patents

Shape measuring device and shape measuring method

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JP2003202214A
JP2003202214A JP2002000121A JP2002000121A JP2003202214A JP 2003202214 A JP2003202214 A JP 2003202214A JP 2002000121 A JP2002000121 A JP 2002000121A JP 2002000121 A JP2002000121 A JP 2002000121A JP 2003202214 A JP2003202214 A JP 2003202214A
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JP
Japan
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images
illumination
target object
shape measuring
azimuth
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002000121A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Uno
真彦 宇野
Hiroyuki Sasai
浩之 笹井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid the surface shape dependency of object's reflected light and shorten the measurement time with a simple configuration or process. <P>SOLUTION: The device irradiates a light 102 sequentially from places with the same zenithal angle and different azimuthal angles with respect to an object 107 and chooses three pictures from at least 3 pictures photographed by each light 102. Assume that the luminance values of the three pictures under identical coordinate are d<SB>1</SB>, d<SB>2</SB>, and d<SB>3</SB>respectively, the inverse matrix of the light matrix M arrayed by the vectors of the irradiation directions is M<SP>-1</SP>, and the element (i, j) of the M<SP>-1</SP>is M<SP>-1</SP><SB>ij</SB>, the azimuthal angle of the object's surface gradient θcorresponding to the pixel position is calculated by formation θ=tan<SP>-1</SP>(M<SP>-1</SP><SB>21</SB>d<SB>1</SB>+M<SP>-1</SP><SB>22</SB>d<SB>2</SB>+M<SP>-1</SP><SB>23</SB>d<SB>3</SB>)/(M<SP>-1</SP><SB>11</SB>d<SB>1</SB>+M<SP>-1</SP><SB>12</SB>d<SB>2</SB>+M<SP>-1</SP><SB>13</SB>d<SB>3</SB>). <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、基板に実装され
た電子部品のモールド部分、はんだ付け部分等の形状検
査に用いる形状計測装置および形状計測方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring device and a shape measuring method used for shape inspection of a mold part, a soldering part, etc. of an electronic component mounted on a board.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10および図11は、特開2000−
304520号公報に示された従来の形状計測方法を示
す図である。図10において、2は対象物体であるチッ
プ部品、10はCCDカメラ、11〜15は天頂角が異
なる照明群である。
2. Description of the Related Art FIG. 10 and FIG.
It is a figure which shows the conventional shape measuring method shown by 304520 gazette. In FIG. 10, 2 is a chip part which is a target object, 10 is a CCD camera, and 11 to 15 are illumination groups having different zenith angles.

【0003】次に動作について説明する。この従来技術
では、照明11〜15を順次点灯させ、CCDカメラ1
0により画像を撮像する。そこで得られた画像の同一座
標の輝度を図11に示すように並べ、ガウス関数を当て
はめて輝度がピークになる角度を推定し、物体の表面の
天頂角を算出する方法である。
Next, the operation will be described. In this conventional technique, the illuminations 11 to 15 are sequentially turned on and the CCD camera 1
An image is picked up by 0. There is a method of calculating the zenith angle of the surface of the object by arranging the luminances of the same coordinates of the obtained images as shown in FIG. 11 and applying a Gaussian function to estimate the angle at which the luminance peaks.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、基本的に物体の反射光の輝度のピークすなわ
ち正反射光を利用した計測方法なので、正反射光をうま
く推定するためには照射角度の異なる照明の数を多数用
意して、ガウス関数当てはめに用いるデータを増やさな
ければならない。また、データの数を増やすためには照
明の数を増やさねばならず、計測時間の増大を招くこと
になる。
However, the above-mentioned conventional technique is basically a measuring method using the peak of the brightness of the reflected light of the object, that is, the specular reflected light. It is necessary to increase the data used for Gaussian function fitting by preparing a large number of different illuminations of. Moreover, in order to increase the number of data, the number of illuminations must be increased, which causes an increase in measurement time.

【0005】さらに、一般的に物体の反射光には、正反
射成分だけではなく拡散成分も存在する。はんだなどの
物体は、比較的正反射成分が大きいので、この従来技術
の適用が可能であるが、拡散成分が大きい物体に関して
はガウス関数を当てはめるのは適切でない。
Further, in general, the reflected light of an object has not only a specular reflection component but also a diffusion component. Since an object such as solder has a relatively large specular reflection component, this conventional technique can be applied, but it is not appropriate to apply a Gaussian function to an object having a large diffusion component.

【0006】この発明は、上記に鑑みてなされたもの
で、簡易な構成あるいは工程でありながら、対象物体の
反射光の表面形状依存性に左右されずかつ計測時間の増
加の抑制を可能とした形状計測装置および方法を得るこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above, and it is possible to suppress an increase in measurement time without being affected by the surface shape dependence of the reflected light of the target object while having a simple structure or process. An object is to obtain a shape measuring device and method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる形状計測装置は、対象物体に対し
複数の異なる方向から照明を順次照射し、対象物体の画
像を照明の照射毎に順次撮像し、撮像された複数画像に
おける同一座標の画素の輝度と照明の照射方向とから対
象物体の表面勾配を計測する形状計測装置において、天
頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの位置から
対象物体に対して照明を順次照射する照明手段と、前記
少なくとも3つの位置からの照明が照射された対象物体
の画像を順次撮像する撮像手段と、この撮像手段の撮像
画像から3枚の画像を選択する選択手段と、前記選択さ
れた3枚の画像の同一座標におけるそれぞれの輝度値を
1、d2、d3とし、照明照射方向のベクトルを並べた
照明行列をMとし、Mの逆行列をM-1とし、逆行列M-1
の(i,j)成分をM-1 ijとしたときに、各画素位置に相当
する前記対象物体の表面勾配の方位角θを、 θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 11
1+M-1 122+M-1 133)) の計算式で算出する算出手段とを備えることを特徴とす
る。
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the shape measuring device according to the present invention
Illumination is sequentially emitted from multiple different directions to display the image of the target object.
Images are sequentially captured for each illumination, and multiple images are captured.
From the luminance of the pixel at the same coordinates in the
In a shape measuring device that measures the surface gradient of an elephant object,
From at least three positions with the same apex angle but different azimuth angles
Illumination means for sequentially illuminating the target object with illumination,
Target object illuminated by illumination from at least three positions
Image pickup means for sequentially picking up images of
Selecting means for selecting three images from the images;
The brightness value of each of the three images at the same coordinates
d1, D2, D3And arranged the vectors of the illumination irradiation direction.
Let M be the illumination matrix and M be the inverse matrix of M.-1And the inverse matrix M-1
The (i, j) component of M-1 ijIs equivalent to each pixel position
The azimuth angle θ of the surface gradient of the target object θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11
d1+ M-1 12d2+ M-1 13d3)) And a calculating means for calculating with the calculation formula
It

【0008】この発明によれば、天頂角が同一で方位角
が異なる場所から照明を順次照射し、それぞれの照射に
より撮像された少なくとも3枚の画像から3枚の画像を
選択し、該選択された3つの画像の同一座標における輝
度値、照明照射方向のベクトルを並べた照明行列とを用
いた線形処理によって対象物体の表面勾配の方位角を算
出することとしたので、照明角度の異なる照明を多数用
意することなく、撮像手段側の誤差要因である、画像の
暗電流成分(直流成分ノイズ)や、画像の明るさに関す
るゲイン、撮像系の絞りの変化などによる明るさの変化
などの影響を自動的にキャンセルでき、正確に対象物体
の表面勾配の方位角を計測することができる。
According to the present invention, illumination is sequentially irradiated from places having the same zenith angle and different azimuth angles, three images are selected from at least three images captured by each irradiation, and the selected images are selected. Since the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by linear processing using the brightness values at the same coordinates of the three images and the illumination matrix in which the vectors of the illumination irradiation direction are arranged, it is possible to calculate the illumination with different illumination angles. Without preparing a large number, the influence of the dark current component (DC component noise) of the image, the gain related to the brightness of the image, the change of the brightness due to the change of the diaphragm of the image pickup system, etc. It can be automatically canceled, and the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately measured.

【0009】つぎの発明にかかる形状計測装置は、上記
の発明において、前記3つの照明の照度が異なる場合、
前記算出手段は、3枚の画像の同一座標におけるそれぞ
れの輝度値を3つの照明の照度比で夫々正規化して輝度
値d1、d2、d3を得ることを特徴とする。
The shape measuring apparatus according to the next invention is the shape measuring apparatus according to the above invention, when the three illuminations have different illuminances.
The calculating means is characterized in that the respective luminance values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratios of the three illuminations to obtain the luminance values d 1 , d 2 and d 3 .

【0010】この発明によれば、3つの照明の照度が異
なる場合、3枚の画像の同一座標におけるそれぞれの輝
度値を3つの照明の照度比で夫々正規化して輝度値を得
るようにしているので、3つの照明の照度が異なる場合
でも、正確に対象物体の表面勾配の方位角を演算するこ
とができる。
According to the present invention, when the illuminances of the three lights are different, the respective brightness values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratio of the three lights to obtain the brightness values. Therefore, even if the illuminances of the three lights are different, the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately calculated.

【0011】つぎの発明にかかる形状計測装置は、上記
の発明において、前記選択手段は、天頂角が同一で方位
角が異なる4以上の照明の照射によって得られた複数の
画像から、3枚の画像の組合せを複数通り選択し、前記
算出手段は、3枚の画像の組合せごとに算出した複数の
方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算を行っ
て対象物体の表面勾配の方位角を算出することを特徴と
する。
In the shape measuring apparatus according to the next invention, in the above invention, the selecting means selects three images from a plurality of images obtained by irradiation with four or more illuminations having the same zenith angle but different azimuth angles. A plurality of combinations of images are selected, the calculating means removes an abnormal value from a plurality of azimuth angles calculated for each combination of three images, and then performs an average calculation to calculate the azimuth of the surface gradient of the target object. The feature is that the angle is calculated.

【0012】この発明によれば、天頂角が同一で方位角
が異なる4以上の照明の照射によって得られた複数の画
像から、3枚の画像の組合せを複数通り選択し、3枚の
画像の組合せごとに算出した複数の方位角の中から異常
値を取り除いた後、平均計算を行って対象物体の表面勾
配の方位角を算出しているので、正反射光などによる誤
計測に左右されない安定した計測ができる。
According to the present invention, a plurality of combinations of three images are selected from a plurality of images obtained by irradiation with four or more lights having the same zenith angle and different azimuth angles, and three images are combined. After removing the abnormal values from the multiple azimuth angles calculated for each combination, the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by performing an average calculation, so stability that is not affected by erroneous measurement due to specular reflection light, etc. You can make measurements.

【0013】つぎの発明にかかる形状計測装置は、上記
の発明において、前記照明手段は、天頂角が同一で方位
角が異なる少なくとも3つの第1の高さ位置および該第
1の高さ位置と異なる天頂角を有しかつ方位角が異なる
少なくとも3つの第2の高さ位置から対象物体に対して
少なくとも照明を照射可能であり、前記選択手段は、第
1の高さ位置の照明の照射によって得られた複数の画像
および第2の高さ位置の照明の照射によって得られた複
数の画像から、夫々3枚の画像の組合せを複数通り選択
し、前記算出手段は、3枚の画像の組合せごとに算出し
た複数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計
算を行って対象物体の表面勾配の方位角を算出すること
を特徴とする。
In the shape measuring apparatus according to the next invention, in the above invention, the illumination means includes at least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles and the first height position. At least illumination can be applied to the target object from at least three second height positions having different zenith angles and different azimuth angles, and the selection means can emit the illumination of the first height position. From the plurality of obtained images and the plurality of images obtained by irradiation with the illumination at the second height position, a plurality of combinations of three images are respectively selected, and the calculation means combines the three images. The azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by removing an abnormal value from the plurality of azimuth angles calculated for each of them and then performing an average calculation.

【0014】この発明によれば、天頂角が同一で方位角
が異なる少なくとも3つの第1の高さ位置、該第1の高
さ位置と異なる天頂角を有しかつ方位角が異なる少なく
とも3つの第2の高さ位置から対象物体に対して照明を
順次照射し、得られた複数の方位角から異常値を取り除
き、残ったものを平均処理して方位角を算出しているの
で、正反射成分の影響を受けにくく、計測可能な対象形
状の幅を広げることができる。
According to the present invention, at least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles, and at least three zenith angles different from the first height position and having different azimuth angles. Illumination is sequentially applied to the target object from the second height position, abnormal values are removed from the obtained azimuth angles, and the remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle. It is less affected by the components, and the width of measurable target shapes can be expanded.

【0015】つぎの発明にかかる形状計測装置は、上記
の発明において、照明に面光源を用いることを特徴とす
る。
A shape measuring apparatus according to the next invention is characterized in that, in the above invention, a surface light source is used for illumination.

【0016】この発明によれば、照明に面光源を用いて
照射することとしたので、強すぎる正反射成分の輝度値
を鈍らせることができ、比較的安定した画像を得ること
ができるとともに、照明の設計や調整に際し、照明角度
の設定を容易にすることができる。
According to the present invention, since the surface light source is used for illumination, the luminance value of the too strong specular reflection component can be blunted, and a relatively stable image can be obtained. When designing or adjusting the lighting, it is possible to easily set the lighting angle.

【0017】つぎの発明にかかる形状計測装置は、上記
の発明において、照明を方位角120度の間隔で順次照
射することを特徴とする。
A shape measuring apparatus according to the next invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, illumination is sequentially irradiated at intervals of an azimuth angle of 120 degrees.

【0018】この発明によれば、方位角120度の間隔
で照射することとしたので、対象物体の反射光の輝度差
をできるだけ大きくすることができ、対象物体の表面勾
配の方位角の計測精度を高めることができる。
According to the present invention, since the irradiation is performed at an azimuth angle of 120 degrees, the difference in brightness of the reflected light of the target object can be made as large as possible, and the measurement accuracy of the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be increased. Can be increased.

【0019】つぎの発明にかかる形状計測方法は、対象
物体に対し複数の異なる方向から照明を順次照射し、対
象物体の画像を照射ごとに順次撮像し、撮像された複数
画像における同一座標の画素の輝度と照明の照射方向と
から対象物体の表面勾配を計測する形状計測方法におい
て、天頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの位
置から対象物体に対して照明を順次照射する第1工程
と、前記それぞれの照明照射により撮像された画像から
3枚の画像を選択する第2工程と、前記選択された3枚
の画像の同一座標におけるそれぞれの輝度値をd1
2、d3とし、照明照射方向のベクトルを並べた照明行
列をMとし、Mの逆行列をM-1とし、逆行列M-1の(i,
j)成分をM-1 ijとしたときに、前記画素位置に相当する
前記対象物体の表面勾配の方位角θを、 θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 11
1+M-1 122+M-1 133)) の計算式で算出する第3工程とを備えることを特徴とす
る。
The shape measuring method according to the next invention is applicable to
Illuminate objects sequentially from multiple different directions,
Images of the elephant object are sequentially captured for each irradiation, and multiple images are captured.
The brightness of the pixel at the same coordinates in the image and the irradiation direction of the illumination
Shape measurement method for measuring the surface gradient of a target object from
And at least three positions with the same zenith angle but different azimuth angles.
Step of sequentially illuminating the target object from the installation
And from the images captured by each of the above illuminations
The second step of selecting three images and the selected three images
The respective brightness values at the same coordinates of the image of d1,
d2, D3, And the lighting row in which the vectors of the lighting irradiation direction are arranged.
Let M be the column and M be the inverse matrix of M.-1And the inverse matrix M-1Of (i,
j) the component is M-1 ijCorresponds to the pixel position
Azimuth θ of the surface gradient of the target object, θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11
d1+ M-1 12d2+ M-1 13d3)) And a third step of calculating with a calculation formula of
It

【0020】この発明によれば、天頂角が同一で方位角
が異なる場所から照明を順次照射し、それぞれの照射に
より撮像された少なくとも3枚の画像から3枚の画像を
選択し、該選択された3つの画像の同一座標における輝
度値、照明照射方向のベクトルを並べた照明行列とを用
いた線形処理によって対象物体の表面勾配の方位角を算
出することとしたので、照明角度の異なる照明を多数用
意することなく、撮像手段側の誤差要因である、画像の
暗電流成分(直流成分ノイズ)や、画像の明るさに関す
るゲイン、撮像系の絞りの変化などによる明るさの変化
などの影響を自動的にキャンセルでき、正確に対象物体
の表面勾配の方位角を計測することができる。
According to the present invention, illumination is sequentially irradiated from locations having the same zenith angle and different azimuth angles, three images are selected from at least three images captured by each irradiation, and the selected images are selected. Since the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by linear processing using the brightness values at the same coordinates of the three images and the illumination matrix in which the vectors of the illumination irradiation direction are arranged, it is possible to calculate the illumination with different illumination angles. Without preparing a large number, the influence of the dark current component (DC component noise) of the image, the gain related to the brightness of the image, the change of the brightness due to the change of the diaphragm of the image pickup system, etc. It can be automatically canceled, and the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately measured.

【0021】つぎの発明にかかる形状計測方法は、上記
の発明において、前記3つの照明の照度が異なる場合、
前記第3工程では、3枚の画像の同一座標におけるそれ
ぞれの輝度値を3つの照明の照度比で夫々正規化して輝
度値d1、d2、d3を得ることを特徴とする。
A shape measuring method according to the next invention is the above-mentioned invention, wherein when the illuminances of the three illuminations are different,
The third step is characterized in that the respective brightness values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratios of the three illuminations to obtain the brightness values d 1 , d 2 and d 3 .

【0022】この発明によれば、3つの照明の照度が異
なる場合、3枚の画像の同一座標におけるそれぞれの輝
度値を3つの照明の照度比で夫々正規化して輝度値を得
るようにしているので、3つの照明の照度が異なる場合
でも、正確に対象物体の表面勾配の方位角を演算するこ
とができる。
According to the present invention, when the illuminances of the three lights are different, the respective brightness values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratios of the three lights to obtain the brightness values. Therefore, even if the illuminances of the three lights are different, the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately calculated.

【0023】つぎの発明にかかる形状計測方法は、上記
の発明において、前記第2工程では、天頂角が同一で方
位角が異なる4以上の照明の照射によって得られた複数
の画像から、3枚の画像の組合せを複数通り選択し、前
記第3工程では、3枚の画像の組合せごとに算出した複
数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算を
行って対象物体の表面勾配の方位角を算出することを特
徴とする。
The shape measuring method according to the next invention is, in the above-mentioned invention, three images from a plurality of images obtained by irradiation with four or more illuminations having the same zenith angle and different azimuth angles in the second step. , A plurality of image combinations are selected, and in the third step, an abnormal value is removed from the plurality of azimuth angles calculated for each of the three image combinations, and then an average calculation is performed to obtain the surface gradient of the target object. The azimuth angle is calculated.

【0024】この発明によれば、天頂角が同一で方位角
が異なる4以上の照明の照射によって得られた複数の画
像から、3枚の画像の組合せを複数通り選択し、3枚の
画像の組合せごとに算出した複数の方位角の中から異常
値を取り除いた後、平均計算を行って対象物体の表面勾
配の方位角を算出しているので、正反射光などによる誤
計測に左右されない安定した計測ができる。
According to the present invention, a plurality of combinations of three images are selected from a plurality of images obtained by irradiation with four or more illuminations having the same zenith angle and different azimuth angles, and the three images are combined. After removing the abnormal values from the multiple azimuth angles calculated for each combination, the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by performing an average calculation, so stability that is not affected by erroneous measurement due to specular reflection light, etc. You can make measurements.

【0025】つぎの発明にかかる形状計測方法は、上記
の発明において、前記第1工程では、天頂角が同一で方
位角が異なる少なくとも3つの第1の高さ位置および該
第1の高さ位置と異なる天頂角を有しかつ方位角が異な
る少なくとも3つの第2の高さ位置から対象物体に対し
て少なくとも照明を順次照射し、前記第2工程では、第
1の高さ位置の照明の照射によって得られた複数の画像
および第2の高さ位置の照明の照射によって得られた複
数の画像から、夫々3枚の画像の組合せを複数通り選択
し、前記第3工程では、3枚の画像の組合せごとに算出
した複数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均
計算を行って対象物体の表面勾配の方位角を算出するこ
とを特徴とする。
In the shape measuring method according to the next invention, in the above invention, in the first step, at least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles and the first height position are provided. At least three second height positions having different zenith angles and different azimuth angles sequentially irradiate the target object with illumination, and in the second step, irradiation with illumination at the first height position is performed. From the plurality of images obtained by the above and the plurality of images obtained by the irradiation of the illumination at the second height position, a plurality of combinations of three images are selected respectively, and in the third step, three images are selected. The azimuth of the surface gradient of the target object is calculated by removing the abnormal value from the plurality of azimuths calculated for each combination, and then performing the average calculation.

【0026】この発明によれば、天頂角が同一で方位角
が異なる少なくとも3つの第1の高さ位置、該第1の高
さ位置と異なる天頂角を有しかつ方位角が異なる少なく
とも3つの第2の高さ位置から対象物体に対して照明を
順次照射し、得られた複数の方位角から異常値を取り除
き、残ったものを平均処理して方位角を算出しているの
で、正反射成分の影響を受けにくく、計測可能な対象形
状の幅を広げることができる。
According to the present invention, at least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles, and at least three zenith angles different from the first height position and different azimuth angles are provided. Illumination is sequentially applied to the target object from the second height position, abnormal values are removed from the obtained azimuth angles, and the remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle. It is less affected by the components, and the width of measurable target shapes can be expanded.

【0027】つぎの発明にかかる形状計測方法は、上記
の発明において、前記第1工程では、照明に面光源を用
いることを特徴とする。
The shape measuring method according to the next invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a surface light source is used for illumination in the first step.

【0028】この発明によれば、照明に面光源を用いて
照射することとしたので、強すぎる正反射成分の輝度値
を鈍らせることができ、比較的安定した画像を得ること
ができるとともに、照明の設計や調整に際し、照明角度
の設定を容易にすることができる。
According to the present invention, since the surface light source is used for illumination, the luminance value of the too strong specular reflection component can be blunted, and a relatively stable image can be obtained. When designing or adjusting the lighting, it is possible to easily set the lighting angle.

【0029】つぎの発明にかかる形状計測方法は、上記
の発明において、照明を方位角120度間隔で照射する
ことを特徴とする。
The shape measuring method according to the next invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the illumination is irradiated at an azimuth angle of 120 degrees.

【0030】この発明によれば、方位角120度の間隔
で照射することとしたので、対象物体の反射光の輝度差
をできるだけ大きくすることができ、対象物体の表面勾
配の方位角の計測精度を高めることができる。
According to the present invention, since the irradiation is performed at an azimuth angle of 120 degrees, the difference in brightness of the reflected light of the target object can be made as large as possible, and the measurement accuracy of the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be increased. Can be increased.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる形状計測方法の好適な実施の形態を詳細に
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the shape measuring method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0032】実施の形態1.図1は、この発明にかかる
形状計測装置の実施の形態1の説明図である。同図にお
いて、101は撮像手段を、102は照明を、103は
照明102を同一天頂角であって3つの異なる方位角の
位置に移動させる照明移動手段を、104は照明102
の点灯制御および照明移動手段103の制御などを実行
する制御手段を、105は画像処理手段を、106は方
位角の計測結果を、107は対象物体をそれぞれ示して
いる。図1の場合は、1つの照明102を3つの位置に
移動させて同一天頂角であってかつ3つの異なる方位角
の位置から照明を照射することとしているが、3つの異
なる位置に夫々照明を固定配置することで、同一天頂角
で3つの異なる方位角の位置からの照明を得るようにし
てもよい。
Embodiment 1. 1 is an explanatory view of a first embodiment of a shape measuring apparatus according to the present invention. In the figure, 101 is an imaging means, 102 is an illumination, 103 is an illumination moving means for moving the illumination 102 to three different azimuth positions, and 104 is an illumination 102.
Numeral 105 denotes an image processing unit, 106 denotes an azimuth measurement result, and 107 denotes a target object. In the case of FIG. 1, one illumination 102 is moved to three positions to illuminate from the positions of the same zenith angle and three different azimuth angles, but the illumination is respectively applied to three different positions. By fixedly arranging, illumination from three different azimuth positions at the same zenith angle may be obtained.

【0033】つぎに、この形状計測装置による計測の概
要について、図1を用いて簡単に説明する。まず、制御
手段104により照明102を点灯させ、対象物体10
7に照射する。このとき撮像手段101により対象物体
の画像を撮像する。つぎに照明102を同一の天頂角で
異なる方位角の位置に移動して、同様に照明を照射し
て、対象物体107の2枚目の画像を撮像する。つぎ
に、照明102を同一の天頂角でさらに別の方位角の位
置に移動して、同様に照明を照射して、対象物体107
の3枚目の画像も取得する。そして、画像処理手段10
5により、得られた3枚の画像における同一座標の画素
の輝度と、照明102の各照射位置での照射方向から対
象物体107の表面勾配の方位角を算出し、該算出した
方位角を画像の座標値とともに、計測結果106として
出力する。
Next, the outline of the measurement by this shape measuring apparatus will be briefly described with reference to FIG. First, the illumination means 102 is turned on by the control means 104, and the target object 10
Irradiate 7. At this time, the image of the target object is picked up by the image pickup means 101. Next, the illumination 102 is moved to the positions of the same zenith angle and different azimuth angles, and the illumination is similarly emitted to capture the second image of the target object 107. Next, the illumination 102 is moved to the position of another azimuth angle with the same zenith angle, and the illumination is similarly emitted to the target object 107.
The third image of is also acquired. The image processing means 10
5, the azimuth of the surface gradient of the target object 107 is calculated from the brightness of the pixels of the same coordinates in the obtained three images and the irradiation direction at each irradiation position of the illumination 102, and the calculated azimuth is calculated as an image. The measurement result 106 is output together with the coordinate values of

【0034】つぎに、この形状計測装置による計測の原
理を図、式等を用いて詳細に説明する。なお、上記にお
いて、照明102の設置位置を移動する場合と、照明1
02を予め複数の位置に設置しておく場合との、2つの
実現手段を示したが、両者とも計測の原理は同一であ
り、説明の理解の容易さの観点から、以下では後者の場
合を例にとり説明する。
Next, the principle of measurement by this shape measuring apparatus will be described in detail with reference to the drawings, formulas and the like. In addition, in the above, when the installation position of the illumination 102 is moved,
Although two realization means for the case where 02 is installed at a plurality of positions in advance are shown, the principle of measurement is the same for both, and the latter case will be described below from the viewpoint of easy understanding of the explanation. An example will be described.

【0035】まず、図2は、各照明に関しての天頂角と
方位角を示す説明図である。同図において、ベクトルr
に関する天頂角ψはベクトルrとz軸とのなす角度であ
り、ベクトルrに関する方位角θはベクトルrのxy平
面に対する射影ベクトルとx軸とのなす角度である。
First, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the zenith angle and azimuth angle for each illumination. In the figure, the vector r
Is the angle formed by the vector r and the z axis, and the azimuth angle θ about the vector r is the angle formed by the projection vector of the vector r on the xy plane and the x axis.

【0036】図3は、撮像面の座標系と、天頂角ψが同
一で方位角が異なる場所に配置された3つの照明102
a、102bおよび102cとの位置関係を示す説明図
である。同図において、対象物体107を原点に設定
し、撮像面がz軸に直交するように座標系を設定する。
FIG. 3 shows three illuminations 102 arranged at the same zenith angle ψ and different azimuth angles as the coordinate system of the imaging surface.
It is explanatory drawing which shows the positional relationship with a, 102b, and 102c. In the figure, the target object 107 is set as the origin, and the coordinate system is set so that the imaging surface is orthogonal to the z axis.

【0037】ここで、同図で使用している記号について
説明する。対象物体の表面勾配を表面の単位法線ベクト
ルnで表すと、n=(p,q,r)となる。なお、nは単位ベ
クトルであるから、p2+q2+r2=1の関係が成り立つ。
このとき対象物体の表面勾配の方位角をθで表すと、 θ=tan-1(q/p) となる。
The symbols used in the figure will be described. If the surface gradient of the target object is represented by the surface unit normal vector n, then n = (p, q, r). Since n is a unit vector, the relationship of p 2 + q 2 + r 2 = 1 holds.
At this time, if the azimuth angle of the surface gradient of the target object is represented by θ, then θ = tan −1 (q / p).

【0038】さらに、照射単位ベクトルと照明行列に関
して説明する。図3に示す照明102aにおいて、照射
方向の単位ベクトルを照射単位ベクトルと呼称し、これ
をm 1で表す。なお、ベクトルの向きは、ベクトルの正
方向を光が照射される向きと逆方向、すなわち原点から
照明に向かう方向にとる。このとき、照射単位ベクトル
1は、 m1=(M11,M12,M13) で表せる。同様に照明102bおよび照明102cにお
いても、それぞれの照射単位ベクトルをm2、m3で表す
と、 m2=(M21,M22,M23) m3=(M31,M32,M33) となる。この照射単位ベクトルm1、m2、m3を用い、
照明行列Mをつぎのような3行×3列の行列で定義す
る。
Further, regarding the irradiation unit vector and the illumination matrix,
And explain. Illumination 102a shown in FIG.
The unit vector of the direction is called the irradiation unit vector.
M 1It is represented by. The direction of the vector is
Direction is opposite to the direction in which light is emitted, that is, from the origin
Take in the direction toward the lighting. At this time, the irradiation unit vector
m1Is m1= (M11, M12, M13) Can be expressed as Similarly, in the illumination 102b and the illumination 102c,
However, each irradiation unit vector is m2, M3Represented by
When, m2= (Mtwenty one, Mtwenty two, Mtwenty three) m3= (M31, M32, M33) Becomes This irradiation unit vector m1, M2, M3Using
Illumination matrix M is defined by the following 3 × 3 matrix
It

【0039】[0039]

【数1】 [Equation 1]

【0040】つぎに、この発明の計測フロ-について説
明する。図4は、照明の数が3つの場合の方位角θの算
出手順を示すフローチャートである。まず図1の制御手
段104により、図3の照明の一つ、例えば102aを
選択して照射する(ステップS401)。つぎに撮像手
段101によって、ステップS401で照射された対象
物体の画像を撮像する(ステップS402)。つぎに画
像を3種類撮像したかどうかを判定し(ステップS40
3)、撮像していなければ、他の照明を選択し、対象物
体の撮像を繰り返す。この撮像により、3種類の異なる
方位角の画像が撮像できると、画像処理手段105によ
って、画像の各座標(すなわち対象物体の各座標)につ
いて、次式 θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 11
1+M-1 122+M-1 133)) により方位角θを算出する(ステップS404)。この
方位角θを、画像の各座標(対象物体の各座標)につい
て算出し、算出結果を出力する(ステップS405)。
なお、この式の導出要領については、後で詳述する。
Next, the measurement flow of the present invention will be explained.
Reveal Fig. 4 shows the calculation of azimuth angle θ when the number of illuminations is three.
It is a flow chart which shows a dispatch procedure. First, the control hand in Fig. 1.
The step 104 allows one of the illuminations of FIG.
Select and irradiate (step S401). Next is the imaging hand
Target illuminated by step 101 in step S401
An image of the object is captured (step S402). Next picture
It is determined whether or not three types of images have been captured (step S40
3) If you are not capturing an image, select another illumination and
Repeat the body imaging. Three different types are obtained by this imaging
When the azimuth image can be captured, the image processing means 105 causes
At each coordinate of the image (that is, each coordinate of the target object)
And the following formula θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11
d1+ M-1 12d2+ M-1 13d3)) Then, the azimuth angle θ is calculated (step S404). this
Set the azimuth angle θ for each coordinate of the image (each coordinate of the target object).
The calculation result is output (step S405).
The procedure for deriving this formula will be described in detail later.

【0041】つぎに、今用いた3つの照明(102a、
102b、102c)とは別の照明との組合せを用い
て、画像の1つの座標について方位角θを複数算出する
手順を説明する。図5は、図3で示した天頂角ψが同一
で方位角が異なる場所に配置された3つの照明102
a、102bおよび102cに、これと同一の天頂角ψ
で方位角が異なる場所に配置された照明102dを追加
した場合の説明図である。図6は、4以上の照明を用
い、複数の照明の組合せにより画像の1つの座標につい
て方位角θを複数算出する場合の算出手順を示すフロー
チャートである。照明が4つの場合、3つの照明の組合
せは4通りあるが、照明の数が増えても組合せの数が増
えるだけで、計測フロ-は同一である。以下、照明の数
が4つの場合を例にとり方位角θを複数算出する計測フ
ロ-について説明する。図6において、ステップS40
1での照明の選択から、ステップS404で方位角θを
算出するところまでの手順は、図4の場合と同一であ
る。
Next, the three lights (102a, 102a,
A procedure for calculating a plurality of azimuth angles θ for one coordinate of an image by using a combination with another illumination different from (102b, 102c) will be described. FIG. 5 shows three illuminations 102 arranged at the same zenith angle ψ shown in FIG. 3 but different azimuth angles.
a, 102b and 102c have the same zenith angle ψ
FIG. 6 is an explanatory diagram of a case where the illumination 102d arranged at a different azimuth angle is added. FIG. 6 is a flowchart showing a calculation procedure in the case where four or more lights are used and a plurality of azimuth angles θ are calculated for one coordinate of an image by combining a plurality of lights. When there are four illuminations, there are four combinations of three illuminations, but even if the number of illuminations increases, the number of combinations only increases and the measurement flow is the same. A measurement flow for calculating a plurality of azimuth angles θ will be described below by taking the case of four illuminations as an example. In FIG. 6, step S40
The procedure from the selection of the illumination in 1 to the calculation of the azimuth angle θ in step S404 is the same as in the case of FIG.

【0042】ステップS404において、3つの照明に
よる1つの方位角θの算出処理が終了すると、つぎに、
異なる照明の組み合わせを用いて画像を撮像するか否か
を判定する(ステップS501)。この場合には、照明
は4つであるので、具体的には、ステップS401で照
明102dを選択し、画像を撮像する(ステップS40
2)。この場合、照明の組合せは(102a、102
b、102c)、(102a、102b、102d)、
(102a、102c、102d)(102b、102
c、102d)の4通りであるので、これらすべての組
合せを用いるとすれば、4通りの方位角を算出できる
(ステップS404)。ステップS404で算出した4
通りの方位角θについて、その中で異常値を取り除き、
残ったものを平均処理して方位角θを算出する(ステッ
プS502)。これを全ての座標について実行する。ス
テップS502における異常値の除去方法としては、計
測された4つの方位角について中央値を計算し、中央値
からかけ離れた値があれば、それを取り除くようにす
る。異常値は対象物体の輝度が正反射成分の影響で極端
に高くなった場合などに発生しやすいが、このようにす
れば正反射成分の影響を取り除くことができる。最後に
得られる平均処理した方位角θを、画像の各座標(対象
物体の各座標)について出力し(ステップS405)、
処理を終了する。以上の計測フローは主として画像処理
手段105によって実行される。
When the calculation process of one azimuth angle θ by the three illuminations is completed in step S404, next,
It is determined whether to capture an image using a combination of different illuminations (step S501). In this case, since there are four illuminations, specifically, the illumination 102d is selected in step S401 and an image is captured (step S40).
2). In this case, the combination of illuminations is (102a, 102
b, 102c), (102a, 102b, 102d),
(102a, 102c, 102d) (102b, 102
c, 102d), four combinations of azimuth angles can be calculated if all combinations are used (step S404). 4 calculated in step S404
For the azimuth θ of the street, remove outliers in it,
The remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle θ (step S502). Do this for all coordinates. As a method of removing the abnormal value in step S502, the median value is calculated for the four measured azimuth angles, and if there is a value far from the median value, it is removed. Although an abnormal value is likely to occur when the luminance of the target object becomes extremely high due to the influence of the regular reflection component, the influence of the regular reflection component can be removed by doing so. Finally, the average-processed azimuth angle θ obtained is output for each coordinate of the image (each coordinate of the target object) (step S405),
The process ends. The above measurement flow is mainly executed by the image processing unit 105.

【0043】つぎに、方位角の算出原理について詳細に
説明する。ここで、説明が複雑にならないように、前提
として、対象物体における各照明の照度は同一であると
仮定しておく。まず、前述したように、対象物体からの
反射光は正反射成分と拡散成分に分解される。そのうち
拡散成分に関しては、ランベルト反射を行うと仮定で
き、その場合、拡散成分の輝度dは d=c(m・n) ・・・・・(式1) で表される。(式1)において、mは照射単位ベクト
ル、nは対象物体の表面の法線ベクトル、c=c(x,y)は
対象物体の表面の反射率やカメラのゲインを含んだ係数
(スカラー値)である。cがx、yの関数になっているの
は、対象物体の各点で表面状態の違いにより係数が異な
り得ることを示している。(・)はベクトルの内積を示
す。また、(式1)は対象物体の各点で独立に成立して
いる。
Next, the principle of calculating the azimuth angle will be described in detail. Here, it is assumed that the illuminances of the respective illuminations on the target object are the same so that the description will not be complicated. First, as described above, the reflected light from the target object is decomposed into the specular reflection component and the diffusion component. Regarding the diffuse component, it can be assumed that Lambertian reflection is performed, and in that case, the luminance d of the diffuse component is expressed by d = c (m · n) (Equation 1). In (Equation 1), m is an irradiation unit vector, n is a normal vector of the surface of the target object, and c = c (x, y) is a coefficient including the reflectance of the surface of the target object and the gain of the camera (scalar value ). The fact that c is a function of x and y indicates that the coefficient may be different at each point of the target object due to the difference in the surface state. (•) indicates the dot product of the vector. Further, (Equation 1) is independently established at each point of the target object.

【0044】ここで、照明は、図3に示す天頂角が同一
で方位角が異なる場所にある3つの照明で構成されてい
るものとすると、これらの照明を照射することで得られ
る輝度d1、d2、d3をまとめてベクトルd=(d1,2,
3)として、(式1)を3つ連立させると、 d=cMn となる。Mが正則行列となるように照明の位置を設定す
れば、 n=c-1-1d となる。M-1は、Mの逆行列を意味し、M-1の(i,j)成
分をM-1 ijとすればM-1は、次式で表せる。
Here, assuming that the illumination is composed of three illuminations having the same zenith angle and different azimuth angles shown in FIG. 3, the brightness d 1 obtained by irradiating these illuminations. , D 2 , d 3 are collectively vector d = (d 1, d 2,
As d 3 ), if three (Equation 1) are connected, d = cMn. If the position of the illumination is set so that M becomes a regular matrix, then n = c -1 M -1 d. M -1 denotes an inverse matrix of M, M -1 if (i, j) of M -1 components with M -1 ij is expressed by the following equation.

【0045】[0045]

【数2】 [Equation 2]

【0046】ここで、n=(p,q,r)であるので、対象物
体の表面勾配の方位角θは、上式を展開すると、 θ=tan-1(q/p) =tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 111+M-1 122+M-1 133)) ・・・・・(式2) となる。これは対象物体の各点で成立するため、照明1
02aから得られる画像(d1のデータの集合体と見な
せる)、照明102bから得られる画像(d2のデータ
の集合体と見なせる)、照明102cから得られる画像
(d3のデータの集合体と見なせる)と、既知条件であ
る照明行列Mの逆行列M-1が求まるため、(式2)を用
いて、対象物体の各点(画像上の各点)にて表面勾配の
方位角θが算出できる。
Here, since n = (p, q, r), the object
The azimuth angle θ of the body surface gradient is     θ = tan-1(q / p)       = Tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11d1+ M-1 12d2+ M-1 13 d3))                                               (Formula 2) Becomes This is true at each point of the target object, so lighting 1
Image obtained from 02a (d1Regarded as a collection of data
Image) obtained from the illumination 102b (d)2data from
Image that is obtained from the illumination 102c.
(D3It can be regarded as a collection of data of
Inverse matrix M of the illumination matrix M-1(Equation 2) is used because
The surface gradient at each point (each point on the image) of the target object.
The azimuth angle θ can be calculated.

【0047】ここまでは、一般的な照射単位ベクトルを
対象としての(式2)を導出したが、照射単位ベクトル
の天頂角が同一の構成の場合には特別の効果が生じる。
すなわち、主に撮像手段側の誤差要因である画像の暗電
流成分(直流成分ノイズ)や、画像の明るさに関するゲ
イン、撮像系の絞りの変化などによる明るさの変化など
の影響を自動的にキャンセルすることができる。以下に
その理由を述べる。
Up to this point, (Equation 2) has been derived for a general irradiation unit vector, but a special effect occurs when the zenith angles of the irradiation unit vectors are the same.
That is, the influence of the dark current component (DC component noise) of the image, which is mainly an error factor on the image pickup means side, the gain related to the brightness of the image, the change in the brightness due to the change in the aperture of the image pickup system, etc. is automatically You can cancel. The reason will be described below.

【0048】図7は、照明の一つがzx平面内にある場
合を示す説明図である。同図7は、例えば図3におい
て、照明の一つがzx平面内に来るように座標軸をz軸
の周りに回転させた場合である。したがって、このよう
な配置を考えたとしても一般性を失うことはない。以
下、図7のように配置されているものとして説明する。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a case where one of the illuminations is in the zx plane. FIG. 7 shows a case where the coordinate axis is rotated around the z axis so that one of the illuminations is in the zx plane in FIG. 3, for example. Therefore, even if such an arrangement is considered, generality is not lost. Hereinafter, description will be given assuming that they are arranged as shown in FIG.

【0049】まず、照射単位ベクトルm1を考える。m1
はzx平面内にあるので、 m1=(M11,M12,M13)=s(1,0,α) となる。ここで、s=1/√(1+α2)はスケール係数で、
1が単位ベクトルとなるようにしている。同様に、
2、m3に関しても、 m2=(M21,M22,M23)=s(β11,α) m3=(M31,M32,M33)=s(β22,α) となる。ここで、スケールを合わせるため、β1 2+γ1 2
=1、β2 2+γ2 2=1である。
First, consider the irradiation unit vector m 1 . m 1
Is in the zx plane, m 1 = (M 11 , M 12 , M 13 ) = s (1,0, α). Where s = 1 / √ (1 + α 2 ) is the scale factor,
m 1 is set to be a unit vector. Similarly,
As for m 2 and m 3 , m 2 = (M 21 , M 22 , M 23 ) = s (β 1 , γ 1 , α) m 3 = (M 31 , M 32 , M 33 ) = s (β 2 , γ 2 , α). Here, to match the scale, β 1 2 + γ 1 2
= 1 and β 2 2 + γ 2 2 = 1.

【0050】この場合、照明行列の逆行列の各成分は次
のようになる。 M11 -1=t(γ1−γ2)α M12 -1=t(γ2)α M13 -1=t(−γ1)α M21 -1=t(β2−β1)α M22 -1=t(1−β2)α M23 -1=t(β1−1)α M31 -1=t(β1γ2−β2γ1) M32 -1=t(−γ2) M33 -1=t(γ1) ここで、t=1/(((γ1−γ2)+(β1γ2−β2γ1))α)で
ある。ここから、対象物体の表面勾配の方位角θを求め
ると、 θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 111+ M-1 122+ M -1 133)) =tan-1((β2(d1‐d2)+(d2‐d3)+β1(d3‐d1))/ (γ1(d1‐d3)+γ2(d2‐d1))) ・・・・・(式3) となる。
In this case, each component of the inverse matrix of the illumination matrix is
become that way. M11 -1= T (γ12) α M12 -1= T (γ2) α M13 -1= T (-γ1) α Mtwenty one -1= T (β21) α Mtwenty two -1= T (1-β2) α Mtwenty three -1= T (β1-1) α M31 -1= T (β1γ22γ1) M32 -1= T (-γ2) M33 -1= T (γ1) Here, t = 1 / (((γ12) + (β1γ22γ1)) α)
is there. From this, find the azimuth angle θ of the surface gradient of the target object
Then,     θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11d1+ M-1 12d2+ M -1 13 d3))       = Tan-1((β2(d1-D2) + (d2-D3) + β1(d3-D1)) /   (γ1(d1-D3) + γ2(d2-D1))) ・ ・ ・ ・ ・ (Equation 3) Becomes

【0051】tan-1( )の中身に着目すると、(a) 照
射単位ベクトルの天頂角に依存する物理量αによらない
こと、(b) 輝度の差(di‐dj)の線形結合で構成
されていること、(c) 分母、分子ともに(di
j)の線形結合で構成されていることがわかる。すなわ
ち、(a)により、照射単位ベクトルの天頂角が同一で
ある照明により得られる対象物体の表面勾配の方位角θ
は照射単位ベクトルの天頂角に依存しないことがわか
り、(b)、(c)の結果により、輝度dが d'=k1d+k2 の変換(ここでk1、k2は定数)を受けても、計算され
る対象物体の表面勾配の方位角θの値は変化しない。な
ぜなら、k2の成分は(b)の輝度差をとることで打ち
消され、k1の成分は(c)の分子/分母で打ち消され
るためである。この変換において、k1は画像の明るさ
に関するゲイン、撮像系の絞りの変化などによる明るさ
の変化などと考えることができ、k2は、画像の暗電流
成分(直流成分ノイズ)と考えることができるため、こ
の照射単位ベクトルの天頂角が同一である照明により得
られる対象物体の表面勾配の方位角θは、カメラ等の誤
差要因に左右されることなく、正確に対象物体の表面勾
配の方位角を計測することができる。
Focusing on the contents of tan −1 (), (a) it does not depend on the physical quantity α depending on the zenith angle of the irradiation unit vector, and (b) by the linear combination of the difference in brightness (d i −d j ). (C) denominator, numerator (d i
It can be seen that it is composed of a linear combination of d j ). That is, according to (a), the azimuth angle θ of the surface gradient of the target object obtained by the illumination with the same zenith angle of the irradiation unit vector.
Is independent of the zenith angle of the irradiation unit vector, and the results of (b) and (c) show that the brightness d is a conversion of d ′ = k 1 d + k 2 (where k 1 and k 2 are constants). Even if it receives, the value of the azimuth angle θ of the surface gradient of the target object calculated does not change. This is because the k 2 component is canceled by taking the luminance difference of (b), and the k 1 component is canceled by the numerator / denominator of (c). In this conversion, k 1 can be considered as a gain related to the brightness of the image, a change in the brightness due to a change in the diaphragm of the imaging system, and the like, and k 2 can be considered as a dark current component (DC component noise) of the image. Therefore, the azimuth angle θ of the surface gradient of the target object obtained by the illumination in which the zenith angle of the irradiation unit vector is the same, the surface gradient of the target object can be accurately determined without being influenced by error factors such as a camera. Azimuth can be measured.

【0052】なお、ここまでは、前提として、対象物体
における各照明の照度は同一であると仮定して説明して
きたが、各照明の強度が異なる場合には、それぞれの照
度比がu1:u2:u3であるときは、それぞれの照度を与
えたときに得られる輝度d1、d2、d3を照度比で正規化
して用いればよい。すなわち、以下のようになる。 d1'=d1/u12'=d2/u23'=d3/u3 このd1'、d2'、d3'を(式2)のd1、d2、d3に代
入すれば、対象物体の表面勾配の方位角θを求めること
ができる。
Up to this point, the explanation has been made on the assumption that the illuminances of the respective illuminations on the target object are the same, but when the intensities of the respective illuminations are different, the respective illuminance ratios are u 1 : When u 2 : u 3 , the brightnesses d 1 , d 2 , and d 3 obtained when the respective illuminances are given may be used after being normalized by the illuminance ratio. That is, it becomes as follows. d 1 ′ = d 1 / u 1 d 2 ′ = d 2 / u 2 d 3 ′ = d 3 / u 3 This d 1 ′, d 2 ′, d 3 ′ is d 1 , d 2 in (Equation 2) , D 3 , the azimuth angle θ of the surface gradient of the target object can be obtained.

【0053】以上のようにこの実施の形態1によれば、
天頂角が同一で方位角が異なる場所に位置する照明を順
次照射し、それぞれの照射により撮像された少なくとも
3枚の画像から3枚の画像を選択し、この3枚の画像の
同一座標における輝度値ベクトルdをd=(d1,d2,d3)
とし、照射方向のベクトルを並べた照明行列をMとし、
このMの逆行列をM-1とし、M-1の(i,j)成分をM-1 ij
としたときに、画素位置に相当する対象物体の表面勾配
の方位角θを θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 11
1+M-1 122+M-1 133)) の計算式で算出することとしたので、撮像手段側の誤差
要因である、画像の暗電流成分(直流成分ノイズ)や、
画像の明るさに関するゲイン、撮像系の絞りの変化など
による明るさの変化などの影響を自動的にキャンセルで
き、撮像手段側の誤差要因の影響を受けない形状計測装
置を実現できる。また、3枚の画像の組合せを複数通り
選択し、この3枚の画像の組合せごとに算出した対象物
体の表面勾配の各方位角の中から異常値を取り除いた
後、平均計算を行って対象物体の表面勾配の方位角を算
出することとしたので、正反射光などによる誤計測に左
右されない安定した計測を実現することができる。
As described above, according to the first embodiment,
Order lights located at locations with the same zenith angle but different azimuth angles
Subsequent irradiation, at least imaged by each irradiation
Select 3 images from 3 images,
The luminance value vector d at the same coordinate is d = (d1, d2, d3)
And M is an illumination matrix in which the vectors of the irradiation direction are arranged,
This inverse matrix of M is M-1And M-1The (i, j) component of M-1 ij
, Then the surface gradient of the target object corresponding to the pixel position
Azimuth angle θ θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11
d1+ M-1 12d2+ M-1 13d3)) Since it was decided to calculate with the calculation formula of
Image dark current component (DC component noise), which is a factor,
Gain related to image brightness, change in aperture of imaging system, etc.
You can automatically cancel the effects of changes in brightness due to
Shape measurement device that is not affected by error factors on the imaging device side.
Can be realized. Also, there are multiple combinations of three images.
Object selected and calculated for each combination of these three images
Removed outliers from each azimuth of body surface gradient
Then, the average calculation is performed to calculate the azimuth angle of the surface gradient of the target object.
Since it was decided to put it out, it is left to erroneous measurement due to specular reflection light etc.
It is possible to realize stable measurement that is not right.

【0054】実施の形態2.つぎに、図8を用いてこの
発明の実施の形態2を説明する。この実施の形態2にお
いては、1つの照明102を同一天頂角であって3つの
異なる方位角の位置に移動させる照明移動手段103を
多段に構成している。すなわち、この場合、1つの照明
を天頂角ψをもって移動させる照明移動手段103に、
他の照明を天頂角ψaをもって移動させる照明移動手段
103aおよびさらに他の照明を天頂角ψbをもって移
動させる照明移動手段103bを追加している。
Embodiment 2. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the illumination moving means 103 for moving one illumination 102 to the position of the same zenith angle and three different azimuth angles is configured in multiple stages. That is, in this case, the illumination moving means 103 for moving one illumination with the zenith angle ψ,
It has added illuminating moving means 103b for the other illumination lighting moving means 103a and still other moving with a zenith angle [psi a lighting moved with a zenith angle [psi b.

【0055】この実施の形態2においては、図6に示す
ステップS501の判断を「別な照明移動手段にある3
つの照明の組合せを選択するか?」に変更するようにす
ればよい。このようにすれば、図6の計測フロ-によ
り、画像の1つの座標について、複数の天頂角の照明に
よる複数の方位角θを算出することができる。そして、
算出した複数通りの方位角θについて、その中で異常値
を取り除き、残ったものを平均処理して方位角θを算出
する。
In the second embodiment, the determination in step S501 shown in FIG.
Choose one lighting combination? It should be changed to ". By doing so, it is possible to calculate a plurality of azimuth angles θ due to illumination of a plurality of zenith angles for one coordinate of the image by the measurement flow of FIG. 6. And
Out of the plurality of calculated azimuth angles θ, the abnormal value is removed, and the remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle θ.

【0056】(式3)にあるように、照明の天頂角ψ
と、計測した対象物体の表面勾配の方位角θの依存性は
ないため、照明移動手段を多段に構成し、それを用いて
も、照明位置の天頂角の違いによる誤差は理論的には生
じない。実施の形態1では、異常値を取り除く場合、照
明の方位角を変えて方位角のデータ数を増やしている
が、対象物体の形状によっては照明の方位角を変えて計
測することが難しい場合がある。このような場合、照明
の天頂角を変えることで対応ができる場合がある。対象
物体の正反射成分の影響を取り除く際も、照明の天頂角
を変えることが非常に有効である場合も多い。
As shown in (Equation 3), the zenith angle ψ of the illumination is
Since there is no dependence of the azimuth θ on the measured surface gradient of the target object, even if the illumination moving means is configured in multiple stages and it is used, an error due to the difference in the zenith angle of the illumination position theoretically occurs. Absent. In the first embodiment, when removing an abnormal value, the azimuth angle of illumination is changed to increase the number of data of azimuth angles. However, it may be difficult to perform measurement by changing the azimuth angle of illumination depending on the shape of the target object. is there. In such a case, it may be possible to deal with it by changing the zenith angle of the illumination. It is often very effective to change the zenith angle of illumination when removing the influence of the regular reflection component of the target object.

【0057】以上のようにこの実施の形態2によれば、
天頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの第1の
高さ位置、該第1の高さ位置と異なる天頂角を有しかつ
方位角が異なる少なくとも3つの第2の高さ位置、さら
には第1および第2の高さ位置と異なる天頂角を有しか
つ方位角が異なる少なくとも3つの第3の高さ位置から
対象物体に対して照明を順次照射し、得られた複数の方
位角から異常値を取り除き、残ったものを平均処理して
方位角θを算出するようにしているので、正反射成分の
影響を受けにくく、計測可能な対象形状の幅を広げるこ
とができる。
As described above, according to the second embodiment,
At least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles, at least three second height positions having different zenith angles and different azimuth angles from the first height position, and further Illuminating the target object sequentially from at least three third height positions having different azimuth angles and different azimuth angles from the first and second height positions, Since the abnormal value is removed and the remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle θ, the influence of the specular reflection component is less likely to occur and the measurable width of the target shape can be widened.

【0058】実施の形態3.つぎに、この発明の実施の
形態3を説明する。実施の形態3では、照明102とし
て、面光源を採用している。点光源の場合、撮像手段1
01が正反射成分をまともに受光してしまった場合、計
測した正反射成分の画素の輝度が非常に大きくなり、撮
像手段のダイナミックレンジが不足していることと重な
って、他の画素に関しても輝度を正しく計測できなくな
る場合がある。この場合、対象物体の反射光の拡散成分
を測定することが困難となる。面光源をもちいるように
すれば、正反射成分の輝度値を鈍らせることができ、比
較的安定した画像を得ることができる。また照明の設計
や調整上、点光源に比べて面光源にした方が、照明角度
の設定が容易になるという利点がある。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the invention will be described. In the third embodiment, a surface light source is used as the illumination 102. In the case of a point light source, the image pickup means 1
When 01 receives the specular reflection component properly, the measured luminance of the pixel of the specular reflection component becomes very large, which overlaps with the lack of the dynamic range of the image pickup means, and also for other pixels. The brightness may not be measured correctly. In this case, it becomes difficult to measure the diffused component of the reflected light of the target object. If a surface light source is used, the luminance value of the regular reflection component can be made dull, and a relatively stable image can be obtained. Further, in designing and adjusting the illumination, using a surface light source has an advantage that the illumination angle can be set more easily than a point light source.

【0059】以上のようにこの実施の形態3によれば、
照明に面光源を採用しているので、強すぎる正反射成分
の輝度値を鈍らせることができ、比較的安定した画像を
得ることができるとともに、照明の設計や調整に際し、
照明角度の設定を容易にすることができる。
As described above, according to the third embodiment,
Since a surface light source is used for illumination, it is possible to dull the luminance value of the specular reflection component that is too strong, and it is possible to obtain a relatively stable image, and when designing and adjusting the illumination,
It is possible to easily set the illumination angle.

【0060】実施の形態4.つぎに、図9を用いてこの
発明の実施の形態4を説明する。図9は、図8の平面図
を示すもので、この場合、各段の照明を方位角が60度
間隔の6方向に配置している。図9において、同一同心
円上にある照明は、それぞれが同一天頂角を有するもの
であり、実線で示したものと、破線で示したものとは、
それぞれが、方位角120度間隔の3つの照明の組合せ
となる。したがって、同図では、同一天頂角を有するも
ののうち、実線で示した3つの照明を選択するかあるい
は破線で示した3つの照明を選択するかで、120度間
隔の2組の照明を選択できる。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a plan view of FIG. 8, and in this case, the illumination of each stage is arranged in six directions with azimuth angles of 60 degrees. In FIG. 9, the illuminations on the same concentric circle have the same zenith angle, and what is shown by the solid line and what is shown by the broken line are
Each is a combination of three illuminations with azimuth angles of 120 degrees. Therefore, in the figure, two sets of lights at 120-degree intervals can be selected by selecting three lights shown by a solid line or three lights shown by a broken line among those having the same zenith angle. .

【0061】ここで、方位角が120度間隔の3つの照
明の組合せの1つに着目する。120度間隔の3つの照
明の組合せは、対象物体の表面勾配の方位角θを算出す
るために必要な3つの照明の組合せのうちで、夫々一番
大きな均等な角度差をもつ組合せである。(式3)から
理解されるように、対象物体の表面勾配の方位角は、各
照明による反射光の輝度の差によって算出されるため、
計測精度を高めるためには、輝度差ができるだけ大きく
なることが望ましい。輝度の差をできるだけ大きくする
ためには、各照明の方向の角度差がなるべく大きいこと
が望ましく、この場合には照明の方位角が120度間隔
となる。このため、120度間隔の3つの照明が選択で
きるように構成することは、計測精度をあげるために有
効となる。
Attention is now paid to one of the combinations of three illuminations whose azimuth angles are 120 degrees apart. The combination of three illuminations at 120-degree intervals is the combination having the largest uniform angular difference among the three illuminations necessary for calculating the azimuth angle θ of the surface gradient of the target object. As can be understood from (Equation 3), the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by the difference in the brightness of the reflected light from each illumination.
In order to improve the measurement accuracy, it is desirable that the brightness difference be as large as possible. In order to make the difference in brightness as large as possible, it is desirable that the angle difference between the directions of the respective illuminations is as large as possible, and in this case, the azimuth angles of the illuminations are 120 degrees apart. Therefore, it is effective to select three illuminations at 120 degree intervals in order to improve the measurement accuracy.

【0062】以上のようにこの実施の形態4によれば、
方位角が120度間隔の少なくとも3つの照明を用いて
照射することとしたので、対象物体の反射光の輝度差を
できるだけ大きくすることができ、対象物体の表面勾配
の方位角の計測精度を高めることができる。
As described above, according to the fourth embodiment,
Since the illumination is performed using at least three illuminations with azimuth angles of 120 degrees, it is possible to maximize the difference in brightness of the reflected light of the target object and improve the measurement accuracy of the azimuth angle of the surface gradient of the target object. be able to.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
形状計測装置によれば、天頂角が同一で方位角が異なる
場所から照明を順次照射し、それぞれの照射により撮像
された少なくとも3枚の画像から3枚の画像を選択し、
該選択された3つの画像の同一座標における輝度値、照
明照射方向のベクトルを並べた照明行列とを用いた線形
処理によって対象物体の表面勾配の方位角を算出するこ
ととしたので、照明角度の異なる照明を多数用意するこ
となく、撮像手段側の誤差要因である、画像の暗電流成
分(直流成分ノイズ)や、画像の明るさに関するゲイ
ン、撮像系の絞りの変化などによる明るさの変化などの
影響を自動的にキャンセルでき、正確に対象物体の表面
勾配の方位角を計測することができる。
As described above, according to the shape measuring apparatus according to the present invention, the illumination is sequentially irradiated from the place where the zenith angle is the same and the azimuth angle is different, and at least three images imaged by each irradiation. Select 3 images from the images,
Since the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by linear processing using the luminance value at the same coordinates of the selected three images and the illumination matrix in which the vectors of the illumination irradiation direction are arranged, Image dark current components (DC component noise), which are error factors on the image capturing side, gain related to image brightness, and changes in brightness due to changes in the aperture of the imaging system, etc., without preparing many different types of illumination. The effect of can be canceled automatically, and the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately measured.

【0064】つぎの発明にかかる形状計測装置によれ
ば、3つの照明の照度が異なる場合、3枚の画像の同一
座標におけるそれぞれの輝度値を3つの照明の照度比で
夫々正規化して輝度値を得るようにしているので、3つ
の照明の照度が異なる場合でも、正確に対象物体の表面
勾配の方位角を演算することができる。
According to the shape measuring device of the next invention, when the illuminances of the three illuminations are different, the respective luminance values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratios of the three illuminations, respectively. Therefore, even if the illuminances of the three illuminations are different, the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately calculated.

【0065】つぎの発明にかかる形状計測装置によれ
ば、天頂角が同一で方位角が異なる4以上の照明の照射
によって得られた複数の画像から、3枚の画像の組合せ
を複数通り選択し、3枚の画像の組合せごとに算出した
複数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算
を行って対象物体の表面勾配の方位角を算出しているの
で、正反射光などによる誤計測に左右されない安定した
計測ができる。
According to the shape measuring apparatus of the next invention, a plurality of combinations of three images are selected from a plurality of images obtained by irradiation with four or more lights having the same zenith angle and different azimuth angles. After removing the abnormal value from the plurality of azimuth angles calculated for each combination of the three images, the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by averaging, so Stable measurement that is not affected by erroneous measurement can be performed.

【0066】つぎの発明にかかる形状計測装置によれ
ば、天頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの第
1の高さ位置、該第1の高さ位置と異なる天頂角を有し
かつ方位角が異なる少なくとも3つの第2の高さ位置か
ら対象物体に対して照明を順次照射し、得られた複数の
方位角から異常値を取り除き、残ったものを平均処理し
て方位角を算出しているので、正反射成分の影響を受け
にくく、計測可能な対象形状の幅を広げることができ
る。
According to the shape measuring apparatus of the next invention, at least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles, and having a zenith angle different from the first height position and having an azimuth direction. The target object is sequentially illuminated from at least three second height positions with different angles, abnormal values are removed from the obtained plurality of azimuth angles, and the remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle. Therefore, the width of the measurable target shape can be widened because it is less affected by the specular reflection component.

【0067】つぎの発明にかかる形状計測装置によれ
ば、照明に面光源を用いて照射することとしたので、強
すぎる正反射成分の輝度値を鈍らせることができ、比較
的安定した画像を得ることができるとともに、照明の設
計や調整に際し、照明角度の設定を容易にすることがで
きる。
According to the shape measuring apparatus of the next invention, since the surface light source is used for illumination, the luminance value of the too strong specular reflection component can be blunted, and a relatively stable image can be obtained. In addition to the above, it is possible to easily set the illumination angle when designing and adjusting the illumination.

【0068】つぎの発明にかかる形状計測装置によれ
ば、方位角120度の間隔で照射することとしたので、
対象物体の反射光の輝度差をできるだけ大きくすること
ができ、対象物体の表面勾配の方位角の計測精度を高め
ることができる。
According to the shape measuring apparatus of the next invention, since the irradiation is performed at intervals of 120 degrees in azimuth,
The difference in brightness of the reflected light of the target object can be made as large as possible, and the measurement accuracy of the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be improved.

【0069】以上説明したように、この発明にかかる形
状計測方法によれば、天頂角が同一で方位角が異なる場
所から照明を順次照射し、それぞれの照射により撮像さ
れた少なくとも3枚の画像から3枚の画像を選択し、該
選択された3つの画像の同一座標における輝度値、照明
照射方向のベクトルを並べた照明行列とを用いた線形処
理によって対象物体の表面勾配の方位角を算出すること
としたので、照明角度の異なる照明を多数用意すること
なく、撮像手段側の誤差要因である、画像の暗電流成分
(直流成分ノイズ)や、画像の明るさに関するゲイン、
撮像系の絞りの変化などによる明るさの変化などの影響
を自動的にキャンセルでき、正確に対象物体の表面勾配
の方位角を計測することができる。
As described above, according to the shape measuring method of the present invention, the illumination is sequentially irradiated from the locations having the same zenith angle and different azimuth angles, and at least three images captured by the respective irradiations are used. Three images are selected, and the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by a linear process using a brightness value at the same coordinates of the selected three images and an illumination matrix in which vectors of the illumination irradiation direction are arranged. Therefore, dark current components (DC component noise) of the image, which are error factors on the image pickup unit side, and gain relating to the brightness of the image, without preparing a large number of illuminations with different illumination angles,
It is possible to automatically cancel the influence of the change in the brightness due to the change in the diaphragm of the imaging system, and to accurately measure the azimuth angle of the surface gradient of the target object.

【0070】つぎの発明にかかる形状計測方法によれ
ば、3つの照明の照度が異なる場合、3枚の画像の同一
座標におけるそれぞれの輝度値を3つの照明の照度比で
夫々正規化して輝度値を得るようにしているので、3つ
の照明の照度が異なる場合でも、正確に対象物体の表面
勾配の方位角を演算することができる。
According to the shape measuring method of the next invention, when the illuminances of the three illuminations are different, the respective luminance values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratios of the three illuminations to obtain the luminance values. Therefore, even if the illuminances of the three illuminations are different, the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be accurately calculated.

【0071】つぎの発明にかかる形状計測方法によれ
ば、天頂角が同一で方位角が異なる4以上の照明の照射
によって得られた複数の画像から、3枚の画像の組合せ
を複数通り選択し、3枚の画像の組合せごとに算出した
複数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算
を行って対象物体の表面勾配の方位角を算出しているの
で、正反射光などによる誤計測に左右されない安定した
計測ができる。
According to the shape measuring method of the next invention, a plurality of combinations of three images are selected from a plurality of images obtained by irradiation with four or more lights having the same zenith angle and different azimuth angles. After removing the abnormal value from the plurality of azimuth angles calculated for each combination of the three images, the azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by averaging, so Stable measurement that is not affected by erroneous measurement can be performed.

【0072】つぎの発明にかかる形状計測方法によれ
ば、天頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの第
1の高さ位置、該第1の高さ位置と異なる天頂角を有し
かつ方位角が異なる少なくとも3つの第2の高さ位置か
ら対象物体に対して照明を順次照射し、得られた複数の
方位角から異常値を取り除き、残ったものを平均処理し
て方位角を算出しているので、正反射成分の影響を受け
にくく、計測可能な対象形状の幅を広げることができ
る。
According to the shape measuring method of the next invention, at least three first height positions having the same zenith angle but different azimuth angles, and a zenith angle different from the first height position and having an azimuth angle The target object is sequentially illuminated from at least three second height positions with different angles, abnormal values are removed from the obtained plurality of azimuth angles, and the remaining ones are averaged to calculate the azimuth angle. Therefore, the width of the measurable target shape can be widened because it is less affected by the specular reflection component.

【0073】つぎの発明にかかる形状計測方法によれ
ば、照明に面光源を用いて照射することとしたので、強
すぎる正反射成分の輝度値を鈍らせることができ、比較
的安定した画像を得ることができるとともに、照明の設
計や調整に際し、照明角度の設定を容易にすることがで
きる。
According to the shape measuring method of the next invention, since the surface light source is used for the illumination, the luminance value of the too strong regular reflection component can be blunted and a relatively stable image can be obtained. In addition to the above, it is possible to easily set the illumination angle when designing and adjusting the illumination.

【0074】つぎの発明にかかる形状計測方法によれ
ば、方位角120度の間隔で照射することとしたので、
対象物体の反射光の輝度差をできるだけ大きくすること
ができ、対象物体の表面勾配の方位角の計測精度を高め
ることができる。
According to the shape measuring method of the next invention, since the irradiation is performed at intervals of 120 degrees in azimuth,
The difference in brightness of the reflected light of the target object can be made as large as possible, and the measurement accuracy of the azimuth angle of the surface gradient of the target object can be improved.

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

【図1】 この発明にかかる形状計測装置の実施の形態
1の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of a shape measuring device according to the present invention.

【図2】 天頂角と方位角を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a zenith angle and an azimuth angle.

【図3】 撮像面の座標系と天頂角ψが同一で方位角が
異なる場所に配置された照明との位置関係を示す説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a coordinate system of an imaging surface and an illumination arranged at a location where the zenith angle ψ is the same and the azimuth angle is different.

【図4】 照明の数が3つの場合の方位角θの算出手順
を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for calculating an azimuth angle θ when the number of illuminations is three.

【図5】 天頂角ψが同一で方位角が異なる場所に配置
された4つの照明を含む構成を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration including four illuminations arranged at locations having the same zenith angle ψ and different azimuth angles.

【図6】 4以上の照明の組合せにより方位角θを複数
算出する場合の算出手順を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a calculation procedure for calculating a plurality of azimuth angles θ by combining four or more illuminations.

【図7】 照明の一つがzx平面内にある場合を示す説
明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a case where one of the illuminations is in a zx plane.

【図8】 照明移動手段を多段に構成した説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram in which the illumination moving means is configured in multiple stages.

【図9】 各段の照明を方位角が60度間隔の6方向に
配置した構成例を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration example in which illuminations at respective stages are arranged in six directions with azimuth angles of 60 degrees.

【図10】 従来の計測方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a conventional measuring method.

【図11】 従来の計測方法において輝度ピークの角度
をガウス分布にあてはめて推定する方法の説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method of estimating a luminance peak angle by applying it to a Gaussian distribution in a conventional measurement method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 撮像手段、102,102a,102b,10
2c,102d 照明、103,103a,103b
保持手段、104 制御手段、105 画像処理手段、
106 計測結果、107 対象物体。
101 image pickup means, 102, 102a, 102b, 10
2c, 102d illumination, 103, 103a, 103b
Holding means, 104 control means, 105 image processing means,
106 measurement result, 107 target object.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物体に対し複数の異なる方向から照
明を順次照射し、対象物体の画像を照明の照射毎に順次
撮像し、撮像された複数画像における同一座標の画素の
輝度と照明の照射方向とから対象物体の表面勾配を計測
する形状計測装置において、 天頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの位置か
ら対象物体に対して照明を順次照射する照明手段と、 前記少なくとも3つの位置からの照明が照射された対象
物体の画像を順次撮像する撮像手段と、 この撮像手段の撮像画像から3枚の画像を選択する選択
手段と、 前記選択された3枚の画像の同一座標におけるそれぞれ
の輝度値をd1、d2、d3とし、照明照射方向のベクト
ルを並べた照明行列をMとし、Mの逆行列をM- 1とし、
逆行列M-1の(i,j)成分をM-1 ijとしたときに、各画素
位置に相当する前記対象物体の表面勾配の方位角θを、 θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 11
1+M-1 122+M-1 133)) の計算式で算出する算出手段と、 を備えることを特徴とする形状計測装置。
1. A target object is illuminated from a plurality of different directions.
Bright light is sequentially radiated, and the image of the target object is sequentially lit for each lighting illumination.
The image is taken, and the pixels of the same coordinates in the taken multiple images
Measures the surface gradient of the target object from the brightness and the illumination direction
In the shape measuring device At least three positions with the same zenith angle but different azimuth angles
Illumination means for sequentially irradiating the target object with illumination, Objects illuminated by illumination from said at least three positions
Imaging means for sequentially picking up images of the object, Selection for selecting three images from the images picked up by this image pickup means
Means and Each of the selected three images at the same coordinates
The brightness value of1, D2, D3And the direction of illumination
Let M be the lighting matrix in which- 1age,
Inverse matrix M-1The (i, j) component of M-1 ijAnd when each pixel
The azimuth angle θ of the surface gradient of the target object corresponding to the position, θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11
d1+ M-1 12d2+ M-1 13d3)) A calculation means for calculating with the calculation formula of A shape measuring device comprising:
【請求項2】 前記3つの照明の照度が異なる場合、前
記算出手段は、3枚の画像の同一座標におけるそれぞれ
の輝度値を3つの照明の照度比で夫々正規化して輝度値
1、d2、d3を得ることを特徴とする請求項1に記載
の形状計測装置。
2. When the illuminances of the three lights are different, the calculating means normalizes the respective brightness values at the same coordinates of the three images by the illuminance ratios of the three lights, and the brightness values d 1 , d. The shape measuring device according to claim 1, wherein 2 , 3 are obtained.
【請求項3】 前記選択手段は、天頂角が同一で方位角
が異なる4以上の照明の照射によって得られた複数の画
像から、3枚の画像の組合せを複数通り選択し、 前記算出手段は、3枚の画像の組合せごとに算出した複
数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算を
行って対象物体の表面勾配の方位角を算出することを特
徴とする請求項1または2に記載の形状計測装置。
3. The selecting means selects a plurality of combinations of three images from a plurality of images obtained by irradiation with four or more lights having the same zenith angle and different azimuth angles, and the calculating means The azimuth of the surface gradient of the target object is calculated by removing an abnormal value from a plurality of azimuths calculated for each combination of three images and then performing an average calculation. The shape measuring device according to 2.
【請求項4】 前記照明手段は、天頂角が同一で方位角
が異なる少なくとも3つの第1の高さ位置および該第1
の高さ位置と異なる天頂角を有しかつ方位角が異なる少
なくとも3つの第2の高さ位置から対象物体に対して少
なくとも照明を照射可能であり、 前記選択手段は、第1の高さ位置の照明の照射によって
得られた複数の画像および第2の高さ位置の照明の照射
によって得られた複数の画像から、夫々3枚の画像の組
合せを複数通り選択し、 前記算出手段は、3枚の画像の組合せごとに算出した複
数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算を
行って対象物体の表面勾配の方位角を算出することを特
徴とする請求項1または2に記載の形状計測装置。
4. The lighting means comprises at least three first height positions having the same zenith angle but different azimuth angles and the first height position.
Of at least three second height positions having different zenith angles and different azimuth angles from the height position of the target object, and the selection means is capable of irradiating at least illumination. From the plurality of images obtained by the irradiation of the illumination of the above and the plurality of images obtained by the irradiation of the illumination at the second height position, a plurality of combinations of three images are respectively selected in plural, The azimuth angle of the surface gradient of the target object is calculated by removing an abnormal value from a plurality of azimuth angles calculated for each combination of images and then performing an average calculation. The shape measuring device described.
【請求項5】 前記照明手段は、照明に面光源を用いる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の
形状計測装置。
5. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the lighting unit uses a surface light source for lighting.
【請求項6】 前記照射手段が、照明を方位角120度
の間隔で順次照射することを特徴とする請求項1〜5の
いずれか一つに記載の形状計測装置。
6. The shape measuring device according to claim 1, wherein the irradiation unit sequentially irradiates the illumination at intervals of an azimuth angle of 120 degrees.
【請求項7】 対象物体に対し複数の異なる方向から照
明を順次照射し、対象物体の画像を照射ごとに順次撮像
し、撮像された複数画像における同一座標の画素の輝度
と照明の照射方向とから対象物体の表面勾配を計測する
形状計測方法において、 天頂角が同一で方位角が異なる少なくとも3つの位置か
ら対象物体に対して照明を順次照射する第1工程と、 前記それぞれの照明照射により撮像された画像から3枚
の画像を選択する第2工程と、 前記選択された3枚の画像の同一座標におけるそれぞれ
の輝度値をd1、d2、d3とし、照明照射方向のベクト
ルを並べた照明行列をMとし、Mの逆行列をM- 1とし、
逆行列M-1の(i,j)成分をM-1 ijとしたときに、前記画
素位置に相当する前記対象物体の表面勾配の方位角θ
を、 θ=tan-1((M-1 211+M-1 222+M-1 233)/(M-1 11
1+M-1 122+M-1 133)) の計算式で算出する第3工程と、 を備えることを特徴とする形状計測方法。
7. The target object is illuminated from a plurality of different directions.
Brightly illuminates sequentially, and images of the target object are captured sequentially for each illumination
Then, the brightness of the pixel at the same coordinates in the multiple captured images
The surface gradient of the target object from
In the shape measurement method, At least three positions with the same zenith angle but different azimuth angles
A first step of sequentially irradiating the target object with illumination, 3 images from the images taken by the illuminations
The second step of selecting the image of Each of the selected three images at the same coordinates
The brightness value of1, D2, D3And the direction of illumination
Let M be the lighting matrix in which- 1age,
Inverse matrix M-1The (i, j) component of M-1 ijWhen the above
Azimuth angle θ of the surface gradient of the target object corresponding to the prime position
To θ = tan-1((M-1 twenty oned1+ M-1 twenty twod2+ M-1 twenty threed3) / (M-1 11
d1+ M-1 12d2+ M-1 13d3)) The third step of calculating with the calculation formula of A shape measuring method comprising:
【請求項8】 前記3つの照明の照度が異なる場合、前
記第3工程では、3枚の画像の同一座標におけるそれぞ
れの輝度値を3つの照明の照度比で夫々正規化して輝度
値d1、d2、d3を得ることを特徴とする請求項7に記
載の形状計測方法。
8. When the illuminances of the three illuminations are different, in the third step, the respective luminance values at the same coordinates of the three images are normalized by the illuminance ratios of the three illuminations to obtain a luminance value d 1 , The shape measuring method according to claim 7, wherein d 2 and d 3 are obtained.
【請求項9】 前記第2工程では、天頂角が同一で方位
角が異なる4以上の照明の照射によって得られた複数の
画像から、3枚の画像の組合せを複数通り選択し、 前記第3工程では、3枚の画像の組合せごとに算出した
複数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算
を行って対象物体の表面勾配の方位角を算出することを
特徴とする請求項7または8に記載の形状計測方法。
9. In the second step, a plurality of combinations of three images are selected from a plurality of images obtained by irradiation with four or more lights having the same zenith angle and different azimuth angles, In the step, the azimuth of the surface gradient of the target object is calculated by removing an abnormal value from a plurality of azimuths calculated for each combination of three images and then performing an average calculation. The shape measuring method described in 7 or 8.
【請求項10】 前記第1工程では、天頂角が同一で方
位角が異なる少なくとも3つの第1の高さ位置および該
第1の高さ位置と異なる天頂角を有しかつ方位角が異な
る少なくとも3つの第2の高さ位置から対象物体に対し
て少なくとも照明を順次照射し、 前記第2工程では、第1の高さ位置の照明の照射によっ
て得られた複数の画像および第2の高さ位置の照明の照
射によって得られた複数の画像から、夫々3枚の画像の
組合せを複数通り選択し、 前記第3工程では、3枚の画像の組合せごとに算出した
複数の方位角の中から異常値を取り除いた後、平均計算
を行って対象物体の表面勾配の方位角を算出することを
特徴とする請求項7または8に記載の形状計測方法。
10. In the first step, at least three first height positions having the same zenith angle and different azimuth angles and at least three zenith angles different from the first height position and different azimuth angles are provided. At least illumination is sequentially applied to the target object from the three second height positions, and in the second step, a plurality of images and second heights obtained by the irradiation of the illumination at the first height position A plurality of combinations of three images are selected from each of the plurality of images obtained by irradiation with the illumination of the position, and in the third step, among the plurality of azimuth angles calculated for each combination of the three images. 9. The shape measuring method according to claim 7, wherein the azimuth of the surface gradient of the target object is calculated by removing the abnormal value and then performing an average calculation.
【請求項11】 前記第1工程では、照明に面光源を用
いることを特徴とする請求項7〜10のいずれか一つに
記載の形状計測方法。
11. The shape measuring method according to claim 7, wherein a surface light source is used for illumination in the first step.
【請求項12】 前記第1工程では、照明を方位角12
0度間隔で照射することを特徴とする請求項7〜11の
いずれか一つに記載の形状計測方法。
12. The azimuth angle 12 is set in the first step.
Irradiation is performed at intervals of 0 degree, The shape measuring method according to any one of claims 7 to 11.
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012175992A (en) * 2011-02-25 2012-09-13 Tanita Corp Body composition meter
JP2012202962A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Toshiba Corp In-reactor apparatus shape measuring instrument and in-reactor apparatus shape measurement method
JP5436431B2 (en) * 2008-08-26 2014-03-05 株式会社ブリヂストン Method and apparatus for detecting unevenness of subject
WO2014194010A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Seagate Technology Llc Surface features by azimuthal angle
US9201019B2 (en) 2013-05-30 2015-12-01 Seagate Technology Llc Article edge inspection
US9212900B2 (en) 2012-08-11 2015-12-15 Seagate Technology Llc Surface features characterization
US9217714B2 (en) 2012-12-06 2015-12-22 Seagate Technology Llc Reflective surfaces for surface features of an article
US9217715B2 (en) 2013-05-30 2015-12-22 Seagate Technology Llc Apparatuses and methods for magnetic features of articles
US9274064B2 (en) 2013-05-30 2016-03-01 Seagate Technology Llc Surface feature manager
US9297751B2 (en) 2012-10-05 2016-03-29 Seagate Technology Llc Chemical characterization of surface features
US9297759B2 (en) 2012-10-05 2016-03-29 Seagate Technology Llc Classification of surface features using fluorescence
US9377394B2 (en) 2012-10-16 2016-06-28 Seagate Technology Llc Distinguishing foreign surface features from native surface features
US9488593B2 (en) 2012-05-09 2016-11-08 Seagate Technology Llc Surface features mapping
CN109143731A (en) * 2018-08-29 2019-01-04 广州智摄宝摄影科技有限公司 A kind of capture control method and intelligent photographic case
CN110296658A (en) * 2018-03-22 2019-10-01 株式会社基恩士 Image processing equipment
CN112629410A (en) * 2020-12-09 2021-04-09 苏州热工研究院有限公司 Non-contact measuring equipment and method for inclination angle of space rod piece

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5436431B2 (en) * 2008-08-26 2014-03-05 株式会社ブリヂストン Method and apparatus for detecting unevenness of subject
US8948491B2 (en) 2008-08-26 2015-02-03 Kabushiki Kaisha Bridgestone Method and apparatus for detecting surface unevenness of object under inspection
JP2012175992A (en) * 2011-02-25 2012-09-13 Tanita Corp Body composition meter
JP2012202962A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Toshiba Corp In-reactor apparatus shape measuring instrument and in-reactor apparatus shape measurement method
US9488593B2 (en) 2012-05-09 2016-11-08 Seagate Technology Llc Surface features mapping
US9212900B2 (en) 2012-08-11 2015-12-15 Seagate Technology Llc Surface features characterization
US9297759B2 (en) 2012-10-05 2016-03-29 Seagate Technology Llc Classification of surface features using fluorescence
US9810633B2 (en) 2012-10-05 2017-11-07 Seagate Technology Llc Classification of surface features using fluoresence
US9766179B2 (en) 2012-10-05 2017-09-19 Seagate Technology Llc Chemical characterization of surface features
US9297751B2 (en) 2012-10-05 2016-03-29 Seagate Technology Llc Chemical characterization of surface features
US9377394B2 (en) 2012-10-16 2016-06-28 Seagate Technology Llc Distinguishing foreign surface features from native surface features
US9217714B2 (en) 2012-12-06 2015-12-22 Seagate Technology Llc Reflective surfaces for surface features of an article
US9488594B2 (en) 2013-05-30 2016-11-08 Seagate Technology, Llc Surface feature manager
US9201019B2 (en) 2013-05-30 2015-12-01 Seagate Technology Llc Article edge inspection
WO2014194010A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Seagate Technology Llc Surface features by azimuthal angle
US9274064B2 (en) 2013-05-30 2016-03-01 Seagate Technology Llc Surface feature manager
US9513215B2 (en) 2013-05-30 2016-12-06 Seagate Technology Llc Surface features by azimuthal angle
CN105247347A (en) * 2013-05-30 2016-01-13 希捷科技有限公司 Surface features by azimuthal angle
US9217715B2 (en) 2013-05-30 2015-12-22 Seagate Technology Llc Apparatuses and methods for magnetic features of articles
CN110296658A (en) * 2018-03-22 2019-10-01 株式会社基恩士 Image processing equipment
CN110296658B (en) * 2018-03-22 2022-03-25 株式会社基恩士 Image processing apparatus
CN109143731A (en) * 2018-08-29 2019-01-04 广州智摄宝摄影科技有限公司 A kind of capture control method and intelligent photographic case
CN109143731B (en) * 2018-08-29 2021-05-18 广州智摄宝摄影科技有限公司 Photography control method and intelligent camera box
CN112629410A (en) * 2020-12-09 2021-04-09 苏州热工研究院有限公司 Non-contact measuring equipment and method for inclination angle of space rod piece
CN112629410B (en) * 2020-12-09 2022-07-01 苏州热工研究院有限公司 Non-contact measuring equipment and measuring method for inclination angle of space rod piece

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