JP2009222399A - Image gain adjusting device and method, and three-dimensional shape measuring instrument - Google Patents

Image gain adjusting device and method, and three-dimensional shape measuring instrument Download PDF

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Yuji Kunigome
祐司 國米
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems wherein halation and dark-area-gradation deterioration have occurred, when a dynamic range within the same visual field of an image to be taken has exceeded that of an imaging section conventionally. <P>SOLUTION: An image gain adjusting device controls the gain of each pixel in an image to be taken. The image gain adjusting device includes: an image photographing section for photographing an image by a designated gain; a luminance value discrimination section for discriminating whether the luminance value of each pixel in an image taken by the image photographing section is within a prescribed preset range; and a gain setting section for repeating a series of operation for photographing an image by the image photographing section until the discrimination results of the luminance value discrimination section of all pixels is within a prescribed range by setting the gain in photographing to be the gain of the pixel concerned when the luminance value of each pixel is within a prescribed range and designating a gain in a direction so that the luminance value of the pixel concerned is within a prescribed range, when the luminance value of each pixel is outside a prescribed range. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数画素で構成される画像を撮影する際のゲイン調整技術に関する。   The present invention relates to a gain adjustment technique for capturing an image composed of a plurality of pixels.

一般に、工業製品の検査工程では、製品の三次元形状を計測することにより、良品・不良品の判定が行なわれている。例えば、金属部品の検査を行なう場合は、多様な表面パターン、反射率、形状などについて検査を行なう必要がある。   In general, in the inspection process of industrial products, a non-defective product or a defective product is determined by measuring the three-dimensional shape of the product. For example, when inspecting metal parts, it is necessary to inspect various surface patterns, reflectances, shapes, and the like.

三次元形状の計測方法には、パッシブな計測方法とアクティブな計測方法とがある。パッシブな計測方法として、例えばSFF(Shape From Focus)法があり、撮影されたテクスチャの変化から三次元形状を求める。アクティブな計測方法として、例えばパターン投影法があり、異なる位相の光を投影して複数枚の画像を撮影し、各画像間の位相の変化から三次元形状を求める。或いは、正弦波状の強度分布を持つ縞パターンを投影して一度に三次元形状を計測する技術も考えられている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−308439号公報
Three-dimensional shape measurement methods include a passive measurement method and an active measurement method. As a passive measurement method, for example, there is an SFF (Shape From Focus) method, and a three-dimensional shape is obtained from a change in captured texture. As an active measurement method, for example, there is a pattern projection method. A plurality of images are photographed by projecting light of different phases, and a three-dimensional shape is obtained from a change in phase between the images. Alternatively, a technique of measuring a three-dimensional shape at a time by projecting a fringe pattern having a sinusoidal intensity distribution is also considered (for example, see Patent Document 1).
JP 2005-308439 A

ところが、パッシブな計測方法やアクティブな計測方法のいずれの場合でも、高精度な計測を実現するためには、撮像部に十分なダイナミックレンジを有する計測用センサ(例えばCCDセンサやCMOSセンサ)を用いなければならない。しかしながら、ダイナミックレンジの広い計測用センサは高価であり、計測装置の価格が高くなってしまうという問題が生じる。逆に、安価なセンサはダイナミックレンジが狭く、計測精度が悪くなってしまうという問題が生じる。   However, in any of the passive measurement method and the active measurement method, a measurement sensor (for example, a CCD sensor or a CMOS sensor) having a sufficient dynamic range is used in the imaging unit in order to realize highly accurate measurement. There must be. However, a measurement sensor with a wide dynamic range is expensive, and there is a problem that the price of the measurement device increases. Conversely, an inexpensive sensor has a problem that the dynamic range is narrow and the measurement accuracy is deteriorated.

また、ダイナミックレンジの広い高価な計測用センサを用いた場合でも、センサが許容するダイナミックレンジを越えた場合には計測できないという問題が生じる。この場合、ダイナミックレンジ内に収まるように撮影条件を変更することも考えられるが、同一視野内での輝度の明暗差が大きい場合は、同一視野内に含まれる全画素においてセンサのダイナミックレンジ内に収まるような条件が存在しない場合も生じる。   Further, even when an expensive measurement sensor having a wide dynamic range is used, there is a problem that measurement cannot be performed when the dynamic range allowed by the sensor is exceeded. In this case, it is conceivable to change the shooting conditions so as to be within the dynamic range, but when the brightness difference in the luminance within the same visual field is large, all the pixels included in the same visual field are within the dynamic range of the sensor. There may also be cases where there are no conditions to fit.

本発明の目的は、撮影する画像の同一視野内のダイナミックレンジが撮像部のダイナミックレンジを越える場合でも、白飛びや黒潰れなく撮影可能な画像ゲイン調整装置およびその方法並びに三次元形状測定装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an image gain adjusting apparatus and method and a three-dimensional shape measuring apparatus capable of photographing without overexposure or blackout even when the dynamic range of the image to be photographed in the same visual field exceeds the dynamic range of the imaging unit. Is to provide.

本発明に係る画像ゲイン調整装置は、撮影する画像の画素毎のゲインを制御する画像ゲイン調整装置であって、指定されたゲインで画像を撮影する画像撮影部と、前記画像撮影部で撮影した画像の各画素の輝度値が予め設定された所定範囲内であるか否かを判別する輝度値判別部と、各画素の輝度値が所定範囲内の場合は撮影時のゲインを当該画素のゲインとして設定し、各画素の輝度値が所定範囲外の場合は当該画素の輝度値が所定範囲内になる方向にゲインを指定して前記画像撮影部で画像を撮影する一連の動作を全画素の前記輝度値判別部の判別結果が所定範囲内になるまで繰り返すゲイン設定部とを有することを特徴とする。   An image gain adjusting apparatus according to the present invention is an image gain adjusting apparatus that controls a gain for each pixel of an image to be captured, and includes an image capturing unit that captures an image with a specified gain and the image capturing unit. A luminance value discriminating unit that discriminates whether or not the luminance value of each pixel of the image is within a predetermined range, and when the luminance value of each pixel is within the predetermined range, the gain at the time of shooting is set to the gain of the pixel If the luminance value of each pixel is outside the predetermined range, a series of operations for capturing an image with the image capturing unit by specifying a gain in a direction in which the luminance value of the pixel is within the predetermined range is performed for all pixels. And a gain setting unit that repeats until the determination result of the luminance value determination unit falls within a predetermined range.

本発明に係る三次元形状測定装置は、前記画像ゲイン調整装置において、前記ゲイン設定部で設定された画素毎のゲインを用いて前記画像撮影部で撮影した画像を用いて三次元形状を計測する計測部を有することを特徴とする。   The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention measures a three-dimensional shape using an image photographed by the image photographing unit using a gain for each pixel set by the gain setting unit in the image gain adjusting device. It has a measuring part.

本発明に係る画像ゲイン調整方法は、撮影する画像の画素毎のゲインを制御する画像ゲイン調整方法であって、指定されたゲインで画像を撮影する画像撮影手順と、前記画像撮影手順で撮影した画像の各画素の輝度値が予め設定された所定範囲内であるか否かを判別する輝度値判別手順と、各画素の輝度値が所定範囲内の場合は撮影時のゲインを当該画素のゲインとして設定し、各画素の輝度値が所定範囲外の場合は当該画素の輝度値が所定範囲内になる方向にゲインを指定して前記画像撮影手順で画像を撮影する一連の動作を全画素の前記輝度値判別手順の判別結果が所定範囲内になるまで繰り返すゲイン設定手順とを有することを特徴とする。   An image gain adjustment method according to the present invention is an image gain adjustment method for controlling the gain of each pixel of an image to be captured, the image capturing procedure for capturing an image with a specified gain, and the image capturing procedure. A luminance value determination procedure for determining whether or not the luminance value of each pixel of the image is within a predetermined range, and if the luminance value of each pixel is within the predetermined range, the gain at the time of shooting is set to the gain of the pixel When the brightness value of each pixel is outside the predetermined range, a series of operations for capturing an image in the image capturing procedure by specifying a gain in a direction in which the brightness value of the pixel is within the predetermined range is performed for all pixels. And a gain setting procedure that is repeated until the determination result of the luminance value determination procedure falls within a predetermined range.

本発明によれば、撮影する画像の同一視野内のダイナミックレンジが撮像部のダイナミックレンジを越える場合でも、白飛びや黒潰れのない画像を撮影することができる。   According to the present invention, even when the dynamic range within the same visual field of the image to be captured exceeds the dynamic range of the imaging unit, it is possible to capture an image without whiteout or blackout.

以下、本発明に係る画像ゲイン調整装置およびその方法並びに三次元形状測定装置に関する各実施形態について説明する。   Embodiments relating to an image gain adjusting apparatus and method and a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention will be described below.

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る三次元形状測定装置100は、本発明に係る画像ゲイン調整装置およびその方法を利用する装置である。
<三次元形状測定装置100の構成>
図1は、第1の実施形態に係る三次元形状測定装置100の構成を示す説明図である。三次元形状測定装置100は、被検査物SAを載せるステージ101と、ステージ101に向けて所定のパターン(例えば一方向に白黒と並んだ格子パターンなど)を投影するパターン投影機構102と、撮像機構103と、三次元形状測定装置100全体の制御や三次元形状を計測するための計算,計測結果の表示,画像データの保存などを行うパーソナルコンピュータ(パソコン)104とで構成される。
(First embodiment)
The three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the first embodiment is an apparatus that uses the image gain adjusting apparatus and method according to the present invention.
<Configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus 100>
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the first embodiment. The three-dimensional shape measuring apparatus 100 includes a stage 101 on which the inspection object SA is placed, a pattern projection mechanism 102 that projects a predetermined pattern (for example, a grid pattern arranged in black and white in one direction) toward the stage 101, and an imaging mechanism. 103 and a personal computer (personal computer) 104 that performs control of the entire three-dimensional shape measuring apparatus 100, calculation for measuring a three-dimensional shape, display of measurement results, storage of image data, and the like.

パソコン104は、本体104aと、モニタ104bと、キーボード104cとで構成される。また、パターン投影機構102は、光源102aと、液晶板102bと、投影光学系102cとで構成される。さらに、撮影機構103は、撮像部103aと、撮像光学系103bとで構成される。   The personal computer 104 includes a main body 104a, a monitor 104b, and a keyboard 104c. The pattern projection mechanism 102 includes a light source 102a, a liquid crystal plate 102b, and a projection optical system 102c. Furthermore, the imaging mechanism 103 includes an imaging unit 103a and an imaging optical system 103b.

図1において、パソコン104の本体104aとパターン投影機構102との間には、投影制御装置105が接続されている。投影制御装置105は、パソコン104からの指令に応じて光源102aの光量を調整したり、液晶板102bに所定のパターンを表示して被検査物SAに投影する。例えば、所定のパターンが格子パターンである場合は、投影制御装置105は液晶板102bに表示する格子パターンの位相を変化させて被検査物SAに投影する。   In FIG. 1, a projection control device 105 is connected between the main body 104 a of the personal computer 104 and the pattern projection mechanism 102. The projection control device 105 adjusts the light amount of the light source 102a in accordance with a command from the personal computer 104, displays a predetermined pattern on the liquid crystal plate 102b, and projects it onto the inspection object SA. For example, when the predetermined pattern is a lattice pattern, the projection control device 105 changes the phase of the lattice pattern displayed on the liquid crystal plate 102b and projects it onto the inspection object SA.

また、パソコン104の本体104aと撮像機構103との間には、撮像制御装置106が接続されている。撮像制御装置106は、パソコン104からの指令に応じて撮像部103aで光電変換された画像信号を入力し、ゲイン調整や色補正処理などを行ってパソコン104に画像データを出力する。   An imaging control device 106 is connected between the main body 104 a of the personal computer 104 and the imaging mechanism 103. The imaging control device 106 inputs an image signal photoelectrically converted by the imaging unit 103 a in response to a command from the personal computer 104, performs gain adjustment, color correction processing, and the like, and outputs image data to the personal computer 104.

また、パソコン104の本体104aとステージ機構107との間には、ステージ制御装置108が接続されている。ステージ制御装置108は、パソコン104からの指令に応じてステージ機構107を制御する。ステージ機構107は、被検査物SAを載せるステージ101を撮影機構103に対して三次元方向(水平方向や垂直方向)に移動するための駆動部を有している。   A stage control device 108 is connected between the main body 104 a of the personal computer 104 and the stage mechanism 107. The stage control device 108 controls the stage mechanism 107 in accordance with a command from the personal computer 104. The stage mechanism 107 has a drive unit for moving the stage 101 on which the inspection object SA is placed in a three-dimensional direction (horizontal direction or vertical direction) with respect to the imaging mechanism 103.

パターン投影機構102は、光源102aから照明光を発光し、光軸方向と平行になった照明光を液晶板102bに透過させ、被検査物SAに投影する。尚、液晶板102bを透過した光を被検査物SAに投影する投影光学系102cは、複数のレンズの組み合わせにより構成される。   The pattern projection mechanism 102 emits illumination light from the light source 102a, transmits the illumination light parallel to the optical axis direction to the liquid crystal plate 102b, and projects it onto the inspection object SA. The projection optical system 102c that projects the light transmitted through the liquid crystal plate 102b onto the inspection object SA is configured by a combination of a plurality of lenses.

投影制御装置105は、パソコンからの指令に応じて、例えば液晶板102bに表示する格子パターンの位相をπ/2毎にシフトさせて被検査物SAを走査する。尚、液晶板102bは、全透過状態にして、光源102aから照射される光をそのまま被検査物SAに投影することもできる。この場合は、光源102aからの均一照明光が斜め方向から被検査物SAに照射される。   In response to a command from the personal computer, the projection control device 105 scans the inspection object SA by shifting the phase of the lattice pattern displayed on the liquid crystal plate 102b by every π / 2, for example. Note that the liquid crystal plate 102b may be in a totally transmissive state and project the light emitted from the light source 102a directly onto the inspection object SA. In this case, the uniform illumination light from the light source 102a is irradiated to the inspection object SA from an oblique direction.

撮像機構103は、撮影光学系103bによって、被検査物SAから反射された格子パターン光を撮像部103aの受光面に結像する。尚、撮像部103aは、受光面に二次元状に配置された複数の画素を有するCCD型又はCMOS型などのイメージセンサで構成される。撮像部103aで撮影された画像は、撮像制御装置106でゲイン調整される。ここで、ゲイン調整は、パソコン104から画素毎に設定されたゲインで撮像部103aが出力する画像信号の輝度値を調整する。尚、全画素が同じゲインに設定されていれば、1画像全体を同じゲインで撮影することもできる。   The imaging mechanism 103 forms an image of the lattice pattern light reflected from the inspection object SA on the light receiving surface of the imaging unit 103a by the imaging optical system 103b. The imaging unit 103a is configured by a CCD type or CMOS type image sensor having a plurality of pixels arranged two-dimensionally on the light receiving surface. The gain of the image captured by the imaging unit 103 a is adjusted by the imaging control device 106. Here, the gain adjustment is performed by adjusting the luminance value of the image signal output from the imaging unit 103a with a gain set for each pixel from the personal computer 104. If all the pixels are set to the same gain, the entire image can be taken with the same gain.

このようにして、撮像部103aで撮影された画像は、撮像制御装置106でゲイン調整や色補正処理などが行われた後、パソコン104の本体104aに出力される。パソコン104は、三次元形状計測用のアプリケーションソフトウェアが起動されており、撮像制御装置106から入力する画像データを解析して、被検査物SAの三次元形状を求め、モニタ104bに表示する。或いは、本体104aに内蔵されているメモリやハードディスクに記憶する。観測者は、パソコン104のモニタ104bの画面を見ながらキーボード104cを用いて、三次元形状測定装置100を操作する。   In this way, the image captured by the imaging unit 103 a is output to the main body 104 a of the personal computer 104 after gain adjustment, color correction processing, and the like are performed by the imaging control device 106. In the personal computer 104, application software for three-dimensional shape measurement is activated, and the image data input from the imaging control device 106 is analyzed to obtain the three-dimensional shape of the inspection object SA and displayed on the monitor 104b. Alternatively, it is stored in a memory or hard disk built in the main body 104a. The observer operates the three-dimensional shape measuring apparatus 100 using the keyboard 104c while looking at the screen of the monitor 104b of the personal computer 104.

尚、本実施形態では、パソコン104で起動するアプリケーションソフトウェアによって、パターン投影法やSFF法を選択して使用することができる。
<三次元形状の計測方法>
次に、パターン投影法およびSFF法を用いた三次元形状の計測方法について説明する。
(パターン投影法での三次元形状の計測)
位相シフト法と呼ばれるパターン投影法の場合、パソコン104は、投影制御装置105に指令して液晶板102bに表示する格子パターンの位相をシフトして被検査物SAに投影する。ステージ101上の被検査物SAに投影された格子パターンの光は、被検査物SA上で明度が白黒の縞模様状に変化する。被検査物SAで反射された格子パターンの反射光は、撮像機構103の撮影光学系103bにより撮像部103aの受光面に結像される。反射光は撮像部103aで光電変換され、撮像制御装置106でゲイン調整されてパソコン104に出力される。パソコン104に出力される画像は、被検査物SAの形状によって変形された格子パターンの画像である。同様にして、液晶板102bに表示する格子パターンの位相をπ/2ずつシフトさせて被検査物SAに投影し、被検査物SAの形状によって変形された格子パターンの反射光を各位相毎に撮像部103aで撮影する。このようにして位相の異なる格子パターン毎に撮影された複数枚の画像データは、一時的にパソコン104の本体104aのメモリやハードディスクに記憶される。これらの複数枚の画像データから位相連結行って、被検査物SAの高さ方向の情報を計算し、被検査物SAの三次元形状が求められる。尚、位相シフト法による三次元形状の計測方法は周知の技術なので詳しい説明は省略するが、格子パターンの位相をシフトさせて撮影する複数枚の画像は、黒潰れや白飛びのない画像であることが望ましい。例えば、黒潰れや白飛びが生じた場合は、位相連結処理を正確に行うことができないため、誤った三次元形状が計測されることになる。
(SFF法での三次元形状の計測)
SFF法の場合、パソコン104は、投影制御装置105に指令して液晶板102bを全透過状態にし、ステージ101上の被検査物SAに光を投影する。被検査物SAで反射された光は、撮像機構103の撮影光学系103bにより撮像部103aの受光面に結像される。反射光は撮像部103aで光電変換され、撮像制御装置106でゲイン調整されてパソコン104に出力される。パソコン104に出力される画像は、被検査物SAの画像であるが、被検査物SAは立体形状を有しているので、その高さによって焦点位置が異なる。尚、SFF法の場合、高さ方向の分解能が高くなるように、撮影光学系103bは被写界深度が浅く設定されている。パソコン104で起動されているSFF法による三次元形状測定のソフトウェアは、ステージ制御装置108に指令して、ステージ機構107を撮影光学系103bの光軸方向に上下させ、被検査物SAの部位毎に反射光が合焦するステージ101の高さを求める。被検査物SAの同じ高さの部位は同じステージ位置で合焦するので、ステージを少しずつ上下させながら、被検査物SAの部位毎に合焦するステージ位置を求めることによって、ステージ位置毎に被検査物SAの等高線を描くことができ、被検査物SAの三次元形状を求めることができる。尚、SFF法の場合も、撮影する画像は、黒潰れや白飛びのない画像であることが望ましい。例えば、黒潰れや白飛びが生じた場合は、焦点位置を正確に求めることができないため、誤った三次元形状が計測されることになる。
<三次元形状測定装置100の動作>
次に、本実施形態に係る三次元形状測定装置100の動作について説明する。図2は、三次元形状測定装置100のブロック図である。尚、図2において、図1と同符号のものは同じものを示すので重複する説明は省略する。パソコン104の本体104aの構成を示すブロック図は、三次元形状測定を行うアプリケーションソフトウェアで処理するブロックを含めて機能的に描いてある。
In the present embodiment, the pattern projection method and the SFF method can be selected and used by application software activated on the personal computer 104.
<Measuring method of 3D shape>
Next, a three-dimensional shape measurement method using the pattern projection method and the SFF method will be described.
(Measurement of 3D shape by pattern projection)
In the case of a pattern projection method called a phase shift method, the personal computer 104 instructs the projection control device 105 to shift the phase of the lattice pattern displayed on the liquid crystal plate 102b and project it onto the inspection object SA. The light of the lattice pattern projected onto the inspection object SA on the stage 101 changes to a black and white striped pattern on the inspection object SA. The reflected light of the lattice pattern reflected by the inspection object SA is imaged on the light receiving surface of the imaging unit 103 a by the imaging optical system 103 b of the imaging mechanism 103. The reflected light is photoelectrically converted by the imaging unit 103 a, gain adjusted by the imaging control device 106, and output to the personal computer 104. The image output to the personal computer 104 is a lattice pattern image deformed by the shape of the inspection object SA. Similarly, the phase of the grating pattern displayed on the liquid crystal plate 102b is shifted by π / 2 and projected onto the inspection object SA, and the reflected light of the grating pattern deformed according to the shape of the inspection object SA is output for each phase. The image is taken by the imaging unit 103a. A plurality of pieces of image data captured for each lattice pattern having different phases in this manner are temporarily stored in the memory of the main body 104a of the personal computer 104 or the hard disk. Phase connection is performed from the plurality of pieces of image data, and information on the height direction of the inspection object SA is calculated to obtain the three-dimensional shape of the inspection object SA. Note that the three-dimensional shape measurement method using the phase shift method is a well-known technique and will not be described in detail. However, a plurality of images to be photographed by shifting the phase of the lattice pattern are images that are not blacked out or blown out. It is desirable. For example, when black crushing or whiteout occurs, the phase connection process cannot be performed accurately, and an incorrect three-dimensional shape is measured.
(Measurement of three-dimensional shape by SFF method)
In the case of the SFF method, the personal computer 104 instructs the projection control device 105 to bring the liquid crystal plate 102 b into a totally transmissive state, and projects light onto the inspection object SA on the stage 101. The light reflected by the inspection object SA is imaged on the light receiving surface of the imaging unit 103 a by the imaging optical system 103 b of the imaging mechanism 103. The reflected light is photoelectrically converted by the imaging unit 103 a, gain adjusted by the imaging control device 106, and output to the personal computer 104. The image output to the personal computer 104 is an image of the inspection object SA, but since the inspection object SA has a three-dimensional shape, the focal position differs depending on its height. In the SFF method, the photographing optical system 103b is set to have a shallow depth of field so that the resolution in the height direction is high. The software for three-dimensional shape measurement by the SFF method activated on the personal computer 104 instructs the stage control device 108 to move the stage mechanism 107 up and down in the direction of the optical axis of the imaging optical system 103b, and for each part of the inspection object SA. The height of the stage 101 at which the reflected light is focused is obtained. Since the parts having the same height of the object SA to be inspected are focused at the same stage position, the stage position that is in focus for each part of the object SA to be inspected is determined for each stage position while raising and lowering the stage little by little. The contour lines of the inspection object SA can be drawn, and the three-dimensional shape of the inspection object SA can be obtained. In the case of the SFF method as well, it is desirable that the image to be captured is an image that does not have black crushing or whiteout. For example, when blackout or whiteout occurs, the focal position cannot be obtained accurately, and an incorrect three-dimensional shape is measured.
<Operation of the three-dimensional shape measuring apparatus 100>
Next, the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus 100. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. The block diagram showing the configuration of the main body 104a of the personal computer 104 is functionally drawn including blocks processed by application software that performs three-dimensional shape measurement.

先ず、図2において、撮影制御装置106でゲイン制御を行わない固定ゲインの場合の動作について説明する。この場合の動作は、一般的に行われている三次元形状測定の動作に相当する。尚、パソコン104の本体104aでは三次元計測を行うアプリケーションソフトウェアが起動された状態になっているものとする。   First, referring to FIG. 2, the operation in the case of a fixed gain in which gain control is not performed by the imaging control device 106 will be described. The operation in this case corresponds to a three-dimensional shape measurement operation that is generally performed. In the main body 104a of the personal computer 104, it is assumed that application software for performing three-dimensional measurement is activated.

計測者は、被検査物SAをステージ101に配置して、キーボード104cから計測指示のコマンドを入力する。キーボード104cから計測指示を受け取った計測部202は、投影制御装置105に光源102aを発光させる指示と、液晶板102bにパターン表示の指示を出力する。次に、計測部202は、制御部204に固定ゲインで撮影を行うよう指令する。計測部202から撮影指示を受けた制御部204は、撮像制御装置106に固定ゲインで撮像部103aから画像を画像メモリ201に取り込むよう指令する。制御部204から画像の取り込み指示を受けた撮像制御装置106は、撮像部103aから入力する画像を固定ゲインで増幅して、パソコン104の本体104aの画像メモリ201に取り込む。そして、計測部202は、画像メモリ201に取り込まれた画像を読み出し、先に説明したパターン投影法やSFF法を利用して被検査物SAの三次元形状を測定する。尚、計測部202は、必要に応じてステージ制御装置108に指令して、ステージ101を移動させ、被検査物SAの撮影位置を移動する。   The measurer places the inspection object SA on the stage 101 and inputs a measurement instruction command from the keyboard 104c. Receiving the measurement instruction from the keyboard 104c, the measurement unit 202 outputs an instruction to cause the projection control device 105 to emit the light source 102a and a pattern display instruction to the liquid crystal plate 102b. Next, the measurement unit 202 instructs the control unit 204 to perform shooting with a fixed gain. The control unit 204 that has received an imaging instruction from the measurement unit 202 instructs the imaging control device 106 to capture an image from the imaging unit 103a into the image memory 201 with a fixed gain. Upon receiving an image capturing instruction from the control unit 204, the imaging control device 106 amplifies the image input from the imaging unit 103a with a fixed gain, and captures the image into the image memory 201 of the main body 104a of the personal computer 104. Then, the measurement unit 202 reads the image taken into the image memory 201 and measures the three-dimensional shape of the inspection object SA using the pattern projection method or the SFF method described above. Note that the measurement unit 202 instructs the stage control device 108 as necessary to move the stage 101 and move the imaging position of the inspection object SA.

ここで、本実施形態に係る三次元形状測定装置100の特徴が分かり易いように、撮影制御装置106でゲイン制御を行わない固定ゲインの場合の問題点について説明する。説明を簡単にするために、撮像部103aで撮影する画像の画素配置は、図3に示すように、横方向X1からX4の4画素、縦方向Y1からY4の4画素で構成されるP1からP16の16画素で構成されるものとする。一般的に画像を撮影する時は、画像全体の明るさを判断して撮影時のゲインを決めるので、極端に暗い被写体光が入射する画素や極端に明るい被写体光が入射する画素では、撮像部103aのダイナミックレンジを超えてしまう場合が生じる。この一例について、図4を用いて説明する。図4は、図3で説明した16画素の撮像部103aで撮影される画像の画素毎の輝度値を濃さで表した説明図である。尚、図4において、画素(X3,Y2)は極端に暗い画素、画素(X2,Y4)は極端に明るい画素として描いてある。図4(a)は、画素(X3,Y2)と画素(X2,Y4)以外の画素において撮像部103aのダイナミックレンジ内に収まる適正なゲインGAで撮影された場合の画像を描いてある。この場合、極端に暗い画素(X3,Y2)は黒潰れして撮影され、極端に明るい画素(X2,Y4)は白飛びした状態で撮影される。   Here, in order to make it easy to understand the characteristics of the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment, problems in the case of a fixed gain in which the imaging control apparatus 106 does not perform gain control will be described. In order to simplify the description, the pixel arrangement of the image taken by the imaging unit 103a is from P1, which is composed of four pixels in the horizontal direction X1 to X4 and four pixels in the vertical direction Y1 to Y4, as shown in FIG. It is assumed to be composed of 16 pixels of P16. In general, when shooting an image, the brightness of the entire image is determined and the gain at the time of shooting is determined.Therefore, in the pixel that receives extremely dark subject light or the pixel that receives extremely bright subject light, The dynamic range of 103a may be exceeded. An example of this will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the luminance value for each pixel of the image captured by the 16-pixel imaging unit 103a described in FIG. In FIG. 4, the pixels (X3, Y2) are drawn as extremely dark pixels, and the pixels (X2, Y4) are drawn as extremely bright pixels. FIG. 4A illustrates an image when a pixel other than the pixel (X3, Y2) and the pixel (X2, Y4) is captured with an appropriate gain GA that falls within the dynamic range of the imaging unit 103a. In this case, extremely dark pixels (X3, Y2) are photographed while being blacked out, and extremely bright pixels (X2, Y4) are photographed in a state where whiteout has occurred.

このように、撮影制御装置106でゲイン制御を行わない固定ゲインの場合は、黒潰れした画素や白飛びした画素が生じるため、計測部202で三次元形状を求める場合に影響を与えてしまい、正確な三次元形状を求めることができないという問題がある。そこで、本実施形態に係る三次元形状測定装置100は、撮影する画像の画素毎に撮像部103aのダイナミックレンジ内に収まるように、撮影制御装置106でゲイン制御を行って計測用の画像を撮影するようになっている。   In this way, in the case of a fixed gain for which gain control is not performed by the imaging control device 106, a blacked out pixel or a whiteout pixel is generated, which affects the case where the measurement unit 202 obtains a three-dimensional shape, There is a problem that an accurate three-dimensional shape cannot be obtained. Therefore, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment captures a measurement image by performing gain control with the imaging control device 106 so that each pixel of the image to be captured falls within the dynamic range of the imaging unit 103a. It is supposed to be.

次に、撮影制御装置106でゲイン制御を行う場合の動作について、図5を用いて詳しく説明する。図5は本実施形態に係る三次元形状測定装置100のアプリケーションソフトウェアの動作を示すフローチャートである。尚、パソコン104の本体104aでは、三次元計測を行うアプリケーションソフトウェアが起動され、被検査物SAがステージ101に配置されて、計測者がキーボード104cから計測開始コマンドを入力した状態にあるものとする。また、ゲイン設定部206が撮像制御装置106に設定するゲインのデフォルト値として、先に説明した図4(a)の場合のゲインGAが設定されているものとする。以下、図5のフローチャートに従って順に説明する。   Next, the operation when gain control is performed by the imaging control device 106 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the application software of the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to this embodiment. In the main body 104a of the personal computer 104, application software for performing three-dimensional measurement is activated, the inspection object SA is placed on the stage 101, and the measurer has entered a measurement start command from the keyboard 104c. . Further, it is assumed that the gain GA in the case of FIG. 4A described above is set as the default value of the gain set by the gain setting unit 206 in the imaging control apparatus 106. Hereinafter, description will be made in order according to the flowchart of FIG.

(ステップS101)計測者がキーボード104cから入力した計測開始コマンドを受けて、三次元形状の計測処理を開始する。   (Step S101) Upon receiving a measurement start command input from the keyboard 104c by the measurer, the three-dimensional shape measurement process is started.

(ステップS102)撮像制御装置106のゲイン設定を行う。具体的には、制御部204は、ゲイン設定部206から撮像制御装置106にデフォルトのゲインGAを設定する。   (Step S102) Gain setting of the imaging control apparatus 106 is performed. Specifically, the control unit 204 sets a default gain GA in the imaging control device 106 from the gain setting unit 206.

(ステップS103)画像撮影を行う。具体的には、制御部204は、撮像制御装置106に画像の取り込みを指令する。制御部204から画像の取り込み指令を受けた撮像制御装置106は、撮像部103aから入力する画像をゲインGAで増幅して、パソコン104の本体104aの画像メモリ201に取り込む。   (Step S103) An image is taken. Specifically, the control unit 204 instructs the imaging control device 106 to capture an image. Upon receiving an image capture command from the control unit 204, the image capture control device 106 amplifies the image input from the image capture unit 103a with a gain GA and captures the image in the image memory 201 of the main body 104a of the personal computer 104.

(ステップS104)輝度値判定部205は、画像メモリ201に取り込まれた画像の画素毎の輝度値が所定範囲内か否かを判定する。例えば、先に説明した図4(a)の場合、輝度値判定部205は、画素(X1,Y1)から画素(X4,Y4)までの16画素それぞれに対して、輝度値が所定範囲内か否かを判定する。   (Step S <b> 104) The luminance value determination unit 205 determines whether the luminance value for each pixel of the image captured in the image memory 201 is within a predetermined range. For example, in the case of FIG. 4A described above, the luminance value determination unit 205 determines whether the luminance value is within a predetermined range for each of the 16 pixels from the pixel (X1, Y1) to the pixel (X4, Y4). Determine whether or not.

ここで、輝度値の所定範囲について説明する。例えば、モノクロ画像で画素の階調が8ビットの場合、0(黒色側)から255(白色側)の輝度値で画像が構成される。この時、黒潰れした画素は0の値に張り付き、白飛びした画素は255の値に張り付いた状態になる。そこで、例えば、1以上254以下の輝度値を所定範囲内と設定すれば、画素の輝度値がこの範囲内にあれば、黒潰れや白飛びせずに撮影できることになる。尚、実際にはノイズなどによる振れを考慮して、輝度値の所定範囲を5以上250以下などに設定するのが好ましい。ここでは、黒潰れすると判定する黒閾値th1を4、白飛びすると判定する白閾値th2を251とする。   Here, the predetermined range of the luminance value will be described. For example, when the gradation of a pixel is 8 bits in a monochrome image, the image is configured with luminance values from 0 (black side) to 255 (white side). At this time, the blacked out pixels are stuck to a value of 0, and the whiteout pixels are stuck to a value of 255. Therefore, for example, if a luminance value between 1 and 254 is set within a predetermined range, if the luminance value of the pixel is within this range, the image can be taken without being crushed or blown out white. In practice, it is preferable to set the predetermined range of the brightness value to 5 or more and 250 or less in consideration of fluctuation due to noise or the like. Here, it is assumed that the black threshold th1 that is determined to be crushed black is 4, and the white threshold th2 that is determined to be skipped is 251.

(ステップS105)ゲイン設定部206は、ステップS104で判定した結果により、画素毎のゲインをゲインテーブル207に設定する。尚、ゲインテーブル207は、画素毎のゲインを記憶するテーブルで、動作開始時は全画素のゲイン値がリセットされ、未定の状態になっている。例えば、取り込んだ画像が図4(a)の場合、画素(X3,Y2)の輝度値が3、画素(X2,Y4)の輝度値が253であったとし、これら以外の画素の輝度値は5以上250以下の範囲内であったとする。この場合、ステップS104の判定結果は、画素(X3,Y2)と画素(X2,Y4)以外の画素の輝度値は、所定範囲内に収まっていることになるので、これらの画素のゲインをゲインGAに決定し、ゲインテーブル207に設定する。この時のゲインテーブル207の様子を図6(a)に示す。画素(X3,Y2)および画素(X2,Y4)以外の画素にゲインGAが設定され、画素(X3,Y2)および画素(X2,Y4)はゲインが未定の状態となる。   (Step S105) The gain setting unit 206 sets the gain for each pixel in the gain table 207 based on the result determined in step S104. The gain table 207 is a table for storing the gain for each pixel. At the start of the operation, the gain values of all the pixels are reset and are in an undetermined state. For example, when the captured image is FIG. 4A, the luminance value of the pixel (X3, Y2) is 3, and the luminance value of the pixel (X2, Y4) is 253. The luminance values of the other pixels are Suppose that it was in the range of 5 or more and 250 or less. In this case, the determination result in step S104 is that the luminance values of the pixels other than the pixel (X3, Y2) and the pixel (X2, Y4) are within the predetermined range. GA is determined and set in the gain table 207. The state of the gain table 207 at this time is shown in FIG. The gain GA is set for pixels other than the pixels (X3, Y2) and the pixels (X2, Y4), and the gains of the pixels (X3, Y2) and the pixels (X2, Y4) are undetermined.

(ステップS106)ゲインテーブル207の全画素のゲインが決定されたか否かを判別する。ゲインが未定の画素がある場合はステップS107に進み、ゲインが未定の画素がない場合はステップS111に進む。   (Step S106) It is determined whether or not the gains of all the pixels in the gain table 207 have been determined. If there is a pixel whose gain is undetermined, the process proceeds to step S107, and if there is no pixel whose gain is undetermined, the process proceeds to step S111.

(ステップS107)黒閾値th1より小さい輝度値の画素があるか否かを判別する。黒閾値th1より小さい輝度値の画素がある場合はステップS108に進み、黒閾値th1より小さい輝度値の画素がない場合はステップS109に進む。   (Step S107) It is determined whether or not there is a pixel having a luminance value smaller than the black threshold th1. If there is a pixel having a luminance value smaller than the black threshold th1, the process proceeds to step S108. If there is no pixel having a luminance value smaller than the black threshold th1, the process proceeds to step S109.

(ステップS108)撮像制御装置106に設定されている現状のゲインより大きいゲインを設定する。例えば、現状のゲインはデフォルトのゲインGAなので、これよりも大きなゲインGBを求める。尚、ゲインGBは、黒閾値th1より小さい輝度値の画素が黒閾値th1より大きい輝度値となるゲインとする。設定ゲインを求めたらステップS102に戻る。   (Step S108) A gain larger than the current gain set in the imaging control device 106 is set. For example, since the current gain is the default gain GA, a larger gain GB is obtained. The gain GB is a gain at which a pixel having a luminance value smaller than the black threshold th1 has a luminance value larger than the black threshold th1. When the set gain is obtained, the process returns to step S102.

例えば、ステップS102に戻って、ゲインGBで撮影された画像は、画素(X3,Y2)の輝度値が所定範囲内に収まることになるので、図6(b)に示すように、ゲインテーブル207の画素(X3,Y2)のゲインはゲインGBに決定される。尚、図6(b)の時点では、画素(X2,Y4)のゲインは未定である。   For example, returning to step S102, the luminance value of the pixel (X3, Y2) of the image photographed with the gain GB falls within a predetermined range. Therefore, as shown in FIG. The gain of the pixels (X3, Y2) is determined as gain GB. At the time of FIG. 6B, the gain of the pixel (X2, Y4) is undetermined.

(ステップS109)白閾値th2より大きい輝度値の画素があるが否かを判別する。白閾値th2より大きい輝度値の画素がある場合はステップS110に進み、白閾値th2より大きい輝度値の画素がない場合はステップS102に戻る。尚、実際には、ステップS106で「No」の判定がなされているので、ステップS107およびステップS109の両方で「No」の判定がなされることはない。   (Step S109) It is determined whether or not there is a pixel having a luminance value greater than the white threshold th2. If there is a pixel with a luminance value greater than the white threshold th2, the process proceeds to step S110, and if there is no pixel with a luminance value greater than the white threshold th2, the process returns to step S102. Actually, since “No” is determined in Step S106, “No” is not determined in both Step S107 and Step S109.

(ステップS110)撮像制御装置106に設定されている現状のゲインより小さいゲインを設定する。例えば、現状のゲインはデフォルトのゲインGAなので、これよりも小さなゲインGCを求める。尚、ゲインGCは、白閾値th2より大きい輝度値の画素が白閾値th2より小さい輝度値となるゲインとする。設定ゲインを求めたらステップS102に戻る。   (Step S110) A gain smaller than the current gain set in the imaging control device 106 is set. For example, since the current gain is the default gain GA, a smaller gain GC is obtained. The gain GC is a gain at which a pixel having a luminance value larger than the white threshold th2 has a luminance value smaller than the white threshold th2. When the set gain is obtained, the process returns to step S102.

例えば、ステップS102に戻って、ゲインGCで撮影された画像は、画素(X2,Y4)の輝度値が所定範囲内に収まることになるので、図6(c)に示すように、ゲインテーブル207の画素(X2,Y4)のゲインはゲインGCに決定される。尚、図6(c)の時点では、ゲインテーブル207の全ての画素のゲインが決定されている。   For example, returning to step S102, the brightness value of the pixel (X2, Y4) of the image captured with the gain GC falls within a predetermined range. Therefore, as shown in FIG. The gain of the pixels (X2, Y4) is determined as the gain GC. At the time of FIG. 6C, the gains of all the pixels in the gain table 207 are determined.

(ステップS111)ゲインテーブル207の全ての画素のゲインが決定されているので、ゲイン設定部206は、このゲインテーブル207に従って撮像部103aで撮影する画像の各画素毎のゲインを撮像制御装置106に設定する。   (Step S111) Since the gains of all the pixels in the gain table 207 have been determined, the gain setting unit 206 supplies the gain for each pixel of the image captured by the imaging unit 103a to the imaging control device 106 according to the gain table 207. Set.

(ステップS112)三次元形状計測用の画像撮影を行う。具体的には、制御部204は、撮像制御装置106に画像の取り込みを指令する。制御部204から画像の取り込み指令を受けた撮像制御装置106は、撮像部103aから入力する画像をゲインテーブル207で設定したゲインで各画素の信号を増幅して、パソコン104の本体104aの画像メモリ201に取り込む。   (Step S112) An image for measuring a three-dimensional shape is taken. Specifically, the control unit 204 instructs the imaging control device 106 to capture an image. Upon receiving an image capture command from the control unit 204, the imaging control device 106 amplifies the signal input from the imaging unit 103a with the gain set in the gain table 207, and the image memory of the main body 104a of the personal computer 104. 201.

(ステップS113)三次元形状の計測処理を行う。尚、三次元形状の計測方法は、先に説明したパターン投影法やSFF法を利用する。計測した三次元形状データは、パソコン104のハードディスクなどの記憶装置203に記憶される。或いは、モニタ104bに計測結果が表示される。   (Step S113) Three-dimensional shape measurement processing is performed. The three-dimensional shape measurement method uses the pattern projection method or the SFF method described above. The measured three-dimensional shape data is stored in a storage device 203 such as a hard disk of the personal computer 104. Alternatively, the measurement result is displayed on the monitor 104b.

(ステップS114)三次元形状の計測処理を終了する。   (Step S114) The three-dimensional shape measurement process is terminated.

尚、上記では1枚の画像を撮影して三次元形状の計測を行う場合について説明したが、三次元形状の計測方法によっては、複数枚の画像を撮影する必要がある。この場合は、計測部202は、ステップS102からステップS112までの処理を繰り返して複数枚の画像を撮影し、ステップS113ではそれぞれ適正なゲインで撮影された複数枚の画像を用いて三次元形状の計測処理を行う。ここで、ステップS102からステップS112までの処理は、本発明に係る画像ゲイン調整装置および画像ゲイン調整方法に相当する部分である。   In the above description, a case where a single image is taken to measure a three-dimensional shape has been described. However, depending on a three-dimensional shape measurement method, a plurality of images need to be taken. In this case, the measurement unit 202 captures a plurality of images by repeating the processing from step S102 to step S112. In step S113, the measurement unit 202 uses a plurality of images captured with appropriate gains to obtain a three-dimensional shape. Perform measurement processing. Here, the processing from step S102 to step S112 is a part corresponding to the image gain adjusting apparatus and the image gain adjusting method according to the present invention.

次に、先に説明した位相シフト法を用いて複数枚の画像を撮影する場合について説明する。ここでは、π/2毎に位相をシフトして撮影した4枚の画像を処理して三次元形状を計測する。この場合、投影制御装置105は、パソコン104からの指令に応じて、被検査物SAに投影する格子パターンの位相をπ/2毎にシフトするよう液晶板102bを制御する。この時、π/2の位相をシフトする毎に、図5のフローチャートのステップS102からステップS112までの処理を繰り返して、適正なゲインで撮影されたπ/2毎に位相の異なる4枚の画像を得る。撮影された4枚の画像は、図7に示すように、位相毎に異なるa1からa4に対応する。図8(a)に示す画像IM1,画像IM2,画像IM3,画像IM4は、π/2毎に位相の異なる4枚の画像の一例である。   Next, a case where a plurality of images are captured using the phase shift method described above will be described. Here, four images taken by shifting the phase every π / 2 are processed to measure a three-dimensional shape. In this case, the projection control device 105 controls the liquid crystal plate 102b so as to shift the phase of the lattice pattern projected onto the inspection object SA by π / 2 in response to a command from the personal computer 104. At this time, every time the phase of π / 2 is shifted, the processing from step S102 to step S112 in the flowchart of FIG. 5 is repeated, and four images having different phases for every π / 2 photographed with an appropriate gain. Get. As shown in FIG. 7, the four captured images correspond to a1 to a4 that are different for each phase. An image IM1, an image IM2, an image IM3, and an image IM4 illustrated in FIG. 8A are examples of four images having different phases for each π / 2.

尚、この時、画像IM1,画像IM2,画像IM3,画像IM4は、それぞれ異なるゲインで撮影されているので、三次元形状を求める際には各画像の輝度値を正規化する処理が必要となる。例えば、画像IM1が図6(c)のゲインで撮影された画像であると仮定する。この場合の正規化処理は、各画素の輝度値に各画素のゲインで除算する処理となるが、実際には処理を簡略化するために、1/ゲインの正規化テーブルを画像IM1,画像IM2,画像IM3,画像IM4の4枚の画像毎に設けておいて計算するのが好ましい。この場合は、例えば図6(c)のゲインで撮影された画像IM1の画素毎に、図9に示すような正規化テーブルの係数を乗算するだけでよい。   At this time, the image IM1, the image IM2, the image IM3, and the image IM4 are photographed with different gains. Therefore, when obtaining a three-dimensional shape, it is necessary to normalize the luminance value of each image. . For example, it is assumed that the image IM1 is an image photographed with the gain of FIG. In this case, the normalization process is a process of dividing the luminance value of each pixel by the gain of each pixel. Actually, in order to simplify the process, a normalization table of 1 / gain is used for the images IM1 and IM2. , Image IM3, image IM4 are preferably provided for every four images and calculated. In this case, for example, each pixel of the image IM1 photographed with the gain shown in FIG. 6C only needs to be multiplied by the coefficient of the normalization table as shown in FIG.

正規化処理を行った後、π/2毎に位相の異なる4枚の画像(画像IM1,画像IM2,画像IM3,画像IM4)の位相連結処理を行うと図8(b)のような三次元形状が得られる。尚、位相シフト法の詳細なアルゴリズムについての説明は省略する。   After performing the normalization processing, when phase concatenation processing is performed on four images (image IM1, image IM2, image IM3, image IM4) having different phases for every π / 2, a three-dimensional image as shown in FIG. A shape is obtained. A detailed description of the phase shift method will be omitted.

このように、本実施形態に係る三次元形状測定装置100は、撮像部103aと撮像制御装置106で複数のゲインの画像を撮影し、輝度値判定部205で撮影された画像の各画素の輝度値が所定範囲内であるか否かを判別し、ゲイン設定部206で各画素の輝度値が所定範囲内になる方向にゲインを指定して全画素の輝度値が所定範囲内になるように各画素のゲインを設定するので、撮影する画像の同一視野内のダイナミックレンジが撮像部のダイナミックレンジを越える場合でも、黒潰れや白飛びを起こすことなく適正な画像を撮影することができる。特に、三次元形状測定装置100においては、黒潰れや白飛びによって計測誤りを生じることなく、三次元形状の測定を行うことができる。   As described above, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment captures a plurality of gain images with the imaging unit 103a and the imaging control device 106, and the brightness of each pixel of the image captured with the brightness value determination unit 205. It is determined whether or not the value is within a predetermined range, and the gain setting unit 206 specifies a gain in a direction in which the luminance value of each pixel is within the predetermined range so that the luminance value of all the pixels is within the predetermined range. Since the gain of each pixel is set, even if the dynamic range within the same visual field of the image to be captured exceeds the dynamic range of the imaging unit, an appropriate image can be captured without causing blackout or whiteout. In particular, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can measure a three-dimensional shape without causing a measurement error due to black crushing or whiteout.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る三次元形状測定装置について説明する。本実施形態に係る三次元形状測定装置は、第1の実施形態で説明した三次元形状測定装置100と同じ構成である。第1の実施形態と異なるのは図5のフローチャートである。図10は本実施形態に係る三次元形状測定装置100のアプリケーションソフトウェアの動作を示すフローチャートである。尚、図5と同じ処理ステップ同じ処理を行う。第1の実施形態の図5と異なるのは、ステップS106とステップS107の間に、ステップS115が設けられたことと、計測処理を行うステップS113の処理内容が変更されたことである。以下、図10のフローチャートにおいて図5と異なる部分のみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a three-dimensional shape measuring apparatus according to the second embodiment will be described. The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the three-dimensional shape measuring apparatus 100 described in the first embodiment. The flowchart of FIG. 5 is different from the first embodiment. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the application software of the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to this embodiment. The same processing steps as those in FIG. 5 are performed. The difference from FIG. 5 of the first embodiment is that step S115 is provided between step S106 and step S107, and the processing content of step S113 for performing the measurement process is changed. Hereinafter, only the parts different from FIG. 5 in the flowchart of FIG. 10 will be described.

(ステップS115)ゲイン設定部206がゲインを変更して撮影を繰り返す処理(図5のステップS102からステップS110までの処理)を所定回数行ったか否かを判別する。所定回数を行った場合はステップS111へ進み、所定回数を行っていない場合はステップS107に進む。尚、所定回数は、ステップS106の判定結果が「No」の場合にステップS108またはステップS110でゲイン変更する回数を示し、予め計測部202や記憶装置203などに設定されている。例えば、ステップS108でゲインを大きくする処理とステップS110でゲインを小さくする処理とを1回ずつ行う場合は、所定回数を少なくとも2回に設定しておく必要がある。   (Step S115) It is determined whether or not the gain setting unit 206 has performed the process of changing the gain and repeating the imaging (the process from step S102 to step S110 in FIG. 5) a predetermined number of times. If the predetermined number of times has been performed, the process proceeds to step S111. If the predetermined number of times has not been performed, the process proceeds to step S107. The predetermined number indicates the number of times the gain is changed in step S108 or step S110 when the determination result in step S106 is “No”, and is set in advance in the measurement unit 202, the storage device 203, or the like. For example, when the process for increasing the gain in step S108 and the process for decreasing the gain in step S110 are performed once, it is necessary to set the predetermined number to at least twice.

(ステップS113b)基本的には図5のステップS113と同じように三次元形状の計測処理を行うが、ステップS106で全画素のゲインが決定されていない場合でも三次元形状の計測処理を行う。この場合、ゲインテーブル207を参照してゲインが未定の画素位置については計測を行わずに、周辺画素の輝度値から補間して三次元形状の計測処理を行う。或いは、モニタ104bにその部分の計測不可能である旨を示すようにしても構わない。例えば、モニタ104b上に表示されている被検査物SAの計測不可能な画素位置を赤色で点滅表示して計測者の注意を促すようにしても構わない。   (Step S113b) Basically, the three-dimensional shape measurement process is performed in the same manner as in step S113 of FIG. 5, but the three-dimensional shape measurement process is performed even when the gains of all the pixels are not determined in step S106. In this case, with reference to the gain table 207, the pixel position where the gain is undetermined is not measured, but the three-dimensional shape measurement process is performed by interpolation from the luminance values of the surrounding pixels. Or you may make it show to the monitor 104b that the part cannot be measured. For example, a pixel position that cannot be measured on the inspection object SA displayed on the monitor 104b may be flashed and displayed in red to alert the measurer.

このように、本実施形態に係る三次元形状測定装置100は、第1の実施形態の効果に加えて、撮影する画像の全画素のゲインをなかなか決定できないような場合でも途中で切り上げて計測を行うことができる。さらに、適正なゲインを決定できなかった画素においては、エラー情報をモニタ104bに表示するので計測者に注意を促すことができる。   As described above, in addition to the effect of the first embodiment, the three-dimensional shape measurement apparatus 100 according to the present embodiment rounds up the measurement even when the gains of all the pixels of the image to be captured cannot be determined easily. It can be carried out. Further, since error information is displayed on the monitor 104b for the pixels for which an appropriate gain could not be determined, the measurer can be alerted.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る三次元形状測定装置について説明する。本実施形態に係る三次元形状測定装置は、第1の実施形態で説明した三次元形状測定装置100と基本的には同じ構成である。第1の実施形態と異なるのはゲイン調整だけでなく、露光条件や照明光量を調整するようになっている。
(Third embodiment)
Next, a three-dimensional shape measuring apparatus according to the third embodiment will be described. The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment has basically the same configuration as the three-dimensional shape measuring apparatus 100 described in the first embodiment. The difference from the first embodiment is not only the gain adjustment but also the exposure conditions and the amount of illumination light.

本実施形態の場合は、第1の実施形態の図5のフローチャートにおいて、ゲイン調整を行うと共に露光条件や照明光量を調整する。例えば、図5のステップS102において、撮像制御装置106のゲイン設定を行うと共に、撮像部103aで画像を撮影する際の露光条件(シャッタースピードや絞りなど)の設定や、パターン投影機構102の光源102aが照射する光量の設定を行う。尚、露光条件の設定はパソコン104の計測部202から撮像制御装置106に指令され、光量の設定はパソコン104の計測部202から投影制御装置105に指令される。また、図5のステップS102におけるゲイン設定の場合と同様に、露光条件や光量についてもデフォルト値が予め設定されている。同様に、図5のステップS108やステップS110においても、ゲイン調整を行うと共に露光条件や照明光量を調整する。   In the case of the present embodiment, in the flowchart of FIG. 5 of the first embodiment, gain adjustment is performed and exposure conditions and illumination light quantity are adjusted. For example, in step S102 of FIG. 5, the gain of the imaging control device 106 is set, the exposure conditions (shutter speed, aperture, etc.) for shooting an image with the imaging unit 103a, and the light source 102a of the pattern projection mechanism 102 Sets the amount of light emitted by. The setting of the exposure condition is commanded from the measuring unit 202 of the personal computer 104 to the imaging control device 106, and the setting of the light amount is commanded from the measuring unit 202 of the personal computer 104 to the projection control device 105. Further, as in the case of the gain setting in step S102 in FIG. 5, default values are set in advance for the exposure conditions and the light amount. Similarly, in step S108 and step S110 in FIG. 5, the gain is adjusted and the exposure condition and the amount of illumination light are adjusted.

このようにして、ゲイン調整だけでは調整しきれない場合でも、露光条件や照明光量を調整することによって、第1の実施形態の場合より幅広く調整することができ、黒潰れや白飛びのしない画像を撮影することが可能になる。   In this way, even when the gain cannot be adjusted only by gain adjustment, it is possible to adjust more widely than in the case of the first embodiment by adjusting the exposure conditions and the amount of illumination light, and an image that is not crushed or blown out white. Can be taken.

尚、本実施形態では、第1の実施形態の図5のフローチャートを基にして説明したが、第2の実施形態で説明した図10のフローチャートにおいても同様に適用することができる。特に、第2の実施形態の図10のフローチャートの場合は、ステップS115で所定回数を行っても全画素のゲイン設定ができない場合に、露光条件や照明光量を変えるようにしても構わない。この場合は、図10のフローチャートにおいて、ステップS115の判別結果が「Yes」の場合に露光条件や照明光量を変える処理を挿入し、この処理後、ステップS102に戻るようにすればよい。   Although the present embodiment has been described based on the flowchart of FIG. 5 of the first embodiment, the present invention can be similarly applied to the flowchart of FIG. 10 described in the second embodiment. In particular, in the case of the flowchart of FIG. 10 of the second embodiment, the exposure conditions and the amount of illumination light may be changed when the gains of all the pixels cannot be set even after performing the predetermined number of times in step S115. In this case, in the flowchart of FIG. 10, when the determination result in step S115 is “Yes”, a process for changing the exposure condition and the amount of illumination light may be inserted, and after this process, the process may return to step S102.

以上、各実施形態で説明してきたように、本発明によれば、撮影する画像の同一視野内のダイナミックレンジが撮像部のダイナミックレンジを越える場合でも、白飛びや黒潰れのない画像を撮影することができる。   As described above, according to each embodiment, according to the present invention, even when the dynamic range within the same visual field of the image to be captured exceeds the dynamic range of the imaging unit, an image without whiteout or blackout is captured. be able to.

各実施形態に係る三次元形状測定装置100の構成図である。It is a lineblock diagram of three-dimensional shape measuring device 100 concerning each embodiment. 各実施形態に係る三次元形状測定装置100のブロック図である。It is a block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to each embodiment. 撮像部103aの画素配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pixel arrangement example of the imaging part 103a. 異なるゲインで撮影された画像の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the image image | photographed with a different gain. 第1の実施形態の計測処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement process of 1st Embodiment. ゲインテーブル207の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the gain table. 位相シフト法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a phase shift method. 位相シフト法の撮影画像例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a picked-up image of a phase shift method. 正規化テーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a normalization table. 第2の実施形態の計測処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement process of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・三次元形状測定装置 101・・・ステージ
102・・・パターン投影機構 102a・・・光源
102b・・・格子パターン 102c・・・投影光学系
103a・・・撮像部 103b・・・撮像光学系
104・・・パソコン 104a・・・本体
104b・・・モニタ 104c・・・キーボード
105・・・投影制御装置 106・・・撮像制御装置
107・・・ステージ機構 108・・・ステージ制御装置
201・・・画像メモリ 202・・・計測部
203・・・記憶装置 204・・・制御部
205・・・輝度値判定部 206・・・ゲイン設定部
207・・・ゲインテーブル SA・・・被検査物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Three-dimensional shape measuring apparatus 101 ... Stage 102 ... Pattern projection mechanism 102a ... Light source 102b ... Lattice pattern 102c ... Projection optical system 103a ... Imaging part 103b ... Imaging Optical system 104 ... PC 104a ... main body 104b ... monitor 104c ... keyboard 105 ... projection control device 106 ... imaging control device 107 ... stage mechanism 108 ... stage control device 201 ... Image memory 202 ... Measurement unit 203 ... Storage device 204 ... Control unit 205 ... Luminance value determination unit 206 ... Gain setting unit 207 ... Gain table SA ... Inspected object

Claims (5)

撮影する画像の画素毎のゲインを制御する画像ゲイン調整装置であって、
指定されたゲインで画像を撮影する画像撮影部と、
前記画像撮影部で撮影した画像の各画素の輝度値が予め設定された所定範囲内であるか否かを判別する輝度値判別部と、
各画素の輝度値が所定範囲内の場合は撮影時のゲインを当該画素のゲインとして設定し、各画素の輝度値が所定範囲外の場合は当該画素の輝度値が所定範囲内になる方向にゲインを指定して前記画像撮影部で画像を撮影する一連の動作を全画素の前記輝度値判別部の判別結果が所定範囲内になるまで繰り返すゲイン設定部と
を有することを特徴とする画像ゲイン調整装置。
An image gain adjustment device that controls gain for each pixel of an image to be captured,
An image capturing unit that captures an image with a specified gain;
A luminance value determining unit that determines whether or not the luminance value of each pixel of the image captured by the image capturing unit is within a predetermined range set in advance;
When the luminance value of each pixel is within the predetermined range, the gain at the time of shooting is set as the gain of the pixel. When the luminance value of each pixel is outside the predetermined range, the luminance value of the pixel is set to be within the predetermined range. An image gain comprising: a gain setting unit that repeats a series of operations for capturing an image with the image capturing unit by specifying a gain until the determination result of the luminance value determination unit for all pixels falls within a predetermined range. Adjustment device.
請求項1に記載の画像ゲイン調整装置において、
前記輝度値判別部は、前記画像撮影部で撮影した画像の各画素の輝度値が前記画像撮影部のダイナミックレンジ内であるか否かを判別し、
前記ゲイン設定部は、各画素の輝度値が前記ダイナミックレンジ内の場合は撮影時のゲインを当該画素のゲインとして設定し、各画素の輝度値が前記ダイナミックレンジより小さい場合は当該画素のゲインが大きくなる方向に、或いは各画素の輝度値が前記ダイナミックレンジより大きい場合は当該画素のゲインが小さくなる方向に、それぞれ前記画像撮影部に指定して画像を撮影する一連の動作を全画素の前記輝度値判別部の判別結果が所定範囲内になるまで繰り返す
ことを特徴とする画像ゲイン調整装置。
The image gain adjusting device according to claim 1,
The luminance value determining unit determines whether or not the luminance value of each pixel of the image captured by the image capturing unit is within the dynamic range of the image capturing unit;
The gain setting unit sets the gain at the time of shooting as the gain of the pixel when the luminance value of each pixel is within the dynamic range, and the gain of the pixel when the luminance value of each pixel is smaller than the dynamic range. In the direction of increasing, or when the luminance value of each pixel is larger than the dynamic range, a series of operations for capturing images by designating the image capturing unit in the direction of decreasing the gain of the pixel is performed for all pixels. An image gain adjustment device, wherein the determination is performed until the determination result of the luminance value determination unit falls within a predetermined range.
請求項1または2に記載の画像ゲイン調整装置を有する三次元形状測定装置であって、
前記ゲイン設定部で設定された画素毎のゲインを用いて前記画像撮影部で撮影した画像を用いて三次元形状を計測する計測部を有する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
A three-dimensional shape measuring apparatus having the image gain adjusting apparatus according to claim 1,
A three-dimensional shape measuring apparatus, comprising: a measuring unit that measures a three-dimensional shape using an image photographed by the image photographing unit using a gain for each pixel set by the gain setting unit.
撮影する画像の画素毎のゲインを制御する画像ゲイン調整方法であって、
指定されたゲインで画像を撮影する画像撮影手順と、
前記画像撮影手順で撮影した画像の各画素の輝度値が予め設定された所定範囲内であるか否かを判別する輝度値判別手順と、
各画素の輝度値が所定範囲内の場合は撮影時のゲインを当該画素のゲインとして設定し、各画素の輝度値が所定範囲外の場合は当該画素の輝度値が所定範囲内になる方向にゲインを指定して前記画像撮影手順で画像を撮影する一連の動作を全画素の前記輝度値判別手順の判別結果が所定範囲内になるまで繰り返すゲイン設定手順と
を有することを特徴とする画像ゲイン調整方法。
An image gain adjustment method for controlling a gain for each pixel of an image to be captured,
An image capture procedure to capture an image with a specified gain;
A luminance value determining procedure for determining whether or not the luminance value of each pixel of the image captured in the image capturing procedure is within a predetermined range set in advance;
When the luminance value of each pixel is within the predetermined range, the gain at the time of shooting is set as the gain of the pixel. When the luminance value of each pixel is outside the predetermined range, the luminance value of the pixel is set to be within the predetermined range. A gain setting procedure that repeats a series of operations for capturing an image in the image capturing procedure by specifying a gain until the determination result of the luminance value determining procedure for all pixels falls within a predetermined range. Adjustment method.
請求項4に記載の画像ゲイン調整方法において、
前記輝度値判別手順は、前記画像撮影手順で撮影した画像の各画素の輝度値が前記画像撮影手順のダイナミックレンジ内であるか否かを判別し、
前記ゲイン設定手順は、各画素の輝度値が前記ダイナミックレンジ内の場合は撮影時のゲインを当該画素のゲインとして設定し、各画素の輝度値が前記ダイナミックレンジより小さい場合は当該画素のゲインが大きくなる方向に、或いは各画素の輝度値が前記ダイナミックレンジより大きい場合は当該画素のゲインが小さくなる方向に、それぞれ前記画像撮影手順に指定して画像を撮影する一連の動作を全画素の前記輝度値判別手順の判別結果が所定範囲内になるまで繰り返す
ことを特徴とする画像ゲイン調整方法。
The image gain adjustment method according to claim 4,
The luminance value determining procedure determines whether or not the luminance value of each pixel of the image captured in the image capturing procedure is within the dynamic range of the image capturing procedure,
In the gain setting procedure, when the luminance value of each pixel is within the dynamic range, the gain at the time of shooting is set as the gain of the pixel, and when the luminance value of each pixel is smaller than the dynamic range, the gain of the pixel is A series of operations for capturing an image by designating each of the image capturing procedures in the direction of increasing or in the direction of decreasing the gain of the pixel when the luminance value of each pixel is larger than the dynamic range. An image gain adjustment method comprising repeating the determination until the determination result of the luminance value determination procedure falls within a predetermined range.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017090111A1 (en) * 2015-11-25 2017-06-01 三菱電機株式会社 Three-dimensional image measurement device and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089929A (en) * 1996-09-12 1998-04-10 Canon Inc Method for measuring phase distribution and phase shift electronic moire device using it
JP2001281550A (en) * 2000-03-30 2001-10-10 Olympus Optical Co Ltd Confocal scanning type microscope and image information constructing method
JP2006017613A (en) * 2004-07-02 2006-01-19 Mitsutoyo Corp Interference image measuring instrument
JP2006339994A (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Denso Corp Onboard camera controller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089929A (en) * 1996-09-12 1998-04-10 Canon Inc Method for measuring phase distribution and phase shift electronic moire device using it
JP2001281550A (en) * 2000-03-30 2001-10-10 Olympus Optical Co Ltd Confocal scanning type microscope and image information constructing method
JP2006017613A (en) * 2004-07-02 2006-01-19 Mitsutoyo Corp Interference image measuring instrument
JP2006339994A (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Denso Corp Onboard camera controller

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017090111A1 (en) * 2015-11-25 2017-06-01 三菱電機株式会社 Three-dimensional image measurement device and method
CN108369089A (en) * 2015-11-25 2018-08-03 三菱电机株式会社 3 d image measuring device and method
CN108369089B (en) * 2015-11-25 2020-03-24 三菱电机株式会社 3D image measuring device and method

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