JP2018179918A - 形状計測システム、及び、形状計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象体に光を照射しながら、計測対象体の形状を撮像する撮像手段を、計測対象体に沿って移動させても、計測対象体の連続した形状を正確に計測できるシステム、及び、その方法を提供する。
【解決手段】光源と、光源からの光を対象体に照射する照射体と、照射体から対象体に照射された光に基いて、対象体を撮像する撮像体と、照射体と撮像体とを対象体に沿って移動させる移動機構と、対象体の画像に基いて、対象体の形状を計測するためのデータ処理を実行する処理ユニット２０と、を備え、撮像体は、対象体に沿って移動する際に、所定タイミング毎に対象体の画像を取り込み、処理ユニット２０は、対象体の画像に基いて、対象体の断面形状と移動機構の移動態様とを決定し、断面形状と移動態様とに基いて、対象体の形状を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測対象体の三次元形状を、光学的、そして、非接触に、計測可能な形状計測システム、及び、形状計測方法に関する。

従来から、計測対象体、例えば、トンネル、配管等の管体の内面の三次元形状を光学的に非接触で計測する方法が知られている。例えば、特許文献１は、管体の内面に沿って鉛直方向の測距データと、鉛直方向に対して所定の角度傾けた方向の測距データを同時に計測し、それらのデータに基づいて管体の中心軸と装置の傾き角を算出し、算出した傾き角に基づいて位置座標を補正することにより、測定装置が傾斜している場合であっても、管体の内面を正確に測定することができる内面形状測定装置を提供することを目的として、管体の内面に沿って鉛直方向にレーザビームを走査させて、該管体の内面に照射した前記レーザビームの方位毎の測距データを出力する第１の測距データ検出手段と、前記管体の内面に沿って前記鉛直方向に対して所定角度傾けた方向にレーザビームを走査させて、該管体の内面に照射した前記レーザビームの方位毎の測距データを出力する第２の測距データ検出手段と、前記第１の測距データ検出手段、及び前記第２の測距データ検出手段を前記管体の軸方向に移動する移動手段と、該移動手段により前記第１の測距データ検出手段、及び前記第２の測距データ検出手段を移動させた時のそれぞれの位置座標を検知する位置座標検知手段と、前記第１の測距データ検出手段、並びに前記第２の測距データ検出手段により検出された測距データに基づいて前記移動手段と前記管体の軸線との傾き角度を算出し、前記位置座標検知手段により検知された位置座標を前記算出した傾き角度に基づいて補正して前記管体の内面三次元形状を生成する制御手段と、を備える、管体の内面形状を三次元的に計測する内面形状測定装置を開示している。

さらに、特許文献２は、管内面の劣化状態を正確に且つ迅速に測定することが可能な管内面形状測定装置を提供することを目的として、管内面に沿って周方向に光スポットを移動させて前記管内面を照射する光照射手段と、該光照射手段により照射された管内面の表面形状を撮像する撮像手段と、前記光照射手段および撮像手段を前記管内面の軸方向に移動する移動手段と、該移動手段により各手段を移動させた時の前記各手段の位置座標を検知する位置座標検知手段と、前記撮像手段により撮像した二次元画像と前記位置座標検知手段により検知した位置座標に基づいて管内面の三次元表面形状を演算する演算手段と、を備える、管内面の表面形状を三次元的に計測する管内面形状測定装置を開示している。

特開２０１２−２７８３号公報 特開２００６−６４６９０号公報

特許文献１と特許文献２の夫々は、管体の垂直断面の計測を開示しているが、撮像手段の移動方向と移動量はオドメトリの手法によって算出しているために、形状測定の誤差が大きくなるという課題がある。本発明は、計測対象体に光を照射しながら、計測対象体の形状を撮像する撮像手段を、計測対象体に沿って移動させても、計測対象体の連続した形状を正確に計測できるシステム、及び、その方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、対象体の形状を計測する形状計測システムであって、光源と、前記光源からの光を前記対象体に照射する照射体と、前記照射体から前記対象体に照射された光に基いて、当該対象体を撮像する撮像体と、前記照射体と前記撮像体とを前記対象体に沿って移動させる移動機構と、前記対象体の画像に基いて、前記対象体の形状を計測するためのデータ処理を実行する処理ユニットと、を備え、前記撮像体は、前記対象体に沿って移動する際に、所定タイミング毎に前記対象体の画像を取り込み、処理ユニットは、前記対象体の画像に基いて、当該対象体の断面形状と前記移動機構の移動態様とを決定し、前記断面形状と前記移動態様とに基いて、前記対象体の形状を計測することを特徴とする。

本発明によれば、計測対象体に光を照射しながら、計測対象体の形状を撮像する撮像手段を、計測対象体に沿って移動させても、計測対象体の連続した形状を正確に計測できるシステム、及び、その方法を提供することができる。

形状計測システムの実施形態に係るハードウェアブロック図である。 形状計測システムの撮像ユニットの斜視図である。 同システムの照射ユニットの径方向の断面図である。 同システムの処理ユニットの機能ブロック図である。 同システムによる計測の動作のフローチャートである。 同システムの処理ユニットの動作のフローチャートである。 同システムの撮像ユニットの画像をＲＧＢ夫々に分解して示した、対象体の画像である。 ＲＧＢの透過率と各光源の波長の関係の特性図である。 対象体の計測タイミング毎の断面形状である。 Ｇ画像及びＢ画像夫々から算出した、プローブの移動態様である。 計測対象体全体の実形状データである。 第２の実施例に係る計測システムのハードウェアブロック図である。 その照射ユニットの断面図である。 その処理ユニットの動作のフローチャートである。

次に、本発明に係る、形状計測システムの実施形態を説明する。形状計測システムは、発振波長の異なる複数のレーザと、カラーカメラと、を備えるプローブを計測対象体に沿って移動させることにより、測定対象体の連続形状を計測する。形状計測システムは、計測対象体の画像データに基いて、プローブの移動態様（移動方向、及び／又は、移動量等）を算出して決定し、計測対象体の画像データとプローブの移動態様とから、計測対象体の形状を、オドメトリに起因する誤差が介入しないようにして、正確に計測することができる。撮像手段をプローブ状にすること、そして、プローブの移動量の検出機構を省略できるため、計測対象体が狭隘なもの、例えば、直径数ミリ程度の小管路の内面であっても、その計測が可能になる。

図１に形状計測システムのハードウェアブロック図を示す。形状計測システムは、計測対象体１の内面形状を計測する計測プローブ１０と、計測プローブ１０からの出力信号を処理する処理ユニット２０と、形状計測システムの全体動作を制御する制御ユニット３０と、を備えている。処理ユニット２０と制御ユニット３０とは、例えば、夫々、別のコンピュータ、或いは、同じコンピュータから構成されてよい。処理ユニット２０は、プローブ１０の移動方向、姿勢、位置等の移動態様、そして、対象体１の形状を３次元座標５０において管理する。

対象体１の形状を計測する計測プローブ１０は、照射ユニット１１０、照射ユニット１１０からの光をリング状に拡散させるコーンミラー１３０、リング状の光が計測対象体１に当り、反射光、及び、散乱光を検出する撮像ユニット１４０（視野角１４５）、照射ユニット１１０とコーンミラー１３０と撮像ユニット１４０とを接続するガラス管１５０を備える。光源ユニット１００と照射ユニット１１０とは光ファイバ１２０に接続されている。プローブ１０は、照射ユニット１１０と撮像ユニット１４０とを計測対象体内を計測対象体に沿って移動させる移動機構の一例である。

撮像ユニット１４０は、図２の斜視図に示すように、撮像レンズ１４１とＲＧＢカラーカメラ１４２とを備える。計測プローブを小型にするため、撮像レンズ１４１は小径広角レンズ、ＲＧＢカラーカメラ１４２は内視鏡型カメラでよい。

図１に示すように、光源ユニット１００は、ＲＧＢカラーカメラ１４２のＲＧＢの３色の波長に夫々対応する光源を備える。符号１０１は赤色レーザの光源、符号１０２は緑色ＬＥＤの光源、符号１０３は、青色レーザの光源を示す。３種の光は照射ユニット１１０より照出される。

図３に、照射ユニット１１０の径方向の断面図を示す。照射ユニット１１０は、ＲＧＢの各光を射出するための複数のレンズを備える。符号１１１は、赤色レーザ１０１（図１）からの光に対する赤色用レンズである。符号１１２は、緑色ＬＥＤ１０２からの光に対する緑色用レンズであり、符号１１３は、青色レーザ１０３からの光に対する青色用レンズである。赤色用レンズ１１１は照射ユニット１１０の中心に位置し、赤色用レンズ１１１の周方向に沿って、緑色用レンズ１１２と青色用レンズ１１３とが交互に、夫々３個づつ配置されている。赤色レーザ１０１はコーンミラー１３０により光切断用リングビーム１６１(図１)となって計測対象体１に照射される。

赤色用レンズ１１１は、計測対象体１に対して、赤色レーザ光を、数画素程度の幅に絞る。緑色用レンズ１１２は、緑色ＬＥＤ光を広角１６２（図１）にして、計測対象体１に直接照射する。青色レーザ光は、コーンミラー１３０により、スペックル用リングビーム１６３として計測対象体１に照射される。青色用レンズ１１３は、計測対象体１において、数１０画素から数１００画素となって、光切断用リングビーム１６１に比べて広く範囲に照射される。

処理ユニット２０の詳細を図４の機能ブロック図に示す。処理ユニット２０は、撮像ユニット１４０のＲＧＢカラーカメラ１４２からの出力を処理して、２次元のＲＧＢ画像を夫々生成する画像生成モジュール２０１と、画像生成モジュール２０１が生成した画像から、計測対象体１の断面形状を算出して決定する断面形状算出モジュール２０２と、画像生成モジュール２０１が生成した画像から計測プローブ１０の移動方向、及び、移動量を算出して決定する移動態様算出モジュール２０３と、断面形状算出モジュール２０２が算出した断面形状と移動態様算出モジュール２０３が算出した移動態様とを用いて、計測対象体１の形状を算出する形状算出モジュール２０４と、モジュール２０４が算出した、対象体１の全体形状の算出データとその設計データとに基いて、両者の差分を算出する比較モジュール２０５と、比較モジュール２０５が算出した差分が予め定めた閾値以上であると、差異を異常値として抽出する抽出モジュール２０６と、異常値を画面に表示する表示モジュール２０７と、を備える。処理ユニット２０は、プローブ１０の移動態様を算出するに際して、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を利用することができる。なお、モジュールとは、コンピュータの制御資源（コントローラ）が計測プログラム等のコンピュータアプリケーションプログラムを実行することによって実現される構成である。

図１の制御ユニット３０は、計測対象体１の３次元形状計測するために、計測プローブ１０の移動と処理ユニット２０の動作を制御する。形状計測システムによる計測の動作のフローチャートを図５に示す。制御ユニット３０に、図示しない入力装置から、計測プローブ１０が画像を取得するレート、レーザ出力等の計測条件を設定する（Ｓ１００）。次いで、制御ユニット３０は、撮像ユニット１４０に撮像を開始させ、そして、計測プローブ１０を手動、若しくは、自動で移動させ始める（Ｓ１０１）。計測システムは、計測プローブ１０の移動に、手持ち手動、自動ステージ、又は、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｉｅｃｈｌｅ）等の公知の移動方式を適用可能である。

計測プローブ１０は、移動しながら、ＲＧＢカラーカメラ１４２から計測対象体１の画像を取得し（Ｓ１０２）、画像データを処理ユニット２０に有線又は無線によって転送する（Ｓ１０３）。処理ユニット２０は、画像データをメモリに保存し、そして、画像データから、計測対象体１の断面形状の情報、及び、計測プローブ１０の位置と計測プローブの移動方向（ｘ，ｙ、ｚの向き）を含む移動態様（プローブ１０のベクトル）を算出し（Ｓ１０４）、ＳＬＡＭ処理によって、計測対象体の形状を算出する（Ｓ１０５）。処理ユニット２０は、計測が終了するまで、ステップＳ１０２−Ｓ１０５を繰り返し行うことによって、計測対象体の全体形状が算出され、その後、計測プローブ１０の移動を停止させ、そして、計測対象体の画像の取得を終了させる（Ｓ１０６）。なお、処理ユニット２０は、画像データを取得する都度計測対象体の形状（計測対象体の断面形状、及び、その向き）を算出しているが、計測対象体の画像データを全て取得した後、計測対象体の形状を算出してもよい。

次に、処理ユニット２０の動作を図６のフローチャートに基いて説明する。処理ユニット２０は、次のように、計測プローブ１０が撮像した画像に基いて計測対象体１の形状を算出し、次いで、比較処理、及び、結果の表示を行う。

画像生成モジュール２０１は、撮像ユニット１４０がＲＧＢカラーカメラ１４２によって取得した計測対象体１の画像を、ＲＧＢ成分に分解する（Ｓ２００）。ＲＧＢ夫々に分解した画像を図７に示す。図７（Ａ）のＲ画像３１０には、光切断用リングビーム１６１（図１）が計測対象体１に照射された際の反射、若しくは、散乱光に基いて生成された光切断線３１１が表れている。光切断線３１１が計測対象体（管路の内面）の横断面の形状に相当する。

図７（Ｂ）のＧ画像３２０には、緑色ＬＥＤ１０２による照明で取得された画像、即ち、プローブ１０の移動方向に沿って、撮像レンズ１４１を介して取得されたステレオ画像が表れている。符号３２４は、プローブ１０の前方に見える、管路の開口であり、符号３２１は管路内面のキズの画像であり、符号３２２はムラの画像であり、符号３２３は管路のエッジである。キズ等は、計測対象体１の表面特徴として、利用される。このことは後述する。

図７（Ｃ）のＢ画像３３０には、スペックル用リングビーム１６３が数１０から数１００画素程度の幅で計測対象体に照射された際の反射光、そして、散乱光によるスペックル３３１が表れている。光源はレーザであるため、撮像された計測対象体１の表面状態に依存したスペックルが発生する。

図８にＲＧＢカラーカメラ１４２のＲＧＢの透過率と各光源の波長の関係の特性を示す。この特性は、Ｒ透過率１４２ａ、Ｇ透過率１４２ｂ、Ｂ透過率１４２ｃを有する。画像生成モジュール２０１は、Ｒ透過率１４２ａの最大値の波長近傍に赤色レーザ波長１０１ａ（λ_１：図１）を設定し、Ｇ透過率１４２ｂの最大値の波長近傍に緑色ＬＥＤ波長１０２ａ（λ₂）を設定し、Ｂ透過率１４２ｃの最大値の波長近傍に青色レーザ波長１０３ａ（λ₃）を設定する。緑色ＬＥＤ波長１０２ａは、赤色レーザ波長１０１ａと青色レーザ波長１０３ａに比べスペクトル幅が広い。

次に、断面形状算出モジュール２０２は、ＲＧＢの夫々の成分よって得られた３種類の画像の内、Ｒ画像３１０から、光切断法を用いて、計測対象体１の断面形状を取得する（Ｓ２０１）。図９に、その断面形状３１２を示す。t₀-t₄は計測の時間推移を示し、断面形状算出モジュール２０２は、夫々の計測タイミングにおいて、断面形状３１２を決定する。

移動態様算出モジュール２０３は、Ｓ２０２において、時間的に連続して取得した２枚のＧ画像３２０について、図７（Ｂ）に示すキズ３２１、ムラ３２２、エッジ３２３等からなる特徴点を抽出し、その特徴量画像を計算する。移動態様算出モジュール２０３は、特徴量の算出に、エッジ抽出やＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ−Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などを適用することができる。

移動量算出モジュール２０３は、所定タイミング毎、例えば、単位時間t_n(n=0,1,2…)毎に取得された複数のステレオ画像３２０のうち、連続する２枚の画像について、同一の特徴点のペアを判定し（Ｓ２０３）、ペアを構成する特徴点を比較して、両者が成す距離と角度とを、計測プローブ１０の移動方向及び移動量３２５ｒ_nとして、単位時間毎に算出する（Ｓ２０４）。なお、連続する２枚に限らず、さらに多くの連続枚数の画像を用いることで、計測プローブ１０の移動方向、及び、移動量の精度を向上させることができる。

移動態様算出モジュール２０３は、さらに、単位時間t_n(n=0,1,2…)毎に取得された、２枚のＢ画像３３０の相関を取り、相関画像を算出し（Ｓ２０５）、プローブ１０の移動方向及び移動量３３５ｓ_nを単位時間毎に算出する（Ｓ２０６）。移動量算出モジュール２０３は、相関画像の計算に、スペックル相関法と呼ばれる手法を適用することができる。なお、連続する２枚に限らず、さらに多くの画像を用いることで、計測プローブ１０の移動方向、及び、移動量の精度を向上させることができる。

Ｇ画像及びＢ画像夫々から算出した、プローブの移動態様を図１０に示す。図１０は、ｘ，ｙ，ｚ座標上でのプローブの単位時間t_n(n=0,1,2…)毎の移動軌跡の座標を示す。符号３２５は、Ｇ画像３２０から求めた、プローブの移動の軌跡（r_n：n＝1,2,3…）の座標であり、符号３３５は、Ｂ画像３３０から求めた、プローブの移動の軌跡（S_n：n＝1,2,3・・・）である。

図１０から分かるように、両者の軌跡には若干の相違がみられる。これは、緑色ＬＥＤ１０２と青色レーザ１０３の特性の差に起因するためである。そこで、移動態様算出モジュール２０３は、二つの移動軌跡ｒ_nとs_nとを、例えば、以下の式を用いて統合する（Ｓ２０７）
u_n=（m₁ｒ_n+m₂s_n）/2 ・・・・・式１
(n=0,1,2…)
m₁、m₂（m₁+m₂=1）は、夫々重み付け関数あり、移動態様算出モジュール２０３は、計測対象体の状態によって、m₁、m₂を、適宜設定してよい。

移動態様算出モジュール２０３が、このように、二つの移動軌跡を統合する理由は次のとおりである。緑色ＬＥＤ光源１０２の波長を持つ照明光は、計測対象体の広い領域を照射することができるために、Ｇ画像３２０は、撮像レンズ１４１から遠方までの情報を含むことができる。したがって、処理ユニット２０が、Ｇ画像３２０の特徴点を利用してプローブ１０の移動態様を算出すると、プローブ１０の移動方向の精度が高くなる傾向がある。

これに対して、青色レーザ光源１０３の波長を持つ光は、計測対象体の狭い領域を照射するために、Ｂ画像３３０では、狭い範囲のスペックル相関に基づいてプローブ１０の移動態様を算出する。したがって、プローブ１０の移動量の精度が高くなる傾向がある。

このように、光の特定によって一長一短があるため、移動態様算出モジュール２０３は、二つの移動軌跡ｒ_nとs_nとを、夫々、均等に重み付けて両方を組み合わせることにより、高精度に、プローブの移動態様を算出できる。移動態様算出モジュール２０３は、計測対象体の違いに応じて、重み付け関数m₁、m₂に強弱をつけてもよい。例えば、表面仕上げがなされた高精度な機械部品などは、表面に、キズ等のテクスチャが殆ど存在しないため、移動態様算出モジュール２０３は、Ｇ画像３２０を利用した画像特徴に基いて、プローブ１０の移動態様を算出することは容易でなくなる。そこで、移動態様算出モジュール２０３は、スペックルを用いた計算の重みm₂を増加さればよい。一方、表面テクスチャが多いような計測対象体では、反対に、m₁を増やせばよい。移動態様算出モジュール２０３は、“u_n”の軌跡によって、プローブ１０の移動態様（移動方向）を算出する。なお、プローブの移動軌跡ｒ_nとs_nとの統合式は数式１に限定されない。

形状算出モジュール２０４は、単位時間の断面形状データ（Ｓ２０１）、そして、計測プローブ１０の移動態様（Ｓ２０７）に応じて、空間座標に於ける、計測対象体の断面形状の方向（断面の中心を通る直角線の向き）を決定し（Ｓ２０８）、これをメモリに保存し（Ｓ２０８）する。処理ユニット２０は、プロ―ブ１０の移動が終了するまで、単位時間毎にＳ２００からＳ２０８の処理を繰り返す。断面形状算出モジュール２０２も、形状データ（Ｓ２０１）をメモリに保存する。メモリには、複数の単位時間毎において、プローブ１０の移動とともに算出された断面形状データ（断面の向きを含む）が記録されることになる。なお、算出モジュール２０４は、断面形状の決定に、ＳＬＡＭ技術を適用することができる。ＳＬＡＭ技術としては、カルマンフィルターを用いる方法やパーティクルフィルターを用いる方法、などがある。

形状算出モジュール２０４は、図１１に示すように、全ての単位時間毎の断面形状を、プローブの移動態様(プローブのベクトル)に合わせて順番に繋げることによって、計測対象体１全体の実形状データ７００を構築することができる（Ｓ２１０）。

次に、比較モジュール２０５は、この実形状データを、計測対象体の設計上でのデータと比較して、両者の差分を検出、抽出、決定、又は、判定する（Ｓ２１１）。異常抽出モジュール２０６は、実形状データ４００と設計データとの差異、例えば、内面の歪み、変形、欠陥が予め設定した基準、或いは、閾値以上の値を異常値として抽出し（Ｓ２１２）、抽出した異常値の位置情報を決定する。表示モジュール２０７は、異常値とその位置情報に基いて、実形状データ４００に異常値が発生している領域に異常値の強弱のテクスチャを表示する（Ｓ２１３）。

既述の計測システムは、計測対象体１に光を照射しながら、対象体の形状を取得する撮像手段を、対象体に沿って移動させても、対象体の全体形状を正確に計測できる。さらに、撮像手段の移動機構は、オドメトリの手法による移動位置の制御を必要としないために、移動機構を小型化・簡素化できるために、対象体が、狭隘な管路系であっても、その内部形状の計測を可能にする。

次に、本発明の第２の実施形態を図１２〜図１４を用いて説明する。第２の実施形態が既述の実施形態と異なる点は、対象体１の断面形状の計測に、光切断ではなく測距レーザを用いたことと、計測プローブ１０の移動態様をスペックル画像から算出していることである。図１２に、第２の実施例に係る計測システムのハードウェアブロック図を示す。計測システムは、光源ユニット１００の測距ユニット１０４から測距レーザ１６５を、照射ユニット１１０ｂのレンズ１１５（図１３）に光ファイバ１２０を介して導き、照射ユニットから射出した測距レーザ１６５を、プリズム１３１を介して計測対象体１の内面に照射する。計測システムは、計測対象体１からの反射、及び、散乱光を、同じ光ファイバ１２０を介して、測距ユニット１０４へ戻し、距離を計測する。プリズム１３１は回転モータ１３２に取付けられており、回転モータ１３２が回転することでプリズム１３１が回転し、測距レーザ１６５も回転する。これによって、計測対象体１の断面形状が計測される。

測距ユニット１０４としては、光コム、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）であってよい。撮像ユニット１４０ｂは、モノクロカメラを搭載して、対象体１に照射したスペックル用リングビーム１６３によって、対象体１を撮像する。

照射ユニット１１０ｂの断面構成を図１３に示す。照射ユニットの中央に測距レーザ用レンズ１１５が存在する。このレンズは、計測対象体１からの反射光を集光する。測距レーザ用レンズ１１５の周辺には、複数の青色用レンズ１１３が均等に配置されている。測距用レーザの波長範囲とスペックル計測用に用いる青色レーザ１０３の波長範囲は、お互いの検出に影響ないよう離れた波長域であればよい。

処理ユニット２０の動作のフローチャートを図１４に示す。処理ユニット２０は、測距システム１０４、及び、撮像ユニット１４０ｂのモノクロカメラ１４０ｂによって、散乱光等のデータを取得する（Ｓ３００）。断面形状算出モジュール２０２は、測距ユニット１０４の距離の計測結果と回転モータ１３２の回転速度とから、対象体の断面形状を算出する（Ｓ３０１）。移動態様算出モジュール２０３は、相関画像を算出し（Ｓ２０６）、プローブ１０の移動態様（移動方向及び移動量）s_n を各時間t_n（n=0,1,2…）で算出する（Ｓ２０６）。移動態様算出モジュール２０３は、プローブ１０の移動態様の計算にＧ画像３２０を利用しないために、既述の重み付け計算（Ｓ２０７）を行わない。図１４のフローチャートの以後の動作は、既述のＳ２０８〜Ｓ２１３と同じである。

第２の実施形態の計測システムによれば、光切断方式と比較して、計測対象の形状計測精度が向上する。さらに、処理ユニット２０が、プローブ１０の移動方向及び移動を量を算出する時にモノクロ画像を用いるため、カラー画像よりも、解像度が高い計測が可能になり、スペックル相関法による計測精度を向上できる。

本発明の実施形態は、既述のものに限定されない。例えば、計測対象体は狭隘な管路ばかりでなく、トンネルのような、大型の対象体に本発明を適用することもできる。実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１・・・計測対象体
１０・・計測プローブ
２０・・処理部ユニット
３０・・・制御ユニット
１００・・・光源ユニット

Claims (8)

1. 対象体の形状を計測する形状計測システムであって、
   光源と、
   前記光源からの光を前記対象体に照射する照射体と、
   前記照射体から前記対象体に照射された光に基いて、当該対象体を撮像する撮像体と、
   前記照射体と前記撮像体とを前記対象体に沿って移動させる移動機構と、
   前記対象体の画像に基いて、前記対象体の形状を計測するためのデータ処理を実行する処理ユニットと、
   を備え、
   前記撮像体は、前記対象体に沿って移動する際に、所定タイミング毎に前記対象体の画像を取り込み、
   処理ユニットは、
   前記対象体の画像に基いて、当該対象体の断面形状と前記移動機構の移動態様とを決定し、
   前記断面形状と前記移動態様とに基いて、前記対象体の形状を計測する
   形状計測システム。
2. 前記照射体はレーザ光を前記対象体に照射し、
   前記処理ユニットは、
   前記レーザ光に基づく前記対象体の画像から前記断面形状を決定する
   請求項１記載の形状計測システム。
3. 前記照射体は第１のレーザ光と第２のレーザ光とを前記対象体に照射し、
   前記処理ユニットは、
   前記第１のレーザ光に基づく前記対象体の画像から前記断面形状を決定し、
   前記第２のレーザ光に基づく前記対象体の画像から前記移動機構の移動態様を決定する
   請求項１記載の形状計測システム。
4. 前記照射体はＬＥＤ光を前記対象体に照射し、
   前記処理ユニットは、
   前記ＬＥＤ光に基づく前記対象体の画像を利用して、前記移動機構の移動態様を決定する
   請求項２記載の形状計測システム。
5. 前記照射体はＬＥＤ光を前記対象体に照射し、
   前記処理ユニットは、
   前記ＬＥＤ光に基づく前記対象体の画像と前記第２のレーザ光に基づく前記対象体の画像とから前記移動機構の移動態様を決定する
   請求項２記載の形状計測システム。
6. 前記処理ユニットは、
   前記第１のレーザ光に基づく光切断法を利用して、前記対象体の断面形状を決定し、
   前記第２のレーザ光に基づく前記対象体の画像中のスペックル相関値から、前記移動機構の移動態様を決定する
   請求項３記載の形状計測システム。
7. 前記処理ユニットは、
   前記対象体の複数の断面形状を前記移動機構の移動形態に合わせて連続させることにより、前記対象体の形状を計測する
   請求項１記載の形状計測システム。
8. 対象体の形状を計測する形状計測方法であって、
   光源からの光を前記対象体に照射し、
   前記対象体に照射された光に基いて、当該対象体を撮像し、
   前記光の照射体と前記対象体を撮像する撮像体とを前記対象体に沿って移動させながら、所定タイミング毎に前記対象体の画像を取り込み、
   前記対象体の画像に基いて、当該対象体の断面形状と、前記照射体と前記対象体との移動態様とを決定し、
   前記断面形状と前記移動態様とに基いて、前記対象体の形状を計測する
   形状計測方法。

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