JP2020148646A - Phase determination method and measuring device - Google Patents

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泰介 山内
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Abstract

To provide a technology that can reduce the number of times of image projection in a phase shift method.SOLUTION: A phase determination method includes: projecting, on an object of measurement, a plurality of first images that indicate two or more cycles of a luminance pattern changing in accordance with a sine wave having a first wavelength and are different in phase from each other; projecting, on the object of measurement, a plurality of second images that indicate a luminance pattern changing in accordance with a sine wave having a second wavelength longer than the first wavelength and are different in phase from each other; creating a first imaging data of the object of measurement in a projection state of the first images; creating second imaging data of the object of measurement in the projection state of the second images; determining, based on the first imaging data, first candidates for the phase of a portion of projection on a measurement position of the object of measurement in a first pattern of any one of the first images; determining, based on the first and second imaging data, second candidates for the phase of a portion of projection on a measurement position in a second pattern of any one of the second images; and specifying the phase of the first pattern at the portion of projection on the measurement position from the first candidates by using the second candidates. The number of the second images is smaller than the number of the first images.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、位相決定方法および計測装置に関する。 The present invention relates to a phase determination method and a measuring device.

被計測物の3次元形状を計測する手法として、位相シフト法が知られている。位相シフト法では、まず、投射装置が、所定方向にかけて正弦波に合わせて変化する輝度のパターンを示し当該正弦波の位相が互いに異なる3つ以上の画像を、個別に被計測物に投射する。次に、撮像装置が、被計測物に画像が投射されるごとに被計測物を撮像することによって撮像データを生成する。次に、演算装置が、撮像データに基づいて、3つのパターンのいずれかである基準パターンのうち、被計測物の計測位置に投射された投射部分を特定する。演算装置は、投射部分を示す基準パターンの位相を算出することによって投射部分を特定する。演算装置は、投射部分を示す基準パターンの位相に基づいて計測位置までの距離を算出する。演算装置は、計測位置を変えながら上述の動作を繰り返し、被計測物の3次元形状を計測する。 The phase shift method is known as a method for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured. In the phase shift method, first, the projection device individually projects three or more images in which the phases of the sine waves are different from each other, showing a pattern of brightness that changes according to the sine wave in a predetermined direction. Next, the imaging device generates imaging data by imaging the object to be measured each time the image is projected onto the object to be measured. Next, the arithmetic unit identifies the projected portion projected at the measurement position of the object to be measured among the reference patterns which are any of the three patterns based on the imaging data. The arithmetic unit identifies the projection portion by calculating the phase of the reference pattern indicating the projection portion. The arithmetic unit calculates the distance to the measurement position based on the phase of the reference pattern indicating the projection portion. The arithmetic unit repeats the above operation while changing the measurement position to measure the three-dimensional shape of the object to be measured.

特許文献1には、位相シフト法における位相の算出精度を向上できる技術が記載されている。特許文献1に記載の技術では、基準正弦波に合わせて所定方向にかけて輝度が変化する第1パターンを用いて第1パターンの計測位置への投射部分を示す位相の候補を算出し、さらに、基準正弦波よりも波長の長い正弦波に合わせて所定方向にかけて輝度が変化する第2パターンを用いて第2パターンの計測位置への投射部分を示す位相の候補を算出する。そして、これらの位相の候補に基づいて、第1パターンにおける投射部分の位相を決定する。 Patent Document 1 describes a technique capable of improving the accuracy of phase calculation in the phase shift method. In the technique described in Patent Document 1, a phase candidate indicating a projected portion of the first pattern to the measurement position is calculated using a first pattern in which the brightness changes in a predetermined direction according to a reference sine wave, and further, a reference. Using the second pattern in which the brightness changes in a predetermined direction according to the sine wave having a wavelength longer than that of the sine wave, a phase candidate indicating the projected portion to the measurement position of the second pattern is calculated. Then, the phase of the projection portion in the first pattern is determined based on these phase candidates.

特開2009−115612号公報JP-A-2009-115612

特許文献1に記載のように互いに波長の異なる複数の正弦波を用いる位相シフト法では、複数の正弦波のうち、波長の長い正弦波に応じたパターンを示す画像の投射回数が、波長の短い正弦波に応じたパターンを示す画像の投射回数と同じになっているため、画像の投射に時間がかかるという問題があった。 In the phase shift method using a plurality of sine waves having different wavelengths as described in Patent Document 1, the number of projections of an image showing a pattern corresponding to a sine wave having a long wavelength is short among a plurality of sine waves. Since the number of times the image showing the pattern corresponding to the sine wave is projected is the same, there is a problem that it takes time to project the image.

本発明に係る位相決定方法の一態様は、計測装置が実行する位相決定方法であって、第1方向にかけて、第1波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを2周期分以上示し、前記第1波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第1画像を、個別に被計測物に投射し、第2方向にかけて、前記第1波長よりも長い第2波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを示し、前記第2波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第2画像を、個別に前記被計測物に投射し、前記被計測物へ前記複数の第1画像が個別に投射される第1状況において前記被計測物を撮像することによって第1撮像データを生成し、前記被計測物へ前記複数の第2画像が個別に投射される第2状況において前記被計測物を撮像することによって第2撮像データを生成し、前記複数の第1画像のいずれかに示されるパターンである第1パターンにおける前記被計測物の計測位置への投射部分の位相の候補を、前記第1撮像データに基づいて決定し、前記複数の第2画像のいずれかに示されるパターンである第2パターンにおける前記計測位置への投射部分の位相の候補を、前記第1撮像データと前記第2撮像データとに基づいて決定し、前記計測位置への投射部分における前記第1パターンの位相を、前記第2パターンの位相の候補を用いて、前記第1パターンの位相の候補の中から特定し、前記複数の第2画像の数は、前記複数の第1画像の数よりも少ない。 One aspect of the phase determination method according to the present invention is the phase determination method executed by the measuring device, which shows a pattern in which the brightness changes according to the sine wave of the first wavelength in the first direction for two cycles or more. A plurality of first images having different phases of the sine waves of the first wavelength are individually projected onto the object to be measured, and the brightness is adjusted to match the sine waves of the second wavelength longer than the first wavelength in the second direction. Shows a changing pattern, and a plurality of second images having different phases of the sinusoidal waves of the second wavelength are individually projected onto the object to be measured, and the plurality of first images are individually projected onto the object to be measured. The first imaging data is generated by imaging the object to be measured in the projected first situation, and the object to be measured is subjected to the second situation in which the plurality of second images are individually projected onto the object to be measured. The second imaging data is generated by imaging, and the phase candidate of the projection portion to the measurement position of the object to be measured in the first pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of first images, is selected as the first pattern. The first imaging data and the second image are used to determine the phase candidates of the projection portion to the measurement position in the second pattern, which is a pattern shown in any of the plurality of second images, which is determined based on the first imaging data. Determined based on the imaging data, the phase of the first pattern in the projection portion to the measurement position is specified from the phase candidates of the first pattern by using the phase candidates of the second pattern. , The number of the plurality of second images is smaller than the number of the plurality of first images.

本発明に係る計測装置の一態様は、第1方向にかけて、第1波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを2周期分以上示し、前記第1波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第1画像を、個別に被計測物へ投射し、第2方向にかけて、前記第1波長よりも長い第2波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを示し、前記第2波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第2画像を、個別に前記被計測物へ投射する投射部と、前記被計測物を撮像するカメラと、前記被計測物へ前記複数の第1画像が個別に投射される第1状況において前記カメラが前記被計測物を撮像することによって生成する第1撮像データに基づいて、前記複数の第1画像のいずれかに示されるパターンである第1パターンにおける前記被計測物の計測位置への投射部分の位相の候補を決定する第1決定部と、前記被計測物へ前記複数の第2画像が個別に投射される第2状況において前記カメラが前記被計測物を撮像することによって生成する第2撮像データと、前記第1撮像データと、に基づいて、前記複数の第2画像のいずれかに示されるパターンである第2パターンにおける前記計測位置への投射部分の位相の候補を決定する第2決定部と、前記計測位置への投射部分における前記第1パターンの位相を、前記第2パターンの位相の候補を用いて、前記第1パターンの位相の候補の中から特定する位相特定部と、を含み、前記複数の第2画像の数は、前記複数の第1画像の数よりも少ない。 One aspect of the measuring device according to the present invention shows a pattern in which the brightness changes according to the sine wave of the first wavelength for two cycles or more in the first direction, and the phases of the sine waves of the first wavelength are different from each other. The first image of the above is individually projected onto the object to be measured, and in the second direction, a pattern in which the brightness changes according to the sine wave of the second wavelength longer than the first wavelength is shown, and the sine of the second wavelength is shown. A projection unit that individually projects a plurality of second images having different wave phases onto the object to be measured, a camera that captures the object to be measured, and the plurality of first images individually on the object to be measured. The subject in the first pattern, which is a pattern shown in any of the plurality of first images, based on the first imaging data generated by the camera imaging the object to be measured in the projected first situation. In the first determination unit that determines the phase candidate of the projection portion to the measurement position of the measurement object and the second situation in which the plurality of second images are individually projected onto the measurement object, the camera performs the measurement object. The projection portion to the measurement position in the second pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of second images, based on the second imaging data generated by imaging the image and the first imaging data. The phase of the first pattern in the projection portion to the measurement position is determined by the second determination unit that determines the phase candidate of the second pattern, and the phase candidate of the first pattern is selected by using the phase candidate of the second pattern. The number of the plurality of second images including the phase specifying portion specified from the inside is smaller than the number of the plurality of first images.

第1実施形態に係る計測装置100を示す図である。It is a figure which shows the measuring apparatus 100 which concerns on 1st Embodiment. 液晶ライトバルブ12の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the liquid crystal light bulb 12. 第1投射画像G1を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st projection image G1. 第5投射画像G5を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 5th projection image G5. 撮像素子22の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image sensor 22. 第1候補φを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st candidate φ. 第2候補θを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd candidate θ. 情報処理装置3の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an information processing apparatus 3. 計測位置までの距離の算出手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the distance to a measurement position. 計測装置100の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation of the measuring apparatus 100. 第1変形例における第2波長画像Ga20を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd wavelength image Ga20 in the 1st modification. 第2変形例における第1波長画像Ga10を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st wavelength image Ga10 in the 2nd modification. 第1投射画像G1〜第12投射画像G12の一例を示す図面である。It is a drawing which shows an example of the 1st projection image G1 to the 12th projection image G12.

A:第1実施形態
A1:計測装置100の概要
図1は、第1実施形態に係る計測装置100を示す図である。計測装置100は、位相シフト法を用いて、被計測物200の3次元形状を計測する。計測装置100は、投射部1と、カメラ2と、情報処理装置3と、を含む。投射部1とカメラ2は、X1方向に沿う方向に並んでいる。
A: First Embodiment A1: Outline of the measuring device 100 FIG. 1 is a diagram showing a measuring device 100 according to the first embodiment. The measuring device 100 measures the three-dimensional shape of the object to be measured 200 by using the phase shift method. The measuring device 100 includes a projection unit 1, a camera 2, and an information processing device 3. The projection unit 1 and the camera 2 are arranged in a direction along the X1 direction.

投射部1は、例えばプロジェクターである。投射部1は、光源11と、液晶ライトバルブ12と、投射光学系13と、を含む。 The projection unit 1 is, for example, a projector. The projection unit 1 includes a light source 11, a liquid crystal light bulb 12, and a projection optical system 13.

光源11は、LED(Light Emitting Diode)である。光源11は、LEDに限らず、例えば、キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、またはレーザー光源等でもよい。 The light source 11 is an LED (Light Emitting Diode). The light source 11 is not limited to the LED, and may be, for example, a xenon lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a laser light source, or the like.

液晶ライトバルブ12は、一対の透明基板間に液晶が存在する液晶パネル等によって構成される。液晶ライトバルブ12は、図2に例示されるように、マトリクス状に位置する複数の画素12pを含む矩形の画素領域12aを有する。 The liquid crystal light bulb 12 is composed of a liquid crystal panel or the like in which liquid crystal exists between a pair of transparent substrates. As illustrated in FIG. 2, the liquid crystal light bulb 12 has a rectangular pixel region 12a including a plurality of pixels 12p located in a matrix.

液晶ライトバルブ12には、X1−Y1座標系が設定されている。X1方向は、液晶ライトバルブ12の水平方向、さらに言えば液晶ライトバルブ12の横方向である。Y1方向は、X1方向と交差する。Y1方向は、例えば、X1方向と直交する方向である。Y1方向は、典型的には、液晶ライトバルブ12の垂直方向、さらに言えば液晶ライトバルブ12の縦方向である。 An X1-Y1 coordinate system is set in the liquid crystal light bulb 12. The X1 direction is the horizontal direction of the liquid crystal light bulb 12, and more specifically, the lateral direction of the liquid crystal light bulb 12. The Y1 direction intersects the X1 direction. The Y1 direction is, for example, a direction orthogonal to the X1 direction. The Y1 direction is typically the vertical direction of the liquid crystal light bulb 12, more specifically the vertical direction of the liquid crystal light bulb 12.

複数の画素12pの各々は、X1−Y1座標系の座標によって識別される。例えば、図2において、画素領域12aの左上隅に位置する画素12pは、X1−Y1座標系における座標(1、1)によって識別される。 Each of the plurality of pixels 12p is identified by the coordinates of the X1-Y1 coordinate system. For example, in FIG. 2, the pixel 12p located in the upper left corner of the pixel region 12a is identified by the coordinates (1, 1) in the X1-Y1 coordinate system.

液晶ライトバルブ12では、液晶に対して画素12pごとに画像データに応じた駆動電圧が印加される。画素12pは、駆動電圧に基づく光透過率に設定される。光源11から出射される光は、画素領域12aを通ることで変調され、投射光学系13に向かう。液晶ライトバルブ12は、光変調装置の一例である。 In the liquid crystal light bulb 12, a drive voltage corresponding to the image data is applied to the liquid crystal for each pixel 12p. The pixel 12p is set to a light transmittance based on the drive voltage. The light emitted from the light source 11 is modulated by passing through the pixel region 12a and heads toward the projection optical system 13. The liquid crystal light bulb 12 is an example of an optical modulation device.

投射光学系13は、液晶ライトバルブ12によって変調された光、すなわち画像を被計測物200に投射する。 The projection optical system 13 projects light modulated by the liquid crystal light bulb 12, that is, an image onto the object to be measured 200.

投射部1は、第1投射画像G1と、第2投射画像G2と、第3投射画像G3と、第4投射画像G4とを、個別に被計測物200に投射する。つまり、投射部1は、第1投射画像G1と、第2投射画像G2と、第3投射画像G3と、第4投射画像G4とを同時に被計測物200に投射するのではなく、それぞれを投射するタイミングをずらして、順番に投射する。第1投射画像G1〜第4投射画像G4の投射の順番は、第1投射画像G1、第2投射画像G2、第3投射画像G3、第4投射画像G4という順番でもよいし、他の順番でもよい。以下、第1投射画像G1〜第4投射画像G4を相互に区別する必要がない場合、これらを「第1波長画像Ga10」と称する。 The projection unit 1 individually projects the first projection image G1, the second projection image G2, the third projection image G3, and the fourth projection image G4 onto the object to be measured 200. That is, the projection unit 1 does not simultaneously project the first projection image G1, the second projection image G2, the third projection image G3, and the fourth projection image G4 onto the object to be measured 200, but projects each of them. The timing is shifted and the images are projected in order. The order of projection of the first projection image G1 to the fourth projection image G4 may be the order of the first projection image G1, the second projection image G2, the third projection image G3, the fourth projection image G4, or any other order. Good. Hereinafter, when it is not necessary to distinguish the first projected images G1 to the fourth projected images G4 from each other, these are referred to as "first wavelength image Ga10".

第1波長画像Ga10は、液晶ライトバルブ12によって生成される。このため、X1方向は、第1波長画像Ga10の水平方向、換言すると横方向でもある。X1方向は、第1方向の一例である。第1方向は、X1方向に限らない。 The first wavelength image Ga10 is generated by the liquid crystal light bulb 12. Therefore, the X1 direction is also the horizontal direction of the first wavelength image Ga10, in other words, the horizontal direction. The X1 direction is an example of the first direction. The first direction is not limited to the X1 direction.

第1波長画像Ga10は、X1方向にかけて変化する輝度のパターンを示す。具体的には、第1波長画像Ga10が示すパターンは、図3に例示される通り、第1所定波長λ1の正弦波W11に合わせて、X1方向にかけて輝度Aが変化する。第1所定波長λ1は、第1波長の一例である。 The first wavelength image Ga10 shows a pattern of luminance that changes in the X1 direction. Specifically, in the pattern shown by the first wavelength image Ga10, as illustrated in FIG. 3, the brightness A changes in the X1 direction in accordance with the sine wave W11 having the first predetermined wavelength λ1. The first predetermined wavelength λ1 is an example of the first wavelength.

図3に示す第1所定波長λ1の正弦波W11は、余弦波となるように位相が調整された正弦波である。なお、図3は、第1波長画像Ga10の一例である第1投射画像G1を示している。第1波長画像Ga10は、第1所定波長λ1に応じた縞状の模様を有する。 The sine wave W11 having the first predetermined wavelength λ1 shown in FIG. 3 is a sine wave whose phase is adjusted so as to be a cosine wave. Note that FIG. 3 shows a first projected image G1 which is an example of the first wavelength image Ga10. The first wavelength image Ga10 has a striped pattern corresponding to the first predetermined wavelength λ1.

第1波長画像Ga10は、第1所定波長λ1の正弦波の振幅に合わせてX1方向にかけて変化するパターンを4周期分示す。第1波長画像Ga10に示されるパターンは、4周期分に限らず、2周期分以上であればよい。 The first wavelength image Ga10 shows a pattern that changes in the X1 direction for four cycles according to the amplitude of the sine wave of the first predetermined wavelength λ1. The pattern shown in the first wavelength image Ga10 is not limited to four cycles, and may be two or more cycles.

図3は、さらに、第1投射画像G1の示すパターンにおけるX1方向の位置と、第1所定波長λ1の正弦波の位相Pと、の関係も示す。第1投射画像G1は4周期分のパターンを示すため、X1方向において、0〜2πまでの位相Pの変化は4回繰り返される。 FIG. 3 further shows the relationship between the position in the X1 direction in the pattern shown by the first projected image G1 and the phase P of the sine wave having the first predetermined wavelength λ1. Since the first projected image G1 shows a pattern for four cycles, the change of the phase P from 0 to 2π is repeated four times in the X1 direction.

図1に例示される通り、第1投射画像G1〜第4投射画像G4の各々に示されるパターンでは、第1所定波長λ1の正弦波の位相が互いに異なっている。以下、第1所定波長λ1の正弦波を「第1正弦波」と称する。 As illustrated in FIG. 1, in the patterns shown in each of the first projected image G1 to the fourth projected image G4, the phases of the sine waves having the first predetermined wavelength λ1 are different from each other. Hereinafter, a sine wave having a first predetermined wavelength λ1 will be referred to as a “first sine wave”.

第2投射画像G2が示すパターンにおける第1正弦波の位相は、第1投射画像G1が示すパターンにおける第1正弦波の位相よりもπ/2だけ遅れている。第3投射画像G3が示すパターンにおける第1正弦波の位相は、第2投射画像G2が示すパターンにおける第1正弦波の位相よりもπ/2だけ遅れている。第4投射画像G4が示すパターンにおける第1正弦波の位相は、第3投射画像G3が示すパターンにおける第1正弦波の位相よりもπ/2だけ遅れている。第1投射画像G1〜第4投射画像G4は、複数の第1画像の一例である。第1投射画像G1が示すパターンは、第1パターンの一例である。 The phase of the first sine wave in the pattern shown by the second projected image G2 is delayed by π / 2 from the phase of the first sine wave in the pattern shown by the first projected image G1. The phase of the first sine wave in the pattern shown by the third projected image G3 is delayed by π / 2 from the phase of the first sine wave in the pattern shown by the second projected image G2. The phase of the first sine wave in the pattern shown by the fourth projected image G4 is delayed by π / 2 from the phase of the first sine wave in the pattern shown by the third projected image G3. The first projected image G1 to the fourth projected image G4 are examples of a plurality of first images. The pattern shown by the first projected image G1 is an example of the first pattern.

投射部1は、さらに、第5投射画像G5と第6投射画像G6とを個別に被計測物200に投射する。つまり、投射部1は、第5投射画像G5と、第6投射画像G6とを同時に被計測物200に投射するのではなく、それぞれを投射するタイミングをずらして、順番に投射する。第5投射画像G5〜第6投射画像G6の投射の順番は、第5投射画像G5、第6投射画像G6という順番でもよいし、他の順番でもよい。投射部1は、第1投射画像G1〜第4投射画像G4を投射した後に、第5投射画像G5〜第6投射画像G6を投射してもよいし、第1投射画像G1〜第4投射画像G4を投射する前に、第5投射画像G5〜第6投射画像G6を投射してもよい。以下、第5投射画像G5と第6投射画像G6とを相互に区別する必要がない場合、これらを「第2波長画像Ga20」と称する。 The projection unit 1 further projects the fifth projection image G5 and the sixth projection image G6 individually on the object to be measured 200. That is, the projection unit 1 does not simultaneously project the fifth projection image G5 and the sixth projection image G6 onto the object to be measured 200, but instead projects the fifth projection image G5 and the sixth projection image G6 in order by shifting the projection timing of each. The order of projection of the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 may be the order of the fifth projected image G5 and the sixth projected image G6, or may be another order. The projection unit 1 may project the fifth projection image G5 to the sixth projection image G6 after projecting the first projection image G1 to the fourth projection image G4, or the first projection image G1 to the fourth projection image. Before projecting G4, the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 may be projected. Hereinafter, when it is not necessary to distinguish the fifth projected image G5 and the sixth projected image G6 from each other, these are referred to as "second wavelength image Ga20".

第2波長画像Ga20は、第1波長画像Ga10と同様に、液晶ライトバルブ12によって生成される。このため、X1方向は、第2波長画像Ga20の水平方向、換言すると横方向でもある。X1方向は、第2方向の一例でもある。 The second wavelength image Ga20 is generated by the liquid crystal light bulb 12 in the same manner as the first wavelength image Ga10. Therefore, the X1 direction is also the horizontal direction of the second wavelength image Ga20, in other words, the horizontal direction. The X1 direction is also an example of the second direction.

第2波長画像Ga20は、X1方向にかけて変化する輝度のパターンを示す。具体的には、第2波長画像Ga20が示すパターンは、図4に例示される通り、第1所定波長λ1よりも長い第2所定波長λ2の正弦波W21に合わせて、X1方向にかけて輝度Aが変化する。第2所定波長λ2は、第2波長の一例である。 The second wavelength image Ga20 shows a pattern of luminance that changes in the X1 direction. Specifically, as illustrated in FIG. 4, the pattern shown by the second wavelength image Ga20 has a brightness A in the X1 direction in accordance with a sine wave W21 having a second predetermined wavelength λ2 longer than the first predetermined wavelength λ1. Change. The second predetermined wavelength λ2 is an example of the second wavelength.

図4に示す第2所定波長λ2の正弦波W21は、余弦波となるように位相が調整された正弦波である。なお、図4は、第2波長画像Ga20の一例である第5投射画像G5を示す。第2所定波長λ2は、第1所定波長λ1の4倍の長さである。第2所定波長λ2は、第1所定波長λ1の2倍の長さ以上であればよい。第2波長画像Ga20は、第2所定波長λ2に応じた縞状の模様を有する。 The sine wave W21 having the second predetermined wavelength λ2 shown in FIG. 4 is a sine wave whose phase is adjusted so as to be a cosine wave. Note that FIG. 4 shows a fifth projected image G5, which is an example of the second wavelength image Ga20. The second predetermined wavelength λ2 is four times as long as the first predetermined wavelength λ1. The second predetermined wavelength λ2 may be at least twice as long as the first predetermined wavelength λ1. The second wavelength image Ga20 has a striped pattern corresponding to the second predetermined wavelength λ2.

第2波長画像Ga20は、第2所定波長λ2の正弦波の振幅に合わせてX1方向にかけて変化するパターンを1周期分示す。第2波長画像Ga20のX1方向の長さは、第1波長画像Ga10のX1方向の長さと等しい。 The second wavelength image Ga20 shows a pattern that changes in the X1 direction according to the amplitude of the sine wave of the second predetermined wavelength λ2 for one cycle. The length of the second wavelength image Ga20 in the X1 direction is equal to the length of the first wavelength image Ga10 in the X1 direction.

図4は、さらに、第5投射画像G5の示すパターンにおけるX1方向の位置と、第2所定波長λ2の正弦波の位相Pと、の関係も示す。第5投射画像G5は1周期分のパターンを示すため、X1方向において、0〜2πまでの位相Pの変化は1回のみとなる。 FIG. 4 further shows the relationship between the position in the X1 direction in the pattern shown by the fifth projected image G5 and the phase P of the sine wave having the second predetermined wavelength λ2. Since the fifth projected image G5 shows a pattern for one cycle, the phase P changes from 0 to 2π only once in the X1 direction.

図1に例示される通り、第5投射画像G5と第6投射画像G6の各々に示されるパターンでは、第2所定波長λ2の正弦波の位相が互いに異なっている。以下、第2所定波長λ2の正弦波を「第2正弦波」と称する。 As illustrated in FIG. 1, in the patterns shown in each of the fifth projected image G5 and the sixth projected image G6, the phases of the sine waves having the second predetermined wavelength λ2 are different from each other. Hereinafter, a sine wave having a second predetermined wavelength λ2 will be referred to as a “second sine wave”.

第6投射画像G6が示すパターンにおける第2正弦波の位相は、第5投射画像G5が示すパターンにおける第2正弦波の位相よりもπ/2だけ遅れている。第5投射画像G5〜第6投射画像G6は、複数の第1画像よりも数が少ない複数の第2画像の一例である。第5投射画像G5に示されるパターンは、第2パターンの一例である。 The phase of the second sine wave in the pattern shown by the sixth projected image G6 is delayed by π / 2 from the phase of the second sine wave in the pattern shown by the fifth projected image G5. The fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 are examples of a plurality of second images having a smaller number than the plurality of first images. The pattern shown in the fifth projected image G5 is an example of the second pattern.

カメラ2は、レンズ等の受光光学系21と、受光光学系21にて集光される光を電気信号に変換する撮像素子22と、を含む。撮像素子22は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサーである。撮像素子22は、CCDイメージセンサーに限らず、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサーでもよい。撮像素子22は、図5に例示されるように、マトリクス状に位置する複数の受光用のセル22pを含む矩形の撮像領域22aを有する。 The camera 2 includes a light receiving optical system 21 such as a lens, and an image sensor 22 that converts the light collected by the light receiving optical system 21 into an electric signal. The image sensor 22 is a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. The image sensor 22 is not limited to the CCD image sensor, and may be, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. As illustrated in FIG. 5, the image pickup device 22 has a rectangular image pickup region 22a including a plurality of light receiving cells 22p located in a matrix.

撮像素子22には、X2−Y2座標系が設定されている。X2方向は、撮像素子22の水平方向、さらに言えば撮像素子22の横方向である。Y2方向は、X2方向と交差する。Y2方向は、例えば、X2方向と直交する方向である。Y2方向は、典型的には、撮像素子22の水平方向、さらに言えば撮像素子22の横方向である。 An X2-Y2 coordinate system is set in the image sensor 22. The X2 direction is the horizontal direction of the image sensor 22, and more specifically, the lateral direction of the image sensor 22. The Y2 direction intersects the X2 direction. The Y2 direction is, for example, a direction orthogonal to the X2 direction. The Y2 direction is typically the horizontal direction of the image sensor 22, and more specifically, the lateral direction of the image sensor 22.

X2方向はX1方向と交わらず、Y2方向はY1方向と交わらない。なお、X2方向はX1方向と交わってもよく、Y2方向はY1方向と交わってもよい。投射光学系13から液晶ライトバルブ12までの距離は、受光光学系21から撮像素子22までの距離と等しい。 The X2 direction does not intersect the X1 direction, and the Y2 direction does not intersect the Y1 direction. The X2 direction may intersect the X1 direction, and the Y2 direction may intersect the Y1 direction. The distance from the projection optical system 13 to the liquid crystal light bulb 12 is equal to the distance from the light receiving optical system 21 to the image sensor 22.

複数のセル22pの各々は、X2−Y2座標系の座標によって識別される。例えば、図5において、撮像領域22aの左上隅に位置するセル22pは、X2−Y2座標系における座標(1、1)によって識別される。 Each of the plurality of cells 22p is identified by the coordinates of the X2-Y2 coordinate system. For example, in FIG. 5, the cell 22p located in the upper left corner of the imaging region 22a is identified by the coordinates (1, 1) in the X2-Y2 coordinate system.

カメラ2は、被計測物200を撮像することによって撮像データを生成する。例えば、カメラ2は、第1投射画像G1〜第4投射画像G4の各々が個別に被計測物200へ投射される第1状況において撮像素子22によって被計測物200を撮像する。 The camera 2 generates imaging data by imaging the object 200 to be measured. For example, the camera 2 uses the image sensor 22 to image the object to be measured 200 in the first situation in which each of the first projected images G1 to the fourth projected image G4 is individually projected onto the object to be measured 200.

撮像素子22は、第1投射画像G1が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第1撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第2投射画像G2が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第2撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第3投射画像G3が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第3撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第4投射画像G4が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第4撮像画像データを生成する。第1撮像画像データ〜第4撮像画像データの各々は、第1撮像データの一例である。 The image sensor 22 generates the first captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the first projected image G1 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the second captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the second projected image G2 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the third captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the third projected image G3 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the fourth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the fourth projected image G4 is projected onto the measured object 200. Each of the first captured image data to the fourth captured image data is an example of the first captured image data.

また、カメラ2は、第5投射画像G5〜第6投射画像G6の各々が個別に被計測物200へ投射される第2状況において撮像素子22によって被計測物200を撮像する。 Further, the camera 2 takes an image of the object to be measured 200 by the image sensor 22 in the second situation where each of the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 is individually projected onto the object to be measured 200.

撮像素子22は、第5投射画像G5が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第5撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第6投射画像G6が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第6撮像画像データを生成する。第5撮像画像データ〜第6撮像画像データの各々は、第2撮像データの一例である。 The image sensor 22 generates the fifth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the fifth projected image G5 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the sixth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the sixth projected image G6 is projected onto the measured object 200. Each of the fifth captured image data to the sixth captured image data is an example of the second captured image data.

情報処理装置3は、例えば、PC(Personal Computer)である。情報処理装置3は、PCに限らず、例えば、専用コンピューターでもよい。情報処理装置3は、第1撮像画像データ〜第6撮像画像データに基づいて、被計測物200の3次元形状を特定する。具体的には、情報処理装置3は、位相シフト法を用いて、被計測物200の3次元形状を特定する。 The information processing device 3 is, for example, a PC (Personal Computer). The information processing device 3 is not limited to a PC, and may be, for example, a dedicated computer. The information processing device 3 identifies the three-dimensional shape of the object to be measured 200 based on the first captured image data to the sixth captured image data. Specifically, the information processing apparatus 3 uses the phase shift method to specify the three-dimensional shape of the object to be measured 200.

A2:位相シフト法の概要
ここで、位相シフト法の概要を説明する。第1投射画像G1が示すパターンのX1方向にかけての輝度pが式1にて表され、第2投射画像G2が示すパターンのX1方向にかけての輝度pが式2にて表され、第3投射画像G3が示すパターンのX1方向にかけての輝度pが式3にて表され、第4投射画像G4が示すパターンのX1方向にかけての輝度pが式4にて表されるとする。なお、式1〜式4に示される余弦波は、当該余弦波に対して位相の調整された正弦波によって置き換えることができる。
=A・cos(kx) ・・・式1
=A・cos(kx−(π/2)) ・・・式2
=A・cos(kx−π) ・・・式3
=A・cos(kx−(3π/2))・・・式4
式1〜式4において、Aは、第1投射画像G1〜第4投射画像G4の各々のパターンの輝度の振幅を示す。kは、第1所定波長λ1を定める定数である。xは、第1投射画像G1〜第4投射画像G4のX1方向の座標を示す。例えば、xは、図2に示す液晶ライトバルブ12の画素12pのX1方向の座標を示す。
A2: Outline of the phase shift method Here, the outline of the phase shift method will be described. Brightness p 1 in the toward direction X1 pattern indicated by the first projected image G1 is represented by Formula 1, the luminance p 2 of toward the X1 direction of the pattern indicated by the second projected image G2 is represented by Formula 2, 3 brightness p 3 of toward the X1 direction of the pattern indicated by the projection image G3 is expressed by equation 3, the luminance p 4 of toward the X1 direction of the pattern indicated by the fourth projected image G4 is to be represented by the formula 4. The cosine wave represented by the equations 1 to 4 can be replaced with a sine wave whose phase is adjusted with respect to the cosine wave.
p 1 = A · cos (kx) ・ ・ ・ Equation 1
p 2 = A · cos (kx− (π / 2)) ・ ・ ・ Equation 2
p 3 = A · cos (kx−π) ・ ・ ・ Equation 3
p 4 = A · cos (kx− (3π / 2)) ・ ・ ・ Equation 4
In Equations 1 to 4, A indicates the amplitude of the brightness of each pattern of the first projected image G1 to the fourth projected image G4. k is a constant that determines the first predetermined wavelength λ1. x indicates the coordinates of the first projected image G1 to the fourth projected image G4 in the X1 direction. For example, x indicates the coordinates of the pixel 12p of the liquid crystal light bulb 12 shown in FIG. 2 in the X1 direction.

被計測物200の像は、撮像領域22aの複数のセル22pによって撮像される。このため、複数のセル22pの各々は、被計測物200における互いに異なる計測位置の像を撮像する。例えば、任意の座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値は、被計測物200のうち、座標(x0、y0)のセル22pに撮像される計測位置の輝度を示す。 The image of the object to be measured 200 is imaged by a plurality of cells 22p in the imaging region 22a. Therefore, each of the plurality of cells 22p images images of measurement positions different from each other in the object to be measured 200. For example, the brightness value observed by the cell 22p at arbitrary coordinates (x0, y0) indicates the brightness of the measurement position imaged by the cell 22p at coordinates (x0, y0) in the object 200 to be measured.

第1投射画像G1〜第4投射画像G4が個別に被計測物200へ投射される状況において、撮像素子22における座標(x0、y0)のセル22pが観測する輝度値Iは、
={A・cos(φ)+G}×R ・・・式5
={A・cos(φ−(π/2))+G}×R ・・・式6
={A・cos(φ−π)+G}×R ・・・式7
={A・cos(φ−(3π/2))+G}×R ・・・式8
となる。
式5〜式8において、φは、図3に示す第1投射画像G1が示すパターンのうち、座標(x0、y0)のセル22pによって撮像される計測位置への投射部分の位相の候補である。Gは、グローバルアンビエントであり、パターンを示す画像の投射とは関係のない環境光などの光成分である。Rは、被計測物200の計測位置の反射率であり、パターンを示す画像の投射とは関係ない。
In a situation where the first projected image G1 to the fourth projected image G4 are individually projected onto the object to be measured 200, the brightness value I observed by the cell 22p at the coordinates (x0, y0) in the image sensor 22 is determined.
I 1 = {A ・ cos (φ) + G} × R ・ ・ ・ Equation 5
I 2 = {A · cos (φ− (π / 2)) + G} × R ・ ・ ・ Equation 6
I 3 = {A · cos (φ−π) + G} × R ・ ・ ・ Equation 7
I 4 = {A · cos (φ− (3π / 2)) + G} × R ・ ・ ・ Equation 8
Will be.
In Equations 5 to 8, φ is a candidate for the phase of the projected portion to the measurement position imaged by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the pattern shown by the first projected image G1 shown in FIG. .. G is a global ambient light component such as ambient light that has nothing to do with the projection of an image showing a pattern. R is the reflectance of the measurement position of the object to be measured 200, and has nothing to do with the projection of the image showing the pattern.

輝度値Iは、第1投射画像G1が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。輝度値Iは、第2投射画像G2が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。輝度値Iは、第3投射画像G3が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。輝度値Iは、第4投射画像G4が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。 The luminance value I 1 is a luminance value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the first projected image G1 is projected. The luminance value I 2 is a luminance value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the second projected image G2 is projected. The brightness value I 3 is a brightness value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the third projected image G3 is projected. The luminance value I 4 is a luminance value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the fourth projected image G4 is projected.

位相の候補φは、式5〜式8に基づいて導かれる式9によって算出される。
φ=tan−1{(I−I)/(I−I)} ・・・式9
The phase candidate φ is calculated by Equation 9 derived from Equations 5 to 8.
φ = tan -1 {(I 2- I 4 ) / (I 1- I 3 )} ・ ・ ・ Equation 9

ここで、図3に例示されるように、第1投射画像G1は4周期分のパターンを示すため、X1方向にかけての0〜2πまでの位相Pの変化は4回繰り返される。したがって、式9によって特定される位相の候補φは、図6において黒丸で例示されるように全部で4つ存在してしまう。具体的には、位相の候補φと、位相の候補φ+2πと、位相の候補φ+4πと、位相の候補φ+6πとの4つが存在してしまう。このため、画素領域12aにおいて、位相の候補φに対応するX1方向の該当箇所が、4つ、具体的には、該当箇所X11〜X14が存在してしまう。 Here, as illustrated in FIG. 3, since the first projected image G1 shows a pattern for four cycles, the change of the phase P from 0 to 2π in the X1 direction is repeated four times. Therefore, there are a total of four phase candidate φs specified by Equation 9 as illustrated by the black circles in FIG. Specifically, there are four phase candidates φ, a phase candidate φ + 2π, a phase candidate φ + 4π, and a phase candidate φ + 6π. Therefore, in the pixel region 12a, there are four corresponding parts in the X1 direction corresponding to the phase candidate φ, specifically, the corresponding parts X11 to X14.

一方、例えば、第1投射画像G1〜第4投射画像G4の各々が、図7に示すような第2正弦波の1周期分のパターンを示す場合、位相の候補θの数は1つとなる。このため、画素領域12aにおいて、位相の候補θに対応するX1方向の該当箇所が、1つ、具体的には、該当箇所X21の1つだけ特定される。なお、位相の候補θは、図7に示すパターンのうち、座標(x0、y0)のセル22pによって撮像される計測位置への投射部分の位相の候補である。 On the other hand, for example, when each of the first projected image G1 to the fourth projected image G4 shows a pattern for one cycle of the second sine wave as shown in FIG. 7, the number of phase candidates θ is one. Therefore, in the pixel region 12a, only one corresponding portion in the X1 direction corresponding to the phase candidate θ, specifically, one corresponding portion X21 is specified. The phase candidate θ is a phase candidate of the projection portion to the measurement position imaged by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the pattern shown in FIG. 7.

ここで、パターンの縞状模様の間隔を定める正弦波の波長が長いほど、該当箇所の特定において、輝度値I〜輝度値Iに含まれるノイズの影響が大きくなってしまう。例えば、図6および図7において、位相の候補に対するノイズの影響が共にNWである場合、図7に示す該当箇所X21へのノイズの影響NW2は、図6に示す該当箇所X12へのノイズの影響NW1よりも大きくなってしまう。 Here, the longer the wavelength of the sine wave that determines the interval between the striped patterns of the pattern, the greater the influence of the noise contained in the luminance values I 1 to I 4 in identifying the corresponding portion. For example, in FIGS. 6 and 7, when the influence of noise on the phase candidate is both NW, the influence of noise on the corresponding portion X21 shown in FIG. 7 NW2 is the influence of noise on the corresponding portion X12 shown in FIG. It will be larger than NW1.

そこで、計測装置100は、第1投射画像G1〜第4投射画像G4を用いて、位相の候補φを決定する。さらに、計測装置100は、第5投射画像G5〜第6投射画像G6と、第1投射画像G1と、第3投射画像G3と、を用いて、位相の候補θを決定する。そして、計測装置100は、これらの候補を用いて、第1投射画像G1が示すパターンのうち、座標(x0、y0)のセル22pによって撮像される計測位置に投射されている投射部分の位相Φを特定する。
計測装置100は、第1波長画像Ga10の投射回数よりも第2波長画像Ga20の投射回数を少なくして位相Φを特定する。
Therefore, the measuring device 100 determines the phase candidate φ by using the first projected image G1 to the fourth projected image G4. Further, the measuring device 100 determines the phase candidate θ by using the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6, the first projected image G1, and the third projected image G3. Then, using these candidates, the measuring device 100 uses the phase Φ of the projected portion projected at the measurement position imaged by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the pattern shown by the first projected image G1. To identify.
The measuring device 100 specifies the phase Φ by reducing the number of times the second wavelength image Ga20 is projected less than the number of times the first wavelength image Ga10 is projected.

A3:情報処理装置3の一例
図8は、情報処理装置3の一例を示す図である。情報処理装置3は、操作部31と、表示部32と、記憶部33と、処理部34と、を含む。
A3: An example of the information processing device 3 FIG. 8 is a diagram showing an example of the information processing device 3. The information processing device 3 includes an operation unit 31, a display unit 32, a storage unit 33, and a processing unit 34.

操作部31は、例えば、キーボード、マウス、操作ボタン、操作キーまたはタッチパネルである。操作部31は、利用者の入力操作を受け取る。 The operation unit 31 is, for example, a keyboard, a mouse, an operation button, an operation key, or a touch panel. The operation unit 31 receives the input operation of the user.

表示部32は、ディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等のFPD(Flat Panel Display)である。表示部32は、種々の情報を表示する。 The display unit 32 is an FPD (Flat Panel Display) such as a display, for example, a liquid crystal display, a plasma display, or an organic EL (Electro Luminescence) display. The display unit 32 displays various information.

記憶部33は、処理部34が読み取り可能な記録媒体である。記憶部33は、例えば、不揮発性メモリーと揮発性メモリーとによって構成される。不揮発性メモリーとしては、例えば、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)およびEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)が挙げられる。揮発性メモリーとしては、例えば、RAM(Random Access Memory)が挙げられる。 The storage unit 33 is a recording medium that can be read by the processing unit 34. The storage unit 33 is composed of, for example, a non-volatile memory and a volatile memory. Examples of the non-volatile memory include ROM (Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Examples of the volatile memory include RAM (Random Access Memory).

記憶部33は、処理部34によって実行される制御プログラム331と、処理部34が使用する各種のデータ332を記憶する。データ332は、例えば、第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々の画像データを含む。 The storage unit 33 stores the control program 331 executed by the processing unit 34 and various data 332s used by the processing unit 34. The data 332 includes, for example, the image data of each of the first projected image G1 to the sixth projected image G6.

処理部34は、例えば、単数または複数のプロセッサーによって構成される。一例を挙げると、処理部34は、単数または複数のCPU(Central Processing Unit)によって構成される。処理部34の機能の一部または全部は、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、PLD(Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の回路によって構成されてもよい。処理部34は、各種の処理を並列的または逐次的に実行する。 The processing unit 34 is composed of, for example, a single processor or a plurality of processors. As an example, the processing unit 34 is composed of a single CPU (Central Processing Unit) or a plurality of CPUs (Central Processing Units). A part or all of the functions of the processing unit 34 may be configured by circuits such as DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), and the like. .. The processing unit 34 executes various processes in parallel or sequentially.

処理部34は、記憶部33から制御プログラム331を読み取り実行することによって、投射制御部341と、カメラ制御部342と、第1決定部343と、第2決定部344と、位相特定部345と、距離特定部346と、表示制御部347と、を含む。 By reading and executing the control program 331 from the storage unit 33, the processing unit 34 includes the projection control unit 341, the camera control unit 342, the first determination unit 343, the second determination unit 344, and the phase identification unit 345. , A distance specifying unit 346 and a display control unit 347 are included.

投射制御部341は、投射部1を制御することによって、第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々を、個別に被計測物200へ投射させる。例えば、投射制御部341は、記憶部33から第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々の画像データを読み取る。なお、投射制御部341は、制御プログラム331に従って第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々の画像データを生成してもよい。投射制御部341は、第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々の画像データを個別に液晶ライトバルブ12に供給することによって、第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々を、個別に被計測物200へ投射させる。 By controlling the projection unit 1, the projection control unit 341 projects each of the first projection image G1 to the sixth projection image G6 individually onto the object to be measured 200. For example, the projection control unit 341 reads each image data of the first projection image G1 to the sixth projection image G6 from the storage unit 33. The projection control unit 341 may generate image data of each of the first projection image G1 to the sixth projection image G6 according to the control program 331. The projection control unit 341 individually supplies the image data of the first projection image G1 to the sixth projection image G6 to the liquid crystal light valve 12, thereby supplying each of the first projection image G1 to the sixth projection image G6. It is individually projected onto the object to be measured 200.

カメラ制御部342は、カメラ2を制御することによって、カメラ2に第1撮像画像データ〜第6撮像画像データを生成させる。例えば、カメラ制御部342は、投射部1が第1投射画像G1〜第6投射画像G6を個別に被計測物200に投射するごとに、撮像素子22に被計測物200を撮像させることによって、カメラ2に第1撮像画像データ〜第6撮像画像データを生成させる。 The camera control unit 342 causes the camera 2 to generate the first captured image data to the sixth captured image data by controlling the camera 2. For example, the camera control unit 342 causes the image sensor 22 to image the object to be measured 200 each time the projection unit 1 individually projects the first projection image G1 to the sixth projection image G6 onto the object to be measured 200. The camera 2 is made to generate the first captured image data to the sixth captured image data.

第1決定部343は、第1撮像画像データ〜第4撮像画像データに基づいて、第1投射画像G1が示すパターンにおける被計測物200の計測位置への投射部分の位相の候補φを決定する。以下、第1決定部343が決定する候補φを「第1候補φ」と称する。第1決定部343は、1つの計測位置について、第1投射画像G1が示すパターンの周期の数だけ第1候補φを決定する。第1候補φは、一般的に「相対位相」とも称される。 The first determination unit 343 determines the phase candidate φ of the projection portion to the measurement position of the object to be measured 200 in the pattern shown by the first projection image G1 based on the first captured image data to the fourth captured image data. .. Hereinafter, the candidate φ determined by the first determination unit 343 is referred to as “first candidate φ”. The first determination unit 343 determines the first candidate φ for one measurement position by the number of cycles of the pattern indicated by the first projected image G1. The first candidate φ is also generally referred to as “relative phase”.

第1決定部343は、上述の式5〜式9を用いて、撮像素子22のセル22pごとに、すなわち、被計測物200の計測位置ごとに、第1候補φを決定する。 The first determination unit 343 determines the first candidate φ for each cell 22p of the image sensor 22, that is, for each measurement position of the object to be measured 200, using the above equations 5 to 9.

第2決定部344は、第1撮像画像データと、第3撮像画像データと、第5撮像画像データと、第6撮像画像データと、に基づいて、第5投射画像G5が示すパターンにおける被計測物200の計測位置への投射部分の位相の候補θを、計測位置ごとに決定する。以下、第2決定部344が決定する候補を「第2候補θ」と称する。第2決定部344は、1つの計測位置について、第5投射画像G5が示すパターンの周期の数だけ、第2候補θを決定する。 The second determination unit 344 is measured in the pattern shown by the fifth projected image G5 based on the first captured image data, the third captured image data, the fifth captured image data, and the sixth captured image data. The phase candidate θ of the projection portion of the object 200 to the measurement position is determined for each measurement position. Hereinafter, the candidate determined by the second determination unit 344 is referred to as a “second candidate θ”. The second determination unit 344 determines the second candidate θ for one measurement position by the number of cycles of the pattern indicated by the fifth projected image G5.

第5投射画像G5が示すパターンのX1方向にかけての輝度pが式10によって表され、第6投射画像G6が示すパターンのX1方向にかけての輝度pが式11によって表されるとする。
=A・cos(hx) ・・・式10
=A・cos(hx−(π/2)) ・・・式11
式10〜式11において、Aは、式1〜式4に示したAと同様であり、第5投射画像G5〜第6投射画像G6の各々のパターンの輝度の振幅でもある。すなわち、第1投射画像G1〜第6投射画像G6の各々のパターンの輝度の振幅は互いに同一である。hは、第2所定波長λ2を定める定数である。xは、式1〜式4に示したxと同様であり、第5投射画像G5〜第6投射画像G6のX1方向の座標を示す。
Brightness p 5 in the toward direction X1 of the pattern indicated by the fifth projected image G5 is represented by Equation 10, the luminance p 6 in toward the X1 direction of the pattern sixth projection image G6 is indicated and represented by Formula 11.
p 5 = A · cos (hx) ・ ・ ・ Equation 10
p 6 = A · cos (hx− (π / 2)) ・ ・ ・ Equation 11
In formulas 10 to 11, A is the same as A shown in formulas 1 to 4, and is also the amplitude of the brightness of each pattern of the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6. That is, the amplitudes of the luminance of each pattern of the first projected image G1 to the sixth projected image G6 are the same as each other. h is a constant that determines the second predetermined wavelength λ2. x is the same as x shown in Equations 1 to 4, and indicates the coordinates of the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 in the X1 direction.

また、第5投射画像G5〜第6投射画像G6が個別に被計測物200に投射されている状況において、撮像素子22における座標(x0、y0)のセル22pが観測する輝度値Iは、
={A・cos(θ)+G}×R ・・・式12
={A・cos(θ−(π/2))+G}×R ・・・式13
となる。
輝度値Iは、第5投射画像G5が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。
輝度値Iは、第6投射画像G6が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。
Further, in a situation where the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 are individually projected onto the object to be measured 200, the brightness value I observed by the cell 22p at the coordinates (x0, y0) in the image sensor 22 is determined.
I 5 = {A · cos (θ) + G} × R ・ ・ ・ Equation 12
I 6 = {A · cos (θ− (π / 2)) + G} × R ・ ・ ・ Equation 13
Will be.
The luminance value I 5 is a luminance value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the fifth projected image G5 is projected.
The brightness value I 6 is a brightness value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the sixth projected image G6 is projected.

位相の候補θは、式12〜式13に基づいて導かれる式14によって算出される。
θ=tan−1{(I−GR)/(I−GR)}・・・式14
式14において、不明なパラメーターはGRである。GRは、「環境光などの光成分」と「被計測物200の計測位置の反射率」との積であり、第2波長画像Ga20の示すパターンおよび第1波長画像Ga10の示すパターンのいずれにも無関係である。このため、第2波長画像Ga20が投射されている状況と、第1波長画像Ga10が投射されている状況とで、GとRが変化しない場合、式5〜式8に示されるGRは、式12〜式14に示されるGRと同じ値となる。
The phase candidate θ is calculated by Equation 14 derived from Equations 12 to 13.
θ = tan -1 {(I 6- GR) / (I 5- GR)} ... Equation 14
In Equation 14, the unknown parameter is GR. GR is the product of "light components such as ambient light" and "reflectance of the measurement position of the object to be measured 200", and can be used in either the pattern shown by the second wavelength image Ga20 or the pattern shown by the first wavelength image Ga10. Is irrelevant. Therefore, when G and R do not change between the situation where the second wavelength image Ga20 is projected and the situation where the first wavelength image Ga10 is projected, the GR represented by the formulas 5 to 8 is expressed by the formula. It is the same value as GR shown in 12 to 14.

そこで、第2決定部344は、まず、式5および式7からGRを算出する。具体的には、第2決定部344は、式5および式7に基づいて導かれる式15を用いてGRを算出する。
GR=(I+I)/2 ・・・式15
Therefore, the second determination unit 344 first calculates GR from the equations 5 and 7. Specifically, the second determination unit 344 calculates GR using the formula 15 derived based on the formula 5 and the formula 7.
GR = (I 1 + I 3 ) / 2 ・ ・ ・ Equation 15

続いて、第2決定部344は、式15から算出されるGRを式14に代入することによって、第2候補θ、すなわち、位相の候補θを特定する。第2波長画像Ga20は、第2正弦波の1周期分のパターンを示すため、第2候補θの数は1つとなる。 Subsequently, the second determination unit 344 identifies the second candidate θ, that is, the phase candidate θ, by substituting the GR calculated from the equation 15 into the equation 14. Since the second wavelength image Ga20 shows a pattern for one cycle of the second sine wave, the number of the second candidate θ is one.

位相特定部345は、第1投射画像G1が示すパターンのうち、座標(x0、y0)のセル22pによって撮像される計測位置に投射されている投射部分の位相Φを、第2候補θを用いて、複数の第1候補φの中から特定する。 The phase specifying unit 345 uses the second candidate θ for the phase Φ of the projected portion projected at the measurement position imaged by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the pattern shown by the first projected image G1. Then, it is specified from a plurality of first candidate φ.

例えば、位相特定部345は、まず、図6に例示されるように、複数の第1候補φを用いて該当箇所X11〜X14を特定する。具体的には、位相特定部345は、該当箇所X11〜X14のX1−Y1座標系におけるX1方向の座標位置を特定する。
例えば、位相特定部345は、第1投射画像G1が示すパターンの位相と、液晶ライトバルブ12のX1−Y1座標系におけるX1方向の位置と、の対応関係を示す第1対応情報を用いて、該当箇所X11〜X14を特定する。第1対応情報は、例えば、記憶部33に記憶されている。
なお、位相特定部345は、第1投射画像G1が示すパターンの位相と、液晶ライトバルブ12のX1−Y1座標系におけるX1方向の位置と、の対応関係を示す関数を用いて、該当箇所X11〜X14を特定してもよい。
また、位相特定部345は、第1対応情報の代わりに、第1投射画像G1が示すパターンの位相と、液晶ライトバルブ12におけるエピポーラ線に沿う方向のX1−Y1座標系における位置と、の対応関係を示す第1エピポーラ対応情報を用いて、第1候補φに対応したエピポーラ線に沿う方向のX1−Y1座標系における位置を、該当箇所X11〜X14として特定してもよい。エピポーラ線は、投射部1を仮想カメラとする場合に、被計測物200とカメラ2とを結ぶ直線の仮想カメラへの投影結果を意味する。
For example, the phase specifying unit 345 first identifies the corresponding locations X11 to X14 using a plurality of first candidate φs, as illustrated in FIG. Specifically, the phase specifying unit 345 specifies the coordinate position in the X1 direction in the X1-Y1 coordinate system of the corresponding locations X11 to X14.
For example, the phase specifying unit 345 uses the first correspondence information indicating the correspondence between the phase of the pattern shown by the first projection image G1 and the position of the liquid crystal light bulb 12 in the X1 direction in the X1-Y1 coordinate system. Identify the relevant locations X11 to X14. The first correspondence information is stored in, for example, the storage unit 33.
The phase specifying unit 345 uses a function indicating the correspondence between the phase of the pattern shown by the first projected image G1 and the position of the liquid crystal light bulb 12 in the X1 direction in the X1-Y1 coordinate system, and uses a function indicating the correspondence between the corresponding portion X11. ~ X14 may be specified.
Further, the phase specifying unit 345 corresponds to the phase of the pattern shown by the first projected image G1 and the position in the X1-Y1 coordinate system in the direction along the epipolar line in the liquid crystal light valve 12 instead of the first correspondence information. The position in the X1-Y1 coordinate system in the direction along the epipolar line corresponding to the first candidate φ may be specified as the corresponding portion X11 to X14 by using the first epipolar correspondence information indicating the relationship. The epipolar line means the result of projection of a straight line connecting the object to be measured 200 and the camera 2 onto the virtual camera when the projection unit 1 is used as a virtual camera.

続いて、位相特定部345は、図7に例示されるように、1つの第2候補θを用いて該当箇所X21を特定する。具体的には、位相特定部345は、該当箇所X21のX1−Y1座標系におけるX1方向の座標位置を特定する。
例えば、位相特定部345は、第5投射画像G5が示すパターンの位相と、液晶ライトバルブ12のX1−Y1座標系におけるX1方向の位置と、の対応関係を示す第2対応情報を用いて、該当箇所X21を特定する。第2対応情報は、例えば、記憶部33に記憶されている。
なお、位相特定部345は、第5投射画像G5が示すパターンの位相と、液晶ライトバルブ12のX1−Y1座標系におけるX1方向の位置と、の対応関係を示す関数を用いて、該当箇所X21を特定してもよい。
また、位相特定部345は、第2対応情報の代わりに、第5投射画像G5が示すパターンの位相と、液晶ライトバルブ12におけるエピポーラ線に沿う方向のX1−Y1座標系における位置と、の対応関係を示す第2エピポーラ対応情報を用いて、第2候補θに対応したエピポーラ線に沿う方向のX1−Y1座標系における位置を、該当箇所X21として特定してもよい。
Subsequently, the phase specifying unit 345 identifies the corresponding portion X21 using one second candidate θ, as illustrated in FIG. 7. Specifically, the phase specifying unit 345 specifies the coordinate position in the X1 direction of the corresponding portion X21 in the X1-Y1 coordinate system.
For example, the phase specifying unit 345 uses the second correspondence information indicating the correspondence between the phase of the pattern shown by the fifth projection image G5 and the position of the liquid crystal light bulb 12 in the X1 direction in the X1-Y1 coordinate system. Identify the relevant location X21. The second correspondence information is stored in, for example, the storage unit 33.
The phase specifying unit 345 uses a function indicating the correspondence between the phase of the pattern shown by the fifth projected image G5 and the position of the liquid crystal light bulb 12 in the X1 direction in the X1-Y1 coordinate system, and uses the corresponding portion X21. May be specified.
Further, the phase specifying unit 345 corresponds to the phase of the pattern shown by the fifth projected image G5 and the position in the X1-Y1 coordinate system in the direction along the epipolar line in the liquid crystal light bulb 12 instead of the second correspondence information. The position in the X1-Y1 coordinate system in the direction along the epipolar line corresponding to the second candidate θ may be specified as the corresponding portion X21 by using the second epipolar correspondence information indicating the relationship.

続いて、位相特定部345は、該当箇所X11〜X14のうち、該当箇所X21に最も距離的に近い該当箇所を、位相Φに対応する該当部分として特定する。例えば、図6と図7に示すように該当箇所X11〜X14と該当箇所X21とが特定されている場合、該当箇所X12が、位相Φに対応する該当部分として特定される。ここで、位相Φに対応する該当部分の特定は、例えば、図6において、先頭から2番目の周期分に含まれる第1候補φを、位相Φとして特定することを意味する。
位相特定部345は、各計測位置について、位相Φに対応する該当部分を特定する。
Subsequently, the phase specifying unit 345 identifies, among the corresponding parts X11 to X14, the corresponding part closest to the corresponding part X21 in terms of distance as the corresponding part corresponding to the phase Φ. For example, when the corresponding parts X11 to X14 and the corresponding parts X21 are specified as shown in FIGS. 6 and 7, the corresponding parts X12 are specified as the corresponding parts corresponding to the phase Φ. Here, the specification of the corresponding portion corresponding to the phase Φ means that, for example, in FIG. 6, the first candidate φ included in the second cycle from the beginning is specified as the phase Φ.
The phase specifying unit 345 specifies the corresponding portion corresponding to the phase Φ for each measurement position.

距離特定部346は、計測位置ごとに、位相Φに対応する該当部分に基づいて、計測位置までの距離を算出する。例えば、距離特定部346は、図9に基づく三角測量を用いて、計測位置までの距離を算出する。 The distance specifying unit 346 calculates the distance to the measurement position for each measurement position based on the corresponding portion corresponding to the phase Φ. For example, the distance specifying unit 346 calculates the distance to the measurement position using the triangulation based on FIG.

図9において、投射方向D1は、撮像方向D2と平行である。液晶ライトバルブ12には、液晶ライトバルブ12と投射方向D1との交点である原点o1と、原点o1を通りX1方向と平行な軸X10が設定されている。撮像素子22には、撮像素子22と撮像方向D2との交点である原点o2と、原点o2を通りX1方向と平行な軸X20が設定されている。距離Zは、計測位置までの距離を表す。距離fは、液晶ライトバルブ12から投射光学系13までの距離を表し、さらに、撮像素子22から受光光学系21までの距離を表す。距離fは、予め定まっている。距離bは、投射光学系13と受光光学系21との距離である。距離fは、予め定まっている。撮像素子22における位置xbは、計測位置を撮像しているセル22pの軸X20に基づいて定まる座標位置である。位置xbは正の値となる。液晶ライトバルブ12における位置xaは、位相特定部345が特定した該当部分の軸X10に基づいて定まる座標位置である。位置xaは負の値となる。 In FIG. 9, the projection direction D1 is parallel to the imaging direction D2. The liquid crystal light bulb 12 is set with an origin o1 which is an intersection of the liquid crystal light bulb 12 and the projection direction D1 and an axis X10 which passes through the origin o1 and is parallel to the X1 direction. The image sensor 22 is set with an origin o2 which is an intersection of the image sensor 22 and the image pickup direction D2, and an axis X20 which passes through the origin o2 and is parallel to the X1 direction. The distance Z represents the distance to the measurement position. The distance f represents the distance from the liquid crystal light bulb 12 to the projection optical system 13, and further represents the distance from the image sensor 22 to the light receiving optical system 21. The distance f is predetermined. The distance b is the distance between the projection optical system 13 and the light receiving optical system 21. The distance f is predetermined. The position xb in the image sensor 22 is a coordinate position determined based on the axis X20 of the cell 22p that is imaging the measurement position. The position xb has a positive value. The position xa in the liquid crystal light bulb 12 is a coordinate position determined based on the axis X10 of the corresponding portion specified by the phase specifying unit 345. The position xa has a negative value.

距離特定部346は、該当部分のX1−Y1座標系におけるX1方向の座標位置を、軸X10に基づいて定められる座標位置に変換することによって、位置xaを算出する。
距離特定部346は、例えば、X1−Y1座標系のX1方向の座標位置を、軸X10に基づいて定められる座標位置に変換する座標変換用データを用いて、位置xaを算出する。
また、距離特定部346は、計測位置を撮像しているセル22pのX1−Y1座標系におけるX1方向の座標位置を、軸X20に基づいて定められる座標位置に変換することによって、位置xbを算出する。
距離特定部346は、例えば、X1−Y1座標系のX1方向の座標位置を、軸X20に基づいて定められる座標位置に変換する座標変換用データを用いて、位置xbを算出する。
The distance specifying unit 346 calculates the position xa by converting the coordinate position in the X1 direction of the corresponding portion in the X1-Y1 coordinate system into a coordinate position determined based on the axis X10.
The distance specifying unit 346 calculates the position xa using, for example, coordinate conversion data that converts the coordinate position in the X1 direction of the X1-Y1 coordinate system into a coordinate position determined based on the axis X10.
Further, the distance specifying unit 346 calculates the position xb by converting the coordinate position in the X1 direction of the cell 22p that is imaging the measurement position in the X1-Y1 coordinate system to the coordinate position determined based on the axis X20. To do.
The distance specifying unit 346 calculates the position xb by using, for example, the coordinate conversion data that converts the coordinate position in the X1 direction of the X1-Y1 coordinate system into the coordinate position determined based on the axis X20.

続いて、距離特定部346は、式16に基づいて、計測位置までの距離Zを算出する。
Z=(f・b)/(xb−xa) ・・・式16
式16は、図9において、三角形P1P2P3が三角形P3P6P4と相似の関係にあることから導かれる。なお、三角形P3P6P4に含まれる三角形P3P6P5は、三角形P2P7P8と合同である。
距離特定部346は、各計測位置について、すなわち、撮像素子22のセル22pの各々について、セル22pが撮像した計測位置までの距離Zを算出する。距離特定部346の算出結果によって、被計測物200の3次元形状が示される。
Subsequently, the distance specifying unit 346 calculates the distance Z to the measurement position based on the equation 16.
Z = (f · b) / (xb-xa) ・ ・ ・ Equation 16
Equation 16 is derived from the fact that the triangle P1P2P3 has a similar relationship with the triangle P3P6P4 in FIG. The triangle P3P6P5 included in the triangle P3P6P4 is congruent with the triangle P2P7P8.
The distance specifying unit 346 calculates the distance Z to the measurement position imaged by the cell 22p for each measurement position, that is, for each of the cells 22p of the image sensor 22. The calculation result of the distance specifying unit 346 indicates the three-dimensional shape of the object to be measured 200.

表示制御部347は、表示部32を制御する。例えば、表示制御部347は、距離特定部346の算出結果を、表示部32に表示させる。 The display control unit 347 controls the display unit 32. For example, the display control unit 347 causes the display unit 32 to display the calculation result of the distance specifying unit 346.

A4:動作の説明
図10は、計測装置100の動作を説明するためのフローチャートである。
利用者が操作部31を操作して計測動作の開始指示を入力すると、投射制御部341は、第1投射画像G1の画像データを投射部1に供給する。続いて、ステップS101において投射部1は、投射制御部341から供給される画像データが示す第1投射画像G1を被計測物200へ投射する。
A4: Explanation of operation FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the measuring device 100.
When the user operates the operation unit 31 to input a start instruction for the measurement operation, the projection control unit 341 supplies the image data of the first projection image G1 to the projection unit 1. Subsequently, in step S101, the projection unit 1 projects the first projection image G1 indicated by the image data supplied from the projection control unit 341 onto the object to be measured 200.

続いて、カメラ制御部342は、撮像素子22に撮像指示を供給する。続いて、ステップS102において撮像素子22は、撮像指示に応じて被計測物200を撮像することによって第1撮像画像データを生成する。 Subsequently, the camera control unit 342 supplies an image pickup instruction to the image pickup element 22. Subsequently, in step S102, the image sensor 22 generates the first captured image data by imaging the object 200 to be measured in response to the imaging instruction.

続いて、投射制御部341は、第2投射画像G2の画像データを投射部1に供給する。続いて、ステップS103において投射部1は、投射制御部341から供給される画像データが示す第2投射画像G2を被計測物200へ投射する。 Subsequently, the projection control unit 341 supplies the image data of the second projection image G2 to the projection unit 1. Subsequently, in step S103, the projection unit 1 projects the second projection image G2 indicated by the image data supplied from the projection control unit 341 onto the object to be measured 200.

続いて、カメラ制御部342は、撮像素子22に撮像指示を供給する。続いて、ステップS104において撮像素子22は、撮像指示に応じて被計測物200を撮像することによって第2撮像画像データを生成する。 Subsequently, the camera control unit 342 supplies an image pickup instruction to the image pickup element 22. Subsequently, in step S104, the image sensor 22 generates the second image image data by imaging the object 200 to be measured in response to the image pickup instruction.

続いて、投射制御部341は、第3投射画像G3の画像データを投射部1に供給する。続いて、ステップS105において投射部1は、投射制御部341から供給される画像データが示す第3投射画像G3を被計測物200へ投射する。 Subsequently, the projection control unit 341 supplies the image data of the third projection image G3 to the projection unit 1. Subsequently, in step S105, the projection unit 1 projects the third projection image G3 indicated by the image data supplied from the projection control unit 341 onto the object to be measured 200.

続いて、カメラ制御部342は、撮像素子22に撮像指示を供給する。続いて、ステップS106において撮像素子22は、撮像指示に応じて被計測物200を撮像することによって第3撮像画像データを生成する。 Subsequently, the camera control unit 342 supplies an image pickup instruction to the image pickup element 22. Subsequently, in step S106, the image sensor 22 generates the third captured image data by imaging the object 200 to be measured in response to the imaging instruction.

続いて、投射制御部341は、第4投射画像G4の画像データを投射部1に供給する。続いて、ステップS107において投射部1は、投射制御部341から供給される画像データが示す第4投射画像G4を被計測物200へ投射する。 Subsequently, the projection control unit 341 supplies the image data of the fourth projection image G4 to the projection unit 1. Subsequently, in step S107, the projection unit 1 projects the fourth projection image G4 indicated by the image data supplied from the projection control unit 341 onto the object to be measured 200.

続いて、カメラ制御部342は、撮像素子22に撮像指示を供給する。続いて、ステップS108において撮像素子22は、撮像指示に応じて被計測物200を撮像することによって第4撮像画像データを生成する。 Subsequently, the camera control unit 342 supplies an image pickup instruction to the image pickup element 22. Subsequently, in step S108, the image sensor 22 generates the fourth image image data by imaging the object 200 to be measured in response to the image pickup instruction.

続いて、投射制御部341は、第5投射画像G5の画像データを投射部1に供給する。続いて、ステップS109において投射部1は、投射制御部341から供給される画像データが示す第5投射画像G5を被計測物200へ投射する。 Subsequently, the projection control unit 341 supplies the image data of the fifth projection image G5 to the projection unit 1. Subsequently, in step S109, the projection unit 1 projects the fifth projection image G5 indicated by the image data supplied from the projection control unit 341 onto the object to be measured 200.

続いて、カメラ制御部342は、撮像素子22に撮像指示を供給する。続いて、ステップS110において撮像素子22は、撮像指示に応じて被計測物200を撮像することによって第5撮像画像データを生成する。 Subsequently, the camera control unit 342 supplies an image pickup instruction to the image pickup element 22. Subsequently, in step S110, the image sensor 22 generates the fifth captured image data by imaging the object to be measured 200 in response to the imaging instruction.

続いて、投射制御部341は、第6投射画像G6の画像データを投射部1に供給する。続いて、ステップS111において投射部1は、投射制御部341から供給される画像データが示す第6投射画像G6を被計測物200へ投射する。 Subsequently, the projection control unit 341 supplies the image data of the sixth projection image G6 to the projection unit 1. Subsequently, in step S111, the projection unit 1 projects the sixth projection image G6 indicated by the image data supplied from the projection control unit 341 onto the object to be measured 200.

続いて、カメラ制御部342は、撮像素子22に撮像指示を供給する。続いて、ステップS112において撮像素子22は、撮像指示に応じて被計測物200を撮像することによって第6撮像画像データを生成する。 Subsequently, the camera control unit 342 supplies an image pickup instruction to the image pickup element 22. Subsequently, in step S112, the image sensor 22 generates the sixth captured image data by imaging the object 200 to be measured in response to the imaging instruction.

続いて、ステップS113において第1決定部343は、第1撮像画像データ〜第4撮像画像データに基づいて、上述の式5〜式9を用いて、撮像素子22のセル22pごとに複数の第1候補φを決定する。 Subsequently, in step S113, the first determination unit 343 uses the above equations 5 to 9 based on the first captured image data to the fourth captured image data, and a plurality of first determination units 343 for each cell 22p of the image sensor 22. 1 Determine the candidate φ.

続いて、ステップS114において第2決定部344は、第1撮像画像データと、第3撮像画像データと、第5撮像画像データと、第6撮像画像データと、に基づいて、上述の式12〜式15を用いて、撮像素子22のセル22pごとに第2候補θを決定する。 Subsequently, in step S114, the second determination unit 344 is based on the first captured image data, the third captured image data, the fifth captured image data, and the sixth captured image data, and the above equations 12 to 12 to The second candidate θ is determined for each cell 22p of the image pickup device 22 using the formula 15.

続いて、ステップS115において位相特定部345は、撮像素子22のセル22pごとに、第2候補θを用いて複数の第1候補φの中から位相Φを特定する。例えば、位相特定部345は、まず、上述の第1エピポーラ対応情報を用いて、複数の第1候補φから該当箇所X11〜X14を特定する。続いて、位相特定部345は、上述の第2エピポーラ対応情報を用いて、1つの第2候補θから該当箇所X21を特定する。続いて、位相特定部345は、該当箇所X11〜X14のうち、該当箇所X21に最も距離的に近い該当箇所を、位相Φに対応する該当部分として特定する。位相特定部345は、各計測位置について、位相Φに対応する該当部分を特定する。 Subsequently, in step S115, the phase specifying unit 345 identifies the phase Φ from the plurality of first candidate φ by using the second candidate θ for each cell 22p of the image sensor 22. For example, the phase specifying unit 345 first identifies the corresponding locations X11 to X14 from the plurality of first candidate φs by using the above-mentioned first epipolar correspondence information. Subsequently, the phase specifying unit 345 identifies the corresponding portion X21 from one second candidate θ by using the above-mentioned second epipolar correspondence information. Subsequently, the phase specifying unit 345 identifies, among the corresponding parts X11 to X14, the corresponding part closest to the corresponding part X21 in terms of distance as the corresponding part corresponding to the phase Φ. The phase specifying unit 345 specifies the corresponding portion corresponding to the phase Φ for each measurement position.

続いて、ステップS116において距離特定部346は、計測位置ごとに、計測位置の該当部分に基づいて上述の式16を用いて計測位置までの距離を算出する。 Subsequently, in step S116, the distance specifying unit 346 calculates the distance to the measurement position for each measurement position using the above equation 16 based on the corresponding portion of the measurement position.

続いて、ステップS117において表示制御部347は、距離特定部346による距離の算出結果を表示部32に表示させる。 Subsequently, in step S117, the display control unit 347 causes the display unit 32 to display the calculation result of the distance by the distance specifying unit 346.

A5:第1実施形態についてのまとめ
第1実施形態によれば、投射画像の6回の投射で被計測物200の3次元形状を計測できるため、短時間で、位相Φの特定および3次元計測を行うことが可能となる。このため、被計測物200を照らす外光の照度が緩やかに変化する場合、および、被計測物200が緩やかに移動する場合にも、精度の高い位相Φの特定および3次元計測を行える。また、計測時間が短いため、利用者に対して、計測に関する心的ストレスを与えることを抑制できる。
第1実施形態は、ロボティクスなどで用いられる3次元形状計測器全般に適用できる。また、第1実施形態は、投射面の3次元形状を計測し、3次元形状の計測結果に応じて投射画像を幾何学的に補正するプロジェクターにも適用できる。この場合、投射部1に、カメラ2と情報処理装置3が含まれる。
A5: Summary of the first embodiment According to the first embodiment, the three-dimensional shape of the object to be measured 200 can be measured by projecting the projected image six times, so that the phase Φ can be specified and the three-dimensional measurement can be performed in a short time. Can be done. Therefore, even when the illuminance of the external light illuminating the object to be measured 200 changes slowly and the object to be measured 200 moves slowly, the phase Φ can be specified with high accuracy and three-dimensional measurement can be performed. In addition, since the measurement time is short, it is possible to suppress giving the user mental stress related to the measurement.
The first embodiment can be applied to all three-dimensional shape measuring instruments used in robotics and the like. The first embodiment can also be applied to a projector that measures the three-dimensional shape of the projection surface and geometrically corrects the projected image according to the measurement result of the three-dimensional shape. In this case, the projection unit 1 includes the camera 2 and the information processing device 3.

上述の本実施形態に係る位相決定方法および計測装置100は以下の態様を含む。
投射部1は、第1投射画像G1〜第4投射画像G4を個別に被計測物200へ投射する。第1投射画像G1〜第4投射画像G4は、X1方向にかけて第1所定波長λ1の正弦波に合わせて変化する輝度のパターンを2周期分以上示す。第1投射画像G1〜第4投射画像G4では、第1所定波長λ1の正弦波の位相が互いに異なる。
また、投射部1は、第5投射画像G5〜第6投射画像G6を個別に被計測物200へ投射する。第5投射画像G5〜第6投射画像G6は、X1方向にかけて第1所定波長λ1よりも長い第2所定波長λ2の正弦波に合わせて変化する輝度のパターンを示す。第5投射画像G5〜第6投射画像G6では、第2所定波長λ2の正弦波の位相が互いに異なる。
カメラ2は、被計測物200を撮像する。
第1決定部343は、被計測物200へ第1投射画像G1〜第4投射画像G4が個別に投射される第1状況においてカメラ2が被計測物200を撮像することによって生成する第1撮像画像データ〜第4撮像画像データに基づいて、複数の第1候補φを決定する。
第2決定部344は、被計測物200へ第5投射画像G5〜第6投射画像G6が個別に投射される第2状況においてカメラ2が被計測物200を撮像することによって生成する第5撮像画像データ〜第6撮像画像データと、第1投射画像G1と、第3投射画像G3と、に基づいて、1つの第2候補θを決定する。
位相特定部345は、第2候補θを用いて、複数の第1候補φの中から位相Φを特定する。
The phase determination method and the measuring device 100 according to the present embodiment described above include the following aspects.
The projection unit 1 individually projects the first projection image G1 to the fourth projection image G4 onto the object to be measured 200. The first projected image G1 to the fourth projected image G4 show a pattern of brightness that changes according to a sine wave of the first predetermined wavelength λ1 in the X1 direction for two cycles or more. In the first projected image G1 to the fourth projected image G4, the phases of the sine waves having the first predetermined wavelength λ1 are different from each other.
Further, the projection unit 1 individually projects the fifth projection image G5 to the sixth projection image G6 onto the object to be measured 200. The fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 show a pattern of brightness that changes according to a sine wave having a second predetermined wavelength λ2 longer than the first predetermined wavelength λ1 in the X1 direction. In the fifth projection image G5 to the sixth projection image G6, the phases of the sine waves having the second predetermined wavelength λ2 are different from each other.
The camera 2 images the object to be measured 200.
The first determination unit 343 is a first image pickup generated by the camera 2 taking an image of the object to be measured 200 in the first situation in which the first projected image G1 to the fourth projected image G4 are individually projected onto the object to be measured 200. A plurality of first candidates φ are determined based on the image data to the fourth captured image data.
The second determination unit 344 is a fifth image pickup generated by the camera 2 taking an image of the object to be measured 200 in the second situation in which the fifth projection image G5 to the sixth projection image G6 are individually projected onto the object to be measured 200. One second candidate θ is determined based on the image data to the sixth captured image data, the first projected image G1, and the third projected image G3.
The phase specifying unit 345 uses the second candidate θ to specify the phase Φ from the plurality of first candidate φ.

この態様によれば、第1所定波長λ1の正弦波に応じたパターンを示す画像の投射回数が、第1所定波長λ1よりも長い第2所定波長λ2の正弦波に応じたパターンを示す画像の投射回数よりも少ないので、両者の投射回数が互いに等しい場合に比べて、パターンを示す画像の投射に要する時間を短くできる。
また、第2所定波長λ2の正弦波に応じたパターンの画像の投射回数を3回よりも少なくできる。
According to this aspect, the number of projections of the image showing the pattern corresponding to the sine wave of the first predetermined wavelength λ1 is longer than the first predetermined wavelength λ1 of the image showing the pattern corresponding to the sine wave of the second predetermined wavelength λ2. Since it is less than the number of projections, the time required to project an image showing a pattern can be shortened as compared with the case where both projections are equal to each other.
Further, the number of times the image of the pattern corresponding to the sine wave of the second predetermined wavelength λ2 is projected can be less than three times.

第2波長画像Ga20は、X1方向にかけて変化する輝度のパターンであって第2所定波長λ2の正弦波に合わせて変化するパターンを1周期分のみ示す。このため、第2候補θの数を1つにできる。よって、1つの第2候補θを用いて複数の第1候補φの中から位相Φを特定できる。 The second wavelength image Ga20 shows a pattern of brightness that changes in the X1 direction and that changes according to a sine wave of the second predetermined wavelength λ2 for only one cycle. Therefore, the number of the second candidate θ can be one. Therefore, the phase Φ can be specified from a plurality of first candidate φ by using one second candidate θ.

なお、第1実施形態では、投射部1とカメラ2とがX1方向に並んでいるため、各パターンにおいて輝度が変化する方向である第1方向および第2方向として、X1方向が用いられている。しかしながら、例えば、投射部1とカメラ2とがY1方向に並んでいる場合、第1方向および第2方向として、Y1方向が用いられてもよい。また、第1方向は第2方向に沿う方向であることが望ましいが、第1方向は第2方向に沿う方向でなくてもよい。例えば、第1方向と第2方向のなす角度が5度以内でもよい。 In the first embodiment, since the projection unit 1 and the camera 2 are arranged in the X1 direction, the X1 direction is used as the first direction and the second direction in which the brightness changes in each pattern. .. However, for example, when the projection unit 1 and the camera 2 are arranged in the Y1 direction, the Y1 direction may be used as the first direction and the second direction. Further, the first direction is preferably a direction along the second direction, but the first direction does not have to be a direction along the second direction. For example, the angle between the first direction and the second direction may be within 5 degrees.

B:変形例
以上に例示した実施形態の変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2個以上の態様を、相互に矛盾しない範囲において適宜に併合してもよい。
B: Modification example The modification of the embodiment illustrated above will be illustrated below. Two or more embodiments arbitrarily selected from the following examples may be appropriately merged to the extent that they do not contradict each other.

B1:第1変形例
第1実施形態において、第2波長画像Ga20は、X1方向にかけて変化する輝度のパターンであって第1所定波長λ1よりも長く第2所定波長λ2よりも短い第3所定波長λ3の正弦波に合わせて変化するパターンを、1周期分よりも多く示してもよい。第3所定波長λ3は、第2波長の他の例である。この場合、第2候補θの数が2つ以上になる可能性がある。第2候補θの数が2つ以上になる場合、第1実施形態のように、1つの第2候補θを用いて複数の第1候補φの中から位相Φを特定することができない。
そこで、第1変形例では、被計測物200の距離を計測可能な計測レンジが予め設定され、この計測レンジを越える距離に対応する位相のエラーレンジEが予め設定される。第2決定部344は、複数の第2候補θのうちエラーレンジEに属する第2候補θを、エラー値として判定して削除することによって、第2候補θの数を1つにする。
B1: First Modified Example In the first embodiment, the second wavelength image Ga20 is a pattern of brightness that changes in the X1 direction, and is a third predetermined wavelength that is longer than the first predetermined wavelength λ1 and shorter than the second predetermined wavelength λ2. The pattern that changes according to the sine wave of λ3 may be shown more than one cycle. The third predetermined wavelength λ3 is another example of the second wavelength. In this case, the number of second candidate θ may be two or more. When the number of the second candidate θ is two or more, it is not possible to specify the phase Φ from the plurality of first candidate φ by using one second candidate θ as in the first embodiment.
Therefore, in the first modification, a measurement range capable of measuring the distance of the object to be measured 200 is preset, and a phase error range E corresponding to a distance exceeding this measurement range is preset. The second determination unit 344 determines the second candidate θ belonging to the error range E among the plurality of second candidate θ as an error value and deletes the second candidate θ, thereby reducing the number of the second candidate θ to one.

例えば、図11に例示されるように、第2波長画像Ga20が、第3所定波長λ3の正弦波に合わせて変化するパターンを2周期分示す場合、図11において黒丸で示す2つの第2候補θが存在する。第2決定部344は、2つの第2候補θのうち、エラーレンジEに属する第2候補θを、エラー値として判定して削除することによって、第2候補θの数を1つにする。以下、第1実施形態と同様の動作が実行される。 For example, as illustrated in FIG. 11, when the second wavelength image Ga20 shows a pattern that changes according to a sine wave of the third predetermined wavelength λ3 for two cycles, the two second candidates shown by black circles in FIG. 11 are shown. θ exists. The second determination unit 344 reduces the number of the second candidate θ to one by determining the second candidate θ belonging to the error range E as an error value and deleting the second candidate θ among the two second candidate θ. Hereinafter, the same operation as in the first embodiment is executed.

第1変形例によれば、第2波長画像Ga20は、X1方向にかけて第3所定波長λ3の正弦波に合わせて変化する輝度のパターンを1周期分よりも多く示すので、第2候補θの精度を第1実施形態よりも高くできる。 According to the first modification, the second wavelength image Ga20 shows more patterns of luminance that change according to the sine wave of the third predetermined wavelength λ3 in the X1 direction than for one cycle, so that the accuracy of the second candidate θ Can be higher than in the first embodiment.

B2:第2変形例
第1実施形態および第1変形例では、第1方向および第2方向として、X1方向が用いられている。しかしながら、第1方向および第2方向として、エピポーラ線に沿う方向が用いられてもよい。図12は、第1方向として、エピポーラ線EPLに沿う方向が用いられた第1波長画像Ga10の一例を示す図である。第1決定部343および第2決定部344は、エピポーラ線EPLに沿う方向において位相の候補を探索する。
B2: Second Modified Example In the first embodiment and the first modified example, the X1 direction is used as the first direction and the second direction. However, as the first direction and the second direction, the direction along the epipolar line may be used. FIG. 12 is a diagram showing an example of the first wavelength image Ga10 in which the direction along the epipolar line EPL is used as the first direction. The first determination unit 343 and the second determination unit 344 search for phase candidates in the direction along the epipolar line EPL.

第2変形例によれば、第1波長画像Ga10が、エピポーラ線EPLに沿う方向にかけて変化する輝度のパターンを示す場合、当該パターンにおいて輝度が変化する方向がエピポーラ線EPLに沿う方向と異なる構成に比べて、第1候補φを精度よく決定できる。
また、第2波長画像Ga20が、エピポーラ線EPLに沿う方向にかけて変化する輝度のパターンを示す場合、当該パターンにおいて輝度が変化する方向がエピポーラ線EPLに沿う方向と異なる構成に比べて、第2候補θを精度よく決定できる。
According to the second modification, when the first wavelength image Ga10 shows a pattern of brightness that changes in the direction along the epipolar line EPL, the direction in which the brightness changes in the pattern is different from the direction along the epipolar line EPL. In comparison, the first candidate φ can be determined accurately.
Further, when the second wavelength image Ga20 shows a pattern of brightness that changes in the direction along the epipolar line EPL, the second candidate is compared with a configuration in which the direction in which the brightness changes in the pattern is different from the direction along the epipolar line EPL. θ can be determined accurately.

B3:第3変形例
第1実施形態および第1〜第2変形例において、複数の第2波長画像Ga20は、互いに位相がπ/2ずれた輝度のパターンではなく、互いに位相がπずれた輝度のパターンを示してもよい。
この場合、第5投射画像G5〜第6投射画像G6が個別に被計測物200に投射されている状況において、撮像素子22における座標(x0、y0)のセル22pが観測する輝度値Iは、
={A・cos(θ)+G}×R ・・・式12
={A・cos(θ−π)+G}×R ・・・式17
となる。
輝度値Iは、第5投射画像G5が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。
輝度値Iは、第6投射画像G6が投射されている状況において座標(x0、y0)のセル22pによって観測される輝度値である。
B3: Third Modified Example In the first embodiment and the first and second modified examples, the plurality of second wavelength images Ga20 are not patterns of brightness that are out of phase with each other by π / 2, but brightness that is out of phase with each other by π / 2. The pattern of may be shown.
In this case, in a situation where the fifth projected image G5 to the sixth projected image G6 are individually projected onto the object to be measured 200, the brightness value I observed by the cell 22p at the coordinates (x0, y0) in the image sensor 22 is determined.
I 5 = {A · cos (θ) + G} × R ・ ・ ・ Equation 12
I 7 = {A · cos (θ−π) + G} × R ・ ・ ・ Equation 17
Will be.
The luminance value I 5 is a luminance value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the fifth projected image G5 is projected.
The luminance value I 7 is a luminance value observed by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the situation where the sixth projected image G6 is projected.

第2候補θは、式12と式17に基づいて導かれる式18を用いて算出される。
cosθ=(I−I)・(I−I)/cosφ・・・式18
The second candidate θ is calculated using Equation 18 derived from Equation 12 and Equation 17.
cosθ = (I 5- I 7 ) · (I 5- I 7 ) / cosφ ... Equation 18

式18において、不明なパラメーターはcosφである。
cosφは、上述の式9に基づいて導かれる式19によって算出される。
式19に示されるcosφは、1つの値ではなく、±という曖昧性を有しているため、cosφが代入される式18も曖昧性を有してしまう。
そこで、式18に示すcosθが常に0以上の値をとるように、換言すると、cosφの値のうち負の値が除かれるように、第2波長画像Ga20は、X1方向にかけて第1所定波長λ1よりも長い第4所定波長λ4の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを0〜πまでの1/2周期分だけ示す。なお、第4所定波長λ4の正弦波は、第4所定波長λ4の余弦波をπ/2だけ位相を遅らせた余弦波にて表される。このため、式18における位相の候補θは、−π/2〜π/2の範囲に限定される。第2決定部344は、式19によって算出される値のうち、0以上の値を式18に代入してcosθを算出し、その算出結果から第2候補θを決定する。以下、第1実施形態と同様の動作が実行される。
In Equation 18, the unknown parameter is cosφ.
cosφ is calculated by Equation 19 derived based on Equation 9 described above.
Since cosφ shown in equation 19 has an ambiguity of ± instead of one value, equation 18 to which cosφ is substituted also has ambiguity.
Therefore, the second wavelength image Ga20 has the first predetermined wavelength λ1 in the X1 direction so that the cosθ shown in the equation 18 always takes a value of 0 or more, in other words, the negative value of the cosφ value is removed. A pattern in which the brightness changes according to a sine wave having a longer fourth predetermined wavelength λ4 is shown for 1/2 cycle from 0 to π. The sine wave having the fourth predetermined wavelength λ4 is represented by the cosine wave whose phase is delayed by π / 2 from the cosine wave having the fourth predetermined wavelength λ4. Therefore, the phase candidate θ in Equation 18 is limited to the range of −π / 2 to π / 2. The second determination unit 344 calculates cos θ by substituting a value of 0 or more into the equation 18 among the values calculated by the equation 19, and determines the second candidate θ from the calculation result. Hereinafter, the same operation as in the first embodiment is executed.

なお、第1変形例のように、位相のエラーレンジEが予め設定される場合、第2波長画像Ga20は、X1方向にかけて第4所定波長λ4の正弦波に合わせて変化する輝度のパターンを1/2周期分よりも多く示してもよい。この場合、第1変形例と同様に、第2決定部344は、複数の第2候補θのうちエラーレンジEに属する第2候補θを、エラー値として判定して削除することによって、第2候補θの数を1つにする。 When the phase error range E is preset as in the first modification, the second wavelength image Ga20 has a luminance pattern that changes in accordance with the sine wave of the fourth predetermined wavelength λ4 in the X1 direction. It may be shown more than / 2 cycles. In this case, as in the first modification, the second determination unit 344 determines the second candidate θ belonging to the error range E among the plurality of second candidate θ as an error value and deletes the second candidate θ. Set the number of candidate θ to one.

第3変形例によれば、複数の第2波長画像Ga20が、互いに位相がπずれた輝度のパターンを示しても、第2候補θを求めることが可能になる。 According to the third modification, even if the plurality of second wavelength images Ga20 show luminance patterns that are out of phase with each other, it is possible to obtain the second candidate θ.

B4:第4変形例
第1実施形態および第1〜第3変形例において、投射部1は、第1投射画像G1〜第6投射画像G6に加えて、第7投射画像G7〜第12投射画像G12を投射してもよい。
B4: Fourth Modified Example In the first embodiment and the first to third modified examples, the projection unit 1 has a seventh projection image G7 to a twelfth projection image in addition to the first projection image G1 to the sixth projection image G6. G12 may be projected.

図13は、第1投射画像G1〜第12投射画像G12の一例を示す図面である。図13に例示されるように、第7投射画像G7〜第10投射画像G10は、パターンにおいて輝度が変化する方向がX1方向ではなくY1方向である点において、第1投射画像G1〜第4投射画像G4と異なる。第7投射画像G7が示すパターンは、第3パターンの一例である。第1所定波長λ1は、第3波長の一例でもある。 FIG. 13 is a drawing showing an example of the first projected image G1 to the twelfth projected image G12. As illustrated in FIG. 13, the seventh projection image G7 to the tenth projection image G10 are the first projection images G1 to the fourth projection in that the direction in which the brightness changes in the pattern is not the X1 direction but the Y1 direction. Different from image G4. The pattern shown by the seventh projected image G7 is an example of the third pattern. The first predetermined wavelength λ1 is also an example of the third wavelength.

また、第11投射画像G11〜第12投射画像G12は、パターンにおいて輝度が変化する方向がX1方向ではなくY1方向である点において、第5投射画像G5〜第6投射画像G6と異なる。第11投射画像G11が示すパターンは、第4パターンの一例である。第2所定波長λ2は、第4波長の一例でもある。 Further, the eleventh projected images G11 to the twelfth projected images G12 are different from the fifth projected images G5 to the sixth projected images G6 in that the direction in which the brightness changes in the pattern is not the X1 direction but the Y1 direction. The pattern shown by the eleventh projected image G11 is an example of the fourth pattern. The second predetermined wavelength λ2 is also an example of the fourth wavelength.

Y1方向は、第3方向および第4方向の一例である。第3方向は第4方向に沿う方向であることが望ましいが、第3方向は第4方向に沿う方向でなくてもよい。例えば、第3方向と第4方向のなす角度が5度以内でもよい。
第4変形例においては、投射部1とカメラ2は、X1方向に沿う方向に並んでいなくてもよい。
The Y1 direction is an example of the third direction and the fourth direction. The third direction is preferably a direction along the fourth direction, but the third direction does not have to be a direction along the fourth direction. For example, the angle between the third direction and the fourth direction may be within 5 degrees.
In the fourth modification, the projection unit 1 and the camera 2 do not have to be aligned in the direction along the X1 direction.

カメラ2は、第7投射画像G7〜第10投射画像G10の各々が個別に被計測物200へ投射される状況において撮像素子22によって被計測物200をさらに撮像する。 The camera 2 further images the object to be measured 200 by the image sensor 22 in a situation where each of the seventh projected image G7 to the tenth projected image G10 is individually projected onto the object to be measured 200.

撮像素子22は、第7投射画像G7が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第7撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第8投射画像G8が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第8撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第9投射画像G9が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第9撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第10投射画像G10が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第10撮像画像データを生成する。第7撮像画像データ〜第10撮像画像データの各々は、第3撮像データの一例である。 The image sensor 22 generates the seventh captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the seventh projected image G7 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the eighth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the eighth projected image G8 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the ninth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the ninth projected image G9 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the tenth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the tenth projected image G10 is projected onto the measured object 200. Each of the 7th captured image data to the 10th captured image data is an example of the 3rd captured image data.

また、カメラ2は、第11投射画像G11〜第12投射画像G12の各々が個別に被計測物200へ投射される状況において撮像素子22によって被計測物200をさらに撮像する。 Further, the camera 2 further images the object to be measured 200 by the image sensor 22 in a situation where each of the eleventh projected images G11 to the twelfth projected images G12 is individually projected onto the object to be measured 200.

撮像素子22は、第11投射画像G11が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第11撮像画像データを生成する。撮像素子22は、第12投射画像G12が被計測物200へ投射される状況において被計測物200を撮像することによって、第12撮像画像データを生成する。第11撮像画像データ〜第12撮像画像データの各々は、第4撮像データの一例である。 The image sensor 22 generates the eleventh captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the eleventh projected image G11 is projected onto the measured object 200. The image sensor 22 generates the twelfth captured image data by imaging the measured object 200 in a situation where the twelfth projected image G12 is projected onto the measured object 200. Each of the 11th captured image data to the 12th captured image data is an example of the 4th captured image data.

第1決定部343は、第7撮像画像データ〜第10撮像画像データに基づいて、第7投射画像G7が示すパターンにおける被計測物200の計測位置への投射部分の位相の候補φaをさらに決定する。位相の候補φaの決定手法は、第1候補φの決定手法と同様である。 The first determination unit 343 further determines the phase candidate φa of the projection portion to the measurement position of the object to be measured 200 in the pattern shown by the seventh projection image G7 based on the seventh captured image data to the tenth captured image data. To do. The method for determining the phase candidate φa is the same as the method for determining the first candidate φ.

第2決定部344は、第7撮像画像データと、第9撮像画像データと、第11撮像画像データと、第12撮像画像データと、に基づいて、第7投射画像G7が示すパターンにおける被計測物200の計測位置への投射部分の位相の候補θaを、計測位置ごとにさらに決定する。位相の候補θaの決定手法は、第2候補θの決定手法と同様である。 The second determination unit 344 is measured in the pattern shown by the seventh projected image G7 based on the seventh captured image data, the ninth captured image data, the eleventh captured image data, and the twelfth captured image data. The phase candidate θa of the projection portion of the object 200 to the measurement position is further determined for each measurement position. The method for determining the phase candidate θa is the same as the method for determining the second candidate θ.

位相特定部345は、第7投射画像G7が示すパターンのうち、座標(x0、y0)のセル22pによって撮像される計測位置に投射されている投射部分の位相Φaを、位相の候補θaを用いて、複数の位相の候補φaの中から特定する。位相Φaの特定手法は、位相Φの特定手法と同様である。 The phase specifying unit 345 uses the phase candidate θa for the phase Φa of the projected portion projected at the measurement position imaged by the cell 22p of the coordinates (x0, y0) in the pattern shown by the seventh projected image G7. Then, it is specified from a plurality of phase candidates φa. The method for specifying the phase Φa is the same as the method for specifying the phase Φ.

距離特定部346は、位相Φaを用いて、座標(x0、y0)のセル22pによって撮像される計測位置までの距離を特定する。距離特定部346は、さらに、位相Φを用いて特定した距離と、位相Φaを用いて特定した距離との平均を算出する。表示制御部347は、距離特定部346が算出した平均距離を表示部32に表示する。 The distance specifying unit 346 uses the phase Φa to specify the distance to the measurement position imaged by the cell 22p at the coordinates (x0, y0). The distance specifying unit 346 further calculates the average of the distance specified by using the phase Φ and the distance specified by using the phase Φa. The display control unit 347 displays the average distance calculated by the distance specifying unit 346 on the display unit 32.

なお、表示制御部347は、位相Φを用いて特定された距離と、位相Φaを用いて特定された距離とのうち、操作部31の操作によって指定された距離のみを、表示部32に表示してもよい。例えば、投射部1とカメラ2とがX1方向に並んで配置されている場合、利用者は、操作部31の操作によって位相Φを用いて特定した距離を指定する。一方、投射部1とカメラ2とがY1方向に並んで配置されている場合、利用者は、操作部31の操作によって位相Φaを用いて特定した距離を指定する。 The display control unit 347 displays only the distance specified by the operation of the operation unit 31 among the distance specified by using the phase Φ and the distance specified by using the phase Φa on the display unit 32. You may. For example, when the projection unit 1 and the camera 2 are arranged side by side in the X1 direction, the user specifies a distance specified by using the phase Φ by operating the operation unit 31. On the other hand, when the projection unit 1 and the camera 2 are arranged side by side in the Y1 direction, the user specifies a distance specified by using the phase Φa by operating the operation unit 31.

第4変形例によれば、投射部1とカメラ2との相対位置関係によらず、精度よく距離を特定できる。 According to the fourth modification, the distance can be accurately specified regardless of the relative positional relationship between the projection unit 1 and the camera 2.

B5:第5変形例
第1実施形態および第1〜第4変形例において、光変調装置の一例として液晶ライトバルブ12が用いられたが、光変調装置は液晶ライトバルブに限らず適宜変更可能である。例えば、光変調装置は、1枚のデジタルミラーデバイスを用いた方式等の構成であってもよい。また、液晶パネルおよびDMD以外にも、光源11が発した光を変調可能な構成は、光変調装置として採用できる。
B5: Fifth Modified Example In the first embodiment and the first to fourth modified examples, the liquid crystal light valve 12 was used as an example of the light modulation device, but the light modulation device is not limited to the liquid crystal light valve and can be appropriately changed. is there. For example, the optical modulation device may have a configuration such as a method using one digital mirror device. In addition to the liquid crystal panel and DMD, a configuration capable of modulating the light emitted by the light source 11 can be adopted as the optical modulation device.

1…投射部、2…カメラ、3…情報処理装置、11…光源、12…液晶ライトバルブ、13…投射光学系、21…受光光学系、22…撮像素子、31…操作部、32…表示部、33…記憶部、34…処理部、100…計測装置、200…被計測物、341…投射制御部、342…カメラ制御部、343…第1決定部、344…第2決定部、345…位相特定部、346…距離特定部、347…表示制御部。 1 ... Projection unit, 2 ... Camera, 3 ... Information processing device, 11 ... Light source, 12 ... Liquid crystal light valve, 13 ... Projection optical system, 21 ... Light receiving optical system, 22 ... Image sensor, 31 ... Operation unit, 32 ... Display Unit, 33 ... Storage unit, 34 ... Processing unit, 100 ... Measuring device, 200 ... Measured object, 341 ... Projection control unit, 342 ... Camera control unit, 343 ... First determination unit, 344 ... Second determination unit, 345 ... Phase specifying unit, 346 ... Distance specifying unit, 347 ... Display control unit.

Claims (6)

計測装置が実行する位相決定方法であって、
第1方向にかけて、第1波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを2周期分以上示し、前記第1波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第1画像を、個別に被計測物に投射し、
第2方向にかけて、前記第1波長よりも長い第2波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを示し、前記第2波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第2画像を、個別に前記被計測物に投射し、
前記被計測物へ前記複数の第1画像が個別に投射される第1状況において前記被計測物を撮像することによって第1撮像データを生成し、
前記被計測物へ前記複数の第2画像が個別に投射される第2状況において前記被計測物を撮像することによって第2撮像データを生成し、
前記複数の第1画像のいずれかに示されるパターンである第1パターンにおける前記被計測物の計測位置への投射部分の位相の候補を、前記第1撮像データに基づいて決定し、
前記複数の第2画像のいずれかに示されるパターンである第2パターンにおける前記計測位置への投射部分の位相の候補を、前記第1撮像データと前記第2撮像データとに基づいて決定し、
前記計測位置への投射部分における前記第1パターンの位相を、前記第2パターンの位相の候補を用いて、前記第1パターンの位相の候補の中から特定し、
前記複数の第2画像の数は、前記複数の第1画像の数よりも少ない、
位相決定方法。
It is a phase determination method executed by the measuring device.
A plurality of first images in which the brightness changes according to the sine wave of the first wavelength for two cycles or more in the first direction and the phases of the sine waves of the first wavelength are different from each other are individually measured. Project to
A plurality of second images in which the brightness changes according to the sine wave of the second wavelength longer than the first wavelength in the second direction and the phases of the sine waves of the second wavelength are different from each other are individually displayed. Project on the object to be measured
The first imaging data is generated by imaging the object to be measured in the first situation in which the plurality of first images are individually projected onto the object to be measured.
The second imaging data is generated by imaging the object to be measured in the second situation in which the plurality of second images are individually projected onto the object to be measured.
The phase candidate of the projection portion to the measurement position of the object to be measured in the first pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of first images, is determined based on the first imaging data.
The phase candidate of the projection portion to the measurement position in the second pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of second images, is determined based on the first imaging data and the second imaging data.
The phase of the first pattern in the projection portion to the measurement position is specified from the phase candidates of the first pattern by using the phase candidates of the second pattern.
The number of the plurality of second images is smaller than the number of the plurality of first images.
Phase determination method.
前記第2画像は、前記第2方向にかけて前記第2波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを1周期分のみ示す、
請求項1に記載の位相決定方法。
The second image shows a pattern in which the brightness changes according to the sine wave of the second wavelength in the second direction for only one cycle.
The phase determination method according to claim 1.
前記第2画像は、前記第2方向にかけて前記第2波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを1周期分よりも多く示す、
請求項1に記載の位相決定方法。
The second image shows more patterns in which the brightness changes in accordance with the sine wave of the second wavelength in the second direction than for one cycle.
The phase determination method according to claim 1.
投射部によって、前記複数の第1画像および前記複数の第2画像を前記被計測物に投射し、
カメラによって、前記第1状況および前記第2状況において前記被計測物を撮像し、
前記投射部を仮想カメラとする場合に、
前記第1方向および前記第2方向は、前記被計測物と前記カメラとを結ぶ直線の前記仮想カメラへの投影結果であるエピポーラ線に沿う方向である、
請求項1から3のいずれか1項に記載の位相決定方法。
The projection unit projects the plurality of first images and the plurality of second images onto the object to be measured.
The camera captures the object to be measured in the first situation and the second situation.
When the projection unit is a virtual camera,
The first direction and the second direction are directions along an epipolar line which is a result of projection of a straight line connecting the object to be measured and the camera onto the virtual camera.
The phase determination method according to any one of claims 1 to 3.
第3方向にかけて、第3波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを2周期分以上示し、前記第3波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第3画像を、個別に前記被計測物へ投射し、
第4方向にかけて、前記第3波長よりも長い第4波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを示し、前記第4波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第4画像を、個別に前記被計測物へ投射し、
前記被計測物へ前記複数の第3画像が個別に投射される状況において前記被計測物を撮像することによって第3撮像データを生成し、
前記被計測物へ前記複数の第4画像が個別に投射される状況において前記被計測物を撮像することによって第4撮像データを生成し、
前記複数の第3画像のいずれかに示されるパターンである第3パターンにおける前記計測位置への投射部分の位相の候補を、前記第3撮像データに基づいて決定し、
前記複数の第4画像のいずれかに示されるパターンである第4パターンにおける前記計測位置への投射部分の位相の候補を、前記第3撮像データと前記第4撮像データとに基づいて決定し、
前記計測位置への投射部分における前記第3パターンの位相を、前記第4パターンの位相の候補を用いて、前記第3パターンの位相の候補の中から特定し、
前記複数の第4画像の数は、前記複数の第3画像の数よりも少なく、
前記第1方向は、前記第2方向と交差せず、
前記第3方向は、前記第4方向と交差せず、
前記第1方向は、前記第3方向と交差する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の位相決定方法。
A pattern in which the brightness changes according to the sine wave of the third wavelength is shown for two cycles or more in the third direction, and a plurality of third images having different phases of the sine wave of the third wavelength are individually measured. Project to an object
A plurality of fourth images in which the brightness changes according to the sine wave of the fourth wavelength longer than the third wavelength in the fourth direction and the phases of the sine waves of the fourth wavelength are different from each other are individually displayed. Project to the object to be measured
Third imaging data is generated by imaging the object to be measured in a situation where the plurality of third images are individually projected onto the object to be measured.
The fourth imaging data is generated by imaging the object to be measured in a situation where the plurality of fourth images are individually projected onto the object to be measured.
The phase candidate of the projection portion to the measurement position in the third pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of third images, is determined based on the third imaging data.
The phase candidate of the projection portion to the measurement position in the fourth pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of fourth images, is determined based on the third imaging data and the fourth imaging data.
The phase of the third pattern in the projection portion to the measurement position is specified from the phase candidates of the third pattern by using the phase candidates of the fourth pattern.
The number of the plurality of fourth images is smaller than the number of the plurality of third images.
The first direction does not intersect the second direction and
The third direction does not intersect with the fourth direction,
The first direction intersects the third direction.
The phase determination method according to any one of claims 1 to 4.
第1方向にかけて、第1波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを2周期分以上示し、前記第1波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第1画像を、個別に被計測物へ投射し、第2方向にかけて、前記第1波長よりも長い第2波長の正弦波に合わせて輝度が変化するパターンを示し、前記第2波長の正弦波の位相が互いに異なる複数の第2画像を、個別に前記被計測物へ投射する投射部と、
前記被計測物を撮像するカメラと、
前記被計測物へ前記複数の第1画像が個別に投射される第1状況において前記カメラが前記被計測物を撮像することによって生成する第1撮像データに基づいて、前記複数の第1画像のいずれかに示されるパターンである第1パターンにおける前記被計測物の計測位置への投射部分の位相の候補を決定する第1決定部と、
前記被計測物へ前記複数の第2画像が個別に投射される第2状況において前記カメラが前記被計測物を撮像することによって生成する第2撮像データと、前記第1撮像データと、に基づいて、前記複数の第2画像のいずれかに示されるパターンである第2パターンにおける前記計測位置への投射部分の位相の候補を決定する第2決定部と、
前記計測位置への投射部分における前記第1パターンの位相を、前記第2パターンの位相の候補を用いて、前記第1パターンの位相の候補の中から特定する位相特定部と、
を含み、
前記複数の第2画像の数は、前記複数の第1画像の数よりも少ない、
計測装置。
A plurality of first images in which the brightness changes according to the sine wave of the first wavelength for two cycles or more in the first direction and the phases of the sine waves of the first wavelength are different from each other are individually measured. A plurality of second images in which the brightness changes according to the sine wave of the second wavelength longer than the first wavelength in the second direction, and the phases of the sine waves of the second wavelength are different from each other. To the projection unit that individually projects the object to be measured, and
A camera that captures the object to be measured and
In the first situation where the plurality of first images are individually projected onto the object to be measured, the plurality of first images are based on the first imaging data generated by the camera imaging the object to be measured. A first determination unit that determines a candidate for the phase of the projection portion to the measurement position of the object to be measured in the first pattern, which is a pattern shown in any one of them,
Based on the second imaging data generated by the camera imaging the object to be measured in the second situation in which the plurality of second images are individually projected onto the object to be measured, and the first imaging data. The second determination unit, which determines the phase candidate of the projection portion to the measurement position in the second pattern, which is the pattern shown in any of the plurality of second images,
A phase specifying unit that specifies the phase of the first pattern in the projection portion to the measurement position from the phase candidates of the first pattern using the phase candidates of the second pattern.
Including
The number of the plurality of second images is smaller than the number of the plurality of first images.
Measuring device.
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