JP2022130940A - Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、3次元計測装置及び3次元計測方法に関する。 The present disclosure relates to a three-dimensional measuring device and a three-dimensional measuring method.
物体の3次元計測方法として、特許文献1に開示されているような位相シフト法が知られている。位相シフト法に基づいて物体の3次元形状を計測する場合、正弦波状の明度分布の縞パターンが位相シフトしながら物体に投影される。縞パターンが投影された物体が撮像されることにより、物体の画像が取得される。
A phase shift method as disclosed in
例えば物体の表面の光反射率が低い場合、撮像装置により取得される物体の画像が不明瞭になる可能性がある。物体の画像が不明瞭になると、3次元計測の信頼性が低下する可能性がある。 For example, if the surface of the object has low light reflectance, the image of the object acquired by the imaging device may be unclear. If the image of the object becomes unclear, the reliability of the three-dimensional measurement may decrease.
本開示は、3次元計測の信頼性の低下を抑制することを目的とする。 An object of the present disclosure is to suppress deterioration in the reliability of three-dimensional measurement.
本開示に従えば、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体に投影されるように投影装置を制御する投影制御部と、1種類の縞パターンの投影において取得される物体の基礎画像の取得回数を決定する撮像回数決定部と、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数だけ取得されるように撮像装置を制御する撮像制御部と、取得回数の基礎画像を合成して複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する合成画像生成部と、複数の合成画像に基づいて、物体の3次元形状を算出する3次元形状算出部と、を備える、3次元計測装置が提供される。 According to the present disclosure, a projection control unit that controls a projection device so that a plurality of types of fringe patterns with sinusoidal lightness distributions with mutually different phases are projected onto an object, and one type of fringe pattern obtained in projection. an imaging control unit that controls the imaging device so that the basic image is obtained by the number of acquisition times in each projection of a plurality of types of stripe patterns; and the acquisition number of times. A synthetic image generation unit that synthesizes the basic images to generate a plurality of synthetic images corresponding to each of the plurality of types of striped patterns, and a 3D shape calculation that calculates the 3D shape of the object based on the multiple synthetic images A three-dimensional measurement device is provided, comprising:
本開示によれば、3次元計測の信頼性の低下が抑制される。 According to the present disclosure, deterioration in reliability of three-dimensional measurement is suppressed.
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings, but the present disclosure is not limited to the embodiments. The constituent elements of the embodiments described below can be combined as appropriate. Also, some components may not be used.
実施形態においては、XYZ直交座標系を設定し、XYZ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のX軸と平行な方向をX軸方向とし、X軸と直交する所定面のY軸と平行な方向をY軸方向とし、所定面と直交するZ軸と平行な方向をZ軸方向とする。また、X軸を中心とする回転又は傾斜方向をθX方向とし、Y軸を中心とする回転又は傾斜方向をθY方向とし、Z軸を中心とする回転又は傾斜方向をθZ方向とする。XY平面は所定面である。 In the embodiment, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each part will be described with reference to the XYZ orthogonal coordinate system. The direction parallel to the X-axis of a predetermined surface is defined as the X-axis direction, the direction parallel to the Y-axis of a predetermined surface orthogonal to the X-axis is defined as the Y-axis direction, and the direction parallel to the Z-axis orthogonal to the predetermined surface is defined as the Z-axis direction. and The rotation or tilting direction about the X axis is the θX direction, the rotation or tilting direction about the Y axis is the θY direction, and the rotation or tilting direction about the Z axis is the θZ direction. The XY plane is a predetermined plane.
[3次元計測装置]
図1は、実施形態に係る3次元計測装置1を模式的に示す図である。3次元計測装置1は、位相シフト法に基づいて、物体Wの3次元形状を計測する。図1に示すように、3次元計測装置1は、ステージ2と、投影装置3と、撮像装置4と、制御装置5とを備える。
[Three-dimensional measuring device]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a three-
ステージ2は、計測対象である物体Wを支持する。
The
投影装置3は、ステージ2に支持されている物体Wに縞パターンを投影する。投影装置3は、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトしながら物体Wに投影する。投影装置3は、光源31と、光変調素子32と、投影光学系33とを有する。光源31は、光を発生する。光変調素子32は、光源31から射出された光を光変調して縞パターンを生成する。光変調素子32として、デジタルミラーデバイス(DMD:Digital Mirror Device)、透過型液晶パネル、及び反射型液晶パネルが例示される。投影光学系33は、光変調素子32で生成された縞パターンを物体Wに投影する。
撮像装置4は、縞パターンが投影された物体Wを撮像する。撮像装置4は、縞パターンが投影された物体Wの画像を取得する。撮像装置4は、結像光学系41と、撮像素子42とを有する。結像光学系41は、物体Wで反射した縞パターンの像を撮像素子42に形成する。撮像素子42は、結像光学系41を介して物体Wの画像を取得する。撮像素子42として、CMOSイメージセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)又はCCDイメージセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)が例示される。
The
制御装置5は、コンピュータシステムを含む。制御装置5は、投影装置3及び撮像装置4を制御する。制御装置5は、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ROM(Read Only Memory)又はRAM(Random Access Memory)のようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
Controller 5 includes a computer system. The control device 5 controls the
[制御装置]
図2は、実施形態に係る制御装置5を示す機能ブロック図である。制御装置5は、投影制御部51と、撮像制御部52と、基礎画像取得部53と、パラメータ算出部54と、撮像回数決定部55と、合成画像生成部56と、3次元形状算出部57とを有する。
[Control device]
FIG. 2 is a functional block diagram showing the control device 5 according to the embodiment. The control device 5 includes a projection control unit 51 , an
投影制御部51は、投影装置3を制御する。投影制御部51は、正弦波状の明度分布の縞パターンが位相シフトしながら物体Wに投影されるように投影装置3を制御する。すなわち、投影制御部51は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体Wに投影されるように投影装置3を制御する。
The projection controller 51 controls the
投影装置3は、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体Wに投影する。投影装置3は、位相が相互に異なる少なくとも3種類の縞パターンを物体Wに投影する。実施形態において、投影装置3は、位相が相互に異なる4種類の縞パターンを物体Wに投影する。投影装置3は、位相がπ/2ずつ異なる4種類の縞パターンを物体Wに投影する。
The
図3は、実施形態に係る縞パターンを示す図である。図3に示すように、実施形態において、縞パターンは、位相シフト量が0°(初期位相=0)である第1縞パターンと、位相シフト量が90°(初期位相=π/2)である第2縞パターンと、位相シフト量が180°(初期位相=π)である第3縞パターンと、位相シフト量が270°(初期位相=3π/2)である第4縞パターンとを含む。投影装置3は、第1縞パターン、第2縞パターン、第3縞パターン、及び第4縞パターンのそれぞれを物体Wに順次投影する。
FIG. 3 is a diagram showing a stripe pattern according to the embodiment. As shown in FIG. 3, in the embodiment, the fringe pattern includes a first fringe pattern with a phase shift amount of 0° (initial phase=0) and a first fringe pattern with a phase shift amount of 90° (initial phase=π/2). a second fringe pattern, a third fringe pattern with a phase shift of 180° (initial phase=π), and a fourth fringe pattern with a phase shift of 270° (initial phase=3π/2) . The
撮像制御部52は、撮像装置4を制御する。撮像制御部52は、縞パターンが投影された物体Wが撮像装置4により撮像されるように、撮像装置4を制御する。
The
基礎画像取得部53は、撮像装置4により撮像された物体Wの画像を示す基礎画像を撮像装置4から取得する。基礎画像は、1種類の縞パターンの投影において撮像装置4により取得される物体Wの画像である。第1縞パターンが投影された物体Wを撮像装置4が撮像した場合、基礎画像取得部53は、第1縞パターンが投影された物体Wの画像を示す第1基礎画像を取得する。第2縞パターンが投影された物体Wを撮像装置4が撮像した場合、基礎画像取得部53は、第2縞パターンが投影された物体Wの画像を示す第2基礎画像を取得する。第3縞パターンが投影された物体Wを撮像装置4が撮像した場合、基礎画像取得部53は、第3縞パターンが投影された物体Wの画像を示す第3基礎画像を取得する。第4縞パターンが投影された物体Wを撮像装置4が撮像した場合、基礎画像取得部53は、第4縞パターンが投影された物体Wの画像を示す第4基礎画像を取得する。
The basic image acquiring unit 53 acquires from the imaging device 4 a basic image representing an image of the object W captured by the
パラメータ算出部54は、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において取得された基礎画像の画素の輝度値に基づいて、基礎画像の画素ごとに正弦波のパラメータを算出する。
The
基礎画像における座標(x,y)の画素の輝度値In(x,y)(n=0,1,2,3)は、以下の(1)式で表される。 A luminance value I n (x, y) (n=0, 1, 2, 3) of a pixel at coordinates (x, y) in the basic image is represented by the following equation (1).
(1)式において、A(x,y)は、撮像時の正弦波の輝度値のコントラストを示す。B(x,y)は、輝度値のバイアス成分を示す。θ(x,y)は、画素における正弦波の位相値を示す。 In equation (1), A(x, y) represents the contrast of the luminance value of the sine wave at the time of imaging. B(x, y) indicates the bias component of the luminance value. θ(x, y) indicates the phase value of the sine wave at the pixel.
パラメータ算出部54は、基礎画像の各画素の輝度値In(x,y)に基づいて、基礎画像の各画素それぞれの位相値θ(x,y)を算出する。位相値θ(x,y)は、4つの基礎画像(第1基礎画像、第2基礎画像、第3基礎画像、第4基礎画像)の同一画素における輝度値In(x,y)から、以下の(2)式に基づいて算出される。
The
(2)式において、I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)、及びI3(x,y)のそれぞれは、第1基礎画像、第2基礎画画像、第3基礎画像、及び第4基礎画像のそれぞれの同一画素における輝度値を示す。 In equation (2), I 0 (x, y), I 1 (x, y), I 2 (x, y), and I 3 (x, y) are the first base image and the second base image, respectively. 4 shows the luminance values of the same pixels in each of the image, the third basic image, and the fourth basic image.
パラメータ算出部54は、基礎画像の画素ごとに正弦波のパラメータを算出する。正弦波のパラメータは、コントラストA(x,y)、バイアス成分B(x,y)、及び位相値θ(x,y)を含む。
The
図4は、実施形態に係る正弦波のパラメータを示す図である。パラメータ算出部54は、(1)式、(2)式、及び撮像装置4によって観測される輝度値In(I0,I1,I2,I3)に基づいて、画素ごとに、正弦波のパラメータであるコントラストA(x,y)、バイアス成分B(x,y)、及び位相値θ(x、y)を算出することができる。また、パラメータ算出部54は、正弦波のパラメータに基づいて、画素における正弦波を推定することができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating parameters of a sine wave according to an embodiment; The parameter calculator 54 calculates a sine The wave parameters contrast A(x,y), bias component B(x,y), and phase value θ(x,y) can be calculated. Also, the
図4に示すように、コントラストA(x,y)は、正弦波の振幅値を意味する。バイアス成分B(x,y)は、正弦波の振幅の中心値を意味する。 As shown in FIG. 4, the contrast A(x, y) means the amplitude value of the sine wave. The bias component B(x, y) means the central value of the amplitude of the sine wave.
撮像回数決定部55は、1種類の縞パターンの投影において取得される物体Wの基礎画像の取得回数Nを決定する。
The number-of-
撮像制御部52は、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数Nだけ取得されるように撮像装置4を制御する。取得回数Nは、複数である。取得回数Nは、2以上の自然数である。例えば、第1縞パターンが物体Wに投影された場合、撮像制御部52は、第1縞パターンが投影された物体Wが取得回数Nだけ撮像されるように、撮像装置4を制御する。撮像装置4は、第1縞パターンが投影された物体Wを取得回数Nだけ撮像する。基礎画像取得部53は、取得回数Nと同じ数の第1基礎画像を取得する。第2縞パターンが物体Wに投影された場合、撮像制御部52は、第2縞パターンが投影された物体Wが取得回数Nだけ撮像されるように、撮像装置4を制御する。撮像装置4は、第2縞パターンが投影された物体Wを取得回数Nだけ撮像する。基礎画像取得部53は、取得回数Nと同じ数の第2基礎画像を取得する。第3縞パターンが物体Wに投影された場合及び第4縞パターンが物体に投影された場合も同様である。
The
合成画像生成部56は、取得回数Nと同じ数の基礎画像を合成して、複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する。例えば、合成画像生成部56は、取得回数Nと同じ数の第1基礎画像を合成して、第1縞パターンに対応する第1合成画像を生成する。合成画像生成部56は、取得回数Nと同じ数の第2基礎画像を合成して、第2縞パターンに対応する第2合成画像を生成する。合成画像生成部56は、取得回数Nと同じ数の第3基礎画像を合成して、第3縞パターンに対応する第3合成画像を生成する。合成画像生成部56は、取得回数Nと同じ数の第4基礎画像を合成して、第4縞パターンに対応する第4合成画像を生成する。 The synthetic image generation unit 56 synthesizes the same number of basic images as the acquisition times N to generate a plurality of synthetic images corresponding to each of the plurality of types of striped patterns. For example, the synthetic image generation unit 56 synthesizes the same number of first basic images as the acquisition times N to generate the first synthetic image corresponding to the first striped pattern. The synthetic image generation unit 56 synthesizes the same number of second basic images as the acquisition times N to generate a second synthetic image corresponding to the second striped pattern. The synthetic image generation unit 56 synthesizes the same number of third basic images as the acquisition times N to generate a third synthetic image corresponding to the third striped pattern. The synthetic image generation unit 56 synthesizes the fourth basic images as many as the acquisition times N to generate a fourth synthetic image corresponding to the fourth striped pattern.
実施形態において、複数の基礎画像を合成することは、複数の基礎画像を加算処理することを含む。複数の基礎画像の加算処理は、複数の基礎画像の同一画素の輝度値In(x,y)を加算することを含む。これにより、基礎画像において低い輝度値In(x,y)の画素が存在しても、複数の輝度値In(x,y)が加算されることにより、合成画像においては、高い輝度値Jn(x,y)の画素が得られる。 In an embodiment, synthesizing the plurality of base images includes adding the plurality of base images. The addition processing of multiple basic images includes adding the luminance values I n (x, y) of the same pixel of multiple basic images. As a result, even if there is a pixel with a low luminance value I n (x, y) in the basic image, by adding a plurality of luminance values I n (x, y), the synthesized image has a high luminance value Jn (x,y) pixels are obtained.
撮像回数決定部55は、合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)が予め定められている閾値Th以上になるように、取得回数Nを決定する。
The number-of-
実施形態において、撮像回数決定部55は、上述した正弦波のパラメータに基づいて、取得回数Nを決定する。実施形態において、閾値Thは、正弦波のコントラストAの2倍の値よりも大きくなるように定められる。すなわち、閾値Thは、基礎画像の画素の輝度値In(x,y)の最大値と最小値との差よりも大きい値に定められる。撮像回数決定部55は、合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)がコントラストAの2倍の値よりも大きい条件において取得回数Nが最小になるように、取得回数Nを決定する。
In the embodiment, the imaging
3次元形状算出部57は、複数の合成画像(第1合成画像、第2合成画像、第3合成画像、第4合成画像)に基づいて、物体Wの3次元形状を算出する。3次元形状算出部57は、複数の合成画像の各画素の位相値θに基づいて、合成画像の各画素に対応する物体Wの複数の点のそれぞれの高さデータを算出して、物体Wの3次元形状を算出する。 The three-dimensional shape calculator 57 calculates the three-dimensional shape of the object W based on a plurality of synthesized images (first synthesized image, second synthesized image, third synthesized image, fourth synthesized image). The three-dimensional shape calculation unit 57 calculates height data of each of a plurality of points of the object W corresponding to each pixel of the composite image based on the phase value θ of each pixel of the plurality of composite images. Calculate the three-dimensional shape of
[3次元計測方法]
次に、実施形態に係る3次元計測方法について説明する。図5は、実施形態に係る3次元計測方法を示すフローチャートである。図6は、実施形態に係る3次元計測方法を示す模式図である。
[Three-dimensional measurement method]
Next, a three-dimensional measurement method according to the embodiment will be described. FIG. 5 is a flow chart showing a three-dimensional measurement method according to the embodiment. FIG. 6 is a schematic diagram showing a three-dimensional measurement method according to the embodiment.
投影制御部51は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体Wに投影されるように、投影装置3を制御する。投影装置3は、第1縞パターン、第2縞パターン、第3縞パターン、及び第4縞パターンのそれぞれを物体Wに順次投影する。撮像制御部52は、第1縞パターン、第2縞パターン、第3縞パターン、及び第4縞パターンのそれぞれが投影された物体Wが撮像装置4により順次撮像されるように、撮像装置4を制御する(ステップS1)。
The projection control unit 51 controls the
基礎画像取得部53は、第1縞パターンが投影された物体Wの第1基礎画像、第2縞パターンが投影された物体Wの第2基礎画像、第3縞パターンが投影された物体Wの第3基礎画像、及び第4縞パターンが投影された物体Wの第4基礎画像のそれぞれを取得する(ステップS2)。 The basic image acquisition unit 53 obtains a first basic image of the object W onto which the first stripe pattern is projected, a second basic image of the object W onto which the second stripe pattern is projected, and an image of the object W onto which the third stripe pattern is projected. A third basic image and a fourth basic image of the object W onto which the fourth fringe pattern is projected are obtained (step S2).
パラメータ算出部54は、基礎画像(第1基礎画像、第2基礎画像、第3基礎画像、第4基礎画像)の画素の輝度値In(x,y)が予め定められている閾値Th以上か否かを判定する(ステップS3)。
The
ステップS3において、基礎画像の画素の輝度値In(x,y)が閾値Th以上であると判定された場合(ステップS3:Yes)、3次元形状算出部57は、複数の基礎画像に基づいて、物体Wの3次元形状を算出する(ステップS4)。 In step S3, when it is determined that the luminance value I n (x, y) of the pixel of the basic image is equal to or greater than the threshold Th (step S3: Yes), the three-dimensional shape calculation unit 57 calculates the Then, the three-dimensional shape of the object W is calculated (step S4).
すなわち、3次元形状算出部57は、1つの第1基礎画像と、1つの第2基礎画像と、1つの第3基礎画像と、1つの第4基礎画像とに基づいて、物体Wの3次元形状を算出する。 That is, the three-dimensional shape calculation unit 57 calculates the three-dimensional shape of the object W based on one first basic image, one second basic image, one third basic image, and one fourth basic image. Calculate the shape.
ステップS3において、基礎画像の画素の輝度値In(x,y)が閾値Th以上ではない判定された場合(ステップS3:No)、撮像回数決定部55は、合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)が予め定められている閾値Th以上になるように、1種類の縞パターンの投影において取得される物体Wの基礎画像の取得回数Nを決定する(ステップS5)。
If it is determined in step S3 that the luminance value I n (x, y) of the pixel of the basic image is not equal to or greater than the threshold value Th (step S3: No), the number-of-
実施形態において、撮像回数決定部55は、合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)がコントラストAの2倍の値よりも大きい条件において取得回数Nが最小になるように、取得回数Nを決定する。
In the embodiment, the number-of-
投影制御部51は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体Wに投影されるように、投影装置3を制御する。投影装置3は、第1縞パターン、第2縞パターン、第3縞パターン、及び第4縞パターンのそれぞれを物体Wに順次投影する。撮像制御部52は、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数Nだけ取得されるように、撮像装置4を制御する(ステップS6)。
The projection control unit 51 controls the
ステップS1において、基礎画像が1回だけ取得されている。ステップS3において取得回数Nが例えば4回であると決定された場合、撮像制御部52は、ステップS6において基礎画像が3回だけ取得されるように、撮像装置4を制御する。
In step S1, the basic image is acquired only once. If it is determined in step S3 that the acquisition count N is, for example, 4, the
基礎画像取得部53は、3つの第1基礎画像、3つの第2基礎画像、3つの第3基礎画像、及び3つの第4基礎画像のそれぞれを取得する(ステップS7)。 The basic image acquiring unit 53 acquires each of the three first basic images, the three second basic images, the three third basic images, and the three fourth basic images (step S7).
ステップS2の処理とステップS7の処理とを合わせて、基礎画像取得部53は、4つの第1基礎画像、4つの第2基礎画像、4つの第3基礎画像、及び4つの第4基礎画像のそれぞれを取得したことになる。 Combining the processing in step S2 and the processing in step S7, the basic image acquisition unit 53 obtains four first basic images, four second basic images, four third basic images, and four fourth basic images. I have obtained each.
実施形態において、4つの第1基礎画像のそれぞれを取得するときに光源31から射出される光の光量は、同一である。同様に、4つの第2基礎画像のそれぞれを取得するときに光源31から射出される光の光量と、4つの第3基礎画像のそれぞれを取得するときに光源31から射出される光の光量と、4つの第4基礎画像のそれぞれを取得するときに光源31から射出される光の光量とは、同一である。
In the embodiment, the amount of light emitted from the
合成画像生成部56は、取得回数Nと同じ数の基礎画像を合成して、複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する(ステップS8)。 The synthetic image generation unit 56 synthesizes the same number of basic images as the number of acquisition times N to generate a plurality of synthetic images corresponding to each of the plurality of types of striped patterns (step S8).
実施形態において、合成画像生成部56は、4つの第1基礎画像を合成して、第1合成画像を生成する。合成画像生成部56は、4つの第2基礎画像を合成して、第2合成画像を生成する。合成画像生成部56は、4つの第3基礎画像を合成して、第3合成画像を生成する。合成画像生成部56は、4つの第4基礎画像を合成して、第4合成画像を生成する。 In the embodiment, the synthetic image generator 56 synthesizes the four first basic images to generate the first synthetic image. The composite image generator 56 composites the four second basic images to generate a second composite image. The composite image generator 56 composites the four third basic images to generate a third composite image. The composite image generator 56 composites the four fourth basic images to generate a fourth composite image.
3次元形状算出部57は、複数の合成画像に基づいて、物体Wの3次元形状を算出する(ステップS9)。 The three-dimensional shape calculator 57 calculates the three-dimensional shape of the object W based on the multiple composite images (step S9).
すなわち、3次元形状算出部57は、1つの第1合成画像と、1つの第2合成画像と、1つの第3合成画像と、1つの第4合成画像とに基づいて、物体Wの3次元形状を算出する。 That is, the three-dimensional shape calculation unit 57 calculates the three-dimensional shape of the object W based on one first synthesized image, one second synthesized image, one third synthesized image, and one fourth synthesized image. Calculate the shape.
[効果]
以上説明したように、実施形態によれば、例えば物体Wの表面の光反射率が低く、1回の撮像で取得された基礎画像の画素の輝度値In(x,y)が低い場合、更に複数回の撮像が実施され、基礎画像が取得回数Nだけ取得される。基礎画像が取得回数Nだけ取得された後、取得回数Nと同じ数の基礎画像が合成されて合成画像が生成される。合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)は高い。3次元形状算出部57は、高い輝度値Jn(x,y)の画素により構成された合成画像に基づいて、物体Wの3次元形状を算出することができる。これにより、3次元計測の信頼性の低下が抑制される。
[effect]
As described above, according to the embodiment, for example, when the light reflectance of the surface of the object W is low and the luminance value I n (x, y) of the pixel of the basic image acquired by one imaging is low, Furthermore, imaging is performed a plurality of times, and the basic image is acquired for the number of times N of acquisitions. After the basic images are acquired the number of acquisition times N, the same number of basic images as the number of acquisition times N are combined to generate a composite image. The brightness value J n (x, y) of the pixels of the composite image is high. The three-dimensional shape calculator 57 can calculate the three-dimensional shape of the object W based on a composite image composed of pixels with high luminance values J n (x, y). This suppresses deterioration in the reliability of three-dimensional measurement.
光源31から射出される光の光量を増大させることにより、基礎画像の画素の輝度値In(x,y)を高くすることができる。しかし、光源31から射出される光の光量を増大させると、光源31の発熱量が大きくなってしまう。また、撮像装置4のシャッター速度を遅くすることにより、基礎画像の画素の輝度値In(x,y)を高くすることができる。しかし、撮像装置4のシャッター速度を遅くすると、基礎画像がぶれてしまう可能性が高くなる。実施形態においては、1つの基礎画像の画素の輝度値In(x,y)が低い場合、複数の基礎画像が合成されて合成画像が生成される。これにより、光源31の発熱量が大きくなること及び基礎画像がぶれることが抑制された状態で、物体Wの3次元形状が精度良く算出される。
By increasing the amount of light emitted from the
撮像回数決定部55は、合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)が予め定められている閾値Th以上になるように、取得回数Nを決定する。これにより、高い輝度値Jn(x,y)の画素により構成された合成画像が生成される。
The number-of-
パラメータ算出部54は、基礎画像の各画素における正弦波のパラメータとして、正弦波のコントラストA、バイアス成分B、及び位相値θを算出する。撮像回数決定部55は、正弦波のコントラストAに基づいて、取得回数Nを決定する。これにより、高い輝度値Jn(x,y)の画素により構成された合成画像が生成される。
The
閾値Thは、コントラストAの2倍の値よりも大きい。すなわち、閾値Thは、基礎画像の画素の輝度値In(x,y)の最大値と最小値との差よりも大きい。これにより、高い輝度値Jn(x,y)の画素により構成された合成画像が生成される。 The threshold Th is greater than twice the contrast A value. That is, the threshold Th is larger than the difference between the maximum and minimum values of the luminance values I n (x, y) of the pixels of the basic image. As a result, a composite image composed of pixels with high luminance values J n (x, y) is generated.
撮像回数決定部55は、合成画像の画素の輝度値Jn(x,y)がコントラストAの2倍の値よりも大きい条件において取得回数Nが最小になるように、取得回数Nを決定する。例えば、取得回数Nが3回では[Jn(x,y)≧2×A]であり、取得回数Nが4回以上では[Jn(x,y)<2×A]である場合、取得回数Nは5回には決定されず4回に決定される。これにより、撮像装置4による基礎画像の取得回数Nが不必要に多くなることが抑制される。したがって、3次元計測装置1の計測時間の長期化が抑制される。
The number-of-
[その他の実施形態]
上述の実施形態において、基礎画像を取得回数Nだけ取得する場合、光源31の光量が変更されてもよい。例えば、上述のステップS1において光源31が第1光量で光を射出し、ステップS3において基礎画像の画素の輝度値In(x,y)が閾値Th以上ではない判定された場合、ステップS7において取得される基礎画像の画素の輝度値In(x,y)が高くなるように、ステップS6において光源31が第1光量よりも高い第2光量で光を射出してもよい。
[Other embodiments]
In the above-described embodiment, when the basic image is acquired N times, the amount of light of the
なお、物体Sの表面に光反射率が低い領域と光反射率が高い領域との両方が存在する場合、光反射率が高い領域に対応する合成画像は、基礎画像を加算処理するのではなく、基礎画像を平均化処理してもよい。複数の基礎画像の平均化処理は、複数の基礎画像の同一画素の輝度値In(x,y)の平均値を算出することを含む。これにより、基礎画像において高過ぎる輝度値In(x,y)の画素が存在しても、複数の輝度値In(x,y)が平均化されることにより、合成画像においては、適正な輝度値Jn(x,y)の画素が得られる。また、平均化処理により合成画像が生成されることにより、合成画像においてランダムノイズが低減される。 Note that when both a region with a low light reflectance and a region with a high light reflectance exist on the surface of the object S, the synthesized image corresponding to the region with the high light reflectance is obtained by adding the basic images instead of adding the basic images. , the basic image may be averaged. Averaging processing of a plurality of basic images includes calculating an average value of luminance values I n (x, y) of the same pixel of a plurality of basic images. As a result, even if there is a pixel with a luminance value I n (x, y) that is too high in the basic image, a plurality of luminance values I n (x, y) are averaged, so that the synthesized image has an appropriate A pixel with a brightness value J n (x, y) is obtained. In addition, random noise is reduced in the composite image by generating the composite image through the averaging process.
1…3次元計測装置、2…ステージ、3…投影装置、4…撮像装置、5…制御装置、31…光源、32…光変調素子、33…投影光学系、41…結像光学系、42…撮像素子、51…投影制御部、52…撮像制御部、53…基礎画像取得部、54…パラメータ算出部、55…撮像回数決定部、56…合成画像生成部、57…3次元形状算出部、W…物体。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
1種類の前記縞パターンの投影において取得される前記物体の基礎画像の取得回数を決定する撮像回数決定部と、
複数種類の前記縞パターンのそれぞれの投影において前記基礎画像が前記取得回数だけ取得されるように撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記取得回数の前記基礎画像を合成して複数種類の前記縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する合成画像生成部と、
複数の前記合成画像に基づいて、前記物体の3次元形状を算出する3次元形状算出部と、を備える、
3次元計測装置。 a projection control unit that controls a projection device so that a plurality of types of sinusoidal lightness distribution fringe patterns with mutually different phases are projected onto an object;
an imaging number determination unit that determines the number of acquisition times of the basic image of the object acquired in projecting one type of the fringe pattern;
an imaging control unit that controls an imaging device so that the basic image is acquired the number of acquisition times in each projection of the plurality of types of the stripe patterns;
a synthetic image generation unit that synthesizes the basic images obtained the number of times to generate a plurality of synthetic images corresponding to each of the plurality of types of stripe patterns;
a three-dimensional shape calculation unit that calculates the three-dimensional shape of the object based on the plurality of synthesized images;
3D measuring device.
請求項1に記載の3次元計測装置。 The number-of-images determining unit determines the number of acquisitions so that the luminance value of a pixel of the synthesized image is equal to or greater than a predetermined threshold.
The three-dimensional measuring device according to claim 1.
前記撮像回数決定部は、前記パラメータに基づいて前記取得回数を決定する、
請求項2に記載の3次元計測装置。 A parameter calculation unit that calculates a sine wave parameter for each pixel of the basic image based on the luminance value of the pixel of the basic image obtained in each projection of the plurality of types of the fringe patterns,
The imaging count determination unit determines the acquisition count based on the parameter.
The three-dimensional measuring device according to claim 2.
前記閾値は、前記コントラストの2倍の値よりも大きい、
請求項3に記載の3次元計測装置。 the parameter includes a contrast of the sine wave;
the threshold is greater than twice the contrast;
The three-dimensional measuring device according to claim 3.
請求項4に記載の3次元計測装置。 The number-of-images determining unit determines the number of times of acquisition so that the number of times of acquisition is the minimum under a condition where the brightness value of the pixel of the synthesized image is greater than twice the contrast.
The three-dimensional measuring device according to claim 4.
1種類の前記縞パターンの投影において取得される前記物体の基礎画像の取得回数を決定することと、
複数種類の前記縞パターンのそれぞれの投影において前記基礎画像を前記取得回数だけ取得することと、
前記取得回数の前記基礎画像を合成して複数種類の前記縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成することと、
複数の前記合成画像に基づいて、前記物体の3次元形状を算出することと、を含む、
3次元計測方法。 Projecting a plurality of types of sinusoidal lightness distribution fringe patterns with mutually different phases onto an object;
Determining the number of acquisitions of the basic image of the object acquired in projecting one type of the fringe pattern;
Acquiring the basic image for the number of acquisition times in projection of each of the plurality of types of the fringe patterns;
synthesizing the basic images obtained the number of times to generate a plurality of synthesized images respectively corresponding to the plurality of types of the stripe patterns;
calculating a three-dimensional shape of the object based on a plurality of the composite images;
Three-dimensional measurement method.
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