JP2023095304A - Calibration method of x-ray measurement apparatus - Google Patents

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常太 宮倉
Jota Miyakura
正人 今
Masato Kon
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Abstract

To dispense with prior highly accurate three-dimensional measurement of a calibration jig of an X-ray measurement apparatus.SOLUTION: A calibration method comprises: a placement step of placing on a rotary table 120 a calibration jig 102 which includes a plurality of reference objects (ball 106) and can be arranged so as to move by M standard (M≥4) or greater; a feature position calculation step of specifying a position (ball gravity center coordinates Im'(i,j)) of a feature point of a projection image of each reference object at the M standard from the output of an X-ray image detector 124 by irradiating the calibration jig 102 with X-ray 118; a transformation matrix calculation step of calculating a transformation matrix H(i) including a camera parameter A from the position of the feature point of the projection image of each reference object at the M standard and a relative position interval O(i); a parameter optimization step of optimizing the camera parameter A so as to reduce a difference E between the position of the feature point of the projection image and the relative position interval; and a center position calculation step of calculating a rotation center position Cp of the rotary table 120 by using the relative position of the feature point calculated by using the optimized camera parameter A.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、X線計測装置の校正方法に係り、特に、X線計測装置の校正治具の事前の高精度三次元測定が不要なX線計測装置の校正方法に関する。 The present invention relates to a method for calibrating an X-ray measuring device, and more particularly to a method for calibrating an X-ray measuring device that does not require prior high-precision three-dimensional measurement of a calibration jig for the X-ray measuring device.

従来、X線計測装置(計測用X線CT装置)は、X線を用いて被測定物を三次元形状計測することができ、外観からでは確認困難な鋳物部品の鬆、溶接部品の溶接不良、および電子回路部品の回路パターンの欠陥など、主に観察・検査に用いられてきた。しかし、近年、3Dプリンタの普及も手伝い、加工品内部の3D寸法計測とその高精度化の需要が増大しつつある。このような需要に対して、X線計測装置にさらなる寸法計測の高精度化が望まれている。 Conventionally, an X-ray measuring device (X-ray CT device for measurement) can measure the three-dimensional shape of an object to be measured using X-rays. , and circuit pattern defects of electronic circuit components. However, in recent years, with the help of the spread of 3D printers, the demand for 3D dimension measurement inside processed products and its high precision is increasing. In order to meet such demands, there is a demand for an X-ray measuring apparatus with higher accuracy in dimensional measurement.

このX線計測装置の再構成には、回転テーブル位置や線源-X線検出器間距離などの情報が必要である。従って、X線計測装置における寸法計測をより高精度に実施するためには、特許文献1に記載されているように、測定開始前に装置固有の各種校正を行うことが重要となっている。 Reconfiguration of this X-ray measuring apparatus requires information such as the position of the rotary table and the distance between the radiation source and the X-ray detector. Therefore, in order to perform dimensional measurement with an X-ray measuring apparatus with higher accuracy, it is important to perform various calibrations specific to the apparatus before starting measurement, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200316.

そのための校正処理では、校正治具要素の三次元位置が既知であることを前提としている。 The calibration process for that purpose assumes that the three-dimensional positions of the calibration jig elements are known.

特開2000-298105号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-298105

しかしながら、校正治具の経年変化による変形には対応できず、また、幾何要素測定が容易な配置である必要があるという制約があった。 However, there is a constraint that it cannot cope with the deformation of the calibration jig due to secular change, and that it must be an arrangement that facilitates geometric element measurement.

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、X線計測装置の校正治具の事前の高精度三次元測定が不要なX線計測装置の校正方法を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for calibrating an X-ray measuring device that does not require prior high-precision three-dimensional measurement of a calibration jig for the X-ray measuring device. and

本願の請求項1に係る発明は、X線を用いて被測定物を三次元形状計測するX線計測装置の校正方法であって、前記X線計測装置は、前記X線を発生させるX線源と、前記被測定物を回転可能に載置する回転テーブルと、該被測定物を透過した該X線を検出するX線画像検出器と、を備え、該X線画像検出器への投影像によって特定可能な形状の複数の基準物体を有し、M水準(M≧4)以上移動して配置可能な校正治具を、前記回転テーブルに載置する載置工程と、前記X線を該校正治具に照射し該X線画像検出器の出力から、M水準にある該基準物体それぞれの投影像の特徴点の位置を特定する特徴位置算出工程と、M水準にある該基準物体それぞれの投影像の特徴点の位置と相対位置間隔から、該基準物体の前記X線画像検出器の検出面への射影変換を行うための、カメラパラメータを含む変換行列を算出する変換行列算出工程と、前記投影像の特徴点の位置と前記相対位置間隔の差が小さくなるように前記カメラパラメータを最適化するパラメータ最適化工程と、前記最適化したカメラパラメータを用いて算出した特徴点の相対位置を用いて前記回転テーブルの回転中心位置を算出する中心位置算出工程と、を含むことにより、前記課題を解決したものである。 The invention according to claim 1 of the present application is a method for calibrating an X-ray measuring device for three-dimensional shape measurement of an object to be measured using X-rays, wherein the X-ray measuring device generates the X-rays a source, a rotary table on which the object to be measured is rotatably mounted, and an X-ray image detector for detecting the X-rays transmitted through the object to be measured, wherein projection onto the X-ray image detector a mounting step of mounting a calibration jig having a plurality of reference objects having shapes identifiable by an image and capable of being moved and arranged by M levels (M≧4) or more on the rotary table; a feature position calculation step of irradiating the calibration jig and specifying the position of the feature point of the projection image of each of the reference objects at M levels from the output of the X-ray image detector, and each of the reference objects at M levels a conversion matrix calculation step of calculating a conversion matrix including camera parameters for performing projective conversion to the detection plane of the X-ray image detector of the reference object from the positions and relative position intervals of the feature points of the projected image of , a parameter optimization step of optimizing the camera parameters so that the difference between the positions of the feature points of the projected image and the relative position intervals is small; and the relative positions of the feature points calculated using the optimized camera parameters. and a center position calculation step of calculating the rotation center position of the rotary table using .

本願の請求項2に係る発明は、前記パラメータ最適化工程が、まず、前記カメラパラメータに適当な初期値を設定して各基準物体の相対位置O(i)を求める第1の工程と、前記各基準物体の位置座標X(j)と特徴点座標Im(i,j)の対応から、次式
Im’(i,j)≒ P × {X(j)+O(i)} ・・・(1)
を満たす射影行列Pを求める第2の工程と、求めた射影行列Pを用いて計算した特徴点座標Im’(i,j)を求め、実際の特徴点座標Im(i,j)との差が小さくなるように前記カメラパラメータを最適化する第3の工程と、を含むようにしたものである。
The invention according to claim 2 of the present application is characterized in that the parameter optimization step includes a first step of setting appropriate initial values for the camera parameters to determine the relative position O(i) of each reference object; From the correspondence between the position coordinates X(j) of each reference object and the feature point coordinates Im(i, j), the following equation Im'(i, j)≈P×{X(j)+O(i)} ( 1)
A second step of finding a projection matrix P that satisfies and a third step of optimizing the camera parameters such that .

本願の請求項3に係る発明は、前記第3の工程に続く第4の工程で、前記第3の工程で最適化した前記カメラパラメータを用いて前記第2の工程の射影行列Pを再度計算し、再び前記第3の工程の最適化を行う処理を前記特徴点座標の差が小さくなるまで繰り返すようにしたものである。 In the invention according to claim 3 of the present application, in a fourth step following the third step, the projection matrix P in the second step is recalculated using the camera parameters optimized in the third step. Then, the optimization process of the third step is repeated until the difference between the feature point coordinates becomes small.

本願の請求項4に係る発明は、前記第3の工程で前記カメラパラメータが収束した後に前記第2の工程の射影行列Pを再度計算して最適化を繰り返すようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, after the camera parameters have converged in the third step, the projection matrix P in the second step is recalculated to repeat the optimization.

本願の請求項5に係る発明は、前記第3の工程で前記第2の工程の射影行列Pをカメラパラメータと回転行列と並進行列に分解して、最適化処理の中で射影行列Pも併せて最適化するようにしたものである。 In the invention according to claim 5 of the present application, in the third step, the projection matrix P in the second step is decomposed into camera parameters, a rotation matrix, and a translation matrix, and the projection matrix P is also combined in the optimization process. It is designed to be optimized for

本願の請求項6に係る発明は、前記校正治具において前記基準物体の全てが1つの平面上にのみ載置されている場合には、前記変換行列を射影変換行列とし、該基準物体が三次元的に載置されている場合には、N=6とし且つ該変換行列を射影行列とするようにしたものである。 In the invention according to claim 6 of the present application, when all of the reference objects are placed on only one plane in the calibration jig, the transformation matrix is a projective transformation matrix, and the reference object is a cubic In the case of original placement, N=6 and the transformation matrix is the projection matrix.

本願の請求項7に係る発明は、前記中心位置算出工程で、更に、前記回転テーブルの回転軸を算出するようにしたものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the center position calculating step, the rotation axis of the rotary table is calculated.

本願の請求項8に係る発明は、前記基準物体を、球とするようにしたものである。 According to an eighth aspect of the present invention, the reference object is a sphere.

本願の請求項9に係る発明は、前記基準物体の投影像の特徴点の位置を、該投影像の重心位置とするようにしたものである。 In the invention according to claim 9 of the present application, the position of the feature point of the projected image of the reference object is set as the barycentric position of the projected image.

本発明によれば、X線計測装置の校正治具の事前の高精度三次元測定が不要となる。 According to the present invention, prior high-precision three-dimensional measurement of the calibration jig of the X-ray measuring apparatus is unnecessary.

本発明の実施形態に係るX線計測装置の基本的な構成を示す概略側面図1 is a schematic side view showing the basic configuration of an X-ray measuring device according to an embodiment of the present invention; FIG. 図1のX線計測装置を主要部のみを示す概略上面図Schematic top view showing only the main part of the X-ray measuring device of FIG. 図1の校正治具を示す図(正面図(A)、上面図(B))Diagrams showing the calibration jig in FIG. 1 (front view (A), top view (B)) 本発明の実施形態に係るX線計測装置の校正手順を示すフロー図FIG. 2 is a flow chart showing the calibration procedure of the X-ray measuring device according to the embodiment of the present invention; 図4におけるカメラパラメータの最適化処理の一例の詳細フロー図Detailed flowchart of an example of camera parameter optimization processing in FIG. 図4におけるカメラパラメータの最適化処理の他の例の詳細フロー図Detailed flowchart of another example of optimization processing of camera parameters in FIG. 図4における校正済みの校正治具を用いたX線計測装置の校正手順の一例を示すフロー図Flow chart showing an example of the calibration procedure of the X-ray measuring device using the calibrated calibration jig in FIG. 図7における球の絶対位置を算出する処理の詳細フロー図Detailed flowchart of processing for calculating the absolute position of the sphere in FIG. 図8におけるX線源の絶対位置の算出をした後に、X線源とX線画像検出器との距離と、X線源からのX線画像検出器への垂線の足の位置とを算出するフロー図After calculating the absolute position of the X-ray source in FIG. 8, calculate the distance between the X-ray source and the X-ray image detector and the position of the foot of the perpendicular from the X-ray source to the X-ray image detector. flow chart 球の絶対位置とX線源の絶対位置との関係の例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the absolute position of the sphere and the absolute position of the X-ray source.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited by the contents described in the following embodiments and examples. In addition, the configuration requirements in the embodiments and examples described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that fall within the so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the embodiments and examples described below may be combined as appropriate, or may be selected and used as appropriate.

図1に本発明の実施形態を示す。なお、図1では、紙面に対して左右方向をz軸方向、紙面に対して上下方向をy軸方向とし、紙面に対して垂直な方向をx軸方向として説明する。 FIG. 1 shows an embodiment of the invention. Note that in FIG. 1, the horizontal direction with respect to the paper surface is defined as the z-axis direction, the vertical direction with respect to the paper surface is defined as the y-axis direction, and the direction perpendicular to the paper surface is defined as the x-axis direction.

X線計測装置100は、X線を用いて被測定物を三次元形状計測する装置であり、図1に示す如く、本体部108、ホストコンピュータ128およびモーションコントローラ130を備えている。 An X-ray measuring apparatus 100 is an apparatus for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured using X-rays, and as shown in FIG.

なお、図1、図2では校正治具102が被測定物の代わりに回転テーブル120上に載置されている。校正治具102は、図3(A)、(B)に示す如く、X線118の透過可能な材質(例えばアルミニウム等)でできており、板状部材104上に直径Dの球(基準物体)106を既知の相対位置間隔Pu、Pvで複数(例えば4個×3個でN=12個)備えている(即ち、球106は既知の相対位置間隔Pu、Pvで12箇所に配置されている)。つまり、校正治具102において球106の全てが1つの平面上にのみ載置されている。同時に、12個の球106、言い換えれば、12箇所にある球106の相対位置X(1~12)は既知であるともいえる(X(1~12)とX1~X12とは同じことをいう、以下同様の表記をする)。なお、球106は、形状がシンプルであり、X線画像検出器124への投影像によって容易に特定可能な形状である。なお、図3(A)では、紙面に対して左右方向をu軸方向、紙面に対して上下方向をv軸方向とし、紙面に対して垂直な方向をw軸方向として説明する。 1 and 2, the calibration jig 102 is placed on the rotary table 120 instead of the object to be measured. As shown in FIGS. 3A and 3B, the calibration jig 102 is made of a material (for example, aluminum) through which X-rays 118 can pass. ) 106 at known relative position intervals Pu and Pv (for example, 4×3 and N=12) (that is, the balls 106 are arranged at 12 locations at known relative position intervals Pu and Pv). there). In other words, all the balls 106 are placed only on one plane in the calibration jig 102 . At the same time, it can be said that the relative positions X(1-12) of the 12 spheres 106, in other words, the 12 spheres 106 are known (X(1-12) and X1-X12 mean the same thing, The same notation is used hereinafter). It should be noted that the sphere 106 has a simple shape and is a shape that can be easily identified by a projected image onto the X-ray image detector 124 . In FIG. 3A, the left-right direction with respect to the paper surface is defined as the u-axis direction, the vertical direction with respect to the paper surface is defined as the v-axis direction, and the direction perpendicular to the paper surface is defined as the w-axis direction.

前記本体部108は、図1に示す如く、ベース112上に、X線118の漏れを防ぐX線遮蔽カバー110と、X線118を発生させるX線源116と、被測定物(図示せず)を回転可能に載置する回転テーブル120と、被測定物を透過したX線118を検出するX線画像検出器124と、を備えている。X線源116は、ベース112上の線源支持台114に設けられている。線源支持台114は、X線源116をxyzの3軸方向へ移動可能とする直動機構を備えることができる。回転テーブル120は、ベース112上のテーブル支持台122に設けられている。なお、テーブル支持台122は、被測定物をxyzの3軸方向へ移動可能とする直動機構を備える。更には、テーブル支持台122に、回転テーブル120の回転軸Axを傾斜調整可能とする傾斜機構が設けられていてもよい。X線画像検出器124は、X線118に感度がある二次元の検出面124Aを有する。X線画像検出器124は、ベース112上の検出器支持台126に支持されている。検出器支持台126も、X線画像検出器124をxyzの3軸方向へ移動可能とする直動機構を備えてもよい。X線源116からのX線118の放射ビームは、z軸方向に円錐状に広がり、その中心線が回転テーブル120の回転軸Axと交差し、X線画像検出器124の検出面124Aの垂線となるように調整される。 As shown in FIG. 1, the main body 108 includes, on a base 112, an X-ray shielding cover 110 for preventing leakage of X-rays 118, an X-ray source 116 for generating X-rays 118, and an object to be measured (not shown). ) is rotatably mounted thereon, and an X-ray image detector 124 for detecting X-rays 118 transmitted through the object to be measured. An X-ray source 116 is mounted on a source support 114 on the base 112 . The radiation source support 114 can include a linear motion mechanism that allows the X-ray source 116 to move in the xyz three-axis directions. A rotary table 120 is provided on a table support 122 on the base 112 . The table support base 122 has a linear motion mechanism that allows the object to be measured to be moved in three axial directions of xyz. Furthermore, the table support base 122 may be provided with a tilt mechanism that enables tilt adjustment of the rotation axis Ax of the rotary table 120 . X-ray image detector 124 has a two-dimensional detection surface 124 A sensitive to X-rays 118 . X-ray image detector 124 is supported by detector support 126 on base 112 . The detector support 126 may also include a linear movement mechanism that allows the X-ray image detector 124 to move in the xyz three-axis directions. A radiation beam of X-rays 118 from the X-ray source 116 spreads conically in the z-axis direction, the center line of which intersects the rotation axis Ax of the rotary table 120, and the normal to the detection surface 124A of the X-ray image detector 124. is adjusted so that

図1に示す前記ホストコンピュータ128は、本体部108の線源支持台114、X線源116、回転テーブル120、テーブル支持台122、X線画像検出器124及び検出器支持台126を制御する。また、ホストコンピュータ128は、図示せぬ記憶部に格納されたプログラムを読み出して実行することで、X線計測装置100の計測動作および校正を自動あるいは半自動で行うこともできる。つまり、ホストコンピュータ128は、X線計測装置100の計測動作において、例えば、X線画像検出器124で得られた投影像のデータを再構成して、被測定物の三次元ボリュームデータを作成する。 The host computer 128 shown in FIG. 1 controls the radiation source support 114 , X-ray source 116 , rotary table 120 , table support 122 , X-ray image detector 124 and detector support 126 of the main body 108 . The host computer 128 can also automatically or semi-automatically perform the measurement operation and calibration of the X-ray measuring apparatus 100 by reading out and executing a program stored in a storage unit (not shown). That is, in the measurement operation of the X-ray measuring apparatus 100, the host computer 128, for example, reconstructs projection image data obtained by the X-ray image detector 124 to create three-dimensional volume data of the object to be measured. .

図1に示す前記モーションコントローラ130は、ホストコンピュータ128に接続され、本体部108のX線源116や回転テーブル120の回転・移動、及び各種機構を制御する。 The motion controller 130 shown in FIG. 1 is connected to the host computer 128 and controls the rotation/movement of the X-ray source 116 and the rotary table 120 of the main body 108 and various mechanisms.

測定に当たっては、X線118を発生させた状態で回転テーブル120上の被測定物を回転させ、複数の角度方向(例えば角度分割数1000~6000程度)から投影像を収集する。収集された投影像は、被測定物を水平に横断するスライス面を基準面として再構成処理がなされ、被測定物の三次元ボリュームデータ(三次元像)を作るようになされている。 In the measurement, the object to be measured on the rotary table 120 is rotated while the X-rays 118 are generated, and projection images are collected from a plurality of angular directions (for example, about 1000 to 6000 angular divisions). The collected projection images are reconstructed using a slice plane that horizontally traverses the object to be measured as a reference plane to create three-dimensional volume data (three-dimensional image) of the object to be measured.

以下、本発明に係る校正方法を説明する。 A calibration method according to the present invention will be described below.

前記ホストコンピュータ128は、X線計測装置100の校正において、図3に例示したような、複数(図では3×4=12個)の球106を配置した校正治具102を三次元座標測定機の平面上で4水準以上移動して投影像を取得することでX線計測装置100を校正する。 In the calibration of the X-ray measuring apparatus 100, the host computer 128 sets a calibration jig 102 having a plurality of (3×4=12 in the figure) spheres 106 arranged as an example in FIG. The X-ray measuring apparatus 100 is calibrated by moving four or more levels on the plane and acquiring projection images.

具体的な実施手順を図4に示す。 A specific implementation procedure is shown in FIG.

まず、ステップS2で、校正治具102を三次元座標測定機の平面上で4水準以上移動して投影像の各球の重心(特徴点の一例)を求める。ここで、各球106の番号、校正治具102の位置座標、球重心座標は下記のとおりとする。
球番号 i … 1~N
校正治具位置の番号 j … 1~M(M≧4)
校正治具位置座標 X(j)
球重心座標 Im(i,j)
First, in step S2, the calibration jig 102 is moved by four levels or more on the plane of the three-dimensional coordinate measuring machine to obtain the center of gravity (an example of the characteristic point) of each sphere of the projected image. Here, the number of each sphere 106, the position coordinates of the calibration jig 102, and the sphere barycentric coordinates are as follows.
Ball number i ... 1 to N
Calibration jig position number j … 1 to M (M ≥ 4)
Calibration jig position coordinate X(j)
Spherical center of gravity coordinates Im(i, j)

次いで、ステップS4で、各球iの射影変換行列(ホモグラフィ行列とも称する)H(i)を求める。具体的には、ある球iについて、校正治具位置座標X(j)と球重心座標Im(i,j)の対応から、次式(2)を満たす、例えば3列×3行のホモグラフィ行列H(i)を求めることができる。
H(i)× X(j)≒ Im(i,j) ・・・(2)
Next, in step S4, the projective transformation matrix (also called homography matrix) H(i) of each sphere i is obtained. Specifically, for a certain sphere i, from the correspondence between the calibration jig position coordinates X(j) and the sphere center-of-gravity coordinates Im(i, j), a homography of, for example, 3 columns×3 rows that satisfies the following equation (2): Matrix H(i) can be determined.
H(i)×X(j)≈Im(i, j) (2)

ここで、ホモグラフィ行列H(i)は、次式(3)で表されるカメラパラメータ(内部パラメータとも称する)A、回転を表すベクトルr1(i)、r2(i)、並進を表すベクトルt(i)を用いて次式(4)のように表せる。

Figure 2023095304000002
H(i)= A ×[r1(i) r2(i) t(i)] ・・・(4) Here, the homography matrix H(i) is composed of camera parameters (also called internal parameters) A expressed by the following equation (3), vectors r1(i) and r2(i) representing rotation, vector t Using (i), it can be expressed as in the following equation (4).
Figure 2023095304000002
H(i)=A×[r1(i) r2(i) t(i)] (4)

式(3)において、fは、X線源116とX線画像検出器124との距離、cx、cyは、X線源116からのX線画像検出器124への垂線の足の位置である。なお、内部パラメータ行列Aの1行1列目の距離fと2行2列目の距離fとは、X線画像検出器124の画素の縦横比が異なる場合には若干値が異なることとなる。また、内部パラメータ行列Aの1行2列目には画像の歪みに関わるスキューSが用いられることもあるが、本実施形態では、スキューSを0としている。 In equation (3), f is the distance between the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124, and cx and cy are the positions of the legs of the perpendicular from the X-ray source 116 to the X-ray image detector 124. . Note that the distance f in the first row and the first column of the internal parameter matrix A and the distance f in the second row and the second column of the intrinsic parameter matrix A have slightly different values when the aspect ratios of the pixels of the X-ray image detector 124 are different. . A skew S related to image distortion may be used in the first row and second column of the intrinsic parameter matrix A, but the skew S is set to 0 in this embodiment.

次いで、ステップS6に進み、カメラパラメータAを最適化パラメータとし、計算により得られる各球iの画像重心Im’(i,j)と実際の画像重心Im(i,j)の差Eが小さくなるように最適化を行う。 Next, in step S6, the camera parameter A is used as an optimization parameter, and the difference E between the calculated image center of gravity Im′(i,j) of each sphere i and the actual image center of gravity Im(i,j) becomes small. Optimize as follows.

ステップS6における最適化処理の具体例を図5に示す。 A specific example of the optimization process in step S6 is shown in FIG.

まず、ステップS60で、カメラパラメータAに適当な初期値を設定して、相対位置O(i)を求める。 First, in step S60, an appropriate initial value is set for the camera parameter A, and the relative position O(i) is obtained.

求める各球iの相対位置O(i)は、回転を表すベクトルr1(i)、r2(i)と、そこから導出できるr3(i)、並進を表すベクトルt(i)を用いて次式(5)、(6)のように表せる。
R(i)=[r1(i) r2(i) r3(i)] ・・・(5)
O(i)= -R(i)^-1 × t(i) ・・・(6)
The relative position O(i) of each sphere i to be obtained is expressed by the following equation using vectors r1(i) and r2(i) representing rotation, r3(i) derived therefrom, and vector t(i) representing translation. (5) and (6).
R(i)=[r1(i) r2(i) r3(i)] (5)
O(i)=−R(i)^−1×t(i) (6)

次いで、ステップS62で、球位置座標(=X(j)+O(i))と球重心座標Im(i,j)の対応から、前出式(1)と同じ次式(7)を満たす射影行列Pを求める。
Im’(i,j)≒ P × {X(j)+O(i)} ・・・(7)
Next, in step S62, from the correspondence between the sphere position coordinates (=X(j)+O(i)) and the sphere center-of-gravity coordinates Im(i,j), projection Find the matrix P.
Im'(i,j)≈P×{X(j)+O(i)} (7)

次いで、ステップS64に進み、ステップS62で求めた射影行列Pを用いて計算した重心座標Im’(i,j)を求め、実際の重心座標Im(i,j)との差Eが小さくなるようにカメラパラメータAを最適化する。
E=|Im(i,j)- P × {X(j)+O(i)}| → min
・・・(8)
Next, in step S64, the barycentric coordinates Im'(i,j) calculated using the projection matrix P obtained in step S62 are obtained, and Optimize the camera parameter A to
E=|Im(i,j)−P×{X(j)+O(i)}| → min
... (8)

次いで、ステップS66に進み、最適化した相対位置O(i)を用いてステップS62の射影行列Pを再計算し、再びステップS64の最適化を行う。 Next, in step S66, the optimized relative position O(i) is used to recalculate the projection matrix P in step S62, and the optimization in step S64 is performed again.

そして、ステップS68に進み、ステップS64、S66の処理をステップS64の残差Eが所定値より小さくなるまで繰り返す。 Then, the process proceeds to step S68, and the processes of steps S64 and S66 are repeated until the residual E of step S64 becomes smaller than a predetermined value.

なお、前記最適化処理に際して、図6に示す他の例のように、ステップS66’で、ステップS62で求めた射影行列PをA ×[R t]に分解して、最適化処理の中で射影行列Pも併せて最適化してもよい。 During the optimization process, as in the other example shown in FIG. The projection matrix P may also be optimized together.

図5の最適化処理終了後、図4のステップS8に戻り、X線計測装置100を校正する。 After the optimization process in FIG. 5 ends, the process returns to step S8 in FIG. 4 to calibrate the X-ray measuring apparatus 100. FIG.

具体的には、本発明で求めた球106の相対位置を用いて、例えば以下に示す方法により、テーブルの回転軸や回転中心位置を求める。 Specifically, using the relative position of the ball 106 obtained by the present invention, the rotation axis and rotation center position of the table are obtained by, for example, the following method.

図4のステップS8におけるX線計測装置100の校正手順の具体例を図7から図10を用いて説明する。ここでは、ホストコンピュータ128で全ての演算がなされている。なお、例えばk=1のときにk番目の回転位置Poskが回転位置Pos1を示す。また、k番目の回転位置PoskにおいてN=12で球106の数Nのとき、重心位置ImPosk_Sphr_(1~N)が12個の球106の重心位置ImPos1_Sphr_1~ImPos1_Sphr_12それぞれを示すものとする。 A specific example of the procedure for calibrating the X-ray measurement apparatus 100 in step S8 of FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. Here, the host computer 128 is doing all the calculations. For example, when k=1, the k-th rotational position Posk indicates the rotational position Pos1. Further, when N=12 and the number of balls 106 is N at the k-th rotational position Posk, the center-of-gravity position ImPosk_Sphr_(1 to N) indicates the center-of-gravity positions ImPos1_Sphr_1 to ImPos1_Sphr_12 of the 12 balls 106, respectively.

最初に、球106を既知の相対位置間隔Pu、Pvで複数備えた校正治具102を、回転テーブル120に載置する(図7のステップS102;載置工程)。そして、回転テーブル120のまだ回転していない状態をk=1とする(図7のステップS104)。 First, the calibration jig 102 having a plurality of balls 106 with known relative position intervals Pu and Pv is placed on the rotary table 120 (step S102 in FIG. 7; placement step). Then, the state in which the rotary table 120 has not yet rotated is set to k=1 (step S104 in FIG. 7).

次に、X線118を校正治具102に照射する(図7のステップS106)、そして、X線画像検出器124の出力から、N個(N=12)の球106それぞれの投影像の重心位置(特徴点の位置)ImPosk_Sphr_(1~12)を特定する(図7のステップS108;なお、ステップS106~ステップS108が特徴位置算出工程)。 Next, the calibration jig 102 is irradiated with the X-rays 118 (step S106 in FIG. 7), and from the output of the X-ray image detector 124, the center of gravity of each projection image of N (N=12) spheres 106 Positions (positions of feature points) ImPosk_Sphr_(1 to 12) are specified (step S108 in FIG. 7; steps S106 to S108 are feature position calculation steps).

次に、12個の球106それぞれの投影像の重心位置ImPosk_Sphr_(1~12)と球106の相対位置X(1~12)から、球106のX線画像検出器124の検出面124Aへの射影変換を行う射影変換行列Hkを算出する(図7のステップS110;変換行列算出工程)。 Next, from the center-of-gravity position ImPosk_Sphr_(1 to 12) of the projection image of each of the 12 spheres 106 and the relative position X(1 to 12) of the sphere 106 to the detection surface 124A of the X-ray image detector 124 of the sphere 106, A projective transformation matrix Hk for projective transformation is calculated (step S110 in FIG. 7; transformation matrix calculation step).

次に、回転位置Poskの数kがQ以上(本実施形態では3回以上であればよい)であるかを判断する(図7のステップS112)。回転位置Poskの数kがQ(Q≧3)以上でなければ(図7のステップS112でNo)、回転テーブル120を所定角度αで回転させる(図7のステップS114)。そして、回転位置Poskの数kを1つ増加させ(図7のステップS116)、ステップS106からステップS112までを繰り返す(ステップS106~ステップS116;回転検出工程)。回転位置Poskの数kがQ(Q≧3)以上となった際には(図7のステップS112でYes)、ステップS118に進む。つまり、回転検出工程では、回転テーブル120を所定角度αで2回以上回転させ、特徴位置算出工程と変換行列算出工程とを繰り返す。なお、本実施形態では、所定角度αは、例えば一定の30度としているが、特に限定されず、より小さな角度でもよいし、所定角度αが毎回変化してもよい。 Next, it is determined whether or not the number k of the rotational positions Posk is Q or more (three times or more in the present embodiment) (step S112 in FIG. 7). If the number k of rotational positions Posk is not equal to or greater than Q (Q≧3) (No in step S112 in FIG. 7), the rotary table 120 is rotated at a predetermined angle α (step S114 in FIG. 7). Then, the number k of the rotational positions Posk is incremented by one (step S116 in FIG. 7), and steps S106 to S112 are repeated (steps S106 to S116; rotation detection process). When the number k of the rotational positions Posk is equal to or greater than Q (Q≧3) (Yes in step S112 in FIG. 7), the process proceeds to step S118. That is, in the rotation detection process, the turntable 120 is rotated by the predetermined angle α twice or more, and the characteristic position calculation process and the conversion matrix calculation process are repeated. In this embodiment, the predetermined angle α is, for example, a constant 30 degrees, but is not particularly limited, and may be a smaller angle, or the predetermined angle α may change each time.

次に、射影変換行列Hk(k=1~Q)に基づいて回転テーブル120の回転中心位置Cp及び回転軸Axを算出する(中心位置算出工程)。この中心位置算出工程の詳細を詳細に説明する。 Next, the rotation center position Cp and the rotation axis Ax of the turntable 120 are calculated based on the projective transformation matrix Hk (k=1 to Q) (center position calculation step). The details of this center position calculation process will be described in detail.

まず、図8に示す如く、回転テーブル120の代わりにX線源116とX線画像検出器124とが回転したと想定する(図8のステップS130)。ちなみに、図10(A)には、回転テーブル120が回転した際の、所定角度αと球106の軌跡Fbとが示されている。そして、図10(B)には、X線源116とX線画像検出器124とが回転したと想定した際のX線源116の絶対位置Xsの軌跡Fsが記載されている。 First, as shown in FIG. 8, it is assumed that the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 rotate instead of the rotary table 120 (step S130 in FIG. 8). Incidentally, FIG. 10A shows the predetermined angle α and the trajectory Fb of the ball 106 when the rotary table 120 rotates. FIG. 10B shows the locus Fs of the absolute position Xs of the X-ray source 116 assuming that the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 are rotated.

次に、射影変換行列Hk(k=1~Q)に基づいて所定角度αの回転毎、即ちQ箇所のX線源116の絶対位置Xsを算出する(図8のステップS132)。 Next, based on the projective transformation matrix Hk (k=1 to Q), the absolute positions Xs of the X-ray source 116 at Q positions are calculated for each rotation of the predetermined angle α (step S132 in FIG. 8).

なお、上記中心位置算出工程で、Q箇所のX線源116の絶対位置Xsが算出される際に、X線源116とX線画像検出器124との距離fと、X線源116からのX線画像検出器124への垂線の足の位置Ccとが不明である場合を、図9を用いて、以下に説明する。 In the center position calculation step, when the absolute position Xs of the X-ray source 116 at Q points is calculated, the distance f between the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 and the distance from the X-ray source 116 A case where the leg position Cc of the perpendicular to the X-ray image detector 124 is unknown will be described below with reference to FIG.

まず、k番目の想定回転位置におけるX線源116の絶対位置Xsを算出する際に、X線源116とX線画像検出器124との距離fと、X線源116からのX線画像検出器124への垂線の足の位置Cc(cx,cy)とを変数とする(図9のステップS140)。そして、射影変換行列Hkに基づいて算出されるk番目の想定回転位置におけるX線源116の絶対位置Xsを真円にフィッティングした仮真円の軌跡Fs上の位置とX線源116の絶対位置Xsとの距離誤差を評価する(図9のステップS142)。そして、この距離誤差が最小の誤差となる距離f及び位置Ccとを算出する(図9のステップS144)。 First, when calculating the absolute position Xs of the X-ray source 116 at the k-th assumed rotation position, the distance f between the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 and the X-ray image detection from the X-ray source 116 The position Cc (cx, cy) of the foot of the perpendicular to the container 124 is used as a variable (step S140 in FIG. 9). Then, the position on the trajectory Fs of the temporary perfect circle obtained by fitting the absolute position Xs of the X-ray source 116 at the k-th assumed rotation position calculated based on the projective transformation matrix Hk to the perfect circle and the absolute position of the X-ray source 116 A distance error from Xs is evaluated (step S142 in FIG. 9). Then, the distance f and the position Cc at which this distance error is the minimum error are calculated (step S144 in FIG. 9).

具体的には、例えば、距離fを適当な値で仮決めし、位置Ccを変化させ、その際に最小の距離誤差となる位置Ccを算出する。次に、その最小の距離誤差となる位置Ccで仮決めし、今度は距離fを変化させ、その際に最小の距離誤差となる距離fを算出する。また、その最小の距離誤差となる距離fに仮決めし、位置Ccを変化させ、その際に最小の距離誤差となる位置Ccを算出する。また、その最小の距離誤差となる位置Ccで仮決めし、再度距離fを変化させ、その際に最小の距離誤差となる距離fを算出する。これを何度か繰り返すことで、最小の距離誤差となる距離f及び位置Ccとを算出することができ、距離f及び位置Ccの最適化を図ることができる。 Specifically, for example, the distance f is tentatively determined as an appropriate value, the position Cc is changed, and the position Cc with the smallest distance error is calculated. Next, the position Cc at which the distance error is the smallest is tentatively determined, and the distance f is changed this time to calculate the distance f at which the distance error is the smallest. Also, the distance f that provides the minimum distance error is tentatively determined, the position Cc is changed, and the position Cc that provides the minimum distance error is calculated. Also, the position Cc at which the distance error is the smallest is tentatively determined, the distance f is changed again, and the distance f at which the distance error is the smallest is calculated. By repeating this several times, the distance f and the position Cc with the smallest distance error can be calculated, and the distance f and the position Cc can be optimized.

次に、図7に戻り、X線源116の絶対位置Xa(1~N)の変化から、真円(=仮真円)でフィッティングされた軌跡Fsの中心位置Cpを算出し、その中心位置Cpを回転テーブル120の回転中心位置Cpとする。より詳しく説明するならば、Q箇所のX線源116の絶対位置Xsを真円にフィッティングさせる(図7のステップS120)。このとき、Q>3以上であれば、例えば、最小二乗法にて、真円の中心位置Cpを算出する。Q=3であれば、例えば、連立方程式にて、真円の中心位置Cpを算出する。 Next, returning to FIG. 7, from the change in the absolute position Xa (1 to N) of the X-ray source 116, the center position Cp of the trajectory Fs fitted with a perfect circle (=provisional perfect circle) is calculated, and the center position Let Cp be the rotation center position Cp of the rotary table 120 . More specifically, the absolute positions Xs of the X-ray sources 116 at Q points are fitted to a perfect circle (step S120 in FIG. 7). At this time, if Q>3 or more, the center position Cp of the perfect circle is calculated by, for example, the method of least squares. If Q=3, for example, the central position Cp of the perfect circle is calculated by simultaneous equations.

そして、例えば、真円でフィッティングされた軌跡Fsの水平面(xz平面)からの傾斜角度を算出する。そして、回転テーブル120の回転中心位置Cp及び回転軸Axを算出する(図7のステップS122)。この時点で、ホストコンピュータ128により、N=12個の球106それぞれで、真円の中心位置Cpとその軌跡Fbを算出することもできる。このため、12個の球106の真円の中心位置Cpを平均化して、回転中心位置Cpを算出するとともに、それらの軌跡Fbの水平面からの傾斜を平均化することで、回転軸Axの傾斜角度を算出でき、回転軸Axを算出することもできる。 Then, for example, the angle of inclination of the trajectory Fs fitted with a perfect circle from the horizontal plane (xz plane) is calculated. Then, the rotation center position Cp and the rotation axis Ax of the rotary table 120 are calculated (step S122 in FIG. 7). At this point, the host computer 128 can also calculate the center positions Cp of the perfect circles and their trajectories Fb for each of the N=12 spheres 106 . Therefore, by averaging the center positions Cp of the perfect circles of the 12 spheres 106 to calculate the rotation center position Cp, and by averaging the inclinations of the trajectories Fb from the horizontal plane, the inclination of the rotation axis Ax is calculated. The angle can be calculated, and the rotation axis Ax can also be calculated.

このように、本実施形態では、X線画像検出器124への投影像によって特定可能な形状の球106を既知の相対位置間隔Pu、Pvで12個備えた校正治具102を回転テーブル120に載置して、回転テーブル120を3箇所の回転角度に合わせて、校正治具102の投影像を取るだけの極めて簡単な一連の工程で、回転テーブル120の回転中心位置Cpを算出することができる。つまり、本実施形態では、回転中心位置Cpを算出するのに、三次元ボリュームデータを作成する必要がない。 As described above, in this embodiment, the rotary table 120 is provided with the calibration jig 102 having 12 spheres 106 each having a shape that can be identified by the projection image onto the X-ray image detector 124 at known relative position intervals Pu and Pv. It is possible to calculate the rotation center position Cp of the turntable 120 by a very simple series of steps of mounting, adjusting the turntable 120 to three rotation angles, and taking projection images of the calibration jig 102 . can. That is, in this embodiment, it is not necessary to create three-dimensional volume data to calculate the rotation center position Cp.

また、本実施形態では、校正治具102において球106の全てが1つの平面上にのみ載置されているので、k番目の回転位置Poskにおける球106のX線画像検出器124の検出面124Aへの射影変換を行う変換行列が射影変換行列Hkとされていた。このため、12個の球106のうち4個の球106だけを各工程における算出対象として、回転テーブル120の回転中心位置Cpを算出することもでき、更なる校正時間の短縮が可能である。なお、本実施形態では、4個の球106だけでなく、12個全ての球106を各工程における演算対象としたことで、回転テーブル120の回転中心位置Cpを極めて正確に算出することができる。 Further, in this embodiment, since all the balls 106 are placed only on one plane in the calibration jig 102, the detection surface 124A of the X-ray image detector 124 of the ball 106 at the k-th rotational position Posk A transformation matrix for performing the projective transformation to is defined as the projective transformation matrix Hk. Therefore, the rotation center position Cp of the rotary table 120 can be calculated by using only four balls 106 out of the 12 balls 106 as calculation targets in each process, and the calibration time can be further shortened. In addition, in this embodiment, not only the four balls 106 but also all twelve balls 106 are used as calculation targets in each process, so that the rotation center position Cp of the rotary table 120 can be calculated very accurately. .

また、本実施形態では、中心位置算出工程で、更に、回転テーブル120の回転軸Axを算出する。このため、仮に回転テーブル120の回転軸Axに対して当初校正不要と想定していても、実際に回転テーブル120の回転軸Axを算出した結果と比較して、校正の必要性を正当に評価することができる。 Further, in the present embodiment, the rotation axis Ax of the rotary table 120 is further calculated in the center position calculation step. Therefore, even if it is initially assumed that the rotation axis Ax of the rotary table 120 does not need to be calibrated, the need for calibration is properly evaluated by comparing the result of actually calculating the rotation axis Ax of the rotary table 120. can do.

また、本実施形態では、中心位置算出工程で、回転テーブル120の代わりにX線源116とX線画像検出器124とが回転したと想定し、射影変換行列Hkから所定角度αの回転毎のX線源116の絶対位置Xsを算出することで、回転テーブル120の回転中心位置Cpを算出する。即ち、球106の絶対位置Xaを算出するのではなく、X線源116の絶対位置Xsを算出している。このため、射影変換行列Hkを直接的に使用することにより、結果的に、演算量を低減し、迅速に校正を実現することができる。なお、これに限定されず、球106の絶対位置Xaを算出することで、回転テーブル120の回転中心位置Cpを算出するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, it is assumed that the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 rotate instead of the turntable 120 in the center position calculation step, and from the projection transformation matrix Hk, By calculating the absolute position Xs of the X-ray source 116, the rotation center position Cp of the rotary table 120 is calculated. That is, instead of calculating the absolute position Xa of the sphere 106, the absolute position Xs of the X-ray source 116 is calculated. Therefore, by directly using the projective transformation matrix Hk, as a result, the amount of calculation can be reduced, and calibration can be realized quickly. Alternatively, the rotation center position Cp of the rotary table 120 may be calculated by calculating the absolute position Xa of the ball 106 .

また、本実施形態では、回転テーブル120を所定角度αで4回以上回転させ、Q箇所のX線源116の絶対位置Xsを算出する際に、X線源116とX線画像検出器124との距離fと、X線源116からのX線画像検出器124への垂線の足の位置Cc(cx,cy)とを変数とする。そして、射影変換行列Hk(k=1~Q)に基づいて算出されるQ箇所のX線源116の絶対位置Xsを真円にフィッティングした仮真円の軌跡Fs上の位置とQ箇所のX線源116の絶対位置Xsとの距離誤差を評価する。これにより、X線源116とX線画像検出器124との距離fと、X線源116からのX線画像検出器124への垂線の足の位置Cc(cx,cy)とを算出する。このため、X線源116とX線画像検出器124との距離fと、X線源116からのX線画像検出器124への垂線の足の位置Cc(cx,cy)とを校正しようとした際には、これらの値を算出することができ、より正確な校正を行うことができる。 Further, in the present embodiment, when the rotary table 120 is rotated at the predetermined angle α four times or more to calculate the absolute position Xs of the X-ray source 116 at Q points, the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 are and the foot position Cc (cx, cy) of the perpendicular from the X-ray source 116 to the X-ray image detector 124 are variables. Then, the position on the trajectory Fs of the temporary perfect circle obtained by fitting the absolute position Xs of the X-ray source 116 at Q points calculated based on the projective transformation matrix Hk (k=1 to Q) to the perfect circle and the X at the Q points A distance error from the absolute position Xs of the radiation source 116 is evaluated. Thereby, the distance f between the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 and the foot position Cc (cx, cy) of the perpendicular line from the X-ray source 116 to the X-ray image detector 124 are calculated. Therefore, an attempt is made to calibrate the distance f between the X-ray source 116 and the X-ray image detector 124 and the leg position Cc (cx, cy) of the perpendicular line from the X-ray source 116 to the X-ray image detector 124. Then, these values can be calculated and more accurate calibration can be performed.

また、本実施形態では、中心位置算出工程で、X線源116の絶対位置Xsの変化から、真円(=仮真円)でフィッティングされた軌跡Fsの中心位置Cpを算出し、この中心位置Cpを回転テーブル120の回転中心位置Cpとする。つまり、真円でフィッティングすることで、回転位置の総数Qを低減でき、且つ中心位置Cpを一義的に算出することができる。なお、これに限定されず、他の手法にて、回転テーブル120の回転中心位置Cpを算出するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, in the center position calculation step, the center position Cp of the trajectory Fs fitted with a perfect circle (=provisional perfect circle) is calculated from the change in the absolute position Xs of the X-ray source 116, and this center position Let Cp be the rotation center position Cp of the rotary table 120 . That is, by fitting with a perfect circle, the total number Q of rotational positions can be reduced, and the center position Cp can be uniquely calculated. Note that the rotation center position Cp of the rotary table 120 may be calculated by other methods without being limited to this.

また、本実施形態では、更に、回転テーブル120の回転軸Axを算出する際には、真円でフィッティングされた軌跡Fsの水平面からの傾斜角度を算出し、その傾斜角度と回転中心位置Cpとから回転軸Axを算出する。このため、回転軸Axを算出するのに、球106は1個あればよいので、回転軸Axを算出する工程を簡略化でき且つ短時間で行うことができる。なお、これに限定されず、例えば、各球106において真円でフィッティングされた軌跡Fsを算出して、その中心位置のずれから、回転軸Axを算出するようにしてもよい。 Further, in this embodiment, when calculating the rotation axis Ax of the rotary table 120, the inclination angle from the horizontal plane of the trajectory Fs fitted with a perfect circle is calculated, and the inclination angle and the rotation center position Cp are calculated. , the rotation axis Ax is calculated. Therefore, since only one ball 106 is required to calculate the rotation axis Ax, the process of calculating the rotation axis Ax can be simplified and can be performed in a short time. However, the present invention is not limited to this, and for example, a trajectory Fs fitted with a perfect circle may be calculated for each sphere 106, and the rotation axis Ax may be calculated from the deviation of the center position.

また、本実施形態では、校正治具102上の基準物体は、球106とされている。このため、球106は、いずれの方向から投影されても輪郭が円となる。即ち、球106は、基準物体として、X線画像検出器124への投影像によって最も容易に特定可能な形状である。なお、これに限定されず、基準物体が、例えば、正多面体や変形した菱形状体を含む多面体であってもよいし、楕円体や円錐体などの曲面を含む形状とされていてもよい。 Also, in this embodiment, the reference object on the calibration jig 102 is the sphere 106 . Therefore, the sphere 106 has a circular contour when projected from any direction. That is, the sphere 106 is the shape most easily identifiable by projection onto the X-ray image detector 124 as the reference object. Note that the reference object is not limited to this, and may be, for example, a polyhedron including a regular polyhedron or a deformed rhomboid, or a shape including a curved surface such as an ellipsoid or a cone.

また、本実施形態では、基準物体である球106の投影像の特徴点の位置が、投影像の重心位置とされている。球106の投影像は円であることから、重心位置を算出することが容易であり、少ない位置誤差で算出することができる。なお、これに限らず、基準物体である球106の投影像の特徴点の位置が中心位置であってもよい。あるいは、基準物体が球ではなく、局所的に特徴的な凹部や凸部を備える場合には、その特徴的な凹部や凸部を投影像の特徴点に関連付けるようにしてもよい。 Further, in this embodiment, the position of the feature point of the projected image of the sphere 106, which is the reference object, is the position of the center of gravity of the projected image. Since the projected image of the sphere 106 is a circle, the position of the center of gravity can be easily calculated with a small positional error. Note that the position of the feature point of the projected image of the sphere 106, which is the reference object, may be the central position. Alternatively, if the reference object is not a sphere but has locally characteristic recesses or protrusions, the characteristic recesses or protrusions may be associated with the feature points of the projected image.

即ち、本実施形態では、被測定物を回転可能に載置する回転テーブル120の回転中心位置Cpを単純な工程で容易に算出することが可能である。 That is, in the present embodiment, it is possible to easily calculate the rotation center position Cp of the rotation table 120 on which the object to be measured is rotatably mounted through a simple process.

なお、上記実施形態では、校正治具102において球106の全てが1つの平面上にのみ載置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、校正治具102において球106の全てが1つの平面上に載置された状態とならず、三次元的に載置されていてもよい。その際には、球106が少なくとも6個以上とされ、次式(9)で示す射影変換行列Hkの代わりに次式(10)で示す射影行列Pkが用いられる。
Hk=A[rk1 rk2 Tk] ・・・(9)
Pk=A[rk1 rk2 rk3 Tk] ・・・(10)
In the above embodiment, all the balls 106 were placed only on one plane in the calibration jig 102, but the present invention is not limited to this. For example, the spheres 106 on the calibration jig 102 may not all be placed on one plane, but may be placed three-dimensionally. In this case, at least six or more spheres 106 are provided, and a projection matrix Pk expressed by the following equation (10) is used instead of the projective transformation matrix Hk expressed by the following equation (9).
Hk=A[rk1 rk2 Tk] (9)
Pk=A[rk1 rk2 rk3 Tk] (10)

ホストコンピュータ128は、式(9)の代わりに、以下の射影行列Pkに係る式(10)を用いて、k番目の想定回転位置の3行×4列の射影行列Pkから、X線源116の絶対位置Xsを算出することができる。 The host computer 128 uses the following equation (10) related to the projection matrix Pk instead of the equation (9) to obtain the X-ray source 116 , the absolute position Xs of can be calculated.

この場合には、射影行列Pkを用いることで、仮に校正治具102の平面精度がよくなくても、正確な校正を行うことができる。 In this case, by using the projection matrix Pk, accurate calibration can be performed even if the plane accuracy of the calibration jig 102 is not good.

なお、上記実施形態では、球106が少なくとも4個(あるいは6個)とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、2個の球106が少なくとも4箇所(あるいは6箇所)に移動して配置されるような校正治具102の構成であってもよい。 In addition, although the number of balls 106 is at least four (or six) in the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the calibration jig 102 may be configured such that two balls 106 are moved to at least four (or six) locations.

また、基準物体は球に限定されず、特徴点の位置も重心位置に限定されない。 Also, the reference object is not limited to a sphere, and the position of the feature point is not limited to the barycentric position.

本発明は、X線計測装置の校正に広く適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to the calibration of X-ray measuring devices.

100…X線計測装置
102…校正治具
104…板状部材
106…球
108…本体部
110…X線遮蔽カバー
112…ベース
114…線源支持台
116…X線源
118…X線
120…回転テーブル
122…テーブル支持台
124…X線画像検出器
124A…検出面
126…検出器支持台
128…ホストコンピュータ
130…モーションコントローラ
i…球番号
j…校正治具位置の番号
X(j)…校正治具位置座標
Im(i,j)、Im’(i,j)…球重心座標
H(i)、Hk…射影変換行列(ホモグラフィ行列)
A…カメラ(内部)パラメータ
O(i)…各球の相対位置
r1(i)、r2(i)、r3(i)…回転を表すベクトル
t(i)…並進を表すベクトル
P、Pk…射影行列
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... X-ray measuring device 102... Calibration jig 104... Plate-shaped member 106... Ball 108... Body part 110... X-ray shielding cover 112... Base 114... Radiation source support base 116... X-ray source 118... X-ray 120... Rotation Table 122 Table support base 124 X-ray image detector 124A Detection surface 126 Detector support base 128 Host computer 130 Motion controller i Ball number j Calibration jig position number X(j) Calibration jig Tool position coordinates Im (i, j), Im' (i, j) ... Ball center of gravity coordinates H (i), Hk ... Projective transformation matrix (homography matrix)
A... camera (internal) parameter O(i)... relative position of each sphere r1(i), r2(i), r3(i)... vector representing rotation t(i)... vector representing translation P, Pk... projection queue

Claims (9)

X線を用いて被測定物を三次元形状計測するX線計測装置の校正方法であって、
前記X線計測装置は、前記X線を発生させるX線源と、前記被測定物を回転可能に載置する回転テーブルと、該被測定物を透過した該X線を検出するX線画像検出器と、を備え、
該X線画像検出器への投影像によって特定可能な形状の複数の基準物体を有し、M水準(M≧4)以上移動して配置可能な校正治具を、前記回転テーブルに載置する載置工程と、
前記X線を該校正治具に照射し該X線画像検出器の出力から、M水準にある該基準物体それぞれの投影像の特徴点の位置を特定する特徴位置算出工程と、
M水準にある該基準物体それぞれの投影像の特徴点の位置と相対位置間隔から、該基準物体の前記X線画像検出器の検出面への射影変換を行うための、カメラパラメータを含む変換行列を算出する変換行列算出工程と、
前記投影像の特徴点の位置と前記相対位置間隔の差が小さくなるように前記カメラパラメータを最適化するパラメータ最適化工程と、
前記最適化したカメラパラメータを用いて算出した特徴点の相対位置を用いて前記回転テーブルの回転中心位置を算出する中心位置算出工程と、
を含むことを特徴とするX線計測装置の校正方法。
A method for calibrating an X-ray measuring device for three-dimensional shape measurement of an object to be measured using X-rays,
The X-ray measuring device includes an X-ray source that generates the X-rays, a rotary table that rotatably mounts the object to be measured, and an X-ray image detector that detects the X-rays transmitted through the object to be measured. equipped with a vessel and
A calibration jig having a plurality of reference objects having a shape identifiable by a projected image onto the X-ray image detector and capable of being moved and arranged by at least M levels (M≧4) is placed on the rotary table. a placing step;
a feature position calculation step of irradiating the calibration jig with the X-ray and specifying the position of the feature point of the projected image of each of the reference objects at the M level from the output of the X-ray image detector;
A transformation matrix including camera parameters for projectively transforming the positions and relative position intervals of the feature points of the projection images of the reference object at M levels to the detection plane of the X-ray image detector of the reference object. a conversion matrix calculation step of calculating
a parameter optimization step of optimizing the camera parameters so that the difference between the position of the feature point of the projected image and the relative position interval is small;
a center position calculation step of calculating a rotation center position of the rotary table using the relative positions of the feature points calculated using the optimized camera parameters;
A method for calibrating an X-ray measuring device, comprising:
請求項1において、
前記パラメータ最適化工程が、
まず、前記カメラパラメータに適当な初期値を設定して各基準物体の相対位置O(i)を求める第1の工程と、
前記各基準物体の位置座標X(j)と特徴点座標Im(i,j)の対応から、次式
Im’(i,j)≒ P × {X(j)+O(i)}
を満たす射影行列Pを求める第2の工程と、
求めた射影行列Pを用いて計算した特徴点座標Im’(i,j)を求め、実際の特徴点座標Im(i,j)との差が小さくなるように前記カメラパラメータを最適化する第3の工程と、
を含むことを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In claim 1,
The parameter optimization step includes:
First, a first step of determining the relative position O(i) of each reference object by setting appropriate initial values for the camera parameters;
From the correspondence between the position coordinates X(j) of each reference object and the feature point coordinates Im(i,j), the following equation Im'(i,j)≈P×{X(j)+O(i)}
a second step of finding a projection matrix P that satisfies
The feature point coordinates Im′(i, j) calculated using the obtained projection matrix P are obtained, and the camera parameters are optimized so that the difference from the actual feature point coordinates Im(i, j) becomes small. 3 steps;
A method for calibrating an X-ray measuring device, comprising:
請求項2において、
前記第3の工程に続く第4の工程で、
前記第3の工程で最適化した前記カメラパラメータを用いて前記第2の工程の射影行列Pを再度計算し、再び前記第3の工程の最適化を行う処理を前記特徴点座標の差が小さくなるまで繰り返すことを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In claim 2,
In a fourth step following the third step,
The projection matrix P in the second step is recalculated using the camera parameters optimized in the third step, and the process of performing the optimization in the third step again is performed so that the difference in the feature point coordinates is small. A method for calibrating an X-ray measuring device, characterized by repeating until
請求項2において、
前記第3の工程で前記カメラパラメータが収束した後に前記第2の工程の射影行列Pを再度計算して最適化を繰り返すことを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In claim 2,
A method for calibrating an X-ray measuring apparatus, wherein the projection matrix P in the second step is recalculated and optimization is repeated after the camera parameters have converged in the third step.
請求項2において、
前記第3の工程で前記第2の工程の射影行列Pをカメラパラメータと回転行列と並進行列に分解して、最適化処理の中で射影行列Pも併せて最適化することを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In claim 2,
X characterized in that, in the third step, the projection matrix P in the second step is decomposed into camera parameters, a rotation matrix, and a translation matrix, and the projection matrix P is also optimized in the optimization process. A method of calibrating a line measuring device.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記校正治具において前記基準物体の全てが1つの平面上にのみ載置されている場合には、前記変換行列は射影変換行列とされ、該基準物体が三次元的に載置されている場合には、N=6とされ且つ該変換行列は射影行列とされることを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In any one of claims 1 to 5,
When all of the reference objects are placed on only one plane in the calibration jig, the transformation matrix is a projective transformation matrix, and when the reference object is placed three-dimensionally 3. A method of calibrating an X-ray measuring apparatus, wherein N=6 and said transformation matrix is a projection matrix.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記中心位置算出工程で、更に、前記回転テーブルの回転軸を算出することを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In any one of claims 1 to 6,
A method for calibrating an X-ray measuring device, wherein the center position calculating step further includes calculating a rotation axis of the rotary table.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記基準物体は、球とされていることを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In any one of claims 1 to 7,
A calibration method for an X-ray measuring device, wherein the reference object is a sphere.
請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記基準物体の投影像の特徴点の位置は、該投影像の重心位置とされていることを特徴とするX線計測装置の校正方法。
In any one of claims 1 to 8,
A method for calibrating an X-ray measuring apparatus, wherein the position of the feature point of the projected image of the reference object is set to the position of the center of gravity of the projected image.
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