JP2696044B2 - 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 - Google Patents
合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置Info
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- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
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- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
- H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物との距離を変
化させながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画
像を撮影し、該画像のコントラストが最大になったこと
から合焦状態を検出するようにした合焦検出方法、これ
を用いた非接触変位測定方法及び装置に係り、特に、被
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度の合焦検出や変位測定を行うこ
とが可能な合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定
方法及び装置に関するものである。
化させながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画
像を撮影し、該画像のコントラストが最大になったこと
から合焦状態を検出するようにした合焦検出方法、これ
を用いた非接触変位測定方法及び装置に係り、特に、被
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度の合焦検出や変位測定を行うこ
とが可能な合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定
方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】被測定物との距離を変化させながら、ビ
デオカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画
像のコントラストが最大の時のビデオカメラの位置によ
り、被測定物表面の位置を測定するようにした非接触変
位測定方法として、例えば特開昭６２−２１１８号が知
られている。
デオカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画
像のコントラストが最大の時のビデオカメラの位置によ
り、被測定物表面の位置を測定するようにした非接触変
位測定方法として、例えば特開昭６２−２１１８号が知
られている。
【０００３】この方法は、被測定物表面に、例えば図１
に示すような所定周期の格子パターンを投影し、その映
像信号にフィルタをかけることによって格子による周波
数成分を抽出し、該周波数成分の振幅とカメラの距離の
関係から、ピーク付近の重心をその最大振幅位置とし
て、該最大振幅位置におけるビデオカメラの位置から被
測定物表面の位置を求めるものである。
に示すような所定周期の格子パターンを投影し、その映
像信号にフィルタをかけることによって格子による周波
数成分を抽出し、該周波数成分の振幅とカメラの距離の
関係から、ピーク付近の重心をその最大振幅位置とし
て、該最大振幅位置におけるビデオカメラの位置から被
測定物表面の位置を求めるものである。
【０００４】又、他の方法として、特開平３−２６１８
０４号に、図２に示す如く、被測定物表面の画像の各画
素の輝度 gx,y の平均値からのばらつき（分散）が大き
い程、コントラストが高く、合焦状態がよいことを利用
して、この分散の値が最大の点を検出して、合焦位置と
し、そのときのビデオカメラの位置から被測定物表面の
位置を求めることが提案されている。
０４号に、図２に示す如く、被測定物表面の画像の各画
素の輝度 gx,y の平均値からのばらつき（分散）が大き
い程、コントラストが高く、合焦状態がよいことを利用
して、この分散の値が最大の点を検出して、合焦位置と
し、そのときのビデオカメラの位置から被測定物表面の
位置を求めることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前者
の特開昭６２−２１１８号に記載された方法では、被測
定物表面に所定周期の格子パターンを所定方向に投影し
なければならず、パターンの周期性や方向性に制約があ
る。又、映像信号フィルタにより信号成分が小さくな
り、Ｓ／Ｎ劣化のため精度低下を招く。更に、格子模様
及びデータ処理方向が画面走査方向に限られることか
ら、被測定物表面模様の影響を受ける。又、信号周波数
が、信号を取込む画像領域の端部（縦縞パターンの場合
には左右端部）の状態に影響され、高精度の測定が困難
である等の問題点を有する。
の特開昭６２−２１１８号に記載された方法では、被測
定物表面に所定周期の格子パターンを所定方向に投影し
なければならず、パターンの周期性や方向性に制約があ
る。又、映像信号フィルタにより信号成分が小さくな
り、Ｓ／Ｎ劣化のため精度低下を招く。更に、格子模様
及びデータ処理方向が画面走査方向に限られることか
ら、被測定物表面模様の影響を受ける。又、信号周波数
が、信号を取込む画像領域の端部（縦縞パターンの場合
には左右端部）の状態に影響され、高精度の測定が困難
である等の問題点を有する。
【０００６】一方、後者の特開平３−２６１８０４号に
記載された方法では、焦点位置付近でのコントラストの
変化が必ずしも十分に大きくない場合があり、測定精度
を十分に上げられないという問題点を有していた。
記載された方法では、焦点位置付近でのコントラストの
変化が必ずしも十分に大きくない場合があり、測定精度
を十分に上げられないという問題点を有していた。
【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
く成されたもので、被測定物に投影するパターンの周期
性や方向性等の影響を受けることなく、焦点付近でのコ
ントラストの変化を大とすることができ、従って、高精
度の合焦状態を検出することが可能な、合焦検出方法を
提供することを第１の目的とする。
く成されたもので、被測定物に投影するパターンの周期
性や方向性等の影響を受けることなく、焦点付近でのコ
ントラストの変化を大とすることができ、従って、高精
度の合焦状態を検出することが可能な、合焦検出方法を
提供することを第１の目的とする。
【０００８】又、本発明は、前記合焦検出方法を利用し
て、被測定物表面の位置を高精度で測定することが可能
な、非接触変位測定方法及び装置を提供することを第２
の目的とする。
て、被測定物表面の位置を高精度で測定することが可能
な、非接触変位測定方法及び装置を提供することを第２
の目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】本発明は、被測定物と
の距離を変化させながら、ビデオカメラにより該被測定
物表面の画像を撮影し、該画像のコントラストが最大に
なったことから合焦状態を検出するようにした合焦検出
方法において、被測定物の表面に所定のパターンを投影
して、被測定物表面の画像のコントラストを向上させ、
該パターンを含む画像のコントラストを、該画像の隣接
する画素の輝度の差分のn （n は２以上の整数）乗和に
より求めるに際して、先ず、広いサーチ範囲におけるコ
ントラストのピークを求め、次いで、該ピークを含むよ
う、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再サーチを行
い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラストのピーク
を求めるようにして、前記第１の目的を達成したもので
ある。
の距離を変化させながら、ビデオカメラにより該被測定
物表面の画像を撮影し、該画像のコントラストが最大に
なったことから合焦状態を検出するようにした合焦検出
方法において、被測定物の表面に所定のパターンを投影
して、被測定物表面の画像のコントラストを向上させ、
該パターンを含む画像のコントラストを、該画像の隣接
する画素の輝度の差分のn （n は２以上の整数）乗和に
より求めるに際して、先ず、広いサーチ範囲におけるコ
ントラストのピークを求め、次いで、該ピークを含むよ
う、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再サーチを行
い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラストのピーク
を求めるようにして、前記第１の目的を達成したもので
ある。
【００１０】又、本発明は、被測定物との距離を変化さ
せながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画像を
撮影し、該画像のコントラストが最大になった時のビデ
オカメラの位置により、被測定物表面の位置を測定する
ようにした非接触変位測定方法において、被測定物の表
面に所定のパターンを投影して、被測定物表面の画像の
コントラストを向上させ、該パターンを含む画像のコン
トラストを、該画像の隣接する画素の輝度の差分のn 乗
和により求めるに際して、先ず、広いサーチ範囲におけ
るコントラストのピークを求め、次いで、該ピークを含
むよう、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再サーチ
を行い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラストのピ
ークを求めるようにして、前記第２の目的を達成したも
のである。
せながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画像を
撮影し、該画像のコントラストが最大になった時のビデ
オカメラの位置により、被測定物表面の位置を測定する
ようにした非接触変位測定方法において、被測定物の表
面に所定のパターンを投影して、被測定物表面の画像の
コントラストを向上させ、該パターンを含む画像のコン
トラストを、該画像の隣接する画素の輝度の差分のn 乗
和により求めるに際して、先ず、広いサーチ範囲におけ
るコントラストのピークを求め、次いで、該ピークを含
むよう、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再サーチ
を行い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラストのピ
ークを求めるようにして、前記第２の目的を達成したも
のである。
【００１１】更に、本発明は、非接触距離測定装置にお
いて、被測定物との距離が可変とされたビデオカメラ
と、該ビデオカメラの位置を検出する手段と、被測定物
の表面に所定のパターンを投影して、被測定物表面の画
像のコントラストを向上させるためのパターン投影手段
と、前記ビデオカメラによって撮影された、前記パター
ンを含む被測定物表面の画像のうち、変位を測定すべき
局所領域内の隣接画素の輝度の差分のn 乗和としてコン
トラストを計算する手段と、ビデオカメラの位置を変化
させながら、各位置毎に計算した前記コントラストを、
最小２乗法により曲線に当てはめて、そのピークを決定
する手段と、広いサーチ範囲におけるコントラストのピ
ークを含むよう、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の
再サーチを行い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラ
ストのピークに対応するビデオカメラ位置より、被測定
物表面の位置を求める手段とを備えることにより、同じ
く前記第２の目的を達成したものである。
いて、被測定物との距離が可変とされたビデオカメラ
と、該ビデオカメラの位置を検出する手段と、被測定物
の表面に所定のパターンを投影して、被測定物表面の画
像のコントラストを向上させるためのパターン投影手段
と、前記ビデオカメラによって撮影された、前記パター
ンを含む被測定物表面の画像のうち、変位を測定すべき
局所領域内の隣接画素の輝度の差分のn 乗和としてコン
トラストを計算する手段と、ビデオカメラの位置を変化
させながら、各位置毎に計算した前記コントラストを、
最小２乗法により曲線に当てはめて、そのピークを決定
する手段と、広いサーチ範囲におけるコントラストのピ
ークを含むよう、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の
再サーチを行い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラ
ストのピークに対応するビデオカメラ位置より、被測定
物表面の位置を求める手段とを備えることにより、同じ
く前記第２の目的を達成したものである。
【００１２】
【作用】本発明においては、被測定物の表面に所定のパ
ターンを投影して、被測定物表面の画像のコントラスト
を向上させ、被測定物との距離を変化させながら、ビデ
オカメラにより前記パターンを含む被測定物表面の画像
を撮影し、該画像の隣接する画素の輝度の差分のn （n
は２以上の整数）乗和によりコントラストを求める。こ
の際、先ず、広いサーチ範囲におけるコントラストのピ
ークを求め、次いで、該ピークを含むよう、サーチ範囲
を狭めて、少くとも一回の再サーチを行い、一番狭いサ
ーチ範囲におけるコントラストが最大になったことから
合焦状態を検出する。
ターンを投影して、被測定物表面の画像のコントラスト
を向上させ、被測定物との距離を変化させながら、ビデ
オカメラにより前記パターンを含む被測定物表面の画像
を撮影し、該画像の隣接する画素の輝度の差分のn （n
は２以上の整数）乗和によりコントラストを求める。こ
の際、先ず、広いサーチ範囲におけるコントラストのピ
ークを求め、次いで、該ピークを含むよう、サーチ範囲
を狭めて、少くとも一回の再サーチを行い、一番狭いサ
ーチ範囲におけるコントラストが最大になったことから
合焦状態を検出する。
【００１３】本発明によれば、コントラストが、図３に
示す如く、隣り合った画素との輝度の傾きが大きい程コ
ントラストが高い（画像がくっきりしている）という尺
度で評価され、対象領域の画像の鮮鋭さの総和が大きい
ときに、指定された領域でのコントラストが最も高くな
る。従って、焦点位置付近でのコントラストの変化が大
きいことから、図４に示すようなＺ座標−コントラスト
曲線のピークが鋭利になり、投影されるパターンの周期
性や方向性に影響されることなく、安定して高精度の合
焦検出を行うことができる。更に、広いサーチ範囲から
狭いサーチ範囲に絞り込んでいくので、迅速、且つ高精
度のサーチを行うことができる。
示す如く、隣り合った画素との輝度の傾きが大きい程コ
ントラストが高い（画像がくっきりしている）という尺
度で評価され、対象領域の画像の鮮鋭さの総和が大きい
ときに、指定された領域でのコントラストが最も高くな
る。従って、焦点位置付近でのコントラストの変化が大
きいことから、図４に示すようなＺ座標−コントラスト
曲線のピークが鋭利になり、投影されるパターンの周期
性や方向性に影響されることなく、安定して高精度の合
焦検出を行うことができる。更に、広いサーチ範囲から
狭いサーチ範囲に絞り込んでいくので、迅速、且つ高精
度のサーチを行うことができる。
【００１４】又、このように定義されたコントラストが
最大になったときのビデオカメラの位置により、被測定
物表面の位置を測定することにより、同じくパターン投
影の有無や被測定物の表面特性に拘らず、高精度の変位
測定が可能となる。
最大になったときのビデオカメラの位置により、被測定
物表面の位置を測定することにより、同じくパターン投
影の有無や被測定物の表面特性に拘らず、高精度の変位
測定が可能となる。
【００１５】更に、ビデオカメラの位置を変化させなが
ら、各位置毎に計算した前記コントラストの数個の値
を、最小２乗法を用いて曲線に当てはめて、そのピーク
を決定し、広いサーチ範囲におけるコントラストのピー
クを含むよう、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再
サーチを行い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラス
トのピークに対応するビデオカメラの位置を決定するこ
とによって、低コントラストの被測定物に対しても高精
度な変位測定を行うことができる。
ら、各位置毎に計算した前記コントラストの数個の値
を、最小２乗法を用いて曲線に当てはめて、そのピーク
を決定し、広いサーチ範囲におけるコントラストのピー
クを含むよう、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再
サーチを行い、一番狭いサーチ範囲におけるコントラス
トのピークに対応するビデオカメラの位置を決定するこ
とによって、低コントラストの被測定物に対しても高精
度な変位測定を行うことができる。
【００１６】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１７】本実施例の非接触距離測定装置は、図５に
示す如く、カメラ駆動装置１４によりＺ方向位置、即
ち、ワーク（被測定物）１０との距離が可変とされたビ
デオカメラ１２と、該ビデオカメラ１２のＺ方向位置を
検出するための位置検出器１６と、測定面が鏡面状態で
ある場合等、必要に応じて、ワーク１０の表面に所定の
パターンを投影可能なパターン投影器１８と、前記ビデ
オカメラ１２によって撮影されたワーク表面の画像を処
理して、ワーク表面からの距離を求めて出力する画像処
理装置２０と、から主に構成されている。
示す如く、カメラ駆動装置１４によりＺ方向位置、即
ち、ワーク（被測定物）１０との距離が可変とされたビ
デオカメラ１２と、該ビデオカメラ１２のＺ方向位置を
検出するための位置検出器１６と、測定面が鏡面状態で
ある場合等、必要に応じて、ワーク１０の表面に所定の
パターンを投影可能なパターン投影器１８と、前記ビデ
オカメラ１２によって撮影されたワーク表面の画像を処
理して、ワーク表面からの距離を求めて出力する画像処
理装置２０と、から主に構成されている。
【００１８】前記ビデオカメラ１２は、例えばＣＣＤカ
メラとされ、その前面にレンズ１３が配設されている。
メラとされ、その前面にレンズ１３が配設されている。
【００１９】前記位置検出器１６は、例えばビデオカメ
ラ１２のＺ方向の位置を直接検出する直線変位検出器と
される。なお、この位置検出器１６を省略し、例えばカ
メラ駆動装置１４の駆動モータＭに設けたロータリエン
コーダによって、ビデオカメラ１２のＺ方向位置を検出
してもよい。
ラ１２のＺ方向の位置を直接検出する直線変位検出器と
される。なお、この位置検出器１６を省略し、例えばカ
メラ駆動装置１４の駆動モータＭに設けたロータリエン
コーダによって、ビデオカメラ１２のＺ方向位置を検出
してもよい。
【００２０】前記画像処理装置２０には、図５に示した
如く、前記ビデオカメラ１２から入力されるアナログ画
像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２と、
該Ａ／Ｄ変換器２２出力を画面毎に記憶する画像メモリ
２４と、該画像メモリ２４に記憶されたデータの内、コ
ントラスト演算の対象となる、フォーカスを行う局所領
域（フォーカス領域と称する）の画像データを抽出する
局所領域抽出回路２６と、該フォーカス領域内の隣接画
素の輝度の差分の２乗和としてコントラストを計算する
コントラスト演算回路２８と、前記位置検出器１６から
入力されるＺ位置信号を記憶するメモリ３０と、前記カ
メラ駆動装置１４によりビデオカメラ１２のＺ方向位置
を変化させながら、各位置毎に計算した前記コントラス
トのピークを、最小２乗法により決定するピーク決定回
路３２と、該コントラストのピークに対応するビデオカ
メラ１２のＺ方向位置及びレンズ１３の焦点距離より、
ワーク１０表面の位置を求めて出力する位置決定回路３
４とが含まれている。
如く、前記ビデオカメラ１２から入力されるアナログ画
像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２と、
該Ａ／Ｄ変換器２２出力を画面毎に記憶する画像メモリ
２４と、該画像メモリ２４に記憶されたデータの内、コ
ントラスト演算の対象となる、フォーカスを行う局所領
域（フォーカス領域と称する）の画像データを抽出する
局所領域抽出回路２６と、該フォーカス領域内の隣接画
素の輝度の差分の２乗和としてコントラストを計算する
コントラスト演算回路２８と、前記位置検出器１６から
入力されるＺ位置信号を記憶するメモリ３０と、前記カ
メラ駆動装置１４によりビデオカメラ１２のＺ方向位置
を変化させながら、各位置毎に計算した前記コントラス
トのピークを、最小２乗法により決定するピーク決定回
路３２と、該コントラストのピークに対応するビデオカ
メラ１２のＺ方向位置及びレンズ１３の焦点距離より、
ワーク１０表面の位置を求めて出力する位置決定回路３
４とが含まれている。
【００２１】以下、図６を参照して本実施例の作用を説
明する。
明する。
【００２２】まず、ステップ１００で、前記パターン投
影器１８によるパターン投影を行うか否かを判定する。
測定面が例えば鏡面状態であり、パターン投影を行う必
要があるときには、ステップ１０２に進み、前記パター
ン投影器１８によるパターンを前記ワーク１０の表面に
投影する。なお、測定面に、コントラストを検出可能な
表面模様等がある場合には、パターン投影を省略するこ
とができる。
影器１８によるパターン投影を行うか否かを判定する。
測定面が例えば鏡面状態であり、パターン投影を行う必
要があるときには、ステップ１０２に進み、前記パター
ン投影器１８によるパターンを前記ワーク１０の表面に
投影する。なお、測定面に、コントラストを検出可能な
表面模様等がある場合には、パターン投影を省略するこ
とができる。
【００２３】ステップ１０２終了後、あるいは、前出ス
テップ１００の判定結果が否である場合には、ステップ
１０４に進み、前記カメラ駆動装置１４により、光学系
を含むビデオカメラ１４の駆動を開始し、ワーク１０に
対して距離が変わるようにする。
テップ１００の判定結果が否である場合には、ステップ
１０４に進み、前記カメラ駆動装置１４により、光学系
を含むビデオカメラ１４の駆動を開始し、ワーク１０に
対して距離が変わるようにする。
【００２４】次いでステップ１０６に進み、ビデオカメ
ラ１２によりワーク１０表面の画像を撮影する。この撮
影は連続して行い、又、ステップ１０８で、画像撮影時
刻におけるビデオカメラ１２のＺ方向位置をメモリ３０
に併行して記録する。
ラ１２によりワーク１０表面の画像を撮影する。この撮
影は連続して行い、又、ステップ１０８で、画像撮影時
刻におけるビデオカメラ１２のＺ方向位置をメモリ３０
に併行して記録する。
【００２５】次いで、ステップ１１０に進み、Ａ／Ｄ変
換器２２によりビデオカメラ１２の出力画像信号をＡ／
Ｄ変換する。
換器２２によりビデオカメラ１２の出力画像信号をＡ／
Ｄ変換する。
【００２６】次いでステップ１１２に進み、該Ａ／Ｄ変
換器２２の出力を画像メモリ２４に記録する。
換器２２の出力を画像メモリ２４に記録する。
【００２７】次いでステップ１１４に進み、前記局所領
域抽出回路２６により、前記画像メモリ２４に記録され
た全画面のデータから、図７に示すような、フォーカス
領域のデータを抽出する。
域抽出回路２６により、前記画像メモリ２４に記録され
た全画面のデータから、図７に示すような、フォーカス
領域のデータを抽出する。
【００２８】次いでステップ１１６に進み、前記コント
ラスト演算回路２８で、例えば次式に従って、本発明に
より隣接する画素の輝度の差分の２乗和によって定義さ
れるコンラストを実時間で演算する。
ラスト演算回路２８で、例えば次式に従って、本発明に
より隣接する画素の輝度の差分の２乗和によって定義さ
れるコンラストを実時間で演算する。
【００２９】
【数１】
【００３０】ここで、 gx,y は、座標（x ，y ）におけ
る画素の輝度であり、 g1,1 〜 gm, n により、前記フォ
ーカス領域が表わされる。
る画素の輝度であり、 g1,1 〜 gm, n により、前記フォ
ーカス領域が表わされる。
【００３１】このコントラスト式（１）で差分の２乗値
を用いているのは、次の理由による。即ち、例えば鏡面
ワークに格子パターンを投影した場合、ピンぼけから合
焦まで、画像は図８のＡ〜Ｄに示すような変化を見せ
る。その際、Ｃ→Ｄの遷移時において、差分値の総和で
はコントラストの評価が行われない。Ｃ→Ｄの遷移時の
Ａの部分の画像を構成する画素単位で微視的に表わした
ものが図９である。明部と暗部の明るさを差を１とし
て、格子パターンによるエッジが鮮明となっているとき
のコントラスト値を、差分の総和ΣΔ（比較例）及び差
分の２乗和の総和ΣΔ2 （本発明）で評価した値を、図
９の右側に示す。
を用いているのは、次の理由による。即ち、例えば鏡面
ワークに格子パターンを投影した場合、ピンぼけから合
焦まで、画像は図８のＡ〜Ｄに示すような変化を見せ
る。その際、Ｃ→Ｄの遷移時において、差分値の総和で
はコントラストの評価が行われない。Ｃ→Ｄの遷移時の
Ａの部分の画像を構成する画素単位で微視的に表わした
ものが図９である。明部と暗部の明るさを差を１とし
て、格子パターンによるエッジが鮮明となっているとき
のコントラスト値を、差分の総和ΣΔ（比較例）及び差
分の２乗和の総和ΣΔ2 （本発明）で評価した値を、図
９の右側に示す。
【００３２】図９から明らかな如く、比較例によるコン
トラストの定義では、エッジが鮮明となっているときの
コントラストの変化を表わすことができないが、本発明
によれば、明確に評価でき、焦点付近での分解能を高め
ることができ、被測定物表面の性質に影響されない測定
が行われる。
トラストの定義では、エッジが鮮明となっているときの
コントラストの変化を表わすことができないが、本発明
によれば、明確に評価でき、焦点付近での分解能を高め
ることができ、被測定物表面の性質に影響されない測定
が行われる。
【００３３】なお、前記コントラスト式（１）でx 方向
とy 方向の２方向に計算を行っているのは、本発明のコ
ントラストに方向性があるためである。
とy 方向の２方向に計算を行っているのは、本発明のコ
ントラストに方向性があるためである。
【００３４】前記カメラ駆動装置１４によりビデオカメ
ラ１２を駆動して、そのＺ方向位置を変化させながら、
各位置毎に前記コントラストを演算する。このコントラ
スト演算は、画像メモリ２４に量子化、保存された画像
に対して、ソフトウエアによって行うため、様々な方向
に対して行える。
ラ１２を駆動して、そのＺ方向位置を変化させながら、
各位置毎に前記コントラストを演算する。このコントラ
スト演算は、画像メモリ２４に量子化、保存された画像
に対して、ソフトウエアによって行うため、様々な方向
に対して行える。
【００３５】次いで、ステップ１１８に進み、カメラ駆
動を終了すべき位置にビデオカメラ１２が到達したか否
かを判定する。判定結果が否である場合には、前出ステ
ップ１０４に戻り、更にコントラストのデータを集積す
る。
動を終了すべき位置にビデオカメラ１２が到達したか否
かを判定する。判定結果が否である場合には、前出ステ
ップ１０４に戻り、更にコントラストのデータを集積す
る。
【００３６】ステップ１１８の判定結果が真であり、ビ
デオカメラ１２が所定のＺ方向位置（サーチ限界）に到
達したと判断されるときには、ステップ１２０に進み、
ビデオカメラ１２の駆動を停止する。
デオカメラ１２が所定のＺ方向位置（サーチ限界）に到
達したと判断されるときには、ステップ１２０に進み、
ビデオカメラ１２の駆動を停止する。
【００３７】次いで、ステップ１２２に進み、前記ピー
ク決定回路３２で、例えば最小２乗法により、前出図４
に示したようなＺ座標に対するコントラストを表わす曲
線のピーク近傍のある範囲Ｗに、図１０に示す如く、例
えば２次曲線を当て嵌めて、測定点（サンプリング点）
間を補間し、該曲線の数式モデルにより、そのピーク位
置を決定する。
ク決定回路３２で、例えば最小２乗法により、前出図４
に示したようなＺ座標に対するコントラストを表わす曲
線のピーク近傍のある範囲Ｗに、図１０に示す如く、例
えば２次曲線を当て嵌めて、測定点（サンプリング点）
間を補間し、該曲線の数式モデルにより、そのピーク位
置を決定する。
【００３８】ここで、２次関数によって近似の行える範
囲をＷとし、サンプリング時間をt（一定）とすると、
Ｚ軸駆動速度v と、近似に使うサンプリング数n の間に
は、次式の関係が成立する。
囲をＷとし、サンプリング時間をt（一定）とすると、
Ｚ軸駆動速度v と、近似に使うサンプリング数n の間に
は、次式の関係が成立する。
【００３９】 v ＝Ｗ／（n ・t ） ………（２）
【００４０】このピーク決定は、例えばフォーカスのシ
ーケンスが、粗、中、精の３段階からなる場合には、図
１１乃至図１３に示す如く、まず移動範囲全域に亘って
ビデオカメラ１２を高速に移動する粗サーチを行いなが
ら、ピーク位置を大まかに判定して中サーチ範囲を決定
し、次いで図１２に示す如く、粗サーチで決定した中サ
ーチ範囲に亘ってビデオカメラ１２を中速で移動する中
サーチを行いながら、ピーク位置を中サーチ範囲内で大
まかに判定して精サーチ範囲を決定し、更に、図１３に
示す如く、中サーチで決定した狭い精サーチ範囲内で、
ビデオカメラ１２を低速で移動する精サーチを行って、
最終的にピーク位置を高精度に決定することができる。
ーケンスが、粗、中、精の３段階からなる場合には、図
１１乃至図１３に示す如く、まず移動範囲全域に亘って
ビデオカメラ１２を高速に移動する粗サーチを行いなが
ら、ピーク位置を大まかに判定して中サーチ範囲を決定
し、次いで図１２に示す如く、粗サーチで決定した中サ
ーチ範囲に亘ってビデオカメラ１２を中速で移動する中
サーチを行いながら、ピーク位置を中サーチ範囲内で大
まかに判定して精サーチ範囲を決定し、更に、図１３に
示す如く、中サーチで決定した狭い精サーチ範囲内で、
ビデオカメラ１２を低速で移動する精サーチを行って、
最終的にピーク位置を高精度に決定することができる。
【００４１】次いで、ステップ１２４に進み、前記位置
決定回路３４で前記のように決定されたピークに対応す
るビデオカメラ１２のＺ方向位置及びレンズ１３の焦点
距離から、ワーク表面の位置を求めて出力し、測定を終
了する。
決定回路３４で前記のように決定されたピークに対応す
るビデオカメラ１２のＺ方向位置及びレンズ１３の焦点
距離から、ワーク表面の位置を求めて出力し、測定を終
了する。
【００４２】本実施例においては、本発明が、非接触変
位測定に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、本発明によって定義されるコントラストが
最大となったことから、合焦状態を検出することも可能
である。
位測定に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、本発明によって定義されるコントラストが
最大となったことから、合焦状態を検出することも可能
である。
【００４３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、被
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度な合焦検出や距離測定を行うこ
とができるという優れた効果を有する。
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度な合焦検出や距離測定を行うこ
とができるという優れた効果を有する。
【図１】特開昭６２−２１１８号によるＺ軸方向位置測
定に不可欠な格子パターンの一例を示す平面図
定に不可欠な格子パターンの一例を示す平面図
【図２】特開平３−２６１８０４号で用いられている分
散によるコントラスト定義を示す線図
散によるコントラスト定義を示す線図
【図３】本発明によるコントラスト定義を示す線図
【図４】同じくＺ−コントラスト曲線と焦点位置の関係
の一例を示す線図
の一例を示す線図
【図５】本発明に係る非接触変位測定装置の実施例の構
成を示すブロック線図
成を示すブロック線図
【図６】前記実施例における処理手順を示す流れ図
【図７】同じく画像データの一例を示す線図
【図８】同じくピンぼけから合焦までの画像の変化状態
の例を示す線図
の例を示す線図
【図９】同じく焦点付近でのコントラスト評価を、比較
例の場合と比較して示す線図
例の場合と比較して示す線図
【図１０】同じくＺ−コントラスト曲線に２次曲線を当
て嵌めている状態を示す線図
て嵌めている状態を示す線図
【図１１】同じく粗サーチにおけるＺ−コントラスト曲
線の一例を示す線図
線の一例を示す線図
【図１２】同じく中サーチにおけるＺ−コントラスト曲
線の一例を示す線図
線の一例を示す線図
【図１３】同じく精サーチにおけるＺ−コントラスト曲
線の一例を示す線図
線の一例を示す線図
１０…ワーク（被測定物） １２…ビデオカメラ １３…レンズ １４…カメラ駆動装置 １６…位置検出器 １８…パターン投影器 ２０…画像処理装置 ２４…画像メモリ ２６…局所領域抽出回路 ２８…コントラスト演算回路 ３２…ピーク決定回路 ３４…位置決定回路
Claims (3)
- 【請求項１】被測定物との距離を変化させながら、ビデ
オカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画像
のコントラストが最大になったことから合焦状態を検出
するようにした合焦検出方法において、 被測定物の表面に所定のパターンを投影して、被測定物
表面の画像のコントラストを向上させ、 該パターンを含む画像のコントラストを、該画像の隣接
する画素の輝度の差分のn （n は２以上の整数）乗和に
より求めるに際して、 先ず、広いサーチ範囲におけるコントラストのピークを
求め、 次いで、該ピークを含むよう、サーチ範囲を狭めて、少
くとも一回の再サーチを行い、 一番狭いサーチ範囲におけるコントラストのピークを求
める ことを特徴とする合焦検出方法。 - 【請求項２】被測定物との距離を変化させながら、ビデ
オカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画像
のコントラストが最大になった時のビデオカメラの位置
により、被測定物表面の位置を測定するようにした非接
触変位測定方法において、 被測定物の表面に所定のパターンを投影して、被測定物
表面の画像のコントラストを向上させ、 該パターンを含む画像のコントラストを、該画像の隣接
する画素の輝度の差分のn （n は２以上の整数）乗和に
より求めるに際して、 先ず、広いサーチ範囲におけるコントラストのピークを
求め、 次いで、該ピークを含むよう、サーチ範囲を狭めて、少
くとも一回の再サーチを行い、 一番狭いサーチ範囲におけるコントラストのピークを求
める ことを特徴とする非接触変位測定方法。 - 【請求項３】被測定物との距離が可変とされたビデオカ
メラと、 該ビデオカメラの位置を検出する手段と、 被測定物の表面に所定のパターンを投影して、被測定物
表面の画像のコントラストを向上させるためのパターン
投影手段と、 前記ビデオカメラによって撮影された、前記パターンを
含む被測定物表面の画像のうち、変位を測定すべき局所
領域内の隣接画素の輝度の差分のn （n は２以上の整
数）乗和としてコントラストを計算する手段と、 ビデオカメラの位置を変化させながら、各位置毎に計算
した前記コントラストを、最小２乗法により曲線に当て
はめて、そのピークを決定する手段と、広いサーチ範囲におけるコントラストのピークを含むよ
う、サーチ範囲を狭めて、少くとも一回の再サーチを行
い、一番狭いサーチ範囲における コントラストのピーク
に対応するビデオカメラ位置より、被測定物表面の位置
を求める手段と、 を備えたことを特徴とする非接触変位測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4186622A JP2696044B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 |
| US08/089,104 US5404163A (en) | 1992-07-14 | 1993-07-12 | In-focus detection method and method and apparatus using the same for non contact displacement measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4186622A JP2696044B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634366A JPH0634366A (ja) | 1994-02-08 |
| JP2696044B2 true JP2696044B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=16191806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4186622A Expired - Fee Related JP2696044B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5404163A (ja) |
| JP (1) | JP2696044B2 (ja) |
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| DE19502472A1 (de) * | 1995-01-27 | 1996-08-01 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum Aufnehmen eines Objektes |
| JP3401129B2 (ja) * | 1995-10-24 | 2003-04-28 | 京セラミタ株式会社 | コントラスト調整装置およびコントラスト調整方法 |
| JPH09304034A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Mitsutoyo Corp | 照明制御システム |
| JP3462006B2 (ja) * | 1996-05-20 | 2003-11-05 | 株式会社ミツトヨ | オートフォーカス装置 |
| US6181378B1 (en) * | 1996-06-14 | 2001-01-30 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Image reading device |
| JPH1062134A (ja) * | 1996-08-22 | 1998-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 認識検査における照明調整方法 |
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| US6289113B1 (en) | 1998-11-25 | 2001-09-11 | Iridian Technologies, Inc. | Handheld iris imaging apparatus and method |
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| US6532298B1 (en) | 1998-11-25 | 2003-03-11 | Iridian Technologies, Inc. | Portable authentication device and method using iris patterns |
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| JPS5759107A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-09 | Hitachi Ltd | Method and device for measuring plate thickness |
| GB2195214B (en) * | 1980-12-10 | 1988-10-26 | Emi Ltd | Automatic focussing system for an optical system |
| US4743771A (en) * | 1985-06-17 | 1988-05-10 | View Engineering, Inc. | Z-axis height measurement system |
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| JP2748637B2 (ja) * | 1990-03-09 | 1998-05-13 | ソニー株式会社 | オートフォーカス制御装置 |
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-
1992
- 1992-07-14 JP JP4186622A patent/JP2696044B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-07-12 US US08/089,104 patent/US5404163A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5404163A (en) | 1995-04-04 |
| JPH0634366A (ja) | 1994-02-08 |
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