JP6527725B2 - Three-dimensional shape measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、格子投影による光源切替位相シフト法を用いた三次元計測に関する。 The present invention relates to three-dimensional measurement using a light source switching phase shift method by lattice projection.
人体の形状を計測するには、体のブレの影響が出ないように高速に計測することや、広い計測領域が必要となる。そのため応答性に優れた広角投影に適した光源切替位相シフト法による計測装置が開発されている。非特許文献1には、光源切替位相シフト法に適した形状計測領域の拡大手法が開示されている。 In order to measure the shape of the human body, it is necessary to perform measurement at high speed so that the influence of body blur does not occur, and a wide measurement area. Therefore, a measuring device based on a light source switching phase shift method suitable for wide-angle projection with excellent responsiveness has been developed. Non-Patent Document 1 discloses a method of expanding a shape measurement area suitable for the light source switching phase shift method.
非特許文献1に記載されている手法では、計測領域の中央付近で輝度が高く、周辺部では輝度が低くなる。そのため、カメラの露光時間を長くすることで周辺部が精度よく計測できるようになるが、その代わりに中央部が露光オーバーとなり計測できなくなる。 In the method described in Non-Patent Document 1, the luminance is high near the center of the measurement region, and the luminance is low at the periphery. Therefore, although it becomes possible to measure the peripheral part with high accuracy by prolonging the exposure time of the camera, the central part becomes overexposure instead and can not be measured.
「ブルズアイフィルター」と呼ばれる周囲から中央部分にかけて透過率が徐々に低くなるフィルターが市販されている。これを用いることで輝度むらの補正を行うことができる。しかし、計測領域の輝度が全体的に下がるため、カメラの露光時間を長くする必要があり、計測に要する時間が長くなる問題がある。 There are commercially available filters called "bull's eye filters" whose transmittance gradually decreases from the periphery to the center. Uneven luminance can be corrected by using this. However, since the luminance of the measurement area is entirely lowered, it is necessary to increase the exposure time of the camera, which causes a problem that the time required for measurement becomes long.
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、格子パターン撮影時に発生する輝度むらを補正する方法およびその光学系を提供することである。 Therefore, in view of the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method of correcting luminance unevenness generated at the time of photographing a grating pattern and an optical system thereof.
本願の請求項1に係る発明は、光源からの光をレンズの結像を使わず格子パターンを対象物に投影する格子投影光学系を有し、光源切替位相シフト法による三次元形状測定装置であって、前記三次元形状測定装置は、中央付近に投影される格子ピッチを広げることで輝度を低くし周辺部は格子ピッチを狭めることで輝度を高くするように、中央は凹レンズとなり周辺になるにしたがって凸レンズになる凹凸状の表面の形状を備えた片面凹凸シリンドリカルレンズを、前記格子投影光学系の光路中に挿入し、投影される格子パターンの輝度むらを補正したことを特徴とする三次元形状測定装置である。The invention according to claim 1 of the present application is a three-dimensional shape measuring apparatus according to a light source switching phase shift method, including a grating projection optical system that projects light from a light source to a target object without using lens imaging. The three-dimensional shape measuring apparatus reduces the brightness by widening the grating pitch projected near the center, and increases the brightness by narrowing the grating pitch at the periphery, the center becomes a concave lens and becomes the periphery According to the above, a single-sided concavo-convex cylindrical lens having the shape of a concavo-convex surface that becomes a convex lens is inserted into the light path of the grating projection optical system to correct luminance unevenness of the projected grating pattern. It is a shape measuring device.
本発明により、格子パターン撮影時に発生する輝度むらを補正する方法およびその光学系を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method and an optical system for correcting unevenness in luminance which occurs at the time of photographing a lattice pattern.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、ラインLEDを用いた形状計測の方法を説明する。
<ラインLEDによる形状計測>
図1は光源切替位相シフト法を説明する図である。まず、光源切替位相シフト法により撮影画像の位相を求める。この方法はまず光源から対象物に格子を投影し撮影を行う。次に、点灯させるラインを切り替えることで投影格子の位相をシフトさせる。光源を切り替えるごとに撮影を行い、得られた画像から位相シフト法を用いて各画素における位相値を求める。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a method of shape measurement using a line LED will be described.
<Shape measurement by line LED>
FIG. 1 is a diagram for explaining a light source switching phase shift method. First, the phase of the captured image is determined by the light source switching phase shift method. In this method, first, a grid is projected from a light source to an object to be photographed. Next, the phase of the projection grating is shifted by switching the line to be lit. Photographing is performed each time the light source is switched, and a phase shift method is used to obtain a phase value at each pixel from the obtained image.
求めた位相値は全空間テーブル化手法を用いて解析する。図2は全空間テーブル化手法を説明する図である。あらかじめ格子を投影する基準面を用意し、z方向へΔzずつ基準面を移動させ、各位置で光源切替位相シフト法を用いて位相を求める。これを基準面がznの位置になるまでn+1回繰り返すことで画素ごとの座標と位相との関係が画素ごとに得られる。以上より得られた関係から、位相とz座標の関係から補間した変換テーブルを作成する。図3は作成されるテーブルを示す図である。 The determined phase values are analyzed using a full space tabulation technique. FIG. 2 is a diagram for explaining the whole space table conversion method. A reference plane on which a grating is projected is prepared in advance, the reference plane is moved by Δz in the z direction, and the phase is determined using the light source switching phase shift method at each position. The relationship between the coordinates of each pixel and the phase is obtained for each pixel by repeating this operation n + 1 times until the reference plane reaches the position of zn. From the relationship obtained above, the conversion table interpolated from the relationship between the phase and the z coordinate is created. FIG. 3 is a diagram showing a table to be created.
計測物体の位相を同様に求めた時、この位相値に最も近いテーブルのz座標の値が計測物体の高さとなる。変換式を用いた座標の計算をせずに、得られたテーブルを参照するだけで即座にかつ簡単に3次元座標を得ることができる。光源切替位相シフト法を用いるとゆがんだ位相が算出されるといった問題が起きるが、変換テーブルを参照することで、高精度な解析が可能である。 When the phase of the measurement object is similarly determined, the value of the z coordinate of the table closest to the phase value is the height of the measurement object. It is possible to obtain three-dimensional coordinates instantly and easily simply by referring to the obtained table without calculating coordinates using a conversion equation. When the light source switching phase shift method is used, there arises a problem that a distorted phase is calculated, but by referring to the conversion table, highly accurate analysis is possible.
<複数テーブル参照による範囲拡大>
通常、格子投影法によって計測できるz方向の範囲は、投影格子のピッチ幅とカメラの角度によって決定される。一方、計測の精度は解析位相の分解能に依存するため、計測範囲を拡大すると精度が低下するといった問題が発生する。そのため、格子投影法の計測精度と範囲を両立させることは困難であった。
<Range expansion by multiple table reference>
Usually, the range in the z direction that can be measured by the grid projection method is determined by the pitch width of the projection grid and the angle of the camera. On the other hand, since the accuracy of measurement depends on the resolution of the analysis phase, there is a problem that the accuracy decreases when the measurement range is expanded. Therefore, it has been difficult to achieve both the measurement accuracy and the range of the lattice projection method.
そこで、2種類の投影格子の位相値を比較することで、対応するテーブルを検索する手法が公知である。図4は原理を示す図である。この手法はまず片方の投影格子Aで基準面解析を行い、z方向に対して位相が一周する範囲を1つのテーブルとして作成し、それをTable1、Table2、・・・と複数個用意する。もう片方の格子Bでは、座標を位相値に変換するTableθbを作成する。 Therefore, there is known a method for searching a corresponding table by comparing the phase values of two types of projection grids. FIG. 4 is a diagram showing the principle. In this method, first, a reference surface analysis is performed with one projection grating A, a range in which the phase makes a round in the z direction is created as a single table, and a plurality of such ranges are prepared as Table1, Table2,. For the other grid B, create Table θb that converts coordinates to phase values.
解析時には、まず投影格子Aの位相値θaを複数テーブルに代入し、テーブルの数だけ座標の候補を算出する。それらの候補値をTableθbに代入して投影格子Bの位相の候補値に変換し、実際に計測された位相値θbと比較することで、真の座標値zABが導出される。
<計測装置>
図5は形状計測装置のレイアウト図である。この装置は、LEDデバイスと格子ガラスを組み合わせたプロジェクタとCMOSカメラによって構成されている。LEDの点灯位置切り替えといった装置の制御には、外部の制御回路を用いる。
At the time of analysis, first, phase values θa of the projection grid A are substituted into a plurality of tables, and coordinate candidates are calculated by the number of tables. Substituting those candidate values into Table θb to convert them into the candidate values of the phase of the projection grating B, and comparing with the actually measured phase value θb, the true coordinate value zAB is derived.
<Measurement device>
FIG. 5 is a layout diagram of the shape measuring apparatus. This device is composed of a projector and a CMOS camera combining LED devices and grid glass. An external control circuit is used to control the apparatus such as switching the lighting position of the LED.
<格子投影装置>
計測範囲の拡大を行うためピッチの異なる2種類の格子を投影する必要がある。そこで、格子投影装置は、LEDデバイスを縦方向に2種類配置し、それぞれの光源―格子間の距離を調節することで、2種類の格子を投影する構造を備えている。図6は段差付きLEDプロジェクタの配置を示す図である。
<Grating projection device>
In order to expand the measurement range, it is necessary to project two types of grids with different pitches. Therefore, the lattice projection apparatus has a structure for projecting two types of lattices by arranging two types of LED devices in the vertical direction and adjusting the distance between each light source and the lattice. FIG. 6 is a view showing the arrangement of the LED projector with a step.
<1.レンズによるライン状LEDの輝度むらの低減>
ここで、上述したラインLEDの輝度分布の変化による計測結果への影響を低減する手法について述べる。まず、輝度の減少の原因としては、口径食やコサイン4乗則があげられる。広角レンズを用いることによる影響は、コサイン4乗則によるものが大きいと考えられる。
<1. Reduction of uneven brightness of linear LED by lens>
Here, a method for reducing the influence on the measurement result by the change of the luminance distribution of the line LED described above will be described. First of all, the cause of the decrease in luminance is the vignetting or cosine fourth law. The effect of using a wide-angle lens is considered to be large due to the cosine fourth law.
この問題の解決方法として、用いるレンズの周辺減光の度合いを予め計測し、画像処理による補正などが考えられる。本発明は、ライン状LEDが用いるカメラのレンズよりも十分広角に投影できることに加え、光源切替位相シフト法を用いた格子投影手法は結像による格子模様投影ではないため(図1参照)、格子を投影する光路中に光路を部分的に曲げるようなレンズを挿入しても格子を投影することができる特性を利用する。これらの特性を利用し、特殊な形状のレンズによる輝度むらの低減が可能となる。 As a method of solving this problem, it is conceivable to measure the degree of peripheral light reduction of the lens to be used in advance and to perform correction by image processing. In addition to the fact that the present invention can project at a sufficiently wide angle than the lens of the camera used by the line LED, the grid projection method using the light source switching phase shift method is not a grid pattern projection by imaging (see FIG. 1). It utilizes the characteristic that even if a lens that partially bends the light path is inserted into the light path for projecting the grating, the grid can be projected. By using these characteristics, it is possible to reduce uneven brightness with a lens of a special shape.
<2.片面凹凸シリンドリカルレンズ>
片面凹凸シリンドリカルレンズとは、全体の形状はシリンドリカルレンズであるが、片面に凹と凸部の面を持つレンズのことである。レンズの中央部は凹の形状で、徐々に凸レンズの曲面へと変化し最後は平面となる。この片面凹凸シリンドリカルレンズを用いた時に平行光を通した時の光路のイメージを図7に示す。
<2. Single-Surface Irregular Cylindrical Lens>
The single-sided concave and convex cylindrical lens is a lens having a concave and a convex surface on one side, although the entire shape is a cylindrical lens. The central part of the lens has a concave shape, gradually changes to the curved surface of the convex lens, and finally becomes a plane. An image of an optical path when parallel light is passed when this single-sided uneven cylindrical lens is used is shown in FIG.
図7に示されるように、中央の凹レンズ部を通った光は発散し、凸レンズ部を通った光は集光する。このような変化を与えることで、カメラから見た場合の光量を一定に近づけることができる。カメラからの光量を一定にすることができれば、カメラの感度を高くすることで、面全体での精度を上げることができる。 As shown in FIG. 7, the light passing through the central concave lens diverges, and the light passing through the convex lens condenses. By providing such a change, it is possible to make the light quantity as seen from the camera close to a constant. If the amount of light from the camera can be made constant, the accuracy over the entire surface can be increased by increasing the sensitivity of the camera.
<3.シミュレーション>
<3.1 シミュレーション導出式>
レンズによる光線の変化を、マイクロソフトのソフトウェアでエクセルを用いてシミュレーションを行った。このシミュレーションは点光源から進む光線がレンズによって屈折し、スクリーンに到達するまでを幾何学的な計算によって求めた。
<3. Simulation>
<3.1 Simulation derivation formula>
The change of the light beam by the lens was simulated using Excel with Microsoft software. In this simulation, the light ray traveling from the point light source is refracted by the lens and is obtained by geometrical calculation until it reaches the screen.
図8はレンズによる光線の変化を示す。光源である点P(p,q)と、レンズ上での入射された点Q(m,n)を結ぶ直線PQの傾きa1は数1式となる。 FIG. 8 shows the change of the light beam by the lens. Point is the light source P (p, q) and the slope a 1 of the straight line PQ connecting the incident point Q (m, n) on the lens becomes equation (1).
点Qは関数f(θ0)=Acos(θ0/B)上における点である。直線PQの入射角θ1は、数f(θ0)の点Qにおける法線との交わる角度である。法線lの傾きをa2とすると、入射角θ1は数2式で求められる。 The point Q is a point on the function f (θ 0 ) = A cos (θ 0 / B). The incident angle θ 1 of the straight line PQ is an angle that intersects with the normal at the point Q of the number f (θ 0 ). Assuming that the inclination of the normal line l is a 2 , the incident angle θ 1 can be obtained by Equation 2.
線lを回転行列(アフィン変換)の数5式によりθ2回転させることで、直線QRの傾きa3を数6式で求める。 Be to theta 2 rotated by the number 5 type rotation matrix lines l (affine transformation), obtains the gradient a 3 linear QR in equation (6).
直線QRは傾きa3と点Qの座標から算出できる。 Straight QR can be calculated from the coordinates of the gradient a 3 and the point Q.
次に、点Q(m,n)と点R(r,s)の座標がわかるので、レンズの後面への入射角θ3を数7式で求める。 Then, the point Q (m, n) and the point R (r, s) since coordinates is known, determining the incident angle theta 3 to the rear surface of the lens in equation (7).
屈折角θ4は、スネルの公式より数8式で求まる。 The refraction angle θ 4 can be obtained from Snell's formula by equation 8.
直線RSの傾きa4がtanθ4となるので、点Rの座標から直線RSを求めることができる。 The inclination a 4 straight lines RS is tan .theta 4, it is possible to obtain a straight line RS from the coordinates of the point R.
以上の計算によって、レンズによる光線の変化をシミュレーションできる。
<3.2 シミュレーションツールの開発>
3.1で述べた導出式からエクセルを用いてシミュレーションツールを開発した。図9にシミューションツールの画面例を示す。このツールは、レンズの形状を余弦波の三角関数として入力する。点光源の位置,レンズの厚み,レンズの位置,レンズの屈折率,スクリーンの位置を変数として入力することで、光線の軌跡を描くことができる。それぞれの光線のスクリーン上における結像位置から輝度分布を求めることができる。
By the above calculation, it is possible to simulate the change of the light ray by the lens.
<3.2 Development of simulation tools>
A simulation tool was developed using Excel from the derivation formula described in 3.1. FIG. 9 shows an example screen of the simulation tool. This tool inputs the lens shape as a trigonometric function of cosine waves. By inputting the position of the point light source, the thickness of the lens, the position of the lens, the refractive index of the lens, and the position of the screen as variables, it is possible to draw a ray trajectory. The luminance distribution can be determined from the imaging position of each ray on the screen.
<3.3 シミュレーション>
表1に示す条件にて、3.2で求めたシミュレーションによる結果を示す。表1に示す条件は、実験装置の構成を考慮して決めた。レンズに用いる材質はアクリルを使用することを想定しているので、屈折率は1.49とある。レンズの形状として、くぼみの最大が3.0mm,幅が60mmとなるように設定した。シミュレーションによって得られたグラフを図10に示す。また、この結果から、光線の密度を求め、光は距離の逆二乗で減衰するので、光の密度に減衰率を掛け合わせることで、光の強度を算出した。
<3.3 Simulation>
In the conditions shown in Table 1, the result by the simulation calculated | required by 3.2 is shown. The conditions shown in Table 1 were determined in consideration of the configuration of the experimental apparatus. Since it is assumed that the material used for the lens is acrylic, the refractive index is 1.49. The lens shape was set so that the maximum diameter of the depression was 3.0 mm and the width was 60 mm. The graph obtained by simulation is shown in FIG. Further, the light density is obtained from this result, and the light is attenuated by the inverse square of the distance. Therefore, the light density is calculated by multiplying the light density by the attenuation factor.
まず、レンズを通さない場合の光の強度を正規化したグラフを図11に示す。次にレンズを通した場合の光の強度を、レンズを通さない場合の最大値で正規化したグラフを図12に示す。図13のグラフはレンズを通した場合からレンズのない場合の光の強度分布で割ることでレンズによる効果を表している。図14は図13の中央付近を拡大したグラフである。光の強度の比率が、中央が外側に比べて下がり、外側で高くなること確認できるので、この条件でのシミュレーションの場合、十分な効果が期待できる。 First, FIG. 11 shows a graph in which the light intensity without passing through the lens is normalized. Next, FIG. 12 shows a graph in which the light intensity when passing through the lens is normalized by the maximum value when not passing through the lens. The graph of FIG. 13 shows the effect of the lens by dividing by the intensity distribution of light without the lens when passing through the lens. FIG. 14 is a graph in which the vicinity of the center of FIG. 13 is enlarged. Since it can be confirmed that the ratio of the light intensity is lower at the center than at the outer side and higher at the outer side, sufficient effects can be expected in the case of simulation under this condition.
<4.片面凹凸シリンドリカルレンズを用いた計測>
3.で行ったシミュレーションで行った片面凹凸シリンドリカルレンズでの効果を確認するために、アクリルを用いてレンズを製作した。NCフライスを用いて、形状を削り出した(図15(a))後に、400番から1000番の紙やすりを200番ずつ大きくしながら研磨した。最後に、研磨剤(アクリサンデー)を用いて十分に磨くことで、図15(b)のレンズができる。レンズの形状を図16に示す。
<4. Measurement using single-sided uneven cylindrical lens>
3. In order to confirm the effect with the single-sided concavo-convex cylindrical lens performed by the simulation performed in, the lens was manufactured using acrylic. After cutting out the shape using an NC milling cutter (FIG. 15 (a)), polishing was performed while increasing the number of each of the No. 400 to No. 1000 sandpapers by 200. Finally, the lens shown in FIG. 15 (b) can be obtained by sufficiently polishing with an abrasive (acrylic sand). The shape of the lens is shown in FIG.
シミュレーションを行った場合と同じ曲面で削り出し、各両端から10mmは平面としている。このレンズを装置へ取り付け、格子ガラスの無い状態で基準面に対してLEDを投影させ、計測に用いるカメラで輝度分布の変化を確認した。図17(a)(b)に撮影した画像,図18は画像中央に引いた線上の輝度分布のグラフである。 It cuts off with the same curved surface as the case where simulation was done, and 10 mm from each end is a plane. This lens was attached to the device, and the LED was projected onto the reference surface in the absence of lattice glass, and the change in luminance distribution was confirmed with a camera used for measurement. FIGS. 17 (a) and 17 (b) are images taken, and FIG. 18 is a graph of the luminance distribution on a line drawn at the center of the image.
レンズの無い場合では、中央が高く離れるほど、低くなっていることがわかる。レンズを用いた場合では外側の輝度が上がり中央が少し下がることでレンズのない場合に比べて、輝度の変化の差を減らすことができている。 In the case of no lens, it can be seen that the higher the center, the lower it is. In the case where a lens is used, the difference in the change in brightness can be reduced as compared with the case where no lens is provided, because the brightness on the outside increases and the center slightly decreases.
<4.1 基準面を用いた計測と試料を用いた計測>
レンズを用いない場合と同様に、キャリブレーションに使用する基準面を対象とした精度確認実験を実施した。実験は図19に示すように基準面に対してカメラとプロジェクタを4mmずつ移動させて計測した。表2に示す計測条件は露光時間を除いてレンズの無いと場合と同じになるように設定した。図20(a),(b),(c)は、それぞれ4mmの位置での格子投影画像,位相分布画像,z座標分布画像である。このとき、z座標分布画像の中央に引いたライン上でのA、B,C3ケ所の100画素ずつの領域における高さ分布の平均と標準編差を求めた(図21参照)。同様に計測したすべての位置における計測の結果を表3に示す。
<4.1 Measurement using a reference plane and measurement using a sample>
Similar to the case where no lens is used, an accuracy confirmation experiment was conducted targeting the reference surface used for calibration. In the experiment, as shown in FIG. 19, the camera and the projector were moved by 4 mm with respect to the reference plane and measured. The measurement conditions shown in Table 2 were set to be the same as in the case of no lens except for the exposure time. FIGS. 20 (a), (b) and (c) respectively show a lattice projection image, a phase distribution image and az coordinate distribution image at a position of 4 mm. At this time, the average and standard deviation of the height distribution in an area of 100 pixels each of A, B, and C3 on a line drawn at the center of the z-coordinate distribution image were obtained (see FIG. 21). Table 3 shows the results of measurement at all positions measured in the same manner.
片面凹凸シリンドリカルレンズを用いることで、計測面全体において、標準偏差の値をほぼ一定にすることができた。片面凹凸シリンドリカルレンズを通すことによって、計測面全体の輝度分布を一様に近づけることができたためだと考える。高さ平均は、レンズを用いる前と比べても大きな差は出ていない。また、レンズを通すことで、全体的に光量が減衰して標準偏差の値が大きくなる可能性があったが、光量が一様になったことでカメラの感度を高くすることができ、レンズを用いない場合の最も標準偏差の低い場合と比べても、大きく差のない結果を得ることできた。 By using the single-sided concave and convex cylindrical lens, the value of the standard deviation could be made substantially constant over the entire measurement surface. It is considered that the luminance distribution of the entire measurement surface could be made to be uniformly close by passing the single-sided uneven cylindrical lens. The height average is not significantly different from before using the lens. In addition, there is a possibility that the amount of light may be attenuated and the value of standard deviation may be increased by passing the lens as a whole, but the sensitivity of the camera can be increased by the fact that the amount of light becomes uniform. Compared with the case of the lowest standard deviation without using, the results were not significantly different.
<4.2 台形試料による広角形状計測精度の評価>
台形試料をカメラの視野内で移動させて、3箇所で計測する実験を、レンズを付けて行った。図22−1,図22−2,図22−3に計測で得られた画像を示す。表4には台形試料の○1〜○3の領域での高さの平均と標準偏差についてまとめたものを示す。○1〜○3の領域は、計測位置a,b,cでそれぞれ異なる。aの○1はi=144−173,j=213−270,○2はi=111−123,j=197−292,○3はi=219−242,j=180−291画素の領域である。bの○1はi=326−366,j=216−268,○2はi=253−279,j=188−291,○3はi=402−428,j=188−291画素の領域である.cの○1はi=499−534,j=216−269,○2はi=428−458,j=188−300,○3はi=548−560,j=198−287画素の領域である。
<Evaluation of wide-angle shape measurement accuracy with trapezoidal sample>
An experiment in which the trapezoidal sample was moved within the field of view of the camera and measurement was made at three points was carried out with a lens attached. The image obtained by measurement is shown to FIGS. 22-1, 22-2, and 22-3. Table 4 summarizes the mean and standard deviation of the heights in the region of ○ 1 to 33 of the trapezoidal sample. The regions 1 to 3 differ in measurement positions a, b and c, respectively. a in ○ 1 is i = 144-173, j = 213-270, 22 is i = 111-123, j = 197-292, and 33 is i = 219-242, j = 180-291 pixels is there. ○ 1 of b is i = 326-366, j = 216-268, 22 is i = 253-279, j = 188-291, 33 is i = 402-428, j = 188-291 pixel area is there. ○ 1 of c is i = 499-534, j = 216-269, = 2 is i = 428-458, j = 188-300,, 3 is i = 548-560, j = 198-287 pixels is there.
台形試料の測定結果においても、片面凹凸シリンドリカルレンズレンズが無い場合に比べて中央の値を標準偏差の値を大きくすることなく、外側での標準偏差の値を小さくすることができている。 Also in the measurement results of the trapezoidal sample, the value of the standard deviation on the outer side can be reduced without increasing the value of the standard deviation at the center value as compared with the case where there is no one-sided concavo-convex cylindrical lens.
図23(a)(b)(c)のグラフは図22−1,図22−2,図22−3の高さ分布画像から横方向に台形の上で1ラインを抜き出したものである。 The graphs in FIGS. 23A, 23B, and 23C are obtained by extracting one line on a trapezoid in the horizontal direction from the height distribution images in FIGS. 22A, 22B, and 22C.
<5.異なる角度からの計測画像による画像合成>
異なる角度からの計測画像による画像合成を、片面凹凸シリンドリカルレンズを用いた場合でも試みた。図24に合成によって得られた高さ分布の画像を示す。また、図3−12(b)の1〜3の領域における高さ分布と標準編差を表5に示す。
<5. Image composition by measurement image from different angles>
The image synthesis by the measurement image from different angles was tried even in the case of using the single-sided concave and convex cylindrical lens. FIG. 24 shows an image of the height distribution obtained by the synthesis. Table 5 shows the height distribution and the standard deviation in the regions 1 to 3 in FIG. 3-12 (b).
領域1はi=322−369,j=207−271,領域2はi=251−278, j=181−301,領域3はi=397−429, j=179−301である図25に台形試料上の一ラインを抜き出した高さ分布を示す。 Region 1 is i = 322-369, j = 207-271, region 2 is i = 251-278, j = 181-301, region 3 is i = 397-429, j = 179-301. The height distribution which extracted one line on a sample is shown.
<6.まとめ>
本発明は、広角撮影によるライン状LEDの輝度むらを、片面凹凸シリンドリカルレンズを、格子を投影する光路中に挿入することで低減する方法に係る。本発明により、レンズを用いないときに比べ、カメラからみたときの光量を一定にすることができた。片面凹凸シリンドリカルレンズを用いて形状計測を行った場合、光量を一定にすることができているので、レンズを挿入することで全体としての光量は下がるが、カメラの感度を高くすることができる。本発明は、レンズを用いない場合に格子投影による光源切替位相シフト法を用いた三次元計測において、輝度むらを補正する手法である。光源切替位相シフト法においては、レンズの結像を使わず格子パターンを投影するために、光路中にシリンドリカルレンズを挿入しても格子パターンを投影することができる。
<6. Summary>
The present invention relates to a method of reducing luminance unevenness of a linear LED by wide-angle shooting by inserting a single-sided concave and convex cylindrical lens into an optical path for projecting a grating. According to the present invention, the amount of light as viewed from the camera can be made constant as compared with the case where no lens is used. When shape measurement is performed using a single-sided concave and convex cylindrical lens, the light amount can be made constant, so that although the amount of light as a whole is reduced by inserting the lens, the sensitivity of the camera can be increased. The present invention is a method of correcting uneven brightness in three-dimensional measurement using a light source switching phase shift method using lattice projection when a lens is not used. In the light source switching phase shift method, the grating pattern can be projected even if a cylindrical lens is inserted in the light path in order to project the grating pattern without using lens imaging.
光源切替位相シフト法においては,レンズの結像を使わず格子パターンを投影するために、光路中にシリンドリカルレンズを挿入しても格子パターンを投影することができる。そこで、中央付近に投影される格子ピッチを広げることで輝度を低くし、周辺部は格子ピッチを狭めることで輝度を高くするような特殊な形状(中央は凹レンズになり周辺に従って凸レンズになるようなもの)のレンズを作成し、それを光路中に挿入する。これにより中央部の輝度は抑えられ、周辺部は高くなるので、輝度むらが均一化できる。 In the light source switching phase shift method, in order to project the grating pattern without using lens imaging, the grating pattern can be projected even if a cylindrical lens is inserted in the optical path. Therefore, a special shape is used to lower the brightness by widening the grating pitch projected near the center, and to increase the brightness by narrowing the grating pitch in the peripheral part (the center is concave and the convex lens follows the periphery) Make a lens and insert it into the light path. Thereby, the luminance in the central portion is suppressed and the peripheral portion is increased, so that the luminance unevenness can be made uniform.
本発明により、輝度むらを補正し、撮影範囲全体で最適な露光時間となるようにすることで、精度よく三次元計測を行うことが可能となる格子パターン撮影時に発生する輝度むらを補正することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to correct three-dimensional measurement with high accuracy by correcting uneven brightness and obtaining an optimum exposure time over the entire photographing range, thereby correcting uneven brightness during grid pattern photographing. Is possible.
1 プロジェクタ
2 格子
3 レンズ
4 基準板
1 projector 2 grating 3 lens 4 reference plate
Claims (1)
前記三次元形状測定装置は、
中央付近に投影される格子ピッチを広げることで輝度を低くし周辺部は格子ピッチを狭めることで輝度を高くするように、中央は凹レンズとなり周辺になるにしたがって凸レンズになる凹凸状の表面の形状を備えた片面凹凸シリンドリカルレンズを、前記格子投影光学系の光路中に挿入し、投影される格子パターンの輝度むらを補正したことを特徴とする三次元形状測定装置。 A three-dimensional shape measuring apparatus according to a light source switching phase shift method, comprising a grating projection optical system that projects light from a light source onto a target object without using lens imaging,
The three-dimensional shape measuring apparatus
The center is a concave lens, the center is a concave lens, and the convex lens becomes a convex lens as it gets closer to the periphery, so that the shape of the uneven surface shape so that the brightness is lowered by widening the grating pitch projected near the center and one surface irregularity of a cylindrical lens is inserted in an optical path of the grid projection optical system, the three-dimensional shape measuring apparatus you characterized in that correcting the luminance unevenness of the grating pattern projected with the.
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