JP6777079B2 - 寸法測定装置、寸法測定システム、及び、寸法測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体の寸法を測定する寸法測定装置、寸法測定システム、及び、寸法測定方法に関する。

カメラの撮影画像を使った物体の測定方法として、以下の方法が提案されている。すなわち、測定者は、寸法の長さ基準を示す模様を有するマーカー（基準スケール）を測定面（測定対象物の面、又は測定対象物の延長平面）に配置または投影して、これら基準スケールと測定対象物である物体とが共に画像に収まるようにカメラ等の撮像装置で撮像する。そして、測定装置は、前述の画像のデータから基準スケールと測定対象物の比率を計算して、測定対象物の寸法（長さ、面積、円周長等）を算出し、出力する。

特許文献１には、斜めから撮像された画像であって、測定面において寸法が既知の矩形状マーカーの画像を、正面画像に変換することで、寸法を正確に測定する方法が記載されている。

特許文献２には、測定面において寸法が既知のマーカーを使用して、直方体の寸法を測定する方法が記載されている。

特許文献３には、レンチキュラーレンズと白黒模様とを組み合わせたマーカーを用いて、マーカーの濃淡パターンから、マーカーとマーカーを観測する観測物との相対的な関係（位置や角度等）を計測する技術が記載されている。

特開２０１４−０２５７４８号公報 特開２００３−３０３２２２号公報 特開２０１２−１４５５５９号公報 特表２００８−５３９４３７号公報 特開２００２−２８６４２０号公報

特許文献１は、斜めから撮影した画像を正面画像に変換できるが、測定面に矩形状マーカー（基準スケール）が配置または投影されない（たとえば、測定面からずれる）場合に、寸法の測定精度が低下する。

特許文献２は、測定面において寸法が既知のマーカーを使用して、直方体の寸法を測定する方法を記載している。しかし、測定面に基準スケールが配置または投影されない場合、寸法測定の精度を維持することは困難である。

特許文献３は、レンチキュラーレンズと白黒模様とを組み合わせたマーカーを用いているが、マーカーとマーカーを観測する観測物との相対的な関係（位置や角度等）を計測する技術であり、測定対象物の寸法を正確に測定する技術ではない。

上記の特許文献１および２に記載されている方法で寸法を測定する場合、基準スケールを測定面に配置または投影する必要がある。しかし、基準スケールを測定面に配置または投影することが困難である場合や、寸法測定システムにおいて経時変化により基準スケールが測定面に対して傾くことは、想定されていない。このような場合に、測定の精度を低下することなく寸法を測定する技術が求められている。

本発明は、上述の課題を解決し、測定面に基準スケールが配置または投影されない場合でも測定精度を維持できる、寸法測定装置、寸法測定システム、及び、寸法測定方法を提供することを目的とする。

本発明の寸法測定装置は、長さ基準を表示するための模様を有するフィルムおよび前記フィルムに接するレンズを含む基準スケールと撮像装置の光軸とが成す所定の角度の変化に応じて前記レンズ上に映し出される前記長さ基準、を示す模様関数と前記撮像装置に結像する前記長さ基準を示す結像色関数との関係に基づいて、前記基準スケールを含む撮影画像データから前記長さ基準を結像した画像を抽出する基準スケール抽出手段と、前記基準スケールを含む撮影画像データから、測定対象物の画像を抽出する測定対象物抽出手段と、前記長さ基準を結像した画像の寸法と、前記測定対象物の画像とに基づいて、前記測定対象物の寸法を算出する寸法計算手段と、を備えている。

本発明の寸法測定方法は、長さ基準を表示するための模様を有するフィルムおよび前記フィルムに接するレンズを含む基準スケールと撮像装置の光軸とが成す所定の角度の変化に応じて前記レンズ上に映し出される前記長さ基準、を示す模様関数と前記撮像装置に結像する前記長さ基準を示す結像色関数との関係に基づいて、前記基準スケールを含む撮影画像データから前記長さ基準を結像した画像を抽出し、前記基準スケールを含む撮影画像データから、測定対象物の画像領域を抽出し、前記長さ基準を結像した画像の寸法と、前記測定対象物の画像とに基づいて、前記測定対象物の寸法を算出する。

本発明の寸法測定装置によれば、測定面に基準スケールが配置または投影されない場合でも測定精度を維持できるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る、基準スケールの構成の一例を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る、基準スケールの一部を示す拡大断面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る、基準スケールの原理を説明する為の図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る、基準スケールを用いた寸法測定システムの一例を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る、寸法測定システムにおける寸法測定装置および記憶装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る、寸法測定装置における処理の流れの一例を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態に係る、基準スケールの構成の一例を示す図である。 図８は、本発明の第３の実施の形態に係る、基準スケールの構成の一例を示す図である。 図９は、本発明の第４の実施の形態に係る、基準スケールの構成の一例を示す図である。 図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る基準スケールの構成の一例を示す図である。 図１１は、本発明の第６の実施の形態に係る、寸法測定装置の構成の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

なお、第１の実施の形態は、寸法測定システム１００（図４）を対象とするが、以下では、図１〜図３を使用して主に基準スケール３０００を対象とした説明を行った後、図４〜図６を使用して寸法測定システム１００の全体の説明を行う。なお、本発明に係わる基準スケール３０００及び寸法測定システム１００は、図１乃至図６に示す構成および処理に限定されるものではない。

図１は、第１の実施の形態に係る、基準スケール３０００の構成の一例を示す図である。

図１に示す通り、本実施の形態に係る基準スケール３０００は、フィルム２０００と、フィルム２０００の上面に接して取り付けられたレンチキュラーレンズ１０００とを備えている。

フィルム２０００は、白色のフィルム部材に印刷等を用いて黒色の所定のパターンの模様が表面に施されている薄膜部材、または黒色のフィルム部材に印刷等を用いて白色の所定のパターンの模様が表面に施されている薄膜部材である。なお、フィルム２０００は、白色と黒色のフィルムを組み合わせて形成してもよいし、偏光方向の違う偏光板を組み合わせて偏光で模様を形成してもよい。また、フィルム２０００の模様は、液晶モニタで表示してもよい。フィルム２０００の構成と模様の形成方法は、図１に限定されない。

フィルム２０００は、レンチキュラーレンズ１０００の光学中心から、その焦点距離に配置されていることが望ましい。ただし、実利用において計測誤差を許容できる範囲で、フィルム２０００が配置される場所は、焦点距離に対して前後してもよい。図１では、基準スケール３０００のレンズの一例としてレンチキュラーレンズ１０００を用いているが、本実施形態の基準スケール３０００に使用されるレンズは、これに限定されるものではない。

本実施形態に係る基準スケール３０００が、測定面２００（図３を参照）に対して傾いて配置されていても、また経時変化により基準スケール３０００と測定面２００とのなす角度が変化しても、撮像装置５０００（図３を参照）の視点から観察される長さ基準を示すフィルム２０００上の模様の変動が少なくなる原理について、説明する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る、基準スケール３０００の一部を示す拡大断面図である。

まず、図２を用いて、レンチキュラーレンズ１０００の１つの平凸シリンドリカルレンズ１０００Ａに注目して、視線角度と、レンズ上に拡大して映し出される模様の位置関係を詳細に説明する。

レンチキュラーレンズ１０００は、平凸シリンドリカルレンズ１０００Ａを一方向に多数並べた構造をしている。図２は、レンチキュラーレンズ１０００の１つの平凸シリンドリカルレンズ（以下、単にレンズとも記載）１０００Ａにおける、母線方向に直交する面での断面図である。母線とは、図１のＹ軸に平行であって、平凸シリンドリカルレンズ１０００Ａの結像能力のない方向の軸を指す。

レンズピッチをＰ_Ｌ、焦点距離をｆとする。先述のようにフィルム２０００（具体的に、フィルム２０００の模様）は、レンズの光学中心からレンズの焦点距離ｆの位置に配置されていることが望ましいことから、以下の議論では焦点距離ｆであるレンチキュラーレンズ１０００を使用し、その直下にフィルム２０００が配置されている構成の基準スケール３０００であるとする。レンチキュラーレンズ１０００の底面の母線方向に直交する方向にＸ軸を取り、レンチキュラーレンズ１０００の光軸４００と底面の交点が原点Ｏとなるように座標系を決める。観察視線（図３に示す、撮像装置５０００の光軸３００）が光軸４００となす角（視線角度）をθとするとき、このレンズに拡大して映し出されるフィルム２０００のＸ軸上の位置ｘには次式が成立する。

図２の左側に示すように、視線角度がレンチキュラーレンズ１０００の光軸４００と同一で基準スケール３０００に対して垂直である状態はθ＝０（ｄｅｇ）であるので、ｘ＝−ｆ・ｔａｎ０＝０の位置にあるフィルム２０００の模様が、レンズ１０００Ａ上に拡大されて映し出される。

図２の右側に示すように、視線角度が０（ｄｅｇ）ではない角度θである場合は、ｘ＝−ｆ・ｔａｎθの位置にある模様が、レンズ１０００Ａ上に拡大されて映し出される。

次に、レンチキュラーレンズ１０００を構成する複数のレンズを考えた時の基準スケール３０００の振る舞いを、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る、基準スケール３０００の原理を説明する為の図である。

図３では、基準スケール３０００が測定面２００に対して角度θ傾いて設置されており、それを測定面２００から距離Ｌ離れた位置から撮像装置５０００で観察する。撮像装置５０００の光軸３００は、測定面２００に対して垂直であるとする。なお、ここでは撮像装置５０００にカメラを使用して説明するが、これは一例で、人が目で観察しても良く、限定しない。撮像装置５０００は、距離Ｌの平面にピントが合うように、結像レンズ５１００とセンサ面５２００の距離Ａが調整されている。すなわち、撮像装置５０００は、結像レンズ５１００の焦点距離をＦと表すとき、レンズの公式

を満たすものとする。

図３において、Ｕ軸は、センサ面５２００に沿った方向の軸である。また、座標系の原点は、光軸３００と測定面２００との交点である。本実施の形態に係る基準スケール３０００のレンチキュラーレンズ１０００のレンズ総数は、Ｎ_Ｌで、レンチキュラーレンズ１０００の一方の端にあるレンズ１０００Ａから順番に０〜（Ｎ_Ｌ−１）番までの番号が割り当てられる（０番目のレンズ１０００（０）〜Ｎ_Ｌ−１番目のレンズ１０００（Ｎ_Ｌ−１））。そして、レンチキュラーレンズ１０００の底面にＸ軸を取り、基準スケール３０００の中心位置を原点とする座標系を決める。

ｋ番目のレンズ１０００（Ｋ）のＸ軸上の位置（座標）ｘ_ｋは、レンズピッチＰ_Ｌを用いて、

と表される。前述の議論のように、レンチキュラーレンズ１０００は、観察視線の角度に応じて、レンチキュラーレンズ１０００の下のフィルム２０００の模様の異なるＸ軸上の位置を拡大して映し出す働きを持つ。式（１）を用いると、視線角度がθであるとき、ｋ番目のレンズ１０００（Ｋ）には、Ｘ軸上の位置ｘ_ｋ−ｆ・ｔａｎθにある模様が拡大して映し出されることが分かる。この位置にある模様の色をＣ（ｘ_ｋ−ｆ・ｔａｎθ）と表す。Ｃ（ｘ_ｋ−ｆ・ｔａｎθ）は、模様関数Ｃとも言う。

次に、撮像装置５０００において、レンチキュラーレンズ１０００に拡大して映し出されたフィルム２０００の模様が、センサ面５２００のどの位置に結像するかを、引き続き図３を用いて説明する。撮像装置５０００の光軸３００とレンチキュラーレンズ１０００の光軸４００のなす角θが、図２で議論した視線角度θに対応する。ｋ番目のレンズ１０００（Ｋ）の光学中心位置ｘ_ｋは、視線角度θも考慮に入れた上で、次式で与えられるＵ軸上の位置ｕ_ｋに結像する。

なお、式（４）は、基準スケール３０００が角度θ傾くことにより生ずる値ｘ_ｋ・ｃｏｓθが、撮像装置５０００と測定面２００までの距離Ｌに対して十分小さい（Ｌ＞＞ｘ_ｋ・ｃｏｓθ）ことを仮定して近似した。センサ面５２００上のこの位置における結像色をＨ（ｕ_ｋ）と表す。センサ面５２００上に結像した像は、後述される寸法測定システム１００によって、たとえば、カメラでの分光処理やアナログ・デジタル変換処理の後、デモザイキング・ノイズ除去等の画像処理を経て最終的な観察値に変換される。また、センサ面５２００が人の眼であれば、センサは網膜に相当し、網膜上の像は視覚細胞により電気信号となり、視覚野での処理を経て人が知覚する観察値に変換される。このような変換を経た後の、センサ面５２００上の位置ｕにおける観察値をＩ（ｕ）と表す。観察値をＩ（ｕ）として、例えば、センサ面５２００上の位置ｕにおける結像色が白色である時に「１」、黒色である時に「０」となる観察値関数が考えられる。なお、このように二値をとる観察値関数は一例であって、観察値は輝度値等のスカラー値、或いはＲＧＢ（Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）カラー値、ＨＳＶ（Ｈｕｅ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｖａｌｕｅ）カラー値等のベクトル値でも良いし、そのほか光の波長、位相、偏光特性、放射強度、変調量等の光学的物理量や、鮮明度、光沢度などの心理物理量でも良く、限定されない。

いま、既定の観察値関数Ω（ｕ）が予め定められていて、それに対応する結像色関数Ｈ（ｕ）も計算できているものとする。基準スケール３０００のｋ番目のレンズ１０００（Ｋ）に拡大して映し出された模様は、式（４）に示すＵ軸上の位置ｕ_ｋに結像する。基準スケール３０００が、測定面２００に対して傾いて配置されていたり、また経時変化により基準スケール３０００と測定面２００の位置関係が変化しても、撮像装置５０００の視点から観察される長さ基準を示す模様、即ち実際の観察値Ｉ（ｕ）の変動が少なくなるようにするためには、基準スケール３０００のレンチキュラーレンズ１０００に拡大して映し出される模様色（模様関数Ｃ）と結像色関数Ｈ（ｕ_ｋ）が以下の関係式を満たすように、フィルム２０００の模様を決定すれば良い。

レンチキュラーレンズ１０００が模様をセンサ面５２００上に結像させる位置は離散的である（式（６）参照）。

このため、実際の観察値Ｉ（ｕ）が既定の観察値関数Ω（ｕ）に対して十分な解像度を持つように、十分小さい値のレンズピッチＰ_Ｌを持つレンチキュラーレンズ１０００を選定することが望ましい。

基準スケール３０００が、測定面２００に対して傾いて配置されていても、また経時変化により基準スケール３０００と測定面２００とのなす角度が変化しても、撮像装置５０００の視点から観察される長さ基準を示す模様の変動が少なくなるような模様関数Ｃの設計方法を以下に示す。

長さ基準を示す模様は、黒地に幅１０ｃｍの白色帯状模様とする。また、撮像装置５０００としてカメラを用いるとする。撮像装置５０００における結像レンズ５１００の焦点距離をＦ＝７５ｍｍとし、撮像装置５０００と測定面２００との距離はＬ＝３ｍとする。
また、撮像装置５０００のイメージセンサは、モノクロ２５６階調で、画素サイズを２．５μｍ正方格子形状とする。なお、ここで示したパラメータは、説明のための一例であって、これに限定されない。

前述の条件において、幅１０ｃｍの白色帯状模様は、

に相当する。センサ面５２００において結像した像の大きさに換算すると、２．５ｍｍの大きさになる。観察値関数Ω（ｕ）は、撮影画像データの画素値に所定の閾値を設けて、閾値以上であれば「１」、それ以外であれば「０」となる関数とする。これに従って、既定の観察値関数Ω（ｕ）を以下のように定義する。

なお、−１．２５および１．２５は、単位がｍｍであり、前述のように白色帯状模様が結像した像の大きさが２．５ｍｍであることから、ｕ＝０を中心位置としたとき、左右の境界までの長さを示している。

これに対応する結像色関数Ｈ（ｕ）は、次式のようになる。

また、式（５）を用いると、模様関数Ｃ（ｘ_ｋ−ｆ・ｔａｎθ）は以下のように求められる。

このように、模様関数は、レンズ１０００（Ｋ）が拡大して写す模様上の位置ｘ_ｋ−ｆ・ｔａｎθと、該レンズ１０００（Ｋ）のセンサ面５２００上で結像する位置ｕ_ｋにおける結像色関数Ｈ（ｕ_ｋ）の値によって定義される。

以上で説明したように、本実施形態に係る基準スケール３０００は、模様関数Ｃで定められる模様を有するフィルムと、その上に配置されたレンチキュラーレンズ１０００を備えることを特徴とする。模様の模様関数は、レンチキュラーレンズ１０００の母線方向に直交する方向で定義される１変数関数であって、レンズ１０００（Ｋ）が拡大して写しだす位置の模様が、該レンズ１０００（Ｋ）の撮像装置５０００における結像位置において定義される既定の結像模様であることを特徴とする。従って、フィルム２０００の模様は、１次元模様である。また、観察される長さ基準を示す模様は、例えば、縞模様状の１次元模様であることが考えられる。

この構成としたことにより、基準スケール３０００は、基準スケール３０００と測定面２００の角度がレンチキュラーレンズ１０００の母線方向の軸回りに対して変化した場合、レンチキュラーレンズ１０００の働きでレンチキュラーレンズ１０００の下に配置されたフィルム２０００の模様の異なる位置を拡大して映し出す。これにより、撮像装置５０００において観察される長さ基準を示す模様、すなわち観察値Ｉ（ｕ）の変動が抑制される。

以上のように基準スケール３０００によれば、基準スケール３０００と測定面２００の角度がレンチキュラーレンズ１０００の母線方向の軸回りに対して変化しても、撮像装置５０００において観察される長さ基準を示す模様の変動が抑制される。これにより、測定面２００に対して基準スケール３０００が傾いて配置されていても、また経時変化により基準スケール３０００と測定面２００の角度がレンチキュラーレンズ１０００の母線方向の軸回りに対して変化しても、連続的に寸法測定の精度が維持できるという効果がある。

図４は、第１の実施の形態に係る、基準スケール３０００を用いた寸法測定システム１００の一例を示す図である。

図４に示す通り、寸法測定システム１００は、測定対象物４０００の寸法を測定するシステムである。図４に示す通り、寸法測定システム１００は、基準スケール３０００と、測定対象物４０００と、撮像装置５０００と、寸法測定装置６０００と、記憶装置７０００と、表示装置８０００とを備えている。また、図４に示す通り、撮像装置５０００の光軸３００が測定面２００に対して垂直に設置されている。測定面２００とは、測定対象物４０００における測定を行う面あるいは断面、またはその延長平面のことを指す。そして、基準スケール３０００は、基準スケール３０００の底面が測定面２００の上に乗るように設置されていることが望ましい。ただし、実利用において計測誤差が許容できる範囲で、撮像装置５０００の光軸３００の方向に前後してもよい。

各装置は、例えばＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブル等を用いて互いに接続されている。なお、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、各装置は、互いに無線で接続される構成であってもよい。

撮像装置５０００は、基準スケール３０００と測定対象物４０００を撮影する装置である。撮像装置５０００は、例えば、測定対象物４０００と基準スケール３０００を含む画像領域を観察できる程度の画素数の画像データを出力可能な、一般的なデジタルカメラやウェブカメラ等によって実現される。撮像装置５０００は、例えば、出力画素数が１９２０×１０８０ピクセルの、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを備えたウェブカメラ等で実現されるが、本発明は、これに限定されるものではない。また、図４では基準スケール３０００と測定対象物４０００とを同時に撮影する構成になっているが、この限りではなく、基準スケール３０００と測定対象物４０００を異なるタイミングで撮影してもよい。撮像装置５０００は、撮影した基準スケール３０００と測定対象物４０００の画像を示す画像データ（撮影画像データ）を、寸法測定装置６０００に送信する。

寸法測定装置６０００は、撮像装置５０００から、撮影画像データを受信する。寸法測定装置６０００は、受信した撮影画像データを用いて、測定対象物４０００の寸法を測定する。寸法測定装置６０００の具体的な機能構成については、図面を変えて図５で説明を行う。

記憶装置７０００は、基準スケール３０００の寸法が予め格納されている装置である。
基準スケール３０００の寸法とは、観察される長さ基準を示す模様の実寸値（単位は、例えばｃｍ）の事を指す。例えば、上記で例示した模様関数で定義される模様であれば、「白色帯状領域は１０ｃｍの長さである」という情報が格納されている。

表示装置８０００は、寸法測定装置６０００の処理結果や撮像装置５０００が撮影した画像データを表示する手段である。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係る寸法測定装置６０００の機能構成について説明する。図５は、本実施の形態に係る寸法測定システム１００における寸法測定装置６０００および記憶装置７０００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、図５には、撮像装置５０００および表示装置８０００も記載している。

図５に示す通り、寸法測定装置６０００は、基準スケール抽出部６１００と、測定対象物抽出部６２００と、寸法計算部６３００と、を備えている。

基準スケール抽出部６１００は、撮像装置５０００から、撮影画像データを受信する。
基準スケール抽出部６１００は、受信した撮影画像データにより表される撮影画像から、基準スケール３０００のレンチキュラーレンズ１０００上に表示されている長さ基準を示すフィルム２０００の模様の画像領域（観察パターンとも呼ぶ）を抽出する。具体的には、基準スケール抽出部６１００は、色情報を用いて、上記撮影画像を、観察パターンとその他の領域とに区別し、上記観察パターンに区別された領域を撮影画像データから抽出する。基準スケール３０００の観察パターンは、例えば、黒地に白色帯状模様であり二値を取る例を、上述の模様関数の設計において示した。したがって、基準スケール抽出部６１００は、上記抽出処理に、このような色と模様の特徴を用いることで、上記観察パターンを抽出することが好ましい。あるいは、画像解析ソフトを用いて手作業で観察パターンを抽出してもよい。なお、基準スケール抽出部６１００が行う観察パターンの抽出処理は、特に限定されず、一般的な方法を用いるとするため、本実施の形態では説明を省略する。

測定対象物抽出部６２００は、撮像装置５０００から、撮影画像データを受信する。測定対象物抽出部６２００は、受信した撮影画像データにより表される撮影画像から、測定対象物４０００の画像領域を抽出する。具体的には、測定対象物抽出部６２００は、色情報を用いて、上記撮影画像を、測定対象物４０００とその他の領域とに区別し、上記測定対象物４０００に区別された領域を撮影画像データから抽出する。あるいは、画像解析ソフトを用いて手作業で測定対象物４０００の画像領域を抽出してもよい。なお、測定対象物抽出部６２００が行う測定対象物４０００の抽出処理は、特に限定されず、一般的な方法を用いるとするため、本実施の形態では説明を省略する。

寸法計算部６３００は、基準スケール抽出部６１００が生成した観察パターンと、測定対象物抽出部６２００が生成した測定対象物４０００の画像領域の各々を、基準スケール抽出部６１００と、測定対象物抽出部６２００とから受信する。観察パターンと測定対象物４０００の画像領域の画像データの単位は、例えば撮像装置５０００がカメラである場合など、通常はピクセルである。観察パターンの寸法をＳ_Ｐ（ピクセル）と表し、測定対象物４０００の寸法をＷ_Ｐ（ピクセル）と表す。また測定対象物４０００の実寸値をＷ_Ｒ（ｃｍ）と表す。実寸値の単位はｃｍとしたが、これは一例で、限定しない。寸法計算部６３００の目的は、測定対象物４０００の実寸値Ｗ_Ｒを計算することである。そのために、寸法計算部６３００は、記憶装置７０００（基準スケール寸法記憶部７１００）に格納されている基準スケール３０００の寸法を参照する。基準スケール３０００の寸法は、観察される長さ基準を示す模様の実寸値Ｓ_Ｒ（ｃｍ）のことである。測定対象物４０００の実寸値Ｗ_Ｒは、次式で計算できる。

寸法計算部６３００は、計算した測定対象物４０００の実寸値Ｗ_Ｒを、表示装置８０００に供給する。

ここで、基準スケール抽出部６１００、測定対象物抽出部６２００、及び、寸法計算部６３００は、例えば、論理回路等のハードウェア回路で構成される。

記憶装置７０００（基準スケール寸法記憶部７１００）は、例えば、ディスク装置、半導体メモリ等の記憶装置で構成される。

表示装置８０００は、例えば、ディスプレイで構成される。

次に、図６を参照して、本実施の形態に係る寸法測定システム１００の寸法測定装置６０００における動作について説明する。図６は、寸法測定装置６０００における処理の流れの一例を示す図である。

図６に示す通り、基準スケール抽出部６１００が、撮像装置５０００から送信された撮影画像データから、観察パターン（基準スケール３０００のレンチキュラーレンズ１０００上に表示されている長さ基準を示す模様の画像領域）を抽出する（ステップＳ１０）。

次に、測定対象物抽出部６２００は、撮像装置５０００から送信された撮影画像データから、測定対象物４０００の画像領域を抽出する（ステップＳ２０）。

次に、寸法計算部６３００が、記憶装置７０００に格納されている基準スケールの観察パターンの実寸値ＳＲと、ステップＳ１０にて抽出した観察パターンと、ステップＳ２０にて抽出した測定対象物４０００の画像領域とから、測定対象物４０００の実寸値を計算する（ステップＳ３０）。

寸法測定装置６０００は、この処理により、測定対象物４０００の寸法を実寸値で測定することが出来る。

以上のように、本実施の形態に係る寸法測定システム１００によれば、測定面に基準スケール３０００が配置または投影されない場合でも測定精度を維持できるという効果を奏する。

その理由は、寸法測定システム１００が、次のような構成を含むからである。第１に、寸法測定システム１００が、長さ基準を表示するための模様を有するフィルム２０００およびフィルム２０００に接するレンチキュラーレンズ１０００を含む基準スケール３０００を備える。第２に、寸法測定装置６０００の基準スケール抽出部６１００は、基準スケールと撮像装置５０００の光軸３００とが成す所定の角度の変化に応じて、レンズ上に映し出される長さ基準を示す模様関数と撮像装置に結像する長さ基準を示す結像色関数との関係を利用する。すなわち、基準スケール抽出部６１００は、その関係に基づいて、基準スケール３０００を含む撮影画像データから長さ基準を結像した画像を抽出する。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図７は、第２の実施の形態に係る、基準スケール３１００の構成の一例を示す図である。

なお、基準スケール３１００は、第１の実施の形態と同様に寸法測定システム１００で動作するものとする。

図７に示す通り、本実施の形態に係る基準スケール３１００は、模様が形成されたフィルム２１００と、フィルム２１００の上面に接して取り付けられたレンズ１１００とを備えている。フィルム２１００は、レンズ１１００の光学中心から、その焦点距離の位置に配置されていることが望ましい。ただし、実利用において計測誤差が許容できる範囲で、フィルム２１００が配置される場所は、焦点距離に対して前後してもよい。図７では、レンズ１１００の一例としてレンズアレイを用いているが、本実施形態の基準スケール３１００に使用されるレンズ１１００は、これに限定されるものではない。

図１に示した基準スケール３０００と、図７の基準スケール３１００の違いを説明する。図１に示した基準スケール３０００のフィルム２０００の模様関数は、レンチキュラーレンズの母線方向に直交する方向で定義される１変数関数であった。しかし、図７で示した基準スケール３１００のフィルム２１００の模様関数は、Ｘ軸とＹ軸の張る平面上で定義される２変数関数である。該模様関数は、レンズ１１００が拡大して写しだす位置の模様が、該レンズ１１００の撮像装置５０００における結像位置において定義される既定の結像色関数であることを特徴とする。従って、フィルム２１００の模様は、２次元模様である。観察される長さ基準を示す模様は、例えば、チェッカーボード状の２次元模様であることが考えられる。

以上のように、本実施の形態に係る基準スケール３１００によれば、基準スケール３０００が測定面２００に対して傾いて配置されていても、また経時変化により基準スケール３１００と測定面２００とのなす角度が変化しても、撮像装置５０００において観察される長さ基準を示すフィルム２１００上の模様の変動が抑制される。図１の基準スケール３０００ではレンズの母線方向のみの１つの軸回りの角度変化に対してのみ効果があったが、本実施の形態に係る基準スケール３１００では、Ｘ軸とＹ軸のどちらの軸回りの角度変化に対しても、撮像装置５０００において観察される長さ基準を示す模様の変動が抑制できる。

これは、レンズ１１００が、Ｘ軸断面、Ｙ軸断面いずれにおいても、レンチキュラーレンズと同じ効果をもたらす形状を有しており、第１の実施形態と同様の効果が得られるからである。

本実施の形態に係る基準スケール３１００によれば、Ｘ軸とＹ軸のどちらの軸回りの角度変化に対しても、測定面上に基準スケール３１００が配置または投影されない場合でも測定精度を維持できるという効果を奏する。

その理由は、基準スケール３１００のフィルム２１００の模様関数が、Ｘ軸とＹ軸の張る平面上で定義される２変数関数であるからである。また、レンズ１１００が、Ｘ軸断面、Ｙ軸断面いずれにおいても、レンチキュラーレンズと同じ効果をもたらす形状を有しているからである。
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図８は、第３の実施の形態に係る、基準スケール３２００の構成の一例を示す図である。

なお、基準スケール３２００は、第１の実施の形態と同様に寸法測定システム１００で動作するものとする。

図８に示す通り、本実施の形態に係る基準スケール３２００は、模様が形成されたフィルム２２００と、フィルム２２００の上面に接して取り付けられたレンズ１２００とを備えている。フィルム２２００は、レンズ１２００の光学中心から、その焦点距離の位置に配置されていることが望ましい。ただし、実利用において計測誤差が許容できる範囲で、フィルム２２００が配置される場所は、焦点距離に対して前後してもよい。

図１に示した基準スケール３０００と、図８の基準スケール３２００との違いは、以下である。すなわち、図８に示した基準スケール３２００のレンズ１２００とフィルム２２００は任意形状の曲面（平面を含む）である。一方、フィルム２２００の模様関数は曲面（平面を含む）上で定義される２変数関数である。

以上のように、本実施の形態に係る基準スケール３２００によれば、図１に示した基準スケール３０００と同様の効果を得ることが出来る上、任意形状の曲面上に設置でき、設置の自由度がより高いという効果を奏する。

その理由は、基準スケール３２００のレンズ１２００とフィルム２２００は任意形状の曲面（平面を含む）である。一方、フィルム２２００の模様関数は曲面（平面を含む）上で定義される２変数関数であるからである。
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図９は、第４の実施の形態に係る、基準スケール３３００の構成の一例を示す図である。

なお、基準スケール３３００は、第１の実施の形態と同様に寸法測定システム１００で動作するものとする。

図９に示す通り、本実施の形態に係る基準スケール３３００は、模様が形成されたフィルム２３００と、フィルム２３００の上面に接して取り付けられたレンズ１３００とを備えている。フィルム２３００は、レンズの光学中心から、その焦点距離の位置に配置されていることが望ましい。ただし、実利用において計測誤差が許容できる範囲で、フィルム２３００が配置される場所は、焦点距離に対して前後してもよい。

図８に示した基準スケール３２００と、図９の基準スケール３３００との違いは、以下である。すなわち、図９に示した基準スケール３３００のレンズ１３００とフィルム２３００は任意形状の曲面であって、なおかつ変形可能な素材で作られている。一方、フィルム２３００の模様関数は曲面（平面を含む）上で定義される２変数関数である。

以上のように、本実施の形態に係る基準スケール３３００によれば、図８に示した基準スケール３２００と同様の効果を得ることが出来る上、変形を伴う曲面上にも設置でき、設置の自由度がより高いという効果を奏する。また、本実施の形態に係る基準スケール３３００を平面上や形状既知の曲面上に設置する場合でも、例えば、小さく折りたたんで運ぶ事が可能であり、運搬を簡便化できる効果もある。

その理由は、基準スケール３３００のレンズ１３００とフィルム２３００は任意形状の曲面であって、なおかつ変形可能な素材で作られているからである。
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１０は、第５の実施の形態に係る、基準スケール３４００の構成の一例を示す図である。

なお、基準スケール３４００は、第１の実施の形態と同様に寸法測定システム１００で動作するものとする。

図１０に示す通り、本実施の形態に係る基準スケール３４００は、図１と同様の模様が形成されたフィルム２４００と、模様のみの領域が形成されたフィルム２４１０（長さ基準を表示するための模様が形成されたフィルム２４００と区別するため、以下、このように記載）と、フィルム２４００及びフィルム２４１０の上面に接して取り付けられたレンズ１４００と、を備えている。フィルム２４００及びフィルム２４１０は、レンズ１４００の光学中心から、その焦点距離の位置に配置されていることが望ましい。ただし、実利用において計測誤差が許容できる範囲で、フィルム２４００及びフィルム２４１０が配置される場所は、焦点距離に対して前後してもよい。図１０では、レンズ１４００の一例としてレンチキュラーレンズを用いているが、本実施形態の基準スケール３４００に使用されるレンズ１４００は、これに限定されるものではない。

図１に示した基準スケール３０００と、図１０の基準スケール３４００との違いは、基準スケール３４００ではフィルム２４１０が追加されている点である。このフィルム２４１０には、例えば、ＱＲ（Ｑｕｉｃｋ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）コード（登録商標）やＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）マーカーを配置することが出来る。ＱＲコードは、例えば画像解析ソフトを使用する事で、識別ＩＤとして使用することが出来る。ＡＲマーカーは、例えば画像解析ソフトを使用する事で、ＡＲマーカーが配置されている平面の撮像装置５０００に対する姿勢（位置・角度）を推定することに使用できる。

以上のように、本実施の形態に係る基準スケール３４００によれば、図１に示した基準スケール３０００と同様の効果を得ることが出来る上、フィルム２４１０を用いて基準スケール３４００に付加情報を埋め込むという効果を奏する。一例として、フィルム２４１０にＱＲコードを配置すると、例えば画像解析ソフトを使用する事で、複数の異なる基準スケール３４００を識別する効果が得られる。他の例として、フィルム２４１０にＡＲマーカーを配置すると、例えば画像解析ソフトを使用する事で、基準スケール３４００の撮像装置５０００に対する姿勢（位置・角度）を推定することに使用できる。

その理由は、基準スケール３４００ではフィルム２４１０が追加され、このフィルム２４１０には、例えば、ＱＲコードやＡＲマーカーを配置することが出来るからである。
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１１は、第６の実施の形態に係る、寸法測定装置９０００の構成の一例を示す図である。図１１に示す通り、本実施の形態に係る寸法測定装置９０００は、基準スケール抽出部９１００と、測定対象物抽出部９２００と、寸法計算部９３００と、を備えている。

基準スケール抽出部９１００は、長さ基準を表示するための模様を有するフィルムおよびフィルムに接するレンズから構成される基準スケールを利用する。そして、基準スケール抽出部９１００は、基準スケールと撮像装置の光軸とが成す所定の角度の変化に応じてレンズ上に映し出される長さ基準を示す模様関数と撮像装置に結像する長さ基準を示す結像色関数との関係を利用する。すなわち、基準スケール抽出部９１００は、その関係に基づいて、基準スケールを含む撮影画像データから長さ基準を結像した画像を抽出する。

測定対象物抽出部９２００は、基準スケールを含む撮影画像データから、測定対象物の画像を抽出する。

寸法計算部９３００は、長さ基準を結像した画像の寸法と、測定対象物の画像とに基づいて、測定対象物の寸法を算出する。

以上のように、本実施の形態に係る寸法測定装置９０００によれば、測定面上に基準スケールが配置または投影されない場合でも測定精度を維持できるという効果を奏する。

その理由は、基準スケール抽出部９１００は、基準スケールのレンズ上に映し出される長さ基準を示す模様関数と撮像装置に結像する長さ基準を示す結像色関数との関係に基づいて、基準スケールを含む撮影画像データから長さ基準を結像した画像を抽出するからである。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本実施例は、第１の実施の形態に係る基準スケールと寸法測定システムを用いた。次に、本実施例と測定誤差を関連技術の基準スケールと比較した実験結果を示す。

関連技術の基準スケールとして、幅２０ｃｍ、高さ５ｃｍの黒色ボードの中心部分に、幅１０ｃｍ、高さ５ｃｍの白色帯状領域をもつ平板を作成した。これを第１の基準スケールと呼ぶことにする。

第１の実施の形態に係る基準スケール３０００として、幅２０ｃｍ、高さ５ｃｍのレンチキュラーレンズ（レンズピッチＰ_Ｌ＝２．４ｍｍ、焦点距離ｆ＝２．３ｍｍ、厚さｔ＝２．３ｍｍ）１０００と、レンチキュラーレンズの下に模様を備えるフィルム２０００とを有する基準スケールを作成した。模様関数Ｃは、黒地に、幅１０ｃｍの白色帯状模様が観察されるように設計した。模様は、２６５ｄｐｉ（ｄｏｔｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度で印刷してレンチキュラーレンズ直下に貼り付けした。なお、この基準スケールを第２の基準スケールと呼ぶことにする。

観察に使用する撮像装置５０００には、ＰｏｉｎｔＧｒｅｙ社ＦＬ３−Ｕ３−３２Ｓ２Ｍ−ＣＳ（３２０万画素、ピクセルサイズ：２．５μｍ正方格子形状）に、焦点距離７５ｍｍの高解像レンズを装着したカメラを使用した。カメラの光学中心から、基準スケールの０番目のレンズまでの距離は３ｍとした。この距離平面に焦点が合うように、ピントを調整した。

評価の方法は、第１および第２の基準スケールを視線角度０〜２７（ｄｅｇ）まで変化させて観察し、白色帯状領域のピクセル幅を測定した。そして、視線角度０（ｄｅｇ）で観察した場合の白色帯状領域の幅に対して、視線角度θで観察した場合の白色帯状領域の幅がどれだけ変動するかを計算した。

その結果、第１の基準スケールを視線角度０（ｄｅｇ）で観察したときの白色帯状領域の幅は１０００（ピクセル）であった。次に視線角度を０〜２７（ｄｅｇ）まで変化させて観察したところ、最も白色帯状領域の幅が変動したのが視線角度２７（ｄｅｇ）で観察した場合で、白色帯状領域の幅は８９１（ピクセル）であった。１０００（ピクセル）＝１０ｃｍである基準スケールとして、この第１の基準スケールを用いて寸法測定を行った場合、視線角度２７（ｄｅｇ）において１２％の測定誤差が発生する。

一方、第２の基準スケールを視線角度０（ｄｅｇ）で観察したときの白色帯状領域の幅は１００６（ピクセル）であった。次に視線角度を０〜２７（ｄｅｇ）まで変化させて観察したところ、最も白色帯状領域の幅が変動したとき、その幅は１０２３（ピクセル）であった。１００６（ピクセル）＝１０ｃｍである基準スケールとして、この第２の基準スケールを用いて寸法測定を行った場合、視線角度０〜２７（ｄｅｇ）の角度範囲において最大１．７％の測定誤差が発生する。

以上の実験の結果から、測定面と基準スケールの角度がずれてしまった場合でも、第２の基準スケールの方が第１の基準スケールに比べて、高い精度で寸法測定できる効果が確かめられた。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１５年７月２３日に出願された日本出願特願２０１５−１４５６２３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００ 寸法測定システム
２００ 測定面
３００ 光軸
４００ 光軸
１０００ レンチキュラーレンズ
１０００Ａ 平凸シリンドリカルレンズ
１０００（０） ０番目のレンズ
１０００（Ｋ） ｋ番目のレンズ
１０００（Ｎ_Ｌ−１） Ｎ_Ｌ−１番目のレンズ
１１００ レンズ
１２００ レンズ
１３００ レンズ
１４００ レンズ
２０００ フィルム
２１００ フィルム
２２００ フィルム
２３００ フィルム
２４００ フィルム
２４１０ フィルム
３０００ 基準スケール
３１００ 基準スケール
３２００ 基準スケール
３３００ 基準スケール
３４００ 基準スケール
４０００ 測定対象物
５０００ 撮像装置
５１００ 結像レンズ
５２００ センサ面
６０００ 寸法測定装置
６１００ 基準スケール抽出部
６２００ 測定対象物抽出部
６３００ 寸法計算部
７０００ 記憶装置
７１００ 基準スケール寸法記憶部
８０００ 表示装置
９０００ 寸法測定装置
９１００ 基準スケール抽出部
９２００ 測定対象物抽出部
９３００ 寸法計算部

Claims (10)

1. 長さ基準を表示するための模様を有するフィルムおよび前記フィルムに接するレンズを含む基準スケールと撮像装置の光軸とが成す所定の角度の変化に応じて前記レンズ上に映し出される前記長さ基準、を示す模様関数と前記撮像装置に結像する前記長さ基準を示す結像色関数との関係に基づいて、前記基準スケールを含む撮影画像データから前記長さ基準を結像した画像を抽出する基準スケール抽出手段と、
   前記基準スケールを含む撮影画像データから、測定対象物の画像を抽出する測定対象物抽出手段と、
   前記長さ基準を結像した画像の寸法と、前記測定対象物の画像とに基づいて、前記測定対象物の寸法を算出する寸法計算手段と、を備え、
   C(x _k - f tan θ) = H(u _k )であり、ここで、
   C(x)は前記模様関数を表し、
   xは前記基準スケール上のある位置を表し、
   H(u)は前記結像色関数を表し、
   uは前記撮像装置上に結像した画像上のある位置を表し、
   θは所定の角度を表し、
   fは前記レンズの焦点距離を表し、
   x _k は前記長さ基準上における前記レンズの第ｋ要素の光学中心の位置を表し、
   u _k は前記撮像装置上に結像した画像上における前記第ｋ要素の像の位置を表す
   寸法測定装置。
2. 前記模様が１次元模様であって、前記レンズがレンチキュラーレンズである請求項１に記載の寸法測定装置。
3. 前記模様が２次元模様であって、前記レンズがレンズアレイである請求項１に記載の寸法測定装置。
4. 前記基準スケールが、任意形状の曲面上に、前記フィルムと、前記フィルムに接する前記レンズを備えている事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の寸法測定装置。
5. 前記曲面が、変形可能な素材で作られている事を特徴とする請求項４に記載の寸法測定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の寸法測定装置と、
   前記測定対象物と、
   前記基準スケールと、
   前記測定対象物および前記基準スケールを撮影する撮像装置と、を備えている寸法測定システム。
7. 長さ基準を表示するための模様を有するフィルムおよび前記フィルムに接するレンズを含む基準スケールと撮像装置の光軸とが成す所定の角度の変化に応じて前記レンズ上に映し出される前記長さ基準、を示す模様関数と前記撮像装置に結像する前記長さ基準を示す結像色関数との関係に基づいて、前記基準スケールを含む撮影画像データから前記長さ基準を結像した画像を抽出し、
   前記基準スケールを含む撮影画像データから、測定対象物の画像領域を抽出し、
   前記長さ基準を結像した画像の寸法と、前記測定対象物の画像とに基づいて、前記測定対象物の寸法を算出する寸法測定方法であって、
   C(x _k - f tan θ) = H(u _k )であり、ここで、
   C(x)は前記模様関数を表し、
   xは前記基準スケール上のある位置を表し、
   H(u)は前記結像色関数を表し、
   uは前記撮像装置上に結像した画像上のある位置を表し、
   θは所定の角度を表し、
   fは前記レンズの焦点距離を表し、
   x _k は前記長さ基準上における前記レンズの第ｋ要素の光学中心の位置を表し、
   u _k は前記撮像装置上に結像した画像上における前記第ｋ要素の像の位置を表す、寸法測定方法。
8. 前記模様が１次元模様であって、前記レンズがレンチキュラーレンズである、請求項７に記載の寸法測定方法。
9. 前記模様が２次元模様であって、前記レンズがレンズアレイである、請求項７に記載の寸法測定方法。
10. 前記基準スケールが、任意形状の曲面上に、前記フィルムと、前記フィルムに接する前記レンズを備えている事を特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の寸法測定方法。

Images