JP6999298B2 - 画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像測定装置に係り、特に、相応の精度でありながらより手軽に被測定物を測定可能とする画像測定装置に関する。

従来、被測定物を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットで撮像された測定対象画像を処理して、被測定物（の寸法や形状）を測定する処理部と、を備える画像測定装置として、例えば、特許文献１に示す装置がある。この画像測定装置では、被測定物は１軸方向に被測定物を移動可能とする試料移動手段の上の試料台に配置される。そして、撮像ユニットはその試料移動手段上に設けられた２軸方向へ撮像ユニットを移動可能とする移動機構に配置されている。即ち、この画像測定装置では、試料移動手段と移動機構とにより、被測定物と撮像ユニットとの距離を安定かつ正確に保つことが可能とされている。しかも、この画像測定装置では、撮像ユニットの焦点位置に被測定物の目標とする箇所を安定且つ正確に移動できるので、高い精度で被測定物を測定することができる。

特開２０１７－４９０５０号公報

近年では、相応の精度でありながらより手軽に被測定物を、例えば製造工程の任意の場所などで、測定する要求が出てきている。しかしながら、特許文献１で示すような画像測定装置は、高い精度が要求されることもあり、安定した設置場所に相応のスペースを設ける必要がある。また、その画像測定装置の設置には設置調整などのための時間が相応に必要とされている。即ち、特許文献１で示すような画像測定装置を、上述したような要求に対応させることは困難であった。

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、相応の精度でありながらより手軽に被測定物が測定可能となる画像測定装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、撮像ユニットと、該撮像ユニットで撮像された測定対象画像を処理して被測定物を測定する処理部と、を備える画像測定装置であって、前記撮像ユニットが、測定者により保持可能なケーシングに収納され、該ケーシングから離間した前記被測定物を撮像し、該ケーシングが、前記測定対象画像内の該被測定物に特定のパターン光を投光可能な投光ユニットを収納し、該投光ユニットの光軸が、前記撮像ユニットの光軸と交差するようにされ、前記特定のパターン光が、２以上のラインレーザ光であり、互いに平行とされ、前記ケーシングに前記測定対象画像を表示可能な表示ユニットが設けられ、前記処理部が、該表示ユニットに、前記撮像ユニットの焦点位置における仮想平面上の前記特定のパターン光の理想位置を、該特定のパターン光が実際に投光された際の前記被測定物を撮像した基準画像とともに表示させ、前記処理部が、前記特定のパターン光の理想位置に、前記基準画像における前記特定のパターン光の位置が適合する際に、前記基準画像の撮像を自動で行ったことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記２以上のラインレーザ光のうち、１つのラインレーザ光を、前記撮像ユニットの焦点位置で前記測定対象画像の中心を通るようにしたものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記処理部で、前記測定対象画像の撮像を自動で行うようにしたものである。

本願の請求項４に係る発明は、前記処理部で、更に、前記撮像ユニットの焦点位置における仮想平面上の前記特定のパターン光の理想位置に対する、該特定のパターン光が実際に投光された際の前記被測定物を撮像した基準画像における該特定のパターン光の位置の差異に基づいて、前記被測定物の測定結果を補正するようにしたものである。

本願の請求項５に係る発明は、前記処理部で、前記基準画像が前記被測定物を撮像した測定対象画像と異なる際には、該測定対象画像の撮像の前後で撮像された２つの該基準画像から、該測定対象画像の撮像時の前記特定のパターン光の位置を演算するようにしたものである。

本発明によれば、相応の精度でありながらより手軽に被測定物を測定可能とする。

本発明の第１実施形態に係る画像測定装置の一例を示す模式図（上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）） 図１の画像測定装置のブロック図 本発明の第１実施形態のバリエーションに係る画像測定装置の一例を示す模式図（側面図（Ａ）、上面図（Ｂ）、斜視図（Ｃ）） 図３の画像測定装置と被測定物との位置関係と、画像測定装置で得られる測定対象画像とを示す図（画像測定装置と被測定物との距離が変化する場合（Ａ）、画像測定装置と被測定物との間が並行となっていない場合（Ｂ）） 図３の画像測定装置から特定のパターン光として２つのラインレーザ光を投光する模式図（被測定物上の枠体にラインレーザ光が投光される図（Ａ）、被測定物にラインレーザ光が投光された際の基準画像を示す図（Ｂ）） 図３の画像測定装置と被測定物との位置関係と、画像測定装置で得られる基準画像とを示す図（画像測定装置と被測定物との距離が変化する場合（Ａ）、画像測定装置と被測定物との間に相対的な傾きがある場合（Ｂ）、（Ｃ）） 第１実施形態における画像測定の手順の一例を示すフロー図 本発明の第２実施形態における画像測定の手順の一例を示すフロー図 本発明に係る特定のパターン光を示す図（第３実施形態（Ａ）、第４実施形態（Ｂ））

以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態の一例を詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る画像測定装置について、図１～図７を参照して説明する。

最初に、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す画像測定装置１００の全体構成を説明する。

画像測定装置１００は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、撮像ユニット１１２と、投光ユニット１１８と、処理部１２４と、表示ユニット１３２と、を備える。これらは、ケーシング１０２の本体部１０４に収納されている。画像測定装置１００は、軽量小型であり、携帯型の画像測定装置とされている。

具体的な構成は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、本体部１０４の下側に、撮像ユニット１１２と投光ユニット１１８とが配置されている。また、本体部１０４の下側には、脱着可能な２つの補助脚１１０が設けられている。２つの補助脚１１０が被測定物Ｗ（図４（Ａ））の表面に接触する距離において、投光ユニット１１８の被測定物Ｗに向かう光軸Ｐは、撮像ユニット１１２の被測定物Ｗに向かう光軸Ｏと、撮像ユニット１１２の焦点位置Ｑにおいて、角度θで交差するようにされている。なお、撮像ユニット１１２が被測定物Ｗと正対する、即ち、撮像ユニット１１２の光軸Ｏが被測定物Ｗの表面にほぼ垂直となるので、角度θは０～９０度の範囲となる。一方、本体部１０４の上側に、表示ユニット１３２が配置されている（即ち、ケーシング１０２に表示ユニット１３２が設けられている）。そして、処理部１２４は、本体部１０４の中央に配置されている。なお、被測定物Ｗは、平面状の構造体である。

なお、ケーシング１０２は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、本体部１０４以外に、保持部１０６と、基端部１０８と、を備える。保持部１０６は測定者が片手で保持可能な形状とされており、測定者は片手で自在に画像測定装置１００を移動させることができる（即ち、ケーシング１０２は、測定者により保持可能とされている）。基端部１０８は保持部１０６よりも太くされていることから、測定者の手から誤って落ちてしまうことが防止可能とされている。保持部１０６及び基端部１０８には、内蔵バッテリー１４０が収納されている。

次に、画像測定装置１００の各構成要素について、主に図２を用いて説明する。

撮像ユニット１１２は、ケーシング１０２から離間した被測定物Ｗを撮像し、その撮像した静止画像である測定対象画像ＰＩを出力するようにされている。勿論、撮像ユニット１１２は、動画像であるリアルタイム画像も出力可能とされている。具体的に、撮像ユニット１１２は、撮像カメラ１１２Ａと撮像レンズ１１２Ｂとを備えている。撮像カメラ１１２Ａは、例えば、カラーのＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラであり、モノクロ画像も出力可能とされている。撮像レンズ１１２Ｂは、複数枚から構成されているがテレセントリック光学系とはされていない（これに限らず、撮像レンズがテレセントリック光学系とされていてもよい）。なお、投光ユニット１１８で被測定物Ｗに特定のパターン光ＰＬの投光された状態で撮像ユニット１１２で撮像された画像は、基準画像ＲＩと称される。

投光ユニット１１８は、撮像ユニット１１２で撮像される測定対象画像ＰＩ内の被測定物Ｗに特定のパターン光ＰＬを投光可能とされている。本実施形態では、特定のパターン光ＰＬは、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２であり、互いに平行とされている（ラインレーザ光は２以上でもよい）。投光ユニット１１８は、図２に示す如く、補正用投光ユニット１２０と、計測用投光ユニット１２２と、を備える。補正用投光ユニット１２０と計測用投光ユニット１２２とは同一構成であり、それぞれ１つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２を投光する。つまり、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２を投光する際には、補正用投光ユニット１２０と計測用投光ユニット１２２の両方が動作する。公知の光切断法による、被測定物Ｗの高さ方向の計測を行う際には、計測用投光ユニット１２２のみが動作し、ラインレーザ光ＬＬ２が投光される。なお、本実施形態では、光切断法を用いるときにも撮像ユニット１１２を用いるようにしているが、光切断法を用いるときには別の撮像ユニットを設けていてもよい。光切断法自体は、公知の技術であるので、説明を省略する。

以下では、補正用投光ユニット１２０の構成を説明し、計測用投光ユニット１２２の構成については説明を省略する。なお、計測用投光ユニット１２２の光軸は光軸Ｐとされ、測定対象画像ＰＩの中心に来るようにされている（つまり、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２のうち、１つのラインレーザ光ＬＬ２は、撮像ユニット１１２の焦点位置Ｑで測定対象画像ＰＩの中心を通るようにされている）。これに対して補正用投光ユニット１２０の光軸は、光軸Ｐとは平行ではなく、若干の角度で発散するようにされている。

補正用投光ユニット１２０は、図２に示す如く、レーザダイオード（ＬＤと称する）１２０Ａと、投光レンズ１２０Ｂとシリンドリカルレンズ１２０Ｃとを備える。ＬＤ１２０Ａは、ラインレーザ光ＬＬ１の光源であり、例えば赤色レーザとされている。投光レンズ１２０Ｂは、ＬＤ１２０Ａから出射されるレーザ光をシリンドリカルレンズ１２０Ｃ近傍で適切に集光させる。シリンドリカルレンズ１２０Ｃは、投光レンズ１２０Ｂを通過したレーザ光を１方向のみに集光させて、被測定物Ｗに投光する。

処理部１２４は、撮像ユニット１１２で撮像された測定対象画像ＰＩを処理して被測定物Ｗを測定するようにされている。具体的には、処理部１２４は、図２に示す如く、制御部１２６と、画像演算部１２８と、通信ＩＦ部１３０と、を備える。

制御部１２６は、例えばマイコンなどであり、アプリケーションＳ／Ｗ１３８に従い、それぞれのユニットを制御する。具体的に、制御部１２６は、図２に示す如く、撮像ユニット制御部１２６Ａと、照明ユニット制御部１２６Ｂと、投光ユニット制御部１２６Ｃと、表示ユニット制御部１２６Ｄと、を備える。

撮像ユニット制御部１２６Ａは、撮像カメラ１１２Ａのゲイン調整やシャッター速度や撮像タイミングなどを制御する。撮像ユニット制御部１２６Ａは、自動撮像が選択された際には、姿勢調整開始後に撮像ユニット１１２の焦点位置Ｑにおける仮想平面上の特定のパターン光ＰＬの理想位置に、基準画像ＲＩにおける特定のパターン光ＰＬの位置が適合する際に、基準画像ＲＩの撮像を自動で行う（特定のパターン光ＰＬの理想位置と、基準画像ＲＩにおける特定のパターン光ＰＬの位置が適合するか否かは、後述する画像演算部１２８で判断される）。また、撮像ユニット制御部１２６Ａは、手動撮像が選択された際には、姿勢調整後に、基準画像ＲＩを手動で撮像することとなる。いずれであっても、撮像ユニット制御部１２６Ａは、測定対象画像ＰＩを基準画像ＲＩの撮像後に自動で撮像する。なお、「適合」は、許容誤差の範囲で一致することをいうものとする。そして、許容誤差は、予め測定者によって設定され、図示しない記憶部に記憶される。また、被測定物Ｗは、表面が完全な平面となっているわけではない。このため、焦点位置Ｑにおいては、仮想的な平面（上記仮想平面）を想定して、その仮想平面上で得られる特定のパターン光ＰＬの位置を上記理想位置としている。この理想位置は、予め求めることができ、図示しない記憶部に記憶され、適宜表示ユニット１３２に表示される。

照明ユニット制御部１２６Ｂは、照明ユニット１３４の点滅タイミングや点灯強度などを制御する。

投光ユニット制御部１２６Ｃは、特定のパターン光ＰＬの強度や特定のパターン光ＰＬの投光と投光停止の切り替え周波数（連続投光やパルス投光など）を制御する。投光ユニット制御部１２６Ｃは、補正用投光ユニット制御部１２６ＣＡと計測用投光ユニット制御部１２６ＣＢとを備える。補正用投光ユニット制御部１２６ＣＡは、補正用投光ユニット１２０を制御する。具体的には、補正用投光ユニット制御部１２６ＣＡは、画像測定を行うための測定対象画像ＰＩを撮像する際に補正用投光ユニット１２０の動作を停止させ、基準画像ＲＩを撮像する際に補正用投光ユニット１２０を動作させる。計測用投光ユニット制御部１２６ＣＢは、計測用投光ユニット１２２を制御する。具体的には、計測用投光ユニット制御部１２６ＣＢは、補正用投光ユニット制御部１２６ＣＡとは異なり、光切断法を用いて画像測定を行うための測定対象画像ＰＩを撮像する際には計測用投光ユニット１２２を動作させる。勿論、計測用投光ユニット制御部１２６ＣＢは、基準画像ＲＩを撮像する際にも計測用投光ユニット１２２を動作させる。

表示ユニット制御部１２６Ｄは、表示ユニット１３２への表示状態を制御する。具体的には、表示ユニット制御部１２６Ｄは、表示ユニット１３２に電源投入時には、ＯＳ１３６の起動表示をさせる。そして、表示ユニット制御部１２６Ｄは、ＯＳ１３６の起動後には、表示ユニット１３２にアプリケーションＳ／Ｗ１３８の選択と決定が可能な表示をさせる。表示ユニット制御部１２６Ｄは、選択したアプリケーションＳ／Ｗ１３８の起動後には、表示ユニット１３２に測定モードの選択と決定が可能な表示をさせる。そして、表示ユニット制御部１２６Ｄは、表示ユニット１３２に、撮像ユニット１１２の焦点位置Ｑにおける仮想平面上の特定のパターン光ＰＬの理想位置を、特定のパターン光ＰＬが実際に投光された際の被測定物Ｗを撮像した基準画像ＲＩとともに表示させる。勿論、表示ユニット制御部１２６Ｄは、表示ユニット１３２に、撮像ユニット１１２から出力されるリアルタイム画像や測定対象画像ＰＩを表示させることもできる。なお、表示ユニット１３２からはタッチ入力が可能とされているので、表示ユニット制御部１２６Ｄは、表示ユニット１３２から入力された情報を適宜処理して、適切なユニット制御部に対して指令を出力する。即ち、表示ユニット制御部１２６Ｄからは、測定モードの選択、手動撮像や自動撮像の選択などの指令も出力される。

画像演算部１２８は、例えば、ＤＳＰなどであり、撮像ユニット１１２から出力される画像（リアルタイム画像や基準画像ＲＩや測定対象画像ＰＩなど）を演算処理する。具体的に、画像演算部１２８は、図２に示す如く、画像処理部１２８Ａと画像補正部１２８Ｂとを備える。画像処理部１２８Ａは、撮像ユニット１１２から出力された画像から、輪郭抽出してその輪郭の座標位置を求めたり、その輪郭から重心や中心や半径や角度や幅を求めたりすることができる。また、画像演算部１２８は、特定のパターン光ＰＬの理想位置を図示しない記憶部から読み出し、その理想位置に対するリアルタイム画像における特定のパターン光ＰＬの位置の差を求めることができる。この位置の差は、表示ユニット制御部１２６Ｄに対して出力され、表示ユニット１３２ではアライメント用のマーカーとして表示される。そして、画像演算部１２８は、理想位置とリアルタイム画像における特定のパターン光ＰＬの位置が適合する際には、撮像ユニット制御部１２６Ａ及び表示ユニット制御部１２６Ｄに対して、撮像指令（あるいはアライメント完了の通知）を出力することができる。これにより、自動撮像が選択されている場合には、基準画像ＲＩと測定対象画像ＰＩとが自動で撮像される。手動撮像が選択されている場合には、表示ユニット１３２に撮像指令が表示される。そして、この撮像指令により、測定者が基準画像ＲＩの撮像を行う。

画像補正部１２８Ｂは、撮像ユニット１１２から出力された画像のうち、基準画像ＲＩにおける特定のパターン光ＰＬの位置に基づき、基準画像ＲＩの位置と姿勢を求める。そして、画像補正部１２８Ｂは、仮想平面からの被測定物Ｗの表面の変位を補正するための補正パラメータを求める。そして、画像補正部１２８Ｂは、画像処理部１２８Ａの測定結果を補正する。即ち、画像補正部１２８Ｂは、撮像ユニット１１２の焦点位置Ｑにおける仮想平面上の特定のパターン光ＰＬの理想位置に対する、特定のパターン光ＰＬが実際に投光された際の被測定物Ｗを撮像した画像である基準画像ＲＩにおける特定のパターン光ＰＬの位置の差異に基づいて、被測定物Ｗの測定結果を補正することができる。また、その理想位置と位置の差異がある際の補正パラメータは、その図示せぬ記憶部に、例えば補正テーブルとして記憶されている（これに限らず、数式により補正パラメータが求められてもよい）。

通信ＩＦ部１３０は、画像測定装置１００の外部にあるデータ解析装置などと通信を行い、画像や補正データや測定結果の送信と、そのデータ解析装置からの指令の受信を行う。通信ＩＦ部１３０は、例えば有線方式のシリアル通信であるが、無線方式でもよい。

表示ユニット１３２は、ＬＣＤやＥＬなどであり、表面にはタッチパネルが一体に設けられている。表示ユニット１３２は、例えば、動画像であるリアルタイム画像と、静止画像である基準画像ＲＩ及び測定対象画像ＰＩを表示することができる。照明ユニット１３４は、図１（Ａ）、（Ｂ）では図示されていないが、脱着可能なＬＥＤを用いたリング照明である。ＯＳ１３６は、アプリケーションＳ／Ｗ１３８を画像測定装置１００上で動かすためのオペレーションシステムである。アプリケーションＳ／Ｗ１３８は、画像測定装置１００を動かすためのソフトウェアである。内蔵バッテリー１４０は、例えば、充電式のリチウムイオンバッテリーである。

なお、画像測定装置は、図１に示すような形態に限定されるものではなく、図３（Ａ）～（Ｃ）に示すバリエーションの形態となる画像測定装置１０１であってもよい。画像測定装置１０１では、撮像ユニット１１３と、投光ユニット１１９と、処理部１２５と、表示ユニット１３３と、を概略的に示している。ただし、画像測定装置１０１は、傾斜したケーシング１０３の保持部１０７を備え、基端部を有さず、さらに補助脚のない、より簡易的な形態とされている。また、画像測定装置１０１では、例えば測定開始のためのボタンＢＴを更に設けている（ボタンＢＴは、基準画像ＲＩや測定対象画像ＰＩの取得をする際に用いられてもよい）。以下、この画像測定装置１０１を例として、以下に説明する。

画像測定装置１０１においては、被測定物Ｗとの距離を一定に保つ手段が設けられていない（これは、補助脚１１０を備える画像測定装置１００であっても、測定精度的には十分とは言えない）。ここで、図４（Ａ）に示すように、被測定物Ｗの表面に四角形状の枠体ＱＤが設けられている場合を想定する。このとき、画像測定装置１０１と被測定物Ｗとが平行に向かい合った状態であるものの、画像測定装置１０１と被測定物Ｗとの距離Ｈが変動することで、測定対象画像ＰＩにおける枠体ＱＤの大きさが変化してしまう。図４（Ａ）では、距離Ｈが距離Ｈ０（焦点位置Ｑに対応する距離）よりも短いと枠体ＱＤは破線のような像Ｑ１になる。また、距離Ｈが距離Ｈ０よりも長いと枠体ＱＤは破線のような像Ｑ３になる。つまり、距離Ｈが距離Ｈ０のときの枠体ＱＤの像Ｑ２に比べて、距離Ｈが変動することで、測定対象画像ＰＩにおける枠体ＱＤの大きさが変化してしまう。また、画像測定装置１０１に対して被測定物Ｗが相対的に傾斜していることで、測定対象画像ＰＩにおける枠体ＱＤの形状が変化してしまう。図４（Ｂ）では、距離が近い側で枠体ＱＤの部分の像は大きくなり、本来枠体ＱＤの像Ｑ５のようになるべきであるところ、枠体ＱＤの像は破線のような台形の像Ｑ４に変化してしまう。

このため、本実施形態では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、画像測定装置１０１の投光ユニット１１９から、特定のパターン光ＰＬとして、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２を投光することができる。図５（Ｂ）において、ラインレーザ光ＬＬ２は、撮像ユニット１１３の焦点位置Ｑで測定対象画像ＰＩの中心を通るようにされている。このため、基準画像ＲＩにおいて、ラインレーザ光ＬＬ２は、中心線ＦＣと重なるようにされている。同時に、ラインレーザ光ＬＬ１とラインレーザ光ＬＬ２とは平行され、その距離Ｌ０は、予め定められた一定の距離となる。

このような構成により、例えば、画像測定装置１０１と被測定物Ｗとが平行に向かい合った状態であるものの、画像測定装置１０１と被測定物Ｗとの距離Ｈが距離Ｈ０よりも近い場合を図６（Ａ）に示す。この場合には、基準画像ＲＩにおいて、ラインレーザ光ＬＬ２は、中心線ＦＣから離れ、それらの間に距離Ｌ１が生じる。この距離Ｌ１と、距離Ｈと距離Ｈ０との差の距離との関係を求めておくことで、距離Ｈを求めることも可能となる。なお、同時にラインレーザ光ＬＬ２とラインレーザ光ＬＬ１との距離Ｌ２も距離Ｌ０から変化するので、距離Ｌ０から距離Ｌ２への変化に基づいても、結果的に距離Ｈを求めることが可能となる。

また、例えば、画像測定装置１０１の光軸Ｏ上において画像測定装置１０１と被測定物Ｗとが距離Ｈ０であるものの、画像測定装置１０１に対して被測定物ＷがＹ軸周りに角度αだけ傾斜している場合を図６（Ｂ）に示す。この場合には、基準画像ＲＩにおいて、ラインレーザ光ＬＬ２は、中心線ＦＣと一致するが、ラインレーザ光ＬＬ２とＬＬ１との距離Ｌ３は距離Ｌ０よりも長くなるので、距離Ｌ３に基づき結果的に角度αを求めることが可能となる。

また、例えば、画像測定装置１０１の光軸Ｏ上において画像測定装置１０１と被測定物Ｗとが距離Ｈ０であるものの、画像測定装置１０１に対して被測定物ＷがＸ軸周りに角度βだけ傾斜している場合を図６（Ｃ）に示す。この場合には、基準画像ＲＩにおいて、ラインレーザ光ＬＬ２は、中心線ＦＣと角度γで交差するので、角度γに基づき結果的に角度βを求めることが可能となる。

次に、画像測定装置１００における画像測定の手順について、主に図７を用いて以下に説明する（画像測定装置１０１については、異なることだけ言及し、その他については省略する）。

まず、電源を投入する。そして、ＯＳ１３６を立ち上げ、ＯＳ１３６上でアプリケーションＳ／Ｗ１３８を動作させる。そして、測定モード／測定の種類を選択する（図７、ステップＳ１２）（以下、単に測定モードと称する）。そして、選択した測定モードを動作させる。なお、すでに行った測定モードを繰り返す場合には、測定条件の呼び出しも行う。画像測定装置１０１では、ボタンＢＴによりその選択した測定モードを実行させる。ここでは、例えば２つの円の中心位置間の距離を求めることとする。なお、これに限らず、このような距離を求める測定は、基準画像ＲＩ及び測定対象画像ＰＩの撮像後に行ってもよい。

次に、特定のパターン光ＰＬが被測定物Ｗに自動で投光される（図７、ステップＳ１４）。同時に、表示ユニット１３２に被測定物Ｗのリアルタイム画像が表示される。そして、このとき、特定のパターン光ＰＬの投光強度の調整や撮像カメラ１１２Ａのゲイン調整などが自動で行われる。また、被測定物Ｗと画像測定装置１００との位置関係（距離、傾き）をリアルタイムで反映するアライメント用のマーカーも表示される。

次に、そのアライメント用のマーカーを頼りに、測定者は画像測定装置１００の姿勢調整（アライメント）する（図７、ステップＳ１６）。同時に、撮像対象となる２つの円を撮像するために、画像測定装置１００の位置も調整する。なお、アライメントにより、被測定物Ｗと画像測定装置１００との位置関係が許容範囲に入った際には、アライメント完了の通知が表示ユニット１３２になされる。

次に、アライメントした結果が許容範囲に入っていることを条件として基準画像ＲＩを撮像する（図７、ステップＳ１８）。この撮像は、手動でもよいし、自動でもよい。撮像された基準画像ＲＩは、表示ユニット１３２に表示される。このとき、特定のパターン光ＰＬの強度と撮像カメラ１１２Ａの撮像のための露出とが再度調整される。なお、基準画像ＲＩは、撮像カメラ１１２Ａからモノクロ画像として出力される。

次に、特定のパターン光ＰＬの投光を停止する（図７、ステップＳ２０）。この停止は、基準画像ＲＩの撮像後に自動で行われる。

次に、測定対象画像ＰＩを撮像する（図７、ステップＳ２２）。このときも、撮像カメラ１１２Ａの撮像のための露出が再度調整されてから測定対象画像ＰＩを撮像する。撮像カメラ１１２Ａからは、測定対象画像ＰＩがカラー画像として出力される。なお、基準画像ＲＩの撮像と測定対象画像ＰＩの撮像との時間間隔は短いほどよいので、測定対象画像ＰＩの撮像は自動で行われる。このため、例えば、特定のパターン光ＰＬの投光周波数を撮像カメラ１１２Ａのフレームレートの倍数にし、特定のパターン光ＰＬの投光停止時と撮像カメラ１１２Ａの撮像時とを同期させている。

次に、基準画像ＲＩの特定のパターン光ＰＬの位置に基づき、画像測定装置１００に対する測定対象画像ＰＩの距離および傾きを補正するための補正パラメータを算出する（図７、ステップＳ２４）。

次に、測定対象画像ＰＩを処理して、対象となる測定を行う。例えば、測定対象画像ＰＩ上の２つの円の中心位置間の距離を計測する場合には、まず２つの円の輪郭を抽出する。そして、２つの円それぞれの中心位置を求める。そして、それぞれの中心位置間の距離を求める。このとき、この中心位置間の距離は、測定対象画像ＰＩが焦点位置Ｑで、且つ被測定物Ｗに対して正対しているとして求める。そして、上記補正パラメータを用いて、この処理結果を補正する（図７、ステップＳ２６）。そして、その補正した結果を表示ユニット１３２に表示する。

このように、本実施形態では、投光ユニット１１８の光軸Ｐが撮像ユニット１１２の光軸Ｏと交差するようにされている。このため、被測定物Ｗと画像測定装置１００との距離Ｈと角度が変化すると、投光ユニット１１８から投光される特定のパターン光ＰＬの位置が撮像ユニット１１２による測定対象画像ＰＩ内で変化する。したがって、特定のパターン光ＰＬの理想位置を定めておき、その理想位置からの特定のパターン光ＰＬの変化を追うことで、被測定物Ｗと画像測定装置１００とが最適な位置関係にあるかどうかを判断することができる。同時に、特定のパターン光ＰＬの理想位置からの特定のパターン光ＰＬの変化を少なくするように姿勢調整が可能であるので、相応の精度で測定することが可能である。

同時に、本実施形態では、画像測定装置１００、１０１が測定者により保持可能なケーシング１０２、１０３に収納されている。このため、測定者が画像測定装置１００、１０１を容易かつ手軽に移動でき、測定場所にあまり制限されず、迅速に測定を行うことができる。

また、本実施形態では、特定のパターン光ＰＬは、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２であり、互いに平行とされている。このため、特定のパターン光ＰＬを簡単な光学系で投光でき且つ被測定物Ｗと画像測定装置１００との位置関係を３方向で相応の精度で決めることができる。なお、これに限らず、例えば１つのラインレーザ光であってもよい。この場合には、ラインレーザ光と直交する方向への測定を行わないようなときに有効であり、投光ユニットをより簡易的且つ低コストにすることができる。あるいは、特定のパターン光ＰＬが２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２であっても、互いに平行でなくてもよい。

また、本実施形態では、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２の光軸は、平行ではない。このため、この２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２の被測定物Ｗの位置関係を計測することで、被測定物Ｗと画像測定装置１００との位置を把握することもできる。なお、これに限らず、２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２の光軸が平行とされていてもよい。

また、本実施形態では、１つのラインレーザ光ＬＬ２は、撮像ユニット１１２の焦点位置Ｑで測定対象画像ＰＩの中心を通るようにされている。このため、アライメントが容易であり、且つ距離をより正確に調整することができる。なお、これに限らず、ラインレーザ光ＬＬ２は、測定対象画像ＰＩの中心以外を通っていてもよい。

また、本実施形態では、ケーシング１０２に表示ユニット１３２が設けられ、処理部１２４が、表示ユニット１３２に、仮想平面上の特定のパターン光ＰＬの理想位置を、特定のパターン光ＰＬが実際に投光された際の基準画像ＲＩとともに表示させる。このため、測定者は、表示ユニット１３２を見て、画像測定装置１００の姿勢を容易に調整することができる。なお、これに限らず、表示ユニットが設けられていなくてもよい。この場合には、測定者が直接被測定物を観察することで、姿勢調整をしてもよい。あるいは、姿勢を変化させて、その姿勢が適切であることを、音などで知らせるようにしてもよい。あるいは、表示ユニットの機能が、画像測定装置の外部にあって、その外部にある表示ユニットを用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、処理部１２４が、特定のパターン光ＰＬの理想位置に基準画像ＲＩにおける特定のパターン光ＰＬの位置が適合する際に、基準画像ＲＩの撮像を自動で行う場合には、測定者の熟練度に依存しない均質な測定を実現することができる。なお、これに限らず、基準画像ＲＩの撮像がすべて手動で行われてもよい。

また、本実施形態では、測定対象画像ＰＩと基準画像ＲＩとが別々とされている。このため、基準画像ＲＩの特定のパターン光ＰＬの位置及び撮像のための露出を被測定物Ｗ上の測定対象位置を気にすることなく、適切な位置に投光でき且つ適切に露出できる。さらに、被測定物Ｗ上の測定対象領域が特定のパターン光ＰＬの位置に制限されず、広い範囲とすることができる。なお、これに限らず、測定対象画像ＰＩと基準画像ＲＩとが同一であってもよい。この場合には、基準画像ＲＩの補正により、測定対象画像ＰＩの補正がなされるので、補正工程が迅速で且つ容易である。

また、本実施形態では、処理部１２４が、測定対象画像ＰＩの撮像を自動で行う。このため、測定対象画像ＰＩの撮像時の手ぶれを防止することができる。なお、これに限らず、手動で測定対象画像ＰＩが撮像されてもよい。

また、本実施形態では、処理部１２４が、更に、焦点位置Ｑにおける仮想平面上の特定のパターン光ＰＬの理想位置に対する、特定のパターン光ＰＬが実際に投光された際の基準画像ＲＩにおける特定のパターン光ＰＬの位置の差異に基づいて、被測定物Ｗの測定結果を補正する。このため、基準画像ＲＩの画像測定装置１００、１０１の被測定物Ｗに対する位置関係を正確に求めることができ、基準画像ＲＩに基づく補正パラメータを正確に求めることができる。なお、これに限らず、基準画像ＲＩからは補正パラメータを求めずに、単に基準画像ＲＩの特定のパターン光ＰＬと理想の位置との比較をし、その比較結果が許容誤差に入らない場合には、再度の測定を支持するといった構成でもよい。

また、本実施形態では、投光ユニット１１８が画像測定装置１００の位置補正だけに使用されるのではなく、光切断法による計測用にも使用される。このため、画像測定装置１００は、小型軽量でありながら、平面的な測定だけでなく、奥行き方向に対しての測定も可能とされている。

即ち、本実施形態では、相応の精度でありながらより手軽に被測定物Ｗを測定することが可能となる。

本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。

例えば、第１実施形態では基準画像ＲＩが測定対象画像ＰＩの撮像前に撮像されていただけであるが、本発明はこれに限定されず、図８に示す第２実施形態の如くであってもよい。

第２実施形態では、処理部が、基準画像ＲＩが被測定物Ｗを撮像した測定対象画像ＰＩと異なる際には、測定対象画像ＰＩの撮像の前後で撮像された２つの基準画像（第１基準画像、第２基準画像）ＲＩ１、ＲＩ２から、測定対象画像ＰＩの撮像時の特定のパターン光ＰＬの位置を演算するようにされている。

以下に、画像測定装置１００における処理手順について、主に図８を用いて以下に説明する（画像測定装置１０１については、異なることだけ言及し、その他については省略する）。

まず、電源を投入する。そして、ＯＳ１３６を立ち上げ、ＯＳ１３６上でアプリケーションＳ／Ｗ１３８を動作させる。そして、測定モード／測定の種類を選択する（図８、ステップＳ３０）（以下、単に測定モードと称する）。そして、選択した測定モードを動作させる。なお、すでに行った測定モードを繰り返す場合には、測定条件の呼び出しも行う。画像測定装置１０１では、ボタンＢＴによりその選択した測定モードを実行させる。ここでは、例えば２つの円の中心位置間の距離を求めることとする。

次に、特定のパターン光ＰＬが被測定物Ｗに自動で投光される（図８、ステップＳ３２）。同時に、表示ユニット１３２に被測定物Ｗのリアルタイム画像が表示される。そして、このとき、特定のパターン光ＰＬの投光強度の調整や撮像カメラ１１２Ａのゲイン調整などが自動で行われる。また、被測定物Ｗと画像測定装置１００との位置関係（距離、傾き）をリアルタイムで反映するアライメント用のマーカーも表示される。

次に、そのアライメント用のマーカーを頼りに、測定者は画像測定装置１００の姿勢調整（アライメント）する（図８、ステップＳ３４）。同時に、撮像対象となる２つの円を撮像するために、画像測定装置１００の位置も調整する。なお、アライメントにより、被測定物Ｗと画像測定装置１００との位置関係が許容範囲に入った際には、アライメント完了の通知が表示ユニット１３２になされる。

次に、アライメントした結果が許容範囲に入っていることを条件として第１基準画像ＲＩ１を撮像する（図８、ステップＳ３６）。この撮像は、手動でもよいし、自動でもよい。撮像された第１基準画像ＲＩ１は、表示ユニット１３２に表示される。このとき、特定のパターン光ＰＬの強度と撮像カメラ１１２Ａの撮像のための露出とが再度調整される。なお、第１基準画像ＲＩ１は、撮像カメラ１１２Ａからモノクロ画像として出力される。

次に、特定のパターン光ＰＬの投光を停止する（図８、ステップＳ３８）。この停止は、第１基準画像ＲＩ１の撮像後に自動で行われる。

次に、測定対象画像ＰＩを撮像する（図８、ステップＳ４０）。このときも、撮像カメラ１１２Ａの撮像のための露出が再度調整されてから測定対象画像ＰＩを撮像する。撮像カメラ１１２Ａからは、測定対象画像ＰＩがカラー画像として出力される。なお、第１基準画像ＲＩ１の撮像と測定対象画像ＰＩの撮像との時間間隔は短いほどよいので、測定対象画像ＰＩの撮像は自動で行われる。このため、例えば、特定のパターン光ＰＬの投光周波数を撮像カメラ１１２Ａのフレームレートの倍数にし、特定のパターン光ＰＬの投光停止時と撮像カメラ１１２Ａの撮像時とを同期させている。

次に、特定のパターン光ＰＬが再び投光される（図８、ステップＳ４２）。この投光も自動で行われる。

次に、第２基準画像ＲＩ２を撮像する（図８、ステップＳ４４）。この撮像も自動で行われる。撮像された第２基準画像ＲＩ２は、表示ユニット１３２に表示される。このときも、特定のパターン光ＰＬの強度と撮像カメラ１１２Ａの撮像のための露出とが再度調整される。なお、第２基準画像ＲＩ２は、撮像カメラ１１２Ａからモノクロ画像として出力される。

次に、第１、第２基準画像ＲＩ１、ＲＩ２の特定のパターン光ＰＬの位置に基づき、画像測定装置１００に対する測定対象画像ＰＩの距離および傾きを補正するための補正パラメータを算出する（図８、ステップＳ４６）。例えば、第１、第２基準画像ＲＩ１、ＲＩ２の丁度間の時間に測定対象画像ＰＩが撮像されたと仮定できる。このため、第１、第２基準画像ＲＩ１、ＲＩ２の特定のパターン光ＰＬの位置の中間を求めることで、測定対象画像ＰＩの撮像時の特定のパターン光ＰＬの位置を演算することができる。そして、この演算で得られた特定のパターン光ＰＬの位置から補正パラメータを求める。

次に、測定対象画像ＰＩを処理して、対象となる測定を行う。例えば、測定対象画像ＰＩ上の２つの円の中心位置間の距離を計測する場合には、まず２つの円の輪郭を抽出する。そして、２つの円それぞれの中心位置を求める。そして、それぞれの中心位置間の距離を求める。このとき、この中心位置間の距離は、測定対象画像ＰＩが焦点位置Ｑで、且つ被測定物Ｗに対して正対しているとして求める。そして、上記補正パラメータを用いて、この処理結果を補正する（図８、ステップＳ４８）。そして、その補正した結果を表示ユニット１３２に表示する。

上記実施形態では、特定のパターン光ＰＬが２つのラインレーザ光ＬＬ１、ＬＬ２とされていたが、本発明はこれに限定されず、図９（Ａ）に示す第３実施形態の如くであってもよい。第３実施形態では、特定のパターン光ＰＬ１が例えば矩形パターンとされている。あるいは、図９（Ｂ）に示す第４実施形態の如くであってもよい。第４実施形態では、特定のパターン光ＰＬ２が例えば縦横に複数配列されたドットパターンとされている。もちろん、これに限らず、特定のパターン光ＰＬとして１つの大きな円や星や四角などを１つのＬＤで投光する構成であってもよい。

本発明は、測定者が手軽に移動可能な画像測定装置に広く適用することができる。

１００、１０１…画像測定装置
１０２、１０３…ケーシング
１０４、１０５…本体部
１０６、１０７…保持部
１０８…基端部
１１０…補助脚
１１２、１１３…撮像ユニット
１１２Ａ…撮像カメラ
１１２Ｂ…撮像レンズ
１１８、１１９…投光ユニット
１２０…補正用投光ユニット
１２０Ａ、１２２Ａ…ＬＤ
１２０Ｂ、１２２Ｂ…投光レンズ
１２０Ｃ、１２２Ｃ…シリンドリカルレンズ
１２２…計測用投光ユニット
１２４、１２５…処理部
１２６…制御部
１２６Ａ…撮像ユニット制御部
１２６Ｂ…照明ユニット制御部
１２６Ｃ…投光ユニット制御部
１２６ＣＡ…補正用投光ユニット制御部
１２６ＣＢ…計測用投光ユニット制御部
１２６Ｄ…表示ユニット制御部
１２８…画像演算部
１２８Ａ…画像処理部
１２８Ｂ…画像補正部
１３０…通信ＩＦ部
１３２、１３３…表示ユニット
１３４…照明ユニット
１３６…ＯＳ
１３８…アプリケーションＳ／Ｗ
１４０…内蔵バッテリー
ＢＴ…ボタン
ＦＣ…中心線
Ｈ、Ｈ０、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…距離
ＬＬ１、ＬＬ２…ラインレーザ光
Ｏ、Ｐ…光軸
ＰＩ…測定対象画像
ＰＬ、ＰＬ１、ＰＬ２…特定のパターン光
Ｑ…焦点位置
ＱＤ…枠体
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５…焦点位置
ＲＩ、ＲＩ１、ＲＩ２…基準画像
Ｗ…被測定物
α、β、γ、θ…角度

Claims (5)

1. 撮像ユニットと、該撮像ユニットで撮像された測定対象画像を処理して被測定物を測定する処理部と、を備える画像測定装置であって、
   前記撮像ユニットは、測定者により保持可能なケーシングに収納され、該ケーシングから離間した前記被測定物を撮像し、
   該ケーシングは、前記測定対象画像内の該被測定物に特定のパターン光を投光可能な投光ユニットを収納し、
   該投光ユニットの光軸は、前記撮像ユニットの光軸と交差するようにされ、
   前記特定のパターン光は、２以上のラインレーザ光であり、互いに平行とされ、
   前記ケーシングに前記測定対象画像を表示可能な表示ユニットが設けられ、
   前記処理部は、該表示ユニットに、前記撮像ユニットの焦点位置における仮想平面上の前記特定のパターン光の理想位置を、該特定のパターン光が実際に投光された際の前記被測定物を撮像した基準画像とともに表示させ、
   前記処理部は、前記特定のパターン光の理想位置に、前記基準画像における前記特定のパターン光の位置が適合する際に、前記基準画像の撮像を自動で行う
   ことを特徴とする画像測定装置。
2. 請求項１において、
   前記２以上のラインレーザ光のうち、１つのラインレーザ光は、前記撮像ユニットの焦点位置で前記測定対象画像の中心を通るようにされている
   ことを特徴とする画像測定装置。
3. 請求項１または２において、
   前記処理部は、前記測定対象画像の撮像を自動で行う
   ことを特徴とする画像測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記処理部は、更に、前記撮像ユニットの焦点位置における仮想平面上の前記特定のパターン光の理想位置に対する、該特定のパターン光が実際に投光された際の前記被測定物を撮像した基準画像における該特定のパターン光の位置の差異に基づいて、前記被測定物の測定結果を補正する
   ことを特徴とする画像測定装置。
5. 請求項４において、
   前記処理部は、前記基準画像が前記被測定物を撮像した測定対象画像と異なる際には、該測定対象画像の撮像の前後で撮像された２つの該基準画像から、該測定対象画像の撮像時の前記特定のパターン光の位置を演算する
   ことを特徴とする画像測定装置。

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