JP7164476B2 - Image processing device - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象物を照明する照明部と測定対象物から反射した光を受光する撮像部とを備えた画像処理装置に関し、特に測定対象物の三次元形状を取得可能な構造の技術分野に属する。 The present invention relates to an image processing apparatus having an illumination unit that illuminates an object to be measured and an imaging unit that receives light reflected from the object to be measured, and more particularly to a technical field of a structure capable of acquiring a three-dimensional shape of the object to be measured. belongs to
従来より、この種の画像処理装置として、位置により異なる光強度分布を有するパターン光を測定対象物に投影して測定対象物から反射した光を受光し、受光量に基づいて得られた高さ情報を利用して測定対象物の三次元形状を取得する、いわゆるパターン投影法が知られている。パターン投影法としては、照度分布を例えば正弦波状に変動させたパターン光を、位相を変えて複数回投影してその都度撮像する位相シフト法等がある。 Conventionally, as this type of image processing apparatus, a pattern light having a light intensity distribution that varies depending on the position is projected onto an object to be measured, the light reflected from the object to be measured is received, and the height obtained based on the amount of received light is measured. A so-called pattern projection method is known that obtains the three-dimensional shape of an object to be measured using information. As a pattern projection method, there is a phase shift method in which pattern light whose illuminance distribution is varied, for example, sinusoidally is projected a plurality of times with different phases and an image is captured each time.
特許文献1には、パターン光を生成して投影する照明装置として、光源と、光源から出射された光を集光する集光レンズと、集光レンズによって集束された光が入射する液晶パネルとを備え、液晶パネルに形成されたパターンを測定対象物に投影するように構成されたものが開示されている。
ところで、特許文献1では照明装置によってパターン光を生成し、そのパターン光の投影が完了してから、撮像装置によって測定対象物を撮像し、その後、別のパターン光を生成し、そのパターン光の投影が完了してから撮像する処理を1つの測定対象物に対して繰り返し行うので、1つの測定対象物の測定が完了するまでの間に、外乱光の明るさが変動することが考えられる。 By the way, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100001, pattern light is generated by an illumination device, and after the projection of the pattern light is completed, an image of an object to be measured is captured by an imaging device, then another pattern light is generated, and the pattern light is Since the image capturing process is repeated for one measurement object after the projection is completed, the brightness of the disturbance light may fluctuate until the measurement of one measurement object is completed.
測定の途中で外乱光の明るさが変動してしまうと、測定対象物からの反射光の強度がパターン光とは全く別の要因で変動することになり、その結果、測定結果に誤差が生じてしまうおそれがあった。 If the brightness of the ambient light fluctuates during the measurement, the intensity of the reflected light from the object to be measured fluctuates due to a factor completely different from that of the pattern light, resulting in errors in the measurement results. There was a risk that I would lose it.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外乱光の明るさの変動に起因して生じる測定誤差を減少させることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to reduce measurement errors caused by fluctuations in the brightness of ambient light.
上記目的を達成するために、第1の発明は、測定対象物の三次元形状を測定する画像処理装置において、光源と、前記光源から出射された光が入射され、測定対象物に周期的なパターン光を照射するパターン生成部と、前記パターンの位相を順次シフトさせるように前記パターン生成部を制御するとともに、前記パターン生成部の制御の際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させる照明制御部と、前記パターン光が照射された都度、測定対象物から反射した光を受光し、複数のパターン画像を生成する撮像部と、前記複数のパターン画像に基づいて、測定対象物の三次元形状を測定する測定部とを備えていることを特徴とする。 To achieve the above object, a first invention provides an image processing apparatus for measuring a three-dimensional shape of a measurement object, comprising: a light source; A pattern generation unit that irradiates pattern light, and the pattern generation unit is controlled to sequentially shift the phase of the pattern, and when the pattern generation unit is controlled, patterns that are 180 degrees out of phase with each other are continuously generated. an illumination control unit that controls the measurement object, an imaging unit that receives the light reflected from the measurement object each time the pattern light is irradiated and generates a plurality of pattern images, and a measurement object based on the plurality of pattern images and a measuring unit for measuring a three-dimensional shape.
この構成によれば、照明制御部がパターン生成部を制御すると、位相を順次シフトさせたパターン光をパターン生成部が測定対象物に照射する。撮像部は、パターン光が測定対象物に照射された都度、測定対象物から反射した光を受光して複数のパターン画像を生成する。生成された複数のパターン画像に基づいて、測定部が測定対象物の三次元形状を測定する。 According to this configuration, when the illumination control section controls the pattern generation section, the pattern generation section irradiates the measurement object with the pattern light whose phase is sequentially shifted. The imaging unit receives the light reflected from the object to be measured and generates a plurality of pattern images each time the object to be measured is irradiated with the pattern light. A measurement unit measures the three-dimensional shape of the measurement object based on the plurality of pattern images generated.
照明制御部がパターン生成部を制御する際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させるので、測定対象物に順次照射されるパターン光のうち、奇数番目に照射されるパターン光と、偶数番目に照射されるパターン光との位相が逆位相の関係になる。これにより、逆位相同士のパターン光の照射間隔を狭めることができる。 When the illumination control unit controls the pattern generation unit, patterns having phases different from each other by 180 degrees are continuously generated. The phases of the even-numbered pattern light beams are opposite to each other. As a result, it is possible to narrow the irradiation interval of the pattern lights having opposite phases.
ここで、位相の計算は、以下の式によって行われるので、互いに逆位相同士のパターンが投影される時間間隔が重要になる。 Here, since the phase calculation is performed by the following formula, the time interval between the projections of the patterns of opposite phases is important.
位相φ=tan-1{(I270°-I90°)/(I0°-I180°)}
つまり、逆位相同士のパターン光の照射間隔を狭めれば狭めるほど、外乱光の明るさ変動を極小化することができるので、上述したように逆位相のパターンを連続的に照射することで、1つの測定対象物の測定が完了するまでの間に外乱光の明るさが変動したとしても、その変動の影響が抑制される。
Phase φ=tan −1 {(I 270° −I 90° )/(I 0° −I 180° )}
In other words, the narrower the irradiation interval of the pattern lights of opposite phases, the more the fluctuation in the brightness of the disturbance light can be minimized. Even if the brightness of ambient light fluctuates until the measurement of one measurement object is completed, the influence of the fluctuation is suppressed.
第2の発明は、前記光源は、中心に開口部が形成された照明ハウジング内において前記開口部の中心を対称の中心として互いに点対称に設けられた第1光源及び第2光源を含み、前記パターン生成部は、前記第1光源に対応して設けられる第1パターン生成部と、前記第2光源に対応して設けられる第2パターン生成部とを含み、前記照明制御部は、前記第1パターン生成部及び前記第2パターン生成部のうち、一方のパターン生成部がパターンの切替を行っている間に、パターンの生成が完了した他方のパターン生成部からパターン光を照射させるように構成されていることを特徴とする。 In a second aspect of the present invention, the light source includes a first light source and a second light source provided point-symmetrically with respect to each other about the center of the opening in an illumination housing having an opening formed in the center, The pattern generation section includes a first pattern generation section provided corresponding to the first light source and a second pattern generation section provided corresponding to the second light source, and the illumination control section includes the first pattern generation section provided corresponding to the second light source. While one of the pattern generation unit and the second pattern generation unit is switching patterns, the other pattern generation unit that has completed pattern generation emits pattern light. It is characterized by
この構成によれば、第1パターン生成部及び第2パターン生成部が互いに照明ハウジングの開口部の周方向に離れて設けられているので、測定対象物に対して少なくとも異なる2方向からパターン光を照射することができ、死角となる範囲を減少させることができる。この場合に、例えば第1パターン生成部がパターンの切替を行っている間に、第2パターン生成部でパターンの生成が完了しているときには、第2パターン生成部から測定対象物にパターン光を照射することができる。つまり、いずれかのパターン生成部がパターンの切替を行っている間に、別のパターン生成部から測定対象物にパターン光を照射することができるので、三次元形状の測定を高速化することができる。 According to this configuration, since the first pattern generation section and the second pattern generation section are spaced apart from each other in the circumferential direction of the opening of the illumination housing, the pattern light is projected onto the object to be measured from at least two different directions. It is possible to irradiate and reduce the range of blind spots. In this case, for example, when pattern generation is completed by the second pattern generation unit while the first pattern generation unit is switching patterns, pattern light is emitted from the second pattern generation unit to the object to be measured. Can be irradiated. In other words, while one of the pattern generation units is switching the pattern, another pattern generation unit can irradiate the measurement object with pattern light, thereby speeding up the measurement of the three-dimensional shape. can.
第3の発明は、前記光源は、前記照明ハウジング内において前記第1光源及び前記第2光源から前記開口部の周方向に離れるとともに前記開口部の中心を対称の中心として互いに点対称に設けられた第3光源及び第4光源を含み、前記パターン生成部は、前記第3光源に対応して設けられる第3パターン生成部と、前記第4光源に対応して設けられる第4パターン生成部を含み、前記照明制御部は、前記第1パターン生成部、前記第2パターン生成部、前記第3パターン生成部及び前記第4パターン生成部のうち、任意のパターン生成部がパターンの切替を行っている間に、パターンの生成が完了したパターン生成部からパターン光を照射させるように構成されていることを特徴とする。 In a third aspect of the invention, the light sources are spaced apart from the first light source and the second light source in the circumferential direction of the opening in the lighting housing and are provided point-symmetrically with respect to the center of the opening. a third light source and a fourth light source, wherein the pattern generation unit includes a third pattern generation unit provided corresponding to the third light source and a fourth pattern generation unit provided corresponding to the fourth light source and the illumination control unit is configured such that an arbitrary pattern generation unit among the first pattern generation unit, the second pattern generation unit, the third pattern generation unit, and the fourth pattern generation unit performs pattern switching. It is characterized in that the pattern light is emitted from the pattern generation unit that has completed the pattern generation while the light is on.
この構成によれば、第1パターン生成部、第2パターン生成部、第3パターン生成部及び第4パターン生成部が互いに照明ハウジングの開口部の周方向に離れて設けられているので、測定対象物に対して少なくとも異なる4方向からパターン光を照射することができ、死角となる範囲をより一層減少させることができる。この場合に、いずれかのパターン生成部がパターンの切替を行っている間に、別のパターン生成部から測定対象物にパターン光を照射することができるので、三次元形状の測定を高速化することができる。 According to this configuration, since the first pattern generation section, the second pattern generation section, the third pattern generation section, and the fourth pattern generation section are provided apart from each other in the circumferential direction of the opening of the illumination housing, the measurement target The object can be irradiated with the patterned light from at least four different directions, and the dead angle range can be further reduced. In this case, while one of the pattern generation units is switching the pattern, another pattern generation unit can irradiate the object to be measured with pattern light, thereby speeding up the measurement of the three-dimensional shape. be able to.
第4の発明は、前記パターン生成部は、液晶パネルであることを特徴とする。 A fourth aspect of the invention is characterized in that the pattern generating section is a liquid crystal panel.
一般的に、液晶パネルでパターンを生成する場合には、1のパターンを生成した後、別のパターンの生成が完了するまでに要する時間が長くなることがある。このことは1つの測定対象物の測定に要する時間が長引く要因となるので、外乱光の明るさ変動の悪影響が顕著化するおそれがある。本発明では、液晶パネルでパターンを生成するので、外乱光の明るさ変動の悪影響が顕著化するおそれがあるが、これを、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成するという構成によって抑制することができる。つまり、コストの面で有利な液晶パネルを利用しながら、外乱光の明るさ変動の悪影響を抑制することができる。 In general, when patterns are generated on a liquid crystal panel, it may take a long time to complete the generation of another pattern after one pattern is generated. This is a factor that prolongs the time required to measure one measurement object, so there is a risk that the adverse effects of brightness fluctuations of ambient light will become more pronounced. In the present invention, since the pattern is generated by the liquid crystal panel, there is a possibility that the adverse effect of the fluctuation of the brightness of the disturbance light may become significant. can do. That is, it is possible to suppress the adverse effect of brightness fluctuations of ambient light while using a liquid crystal panel that is advantageous in terms of cost.
第5の発明は、前記撮像部はカラーカメラで構成されていることを特徴とする。 A fifth aspect of the invention is characterized in that the imaging section is composed of a color camera.
撮像部をカラーカメラとすることで、例えば検査対象物の二次元画像をカラー画像として使用者に提供することができる。 By using a color camera as the imaging unit, for example, a two-dimensional image of an object to be inspected can be provided to the user as a color image.
また、外乱光の明るさの変動を抑制する方法としては、例えば、バンドパスフィルタを適用する方法があるが、上述したカラーカメラの場合、カラー撮像時の色合いを適切にするためにバンドパスフィルタを適用することができない。本発明によれば、カラーカメラを用いる場合にバンドパスフィルタを適用することなく、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成するという構成によって外乱光の明るさの変動を抑制することができる。 In addition, as a method of suppressing fluctuations in the brightness of ambient light, for example, there is a method of applying a bandpass filter. cannot be applied. According to the present invention, when a color camera is used, variations in the brightness of ambient light can be suppressed by continuously generating patterns that are 180 degrees out of phase with each other without applying a band-pass filter. .
第6の発明は、前記照明制御部は、位相シフト画像を生成するための位相シフト用パターン光と、空間コード画像を生成するための空間コード用パターン光とを前記パターン生成部に生成させ、前記位相シフト用パターン光の生成の際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させ、前記撮像部は、前記位相シフト用パターン光が照射されたときに測定対象物から反射した光を受光して位相シフト画像を生成し、前記空間コード用パターン光が照射されたときに測定対象物から反射した光を受光して空間コード画像を生成するように構成され、前記測定部は、前記位相シフト画像及び前記空間コード画像に基づいて、位相シフト法及び空間コード化法を適用して測定対象物の三次元形状を測定するように構成されていることを特徴とする。 In a sixth aspect of the invention, the illumination control unit causes the pattern generation unit to generate phase shift pattern light for generating a phase shift image and spatial code pattern light for generating a space code image, When the phase-shifting pattern light is generated, patterns having phases different from each other by 180 degrees are continuously generated, and the imaging unit captures the light reflected from the measurement object when the phase-shifting pattern light is irradiated. It is configured to receive light to generate a phase shift image, and to generate a space code image by receiving light reflected from an object to be measured when the space code pattern light is irradiated. It is characterized in that the three-dimensional shape of the object to be measured is measured by applying a phase shift method and a space encoding method based on the phase shift image and the space code image.
この構成によれば、位相シフト画像及び空間コード画像をそれぞれ生成し、位相シフト法及び空間コード化法を適用して測定対象物の三次元形状を測定することができるので、測定範囲を拡大することができる。この場合、位相シフト法は空間コード化法に比べて外乱光の明るさ変動の悪影響を強く受けるが、本発明では、位相シフト用パターン光の生成の際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させるようにしているので、外乱光の明るさの変動を抑制することができる。 According to this configuration, the phase shift image and the space code image are generated respectively, and the three-dimensional shape of the measurement object can be measured by applying the phase shift method and the space encoding method, so that the measurement range can be expanded. be able to. In this case, the phase shift method is more adversely affected by brightness fluctuations of ambient light than the spatial encoding method. Since it is made to generate|occur|produce uniformly, the fluctuation|variation of the brightness of disturbance light can be suppressed.
本発明によれば、パターン生成部を制御する際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させるようにしたので、測定対象物に順次照射されるパターン光のうち、奇数番目に照射されるパターン光と、偶数番目に照射されるパターン光との位相が逆位相の関係になる。これにより、1つの測定対象物の測定が完了するまでの間に外乱光の明るさが変動したとしても、その変動の影響を抑制することができ、測定結果の誤差を減少させることができる。 According to the present invention, when the pattern generator is controlled, the patterns whose phases are different from each other by 180 degrees are continuously generated. The phases of the pattern light applied to the even-numbered pattern light and the pattern light applied to the even-numbered order have an opposite phase relationship. As a result, even if the brightness of ambient light fluctuates until the measurement of one measurement object is completed, the influence of the fluctuation can be suppressed, and errors in the measurement results can be reduced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. It should be noted that the following description of preferred embodiments is essentially merely illustrative, and is not intended to limit the invention, its applications, or its uses.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. It should be noted that the following description of preferred embodiments is essentially merely illustrative, and is not intended to limit the invention, its applications, or its uses.
図1は、本発明の実施形態に係る画像処理装置1のシステム構成例を示す図である。画像処理装置1は、撮像装置2と、照明装置3と、コントローラ部4と、表示部5と、コンソール部6と、マウス7とを備えており、測定対象物Wの三次元形状を測定することによって高さ画像を得て、この高さ画像に基づいて測定対象物Wに対して各種検査を行うことができるように構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of an
測定対象物Wは、例えばベルトコンベア等の搬送装置の載置面100に載置した状態としておき、この載置面100に載置した測定対象物Wに対して高さの測定や各種検査等を行う。高さの測定中、測定対象物Wは静止させておくのが好ましい。
The object W to be measured is placed on a mounting
画像処理装置1は、プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)101に信号線101aによって有線接続することができるが、これに限らず、画像処理装置1及びPLC101に従来から周知の通信モジュールを内蔵し、画像処理装置1と、PLC101とを無線接続するようにしてもよい。PLC101は、搬送装置及び画像処理装置1をシーケンス制御するための制御装置であり、汎用のPLCを利用することができる。画像処理装置1をPLC101に接続することなく使用することもできる。
The
表示部5は、例えば液晶表示パネル等からなるディスプレイ装置であり、表示手段を構成している。表示部5には、例えば、画像処理装置1を操作するための操作用ユーザーインターフェース、画像処理装置1を設定するための設定用ユーザーインターフェース、測定対象物の高さ測定結果を表示するための高さ測定結果表示用ユーザーインターフェース、測定対象物の各種検査結果を表示するための検査結果表示用ユーザーインターフェース等を表示させることができる。画像処理装置1の使用者が表示部5を視認することで画像処理装置1の操作及び設定を行うことが可能になるとともに、測定対象物Wの測定結果や検査結果等を把握することができ、さらに、画像処理装置1の動作状態を把握することもできる。
The
図2に示すように、表示部5は、コントローラ部4が有する表示制御部46に接続されており、表示制御部46によって制御されて前記したユーザーインターフェースや高さ画像等を表示させることができるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
コンソール部6は、使用者が画像処理装置1を操作したり、各種情報を入力するための入力手段であり、コントローラ部4に接続されている。また、マウス7も同様に使用者が画像処理装置1を操作したり、各種情報を入力するための入力手段であり、コントローラ部4に接続されている。コンソール部6及びマウス7は入力手段の一例であり、入力手段としては、例えば表示部5に設けたタッチパネルスクリーン等であってもよいし、音声入力装置であってもよく、これらを複数組み合わせて構成することもできる。タッチパネルスクリーンの場合、表示手段と入力手段とを1つのデバイスで実現できる。
The
コントローラ部4には、コントローラ部4の制御プログラムを生成し、記憶しておくための汎用のパーソナルコンピュータPCを接続することもできる。また、パーソナルコンピュータPCには、画像処理に関する各種設定を行う画像処理プログラムをインストールして、コントローラ部4で行う画像処理の各種設定を行うこともできる。あるいは、このパーソナルコンピュータPCで動作するソフトウェアによって画像処理の処理順序を規定する処理順序プログラムを生成することができる。コントローラ部4では、その処理順序に従って各画像処理が順次実行される。パーソナルコンピュータPCとコントローラ部4とは、通信ネットワークを介して接続されており、パーソナルコンピュータPC上で生成された処理順序プログラムは、例えば表示部5の表示態様を規定するレイアウト情報等と共にコントローラ部4に転送される。また逆に、コントローラ部4から処理順序プログラムやレイアウト情報等を取り込んで、パーソナルコンピュータPC上で編集することもできる。尚、上記プログラムは、パーソナルコンピュータPCだけでなく、コントローラ部4においても生成できるようにしてもよい。
A general-purpose personal computer PC for generating and storing a control program for the
また、コントローラ部4は専用のハードウェアで構築することもできるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、汎用のパーソナルコンピュータPCやワークステーション等に専用の画像処理プログラムや検査処理プログラム、高さ測定プログラム等をインストールしたものをコントローラ部として機能させることもできる。この場合、パーソナルコンピュータPCやワークステーション等に、撮像装置2、照明装置3、表示部5、コンソール部6及びマウス7を接続すればよい。
Also, the
また、画像処理装置1の機能については後述するが、画像処理装置1の全ての機能をコントローラ部4で実現するようにしてもよいし、汎用のパーソナルコンピュータPCで実現するようにしてもよい。また、画像処理装置1の一部の機能をコントローラ部4で実現し、残りの機能を汎用のパーソナルコンピュータPCで実現するようにしてもよい。画像処理装置1の機能は、ソフトウェアで実現することもできるし、ハードウェアの組み合わせによって実現することもできる。
Further, although the functions of the
撮像装置2、照明装置3、表示部5、コンソール部6及びマウス7をコントローラ部4に接続するためのインターフェースは、専用のインターフェースであってもよいし、例えば既存の通信規格、例えばイーサーネット(商品名)やUSB、RS-232C等を利用することもできる。
The interface for connecting the
測定対象物Wの高さを表す高さ画像とは、図4に示す照明装置3が有する開口部30aの中心軸A(図1に示す)方向における測定対象物Wの高さを表す画像であり、距離画像ということもできる。高さ画像は、測定対象物Wの載置面(基準面ともいう)100を基準とした高さとして表示することもできるし、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離として表示することもでき、高さに応じて各画素の濃淡値が変化する画像である。換言すれば、高さ画像は、測定対象物Wの載置面100を基準とした高さに基づいて濃淡値が決定される画像といもいえるし、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離に基づいて濃淡値が決定される画像ともいえる。また、高さ画像は、測定対象物Wの載置面100を基準とした高さに応じた濃淡値を有する多値画像といもいえるし、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離に応じた濃淡値を有する多値画像ともいえる。さらに、高さ画像は、輝度画像の画素毎に、測定対象物Wの載置面100を基準とした高さを濃淡値に変換した多値画像ともいえるし、輝度画像の画素毎に、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離を濃淡値に変換した多値画像ともいえる。
The height image representing the height of the measurement object W is an image representing the height of the measurement object W in the direction of the central axis A (shown in FIG. 1) of the
また、高さ画像は測定対象物Wの高さ情報を含む画像であり、例えば距離画像に光学的な輝度画像をテクスチャ情報として合成して貼り付けた三次元の合成画像も高さ画像とすることができる。高さ画像は、三次元状に表示されるものに限られず、二次元状に表示されるものも含まれる。 A height image is an image containing height information of the object W to be measured. For example, a three-dimensional composite image obtained by synthesizing and pasting an optical luminance image as texture information to a distance image is also regarded as a height image. be able to. Height images are not limited to those displayed three-dimensionally, and those displayed two-dimensionally are also included.
測定対象物の三次元形状を測定する際、高さを求めると考えるか、深さを求めると考えるかの違いで、Z軸方向の座標系が反転する。そのため、「小さな高さを求める」という計算は、「大きな深さを求める」という計算と等価になる。また、高さを求めると考える場合、高さカメラということができるが、深さを求める場合には、深さカメラということもできる。いずれにしても本実施形態を適用することができるので、以下、高さ画像に統一してその一例を説明する。 When measuring the three-dimensional shape of an object to be measured, the coordinate system in the Z-axis direction is inverted depending on whether the height is to be determined or the depth is to be determined. Therefore, the calculation "finding a small height" is equivalent to the calculation "finding a large depth". In addition, when it is considered to obtain height, it can be called a height camera, but when it is considered to obtain depth, it can also be called a depth camera. Since the present embodiment can be applied in any case, an example thereof will be described below by using a height image.
上述したような高さ画像を得る手法としては、大きく分けて2つの方式があり、一つは、通常の画像を得るための照明条件で撮像した画像を用いて距離画像を生成するパッシブ方式(受動計測方式)、もう一つは、高さ方向の計測をするための光を測定対象物Wに能動的に照射して距離画像を生成するアクティブ方式(能動計測方式)である。本実施形態では、アクティブ方式により高さ画像を得るようにしており、具体的には、パターン投影法を利用している。 Methods for obtaining height images as described above are broadly divided into two methods. One is a passive method ( passive measurement method), and the other is an active method (active measurement method) in which a distance image is generated by actively irradiating the measurement object W with light for measuring in the height direction. In this embodiment, a height image is obtained by an active method, and more specifically, a pattern projection method is used.
パターン投影法は、測定対象物Wに投影する測定用パターン光(単にパターン光ともいう)が有するパターンの形状や位相等をずらして複数の画像を取得し、取得した複数の画像を解析することで測定対象物Wの三次元形状を得る方法である。パターン投影法には幾つか種類があり、例えば、正弦波縞模様パターンの位相をずらして複数(最低3枚)の画像を取得し、複数の画像から画素毎に正弦波の位相を求め、求めた位相を利用して測定対象物Wの表面の三次元座標を得る位相シフト法や、測定対象物Wに投影するパターン自体を撮影毎に異ならせ、例えば白黒デューティ比50%で縞幅が全体の半分、4分の1、8分の1、16分の1、…と細かくなっていく縞パターンを順次投影し、それぞれのパターンにてパターン投影画像を取得し、測定対象物Wの高さの絶対位相を求める空間コード法等がある。正弦波状のパターン光及び縞パターン光は、一次元方向に変化する周期的な照度分布を有するパターン光である。尚、測定用パターン光を測定対象物Wに「投影」することと、測定用パターン光を測定対象物Wに「照射」することとは同義である。 In the pattern projection method, a plurality of images are acquired by shifting the shape, phase, etc. of the pattern of the measurement pattern light (simply referred to as pattern light) projected onto the measurement object W, and the acquired plurality of images are analyzed. is a method of obtaining the three-dimensional shape of the object W to be measured. There are several types of pattern projection methods. A phase shift method that obtains the three-dimensional coordinates of the surface of the measurement object W using the phase obtained by the measurement, or a pattern that is projected onto the measurement object W is changed for each photographing, for example, the black-and-white duty ratio is 50%, and the fringe width is the entire width. 1/4, 1/8, 1/16, . There is a spatial code method for obtaining the absolute phase of . The sinusoidal pattern light and the striped pattern light are pattern light having a periodic illumination distribution that changes in one dimension. Note that “projecting” the measurement pattern light onto the measurement object W and “irradiating” the measurement object W with the measurement pattern light are synonymous.
本実施形態に係る画像処理装置1では、上述した位相シフト法と空間コード法とを組み合わせて高さ画像を生成するが、これに限られるものではなく、位相シフト法のみで高さ画像を生成してもよいし、空間コード法のみで高さ画像を生成してもよい。また、従来から周知の他のアクティブ方式を利用して測定対象物Wの高さ画像を生成してもよい。
In the
画像処理装置1による測定対象物Wの高さを測定する手法の概略は次の通りである。まず、照明装置3の第1投光部31及び第2投光部32でそれぞれ生成した第1測定用パターン光及び第2測定用パターン光を互いに異なる方向から測定対象物Wに照射し、測定対象物Wから反射した第1測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第1パターン画像からなる第1パターン画像セットを生成するとともに、測定対象物Wから反射した第2測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第2パターン画像からなる第2パターン画像セットを生成する。その後、複数の第1パターン画像セットに基づいて各画素が測定対象物Wへの第1測定用パターン光の照射角度情報を有する第1角度画像を生成するとともに、複数の第2パターン画像に基づいて各画素が測定対象物への第2測定用パターン光の照射角度情報を有する第2角度画像を生成する。次いで、第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報と、第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報とにしたがって、測定対象物Wの高さを表す高さ画像を生成し、この高さ画像から測定対象物Wの高さを得る。
The outline of the method for measuring the height of the object W to be measured by the
また、必須ではないが、この画像処理装置1においては、図4に示すように、照明装置3が第1投光部31及び第2投光部32の他に、第3投光部33及び第4投光部34を備えている。したがって、照明装置3の第3投光部33及び第4投光部34でそれぞれ生成した第3測定用パターン光及び第4測定用パターン光を互いに異なる方向から測定対象物Wに照射することもできる。この場合、測定対象物Wから反射した第3測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第3パターン画像からなる第3パターン画像セットを生成するとともに、測定対象物Wから反射した第4測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第4パターン画像からなる第4パターン画像セットを生成する。その後、複数の第3パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第3測定用パターン光の照射角度情報を有する第3角度画像を生成するとともに、複数の第4パターン画像に基づいて各画素が測定対象物への第4測定用パターン光の照射角度情報を有する第4角度画像を生成する。次いで、第3角度画像の各画素の照射角度情報及び第4角度画像の各画素の照射角度情報と、第3投光部33及び第4投光部34の相対位置情報とにしたがって、測定対象物Wの高さを表す高さ画像を生成し、この高さ画像から測定対象物Wの高さを得る。
Although not essential, in the
(位相シフト法)
ここで、位相シフト法について説明する。位相シフト法において、照度分布を正弦波状に変動させたパターンを有するパターン光を測定対象物に順次投影する場合、正弦波の位相の異なる3つ以上のパターンのパターン光を投影する。高さ測定点の各明度値をパターン光の投影方向とは別の角度からパターン毎に撮像した画像から得て、各明度値よりパターン光の位相値を計算する。測定点の高さに応じて、測定点に投影されたパターン光の位相が変化し、基準となる位置で反射されたパターン光により観察される位相とは異なった位相の光が観察されることになる。そこで、測定点におけるパターン光の位相を計算し、三角測量の原理を利用して、幾何関係式に代入することにより測定点の高さを計測し、これにより、測定対象物Wの三次元形状を求めることができる。位相シフト法によれば、測定対象物Wの高さを、パターン光の周期を小さくすることによって高分解能で測定することができるが、測定できる高さの範囲が、位相のずれ量で2π以内となる低い高さのもの(高低差の小さいもの)しか測定できない。そこで、空間コード法を併用する。
(Phase shift method)
Here, the phase shift method will be explained. In the phase shift method, when pattern light having patterns with sinusoidally varied illuminance distributions is sequentially projected onto the object to be measured, three or more patterns of pattern light with different phases of the sinusoidal waves are projected. Each lightness value of the height measurement point is obtained from an image captured for each pattern from an angle different from the projection direction of the pattern light, and the phase value of the pattern light is calculated from each lightness value. The phase of the pattern light projected onto the measurement point changes according to the height of the measurement point, and light with a phase different from the phase observed by the pattern light reflected at the reference position is observed. become. Therefore, the phase of the pattern light at the measurement point is calculated, and the height of the measurement point is measured by substituting it into the geometric relational expression using the principle of triangulation. can be asked for. According to the phase shift method, the height of the object W to be measured can be measured with high resolution by reducing the period of the pattern light, but the measurable height range is within 2π in phase shift amount. Only low height objects (objects with a small height difference) can be measured. Therefore, the spatial code method is also used.
(空間コード法)
空間コード法によれば、光が照射される空間を、多数の断面略扇状の小空間に分け、この小空間に一連の空間コード番号を付すことができる。このため、測定対象物Wの高さが高くても、すなわち高低差が大きくても、光が照射される空間内にあれば、空間コード番号から高さが演算できる。したがって、高さの高い測定対象物Wについても全体にわたって形状を測定することができる。このように空間コード法によれば、許容高さのレンジ(ダイナミックレンジ)が広くなる。
(Spatial code method)
According to the space code method, a space irradiated with light can be divided into a large number of small spaces each having a substantially fan-shaped cross section, and a series of space code numbers can be assigned to the small spaces. Therefore, even if the height of the object W to be measured is high, that is, even if the height difference is large, the height can be calculated from the space code number as long as it is in the space irradiated with light. Therefore, it is possible to measure the shape of the entire measuring object W having a high height. Thus, according to the spatial code method, the allowable height range (dynamic range) is widened.
(照明装置3の詳細構成)
図4に示すように、実施形態1に係る照明装置3は、照明ハウジング30と、第1投光部31と、第2投光部32と、第3投光部33と、第4投光部34と、投光制御部39とを備えている。図1に示すように照明装置3とコントローラ部4とは接続線3aによって接続されているが、照明装置3とコントローラ部4とは無線接続するようにしてもよい。
(Detailed configuration of lighting device 3)
As shown in FIG. 4, the
照明装置3は、パターン光を投影するためだけのパターン光投影専用装置としてもよいし、測定対象物Wに一様光を照射する一様光用照明を兼用する装置としてもよい。照明装置3をパターン光投影専用装置とする場合には、パターン光投影専用装置とは別体、又はパターン光投影専用装置と一体的に一様光用照明装置を設けることができる。一様光用照明装置は、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンライト、HID等を利用することができる。
The
照明ハウジング30は、平面視における中心部に開口部30aを有しており、第1辺部30A、第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dが連続して平面視で矩形に近い形状をなしている。第1辺部30A、第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dは、直線状に延びているので、開口部30aも平面視で矩形に近い形状をなしている。
The
尚、照明ハウジング30の外形状や開口部30aの形状は、図示した形状に限られるものではなく、例えば円形等であってもよい。図1に示す開口部30aの中心軸Aは、開口部30aの中心を通り、かつ、照明ハウジング30の下面に対して直交する方向に延びる軸である。照明ハウジング30の下面が水平となるように照明装置3が設置される場合には、開口部30aの中心軸Aが鉛直に延びることになるが、照明装置3は、照明ハウジング30の下面が傾斜した状態となるように設置することもでき、この場合は、開口部30aの中心軸Aが傾斜することになる。
The outer shape of the
尚、開口部30aの中心軸Aは、厳密に開口部30aの中心を通らなくてもよく、測定対象物Wの大きさ等にもよるが、開口部30aの中心から数mm程度の離れたところを通る軸も中心軸Aとすることができる。つまり、開口部30aの中心及びその近傍を通る軸を中心軸Aと定義することができる。中心軸Aの延長線は、載置面100と交差することになる。
The central axis A of the
以下の説明では、便宜上、図4に示すように第1辺部30A側を照明装置3の左側といい、第2辺部30B側を照明装置3の右側といい、第3辺部30C側を照明装置3の上側といい、第4辺部30D側を照明装置3の下側というものとするが、これは照明装置3の使用時の方向を特定するものではなく、使用時には照明装置3がどのような向きであってもよい。
In the following description, for convenience, as shown in FIG. The upper side of the
照明ハウジング30の第1辺部30A、第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dの内部は中空状である。第1辺部30Aの内部には、第1投光部31が収容されている。第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dの内部には、それぞれ、第2投光部32、第3投光部33及び第4投光部34が収容されている。第1投光部31と第2投光部32とがペアであり、第3投光部33と第4投光部34とがペアである。また、照明ハウジング30の内部には、投光制御部39も収容されている。
The interiors of the
第1辺部30Aと第2辺部30Bとは、中心軸Aを挟んで対向するように配置されているので、第1投光部31及び第2投光部32は中心軸Aを対称の中心として左右対称(点対称)となるように配置されることになり、中心軸Aの周方向に互いに離れることになる。
Since the
また、第3辺部30Cと第4辺部30Dも中心軸Aを挟んで対向するように配置されているので、第3投光部33及び第4投光部34は中心軸Aを対称の中心として上下対称(点対称)となるように配置されることになり、中心軸Aの周方向に互いに離れることになる。平面視では、中心軸Aを中心として右周りに、第1投光部31、第3投光部33、第2投光部33、第4投光部34の順に4つの投光部が配置されることになる。
Further, the
図5は、本発明の実施形態2に係る照明装置3の底面図である。この実施形態2では、照明ハウジング30の内部に8つの投光部31~38が設けられている。第1投光部31と第3投光部33との間に第5投光部35が設けられ、第2投光部32と第4投光部34との間に第6投光部36が設けられ、第2投光部32と第3投光部33との間に第7投光部37が設けられ、第1投光部33と第4投光部34との間に第8投光部38が設けられている。第5投光部35と第6投光部36とがペアであり、中心軸Aを対称の中心として互いに対称となるように配置される。また、第7投光部37と第8投光部38とがペアであり、中心軸Aを対称の中心として互いに対称となるように配置される。平面視では、中心軸Aを中心として右周りに、第1投光部31、第5投光部35、第3投光部33、第7投光部37、第2投光部32、第6投光部36、第4投光部34、第8投光部38の順に配置されることになる。
FIG. 5 is a bottom view of the
また、実施形態2の照明装置3では、測定対象物Wを一様光で照明するための一様光用照明50(リング照明)が投光部31~38とは別に設けられている。一様光用照明50は、照明ハウジング30の底部における外周部に設けられており、第1~第8投光部31~38を囲む環状をなしている。図6に示すように、一様光用照明50は、基板51aと、基板51aに実装されて一様光を出射する複数の一様光用発光ダイオード51bと、カバー部材52とを有している。基板51aは、第1~第8投光部31~38を囲むように配置されている。複数の一様光用発光ダイオード51bは、第1~第8投光部31~38を囲むように、周方向に互いに間隔をあけて設けられている。カバー部材52は、一様光用発光ダイオード41bを光出射面側から覆うように設けられており、透光性を有するとともに、光を拡散させる性質を持った材料で構成されている。図示しないが、一様光用照明を図4に示す実施形態1の照明装置3に設けることもできる。
Further, in the
(第1投光部31の構成)
実施形態1の照明装置1の第1~第4投光部31~34は、実施形態2の照明装置1の第1~第4投光部31~34と同じである。
(Configuration of first light projecting section 31)
The first to fourth
図6に示すように、第1投光部31は、ケーシング31aと、拡散光を出射する第1光源となる第1LED(発光ダイオード)31bと、該第1LED31bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第1測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射する第1LCD(第1パターン光生成部)31dとを備える。LCDは、liquid crystal display、即ち液晶パネルを含む液晶ディスプレイである。第1LCD31dは、説明の便宜上、「LCD」と表示しているが、LCP、即ち、液晶パネル(第1液晶パネル)であってもよい。光源は、発光ダイオードに限られるものではなく、拡散光を出射する発光体であればよい。
As shown in FIG. 6, the first
第1LCD31dは、第1LED31bに対応して配置されており、第1LED31bの光出射面が第1LCD31dの方を向いている。これにより、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに確実に入射することになる。発光ダイオードとしては、例えば白色発光ダイオードを用いることができる。第1LCD31dは、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する平面(図6に仮想線200で示す)内に、当該第1LCD31dの表示面(出射面)が位置するように設けられており、平面200と第1LCD31dの表示面とが同一平面に位置している。
The
第2投光部32は第1投光部31と同様に構成されている。具体的には、図6に示すように、第2投光部32は、ケーシング32aと、基板32cに実装された第2LED32bと、第2LED32bに対応して配置された第2LCD(第2パターン光生成部)32dとを備えている。第1LED31bと、第2LED32bとが対をなしている。第1LED31bと、第2LED32bとは、互いの相対位置を補正可能に照明ハウジング30に取り付けられている。相対位置の補正の詳細については後述する。
The second
以下、第1投光部31の構成について詳細に説明する。第1投光部31の第1LED31bは、複数あるとともに、照明ハウジング30内において上部に設けられている。第1LED31bの配列方向は、光の出射方向と交差する方向である。
The configuration of the first
すなわち、ケーシング31aの内部には、その上方に基板31cが配設されている。基板31cの下に向く面には、複数の第1LED31bが実装されている。複数の第1LED31bは直線状に並ぶように配置することもできるし、隣合う第1LED31bが上下方向にずれるように配置することもできる。一次元方向に変化する周期的な照度分布を有するパターン光を生成する場合、第1LED31bは、パターン光の照度が変化しない方向に並ぶように配置されることになる。複数の第1LED31bを図4に示す照明ハウジング30の第1辺部30Aの長手方向に沿って並べることで、第1LED31bから出射する光は、第1辺部30Aの長手方向にほぼ連続した光になる。
That is, the
複数の第1LED31bの光の出射方向は同じにすることができ、この実施形態では、図1に左下がりの斜線で示すように、第1LED31bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第2辺部30B側(照明装置3の右側)に達するように設定されている。複数の第1LED31bによる光の照射範囲は、撮像装置2による撮像視野よりも広く設定されている。
The light emission directions of the plurality of
複数の第1LED31bの光の出射範囲について具体的に説明する。図7に示すように、第1投光部31と第2投光部32との離間方向をX方向とし、上下方向をZ方向とする。照明装置3は、該照明装置3の下面が水平(載置面100と平行)となるように配置され、測定対象物Wの載置面100から上方に「1」だけ離れて設置されているものとする。X=0を第1LED31bの直下とし、第1LED31bから(X,Z)=(0,0)の点Cまで延びる直線Dを引く。また、第1LED31bから(X,Z)=(1,0)の点Eまで延びる直線Fを引く。このとき、複数の第1LED31bの光の出射範囲は、直線Dと直線Fとで挟まれた領域となるように、第1LED31bの向きが設定されるとともに、第1LED31bの光源用レンズが設計されている。
A specific description will be given of the light emission range of the plurality of
図6に示すように、第1LCD31dは、第1LED31bから下方に離れた状態で照明ハウジング30に設けられている。第1LCD31dの駆動方式はTN(Twisted Nematic)方式である。したがって、第1LCD31dに印加される電圧が0のとき液晶組成物(液晶分子)が表示面と平行に並んで第1LED31bの光を通過させる一方、この状態から電圧を上げていくと、液晶組成物が表示面に対して垂直に立ち上がり、最大電圧になったときに第1LED31bの光を遮ることになる。
As shown in FIG. 6, the
(LEDとLEDの相対位置)
第1LED31bと第1LCD31dとの相対的な位置関係について説明する。図8に示すように、第1LCD31dの表示面は、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する平面200と同一面上に位置しており、第1LCD31dにおける照明ハウジング30の径方向外方の端部を外端部側とし、第1LCD31dにおける照明ハウジング30の径方向内方の端部を内端部側とする。第1LED31bは、第1LCD31dにおける外端部側の上方に配置されている。図8における符号SEGは、第1LCD31dを構成するセグメントである。黒色のセグメントSEGは光を透過させないセグメントであり、白色のセグメントSEGは光を透過させるセグメントである。このように、第1LCD31dの表示面に、黒色のセグメントSEGと白色のセグメントSEGとを交互に形成することで、第1LCD31dを透過した光は、その下方に図示するように光の強度が周期的に変化する正弦波状のパターン光となる。これがパターン光の生成原理である。黒色のセグメントSEGと白色のセグメントSEGの個数、間隔、形成位置は任意に変更することができ、波の周期、位相が異なる複数種のパターン光を生成することができる。
(Relative position of LED and LED)
A relative positional relationship between the
黒色のセグメントSEGの個数と、白色のセグメントSEGの個数は同じにすることができる。したがって、パターン光の生成時、第1LCD31dには、光を透過させる領域及び光を透過させない領域を等幅にして交互に形成することができる。これは、後述する投光制御部39によって行われる。
The number of black segments SEG and the number of white segments SEG can be the same. Therefore, when the pattern light is generated, the
ここで、液晶パネルが持つ一般的な性質について説明すると、液晶パネルの表示面の法線と平行に光を入射させると光の透過率が最も高くなり、表示面の法線と光の入射方向とのなす角度が大きくなればなるほど光の透過率が低くなる。液晶パネルは、このような光の入射方向によって光の透過率が変化する角度特性を有しているので、液晶パネルを用いてパターン光を生成すると、パターン光の位置に応じた輝度ムラが発生する懸念がある。 Here, let us explain the general characteristics of liquid crystal panels. Light transmittance is highest when light is incident parallel to the normal to the display surface of the liquid crystal panel. The greater the angle formed by the two, the lower the light transmittance. Liquid crystal panels have angular characteristics in which light transmittance varies depending on the direction of light incidence. Therefore, when pattern light is generated using a liquid crystal panel, luminance unevenness occurs according to the position of the pattern light. There is concern that
このことに対し、本実施形態では、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに対して当該第1LCD31dの有効角度範囲内で入射されるように、第1LCD31dと、第1LED31bとの相対位置が設定されている。これにより、第1LED31bから出射された拡散光が第1LCD31dの有効角度範囲内で当該第1LCD31dに入射するので、第1LCD31dが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラが発生しにくくなる。
In contrast, in the present embodiment, the relative positions of the
第1LCD31dの有効角度範囲とは、パターン光のコントラストを所定以上確保可能な角度範囲とすることができる。パターン光のコントラストが所定以上というのは、測定対象物Wから反射したパターン光を撮像装置2が受光した際に、検査対象画像を生成可能なパターン画像を撮像装置2によって得ることができる程度である。すなわち、第1LCD31dが持つ角度特性に起因して、第1LCD31dの表示面の法線と光の入射方向とのなす角度が大きくなればなるほど光の透過率が低くなるので、光の入射角度によってはパターン光のコントラストの低下を招くことが考えられるが、この実施形態では、撮像装置2によって撮像されたパターン画像に基づいて測定対象物Wの高さ情報を得ることが可能な程度のコントラスト以上となるように、第1LCD31dと第1LED31bとの相対位置を設定している。
The effective angular range of the
また、第1LCD31dの有効角度範囲は次のように定義することもできる。例えば、光を最も通しやすい液晶分子配列状態にある第1LCD31dを第1LED31bから出射された光が通過する際に、当該光が減衰する減衰率が10%以下となる角度範囲を、第1LCD31dの有効角度範囲とする。光の減衰率が10%以下となるように第1LCD31dと第1LED31bとの相対位置を設定することで、撮像装置2によって撮像されたパターン画像に基づいて測定対象物Wの高さ情報を得ることが可能な程度のコントラストを確保することができる。
Also, the effective angle range of the
光を最も通しやすい液晶分子配列状態とは、液晶分子の配向が光路を最も遮らない方向(上述した電圧0のとき)にある状態である。尚、前記減衰率が5%以下となるように、第1LCD31dの有効角度範囲を設定することもできる。
The liquid crystal molecule alignment state that allows light to pass through most is the state in which the liquid crystal molecules are aligned in the direction that does not block the light path the least (when the voltage is 0 as described above). The effective angle range of the
また、図8に示すように、第1LED31bの中心(光出射面の中心)から第1LCD31dの表示面に向けて引いた法線201と、当該第1LED31bの中心から第1LCD31dの有効角度範囲における照明ハウジング30の径方向内方に位置する内端部側の境界に向けて引いた内側仮想線202とのなす角度が50°以下となるように、第1LED31bと第1LCD31dとの相対位置を設定することができる。これにより、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに入射する際の角度範囲がTN方式の液晶パネルに最適な範囲となり、その結果、パターン光のコントラストを所定以上確保することができる。法線201と内側仮想線202とのなす角度αは45°以下にすることができ、また、40°以下にすることもできる。
Further, as shown in FIG. 8, a
(LED駆動回路及びLCD駆動回路)
図9に示すように、第1投光部31には、第1LED31bを駆動する第1LED駆動回路(光源駆動回路)31eと、第1LCD31dを駆動する第1LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)31fとが設けられている。第1LED駆動回路31eは、第1LED31bに対する供給電流値を変更するための回路であり、投光制御部39によって制御される。よって、第1LED31bは、第1LED駆動回路31eを介して投光制御部39によって制御されることになる。第1LED駆動回路31eによる電流値制御は、DAC制御である。
(LED drive circuit and LCD drive circuit)
As shown in FIG. 9, the first
第1LCD駆動回路31fは、第1LCD31dを構成する各セグメントSEG(図8に示す)に印加する電圧を変更することで各セグメントSEGの液晶組成物の配向を変化させるための回路である。この実施形態では、一例として、第1LCD31dを構成するセグメントSEGが64個あり、64個のセグメントSEGにそれぞれ個別に印加する電圧を変更することができるようになっており、セグメントSEG毎に、第1LED31bから出射された光を通過させる状態と通過させない状態とに切り替えることができる。第1LCD駆動回路31fは、第1LED駆動回路31eと共通の投光制御部39によって制御される。よって、第1LCD31dは、第1LCD駆動回路31fを介して投光制御部39によって制御されることになる。また、第1LED駆動回路31eと第1LCD駆動回路31fとは、共通の投光制御部39によって制御されるので、第1LED駆動回路31eと第1LCD駆動回路31fとを精密に動機させることができる。
The first
投光制御部39によって制御された第1LCD駆動回路31fが第1LCD31dを駆動することで、第1LED31bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第1測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第1測定用パターン光には、空間コード法で用いる空間コード(グレーコード)用のパターン光と、位相シフト法で用いる周期的な照度分布を有するパターン光とが含まれている。
The first
空間コード用のパターン光を生成する場合は、白黒デューティ比50%で縞幅が全体の半分、4分の1、…と細かくなっていく縞パターンを生成する。このように第1LCD31dを制御することで、空間コード用のパターン光を順次生成することができる。
When generating the pattern light for the spatial code, a stripe pattern is generated in which the width of the stripes is reduced to half, 1/4, . By controlling the
また、位相シフト法用のパターン光の生成の場合は、正弦波縞模様パターンの位相をずらして複数生成する。この例の場合、LCD表示は2値制御にして矩形波のパターンを生成しているが、図8に示すように、第1LCD31dで生成された矩形波のパターンが光照射面上でぼけることによって正弦波状のパターンを得ることができるようになっている。より詳細には、液晶パネルに形成された矩形波上のパターンと、面積を持った発光ダイオードの発光パターンとが組み合わさることで、正弦波に近いパターンを得ることができる。仮にLEDではなく理想的な点光源または線光源だと正弦波パターンではなく、2値パターンが得られる。このため、正弦波パターンを得るためには、LED光源サイズとLCD開口サイズとのバランスが重要になる。またこの例では8つのパターン光を生成している。このように第1LCD31dを制御することで、位相シフト法用のパターン光を順次生成することができる。
In the case of generating pattern light for the phase shift method, a plurality of sinusoidal fringe patterns are generated with the phases shifted. In the case of this example, the LCD display is binary controlled to generate a rectangular wave pattern. However, as shown in FIG. A sinusoidal pattern can be obtained. More specifically, a pattern close to a sine wave can be obtained by combining the rectangular wave pattern formed on the liquid crystal panel and the light emitting pattern of the light emitting diodes having an area. If we had an ideal point or line light source instead of an LED, we would get a binary pattern instead of a sinusoidal pattern. Therefore, in order to obtain a sinusoidal pattern, the balance between the LED light source size and the LCD aperture size is important. Also, in this example, eight pattern lights are generated. By controlling the
つまり、位相シフト法及び/又は空間コード法にしたがう複数のパターン光を順次生成するように、投光制御部39が第1LED31b及び第1LCD31dを制御する。複数のパターン光の内の一のパターン光の投影が完了すると、次のパターン光の投影を行い、この処理を繰り返すことによって全てのパターン光の投影を行う。第1LCD31dによるパターンの形成処理については後述する。
That is, the light
尚、空間コード用のパターン光の数、位相シフト法用のパターン光の数は、図示した数に限られるものではない。 The number of pattern lights for the spatial code and the number of pattern lights for the phase shift method are not limited to the numbers shown.
(第2投光部32の構成)
図1に示すように、第2投光部32の第2LED32bの光の出射範囲は、第2LED32bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第1辺部30A側(照明装置3の左側)に達するように設定されている。すなわち、第2投光部32の第2LED32bの光の出射範囲は、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aを対称の中心として、第1投光部31の第1LED31bの光の出射範囲と左右対称となるように設定されている。第2LED32bの光の出射範囲を、図1において右下がりの斜線で示している。
(Configuration of the second light projecting section 32)
As shown in FIG. 1, the light emission range of the
図9に示すように、第2投光部32には、第2LED32bを駆動する第2LED駆動回路(光源駆動回路)32eと、第2LCD32dを駆動する第2LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)32fとが設けられており、これらは投光制御部39によって制御される。第2LCD32dは、第1LCD31dと同様に駆動されるので、第2LED32bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第2測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第2測定用パターン光には、空間コード用のパターン光と、位相シフト法用のパターン光とが含まれている。
As shown in FIG. 9, the second
図1に示すように、第1投光部31から出射されたパターン光と、第2投光部32から出射されたパターン光とが、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸A上で交差するように、略同一の広がり角を持つように、第1投光部31と第2投光部32とが中心軸Aの周方向に互いに離れた状態で、照明ハウジング30に一体的に支持されている。「一体的に支持されている」とは、第1投光部31と第2投光部32との相対的な位置関係が設置時や使用時に変化しないように、第1投光部31と第2投光部32が照明ハウジング30に対して固定されているということである。したがって、運用時には、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置は変化しないので、例えば図7に示すように、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離をlとしておけば、運用時には、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離はlに固定される。第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離は、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報であり、予めコントローラ部4や撮像装置2に記憶させておくことができる。尚、運用時以外の時には、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離を変更することができる。
As shown in FIG. 1, the pattern light emitted from the first
また、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報は、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との直線距離であってもよいし、各LEDから照射された光をミラー等で折り返して測定対象物Wに照射する場合には、その光の経路長を考慮した距離とすることもできる。
Further, the relative positional information of the first
第1LCD31dは照明装置3の左側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対して左側からパターン光を投影する。また、第2LCD32dは照明装置3の右側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対して右側からパターン光を投影する。第1LCD31d及び第2LCD32dは測定対象物Wに対してそれぞれ異なる方向からパターン光を投影する液晶パネルである。
Since the
(第3投光部33と第4投光部34の構成)
第3投光部33及び第4投光部34は、第1投光部31と同様に構成されており、図9に示すように、第3投光部33は、第3LED(第3光源)33bと、第3LED33bに対応して配置された第3LCD(第3パターン光生成部)33dとを備え、第4投光部34は、第4LED(第4光源)34bと、第4LED34bに対応して配置された第4LCD(第4パターン光生成部)34dとを備えている。第3LED33bと、第4LED34bとが対をなしている。第3LED33bと、第4LED34bとは、互いの相対位置を補正可能に照明ハウジング30に取り付けられている。相対位置の補正の詳細については後述する。
(Configuration of the third
The third
第3LCD33dと第4LCD34dの表示面は、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する平面(図6に符号200で示す面)と同一平面に位置している。
The display surfaces of the
第3投光部33の第3LED33bの光の出射範囲と、第4投光部34の第4LED34bの光の出射範囲とは、第1投光部31の第1LED31bの光の出射範囲と、第2投光部32の第2LED32bの光の出射範囲との関係と同じになるように設定されている。具体的には、第3投光部33の第3LED33bの光の出射範囲は、第3LED33bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第4辺部30D側に達するように設定されている。第4投光部34の第4LED34bの光の出射範囲は、第4LED34bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第3辺部30C側に達するように設定されている。したがって、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aを対称の中心としたとき、上下対称となるように、第3投光部33の第3LED33bの光の出射範囲と、第4投光部34の第4LED34bの光の出射範囲とが設定されている。
The light emission range of the
図9に示すように、第3投光部33には、第3LED33bを駆動する第3LED駆動回路(光源駆動回路)33eと、第3LCD33dを駆動する第3LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)33fとが設けられており、これらは投光制御部39によって制御される。第3LCD33dは、第1LCD31dと同様に駆動されるので、第3LED33bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第3測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第3測定用パターン光には、空間コード用のパターン光と、位相シフト法用のパターン光とが含まれている。
As shown in FIG. 9, the third
また、第4投光部34には、第4LED34bを駆動する第4LED駆動回路(光源駆動回路)34eと、第4LCD34dを駆動する第4LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)34fとが設けられており、これらは投光制御部39によって制御される。第4LCD34dは、第1LCD31dと同様に駆動されるので、第4LED34bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第4測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第4測定用パターン光には、空間コード用のパターン光と、位相シフト法用のパターン光とが含まれている。
The fourth
第3投光部33から出射されたパターン光と、第4投光部34から出射されたパターン光とが、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸A上で交差するように、略同一の広がり角を持つように、第3投光部33と第4投光部34とが中心軸Aの周方向に互いに離れた状態で、照明ハウジング30に一体的に支持されている。したがって、照明ハウジング30内における第3投光部33及び第4投光部34の相対位置は変化しないので、第3LED33bの中心部と、第4LED34bの中心部との離間距離を予め所定の値に設定しておけば、運用時に、第3LED33bの中心部と、第4LED34bの中心部との離間距離は所定の値に固定される。第3LED33bの中心部と、第4LED34bの中心部との離間距離は、照明ハウジング30内における第3投光部33及び第4投光部34の相対位置情報であり、予めコントローラ部4や撮像装置2に記憶させておくことができる。
The pattern light emitted from the third
第3LCD33dは照明装置3の上側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対してその方向からパターン光を投影する。また、第4LCD34dは照明装置3の下側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対してその方向からパターン光を投影する。第3LCD33d及び第4LCD34dは測定対象物Wに対してそれぞれ異なる方向からパターン光を投影する液晶パネルである。
Since the
尚、図5に示す実施形態2に係る第5~第8投光部35~38も第1~第4投光部31~34と同様に構成されている。
The fifth to eighth
(投光制御部39による制御)
図9に示すように、この実施形態では、第1LED駆動回路31e、第2LED駆動回路32e、第3LED駆動回路33e、第4LED駆動回路34e、第1LCD駆動回路31f、第2LCD駆動回路32f、第3LCD駆動回路33f及び第4LCD駆動回路34fが共通の投光制御部39によって制御されるので、これら駆動回路を精密に同期させることができる。同様に、実施形態2の第5~第8投光部35~38もLED駆動回路とLCD駆動回路とを有しており、精密に同期させることができる。
(Control by light projection control unit 39)
As shown in FIG. 9, in this embodiment, a first
図10に示すように、投光制御部39は、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dのうちの任意の一の液晶パネルから複数のパターン光のうちの一のパターン光の投影が完了するまでに、少なくとも次にパターン光を投影する他の液晶パネル上に、次に投影すべきパターンの形成処理を完了させ、前記一の液晶パネルによるパターン光の投影が完了した後に、前記他の液晶パネルに前記次のパターン光を投影する処理を繰り返し実行するように、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dを制御する。
As shown in FIG. 10, the light
具体的には、照明装置3の投光制御部39には、コントローラ部4から、パターン光の投影を開始するトリガ信号と、パターン光の投影中に撮像装置2との同期を取るための再同期トリガ信号とが入力されるようになっている。トリガ信号は、PLC101から入力するようにしてもよい。例えば、PLC101に接続された光電センサ等による検出結果に基づいてトリガ信号を投光制御部39に入力することができる。トリガ信号を生成する装置は、PLC101でなくてもよく、光電センサ等であってもよい。この場合、光電センサ等を投光制御部39に直接接続するか、コントローラ部4を介して接続することができる。
Specifically, the light
以下、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dのパターンの形成と投光順序を図10に基づいて詳細に説明する。トリガ信号が入力されると、投光制御部39は、第1LCD31d上に現在形成されているパターン(位相シフト1)を、当該現在の表示形態とは異なるパターン(位相シフト2)に切り替えるように、第1LCD駆動回路31fを介して第1LCD31dを制御する。ここで、第1LCD31d上のパターンを位相シフト1から位相シフト2に切り替えるためには、第1LCD31dを構成している各セグメントの液晶組成物に対する印加電圧を第1LED駆動回路31eが周知の手法によって変化させる。液晶組成物に対する印加電圧を変化させてから当該液晶組成物がその配向を変えるまでの時間は、後述する撮像装置2による撮像間隔よりも長い。つまり、第1LCD31d上に現在形成されているパターン(位相シフト1)を異なるパターン(位相シフト2)に切り替えるには、撮像装置2による撮像間隔よりも長い所定のパターン切り替え時間が必要になる。第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dも同様に、パターンを位相シフト1から位相シフト2に順に切り替えるための時間が必要になる。
The pattern formation and light projection order of the
第1LCD31d上にパターン(位相シフト1)が完全に形成されている間に、そのパターン(位相シフト1)の形成と同期して第1LED31bから光を出射し、第2LED32b、第3LED33b及び第4LED34bからは光を出射させないように制御する。これにより、第1LCD31d上に形成されているパターン(位相シフト1)のみがパターン光として測定対象物Wに投影されるので、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34d上に形成されているパターンは、測定対象物Wへ投影されることはない。
While the pattern (phase shift 1) is completely formed on the
第1LCD31d上にパターン(位相シフト1)が形成されている時間は、第2LCD32d上にパターンを形成するためのパターン切り替え時間の一部である。第2LCD32d上にパターンを形成するため時間は、第1LCD31d上にパターン(位相シフト1)が形成されている時間よりも長くなっており、具体的には、第1LCD31d上にパターン(位相シフト1)の形成が完了するよりも前から始まっている。
The time during which the pattern (phase shift 1) is formed on the
測定対象物Wに投影されているパターン(位相シフト1)のパターン光の撮像が完了すると、第2LCD32d上にパターン(位相シフト1)が完全に形成されている間に、パターン(位相シフト1)の形成と同期して第2LED32bから光を出射し、第1LED31b、第3LED33b及び第4LED34bからは光を出射させないように制御する。これにより、第2LCD32d上に形成されているパターン(位相シフト1)のみがパターン光として測定対象物Wに投影される。
When the imaging of the pattern light of the pattern (phase shift 1) projected onto the measurement object W is completed, while the pattern (phase shift 1) is completely formed on the
第2LCD32d上にパターン(位相シフト1)が形成されている時間は、第3LCD33d上にパターンを形成するための切り替え時間の一部である。第3LCD33d上にパターン(位相シフト1)を形成するため時間は、第2LCD32d上にパターン(位相シフト1)が形成されている時間よりも長くなっており、具体的には、第1LCD31d上にパターン(位相シフト1)の形成が完了するよりも前から始まっている。
The time during which the pattern (phase shift 1) is formed on the
測定対象物Wに投影されているパターン(位相シフト1)のパターン光の撮像が完了すると、第3LCD33d上にパターン(位相シフト1)が完全に形成されている間に、パターン(位相シフト1)の形成と同期して第3LED33bから光を出射し、第1LED31b、第2LED32b及び第4LED34bからは光を出射させないように制御する。これにより、第3LCD33d上に形成されているパターン(位相シフト1)のみがパターン光として測定対象物Wに投影される。
When the imaging of the pattern light of the pattern (phase shift 1) projected onto the measurement object W is completed, while the pattern (phase shift 1) is completely formed on the
第3LCD33d上にパターン(位相シフト1)が形成されている時間は、第4LCD34d上にパターン(位相シフト1)を形成するための切り替え時間の一部である。第4LCD34d上にパターン(位相シフト1)を形成するため時間は、第3LCD33d上にパターン(位相シフト1)が形成されている時間よりも長くなっており、具体的には、第1LCD31d上にパターン(位相シフト1)の形成が完了するよりも前から始まっている。
The time during which the pattern (phase shift 1) is formed on the
測定対象物Wに投影されているパターン(位相シフト1)のパターン光の撮像が完了すると、第4LCD34d上にパターン(位相シフト1)が完全に形成されている間に、パターン(位相シフト1)の形成と同期して第4LED34bから光を出射し、第1LED31b、第2LED32b及び第3LED33bからは光を出射させないように制御する。これにより、第4LCD34d上に形成されているパターン(位相シフト1)のみがパターン光として測定対象物Wに投影される。このパターンが形成されている時間の一部は、第1LCD31d上に次のパターン(位相シフト2)を形成するための切り替え時間の一部である。
When the imaging of the pattern light of the pattern (phase shift 1) projected onto the measurement object W is completed, while the pattern (phase shift 1) is completely formed on the
つまり、この実施形態では、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dのうち、一の液晶パネルによる複数のパターン光の投影を順次連続して行うのではなく、一の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影が完了すると、別の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影を行い、その別の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影が完了すると、更に別の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影を行い、そのようにして1番目のパターン光の投影が全ての液晶パネルで完了すると、前記一の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影を行い、前記一の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影が完了すると、前記別の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影を行い、その別の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影が完了すると、更に別の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影を行うように、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dを制御する。したがって、パターン光の投影を行っていない液晶パネルでは、次に投影するパターンの形成準備を行うことができるので、液晶パネルの応答速度の遅さをカバーすることができる。
That is, in this embodiment, one of the
前記した例では、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dの全てでパターン光を投影する場合について説明したが、これに限らず、第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を投影すること、第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を投影することもできる。第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を投影する場合には、パターン光の投影を交互に行えばよく、例えば、第1LCD31dで1番目のパターン光の投影を行っている間に、第2LCD32d上に1番目のパターンの形成処理を行い、その後、第2LCD32dで1番目のパターン光の投影を行っている間に、第1LCD31d上に2番目のパターンの形成処理を行い、これを繰り返す。第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を投影する場合も同様である。
In the above example, the case where the pattern light is projected by all of the
投光制御部39には、トリガ信号及び再同期トリガ信号以外にも、コントローラ部4からパターン光の形成情報も送信され、送信されたパターン光の形成情報は、一旦、投光制御部39に記憶されて、このパターン光の形成情報に基づいて、第1LED31b、第2LED32b、第3LED33b及び第4LED34bと、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dとを制御する。
In addition to the trigger signal and the resynchronization trigger signal, pattern light formation information is also transmitted from the
パターン光の形成情報には、例えば、照射モード、空間コード用のパターン光の照射の有無、空間コード用のパターン光の具体的なパターン及び数、位相シフト法用のパターン光の照射の有無、位相シフト法用のパターン光の具体的なパターン及び数、パターン光の照射順等が含まれている。照射モードには、第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を照射して測定対象物Wに投影する第1照射モードと、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dの全てでパターン光を投影する第2照射モードと、第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を照射して測定対象物Wに投影する第3照射モードとが含まれている。
The pattern light formation information includes, for example, the irradiation mode, the presence or absence of irradiation of the pattern light for the spatial code, the specific pattern and number of the pattern light for the spatial code, the presence or absence of the irradiation of the pattern light for the phase shift method, The specific pattern and number of pattern lights for the phase shift method, the irradiation order of the pattern lights, and the like are included. The irradiation modes include a first irradiation mode in which only the
(パターン光の照射順)
図11は、パターン光の照射順の例を示しており、また、図12は、パターン光の逆位相同士の投光間隔を示している。パターン光の照射順について説明する前に、外乱光の影響について図14及び図15に基づいて説明する。図14は、載置面100に載置された測定対象物Wの表面における外乱光の明るさの変化を経時的に示したグラフである。測定対象物Wの表面には、照明装置3から照射される光だけでなく、周囲に設置された別の照明装置から照射される光や太陽光が届くことがある。照明装置3以外から測定対象物Wの表面に照射される光は外乱光である。外乱光の光源と測定対象物Wとの間に一時的に物体が通過した場合や、外乱光の光源から照射される光の強度が変化した場合には、測定対象物Wの表面に照射される外乱光の明るさが変化することになる。この外乱光の明るさの変動は、図14に示すように、時間t1のときに変動幅がb1であったとすると、時間t2になると変動幅がb2に大幅に拡大する。つまり、時間が長くなればなるほど、測定対象物Wの表面に照射される外乱光の明るさの変動が大きくなる可能性がある。
(Irradiation order of pattern light)
FIG. 11 shows an example of the irradiation order of the pattern light, and FIG. 12 shows the light projection interval between the opposite phases of the pattern light. Before describing the irradiation order of the pattern light, the influence of ambient light will be described with reference to FIGS. 14 and 15. FIG. FIG. 14 is a graph showing changes over time in brightness of disturbance light on the surface of the measurement object W placed on the
この実施形態では、上述したように、1つの測定対象物Wに対して位相シフトしたパターン光を多数照射し、その都度、パターン画像を生成するので、1つの測定対象物Wを測定する時間が長くなる。したがって、外乱光の明るさの変動が大きくなりやすい。 In this embodiment, as described above, one measurement object W is irradiated with a large number of phase-shifted pattern lights, and a pattern image is generated each time. become longer. Therefore, fluctuations in the brightness of ambient light tend to increase.
外乱光の明るさの変動が大きくなると、図15に示すように、外乱光の明るさ変動によって生じる位相計算誤差が問題となる。この図に示すように、誤差は正弦波に近いうねり形状になり、この誤差の大きさが外乱光の明るさの変動度合いによって変動し、また、測定対象物Wの平面部においてこのような誤差が生じると規則的な波形となって現れ、使用者の目につきやすく、誤判定の原因となり得る。 As shown in FIG. 15, when the fluctuation of the brightness of the ambient light increases, the phase calculation error caused by the brightness of the ambient light becomes a problem. As shown in this figure, the error has an undulating shape close to a sine wave, and the magnitude of this error varies depending on the degree of fluctuation in the brightness of the ambient light. occurs, it appears as a regular waveform, which is conspicuous to the user and may cause erroneous determination.
特に、大型の撮像装置2の場合、外乱光がパターン光の光量比で大きくなりやすいので位相計算誤差が大きくなってしまうが、大型の撮像装置2になると遮光対策が取りにくく、外乱光の明るさ変動によって生じる誤差を減少させる必要性が高くなる。
In particular, in the case of a
図11には、ある1方向についての撮像連番として、位相シフト投光0~7までの8つがある場合を示している。第1投光モードは、0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°の8つのパターンであり、これらが位相シフト投光0~7に対応している。従って、位相が0°のパターン光を投光した後、位相が45°のパターン光を投光、その後、位相が90°のパターン光を投光し、これを135°、180°、225°、270°、315°の順に繰り返す。位相シフトの回数は8回以外の回数であってもよく、例えば4回、6回等であってもよい。
FIG. 11 shows a case where there are 8 phase-shifted
図12は、図11に示した第1投光モードと第2投光モードのそれぞれについて、パターンを投影してから、逆位相のパターンが投影されるまでの時間間隔を示している。 FIG. 12 shows the time interval from the projection of the pattern to the projection of the opposite phase pattern for each of the first projection mode and the second projection mode shown in FIG.
第1投光モードの場合、図12に示すように、照明方向を切り替えない場合には、逆位相のパターンが撮像されるまでの撮像間隔が4撮像となり、これが2方向の照明を切り替えてパターンを位相シフトさせる場合だと8撮像、4方向毎だと16撮像、8方向毎だと32撮像になるので、逆位相となる撮像間隔が長くなる。よって、上述した外乱光の明るさ変動によって生じる誤差が顕著になりやすい。 In the case of the first light projection mode, as shown in FIG. 12, when the illumination direction is not switched, the imaging interval until the opposite phase pattern is imaged is 4 images. is phase-shifted, 8 images are taken, every 4 directions is 16 images, and every 8 directions is 32 images. Therefore, the error caused by the brightness variation of the disturbance light tends to become conspicuous.
互いに逆位相同士のパターンが投影される時間間隔が重要になるのは、以下の式によって位相計算を行うからである。尚、以下の式は、4回撮像を行った場合の式であるが、6回や8回などの4回以外のケースも、逆位相同士の差分が出てくる数式で記述できる。 The reason why the time interval between projections of patterns with opposite phases is important is that phase calculation is performed by the following equation. The following formula is a formula when imaging is performed 4 times, but cases other than 4 such as 6 times and 8 times can also be described by mathematical formulas that produce differences between opposite phases.
位相φ=tan-1{(I270°-I90°)/(I0°-I180°)}
この式で示すように、位相の計算では逆位相同士の差分が重要である。本実施形態では、パターン光の位相が逆位相となる撮像のタイミングを接近させるべく、即ち、パターン光の位相が逆位相となる2回の撮像時における外乱光の明るさ変動を極小化するべく、図11に示す第2投光モードでの投光を実行することが可能に構成されている。
Phase φ=tan −1 {(I 270° −I 90° )/(I 0° −I 180° )}
As shown by this equation, the difference between opposite phases is important in phase calculation. In the present embodiment, in order to bring the timing of imaging at which the phase of the pattern light is opposite to each other, that is, to minimize the brightness fluctuation of the disturbance light during two imagings at which the phase of the pattern light is opposite to each other. , can execute light projection in the second light projection mode shown in FIG.
第2投光モードは、0°、180°、45°、225°、90°、270°、135°、315°の8つのパターンであり、これらが位相シフト投光0~7に対応している。従って、位相が0°のパターン光を投光した後、位相が180°のパターン光、即ち0°と逆位相のパターン光を投光、その後、位相が45°のパターン光を投光した後、位相が225°のパターン光、即ち45°と逆位相のパターン光を投光、その後、位相が90°のパターン光を投光した後、位相が270°のパターン光、即ち90°と逆位相のパターン光を投光、その後、位相が135°のパターン光を投光した後、位相が315°のパターン光、即ち135°と逆位相のパターン光を投光する。0°のパターン光と180°のパターン光が逆位相のペアになり、45°のパターン光と225°のパターン光が逆位相のペアになり、90°のパターン光と270°のパターン光が逆位相のペアになり、135°のパターン光と315°のパターン光が逆位相のペアになる。つまり、奇数番目に投光されるパターン光の位相と、偶数番目に投光されるパターン光の位相とが逆位相の関係になっている。 The second projection mode has eight patterns of 0°, 180°, 45°, 225°, 90°, 270°, 135°, and 315°, which correspond to phase shift projections 0-7. there is Therefore, after projecting pattern light with a phase of 0°, pattern light with a phase of 180°, that is, pattern light with a phase opposite to 0° is projected, and then pattern light with a phase of 45° is projected. , pattern light with a phase of 225°, i.e., pattern light with a phase opposite to 45°, is projected, then pattern light with a phase of 90° is projected, and then pattern light with a phase of 270°, i.e., pattern light with a phase opposite to 90°, is projected. A pattern light with a phase is projected, then a pattern light with a phase of 135° is projected, and then a pattern light with a phase of 315°, that is, a pattern light with a phase opposite to 135° is projected. The pattern light of 0° and the pattern light of 180° form an opposite phase pair, the pattern light of 45° and the pattern light of 225° form an opposite phase pair, and the pattern light of 90° and the pattern light of 270° form an opposite phase pair. A pair of opposite phases is formed, and the pattern light of 135° and the pattern light of 315° form a pair of opposite phases. In other words, the phase of the pattern light projected at the odd-numbered order and the phase of the pattern light projected at the even-numbered order are in an opposite phase relationship.
尚、パターン光の投光順は上述した順番に限られるものではなく、逆位相のペアを維持した状態であれば変更してもよい。例えば、パターン光の投光順としては、位相が0°、180°、45°、225°、270°、90°、135°、315°の順であってもよいし、0°、180°、225°、45°、90°、270°、315°、135°の順であってもよい。これらの場合もパターン光を逆位相連続で照射することができる。 The order of pattern light projection is not limited to the order described above, and may be changed as long as the pair of opposite phases is maintained. For example, the order of projection of the pattern light may be 0°, 180°, 45°, 225°, 270°, 90°, 135°, 315°, or 0°, 180° , 225°, 45°, 90°, 270°, 315°, 135°. In these cases as well, the pattern light can be irradiated continuously in opposite phases.
第2投光モードの場合、図12に示すように、照明方向を切り替えずに位相シフトするケースでは、逆位相のパターンが撮像されるまでの撮像間隔が1撮像となり、これが2方向毎だと2撮像、4方向毎だと4撮像、8方向毎だと8撮像になるので、パターン光が逆位相となる撮像間隔が短くなる。具体的には、第1投光位相の場合に比べて第2投光位相では逆位相となる撮像間隔が1/4になる。よって、上述した外乱光の明るさ変動によって生じる誤差が減少する。 In the case of the second projection mode, as shown in FIG. 12, in the case where the illumination direction is not switched but the phase is shifted, the imaging interval until the opposite phase pattern is imaged is one image. 2 imaging, 4 imaging for every 4 directions, and 8 imaging for every 8 directions, shorten the imaging interval at which the pattern light has the opposite phase. Specifically, the imaging interval at which the phase is reversed in the second light projection phase is 1/4 of that in the case of the first light projection phase. Therefore, the error caused by the brightness variation of the disturbance light described above is reduced.
図13は、1方向のみで撮像する場合と、2方向毎に位相シフトを切り替えて撮像する場合のタイミングチャートである。図13の上側が2方向毎に位相シフトを切り替える場合の例であり、図13の下側が1方向のみで撮像する場合の例である。2方向毎に位相シフトを切り替える場合は、ある方向(仮に上方向とする)から投光する場合に「位相シフト0」で投光して撮像が完了した後、上方向のLCDの切り替えを行う。上方向のLCDの切り替えを行う間に、投光方向を別の方向(仮に下方向とする)に切り替えて「位相シフト0」で投光して撮像する。上方向のLCDの切り替えが完了すると、上方向の「位相シフト1」を投光して撮像する。これが繰り返される。このように、2方向の場合は投光方向を切り替えながら、位相シフトも行うので、一方のLCDの切り替えを行っている間に他方のLCDによってパターン光を投光することができる。
FIG. 13 is a timing chart for imaging in only one direction and for imaging by switching the phase shift every two directions. The upper side of FIG. 13 is an example of switching the phase shift every two directions, and the lower side of FIG. 13 is an example of imaging in only one direction. When switching the phase shift for each of the two directions, when projecting light from a certain direction (assuming an upward direction), light is projected with "
1方向のみで撮像する場合は、「位相シフト0」で投光して撮像が完了した後、そのLCDの切り替えを行う。LCDの切り替えが完了した後、「位相シフト1」を投光して撮像する。
When capturing an image in only one direction, the LCD is switched after the light is projected with "
位相誤差の減少について図16に示すグラフに基づいて説明する。上側のグラフの横軸は、外乱光の明るさの変動周期であり、パターン光の投光時間間隔比で示している。外乱光は、インパルス的な変動外乱光、ここでは正弦半波という信号を外乱光として仮定している。横軸の右に行くほどゆっくりとした外乱光変動になる。撮像が高速であるため、一般的に起こり得る変動外乱光はグラフのかなり右寄りの部分に近い。グラフの縦軸は、位相誤差である。第2投光位相(逆位相連続)の場合は、外乱光の明るさの変動周期が投光時間間隔比で3を超えたあたりから、第1投光位相(45°間隔)に比べて位相誤差が大幅に減少し、グラフの右寄りの領域においても位相誤差を減少させることができる。図16の下側のグラフについては、横軸は上側のグラフの横軸と同じであるが、縦軸は位相誤差を第1投光位相と第2投光位相との比で表している。第2投光位相の場合は、外乱光の明るさの変動周期が投光時間間隔比で4を超えたあたりから、第1投光位相に比べて位相誤差が30%以下に減少する。これにより、遮光対策を施すことなく、また、撮像装置2にバンドパスフィルタを適用するといった対策を採ることなく、位相誤差を極小化することができ、その結果、検査精度を高めることができるとともに、検査の安定性を高めることができる。
A reduction in phase error will be described based on the graph shown in FIG. The horizontal axis of the upper graph represents the fluctuation period of the brightness of the ambient light, which is indicated by the light projection time interval ratio of the pattern light. The disturbance light is assumed to be impulse-like fluctuating disturbance light, here a signal of a sine half wave is assumed as the disturbance light. The fluctuation of ambient light becomes slower toward the right side of the horizontal axis. Due to the high speed of imaging, generally possible fluctuating ambient light is close to the far right part of the graph. The vertical axis of the graph is the phase error. In the case of the second projection phase (continuous opposite phase), when the fluctuation period of the brightness of the disturbance light exceeds 3 in the projection time interval ratio, the phase The error is greatly reduced, and the phase error can be reduced even in the area on the right side of the graph. The horizontal axis of the lower graph in FIG. 16 is the same as the horizontal axis of the upper graph, but the vertical axis represents the phase error as the ratio between the first projection phase and the second projection phase. In the case of the second light projection phase, the phase error decreases to 30% or less compared to the first light projection phase when the fluctuation period of the brightness of the disturbance light exceeds 4 in terms of the light projection time interval ratio. As a result, the phase error can be minimized without taking countermeasures against light shielding or applying a band-pass filter to the
(撮像装置2の構成)
図1等に示すように、撮像装置2は、照明装置3とは別体に設けられている。図1に示すように撮像装置2とコントローラ部4とは接続線2aによって接続されているが、撮像装置2とコントローラ部4とは無線接続するようにしてもよい。
(Configuration of imaging device 2)
As shown in FIG. 1 and the like, the
撮像装置2は、画像処理装置1の一部を構成するものであることから、撮像部ということもできる。撮像装置2が照明装置3とは別体に設けられているので、撮像装置2と照明装置3とを別々に設置することができる。よって、撮像装置2の設置場所と照明装置3の設置場所とを変えること、撮像装置2の設置場所と照明装置3の設置場所とを離すことができる。これにより、撮像装置2及び照明装置3の設置時の自由度を大きく向上させ、あらゆる生産現場等へ画像処理装置1を導入することが可能になる。
Since the
尚、撮像装置2の設置場所と照明装置3の設置場所と同じにすることができる現場であれば、撮像装置2と照明装置3とを同じ部材に取り付けることもでき、設置状態は使用者が現場に応じて任意に変更することができる。また、撮像装置2と照明装置3とを同じ部材に取り付けて一体化して使用することもできる。
In addition, if the installation location of the
撮像装置2は、照明装置3の照明ハウジング30の上方、即ちパターン光の出射方向とは反対側において、照明ハウジング30の開口部30aを覗くように配置されている。したがって、撮像装置2は、照明装置3の照明ハウジング30の開口部30aを介して、測定対象物Wから反射した第1測定用パターン光を受光して複数の第1パターン画像を生成するとともに、測定対象物Wから反射した第2測定用パターン光を受光して複数の第2パターン画像を生成することができる。また、照明装置3が第3投光部33及び第4投光部34を有している場合には、撮像装置2は、照明装置3の照明ハウジング30の開口部30aを介して、測定対象物Wから反射した第3測定用パターン光を受光して複数の第3パターン画像を生成するとともに、測定対象物Wから反射した第4測定用パターン光を受光して複数の第4パターン画像を生成することができる。同様に、第5~第8投光部35~38を有している場合には、第5~第8パターン画像を生成することもできる。
The
図3に示すように、撮像装置2は、光学系を構成するレンズ21と、レンズ21から入射した光を受光する受光素子からなる撮像素子22とを備えており、レンズ21及び撮像素子22によって、いわゆるカメラが構成されている。レンズ21は、測定対象物W上の少なくとも高さ測定エリアまたは検査対象エリアを撮像素子22に結像させるための部材である。レンズ21の光軸と、照明装置3の照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aとを一致させてもよいが、一致させなくてもよい。また、撮像装置2と照明装置3との中心軸A方向の距離は、撮像装置2による撮像を照明装置3が妨げない範囲で任意に設定することができ、設置の自由度が高く設計されている。
As shown in FIG. 3, the
また、撮像素子22としては、CCDやCMOSセンサ等を利用することができる。撮像素子22は、測定対象物Wからの反射光を受光して画像を取得し、取得した画像データをデータ処理部24に出力する。この例では撮像素子22として高解像度のCMOSセンサを利用している。尚、カラーで撮像可能な撮像素子を利用することもできる。撮像素子22は、パターン投影画像以外に、通常の輝度画像を撮像することもできる。通常の輝度画像を撮像する場合には、前記照明装置3の全てのLED31b、32b、33b、34bを点灯させるとともに、パターン光を形成しないように全てのLCD31d、32d、33d、34dを制御すればよい。図5及び図6に示すような一様光用照明50がある場合にはそれを利用して通常の輝度画像を撮像装置2で撮像することもできる。
Also, as the
撮像装置2は、前記カラーカメラの他、露光制御部23と、データ処理部24と、位相計算部26と、画像処理部27と、画像記憶部28と、出力制御部29とを更に備えている。データ処理部24、位相計算部26、画像処理部27及び画像記憶部28は、撮像装置2に内蔵されている共通のバスライン25に接続されていて相互にデータの送受信が可能になっている。露光制御部23、データ処理部24、位相計算部26、画像処理部27、画像記憶部28及び出力制御部29は、ハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアで構成することもできる。
The
(露光制御部23の構成)
露光制御部23には、コントローラ部4から、撮像を開始するトリガ信号と、撮像中に照明装置3との同期を取るための再同期トリガ信号とが入力されるようになっている。露光制御部23に入力されるトリガ信号及び再同期トリガ信号は、照明装置3に入力されるトリガ信号及び再同期トリガ信号と同じタイミングとなるように、入力タイミングが設定されている。
(Configuration of Exposure Control Unit 23)
A trigger signal for starting imaging and a resynchronization trigger signal for synchronizing with the
露光制御部23は、撮像素子22を直接制御する部分であり、露光制御部23に入力されたトリガ信号及び再同期トリガ信号によって撮像素子22の撮像タイミング及び露光時間を制御する。露光制御部23には、コントローラ部4から撮像条件に関する情報が入力されて記憶されるようになっている。撮像条件に関する情報には、例えば、撮像回数、撮像間隔(撮像後、次の撮像を行うまでの時間)、撮像時の露光時間(シャッタースピード)等が含まれている。
The
コントローラ部4から送出されるトリガ信号の入力によって露光制御部23が撮像素子22に撮像を開始させる。この実施形態では、1回のトリガ信号の入力によって複数のパターン画像を生成する必要があることから、撮像中に再同期トリガ信号がコントローラ部4から入力され、この再同期トリガ信号の入力によって照明装置3との同期を取ることができるようになっている。
The
具体的には、第1LCD31d上に完全に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像(露光)するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。露光時間と、パターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている時間とは、同じにすることができるが、露光開始のタイミングを、パターン光が投影開始されたタイミングよりも若干遅くしてもよい。
Specifically, while the pattern completely formed on the
その後、第2LCD32d上に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。この撮像が完了すると、第3LCD33d上に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。その後、第4LCD34d上に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。これを繰り返すことにより、複数の第1パターン画像、複数の第2パターン画像、複数の第3パターン画像及び複数の第4パターン画像を生成する。
After that, while the pattern formed on the
撮像素子22は、撮像を完了すると、その都度、画像データをデータ処理部24に転送する。尚、画像データは、図3に示す画像記憶部28に記憶させておくことができる。すなわち、撮像素子22による撮像タイミングと、コントローラ部4の画像の要求タイミングとは一致していないので、このズレを吸収するバッファとして画像記憶部28が機能するようになっている。
The
撮像と次の撮像との間に、画像データを図3に示すデータ処理部24に転送するようにしているが、これに限らず、例えば、撮像とデータ転送とを並行して行うこともできる。あるパターン光が照射されている測定対象物Wの撮像が完了すると、次のパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wの撮像を行っているときに、前のパターンの画像データをデータ処理部24に転送する。このように、前回撮像した画像データを次の撮像時にデータ処理部24に転送することもできる。
The image data is transferred to the
また、あるパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを複数回撮像することもできる。この場合、第1LED31bは、撮像素子22による撮像時にのみ点灯させることができる。撮像素子22の露光時間は、1回目の撮像時が2回目の撮像時よりも長くなるように設定することができるが、2回目の撮像時が1回目の撮像時よりも長くなるように設定することもできる。他のパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを撮像するときも、複数回撮像できる。これにより、複数のパターン光の内の一のパターン光が測定対象物Wに投影されている間に、露光時間が異なる複数の画像を生成することができる。この露光時間が異なる複数の画像は、後述するハイダイナミックレンジ処理を行う際に使用される。尚、あるパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを複数回撮像する間、第1LED31bを点灯させ続けてもよい。
Further, it is also possible to image the measurement object W irradiated with pattern light of a certain pattern a plurality of times. In this case, the
(データ処理部24の構成)
図3に示すデータ処理部24は、撮像素子22から出力される画像データに基づいて複数のパターン画像セットを生成する。撮像素子22が第1パターン画像を複数生成すると、データ処理部24は、複数の第1パターン画像からなる第1パターン画像セットを生成する。同様に、複数の第2パターン画像からなる第2パターン画像セットを生成し、複数の第3パターン画像からなる第3パターン画像セットを生成し、複数の第4パターン画像からなる第4パターン画像セットを生成する。したがって、撮像装置2は、各液晶パネルから投影された複数のパターン光の測定対象物Wからの反射光をそれぞれ受光し、各液晶パネルにそれぞれ対応する複数のパターン画像セットを生成することができる。
(Configuration of data processing unit 24)
The
第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を投影する場合には、第1パターン画像セットと第2パターン画像セットとが生成される。第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を投影する場合には、第3パターン画像セットと第4パターン画像セットとが生成される。
When pattern light is projected only by the
データ処理部24は、位相シフト法にしたがうパターン光の投影によって位相シフトパターン画像セットを生成するとともに、空間コード法にしたがうパターン光の投影によってグレーコードパターン画像セットを生成することができる。
The
位相シフト法にしたがうパターン光は、照度分布を例えば正弦波状に変動させたパターン光であるが、これ以外のパターン光であってもよい。この実施形態では、位相シフト法にしたがうパターン光の数を8としているが、これに限られるものではない。一方、空間コード法にしたがうパターン光は、白黒デューティ比50%で縞幅が全体の半分、4分の1、…と細かくなっていく縞パターンである。この実施形態では、空間コード法にしたがうパターン光の数を4としているが、これに限られるものではない。尚、この例で説明しているパターンは、グレーコードを空間コードとして利用する場合であり、縞幅を半々にしていくことによってパターン光を形成するのはグレーコードの目的ではないが、結果としてそうなっているだけである。またグレーコードは、隣接コードとのハミング距離=1とすることでノイズ耐性を考慮したコード方式の一種である。 The pattern light according to the phase shift method is pattern light whose illuminance distribution is varied, for example, in a sinusoidal shape, but other pattern light may be used. In this embodiment, the number of pattern lights according to the phase shift method is eight, but the number is not limited to this. On the other hand, the pattern light according to the spatial code method is a striped pattern in which the striped width is reduced to half, quarter, . In this embodiment, the number of pattern lights according to the spatial code method is four, but the number is not limited to this. The pattern explained in this example is a case where the gray code is used as a spatial code, and it is not the purpose of the gray code to form pattern light by dividing the stripe width in half, but as a result It just happens. Also, the Gray code is a kind of code system in which noise resistance is taken into account by setting the Hamming distance to 1 between adjacent codes.
図17に示すように、照明装置3の第1投光部31が空間コード法にしたがう4つのパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、データ処理部24が4つの異なる画像からなるグレーコードパターン画像セットを生成する。また、照明装置3の第1投光部31が位相シフト法にしたがう8つのパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、データ処理部24が8つの異なる画像からなる位相シフトパターン画像セットを生成する。第1投光部31によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第1パターン画像セットである。
As shown in FIG. 17, when the first
同様に、照明装置3の第2投光部32が空間コード法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、グレーコードパターン画像セットが生成され、また、位相シフト法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、位相シフトパターン画像セットが生成される。第2投光部32によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第2パターン画像セットである。
Similarly, when the second
同様に、照明装置3の第3投光部33が空間コード法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、グレーコードパターン画像セットが生成され、また、位相シフト法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、位相シフトパターン画像セットが生成される。第3投光部33によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第3パターン画像セットである。
Similarly, when the third
同様に、照明装置3の第4投光部34が空間コード法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、グレーコードパターン画像セットが生成され、また、位相シフト法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、位相シフトパターン画像セットが生成される。第4投光部34によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第4パターン画像セットである。
Similarly, when the fourth
前記各パターン画像セットは、図3に示す画像記憶部28に記憶させておくことができる。
Each pattern image set can be stored in the
図3に示すように、データ処理部24は、HDR処理部24aを有している。HDR処理とは、ハイダイナミックレンジ(high dynamic range imaging)合成処理のことであり、このHDR処理部24aにおいて、露光時間が異なる複数の画像を合成する。すなわち、上述したように、あるパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを、露光時間を変えて複数回撮像した場合には、露光時間の異なる複数の輝度画像が得られることになり、これら輝度画像を合成することで各輝度画像のダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジを有する画像を生成することができる。HDR合成の手法については従来から周知の手法を用いることができる。露光時間を変化させる代わりに、照射する光の強度を変化させることによって明るさの異なる複数の輝度画像を得て、これら輝度画像を合成してもよい。
As shown in FIG. 3, the
(位相計算部26の構成)
図3に示す位相計算部26は、高さ画像の元データとなる絶対位相画像を算出する部分である。図18に示すように、ステップSA1において、位相シフトパターン画像セットの各画像データを取得し、位相シフト法を利用することにより、相対位相計算処理を行う。これは相対位相(Unwrapping前位相)のように表現することができ、ステップSA1の相対位相計算処理により位相画像が得られる。
(Configuration of Phase Calculation Unit 26)
The
一方、図18のステップSA3において、グレーコードパターン画像セットの各画像データを取得し、空間コード法を利用することにより、空間コード算出処理を行い、縞番号画像を得る。縞番号画像は、光が照射される空間を多数の小空間に分けた場合に、小空間に一連の空間コード番号を付して識別可能にした画像である。 On the other hand, at step SA3 in FIG. 18, each image data of the gray code pattern image set is acquired, and the spatial code calculation process is performed by using the spatial code method to obtain the stripe number image. The fringe number image is an image that is made identifiable by assigning a series of space code numbers to the small spaces when the space irradiated with light is divided into a large number of small spaces.
図18のステップSA4では絶対位相位相化処理を行う。絶対位相位相化処理では、ステップSA1において得られた位相画像と、ステップSA3において得られた縞番号画像とを合成(Unwrapping)して絶対位相画像(中間画像)を生成する。つまり、空間コード法によって得た空間コード番号により、位相シフト法による位相ジャンプの補正(位相アンラップ)ができるので、高さのダイナミックレンジを広く確保しつつ、高分解能な測定結果を得ることができる。 At step SA4 in FIG. 18, absolute phase phasing processing is performed. In the absolute phase phasing process, the phase image obtained in step SA1 and the fringe number image obtained in step SA3 are synthesized (unwrapped) to generate an absolute phase image (intermediate image). In other words, the spatial code number obtained by the spatial code method can be used to correct the phase jump (phase unwrap) by the phase shift method, so it is possible to obtain high-resolution measurement results while ensuring a wide dynamic range of height. .
位相シフト法のみで高さ測定を行うようにしてもよい。この場合は、高さの測定ダイナミックレンジが狭くなるので、位相が1周期以上ずれてしまうような高さの相違が大きい測定対象物Wの場合は、高さの測定が正しく行えない。逆に、高さの変化が小さな測定対象物Wの場合は、空間コード法による縞画像の撮像や合成を行わないので、その分だけ処理を高速化することができるメリットがある。例えば、高さ方向の差異が少ない測定対象物Wを測定する際には、ダイナミックレンジを大きく取る必要がないため、位相シフト法のみでも高精度な高さ測定性能を維持しつつ、処理時間を短くすることができる。また、絶対高さは判るので空間コード法のみで高さ測定するように構成してもよい。この場合、コードを増やすことによって精度を高めることができる。 Height measurement may be performed only by the phase shift method. In this case, the height measurement dynamic range is narrowed, so that the height cannot be measured correctly in the case of an object W having a large difference in height such that the phase shifts by one period or more. Conversely, in the case of the object W to be measured that has a small change in height, the striped image is not picked up or synthesized by the spatial code method, so there is the advantage of speeding up the processing accordingly. For example, when measuring an object W that has little difference in the height direction, it is not necessary to take a large dynamic range. can be shortened. Also, since the absolute height is known, the height may be measured only by the spatial code method. In this case, the accuracy can be improved by increasing the code.
また、図18のステップSA2では、位相シフトパターン画像セットの各画像データを取得し、信頼度画像算出処理を行う。信頼度画像算出処理では、位相信頼性を示す信頼度画像を算出する。これは無効画素の判定に利用することができる画像である。 Further, at step SA2 in FIG. 18, each image data of the phase shift pattern image set is obtained, and reliability image calculation processing is performed. In the reliability image calculation process, a reliability image indicating phase reliability is calculated. This is an image that can be used to determine invalid pixels.
前記位相画像、縞番号画像及び信頼度画像は、図3に示す画像記憶部28に記憶させておくことができる。
The phase image, fringe number image and reliability image can be stored in the
位相計算部26が生成する絶対位相画像は、各画素が測定対象物Wへの測定用パターン光の照射角度情報を有する角度画像ということもできる。すなわち、第1パターン画像セット(位相シフトパターン画像セット)には、正弦波縞模様パターンの位相をずらして撮像した8枚の第1パターン画像が含まれているので、位相シフト法を利用することによって測定対象物Wへの測定用パターン光の照射角度情報を各画素が有することになる。つまり、位相計算部26は、複数の第1パターン画像に基づいて、各画素が測定対象物Wへの第1測定用パターン光の照射角度情報を有する第1角度画像を生成する部分であるので、角度画像生成部ということもできる。第1角度画像は、第1LED31bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。
The absolute phase image generated by the
同様に、位相計算部26は、複数の第2パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第2測定用パターン光の照射角度情報を有する第2角度画像と、複数の第3パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第3測定用パターン光の照射角度情報を有する第3角度画像と、複数の第4パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第4測定用パターン光の照射角度情報を有する第4角度画像とを生成することができる。第2角度画像は、第2LED32bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。第3角度画像は、第3LED33bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。第4角度画像は、第4LED34bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。図17における中間画像の最も上の画像が第1角度画像であり、上から2番目の画像が第2角度画像であり、上から3番目の画像が第3角度画像であり、一番下の画像が第4角度画像である。各角度画像の真っ黒に塗りつぶされたように見える部分が照明(前記各LED)の影になっている部分であり、角度情報の無い無効画素となる。
Similarly, the
(画像処理部27の構成)
画像処理部27は、前記各パターン画像、位相画像、縞番号画像及び信頼度画像に対して、例えば、ガンマ補正、ホワイトバランスの調整、ゲイン補正等の画像処理を行う部分である。画像処理後の各パターン画像、位相画像、縞番号画像及び信頼度画像を画像記憶部28に記憶させておくこともできる。画像処理は上述した処理に限られるものではない。
(Configuration of image processing unit 27)
The
(出力制御部29の構成)
出力制御部29は、コントローラ部4から出力された画像出力要求信号を受信すると、その画像出力要求信号に従い、画像記憶部28に記憶されている画像の内、画像出力要求信号で指示された画像のみ、画像処理部27を介してコントローラ部4に出力する部分である。この例では、画像処理前の各パターン画像、位相画像、縞番号画像及び信頼度画像を画像記憶部28に記憶させておき、コントローラ部4からの画像出力要求信号で要求された画像に対してのみ、画像処理部27で画像処理を行い、コントローラ部4に出力する。画像出力要求信号は、使用者が各種測定操作や検査操作を行った時に出力することができる。
(Configuration of output control unit 29)
Upon receiving the image output request signal output from the
この実施形態では、データ処理部24、位相計算部26及び画像処理部27を撮像装置2に設けたが、これに限らず、コントローラ部4に設けてもよい。この場合、撮像素子22から出力された画像データはコントローラ部4に出力されて処理されることになる。
In this embodiment, the
(コントローラ部4の構成)
図2に示すように、コントローラ部4は、撮像投光制御部41と、高さ測定部42と、画像合成部43と、検査部45と、表示制御部46とを備えている。コントローラ部4は、撮像装置2及び照明装置3とは別体に設けられている。
(Configuration of controller section 4)
As shown in FIG. 2 , the
(撮像投光制御部41の構成)
撮像投光制御部41は、前記パターン光の形成情報、トリガ信号及び再同期トリガ信号を、照明装置3に所定のタイミングで出力するとともに、前記撮像条件に関する情報、トリガ信号及び再同期トリガ信号を、撮像装置2に所定のタイミングで出力する。照明装置3に出力するトリガ信号及び再同期トリガ信号と、撮像装置2に出力するトリガ信号及び再同期トリガ信号とは同期している。前記パターン光の形成情報及び前記撮像条件に関する情報は、例えば撮像投光制御部41や、別の記憶部(図示せず)に記憶させておくことができる。使用者が所定の操作(高さ測定準備操作、検査準備操作)を行うことで、前記パターン光の形成情報が照明装置3に出力されて照明装置3の投光制御部39に一旦記憶され、また、前記撮像条件に関する情報撮像装置2に出力されて露光制御部23に一旦記憶される。この例では、照明装置3は、該照明装置3に内蔵されている投光制御部39でLED及びLCDの制御を行うように構成されているので、スマートタイプの照明装置と呼ぶことができる。また、撮像装置2は、該撮像装置2に内蔵されている露光制御部23で撮像素子22の制御を行うように構成されているので、スマートタイプの撮像装置と呼ぶことができる。
(Structure of imaging projection control section 41)
The imaging light
このように撮像装置2及び照明装置3が個別に制御を行う場合には、撮像回数が増えれば増えるほど、撮像タイミングと、照明タイミング(パターン光の投影タイミング)とがずれて、撮像装置2によって得られた画像が暗くなってしまうという問題がある。特に、上述したように、位相シフトパターン画像セットの画像が8つ、グレーコードパターン画像セットが4つの合計12の画像で第1パターン画像セットを構成し、第2パターン画像セットも同様に構成し、さらにHDR用の撮像も行うようにすると、撮像回数が多くなり、撮像タイミングと、照明タイミングとのズレが顕著になる。
In this way, when the
この例では、再同期トリガ信号を照明装置3と撮像装置2に同期して出力するようにしており、これにより、撮像の途中で照明装置3と撮像装置2との同期を取ることができるようにしている。よって、撮像回数が多くなったとしても、撮像タイミングと、照明タイミングとのズレが問題とならない程度に極めて小さなものとなり、位相シフトパターンやグレーコードパターンの照射中に画像が暗くなるのを抑制でき、位相の歪みやコードの判定を誤る可能性を低減できる。再同期トリガ信号は、複数回出力することもできる。
In this example, the resynchronization trigger signal is synchronously output to the
撮像投光制御部41は、照射モード切替部41aを備えている。第1投光部31及び第2投光部32によってそれぞれ第1測定用パターン光及び第2測定用パターン光を照射する第1照射モードと、第1投光部31及び第2投光部32によってそれぞれ第1測定用パターン光及び第2測定用パターン光を照射した後、第3投光部33及び第4投光部34によってそれぞれ第3測定用パターン光及び第4測定用パターン光を照射する第2照射モードと、第3投光部33及び第4投光部34によってそれぞれ第3測定用パターン光及び第4測定用パターン光を照射する第3照射モードとの3つの照射モードの内、任意の1つの照射モードに切り替えることができる。照射モードの切替は、使用者が表示部5を見ながら、コンソール部6やマウス7の操作によって行うことができる。また、コントローラ部4が自動で照射モードの切替を行うように構成することもできる。
The imaging light
(高さ測定部42の構成)
高さ測定部42は、位相計算部26が生成した第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報と、照明装置3の照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報とにしたがって、照明装置3の中心軸A方向における測定対象物Wの高さを測定することができるように構成されている。
(Configuration of height measuring unit 42)
The
以下、高さ測定部42による具体的な高さを測定方法について説明する。上述したように、位相のUnwrapによって角度画像を生成することにより、各画素に対する照明からの角度が決まる。第1角度画像は、第1LED31bから測定対象物Wへ照射される光の角度を示す画像であり、第2角度画像は、第2LED32bから測定対象物Wへ照射される光の角度を示す画像である。そして、第1LED31bと第2LED32bとは照明ハウジング30に一体的に支持されていて第1LED31bと第2LED32bとの距離は、上述したようにl(図7に示す)となっている。
A specific method for measuring the height by the
図7では、測定対象物Wにおける任意の点Hの高さを求める場合について説明している。第1LED31bの直下を0゜、第1LED31bから45゜の方向を1としている。また、図7の右方向を正、左方向を負としている。第1LED31bから点Hに照射される光の角度は、第1角度画像における点Hに対応する画素から求めることができ、点Hと第1LED31bとを結ぶ直線の傾きを1/a1とする。また、第2LED32bから点Hに照射される光の角度は、第2角度画像における点Hに対応する画素から求めることができ、点Hと第2LED32bとを結ぶ直線の傾きを-1/a2とする。a1、a2は位相である。
FIG. 7 illustrates the case of obtaining the height of an arbitrary point H on the object W to be measured. The direction directly below the
Z=1/a1*X+0 … 式1
Z=-1/a2*(X-l) … 式2
Z=1/a1*X+0...
Z=−1/a2*(X−l) …
式1、式2に対してZを解くと高さが求まる。
a1Z=X
a2Z=-X+l
Z=l/(a1+a2)
X=a1*l/(a1+a2)
Solving Z for
a1Z=X
a2Z=-X+l
Z=l/(a1+a2)
X=a1*l/(a1+a2)
このようにして、測定対象物Wにおける各点の高さを求めることができる。前記各式には、撮像装置2の位置に関する変数が無いので、測定対象物Wにおける各点の高さを求める際には撮像装置2の位置は無関係であることが分かる。但し、角度画像で無効画素となっている画素については角度情報が無いので、その点の高さを求めることはできない。すなわち、算出されるZ座標は撮像装置2と測定対象物Wとの距離ではなく、照明装置3から見た時の測定対象物Wまでの距離を示すものになっている。撮像装置2の設置位置とは無関係に、照明装置3の設置位置によって得られるZ座標が定まる。
In this manner, the height of each point on the object W to be measured can be obtained. Since each of the above equations has no variable relating to the position of the
また、図示しないが、同様にして、第3LED33bから点Hに照射される光の角度を、第3角度画像における点Hに対応する画素から求めることができ、また、第4LED34bから点Hに照射される光の角度を、第4角度画像における点Hに対応する画素から求めることができるので、第3角度画像及び第4角度画像に基づいて各画素の高さを求めることができる。
Also, although not shown, the angle of the light emitted from the
例えば、図17では、高さ測定部42は、第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報と、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報とにしたがって測定対象物Wの高さを表す第1高さ画像を生成するとともに、第3角度画像の各画素の照射角度情報及び第4角度画像の各画素の照射角度情報と、照明ハウジング30内における第3投光部33及び第4投光部34の相対位置情報とにしたがって測定対象物Wの高さを表す第2高さ画像を生成した場合を示している。
For example, in FIG. 17, the
第1高さ画像は、各画素の高さを把握することができるので、各種検査を行う際に使用される検査対象画像とすることができる。また、第2高さ画像も各画素の高さを把握することができるので、各種検査を行う際に使用される検査対象画像とすることができる。したがって、高さ測定部42は、複数の中間画像に基づいて検査対象画像を生成する検査対象画像生成部ということもできる。
Since the first height image can grasp the height of each pixel, it can be used as an image to be inspected when performing various inspections. Also, since the second height image can also grasp the height of each pixel, it can be used as an inspection object image used when performing various inspections. Therefore, the
図17に示す場合では、まず、第1投光部31によるパターン光の投影によって得られた第1パターン画像セットで第1角度画像を生成し、第2投光部32によるパターン光の投影によって得られた第2パターン画像セットで第1角度画像を生成する。第1角度画像では、第1投光部31が測定対象物Wの左側から光を照射することになるので、測定対象物Wの右側に影ができ、その部分が無効画素となっている。一方、第2角度画像では、第2投光部32が測定対象物Wの右側から光を照射することになるので、測定対象物Wの左側に影ができ、その部分が無効画素となっている。第1角度画像と第2角度画像とによって第1高さ画像を生成するので、一方の角度画像で無効画素となっている画素については第1高さ画像においても無効画素となる。
In the case shown in FIG. 17 , first, a first angle image is generated from a first pattern image set obtained by projecting pattern light by the first
同様にして、第3投光部33によるパターン光の投影によって得られた第3パターン画像セットで第3角度画像を生成し、第4投光部34によるパターン光の投影によって得られた第4パターン画像セットで第4角度画像を生成する。第3角度画像では、第3投光部33が測定対象物Wの上側(図において上になる側)から光を照射することになるので、測定対象物Wの下側(図において下になる側)に影ができ、その部分が無効画素となっている。一方、第4角度画像では、第4投光部34が測定対象物Wの下側から光を照射することになるので、測定対象物Wの上側に影ができ、その部分が無効画素となっている。第3角度画像と第4角度画像とによって第2高さ画像を生成するので、一方の角度画像で無効画素となっている画素については第2高さ画像においても無効画素となる。無効画素をできるだけ少なくするために、この実施形態では図2に示すようにコントローラ部4に画像合成部43を設けている。
Similarly, a third angle image is generated from a third pattern image set obtained by projecting the pattern light by the third
この実施形態では、高さ測定部42をコントローラ部4に設けた場合について説明したが、これに限らず、図示しないが、高さ測定部を撮像装置2に設けてもよい。
In this embodiment, the case where the
(画像合成部43の構成)
画像合成部43は、第1高さ画像と第2高さ画像とを合成して合成後高さ画像を生成するように構成されている。これにより、第1高さ画像で無効画素になっている部分が、第2高さ画像では無効画素となっていない部分については、合成後高さ画像において有効画素で表されることになり、反対に、第2高さ画像で無効画素になっている部分が、第1高さ画像では無効画素となっていない部分については、合成後高さ画像において有効画素で表されることになる。よって、合成後高さ画像では無効画素の数を少なくすることができる。逆に、高い信頼を持った高さを得たい場合は、第1高さ画像、第2高さ画像の双方とも有効で、かつ、その差が所定以下の小さい場合のみに、その平均高さを有効としてもよい。
(Configuration of Image Synthesizer 43)
The
言い換えると、測定対象物Wに対して互いに異なる4方向からパターン光を照射することで、高さ画像の有効画素数を多くすることができ、死角を少なくすることができるとともに、測定結果の信頼性を向上させることができる。尚、2方向からのパターン光の照射で無効画素が十分に少なくなるような測定対象物Wの場合は、高さ画像を1つだけ生成すればよい。この場合、使用者が第1高さ画像と第2高さ画像のどちらを生成するか選択するように構成することもできる。高さ画像を1つだけ生成する場合には測定時間が短くなるというメリットがある。 In other words, by irradiating the measurement object W with pattern light from four different directions, it is possible to increase the number of effective pixels in the height image, reduce blind spots, and increase the reliability of the measurement results. can improve sexuality. In the case of the measurement object W in which the number of invalid pixels is sufficiently reduced by irradiating the pattern light from two directions, only one height image should be generated. In this case, it is also possible for the user to select whether to generate the first height image or the second height image. Generating only one height image has the advantage of shortening the measurement time.
合成後高さ画像も各画素の高さを把握することができるので、各種検査を行う際に使用される検査対象画像とすることができる。したがって、画像合成部43は、検査対象画像を生成する検査対象画像生成部ということもできる。
Since the height image after synthesis can also grasp the height of each pixel, it can be used as an image to be inspected when performing various inspections. Therefore, the
この実施形態では、画像合成部43をコントローラ部4に設けた場合について説明したが、これに限らず、図示しないが、画像合成部を撮像装置2に設けてもよい。
In this embodiment, the case where the
(検査部45の構成)
検査部45は、第1高さ画像、第2高さ画像及び合成後高さ画像の内、任意の画像に基づいて検査処理を実行する部分である。検査部45には、有無検査部45aと、外観検査部45bと、寸法検査部45cとが設けられているが、これは一例であり、これら全ての検査部が必須ではなく、またこれら検査部以外の検査部を備えていてもよい。有無検査部45aは、測定対象物Wの有無や測定対象物Wに取り付けられている部品の有無等を画像処理によって判断することができるように構成されている。外観検査部45bは、測定対象物Wの外形状等が予め決められた形状であるか否かを画像処理によって判断することができるように構成されている。寸法検査部45cは、測定対象物Wの各部の寸法が予め決められた寸法であるか否か、または各部の寸法を画像処理によって判断することができるように構成されている。これら判断の手法は従来から周知の手法であることから詳細な説明は省略する。
(Configuration of Inspection Unit 45)
The
(表示制御部46の構成)
表示制御部46は、第1高さ画像、第2高さ画像及び合成後高さ画像等を表示部5に表示させたり、画像処理装置1を操作するための操作用ユーザーインターフェース、画像処理装置1を設定するための設定用ユーザーインターフェース、測定対象物の高さ測定結果を表示するための高さ測定結果表示用ユーザーインターフェース、測定対象物の各種検査結果を表示するための検査結果表示用ユーザーインターフェース等を生成して表示部5に表示させることができるように構成されている。
(Configuration of display control unit 46)
The
(ユーザーインターフェースの例)
図19は、画像処理装置1が有する三次元判別機能を実現する三次元判別ユーザーインターフェース300の一例を示す図である。三次元判別機能とは、使用者が予め登録した測定対象物の三次元形状と、上述のようにして測定して得た測定対象物の三次元形状とを比較し、差分箇所を抽出する機能である。使用者が測定対象物を撮像することで、測定対象物の三次元形状を取得し、これをコントローラ部4に記憶させて登録しておくことができる。使用者は、登録した三次元形状に基づいてXYZ方向毎に検出する公差(許容範囲)を設定することができる。また、画像処理装置1が有する三次元サーチ機能により、測定により得た測定対象物の三次元形状を、登録した三次元形状に基づいて三次元的に位置補正することができる。測定により得た測定対象物の三次元形状を三次元サーチ機能により位置補正した後、登録した測定対象物の三次元形状に重ね合わせ、同一箇所同士を比較し、公差に基づいて差分を算出する。公差を超える差分が算出された箇所を三次元判別ユーザーインターフェース300によって表示部5に表示させることができる。
(Example of user interface)
FIG. 19 is a diagram showing an example of a three-dimensional
図19に示す三次元判別ユーザーインターフェース300は、一定時間おきに、登録した測定対象物の三次元形状301Aと、測定により得た測定対象物の三次元形状301Bとを切り替えて交互に表示することが可能に構成されている。登録した測定対象物の三次元形状301Aは、図19の上側の三次元判別ユーザーインターフェース300に示している。測定により得た測定対象物の三次元形状301Bは、図19の下側の三次元判別ユーザーインターフェース300に示している。つまり、図19の上側の三次元判別ユーザーインターフェース300と、下側の三次元判別ユーザーインターフェース300とが交互に表示部5に表示されるイメージである。三次元サーチ機能により、登録した測定対象物の三次元形状301Aと、測定により得た測定対象物の三次元形状301Bとを三次元判別ユーザーインターフェース300の同じ位置に表示させることできるので、使用者は三次元判別ユーザーインターフェース300を見続けるだけで、差分箇所を容易に把握することができる。尚、上記一定時間は、特に限定されるものではないが、例えば1秒程度に設定することができる。また、差分箇所を着色して表示することもできる。着色箇所を符号302で示す。
The three-dimensional
図20は、三次元判別機能の許容範囲を表示するための断面指示を行う際に表示されるユーザーインターフェース310である。このユーザーインターフェース310には、測定により得た測定対象物の三次元形状301Bが表示される形状表示領域310aが設けられている。形状表示領域310aには、三次元形状301Bの断面を取得する位置を任意に設定するための断面位置設定部310b、310bの表示が可能になっている。この断面位置設定部310b、310bをマウス操作等によって形状表示領域310a上で移動させることができるようになっている。
FIG. 20 shows a
断面位置設定部310b、310bの位置を決定すると、断面位置設定部310b、310b間の断面が取得され、図21に示すように、形状表示領域310aに三次元形状301Bの断面が表示される。形状表示領域310aには、三次元形状301Bの外形状を示す形状線312と、三次元形状301Bの外形状の許容範囲を示す許容範囲表示部313とが表示される。許容範囲表示部313は、例えば許容範囲を帯状に着色する表示形態とすることができる。形状線312が許容範囲表示部313で表示された範囲に収まっていれば、欠陥等が無い検査対象物であると判定することができるが、形状線312の一部でも許容範囲表示部313に収まっていなければ、欠陥等がある検査対象物であると判定することができる。
After the positions of the cross-section
許容範囲はユーザーインターフェース310上の操作によって変更することができる。図22は、許容範囲を縮小した場合を示しており、許容範囲表示部313が図21に比べて狭くなる。許容範囲は拡大することもできる。許容範囲を狭くすると、三次元形状301Bの一部が許容範囲表示部313から外れることになり、この部分が着色箇所313として形状表示領域310aに表示される。このように、三次元形状301Bと許容範囲とを見比べながら許容範囲を調整していくことができるので、より適切な許容範囲の設定が行えるようになり、その結果、検査精度及び安定性が向上する。
The allowable range can be changed by manipulation on
図23は、上述のようにして許容範囲を設定した後、新たな測定により得た測定対象物の三次元形状301Bを入力した場合を示している。三次元形状301Bのうち、許容範囲から外れた部分は着色箇所313として表示される。
FIG. 23 shows a case where the three-
上述したように、予め登録された三次元形状と、新たな測定により得られた測定対象物の三次元形状を比較し、その差分が予め定められた許容範囲内であれば測定対象物を良品として判定する。XY方向(水平方向)の許容範囲とZ方向(垂直方向)の許容範囲が設定できるが、それぞれの許容範囲の幅は同じであってもよいし、異なる幅が設定可能でもよい。Z方向の許容範囲は、登録三次元形状に対する高さの加算及び減算で設定が可能であり、XY方向の許容範囲は、登録三次元形状に対する膨張・収縮フィルタにより設定できる。許容範囲上限は、登録三次元形状に対し、XY許容範囲分の膨張処理とZ許容範囲の加算により算出される。許容範囲下限は、登録三次元形状に対し、XY許容範囲分の収縮処理とZ許容範囲の減算により算出される。 As described above, the three-dimensional shape registered in advance and the three-dimensional shape of the object to be measured newly obtained by measurement are compared, and if the difference is within a predetermined allowable range, the object to be measured is judged to be a non-defective product. Judge as. Although the allowable range in the XY direction (horizontal direction) and the allowable range in the Z direction (vertical direction) can be set, the width of each allowable range may be the same or different. The allowable range in the Z direction can be set by adding and subtracting heights to and from the registered three-dimensional shape, and the allowable range in the XY directions can be set by dilation/contraction filters for the registered three-dimensional shape. The upper limit of the allowable range is calculated by adding the expansion processing for the XY allowable range and the Z allowable range to the registered three-dimensional shape. The lower limit of the allowable range is calculated from the registered three-dimensional shape by contraction processing for the XY allowable range and subtraction of the Z allowable range.
図24は、突起状の測定対象物の欠けを検出する場合の許容範囲設定のイメージ図であり、突起が比較的大きい場合を示している。登録された三次元形状の下側の点線(許容範囲下限)を下回る高さが存在すれば欠けは検出できるが、実際の突起のサイズよりも欠けを検出できるサイズが小さくなっている。図25は更に小さな突起の欠けを検出する場合のイメージ図であり、図24と同じXY方向の許容範囲が設定されている場合、突起に欠けが存在していても検出が不可能になる。 FIG. 24 is an image diagram of allowable range setting when detecting chipping of a projecting measurement object, and shows a case where the projection is relatively large. Chipping can be detected if there is a height below the lower dotted line (lower limit of allowable range) of the registered three-dimensional shape, but the size at which chipping can be detected is smaller than the actual size of the projection. FIG. 25 is an image diagram for detecting chipping of a smaller protrusion. If the same allowable range in the XY directions as in FIG. 24 is set, even if there is a chipping in the protrusion, detection becomes impossible.
そこで、本実施例では、登録された三次元形状と、入力される三次元形状の両方に、XY許容範囲と同じ大きさの膨張処理をかける。図26に示すように、ユーザにより設定されたXY許容範囲と同じ大きさの膨張フィルタを登録三次元形状と入力三次元形状の両方にかけることにより、見かけ上の突起のサイズを大きくできる。この大きくなった突起に対して設定された許容範囲の下限は実際の突起のサイズと等しくなるため、突起の欠けが検出できるサイズが実際の突起のサイズと等しくなる。 Therefore, in this embodiment, both the registered three-dimensional shape and the input three-dimensional shape are subjected to dilation processing with the same size as the XY allowable range. As shown in FIG. 26, by applying a dilation filter having the same size as the XY tolerance set by the user to both the registered three-dimensional shape and the input three-dimensional shape, the apparent size of the projection can be increased. Since the lower limit of the allowable range set for this enlarged protrusion is equal to the actual size of the protrusion, the size at which chipping of the protrusion can be detected is equal to the actual size of the protrusion.
上記突起強調処理をONにすると、ユーザが設定したXY方向の許容範囲の大きさと同じ大きさの膨張処理が自動的に適用される。ユーザが許容範囲を実寸値(ミリ、インチ等)で設定した場合は、その実寸値を、1画素辺りの実寸値を表す変換係数を使って、画素数に自動変換し、変換した画素数を強さとする膨張・収縮処理をかけることができる。これにより、ユーザが許容したい公差範囲を設定するだけで、自動的に最適な強さの膨張・収縮処理を適用できる。 When the projection emphasis process is turned on, the dilation process is automatically applied in the same size as the size of the allowable range in the XY directions set by the user. When the user sets the allowable range in terms of actual size values (millimeters, inches, etc.), the actual size values are automatically converted to the number of pixels using a conversion coefficient that represents the actual size value per pixel, and the converted number of pixels is Expansion/contraction processing can be applied to increase strength. As a result, the expansion/contraction processing with the optimum strength can be automatically applied simply by setting the tolerance range that the user wants to allow.
なお、本実施例では、XY許容範囲と同じ大きさの膨張処理をかける例について説明したが、膨張処理はXY許容範囲と厳密に同じである必要はなく、許容範囲に対して所定範囲内の大きさであればほぼ同一の効果が得られる。また、膨張処理ではなく収縮処理をかけることにより、突起の欠けではなく、凹みが埋まっているか否かを検査することも可能である。 In the present embodiment, an example of performing dilation processing with the same size as the XY tolerance has been described, but the dilation processing need not be exactly the same as the XY tolerance. Almost the same effect can be obtained as long as the size is the same. Also, by performing contraction processing instead of expansion processing, it is possible to inspect whether or not recesses are filled instead of missing protrusions.
図27は本実施例のデータフローダイアグラムである。新たな測定により入力された三次元形状に対し、予め登録された三次元形状を用いて上記した三次元サーチ機能を用いて三次元の姿勢を推定し、補正を行う。次に、ユーザにより設定されたXY方向(水平方向)の許容範囲の設定値に基づいて登録三次元形状と入力三次元形状の両方に対し、同一の膨張処理を適用し、差分データを生成する。この差分データが所定の範囲内か否かにより測定対象物の良否判定を行う。
FIG. 27 is a data flow diagram of this embodiment. With respect to the three-dimensional shape input by new measurement, the three-dimensional posture is estimated using the three-dimensional search function described above using the pre-registered three-dimensional shape, and correction is performed. Next, the same dilation process is applied to both the registered 3D shape and the
図28は別のデータフローダイアグラムを示す図である。図27と異なるのは、膨張処理が適用された登録三次元形状から、XY方向の許容範囲の設定値に基づいて、許容範囲上限と許容範囲下限が算出される点である。登録された三次元形状に対し、XY方向の膨張処理を適用し、この膨張した三次元形状に対し、XY方向の許容範囲を適用すると、許容範囲下限における測定対象物のXY方向の幅が、実際の測定対象物のXY方向の幅と略等しくなる。これにより、実際の測定対象物のXY方向の幅と略等しいサイズの突起の欠け(膨張処理の場合)や穴の埋まり(収縮処理の場合)を検出することができる。 FIG. 28 shows another data flow diagram. The difference from FIG. 27 is that the upper limit and lower limit of the allowable range are calculated from the registered three-dimensional shape to which the expansion process is applied, based on the set values of the allowable range in the XY directions. Applying expansion processing in the XY directions to the registered three-dimensional shape, and applying the allowable range in the XY directions to this expanded three-dimensional shape, the width in the XY directions of the measurement object at the lower limit of the allowable range is It is substantially equal to the width of the actual object to be measured in the XY directions. As a result, it is possible to detect the lack of projections (in the case of expansion processing) or the filling of holes (in the case of contraction processing) that are substantially equal in size to the widths in the XY directions of the actual object to be measured.
一般的に三次元測定では、パターンが照射されない位置や、カメラから死角になる位置は測定結果が得られない。測定結果が得られなかった画素は「無効画素」と呼ばれる。この無効画素は特に三角測量の原理を用いたパターン投影法では完全に排除することが困難である。 Generally, in three-dimensional measurement, measurement results cannot be obtained for positions where the pattern is not irradiated or positions that are blind spots from the camera. Pixels for which no measurement result was obtained are called "invalid pixels." It is difficult to completely eliminate these invalid pixels, especially in the pattern projection method using the principle of triangulation.
登録三次元形状と、測定対象物を測定して得られた入力三次元形状の差分を用いて検査を行う場合、入力三次元形状に存在する無効画素部分は、そのままでは登録三次元形状との差分を定義できない。また、入力画像側だけではなく、登録画像側に無効画素がある場合の差分もそのままでは定義できない。そこで、従来から無効画素を周囲の高さの平均値などで埋めるフィルタ処理が行われている。しかし、無効画素をフィルタ処理で埋める処理は、異なる位置の画素の高さに基づいて高さを決定するため、有効画素と比べると高さが安定しない。また、近くに有効画素がない場合は高さを決定できない。
When performing inspection using the difference between the registered 3D shape and the
そこで、本実施例では、ユーザに背景となる平面(以下、背景平面)を指定させ、無効画素は背景平面での高さとし、無効画素がある場合でも、登録三次元形状と入力三次元形状の差分を定義できるようにしている。図29は背景平面の処理のイメージ図である。測定対象物の断面プロファイルが途切れている位置は、測定結果が得られなかった無効画素を示している。無効画素の高さは背景平面の高さとし、背景平面よりも低い高さの画素は背景平面の高さで下限クリッピングする。これにより、無効画素がある場合でも、登録三次元形状と入力三次元形状の差分を算出し、差分の体積などの計測値を算出できる。差分体積は、高さの差分をXY方向に積分することにより計算されるが、高さとしての値を持たない無効画素が存在すると、差分体積を算出することができないが、無効画素に高さを与えることで、これらの計測値を算出できるようになる。また、上記した平均化フィルタなどのフィルタ処理により無効画素を埋める場合と比べると、近くに有効画素が無い場合であっても高さを定義することが可能である上、周囲高さの影響を受けないため判定結果が安定する。 Therefore, in this embodiment, the user designates a plane that serves as a background (hereinafter referred to as a background plane), and invalid pixels are set to the height of the background plane. It allows us to define the difference. FIG. 29 is an image diagram of processing of the background plane. A position where the cross-sectional profile of the object to be measured is interrupted indicates an invalid pixel for which no measurement result was obtained. The height of the invalid pixels is set to the height of the background plane, and pixels with heights lower than the background plane are clipped at the height of the background plane. As a result, even if there are invalid pixels, it is possible to calculate the difference between the registered three-dimensional shape and the input three-dimensional shape, and calculate the measured value such as the volume of the difference. The difference volume is calculated by integrating the height difference in the XY direction. By giving , we can compute these measurements. In addition, compared to the case where invalid pixels are filled by filtering such as the above-described averaging filter, it is possible to define the height even if there are no valid pixels nearby, and the influence of the surrounding height is reduced. Since it is not received, the determination result is stable.
また、背景平面だけでなく、上限の平面(以下、上限平面)を設定することもできる。図30は背景平面に加えて上限平面が設定された場合の処理イメージを示した図である。無効画素は背景断面の高さに設定され、上限平面を超える部分の高さは上限平面の高さに設定される。 In addition to the background plane, an upper limit plane (hereinafter referred to as upper limit plane) can also be set. FIG. 30 is a diagram showing a processing image when the upper limit plane is set in addition to the background plane. Invalid pixels are set to the height of the background section, and the height of the portion exceeding the upper limit plane is set to the height of the upper limit plane.
図31は背景平面処理に係るデータフローダイアグラムである。入力三次元形状は上述した三次元サーチ機能に基づいて三次元姿勢を補正した後、背景平面処理が適用される。登録三次元形状に対しても同じ背景平面処理が適用される。背景平面処理が適用された後の登録三次元形状と入力三次元形状が比較され、差分データが抽出される。
FIG. 31 is a data flow diagram for background plane processing. After correcting the three-dimensional posture of the input three-dimensional shape based on the three-dimensional search function described above, background plane processing is applied. The same background plane processing is applied to the registered 3D shape. The registered 3D shape after the background plane processing is applied is compared with the
図32は、登録三次元形状に対してユーザにより設定された許容範囲上限と、許容範囲下限のそれぞれに対して、背景平面処理を適用する場合のデータフローを示している。上述したように、許容範囲上限と許容範囲下限は、登録三次元形状に対して設定されるため、登録三次元形状に無効画素が存在すると、許容範囲上限や許容範囲下限にも無効画素が発生してしまう。そこで、許容範囲上限と許容範囲下限に対しても入力三次元形状と同様の背景平面処理を適用することにより、許容範囲上限と許容範囲下限の無効画素を、背景平面の高さに置き換えることができる。許容範囲上限の無効画素と、許容範囲下限の無効画素は、ユーザにより設定された同じ背景平面の高さに統一される。したがって、入力三次元形状の対応する画素が無効画素ではなく有効画素であり、背景平面の高さより大きな高さが得られれば、許容範囲を超える突起として検出され、背景平面の高さより小さな高さが得られれば、許容範囲を下回る欠けとして検出される。このように、ユーザが登録三次元形状に設定した許容範囲(公差)を用いて、入力三次元形状の突起部分や欠け部分を検出するアプリケーションでは、登録三次元形状の上限許容範囲と上限下限範囲に対して背景平面処理を適用することで、登録三次元形状に無効画素が存在する場合でも、安定的に検査を行うことができる。
FIG. 32 shows a data flow when background plane processing is applied to each of the upper limit and lower limit of the allowable range set by the user for the registered three-dimensional shape. As described above, the upper limit and lower limit of the allowable range are set for the registered 3D shape, so if invalid pixels exist in the registered 3D shape, invalid pixels will also occur in the upper and lower limits of the allowable range. Resulting in. Therefore, by applying the same background plane processing as for the
以上説明したように、背景平面処理を適用することにより、無効画素の扱いが極めて容易になる。ユーザーインターフェース上では、ユーザが高さ方向の計測領域を限定すると、自動的に無効画素に付与される高さの値が計測領域下限に制限される。したがって、ユーザが無効画素の取り扱いについて意識する必要はない。 As described above, the use of background plane processing makes it extremely easy to handle invalid pixels. On the user interface, when the user limits the measurement area in the height direction, the height value given to the invalid pixels is automatically limited to the lower limit of the measurement area. Therefore, the user does not need to be conscious of how to handle invalid pixels.
なお、上記突起強調処理や、背景平面処理は、ユーザの操作に応じてコントローラ部に設けられた検査部45により実行される。
Note that the projection enhancement processing and the background plane processing are executed by the
図33は、画像処理装置1が有する高さ2値化機能を実現するユーザーインターフェース320である。高さ2値化機能とは、三次元形状のある高さを横切るか否かで2値化した画像を生成する機能である。高さ2値化機能によって、2値化した面積を計測することで例えば部品の有り無しなどを判別できる。
FIG. 33 shows a
高さ2値化機能用のユーザーインターフェース320には、三次元形状301Bが斜視的に表示される三次元形状表示領域321と、高さ2値化画像が表示される高さ2値化画像表示領域322とが設けられている。三次元形状表示領域321には水平面321aが三次元形状301Bと重畳表示される。水平面321aは、三次元形状表示領域321の側部に設けられているスライダーバー321b等の操作手段によって高さ方向に任意に移動させることができる。高さ2値化画像表示領域322には、三次元形状301Bのうち、水平面321a内に位置する部分と、それ以外の部分とが異なる色で表示される。水平面321a内に位置する部分を符号323で示す。図34は、水平面321a内に位置する部分がない状態を示している。
The
高さ2値化機能にはズーム機能が搭載されている。図35は、三次元形状表示領域321に表示されている三次元形状301Bを拡大して表示した例を示している。拡大の方法は、従来から用いられている方法を用いることができる。三次元形状301Bを拡大させることで、スライダーバー321bを操作したときの水平面321aの移動幅が狭まり、より細かい調整が可能になる。
The height binarization function is equipped with a zoom function. FIG. 35 shows an example in which the three-
図36は、高さ2値化画像での形状比較機能を実現するユーザーインターフェース330である。この機能は、高さ2値化画像を使用して、2値化した面積を計測するだけでは判別できない、形状の違いを検査する場合に有効な機能である。形状比較機能を実現するユーザーインターフェース330には、三次元形状301Bが斜視的に表示される三次元形状表示領域331と、高さ2値化画像が表示される高さ2値化画像表示領域332とが設けられている。三次元形状表示領域331には、高さ2値化機能用のユーザーインターフェース320と同様な水平面331aが三次元形状301Bと重畳表示される。水平面331aは、三次元形状表示領域331の側部に設けられているスライダーバー331b等の操作手段によって高さ方向に任意に移動させることができる。高さ2値化画像表示領域332には、三次元形状301Bのうち、水平面331a内に位置する部分333が表示される。
FIG. 36 shows a
図37は、検査する輪郭を選択するためのユーザーインターフェース340である。ユーザーインターフェース340には、輪郭が表示される輪郭表示領域341が設けられている。輪郭表示領域341に表示されている輪郭の一部を削除することもできる。
FIG. 37 is a
図38は、図36に示すユーザーインターフェース330において、輪郭の検出結果を表示するための結果表示領域335を表示させた状態を示している。結果表示領域335には、許容範囲335aと共に、検出された輪郭336も表示される。
FIG. 38 shows a state in which a
図39は、許容範囲を拡大した場合を示している。許容範囲は拡大することも縮小することもできるようになっている。 FIG. 39 shows a case where the allowable range is expanded. The allowable range can be expanded or contracted.
以上が画像処理装置1の設定モードで行われる。図40は、画像処理装置1の運転モード時に品種違いの三次元形状を入力した場合の表示例を示している。品種違いの三次元形状が入力されると、許容範囲を超えた部分が生じるので、品種違いの三次元形状が入力されたことを検出することができる。
The above is performed in the setting mode of the
(実施形態の作用効果)
以上説明したように、この実施形態に係る画像処理装置1によれば、位相を順次シフトさせたパターン光が測定対象物Wに照射され、パターン光が測定対象物Wに照射された都度、測定対象物Wから反射した光を受光して複数のパターン画像を生成することができる。生成された複数のパターン画像に基づいて、測定対象物Wの三次元形状を測定することができる。
(Action and effect of the embodiment)
As described above, according to the
パターン光を照射する際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に照射するので、測定対象物Wに順次照射されるパターン光のうち、奇数番目に照射されるパターン光と、偶数番目に照射されるパターン光との位相が逆位相の関係になる。これにより、逆位相同士のパターン光の照射間隔を狭めて外乱光の明るさ変動を極小化することができるので、1つの測定対象物Wの測定が完了するまでの間に外乱光の明るさが変動したとしても、その変動の影響を抑制することができ、その結果、測定誤差を減少させることができる。 When irradiating the pattern light, the patterns having phases different from each other by 180 degrees are continuously irradiated. The phase with the pattern light to be applied has an opposite phase relationship. As a result, it is possible to minimize the variation in the brightness of the disturbance light by narrowing the irradiation intervals of the pattern lights of opposite phases, so that the brightness of the disturbance light is reduced until the measurement of one measurement object W is completed. Even if there is a change in , the influence of the change can be suppressed, and as a result, the measurement error can be reduced.
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be construed in a restrictive manner. Furthermore, all modifications and changes within the equivalent scope of claims are within the scope of the present invention.
以上説明したように、本発明に係る画像処理装置は、例えば、測定対象物の高さを測定する場合や測定対象物を検査する場合に使用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the image processing apparatus according to the present invention can be used, for example, when measuring the height of an object to be measured or when inspecting an object to be measured.
1 画像処理装置
2 撮像装置
3 照明装置
22 撮像素子
26 位相計算部
30 照明ハウジング
31 第1投光部
31b 第1LED(第1光源)
31d 第1LCD(第1パターン光生成部)
31e 第1LED駆動回路(光源駆動回路)
31f 第1LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
32 第2投光部
32b 第2LED(第2光源)
32d 第2LCD(第2パターン光生成部)
32e 第2LED駆動回路(光源駆動回路)
32f 第2LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
33 第3投光部
33b 第3LED(第3光源)
33d 第3LCD(第3パターン光生成部)
33e 第3LED駆動回路(光源駆動回路)
33f 第3LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
34 第4投光部
34b 第4LED(第4光源)
34d 第4LCD(第4パターン光生成部)
34e 第4LED駆動回路(光源駆動回路)
34f 第4LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
35 投光制御部
42 高さ測定部
43 画像合成部
45 検査部
A 開口部
1
31d 1st LCD (first pattern light generator)
31e first LED drive circuit (light source drive circuit)
31f First LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
32 Second
32d Second LCD (second pattern light generator)
32e Second LED drive circuit (light source drive circuit)
32f Second LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
33 Third
33d Third LCD (third pattern light generator)
33e Third LED drive circuit (light source drive circuit)
33f Third LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
34 fourth
34d 4th LCD (4th pattern light generator)
34e fourth LED drive circuit (light source drive circuit)
34f fourth LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
35 light
Claims (6)
光源と、
前記光源から出射された光が入射され、測定対象物に周期的なパターン光を照射するパターン生成部と、
前記パターンの位相を順次シフトさせるように前記パターン生成部を制御するとともに、前記パターン生成部の制御の際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させる照明制御部と、
前記パターン光が照射された都度、測定対象物から反射した光を受光し、複数のパターン画像を生成する撮像部と、
前記複数のパターン画像に基づいて、測定対象物の三次元形状を測定する測定部とを備えていることを特徴とする画像処理装置。 In an image processing device that measures the three-dimensional shape of an object to be measured,
a light source;
a pattern generation unit that receives the light emitted from the light source and irradiates the object to be measured with periodic pattern light;
an illumination control unit that controls the pattern generation unit so as to sequentially shift the phase of the pattern, and continuously generates patterns with phases different from each other by 180 degrees when controlling the pattern generation unit;
an imaging unit that receives the light reflected from the object to be measured and generates a plurality of pattern images each time the pattern light is irradiated;
and a measuring unit that measures the three-dimensional shape of the object based on the plurality of pattern images.
前記光源は、中心に開口部が形成された照明ハウジング内において前記開口部の中心を対称の中心として互いに点対称に設けられた第1光源及び第2光源を含み、
前記パターン生成部は、前記第1光源に対応して設けられる第1パターン生成部と、前記第2光源に対応して設けられる第2パターン生成部とを含み、
前記照明制御部は、前記第1パターン生成部及び前記第2パターン生成部のうち、任意のパターン生成部がパターンの切替を行っている間に、パターンの生成が完了したパターン生成部からパターン光を照射させるように構成されていることを特徴とする画像処理装置。 The image processing device according to claim 1,
The light source includes a first light source and a second light source provided point-symmetrically with respect to each other about the center of the opening in an illumination housing having an opening formed in the center,
The pattern generator includes a first pattern generator provided corresponding to the first light source and a second pattern generator provided corresponding to the second light source,
The illumination control unit controls pattern light from the pattern generation unit that has completed pattern generation while an arbitrary pattern generation unit among the first pattern generation unit and the second pattern generation unit is switching patterns. An image processing apparatus, characterized in that it is configured to irradiate.
前記光源は、前記照明ハウジング内において前記第1光源及び前記第2光源から前記開口部の周方向に離れるとともに前記開口部の中心を対称の中心として互いに点対称に設けられた第3光源及び第4光源を含み、
前記パターン生成部は、前記第3光源に対応して設けられる第3パターン生成部と、前記第4光源に対応して設けられる第4パターン生成部を含み、
前記照明制御部は、前記第1パターン生成部、前記第2パターン生成部、前記第3パターン生成部及び前記第4パターン生成部のうち、任意のパターン生成部がパターンの切替を行っている間に、パターンの生成が完了したパターン生成部からパターン光を照射させるように構成されていることを特徴とする画像処理装置。 In the image processing device according to claim 2,
The light sources are spaced from the first light source and the second light source in the circumferential direction of the opening in the lighting housing and provided point-symmetrically with respect to the center of the opening. including 4 light sources,
The pattern generator includes a third pattern generator provided corresponding to the third light source and a fourth pattern generator provided corresponding to the fourth light source,
While the illumination control unit is switching the patterns of any one of the first pattern generation unit, the second pattern generation unit, the third pattern generation unit, and the fourth pattern generation unit, 2. An image processing apparatus characterized in that the pattern light is emitted from a pattern generation unit that has completed pattern generation.
前記パターン生成部は、液晶パネルであることを特徴とする画像処理装置。 In the image processing device according to any one of claims 1 to 3,
The image processing apparatus, wherein the pattern generation unit is a liquid crystal panel.
前記撮像部はカラーカメラで構成されていることを特徴とする画像処理装置。 In the image processing device according to any one of claims 1 to 4,
The image processing apparatus, wherein the imaging unit is composed of a color camera.
前記照明制御部は、位相シフト画像を生成するための位相シフト用パターン光と、空間コード画像を生成するための空間コード用パターン光とを前記パターン生成部に生成させ、前記位相シフト用パターン光の生成の際、互いに位相が180度異なるパターンを連続的に生成させ、
前記撮像部は、前記位相シフト用パターン光が照射されたときに測定対象物から反射した光を受光して位相シフト画像を生成し、前記空間コード用パターン光が照射されたときに測定対象物から反射した光を受光して空間コード画像を生成するように構成され、
前記測定部は、前記位相シフト画像及び前記空間コード画像に基づいて、位相シフト法及び空間コード化法を適用して測定対象物の三次元形状を測定するように構成されていることを特徴とする画像処理装置。 In the image processing device according to any one of claims 1 to 5,
The illumination control unit causes the pattern generation unit to generate a phase shift pattern light for generating a phase shift image and a spatial code pattern light for generating a space code image, and the phase shift pattern light is generated, patterns whose phases are different from each other by 180 degrees are continuously generated,
The imaging unit receives light reflected from a measurement object when the phase-shifting pattern light is irradiated, generates a phase-shifted image, and receives the measurement object when the spatial-code pattern light is irradiated. configured to receive light reflected from and generate a spatially coded image;
The measurement unit is configured to measure the three-dimensional shape of the measurement target by applying a phase shift method and a space encoding method based on the phase shift image and the space code image. image processing device.
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