JP7222524B2 - 物体内部の光学特性を計測する計測装置及び方法 - Google Patents
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Description
前記物体を透過可能な光を用いてパターン画像を前記物体に向けて投影するプロジェクタと、
前記プロジェクタから投影された前記パターン画像の光の内、前記物体の表面及び内部の各3次元位置で反射した光が、前記光を感知可能な撮像面上に入射して結像することにより合成された合成画像をディジタル画像信号に変換して出力する撮像装置と、
前記物体を横切る所定の第1平面内において少なくとも1方向に正弦関数で表される光強度の周期的な振幅変化を有する前記パターン画像の画像データであって、前記正弦関数の互いに異なる複数の空間周波数に各別に対応する複数の前記パターン画像の前記画像データを生成して、前記プロジェクタに入力することにより、前記プロジェクタに対して前記空間周波数が互いに異なる複数の前記パターン画像を、前記空間周波数を時間的に順次変化させながら各別に、前記物体に向けて投影させるパターン画像生成部と、
前記パターン画像生成部において生成された前記画像データにおける複数の前記空間周波数、及び、前記撮像装置から出力される前記複数の空間周波数に各別に対応した複数の前記合成画像の前記ディジタル画像信号を入力として、これらの入力に対して所定の相関演算処理を行い、前記物体の表面及び内部の特定の3次元位置から反射した光の信号振幅を抽出して、抽出した各3次元位置の前記信号振幅に基づいて前記物体の表面及び内部の各3次元位置における前記光学特性を算出するデータ処理部と、を備え、
前記プロジェクタと前記撮像装置の各光学系の焦点距離が互いに異なっていることを第1の特徴とする。
前記物体を透過可能な光を用いてパターン画像を前記物体に向けて投影するプロジェクタと、前記プロジェクタから投影された前記パターン画像の光の内、前記物体の表面及び内部の各3次元位置で反射した光が、前記光を感知可能な撮像面上に入射して結像することにより合成された合成画像をディジタル画像信号に変換して出力する撮像装置を用いて、
前記物体を横切る所定の第1平面内において少なくとも1方向に正弦関数で表される光強度の周期的な振幅変化を有する前記パターン画像の画像データであって、前記正弦関数の互いに異なる複数の空間周波数に各別に対応する複数の前記パターン画像の前記画像データを生成して、前記プロジェクタに入力することにより、前記プロジェクタに対して前記空間周波数が互いに異なる複数の前記パターン画像を、前記空間周波数を時間的に順次変化させながら各別に、前記物体に向けて投影させるパターン画像生成工程と、
前記パターン画像生成工程において生成された前記画像データにおける複数の前記空間周波数、及び、前記撮像装置から出力される前記複数の空間周波数に各別に対応した複数の前記合成画像の前記ディジタル画像信号を入力として、これらの入力に対して所定の相関演算処理を行い、前記物体の表面及び内部の特定の3次元位置から反射した光の信号振幅を抽出して、抽出した各3次元位置の前記信号振幅に基づいて前記物体の表面及び内部の各3次元位置における前記光学特性を算出するデータ処理工程と、を備え、
前記プロジェクタと前記撮像装置の各光学系の焦点距離が互いに異なっていることを第1の特徴とする。
本装置10は、図1に模式的に示すように、計測対象の物体60の内部の3次元空間における光学特性を計測する計測装置であって、プロジェクタ20、撮像装置30、パターン画像生成部40、及び、データ処理部50を備え、プロジェクタ・カメラシステムとして構成される。
先ず、撮像装置30の撮像面上で観測される合成画像について説明する。上述したように、第1平面上に投影されるパターン画像は、上記数1に示すようにxを変数とする正弦関数で表され、角周波数ω(z)はzの増加とともに低下する。ここで、物体60の最前面の第1平面のz値をz1とし、当該第1平面(z=z1)でのパターン画像の角周波数ω(z)をω1とすると、任意のzでの第1平面における角周波数ω(z)は、下記の数2で示される。つまり、プロジェクタ20として透視投影プロジェクタを使用することで、パターン画像に対して、z方向に自然な空間周波数の変調が得られる。
次に、数10で与えられる撮像面上の合成画像の光強度I(x,y)を示すディジタル画像信号D2から任意の第1平面上の任意の3次元位置(x,y,z)における物体60の反射率(x,y,z)の算出手順を説明する。
次に、図3に示す実験用のプロジェクタ・カメラシステムを用いて、上記本装置及び本方法を評価した結果を説明する。尚、上記システムでは、プロジェクタ20としてSKテレコム社製のレーザプロジェクタ202(型番:LB-UH6CB、解像度:1280×720)を使用し、撮像装置30として、エドモンド・オプティクス社製のテレセントリックレンズ31(商品コード:#55-348)を装着したFLIR社製のRGBカメラ32(商品名:Grasshopper3、解像度:1920×1440)を使用した。また、投影パターンの観測を阻害する物体60からの鏡面反射が撮像装置30の撮像面に入射するのを防止するため、レーザプロジェクタ202とテレセントリックレンズ31の各前面(物体60側)に、偏光子23,33を設置している。図3に示す実験用のシステム設定では、図2の説明用のシステム構成で想定したビームスプリッタ21は使用していない。このため、プロジェクタ20及び撮像装置30の各光学系の光軸は互いに平行であるが、同軸ではない。また、当該システム設定では、深さz1は252.83mmであり、深さz1におけるオフセット値と振幅をD(z1)=A(z1)=127に設定した。また、深さz1における正弦波パターンの空間周波数を、0.78125≦f(z)≦500mHz(Hz=1/m)の範囲内で0.78125mHz刻みで順次変化させた。インデックスiの総数nは600となる。
次に、上記実施形態の変形例(別実施形態)について説明する。
21 : ビームスプリッタ
22 : レーザプロジェクタ
23 : 偏光子
20 : プロジェクタ
30 : 撮像装置
31 : テレセントリックレンズ
32 : RGBカメラ
33 : 偏光子
40 : パターン画像生成部
50 : データ処理部
60 : 物体(計測対象物)
61~64: OHPシート
Claims (10)
- 物体内部の光学特性を計測する計測装置であって、
前記物体を透過可能な光を用いてパターン画像を前記物体に向けて投影するプロジェクタと、
前記プロジェクタから投影された前記パターン画像の光の内、前記物体の表面及び内部の各3次元位置で反射した光が、前記光を感知可能な撮像面上に入射して結像することにより合成された合成画像をディジタル画像信号に変換して出力する撮像装置と、
前記物体を横切る所定の第1平面内において少なくとも1方向に正弦関数で表される光強度の周期的な振幅変化を有する前記パターン画像の画像データであって、前記正弦関数の互いに異なる複数の空間周波数に各別に対応する複数の前記パターン画像の前記画像データを生成して、前記プロジェクタに入力することにより、前記プロジェクタに対して前記空間周波数が互いに異なる複数の前記パターン画像を、前記空間周波数を時間的に順次変化させながら各別に、前記物体に向けて投影させるパターン画像生成部と、
前記パターン画像生成部において生成された前記画像データにおける複数の前記空間周波数、及び、前記撮像装置から出力される前記複数の空間周波数に各別に対応した複数の前記合成画像の前記ディジタル画像信号を入力として、これらの入力に対して所定の相関演算処理を行い、前記物体の表面及び内部の特定の3次元位置から反射した光の信号振幅を抽出して、抽出した各3次元位置の前記信号振幅に基づいて前記物体の表面及び内部の各3次元位置における前記光学特性を算出するデータ処理部と、を備え、
前記プロジェクタと前記撮像装置の各光学系の焦点距離が互いに異なっていることを特徴とする計測装置。 - 前記プロジェクタと前記撮像装置の各光学系の光軸が互いに平行であって、前記第1平面と直交していることを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
- 前記プロジェクタが透視投影プロジェクタであり、前記撮像装置が平行投影カメラで構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の計測装置。
- 前記データ処理部が、前記複数の前記ディジタル画像信号の順次変化する前記各空間周波数に各別に対応する複数の光強度に、前記各空間周波数に対応する角周波数の正弦関数値を各別に乗じて得られる第1データ列と、前記複数の光強度に、前記各空間周波数に対応する前記角周波数の余弦関数値を各別に乗じて得られる第2データ列に対して、離散的フーリエ変換を各別に施して得られた各演算結果に基づいて、前記信号振幅の抽出を行うことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の計測装置。
- 前記パターン画像の前記光強度の周期的な振幅変化が、前記第1平面内の直交する2方向の変化であることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の計測装置。
- 物体内部の光学特性を計測する計測方法であって、
前記物体を透過可能な光を用いてパターン画像を前記物体に向けて投影するプロジェクタと、
前記プロジェクタから投影された前記パターン画像の光の内、前記物体の表面及び内部の各3次元位置で反射した光が、前記光を感知可能な撮像面上に入射して結像することにより合成された合成画像をディジタル画像信号に変換して出力する撮像装置を用いて、
前記物体を横切る所定の第1平面内において少なくとも1方向に正弦関数で表される光強度の周期的な振幅変化を有する前記パターン画像の画像データであって、前記正弦関数の互いに異なる複数の空間周波数に各別に対応する複数の前記パターン画像の前記画像データを生成して、前記プロジェクタに入力することにより、前記プロジェクタに対して前記空間周波数が互いに異なる複数の前記パターン画像を、前記空間周波数を時間的に順次変化させながら各別に、前記物体に向けて投影させるパターン画像生成工程と、
前記パターン画像生成工程において生成された前記画像データにおける複数の前記空間周波数、及び、前記撮像装置から出力される前記複数の空間周波数に各別に対応した複数の前記合成画像の前記ディジタル画像信号を入力として、これらの入力に対して所定の相関演算処理を行い、前記物体の表面及び内部の特定の3次元位置から反射した光の信号振幅を抽出して、抽出した各3次元位置の前記信号振幅に基づいて前記物体の表面及び内部の各3次元位置における前記光学特性を算出するデータ処理工程と、を備え、
前記プロジェクタと前記撮像装置の各光学系の焦点距離が互いに異なっていることを特徴とする計測方法。 - 前記プロジェクタと前記撮像装置の各光学系の光軸が互いに平行であって、前記第1平面と直交していることを特徴とする請求項6に記載の計測方法。
- 前記プロジェクタが透視投影プロジェクタであり、前記撮像装置が平行投影カメラで構成されていることを特徴とする請求項6または7に記載の計測方法。
- 前記データ処理工程において、前記複数の前記ディジタル画像信号の順次変化する前記各空間周波数に各別に対応する複数の光強度に、前記各空間周波数に対応する角周波数の正弦関数値を各別に乗じて得られる第1データ列と、前記複数の光強度に、前記各空間周波数に対応する前記角周波数の余弦関数値を各別に乗じて得られる第2データ列に対して、離散的フーリエ変換を各別に施して得られた各演算結果に基づいて、前記信号振幅の抽出を行うことを特徴とする請求項6~8の何れか1項に記載の計測方法。
- 前記パターン画像の前記光強度の周期的な振幅変化が、前記第1平面内の直交する2方向の変化であることを特徴とする請求項6~9の何れか1項に記載の計測方法。
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JP2018219125A JP7222524B2 (ja) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 物体内部の光学特性を計測する計測装置及び方法 |
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WO2017168711A1 (ja) | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 株式会社ニコン | 撮像素子、撮像システムおよび撮像方法 |
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