JPH04278406A - Three-dimensional measuring method - Google Patents

Three-dimensional measuring method

Info

Publication number
JPH04278406A
JPH04278406A JP4034591A JP4034591A JPH04278406A JP H04278406 A JPH04278406 A JP H04278406A JP 4034591 A JP4034591 A JP 4034591A JP 4034591 A JP4034591 A JP 4034591A JP H04278406 A JPH04278406 A JP H04278406A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
measurement
data table
grating pattern
projected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4034591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Iwata
裕 岩田
Nobuaki Kakimori
伸明 柿森
Yuichi Yamamoto
裕一 山本
Yoshitake Shigeyama
吉偉 重山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP4034591A priority Critical patent/JPH04278406A/en
Publication of JPH04278406A publication Critical patent/JPH04278406A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To realize high-speed and highly accurate three-dimensional instrumentation applying the projecting method of a grating pattern through manipulation of stripes. CONSTITUTION:A data table 1 for obtaining the phase value of a grating pattern photographed onto the surface of an object from the lightness value of the surface and, a data table 2 for obtaining tone height of the object from a reference surface based on the phase value of the grating pattern photographed on the object surface and the measuring position in the axially same direction as that of the phase of the reference surface are calculated and formed beforehand. The height of tire object is obtained from the lightness value of the surface of the object by using the data tables 1 and 2.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は物体の高さ変位及び、3
次元の外観形状の計測をする分野に関する発明である。
[Industrial Application Field] The present invention relates to height displacement of an object and
This invention relates to the field of measuring dimensional external shapes.

【0002】0002

【従来の技術】物体の高さ変位及び、3次元形状を非接
触で計測する手法の1つとして、従来より縞走査を用い
た格子パターン投影法が考えられている。この方法は照
度分布が正弦状態の格子パターン(以後格子パターンと
記す)を物体に投影し、これを1/4周期ずつ4段階の
縞走査を行った時の高さ計測点の明度値を投影方向とは
別の角度から測定し、各明度値より格子パターンの位相
値を計算する。計測点の高さ変位に応じ格子パターンの
位相が変調するため、この位相の変調量を計算し、光学
装置の幾何関係式に代入することにより、物体の高さ変
位量を計測し、3次元形状を求める方法である。
2. Description of the Related Art A grating pattern projection method using fringe scanning has been considered as one of the methods for measuring the height displacement and three-dimensional shape of an object in a non-contact manner. This method projects a grid pattern (hereinafter referred to as grid pattern) with a sinusoidal illuminance distribution onto an object, and projects the brightness value of the height measurement point when performing stripe scanning in four stages with 1/4 period. Measurements are taken from an angle different from the direction, and the phase value of the grating pattern is calculated from each brightness value. Since the phase of the grating pattern is modulated according to the height displacement of the measurement point, by calculating the amount of this phase modulation and substituting it into the geometric relational expression of the optical device, the amount of height displacement of the object can be measured and the three-dimensional This is a method to find the shape.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】一般的に、物体の三次
元形状の計測時には、計測面に斜め方向から格子パター
ンを投影し、計測面に垂直な方向より物体の高さを測定
する構成が用いられる。計測対象物体に斜め方向より格
子パターンを投影すると、計測点の位置によって投影レ
ンズの主点位置からの光路長が変化するために、格子パ
ターンの周期や、焦点位値が大きく変化することが多く
、均一な格子パターンを投影することは出来ない。また
、縞走査を用いた格子パターン投影法では、格子パター
ンの照度分布が正弦状態であることが要求されるが、こ
の状態を実現する方法としては、パルス波形的な格子状
のマスクパターンを投影時のマスクとして用い、投影時
の焦点をずらしたり、またコントラストの低い液晶スリ
ット等の格子パターンをマスクに用いる等の方法がとら
れる事が多く、必ずしも投影されたスリット波形が正弦
波形にならず、位相の変化量が一定にならない場合が多
い。従来の技術では、格子パターンが光学系の影響によ
り変化することに対する、解決策の事例がなく、物体の
高さ変位により変調した位相の変化量に対する高さの変
位量の計算に誤差が発生するという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] Generally, when measuring the three-dimensional shape of an object, a configuration is used in which a grid pattern is projected onto the measurement surface from an oblique direction and the height of the object is measured from a direction perpendicular to the measurement surface. used. When a grating pattern is projected onto an object to be measured from an oblique direction, the length of the optical path from the principal point of the projection lens changes depending on the position of the measurement point, so the period of the grating pattern and focal position often change significantly. , it is not possible to project a uniform grid pattern. In addition, in the grid pattern projection method using fringe scanning, the illuminance distribution of the grid pattern is required to be in a sinusoidal state, but the method to achieve this state is to project a pulse waveform grid mask pattern. In many cases, the projected slit waveform is not necessarily a sine waveform, as the projected slit waveform is not necessarily a sine waveform. , the amount of change in phase is often not constant. In conventional technology, there is no solution to the problem that the grating pattern changes due to the influence of the optical system, and errors occur in calculating the amount of height displacement for the amount of phase change modulated by the height displacement of the object. There was a problem.

【0004】又、一般的に物体の高さを測定する場合、
三次元形状を測定する場合が多い。この場合、計測点の
二次元的な値の集合により測定されるため、計測点が多
数点となり、一点当たりの計測時間が短い事が要求され
る。しかし、従来の技術では、格子パターンの明度情報
から、arctan関数を用い位相量を計算し、位相量
から光学系の幾何関係式を用い高さ変位量を計算するた
め、計算量が多く、計測に時間がかかるという問題点が
あった。
[0004] Also, generally when measuring the height of an object,
Three-dimensional shapes are often measured. In this case, since measurement is performed using a two-dimensional set of values of measurement points, there are a large number of measurement points, and the measurement time per point is required to be short. However, in the conventional technology, the phase amount is calculated using the arctan function from the brightness information of the grating pattern, and the height displacement amount is calculated from the phase amount using the geometric relational expression of the optical system, which requires a large amount of calculation and measurement. The problem was that it took a long time.

【0005】上記に鑑み、本発明は、高速度、高精度で
3次元形状を測定できる3次元計測方法を提供すること
を目的とする。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement method that can measure three-dimensional shapes at high speed and with high precision.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の3次元計測方法
は、計測対象物体面に対し斜め方向より照明の照度分布
が正弦状態の格子パターンを投影し、物体面の明度を格
子パターンの投影方向とは別の角度から測定する、縞走
査を用いた格子パターン投影法による物体の高さ及び3
次元形状を測定する3次元計測方法であって、格子パタ
ーンを投影、縞走査した物体の明度情報から投影された
格子パターンの位相値を求めるデータテーブルと、計測
基準平面に投影した格子パターンの位相値から基準平面
に於ける位相と同軸方向の位置における高さ変位量を求
めるデータテーブルとを予め用意し、計測時に格子パタ
ーンを投影、縞走査された計測対象物体の明度情報から
上記2種のデータテーブルを用いて高さ変位を求めるこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The three-dimensional measurement method of the present invention projects a grid pattern in which the illuminance distribution of illumination is in a sine state from an oblique direction onto the object surface to be measured, and measures the brightness of the object surface by projecting the grid pattern onto the object surface to be measured. Height of object by grid pattern projection method using fringe scanning, measured from an angle different from the direction and
A three-dimensional measurement method for measuring dimensional shapes, which includes a data table that calculates the phase value of the projected grating pattern from brightness information of an object on which a grating pattern is projected and scanned, and the phase of the grating pattern projected onto a measurement reference plane. A data table is prepared in advance to calculate the phase in the reference plane and the amount of height displacement at the coaxial position from the value, and a grid pattern is projected during measurement, and the above two types are calculated from the brightness information of the object to be measured by stripe scanning. The feature is that the height displacement is determined using a data table.

【0007】[0007]

【作用】本発明の3次元計測方法では、例えば、縞走査
した格子パターンの明度値から投影されている格子パタ
ーンの位相値を求めるデータテーブル1と、計測基準平
面に投影した格子パターンの位相と同軸方向の位置に於
ける、位相値に対する高さ変位量を求めるデータテーブ
ル2をあらかじめ測定、計算しておき、計測時には、縞
走査した格子パターンの明度値からデータテーブル1を
用い位相量を計算し、求めた位相量と計測点の位置から
データテーブル2を用い計測点に於ける高さ変位量を計
算する。
[Operation] In the three-dimensional measurement method of the present invention, for example, data table 1 is used to determine the phase value of the projected grating pattern from the brightness value of the grating pattern scanned by stripes, and the phase value of the grating pattern projected onto the measurement reference plane is calculated. Measure and calculate the data table 2 in advance to determine the amount of height displacement with respect to the phase value at the position in the coaxial direction, and at the time of measurement, use the data table 1 to calculate the phase amount from the brightness value of the grid pattern scanned by stripes. Then, the height displacement amount at the measurement point is calculated using the data table 2 from the obtained phase amount and the position of the measurement point.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明を実施するための計測機器の構
成例を示したものである。1は計測の基準となる計測基
準面、2は計測面を撮像する撮像カメラ、3は格子パタ
ーンを投影し、1/4周期ずつシフトする投影装置、4
は格子パターンを1/4周期ずつシフトする信号を出力
する投影制御装置、5は撮像カメラ2で撮影した画像を
指定された時に1枚ずつ4枚分格納する画像メモリ、6
は計測に用いるコンピュータで投影制御装置4の指示、
画像メモリの画像格納指示、画像の明度値の読み込みを
行い、データテーブルを格納するメモリを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of the configuration of a measuring instrument for carrying out the present invention. 1 is a measurement reference plane that serves as a reference for measurement; 2 is an imaging camera that images the measurement plane; 3 is a projection device that projects a lattice pattern and shifts it in 1/4 period increments; 4
5 is a projection control device that outputs a signal that shifts the grid pattern by 1/4 period; 5 is an image memory that stores four images taken by the imaging camera 2 one at a time when designated; 6
is a computer used for measurement, which gives instructions to the projection control device 4,
It is equipped with a memory that instructs the image memory to store images, reads the brightness value of the image, and stores a data table.

【0009】図2は図1に示された構成での光学系の幾
何関係を図示したものである。Xは格子パターンの位相
と同軸方向である計測基準面1の横方向の座標系、Oは
撮像カメラ2で撮像した画面の中央位置で座標系Xの原
点、Pは投影装置3の投影レンズの主点、Cは撮像カメ
ラ2の撮像レンズの主点、xは任意の計測点、Zは計測
点xにおける物体の高さ変位量、x’は計測点xに投影
された格子パターンが、計測基準平面1に投影されたと
きの座標系X上の点位置、Lpopは計測基準面1から
投影レンズ主点Pまでの距離、Lpoは投影レンズの主
点Pから原点Oまでの距離、Lcoは撮像レンズ主点C
から原点Oまでの距離、Lpcは投影レンズ主点Pから
撮像レンズ主点CまでのX座標方向の距離、aは計測点
xの物体表面における格子パターンの投影角度、βは計
測点xの物体表面を撮像するときの撮像角度である。
FIG. 2 illustrates the geometric relationship of the optical system in the configuration shown in FIG. X is the horizontal coordinate system of the measurement reference plane 1 which is coaxial with the phase of the grating pattern, O is the origin of the coordinate system X at the center position of the screen imaged by the imaging camera 2, and P is the projection lens of the projection device 3. The principal point, C is the principal point of the imaging lens of the imaging camera 2, x is an arbitrary measurement point, Z is the amount of height displacement of the object at the measurement point x, and x' is the lattice pattern projected on the measurement point x. The point position on the coordinate system X when projected onto the reference plane 1, Lpop is the distance from the measurement reference plane 1 to the projection lens principal point P, Lpo is the distance from the projection lens principal point P to the origin O, and Lco is Imaging lens principal point C
to the origin O, Lpc is the distance in the X coordinate direction from the projection lens principal point P to the imaging lens principal point C, a is the projection angle of the lattice pattern on the object surface at measurement point x, and β is the object at measurement point x This is the imaging angle when imaging the surface.

【0010】図3は計測基準平面1に投影された格子パ
ターンの明度と位相、座標系Xとの関係図である。Фは
位相の座標系、φxは計測基準面1上の計測点xに於け
る格子パターンの位相、φx’は計測基準面1上の点x
’に於ける格子パターンの位相、cycは格子パターン
の正弦波形の座標系X方向の周期長、Iは格子パターン
の投影明度である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the brightness and phase of the grating pattern projected onto the measurement reference plane 1 and the coordinate system X. Ф is the phase coordinate system, φx is the phase of the grating pattern at the measurement point x on the measurement reference plane 1, and φx' is the point x on the measurement reference plane 1
cyc is the periodic length of the sine waveform of the grating pattern in the coordinate system X direction, and I is the projected brightness of the grating pattern.

【0011】図4は撮像カメラ2で撮像した画像の座標
系と投影した格子パターンの関係を示した図である。X
は、図では位相の座標軸と同方向の座標系である横方向
の座標系、Yは縦方向の座標系である。図ではX座標値
が0〜511でサンプル点が512点、Y座標値が0〜
480でサンプル点が481点の画像である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the coordinate system of the image taken by the imaging camera 2 and the projected grid pattern. X
In the figure, Y is a horizontal coordinate system, which is a coordinate system in the same direction as the phase coordinate axis, and Y is a vertical coordinate system. In the figure, the X coordinate value is 0 to 511, there are 512 sample points, and the Y coordinate value is 0 to 511.
This is an image with 480 sample points and 481 sample points.

【0012】図5はデータテーブル1について示した図
である。Inは各々格子パターンの位相を1/4周期ず
つシフトした場合の明度値であり、I3−I1とI4−
I0に対応する位相値φをあらかじめ計算したもので、
画像の量子化レベルが0〜255の場合についての例で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing data table 1. In is the brightness value when the phase of each grating pattern is shifted by 1/4 period, and I3-I1 and I4-
The phase value φ corresponding to I0 is calculated in advance,
This is an example of a case where the quantization level of the image is 0 to 255.

【0013】図6はベーステーブルの図であり、データ
テーブル2を作成する場合に使用するテーブルで、計測
基準面1に投影された格子パターンのX座標軸上の格子
パターンの位相のテーブルである。
FIG. 6 is a diagram of the base table, which is used when creating the data table 2, and is a table of the phase of the grating pattern on the X coordinate axis of the grating pattern projected onto the measurement reference plane 1.

【0014】図7はベーステーブルのX座標軸の任意の
座標位置xに於ける位相φの関係を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the phase φ at an arbitrary coordinate position x on the X coordinate axis of the base table.

【0015】xnはX座標のxより大きな方向に最も近
い、又は同位置のベーステーブルのX座標点で、xn−
1はxnより1つ手前のベーステーブルのX座標点であ
る。
xn is the X coordinate point of the base table closest to or at the same position in the direction larger than x of the X coordinate, xn-
1 is the X coordinate point of the base table one position before xn.

【0016】φnはベーステーブルのxn点の位相値で
、φn−1はxn−1点の位相値で、φはφn,φn−
1間の位相の変化を直線とした場合の、xに於ける位相
値である。
φn is the phase value of point xn of the base table, φn-1 is the phase value of point xn-1, and φ is φn, φn-
This is the phase value at x when the change in phase between 1 is a straight line.

【0017】図8はデータテーブル2について示した図
である。位相の変化と同軸方向の画像座標系Xにおいて
、座標系Xの全座標点と、各座標点における格子パター
ンの位相値から、計測基準面1からの高さZを求めたテ
ーブルである。
FIG. 8 is a diagram showing data table 2. This is a table in which the height Z from the measurement reference plane 1 is calculated from all the coordinate points of the coordinate system X and the phase value of the lattice pattern at each coordinate point in the image coordinate system X coaxial with the phase change.

【0018】まず、第2図の幾何関係図において、任意
の計測点xにおける物体の高さ変位量Zを計測する方法
の一例を次に述べる。   図2より     Lpc=(Lco−Z)×tanβ+(Lpo
p−Z)×tanα・・式1    tanβ=x/(
Lco−Z)                   
            ・・式2    ∴Lpc=
x+(Lpop−Z)×tanα          
         ・・式3従って計測物体の計測点x
における計測基準面1からの高さZは式3より     Z=Lpop−(Lpc−x)/tanα  
                   ・・式4また     tanα=(Lpc−x’)/Lpop   
                    ・・式5 
   ∴Z=Lpop−(Lpc−x)/((Lpc−
x’)/Lpop)                
                         
                     ・・式6
であるから、x’を計算することにより計測点xにおけ
る物体面の高さZが算出できる。
First, an example of a method for measuring the height displacement Z of an object at an arbitrary measurement point x in the geometric relationship diagram of FIG. 2 will be described below. From Figure 2, Lpc=(Lco-Z)×tanβ+(Lpo
p-Z)×tanα...Formula 1 tanβ=x/(
Lco-Z)
...Formula 2 ∴Lpc=
x+(Lpop-Z)×tanα
...Equation 3 Therefore, the measurement point x of the measurement object
The height Z from the measurement reference plane 1 at
...Equation 4 and tanα=(Lpc-x')/Lpop
...Equation 5
∴Z=Lpop-(Lpc-x)/((Lpc-
x')/Lpop)

...Equation 6
Therefore, by calculating x', the height Z of the object surface at the measurement point x can be calculated.

【0019】図3において、縞走査を用いた格子パター
ン投影法を用いれば、投影された格子パターンの位相φ
は     φ=arctan((I3−I1)/(I0−
I2))         ・・式7より計算できる。 この時、I0、I1,I2、I3は各々投影格子パター
ンの位相を0、1/2π,π,3/2πだけシフトした
時の画像の明度値である。
In FIG. 3, if a grating pattern projection method using fringe scanning is used, the phase φ of the projected grating pattern
is φ=arctan((I3-I1)/(I0-
I2)) ...can be calculated using equation 7. At this time, I0, I1, I2, and I3 are the brightness values of the image when the phase of the projected grating pattern is shifted by 0, 1/2π, π, and 3/2π, respectively.

【0020】φx’は物体面に投影された位相値である
から、点X’における明度値から、式7を用いることに
より計算できる。
Since φx' is the phase value projected onto the object plane, it can be calculated from the brightness value at point X' using equation 7.

【0021】位相Фの原点が点Oと同一であるように光
学系を設定することにより、     x’=(φx’/2π)×cyc      
                         
・・式8   となるから式8の結果を式6に代入する事により物
体面の高さZが求まる。以上で任意の計測点に於ける物
体の高さが計測出来る。
By setting the optical system so that the origin of the phase Ф is the same as the point O, x'=(φx'/2π)×cyc

...Equation 8. By substituting the result of Equation 8 into Equation 6, the height Z of the object surface can be found. With the above steps, the height of an object at any measurement point can be measured.

【0022】次に本発明の特徴であるデータテーブルを
用いた計測方法について前記の幾何関係式を用い説明す
る。まずデータテーブルの作成を行う。データテーブル
1は二次元のテーブルで式7の結果を求めるテーブルで
ある。画像メモリ5の量子化レベルは0〜255であり
、I3−I1及びI0−I2の値は−255〜+255
となる。作成は式7のI3−I1,I0−I2に−25
5〜+255を代入し、各値におけるφを計算し格納す
る方法で行われる。
Next, a measurement method using a data table, which is a feature of the present invention, will be explained using the above-mentioned geometric relational expression. First, create a data table. Data table 1 is a two-dimensional table for obtaining the result of Equation 7. The quantization level of the image memory 5 is 0 to 255, and the values of I3-I1 and I0-I2 are -255 to +255.
becomes. Create -25 in I3-I1, I0-I2 of formula 7
This is done by substituting values from 5 to +255, calculating and storing φ for each value.

【0023】次に前準備として、計測基準面1と同一平
面を持つ基準物体を配置する。この基準物体面に格子パ
ターンを投影し、位相を1/4周期ずつシフトして画像
を撮像する。図4のように、画像の横方向をX座標系と
し、縦方向はY座標系とする。ここでX座標系は図2の
X座標系と同一である。格子パターンはY座標方向には
、同一位相値を持つよう投影される。ベーステーブルと
して、基準物体面に投影されている格子パターンの位相
値を、X座標系の各座標点ごとに、画像の明度値I0〜
I3からデータテーブル1を用い計算し、図6のテーブ
ルを作成する。この場合Y座標の位置はどこでも良く、
1点のみでなく、Y座標方向の多数点の画像明度値や、
位相値を用いて、例えば平均等により信頼性を上げても
良い。尚、位相値の範囲は0≦φ<2πである。
Next, as a preliminary preparation, a reference object having the same plane as the measurement reference plane 1 is placed. A grating pattern is projected onto this reference object plane, and an image is captured by shifting the phase by 1/4 period. As shown in FIG. 4, the horizontal direction of the image is an X coordinate system, and the vertical direction is a Y coordinate system. Here, the X coordinate system is the same as the X coordinate system in FIG. The grating pattern is projected to have the same phase value in the Y coordinate direction. As a base table, the phase value of the grating pattern projected on the reference object plane is calculated for each coordinate point of the X coordinate system, from the image brightness value I0 to
Calculations are made using data table 1 from I3 to create the table shown in FIG. In this case, the Y coordinate can be anywhere,
Image brightness values not only at one point but at multiple points in the Y coordinate direction,
The reliability may be increased by using the phase value, for example, by averaging. Note that the range of the phase value is 0≦φ<2π.

【0024】データテーブル2の作成は、X座標系の各
座標点ごとに投影された格子パターンの位相が、物体に
より段階的に変化し0≦Δφ<2πとなったときの高さ
変位量を総て計算し格納することにより行う。計算方法
を図7を用いて説明すると、X座標の座標点xにおいて
、ベーステーブルのx座標点の位相をφxとし、段階的
に変化した位相値をφx’とした場合、ベーステーブル
のx座標点から位相の増加する方向に、ベーステーブル
の位相値を検索していき、図7のようにφxn−1≦φ
x’≧φxnとなるxnの位置を求め、xn−1からx
nに至る位相の変化を直線とした場合の、位相値がφx
’となるX座標系のx’点を、式9のような直線補間式
を用い計算する。     x’=(xn−xn−1)/(φxn−φxn
−1)×φx’+xn               
                         
                      ・・式
9ここで、x’点の座標値はX座標系の座標ピッチより
細かな値で計算する。ここで求めたx’の値を式6に代
入すれば、位相が計測基準面からφx’変化したときの
高さ変位量Zが求まる。
Data table 2 is created by calculating the amount of height displacement when the phase of the grid pattern projected at each coordinate point of the X coordinate system changes stepwise depending on the object and becomes 0≦Δφ<2π. This is done by calculating and storing everything. To explain the calculation method using FIG. 7, at the coordinate point x of the The phase value of the base table is searched in the direction in which the phase increases from the point, and as shown in Fig. 7, φxn-1≦φ
Find the position of xn where x'≧φxn, and from xn-1 x
If the phase change leading to n is a straight line, the phase value is φx
'The x' point of the X coordinate system is calculated using a linear interpolation formula such as Equation 9. x'=(xn-xn-1)/(φxn-φxn
-1)×φx'+xn

...Equation 9 Here, the coordinate value of the x' point is calculated using a value finer than the coordinate pitch of the X coordinate system. By substituting the value of x' obtained here into Equation 6, the height displacement amount Z when the phase changes φx' from the measurement reference plane can be found.

【0025】以上によりデータテーブル1、2の作成が
終了する。次に実際の計測方法として、図2の計測点x
における物体の高さZの計測方法を述べる。
The creation of data tables 1 and 2 is thus completed. Next, as an actual measurement method, measure point x in Figure 2.
We will explain how to measure the height Z of an object in .

【0026】計測点xにおける、物体面上の縞走査をし
た格子パターンの各明度値I0〜I3を画像を撮像して
測定する。I3−I1,I0−I2を計算し、データテ
ーブル1よりこの2値を用い物体面上の位相値φx’を
取り出し、データテーブル2の位相の段階的な増加量に
合うようφx’の端数値を調整する。次に計測点xと取
り出した位相φx’を用い、データテーブル2より物体
面の高さZを取り出す。この場合Y座標の位置はどこで
も良い。
At the measurement point x, each brightness value I0 to I3 of the grid pattern obtained by stripe scanning on the object plane is measured by taking an image. Calculate I3-I1, I0-I2, extract the phase value φx' on the object plane using these two values from data table 1, and set the fractional value of φx' to match the stepwise increase in phase in data table 2. Adjust. Next, the height Z of the object surface is extracted from the data table 2 using the measurement point x and the extracted phase φx'. In this case, the Y coordinate may be placed anywhere.

【0027】以上で計測点xにおける物体の高さZが測
定出来る。高い測定精度が要求される場合は、φx’を
調整せず用い、データテーブル2の参照時には式9のx
’を計算した方法のように、φn−1≦φx’<φnと
なるφn−1、φnから各Z値を取り出し、直線補間式
である式10を用い正確なZ値を計算しても良い。     Z=(zφn−zφn−1)/(φn−φn−
1)×φx’+zφn               
                         
                    ・・式10
三次元形状の計測時には、計測が点でなく二次元領域の
計測になるが、この場合でも、各測定点ごとに、上記の
計測を行えば良い。式9、10では直線補間式を用いて
いるが、計測精度を更に要求する場合、例えばスプライ
ン曲線のような曲線補間式を用いても良い。
With the above steps, the height Z of the object at the measurement point x can be measured. If high measurement accuracy is required, use φx' without adjusting, and use x in equation 9 when referring to data table 2.
As in the method used to calculate ', each Z value may be extracted from φn-1 and φn where φn-1≦φx'<φn, and the accurate Z value may be calculated using equation 10, which is a linear interpolation formula. . Z=(zφn-zφn-1)/(φn-φn-
1)×φx'+zφn

...Formula 10
When measuring a three-dimensional shape, the measurement is not of a point but of a two-dimensional area, but even in this case, the above-mentioned measurement may be performed for each measurement point. Although equations 9 and 10 use a linear interpolation equation, if higher measurement accuracy is required, a curved interpolation equation such as a spline curve may be used.

【0028】以上の例では、格子パターンの位相の変化
方向が、撮像画像の座標系Xと同軸方向の例を述べたが
、位相の変化方向が座標系Yと同方向に変化をする場合
は、以上の例のXに関する値をYに置き換えれば良い。 データテーブル1は、例では二次元のテーブルであるが
、テーブルを記憶するメモリに余裕がある場合は、I3
−I1,I0−I1の2値からでなく、I3,I2,I
1,I0の4値から位相を求める四次元のテーブル構成
にしても良い。データテーブル2の位相の段階的な変化
量はデータテーブル1と同様メモリに余裕があれば、出
来るだけ少ないほうが精度が良く、場合によっては、式
10を用いなくても十分な精度で計測が出来る。
In the above example, the direction in which the phase of the grating pattern changes is coaxial with the coordinate system X of the captured image, but if the direction in which the phase changes in the same direction as the coordinate system Y, then , the value related to X in the above example may be replaced with Y. Data table 1 is a two-dimensional table in the example, but if there is enough memory to store the table, I3
-I3, I2, I, not from the binary values of I1, I0-I1
A four-dimensional table configuration may be used in which the phase is determined from four values of 1 and I0. As with data table 1, the amount of stepwise change in phase in data table 2 is more accurate if there is sufficient memory, and in some cases it can be measured with sufficient accuracy even without using equation 10. .

【0029】光学系の配置を、例では計測基準面1に対
して斜めから投影し、垂直方向から撮像する構成で示し
たが、この例に限らず、別の構成でも良い。その場合、
データテーブル1、ベーステーブルは変化なく、データ
テーブル2は式1〜式6を各光学系の構成に対応した式
に変更することにより作成可能である。
In the example, the arrangement of the optical system is shown as a configuration in which the image is projected obliquely onto the measurement reference plane 1 and an image is taken from the vertical direction, but the arrangement is not limited to this example, and other configurations may be used. In that case,
The data table 1 and the base table remain unchanged, and the data table 2 can be created by changing equations 1 to 6 to equations corresponding to the configuration of each optical system.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、簡単な計算と、投影し
た格子パターンに対応した計測方法により、高速で高精
度な高さ計測、三次元計測が可能となる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, high-speed and highly accurate height measurement and three-dimensional measurement are possible using simple calculations and a measurement method that corresponds to the projected grid pattern.

【0031】計測対象物体に投影する格子パターンの周
期が一定でない場合においても、高精度な計測が可能と
なり、また、多数の計算を実際に実行することなく短時
間で計測が可能となる。
Even when the period of the grating pattern projected onto the object to be measured is not constant, highly accurate measurement is possible, and measurement can be performed in a short time without actually performing a large number of calculations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明を実施するための計測機器の構成例を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a measuring device for implementing the present invention.

【図2】図1に示された構成での光学系の幾何関係を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the geometrical relationship of the optical system in the configuration shown in FIG. 1;

【図3】計測基準平面1に投影された格子パターンの明
度と位相、座標系Xとの関係図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the brightness and phase of the grating pattern projected onto the measurement reference plane 1, and the coordinate system X. FIG.

【図4】撮像カメラ2で撮像した画像の座標系と投影し
た格子パターンの関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the coordinate system of an image captured by the imaging camera 2 and a projected grid pattern.

【図5】データテーブル1について示した図である。FIG. 5 is a diagram showing data table 1;

【図6】ベーステーブルの図である。FIG. 6 is a diagram of a base table.

【図7】ベーステーブルのX座標軸の任意の座標位置X
に於ける位相φの関係を示した図である。
[Figure 7] Arbitrary coordinate position X on the X coordinate axis of the base table
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between phase φ in .

【図8】データテーブル2について示した図である。8 is a diagram showing data table 2. FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  計測対象物体面に対し斜め方向より照
明の照度分布が正弦状態の格子パターンを投影し、物体
面の明度を格子パターンの投影方向とは別の角度から測
定する。縞走査を用いた格子パターン投影法による物体
の高さ及び3次元形状を測定する3次元計測方法におい
て、格子パターンを投影、縞走査した物体の明度情報か
ら投影された格子パターンの位相値を求めるデータテー
ブルと、計測基準平面に投影した格子パターンの位相値
から基準平面に於ける位相と同軸方向の位置における高
さ変位量を求めるデータテーブルとを予め用意し、計測
時に格子パターンを投影、縞走査された計測対象物体の
明度情報から上記2種のデータテーブルを用いて高さ変
位を求めることを特徴とする3次元計測方法。
1. A grid pattern having a sinusoidal illuminance distribution is projected onto the object surface to be measured from an oblique direction, and the brightness of the object surface is measured from an angle different from the projection direction of the grid pattern. In a three-dimensional measurement method that measures the height and three-dimensional shape of an object using a grid pattern projection method using fringe scanning, a grid pattern is projected and the phase value of the projected grid pattern is determined from the brightness information of the object that has been scanned with stripes. Prepare in advance a data table and a data table that calculates the amount of height displacement at a position coaxial with the phase on the reference plane from the phase value of the grating pattern projected on the measurement reference plane, and when measuring, project the grating pattern, A three-dimensional measurement method characterized in that a height displacement is determined from brightness information of a scanned object to be measured using the above two types of data tables.
JP4034591A 1991-03-07 1991-03-07 Three-dimensional measuring method Pending JPH04278406A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4034591A JPH04278406A (en) 1991-03-07 1991-03-07 Three-dimensional measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4034591A JPH04278406A (en) 1991-03-07 1991-03-07 Three-dimensional measuring method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04278406A true JPH04278406A (en) 1992-10-05

Family

ID=12578046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4034591A Pending JPH04278406A (en) 1991-03-07 1991-03-07 Three-dimensional measuring method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04278406A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075605A (en) * 1997-09-09 2000-06-13 Ckd Corporation Shape measuring device
JP2001012925A (en) * 1999-04-30 2001-01-19 Nec Corp Three-dimensional shape measurement method and device and record medium
JP2002286421A (en) * 2001-03-28 2002-10-03 Hideo Minagawa Apparatus for measuring weight of animal
JP2007085862A (en) * 2005-09-21 2007-04-05 Omron Corp Patterned light irradiation apparatus, three-dimensional shape measuring apparatus, and patterned light irradiation method
JP2008281491A (en) * 2007-05-11 2008-11-20 Wakayama Univ Shape measurement method and shape measuring device using a number of reference planes
WO2010055625A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 日本電気株式会社 Pixel position correspondence specifying system, pixel position correspondence specifying method, and pixel position correspondence specifying program
JP2012080517A (en) * 2010-10-01 2012-04-19 Young Wee Jay Image acquisition unit, acquisition method and associated control unit
JP2012150018A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Moire Institute Inc Method for measuring shape

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075605A (en) * 1997-09-09 2000-06-13 Ckd Corporation Shape measuring device
JP2001012925A (en) * 1999-04-30 2001-01-19 Nec Corp Three-dimensional shape measurement method and device and record medium
JP2002286421A (en) * 2001-03-28 2002-10-03 Hideo Minagawa Apparatus for measuring weight of animal
JP2007085862A (en) * 2005-09-21 2007-04-05 Omron Corp Patterned light irradiation apparatus, three-dimensional shape measuring apparatus, and patterned light irradiation method
JP4701948B2 (en) * 2005-09-21 2011-06-15 オムロン株式会社 Pattern light irradiation device, three-dimensional shape measurement device, and pattern light irradiation method
JP2008281491A (en) * 2007-05-11 2008-11-20 Wakayama Univ Shape measurement method and shape measuring device using a number of reference planes
WO2010055625A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 日本電気株式会社 Pixel position correspondence specifying system, pixel position correspondence specifying method, and pixel position correspondence specifying program
JP5445461B2 (en) * 2008-11-17 2014-03-19 日本電気株式会社 Pixel position correspondence specifying system, pixel position correspondence specifying method, and pixel position correspondence specifying program
US8791880B2 (en) 2008-11-17 2014-07-29 Nec Corporation System, method and program for specifying pixel position correspondence
JP2012080517A (en) * 2010-10-01 2012-04-19 Young Wee Jay Image acquisition unit, acquisition method and associated control unit
JP2012150018A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Moire Institute Inc Method for measuring shape

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5307151A (en) Method and apparatus for three-dimensional optical measurement of object surfaces
Bergmann New approach for automatic surface reconstruction with coded light
Reich et al. White light heterodyne principle for 3D-measurement
US7502125B2 (en) Measuring technology and computer numerical control technology
US5193120A (en) Machine vision three dimensional profiling system
JP5689681B2 (en) Non-contact probe
Reid et al. Absolute and comparative measurements of three-dimensional shape by phase measuring moiré topography
US9131219B2 (en) Method and apparatus for triangulation-based 3D optical profilometry
US20150138565A1 (en) Calibration method and shape measuring apparatus
JP2002071328A (en) Determination method for surface shape
CN110692084B (en) Apparatus and machine-readable storage medium for deriving topology information of a scene
Wiora High-resolution measurement of phase-shift amplitude and numeric object phase calculation
WO2003044458A1 (en) Method and system for the calibration of a computer vision system
JPH0666527A (en) Three-dimensional measurement method
JP2008145139A (en) Shape measuring device
JPH04278406A (en) Three-dimensional measuring method
JP5746046B2 (en) 3D measurement method of object surface especially for dentistry
WO1996012160A1 (en) Method and apparatus for three-dimensional digitising of object surfaces
JP2010151842A (en) Three-dimensional shape measuring instrument and three-dimensional shape measurement method
JP2006084286A (en) Three-dimensional measuring method and its measuring device
US4725146A (en) Method and apparatus for sensing position
US11199394B2 (en) Apparatus for three-dimensional shape measurement
Fantin et al. An efficient mesh oriented algorithm for 3d measurement in multiple camera fringe projection
Wykes et al. Surface topography measurement using digital moiré contouring—errors and limitations
Reid A moiré fringe alignment aid