JPH05126545A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状演算に要する画像処理時間を短縮し得る
と共に、不要線の存在しない被測定物の形状線図を得る
ことができるようにすること。 【構成】 演算処理部７は、メモリ６に記憶されている
入力画像情報を１ラインづつ取り出し、第１スレッシュ
ホールドレベルで二値化する。この二値化によって、そ
の入力画像情報が第２次反射光の影響を受けているか否
かの判断ができないときには第２スレッシュホールドレ
ベルで二値化する。これらの二値化の結果に基づいて被
測定物の形状を描くための画素を特定する。この画素に
基づいて描いた形状に不要線が存在するときには、その
不要線を削除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザースリット光を
用いて被測定物の形状を測定する形状測定装置に係り、
特に、二次反射光による誤差の影響を受けずに形状測定
を行なうことができる形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レーザースリット光を用いた
形状測定装置が使用されている。この形状測定装置は、
被測定物からの反射光を二値化処理してその形状を測定
するものである。通常、被測定物の表面は鏡面のように
滑らかではないので、その反射光には常に第２次反射光
が含まれている。この第２次反射光の強度が比較的強い
場合には、２値化処理に誤差が含まれることがあり、正
確な形状測定を行なうことができない。従来では、この
ような誤差を除去するために図１１に示すような処理を
行なっている。まず、入力した画像信号のピークレベル
Ｐを検出し（Ｓ１）、このピークレベルに基づいて、こ
の画像信号を二値化するためのスレッシュレベルＳ0 を
決定する（Ｓ２）。次にこのスレッシュレベルＳ0 に基
づく２値化処理を行なうわけであるが、この処理を行な
うに先だってカウンタＩの値を０に設定し、その画像信
号をそのスレッシュレベルＳ0で二値化処理する（Ｓ
３，Ｓ４）。この処理で、画像信号に第２次反射光によ
るものが含まれているかどうかの判断が行われる。つま
り、この画像信号に２つの山が存在するかどうかを判断
する（Ｓ５）。２つの山がないと判断された場合には、
２つの山の存在が確認されるまでスレッシュレベルの変
更処理を行なって、その変更したスレッシュレベルに基
づいてＳ４，Ｓ５の処理を行なう。この変更処理は、カ
ウンタＩの値が増加するごとに（Ｐ−Ｓ0 ）／ｎづつス
レッシュホールドレベルを上昇させる処理である。以上
の処理において、２つの山が検出されれば２つの山から
第２次反射光の影響を取り除く処理が行われ、ｎ回変更
処理を繰り返しても２つの山が検出されなければ１つの
山に基づく形状演算を行なう処理が行われる（Ｓ６〜Ｓ
８）。以上のような処理を、入力画像の各ライン毎に行
なうことによって、第２次反射光による誤差が生じない
ようにしている。そして、この処理結果で得られた点を
順次配列することによって、被測定物の形状を演算して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
処理を行なう従来の形状測定装置にあっては、その形状
を演算するための画像処理に時間がかかるという問題が
ある。また、得られた形状を示す線図には、第２次反射
光の影響と思われる不要線が存在する場合もあるという
問題がある。上述の時間がかかるという問題は、入力画
像信号の各ライン毎に複数のスレッシュホールドレベル
による二値化処理を行なっているために生じるものであ
り、不要線が存在するという問題は、この不要線の削除
処理を特に行なっていなかったために生じるものであ
る。本発明は、以上のような従来の問題点を解消するた
めに成されたものであり、形状演算に要する画像処理時
間を短縮し得ると共に、不要線の存在しない被測定物の
形状線図を得ることができる形状演算装置の提供を目的
とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、レーザースリット光を被測定物に照射し、
その反射光に基づいて該被測定物の形状を測定する形状
測定装置において、前記反射光を入力してこれを所定の
第１スレッシュホールドレベルで二値化する第１二値化
手段と、当該第１二値化手段により第１スレッシュホー
ルドレベル以上であるとして二値化された画素数を前回
のこの第１二値化手段により二値化された画素数と比較
して今回二値化された画素数が前回二値化された画素数
よりも多いときには前記反射光に第２次反射光が存在し
ていると判断する判断手段と、当該判断手段により前記
第２次反射光の存在が認識された場合には、前記第２次
反射光と正規の反射光との両存在が認識できるまで前記
第１スレッシュホールドレベルよりもレベルが高い第２
スレッシュホールドのレベルを逐次上げて前記反射光を
二値化する第２二値化手段と、前記第１二値化手段ある
いは第２二値化手段によりそれぞれのスレッシュホール
ドレベル以上であるとして二値化された画素に基づいて
前記被測定物の形状を描くための画素を特定し、この特
定された画素を配列して前記被測定物の形状を描く形状
演算手段と、当該形状演算手段によって描かれた形状を
両方向から辿り、両方向から連続していない部分が存在
する場合には、その不連続部分を削除する形状補正手段
とを有することを特徴とする。

【０００５】

【作用】このように構成した本発明は以下のように作用
する。第１二値化手段は、被測定物からのレーザースリ
ット反射光を入力してこれを所定の第１スレッシュホー
ルドレベルで二値化する。この第１スレッシュホールド
レベルは、入力された反射光の強さに応じて浮動的に設
定される。判断手段はこの第１二値化手段において、第
１スレッシュホールドレベル以上であるとして二値化さ
れた画素数を前回のこの第１二値化手段により二値化さ
れた画素数と比較して今回二値化された画素数が前回二
値化された画素数よりも多いときには入力した反射光に
第２次反射光が存在していると判断する。この場合に
は、第２次反射光の影響を除去するために、第２二値化
手段による二値化処理を行なう。つまり、第１スレッシ
ュホールドレベルよりレベルの高い第２スレッシュホー
ルドレベルで二値化処理を行なう。この第２スレッシュ
ホールドレベルは、第２次反射光と正規の反射光との両
存在が認識できるまで逐次上げられる。形状演算手段
は、第１二値化手段あるいは第２二値化手段によりそれ
ぞれのスレッシュホールドレベル以上であるとして二値
化された画素に基づいて前記被測定物の形状を描くため
の画素を特定し、この特定された画素を配列して前記被
測定物の形状を描く。この処理によって、被測定物のお
およその形状が算出されることになる。形状補正手段
は、形状演算手段によって描かれた形状，すなわち、こ
の形状が演算される基となった画素に関するデータに基
づいて、描かれた線図の不連続部分を捜す。不連続部分
が存在する場合には、その部分を削除する処理を行なっ
て被測定物の完全な形状を得る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明にかかる形状測定装置の外
観図、図２は、その装置の概略構成ブロック図である。
本発明の形状測定装置においては、図１に示すようにレ
ーザー光照射手段１が設けられ、ここから、図示するよ
うなレーザースリット光Ｌが被測定物２に照射される。
このレーザースリット光Ｌの被測定物２からの反射光
Ｌ′は、ＣＣＤカメラ３に入力される。このＣＣＤカメ
ラ３に入力された反射光Ｌ′は、光電変換された後にＡ
／Ｄ変換器４によってデジタルデータとされ、アドレス
生成信号５から出力されるアドレス信号に応じて、メモ
リ６の所定のアドレスに入力画像信号として格納され
る。演算処理部７では、メモリ６に格納されている入力
画像信号を二値化処理して形状を演算する。この部分で
後述するフローチャートの処理が行われることになる。

【０００７】図３は、被測定物の凹部にレーザースリッ
ト光を照射した場合に、第２次反射光が形成される原理
を示した図である。図１に示すような形状の被測定物２
にレーザースリット光を照射した場合には、第２次反射
光はその表面の凹凸によって生じるのみで形状に依存し
ないので、そのレベルは非常に小さなものである。しか
しながら、図３に示すような凹部の場合には、図示のよ
うにして比較的大きなレベルの第２次反射光が生じる。
図中、実線で示される反射光は直接反射光であり、点線
で示される反射光は第２次反射光である。このようにし
て第２次反射光がＣＣＤカメラ３に入力されると、その
ビデオ波形は図４に示すような２つの山を有した波形と
なる。このような波形を二値化処理したのでは、正確な
形状を演算することはできない。そこで、本発明の形状
測定装置では図８及び図９に示す動作フローチャートの
ような処理を行なって二次元反射光の影響を除去するよ
うにしている。

【０００８】以下のフローチャートは二値化を行なって
山の中心値を算出するまでの処理を示したものであり、
演算処理部７によって処理されるものである。まず、プ
ログラムがスタートすると、後述する２山処理を行なう
ためのフラグＦを０に設定する（Ｓ１１）。メモリ６に
記憶されている入力画像信号を１ライン分取り出して各
画素の受光レベルを比較し、その中のピーク値Ｐを検出
する（Ｓ１２）。次に、この入力画像信号を二値化処理
するためのスレッシュレベルＳ0 を決定する。これは、
たとえばピーク値Ｐの７０％であるとか８０％であると
かというようにして設定されている係数をこのピーク値
にかけることで得るようになっている。したがって、こ
こでのスレッシュホールドレベルは、ピーク値に比例し
て浮動的に変化することになる。このスレッシュホール
ドレベルは、第１スレッシュホルドレベルである。たと
えば、図４に示すように入力画像信号のピーク値がＰで
あったときには、点線で示されるスレッシュホールドレ
ベルＳ0 が設定される（Ｓ１３）。次に、後述の二値化
処理の処理回数をカウントするカウンタＩの値を０に設
定する（Ｓ１４）。次に、Ｓ１３において決定されたス
レッシュホールドレベルで入力画像信号を二値化処理す
る。図４の例では、図示の入力画像信号がスレッシュホ
ールドレベルＳ0 で二値化処理されることになる（Ｓ１
５）。この二値化処理の結果、２つの山が認識されたか
どうかが判断される（Ｓ１６）。この判断の結果、２山
が認識できなければ、上記のスレッシュホールドレベル
を少しづつ上昇させるスレッシュホールドレベルの変更
処理が行われる。つまり、上記のカウンタＩの値をだけ
インクリメントし、次回の二値化処理のためのスレッシ
ュホールドレベルＳ1 を演算する。この演算は、ＳI ＝
Ｓ0 ＋（Ｐ−Ｓ0 ）×Ｉ／ｎの式に基づいて行われる。
たとえば、図４に示すようにスレッシュホールドレベル
Ｓ0 での二値化処理が行われた場合には、当然のことな
がら２つの山の存在が判断できないので、前記の変更処
理が行われるようになる。この場合には、Ｓo よりも
（Ｐ−Ｓ0 ）／ｎだけレベルを上げたスレッシュホール
ドレベルＳ1によってＳ１５の二値化処理が行なわれ
る。これでも２つの山が認識できなければ、Ｓ1 よりも
さらに（Ｐ−Ｓ0 ）／ｎだけレベルを上げたスレッシュ
ホールドレベルＳ2 で同様の二値化処理を行なう。以上
の処理をｎ回繰り返しても２つの山の存在が認識できな
いときには、もともと１つの山しかなかったものと判断
してＳ３２にステップに進む。一方、以上の変更処理を
行なっている途中で２つの山が認識された場合、たとえ
ば図４のＳ4 のレベルで二値化処理されたときに２つの
山の存在が認識された場合には、これ以上の処理を行な
うことができないので次のラインに進む。なお、ここで
のスレッシュホールドレベルは、第２スレッシュホール
ドレベルである（Ｓ１７〜Ｓ２１）。以上の処理は、第
１スレッシュホールドレベル以上の第２次反射光による
信号の存在を認識するために行われるものであり、入力
画像信号の第１ライン目について行われる処理である。
第２ライン目以降については、以下の処理が行われるこ
とになる。したがって、入力画像信号の第１ライン目が
図５Ｃに示すような値の信号であった場合には、２山と
判断されることになるから、次のラインの処理が行われ
るようになる。一方、図５ＡまたはＢに示すような入力
画像信号である場合には、次の処理が行われる。

【０００９】上記の変更処理において１つの山の存在が
判断されると、現段階においてはフラグＦは０であるの
で、第１スレッシュホールドレベルＳ0 で二値化処理さ
れたときの山幅をａとする。つまり、入力画像信号の第
１ライン目が図５Ａのような画像であったときには、図
示のようにそのレベルで切られた山幅をａとする（Ｓ２
２，Ｓ２４）。そして次のラインに進んで、メモリ６に
記憶されている入力画像信号を１ライン分取り出して各
画素の受光レベルを比較し、その中のピーク値Ｐを検出
する（Ｓ２５，Ｓ２６）。次に、この入力画像信号を二
値化処理するためのスレッシュレベルＳ0 を上記と同様
にして決定し（Ｓ２７）、この決定されたスレッシュホ
ールドレベルで入力画像信号を二値化処理する（Ｓ２
８）。この処理において２山の認識がされなければ、こ
のスレッシュレベルでの山幅をｂとしてＳ２４において
設定されたａとこのｂとが比較される。つまり、スレッ
シュホールドレベルＳ0 によって二値化された第１ライ
ン目の山幅ａと第２ライン目の山幅ｂとが比較されるこ
とになる（Ｓ２９〜Ｓ３１）。ｂの値がａに対して±α
1 の許容範囲内にある場合には、このｂの値に基づく山
中心を求める演算が行われることになる。この処理が終
了すると、現在求められているｂの値をａとして次の第
３ライン目の処理を行なう。第２ライン目の入力画像信
号が図５Ｂのようなものであった場合には、図に示すよ
うな山の中心Ｃの位置が求められることになる（Ｓ３２
〜Ｓ３４）。一方、Ｓ２９の判断において２山であると
されたときには、それぞれの山の幅に基づいてそれぞれ
の山の中心を求める演算がされ、山幅の大きい方をａと
して、フラグを０に設定して次のラインの処理を行なう
（Ｓ３６〜Ｓ３８）。また、Ｓ３１の判断においてｂの
値がａに対して±α1 の許容範囲内にはないと判断され
た場合には、その入力画像信号が２山である可能性があ
るから、フラグを１に設定してＳ１４のステップに進
み、２山であることが認識されるまでスレッシュホール
ドレベルの変更処理とともに二値化処理をする（Ｓ１４
〜Ｓ１９）。以上の処理で２山の確認がされれば、Ｓ３
６以降の処理が行なわれる。つまり、認識された２つの
それぞれの山の幅に基づいてそれぞれの山の中心を求め
る演算がされ、山幅の大きい方をａとして、フラグを０
に設定して次のラインの処理を行なう。一方、以上の処
理で２山の認識がされなかった場合には、もともと１山
しか存在していなかったものと判断して、その山の中心
が演算される。上記の処理がメモリ６に記憶されている
入力画像信号の全てのラインについて行われたら処理を
終了する。

【００１０】以上の処理が行われた後の画像処理データ
に基づいて被測定物の形状を画面に表示すると、たとえ
ば図７に示すような線図となる。この線図には、その凹
部に不連続な線が含まれているが、この不要線の削除は
図１０に示すフローチャートによって行われる。この処
理は、図６に示すように図７に示した線図を縦方向に１
ラインづつスキャンすることによって行われる。このス
キャンによって同一のラインにデータが２つあることが
認識されると（Ｓ４１）、この１ライン前に存在する画
像データとこの２つのデータとの間に連続性があるかど
うかを判断する（Ｓ４２）。Ｓ４１の判断においてデー
タが２つ認識されない場合には次のラインに進む。連続
性のあるデータが１つ存在すれば、連続性のないデータ
を削除して次のラインに進む（Ｓ４９，Ｓ５０）。連続
性のあるデータが存在しなければ、ｎライン先に進ん
で、そのラインに存在するデータが１つであるかどうか
が判断される。このときのデータが１つでなければさら
にｎライン先に進んで同様の判断を行なう（Ｓ４３，Ｓ
４４）。以上の処理によってデータが１つしか存在しな
いラインが認識されると、１ラインづつ戻りながらデー
タが１つしか存在しないラインまで戻って、連続性のな
いデータを削除する処理を行なう（Ｓ４５〜Ｓ４７）。
この処理が全てのラインについて行われると処理を終了
する（Ｓ４８）。

【００１１】図６は図７において不要線が存在する部分
を拡大したものであるが、以上の処理をこの図に基づい
て説明する。まず、第１ラインのスキャンが行われる
と、このラインには１つのデータａ1 しか存在しないか
ら次の第２ラインのスキャンが行われる。以上のスキャ
ンが繰り返されて第５ラインに達するとこのラインには
ａ5 とｂ5 との２つのデータが存在するので、第４ライ
ンのデータと連続的な関係にあるａ5 のデータのみが残
されて連続性のないｂ5 のデータは削除される。そし
て、第６ラインのスキャンが行われるわけであるが、こ
こでも同様の処理が行われてａ6 のデータのみが残され
てｂ6 のデータは削除されることになる。

【００１２】第１２ラインの処理が行われると、ふたた
び２つのデータが認識されるようになるから、次のスキ
ャンはｎライン先に進むことになる。このｎが３であれ
ば、第１２ラインの次は第１５ラインのスキャンが行わ
れることになる。しかしながら、第１５ラインにもａ15
とｂ15との２つのデータが存在するから、さらに第１８
ラインのスキャンが行われることになる。このラインで
はデータが１つしか存在しないから、次に１ライン戻っ
た第１７ラインのスキャンが行われる。このラインでは
データが２つ存在するから、第１８ラインのデータとの
連続性が確認され、第１７ラインに存在するａ17のデー
タが残されて連続性のないｂ17のデータは削除される。
以上の処理は第１２ラインまで遡って行われ、ｂ16〜ｂ
12までのデータは全て削除される。このため、この処理
後に得られる線図には不要線が含まれないことになる。
以上、本発明の実施例においては、レーザースリット光
を用いた形状測定装置を例示したが、これに限らず、た
とえばレーザースポット光を用いたものであっても本発
明は適用可能である。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第２
次反射光の影響を取り除くようにしたから、被測定物の
正確な形状測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる形状測定装置の外観図である。

【図２】第１図に示した装置の概略構成ブロック図であ
る。

【図３】第２次反射光の発生原理を示した図である。

【図４】第２次反射光が存在する入力画像信号の一例を
示す図である。

【図５】Ａ〜Ｃは、二値化処理の説明に供する図であ
る。

【図６】不要線除去の処理の説明に供する図である。

【図７】二値化処理後の不要線が存在する線図の一例を
示す図である。

【図８】本発明にかかる形状測定装置の動作フローチャ
ートである。

【図９】本発明にかかる形状測定装置の動作フローチャ
ートである。

【図１０】本発明にかかる形状測定装置の動作フローチ
ャートである。

【図１１】従来の形状測定装置の動作フローチャートで
ある。

【符号の説明】

１…レーザー照射手段 ２…被測定物 ３…ＣＣＤカメラ ４…演算処理部（第１二値化手段、第２二値化手段、判
断手段、形状演算手段、形状補正手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザースリット光を被測定物に照射し、
   その反射光に基づいて該被測定物の形状を測定する形状
   測定装置において、 前記反射光を入力してこれを所定の第１スレッシュホー
   ルドレベルで二値化する第１二値化手段と、 当該第１二値化手段により第１スレッシュホールドレベ
   ル以上であるとして二値化された画素数を前回のこの第
   １二値化手段により二値化された画素数と比較して今回
   二値化された画素数が前回二値化された画素数よりも多
   いときには前記反射光に第２次反射光が存在していると
   判断する判断手段と、 当該判断手段により前記第２次反射光の存在が認識され
   た場合には、前記第２次反射光と正規の反射光との両存
   在が認識できるまで前記第１スレッシュホールドレベル
   よりもレベルが高い第２スレッシュホールドのレベルを
   逐次上げて前記反射光を二値化する第２二値化手段と、 前記第１二値化手段あるいは第２二値化手段によりそれ
   ぞれのスレッシュホールドレベル以上であるとして二値
   化された画素に基づいて前記被測定物の形状を描くため
   の画素を特定し、この特定された画素を配列して前記被
   測定物の形状を描く形状演算手段と、 当該形状演算手段によって描かれた形状を両方向から辿
   り、両方向から連続していない部分が存在する場合に
   は、その不連続部分を削除する形状補正手段とを有する
   ことを特徴とする形状測定装置。