JPH0634366A - 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 - Google Patents
合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置Info
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- JPH0634366A JPH0634366A JP4186622A JP18662292A JPH0634366A JP H0634366 A JPH0634366 A JP H0634366A JP 4186622 A JP4186622 A JP 4186622A JP 18662292 A JP18662292 A JP 18662292A JP H0634366 A JPH0634366 A JP H0634366A
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- G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
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- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
- H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物に投影するパターンの周期性や方向
性等の影響を受けることなく、高精度の合焦検出や距離
測定を行う。 【構成】 被測定物との距離を変化させながら、ビデオ
カメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画像の
隣接する画素の輝度の差分のn (n は2以上の整数)乗
和により定義したコントラストが最大になったことから
合焦状態を検出する。更に、該合焦時におけるビデオカ
メラの位置により、被測定物表面の位置を測定する。
性等の影響を受けることなく、高精度の合焦検出や距離
測定を行う。 【構成】 被測定物との距離を変化させながら、ビデオ
カメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画像の
隣接する画素の輝度の差分のn (n は2以上の整数)乗
和により定義したコントラストが最大になったことから
合焦状態を検出する。更に、該合焦時におけるビデオカ
メラの位置により、被測定物表面の位置を測定する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物との距離を変
化させながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画
像を撮影し、該画像のコントラストが最大になったこと
から合焦状態を検出するようにした合焦検出方法、これ
を用いた非接触変位測定方法及び装置に係り、特に、被
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度の合焦検出や変位測定を行うこ
とが可能な合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定
方法及び装置に関するものである。
化させながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画
像を撮影し、該画像のコントラストが最大になったこと
から合焦状態を検出するようにした合焦検出方法、これ
を用いた非接触変位測定方法及び装置に係り、特に、被
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度の合焦検出や変位測定を行うこ
とが可能な合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定
方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】被測定物との距離を変化させながら、ビ
デオカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画
像のコントラストが最大の時のビデオカメラの位置によ
り、被測定物表面の位置を測定するようにした非接触変
位測定方法として、例えば特開昭62−2118号が知
られている。
デオカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画
像のコントラストが最大の時のビデオカメラの位置によ
り、被測定物表面の位置を測定するようにした非接触変
位測定方法として、例えば特開昭62−2118号が知
られている。
【0003】この方法は、被測定物表面に、例えば図1
に示すような所定周期の格子パターンを投影し、その映
像信号にフィルタをかけることによって格子による周波
数成分を抽出し、該周波数成分の振幅とカメラの距離の
関係から、ピーク付近の重心をその最大振幅位置とし
て、該最大振幅位置におけるビデオカメラの位置から被
測定物表面の位置を求めるものである。
に示すような所定周期の格子パターンを投影し、その映
像信号にフィルタをかけることによって格子による周波
数成分を抽出し、該周波数成分の振幅とカメラの距離の
関係から、ピーク付近の重心をその最大振幅位置とし
て、該最大振幅位置におけるビデオカメラの位置から被
測定物表面の位置を求めるものである。
【0004】又、他の方法として、特開平3−2618
04号に、図2に示す如く、被測定物表面の画像の各画
素の輝度 gx,y の平均値からのばらつき(分散)が大き
い程、コントラストが高く、合焦状態がよいことを利用
して、この分散の値が最大の点を検出して、合焦位置と
し、そのときのビデオカメラの位置から被測定物表面の
位置を求めることが提案されている。
04号に、図2に示す如く、被測定物表面の画像の各画
素の輝度 gx,y の平均値からのばらつき(分散)が大き
い程、コントラストが高く、合焦状態がよいことを利用
して、この分散の値が最大の点を検出して、合焦位置と
し、そのときのビデオカメラの位置から被測定物表面の
位置を求めることが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前者
の特開昭62−2118号に記載された方法では、被測
定物表面に所定周期の格子パターンを所定方向に投影し
なければならず、パターンの周期性や方向性に制約があ
る。又、映像信号フィルタにより信号成分が小さくな
り、S/N劣化のため精度低下を招く。更に、格子模様
及びデータ処理方向が画面走査方向に限られることか
ら、被測定物表面模様の影響を受ける。又、信号周波数
が、信号を取込む画像領域の端部(縦縞パターンの場合
には左右端部)の状態に影響され、高精度の測定が困難
である等の問題点を有する。
の特開昭62−2118号に記載された方法では、被測
定物表面に所定周期の格子パターンを所定方向に投影し
なければならず、パターンの周期性や方向性に制約があ
る。又、映像信号フィルタにより信号成分が小さくな
り、S/N劣化のため精度低下を招く。更に、格子模様
及びデータ処理方向が画面走査方向に限られることか
ら、被測定物表面模様の影響を受ける。又、信号周波数
が、信号を取込む画像領域の端部(縦縞パターンの場合
には左右端部)の状態に影響され、高精度の測定が困難
である等の問題点を有する。
【0006】一方、後者の特開平3−261804号に
記載された方法では、焦点位置付近でのコントラストの
変化が必ずしも十分に大きくない場合があり、測定精度
を十分に上げられないという問題点を有していた。
記載された方法では、焦点位置付近でのコントラストの
変化が必ずしも十分に大きくない場合があり、測定精度
を十分に上げられないという問題点を有していた。
【0007】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
く成されたもので、被測定物に投影するパターンの周期
性や方向性等の影響を受けることなく、焦点付近でのコ
ントラストの変化を大とすることができ、従って、高精
度の合焦状態を検出することが可能な、合焦検出方法を
提供することを第1の目的とする。
く成されたもので、被測定物に投影するパターンの周期
性や方向性等の影響を受けることなく、焦点付近でのコ
ントラストの変化を大とすることができ、従って、高精
度の合焦状態を検出することが可能な、合焦検出方法を
提供することを第1の目的とする。
【0008】又、本発明は、前記合焦検出方法を利用し
て、被測定物表面の位置を高精度で測定することが可能
な、非接触変位測定方法及び装置を提供することを第2
の目的とする。
て、被測定物表面の位置を高精度で測定することが可能
な、非接触変位測定方法及び装置を提供することを第2
の目的とする。
【0009】
【問題点を解決するための手段】本発明は、被測定物と
の距離を変化させながら、ビデオカメラにより該被測定
物表面の画像を撮影し、該画像のコントラストが最大に
なったことから合焦状態を検出するようにした合焦検出
方法において、前記コントラストを、前記画像の隣接す
る画素の輝度の差分のn (n は2以上の整数)乗和によ
り求めるようにして、前記第1の目的を達成したもので
ある。
の距離を変化させながら、ビデオカメラにより該被測定
物表面の画像を撮影し、該画像のコントラストが最大に
なったことから合焦状態を検出するようにした合焦検出
方法において、前記コントラストを、前記画像の隣接す
る画素の輝度の差分のn (n は2以上の整数)乗和によ
り求めるようにして、前記第1の目的を達成したもので
ある。
【0010】又、本発明は、被測定物との距離を変化さ
せながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画像を
撮影し、該画像のコントラストが最大になった時のビデ
オカメラの位置により、被測定物表面の位置を測定する
ようにした非接触変位測定方法において、前記コントラ
ストを、前記画像の隣接する画素の輝度の差分のn 乗和
により求めるようにして、前記第2の目的を達成したも
のである。
せながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画像を
撮影し、該画像のコントラストが最大になった時のビデ
オカメラの位置により、被測定物表面の位置を測定する
ようにした非接触変位測定方法において、前記コントラ
ストを、前記画像の隣接する画素の輝度の差分のn 乗和
により求めるようにして、前記第2の目的を達成したも
のである。
【0011】更に、本発明は、非接触距離測定装置にお
いて、被測定物との距離が可変とされたビデオカメラ
と、該ビデオカメラの位置を検出する手段と、前記ビデ
オカメラによって撮影された被測定物表面の画像のう
ち、変位を測定すべき局所領域内の隣接画素の輝度の差
分のn 乗和としてコントラストを計算する手段と、ビデ
オカメラの位置を変化させながら、各位置毎に計算した
前記コントラストのピークを、最小2乗法により決定す
る手段と、該コントラストのピークに対応するビデオカ
メラ位置より、被測定物表面の位置を求める手段とを備
えることにより、同じく前記第2の目的を達成したもの
である。
いて、被測定物との距離が可変とされたビデオカメラ
と、該ビデオカメラの位置を検出する手段と、前記ビデ
オカメラによって撮影された被測定物表面の画像のう
ち、変位を測定すべき局所領域内の隣接画素の輝度の差
分のn 乗和としてコントラストを計算する手段と、ビデ
オカメラの位置を変化させながら、各位置毎に計算した
前記コントラストのピークを、最小2乗法により決定す
る手段と、該コントラストのピークに対応するビデオカ
メラ位置より、被測定物表面の位置を求める手段とを備
えることにより、同じく前記第2の目的を達成したもの
である。
【0012】
【作用】本発明においては、被測定物との距離を変化さ
せながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画像を
撮影し、該画像の隣接する画素の輝度の差分の2乗和に
より求めたコントラストが最大になったことから合焦状
態を検出する。
せながら、ビデオカメラにより該被測定物表面の画像を
撮影し、該画像の隣接する画素の輝度の差分の2乗和に
より求めたコントラストが最大になったことから合焦状
態を検出する。
【0013】本発明によれば、コントラストが、図3に
示す如く、隣り合った画素との輝度の傾きが大きい程コ
ントラストが高い(画像がくっきりしている)という尺
度で評価され、対象領域の画像の鮮鋭さの総和が大きい
ときに、指定された領域でのコントラストが最も高くな
る。従って、焦点位置付近でのコントラストの変化が大
きいことから、図4に示すようなZ座標−コントラスト
曲線のピークが鋭利になり、投影されるパターンの周期
性や方向性に影響されることなく、安定して高精度の合
焦検出を行うことができる。
示す如く、隣り合った画素との輝度の傾きが大きい程コ
ントラストが高い(画像がくっきりしている)という尺
度で評価され、対象領域の画像の鮮鋭さの総和が大きい
ときに、指定された領域でのコントラストが最も高くな
る。従って、焦点位置付近でのコントラストの変化が大
きいことから、図4に示すようなZ座標−コントラスト
曲線のピークが鋭利になり、投影されるパターンの周期
性や方向性に影響されることなく、安定して高精度の合
焦検出を行うことができる。
【0014】又、このように定義されたコントラストが
最大になったときのビデオカメラの位置により、被測定
物表面の位置を測定することにより、同じくパターン投
影の有無や被測定物の表面特性に拘らず、高精度の変位
測定が可能となる。
最大になったときのビデオカメラの位置により、被測定
物表面の位置を測定することにより、同じくパターン投
影の有無や被測定物の表面特性に拘らず、高精度の変位
測定が可能となる。
【0015】更に、ビデオカメラの位置を変化させなが
ら、各位置毎に計算した前記コントラストの数個の値か
ら最小2乗法を用いて曲線を求め、この曲線のピーク値
に対応するビデオカメラの位置を決定することによっ
て、低コントラストの被測定物に対しても高精度な変位
測定を行うことができる。
ら、各位置毎に計算した前記コントラストの数個の値か
ら最小2乗法を用いて曲線を求め、この曲線のピーク値
に対応するビデオカメラの位置を決定することによっ
て、低コントラストの被測定物に対しても高精度な変位
測定を行うことができる。
【0016】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【0017】本実施例の非接触距離測定装置は、図5に
示す如く、カメラ駆動装置14によりZ方向位置、即
ち、ワーク(被測定物)10との距離が可変とされたビ
デオカメラ12と、該ビデオカメラ12のZ方向位置を
検出するための位置検出器16と、測定面が鏡面状態で
ある場合等、必要に応じて、ワーク10の表面に所定の
パターンを投影可能なパターン投影器18と、前記ビデ
オカメラ12によって撮影されたワーク表面の画像を処
理して、ワーク表面からの距離を求めて出力する画像処
理装置20と、から主に構成されている。
示す如く、カメラ駆動装置14によりZ方向位置、即
ち、ワーク(被測定物)10との距離が可変とされたビ
デオカメラ12と、該ビデオカメラ12のZ方向位置を
検出するための位置検出器16と、測定面が鏡面状態で
ある場合等、必要に応じて、ワーク10の表面に所定の
パターンを投影可能なパターン投影器18と、前記ビデ
オカメラ12によって撮影されたワーク表面の画像を処
理して、ワーク表面からの距離を求めて出力する画像処
理装置20と、から主に構成されている。
【0018】前記ビデオカメラ12は、例えばCCDカ
メラとされ、その前面にレンズ13が配設されている。
メラとされ、その前面にレンズ13が配設されている。
【0019】前記位置検出器16は、例えばビデオカメ
ラ12のZ方向の位置を直接検出する直線変位検出器と
される。なお、この位置検出器16を省略し、例えばカ
メラ駆動装置14の駆動モータMに設けたロータリエン
コーダによって、ビデオカメラ12のZ方向位置を検出
してもよい。
ラ12のZ方向の位置を直接検出する直線変位検出器と
される。なお、この位置検出器16を省略し、例えばカ
メラ駆動装置14の駆動モータMに設けたロータリエン
コーダによって、ビデオカメラ12のZ方向位置を検出
してもよい。
【0020】前記画像処理装置20には、図5に示した
如く、前記ビデオカメラ12から入力されるアナログ画
像信号をデジタル信号に変換するA/D変換器22と、
該A/D変換器22出力を画面毎に記憶する画像メモリ
24と、該画像メモリ24に記憶されたデータの内、コ
ントラスト演算の対象となる、フォーカスを行う局所領
域(フォーカス領域と称する)の画像データを抽出する
局所領域抽出回路26と、該フォーカス領域内の隣接画
素の輝度の差分の2乗和としてコントラストを計算する
コントラスト演算回路28と、前記位置検出器16から
入力されるZ位置信号を記憶するメモリ30と、前記カ
メラ駆動装置14によりビデオカメラ12のZ方向位置
を変化させながら、各位置毎に計算した前記コントラス
トのピークを、最小2乗法により決定するピーク決定回
路32と、該コントラストのピークに対応するビデオカ
メラ12のZ方向位置及びレンズ13の焦点距離より、
ワーク10表面の位置を求めて出力する位置決定回路3
4とが含まれている。
如く、前記ビデオカメラ12から入力されるアナログ画
像信号をデジタル信号に変換するA/D変換器22と、
該A/D変換器22出力を画面毎に記憶する画像メモリ
24と、該画像メモリ24に記憶されたデータの内、コ
ントラスト演算の対象となる、フォーカスを行う局所領
域(フォーカス領域と称する)の画像データを抽出する
局所領域抽出回路26と、該フォーカス領域内の隣接画
素の輝度の差分の2乗和としてコントラストを計算する
コントラスト演算回路28と、前記位置検出器16から
入力されるZ位置信号を記憶するメモリ30と、前記カ
メラ駆動装置14によりビデオカメラ12のZ方向位置
を変化させながら、各位置毎に計算した前記コントラス
トのピークを、最小2乗法により決定するピーク決定回
路32と、該コントラストのピークに対応するビデオカ
メラ12のZ方向位置及びレンズ13の焦点距離より、
ワーク10表面の位置を求めて出力する位置決定回路3
4とが含まれている。
【0021】以下、図6を参照して本実施例の作用を説
明する。
明する。
【0022】まず、ステップ100で、前記パターン投
影器18によるパターン投影を行うか否かを判定する。
測定面が例えば鏡面状態であり、パターン投影を行う必
要があるときには、ステップ102に進み、前記パター
ン投影器18によるパターンを前記ワーク10の表面に
投影する。なお、測定面に、コントラストを検出可能な
表面模様等がある場合には、パターン投影を省略するこ
とができる。
影器18によるパターン投影を行うか否かを判定する。
測定面が例えば鏡面状態であり、パターン投影を行う必
要があるときには、ステップ102に進み、前記パター
ン投影器18によるパターンを前記ワーク10の表面に
投影する。なお、測定面に、コントラストを検出可能な
表面模様等がある場合には、パターン投影を省略するこ
とができる。
【0023】ステップ102終了後、あるいは、前出ス
テップ100の判定結果が否である場合には、ステップ
104に進み、前記カメラ駆動装置14により、光学系
を含むビデオカメラ14の駆動を開始し、ワーク10に
対して距離が変わるようにする。
テップ100の判定結果が否である場合には、ステップ
104に進み、前記カメラ駆動装置14により、光学系
を含むビデオカメラ14の駆動を開始し、ワーク10に
対して距離が変わるようにする。
【0024】次いでステップ106に進み、ビデオカメ
ラ12によりワーク10表面の画像を撮影する。この撮
影は連続して行い、又、ステップ108で、画像撮影時
刻におけるビデオカメラ12のZ方向位置をメモリ30
に併行して記録する。
ラ12によりワーク10表面の画像を撮影する。この撮
影は連続して行い、又、ステップ108で、画像撮影時
刻におけるビデオカメラ12のZ方向位置をメモリ30
に併行して記録する。
【0025】次いで、ステップ110に進み、A/D変
換器22によりビデオカメラ12の出力画像信号をA/
D変換する。
換器22によりビデオカメラ12の出力画像信号をA/
D変換する。
【0026】次いでステップ112に進み、該A/D変
換器22の出力を画像メモリ24に記録する。
換器22の出力を画像メモリ24に記録する。
【0027】次いでステップ114に進み、前記局所領
域抽出回路26により、前記画像メモリ24に記録され
た全画面のデータから、図7に示すような、フォーカス
領域のデータを抽出する。
域抽出回路26により、前記画像メモリ24に記録され
た全画面のデータから、図7に示すような、フォーカス
領域のデータを抽出する。
【0028】次いでステップ116に進み、前記コント
ラスト演算回路28で、例えば次式に従って、本発明に
より隣接する画素の輝度の差分の2乗和によって定義さ
れるコンラストを実時間で演算する。
ラスト演算回路28で、例えば次式に従って、本発明に
より隣接する画素の輝度の差分の2乗和によって定義さ
れるコンラストを実時間で演算する。
【0029】
【数1】
【0030】ここで、 gx,y は、座標(x ,y )におけ
る画素の輝度であり、 g1,1 〜 gm, n により、前記フォ
ーカス領域が表わされる。
る画素の輝度であり、 g1,1 〜 gm, n により、前記フォ
ーカス領域が表わされる。
【0031】このコントラスト式(1)で差分の2乗値
を用いているのは、次の理由による。即ち、例えば鏡面
ワークに格子パターンを投影した場合、ピンぼけから合
焦まで、画像は図8のA〜Dに示すような変化を見せ
る。その際、C→Dの遷移時において、差分値の総和で
はコントラストの評価が行われない。C→Dの遷移時の
Aの部分の画像を構成する画素単位で微視的に表わした
ものが図9である。明部と暗部の明るさを差を1とし
て、格子パターンによるエッジが鮮明となっているとき
のコントラスト値を、差分の総和ΣΔ(比較例)及び差
分の2乗和の総和ΣΔ2 (本発明)で評価した値を、図
9の右側に示す。
を用いているのは、次の理由による。即ち、例えば鏡面
ワークに格子パターンを投影した場合、ピンぼけから合
焦まで、画像は図8のA〜Dに示すような変化を見せ
る。その際、C→Dの遷移時において、差分値の総和で
はコントラストの評価が行われない。C→Dの遷移時の
Aの部分の画像を構成する画素単位で微視的に表わした
ものが図9である。明部と暗部の明るさを差を1とし
て、格子パターンによるエッジが鮮明となっているとき
のコントラスト値を、差分の総和ΣΔ(比較例)及び差
分の2乗和の総和ΣΔ2 (本発明)で評価した値を、図
9の右側に示す。
【0032】図9から明らかな如く、比較例によるコン
トラストの定義では、エッジが鮮明となっているときの
コントラストの変化を表わすことができないが、本発明
によれば、明確に評価でき、焦点付近での分解能を高め
ることができ、パターン投影の有無や被測定物表面の性
質に影響されない測定が行われる。
トラストの定義では、エッジが鮮明となっているときの
コントラストの変化を表わすことができないが、本発明
によれば、明確に評価でき、焦点付近での分解能を高め
ることができ、パターン投影の有無や被測定物表面の性
質に影響されない測定が行われる。
【0033】なお、前記コントラスト式(1)でx 方向
とy 方向の2方向に計算を行っているのは、本発明のコ
ントラストに方向性があるためである。
とy 方向の2方向に計算を行っているのは、本発明のコ
ントラストに方向性があるためである。
【0034】前記カメラ駆動装置14によりビデオカメ
ラ12を駆動して、そのZ方向位置を変化させながら、
各位置毎に前記コントラストを演算する。このコントラ
スト演算は、画像メモリ24に量子化、保存された画像
に対して、ソフトウエアによって行うため、様々な方向
に対して行える。
ラ12を駆動して、そのZ方向位置を変化させながら、
各位置毎に前記コントラストを演算する。このコントラ
スト演算は、画像メモリ24に量子化、保存された画像
に対して、ソフトウエアによって行うため、様々な方向
に対して行える。
【0035】次いで、ステップ118に進み、カメラ駆
動を終了すべき位置にビデオカメラ12が到達したか否
かを判定する。判定結果が否である場合には、前出ステ
ップ104に戻り、更にコントラストのデータを集積す
る。
動を終了すべき位置にビデオカメラ12が到達したか否
かを判定する。判定結果が否である場合には、前出ステ
ップ104に戻り、更にコントラストのデータを集積す
る。
【0036】ステップ118の判定結果が真であり、ビ
デオカメラ12が所定のZ方向位置(サーチ限界)に到
達したと判断されるときには、ステップ120に進み、
ビデオカメラ12の駆動を停止する。
デオカメラ12が所定のZ方向位置(サーチ限界)に到
達したと判断されるときには、ステップ120に進み、
ビデオカメラ12の駆動を停止する。
【0037】次いで、ステップ122に進み、前記ピー
ク決定回路32で、例えば最小2乗法により、前出図4
に示したようなZ座標に対するコントラストを表わす曲
線のピーク近傍のある範囲Wに、図10に示す如く、例
えば2次曲線を当て嵌めて、測定点(サンプリング点)
間を補間し、該曲線の数式モデルにより、そのピーク位
置を決定する。
ク決定回路32で、例えば最小2乗法により、前出図4
に示したようなZ座標に対するコントラストを表わす曲
線のピーク近傍のある範囲Wに、図10に示す如く、例
えば2次曲線を当て嵌めて、測定点(サンプリング点)
間を補間し、該曲線の数式モデルにより、そのピーク位
置を決定する。
【0038】ここで、2次関数によって近似の行える範
囲をWとし、サンプリング時間をt(一定)とすると、
Z軸駆動速度v と、近似に使うサンプリング数n の間に
は、次式の関係が成立する。
囲をWとし、サンプリング時間をt(一定)とすると、
Z軸駆動速度v と、近似に使うサンプリング数n の間に
は、次式の関係が成立する。
【0039】 v =W/(n ・t ) ………(2)
【0040】このピーク決定は、例えばフォーカスのシ
ーケンスが、粗、中、精の3段階からなる場合には、図
11乃至図13に示す如く、まず移動範囲全域に亘って
ビデオカメラ12を高速に移動する粗サーチを行いなが
ら、ピーク位置を大まかに判定して中サーチ範囲を決定
し、次いで図12に示す如く、粗サーチで決定した中サ
ーチ範囲に亘ってビデオカメラ12を中速で移動する中
サーチを行いながら、ピーク位置を中サーチ範囲内で大
まかに判定して精サーチ範囲を決定し、更に、図13に
示す如く、中サーチで決定した狭い精サーチ範囲内で、
ビデオカメラ12を低速で移動する精サーチを行って、
最終的にピーク位置を高精度に決定することができる。
ーケンスが、粗、中、精の3段階からなる場合には、図
11乃至図13に示す如く、まず移動範囲全域に亘って
ビデオカメラ12を高速に移動する粗サーチを行いなが
ら、ピーク位置を大まかに判定して中サーチ範囲を決定
し、次いで図12に示す如く、粗サーチで決定した中サ
ーチ範囲に亘ってビデオカメラ12を中速で移動する中
サーチを行いながら、ピーク位置を中サーチ範囲内で大
まかに判定して精サーチ範囲を決定し、更に、図13に
示す如く、中サーチで決定した狭い精サーチ範囲内で、
ビデオカメラ12を低速で移動する精サーチを行って、
最終的にピーク位置を高精度に決定することができる。
【0041】次いで、ステップ124に進み、前記位置
決定回路34で前記のように決定されたピークに対応す
るビデオカメラ12のZ方向位置及びレンズ13の焦点
距離から、ワーク表面の位置を求めて出力し、測定を終
了する。
決定回路34で前記のように決定されたピークに対応す
るビデオカメラ12のZ方向位置及びレンズ13の焦点
距離から、ワーク表面の位置を求めて出力し、測定を終
了する。
【0042】本実施例においては、本発明が、非接触変
位測定に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、本発明によって定義されるコントラストが
最大となったことから、合焦状態を検出することも可能
である。
位測定に用いられていたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、本発明によって定義されるコントラストが
最大となったことから、合焦状態を検出することも可能
である。
【0043】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、被
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度な合焦検出や距離測定を行うこ
とができるという優れた効果を有する。
測定物に投影するパターンの周期性や方向性等の影響を
受けることなく、高精度な合焦検出や距離測定を行うこ
とができるという優れた効果を有する。
【図1】特開昭62−2118号によるZ軸方向位置測
定に不可欠な格子パターンの一例を示す平面図
定に不可欠な格子パターンの一例を示す平面図
【図2】特開平3−261804号で用いられている分
散によるコントラスト定義を示す線図
散によるコントラスト定義を示す線図
【図3】本発明によるコントラスト定義を示す線図
【図4】同じくZ−コントラスト曲線と焦点位置の関係
の一例を示す線図
の一例を示す線図
【図5】本発明に係る非接触変位測定装置の実施例の構
成を示すブロック線図
成を示すブロック線図
【図6】前記実施例における処理手順を示す流れ図
【図7】同じく画像データの一例を示す線図
【図8】同じくピンぼけから合焦までの画像の変化状態
の例を示す線図
の例を示す線図
【図9】同じく焦点付近でのコントラスト評価を、比較
例の場合と比較して示す線図
例の場合と比較して示す線図
【図10】同じくZ−コントラスト曲線に2次曲線を当
て嵌めている状態を示す線図
て嵌めている状態を示す線図
【図11】同じく粗サーチにおけるZ−コントラスト曲
線の一例を示す線図
線の一例を示す線図
【図12】同じく中サーチにおけるZ−コントラスト曲
線の一例を示す線図
線の一例を示す線図
【図13】同じく精サーチにおけるZ−コントラスト曲
線の一例を示す線図
線の一例を示す線図
10…ワーク(被測定物) 12…ビデオカメラ 13…レンズ 14…カメラ駆動装置 16…位置検出器 18…パターン投影器 20…画像処理装置 24…画像メモリ 26…局所領域抽出回路 28…コントラスト演算回路 32…ピーク決定回路 34…位置決定回路
Claims (3)
- 【請求項1】被測定物との距離を変化させながら、ビデ
オカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画像
のコントラストが最大になったことから合焦状態を検出
するようにした合焦検出方法において、 前記コントラストを、前記画像の隣接する画素の輝度の
差分のn (n は2以上の整数)乗和により求めることを
特徴とする合焦検出方法。 - 【請求項2】被測定物との距離を変化させながら、ビデ
オカメラにより該被測定物表面の画像を撮影し、該画像
のコントラストが最大になった時のビデオカメラの位置
により、被測定物表面の位置を測定するようにした非接
触変位測定方法において、 前記コントラストを、前記画像の隣接する画素の輝度の
差分のn 乗和により求めることを特徴とする非接触変位
測定方法。 - 【請求項3】被測定物との距離が可変とされたビデオカ
メラと、 該ビデオカメラの位置を検出する手段と、 前記ビデオカメラによって撮影された被測定物表面の画
像のうち、変位を測定すべき局所領域内の隣接画素の輝
度の差分のn 乗和としてコントラストを計算する手段
と、 ビデオカメラの位置を変化させながら、各位置毎に計算
した前記コントラストのピークを、最小2乗法により決
定する手段と、 該コントラストのピークに対応するビデオカメラ位置よ
り、被測定物表面の位置を求める手段と、 を備えたことを特徴とする非接触変位測定装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4186622A JP2696044B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 |
US08/089,104 US5404163A (en) | 1992-07-14 | 1993-07-12 | In-focus detection method and method and apparatus using the same for non contact displacement measurement |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4186622A JP2696044B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0634366A true JPH0634366A (ja) | 1994-02-08 |
JP2696044B2 JP2696044B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=16191806
Family Applications (1)
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JP4186622A Expired - Fee Related JP2696044B2 (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 合焦検出方法、これを用いた非接触変位測定方法及び装置 |
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- 1992-07-14 JP JP4186622A patent/JP2696044B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1993
- 1993-07-12 US US08/089,104 patent/US5404163A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
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US5404163A (en) | 1995-04-04 |
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