(57)【要約】【課題】対象物の形状を好適に計測できる形状計測装置を提供する。【解決手段】形状計測装置は、対象物の形状を計測する。形状計測装置は、対象物の三次元形状を特定する三次元形状特定部と、三次元形状のうち、所定の特徴を有する部分である特徴部分を特定する特徴部分特定部と、三次元形状から特徴部分を抽出し平面投影した二次元画像を生成する二次元画像生成部と、二次元画像に基づいて、特徴部分に対する計測を行う計測部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の形状を計測する形状計測装置であって、
前記対象物の三次元形状を特定する三次元形状特定部と、
前記三次元形状のうち、所定の特徴を有する部分である特徴部分を特定する特徴部分特定部と、
前記三次元形状から前記特徴部分を抽出し平面投影した二次元画像を生成する二次元画像生成部と、
前記二次元画像に基づいて、前記特徴部分に対する計測を行う計測部とを備える、形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の形状を計測する形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体形状を有する各種物体を対象物として、立体形状の特徴部分の抽出や抽出した特徴部分に対する計測が行われている。特許文献１は、神経細胞のスパインと呼ばれる微細構造の三次元形態の解析を行う形態解析方法を開示している。この形態解析方法においては、まず、一定方向（ｚ方向）から合焦面を移動させながら脳の切片を撮影して、脳神経細胞の三次元画像を取得する。次に、三次元画像を二次元平面（ｘｙ平面）にシルエット投影して脳神経細胞の二次元画像を求め、二次元画像に基づいて、脳神経細胞の二次元的な形状を特定し、脳神経細胞のスパインの二次元平面内での存在領域を抽出する。その後、スパインの三次元内での存在領域を抽出し、スパインの三次元形態を判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が開示する方法では、脳神経細胞の三次元画像を二次元平面にシルエット投影して脳神経細胞の二次元的な形状を特定し、これに基づいてスパインのような特徴部分の形状を抽出する。しかし、一般に対象物の形状によっては、特徴部分の近くに比較的大きな他の部分が存在する。このような対象物に、この方法を適用すると、投影方向によっては、投影方向から見て特徴部分が他の部分に重なるため、二次元画像において特徴部分が他の部分のシルエットの内部に隠れてしまい、特徴部分の特定および計測が困難となる。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、対象物の形状を好適に計測できる形状計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、対象物の形状を計測する形状計測装置であって、対象物の三次元形状を特定する三次元形状特定部と、三次元形状のうち、所定の特徴を有する部分である特徴部分を特定する特徴部分特定部と、三次元形状から特徴部分を抽出し平面投影した二次元画像を生成する二次元画像生成部と、二次元画像に基づいて、特徴部分に対する計測を行う計測部とを備える、形状計測装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、対象物の形状を好適に計測できる形状計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る形状計測装置の機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る処理を示すフローチャート
【図３】本発明の一実施形態に係る対象物の三次元形状を示す図
【図４】本発明の一実施形態に係る対象物とその特徴部分とを区別して示す図
【図５】本発明の一実施形態に係る対象物とその特徴部分とを区別して示す図および特徴部分を抽出して示す図
【図６】従来例に係る対象物のシルエットを示す図
【図７】本発明の一実施形態に係る特徴部分とその細線化の結果とを示す図
【図８】本発明の一実施形態に係る特徴部分とその細線化の結果とを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態）
本発明に係る形状計測装置は、対象物の三次元形状から特徴部分を抽出したのち、特徴部分を平面に投影した二次元画像を生成して、特徴部分に対する各種計測を行う。これにより、特徴部分の背景に存在する対象物の他の部分が相対的に大きい場合であっても、二次元画像に特徴部分が投影され、他の部分が投影されないので、二次元画像に基づいて特徴部分に対する各種の計測を好適に実施することができる。
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
＜構成＞
図１に、本実施形態における形状計測装置１０の機能ブロック図を示す。形状計測装置１０は、三次元形状特定部１１、特徴部分特定部１２、二次元画像生成部１３、計測部１４を含む。
【００１２】
三次元形状特定部１１は、対象物を撮影したデータ等に基づいて、対象物の三次元形状を特定する。
【００１３】
特徴部分特定部１２は、三次元形状特定部１１が特定した三次元形状に基づいて、三次元形状のうち所定の特徴を有する部分である特徴部分を特定する。
【００１４】
二次元画像生成部１３は、特徴部分特定部１２が特定した特徴部分を三次元形状から抽出し、抽出した特徴部分を平面に投影した二次元画像を生成する。
【００１５】
計測部１４は、二次元画像生成部１３が生成した二次元画像に基づいて、特徴部分に対する各種計測を行う。
【００１６】
なお、以上の各部の機能は、プロセッサとメモリとを有する１つあるいは２つ以上のコンピューターによって実現することができる。
【００１７】
＜処理＞
本実施形態に係る処理の例を説明する。図２に、処理の一例を示すフローチャートを示す。
【００１８】
（ステップＳ１０１）：三次元形状特定部１１は、対象物の三次元形状を表す情報を取得する。対象物は、限定されないが、例えば金属製の部品であり、表面から突出するウィスカと呼ばれる概線形状（略線形の微細な突起物）を有しうる。対象物の三次元形状は、例えば、単眼カメラを用いた合焦点法を用いて測定することができる。すなわち、対象物の三次元形状は、レンズから合焦位置までの距離が固定されているカメラを用いて、対象物を特定の撮影方向から、対象物までの距離を変えながら複数回撮影することで測定することができる。三次元形状特定部１１は、対象物の三次元形状を表す情報として、あらかじめ外部のカメラが撮影した画像を取得してもよいし、三次元形状特定部１１自体が、カメラを備え対象物の撮影を行って画像を取得してもよい。
【００１９】
（ステップＳ１０２）：三次元形状特定部１１は、対象物の三次元形状を表す情報に基づいて、対象物の三次元形状を特定する。例えば、三次元形状特定部１１は、上述の複数回の撮影で得られた各画像における合焦度が高い部分と、その画像を撮影したときの対象物までの距離とに基づいて、対象物表面の合焦位置の空間分布を算出することにより対象物の三次元形状を特定することができる。
【００２０】
（ステップＳ１０３）：特徴部分特定部１２は、三次元形状から特徴部分を特定する。特徴部分特定部１２は、三次元形状に基づいて、例えば、その表面の各部分の法線や曲率等を算出する。そして、特徴部分特定部１２は、これらの値やその分布が所定の特性を有する部分があれば、特性に応じてその部分を平面、曲面、概線形状等の種別に分類する。このような三次元形状の分類は、適宜公知の方法を用いて行うことができる。本実施形態では、一例として、三次元形状のうち、概線形状の部分を特定する。
【００２１】
（ステップＳ１０４）：二次元画像生成部１３は、三次元形状から特徴部分を抽出し、抽出した特徴部分を平面に投影処理することによって二次元画像を生成する。投影方向は、典型的には上述したカメラの撮影方向と同じ方向であるが、異なる方向であってもよい。
【００２２】
（ステップＳ１０５）：計測部１４は、二次元画像に基づいて、特徴部分に対する各種計測を行い、計測結果を出力する。本実施形態では、一例として、特徴部分である概線形状の長さを計測する。
【００２３】
以上で、処理は終了となる。なお、ステップＳ１０３で特定した特徴部分が複数ある場合は、適宜対象とする特徴部分を選択して、選択した特徴部分ごとにステップＳ１０４、Ｓ１０５の処理を繰り返せばよい。
【００２４】
また、ステップＳ１０１における撮影方向やその数、および、ステップＳ１０４における、投影方向やその数は限定されない。ステップＳ１０１における撮影方向とステップＳ１０４における投影方向は、一致してもよいし、一致しなくてもよい。ステップＳ１０４では、例えば、あらかじめ定めた複数の投影方向で二次元画像を生成しておき、そのうち、ステップＳ１０５において、計測の都合上好適なものを、実際の計測に用いるようにしてもよい。
【００２５】
また、ステップＳ１０４において、二次元画像生成部１３は、１つの特徴部分を２つ以上に分割し、分割した部分ごとに二次元画像を生成してもよい。例えば、投影方向から見て、特徴部分と他の部分とが重なった結果、特徴部分の抽出や投影処理に影響が生じ二次元画像において特徴部分の形状が損なわれる等、ステップＳ１０５での計測が好適にできない場合がある。このような場合は、特徴部分を、他の部分との重なり位置で分割して、それぞれの二次元画像を生成すればよい。また、この場合、ステップＳ１０５において、計測部１４は、分割した部分ごとの二次元画像に基づいてその部分について計測を行い、計測結果を適宜統合して、分割前の特徴部分に対する計測結果とすればよい。
【００２６】
以下に、具体的な例を示す。本例では、対象物は金属製の部品であり、特徴部分として概線形状のウィスカと呼ばれる部分を特定して長さを計測する。図３に、上述のステップＳ１０２で三次元形状特定部１１が特定した対象物９００の三次元形状の例を示す。なお、図示の都合上、対象物９００の輪郭の一部を点線で補って示す。
【００２７】
図４および図５の（ａ）に、上述のステップＳ１０３で特徴部分特定部１２が特定した概線形状９０１を、対象物９００の他の部分と色分けして示す。比較のために、図６に、上述の特許文献１の方法のように対象物９００をシルエット投影した画像を示す。概線形状９０１は、図６では、シルエットの内部に隠れ他の部分と区別できないのに対して、本例では、図５の（ａ）に示すように、投影前に概線形状９０１を特定しているので、他の部分と区別することができる。
【００２８】
図５の（ｂ）に、上述のステップＳ１０４で二次元画像生成部１３が生成した二次元画像を示す。この二次元画像では、対象物９００の三次元形状から概線形状９０１のみが抽出されて平面に投影されている。
【００２９】
上述のステップＳ１０５で、計測部１４は、二次元画像に基づいて、概線形状９０１の長さを測定する。以下にその方法を説明する。まず、計測部１４は、概線形状９０１に対して細線化と呼ばれる処理を行う。細線化は、二次元画像内で、概線形状９０１の形状を、１つの線分または２つ以上の線分がつながった折れ線である、細線によって、概線形状９０１の連結性を維持しつつその延伸方向を模式化する処理であり、公知の各種方法で実行できる。細線は、各線分の端点をそれぞれ表す複数の平面座標（ｘｙ座標）の組で規定される。図７に概線形状９０１に細線化処理の結果を黒い線で重ねて示す。
【００３０】
次に、計測部１４は、細線化によって得られた細線を三次元化する。この処理は、三次元形状特定部１１が特定した概線形状９０１の三次元形状において、細線を構成する各線分の端点にそれぞれ対応する各点を特定し、その三次元座標を算出することで行う。各点の三次元座標は、例えば、適切な座標変換演算によって、上述の二次元画像における細線を構成する各線分の端点の平面座標（ｘｙ座標）のそれぞれにｚ座標を加えたｘｙｚ座標で表現することができる。この場合、ｚ座標は、二次元平面の投影方向に沿った座標となる。なお、後述の方法で長さを求めるためには、座標系は正規直交系であることが好ましい。
【００３１】
次に、計測部１４は、概線形状９０１の長さを算出する。図８に、図７に示す細線の各点に対して、上述の三次元化によって三次元座標が特定された様子を示す。概線形状９０１の長さＬは、細線を構成する各線分の長さの和で求められる。三次元化した細線が、点（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と点（ｘｉ＋１，ｙｉ＋１，ｚｉ＋１）とを結ぶ線分（ｉ＝１，２，…，ｎ−１：ｎは点の数）によって構成されるものとすると、概線形状９０１の長さＬは以下の式によって算出できる。
【００３２】
【数１】
2020190456.tif 000003
【００３３】
なお、ステップＳ１０４において、二次元画像生成部１３が、複数の投影方向で二次元画像を生成した場合、計測部１４は、複数の二次元画像のうち、上述の三次元座標の数ｎが最も多いものを、概線形状９０１の形状特性が最も多く反映されたものとして、長さの測定に用いてもよい。あるいは、計測部１４は、各二次元画像における三次元化する前の細線の長さを、上述の平面座標（ｘｙ座標）に基づいて算出し、複数の二次元画像のうち、三次元化する前の細線の長さが最も大きいものを、概線形状９０１の形状特性が最も平面上に精度よく投影されたものとして、長さの測定に用いてもよい。
【００３４】
また、概線形状９０１を２つ以上に分割して、各部分を投影した２つ以上の二次元画像を生成した場合、計測部１４は、各二次元画像に基づいて算出した各部分の長さを合計することで、概線形状９０１全体の長さを算出することができる。
【００３５】
（効果）
本発明においては、対象物の三次元形状から特徴部分を抽出したのち、特徴部分を平面に投影した二次元画像を生成して、特徴部分に対する各種計測を行う。これにより、特徴部分の背景に存在する対象物の他の部分が相対的に大きい場合であっても、二次元画像に特徴部分が投影され、他の部分が投影されないので、二次元画像に基づいて特徴部分に対する各種の計測を好適に実施することができる。
【００３６】
なお、本発明は、形状計測装置として捉えるだけでなく、形状計測方法、形状計測装置のコンピューターが実行するプログラム、プログラムを格納したコンピューター読み取り可能な非一時的記録媒体として捉えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、各種物体の形状計測装置等に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    形状計測装置
１１    三次元形状特定部
１２    特徴部分特定部
１３    二次元画像生成部
１４    計測部
９００    対象物
９０１    概線形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020190456.tif 000009
【図７】
2020190456.tif 000010
【図８】
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