(57)【要約】【課題】  部材の３次元位置の測定に係る煩雑さを軽減させることができる測定方法、測定装置、測定制御プログラムを提供する。【解決手段】  平面に載置された対象部材をカメラにより撮像し、撮像した撮像画像を取得し、取得した撮像画像において、対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存し、第１テンプレートと撮像画像とのマッチングに基づいて、対象部材のカメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出し、センサによって面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得し、取得した面外方向位置データに基づいて、２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成し、生成した面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正し、補正した面外方向画像と第１テンプレートとのマッチングに基づいて、対象部材の面外方向の位置を検出する。【選択図】図４
2010203826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に載置された対象部材をカメラにより撮像し、
撮像した撮像画像を取得し、
取得した撮像画像において、対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存し、
前記第１テンプレートと前記撮像画像とのマッチングに基づいて、前記対象部材の前記カメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出し、
センサによって前記面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得し、
取得した面外方向位置データに基づいて、前記２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成し、
生成した面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正し、
補正した面外方向画像と前記第１テンプレートとのマッチングに基づいて、前記対象部材の面外方向の位置を検出することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記カメラにより前記平面方向における水平及び垂直方向の直線形状を持つ直線パターンを前記対象部材とともに撮像し、
前記面外方向センサにより前記直線パターンを前記対象部材とともに走査し、
前記撮像画像上の前記直線パターンを含む領域として指定された領域の画像を、第２テンプレートとして前記メモリに保存し、
前記所定の比率により縦横比を変更した面外方向画像と前記第２テンプレートとのマッチングに基づいて前記面外方向画像における前記直線パターンを検出し、該直線パターンの直線形状の距離に基づく比率により前記面外方向画像の縦横比を補正することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記面内方向位置の検出は、前記第１テンプレートとのマッチングにおける相関値が最も高い前記撮像画像上の領域内において、前記対象部材の先端を含む領域として指定された領域の撮像画像のエッジを検出し、検出したエッジのうち、並行するエッジを２つの直線として求め、２つの直線から同距離である中心線とエッジとの交差点を前記対象部材の面内方向位置として検出することを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
平面上に載置された対象部材を撮像するカメラと、
前記平面に対する高さを検出する面外方向センサと、
前記カメラにより撮像された撮像画像を取得する第１取得部と、
前記第１取得部により取得された撮像画像において前記対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存する保存部と、
前記第１テンプレートと前記撮像画像とのマッチングに基づいて、前記対象部材の前記カメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出する第１検出部と、
前記面外方向センサによって前記面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得する第２取得部と、
前記第２取得部により取得された面外方向位置データに基づいて、前記２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正する補正部と、
前記補正部により補正された面外方向画像と前記第１テンプレートとのマッチングに基づいて、前記対象部材の面外方向の位置を検出する第２検出部と
を備える測定装置。
【請求項５】
平面上に載置された測定対象である対象部材を撮像するカメラと、前記対象部材の前記平面に対する高さである面外方向位置を検出する面外方向センサとを有する測定装置を制御する測定制御プログラムであって、
前記カメラにより撮像された撮像画像を取得する第１取得ステップと、
前記第１取得ステップにより取得された撮像画像において前記対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存する保存ステップと、
前記第１テンプレートと前記撮像画像とのマッチングに基づいて、前記対象部材の前記カメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出する第１検出ステップと、
前記面外方向センサによって前記面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得する第２取得ステップと、
前記第２取得ステップにより取得された面外方向位置データに基づいて、前記２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成する画像生成ステップと、
前記画像生成ステップにより生成された面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正する補正ステップと、
前記補正ステップにより補正された面外方向画像と前記第１テンプレートとのマッチングに基づいて、前記対象部材の面外方向の位置を検出する第２検出ステップと
をコンピュータに実行させる測定制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の３次元位置を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部材の３次元位置を測定する技術として、光切断法などの高さセンサによる測定が知られている。この高さセンサによる測定は、図３１に示すような対象部材に対して高さセンサにより得られた高さデータに基づいて、面内方向における面外方向の高さを示す高さ画像を生成する。具体的には、高さセンサは、図３２に示すように、ラインレーザにより対象部材に照射したレーザ光を、対象物に対して視角の異なるカメラにより撮像することにより高さデータを得る。この際、図３３に示すように、カメラにより撮像される画像におけるレーザ光は高さによってその位置が異なる。この位置の違いによって、対象部材の高さを測定することが可能となる。次に、例えば、高さ画像に対するテンプレートマッチングのような画像処理により面内方向の位置が検出され、この検出位置から着目する領域中の高さデータが抽出されることにより、面外方向の位置が検出される。
【０００３】
しかし、高さセンサによる測定は、対象部材に対する高さセンサの走査速度のムラや、数画素分の重心演算などにより、面内方向の位置精度が悪いという問題がある。これに対し、高さセンサによる部材の３次元位置の測定技術として、測定する部材に対して、さらに高さ画像用のテンプレートを用意し、高さ画像中から着目領域をサーチする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−１５０７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１によれば、面内方向と面外方向との位置検出のそれぞれにテンプレートが必要となることにより、テンプレートを作成する負担が増加し、測定に係る処理が煩雑となるという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、部材の３次元位置の測定に係る煩雑さを軽減させることができる測定方法、測定装置及び測定制御プログラム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】
【０００７】
上述した課題を解決するため、測定方法は、平面に載置された対象部材をカメラにより撮像し、撮像した撮像画像を取得し、取得した撮像画像において、対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存し、前記第１テンプレートと前記撮像画像とのマッチングに基づいて、前記対象部材の前記カメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出し、センサによって前記面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得し、取得した面外方向位置データに基づいて、前記２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成し、生成した面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正し、補正した面外方向画像と前記第１テンプレートとのマッチングに基づいて、前記対象部材の面外方向の位置を検出する。
【０００８】
また、測定装置は、平面上に載置された対象部材を撮像するカメラと、前記平面に対する高さを検出する面外方向センサと、前記カメラにより撮像された撮像画像を取得する第１取得部と、前記第１取得部により取得された撮像画像において前記対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存する保存部と、前記第１テンプレートと前記撮像画像とのマッチングに基づいて、前記対象部材の前記カメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出する第１検出部と、前記面外方向センサによって前記面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得する第２取得部と、前記第２取得部により取得された面外方向位置データに基づいて、前記２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部により生成された面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正する補正部と、前記補正部により補正された面外方向画像と前記第１テンプレートとのマッチングに基づいて、前記対象部材の面外方向の位置を検出する第２検出部とを備える。
【０００９】
また、測定制御プログラムは、平面上に載置された測定対象である対象部材を撮像するカメラと、前記対象部材の前記平面に対する高さである面外方向位置を検出する面外方向センサとを有する測定装置を制御する測定制御プログラムであって、前記カメラにより撮像された撮像画像を取得する第１取得ステップと、前記第１取得ステップにより取得された撮像画像において前記対象部材を含む領域として指定された領域の画像を第１テンプレートとしてメモリに保存する保存ステップと、前記第１テンプレートと前記撮像画像とのマッチングに基づいて、前記対象部材の前記カメラと対向する面の位置である面内方向位置を検出する第１検出ステップと、前記面外方向センサによって前記面内方向の２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを取得する第２取得ステップと、前記第２取得ステップにより取得された面外方向位置データに基づいて、前記２次元配列のそれぞれにおける面外方向位置データを画素値により表現する面外方向画像を生成する画像生成ステップと、前記画像生成ステップにより生成された面外方向画像の縦横比を所定の比率に基づいて補正する補正ステップと、前記補正ステップにより補正された面外方向画像と前記第１テンプレートとのマッチングに基づいて、前記対象部材の面外方向の位置を検出する第２検出ステップとをコンピュータに実行させる
【発明の効果】
【００１０】
部材の３次元位置の測定に係る煩雑さを軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【図２】制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【図３】制御装置の機能構成を示す図である。
【図４】対象部材の３次元位置測定に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】テンプレート画像作成処理の動作を示すフローチャートである。
【図６】画像センサによる撮像画像を示す図である。
【図７】対象部材に対するＲＯＩを示す図である。
【図８】対象部材のテンプレート画像を示す図である。
【図９】補正比率算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】比率基準器に対するＲＯＩを示す図である。
【図１１】比率基準画像を示す図である。
【図１２】高さデータを示す図である。
【図１３】レーザ光のライン方向と、走査方向を示す図である。
【図１４】補正前の高さ画像を示す図である。
【図１５】推定比率による補正後の高さ画像を示す図である。
【図１６】高さ画像と比率基準画像のマッチングを示す図である。
【図１７】相関値を算出する式を示す図である。
【図１８】比率基準器の水平方向の距離を示す図である。
【図１９】水平方向の距離Ｌ１を算出する式を示す図である。
【図２０】比率基準器の垂直方向の距離を示す図である。
【図２１】垂直方向の距離Ｌ２を算出する式を示す図である。
【図２２】面内方向位置検出処理の動作を示すフローチャートである。
【図２３】画像センサによる画像に対するテンプレート画像によるマッチング処理を示す図である。
【図２４】部材先端位置検出処理の動作を示すフローチャートである。
【図２５】対象部材の先端に対するＲＯＩを示す図である。
【図２６】Ｓｏｂｅｌフィルタに係る式を示す図である。
【図２７】対象部材の先端の検出におけるエッジと垂直ラインを示す図である。
【図２８】面外方向位置検出処理の動作を示すフローチャートである。
【図２９】高さ画像とテンプレート画像とのマッチングを示す図である。
【図３０】コンピュータシステムを示す図である。
【図３１】対象部材を示す図である。
【図３２】高さセンサの概要を示す図である。
【図３３】高さセンサの原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
まず、本実施の形態に係る測定装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る測定装置１は、画像センサ１０、高さセンサ１１、直動ステージ１２、制御装置１３を備え、平面上に載置された部材の３次元位置を測定する。画像センサ１０は、測定の対象である対象部材を、対象部材が載置された平面に対して垂直方向から撮像する。また、高さセンサ１１は、ラインレーザとカメラを用いた光切断法により、載置された平面からの対象部材の高さ（面外方向位置）を測定する。なお、この高さセンサ１１は、光切断法以外の方法により対象部材の高さを測定するものであっても良く、対象部材が載置される平面方向の走査により対象部材の高さを測定するものであれば構わない。また、直動ステージ１２は、高さセンサ１１による対象部材の高さ測定において、ラインレーザによる対象部材の走査を行うために、高さセンサ１１を移動させる。また、制御装置１３は、３次元位置の測定において、画像センサ１０、高さセンサ１１、直動ステージ１２の制御と、３次元位置測定に係る処理を実行する。なお、本実施の形態に係る測定装置１は、３次元位置測定において、対象部材とともに比率基準器（直線パターン）を撮像及び走査する。この比率基準器は、後述する高さデータ（面外方向位置データ）に基づく高さ画像の縦横比の補正において、その比率の基準として用いられる。また、比率基準器は、水平方向及び垂直方向にその距離を算出可能に、特徴的な形状をもつ。本実施の形態においては、この特徴的な形状は十字形であり、この十字形において水平方向及び垂直方向の直線は互いに同距離である。また、この十字形は、画像センサ及び高さセンサによりその形状が読み取り可能なように、凹部、または凸部により表現される。
【００１５】
次に、制御装置のハードウェア構成及び機能構成について説明する。図２は、制御装置のハードウェア構成を示す図である。また、図３は、制御装置の機能構成を示す図である。
【００１６】
図２に示すように、制御装置１３は、ハードウェアとして、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９５１、メモリ９５２を備える。また、図３に示すように制御装置１３は、機能として、画像取得部（第１取得部）１３１、面内画像処理部（画像生成部、第１検出部）１３２、面内方向位置検出部（第１検出部）１３３、保存部１３４、高さデータ取得部（第２取得部）１３５、高さ画像生成部（画像生成部）１３６、面外画像処理部（補正部、第２検出部）１３７、面外方向位置検出部（第２検出部）１３８を備える。なお、これらの機能はＣＰＵ９５１により実現される。画像取得部１３１は、画像センサ１０に対象部材及び比率基準器を撮像させ、撮像画像を取得する。また、面内画像処理部１３２は、撮像画像に基づいてテンプレート画像（第１テンプレート）を作成し、テンプレート画像によるマッチング処理を行う。また、面内方向位置検出部１３３は、面内画像処理部１３２によるマッチング処理により、対象部材の面内方向の位置を求める。また、高さデータ取得部１３５は、高さセンサ１１に対象部材及び比率基準器の高さを測定させ、２次元上の高さを示す高さデータを取得する。また、高さ画像生成部１３６は、高さデータにおける２次元上の高さを輝度値に変換することで対象部材の高さが輝度により示される高さ画像を生成する。また、面外画像処理部１３７は、高さ画像の縦横比を補正するとともに、テンプレート画像によるマッチング処理を行う。また、面外方向位置検出部１３８は、補正された高さ画像に基づいて、対象部材の高さを検出する。
【００１７】
次に、本実施の形態に係る測定装置による対象部材の３次元位置測定の動作について説明する。図４は、対象部材の３次元位置測定に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、図４に示す各処理の動作の詳細については後述する。
【００１８】
図４に示すように、まず、制御装置１３は、３次元位置測定に係るテンプレート画像を作成するテンプレート画像作成処理を実行し（Ｓ１０１）、次に、作成したテンプレート画像を用いて、高さ画像の縦横比を補正するための比率を算出する補正比率算出処理を実行する（Ｓ１０２）。次に、制御装置１３は、対象部材の面内方向位置を検出する面内方向位置検出処理を実行し（Ｓ１０３）、対象部材の面外方向位置を検出する面外方向位置検出処理を実行し（Ｓ１０４）、対象部材に係る全測定が終了したかどうかを判断する（Ｓ１０５）。
【００１９】
対象部材に係る全測定が終了した場合（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、制御装置１３は、３次元位置測定を終了する。
【００２０】
一方、対象部材に係る全測定が終了していない場合、つまり、指定された他の測定が存在する場合（Ｓ１０５，ＮＯ）、制御装置１３は、再度、面内方向位置検出処理を実行する（Ｓ１０３）。
【００２１】
次に、テンプレート画像作成処理について説明する。図５は、テンプレート画像作成処理の動作を示すフローチャートである。また、図６は、画像センサによる撮像画像を示す図である。また、図７は、対象部材に対するＲＯＩを示す図である。また、図８は、対象部材のテンプレート画像を示す図である。以下、図５に示す動作を、図６〜８を参照しつつ説明する。
【００２２】
制御装置１３の画像取得部１３１は、図６に示すように、画像センサ１０に対象部材及び比率基準器を撮像させ、その撮像画像を取得する（Ｓ２０１、第１取得ステップ）。次に、面内画像処理部１３２は、撮像画像において、図７に示すように対象部材を囲むように設定されたＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）内の画像を、図８に示すようなテンプレート画像としてメモリ９５２に保存し（Ｓ２０２、保存ステップ）、テンプレート画像作成処理を終了する。なお、撮像画像に設定されるＲＯＩは、手動により設定される。
【００２３】
次に、補正比率算出処理について説明する。図９は補正比率算出処理の動作を示すフローチャートである。また、図１０は、比率基準器に対するＲＯＩを示す図である。また、図１１は、比率基準画像を示す図である。また、図１２は、高さデータを示す図である。また、図１３は、レーザ光のライン方向と、走査方向を示す図である。また、図１４は、補正前の高さ画像を示す図である。また、図１５は、推定比率による補正後の高さ画像を示す図である。また、図１６は、高さ画像と比率基準画像のマッチングを示す図である。また、図１７は、相関値を算出する式を示す図である。また、図１８は、比率基準器の水平方向の距離を示す図である。また、図１９は、水平方向の距離Ｌ１を算出する式を示す図である。また、図２０は、比率基準器の垂直方向の距離を示す図である。また、図２１は、垂直方向の距離Ｌ２を算出する式を示す図である。以下、図９に示す動作を、図１０〜２１を参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、制御装置１３の面内画像処理部１３２は、図１０に示すように、撮像画像において、比率基準器を囲むように設定されたＲＯＩ内の画像を、図１１に示すような比率基準画像（第２テンプレート）としてメモリ９５２に保存する（Ｓ３０１、保存ステップ）。次に、高さデータ取得部１３５は、高さセンサ１１に対象部材及び比率基準器の高さを測定させ、対象部材の面内方向に相当する２次元配列において、配列のそれぞれが対象部材の高さを示す高さデータを取得する（Ｓ３０２、第２取得ステップ）。この高さデータは、図１２に示すように、対象部材が載置された平面を２次元配列とし、その配列のそれぞれにおける高さを示すデータである。
【００２５】
次に、高さ画像生成部１３６は、高さデータに基づいて、高さ画像を生成する（Ｓ３０３、画像生成ステップ）。ここで、高さ画像について説明する。この高さ画像は、図１３に示すように、レーザ光のライン方向をｍ、走査方向をｎとし、ある点における高さをＨ（ｍ，ｎ）とし、高さの最小値をＨｍｉｎ、高さの最大値をＨｍａｘとした場合、ある点の画素値Ｉ（ｍ，ｎ）は、以下の式により求められる。
Ｉ（ｍ，ｎ）＝２５５×（Ｈ（ｍ，ｎ）−Ｈｍｉｎ）／（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）
【００２６】
この式に示すように線形補間されることにより、高さデータから高さ画像が生成される。なお、この式によれば、高さデータは、２５６階調の白黒濃淡画像に変換される。つまり、高さデータは、面内方向の２次元配列における面外方向位置が０〜２５５で示される１つのパラメータ（画素値）により示される画像に変換される。
【００２７】
高さ画像生成部１３６により高さ画像が生成されると、面外画像処理部１３７は、推定比率ｃＥＳＴ（所定の比率）を用いて、図１４に示すような高さ画像の縦横比を補正する（Ｓ３０４、補正ステップ）。具体的には、縦の画素数をｍ、横の画素数をｎとした場合、走査方向であるｎに対して推定比率ｃＥＳＴを乗算する。
【００２８】
次に、面外画像処理部１３７は、図１５に示すような補正後の高さ画像上で、比率基準画像を走査させるマッチング処理により、比率基準器を検出する（Ｓ３０５、補正ステップ）。ここでマッチング処理について説明する。このマッチング処理は、図１６に示すように、走査する画像（比率基準画像）をＭ、被検出対象である画像（高さ画像）をＩとした場合、ＭとＩを比較することによりＩからＭを検出する。具体的には、マッチング処理は、Ｉの画素をＩ（ｉ，ｊ）、Ｍの画素をＭ（ｉ，ｊ）とした場合、図１７に示す式により相関値ｋ（ａ，ｂ）を求め、その相関値が画像Ｉにおいて最大になるようなＭの位置を決定する。なお、ここでａ，ｂは、画像Ｍの走査量を示しており、ａ，ｂが１画素ずつシフトされることにより、画像Ｉの各位置における画像Ｉに対するＭの相関値が求められる。
【００２９】
なお、面外画像処理部１３７は、画像Ｉに対するＭの相関値が最も高くなるように、推定比率ｃＥＳＴを変えることも可能である。以下、推定比率の最適化について説明する。まず、面外画像処理部１３７は、推定比率を０．９，０．８，０．７，…というように複数段階に設定し、それぞれの推定比率により高さ画像を補正する。次に、面外画像処理部１３７は、それぞれの推定比率により補正された高さ画像に対して上述したマッチング処理を行い、最も相関値が高くなる高さ画像の推定比率を最適な推定比率とする。なお、ある推定比率（例えば０．６）が最適比率になった場合、その推定比率を０．５１，０．５２，０．５３，…というようにさらに細かく複数段階に設定しても良い。この場合、面外画像処理部１３７は、相関値が高くなるように画像Ｉの比率の補正と、画像Ｍとのマッチング処理を繰り返す。このように、さらに最適な推定比率を求めることで、縦横比の精度がより高くなるように高さ画像を補正することが可能となる。
【００３０】
次に、面外画像処理部１３７は、図１８に示すように、補正後の高さ画像上における比率基準器における十字形の水平方向の直線の左右の先端点Ｃ，Ｄを検出する（Ｓ３０６）。具体的には、面外画像処理部１３７は、十字形の水平方向の直線に沿って、隣接する２つの画素の輝度差を算出し、所定のしきい値Ｉｔｈと比較することにより、十字形の左右の先端点の位置Ｃ（ｉｍａｘＣ，ｊｍａｘＣ），Ｄ（ｉｍａｘＤ，ｊｍａｘＤ）を検出する。ここで、面外画像処理部１３７は、十字形の水平方向と垂直方向の直線の交点の座標を（ｘ，ｙ）とし、直線の傾きをａ１とした場合、点Ｃ，Ｄを結ぶ直線Ｌ１をｙ＝ａ１・ｘと定義する。なお、ここでｘは、高さセンサの走査方向、ｙはレーザのライン方向を示す。この場合、先端点は｜Ｉ（ｘ，ａ１・ｘ）−Ｉ（ｘ＋１，ａ１・ｘ＋１）｜＞Ｉｔｈとなる点である。次に、面外画像処理部１３７は、点Ｃ，Ｄ間の直線距離Ｌ１を算出する（Ｓ３０７）。具体的に、距離Ｌ１は、図１９に示す式により求められる。
【００３１】
次に、面外画像処理部１３７は、図２０に示すように、補正後の高さ画像上における比率基準器における十字形の垂直方向の直線の左右の先端点Ｅ，Ｆを検出する（Ｓ３０８）。具体的には、面外画像処理部１３７は、点Ｃ，Ｄと同様に、十字形の垂直方向の直線に沿って、隣接する２つの画素の輝度差を算出し、所定のしきい値Ｉｔｈと比較することにより、十字形の左右の先端点の位置Ｅ（ｉｍａｘＥ，ｊｍａｘＥ），Ｆ（ｉｍａｘＦ，ｊｍａｘＦ）を検出する。ここで、面外画像処理部１３７は、点Ｅ，Ｆを結ぶ直線Ｌ２の傾きをａ２とした場合、直線Ｌ２をｙ＝ａ２・ｘと定義する。この場合、先端点は｜Ｉ（ｘ，ａ２・ｘ）−Ｉ（ｘ＋１，ａ２・ｘ＋１）｜＞Ｉｔｈとなる点である。次に、面外画像処理部１３７は、点Ｅ，Ｆ間の直線距離Ｌ２を算出する（Ｓ３０９）。具体的に、距離Ｌ２は、図２１に示す式により求められる。
【００３２】
補正後の高さ画像上において、十字形の水平、垂直方向の距離を求めると、面外画像処理部１３７は、これらの距離に基づいて、補正比率ｃを算出する（Ｓ３１０）。この補正比率ｃは、Ｌ１とＬ２が一致すれば高さ画像の縦横比が画像センサ１０により撮像された画像と同等となるため、ｃ＝ｃＥＳＴ・Ｌ１／Ｌ２により求められる。
【００３３】
次に、面内方向位置検出処理について説明する。図２２は、面内方向位置検出処理の動作を示すフローチャートである。また、図２３は、画像センサによる画像に対するテンプレート画像によるマッチング処理を示す図である。
【００３４】
図２２に示すように、まず、画像取得部１３１は、画像センサ１０に対象部材及び比率基準器を撮像させ、その撮像画像を取得する（Ｓ４０１）。次に、面内画像処理部１３２は、テンプレート画像と撮像画像とのマッチング処理を行う（Ｓ４０２、第１検出ステップ）。
【００３５】
次に、面内方向位置検出部１３３は、対象部材の先端位置を検出する部材先端位置検出処理を実行し（Ｓ４０３、第１検出ステップ）、３次元位置測定を行っている対象部材が、１個目の部材であるかどうかを判断する（Ｓ４０４）。なお、部材先端位置検出処理については後述する。
【００３６】
対象部材が１個目の部材である場合（Ｓ４０４，ＹＥＳ）、面内方向位置検出部１３３は、部材先端位置検出処理により検出された対象部材の先端位置を基準位置として登録する（Ｓ４０５、第１検出ステップ）。なお、対象部材の先端位置を検出する必要がなく、部材先端位置検出処理が行われない場合、面内方向位置検出部１３３は、テンプレート画像と撮像画像とのマッチング処理において、その相関値が最も高いテンプレート画像の重心位置を、撮像画像における対象部材の位置とする。
【００３７】
一方、対象部材が１個目の部材ではない場合（Ｓ４０４，ＮＯ）、面内方向位置検出部１３３は、部材先端位置検出処理により検出された対象部材の先端位置の基準位置からの相対的な位置を算出する（Ｓ４０６）。このように、対象部材が複数ある場合、その相対的な位置関係を算出することにより、例えば、複数部材からなる部品の検査、調整を行うことができる。
【００３８】
次に、部材先端位置検出処理について説明する。図２４は、部材先端位置検出処理の動作を示すフローチャートである。また、図２５は、対象部材の先端に対するＲＯＩを示す図である。また、図２６は、Ｓｏｂｅｌフィルタに係る式を示す図である。また、図２７は、対象部材の先端の検出におけるエッジと垂直ラインを示す図である。以下、図２４に示す動作を、図２５〜２７を参照しつつ説明する。
【００３９】
まず、面内方向位置検出部１３３は、対象部材の先端部を含む部分に設定されたＲＯＩであるＲｄｓｔ内の画像を抽出し（Ｓ５０１）、抽出した画像に対して、Ｓｏｂｅｌフィルタを用いて対象部材のエッジを抽出する（Ｓ５０２）。具体的には、面内方向位置検出部１３３は、着目する画素（ｉ，ｊ）の上下左右９画素からなる行列と、図２６の式１に示す行列との積ｆA、式２に示す行列との積ｆBをそれぞれ算出する。さらに、面内方向位置検出部１３３は、式３に示すように、ｆAとｆBとの二乗和の平方を画素値として用いることにより、画像におけるエッジが検出される。
【００４０】
次に、面内方向位置検出部１３３は、図２７に示すように、垂直方向の直線により、検出されたエッジを走査し（Ｓ５０３）、この直線と上方のエッジとの交点の点列を取得する（Ｓ５０４）。次に、面内方向位置検出部１３３は、取得した点列に対して、最小二乗法を適用し、上辺の直線の式を算出する（Ｓ５０５）。さらに、面内方向位置検出部１３３は、上方のエッジと同様に、垂直方向の直線と下方のエッジとの交点の点列を取得し（Ｓ５０６）、取得した点列に対して、最小二乗法を適用し、下辺の直線の式を算出する（Ｓ５０７）。
【００４１】
次に、面内方向位置検出部１３３は、点列に基づいて算出した２本の直線の中央を通る直線を中央線として算出し（Ｓ５０８）、この中央線と対象部材のエッジとの交点を部材先端位置として検出する（Ｓ５０９）。
【００４２】
このように、対象部材の先端位置を検出することによって、例えば、この先端位置と高さ画像とを対応付けて、先端位置の高さを得ることができる。なお、先端位置の検出において、垂直方向の直線によりエッジを走査したが、例えば、エッジの方向が垂直方向に近い場合は、水平方向の直線によりエッジが検出される。つまり、先端位置の検出において、エッジの走査する直線は、エッジの方向に応じて、水平方向、または垂直方向となる。
【００４３】
次に、面外方向位置検出処理について説明する。図２８は、面外方向位置検出処理の動作を示すフローチャートである。また、図２９は、高さ画像とテンプレート画像とのマッチングを示す図である。
【００４４】
まず、高さデータ取得部１３５は、高さセンサ１１に対象部材及び比率基準器を走査させ、高さデータを取得する（Ｓ６０１、第２取得ステップ）。次に、高さ画像生成部１３６は、高さデータに基づいて高さ画像を生成する（Ｓ６０２、生成ステップ）。
【００４５】
次に、面外画像処理部１３７は、補正比率ｃを用いて、高さ画像の縦横比を補正し（Ｓ６０３、補正ステップ）、補正した高さ画像に対して、図２９に示すように、テンプレート画像を用いてマッチング処理を行い、高さ画像における対象部材の領域を検出する（Ｓ６０４、第２検出ステップ）。
【００４６】
次に、面外方向位置検出部１３８は、高さ画像における対象部材に該当する高さデータから、面外方向の位置を検出する（Ｓ６０５、第２検出ステップ）。具体的には、面外方向位置検出部１３８は、テンプレート画像と相関値が最も高い領域のうち、その高さが所定以上の領域の高さのデータの平均値を算出し、この平均値を対象部材の面外方向の位置とする。
【００４７】
上述したように、本実施の形態に係る測定装置１は、対象部材に対し、面内方向位置を画像センサ１０により撮像された撮像画像に基づいて検出し、面外方向位置を高さセンサ１１により走査された高さデータに基づいて検出する。また、本実施の形態によれば、画像センサ１０による画像と、高さセンサ１１による高さ画像とに対して、同じテンプレート画像を用いてマッチング処理を行うため、３次元位置測定に係る煩雑さを低減することができる。また、対象部材とともに、縦横比の基準となる比率基準器を撮像及び走査対象とすることにより、高さ画像の縦横比の補正の精度を向上させることができる。
【００４８】
本発明は以下に示すようなコンピュータシステムにおいて適用可能である。図３０は、本発明が適用されるコンピュータシステムの一例を示す図である。図３０に示す制御装置としてのコンピュータシステム１３は、ＣＰＵやディスクドライブ等を内蔵した本体部９０１、本体部９０１からの指示により画像を表示するディスプレイ９０２、コンピュータシステム１３に種々の情報を入力するためのキーボード９０３、ディスプレイ９０２の表示画面９０２ａ上の任意の位置を指定するマウス９０４及び外部のデータベース等にアクセスして他のコンピュータシステムに記憶されているプログラム等をダウンロードする通信装置９０５を有する。通信装置９０５は、ネットワーク通信カード、モデムなどが考えられる。
【００４９】
また、上述したような、制御装置を構成するコンピュータシステムにおいて上述した各ステップを実行させるプログラムを、測定制御プログラムとして提供することができる。このプログラムは、コンピュータシステムにより読取り可能な記録媒体に記憶させることによって、制御装置を構成するコンピュータシステムに実行させることが可能となる。上述した各ステップを実行するプログラムは、ディスク９１０等の可搬型記録媒体に格納されるか、通信装置９０５により他のコンピュータシステムの記録媒体９０６からダウンロードされる。また、コンピュータシステム１３に少なくとも測定機能を持たせる測定制御プログラム（測定ソフトウェア）は、コンピュータシステム１３に入力されてコンパイルされる。このプログラムは、コンピュータシステム１３を測定機能を有する制御装置として動作させる。また、このプログラムは、例えばディスク９１０等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されていても良い。ここで、コンピュータシステム１３により読取り可能な記録媒体としては、ＲＯＭやＲＡＭ等のコンピュータに内部実装される内部記憶装置、ディスク９１０やフレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード等の可搬型記憶媒体や、コンピュータプログラムを保持するデータベース、或いは、他のコンピュータシステム並びにそのデータベースや、通信装置９０５のような通信手段を介して接続されるコンピュータシステムでアクセス可能な各種記録媒体を含む。
【符号の説明】
【００５０】
１  測定装置、１０  画像センサ、１１  高さセンサ、１２  直動ステージ、１３  制御装置、１３１  画像取得部、１３２  面内画像処理部、１３３  面内方向位置検出部、１３４  保存部、１３５  高さデータ取得部、１３６  高さ画像生成部、１３７  面外画像処理部、１３８  面外方向位置検出部、９５１  ＣＰＵ、９５２  メモリ。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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