(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物を、画素を有する撮像素子により撮像する撮像手段と、
前記被対象物と前記撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像により検知された輝度が予め定められた閾値以上の前記画素を検知し、この画素を輝度セルとして抽出し、前記輝度セルの中心を明点として画素単位で抽出する明点抽出手段と、
前記明点を有する画素と該画素の周囲の画素により成す一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、該輝度分布に基づいて第１の輝度重心値を求める輝度重心の演算手段と、
前記輝度重心値が検知された画素が有する輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度とを、前記輝度重心値が有する輝度に補正した輝度補正値を得る輝度補正手段と、
前記輝度補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知する三次元検知手段と、
を備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記画像の前記一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知手段を備え、
前記輝度重心の演算手段は、前記第１の輝度重心値を求める代わりに、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記画像の前記一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知手段を備え、
前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める第２の輝度重心の演算手段を、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
複数の前記輝度の補正値を所定の関数で補間して輝度の補間値を求める輝度の補間手段を備え、
前記三次元検知手段は、前記輝度の補間値に基づいて前記被対象物との距離値を求める、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項５】
被対象物と、該被対象物を、画素を有する撮像素子により撮像する撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像の明点を検出する明点抽出工程を実行した後、
前記画像の明点を含む一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、前記輝度分布に基づいて輝度重心値を求める輝度重心の演算工程を実行した後、
前記輝度重心値が検知された画素が有する輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度とを、前記輝度重心値が有する輝度に補正した輝度の補正値を得た後、
前記輝度の補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知する、
ことを特徴とする三次元計測方法。
【請求項６】
前記明点抽出工程を実行した後、前記画像の明点を含む一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知工程を実行した後、
輝度重心の演算工程は、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの新たな輝度分布を求めると共に、前記新たな輝度分布に基づいて輝度重心値を求める、
ことを特徴とする請求項５に記載の三次元計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元計測装置及び三次元計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焦点深度法を用いた三次元計測装置は、ピントボケ量の評価を行って合焦点位置を決定している。ピントボケ量の評価は、撮影画像に対して微分フィルターを通し、その分散値から評価したり、輝度の総和から評価したりする方式がある。
焦点深度法を用いた三次元計測装置は、下記特許文献１に示すように、被対象物の立体的形状を光学的に検出する立体的形状検出装置であって、同一被対象物について求められた、焦点位置の異なる複数の画像より該被対象物上の点各々について画像対応に合焦点を求め、該点対応に求められた、複数の画像間での合焦測度の最大値が得られる際での焦点位置を、該点についての高さとして求めるものである。
そして、輝度のボケを考慮して画像のコントラストを得て該コントラストを二次微分して合焦点を求めている。
【０００３】
かかる三次元計測装置によれば、被対象物上の点各々について焦点位置が異なる複数の画像を得て、合焦点測度が最大となる画像の焦点位置をその点についての高さとして求める。このようにして求めた点各々の高さから被対象物の立体形状を計測できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−６３５０７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、発明者は鋭意研究検討を重ねた結果、上記三次元計測装置によれば、撮像した画像において、合焦点から外れるに従い輝度のボケが顕著に生じるので、輝度に基づいて検知する被対象物のＸＹ平面における位置が特定しづらくなり、ＸＹ平面での位置検出精度が低下するという第１の課題を見出した。
さらに、高さ方向(距離)の検知は、撮像素子における画素（ピクセル）が検知した輝度に基づいて行われるが、撮像系を上昇又は下降することにより、検出すべき被対象物のＸＹ平面における検知位置も僅かにずれる。これに伴い、被対象物が画素の中央付近から周辺部に移動した時に生じるので、撮像素子の画素における検知位置がずれる。
したがって、該画素の被対象物に基づく輝度が正確に検出できなくなるので、被対象物の距離が正確に検知できないと共に、該距離に対応する被対象物のＸＹ平面における位置の検知も正確に検知できないことが生じ得るという第２の課題を見出した。
【０００６】
本発明は、上記二つの課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で、被対象物を撮像した画像に輝度のボケが生じても、ＸＹ平面での被対象物の検出精度を向上すると共に、撮像素子の画素における被対象物の検知位置がずれても、被対象物との距離、位置を高精度に測定できる三次元計測装置及び三次元計測方法を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る三次元計測装置は、被対象物を、画素を有する撮像素子により撮像する撮像手段と、
前記被対象物と前記撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像により検知された輝度が予め定められ閾値以上の輝度であることにより前記被対象物を画素単位で抽出する明点抽出手段と、
前記明点を有する画素を含み、該画素の周囲の画素により成す一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、該輝度分布に基づいて第１の輝度重心値を求める輝度重心の演算手段と、
前記輝度重心値が検知された画素が有する輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度とを、前記輝度重心値が有する輝度に補正した輝度補正値を得る輝度補正手段と、
前記輝度補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知する三次元検知手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
かかる三次元計測装置によれば、明点検知手段が被対象物と撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像により検知された輝度が予め定められ閾値以上である輝度と画素とを検出し、輝度重心の演算手段が画像の明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、輝度分布に基づいて輝度重心値を求めるので、輝度分布に応じて明点のＸＹ平面での位置を正確に検知できる。したがって、画像に輝度のボケが生じても、ＸＹ平面での被対象物の検出精度を向上できると共に、画素単位で輝度を一定値とみなす標本化の影響を受けずに位置を検知できる。
ここで、一定領域は、明点を中心とした画素により円形を形成しても良い。輝度のボケは、略円形となることが多いからである。
また、一定領域は、例えば、明点を中心として３×３画素、５×５画素、７×７画素を一定領域とする略正方形としても良い。したがって、撮像素子の画素の周辺に明点が存在しても、複数の画素から輝度を検知するので、明点の位置を正確に検知できる。
【０００９】
さらに、輝度補正手段は、輝度重心値が検知された画素と、該画素の周囲の画素とから検知した輝度を、輝度重心値に基づいて補正した輝度の補正値を得る。これにより、三次元検知手段は、被対象物の距離を計測する輝度を、輝度重心値が有する輝度に補正した輝度補正値によって距離を計測すると共に、輝度重心値に基づいて前記被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知する。
これにより、例えば、撮像系を上昇又は下降することにより、被対象物のＸＹ平面における検知位置も僅かにずれる。これにより、撮像素子の画素における検知位置がずれても、輝度重心値を有する画素と、該画素の周囲の画素が検知した輝度を、輝度重心値が有する輝度に補正した輝度の補正値を求める。この輝度の補正値によって、被対象物との距離を計測するので、距離を正確に検出できる。したがって、被対象物に基づく光の反射による明点（頂点）が撮像素子の一画素未満の大きさでも、正確に距離を検知できる。
また、三次元検知手段は、被対象物の距離を求めた輝度補正値に対応する輝度重心値からＸ，Ｙ座標上の被対象物の位置も検知しても良い。さらに、撮像系と被対象物と距離Ｚ１、Ｚ２・・・Ｚｎ毎に求めた輝度の重心値を多数有しており、多数の輝度重心値を例えば二次関数により補間して、距離と輝度重心の補間値を得て、輝度補正値に基づいて被対象物との距離値を検知して、該距離値を求めた輝度補正値に対応する輝度重心値によりＸ，Ｙ座標上の被対象物の位置を検知しても良い。
【００１０】
輝度補正手段における輝度重心値が有する輝度の補正は、例えば、各画素から輝度重心値までの距離に基づいて各画素の輝度が輝度重心値に寄与する輝度を求める。ここで、上記寄与する度合いを定めるのに、例えば、各画素の輝度が輝度重心値まで距離のガウス分布により輝度重心値が有する輝度として求めても良い。
【００１１】
本発明の三次元計測装置は、前記画像の前記一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知手段を備え、
前記輝度重心の演算手段は、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める、ことが好ましい。
ここで、輝度オフセットは、一定領域の輝度からすべての領域において生じている一定の輝度で、最小輝度値であることが好ましい。被対象物の輝度変化のみを検知し易いからである。
この三次元計測装置では、輝度オフセットの検知手段が画像の輝度から輝度オフセットを検知し、輝度重心の演算手段は輝度分布から該輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求め、新たな輝度分布により輝度重心値を求める。したがって、輝度分布から該輝度オフセットを除去した明点付近の輝度変化、すなわち、被対象物に起因する輝度変化のみに基づいて輝度重心値を求め、この輝度重心値に基づいて被対象物のＸＹ平面における位置を検知する。
したがって、被対象物からの乱反射などを画素が輝度として検知する影響を除去して、明点付近の画素が検知した輝度から輝度重心値を求めるので、輝度重心値の検知精度が向上する。これによって、ＸＹ平面における被対象物の位置検出精度が向上する。
さらに、輝度補正手段は、輝度オフセットを除去して、検知精度が向上した輝度重心値に基づいて補正した輝度の補正値に基づいて被対象物の距離を検知するので、距離の検出精度もさらに向上する。
【００１２】
本発明の三次元計測装置は、前記画像の前記一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知手段を備え、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した新たな輝度分布を求めると共に、該新たな輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める第２の輝度重心の演算手段を備えることが好ましい。
これにより、輝度補正手段は、第１の輝度重心値を有する画素が検知した輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度を、第１の輝度重心値が有する輝度に補正した第１の輝度補正値を得る。
三次元検知手段は、第１の輝度補正値に基づいて被対象物との距離値を求めると共に、第２の輝度重心値に基づいて被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知しても良い。これにより、被対象物との距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮せず、被対象物の位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮している。したがって、被対象物の位置の検知精度がより向上する。
また、輝度補正手段は、第２の輝度重心値を有する画素が検知した輝度と、該画素の周囲の画素が検知した輝度を、第２の輝度重心値が有する輝度に補正した第２の輝度補正値を得る。
三次元検知手段は、第２の輝度補正値に基づいて被対象物との距離値を求めると共に、第１の輝度重心値に基づいて被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知しても良い。これにより、被対象物との距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮し、被対象物の位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮していない。したがって、被対象物の距離の検知精度がより向上する、
【００１３】
本発明の三次元計測装置は、前記輝度の補正値を所定の関数で補間して輝度の補間値を求める輝度の補間手段を備え、
前記三次元検知手段は、前記輝度の補間値に基づいて前記被対象物との距離値を求める、ことが好ましい。
この三次元計測装置では、輝度の補間手段は、輝度の補正値を所定の関数で補間して輝度の補間値を得て、三次元検知手段は、輝度の補間値に基づいて被対象物との距離値を求める。
これにより、距離毎に求められた輝度を補間して輝度補間値を得て、輝度補間値に基づいて被対象物との距離値を求める。したがって、撮像系の高さ毎に検知した各画像間における輝度の連続性が保たれるので、高精度に被対象物の距離を求めることができる。
【００１４】
本発明の三次元計測方法は、被対象物と前記撮像手段との異なる距離毎に前記撮像手段により撮像された各画像の明点を検出する明点抽出工程を実行した後、
前記画像の明点を含む一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、前記輝度分布に基づいて輝度重心値を求める輝度重心の演算工程を実行した後、
前記輝度重心値に基づいて複数の画素を有する一定領域を設定して、該画素から検知した輝度を、前記輝度重心値に基づいて補正した輝度の補正値を得た後、
前記輝度の補正値に基づいて前記被対象物との距離値を求めると共に、前記輝度重心値に基づいて前記被対象物のＸ，Ｙ上の位置を検知する、ものである。
本発明の三次元計測方法によれば、輝度重心値に基づいて被対象物としての明点の位置を検知できるので、明点周囲の輝度ボケの影響を受けにくい。さらに、輝度重心値に基づいて検知した輝度を補正して輝度補正値とし、この輝度補正値に基づいて被対象物との距離を検知するので、撮像素子における画素の検知位置に拘わらず、距離の検知精度が向上する。
【００１５】
本発明の三次元計測方法は、前記明点抽出工程を実行した後、前記画像から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知工程を実行した後、
輝度重心の演算工程は、前記輝度分布から前記輝度オフセットを除去した該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの新たな輝度分布を求めると共に、前記新たな輝度分布に基づいて輝度重心値を求める、ことが好ましい。
本発明の三次元計測方法によれば、輝度分布から輝度オフセットを除去した該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの新たな輝度分布を求めると共に、新たな輝度分布に基づいて輝度重心値を求める。これにより、被対象物に基づく輝度の変化量により輝度重心を求めるので、輝度の重心が正確に検知できる。したがって、被対象物の距離と位置との検出精度が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成で、被対象物を撮像した画像に輝度のボケが生じても、ＸＹ平面における被対象物の検出精度を向上すると共に、撮像素子の画素における被対象物の検知位置がずれても、被対象物との距離及び位置を高精度測定できる三次元計測装置又は三次元計測方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態を示す三次元計測装置の全体図である。
【図２】本発明の一実施の形態による実際の画像図（ａ）、明点と一定領域を示した画像図（ｂ）、画像内の一定領域と明点とを示す摸式図（ｃ）である。
【図３】図１による三次元計測装置で、標本化された輝度値とＸ座標とを示すと共に、輝度重心を示す特性図である。
【図４】図１の三次元計測装置の撮像素子の画素と金属粒子の位置による輝度の比率を示す模式図（ａ）、撮像素子の一部断面図（ｂ）である。
【図５】図１の三次元計測装置の撮像素子の画素値を示す図（ａ）、輝度重心値と各画素の中心位置との関係を示す平面図（ｂ）ある。
【図６】図１の三次元計測装置による検知された輝度値、輝度補正値と、被対象物との距離との関係を示す特性曲線図である。
【図７】図１の三次元計測装置の全体動作を示すフローチャートである。
【図８】図１の三次元計測装置による明点抽出工程を示すフローチャートである。
【図９】図１の三次元計測装置による第１の輝度重心の演算工程を示すフローチャートである。
【図１０】図１の三次元計測装置による輝度の補正工程を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示す三次元計測装置の全体図である。
【図１２】図１１による三次元計測装置で、検知輝度値，検知輝度値から輝度オフセットを除去した輝度変化値とＸ座標との関係を示す特性曲線図である。
【図１３】輝度オフセットの有無による金属粒子の輝度値とＸ座標との関係を示す特性曲線図である。
【図１４】図１１の三次元計測装置による輝度値、輝度補正値、輝度の連続補間値と被対象物との距離との関係を示す特性曲線図である。
【図１５】図１１の三次元計測装置の全体動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１１の三次元計測装置による輝度オフセットの検知工程の動作を示すフローチャートである。
【図１７】図１１の三次元計測装置による第２の輝度重心の演算工程の動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１１の三次元計測装置による輝度の補間工程の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
本発明の一実施の形態となる三次元計測装置の全体構成を図１によって説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す三次元計測装置の全体図である。
図１において、三次元計測装置１は、反射され易い被対象物５の表面までの距離Ｚと、ＸＹ平面における位置とを検出するものである。
第１の三次元計測装置１は、被対象物５を撮像すると共に、多数の画素１４ａを有する撮像素子１４を備えた撮像系１０と、撮像系１０をＺ軸方向に上下させるためにＬ形状の台７に立設されたボールネジ６２と、このボールネジ６２に螺合されると共に、撮像系１０が固定されたモータ等を有する駆動機構６０と、駆動機構６０を動作させる位置指令信号を発生する制御部５５を有している。
なお、一つの画素１４ａを画素単位Ｕ１という。
【００１９】
さらに、第１の三次元計測装置１は、制御部５５からの位置指令信号により駆動機構６０を駆動する撮像系駆動部６５を有しており、撮像素子１４が撮像した画像を取込み、該画像から撮像系１０から被対象物５の表面までの距離を求めると共に、被対象物５のＸＹ平面における位置を検出する第１の三次元検出器３０を有している。
ここで、被対象物５は特に限定されないが、樹脂板５の表面に設けられると共に、光を反射し易い複数として六つの球状などの金属粒子５ｈなどが好適で、金属粒子５ｈは撮像素子１４の一画素１４ａよりも大きくも、小さくても良い。
【００２０】
第１の三次元検出器３０は、マイクロコンピュータから成り、周知のインターフェイス、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを有しており、金属粒子５ｈを所定値以上の輝度が生じる明点を画素単位Ｕ１で抽出すると共に、輝度を検知する明点抽出部３２を有している。
ここで、金属粒子５ｈを所定値以上の輝度により検知するのは、金属粒子５ｈがあるとその反射によって、周辺よりも輝度が高くなるからである。
さらに、第１の三次元検出器３０は、明点を有する輝度から第１の輝度重心値を求める第１の輝度重心の演算部３６と、第１の輝度重心値により明点の輝度を補正する第１の輝度の補正部３８と、第１の輝度の補正値から金属粒子５ｈとの距離を求めると共に、該距離に対応する第１の輝度重心値から金属粒子５ｈのＸＹ平面の位置を検出する第１の三次元検知部４３とを備えている。
【００２１】
三次元計測装置１の各部の構成を図１から図６を参照しつつ説明する。図２は一実施の形態による実際の画像図（ａ）、明点と一定領域を示した画像図（ｂ）、画像内の一定領域と明点とを示す摸式図（ｃ）である。
明点抽出部３２は、図２（ａ）に示すように、撮像素子１４と金属粒子５ｈとの距離Ｚ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎において撮像した各画像ファイルＧ１，Ｇ２・・Ｇｎそれぞれから、閾値以上の輝度を有する画素１４ａを検知し、この画素１４ａを輝度セルＢ１・・・Ｂ６として抽出し、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、各輝度セルＢ１・・・Ｂ６の中心、つまり複数の金属粒子５ｈから直接反射を受けた頂点を第１の明点Ｐ１から第６の明点Ｐ６として画素単位Ｕ１で検知する。
なお、金属粒子５ｈが球状でも金属粒子５ｈからの直接反射によって頂点が生じ、この頂点が一画素１４ａ未満となっている。
【００２２】
そして、明点抽出部３２は各明点Ｐ１・・Ｐ６を含む中心の画素１４ａと、該中心の画素１４ａの周囲の画素１４ａとから形成される一定領域Ａ１・・Ａ６内における輝度の差からコントラスト値を得て、該コントラスト値が予め定められた閾値以上であることを検知するように形成されている。ここで、金属粒子の頂点５ｈによる明点を抽出するのに、コントラスト値が閾値以上であることを判断するのは、輝度のゆらぎの影響を防止して、明点Ｐ１，Ｐ２・・Ｐ６の誤検出を防止するためである。
なお、複数の画素１４ａにより形成される上記一定領域Ａ１・・Ａ６として例えば５×５画素としている。
【００２３】
＜第１の輝度重心の演算部３６の必要性＞
明点抽出部３２によって、金属粒子５ｈ、すなわち、輝度が高い値を示した撮像素子１４を画素単位Ｕ１で特定することにより、該画素１４ａから金属粒子５ｈのＸＹ平面での位置を検知できる。
しかし、画素単位Ｕ１よりも分解能を有する検知精度を得ることができないばかりか、検知された輝度がボケるために、明点を有する画素１４ａの特定が不正確になるおそれがある。
そこで、明点を抽出した画素１４ａを含む複数の画素１４ａで形成される一定領域を定め、該一定領域の輝度分布から第１の輝度重心値を求めて明点の位置、すなわち、金属粒子５ｈの位置を検知する。
ここで、一定領域Ａ１・・Ａ６としては、５×５画素１４ａにより形成される領域としている。また、点状の各明点Ｐ１・・・・Ｐ６を中心とした輝度のボケは、一般に円形になることから、各明点を含む中心の画素１４ａと、該中心の画素１４ａの周囲の画素１４とから成る複数の画素１４ａで、略円形に形成しても良い。さらに、受光された輝度のボケ形状によって、複数の画素１４ａにより一定領域を決定しても良い。
【００２４】
＜第１の輝度重心の演算部３６の構成＞
第１の輝度重心の演算部３６は、一定領域Ａ１における第１の輝度分布、すなわち、検知された輝度ＬからＸ，Ｙ座標における第１の輝度重心値（Ｘｇ,Ｙｇ）を下式（１）及び（２）式によりそれぞれ求めている。そして、第１の輝度重心値（Ｘｇ,Ｙｇ）が金属粒子５ｈのＸ，Ｙ座標での位置となる。
Ｘｇ＝ΣｘＬ／ΣＬ  ・・・・（１）
Ｙｇ＝ΣｙＬ／ΣＬ  ・・・・(２)
ここで、Ｌ：検知された輝度
また、第１の輝度重心の演算部３６は、撮像素子１４と金属粒子５ｈとの距離Ｚ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎に第１の輝度重心値をそれぞれ求めて記憶する。
なお、他の明点Ｐ２・・・Ｐ６に対応する他の一定領域Ａ２・・・Ａ６についても上記一定領域Ａ１と同様に輝度重心値を求める。
【００２５】
輝度重心を求めるのは、明点Ｐ１・・・・Ｐ６の位置を画素単位Ｕ１よりも正確に検出するためである。すなわち、明点Ｐ１・・・・Ｐ６の位置を第１の輝度分布から第１の輝度重心値を求めることにより、検知された輝度のボケの影響を受けずに、明点Ｐ１・・・・Ｐ６の位置を検知できる。したがって、図３に示すように、第１の輝度重心値を求めることにより、明点の輝度が画素１４ａの単位で、一定値になるように標本化されていても、金属粒子５ｈの各座標における正確なＸＹ方向の位置を検出できる。
なお、図３は、Ｘ座標のみについて示しているが、Ｙ座標と輝度値の関係もＸ座標と同様である。
【００２６】
＜輝度の補正部３８の必要性＞
撮像素子１４は、図４（ａ）に示すように正方形の画素１４ａが格子状に形成されており、各画素１４ａは、円形の三次元検知部１４ｓを有している。このため、画素１４ａの中央に画素１４ａの面積よりも狭い金属粒子５ｈによる第１の明点Ｐ１としての明点Ｐｃがある場合には、一つの画素１４ａの輝度の検知比率が１となり、明点Ｐｃを検知した画素１４ａ一つで検知すれば足りる。
なお、金属粒子５ｈ自体の大きさが一画素１４ａよりも大きくても、金属粒子５ｈからの直接反射に基づく明点Ｐ１は、一画素１４ａとなることがある。
【００２７】
しかしながら、図４（ａ）に示すように第１の明点Ｐ１としての明点Ｐａのように、第１の輝度重心が画素１４ａと画素１４ａとの敷居間、すなわち、敷居で形成される十字の中央付近に位置すると、周囲の四つの画素１４ａの輝度の検知比率がそれぞれ０．２５となる。また、第１の輝度重心が画素１４ａの上下の境に第１の明点Ｐ１としての明点Ｐｂが位置すると、周囲の四つの画素１４ａは、検知した輝度の検知比率がそれぞれ０．６，０．２，０．０，０．２となる。
したがって、明点を抽出した一つの画素１４ａのみが検知した輝度によって、第１の輝度重心値における輝度とすると、第１の輝度重心値における輝度が正確に検知できなくなることがある。
【００２８】
上記のように、撮像素子１４の画素１４ａの検知特性が中央部と周辺部とで異なるのは、画素１４ａが図４（ｂ）示すように、円形の三次元検知部としてマイクロレンズ１４ｓを通過した光がフィルター１４ｆを介して配線層１４ｃに設けられたフォトダイオード１４ｐに受光される。したがって、上記のように画素１４ａの周辺部では検知特性が低下するためである。
【００２９】
撮像素子１４は、上記のような検知特性を有するので、図６に示すように、撮像系１０と金属粒子５ｈとの距離を変化して、各距離において明点Ｐ１を有する一つの画素１４ａを特定して、該画素１４ａが検知した輝度をプロットすると、図６の×印で示す特性曲線が得られる。この特性曲線を観察すると、距離２２０〜２７０付近において、本来、撮像系１０の有する合焦点に近づくにつれて検知された輝度が上昇し、合焦点から離れるにつれて輝度が減少して略山状の特性を示すものが、輝度が高くなるにつれて急に輝度が減少して上昇するという一点鎖線で示す略Ｖ特性を示すことがある。
【００３０】
このような現象は、撮像系１０の移動に伴い、第１の輝度重心値が画素１４ａの中央付近から周辺付近にずれたことによって生じる。これは、高さ方向の撮像系１０の移動に伴い、撮像素子１４の中心がＸＹ平面で同一位置でなく、僅かにずれるからである。
したがって、検知した輝度を補正しないと、輝度が最も高いところを、合焦点とみなすことから、金属粒子５ｈの距離検知に誤差を生じることとなる。
このため、ＸＹ平面における第１の輝度重心値の移動に伴い、金属粒子５ｈの距離を検知するための輝度値を補正する必要が生じる。そこで、第１の輝度重心値を含む画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａとが検知した輝度を、第１の輝度重心値が有する輝度として輝度の補正をする。この輝度の補正により、金属粒子５ｈの距離を求めるので、距離の検知精度を向上する。
なお、輝度の補正は撮像系１０と金属粒子５ｈとの各距離毎に、抽出した各明点Ｐ1・・・Ｐ6毎になされる。
【００３１】
＜輝度の補正部３８の構成＞
第１の輝度の補正部３８は、第１の輝度重心を有する画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａそれぞれが検知した各輝度を、第１の輝度重心値と、撮像素子１４における各画素１４ａの中心位置との距離により補正して、第1の輝度重心が本来有する輝度を推定するものである。
すなわち、輝度の補正部３８は、周辺の画素１４ａが検知した輝度を、輝度重心値が有する輝度として輝度補正値Ｌｍを下記（３）式により求める。
また、第１の輝度の補正部３６は、撮像素子１４と金属粒子５ｈとの距離Ｚ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎に求めた第１の輝度重心値に基づいてそれぞれを求める。
【００３２】
撮像素子１４における各画素１４ａを特定するための識別番号は、Ｘ方向とＹ方向との画素１４ａの整列順に、Ｘ方向とＹ方向とのピクセル値を定めて特定している。この、ピクセル値(ｘn，ｙn)は、図５（ａ）に示すように、第１の輝度重心値となる明点Ｐａを検知する画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａとの合計四つで、それぞれ画素（１，２）、画素（２，２）、画素（１，３）、画素（２，３）となる。
補正輝度をＬｍは、各画素１４ａが検知された輝度値をΣＬ(<x>，<ｙ>)とし、検知した画素１４ａの中心位置と第１の輝度重心値（Ｘｇ，Ｙｇ）との差となる距離をＸ，Ｙ方向にそれぞれΔｘ、Δｙとすれば下記（３）式が成立する。
Ｌｍ（Ｘｇ，Ｙｇ）＝ΣＬ(<x>，<ｙ>)（Δｘ，Δｙ）    ・・・・（３）
ここに、<ｘ>：Ｘ方向のピクセル値、  <ｙ>：Ｙ方向のピクセル値
また、Δｘ，Δｙは、下記（４），（５）式となる。
Δｘ＝Ｘｇ−<ｘ>  ・・・・(４)
Δｙ＝Ｙｇ−<ｙ>  ・・・・(５)
【００３３】
そして、第１の輝度重心値を有する画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａとが検知した輝度が第１の輝度重心に影響を与えることにより、第１の輝度重心が有する輝度は、各画素１４ａの中心値と第１の輝度重心値との上記距離Δｘ，Δｙのモデル関数としてガウス分布で影響を受けるとする。そうするとｆ（Δｘ，Δｙ）は、下記（６）式となる。
【数１】
0005621077.tif 000002
・・・・(６)
【００３４】
したがって、第１の輝度補正値Ｌｍ（ｘ，ｙ）は、検知された輝度値をΣＬ(<x>，<ｙ>)と、第１の輝度重心値から各画素１４ａの中心値までの距離を求め、該距離のガウス分布により各画素１４ａが検知した輝度を補正することにより、第１の輝度重心値が有する輝度を求めることができる。
ここで、上記モデル関数としては、ガウス分布に限定されず、例えば、第１の輝度重心との上記距離Δｘ，Δｙに反比例させても良い。
なお、上記では第１の輝度重心値を含む四つの画素１４ａとしたが、第１の輝度重心値を含む３×３画素１４ａ又は、５×５画素１４ａとしても良い。すなわち、第１の輝度補正値を求めるための画素１４ａの数は、画素１４ａの分解能、被対象物５の性質などから決定することになる。
【００３５】
＜輝度補正の具体例＞
いま、図５（ｂ）に示すように、第１の輝度重心Ｐａ（１．５，２．７）とすると、第１の輝度重心Ｐａにおける輝度は、第１の輝度重心を有する画素１４ａを含む四つの画素１４ａが検知した輝度から以下のようにして補正する。
ΣＬ(<ｘ>，<ｙ>）＝Ｌ（１，２）ｆ（０．５，０７）＋Ｌ（２，２）ｆ（０．５，０７）
＋Ｌ（１，３）ｆ(０．５，０３)＋Ｌ（３，２)ｆ（０．５，０３）
画素(1，2)、画素(2，2)、画素(1，3)、画素(3，2)が検知した輝度をそれぞれ100、90、90、100とするとｆ(Δｘ，Δｙ)は下記となる。
Ｌｍ＝ΣＬ(<ｘ>，<ｙ>）ｆ(Δｘ，Δｙ)
＝100ｅ-0.74/2σ2＋90ｅ-0.74/2σ2＋90ｅ-0.74/2σ2＋100ｅ-0.74/2σ2
ここで、σ＝0.5とすると、輝度補正値Lｍは、下記となる。
Ｌｍ＝100ｅ-0.74/0.5＋90ｅ-0.74/0.5＋90ｅ-0.74/0.5＋100ｅ-0.74/0.5
Ｌｍ＝2×100×0.228＋2×90×0.228＝86.6
このようにして、各第１の輝度重心値が有する第１の輝度補正値を求めることにより図６に示す○印のプロットした特性曲線が得られる。この特性曲線によれば、×印の特性曲線では、Ｖ形状になっていたものが、略山状の特性曲線となり、輝度特性が改善されている。
【００３６】
第１の三次元検出部４３は、撮像素子１４との距離Ｚ１，Ｚ２・・・Ｚｎにおいて撮像した各画像ファイルＧ１，Ｇ２・・Ｇｎそれぞれから各明点付近の輝度から上記のようにして輝度補正値を求める。そして、図６に示すように、金属粒子５ｈの距離との関係で輝度補正値を記憶しておいて、輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を検知すると共に、最も高い輝度となる第１の輝度補正値を求めた輝度重心値からＸ，Ｙ座標上の金属粒子５ｈの位置を検知する。
【００３７】
なお、上記第１の検出部４３は、最も高い輝度となる第１の輝度補正値に対応する輝度重心値からＸ，Ｙ座標上の金属粒子５ｈの位置も検知するが、以下のようにしても良い。すなわち、撮像系１０と金属粒子５ｈと距離Ｚ１、Ｚ２・・・Ｚｎ毎により求めた多数の輝度の重心値を例えば二次関数により補間して、距離と輝度重心の補間値を求めて記憶しておいて、輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を検知して、該距離値に対応する輝度重心値に基づいてＸ，Ｙ座標上の金属粒子５ｈの位置を検知しても良い。
このように、輝度補正値は、金属粒子５ｈの距離検知のみではなく、金属粒子５ｈの位置を検出する輝度重心値の選択にも影響を与える。これにより、金属粒子５ｈの距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値を選択して、該輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈの位置検知精度も向上する。
【００３８】
上記のように構成された三次元計測装置の全体動作を図１から図７を参照し、被対象物として樹脂板５に設けられた六つの金属粒子５ｈの三次元計測について説明する。
まず、撮像系駆動部６５からの位置指令信号により、駆動機構６０を動作し、撮像系１０をＺ軸方向に下降して、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎に画像ファイルＧ1，Ｇ２,・・・Ｇｎを図２（ａ）に示すように、読み込み画素単位Ｕ１毎に輝度を記憶し（ステップＳ１００）、明点抽出部３２はこの画像ファイルＧ１，Ｇ２,・・・Ｇｎから六つの金属粒子５ｈの頂点を明点Ｐ１，Ｐ２・・・Ｐ６として抽出して画素単位Ｕ１で位置及び輝度を検知する（ステップＳ２００）。
【００３９】
第１の輝度重心の演算部３６は、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎において、一定領域Ａ１の輝度分布から各々の輝度重心（Ｘｇ１，Ｙｇ１），（Ｘｇ２，Ｙｇ２）・・・（Ｘｇｎ，Ｙｇｎ）を求める（ステップＳ４００）。輝度の補正部３８は、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎において、例えば上記のようにガウス分布を用いて第１の輝度重心値が有する輝度の補正値を得る（ステップＳ５００）。第１の三次元検知部４３は、輝度の補正値に基づいて金属粒子５ｈの距離を測定すると共に、第１の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸＹ平面状の位置を検知する（ステップＳ７００）。
なお、他の明点Ｐ２・・・Ｐ６も一定領域Ａ２・・Ａ６に対応して、上記のように明点Ｐ１と同様にして金属粒子５ｈの距離及び位置を検知する。
【００４０】
上記のように構成された三次元計測装置の各工程における動作を図１から図１０を参照して説明する。
上記金属粒子５ｈの明点抽出工程Ｓ２００では、明点抽出部３２は撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎に撮像した各画像ファイルＧ１，Ｇ２,・・・Ｇｎにおいて、図２及び図８に示すように、六つの金属粒子５ｈの頂点を明点Ｐ１，Ｐ２・・・Ｐ６として抽出し、明点Ｐ１の輝度と予め定められた輝度の閾値と比較して明点Ｐ１の輝度が閾値以上か否かを判断し（ステップＳ２０１）、閾値以上であれば、明点Ｐ１を中央として明点Ｐ１の輝度が一定領域Ａ１内の周辺輝度以上であることを検出し（ステップＳ２０３）、一定領域Ａ１内の輝度の最大値と最小値とを取得して該輝度の最大値と最小値との差からコントラストを求める（ステップＳ２０５）。
明点抽出部３２は、コントラストが予め定められた閾値以上であることを判断し（ステップＳ２０７）、各画像ファイルＧ１，Ｇ２・・・Ｇｎにおける金属粒子５ｈのＸ，Ｙ座標の金属粒子５ｈを画素単位Ｕ１で検知して該金属粒子５ｈの位置を上記高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎと関係付けて記憶する（ステップＳ２０９）。
なお、他の明点Ｐ２・・・Ｐ６も、各明点Ｐ１と同様にして金属粒子５ｈを画素単位Ｕ１で検知する。
【００４１】
上記輝度重心の演算工程Ｓ４００では、図９に示すように、第１の輝度重心の演算部３６は、ステップＳ１００において検知した各画像ファイルＧ１，Ｇ２,・・・Ｇｎにおける各画素１４ａの輝度値を読み出し（ステップＳ４０１）、明点Ｐ１の一定領域Ａ１内で、Ｘ座標における輝度重心値Ｘｇをそれぞれ上記（１）式により求め、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎと対応して、輝度重心値Ｘｇを記憶し（ステップＳ４０３）、明点Ｐ１の一定領域Ａ１内で、Ｙ座標における輝度重心値Ｙｇを上記（２）式によりそれぞれ求めて記憶する（ステップＳ４０５）。
また、他の明点Ｐ２・・Ｐ６も上記と同様に輝度重心値を求め撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎと対応して第１の輝度重心値を記憶する。
【００４２】
上記輝度の補正工程Ｓ５００では、図１０に示すように、輝度の補正部３８は、ステップＳ１００において検知した明点Ｐ１を含む一定領域として５×５画素領域Ａ1の各画素１４ａの輝度値を読み出し（ステップＳ５０１）、上記ステップＳ４０３，Ｓ４０５において求めた第１の輝度重心値（Ｘｇ1，Ｙｇ1）を中心に新たな一定領域Ａ１´の輝度分布を求める（ステップＳ５０３）。ここで、新たな一定領域Ａ１´としたのは、輝度重心値によっては、ステップＳ５０１と異なる一定領域のこともあるからである。
なお、ステップ５０３における一定領域Ａ１´は、上記ステップＳ５０１と同一の一定領域Ａ１のこともある。
上記ステップＳ５０３において求めた輝度分布を用いて、新たな輝度重心値（Ｘｇ１，Ｙｇ１）から輝度補正値を上記（３）〜（６）式により求め、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎと対応して輝度補正値を記憶する（ステップＳ５０５）。
また、他の明点Ｐ２・・Ｐ６も上記と同様に輝度補正値を求め撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎと対応して輝度補正値を記憶する。
【００４３】
第１の三次元検知部４３は、明点Ｐ１による第１の輝度補正値に基づいて、すなわち、第１の輝度補正が最も高い輝度から金属粒子５ｈの距離を測定すると共に、最も高い輝度となる第１の輝度補正値を求めた第１の輝度重心値から一つの金属粒子５ｈのＸＹ平面上の位置を検知する（ステップＳ７００）。
また、他の明点Ｐ２・・Ｐ６も上記と同様に金属粒子５ｈの距離及び位置を検知する。
これにより、複数の金属粒子５ｈの距離及びＸＹ平面での位置を正確に検知できる。しかも、検知された輝度が画素単位Ｕ１で標本化されていても、正確な明点の位置を検知できる。
【００４４】
上記のように構成された三次元計測装置１は、金属粒子５ｈを画素１４ａを有する撮像素子１４を用いて撮像する撮像系１０と、金属粒子５ｈと撮像系１０との異なる距離毎に撮像素子１４により撮像された各画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇ６の明点Ｐ1（Ｐ２・・・Ｐ６）を検出する明点抽出部３２と、画像の各明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、該輝度分布に基づいて輝度重心値を求める第１の輝度重心の演算部３６と、輝度重心値が検知された画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａとから検知した輝度を、各画素１４ａの中心値と輝度重心値との距離に基づいて、輝度重心値が有する輝度を輝度の補正値として得る輝度の補正部３８と、輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値により金属粒子５ｈのＸＹ面上の位置を求める第１の三次元検知部４３と、を備えたものである。
【００４５】
かかる三次元計測装置１によれば、明点抽出部３２が被対象物５と撮像系１０との異なる距離毎に撮像系１０により撮像された各画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇ６の明点Ｐ１（Ｐ２・・・Ｐ６）を検出し、第１の輝度重心演算部３６が画像の明点を中心とした一定領域Ａ１（Ａ２・・Ａ６）ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの第１の輝度分布を求めると共に、第１の輝度分布に基づいて輝度重心値を求めるので、第１の輝度分布に応じて一定領域内の明点の位置を正確に検知できる。
また、輝度重心の演算部３６は、一定領域ごとの画素１４ａに限定して輝度重心値を求めているので、処理が高速化される。
【００４６】
さらに、三次元計測装置１は、輝度重心値に基づいて一定領域Ａ１（Ａ２・・Ａ６）を設定して、該一定領域において各画素１４ａが検知した輝度から輝度重心値が有する輝度を、輝度補正値として求める輝度の補正部３８を備え、三次元検知部４３は、輝度の補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値により金属粒子５ｈのＸＹ面上の位置を求める。これにより、輝度重心を含む画素１４ａと、周囲の画素１４ａとが有する輝度に基づいて輝度重心が有する輝度を、輝度補正値として求め、この輝度補正値により金属粒子５ｈとの距離を検知する。したがって、三次元計測装置１は、撮像素子１４の一画素１４ａにおいて、金属粒子５ｈの光の反射に基づいて検知した明点（金属粒子５ｈ）の検知位置がずれても、金属粒子５ｈの距離を精度良く検知できる。
さらに、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値により金属粒子５ｈのＸＹ面上の位置を求めるので、明点Ｐ１（Ｐ２・・・Ｐ６）周囲の輝度ボケを考慮しながら、距離を検知した点における（合焦点における）金属粒子５ｈのＸＹ面上における位置を検知できる。したがって、距離を求め点における金属粒子５ｈの位置を正確に検知できると共に、画素単位Ｕ１で輝度を一定値とみなす標本化の影響を受けずに金属粒子５ｈの位置を検知できる。
【００４７】
上記実施の形態の三次元計測方法は、被対象物５と撮像系１０との異なる距離毎に撮像系１０により撮像された各画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの明点Ｐ１（Ｐ２・・・Ｐｎ）を検出した後、画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの明点Ｐ１（Ｐ２・・・Ｐｎ）を中心とした一定領域Ａ１（Ａ２・・Ａｎ）ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布を求めると共に、第１の輝度分布に基づいて輝度重心値を求める。その後、輝度重心値が検知された画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａとから検知した輝度を、輝度重心値が有する輝度に補正した輝度の補正値を得た後、該輝度の補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ上の位置を検知する。
これにより、輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸＹ平面の位置を正確に測定できると共に、輝度重心を有する画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａから検知した輝度を、輝度重心が有する輝度としての輝度補正値を求め、この輝度補正値により金属粒子５ｈとの距離を検知する。したがって、三次元計測方法は、撮像素子１４の一画素１４ａにおいて、金属粒子５ｈの光の反射に基づいて検知した明点（金属粒子５ｈ）の検知位置がずれても、金属粒子５ｈの距離を精度良く検知できる。
【００４８】
実施の形態２．
本発明の他の実施の形態となる三次元計測装置を図１１によって説明する。図１１は他の実施の形態となる三次元計測装置の全体図で、図１１中、図１と同一符号は、同一部分を示し、その説明を省略する。
図１１において、第２の三次元計測装置１０１における第２の三次元検出器１３０は、マイクロコンピュータから成り、周知のインターフェイス、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを有しており、明点Ｐ１を有する画像から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知部３４と、明点Ｐ１を有する一定領域の輝度分布から輝度オフセットを差引いた新たな輝度分布を求め、該輝度分布から第２の輝度重心値を求める第２の輝度重心の演算部１３６と、該第２の輝度重心値に基づいて第２の輝度補正値を得る第２の輝度補正部１３８と、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎に求めた多数の第２の輝度補正値を関数により連続した輝度補間値とする輝度の補間部４１と、輝度補間値から金属粒子５ｈとの距離を求めると共に、該距離に対応した第２の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸＹ平面の位置を検知する第２の三次元検知部１４３とを備えている。
【００４９】
三次元計測装置１の各部の構成を図１１から図１４を参照しつつ説明する。明点抽出部３２は上記実施の形態１と同一であるため、その説明を省略する。
輝度オフセットの検知部３４は、点状の各明点Ｐ１・・・・Ｐ６を含む一定の領域の各画像Ｇ１，Ｇ２・・Ｇｎにおいて、最小輝度値をとなる輝度オフセットを検知している。
ここで、輝度オフセットが生じるのは、他の金属粒子５ｈなどからの乱反射光などを撮像素子１４の画素１４ａが検知するためである。
【００５０】
第２の輝度重心の演算部１３６は、明点を有する５×５画素１４ａから成る一定領域Ａ１内の画像から検知した第１の輝度分布値から輝度オフセットを除去（差引いた）した第２の輝度分布を求めた後、明点Ｐ１を有する一定領域Ａ１における第２の輝度重心値（Ｘｇｏ，Ｙｇｏ）を下記（７）及び（８）式により求めている。
輝度オフセットを除去するのは、図１２に示すように、金属粒子５ｈの反射光による輝度変化のみの輝度変化値（輝度分布）Ｌｄを得て、この輝度変化値から第２の輝度重心値を求め、第２の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈの位置を正確に検知するためである。図１３に示すように、点線の第１の輝度分布（検知した輝度）から実線の第２の輝度分布（輝度変化値）となり、正確な金属粒子５ｈの頂点の位置を求めることができる。
なお、輝度オフセットは最小輝度値に設定することが好ましいが、一定の領域における最小輝度値よりも高い一定輝度値でも良い。
Ｘgo＝ΣＸ（Ｌ−Ｌo）／Σ（Ｌ−Ｌo）・・・・（７）
Ｙgo＝ΣＹ（Ｌ−Ｌo）／Σ（Ｌ−Ｌo）・・・・（８）
ここで、Ｌ：検知された輝度    Ｌo：輝度オフセット
【００５１】
第２の輝度重心値を求めるのは、点状の明点Ｐ1（Ｐ２・・・・Ｐ６）の位置を、輝度オフセットを除去した周囲輝度との関係で求めることにより、輝度のボケの影響を受けずに、さらに、他の金属粒子５ｈなどからの乱反射光などの影響を受けずに、金属粒子５ｈの位置を正確に検出するためである。
【００５２】
第２の輝度の補正部３８は、第２の輝度重心値を有する画素１４ａと、該画素１４ａが検知した輝度と該画素１４ａの周囲の画素１４ａとが検知した輝度と、各画素１４ａの中心値と第２の輝度重心値との上記距離Δｘ，Δｙのモデル関数として検知した輝度がガウス分布で影響を受けるとして、上記（３）から（６）式により、第２の輝度重心値が有する輝度を求めるように形成されている。
このようにして求めた第２の輝度重心値が有する輝度を、輝度の補正値として表示すると図１４に示す○印の特性曲線のようになる。
【００５３】
輝度の補間部４１は、輝度の補正値を用いて最大輝度値を取得して最大輝度値を中心に撮像系の高さとして±Ｚ内における輝度補正値を得ると共に、図１４の実線により示すように、該輝度補正値を例えば二次関数により補間した輝度の連続補間値を得ている。
輝度を補間することにより撮像系１０と金属粒子５ｈとの異なる距離毎に求めた各各輝度の補正値との整合を得る。また、輝度を連続補間することにより輝度の補間値の連続性を得て、金属粒子５ｈとの距離の検出精度を向上できる。
【００５４】
第２の距離検出部１４３は、図１４に示すように輝度の連続補間値と対象物としての金属粒子５ｈとの距離値との特性曲線を利用して金属粒子５ｈと撮像系１０との距離を検知すると共に、検知した距離値に対応する第２の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ座標の位置も検知する。
【００５５】
上記のように構成された三次元計測装置の全体動作を図１１及び図１５を参照して説明する。まず、撮像系駆動部６５からの位置指令信号により、駆動機構６０を動作し、撮像系１０をＺ軸方向に下降して、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎に画像ファイルを図２（ａ）に示すように、読み込み（ステップＳ１００）、明点抽出部３２はこの画像ファイルから金属粒子５ｈの頂点としての明点Ｐ１を画素単位Ｕ１で位置及び輝度を検知する（ステップＳ２００）。輝度オフセットの検知部３４は、明点Ｐ１を中心とした一定領域Ａ１から輝度オフセットを検知する（ステップＳ３００）。
【００５６】
第２の輝度重心の演算部１３６は、明点Ｐ１を中心とした一定領域Ａ１内の輝度重心を求める（ステップＳ１４００）。第２の輝度補正部１３８は、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎ毎の輝度重心値（Ｘｇ１，Ｙｇ１），（Ｘｇ２，Ｙｇ２）・・・（Ｘｇｎ，Ｙｇｎ）を用いて、例えばガウス分布を用いて第２の輝度重心値が有する輝度を、輝度の補正値として得る（ステップＳ１５００）。輝度の補間部４１は、多数の輝度の補正値を、関数を用いて連続した連続補間値を得る（ステップＳ６００）。第２の三次元検知部１４３は、一定領域Ａ１における最大輝度値から金属粒子５ｈの距離を測定すると共に、最大輝度値に対応する第２の輝度重心値から金属粒子５ｈのＸＹ平面状の位置が検知する（ステップＳ７００）。
【００５７】
上記のように構成された三次元計測装置の各工程における動作を図１１から図１８を参照して説明する。
上記輝度オフセットの検知工程Ｓ３００では、輝度オフセットの検知部３４は、各画像ファイルＧ１，Ｇ２・・・Ｇｎにおいて、図１６に示すように、各明点Ｐ１・・・Ｐ６を中心としたそれぞれの一定領域Ａ１・・・Ａ６内において、各Ｘ，Ｙ座標の輝度を検知してから記憶し（ステップＳ３０１）、明点Ｐ１を中心とする一定領域Ａ１内の最小輝度値を輝度オフセットＬｏとして設定し記憶し（ステップＳ３０３，Ｓ３０５）、上記各Ｘ，Ｙ座標の輝度から輝度オフセットＬｏを除去(差し引き)し、輝度変化値Ｌｄを求める（ステップＳ３０７）。
すなわち、明点Ｐ１を中心とした一定領域Ａ１内の輝度オフセットＬｏを検知してから検知した輝度から輝度オフセットＬｏを除去した輝度変化値を得る。
なお、他の明点Ｐ２・・・Ｐ６も一定領域Ａ２・・Ａ６に対応して、上記のように明点Ｐ１と同様にして輝度オフセットＬｏを除去した輝度変化値を得る。
【００５８】
上記輝度重心の演算工程Ｓ１４００では、図１７に示すように、第２の輝度重心の演算部１３６は、ステップＳ１００において検知した画素１４ａの輝度値を読み出し（ステップＳ１４０１）、明点Ｐ１を含む一定領域Ａ１内で、Ｘ座標における第２の輝度重心値Ｘgoを上記（7）式により求めて記憶し（ステップＳ１４０３）、明点Ｐ１を含む一定領域Ａ１内で、Ｙ座標における第２の輝度重心値Ｙgoを求めて記憶する（ステップＳ１４０５）。
輝度重心の演算部１３６は、上記ステップＳ１４０１からＳ１４０５を各画像ファイルＧ１，Ｇ２,・・・Ｇｎで実行する。
これにより、輝度分布から輝度オフセットを差し引いた図１３に示す輝度の変化値により第２の輝度重心を求めるので、一定領域における輝度重心値を正確に検知できる。
【００５９】
上記輝度の補正工程Ｓ１５００では、図１０に示すように、輝度の補正部３８は、ステップＳ１００において検知した各画素１４ａの輝度値を読み出し（ステップＳ５０１）、ステップＳ４００において求めたＸ，Ｙ座標における第２の輝度重心を用いて、新たな５×５画素の一定領域を設定してから（ステップＳ５０３）、輝度を上記（３）〜（６）式によって補正した第２の輝度補正値を求めて記憶する（ステップＳ５０５）。
【００６０】
上記輝度の補間工程Ｓ６００では、図１８に示すように、金属粒子５ｈを検知すると（ステップＳ６０１）、撮像系１０の高さＺ１，Ｚ２・・・Ｚｎにおける最大輝度値を取得（ステップＳ６０３）、最大輝度値が生じるのは、何枚目かを判断して取得し（ステップＳ６０５）、最大輝度値を中心にｎ個の輝度データ値を取得する（ステップＳ６０７）。
ここで、ｎ個の輝度データ値に限定したのは、合焦点から離れた不要なデータの連続補間を省き、高速の処理が可能としている。そして、ｎ個の輝度データ値を二次補間して図１４の実線に示すように、連続補間曲線を得る（ステップＳ６０９）。第２の三次元検知部１４３は、輝度の補間値における最大輝度値に基づいて金属粒子５ｈの距離を検知すると共に、距離を検知した輝度補間値に対応する輝度重心値に基づいて、金属粒子５ｈのＸ，Ｙ座標上の金属粒子５ｈの位置を検知する（ステップＳ７００）。
【００６１】
上記のように構成された三次元計測装置１０１は、金属粒子５ｈを撮像素子１４を用いて撮像する撮像系１０と、金属粒子５ｈと撮像系１０との異なる距離毎に撮像系１０により撮像された各画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの明点Ｐ１，Ｐ２・・・Ｐｎを検出する明点三次元検知部３２と、画像の一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知部３４と、画像の明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布から輝度オフセットを除去した第２の輝度分布を求めると共に、第２の輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める第２の輝度重心の演算部１３６と、輝度重心値が検知された画素１４ａと、該画素１４ａの周囲の画素１４ａとが検知した輝度から輝度重心値が有する輝度を、輝度の補正値として得る輝度の補正部３８と、輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離を求めると共に、該距離を求めた輝度補正値に対応する第２の輝度重心に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ上の位置を求める第２の三次元検知部１４３と、を備えたものである。
【００６２】
かかる三次元計測装置１０１によれば、上記実施形態１の作用・効果を奏すると共に、画像の一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知部３４を備え、画像の明点を中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの輝度分布から輝度オフセットを除去した第２の輝度分布を求めると共に、第２の輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める第２の輝度重心の演算部１３６とを備えたので、画素１４ａが金属粒子５ｈからの反射によって検知した輝度の影響を受けにくいので、距離を求めた輝度補正値に基づいた第２の輝度の重心値が金属粒子５ｈのＸＹ平面上の位置と正確に重なることになる。
これにより、三次元計測装置１０１では、明点付近の輝度から輝度オフセットを除去した輝度変化値のみに基づいて第２の輝度重心値を求めて、第２の輝度重心値によって明点の位置を検知するので、金属粒子５ｈの反射などの影響を受けずに、正確に明点のＸＹ平面での位置を検知できる。したがって、金属粒子５ｈの位置の検知精度が向上する。
さらに、第２の輝度重心値に基づいて補正した第２の輝度の補正値を得て、第２の輝度の補正値に基づいて金属粒子５ｈの距離を検知するので、金属粒子５ｈの距離の検知精度がより向上する。
【００６３】
上記実施の形態の三次元計測方法は、被対象物５と撮像系１０との異なる距離毎に撮像系１０により撮像された各画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの明点Ｐ１，Ｐ２・・・Ｐｎを検出した後、画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎから明点を中心とした一定領域から輝度オフセットを検知する輝度オフセットの検知工程を実行した後、画像Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの明点Ｐ１，Ｐ２・・・Ｐｎを中心とした一定領域ごとの輝度を検知し、該一定領域内のＸ軸，Ｙ軸ごとの第１の輝度分布を求めると共に、第１の輝度分布から輝度オフセットを差し引いた第２の輝度分布に基づいて第２の輝度重心値を求める。その後、輝度の補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を求めると共に、距離を求めた輝度補正値に基づいた第２の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ上の位置を検知する、ものである。
これにより、三次元計測装置１０１では、明点付近の輝度から輝度オフセットを除去した輝度変化値のみに基づいて明点の位置を検知するので、金属粒子５ｈの反射などの影響を受けずに、正確に検知できる。したがって、金属粒子５ｈの距離及び位置の検知精度が向上する。
【００６４】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、第１（第２）の三次元検出器３０（１３０）は、第１（第２）の輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を求めると共に、第１（第２）の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ上の位置を検知したが、以下のようにしても良い。
本実施形態の三次元計測装置は、明点抽出部３２と、第１の輝度重心演算部３６と、輝度オフセットの検知部３４と、第２の輝度重心の演算部１３６と、第１の輝度補正部４３と、第３の三次元検出器とを備えている。
第３の三次元検出器は、第１の輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を求めると共に、該距離値に対応した第２の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ上の位置を検知しても良い。これにより、金属粒子５ｈとの距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮せず、金属粒子５ｈの位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮している。したがって、金属粒子５ｈの位置の検知精度がより向上する、
【００６５】
また、他の実施形態の三次元計測装置は、明点抽出部３２と、第１の輝度重心演算部３６と、輝度オフセットの三次元検知部３４と、第２の輝度重心の演算部１３６と、第１の輝度補正部４３と、第４の三次元検出器とを備えている。
第３の三次元検出器の代わりに、第４の三次元検出器を設け、第４の三次元検知器は、第２の輝度補正値に基づいて金属粒子５ｈとの距離値を求めると共に、該距離値に対応した第１の輝度重心値に基づいて金属粒子５ｈのＸ，Ｙ上の位置を検知しても良い。これにより、金属粒子５ｈとの距離値を求めるのに、輝度オフセットを考慮し、被対象物５の位置を検知するのに、輝度オフセットを考慮していない。したがって、金属粒子５ｈの距離の検知精度がより向上する、
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、三次元計測装置に適用できる。
【００６７】
本発明は、上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１，１０１  三次元計測装置、  ５  樹脂板、５ｈ  金属粒子（被対象物）、１０  撮像系、３２  明点抽出部、３４  輝度のオフセット検知部、３６  第１の輝度重心の演算部、３８  第１の輝度の補正部、４１  輝度の補間部、４３  第１の三次元検知部、１３６  第２の輝度重心の演算部、１３８  第２の輝度の補正部、１４３  第２の三次元検知部。
【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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