(57)【要約】  測定対象の形状を測定するための撮像画像に、ブレが存在するか否かを判定する。  測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、撮像画像から、撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出部と、特徴量に基づいて、撮像画像にブレが存在するか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする形状測定装置。
2013035847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、
前記撮像画像から、当該撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量に基づいて、前記撮像画像にブレが存在するか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記照射部は、一定の周期の空間周波数を持ち、初期位相の異なる複数の格子パターンが前記測定対象に投影された像を、前記撮像部によって順次撮像できるように、前記照明光を照射し、
前記撮像部は、前記初期位相の異なる複数の格子パターンが前記測定対象に投影された像を撮像した複数の撮像画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記特徴量算出部は、複数の前記撮像画像間の類似度を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記照射部は、Ｎバケット法に基づく格子パターンを前記測定対象に照射し、
前記特徴量算出部は、初期位相が同一である格子パターンが前記測定対象に投影された像を撮像した複数の前記撮像画像間の類似度を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記撮像部は、初期位相が同一である格子パターンが前記測定対象に投影された像を撮像する複数の撮像タイミング間に、他のパターンが前記測定対象に投影された像を撮像することを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記特徴量算出部は、初期位相が同一である格子パターンが前記測定対象に投影された像を撮像した複数組の前記撮像画像間の類似度を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記格子パターンが前記測定対象に投影された像を撮像した撮像画像であるテンプレート画像が予め記憶されている記憶部を備え、
前記特徴量算出部は、前記撮像部によって生成された撮像画像と、前記テンプレート画像との類似度を算出することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記特徴量算出部は、前記撮像画像の鮮鋭度を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記特徴算出部は、前記撮像画像の空間周波数分布を算出し、前記空間周波数分布の重心位置に基づいて、前記先鋭度を算出する請求項８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記判定部は、前記特徴量算出部が算出した複数の前記撮像画像間の類似度と、前記撮像画像の鮮鋭度との双方に基づいて、前記撮像画像にブレが存在するか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記特徴量算出部は、前記判定部が、複数の前記撮像画像の全ての鮮鋭度が定められた閾値以上であると判定した場合に、複数の前記撮像画像間の類似度を算出することを特徴とする請求項１０に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記照射部は、前記撮像部が撮像している際に、前記測定対象に一様の強度分布を有する照明光が投影された像が撮像されるように当該照明光を照射し、
前記特徴量算出部は、初期位相の異なる複数の撮像画像を合成した合成画像と、前記一様の照明光が照射された前記測定対象を撮像した撮像画像との類似度を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記特徴量算出部は、複数の前記撮像画像の空間周波数の分布を、前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
前記特徴量算出部は、前記撮像画像に含まれる空間周波数成分のうち、最も高い空間周波数成分を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記照射部は、空間コード法に基づく格子パターンを前記測定対象に照射し、
前記特徴量算出部は、複数の前記撮像画像毎の空間コードを前記特徴量として算出することを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１６】
前記判定部が、前記撮像画像にブレが存在すると判定すると、ブレが存在する旨の警告を出力する警告部を備えることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１７】
前記撮像部は、前記判定部が、前記撮像画像にブレが存在すると判定すると、前記照明光が照射された前記測定対象を再度撮像し、撮像画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１８】
前記照射部は、光源と、前記光源からの光の強度を変調するための光強度変調部と、前記光源からの光の強度分布をライン状の強度分布に変換する光強度分布変換部と、前記ライン状の長手方向及び前記光源からの光の投影方向に対してそれぞれ垂直な方向に、前記光源からの光を前記測定対象に対して走査するために配置された走査ミラーとを有することを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１９】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
作製された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する請求項１から１８のいずれか１項に記載の形状測定装置と、
前記測定によって得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置とを含む構造物製造システム。
【請求項２０】
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、を備える形状測定装置が、
前記撮像画像から、当該撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出するステップと、
前記特徴量に基づいて、前記撮像画像にブレが存在するか否かを判定するステップとを備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項２１】
構造物の形状に関する設計情報を作製することと、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
作製された前記構造物の形状を、請求項２０に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、
前記測定によって得られた形状情報と、前記設計情報とを比較することとを含む構造物製造方法。
【請求項２２】
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、を備える形状測定装置のコンピュータに、
前記撮像画像から、当該撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出するステップと、
前記特徴量に基づいて、前記撮像画像にブレが存在するか否かを判定するステップとを実行させる形状測定プログラム。
【請求項２３】
請求項２３に記載の形状測定プログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の面形状（三次元形状）を非接触で測定する手法として、例えば位相シフト法によるパターン投影型の形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この形状測定装置では、正弦波状の強度分布を持つ格子パターンを測定対象物上に投影し、その格子パターンの位相を一定ピッチで変化させながら測定対象物を繰り返し撮像する。これによって得られた複数の撮像画像（輝度変化データ）を所定の演算式に当てはめることで、測定対象物の面形状に応じて変形した格子パターンの位相分布（位相画像）を求め、その位相画像をアンラップ（位相接続）してから、測定対象物の高さ分布（高さ画像）に換算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８０６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者らの知見によれば、位相が異なる格子パターンが投影された複数の撮像画像を撮像する際にブレが発生すると、三次元形状の測定値に誤差が生じると考えられる。そこで、撮像画像にブレが発生しているか否かを判定することが望ましい。【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、測定対象の形状を測定するための撮像画像に、ブレが存在するか否かを判定する形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、撮像画像から、撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出部と、特徴量に基づいて、撮像画像にブレが存在するか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする形状測定装置である。【０００７】
また、本発明は、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作製された構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する上述の形状測定装置と、測定によって得られた形状情報と、設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムである。【０００８】
また、本発明は、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、を備える形状測定装置が、撮像画像から、撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出するステップと、特徴量に基づいて、撮像画像にブレが存在するか否かを判定するステップと、を備えることを特徴とする形状測定方法である。【０００９】
また、本発明は、構造物の形状に関する設計情報を作製することと、設計情報に基づいて構造物を作製することと、作製された構造物の形状を、上述の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、測定によって得られた形状情報と、設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法である。【００１０】
また、本発明は、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、撮像部によって撮像された画像が、前記測定対象に格子パターンが投影された画像として撮像されるように、撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する照射部と、を備える形状測定装置のコンピュータに、撮像画像から、撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出するステップと、特徴量に基づいて、撮像画像にブレが存在するか否かを判定するステップと、を実行させる形状測定プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、測定対象の形状を測定するための撮像画像に、ブレが存在するか否かを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態による形状測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による照射部の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による撮像画像の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による形状測定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】ブレの発生していない画像データにおける空間周波数の度数分布曲線を示す図である。
【図６】ブレの発生している画像データにおける空間周波数の度数分布曲線を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による形状測定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態において比較する画像の例を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態において比較する画像の例を示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態による形状測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態による形状測定装置の動作例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】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態：同一の初期位相である複数画像間の類似度を比較＞
図１は、本発明の第１の実施形態による形状測定装置１０の構成を示すブロック図である。形状測定装置１０は、操作入力部１１と、表示部１２と、撮像部１３と、照射部１４と、記憶部１５と、特徴量算出部１６と、判定部１７と、点群算出部１８とを備え、位相シフト法により測定対象Ａの三次元形状を測定するコンピュータ端末を含んでいる。形状測定装置１０は、位相シフト法により位相をシフトさせた複数の撮像画像を撮像する際、撮像画像にブレが存在するか否かを検出する。ブレの発生原因としては、例えば撮像中に測定対象が移動した場合におけるブレや、可搬タイプの形状測定装置１０を三脚等に固定せずにユーザが手に持って撮像した場合における手ブレなどが考えられる。また、測定結果に影響を与えるブレには、複数の撮像画像間における撮像範囲が異なるようなブレと、１枚の撮像画像を撮像する露光時間中に測定対象が移動したり手ブレが発生したりすることによるブレとが考えられる。あるいは、これらのブレが同時に起こることも考えられる。
【００１４】
本実施形態では、Ｎバケット法に基づく初期位相の異なる複数の格子パターンが測定対象に投影された像を撮像し、それぞれの像における同一画素の輝度値に基づいて、測定対象の形状測定を行う。通常は、それぞれ初期位相の異なる縞画像から形状測定を行うが、本実施形態では、更に少なくともいずれかの初期位相の格子パターンと同じ初期位相の格子パターンを再度投影し、そのとき撮像した画像と初期位相が同じ格子パターンの画像を比較する。このようにして、同一の初期位相の格子パターンが撮像された、撮像タイミングの異なる２以上の撮像画像の類似度を算出する。ここで、類似度が閾値以上であれば撮影タイミング間にブレがなかったと判定でき、類似度が閾値以上でなければ撮影タイミング間にブレがあったと判定できる。形状測定装置１０は、撮像中にこのようなブレが発生したか否かを判定し、ブレが発生した場合には警告を行う。これにより、例えばブレが発生した場合に再度の撮像を行うことが可能となる。
【００１５】
操作入力部１１は、ユーザからの操作入力を受け付ける。例えば、操作入力部１１は、主電源のオンとオフとを切替えるための電源釦、撮像処理開始の指示を受け付けるレリーズ釦等の操作部材を備えている。または、操作入力部１１はタッチパネルによる入力を受け付けることもできる。
表示部１２は、各種情報を表示するディスプレイである。例えば、表示部１２は、後述する判定部１７によって撮像画像にブレが存在すると判定されると、ブレが存在する旨の警告を表示する。また、表示部１２は、例えば点群算出部１８により算出された測定対象の三次元形状を示す点群データ等を表示する。
【００１６】
撮像部１３は、測定対象を撮像した撮像画像を生成し、生成した撮像画像を記憶部１５に記憶させる撮像処理を行う。撮像部１３は、照射部１４と連動して動作し、照射部１４によって測定対象に照明光が投影されるタイミングに合わせて撮像処理を行う。本実施形態では、撮像部１３は、照射部１４によってＮバケット法に基づく初期位相の異なる複数の格子パターンが測定対象に投影された像を、初期位相毎に撮像した複数の撮像画像を生成する。また、撮像部１３は、判定部１７が撮像画像にブレが存在する可能性があると判定すると、ブレの存在の可能性をユーザに警告する。ユーザは、その警告に応じて、再度Ｎバケット法に基づく、初期位相の異なる複数の格子パターンが測定対象に投影された像を、形状測定装置１０に取得させることができる。このようにして、ブレの存在の可能性に関する警告が発しなくなるまで、撮像し続けると、ブレの影響が低減された形状測定を実施できる。
なお、形状測定装置１０が、ブレの判定が無くなるまで、Ｎバケット法に基づく初期位相の異なる複数の格子パターンが測定対象に投影された像を自動的に撮像し続けるようにしても良い。このようにして、照明光が照射された測定対象を再度撮像し、撮像画像を生成する。
【００１７】
照射部１４は、撮像部１３が測定対象を撮像している際に、格子パターンが測定対象に投影された像が撮像されるように、撮像部１３が撮像している方向と異なる方向から、測定対象に所定の強度分布を有する照明光を照射する。ここで、照射部１４は、一定の周期の空間周波数を持ち、Ｎバケット法に基づいて初期位相が９０度ずつ異なる複数の格子パターンが測定対象に投影された像を、撮像部１３によって順次撮像できるように、照明光を照射する。例えば、照射部１４は、図２に示すように、光源１と、光源１からの光を光の照射方向に対して直交する方向に長手方向を有するライン状の強度分布となるように光強度分布を変換するコリーメートレンズ２及びシリンドリカルレンズ３を有する。また、ライン状の光強度分布となった光束を、ライン状の光強度分布を光束の長手方向に対して、垂直方向に光源１の光を測定対象に対して走査する走査ミラー４（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー）を備えている。
【００１８】
また、光源１には、光源１から発する光強度を制御するための、光源制御部５が設けられており、光源制御部５によってレーザ光の強度を変調しながら、走査ミラーを走査させて逐次レーザ光の偏向方向を変えることで、撮像部１３で取得される画像は、測定対象に縞パターンが投影されたときと同じ像が得られる。
言い換えると、光源１から照射されるレーザ光を光軸方向と垂直方向のある一方向にライン状の光強度分布を有するように強度分布を整形させ、光軸方向及びライン状の光強度分布の長手方向の両方に垂直な方向に、ライン状の強度分布を有する光線を、強度変化をさせながら走査する。ここでは、一方向に正弦波状の輝度変化をもつ縞模様（正弦格子）のパターン光を形成する。そして、ＭＥＭＳ技術を用いたミラーにより正弦波状に強度変化しながら、光源の光を光軸方向と垂直方向にシフトさせる。このようにして、測定対象に格子パターンの照射光を投影させる。ここではＭＥＭＳ技術を用いてレーザ光を投影する例を示したが、液晶プロジェクタ等を適用して照明光を投影することもできる。
【００１９】
図３は、照射部１４が初期位相を９０度ずつシフトさせて照射光を投影した測定対象の例を示す図である。ここでは、初期位相が０度であるＡと、Ａから初期位相を９０度シフトさせたＢと、Ａから初期位相を１８０度シフトさせたＣと、Ａから初期位相を２７０度シフトさせたＤとが示されている。例えば５バケット法の場合には初期位相を一定角度ずつシフトさせたＡからＥまでの５枚の撮像画像が生成され、７バケット法の場合には初期位相を一定角度ずつシフトさせたＡからＧまでの７枚の撮像画像が生成される。ここで、撮像順は必ずしもＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのような順でなくともよく、例えばＡ、Ｅ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に撮像することもできるが、本実施形態では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのように初期位相を順にシフトさせながら撮像処理を行うとする。すなわち、撮像部１３は、初期位相が同一である格子パターン（例えば、Ａ、Ｅ）が測定対象に投影された像を撮像する複数の撮像タイミング間に、他の初期位相の格子パターン（例えば、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が測定対象に投影された像を撮像することになる。このように、同一の初期位相の格子パターンが撮像される撮像タイミングを時間的に離すことで、手ブレが発生している可能性が高い撮像タイミング間における撮像画像を比較することができ、ブレ検出の精度を高めることができる。
【００２０】
記憶部１５には、撮像部１３により生成された撮像画像や、点群算出部１８により算出された点群データ等が記憶される。
特徴量算出部１６は、撮像部１３が生成した撮像画像から、その撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量を算出する。本実施形態では、特徴量算出部１６は、初期位相が同一である格子パターンが前記測定対象に投影された像を撮像した複数の撮像画像間の類似度を、特徴量として算出する。類似度は、例えば以下式（１）により算出することができる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
ここで、特徴量算出部１６は、初期位相が同一である格子パターンが測定対象に投影された像を撮像した一組の撮像画像間の類似度を特徴量として算出してもよいし、複数組の撮像画像間の類似度を特徴量として算出することもできる。例えば、９バケット法により初期位相を９０度ずつシフトさせた格子パターンが撮像された９枚の撮像画像が生成された場合、初期位相が０度である１枚目の撮像画像と初期位相が３６０度（つまり０度）である５枚目の撮像画像との類似度のみを算出してもよいし、図３に示したように、ＡとＥ、ＢとＦ、ＣとＧ、ＤとＨのように、初期位相が同じ角度である複数組の撮像画像間の類似度を算出するようにしてもよい。このように、複数組の撮像画像間の類似度を算出してブレの判定を行うことで、より精度良くブレを検出することができる。
【００２３】
判定部１７は、特徴量算出部１６が算出した特徴量に基づいて、撮像画像にブレが存在するか否かを判定する。例えば、判定部１７は、予め定められた類似度の閾値を自身の記憶領域に記憶し、特徴量算出部１６が算出した類似度と、自身の記憶領域に記憶した類似度の閾値とを比較する。判定部１７は、特徴量算出部１６が算出した類似度が、予め定められた類似度の閾値以上であると判定すればブレが存在しないと判定し、特徴量算出部１６が算出した類似度が、予め定められた類似度の閾値以上でないと判定すればブレが存在すると判定する。
点群算出部１８は、撮像部１３が生成した複数の撮像画像に基づいて、位相算出、位相接続等の点群算出処理を行い、点群データを算出して、記憶部１５に記憶させる。
【００２４】
次に、図面を参照して、本実施形態による形状測定装置１０の動作例を説明する。図４は、形状測定装置１０が形状測定処理を行う動作例を説明するフローチャートである。
操作入力部１１にユーザから撮像指示が入力されると（ステップＳ１）、撮像部１３が測定対象の撮像処理を開始し、合わせて照射部１４が測定対象への照射光の投影処理を開始する（ステップＳ２）。撮像部１３は、例えば初期位相が０度、９０度、１８０度、２７０度、３６０度の縞投影時に撮像した５枚の撮像画像を、記憶部１５に記憶させる（ステップＳ３）。特徴量算出部１６は、記憶部１５に記憶された複数の撮像画像のうち、同一の初期位相（例えば、０度と３６０度）である複数の撮像画像を読み出し、読み出した撮像画像間の類似度を算出する（ステップＳ４）。
【００２５】
判定部１７は、特徴量算出部１６によって算出された類似度と、予め定められた閾値とを比較する（ステップＳ５）。判定部１７が、特徴量算出部１６によって算出された類似度が、予め定められた閾値以上でないと判定すると（ステップＳ５：ＮＯ）、表示部１２は、撮像画像にブレが発生していることを示す警告を表示する（ステップＳ６）。ここでは、手ブレが発生している可能性があるが、点群データの算出処理を続行するか否かについてユーザからの選択入力を受け付けるようにすることができる。操作入力部１１に、処理を続行しない旨の指示が入力されれば（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。操作入力部１１に、処理を続行する旨の指示が入力されれば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。
【００２６】
ステップＳ５において、判定部１７が、特徴量算出部１６によって算出された類似度が、予め定められた閾値以上であると判定すると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、点群算出部１８は、記憶部１５に記憶されている撮像画像に基づいて点群データを算出し、記憶部１５に記憶させる（ステップＳ８）。そして、表示部１２は、算出された点群データを表示する（ステップＳ９）。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、Ｎバケット法に基づいて撮像された初期位相の異なる複数の撮像画像において、同一の初期位相である撮像画像間の類似度を算出し、類似度に基づいてブレが存在するか否かを判定することができる。これにより、ブレが発生した場合に再撮像、再測定の処理を行うことが可能である。ここで、撮像画像に基づいて行われる点群算出部１８による点群算出処理は、比較的負荷の高い処理であり、処理が完了するまでに数秒（例えば、５秒）程度の時間がかかる場合がある。そこで、本実施形態では、撮像部１３による撮像処理が行われた後、点群算出部１８による点群算出処理が開始される前に、類似度の判定とブレ判定処理を行い、ブレが存在する場合には警告を表示している。これにより、ユーザは、撮像画像にブレが存在することを、負荷の高い点群算出処理が行われる前に知ることができ、再撮像の指示を入力することができる。すなわち、点群算出処理が行われる数秒程度の時間が経過した後、点群データが表示部１２に表示された時点で初めてブレが発生していたことを知る場合に比べ、点群算出処理が行われる前に早期にブレの発生を知ることができる。これにより、測定対象の形状の再測定を行うために不要な待ち時間を低減させることができ、さらに無駄な電力を消費せず、効率良く測定処理を行うことができる。
【００２８】
＜第２の実施形態：撮像画像の鮮鋭度に基づいてブレ判定＞
第１の実施形態では、Ｎバケット法により生成した複数の撮像画像の類似度に基づいて撮像画像にブレが存在するか否かを判定する例を示したが、他の方法によりブレが存在するか否かを判定することもできる。以下に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態による形状測定装置１０は、図１に示した第１の実施形態と同様の構成である。第１の実施形態では、複数の撮像画像間における撮像範囲が異なるようなブレについて検出したが、本実施形態では、１枚の撮像画像を撮像する露光時間中に測定対象が移動したり手ブレが発生したりすることによるブレを検出する。
【００２９】
本実施形態における特徴量算出部１６は、撮像部１３によって生成された撮像画像の鮮鋭度（ボケ度）を特徴量として算出する。判定部１７は、ブレが発生しているか否かを判定するための鮮鋭度の閾値を予め記憶し、特徴量算出部１６が算出した鮮鋭度と鮮鋭度の閾値とを比較する。判定部１７は、特徴量算出部１６が算出した鮮鋭度が、定められた閾値以上であると判定すれば撮像画像にブレが存在しないと判定し、特徴量算出部１６が算出した鮮鋭度が、定められた閾値以上でないと判定すれば撮像画像にブレが存在すると判定する。
【００３０】
画像の鮮鋭度は、予め定められた算出式により算出することができるが、例えば空間周波数の分布に基づいて算出することができる。例えば、図５、６に示すように、同一の測定対象を撮像した、ブレの発生していない画像データにおける空間周波数の度数分布曲線Ａ１と、ブレの発生している画像データにおける空間周波数の度数分曲線Ｂ１とを考える。ブレの発生していない画像データにおける空間周波数の度数分布曲線Ａ１とブレの発生している画像データにおける空間周波数の度数分曲線Ｂ１とを比較すると、度数分布曲線Ａ１の方が、度数分布曲線で囲まれる図形の重心が、高い空間周波数側に存在している。なお、図５、６では、点線の位置に該当する周波数が投影された縞の空間周波数である。
そこで、測定対象に応じてブレが発生しているか否かを判定するために、空間周波数の度数分布曲線で囲まれた領域の重心の位置に該当する空間周波数を検出し、その検出された空間周波数に基づいて、予め設定された空間周波数の閾値と比較することで、撮像画像にブレが発生しているか否かを判定することができる。
なお、画像データに写されている縞パターンの空間周波数に着目しても良いし、測定対象の表面に細かいパターンがある場合には、その細かいパターンに着目することもできる。つまり、そのパターンの空間周波数が低くなっているかどうかを検出することによって、撮像画像にブレが発生しているか否かを判定することができる。
【００３１】
この場合、特徴量算出部１６は、撮像部１３によって生成され記憶部１５に記憶された撮像画像のフーリエ変換を行い、上述のように求められた重心位置に該当する空間周波数を鮮鋭度（特徴量）として算出する。判定部１７は、特徴量算出部１６が算出した特徴量が、基準となる鮮鋭度と比較して、予め定められた閾値以上であるか否かを判定することにより、撮像画像にブレが存在するか否かを判定する。
【００３２】
ここで、本実施形態による１枚の撮像画像毎のブレ判定と、第１の実施形態において示した複数の撮像画像間の類似度に基づくブレ判定との双方を行い、より効率良く、精度良くブレ検出を行うことができる。例えば、撮像部１３が初期位相の異なる撮像画像を生成する毎に鮮鋭度に基づくブレ判定を行い、鮮鋭度が閾値以上でないと判定した時点で警告を行うことができる。これにより、不要な撮像処理を行うことを防ぐことができるとともに、不要な点群データの算出処理を行うことを防ぐことができる。
【００３３】
図７は、このような形状測定装置１０の動作例を示すフローチャートである。操作入力部１１にユーザから撮像指示が入力されると（ステップＳ１０）、撮像部１３が測定対象の撮像処理を開始し、合わせて照射部１４が測定対象への照射光の投影処理を開始する（ステップＳ１１）。撮像部１３が、照射部１４によって初期位相が異なる格子パターンが測定対象に投影される毎に生成した撮像画像を、記憶部１５に記憶させる（ステップＳ１２）。特徴量算出部１６は、記憶部１５に記憶されている撮像画像を読み出し、読み出した撮像画像をフーリエ変換して空間周波数分布を取得して、鮮鋭度を取得する（ステップＳ１３）。
【００３４】
判定部１７は、特徴量算出部１６によって算出された鮮鋭度と、予め定められた鮮鋭度の閾値とを比較する（ステップＳ１４）。判定部１７が、特徴量算出部１６によって算出された鮮鋭度が、予め定められた閾値以上でないと判定すると（ステップＳ１４：ＮＯ）、表示部１２は、撮像画像にブレが発生していることを示す警告を表示する（ステップＳ１５）。操作入力部１１に、処理を続行しない旨の指示が入力されれば（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。操作入力部１１に、処理を続行する旨の指示が入力されれば（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１７に進む。
【００３５】
ステップＳ１４において、判定部１７が、特徴量算出部１６によって算出された鮮鋭度が、基準の鮮鋭度に比較して、予め定められた閾値以上であると判定すると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、判定部１７は、規定の枚数以上の撮像画像が生成されたか否かを判定する（ステップＳ１７）。規定の枚数とは、例えば５バケット法による撮像を行う場合には５枚であり、７バケット法による撮像を行う場合には７枚である。判定部１７が、規定の枚数以上の撮像画像が生成されていないと判定すれば（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。判定部１７が、規定の枚数以上の撮像画像が生成されていると判定すれば（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８に進み、第１の実施形態において示したステップＳ４からステップＳ９までと同様の処理を行う（ステップＳ１８〜ステップＳ２３）。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、特徴量算出部１６が撮像画像毎に鮮鋭度を算出して判定部１７がブレ判定を行い、複数の撮像画像の全ての鮮鋭度が定められた閾値以上でありブレがないと判定した場合に、特徴量算出部１６が複数の撮像画像間の類似度を算出するようにした。これにより、複数の初期位相に基づく全てのパターンの撮像処理を行う前に、初期位相に応じた撮像画像毎にブレ判定を行い、ブレが検出された時点で警告を出力することができる。このため、不要な撮像処理や点群データの算出処理を防ぎ、効率良く測定対象の形状測定を行うことができる。
【００３７】
＜第３の実施形態：初期位相の異なる複数の撮像画像の合成画像と、強度分布を一様にして撮像した画像とを比較＞
本実施形態の形状測定装置１０は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態の形状測定装置１０の照射部１４は、第１の実施形態と同様の照射処理を行うことに加え、撮像部１３が撮像している際に、測定対象に一様の強度分布を有する照明光が投影された像が撮像されるように照明光を照射する。特徴量算出部１６は、第１の実施形態と同様に撮像した初期位相の異なる複数の撮像画像を合成した合成画像と、一様の照明光が照射された測定対象を撮像した撮像画像との類似度を特徴量として算出する。これにより、撮像画像にブレが存在しているか否かを判定する。
【００３８】
すなわち、図８に示すように、初期位相をシフトさせて撮像した異なる４つの撮像画像（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を合成し、例えば空間周波数の分布の平均を算出する。なお、図８の画像Ｘは４つの撮像画像を合成した画像である。また、図８の画像Ｙは均一照明で測定対象を照明したときに、撮影した画像である。４つの撮像画像を合成した画像と、レーザ光の強度変調をせずに、ライン状のパターンの光を走査したときに得られた画像とは、複数の撮像画像間にブレが発生していなければ、同じ画像となる。したがって、特徴量として、４つの撮像画像を合成した画像と強度変調を行わずに測定対象を照明した画像との類似度を検出して、ブレの有無の検出を行っても良い。
また、発明者らの知見によれば、上述のような初期位相をシフトさせて撮像した異なる撮影画像の合成画像と、測定対象に対して一様の強度分布を有する照明光が投影された像を撮像した撮像画像との空間周波数の分布が略一致する。そこで、ほかの方法として、特徴量算出部１６が、このような初期位相の異なる複数の撮像画像の合成画像の空間周波数分布と、強度分布を一様にして撮像した画像の空間周波数分布とを比較して、類似度を算出することができる。判定部１７は、算出された類似度が一定以上であればブレが存在しないと判定し、一定以上でなければブレが存在すると判定する。
【００３９】
＜第４の実施形態：テンプレート画像との比較＞
本実施形態の形状測定装置１０は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態の形状測定装置１０の記憶部１５には、格子パターンが測定対象に投影された像を撮像した撮像画像であるテンプレート画像が予め記憶されている。例えば、図９に示すように、記憶部１５には、測定対象を初期位相毎に予め撮像したＡ´（初期位相０度）、Ｂ´（初期位相９０度）、Ｃ´（初期位相１８０度）、Ｄ´（初期位相２７０度）のテンプレート画像を記憶しておく。特徴量算出部１６は、記憶部１５に記憶されているテンプレート画像を読み出し、読み出したテンプレート画像と、対応する初期位相毎に撮像部１３によって生成された撮像画像との類似度を算出する。判定部１７は、特徴量算出部１６が算出した類似度が、予め定められた閾値以上であればブレが存在しないと判定し、閾値以上でなければブレが存在すると判定する。
【００４０】
＜第５の実施形態：複数画像の空間周波数の分布に基づいてブレ判定＞
本実施形態の形状測定装置１０は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態の形状測定装置１０の特徴量算出部１６は、撮像部１３によって撮像された複数の撮像画像のそれぞれをフーリエ変換し、空間周波数の分布を特徴量として算出する。判定部１７は、複数の撮像画像間の空間周波数の分布が異なる場合には、撮像画像間にブレが存在すると判定し、複数の撮像画像間の空間周波数の分布が略同一である場合には、撮像画像間にブレが存在しないと判定する。例えば、初期位相の異なる複数の撮像画像のうち、いずれかの撮像画像のみにブレが発生している場合には、その撮像画像のみの空間周波数の分布が、他の撮像画像の空間周波数の分布と異なる結果になると考えられる。そこで、複数の撮像画像間でこのような空間周波数の分布が定められた条件を超えて一致しない場合には、ブレが存在すると判定する。
【００４１】
＜第６の実施形態：空間コード法に基づいてブレ判定＞
本実施形態の形状測定装置１０は、第１の実施形態と同様であるが、本実施形態の形状測定装置１０の照射部１４は、空間コード法に基づく格子パターンを測定対象に照射し、特徴量算出部１６は、複数の撮像画像毎の空間コードを特徴量として算出する。判定部１７は、複数の撮像画像毎に算出された空間コードに基づく座標位置が異なれば、撮像画像にブレが存在すると判定し、座標位置が略一致すれば、撮像画像にブレが存在しないと判定する。
【００４２】
ここで、上述したような第１から第６の実施形態による判定処理のうち、少なくとも２つの判定処理を組み合わせて行い、より精度の高い判定処理を行うこともできる。例えば、ユーザが上述したような第１から第６実施形態による判定処理のいずれの判定処理を行うかについて予め少なくとも１つの判定処理を選択し、その選択に基づいた判定処理（または判定処理の組み合わせ）を実行するようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、判定部１７によって撮像画像にブレが存在すると判定された場合、表示部１２が警告を表示する例を示したが、例えば形状測定装置１０が音を出力するスピーカを備え、警告音を出力するようにしてもよい。あるいは、有線回線又は無線回線により形状測定装置１０に接続された端末に、メッセージを送信するなどして、判定部１７によって撮像画像にブレが存在すると判定されたことを報知してもよい。
【００４３】
＜第７の実施形態：構造物製造システム＞
次に、本実施形態の形状測定装置１０を用いた構造物製造システム、及び構造物製造方法について説明する。
図１０は、本実施形態の構造物製造システム１００の構成を示す図である。本実施形態の構造物製造システム１００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置１０と、設計装置２０と、成形装置３０と、制御装置（検査装置）４０と、リペア装置５０とを備える。制御装置４０は、座標記憶部４１及び検査部４２を備える。
【００４４】
設計装置２０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作製した設計情報を成形装置３０に送信する。また、設計装置２０は、作製した設計情報を制御装置４０の座標記憶部２１０に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。
成形装置３０は、設計装置２０から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置３０の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置１０は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置４０へ送信する。
【００４５】
制御装置４０の座標記憶部４１は、設計情報を記憶する。制御装置４０の検査部４２は、座標記憶部４１から設計情報を読み出す。検査部４２は、形状測定装置１０から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部４１から読み出した設計情報とを比較する。検査部４２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部４２は、作製された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部４２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部４２は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置５０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
リペア装置５０は、制御装置４０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【００４６】
図１１は、本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。本実施形態において、図１１に示す構造物製造方法の各処理は、構造物製造システム１００の各部によって実行される。
構造物製造システム１００は、まず、設計装置２０が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ３１）。次に、成形装置３０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ３２）。次に、形状測定装置１０は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ３３）。次に、制御装置４０の検査部４２は、形状測定装置１０で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作製されたか否か検査する（ステップＳ３４）。
【００４７】
次に、制御装置４０の検査部４２は、作製された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。構造物製造システム１００は、作製された構造物が良品であると検査部４２が判定した場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、その処理を終了する。また、検査部４２は、作製された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、作製された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ３６）。
【００４８】
構造物製造システム１００は、作製された構造物が修復できると検査部４２が判定した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、リペア装置５０が構造物の再加工を実施し（ステップＳ３７）、ステップＳ３３の処理に戻る。構造物製造システム１００は、作製された構造物が修復できないと検査部４２が判定した場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、その処理を終了する。
【００４９】
本実施形態の構造物製造システム１００は、上記の第１から第６実施形態における形状測定装置１０が構造物の座標を正確に測定することができるので、作製された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム１００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【００５０】
なお、本実施形態におけるリペア装置５０が実行するリペア工程は、成形装置３０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置４０の検査部４２が修復できると判定した場合、成形装置３０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置３０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム１００は、構造物を正確に作製することができる。
【００５１】
なお、本発明における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりブレ判定の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５２】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、本願発明の撮像画像に存在するブレの度合いを示す特徴量として、画像の比較による類似度算出や、画像の空間周波数分布により求めていたが、これだけに限られず、測定に必要な画像を取得している間に、測定対象又は形状測定装置が相対的に動いていたか否かを検出する方法であれば、いずれでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、本発明は、製造された構造物が良品であるか否かを判定できる構造物製造システムに適用することができる。これにより、製造された構造物の検査精度を向上させることができ、構造物の製造効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…光源、２、３…レンズ、４…走査ミラー、１０…形状測定装置、１２…表示部、１３…撮像部、１４…照射部、１５…記憶部、１６…特徴量算出部、１７…判定部、２０…設計装置、３０…成形装置、４０…制御装置、４２…検査部
【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】
2013035847.tif 000013
【図１１】
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【国際調査報告】
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2013035847.tif 000017
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