(57)【要約】      （修正有）【課題】計測精度の低下を抑制できる３次元形状計測方法及び３次元形状計測装置を提供する。【解決手段】Ｓ１０で正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体に投影された縞パターンの第１画像データを複数取得し、Ｓ２０で第１画像データの複数の画素それぞれの相対位相値を算出し、Ｓ３０で周期が異なる複数のグレイコードパターンを物体に投影した第２画像データを複数取得し、第１画像データの複数の画素それぞれの縞パターンの縞次数を算出する。その際、投影する複数のグレイコードパターンの合成値であるグレイコードの周期は、縞パターンの周期よりも短い。Ｓ４０で相対位相値と縞次数とに基づいて、第１画像データの複数の画素それぞれの絶対位相値を算出し、Ｓ５０で第１画像データの複数の画素それぞれの絶対位相値に基づいて、物体の３次元形状を算出する。【選択図】図３
2018054410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体に投影して、前記縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第１画像データを複数取得することと、
複数の前記第１画像データの輝度に基づいて、前記第１画像データの複数の画素それぞれの相対位相値を算出することと、
周期が異なる複数のグレイコードパターンを前記物体に投影して、前記グレイコードパターンが投影された前記物体の画像を示す第２画像データを複数取得することと、
複数の前記第２画像データに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの前記縞パターンの縞次数を算出することと、
前記相対位相値と前記縞次数とに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値を算出することと、
前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値に基づいて、前記物体の３次元形状を算出することと、
を含み、
複数の前記グレイコードパターンの合成値であるグレイコードの周期は、前記縞パターンの周期よりも短い、
３次元形状計測方法。
【請求項２】
前記グレイコードの周期の境界の少なくとも一部が前記縞パターンの周期の境界から外れている、
請求項１に記載の３次元形状計測方法。
【請求項３】
前記縞パターンの周期をＬｂ、
前記グレイコードパターンの周期をＬｒ、
０．５以上１未満の数をＴ、
０以上の整数をｉ、
としたとき、
Ｌｒ＝Ｔ×Ｌｂ×２ｉ、
の条件を満足する、
請求項１又は請求項２に記載の３次元形状計測方法。
【請求項４】
前記数Ｔは、３／４である、
請求項３に記載の３次元計測方法。
【請求項５】
正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体に投影し、周期が異なる複数のグレイコードパターンを前記物体に投影する投影装置と、
前記縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第１画像データを複数取得し、前記グレイコードパターンが投影された前記物体の画像を示す第２画像データを複数取得する撮像装置と、
複数の前記第１画像データの輝度に基づいて、前記第１画像データの複数の画素それぞれの相対位相値を算出する相対位相値算出部と、
複数の前記第２画像データに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの前記縞パターンの縞次数を算出する縞次数算出部と、
前記相対位相値と前記縞次数とに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値を算出する絶対位相値算出部と、
前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値に基づいて、前記物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、
を備え、
複数の前記グレイコードパターンの合成値であるグレイコードの周期は、前記縞パターンの周期よりも短い、
３次元形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状計測方法及び３次元形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の３次元形状計測方法の一つとして、特許文献１に開示されているような位相シフト法が知られている。位相シフト法においては、明度が正弦波状に変化する縞パターンが物体に投影され、縞パターンが投影された物体の画像データが取得される。また、位相シフト法においては、物体の各点に投影された縞パターンの相対位相値が算出される。相対位相値から物体の３次元形状を算出するために、相対位相値と縞次数とに基づいて、物体の各点における絶対位相値を算出する位相接続が実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２４５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相接続において、物体に空間コードパターンを投影する空間コード化法を用いる方法が知られている。空間コード化法を用いて位相接続する場合、縞パターンと空間コードパターンとが１対１に対応するように空間コードパターンが投影される。すなわち、位相シフト法で使用される縞パターンの周期と空間コード化法で使用される空間コードパターンの周期とが一致し、縞パターンの周期の境界と空間コードパターンの周期の境界とが一致するように、縞パターン及び空間コードパターンが物体に投影される。しかし、縞パターンと空間コードパターンとが１対１に対応するように物体に投影される場合、縞パターンの位相境界位置に含まれるノイズに起因して、算出される絶対位相値が大きな誤差を含んでしまう可能性がある。物体の３次元形状は、物体の各点の絶対位相値に基づいて算出される。そのため、絶対位相値が誤差を含んでしまうと、物体の３次元形状の計測精度が低下する。
【０００５】
本発明の態様は、計測精度の低下を抑制できる３次元形状計測方法及び３次元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】
本発明の第１の態様に従えば、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体に投影して、前記縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第１画像データを複数取得することと、複数の前記第１画像データの輝度に基づいて、前記第１画像データの複数の画素それぞれの相対位相値を算出することと、周期が異なる複数のグレイコードパターンを前記物体に投影して、前記グレイコードパターンが投影された前記物体の画像を示す第２画像データを複数取得することと、複数の前記第２画像データに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの前記縞パターンの縞次数を算出することと、前記相対位相値と前記縞次数とに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値を算出することと、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値に基づいて、前記物体の３次元形状を算出することと、を含み、複数の前記グレイコードパターンの合成値であるグレイコードの周期は、前記縞パターンの周期よりも短い、３次元形状計測方法が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体に投影し、周期が異なる複数のグレイコードパターンを前記物体に投影する投影装置と、前記縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第１画像データを複数取得し、前記グレイコードパターンが投影された前記物体の画像を示す第２画像データを複数取得する撮像装置と、複数の前記第１画像データの輝度に基づいて、前記第１画像データの複数の画素それぞれの相対位相値を算出する相対位相値算出部と、複数の前記第２画像データに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの前記縞パターンの縞次数を算出する縞次数算出部と、前記相対位相値と前記縞次数とに基づいて、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値を算出する絶対位相値算出部と、前記第１画像データの複数の前記画素それぞれの絶対位相値に基づいて、前記物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、を備え、複数の前記グレイコードパターンの合成値であるグレイコードの周期は、前記縞パターンの周期よりも短い、３次元形状計測装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、計測精度の低下を抑制できる３次元形状計測方法及び３次元形状計測装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る３次元形状計測装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る３次元計測方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本実施形態に係る縞パターンの一例を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る縞パターンが投影された物体の画像データの一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る画像データの画素の輝度の一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る相対位相値及び絶対位相値の一例を模式的に示す図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るグレイコードパターンの一例を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るグレイコードパターンが投影された物体の画像データの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る第１画像データの輝度変化と、第２画像データＮの輝度変化と、複数のグレイコードパターンを合成することにより生成される縞次数コードと、縞次数との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る相対位相値とグレイコードとの関係を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る位相接続前の相対位相値及びグレイコードと、位相接続後の絶対位相値との関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１１】
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する所定面のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸ方向とし、Ｙ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹ方向とし、Ｚ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺ方向とする。ＸＹ平面は所定面である。
【００１２】
［３次元計測装置］
図１は、本実施形態に係る３次元形状計測装置１の一例を模式的に示す図である。図１に示すように、３次元形状計測装置１は、計測対象物である物体Ｓを支持するステージ２と、ステージ２に支持されている物体Ｓにパターンを投影する投影装置３と、パターンが投影された物体Ｓの画像データを取得する撮像装置４と、制御装置５とを備える。
【００１３】
投影装置３は、光を発生する光源３１と、光源３１から射出された光を光変調する光変調素子３２と、光変調素子３２で生成されたパターンを物体Ｓに投影する投影光学系３３とを有する。
【００１４】
光変調素子３２は、デジタルミラーデバイス(Digital  Mirror  Device：ＤＭＤ)を含む。なお、光変調素子３２は、透過型の液晶パネルを含んでもよいし、反射型の液晶パネルを含んでもよい。光変調素子３２は、制御装置５から出力されるパターンデータに基づいてパターン光を生成する。投影装置３は、パターンデータに基づいてパターン化されたパターン光を物体Ｓに照射する。
【００１５】
撮像装置４は、物体Ｓで反射したパターン光を結像する結像光学系４１と、結像光学系４１を介して物体Ｓの画像データを取得する撮像素子４２とを有する。撮像素子４２は、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor  Image  Sensor）又はＣＣＤイメージセンサ（Charge  Coupled  Device  Image  Sensor）を含む固体撮像素子である。
【００１６】
制御装置５は、コンピュータシステムを含み、投影装置３及び撮像装置４を制御する。制御装置５は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）又はＲＡＭ（Random  Access  Memory）のようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
【００１７】
制御装置５は、入力装置６及び表示装置７と接続される。入力装置６は、コンピュータ用キーボート、マウス、及びタッチパネルの少なくとも一つを含み、操作されることにより入力信号を制御装置５に出力する。表示装置７は、液晶ディスプレイ（Liquid  Crystal  Display：ＬＣＤ）又は有機ＥＬディスプレイ（Organic  Electroluminescence  Display：ＯＥＬＤ）のようなフラットパネルディスプレイを含む。
【００１８】
本実施形態において、３次元形状計測装置１は、位相シフト法に基づいて、物体Ｓの３次元形状を計測する。位相シフト法に基づいて物体Ｓの３次元形状を計測する場合、位相接続が実施される。３次元形状計測装置１は、空間コード化法に基づいて、位相接続を実施する。
【００１９】
投影装置３は、位相シフト法に基づいて、正弦波状の明度分布の縞パターンＰＢを位相シフトさせながら物体Ｓに投影する。また、投影装置３は、空間コード法に基づいて、空間コードパターンの一種であるグレイコードパターンＰＲを物体Ｓに投影する。
【００２０】
投影装置３は、周期が異なる複数のグレイコードパターンＰＲを物体Ｓに投影する。本実施形態において、投影装置３は、複数のグレイコードパターンＰＲの合成値であるグレイコードの周期が縞パターンＰＢの周期よりも短くなるように、縞パターンＰＢ及びグレイコードパターンＰＲを物体Ｓに投影する。
【００２１】
本実施形態において、物体Ｓに投影される複数のグレイコードパターンＰＲのうち少なくとも一つのグレイコードパターンＰＲの周期は、縞パターンＰＢの周期よりも短い。
【００２２】
また、投影装置３は、複数のグレイコードパターンＰＲの合成値であるグレイコードの周期の境界の少なくとも一部が縞パターンＰＢの周期の境界から外れるように、縞パターンＰＢ及びグレイコードパターンＰＲを物体Ｓに投影する。
【００２３】
撮像装置４は、縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの画像を示す画像データ（第１画像データ）Ｍを複数取得する。また、撮像装置４は、グレイコードパターンＰＲが投影された物体Ｓの画像を示す画像データ（第２画像データ）Ｎを複数取得する。
【００２４】
［制御装置］
図２は、本実施形態に係る制御装置５の一例を示す機能ブロック図である。制御装置５は、入出力部５１と、パターン生成部５２と、画像データ取得部５３と、相対位相値算出部５４と、縞次数算出部５５と、絶対位相値算出部５６と、３次元形状算出部５７と、記憶部５８とを有する。
【００２５】
パターン生成部５２は、パターンデータを生成する。パターン生成部５２で生成されたパターンデータは、入出力部５１を介して光変調素子３２に出力される。光変調素子３２は、パターン生成部５２で生成されたパターンデータに基づいて、パターン光を生成する。本実施形態において、パターン生成部５２は、パターンデータとして、縞パターンデータ及びグレイコードパターンデータを生成する。光変調素子３２は、パターン生成部５２で生成された縞パターンデータに基づいて、縞パターン光を生成する。光変調素子３２は、パターン生成部５２で生成されたグレイコードパターンデータに基づいて、グレイコードパターン光を生成する。
【００２６】
画像データ取得部５３は、入出力部５１を介して、撮像素子４２から画像データを取得する。本実施形態において、画像データ取得部５３は、縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの画像を示す画像データＭ、及びグレイコードパターンＰＲが投影された物体Ｓの画像を示す画像データＮを取得する。
【００２７】
相対位相値算出部５４は、複数の画像データＭの輝度に基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの相対位相値θｐを算出する。相対位相値算出部５４は、位相シフトされた縞パターンＰＢのそれぞれが投影された物体Ｓの画像を示す複数の画像データＭの同一の点の輝度に基づいて、その点に対応する画像データＭの画素ｐの相対位相値θｐを算出する。相対位相値算出部５４は、画像データＭの複数の点それぞれの輝度に基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの相対位相値θｐを算出する。
【００２８】
縞次数算出部５５は、複数の画像データＮに基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの縞パターンＰＢの縞次数ｎを算出する。縞次数ｎとは、物体Ｓに１度に投影される縞パターンＰＢの複数の縞のうち、特定の縞を基準として付される複数の縞それぞれの番号である。換言すれば、縞次数ｎとは、物体Ｓに１度に投影される縞パターンＰＢの複数の縞のうち、基準の縞から数えてｎ番目の縞であることを示す値である。
【００２９】
絶対位相値算出部５６は、相対位相値θと縞次数ｎとに基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの絶対位相値θａを算出する。
【００３０】
３次元形状算出部５７は、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの絶対位相値θａに基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれに対応する物体Ｓの複数の点それぞれの高さデータを算出して、物体Ｓの３次元形状を算出する。
【００３１】
［３次元計測方法］
次に、本実施形態に係る３次元計測方法について説明する。図３は、本実施形態に係る３次元計測方法の一例を示すフローチャートである。
【００３２】
パターン生成部５２は、縞パターンデータを生成する。縞パターンデータは、投影装置３の光変調素子３２に出力される。投影装置３は、正弦波状の明度分布の縞パターンＰＢを位相シフトさせながら物体Ｓに投影する。撮像装置４は、縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの画像を示す画像データＭを複数取得する（ステップＳ１０）。
【００３３】
本実施形態においては、投影装置３は、縞パターンＰＢをπ／２ずつ位相シフトさせながら、物体Ｓに投影する。撮像装置４は、π／２ずつ位相シフトされる縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの画像データＭを取得する。画像データ取得部５３は、撮像装置４の撮像素子４２から入出力部５１を介して画像データＭを取得する。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る縞パターンＰＢの一例を示す図である。図４に示すように、縞パターンＰＢは、位相シフト量が０［°］である縞パターンＰＢ１と、位相シフト量が９０［°］である縞パターンＰＢ２と、位相シフト量が１８０［°］である縞パターンＰＢ３と、位相シフト量が２７０［°］である縞パターンＰＢ４とを含む。投影装置３は、縞パターンＰＢ１、縞パターンＰＢ２、縞パターンＰＢ２、及び縞パターンＰＢ４のそれぞれを物体Ｓに順次投影する。
【００３５】
図５は、本実施形態に係る縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの画像データＭの一例を示す図である。図５に示すように、画像データＭは、縞パターンＰＢ１が投影された物体Ｓの画像データＭ１、縞パターンＰＢ２が投影された物体Ｓの画像データＭ２、縞パターンＰＢ３が投影された物体Ｓの画像データＭ３、及び縞パターンＰＢ４が投影された物体Ｓの画像データＭ４を含む。画像データ取得部５３は、複数の画像データＭ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）を取得する。
【００３６】
図６は、本実施形態に係る画像データＭ１の画素ｐ（ｘ，ｙ）の輝度ａ１、画像データＭ２の画素ｐ（ｘ，ｙ）の輝度ａ２、画像データＭ３の画素ｐ（ｘ，ｙ）の輝度ａ３、及び画像データＭ４の画素ｐ（ｘ，ｙ）の輝度ａ４の一例を示す図である。４つの画像データＭ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）において、画素ｐ（ｘ，ｙ）は、物体Ｓの同一の点からの光が入射した画素である。図６に示すように、相対的な輝度は、縞パターンＰＢの位相シフト量だけ変化する。
【００３７】
相対位相値算出部５４は、複数の画像データＭ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）の輝度に基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの相対位相値θｐを算出する（ステップＳ２０）。
【００３８】
縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの複数の点それぞれの相対位相値θｐと、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの相対位相値θｐとは、１対１で対応する。相対位相値算出部５４は、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの相対位相値θｐを算出して、縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの複数の点それぞれの相対位相値θｐを算出する。
【００３９】
相対位相値算出部５４は、（１）式に基づいて、画素ｐ（ｘ，ｙ）の相対位相値θｐ（ｘ，ｙ）を算出する。
【００４０】
【数１】
2018054410.tif 000003
【００４１】
相対位相値算出部５４は、全ての画素ｐについて相対位相値θｐを算出する。全ての画素ｐについての相対位相値θｐが算出されることにより、縞パターンＰＢが投影された物体Ｓの全ての点についての相対位相値θｐが算出される。
【００４２】
図７は、本実施形態に係る相対位相値θｐ及び絶対位相値θａの一例を模式的に示す図である。図７に示すように、相対位相値θｐは、縞パターンＰＢの１位相毎に算出される。（１）式は逆正接関数であるため、図７に示すように、各画素ｐの相対位相値θｐは、縞パターンＰＢの１位相毎の値（−π〜πの間の値）となる。
【００４３】
相対位相値θｐから物体Ｓの３次元形状を算出するために、物体Ｓの各点における絶対位相値θａを算出する位相接続が実施される。本実施形態においては、位相接続のために、物体Ｓにグレイコードパターンを投影する空間コード化法が使用される。本実施形態においては、空間コード化法に基づいて縞パターンＰＢの縞次数ｎが算出される。図７に示すように、相対位相値θｐと縞次数ｎとに基づいて、絶対位相値θａ（＝θｐ＋２ｎπ）が算出される。
【００４４】
図８は、本実施形態に係るグレイコードパターンＰＲの一例を示す図である。グレイコードパターンＰＲは、明暗のコードが所定の周期で反転するパターンである。図８に示すように、グレイコードパターンＰＲは、縞パターンＰＢの周期よりも短い周期でコードが変化するグレイコードパターンＰＲ１と、グレイコードパターンＰＲ１の周期とは異なる周期でコードが変化するグレイコードパターンＰＲ２と、グレイコードパターンＰＲ１，ＰＲ２の周期とは異なる周期でコードが変化するグレイコードパターンＰＲ３と、グレイコードパターンＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３の周期とは異なる周期でコードが変化するグレイコードパターンＰＲ４とを含む。投影装置３は、グレイコードパターンＰＲ１、グレイコードパターンＰＲ２、グレイコードパターンＰＲ３、及びグレイコードパターンＰＲ４のそれぞれを物体Ｓに順次投影する。
【００４５】
図９は、本実施形態に係るグレイコードパターンＰＲが投影された物体Ｓの画像データＮの一例を示す図である。画像データＮは、グレイコードパターンＰＲ１が投影された物体Ｓの画像データＮ１と、グレイコードパターンＰＲ２が投影された物体Ｓの画像データＮ２と、グレイコードパターンＰＲ３が投影された物体Ｓの画像データＮ３と、グレイコードパターンＰＲ４が投影された物体Ｓの画像データＮ４とを含む。画像データ取得部５３は、複数の画像データＮ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）を取得する。
【００４６】
縞次数算出部５５は、複数の画像データＮに基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの縞パターンの縞次数ｎを算出する（ステップＳ３０）。
【００４７】
縞次数算出部５５は、空間コーディングの手法を用いて画像データＭにおける縞パターンＰＢの縞次数ｎを算出する。
【００４８】
図１０は、本実施形態に係る縞パターンＰＢを投影して撮像された画像データＭの輝度変化と、グレイコードパターンＰＲを投影して撮像された画像データＮの輝度変化と、複数のグレイコードパターンＰＲを合成することにより生成されるグレイコードＧＣ（縞次数コード）と、縞次数ｎとの関係を示す図である。
【００４９】
縞次数算出部５５は、画像データＭの複数の画素のそれぞれについて、複数のグレイコードパターンＰＢの合成値であるグレイコードＧＣを生成する。グレイコードＧＣは、同一の縞次数コードによって構成されるコードである。グレイコードＧＣは、所定の周期で生成される。本実施形態において、グレイコードＧＣの周期は、縞パターンＰＢの周期よりも短い。
【００５０】
縞次数コードは、複数のグレイコードパターンＰＲが物体Ｓに投影されたときの明暗コードの組み合わせに基づいて規定される。グレイコードパターンＰＲは、明暗コードが交互に反転するパターンを含む。本実施形態においては、４つのグレイコードパターンＰＲ（ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３，ＰＲ４）が物体Ｓのある点に投影されたとき、それら４つのグレイコードパターンＰＲの明コードと暗コードとの組み合わせにより、２進数に基づいて縞次数コードが規定される。図１０に示す例では、縞次数コードとして、「０ｘ００００」、「０ｘ０００１」、「０ｘ００１０」、「０ｘ００１１」、「０ｘ０１００」、「０ｘ０１０１」、「０ｘ０１１０」、「０ｘ０１１１」が規定される。
【００５１】
本実施形態において、１回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗コードの周期Ｌｒは、縞パターンＰＢの周期Ｌｂよりも短い。２回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗コードの周期Ｌｒは、１回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗コードの周期Ｌｒの２倍である。３回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗コードの周期Ｌｒは、２回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗コードの周期Ｌｒの２倍である。４回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗コードの周期Ｌｒは、３回目に投影されるグレイコードパターンＰＲの明暗のコードの周期Ｌｒの２倍である。
【００５２】
１つのグレイコードＧＣは、１つの縞次数コードによって規定される。すなわち、グレイコードＧＣと縞次数コードとは、１対１で対応する。本実施形態においては、グレイコードＧＣの周期は、縞パターンＰＢの周期よりも短い。本実施形態において、グレイコードＧＣの周期は、縞パターンＰＢの周期の３／４である。すなわち、縞パターンＰＢの３周期分の長さとグレイコードＧＣの４周期分の長さとが等しい。
【００５３】
縞パターンＰＢの周期をＬｂ、グレイコードパターンの周期をＬｒ、０．５以上１未満の数をＴ、０以上の整数をｉ、としたとき、本実施形態においては、（２）式の条件を満足する。
【００５４】
【数２】
2018054410.tif 000004
【００５５】
図１０に示す例では、数Ｔは、３／４である。すなわち、グレイコードパターンＰＲ１の周期Ｌｒは、（３／４）×Ｌｂである。グレイコードパターンＰＲ２の周期Ｌｒは、（６／４）×Ｌｂである。グレイコードパターンＰＲ３の周期Ｌｒは、（１２／４）×Ｌｂである。グレイコードパターンＰＲ４の周期Ｌｒは、（２４／４）×Ｌｂである。
【００５６】
このように、複数のグレイコードパターンＰＲの合成値から縞次数コード及び縞次数コードに１対１で対応するグレイコードＧＣが算出され、縞次数ｎが算出される。
【００５７】
絶対位相値算出部５６は、相対位相値θｐと縞次数ｎとに基づいて、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの絶対位相値θａを算出する（ステップＳ４０）。
【００５８】
３次元形状算出部５８は、画像データＭの複数の画素ｐそれぞれの絶対位相値θａに基づいて、物体Ｓの３次元形状を算出する（ステップＳ５０）。
【００５９】
３次元形状算出部５８は、絶対位相値θａに基づいて、三角測量の原理により、画像データＭの各画素ｐにおける高さデータを算出する。画像データＭの各画素ｐにおける高さデータと物体Ｓの表面の各点における高さデータとは１対１で対応する。物体Ｓの表面の各点における高さデータは、３次元空間における各点の座標値を示す。３次元形状データ算出部５８は、各点における高さデータに基づいて、物体Ｓの３次元形状データを算出する。
【００６０】
［作用及び効果］
図１１は、本実施形態に係る相対位相値θｐとグレイコードＧＣとの関係を模式的に示す図である。図１２は、本実施形態に係る位相接続前の相対位相値θｐ及びグレイコードＧＣと、位相接続後の絶対位相値θａとの関係を模式的に示す図である。図１１及び図１２に示すように、本実施形態によれば、複数のグレイコードパターンＰＲの合成値であるグレイコードＧＣの周期は、縞パターンＰＢの周期よりも短い。また、グレイコードＧＣの周期の境界と縞パターンＰＢの周期の境界とは、ずれている。したがって、縞パターンＰＢの位相境界位置にノイズが含まれている場合において、位相接続した場合においても、算出される絶対位相値θａに大きな誤差が含まれることが抑制される。したがって、物体Ｓの３次元形状の計測精度の低下が抑制される。
【００６１】
また、本実施形態においては、縞パターンＰＢの３周期分の長さとグレイコードＧＣの４周期分の長さとが等しい。したがって、物体Ｓの３次元形状の計測精度の低下を抑制しつつ、縞次数コードに基づいて縞パターンＰＢの位相接続を実施することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…３次元形状計測装置、２…ステージ、３…投影装置、４…撮像装置、５…制御装置、６…入力装置、７…表示装置、３１…光源、３２…光変調素子、３３…投影光学系、４１…結像光学系、４２…撮像素子、５１…入出力部、５２…パターン生成部、５３…画像データ取得部、５４…相対位相値算出部、５５…縞次数算出部、５６…絶対位相値算出部、５７…３次元形状算出部、５８…記憶部、Ｍ…画像データ（第１画像データ）、Ｎ…画像データ（第２画像データ）、ＰＢ…縞パターン、ＰＲ…グレイコードパターン。
【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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