(57)【要約】【課題】触覚センサや多眼カメラを用いず簡易な構成で対象物の表面特性を取得し得る技術を提供する。【解決手段】照射装置１０から幾何学パターンを対象物１６に照射し、その反射光をカメラ１２で取得する。画像処理装置１８は、幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影して得られた基準パターン画像と、幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影して得られた評価パターン画像との位置ずれ量を検出し、予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された位置ずれ量に対応する評価対象物の法線ベクトルを算出する。【選択図】図１
2019095964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影して得られた基準パターン画像と、前記幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影して得られた評価パターン画像との位置ずれ量を検出する検出部と、
予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された前記位置ずれ量に対応する前記評価対象物の法線ベクトルを算出する算出部と、
を備える表面特性取得装置。
【請求項２】
前記幾何学パターンを表示する表示装置
を備える請求項１に記載の表面特性取得装置。
【請求項３】
前記幾何学パターンは、その照射位置が変化する
請求項１，２のいずれかに記載の表面特性取得装置。
【請求項４】
前記幾何学パターンは、格子線パターンあるいは点パターンであり、
前記検出部は、前記格子線パターンにおける格子点あるいは点パターンにおける点の位置ずれ量を検出する
請求項１〜３のいずれかに記載の表面特性取得装置。
【請求項５】
前記基準対象物からの反射光及び前記評価対象物からの反射光を撮影するカメラ
を備える請求項１に記載の表面特性取得装置。
【請求項６】
幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影することで基準パターン画像を取得するとともに、前記幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影することで評価パターン画像を取得するカメラと、
前記カメラで取得された前記基準パターン画像及び前記評価パターン画像を記憶するサーバと、
前記サーバに記憶された前記基準パターン画像及び前記評価パターン画像の位置ずれ量を検出し、予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された前記位置ずれ量に対応する前記評価対象物の法線ベクトルを算出する画像処理装置と、
を備える表面特性取得システム。
【請求項７】
コンピュータに、
幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影して得られた基準パターン画像を取得するステップと、
前記幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影して得られた評価パターン画像を取得するステップと、
前記基準パターン画像と前記評価パターン画像との位置ずれ量を検出するステップと、
予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された前記位置ずれ量に対応する前記評価対象物の法線ベクトルを算出するステップと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面特性取得装置、表面特性取得システム及びプログラムに関する。  
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、物体表面の質感を計測することが可能な質感計測装置が記載されている。装置は、触覚センサと、触覚センサおよび質感計測部を有する質感計測装置とを備える。質感計測部は、紙幣が搬送路を移動するのに伴って、触覚センサからの抵抗値を計測し、データ処理部は、計測データの時間変化を高速フーリエ変換して周波数成分を抽出する。
【０００３】
特許文献２には、多視点画像データから被写体の形状を推定し、推定された形状の確からしさを示す信頼度を算出し、推定された形状と信頼度と多視点画像データとから、少なくとも二つの方向から観察した際の被写体の反射率を示す質感情報を推定する画像処理装置が記載されている。    
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０６１２０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−０２５７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
触覚センサ及び質感計測部を有する質感計測装置は、一般に高価で装置構成も大型化する。また、多視点画像データの取得手段としては、多眼カメラや複数台カメラが必要となり、同様に装置構成が複雑化する。
【０００６】
本発明は、触覚センサや多眼カメラを用いず簡易な構成で対象物の表面特性を取得し得る技術を提供する。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影して得られた基準パターン画像と、前記幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影して得られた評価パターン画像との位置ずれ量を検出する検出部と、予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された前記位置ずれ量に対応する前記評価対象物の法線ベクトルを算出する算出部とを備える表面特性取得装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記幾何学パターンを表示する表示装置を備える請求項１に記載の表面特性取得装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記幾何学パターンは、その照射位置が変化する請求項１，２のいずれかに記載の表面特性取得装置である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記幾何学パターンは、格子線パターンあるいは点パターンであり、前記検出部は、前記格子線パターンにおける格子点あるいは点パターンにおける点の位置ずれ量を検出する請求項１〜３のいずれかに記載の表面特性取得装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記基準対象物からの反射光及び前記評価対象物からの反射光を撮影するカメラを備える請求項１に記載の表面特性取得装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影することで基準パターン画像を取得するとともに、前記幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影することで評価パターン画像を取得するカメラと、前記カメラで取得された前記基準パターン画像及び前記評価パターン画像を記憶するサーバと、前記サーバに記憶された前記基準パターン画像及び前記評価パターン画像の位置ずれ量を検出し、予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された前記位置ずれ量に対応する前記評価対象物の法線ベクトルを算出する画像処理装置とを備える表面特性取得システムである。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、コンピュータに、幾何学パターンを基準対象物に照射してその反射光を撮影して得られた基準パターン画像を取得するステップと、前記幾何学パターンを評価対象物に照射してその反射光を撮影して得られた評価パターン画像を取得するステップと、前記基準パターン画像と前記評価パターン画像との位置ずれ量を検出するステップと、予め設定された位置ずれ量と法線ベクトルとの関係を用いて、検出された前記位置ずれ量に対応する前記評価対象物の法線ベクトルを算出するステップとを実行させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１，２，５，６，７に記載の発明によれば、触覚センサや多眼カメラを用いず簡易な構成で対象物の表面特性が取得される。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、さらに、異なる位置において対象物の表面特性が取得され、より詳細な表面特性が取得される。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、さらに、簡易な幾何学パターンで表面特性が取得される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の装置構成図である。
【図２】格子線パターン照射説明図である。
【図３】点パターンの照射説明図である。
【図４】位置ずれ量の説明図である。
【図５】実施形態の相関関係算出時の装置構成図である。
【図６】傾き角と画像シフト量の説明図である。
【図７】傾き角と画像シフト量のグラフ図である。
【図８】位置ずれ量から法線ベクトルへの変換説明図である。
【図９】画像処理装置の機能ブロック図である。
【図１０】実施形態の処理フローチャートである。
【図１１】格子線パターンの変化説明図である。
【図１２】実施形態の他の処理フローチャートである。
【図１３】点パターンの変化説明図である。
【図１４】変形例のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の装置構成図を示す。表面特性取得装置は、画像処理装置１８を備え、さらに照射装置１０、及びカメラ１２を備える。なお、表面特性取得装置は、画像処理装置１８として構成されてもよく、画像処理装置１８とカメラ１２として一体構成されてもよく、あるいは画像処理装置１８と照射装置１０とカメラ１２として一体構成されてもよい。画像処理装置１８とカメラ１２、あるいは画像処理装置１８と照射装置１０とカメラ１２は有線あるいは無線でデータ送受信可能に接続される。  
【００２０】
照射装置１０は、幾何学パターンをサンプルステージ１４に保持された対象物１６に照射する。照射装置１０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイと、ディスプレイからの光を対象物１６に照射する投射レンズ等の光学系を備え、幾何学パターンとして、例えば格子線パターンや点パターンをディスプレイに表示し、これを対象物１６に照射する。
【００２１】
カメラ１２は、照射装置１０から照射され、対象物１６の表面から反射した幾何学パターンの光をパターン画像として撮影する。
【００２２】
画像処理装置１８は、照射装置１０及びカメラ１２に接続され、照射装置１０から照射される一定パターンを制御するとともに、カメラ１２で撮影されたパターン画像を取得し、取得したパターン画像を処理する。
【００２３】
各部のサイズは任意であり、例えば照射装置１０とサンプルステージ１４の距離は２７０ｍｍ、サンプルステージ１４とカメラ１２との距離は１０００ｍｍ、サンプルステージ１４の幅は１００ｍｍ等とし得るが、これに限定されない。また、ディスプレイとしては、例えば１０．４インチのＸＧＡ、１３００ｃｄ／ｍ２が用いられるが、これに限定されない。
【００２４】
画像処理装置１８の基本処理は以下の通りである。すなわち、まず、対象物１６として表面特性が既知（例えば表面が平坦であることが既知）の基準対象物をサンプルステージ１４で保持し、この基準対象物に対して一定パターンを照射し、基準対象物から反射したパターンをカメラ１２で撮影して基準パターン画像を取得する。次に、表面特性を取得すべき評価対象物をサンプルステージ１４で保持し、この評価対象物に対して同一の一定パターンを照射し、評価対象物から反射したパターンをカメラ１２で撮影して評価パターン画像を取得する。画像処理装置１８は、取得した基準パターン画像と評価パターン画像とを比較し、両者の相違を検出し、両者の相違を用いて評価対象物の表面特性として表面凹凸、より特定的には表面の法線ベクトルを取得する。画像処理装置１８については、さらに詳述する。
【００２５】
図２は、基準対象物及び評価対象物に対して縦横複数の線からなる格子線パターンを照射した場合のパターン画像を示す。
【００２６】
図２（ａ）は、基準対象物に対して格子線パターンを照射した場合にカメラ１２で撮影して得られる基準パターン画像である。また、図２（ｂ）は、評価対象物に対して格子線パターンを照射した場合にカメラ１２で撮影して得られる評価パターン画像である。
基準対象物と評価対象物の表面特性の相違、より特定的には表面の凹凸の相違に応じて基準パターン画像と評価パターン画像には相違が生じる。図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す評価パターン画像から基準パターン画像と比較するために格子線パターンの線のみを抽出し、より位置ずれ量を正確に取得するための画像である。
【００２７】
画像処理装置１８は、図２（ａ）に示すパターン画像中の格子線パターンと、図２（ｃ）に示す評価パターン画像中の格子線パターンの位置の相違、すなわち位置ずれを検出する。例えば、図２（ａ）における矩形領域内の格子交点と、これに対応する図２（ｃ）における矩形領域内の格子交点の位置ずれを検出する。この位置ずれは、評価対象物の表面の凹凸、言い換えれば表面の法線ベクトルにより生じたものであり、位置ずれと法線ベクトルとの間には一定の相関関係がある。
【００２８】
そこで、画像処理装置１８は、予め位置ずれと法線ベクトルとの間の相関関係を求めてメモリに記憶しておき、基準パターン画像と評価パターン画像との位置ずれを検出する。そして、メモリに記憶された相関関係を参照することで、検出した位置ずれから評価対象物の法線ベクトルを算出する。
【００２９】
なお、幾何学パターンとしての格子線パターンは一例であり、図３に示すように複数の点がマトリクス状に配置された点パターンであってもよい。また、一般的にはロケーターマークのような絶対位置を示すマークを照明の幾何学パターンに付与しておくこと（図示してない）によって、画像の一部を切り出して比較するものであっても、基準パターンと評価パターンの対応をとることができる。
図３（ａ）は基準対象物に対して点パターンを照射した場合にカメラ１２で撮影して得られる基準パターン画像であり、図３（ｂ）は評価対象物に対して同一パターンを照射した場合にカメラ１２で撮影して得られる評価パターン画像である。両画像において対応する点の中心位置のずれを検出することで、検出した位置ずれ量から評価対象物の法線ベクトルが算出される。
【００３０】
図４は、基準パターン画像と評価パターン画像とを比較することで検出される位置ずれの例を示す。図２に示す格子線パターンの場合であり、横方向及び縦方向の複数の線にそれぞれ１，２，３，・・・と番号を付して区別している。格子線パターンの交点は、横線及び縦線の交点として特定される。例えば、交点（１，１）は、１番目の横線と１番目の縦線の交点である。
【００３１】
図において、交点（１，１）の位置ずれは、
Δｘ＝０
Δｙ＝７（ピクセル）
として検出されている。
また、交点（１，２）の位置ずれは
Δｘ＝−２（ピクセル）
Δｙ＝４（ピクセル）
として検出されている。
【００３２】
ここで、位置ずれ量はピクセル単位で検出され、検出閾値はピクセルサイズで決定される。
【００３３】
次に、位置ずれと法線ベクトルとの関係について説明する。
【００３４】
図５は、位置ずれと法線ベクトルとの関係を求める際の装置構成図を示す。図１の構成に対し、対象物１６として基準対象物をサンプルステージ１４に保持する際に、ブロックゲージ２０を介して保持することで基準対象物１６を所望の角度だけ傾けて保持する。ブロックゲージ２０の高さを種々変化させることで傾き角を種々変化させて基準対象物を保持し、一定パターンを基準対象物に照射してカメラ１２で撮影する。そして、傾き角が０°、すなわちブロックゲージ２０が存在しない場合を基準として、傾き角を変化させた場合の格子点の位置ずれ量を検出する。
【００３５】
図６は、ブロックゲージの高さ、規準対象物の傾き角、画像中心線の位置（ｙ座標）、及び位置ずれ量としての画像シフト量（ピクセル）を示す。
【００３６】
ブロックゲージ無しの場合の画像中心線位置が座標値で１６２２であり、ブロックゲージの高さが２ｍｍの場合、基準対象物の傾き角は１．２５９０（ｄｅｇ）であり、画像中心線位置が座標値で１１８２であるとすると、このときの画像シフト量は、１６２２−１１８２＝４４０（ピクセル）である。
【００３７】
図７は、図６に示す傾き角と画像シフト量をプロットしたものである。傾き角に応じて画像シフト量はほぼ線形に増大する。その関係は、画像シフト量をｙ、傾き角をｘとして、
ｙ＝３４９．３６ｘ
で表現される。
【００３８】
画像処理装置１８は、このような関係を求めてメモリに記憶しておき、検出された位置ずれ量（ｙ）に対応する傾き（ｘ）を算出し、この傾き（ｘ）から法線ベクトルの成分を算出する。
【００３９】
図８は、上記の関係を用いて図４に示す位置ずれを法線ベクトルに変換した例を示す。図４に示す位置ずれのうち、１番目の縦線の各交点（１，１）、（２，１）、（３，１）、（４，１）、（５，１）における位置ずれを法線ベクトルに変換したものである。
交点（１，１）の位置ずれは、
Δｘ＝０
Δｙ＝７
である。
【００４０】
Δｙ＝７の位置ずれを傾き角に変換すると、
ｙ＝３４９．３６ｘ
の関係式を用いて、７／３４９．３６＝０．０２００（ｄｅｇ）となる。Δｘの位置ずれの傾き角は０（ｄｅｇ）であるから、これらを３次元法線ベクトルのｘ成分、ｙ成分、ｚ成分に変換すると、
ｘ＝０
ｙ＝−０．０２００
ｚ＝１．９９９７９９
となる。なお、符号は、ある一定の方向を＋としている。
【００４１】
同様に、交点（２，１）の位置ずれは、
Δｘ＝−２
Δｙ＝６
である。
【００４２】
Δｘ＝−２の位置ずれを傾き角に変換すると、
ｙ＝３４９．３６ｘ
の関係式を用いて、−２／３４９．３６＝−０．００５７（ｄｅｇ）となる。また、Δｙ＝６の位置ずれを傾き角に変換すると、６／３４９．３６＝０．０１７２となる。従って、これらを３次元法線ベクトルのｘ成分、ｙ成分、ｚ成分に変換すると、
ｘ＝−０．００５７
ｙ＝−０．０１７２
ｚ＝１．９９９８３６
となる。
以下、同様にして、交点（３，１）、（４，１）、（５，１）における法線ベクトルが算出される。そして、以上の処理を全ての格子線パターンの交点について実行することで、評価対象物の格子線パターンの交点における法線ベクトルが得られる。
【００４３】
図９は、画像処理装置１８の機能ブロック図を示す。画像処理装置１８は、機能ブロックとして、照射装置駆動部１８０と、カメラ画像取得部１８１と、位置ずれ検出部１８２と、法線ベクトル算出部１８３と、基準パターン画像記憶部１８４と、評価パターン画像記憶部１８５と、相関関係記憶部１８６と、法線ベクトル記憶部１８７を備える。
【００４４】
照射装置駆動部１８０は、照射装置１０のオン／オフ、及び照射装置１０から照射されるパターンを制御する。
【００４５】
カメラ画像取得部１８１は、カメラ１２で撮影して得られた画像を取得する。カメラ１２で撮影して得られた画像には、基準対象物にパターンを照射して得られた基準パターン画像と、評価対象物に同一パターンを照射して得られた評価パターン画像がある。カメラ画像取得部１８１は、取得した基準パターン画像を基準パターン画像記憶部１８４に格納し、取得した評価パターン画像を評価パターン画像記憶部１８５に格納する。
【００４６】
位置ずれ検出部１８２は、基準パターン画像記憶部１８４に記憶された基準パターン画像と、評価パターン画像記憶部１８５に記憶された評価パターン画像を比較し、両画像の対応する位置の位置ずれを検出する。パターンが格子線パターンの場合、両画像の対応する位置は、格子線パターンの交点位置である。
【００４７】
相関関係記憶部１８６は、予め求められた位置ずれと法線ベクトルとの相関関係を記憶する。例えば、図７に示すような位置ずれと傾き角との関係を記憶する。相関関係はテーブル形式で記憶してもよく、あるいは関数形式で記憶してもよい。
【００４８】
相関関係は、以下のように算出されて相関関係記憶部１８６に記憶される。すなわち、照射装置駆動部１８０で照射装置１０をオン駆動し、ブロックゲージ２０の無い状態の基準対象物に対して一定のパターンを照射し、カメラ画像取得部１８１で基準パターン画像を取得して基準パターン画像記憶部１８４に記憶する。次に、ブロックゲージ２０を配置した状態の基準対象物に対して一定のパターンを照射し、カメラ画像取得部１８１で基準パターン画像を取得して基準パターン画像記憶部１８４に記憶する。ブロックゲージ２０の高さを変化させて処理を繰り返し、順次、傾き角に対応させて基準パターン画像を基準パターン画像記憶部１８４に記憶する。位置ずれ検出部は、基準パターン画像記憶部１８４に記憶されたこれらの画像を比較することで、傾き角毎の位置ずれ量を検出し、さらに傾き角と位置ずれ量との相関関係を算出して相関関係記憶部１８６に記憶する。
【００４９】
法線ベクトル算出部１８３は、位置ずれ検出部１８２で検出された位置ずれと、相関関係記憶部１８６に記憶された相関関係を用いて、評価対象物の法線ベクトルを算出して法線ベクトル記憶部１８７に格納する。法線ベクトルは、評価対象物の位置毎に法線ベクトル記憶部１８７に記憶される。法線ベクトル記憶部１８７に記憶された法線ベクトルは、適宜読み出されて外部装置に出力され、各種処理、例えば評価対象物の質感を表現するための画像処理に供され得る。
【００５０】
画像処理装置１８は、具体的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスを備えるコンピュータで構成され得る。プロセッサは、ＲＯＭやＨＤＤ、あるいはＳＳＤ等に記憶された処理プログラムを読み出して実行することで、照射装置駆動部１８０、カメラ画像取得部１８１、位置ずれ検出部１８２、及び法線ベクトル算出部１８３の機能を実現する。また、ＨＤＤ等のメモリは、基準パターン画像記憶部１８４、評価パターン画像記憶部１８５、相関関係記憶部１８６、及び法線ベクトル記憶部１８７として機能する。
【００５１】
図９では、基準パターン画像記憶部１８４、評価パターン画像記憶部１８５、相関関係記憶部１８６、及び法線ベクトル記憶部１８７が別個の機能ブロックとして示されているが、これらを物理的に一つのメモリで構成してもよく、別個のメモリで構成してもよい。また、基準パターン画像記憶部１８４、評価パターン画像記憶部１８５、相関関係記憶部１８６、及び法線ベクトル記憶部１８７の少なくともいずれかを画像処理装置１８とは別の外部装置、例えばネットワークに接続されたサーバに設けてもよい。例えば、相関関係記憶部１８６、及び法線ベクトル記憶部１８７をサーバに設ける等である。
【００５２】
図１０は、本実施形態の処理フローチャートを示す。なお、この処理の前提として、位置ずれ量と法線ベクトルとの相関関係（位置ずれ量と傾き角の関係）が相関関係記憶部１８６に記憶されており、かつ、基準対象物に一定パターンを照射した場合にカメラ１２で撮影して得られた基準パターン画像も基準パターン画像記憶部１８４に記憶されているものとする。因みに、相関関係の算出処理は、図５の装置構成を用いて以下の処理ステップから構成される。
（１）ブロックゲージなしの基準対象物に対して格子線パターンを照射し、カメラ１２で撮影して基準パターン画像（傾き無し）を取得する。
（２）ブロックゲージありの基準対象物に対して格子線パターンを照射し、カメラ１２で撮影して基準パターン画像（傾きあり）を取得する。
（３）傾き角を種々変化させて（２）の処理を繰り返す。
（４）基準パターン画像（傾き無し）と基準パターン画像（傾きあり）の画像を比較し、格子線パターンの交点の位置ずれを検出する。
（５）傾き角と位置ずれ量から両者の相関関係を算出する。
【００５３】
画像処理装置１８の照射装置駆動部１８０は、照射装置１０を駆動して一定パターン（例えば格子線パターン）を評価対象物に照射し、カメラ画像取得部１８１は、カメラ１２で撮影して得られた評価パターン画像を取得する。評価パターン画像は評価パターン画像記憶部１８５に記憶される。位置ずれ検出部１８２は、評価パターン画像から格子の線を検出し（Ｓ１０１）、位置ずれ検知領域を抽出して（Ｓ１０２）（図２（ｃ）の矩形領域参照）、位置ずれ検知領域内で格子の交点を検知する（Ｓ１０３）。そして、基準パターン画像記憶部１８４に記憶されている基準パターン画像における交点位置と、評価パターン画像から検知した交点位置を比較し、両位置の位置ずれ量を検知する（Ｓ１０４）。
【００５４】
次に、法線ベクトル算出部１８３は、相関関係記憶部１８６に記憶された位置ずれ量と法線ベクトルとの相関関係を参照し、検知した位置ずれ量を法線ベクトルの成分に変換し、評価対象物の法線情報として法線ベクトル記憶部１８７に記憶する（Ｓ１０５）。
【００５５】
以上の処理を格子線パターンの全ての交点について実行し、格子線パターンの各交点における法線情報を取得して記憶する。取得した法線情報は、既述したように入出力インターフェイスを介して外部装置に出力してもよく、あるいはネットワークを介してサーバに出力してもよい。
【００５６】
上記の処理では、格子線パターンの交点における法線ベクトルが取得されるが、格子線パターンの位置を変化させる（シフトさせる）ことで、格子線パターンの交点位置を変化させ、評価対象物の異なる位置における法線ベクトルが取得される。
【００５７】
図１１は、格子線パターンの位置を変化させる場合の一例を示す。図１１（ａ）は、格子線パターンの位置を変化させた場合の基準パターン画像の変化を示し、図１１（ｂ）は、評価パターン画像の変化を示す。位置ずれ検知領域内の格子の交点が順次変化していることが分かる。順次変化するそれぞれの格子の交点で法線ベクトルが取得される。
【００５８】
図１２は、この場合の処理フローチャートを示す。
【００５９】
画像処理装置１８の照射装置駆動部１８０は、照射装置１０を駆動して一定パターン（例えば格子線パターン）を照射し（Ｓ２０１）、カメラ画像取得部１８１は、カメラ１２で撮影して得られた評価パターン画像を取得する。位置ずれ検出部１８２は、評価パターン画像から格子の線を検出し（Ｓ２０２）、位置ずれ検知領域を抽出し（Ｓ２０３）（図２（ｃ）の矩形領域参照）、位置ずれ検知領域内で格子の交点を検知する（Ｓ２０４）。そして、基準パターン画像における交点位置と、評価パターン画像から検知した交点位置を比較し、両位置の位置ずれ量を検知する（Ｓ２０５）。
【００６０】
次に、法線ベクトル算出部１８３は、相関関係記憶部１８６に記憶された位置ずれ量と法線ベクトルとの相関関係を参照し、検知した位置ずれ量を法線ベクトルの成分に変換し、評価対象物の法線情報として法線ベクトル記憶部１８７に記憶する（Ｓ２０６）。
【００６１】
以上の処理を格子の全ての交点について実行し、格子の各交点における法線情報を取得する。
【００６２】
次に、法線ベクトル算出部１８３は、評価対象物の全面の法線ベクトルを取得したか否かを判定し（Ｓ２０７）、取得していなければＳ２０１以降の処理を繰り返す。この際、照射装置駆動部１８０は、格子線パターンの位置を変化させて照射し、法線ベクトル算出部１８３は、変化した交点の位置において法線ベクトルを取得する。以上の処理を格子線パターンの位置を順次変化させながら繰り返し実行することで、評価対象物の全面の法線ベクトルが取得される。
【００６３】
なお、一定パターンとして格子線パターンではなく、マトリクス状に配置された点パターンとする場合も、同様に点パターンの位置を変化させて法線ベクトルを取得してもよい。
【００６４】
図１３は、点パターンの位置を変化させる一例を示す。図１３（ａ）は、点パターンの位置を変化させた場合の基準パターン画像の変化を示し、図１３（ｂ）は、評価パターン画像の変化を示す。位置ずれ検知領域内の点位置が順次変化していることが分かる。順次位置が変化するそれぞれの点で法線ベクトルが取得される。
【００６５】
格子線パターンや点パターンの照射位置を変化させることで、より細かく評価対象物の表面をサンプリングし、局所的に詳細な法線ベクトルが取得されるといえる。
【００６６】
格子線パターンの格子間隔を縮小する、あるいは点パターンの間隔を縮小することも可能であるが、この場合には位置ずれ量の検出演算量が増大し、誤検出の可能性が生じ得るため、取得したい対象サンプルの表面特性値に求めている精度や、撮像システムの性能、検知精度に応じて決定される。局所的な凹凸形状が必要な場合は、先に示した通り、複数のパターン画像をもとに位置ずれ検知を繰り返し実施することで取得することが可能となる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず種々の変形が可能である。
【００６８】
＜変形例＞
例えば、格子線パターンの各交点において法線ベクトルを算出した後、交点の間の任意の位置の法線ベクトルについては、隣接する交点の法線ベクトルを用いた補間処理により算出され得る。サンプル表面の凹凸形状にユーザーが求める精度に応じて、位置ずれ量の検出量を調整することによって、サンプルの表面形状計測の処理にかかる時間を短縮することができる。
【００６９】
また、実施形態では、一定パターンとして格子線パターン及び点パターンを例示したが、これらに限定されるものではなく、対象物に照射した場合に対象物の表面上の任意の位置特定し得る任意の幾何学パターンを用い得る。
【００７０】
さらに、実施形態において、カメラ１２で撮影して得られた基準パターン画像及び評価対象画像をネットワークに接続されたサーバに送信して格納し、ネットワーク上に接続された画像処理装置１８が当該サーバにアクセスしてこれらの画像を取得し、両画像を比較して位置ずれ量を検出してもよい。
【００７１】
図１４は、この場合のシステム構成を示す。表示特性取得システムは、照射装置１０から照射され、対象物１６で反射したパターン光を撮影するカメラ１２と、画像処理装置１８と、サーバ１００を備え、カメラ１２，画像処理装置１８及びサーバ１００はネットワークに接続される。
【００７２】
カメラ１２は、撮影して得られた基準パターン画像及び評価パターン画像をネットワークを介してサーバ１００に送信する。サーバ１００は、これらの画像を格納する。
【００７３】
画像処理装置１８は、サーバ１００に格納された基準パターン画像及び評価パターン画像を読み出し、上記の実施形態と同様の処理により位置ずれ量を検出し、さらに法線ベクトルを算出する。相関関係は画像処理装置１８に記憶されていてもよく、あるいはサーバ１００に記憶され、画像処理装置１８がサーバ１００にアクセスして相関関係を読み出してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０  照射装置、１２  カメラ、１４  サンプルステージ、１６  対象物、１８  画像処理装置、１００  サーバ。
【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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