(57)【要約】【課題】測定対象物の形状が測定に影響を及ぼさず、撮像手段を移動させることなく三次元計測が行える装置を提供する。【解決手段】基台２に対して、Ｘ方向に移動自在な移動ステージ６を備えると共に、基台２に対して所定位置に設置され、測定対象物１０を撮像する撮像装置５を備えた三次元計測装置１において、撮像装置５は、測定対象物１０に対して被写界深度面１１を傾斜させた状態で設置され、移動ステージ６をＸ方向に移動させることにより、測定対象物１０の形状を三次元的に計測する構成とした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
該基台に対して、一方向に移動自在な移動手段と、
前記基台に対して所定位置に設置され、前記移動部材に載置された測定対象物を撮像する撮像手段と、
前記移動手段を移動させる制御手段とを備えた三次元計測装置において、
前記撮像手段は、前記測定対象物に対して被写界深度面を傾斜させた状態で設けられ、前記制御手段により前記移動手段を移動させることにより、前記測定対象物を三次元的に計測する画像処理手段を備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像された映像信号を微分し、微分された映像信号に基づき、前記測定対象物の断面座標を演算す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】
前記断面座標の演算は、微分された映像信号の加重平均により、細線化されることを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記画像処理手段は、前記断面座標を三次元変換して記憶し、前記制御手段により前記移動手段を移動させることにより、三次元での前記断面座標を順次記憶することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の三次元計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物を光学的にとらえ、測定対象物の断面形状や三次元形状を計測する三次元計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物体（測定対象物）の形状を非接触な方法にて測定する方法として、三角測量法が知られている。この三角測量法は、測定対象物を異なる方向から見て、測定対象物までの距離を求めるものである。この方法では、図１０に示す様に、光を投光する投光手段（例えば、レーザ投光器）とその投光された光を受光する受光手段（例えば、ＣＣＤカメラ）とが視差を持つ様に配置され、三次元計測が行われる。この場合、投光手段と受光手段の設けられる位置関係や、測定対象物の形状によっては影（死角領域）が測定時に生じてしまい、測定対象物の形状を正確に測定できない事が起こり得る。
【０００３】
そこで、測定対象物の測定時に影が影響を与えない別の方法として、一眼レフ等のカメラにおける焦点合わせに代表されるレンズ焦点法（合焦法とも言う）が知られている。この方法では、投光手段と受光手段とを同軸に配置し、ピントが合う位置になるまで測定対象物と投光手段（例えば、レンズ）との距離を可変して調整する。
【０００４】
例えば、特開平９−１４５３１８号公報において、レンズの移動により被写界深度面を移動して焦点の合った位置を検出する方法や、特開平１０−３８５５９号公報において、撮像素子の移動により焦点面を移動し、焦点の合った位置を検出する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では測定対象物の大きさが、測定対象物を撮像するカメラの撮像範囲よりも大きい場合、測定対象物に対して、撮像を行うカメラをも移動させる必要がある。この場合では、カメラ位置を測定対象物に対して移動し、カメラ焦点を移動させる。そして、カメラ焦点を変化させて、その時の画像を何枚か取り込み、最適な焦点位置から測定対象物の形状を計測する方法がとられる。つまり、この方法では、カメラ位置を測定対象物に対して上下方向に移動させ、測定対象物が載置される移動部材をともに移動させなければならならい。このため、移動部材のみならずカメラ位置をも動かさなければならず、三次元計測装置自体の構造が複雑になってしまう。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、測定対象物の形状が測定に影響を及ぼさず、構造が簡単で、撮像手段を移動させることなく、測定対象物の形状の計測が行える装置を提供することを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、基台と、該基台に対して、一方向に移動自在な移動手段と、前記基台に対して所定位置に設置され、前記移動部材に載置された測定対象物を撮像する撮像手段と、前記移動手段を移動させる制御手段とを備えた三次元計測装置において、前記撮像手段は、前記測定対象物に対して被写界深度面を傾斜させた状態で設けられ、前記制御手段により前記移動手段を移動させることにより、前記測定対象物を三次元的に計測する画像処理手段を備えたことである。
【０００８】
上記した構成によれば、被写界深度面を傾斜させた状態で撮像手段が設けられ、測定対象物を斜め方法から撮像する。被写界深度面を傾斜させた状態で測定対象物を斜め方向から撮像した状態で、移動手段を一方向へと移動させることによって、被写界深度面を基準とした画像座標（カメラ座標）が求まり、このカメラ画像から実際の物体座標への変換を行って、測定対象物の形状を三次元的に計測を行うことが可能である。これは、撮像手段の撮像範囲より大きな測定対象物であっても、撮像手段を測定対象物に対して移動させなくても良い。この為、計測装置には撮像手段を測定対象物に対して移動させる構造は必要なく、従来よりも構造が簡単になる。ここでの三次元計測は、被写界深度面と測定対象物とが交わる断面形状を示し、測定対象物を移動させてこの操作を繰り返す事により、被写界深度面での断面形状や、測定対象物全体の三次元形状が測定可能となる。
【０００９】
この場合、画像処理手段は、撮像手段により撮像された映像信号を微分し、微分された映像信号に基づき、測定対象物の断面座標を演算すれば、撮像手段により撮像された映像信号を微分することによって、測定対象物から得られる形状に応じて映像信号の明暗の変化がとらえられる。この微分された映像信号の明暗に基づき、測定対象物の被写界深度面での断面座標を計測することが可能となる。
【００１０】
また、断面座標の演算は、微分された映像信号の加重平均により、細線化されると、加重平均によって微分された映像信号のノイズが除去され、これを元にして細線化を行うことが可能となる。
【００１１】
更に、画像処理手段は、断面座標を三次元変換して記憶し、制御手段により移動手段を移動させることにより、三次元での断面座標を記憶すれば、被写界深度面に対する測定対象物の三次元での高さ方向がわかるので、測定対象物の形状を三次元で計測することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１に、測定対象物１０の形状を三次元的に計測する三次元計測装置（本装置と称す）１の構成を示す。本装置１は、図１に示す如く、ＸＹ平面上に置かれる金属製の基台２に対し、金属製の支柱３がＺ方向に立設している。支柱３の上方には、Ｙ方向に延在した金属製の支持部４が固定され、支持部４の先にはＣＣＤカメラ，ＣＭＯＳカメラ等の内部に撮像素子を有する撮像装置５が固定されている。この撮像装置５は、基台２に対して垂直なＺ方向に対して所定角度だけ傾いた状態で、支持部４に固定される。
【００１４】
一方、基台２には移動ステージ６が取り付けられており、移動ステージ６は基台２に対して、図示しない油圧装置またはモータの動力によって、Ｘ方向に移動する。移動ステージ６の上には、移動ベース板７がピンまたは締結部材等によって固定され、この移動ベース板７上に三次元で形状の測定が行われる測定対象物１０が載置される。そして、移動ステージ６を画像処理装置９のステージ制御によってＸ方向に移動させることにより、移動ステージ上に載置される測定対象物１０はＸ方向に移動する。撮像装置５は、測定対象物１０がＸ方向に移動する際の像を斜め方向から、途中、光学レンズ（単にレンズと称す）８を介して、光を集光させて内部の素子（例えば、ＣＣＤ素子等）に結像させることができる様になっている。この場合、撮像装置５は、特性上、測定対象物１０に対しての距離に応じてピントが合う領域が予め決まっている。本実施形態では、撮像時にこの撮像装置内部に設けられる撮像素子のピントが合って測定対象物１０を像として認識できる面領域を、被写界深度面１１とする。図１に示す状態では、基台上の測定対象物１０に対して、鉛直方向となるＺ方向よりも、所定角度だけ傾いた状態で撮像装置５が取り付けられており、レンズ８を通した状態では、測定対象物１０に対して被写界深度面１１は傾いた状態となる。
【００１５】
図２は、本装置１において測定対象物１０の形状を計測する場合の映像信号の処理概要を示している。本装置１では撮像装置５で撮像された映像信号は、アナログ信号であるため、画像処理装置９の内部に設けられたＡ／Ｄ変換回路にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。その後、デジタル化された映像信号は、画像処理装置内部で微分等の処理によって、二値化され細線化される画像処理が行われる。そして、測定対象物１０の被写界深度面１１での断面座標演算が行われ、ここで得られた被写界深度面１１での微分値（データ）が三次元座標テーブルに記憶される。
【００１６】
一方、上記した状態における断面座標が演算されると、移動ステージ６のステージ制御によって、移動ステージ６を移動させる。これにより、再度、移動ステージ６をＸ方向に移動させた状態で、被写界深度面１１に対する断面座標を演算して、断面座標がいくつか記憶される。その結果、移動ステージ６が固定された状態では、被写界深度面１１に対しての測定対称物１０の形状は、二次元での被写界深度面１１を三次元の測定対象物１０が通過する際の一つの断面形状でしか表れず、測定対象物１０の形状は一断面しか計測することができない。しかし、移動ステージ６をＸ方向に移動させて、Ｘ方向に被写界深度面１１の断面座標を求めることにより、測定対称物１０と被写界深度面１１とのＸ方向における各位置での断面形状を多断面で計測し、その形状を記憶することができる。この本装置１では、移動ステージ６の一軸のみの移動で測定対象物１０を撮像しても、撮像装置５の撮像範囲よりも大きい測定対象物１０に対しても、測定対象物１０の形状を測定することができる。
【００１７】
次に、幾何学的な見地から、図３に示す説明図を参照して撮像装置５に結像される像について説明する。撮像装置５に撮像される像は、図２に示す如く、測定対象物１０と被写界深度面１１との交わった位置（交叉した位置）が撮像装置５の座標軸となるカメラ座標（Ｉ，Ｊ座標）に結像される。この結像によって得られた映像信号は、画像処理装置９でＡ／Ｄ変換して微分処理が施され、そして、微分処理された値（微分値）を二値化して、これを元にして細線化を行う画像処理が施され、測定対象物１０の断面形状を計測する様にした。
【００１８】
そこで、図４を参照して、撮像素子の座標系（カメラ座標系）に結像される像から、測定対象物１０が載置される実際の物体座標系（ワールド座標系とも言う）への座標変換について説明する。
【００１９】
撮像装置５の内部の撮像素子はシャインプルーフの法則より、基台２に対して垂直なＺ軸に対してＹ軸の廻りにφだけ傾斜させると、被写界深度面１１はＺ軸に対しＹ軸の廻りに、θ＝ｔａｎ−１（ｄｉ・ｔａｎφ／ｄ０）だけ傾斜する。この場合、ｄ０：物体座標の原点からレンズ８の中心（主点位置）までの距離、ｄｉ：レンズ８の主点位置から撮像装置５とＺ軸との交点までの距離として、以下に説明する。
【００２０】
次に、図５に示すフローチャートを参照して、画像処理装置９の中で行われる測定対称物１０の断面形状を測定する方法について説明する。尚、以下に示すフローチャートでは、プログラムのステップを、単に「Ｓ」と簡略化して説明する。
【００２１】
移動ステージ６の上に載置された測定対象物１０に対して、撮像装置５から撮像を行うと、撮像装置５はＺ軸に対して所定角度だけ傾斜した状態で、支柱３に固定された支持部４に取り付けられている為、撮像装置５では測定対象物１０からの像を撮像した場合には、ピントの合っている領域とピントの合っていない領域が混在する。Ｓ１ではこれらを測定対象物１０の映像信号としてＡ／Ｄ変換を行って、デジタル化処理する。次のＳ２では、画像処理の過程の中で、測定対象物１０からの像を内部のＣＣＤ素子等に撮像させる際、撮像装置５の走査を行うが、撮像素子への像のピントが合っているか（ピントの合い度合い）を判断するため、走査線毎に微分処理を行い、微分値で表わされる微分パラメータを求める。
【００２２】
例えば、ある走査線（走査線番号：ｊ）のｉ番目の明るさをＩ（ｉ，ｊ）として表わすと、微分パラメータｆ（ｉ，ｊ）は、次式で求められる。
【００２３】
ｆ（ｉ，ｊ）＝｜−Ｉ（ｉ−１，ｊ）＋２＊Ｉ（ｉ，ｊ）−Ｉ（ｉ＋１，ｊ）｜
そして更に、ピントが合う微分パラメータの値を評価関数として定義した場合、ｆ（ｉ，ｊ）の評価関数値が、ｋ（ｋ：ピントが合っているかの閾値）よりも大きいという条件式を満足するもののみ、フィルタ処理（例えば、二値化、加重平均等）を行い、この条件式（ｆ（ｉ，ｊ）＞ｋ）を満たすものを評価関数値として、Ｓ３にて細線化を行う様にしている。
【００２４】
尚、本実施形態では、細線化データｇ（ｊ）に対し、評価関数に基づき細線化データを、以下に示す式より算出して、被写界深度面上の断面座標（被写界深度面１１と測定対称物１０との交わった位置）を演算する様にした。
【００２５】
ｇ（ｊ）＝Σ（ｉ＊ｆ（ｉ，ｊ））／Σｆ（ｉ，ｊ）
この場合、撮像された画像に対し、以下に示す別の方法によって、評価関数値を求めてることも可能である。例えば、カメラ座標系でのカメラ座標（ｉ，ｊ）に対し、明るさＩ（ｉ，ｊ）とすると、評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）は、プラシアンフィルタ、ソーベルフィルタ、ロバーツフィルタ等を用いることができる。プラシアンフィルタの場合には、以下の式より評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）を求めることができる。
【００２６】
ｆ（ｉ，ｊ）＝｜−Ｉ（ｉ，ｊ−１）−Ｉ（ｉ−１，ｊ）＋４＊Ｉ（ｉ，ｊ）−Ｉ（ｉ＋１，ｊ）−Ｉ（ｉ，ｊ＋１）｜
また、ソーベルフィルタの場合には、以下の式より評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）を求めることができる。
【００２７】
ｆｘ（ｉ，ｊ）＝−Ｉ（ｉ−１，ｊ−１）＋Ｉ（ｉ＋１，ｊ−１）
−２＊Ｉ（ｉ−１，ｊ）＋２＊Ｉ（ｉ＋１，ｊ）
−Ｉ（ｉ−１，ｊ＋１）＋Ｉ（ｉ＋１，ｊ＋１）
ｆｙ（ｉ，ｊ）＝−Ｉ（ｉ−１，ｊ−１）−２＊Ｉ（ｉ，ｊ−１）−Ｉ（ｉ＋１，ｊ−１）
＋Ｉ（ｉ−１，ｊ＋１）＋２＊Ｉ（ｉ，ｊ＋１）＋Ｉ（ｉ＋１，ｊ＋１）
ｆ（ｉ，ｊ）＝｜ｆｘ（ｉ，ｊ）｜＋｜ｆｙ（ｉ，ｊ）｜
更に、ロバーツフィルタの場合には、以下の式より評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）を求めることができる。
【００２８】
ｆ（ｉ，ｊ）＝｜ｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）−ｆ（ｉ，ｊ）｜＋｜ｆ（ｉ＋１，ｊ）−ｆ（ｉ，ｊ＋１）｜
撮像装置５により撮像されるカメラ座標系のデータを物体座標系へ変換する場合、次の様な算出方法が取られる。つまり、図３に示す様に、レンズ８の主点位置を点Ｏ、測定対象物１０と被写界深度面１１とのある交点を点Ｑ、点ＱからＺ軸に下ろした垂線とＺ軸との交点を点Ｐ、物体座標の原点から点Ｑまでの距離をΔ、撮像素子３上に撮像される点Ｑの像を点Ｑ’、点Ｑ’からＺ軸におろした垂線とＺ軸との交点を点Ｐ’、撮像装置５とＺ軸との交点から点Ｑ’の距離をδと定義すると、ΔＯＰＱ∝ΔＯＰ’Ｑ’の関係より、
Δｓｉｎθ／（ｄ０−Δｃｏｓθ）＝δｓｉｎφ／（ｄｉ＋δｃｏｓφ）
Δ（ｄｉ・ｓｉｎθ＋ｓｉｎθ・δｃｏｓφ＋δｓｉｎφ・ｃｏｓθ）＝ｄ０・δｓｉｎφ
となり、三角関数の加法定理を用いれば、次式が成立する。
【００２９】
Δ（ｄｉ・ｓｉｎθ＋δｓｉｎ（θ＋φ））＝ｄ０・δｓｉｎφ　より、
Δ＝δ・Ｄ１／（Ｄ２＋δ）
（但し、Ｄ１＝ｄ０・ｓｉｎφ／ｓｉｎ（θ＋φ）、Ｄ２＝ｄｉ・ｓｉｎθ／　ｓｉｎ（θ＋φ））となる。よって、点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）について、ｚ＝Δｃｏｓθ　となる。ここで、移動ステージ６が測定開始点から−Ｘ方向にｘ０だけ移動していれば、ｘ＝Δｓｉｎθ＋ｘ０　と言う関係式より、ｘの座標が求められる。また、Ｙ座標については、図４に示す様に、点ＱからＸＺ平面に下ろした垂線とＸＺ平面との交点を点Ｒとして、点ＱからＸＺ平面に下ろした垂線とＸＺ平面との交点を点Ｒとして、更に、点Ｑから点Ｒまでの距離をΛ、点Ｑから点Ｒ’までの距離λと定義すると、ΔＯＱＲ∝ΔＯＱＲ’の関係より、次式が成立する。
【００３０】
Λ／（ｄ０−Δｃｏｓθ）＝　λ／（ｄｉ＋δｃｏｓ　φ）
Λ＝λ・（ｄ０−Δｃｏｓθ）　／（ｄｉ＋δｃｏｓ　φ）
従って、ｙ＝Λ＝λ・（ｄ０−Δｃｏｓθ）　／（ｄｉ＋δｃｏｓ　φ）
この様に、点Ｑのカメラ座標をＩ（δ，λ）とすると、上記した演算式によって、点Ｑの三次元上での物体座標系での物体座標（ｘ，ｙ，ｚ）が、Ｓ４にて求められる。この様にして求められた三次元座標を、Ｓ５にて三次元座標テーブルにデータ保存するため記憶する。撮像装置５に像を結像させる全ての走査線に対して、この様な処理を行い、Ｓ５にて断面座標を三次元座標テーブルに保存して記憶する。この場合、移動ステージ６の位置に対する１枚の画像データが、三次元座標テーブルに記憶される。そして、次のＳ６では、移動ステージ６をＸ方向に所定量だけ（数ｃｍまたはリニアな状態で）移動させる。その後、再度、被写界深度面１１と測定対象物１０の位置関係から全走査線に対して断面座標を演算し、三次元座標テーブルに記憶する。
【００３１】
そして、Ｓ７において、測定対象物１０に対して測定が終了したかが判断される。この測定対象物１０に対する測定終了とは、被写界深度面１１に対して、移動ステージ６をＸ方向に順次移動させ、測定対称物１０が被写界深度面１１を通過してぶつからなくなる位置まで移動ステージ６を移動させることによって、測定が終了したかが判断される。ここで、測定対象物１０の測定を完全に終了していない場合にはＳ１に戻って、Ｓ１からの上記した処理を繰り返すが、測定終了した場合には、測定対象物１０の三次元測定を終了する。
【００３２】
この様な過程を経てえられた画像データは、三次元座標テーブルの所定の記憶領域に記憶される。この場合、図６に示す如く、カメラ座標の各座標点には映像信号の微分された評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）が入って記憶されており、この値に基づき、被写界深度面上で評価関数値ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を三次元座標テーブルに記憶する構成となっている。この際、測定対象物１０の像は撮像装置５のピントが合っている位置では、評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）は、大きな値（例えば、図６では７，８）となる。本実施形態では、撮像装置５を傾けた状態で、撮像装置５の位置を固定して、移動ステージ６をＸ方向に移動させることによって、二次元の被写界深度面１１をＸ方向に移動させた状態と同じ状態を作り、これによって、被写界深度面１１と測定対象物１０との交わる測定対象物１０の断面形状を物体座標で図２に示す如く細線化して表わすことができる。これによって、測定対象物１０の断面形状を物体座標系において細線化して測定することができる。
【００３３】
これは、二次元のカメラ座標で複数の評価関数値を三次元座標テーブルの所定領域に、順次、ｘ方向に記憶してゆき、三次元上でのデータとしてｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の値を、図８の如く三次元的に評価関数値を記憶し、測定対象物１０の形状を三次元的に測定することができる。
【００３４】
尚、この場合、ｚ方向における三次元上の点は、Ｘ，Ｙ座標での評価関数ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の最大値、ｚ，ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の加重平均、ｚ，ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の二次曲線やガウス関数によっても求めることができる。
【００３５】
この方法によれば、測定対象物１０の測定において死角領域がなくなる。そして、形状測定時には撮像装置５が移動しない為に形状測定の信頼性が良くなる。また、測定対象物１０の移動中にも計測が可能となるため、高速で測定対象物１０の計測を行うことができる。
【００３６】
次に、図５に示す画像処理装置９で行う画像処理の変形例について説明する。図５では、測定対象物１０の被写界深度面を物体座標系で細線化して求める方法を示したが、図７に示す処理では、測定対象物１０を物体座標系において三次元的に計測するものである。そこで、図７について説明する。
【００３７】
図７における画像処理では、Ｓ１１，Ｓ１２の最初に行う処理は、図５に示すＳ１，Ｓ２と同じである。その後、Ｓ１３では一定の閾値以上の撮像された映像信号の微分値（評価関数値）について、上記した図５に示すＳ４と同じ方法により物体座標系での断面座標を演算する。断面座標が演算されると、今度はＳ１４において演算された断面座標を三次元座標テーブル（評価関数テーブル）に、図８の如くデータを保存する。
【００３８】
この場合、移動ステージ６の位置に対する１枚の画像データが、三次元座標テーブルに記憶される。そして、次のＳ１５では、移動ステージ６をＸ軸の方向に所定量だけ（数ｃｍ毎または連続的に）移動させる。その後、再度、被写界深度面１１と測定対象物１０の位置関係から全走査線に対して断面座標を演算し、三次元座標テーブルに記憶する。
【００３９】
そして、Ｓ１６において、測定対象物１０に対して測定が終了したかが判断される。この測定対象物１０に対する測定終了とは、被写界深度面１１に対して、移動ステージ６をＸ方向に順次移動させ、測定対象物１０が被写界深度面１１を通過してぶつからなくなる位置まで移動ステージ６を移動させることによって、測定が終了したかが判断される。ここで、測定対象物１０の測定を完全に終了していない場合にはＳ１に戻って、Ｓ１からの上記した処理を繰り返すが、測定終了した場合には、Ｓ１７以降の処理に進む。
【００４０】
Ｓ１７では、図９に示す如く、同一ＸＹ座標に対する複数の評価関数値ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）から一つのｈ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、Ｓ１８において三次元的に三次元座標を記憶し保存する。その後、Ｓ１９では全ＸＹ座標において高さの演算を終了したかが判断され、測定対象物１０の高さがまだ完全に演算されていない場合にはＳ１７に処理を戻って、Ｓ１７からＳ１９までの処理を繰り返すが、全ＸＹ座標について高さの演算を終了した場合には、測定対象物１０の三次元測定を終了する。
【００４１】
この様な過程を経てえられた画像データは、三次元座標テーブルの所定の記憶領域に記憶される。この場合、カメラ座標の各座標点には映像信号の微分された評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）から断面座標を演算して、被写界深度面上で評価関数値ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を三次元座標テーブルに記憶する。この際、測定対象物１０の像は撮像装置５のピントが合っている位置では、評価関数値ｆ（ｉ，ｊ）は、大きな値となる。本実施形態では、撮像装置５を傾けた状態で、撮像装置５の位置を固定して、移動ステージ６をＸ方向に移動させることによって、二次元の被写界深度面１１をＸ方向に移動させた状態と同じ状態を作り、被写界深度面１１と測定対象物１０との交わる測定対象物１０の断面形状を物体座標系で図９に示す如く三次元的に数値化して表わすことができ、これによって、測定対象物１０の全体形状を物体座標系において数値化して測定することができる。
【００４２】
上記した本装置１により、図７に示す処理で三次元計測を行えば、撮像装置５の位置を固定した状態で、移動ステージ６をＸ方向に移動させて三次元計測を行うことができる。この場合、計測対象物１０の形状測定には死角領域が無くなる。また、この計測方法によれば、撮像装置５は移動しない為、撮像装置５が撮像時のブレを生じなくでき、計測における信頼性が向上する。また、測定対象物１０が、例えば工場等のラインを流れている場合でも高速で三次元形状の測定が可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、被写界深度面を傾斜させた状態で測定対象物を斜め方向から撮像し、移動手段を一方向へと移動させることによって、被写界深度面を基準として画像座標（カメラ座標）から実際の物体座標への変換が行え、測定対象物の三次元計測ができる。これは、撮像手段の撮像範囲より大きな測定対象物であっても、撮像手段を測定対象物に対して移動させなくても良いので、従来よりも三次元計測装置の構造を簡単にできる。
【００４４】
この場合、画像処理手段は、撮像手段により撮像された映像信号を微分し、微分された映像信号に基づき、測定対象物の断面座標を演算すれば、撮像手段により撮像された映像信号を微分することによって、映像信号の明暗の変化が検出できる。そして、この微分された映像信号の明暗に基づき、測定対象物の被写界深度面における断面座標を求めることができる。
【００４５】
また、断面座標の演算は、微分された映像信号の加重平均により、細線化されると、加重平均を行うことによって微分された映像信号のノイズが除去できるので、ノイズが除去された微分された映像信号を元にして細線化を行えば、形状測定における信頼性を向上させることができる。
【００４６】
更に、画像処理手段は、断面座標を三次元変換して記憶し、制御手段により移動手段を移動させることにより、三次元での断面座標を順次記憶すれば、被写界深度面に対する測定対象物の高さ方向が三次元でわかるので、測定対象物の形状を三次元で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における三次元計測装置の構成図である。
【図２】図１に示す撮像素子にて撮像される測定対象物の像を示す説明図である。
【図３】図１に示す撮像素子と測定対象物との位置関係を幾何学的に示す説明図である。
【図４】図１に示す撮像素子と測定対象物との関係を幾何学的に示し、二次元座標から三次元座標に変換する際の説明図である。
【図５】図１に示す三次元計測装置の測定対象物の断面形状を求めるフローチャートである。
【図６】図１に示す撮像素子に撮像されるカメラ座標での評価関数の値を示した説明図である。
【図７】図１に示す三次元計測装置の測定対象物の三次元形状を求めるフローチャートである。
【図８】被写界深度面での評価関数の値を示した説明図である。
【図９】評価関数の値を三次元で示した説明図である。
【図１０】従来の三次元計測装置の構成図である。
【符号の説明】
１　三次元計測装置
２　基台
３　支柱
５　撮像装置（撮像手段）
６　移動ステージ（移動手段）
９　画像処理装置（画像処理手段）
１０　測定対象物
１１　被写界深度面
【図１】
2004085467.tif 000003
【図２】
2004085467.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004085467.tif 000008
【図７】
2004085467.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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