(57)【要約】  計測装置は、照明パターンを表示する表示面を有する照明装置と、前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像する撮像装置と、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測する。
2018207300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明パターンを表示する表示面を有する照明装置と、
前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像する撮像装置と、
照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測することを特徴とする、計測装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した少なくとも１枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が時間的に変調された照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１記載の計測装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的及び時間的に変調された複数の照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１記載の計測装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記複数枚の画像の対応する画素の輝度値の平均又は前記輝度値の差を表す輝度情報を算出し、予め算出された、前記初期画像の各画素における照明パターンの初期輝度情報に対し、差分が一定以上となる画素に基づき前記計測対象の寸法を計測し、
前記ビジビリティ値に基づき計測した前記計測対象の寸法値と、前記輝度情報に基づき計測した前記計測対象の寸法値のうち、大きい方の寸法値を寸法計測結果として出力することを特徴とする、請求項３又は４記載の計測装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記複数枚の画像の対応する画素の色調値又は色値を表す色情報を算出し、予め算出された、前記初期画像の各画素における照明パターンの初期色情報に対し、差分が一定以上となる画素に基づき前記計測対象の寸法を計測し、
前記ビジビリティ値に基づき計測した前記計測対象の寸法値と、前記色情報に基づき計測した前記計測対象の寸法値のうち、大きい方の寸法値を寸法計測結果として出力することを特徴とする、請求項３又は４記載の計測装置。
【請求項７】
前記制御装置は、算出した、前記画像の各画素における前記照明パターンの前記ビジビリティ値が、予め算出された、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像の各画素における照明パターンの初期ビジビリティ値に対し、差分が一定以上となる画素に基づき前記計測対象の寸法を計測することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の計測装置。
【請求項８】
前記照明パターンは、縞状のパターンであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項記載の計測装置。
【請求項９】
前記照明装置は、バックライトを有し前記照明パターンを表示する液晶表示装置、前記照明パターンを表示するプラズマディスプレイ装置、前記照明パターンを表示する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ装置、及びスクリーンと前記照明パターンを前記スクリーンに投影するプロジェクタとを有するプロジェクション装置のいずれかであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項記載の計測装置。
【請求項１０】
計測対象の寸法を計測する計測方法であって、
照明装置が、照明パターンを表示面に表示し、
撮像装置が、前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像し、
プロセッサが、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行い、
前記プロセッサが、前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測する、
ことを特徴とする、計測方法。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した少なくとも１枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１０記載の計測方法。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が時間的に変調された複数の照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１０記載の計測方法。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的及び時間的に変調された複数の照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１０記載の計測方法。
【請求項１４】
前記照明パターンは、縞状のパターンであることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか１項記載の計測方法。
【請求項１５】
前記照明装置に、バックライトを有し前記照明パターンを表示する液晶表示装置、前記照明パターンを表示するプラズマディスプレイ装置、前記照明パターンを表示する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ装置、及びスクリーンと前記照明パターンを前記スクリーンに投影するプロジェクタとを有するプロジェクション装置のいずれかを用いることを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか１項記載の計測方法。
【請求項１６】
コンピュータに、計測対象の寸法を計測する処理を実行させるためのプログラムであって、
照明パターンを照明装置の表示面に表示し、
前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像装置により撮像し、
照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行い、
前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
【請求項１７】
前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した少なくとも１枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出する、
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、請求項１６記載のプログラム。
【請求項１８】
前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が時間的に変調された複数の照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出する、
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、請求項１６記載のプログラム。
【請求項１９】
前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的及び時間的に変調された複数の照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出する、
処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする、請求項１６記載のプログラム。
【請求項２０】
前記照明パターンは、縞状のパターンであることを特徴とする、請求項１６乃至１９のいずれか１項記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、計測方法及び計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の品質を保つために、製造段階で部品等に対する寸法計測が行われている。近年、自動車等に使われる、比較的大型の部品の寸法計測を自動化する要望がある。【０００３】
寸法計測を行う場合、フロントライト照明により計測対象を正面から照明し、計測対象からの反射画像を利用して寸法計測を行う方法と、バックライト照明により計測対象を背後から照明し、計測対象のシルエット画像を利用して寸法計測を行う方法とがある。後者の方法は、テレセントリック光学系を用いてカメラの光軸と平行な光線のみが含まれる照明で計測対象を照射するテレセントリック照明を利用する方法と、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）と拡散板を用いて様々な方向の光線が含まれる照明で計測対象を照射するフラット照明を利用する方法の、２種類の方法に分類できる。【０００４】
一般的に、寸法計測においては、テレセントリック照明のように光線がカメラの光軸と平行な成分しか含まない光源で計測対象を照射するのが好ましい。これは、カメラの光軸と平行ではない光線は、計測対象の表面で反射又は拡散してカメラに入射してしまい、反射光又は拡散光の悪影響により理想的なシルエット画像が得られないからである。【０００５】
一方、テレセントリック照明を利用する場合、光学系が複雑であるため、大口径の照明を作ることは困難である。現在市販されているテレセントリック照明用のレンズの口径は、最大でも数１００ｍｍ程度であり、比較的大型の部品の全面を単一のテレセントリック照明で照明することは難しい。複数個のテレセントリック照明を組み合わせることで、比較的大型の部品に対応することは可能であるが、口径の大きなレンズは高価であり、高価なテレセントリック照明を複数個組み合わせることは、コストの面から実用的ではない。また、テレセントリック照明は、複雑な光学系を有するため、奥行のサイズを縮小することは難しく、小型化することは難しい。【０００６】
更に、テレセントリック照明を利用する場合であっても、外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光がカメラに入射すると、理想的シルエット画像が得られず、計測精度が低下してしまう。このような反射光又は拡散光の悪影響を抑制して計測精度を向上するためには、計測装置全体を暗室内に設ける必要があり、計測装置の大型化とコスト増大の要因となる。【０００７】
一方、フラット照明を利用する場合、カメラの光軸と平行な成分以外の、様々な方向の光線が含まれる照明で計測対象を照射するため、理想的なシルエット画像を得ることは難しいが、比較的大面積の照明を比較的安価で実現できる。このため、フラット照明を利用する場合は、比較的大型の部品の寸法計測に対応可能である。また、フラット照明を利用する場合、光学系の構成が比較的簡単であるため、奥行のサイズを容易に縮小して計測装置を小型化できる。しかし、フラット照明を利用する場合であっても、外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光の悪影響を抑制して計測精度を向上するためには、テレセントリック照明を利用する場合と同様に、計測装置全体を暗室内に設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３０４４５２号公報
【特許文献２】特開平９−２０３６１３号公報
【特許文献３】特開平７−２６０７０３号公報
【特許文献４】特開２０１０−２５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の計測装置では、外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光の悪影響を抑制することは難しいため、計測精度を向上することは難しい。【００１０】
そこで、１つの側面では、計測精度を向上可能な計測装置、計測方法及び計測プログラム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】
【００１１】
１つの案によれば、照明パターンを表示する表示面を有する照明装置と、前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像する撮像装置と、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測する計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
一態様によれば、計測精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】テレセントリック照明を用いる寸法計測を説明する図である。
【図１Ｂ】フラット照明を用いる寸法計測を説明する図である。
【図２】計測対象をフラット照明下で撮像する場合を説明する図である。
【図３Ａ】図２の計測対象をテレセントリック照明下で撮像して得られるシルエット画像を示す図である。
【図３Ｂ】図２の計測対象をフラット照明下で撮像して得られるシルエット画像を示す図である。
【図４】外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光を説明する図である。
【図５】図４の場合に得られるシルエット画像を示す図である。
【図６】一実施例における計測装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図７】図６に示す制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【図８】計測対象をフラット照明の照明パターン下で撮像する場合を説明する図である。
【図９】ＬＣＤの表示面の手前側に計測対象が配置されていない状態で、ＬＣＤに表示された縞状の照明パターンをＣＣＤカメラで撮像した画像の一例を示す図である。
【図１０】図９に示す画像の輝度プロファイルの一例を示す図である。
【図１１】ＬＣＤの表示面の手前側に計測対象が配置されている状態で、ＬＣＤの表示面に表示された縞状の照明パターンをＣＣＤカメラで撮像した画像の一例を示す図である。
【図１２】図１１に示す画像の明るさプロファイルの一例を示す図である。
【図１３】４種類の縞状の照明パターンの手前側に配置された計測対象を撮像した画像から算出した平均輝度画像とビジビリティ画像の一例を示す図である。
【図１４】計測処理の第１の例を説明するフローチャートである。
【図１５】２値化処理の一例を説明する図である。
【図１６】図１３に示す平均輝度画像及びビジビリティ画像の仮想線に沿った明るさプロファイルの一例を示す図である。
【図１７】計測処理の第２の例を説明するフローチャートである。
【図１８】計測処理の第３の例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
開示の計測装置、計測方法及び計測プログラムでは、照明装置が、照明パターンを表示面に表示し、撮像装置が、照明装置の表示面より手前側に配置され照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像し、制御装置が、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを照明装置の表示面に表示させる指示を照明装置に出力すると共に、照明装置と撮像装置の動作を同期させる同期制御を行う。また、制御装置が、画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、画像の各画素における照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に計測対象の寸法を計測する。
【００１５】
以下に、開示の計測装置、計測方法及び計測プログラムの各実施例を図面と共に説明する。
【実施例】
【００１６】
一般的に、バックライト照明を用いる寸法計測においては、図１Ａに示すテレセントリック照明のように、光線５００がカメラ（図示せず）の光軸５１０と平行な成分しか含まない光源で計測対象１０を照射するのが好ましい。これは、図１Ｂに示すフラット照明５２０のように、カメラの光軸５１０と平行ではない光線５０１は、計測対象１０の表面で反射又は拡散してカメラに入射してしまい、反射光及び拡散光５０２の少なくとも一方の悪影響により理想的なシルエット画像が得られないためである。【００１７】
図２は、カメラ５３０が計測対象１０の一例である円柱をフラット照明５２０下で撮像する場合を示す。図３Ａは、図２の計測対象１０をテレセントリック照明下で撮像して得られるシルエット画像を示し、図３Ｂは、図２の計測対象１０をフラット照明５２０下で撮像して得られるシルエット画像を示す。図３Ａのシルエット画像は、外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象１０に当たることで生じる反射光又は拡散光がカメラに入射しなければ、計測対象１０全体が影になる理想的なシルエット画像となっている。一方、図３Ｂのシルエット画像は、計測対象１０の一部が反射光又は拡散光により光って見えてしまうため、理想的なシルエット画像ではない。図３Ｂに示す例では、シルエット画像から計測される計測対象１０の寸法が、図３Ａに示す例と比べて上下の部分がＤに相当する分だけ小さくなってしまう。【００１８】
更に、図４に示すように、テレセントリック照明を利用する場合であっても、蛍光灯等の外部の光源５４０からの外光５０３や計測対象１０以外の物体５４１からの２次反射光５０４等が計測対象１０に当たることで生じる反射光及び拡散光５０５の少なくとも一方がカメラに入射すると、図５からもわかるように、理想的シルエット画像が得られず、計測精度が低下してしまう。図５は一例として、光源５４０の一例である蛍光灯の映り込みが発生する計測対象１０の部分１０１、外光５０３により光っている計測対象１０の部分１０２、及び計測対象１０以外の物体５４１の映り込みが発生する計測対象１０の部分１０３を含むシルエット画像１０５を示す。【００１９】
このような反射光及び拡散光５０５の少なくとも一方の悪影響を抑制して計測精度を向上するためには、計測装置全体を暗室内に設ける必要があり、計測装置の大型化とコスト増大の要因となる。【００２０】
一方、フラット照明を利用する場合、カメラの光軸と平行な成分以外の、様々な方向の光線が含まれる照明で計測対象を照射するため、理想的なシルエット画像を得ることは難しいが、比較的大面積の照明を比較的安価で実現できる。このため、フラット照明を利用する場合は、比較的大型の部品の寸法計測に対応可能である。また、フラット照明を利用する場合、光学系の構成が比較的簡単であるため、奥行のサイズを容易に縮小して計測装置を小型化できる。しかし、フラット照明を利用する場合であっても、外部光源から外光や計測対象以外の物体からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光の悪影響を抑制して計測精度を向上するためには、テレセントリック照明を利用する場合と同様に、計測装置全体を暗室内に設ける必要がある。【００２１】
そこで、外部光源や計測対象以外の物体からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光の悪影響を抑制して、計測精度を向上する各実施例について、以下に説明する。なお、以下に説明する各実施例においては、計測装置を暗室内に設けることなく、計測精度を向上できる。【００２２】
図６は、一実施例における計測装置のハードウェア構成の一例を示す図である。この例では、バックライト照明を用いる計測装置１は、照明装置２と、撮像装置３と、制御装置４とを有する。制御装置４は、例えば汎用コンピュータ等のコンピュータで形成可能である。この例では、制御装置４は、プロセッサの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、記憶装置の一例であるメモリ４２とを有する。ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶された計測プログラム等を含むプログラムを実行し、後述する計測処理等を実行する。メモリ４２は、プログラム、データ等を記憶する。メモリ４２は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置、磁気記録媒体、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＤＶＤディスク（Digital Versatile Disk）等の光記録媒体、光磁気記録媒体等のコンピュータ読取可能な記録媒体により形成可能である。なお、メモリ４２にディスク等の磁気記録媒体、光記録媒体又は光磁気記録媒体を用いる場合、記録媒体はディスクドライブ等のドライブにロードされ、ドライブによりプログラム等を記録媒体から読み出し、必要に応じて記録媒体にデータ等を書き込む。図６では、便宜上、コンピュータに無線又は有線で接続可能な入力装置と表示装置の図示は省略する。【００２３】
照明装置２は、例えば表示面及びバックライトを有する周知の液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等で形成可能であり、照明パターンを表示面に表示する。撮像装置３は、周知のＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラ等で形成可能であり、照明装置２の表示面より手前側に配置され表示面に表示された照明パターンにより照明された計測対象１０の画像を撮像する。つまり、照明装置２の表示面（又は、発光面）は、撮像装置３から見て計測対象１０の背後に配置されている。従って、撮像装置３は、照明装置２の表示面に表示された照明パターンと、表示面より手前側に配置され照明パターンにより照明された計測対象１０の画像を同時に撮像する。【００２４】
制御装置４は、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、照明装置２の表示面に照明パターンを表示させる指示を照明装置２に出力すると共に、照明装置２と撮像装置３の動作を同期させる同期制御を行う。また、制御装置４は、撮像装置３が撮像した画像の各画素の輝度の振幅を当該画像の輝度の平均値（以下、「平均輝度値」とも言う）で除して、当該画像の各画素における照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に計測対象１０の寸法を計測する。制御装置４は、生成したビジビリティ画像に閾値を用いた２値化処理を施し、照明部分と対象部分を識別した情報を基に計測対象１０の寸法を計測しても良い。上記の閾値は、固定値として操作者が設定しても良く、適応２値化等の手法で自動的に決めても良い。また、照明装置２の表示面の手前側に計測対象１０が配置されていない初期状態で撮像装置３が照明パターンを撮像した初期画像の各画素における照明パターンの初期ビジビリティ値より若干低い値を閾値として採用しても良い。更に、閾値を用いた２値化処理を行う代わりに、照明装置２の表示面の手前側に計測対象１０が配置されていない初期状態で撮像装置３が照明パターンを撮像した初期画像の各画素における初期ビジビリティ値に対し、計測対象１０がある状態で算出したビジビリティ値との差分が一定以上となる画素に基づき計測対象１０の寸法を計測しても良い。このように、制御装置４は、同期制御を含む、計測対象１０の寸法を計測する計測処理を実行する。計測対象１０を形成する対象物は、特に限定されない。【００２５】
図７は、図６に示す制御装置の機能構成の一例を示す図である。この例において、ＬＣＤ２０は、表示面及びバックライトを有し、照明パターンを表示面に表示する照明装置２の一例である。ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターンとＬＣＤ２０の表示面より手前側に配置された計測対象１０の画像を撮像するＣＣＤカメラ３０は、撮像装置３の一例である。コンピュータ４０は、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示をＬＣＤ２０に出力すると共に、ＬＣＤ２０とＣＣＤカメラ３０の動作を同期させる同期制御を含む、計測処理を実行する制御装置４の一例である。モニタ装置６は、コンピュータ４０の操作者にメッセージ等を表示する表示装置の一例である。キーボード５は、コンピュータ４０の操作者がコマンド、データ等をコンピュータ４０に入力する際に操作される入力装置の一例である。入力装置は、マウス等であっても良い。【００２６】
図７に示すように、コンピュータ４０は、画像入力部４１１と、パターン出力部４１２と、同期制御回路４１３と、データ処理部４１４とを有する。画像入力部４１１は、画像入力回路４１１−１及び入力画像格納メモリ４１１−２を含む機能構成を有する。パターン出力部４１２は、パターン生成回路４１２−１及びパターン出力回路４１２−２を有する。データ処理部４１４は、画像算出回路４１４−１、寸法算出回路４１４−２、及び結果格納メモリ４１４−３を有する。画像入力部４１１、パターン出力部４１２、同期制御回路４１３、及びデータ処理部４１４の夫々の機能は、例えば図６に示すＣＰＵ４１がメモリ４２に記憶された計測プログラムを実行することで実現可能である。一方、入力画像格納メモリ４１１−２及び結果格納メモリ４１４−３は、例えばメモリ４２により形成可能である。【００２７】
パターン出力部４１２は、ＬＣＤ２０の表示面に照明パターンを表示させる指示をＬＣＤ２０に出力する。より具体的には、パターン生成回路４１２−１は、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、パターン出力回路４１２−２は、生成した照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示をＬＣＤ２０に出力する。これにより、ＬＣＤ２０に表示する照明パターンの照射強度の位相を、例えばデフォルトの設定に応じて、空間的に、或いは、時間的に、或いは、空間的及び時間的に変調しながら、同期制御回路４１３が同期制御を行ってＬＣＤ２０とＣＣＤカメラ３０の動作を同期させることができる。【００２８】
画像入力部４１１は、ＣＣＤカメラ３０が撮像した１又は複数の画像を取得し、一旦格納する。より具体的には、画像入力回路４１１−１は、ＣＣＤカメラ３０が撮像した１又は複数の画像を取得し、入力画像格納メモリ４１１−２は、取得された１又は複数の画像を一旦格納する。画像入力部４１１がＣＣＤカメラ３０からの複数の画像を取得する場合、パターン出力部４１２がＬＣＤ２０に表示する照明パターンを変えながら、画像入力回路４１１−１が取得した複数の画像を入力画像格納メモリ４１１−２に一旦格納することができる。入力画像格納メモリ４１１−２に格納した画像は、データ処理部４１４に供給されて、計測対象１０の寸法計測に用いられる。【００２９】
データ処理部４１４では、画像算出回路４１４−１が、画像入力部４１１から供給される画像に基づいて、後述するビジビリティ画像及び平均輝度画像を算出する。寸法算出回路４１４−２は、算出したビジビリティ画像及び平均輝度画像に基づいて、計測対象１０の寸法を算出する。結果格納メモリ４１４−３は、算出された計測対象１０の寸法を格納する。結果格納メモリ４１４−３に格納された計測対象１０の寸法は、例えばモニタ装置６に表示可能である。【００３０】
パターン出力部４１２が、同期制御に応じて、照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示をＬＣＤ２０に出力する場合、データ処理部４１４は、ＣＣＤカメラ３０が撮像した少なくとも１枚の画像に基づきビジビリティ値等を算出する。照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンは、例えば縞状のパターン、色調、又は色が変化するパターン等であり、パターンは規則的であることが望ましい。【００３１】
一方、パターン出力部４１２が、同期制御に応じて、照射強度の位相が時間的に変調された複数の照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示をＬＣＤ２０に出力する場合、データ処理部４１４は、ＣＣＤカメラ３０が撮像した複数枚の画像に基づきビジビリティ値等を算出する。照射強度の位相が時間的に変調された照明パターンは、ＣＣＤカメラ３０が画像を撮像する時刻毎に、例えば縞状のパターン、色調、又は色が変化するパターン等であり、パターンは規則的であり、時刻毎に規則的に変化することが望ましい。また、この場合の照明パターンは、異なる時刻で照射強度又は照明色が異なるパターンであれば、ＬＣＤ２０の全表示面が単一照射強度又は単一照明色であっても良い。【００３２】
また、パターン出力部４１２が、同期制御に応じて、照射強度の位相が空間的及び時間的に変調された複数の照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示をＬＣＤ２０に出力する場合、データ処理部４１４は、ＣＣＤカメラ３０が撮像した複数枚の画像に基づき前記ビジビリティ値等を算出する。照射強度の位相が空間的及び時間的に変調された照明パターンは、ＣＣＤカメラ３０が画像を撮像する時刻毎に、例えば縞状のパターン、照射強度又は照明色が変化するパターン等であり、パターン自体の変化（又は、パターン内の変化）及びパターンの時刻毎の変化のうち少なくとも一方が規則的であっても良い。この場合、例えば縞状のパターン、照射強度又は照明色が変化するパターン等は、時刻毎に規則的に変化することが望ましい。【００３３】
パターン出力部４１２がＬＣＤ２０に出力する、照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示は、表示する照明パターンを指定する信号であっても、表示する照明パターン自体、即ち、表示する照明パターンを表す信号であっても良い。【００３４】
データ処理部４１４は、複数枚の画像の対応する画素の輝度値の平均又は当該輝度値の差を表す輝度情報を算出し、予め算出された、ＬＣＤ２０の表示面の手前側に計測対象１０が配置されていない初期状態でＣＣＤカメラ３０が照明パターンを撮像した初期画像の各画素における照明パターンの初期輝度情報に対し、差分が一定以上となる画素に基づき計測対象１０の寸法を計測し、計測した計測対象１０の寸法のうち大きい方の寸法を出力しても良い。また、データ処理部４１４は、複数枚の画像の対応する画素の輝度値又は当該輝度値の平均を表す輝度情報を算出し、予め算出された、初期画像の各画素における照明パターンの初期輝度情報に対し、差分が一定以上となる画素に基づき計測対象１０の寸法を計測し、計測した計測対象１０の寸法のうち大きい方の寸法を出力しても良い。【００３５】
なお、操作者は、キーボード５から、ＬＣＤ２０に表示する照明パターンの照射強度の位相を、空間的に変調するか、或いは、時間的に変調するか、或いは、空間的及び時間的に変調するかを指定するコマンドをコンピュータ４０に入力しても良い。この場合、パターン出力部４１２は、デフォルトの設定ではなく、操作者により指定された設定に応じた照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示させる指示をＬＣＤ２０に出力する。【００３６】
図８は、計測対象をフラット照明の照明パターン下で撮像する場合を説明する図である。図８中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この例では、ＬＣＤ２０の表示面に表示する照明パターン５２は、照射強度の位相が空間的に変調された縞状のパターンである。図８において、縞状の照明パターン５２のうち、明るく見える部分程、輝度値が高く、暗く見える部分程、輝度値が低い。【００３７】
図９は、ＬＣＤ２０の表示面の手前側に計測対象１０が配置されていない状態で、ＬＣＤ２０の表示面に表示された縞状の照明パターン５２をＣＣＤカメラ３０で撮像した画像５２Ａの一例を示す図である。図９に示す画像５２Ａにおける縞状の照明パターンのうち、明るく見える部分程、輝度値が高く、暗く見える部分程、輝度値が低い。【００３８】
図１０は、図９に示す画像５２Ａ中、仮想線５２Ｂに沿った輝度プロファイルの一例を示す図である。図１０中、縦軸は画像５２Ａの輝度値を任意単位で示し、横軸は画像５２Ａ中の仮想線５２Ｂに沿った水平方向の位置を任意単位で示す。図１０に示すように、平均輝度は、画像５２Ａの縞状のパターンの平均的な明るさを示す値である。また、ビジビリティは、画像５２Ａの縞状のパターンの各画素の輝度の振幅を画像５２Ａの平均輝度値で除した値である。ビジビリティは、縞状のパターンの見やすさ、即ち、判別のしやすさを示す指標であり、「コントラスト」或いは「変調度」と呼ばれることもある。【００３９】
図１１は、ＬＣＤ２０の表示面の手前側に計測対象１０が配置されている状態で、ＬＣＤ２０の表示面に表示された縞状の照明パターン５２と、計測対象１０をＣＣＤカメラ３０で同時に撮像した画像５２Ｃの一例を示す図である。図１１に示す画像５２Ｃ中、１０Ａは計測対象１０の画像（シルエット画像）を示す。図１１は、画像５２Ｃ中の仮想線５２Ｄを含む領域を、一部拡大して右上部分に示す。図１１に示す画像５２Ｃにおける縞状の照明パターンのうち、明るく見える部分程、明るさが高く、暗く見える部分程、明るさが低い。【００４０】
図１２は、図１１に示す画像５２Ｃ中、仮想線５２Ｄに沿った明るさプロファイルの一例を示す図である。図１２中、縦軸は画像５２Ｃの明るさを任意単位で示し、横軸は画像５２Ｃ中の仮想線５２Ｄに沿った垂直方向の位置を任意単位で示す。図１１に示すように、画像５２Ｃでは、計測対象１０の明るくなっている部分の縞状のパターンが、ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターン５２に相当する縞状のパターンに比べて見にくく判別しにくくなっていることが確認できた。図１２に示す、画像５２Ｃにおける仮想線５２Ｄに沿った明るさプロファイルからも、計測対象１０のビジビリティが、ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターン５２に相当する縞状のパターンのビジビリティに比べて小さくなっていることが確認できた。つまり、明るさプロファイルからもわかるように、計測対象１０の部分における縞状のパターンは、ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターン５２に相当する縞状のパターンに比べて、見にくく判別しにくい。【００４１】
ＬＣＤ２０の表示面に表示した照明パターン５２の縞状のパターンは、計測対象１０の表面に写り込んでＣＣＤカメラ３０で撮像される。この撮像の際に、計測対象１０の表面の表面粗さによるパターンのボケや計測対象１０の形状に起因する縞状のパターンの歪みにより、縞状のパターンの比較的広範囲の縞情報が計測対象１０の表面の比較的狭い範囲に写り込んでしまい、縞状のパターンの見やすさが悪化して判別しにくくなる。例えば、計測対象１０が完全な鏡面であり、且つ、形状が平らな場合を除き、計測対象１０のビジビリティは、ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターン５２に相当する縞状のパターンに比べて悪化して、ビジビリティ値は小さくなる。【００４２】
ところで、従来の均一なフラット照明を用いる方法では、平均輝度の変化を捉えて計測対象のエッジを検出する。この方法は、計測対象の表面の反射率による光量の減少を見ていることになる。即ち、平均輝度の変化を捉える方法は、計測対象の反射率情報を基に寸法を検出するものであるのに対し、上記実施例のように、ビジビリティを求める方法は、計測対象の表面粗さや形状情報を基に寸法を検出するものである。従って、上記実施例は、平均輝度及びビジビリティの２つの情報を基にして寸法計測を行うことができると言う点で、従来の均一なフラット照明を用いる方法に比べて、寸法計測を行うための情報量が多い。【００４３】
次に、縞状の照明パターンを表示する照明装置の表示面の手前側に配置された計測対象の撮像画像からビジビリティ画像及び平均輝度画像を算出する方法、即ち、画素毎のビジビリティ値と平均輝度値を求める方法について説明する。【００４４】
照射強度の位相が空間的に変調された、例えば縞状の照明パターンを表示する照明装置の表示面の手前側に配置された計測対象を撮像した、１枚の画像に基づきビジビリティ値、平均輝度値等を算出することができる。これは、図１１及び図１２等と共に説明した通りである。しかし、１枚の画像に基づきビジビリティ値、平均輝度値等を求める場合、情報量が１枚の画像の情報に限られているため、ビジビリティ値、平均輝度値等の精度を更に向上することは難しい。【００４５】
そこで、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された、例えば縞状の複数の照明パターンを表示する照明装置の表示面の手前側に配置された計測対象を撮像した、複数枚の画像に基づきビジビリティ値等を算出する例について説明する。この例では、ＬＣＤ２０の表示面に表示する縞状の照明パターンの初期位相を一定角度ずつずらしてＮ種類（Ｎは、２以上の自然数）の縞状の照明パターンを表示する。また、ＬＣＤ２０の表示面に表示する縞状の照明パターンを切り替えながら、ＣＣＤカメラ３０で照明パターンの切り替えに同期してＮ枚の画像を撮像する。これにより、Ｎ種類の縞状の照明パターンを表示する表示面の手前側に配置された計測対象１０を撮像したＮ枚の画像から、各画素のビジビリティ値、平均輝度値等を求める。【００４６】
先ず、図７に示すパターン生成回路４１２−１は、ＬＣＤ２０の表示面に表示する縞状の照明パターンを次式に従って生成する。【００４７】
【数１】
2018207300.tif 000003
上記の式中、Ｉn(x,y)は、ＬＣＤ２０にｎ番目に表示する縞状のパターンの画素(x,y)における表示階調値を指示する指示値を表し、パターン出力回路４１２−２は、この指示値をＬＣＤ２０へ出力する。また、上記の式中、Ａ，Ｂは、夫々ＬＣＤ２０に表示する縞状の照明パターンの明るさ及び振幅を表し、θは、ＬＣＤ２０に表示する縞状の照明パターンの位相を表す。この例では、ｎは例えばｎ＝１，２，３，４であり、初期位相の変化を生成するパラメータを表す。サインの項における最初の項が時間変化を表し、サインの項における次の項が空間変化を表す。上記の式に従った縞状の照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示することで、４種類の縞状の照明パターンを表示し、各縞状の照明パターンを表示する表示面の手前側に配置された計測対象１０をＣＣＤカメラ３０で撮像した４枚の画像を取得する。入力画像格納メモリ４１１−２は、これら４枚の画像の各画素における輝度値I'n(x,y)を格納する。画像算出回路４１４−１は、入力画像格納メモリ４１１−２に格納されたこれら４枚の画像の各画素における輝度値I'n(x,y)から、平均輝度画像の各画素値、即ち、平均輝度値Av(x,y)を次式に従って求める。【００４８】
【数２】
2018207300.tif 000004
また、画像算出回路４１４−１は、入力画像格納メモリ４１１−２に格納されたこれら４枚の画像の各画素における輝度値I'n(x,y)から、ビジビリティ画像の各画素値、即ち、ビジビリティ値V(x,y)を、次式に従って求める。【００４９】
【数３】
2018207300.tif 000005
図１３は、４種類の縞状の照明パターンを表示する表示面の手前側に配置された計測対象を撮像した画像から算出した平均輝度画像とビジビリティ画像の一例を示す図である。この例では、４枚の撮像画像８００−１〜８００−４が入力画像格納メモリ４１１−２に格納されるので、画像算出回路４１４−１は、これら４枚の撮像画像８００−１〜８００−４から平均輝度画像８０１とビジビリティ画像８０２を算出する。ＬＣＤ２０の表示面に表示する照明パターンの生成に用いる上記の式において、縞状の照明パターンの明るさＡを画素に依存しない固定値に設定した場合、算出される平均輝度画像８０１は、明るさＡで照明する従来のフラット照明を用いた場合に得られる画像と同じである。一方、ビジビリティ画像８０２は、この例では照明が写り込んでいる計測対象１０の部分の曲率が大きいため、当該部分のビジビリティが著しく悪化してビジビリティ値が小さくなっており、テレセントリック照明を用いた場合に得られる画像に似ている。この場合、平均輝度画像８０１よりもビジビリティ画像８０２の方が、ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターンの画像（即ち、照明部分）と計測対象１０の画像１０Ａ（即ち、対象部分）との間での画素値の変化が大きいため、寸法計測に利用する各エッジ位置をビジビリティ画像８０２から求めて寸法計測を行う。なお、仮想線５２Ｅについては、図１６と共に後述する。【００５０】
図１４は、計測処理の第１の例を説明するフローチャートである。図１４に示す計測処理は、例えば図６に示す制御装置４のＣＰＵ４１が、メモリ４２に記憶された計測プログラムを実行することで実行できる。この例では、少なくともビジビリティ値に基づき計測対象１０の寸法計測を行う。【００５１】
図１４において、ステップＳ１では、ＣＰＵ４１が、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示する。最初、ＣＰＵ４１は、例えば上記の如く４種類の縞状の照明パターンのうち、生成された最初の照明パターンをＬＣＤ２０の表示面に表示する。ステップＳ２では、ＣＰＵ４１が、ＣＣＤカメラ３０を制御して、縞状の照明パターンを表示するＬＣＤ２０の表示面の手前に配置された計測対象１０を撮像すると共に、撮像された画像をメモリ４２に格納する。ステップＳ３では、ＣＰＵ４１が、４種類の縞状の照明パターンの全てを用いた計測対象１０の撮像が終了したか否かを判定し、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ４へ進み、判定結果がＹＥＳであると処理はステップＳ２５であると処理はステップＳ５へ進む。【００５２】
ステップＳ４では、ＣＰＵ４１が、位相をπ／２ラジアン（rad）変化させた縞状の照明パターンを生成し、処理はステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ５では、ＣＰＵ４１が、この例では図１３に示す如き４枚の撮像画像８００−１〜８００−４から平均輝度画像８０１とビジビリティ画像８０２を算出する。ステップＳ６では、ＣＰＵ４１が、平均輝度画像８０１又はビジビリティ画像８０２から寸法計測に利用する各エッジ位置を求め、計測対象１０の画像（即ち、対象部分）と背景、即ち、ＬＣＤ２０に表示された縞状の照明パターンの画像（即ち、照明部分）とを２値化処理により分離し、２値化した画像から計測対象１０の寸法を計測する。【００５３】
図１５は、２値化処理の一例を説明する図である。図１５は、説明の便宜上、計測対象１０の画像１０Ａを含むビジビリティ画像８０２を２値化する例を示す。ステップＳ６においてＣＰＵ４１が図１５の上部に示すビジビリティ画像８０２に対して閾値を用いた２値化処理を施すと、図１５の下部に示す２値化されたビジビリティ画像８０２−１が得られる。２値化されたビジビリティ画像８０２−１は、計測対象の画像１０Ａ−１を含む。例えば、ビジビリティ画像８０２−１の画素値が閾値以上であれば背景、即ち、ＬＣＤ２０に表示された縞状の照明パターンの画像（即ち、照明部分）であり、閾値未満であれば計測対象１０の画像（即ち、対象部分）である。このような２値化処理により、計測対象１０の画像（即ち、対象部分）と背景、即ち、ＬＣＤ２０に表示された縞状の照明パターンの画像（即ち、照明部分）とを分離することができる。【００５４】
平均輝度画像８０１とビジビリティ画像８０２のうち、どちらの画像を選択して計測対象１０の寸法を求めるかの判断は、例えば次のように行っても良い。つまり、予め計測対象１０がＬＣＤ２０の表示面の手前側に配置されていない初期状態でＣＣＤカメラ３０が撮像した画像に、ＬＣＤ２０の表示面に表示された照明パターンだけが映っている状態で、上記の式に従って平均輝度画像Av0(x,y)及びビジビリティ画像V0(x,y)を求めてメモリ４２に格納しておく。そして、初期状態における平均輝度画像Av0(x,y)及びビジビリティ画像V0(x,y)と、計測対象１０がＬＣＤ２０の表示面の手前側に配置された状態でＣＣＤカメラ３０が撮像した画像における平均輝度画像Av(x,y)及びビジビリティ画像V(x,y)との差分を求め、差分がより大きくなる方の画像の画素値を寸法算出に利用すれば良い。【００５５】
ステップＳ６の後、ステップＳ７では、ＣＰＵ４１が、平均輝度画像８０１と初期状態における平均輝度画像との差分と、ビジビリティ画像８０２と初期状態におけるビジビリティ画像との差分のうち、差分が大きい方の画像の画素値を用いて、計測対象１０の寸法を計測した寸法計測結果を出力し、処理は終了する。ステップＳ７において、ＣＰＵ４１は、計測対象１０の寸法計測結果を、例えば図７に示すモニタ装置６に出力して表示しても良い。【００５６】
この場合、１枚の画像に基づきビジビリティ値、平均輝度値等を求める場合と比較すると、複数枚の画像に基づきビジビリティ値、平均輝度値等を求めることで、情報量が増大するため、ビジビリティ値、平均輝度値等の精度を更に向上することができる。【００５７】
図１６は、図１３に示す平均輝度画像８０１及びビジビリティ画像８０２の仮想線５２Ｅに沿った明るさプロファイルの一例を示す図である。図１６中、縦軸は平均輝度画像８０１及びビジビリティ画像８０２の明るさを任意単位で示し、横軸は平均輝度画像８０１及びビジビリティ画像８０２中の仮想線５２Ｅに沿った垂直方向の位置を任意単位で示す。図１３に示す例では、図１６に破線Ｉで示すように、平均輝度画像８０１における計測対象１０の上側のエッジ部分での明るさの変化が小さいので、計測対象１０の寸法検出感度が比較的低い。これに対し、図１６に実線ＩＩで示すように、ビジビリティ画像８０２における計測対象１０の上側のエッジ部分での明るさの変化が大きいので、計測対象１０の寸法検出感度が比較的高く、平均輝度画像８０１の場合の寸法検出感度の約３０倍程度の寸法検出感度が得られることが確認できた。【００５８】
なお、図１４の計測処理において、平均輝度画像８０１は求めず、ビジビリティ画像８０２のみに基づいて寸法計測を行うようにしても良い。この場合、平均輝度画像８０１とビジビリティ画像８０２のうち、どちらの画像を選択して計測対象１０の寸法を求めるかの判断も省略可能である。【００５９】
上記の例では、照射強度の位相の空間的な変化として、一方向の縞状のパターンを用いたが、これに限定するものではなく、空間的に変化する縞状以外の様々なパターンを使用しても良い。また、照射強度の位相の時間的な変化として、縞状のパターンの初期位相を変化させたが、照明強度を変化させても、照明の色を変化させても、照明強度の変化と照明の色の変化の組み合わせを用いても良い。【００６０】
図１７は、計測処理の第２の例を説明するフローチャートである。図１７に示す計測処理は、例えば図６に示す制御装置４のＣＰＵ４１が、メモリ４２に記憶された計測プログラムを実行することで実行できる。この例では、照射強度の位相が時間的に変調された照明パターンを用い、少なくとも輝度差値に基づき計測対象１０の寸法計測を行うが、照明パターンの照射強度の位相が更に空間的に変調されていても良い。【００６１】
図１７において、ステップＳ１１では、ＣＰＵ４１が、ＬＣＤ２０の照明強度を初期値に設定し、例えばＬＣＤ２０の全面が単一照射強度に設定される。ステップＳ１２では、ＣＰＵ４１が、ＣＣＤカメラ３０を制御して、ＬＣＤ２０の表示面に表示された初期値の照明強度の照明パターンと、当該照明パターンを表示する表示面の手前に配置された計測対象１０を撮像すると共に、撮像された画像をメモリ４２に格納する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ４１が、ＬＣＤ２０の照明強度を変更する。ステップＳ１４では、ＣＰＵ４１が、ＣＣＤカメラ３０を制御して、ＬＣＤ２０の表示面に表示された変更後の照明強度の照明パターンと、当該照明パターンを表示する表示面の手前に配置された計測対象１０を撮像すると共に、撮像された画像をメモリ４２に格納する。ステップＳ１５では、ＣＰＵ４１が、メモリ４２に格納された２枚の撮像画像から、輝度差画像を算出する。具体的には、ＣＰＵ４１は、初期値の照明強度の照明パターンで撮像された１枚の撮像画像の各画素の輝度値と、変更後の照明強度の照明パターンで撮像された１枚の撮像画像の各画素の輝度値との輝度差値を算出し、輝度差値で形成された輝度差画像を算出する。【００６２】
例えば、ステップＳ１２で撮像された撮像画像の画素値をI'1(x,y)、ステップＳ１４で撮像された撮像画像の画素値をI'2(x,y)で表すと、ステップＳ１５で算出される輝度差値は、| I'1(x,y)-I'2(x,y)|から算出することができる。【００６３】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ４１が、輝度差画像から寸法計測に利用する各エッジ位置を求め、計測対象１０の画像（即ち、対象部分）と背景、即ち、ＬＣＤ２０に表示された照明パターンの画像（即ち、照明部分）とを２値化処理により分離する。ステップＳ１７では、ＣＰＵ４１が、輝度差画像の輝度差値（画素値）を用いて、計測対象１０の寸法を計測した寸法計測結果を出力し、処理は終了する。ステップＳ１７において、ＣＰＵ４１は、計測対象１０の寸法計測結果を、例えば図７に示すモニタ装置６に出力して表示しても良い。【００６４】
図１８は、計測処理の第３の例を説明するフローチャートである。図１８に示す計測処理は、例えば図６に示す制御装置４のＣＰＵ４１が、メモリ４２に記憶された計測プログラムを実行することで実行できる。この例では、照明色の位相が時間的に変調された照明パターンを用い、少なくとも色調差又は色差値に基づき計測対象１０の寸法計測を行うが、照明パターンの照明色の位相が更に空間的に変調されていても良い。【００６５】
図１８において、ステップＳ２１では、ＣＰＵ４１が、ＬＣＤ２０の照明色を初期値に設定し、例えばＬＣＤ２０の全面が単一照明色に設定される。ステップＳ２２では、ＣＰＵ４１が、ＣＣＤカメラ３０を制御して、ＬＣＤ２０の表示面に表示された初期値の照明色の照明パターンと、当該照明パターンを表示する表示面の手前に配置された計測対象１０を撮像すると共に、撮像された画像をメモリ４２に格納する。ステップＳ２３では、ＣＰＵ４１が、ＬＣＤ２０の照明色を変更する。ステップＳ２４では、ＣＰＵ４１が、ＣＣＤカメラ３０を制御して、ＬＣＤ２０の表示面に表示された変更後の照明色の照明パターンと、当該照明パターンを表示する表示面の手前に配置された計測対象１０を撮像すると共に、撮像された画像をメモリ４２に格納する。ステップＳ２５では、ＣＰＵ４１が、メモリ４２に格納された２枚の撮像画像から、色調差画像又は色差画像を算出する。具体的には、ＣＰＵ４１は、初期値の照明色の照明パターンで撮像された１枚の撮像画像の各画素の輝度値と、変更後の照明色の照明パターンで撮像された１枚の撮像画像の各画素の輝度値との輝度差値を算出し、色調差値で形成された色調差画像又は色差値で形成された色差画像を算出する。【００６６】
例えば、ステップＳ２２で撮像された撮像画像の赤（Ｒ）成分の画素値をI'R1(x,y)、ステップＳ２４で撮像された撮像画像の赤（Ｒ）成分の画素値をI'R2(x,y)で表すと、ステップＳ２５で算出される赤（Ｒ）成分の輝度差値は、| I'R1(x,y)-I'R2(x,y)|から算出することができる。同様に、ステップＳ２２で撮像された撮像画像の緑（Ｇ）成分の画素値をI'G1(x,y)、ステップＳ２４で撮像された撮像画像の緑（Ｇ）成分の画素値をI'G2(x,y)で表すと、ステップＳ２５で算出される緑（Ｇ）成分の輝度差値は、| I'G1(x,y)-I'G2(x,y)|から算出することができ、ステップＳ２２で撮像された撮像画像の青（Ｂ）成分の画素値をI'B1(x,y)、ステップＳ２４で撮像された撮像画像の青（Ｂ）成分の画素値をI'B2(x,y)で表すと、ステップ２５で算出される青（Ｂ）成分の輝度差値は、| I'B1(x,y)-I'B2(x,y)|から算出することができる。【００６７】
ステップＳ２６では、ＣＰＵ４１が、色調差画像又は色差画像から寸法計測に利用する各エッジ位置を求め、計測対象１０の画像（即ち、対象部分）と背景、即ち、ＬＣＤ２０に表示された照明パターンの画像（即ち、照明部分）とを２値化処理により分離する。ステップＳ１７では、ＣＰＵ４１が、色調差画像の色調差値（画素値）又は色差画像の色差値（画素値）を用いて、計測対象１０の寸法を計測した寸法計測結果を出力し、処理は終了する。ステップＳ１７において、ＣＰＵ４１は、計測対象１０の寸法計測結果を、例えば図７に示すモニタ装置６に出力して表示しても良い。【００６８】
なお、図１４、図１７及び図１８と共に説明した手順で、ビジビリティ値に基づく計測対象１０の寸法計測により得られた寸法値を、平均輝度値に基づく計測対象１０の寸法計測により得られた寸法値、輝度差値に基づく計測対象１０の寸法計測により得られた寸法値、及び色調差値又は色差値に基づく計測対象１０の寸法計測により得られた寸法値のうち少なくとも１つの寸法値と比較し、大きい方の寸法値を寸法計測結果として出力するようにしても良い。また、ビジビリティ値、平均輝度値、輝度差値、及び色調差値又は色差値に基づく計測対象１０の寸法計測により得られた寸法値のうち、最大値を寸法計測結果として出力しても良い。【００６９】
つまり、ＣＰＵ４１は、複数枚の画像の対応する画素の輝度値の平均又は前記輝度値の差を表す輝度情報を算出し、予め算出された、初期画像の各画素における照明パターンの初期輝度情報に対し、差分が一定以上となる画素に基づき計測対象の寸法を計測しても良い。この場合、ビジビリティ値に基づき計測した計測対象の寸法値と、輝度情報に基づき計測した計測対象の寸法値のうち、大きい方の寸法値を寸法計測結果として出力しても良い。【００７０】
ＣＰＵ４１は、複数枚の画像の対応する画素の色調値又は色値を表す色情報を算出し、予め算出された、初期画像の各画素における照明パターンの初期色情報に対し、差分が一定以上となる画素に基づき計測対象の寸法を計測しても良い。この場合、ビジビリティ値に基づき計測した計測対象の寸法値と、色情報に基づき計測した計測対象の寸法値のうち、大きい方の寸法値を寸法計測結果として出力しても良い。【００７１】
上記実施例では、照明装置にバックライトを有し照明パターンを表示するＬＣＤを用いたが、照明装置は、照明パターンを表示するプラズマディスプレイ装置、照明パターンを表示する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ装置、スクリーンと照明パターンをスクリーンに投影するプロジェクタとを有するプロジェクション装置等を用いても良い。例えばプロジェクション装置を用いる場合、例えばＬＣＤを用いる場合より照明装置の奥行のサイズの縮小が難しいが、ＬＣＤでは対応が難しい比較的大きなサイズの計測対象にも対応可能となる。なお、プロジェクション装置は、スクリーンの第１の面に照明パターンを投影し、第１の面に投影された照明パターンで、照明パターンの表示面に相当する第１の面の手前側に配置された計測対象を照明しても良い。また、プロジェクション装置は、スクリーンの第１の面に照明パターンを投影し、第１の面とは反対側の第２の面に透過した照明パターンで、照明パターンの表示面に相当する第２の面の手前側に配置された計測対象を照明しても良い。【００７２】
従来のフラット照明では、得られる情報が上記第１の例における平均輝度値に限定されるが、例えば上記第１の例では、ビジビリティ値を用い、必要に応じて平均輝度値と比較する。これにより、例えばフラット照明と同じフラットタイプの照明でテレセントリック照明並の感度の良い寸法計測が可能になると共に、テレセントリック照明では難しい比較的大型の部品の寸法計測を感度良く行える。また、ビジビリティ値については、画素値の時間的な変化を検出することで、短時間では照度が一定としてみなせる外光や、空間的な縞情報を維持しづらいｎ次反射光による悪影響を、効率良く除去することができ、暗室下での寸法計測が不要になる。【００７３】
ところで、テレセントリック照明の場合、照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンを生成することはできないが、照射強度の位相が時間的に変調された照明パターンを生成することはできる。そこで、上記実施例の変形例では、ＬＣＤの代わりにテレセントリック照明を用いて、照射強度の位相が時間的に変調された照明パターンを生成する。この場合も、ＬＣＤを用いる場合と同様の原理で、外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光の悪影響を抑制して、計測精度を向上することができる。従って、テレセントリック照明を用いる計測装置を暗室内に設けることなく、計測精度を向上できる。【００７４】
上記の各実施例及び変形例によれば、外部光源や計測対象以外からの２次反射光等が計測対象に当たることで生じる反射光又は拡散光の悪影響を抑制して、計測精度を向上することができる。また、計測装置を暗室内に設けることなく、計測精度を向上できる。【００７５】
更に、フラット照明を用いる実施例の場合、計測装置を小型化及び低コスト化することができる。この場合、比較的大型の部品等の寸法計測も高精度に行うことができる。【００７６】
以上、開示の計測装置、計測方法及び計測プログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１      計測装置
２      照明装置
３      撮像装置
４      制御装置
５      キーボード
６      モニタ装置
１０      計測対象
２０      ＬＣＤ
３０      ＣＣＤカメラ
４０      コンピュータ
４１      ＣＰＵ
４２      メモリ
【図１Ａ】
2018207300.tif 000006
【図１Ｂ】
2018207300.tif 000007
【図２】
2018207300.tif 000008
【図３Ａ】
2018207300.tif 000009
【図３Ｂ】
2018207300.tif 000010
【図４】
2018207300.tif 000011
【図５】
2018207300.tif 000012
【図６】
2018207300.tif 000013
【図７】
2018207300.tif 000014
【図８】
2018207300.tif 000015
【図９】
2018207300.tif 000016
【図１０】
2018207300.tif 000017
【図１１】
2018207300.tif 000018
【図１２】
2018207300.tif 000019
【図１３】
2018207300.tif 000020
【図１４】
2018207300.tif 000021
【図１５】
2018207300.tif 000022
【図１６】
2018207300.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
2018207300.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月5日(2019.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明パターンを表示する表示面を有する照明装置と、
前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像する撮像装置と、
照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測することを特徴とする、計測装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的に変調された照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した少なくとも１枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が時間的に変調された照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１記載の計測装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記同期制御に応じて、前記照明装置の前記表示面に前記照射強度の位相が空間的及び時間的に変調された複数の照明パターンを表示させる指示を前記照明装置に出力し、前記撮像装置が撮像した複数枚の画像と、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像とに基づき前記ビジビリティ値を算出することを特徴とする、請求項１記載の計測装置。
【請求項５】
前記制御装置は、算出した、前記画像の各画素における前記照明パターンの前記ビジビリティ値が、予め算出された、前記照明装置の手前側に前記計測対象が配置されていない初期状態で前記撮像装置が前記照明パターンを撮像した初期画像の各画素における照明パターンの初期ビジビリティ値に対し、差分が一定以上となる画素に基づき前記計測対象の寸法を計測することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の計測装置。
【請求項６】
前記照明パターンは、縞状のパターンであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の計測装置。
【請求項７】
計測対象の寸法を計測する計測方法であって、
照明装置が、照明パターンを表示面に表示し、
撮像装置が、前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像し、
プロセッサが、照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行い、
前記プロセッサが、前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測する、
ことを特徴とする、計測方法。
【請求項８】
コンピュータに、計測対象の寸法を計測する処理を実行させるためのプログラムであって、
照明パターンを照明装置の表示面に表示し、
前記照明装置の前記表示面より手前側に配置され前記照明パターンにより照明された計測対象の画像を撮像装置により撮像し、
照射強度の位相が空間的及び時間的のうち少なくとも一方に変調された照明パターンを生成し、当該照明パターンを前記照明装置の前記表示面に表示させる指示を前記照明装置に出力すると共に、前記照明装置と前記撮像装置の動作を同期させる同期制御を行い、
前記画像の各画素の輝度の振幅を前記画像の輝度の平均値で除して、前記画像の各画素における前記照明パターンのビジビリティ値を算出して生成したビジビリティ画像を基に前記計測対象の寸法を計測する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
【国際調査報告】
2018207300.tif 000026
2018207300.tif 000027