(57)【要約】【課題】姿勢計測装置、方法及びプログラムにおいて、合焦法による被計測物の姿勢の計測精度を向上することを目的とする。【解決手段】合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測装置は、前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させる制御装置を備え、前記制御装置は、前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する。【選択図】図８
2017096656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測装置であって、
前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させる制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、
前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、
前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する
ことを特徴とする、姿勢計測装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記指標値の変化を２次関数で近似し、前記２次関数の頂点における曲率が閾値を超えている分割領域を含む前記１枚の画像を求めることを特徴とする、請求項１記載の姿勢計測装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記光軸方向に沿った高さ計測精度をΔｚ、前記光軸方向に対する傾き計測精度をθで表すと、前記２点間の距離ＤがＤ＝Δｚ／ｔａｎθを満たす条件下で前記傾きを算出することを特徴とする、請求項１または２記載の姿勢計測装置。
【請求項４】
合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測方法であって、
コンピュータが、
前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させ、
前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、
前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、
前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する
処理を実行することを特徴とする、姿勢計測方法。
【請求項５】
コンピュータに合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測処理を実行させるプログラムであって、
前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させ、
前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、
前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、
前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢計測装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気的な制御によって、例えば数ミリ秒〜数十秒程度の応答時間で焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズが開発されている。図１は、このような可変焦点レンズを用いた、合焦法による３次元形状計測方法の一例を説明する図である。図１に示すように、カメラ１の可変焦点レンズ２の焦点距離を変化させて、計測対象である被計測物付近でフォーカス位置を変化させながら撮像した複数枚の画像３−Ｈ〜３Ｈを取得する。また、各画像３−Ｈ〜３Ｈを複数の同じ形状、且つ、同じ面積を有する分割領域に分割し、各画像３−Ｈ〜３Ｈを形成する分割領域毎に合焦位置を求めることで、３次元計測を行うことができる。図１は、可変焦点レンズ２の焦点距離を、ｆ−Ｈ〜ｆＨの範囲で変化させることができる例を示す。
【０００３】
図２は、焦点距離とフォーカスの合い具合を説明する図である。図２は、可変焦点レンズ２の焦点距離を、ｆ−Ｈ〜ｆＨの範囲で変化させた場合の、複数枚の画像３−Ｈ〜３Ｈの対応する分割領域３１１−Ｈ〜３１１Ｈにおけるフォーカスの合い具合の一例を示す。この例では、焦点距離ｆ０にある、画像３０の分割領域３１１０のフォーカスの合い具合が最も高く、フォーカスが合っている状態である。なお、フォーカスの合い具合が最も高い（即ち、ピントが合っている）焦点距離ｆ０は、周知の方法で検出可能である。
【０００４】
図３は、被計測物の傾きの角度の計測方法の一例を説明する図である。この例では、説明の便宜上、焦点距離がｚ軸方向（即ち、可変焦点レンズ２の光軸方向）に沿った距離であるものとする。図３において、フォーカスの合い具合が最も高い分割領域３１１０を含む画像３０は、例えば被計測物３１０の表面に相当する。画像３０内のｘ軸に沿った２点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の相対的なｚ軸方向に沿った高さ関係と、画像３０内のｙ軸に沿った２点Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３），Ｐ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４）の相対的なｚ軸方向に沿った高さ関係とから、被計測物３１０の姿勢角度（θｘ，θｙ）を計測できる。この場合、ｘ軸を中心とした被計測物３１０の傾きθｘは、θｘ＝ｔａｎ−１｛（ｚ３−ｚ４）／（ｙ３−ｙ４）｝で表され、ｙ軸を中心とした被計測物３１０の傾きθｙは、θｙ＝ｔａｎ−１｛（ｚ１−ｚ２）／（ｘ１−ｘ２）｝で表される。
【０００５】
しかし、このような合焦法による姿勢計測において、被計測物３１０の表面の状態によっては、ｚ軸方向に沿った高さ計測精度が低い。具体的には、被計測物３１０の表面にテクスチャ（または、凹凸）などが形成されておらず表面粗さが低い（即ち、表面が滑らかな）場合には、ｚ軸方向に沿った高さ計測精度が低い。このため、合焦法による姿勢計測を行う際に、ｚ軸方向に沿った高さ計測精度の低い分割領域を含む画像を、フォーカスの合い具合が良い分割領域を含む画像として選択してしまうと、被計測物３１０の姿勢の計測精度も低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２１１４３９号公報
【特許文献２】特開平９−１１３２３５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１５５００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の合焦法による姿勢計測では、被計測物の姿勢の計測精度を向上することが難しい。
【０００８】
そこで、１つの側面では、合焦法による被計測物の姿勢の計測精度を向上可能な姿勢計測装置、方法及び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】
【０００９】
１つの案によれば、合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測装置であって、前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させる制御手段を備え、前記制御手段は、前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する姿勢計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
一態様によれば、合焦法による被計測物の姿勢の計測精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】合焦法による３次元形状計測方法の一例を説明する図である。
【図２】焦点距離とフォーカスの合い具合を説明する図である。
【図３】被計測物の傾きの角度の計測方法の一例を説明する図である。
【図４】高さ計測精度の高い領域を選択する方法を説明する図である。
【図５】フォーカスの合い具合の指標値の変化を２次関数で近似する処理の一例を説明する図である。
【図６】被計測物の傾き角度の計測方法の一例を説明する図である。
【図７】傾きを求める２点間の距離と傾き精度の関係を説明する図である。
【図８】姿勢計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】姿勢計測処理の一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】
【００１２】
以下に、開示の姿勢計測装置、方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。
【実施例】
【００１３】
以下の説明では、便宜上ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向が互いに直交するｘｙｚ座標系を用いて方向及び位置を表すが、座標系はｘｙｚ座標系に限定されるものではない。
【００１４】
一実施例における姿勢計測方法では、カメラの可変焦点レンズの焦点距離を変化させて、被計測物付近でフォーカス位置を変化させながら撮像した複数枚の画像を取得する。また、各画像を複数の同じ形状、且つ、同じ面積を有する分割領域に分割し、各画像を形成する分割領域毎に合焦位置を求めることで、３次元計測を行う。合焦法による姿勢計測を行う際に、可変焦点レンズの光軸方向に沿った高さ計測精度の高い分割領域を含む画像を選択するために、図４に示すように、合焦位置でフォーカスの合い具合の変化が急峻な分割領域を調べる。合焦位置でフォーカスの合い具合の変化が急峻な分割領域とは、複数枚の画像の対応する分割領域のうち、フォーカスの合い具合が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域におけるフォーカスの合い具合に対して急峻に（即ち、一定の変化率を超えて）変化する分割領域を言う。
【００１５】
図４は、高さ計測精度の高い領域を選択する方法を説明する図である。図４中、図１及び図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。例えば、可変焦点レンズ２の焦点距離をｆ−Ｈ〜ｆＨの範囲で変化させて、カメラ１により撮像された画像３−Ｈ〜３Ｈの対応する分割領域毎に合焦位置を求める。図４は、画像３−Ｈ〜３Ｈの対応する分割領域３１１−Ｈ〜３１１Ｈ毎に合焦位置を求めた例を示す。図４中、（ａ）は焦点距離ｆ０で撮像された画像３０の分割領域３１１０のフォーカスの合い具合の変化が、破線で囲んで示すように閾値を超える急峻な（即ち、一定の変化率を超える）場合を示す。図４中、（ｂ）は焦点距離ｆ０で撮像された画像３０の分割領域３１１０のフォーカスの合い具合の変化が、破線で囲んで示すように閾値以下で緩やかな（即ち、一定の変化率以下である）場合を示す。
【００１６】
本実施例では、合焦位置でフォーカスの合い具合（または、フォーカスの合い具合を表す指標）の変化が閾値を超える急峻な分割領域を含む画像を、フォーカスの合い具合が良い分割領域を含む画像として選択した場合、フォーカスの合い具合の変化が閾値以下で緩やかな分割領域を含む画像を選択した場合と比較して、ｚ軸方向（即ち、可変焦点レンズ２の光軸方向）に沿った高さ計測精度の高い分割領域を含む画像を選択することができることを利用する。
【００１７】
図５は、フォーカスの合い具合の指標値の変化を２次関数で近似する処理の一例を説明する図である。被計測物付近でフォーカス位置を変化させながらカメラ１で撮像した複数枚の画像３１〜３Ｎから、分割領域３１ｍ＋１，ｎ＋１〜３Ｎｍ＋１，ｎ＋１毎にフォーカスの合い具合の指標値Ｇの変化を求める。指標値Ｇの値が大きい程、フォーカスの合い具合が高いことを表す。そして、図５に一例として分割領域３ｉｍ，ｎ（ｉ＝１〜Ｎ）について示すように、フォーカスの合い具合の指標値Ｇの変化を、２次関数で近似する。図５の右側は、各画像３１〜３Ｎのｍ列目でｎ行目の、対応する分割領域３１ｍ＋１，ｎ＋１〜３Ｎｍ＋１，ｎ＋１におけるフォーカスの合い具合の指標値Ｇのプロットの一例を示す。また、フォーカスの合い具合の指標値Ｇの変化を近似する２次関数の頂点Ｚｍ，ｎにおける曲率κm,nを、分割領域３ｉｊ，ｋ毎に算出する。このようにして、１つの分割領域３ｉｊ，ｋに対して、１つの曲率κm,nが算出される。なお、ｚの２次関数であるＧｍ，ｎ（ｚ）＝ａｍ，ｎｚ２＋ｂｍ，ｎｚ＋ｃｍ，ｎの点Ｐ（ｐ，Ｇ（ｐ））における曲率κは、曲率半径をｒκで表すと、次式（１）から求められる。ここで、ａｍ，ｎ，ｂｍ，ｎ，ｃｍ，ｎは、フォーカスの合い具合の指標値Ｇの変化を表す曲線に、２次関数Ｇｍ，ｎ（ｚ）をフィッティングするための係数である。また、次式（１）中、「"」は二次微分を表し、「'」は一次微分を表す。
【００１８】
κ＝（１／ｒκ）＝Ｇ"（ｐ）／｛１＋Ｇ'（ｐ）２）３／２｝...（１）
図６は、被計測物の傾き角度の計測方法の一例を説明する図である。先ず、Ｎ枚の画像３ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の全分割領域３ｉ１，１〜３ｉｍ＋１，ｎ＋１の中から、２次関数の頂点における曲率が閾値を超えている（即ち、曲率の変化が急峻な）分割領域を含む画像を、上記の如き手順により高さ計測精度の高い分割領域を含む画像として選択する。図６は、２次関数の頂点の曲率が最も高い上位２つ曲率を有する２つの分割領域を含む画像３ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）が、高さ計測精度の高い分割領域を含む画像として選択された場合を示す。次に、図６に示すように、２次関数の頂点の曲率が高い分割領域を含む画像３ｉ内で、２次関数の頂点の曲率が最も高い上位２つ曲率（以下、「上位２値」とも言う）を有する互いに異なる２つの分割領域内の点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を、次式（２），（３）に基づき算出する。また、算出した高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を用いて、ｘ，ｙ軸を中心とした傾きθｘ，θｙを次式（４），（５）に基づき算出する。具体的には、ｘ軸方向に沿った高さの差Δｚｘ１２は次式（２）から求められ、ｙ軸方向に沿った高さの差Δｚｙ１２は次式（３）から求められる。また、ｘ軸を中心とした傾きθｘは次式（４）から求められ、ｙ軸を中心とした傾きθｙは次式（５）から求められる。図６では、画像３ｉは、例えば被計測物３１０の表面に相当する。
【００１９】
Δｚｘ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｘ１−ｘ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
...（２）
Δｚｙ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｙ１−ｙ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
...（３）
θｘ＝ｔａｎ−１｛Δｚｙ１２／（ｙ１−ｙ２）｝                    ...（４）
θｙ＝ｔａｎ−１｛Δｚｘ１２／（ｘ１−ｘ２）｝                    ...（５）
２つの点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間のｘｙ平面と平行な面上の距離Ｄは、傾きの計測精度に影響を及ぼす。例えば、±１００μmの高さ計測精度がある場合、２つの点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の距離Ｄに応じた傾き計測精度は、上記の式（４），（５）からもわかるように、図７に示すように距離Ｄが短くなる程低下する。図７は、傾きを求める２点間の距離とｚ軸方向に対する傾き精度の関係を説明する図である。
【００２０】
従って、ｚ軸方向に沿ってΔｚの高さ計測精度があり、ｚ軸方向に対してθの傾き計測精度が求められる場合、２つの点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の距離Ｄが次式（６）を満たす条件下で傾きθｘ，θｙを算出することが好ましい。また、画像の複数の分割領域への分割は、２つの点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の距離Ｄが次式（６）を満たすような分割領域数への分割であれば、特に限定されない。つまり、分割領域のサイズは、単一画像上の２つの点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の距離Ｄを、次式（６）を満たすように選定可能なサイズであれば良い。
【００２１】
Ｄ＝Δｚ／ｔａｎθ...（６）
なお、図６において、点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、いずれもカメラ１により撮像された１枚の画像３ｉ上の互いに異なる分割領域内の点であれば良い。従って、各点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、例えば１枚の画像３ｉ上の互いに異なる分割領域の中心点であっても良い。この場合、点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の座標値（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、対応する分割領域の中心の座標値とすれば良く、距離Ｄも、例えば対応する分割領域の中心座標間の距離とすれば良い。
【００２２】
図８は、一実施例における、姿勢計測装置の構成の一例を示すブロック図である。図８に示す姿勢計測装置４１は、カメラ１と、可変焦点レンズ２と、コンピュータ５とを有する。可変焦点レンズ２は、カメラ１に一体的に設けられていても良い。可変焦点レンズ２は、焦点距離を変化させることのできるレンズであれば、特に限定されない。可変焦点レンズ２は、例えば液体レンズであっても良い。コンピュータ５は、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータで形成可能である。コンピュータ５は、互いにバス５５で接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、メモリ５２と、入力部５３と、出力部５４とを有する。コンピュータ５は、バス５５により接続された構成に限定されない。
【００２３】
ＣＰＵ５１は、姿勢計測装置４１全体の制御を司るプロセッサまたは制御手段（または、制御装置）の一例である。メモリ５２は、ＣＰＵ５１が実行するプログラム、ＣＰＵ５１が実行する演算処理で用いるパラメータや演算処理の中間結果を含む各種データなどを記憶する記憶装置の一例である。メモリ５は、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体記憶装置などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体により形成可能である。プログラムは、コンピュータ５に外部接続される記憶装置（図示せず）に記憶されていても良い。ＣＰＵ５１は、メモリ５２に記憶されたプログラムを実行することで、姿勢計測装置４１の姿勢計測処理を行い、カメラ１の撮像動作を制御したり、可変焦点レンズの焦点距離を制御（または、変更）してフォーカス位置を変化させたり、カメラ１により撮像された画像の画像データを取得したりする。
【００２４】
入力部５３は、ＣＰＵ５１にコマンド、データなどを入力するキーボードなどにより形成可能である。出力部５４は、ＣＰＵ５１の演算結果及び姿勢計測結果、ユーザへのメッセージなどを表示する表示装置などにより形成可能である。
【００２５】
図９は、一実施例における、姿勢計測処理の一例を説明するフローチャートである。図９に示す姿勢計測処理は、図８に示すＣＰＵ５１により実行可能である。図９の姿勢計測処理が開始されると、ステップＳ１では、ＣＰＵ５１が可変焦点レンズ２のフォーカス位置を変化させながらカメラ１に複数枚の画像を撮像させ、各画像の画像データをメモリ５２に保存する。ステップＳ２では、ＣＰＵ５１が複数枚の画像の全てについて、各画像を形成する全Ｎｒ個の分割領域Ｒｎ（１≦ｎ≦Ｎｒ）のフォーカスの合い具合を表す指標値を周知の方法で算出してメモリ５２に保存する。ステップＳ３では、ＣＰＵ５１が各画像を形成する全Ｎｒ個の分割領域Ｒｎに対して、算出した指標値の変化を近似する２次関数を算出してメモリ５２に保存する。ステップＳ４では、ＣＰＵ５１が２次関数の頂点における曲率を算出してメモリ５２に保存する。具体的には、ステップＳ４では、ＣＰＵ５１が各分割領域Ｒｎ（１≦ｎ≦Ｎｒ）に対して近似した２次関数の頂点における曲率κｎ（１≦ｎ≦Ｎｒ）を算出する。ステップＳ５では、ＣＰＵ５１がｎ行目（初期状態ではｎ＝１で１行目）の全ての列の分割領域の中から、曲率が閾値を超える最も高い上位２値κ１ｍａｘ，κ２ｍａｘと、これら上位２値κ１ｍａｘ，κ２ｍａｘが得られた分割領域を表す値ｎ１，ｎ２とを求める。具体的には、上位２値κ１ｍａｘ，κ２ｍａｘと、これら上位２値κ１ｍａｘ，κ２ｍａｘが得られた分割領域を表す値ｎ１，ｎ２とをメモリ５２に保存する変数を定義する。
【００２６】
ステップＳ６では、ＣＰＵ５１が全ての画像に対して全Ｎｒ個の分割領域Ｒｎの曲率の上位２値κ１ｍａｘ，κ２ｍａｘを算出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Ｓ７へ進み、判定結果がＹｅｓであると処理はステップＳ１０へ進む。ステップＳ７では、ＣＰＵ５１が、各画像の分割領域Ｒｎの曲率κｎが既にメモリ５２に保存されている上位２値を超えるか否かを判定し、判定結果がＹｅｓであると処理はステップＳ８へ進み、判定結果がＮｏであると処理はステップＳ９へ進む。ステップＳ８では、ＣＰＵ５１が変数（κ１ｍａｘ，κ２ｍａｘ）と値（ｎ１，ｎ２）に、曲率κｎと曲率κｎが得られた分割領域を表す値をメモリ５２に保存する。ステップＳ９では、ＣＰＵ５１が各画像に対するｎをｎ＝ｎ＋１にインクリメントし、処理はステップＳ６へ戻る。
【００２７】
一方、ステップＳ１０では、ＣＰＵ５１がメモリ５２を参照して、全ての画像のうち、曲率κｎが最も高い（即ち、フォーカスの合い具合を表す指標値の変化が最も急峻な）上位２値が算出された２つの分割領域を含む単一画像を選択する。さらに、ステップＳ１０では、ＣＰＵ５１が上記の式（２）〜（５）に基づき、選択した単一画像の上記２つの分割領域内の２点のｚ軸方向に沿った高さから、この単一画像（または、被計測物３１０の表面）のｘ，ｙ軸を中心とした傾きθｘ，θｙを算出し、処理は終了する。傾きθｘ，θｙの算出に用いる２つの分割領域は、高さ計測精度の高い領域であるため、被計測物３１０の姿勢の計測精度も高くなる。算出した傾きθｘ，θｙは、計測した被計測物３１０の姿勢角度（θｘ，θｙ）であり、メモリ５２に保存したり、出力部５４により表示装置に表示したりしても良い。
【００２８】
上記実施例によれば、被計測物の表面粗さにかかわらず、ｚ軸方向に沿った高さ計測精度の高い領域をフォーカスの合い具合が良い領域として選択することができるため、合焦法による被計測物の姿勢の計測精度を向上することができる。また、上記実施例の姿勢計測方法を合焦法による３次元形状計測方法に適用することで、３次元形状を高精度に計測することができる。
【００２９】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測装置であって、
前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させる制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、
前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、
前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する
ことを特徴とする、姿勢計測装置。
（付記２）
前記制御手段は、前記指標値の変化を２次関数で近似し、前記２次関数の頂点における曲率が閾値を超えている分割領域を含む前記１枚の画像を求めることを特徴とする、付記１記載の姿勢計測装置。
（付記３）
前記制御手段は、前記２次関数の頂点Ｐ（ｐ，Ｇ（ｐ））における曲率κを、前記２次関数をＧ、曲率半径をｒκ、二次微分を「"」、は一次微分を「'」で表すと、κ＝（１／ｒκ）＝Ｇ"（ｐ）／｛１＋Ｇ'（ｐ）２）３／２｝に基づいて算出することを特徴とする、付記２記載の姿勢計測装置。
（付記４）
前記制御手段は、ｘｙｚ座標系を用い、前記光軸方向をｚ軸方向とした場合、
前記１枚の画像の互いに異なる分割領域内の２点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を、
Δｚｘ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｘ１−ｘ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
Δｚｙ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｙ１−ｙ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
に基づき算出し、
前記高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を用いて、前記２軸を中心とした傾きθｘ，θｙを
θｘ＝ｔａｎ−１｛Δｚｙ１２／（ｙ１−ｙ２）｝
θｙ＝ｔａｎ−１｛Δｚｘ１２／（ｘ１−ｘ２）｝
に基づき算出することを特徴とする、付記３記載の姿勢計測装置。
（付記５）
前記制御手段は、前記光軸方向に沿った高さ計測精度をΔｚ、前記光軸方向に対する傾き計測精度をθで表すと、前記２点間の距離ＤがＤ＝Δｚ／ｔａｎθを満たす条件下で前記傾きを算出することを特徴とする、付記１乃至４のいずれか１項記載の姿勢計測装置。
（付記６）
合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測方法であって、
コンピュータが、
前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させ、
前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、
前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、
前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する
処理を実行することを特徴とする、姿勢計測方法。
（付記７）
前記指標値の変化を２次関数で近似し、前記２次関数の頂点における曲率が閾値を超えている前記１つの分割領域を含む前記１枚の画像を求めることを特徴とする、付記６記載の姿勢計測方法。
（付記８）
前記２次関数の頂点Ｐ（ｐ，Ｇ（ｐ））における曲率κを、前記２次関数をＧ、曲率半径をｒκ、二次微分を「"」、は一次微分を「'」で表すと、κ＝（１／ｒκ）＝Ｇ"（ｐ）／｛１＋Ｇ'（ｐ）２）３／２｝に基づいて算出することを特徴とする、付記７記載の姿勢計測方法。
（付記９）
ｘｙｚ座標系を用い、前記光軸方向をｚ軸方向とした場合、
前記１枚の画像の互いに異なる分割領域内の２点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を、
Δｚｘ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｘ１−ｘ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
Δｚｙ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｙ１−ｙ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
に基づき算出し、
前記高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を用いて、前記２軸を中心とした傾きθｘ，θｙを
θｘ＝ｔａｎ−１｛Δｚｙ１２／（ｙ１−ｙ２）｝
θｙ＝ｔａｎ−１｛Δｚｘ１２／（ｘ１−ｘ２）｝
に基づき算出することを特徴とする、付記８記載の姿勢計測方法。
（付記１０）
前記光軸方向に沿った高さ計測精度をΔｚ、前記光軸方向に対する傾き計測精度をθで表すと、前記２点間の距離ＤがＤ＝Δｚ／ｔａｎθを満たす条件下で前記傾きを算出することを特徴とする、付記６乃至９のいずれか１項記載の姿勢計測方法。
（付記１１）
コンピュータに合焦法により被計測物の姿勢を計測する姿勢計測処理を実行させるプログラムであって、
前記被計測物付近で可変焦点レンズの光軸方向上のフォーカス位置を変化させながらカメラに複数枚の画像を撮像させ、
前記複数枚の画像について、各画像を形成する複数の分割領域のフォーカスの合い具合を表す指標値を算出し、
前記複数枚の画像の対応する分割領域のうち、前記指標値が閾値を超えており、且つ、対応する他の分割領域における前記指標値に対して一定の変化率を超えて変化する、前記変化率が最も高い上位２値を有する互いに異なる２つの分割領域を含む１枚の画像を求め、
前記１枚の画像の、前記互いに異なる分割領域内の２点の前記光軸方向に沿った高さから、前記光軸と直交すると共に互いに直交する２軸を中心とした傾きを算出する
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。
（付記１２）
前記１枚の画像を求める処理は、前記指標値の変化を２次関数で近似し、前記２次関数の頂点における曲率が閾値を超えている分割領域を含む前記１枚の画像求めることを特徴とする、付記１１記載のプログラム。
（付記１３）
前記１枚の画像を求める処理は、前記２次関数の頂点Ｐ（ｐ，Ｇ（ｐ））における曲率κを、前記２次関数をＧ、曲率半径をｒκ、二次微分を「"」、は一次微分を「'」で表すと、κ＝（１／ｒκ）＝Ｇ"（ｐ）／｛１＋Ｇ'（ｐ）２）３／２｝に基づいて算出することを特徴とする、付記１２記載のプログラム。
（付記１４）
前記傾きを算出する処理は、ｘｙｚ座標系を用い、前記光軸方向をｚ軸方向とした場合、
前記１枚の互いに異なる分割領域内の２点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）間の高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を、
Δｚｘ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｘ１−ｘ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
Δｚｙ１２＝（ｚ１−ｚ２）・[（ｙ１−ｙ２）／√｛（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２｝]
に基づき算出し、
前記高さの差（Δｚｘ１２，Δｚｙ１２）を用いて、前記２軸を中心とした傾きθｘ，θｙを
θｘ＝ｔａｎ−１｛Δｚｙ１２／（ｙ１−ｙ２）｝
θｙ＝ｔａｎ−１｛Δｚｘ１２／（ｘ１−ｘ２）｝
に基づき算出することを特徴とする、付記１３記載のプログラム。
（付記１５）
前記傾きを算出する処理は、前記光軸方向に沿った高さ計測精度をΔｚ、前記光軸方向に対する傾き計測精度をθで表すと、前記２点間の距離ＤがＤ＝Δｚ／ｔａｎθを満たす条件下で前記傾きを算出することを特徴とする、付記１１乃至１４のいずれか１項記載のプログラム。
【００３０】
以上、開示の姿勢計測装置、方法及び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】
【００３１】
１      カメラ
２      可変焦点レンズ
５      コンピュータ
４１      姿勢計測装置
５１      ＣＰＵ
５２      メモリ
５３      入力部
５４      出力部
５５      バス
３１０      被計測物
【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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