(57)【要約】【課題】画像を用いた位置の計測において計測結果に対する画像の撮像環境による影響を低減させることのできる計測プログラム、計測装置、及び計測方法の提供を目的とする。【解決手段】コンピュータに、計測対象に付加された第一のマークが焦点深度外で撮像された画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手順と、前記明暗分布に基づいて前記計測対象の位置を判定する位置判定手順とを実行させることにより上記課題を解決する。【選択図】図４
2009025100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに、
計測対象に付加された第一のマークが焦点深度外で撮像された画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手順と、
前記明暗分布に基づいて前記計測対象の位置を判定する位置判定手順とを実行させるための計測プログラム。
【請求項２】
前記明暗分布算出手順は、前記画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の重心位置を算出し、
前記位置判定手順は、前記重心位置に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項１記載の計測プログラム。
【請求項３】
前記明暗分布算出手順は、前記画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗のピーク値を検出し、
前記位置判定手順は、前記画像において前記ピーク値を示す位置に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項１記載の計測プログラム。
【請求項４】
前記画像には、前記計測対象の移動に対して固定されている第二のマークが撮像されており、
前記位置判定手順は、前記第二のマークと前記明暗分布との相対的な位置関係に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の計測プログラム。
【請求項５】
前記画像には、前記計測対象の移動に対して固定されている複数の基準対象が撮像されており、
前記位置判定手順は、複数の前記第二のマークと前記明暗分布との相対的な位置関係に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項４記載の計測プログラム。
【請求項６】
計測対象に付加された第一のマークが焦点深度外で撮像された画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手段と、
前記明暗分布に基づいて前記計測対象の位置を判定する位置判定手段とを有することを特徴とする計測装置。
【請求項７】
前記明暗分布算出手段は、前記画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の重心位置を算出し、
前記位置判定手段は、前記重心位置に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項６記載の計測装置。
【請求項８】
前記明暗分布算出手段は、前記画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗のピーク値を検出し、
前記位置判定手段は、前記画像において前記ピーク値を示す位置に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項６記載の計測装置。
【請求項９】
前記画像には、前記計測対象の移動に対して固定されている第二のマークが撮像されており、
前記位置判定手段は、前記第二のマークと前記明暗分布との相対的な位置関係に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項６乃至８いずれか一項記載の計測装置。
【請求項１０】
前記画像には、前記計測対象の移動に対して固定されている複数の基準対象が撮像されており、
前記位置判定手段は、複数の前記第二のマークと前記明暗分布との相対的な位置関係に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする請求項９記載の計測装置。
【請求項１１】
コンピュータが実行する計測方法であって、
計測対象に付加された第一のマークが焦点深度外で撮像された画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手順と、
前記明暗分布に基づいて前記計測対象の位置を判定する位置判定手順とを有することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測プログラム、計測装置、及び計測方法に関し、特に、画像を用いて計測対象の位置を計測する計測プログラム、計測装置、及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機器における可動部材の位置（移動量）を正確に計測するため、ＣＣＤカメラによって当該可動部材を含む範囲を撮像し、撮像された画像に基づいて当該可動部材の位置を計測することが行われている。
【０００３】
この場合、一般的には、当該可動部材に付加された所定のマークをパターン認識によって画像中より検出し、画像内のマークの検出位置に基づいて当該可動部材の位置が計測されていた。
【特許文献１】特開２００４−２６４４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方式では、所定のマークの形状や、照明の位置及び強度の影響を受けやすいという問題があった。すなわち、照明の位置や強度によって画像中に陰影が生じ、その陰影によってパターン認識による所定のマークの検出が困難になる場合があった。
【０００５】
また、高精度の計測を行うためには、高い精度で焦点を合わせて撮像する必要があり、焦点距離の許容範囲が厳しくなるという問題があった。
【０００６】
以上の問題を回避するためには、適切な所定のマークの形状の選択、照明の位置及び強度の適切な設定、高い精度での焦点合わせ等が要求されるが、これらの作業には熟練を要した。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、画像を用いた位置の計測において計測結果に対する画像の撮像環境による影響を低減させることのできる計測プログラム、計測装置、及び計測方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで上記課題を解決するため、本発明は、コンピュータに、計測対象に付加された第一のマークが焦点深度外で撮像された画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗分布を算出する明暗分布算出手順と、前記明暗分布に基づいて前記計測対象の位置を判定する位置判定手順とを実行させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記明暗分布算出手順は、前記画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の重心位置を算出し、前記位置判定手順は、前記重心位置に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記明暗分布算出手順は、前記画像において少なくとも前記第一のマークを含む領域の明暗のピーク値を検出し、前記位置判定手順は、前記画像において前記ピーク値を示す位置に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記画像には、前記計測対象の移動に対して固定されている第二のマークが撮像されており、前記位置判定手順は、前記第二のマークと前記明暗分布との相対的な位置関係に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記画像には、前記計測対象の移動に対して固定されている複数の基準対象が撮像されており、前記位置判定手順は、複数の前記第二のマークと前記明暗分布との相対的な位置関係に基づいて前記計測対象の位置を判定することを特徴とする。
【００１３】
このような計測プログラムでは、画像を用いた位置の計測において計測結果に対する画像の撮像環境による影響を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像を用いた位置の計測において計測結果に対する画像の撮像環境による影響を低減させることのできる計測プログラム、計測装置、及び計測方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態における位置計測システムの構成例を示す図である。図１において、位置計測システム１は、位置計測装置１０、撮像装置２０、及び光源３０等より構成される。
【００１６】
撮像装置２０は、ＣＣＤカメラ２１及びテレセントリックレンズ２２等より構成され、例えば、一般的なデジタルカメラを用いてもよい。撮像装置２０は、被写体４０を撮像することにより、被写体４０の電子的な画像情報（以下、「画像データ」）を取得し、その画像データを位置計測装置１０に供給（転送）する。なお、一般的に、ＣＣＤカメラ２１及びテレセントリックレンズ２２は、被写体に対して焦点が合うように配置されるが、本実施の形態では、被写体４０（特に、後述されるターゲットマークＴＭ）がレンズ焦点から外れるよう（焦点深度外になるよう）、配置される。
【００１７】
本実施の形態における被写体４０は、便宜上、可動部材を有する機器等を簡略化したモデルとして構成されており、ベース５０、固定体６０、及び可動体７０等より構成される。ベース５０の上面は、水平なＸＹ平面である水平面５１を形成する。水平面５１上に固定体６０及び可動体７０が載置される。
【００１８】
固定体６０は、水平面５１に対して固定される。可動体７０は、水平面５１上を移動する。本実施の形態では、可動体７０を位置（移動量）の計測対象とする。したがって、水平面５１は、測定のためのＸＹ平面（以下、「測定平面」という。）を形成する。測定平面とは、計測のための座標系が定義される平面をいう。すなわち、可動体７０の位置の計測結果は、測定平面の座標系（測定平面座標系）における座標値として把握される。但し、測定平面は、必ずしも水平面５１と一致しなくてもよい。測定平面は、どのような座標系において可動体７０の位置を把握する必要があるかに応じて適宜選択すればよい。
【００１９】
なお、本実施の形態では、可動体７０が水平面上を移動する場合について説明するが、本発明による位置の計測は、水平面上における移動に限られない。
【００２０】
固定体６０及び可動体７０の上面は、例えば、水平面を形成し、それぞれの上面上には、可動体７０の位置を計測するためのマークが設けられている（付加されている）。固定体６０には、三つの基準マークＢＭ１、ＢＭ２、及びＢＭ３（以下、総称する場合「基準マークＢＭ」という。）が設けられている。また、可動体７０には、一つのターゲットマークＴＭが設けられている。
【００２１】
なお、各マークと固定体６０又は可動体７０の上面とのコントラストを明瞭にするために、本実施の形態では、固定体６０の上面に基準領域６１が設けられ、基準領域６１内に基準マークＢＭが設けられている。また、可動体７０の上面にターゲット領域７１が設けられ、ターゲット領域７１内にターゲットマークＴＭが設けられている。
【００２２】
基準領域６１及びターゲット領域７１は、背景の輝度が一様であることが好ましい。例えば、研磨した金属やセラミックの他、ミラーが適する。また、各マークは、背景（基準領域６１又はターゲット領域７１）との輝度の差が明確であるように、印刷や穴加工により設けるとよい。
【００２３】
光源３０は、撮像装置２０が被写体４０を撮像するときに、適切な明るさで被写体４０を照射する。ターゲット領域７１が鏡面の場合は、光源３０を撮像装置２０と同軸に設置するとよい。光源３０の光量は、ターゲット領域７１とターゲットマークＴＭとの輝度の差が明確であるように調節される。
【００２４】
位置計測装置１０は、ＰＣ（Personal Computer）等の情報処理装置によって構成される。位置計測装置１０は、ケーブル８０を介して撮像装置２０と接続され、撮像装置２０より転送される画像データに基づいて、可動体７０の位置を計測する。位置計測装置１０は、また、ケーブル９０を介して被写体４０と接続され、可動体７０の移動（位置）を制御する。
【００２５】
位置計測装置１０について、更に詳しく説明する。図２は、本発明の実施の形態における位置計測装置のハードウェア構成例を示す図である。図２の位置計測装置１０は、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置１００と、補助記憶装置１０２と、メモリ装置１０３と、ＣＰＵ１０４と、インタフェース装置１０５とを有するように構成される。
【００２６】
位置計測装置１０での処理を実現するプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記録した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。但し、プログラムは、ネットワークを介してダウンロードされてもよい。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
【００２７】
メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従って位置計測装置１０に係る機能を実行する。インタフェース装置１０５は、図１の撮像装置２０や被写体４０との間のケーブルに接続するためのインタフェースとして用いられる。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態における位置計測装置の機能構成例を示す図である。図３において、位置計測装置１０は、移動制御部１１、撮像制御部１２、及び位置計測部１３等より構成される。これら各部は、プログラムがＣＰＵ１０４によって処理されることにより実現するソフトウェアである。
【００２９】
移動制御部１１は、可動体７０の移動を制御する。撮像制御部１２は、撮像装置２０に撮像の指令を出力したり、撮像された画像データを撮像装置２０より取り込んだりする。
【００３０】
位置計測部１３は、撮像装置２０によって撮像される画像データに基づいて可動体７０の位置を計測するための演算を行う。位置計測部１３は、画像加工部１３１、明暗分布算出部１３２、位置判定部１３３、及び移動量算出部１３４等より構成される。
【００３１】
なお、移動制御部１１及び撮像制御部１２は、それぞれ異なるコンピュータに実装されていてもよい。この場合、各コンピュータと位置計測装置１０とがネットワーク（有線又は無線の別は問わない。）を介して通信可能であればよい。
【００３２】
以下、位置計測システム１の動作について説明する。図４は、位置計測システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【００３３】
例えば、操作者よって、可動体７０の移動指示が位置計測装置１０に入力されると（Ｓ１０１でＹｅｓ）、移動制御部１１は、可動体７０を目標位置に移動させる（Ｓ１０２）。ここで、移動指示には、移動先の位置が目標位置として入力される。目標位置は、測定平面座標系の座標値として入力される。したがって、位置制御部１１は、可動体７０の位置（測定平面における座標値）を把握している。但し、位置制御部１１によって、目標位置に正確に位置制御されているかどうかは別問題である。そこで、以下の処理において、可動体７０の位置を計測するのである。
【００３４】
続いて、撮像制御部１２は、撮像装置２０に指令を出力し、被写体４０を撮像させる（Ｓ１０３）。この際、撮像装置２０は、ターゲットマークＴＭや基準マークＢＭ、及び各マークの背景が焦点深度外となるように（ピンぼけするように）撮像を行う。撮像装置２０の焦点については、ターゲットマークＴＭ当該が焦点深度外となるように予め設定しておけばよい。なお、被写体４０の撮像は、手動によって行われても良い。
【００３５】
続いて、撮像制御部１２は、撮像装置２０より画像データを取得し、位置計測装置１０のメモリ装置１０３に記録する（Ｓ１０４）。以下、メモリ装置１０３に記録された画像データが処理の対象となる。
【００３６】
図５は、撮像された画像の例を示す図である。図５中、図１と同一部分には同一符号を付している。図５に示されるように、画像（画角）２００には固定体６０及び可動体７０の画像が含まれている。固定体６０上には、基準領域６１及び基準マーク６２の画像が含まれている。可動体７０上には、ターゲット領域７１及びターゲットマークＴＭの画像が含まれている。なお、図中では、便宜上、ターゲットマークＴＭ及び基準マークＢＭは、明瞭に示されている。しかし、上記のようにこれらのマークやその背景は焦点深度外において撮像されているため、実際にはピンぼけした（ぼやけた）状態で画像２００に含まれる。
【００３７】
続いて、画像加工部１３１は、画像２００より、ターゲット領域７１内でターゲットマークＴＭを含むような矩形領域（以下「処理対象範囲７２」という。）を仮想的に切り取り、処理対象範囲７２の範囲を特定するためのパラメータをメモリ装置１０３に記録する（Ｓ１０５）。当該パラメータは、例えば、処理対象範囲の縦幅、及び横幅のサイズが予め決まっているのであれば、４つの頂点のうちのいずれか一つの頂点の座標値でよい。また、４つの頂点の全ての座標値でもよい。本実施の形態では、縦幅及び横幅のサイズが決まっており、左上の頂点ＴＰ１の座標値（Ｘ１１，Ｙ１１）を記録しておく場合を例とする。当該座標値は、画像２００の座標系２１０おける座標値となる。すなわち、画像２００の左上頂点を（０，０）とし、画素を単位とした座標系における座標値である。以下、当該座標系を「画角座標系」という。
【００３８】
画像加工部１３１は、また、各基準マークＢＭについても、基準領域６１内で当該基準マークＢＭを含むような矩形領域（処理対象範囲６２ａ、処理対象範囲６２ｂ、処理対象範囲６２ｃ、以下、総称する場合、「処理対象範囲６２」という。）を切り取り、各処理対象範囲６２の領域を特定するパラメータをメモリ装置１０３に記録する。
【００３９】
ところで、画像加工部１３１による処理対象範囲７２の切り出しは、位置制御部１１より入力される座標値（すなわち、位置制御部１１が位置制御したはずの座標値）に基づいて行われる。すなわち、画像加工部１３１は、当該座標値に基づいて、ターゲットマークＴＭの画像２００における座標値を算出し、その算出結果に基づいて、画像２００における処理対象範囲７２の位置（頂点ＴＰ１の座標値）を決定する。
【００４０】
なお、基準マークＢＭに関する処理対象範囲６２の座標値については、位置が固定されているため、例えば、予め補助記憶装置１０２に記録しておき、その値を用いてもよい。
【００４１】
続いて、画像加工部１３１は、処理対象範囲７２及び処理対象範囲６２のそれぞれについて、フィル夕処理を行う（Ｓ１０６）。すなわち、ノイズ除去を目的として、低域通過フィル夕、または、収縮膨張操作等の処理を行う。なお、画像２００の状態に応じて、当該フィルタ処理は省略してもよい。
【００４２】
続いて、明暗分布算出部１３２は、処理対象範囲７２及び処理対象範囲６２のそれぞれについて明暗分布を算出し、明暗分布に基づいて、ターゲットマークＴＭ又は基準マークＢＭの検出位置を算出又は判定する（Ｓ１０７）。
【００４３】
具体的には、第一の方法として、処理対象範囲７２及び処理対象範囲６２のそれぞれについて、重心演算を行い、その結果算出される重心位置を検出位置とする。すなわち、処理対象範囲７２の重心位置は、ターゲットマークＴＭの検出位置とされる。同様に、処理対象範囲６２ａの重心位置、処理対象範囲６２ｂの重心位置、処理対象範囲６２ｃの重心位置は、それぞれ、基準マークＢＭ１、基準マークＢＭ２、基準マークＢＭ３の検出位置とされる。
【００４４】
なお、重心演算は、以下の式に基づいて行えばよい。
【００４５】
【数１】
2009025100.tif 000003
ここで、各パラメータの意味は以下の通りである。
ＸG：処理対象範囲の重心位置
ｘｎ：処理対象範囲内のｎ番目の画素の位置
ｄｎ：ｎ番目の画素の輝度
なお、輝度の闘値を設けてそれより大きい輝度を有する画素のみで重心演算を行うことにより、背景の影響を低減させるようにしてもよい。
【００４６】
また、第二の方法として、処理対象範囲７２及び処理対象範囲６２のそれぞれについて明暗のピーク値を検出し、そのピーク値が検出される位置を各マークの検出位置としてもよい。
【００４７】
なお、検出位置は、処理対象範囲内の座標系（以下、「処理対象範囲座標系」という。）における座標値（すなわち、処理対象範囲内における画素の位置）によって表現される。例えば、図６は、ターゲットマークの検出位置を説明するための図である。
【００４８】
図中の例では、ターゲットマークＴＭの検出位置が、（Ｘ１２，Ｙ１３）として判定された例が示されている。ここで、（Ｘ１２，Ｙ１３）は、処理対象範囲７２の左上頂点ＴＰ１からのＸ方向、Ｙ方向の画素数を示す。なお、図中において、左上頂点ＴＰ１の座標値（Ｘ１１，Ｙ１１）は、画角座標系における座標値によって示されているが、処理対象範囲座標系では（０，０）となる。
【００４９】
各基準マークＢＭの検出値についても同様に、それぞれの処理対象範囲座標系における座標値によって表現される。
【００５０】
なお、本実施の形態では、各マークについては、焦点があってない「ぼやけた」画像が得られるため、マークの位置の検出にはエッジ検出やパターンマッチングは適さない。
【００５１】
続いて、ステップＳ１０８以降では、ターゲットマークＴＭの検出位置の座標値を測定平面座標系の座標値に変換するための処理が実行される。
【００５２】
まず、位置判定部１３３は、各マークの検出位置の座標値について、それぞれの処理対象範囲の左上の頂点の画角座標系における座標値を加算することで、画角座標系の座標値に変換する（Ｓ１０８）。従って、例えば、図５の例によれば、ターゲットマークＴＭの画角座標系の座標値（Ｘ１０，Ｙ１０）は以下のようになる。
Ｘ１０＝Ｘ１１＋Ｘ１２
Ｙ１０＝Ｙ１１＋Ｙ１２
続いて、位置判定部１３３は、ターゲットマークＴＭの座標値を画角座標系から、３つの基準マークＢＭによって規定される座標系（以下「基準マーク座標系」という。）に変換する（Ｓ１０９）。
【００５３】
ここで、基準マークＢＭ１、ＢＭ２、ＢＭ３の画角座標系の座標値を、（Ｘ０００、Ｙ０００）、（Ｘ００１、Ｙ００１）、（Ｘ００２、Ｙ００２）とした場合、基準マークＢＭ１（Ｘ０００、Ｙ０００）を原点とし、ベクトル（Ｘ０００、Ｙ０００）→（Ｘ００１、Ｙ００１）をＸ基底ベクトル、ベクトル（Ｘ０００、Ｙ０００）→（Ｘ００２、Ｙ００２）をＹ基底ベクトルとする座標系が基準マーク座標系に相当する。
【００５４】
したがって、ステップＳ１０９では、ターゲットマークＴＭの画角座標系の座標値（Ｘ１０、Ｙ１０）は、斯かる基準マーク座標系の座標値に変換される。
【００５５】
続いて、位置判定部１３３は、ターゲットマークＴＭの座標値を基準マーク座標系から測定平面座標系に変換する（Ｓ１１０）。なお、基準マーク座標系と測定平面座標系との関係は、予めキャリブレーション等によって求めておけばよい。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向に決められた距離だけ可動体７０を動かし、測定結果から基準マーク座標系と測定平面座標系の関係を求めておけばよい。求められた関係を示すパラメータを補助記憶装置１０２等に記録しておき、位置制御装置１３３は、当該パラメータを用いて、基準マーク座標系から測定平面座標系への変換を行う。
【００５６】
続いて、移動量算出部１３４は、可動体７０が基準位置に存在する際に上記ステップＳ１０３〜Ｓ１０９の処理によって予め算出されている測定平面座標系の座標値と、移動後に算出された座標値との差分を算出することにより、可動体７０の基準位置からの移動量を算出する（Ｓ１１１）。ここで、可動体７０の基準位置とは、例えば、可動体７０の位置が測定平面座標系において原点（０，０）として定義される位置をいう。したがって、この場合、移動量算出部１３４によって算出される移動量は、基準位置を原点とした場合の測定平面座標系における可動体７０の位置を示す。
【００５７】
その後、移動量算出部１３４は、位置計測装置１０に接続された非図示の表示装置に、算出された位置（移動量）を表示させるようにしてもよい。操作者は、可動体７０の移動指示において入力した位置情報と、表示される位置情報とを比較することにより、可動体７０の位置制御の精度を確認することができる。
【００５８】
また、基準位置からの移動量ではなく、移動前の位置からの移動量（換言すれば、移動前の位置に対する移動後の相対的な位置）を測定したい場合は、移動前の位置においてステップＳ１０３〜Ｓ１０９の処理によって算出された座標値と、移動後の座標値との差分を算出するようにすればよい。
【００５９】
なお、本実施の形態では、ターゲットマークＴＭや基準マークＢＭを用いて可動体７０の位置を計測する例を示したが、マークの代わりに、点光源を利用したり、レーザの反射光を利用したりするようにしてもよい。
【００６０】
上述したように、本実施の形態における位置計測装置１０は、可動体７０の位置を計測するために用いるマーク及びその背景が焦点深度外で撮像された画像データに基づいて、可動体７０の位置の計測を行う。したがって、高精度で安定した計測結果を得ることができる。
【００６１】
図７は、マークを焦点深度外によって撮像することの利点を説明するための図である。図７において、（Ａ）は焦点が合っている場合を示し、（Ｂ）は焦点が合っていない場合（焦点深度外の場合）を示す。
【００６２】
（Ａ）に示されるように、焦点が合っている場合、カメラ画素は撮像対象の、それぞれ対応する狭い範囲からの光線に応じた出力をする。一方、本実施の形態のように焦点を外した場合、（Ｂ）に示されるように、カメラ画素は広い範囲からの光線に応じた出力をするいわゆる「ぼやけた」状態となり、マークの形状やエッジの状態、マークの背景の面の凹凸等といった細かい形状情報は撮像結果に現れにくくなる。この状態は、位置検出（位置計測）においては、被写体の条件や光線の状態による影響が小さくし、計測結果の安定性を向上させる要因となる。
【００６３】
更に、焦点が合っている場合、マークの移動があると、限られた画素（マークの境界に係る画素）の出力が急激に変化することになるが、「ぼやけた」状態であれば、複数の画素の出力が連続的に変化するので、計測結果の安定性が向上するとともに、位置計測の分解能を画素より小さい単位とすることができる。
【００６４】
また、焦点が合っていない場合は、焦点が合っている場合に比べて撮像装置と被写体との距離が変化した場合の撮像結果への影響も小さくなる。
【００６５】
また、本実施の形態の位置計測装置１０は、重心演算やピーク検出といった、分散した情報から中心的な一点を抽出するアルゴリズムを利用している。斯かるアルゴリズムは、焦点深度外で撮像された画像との親和性が高く、その結果得られる検出位置は、光量や焦点距離の変化に関わらず再現性が高い。この点について、図を用いて説明する。
【００６６】
図８は、ターゲットマークが焦点深度内において撮像された場合の不都合を説明するための図である。図８は、ターゲットマークＴＭが焦点深度内で撮影された場合の処理対象範囲７２の画像を示している。図８に示されるように、焦点深度内で撮像されると、処理対象範囲７２の背景の模様又は凹凸や、ノイズＮ等までが画像にはっきりと出力されてしまう。したがって、重心演算やピーク検出の際に、これらの情報（模様等やノイズＮ等）による影響が大きくなる。例えば、ノイズＮについて言えば、重心演算の結果がノイズＮ側に大きくずれたり、ノイズＮの位置においてピークが検出されたりする。また、背景の模様等やノイズＮは、光量や焦点距離の変化（処理対象範囲７２の傾斜も含む）によって、画像に出力される態様が変化する（例えば、ノイズＮは、光量によって画像に写し出されない場合がある。）。したがって、撮像の度に検出位置（重心位置やピーク検出位置）が変化する可能性が高い。
【００６７】
一方、本実施の形態のように、焦点深度外においてターゲットマークＴＭが撮像された場合、ターゲットマークＴＭの背景も焦点深度外となるため、背景の模様等やノイズＮ等もぼやけてしまう。その結果、背景の模様等やノイズＮ等が重心演算やピークの検出に与える影響が小さくなる。したがって、撮像の度に検出位置が大きく変化する可能性は低く（すなわわち、検出位置の再現性が高く）、安定した検出位置によって移動量を算出することができる。
【００６８】
そして、位置計測においては、計測対象の移動と検出位置（重心位置やピーク位置）の移動が１対１に対応していればよいので、「ぼやけた」状態であることは検出精度の悪化にはつながらない。すなわち、可動体７０が移動し、撮像が行われる度に、毎回同じ位置（ほぼ同じ位置）に重心位置やピーク位置が、毎回同じ位置に検出されば、その検出位置の相対的な移動に注目することによって、高い精度で移動量又は位置を計測することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、固定体６０に基準マークＢＭが設けられ、ターゲットマークＴＭと共に基準マークＢＭも画像に含められるように撮像が行われる。そして、ターゲットマークＴＭの検出位置の座標値は、同じ画像上の基準マークＢＭによって規定される基準マーク座標系に変換された後、測定平面座標系に変換される。
【００７０】
したがって、撮像される画像に伸縮、傾き、回転などの変化があっても計測結果が影響を受けることはない。このため、撮像装置２０が計測対象（可動体７０）に対して動作した場合でも（すなわち、撮像装置２０と被写体４０との距離が変化したり、撮像装置２０が傾いたり、撮像装置２０が回転したりした場合でも）、可動体７０の固定体６０に対する計測結果は変わらず、撮像装置２０が固定されている必要性を排除することができる。したがって、例えば、通常のデジタルカメラを用いて人によって撮像された画像でも、可動体７０の位置の計測に利用することできる。
【００７１】
裏返して言えば、撮像装置２０が固定されている場合、必ずしも基準マークＢＭは必要ではない（すなわち、ターゲットマークＴＭの座標値の基準マーク座標系への変換は必要ではない。）。この場合、画角座標系と測定平面座標系との関係を予めキャリブレーション等によって求めておけば、ターゲットマークＴＭの座標値は、画角座標系から測定平面座標系に変換してしまえばよい。
【００７２】
ところで、通常はテレセントリックレンズでは撮像対象までの距離によって倍率が変わらないことが利点であるが、本発明のように焦点から外れた場合は倍率が変わってくる場合がある。このような場合も本発明によるアルゴリズムによれば測定結果は変わることはない。
【００７３】
また、本実施の形態では一つの可動体７０の位置を計測する例について説明したが、複数の可動体の位置を同時に計測するようにしてもよい。
【００７４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態における位置計測システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における位置計測装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における位置計測装置の機能構成例を示す図である。
【図４】位置計測システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】撮像された画像の例を示す図である。
【図６】ターゲットマークの検出位置を説明するための図である。
【図７】マークを焦点深度外によって撮像することの利点を説明するための図である。
【図８】ターゲットマークが焦点深度内において撮像された場合の不都合を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７６】
１            位置計測システム
１０          位置計測装置
１１          移動制御部
１２          撮像制御部
１３          位置計測部
２０          撮像装置
２１          ＣＣＤカメラ
２２          テレセントリックレンズ
３０          光源
４０          被写体
５０          ベース
６０          固定体
６１          基準領域
ＢＭ、ＢＭ１、ＢＭ２、ＢＭ３    基準マーク
７０          可動体
７１          ターゲット領域
ＴＭ          ターゲットマーク
１００        ドライブ装置
１０１        記録媒体
１０２        補助記憶装置
１０３        メモリ装置
１０４        ＣＰＵ
１０５        インタフェース装置
１３１        画像加工部
１３２        明暗分布算出部
１３３        位置判定部
１３４        移動量算出部
Ｂ            バス
【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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