(57)【要約】【課題】３次元計測装置などによって得られた３次元データについて、ユーザがその信頼性の範囲を調整しながら３次元データをリアルタイムで確認することを可能とし、最適な３次元データを容易に得られるようにすること。【解決手段】被測定物に測定光を投射し被測定物上で反射した測定光を受光することによって得られる被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データを処理する３次元処理装置ＳＳＴにおける３次元データの表示制御方法において、各点の３次元データに対応して、それぞれの３次元データＤＺの信頼性の指標となる信頼性データＤＰを取得し、信頼性の範囲を指定するためのしきい値ｔｈをユーザによって調整可能としておき、ユーザによって調整されたしきい値ｔｈで示される範囲内の信頼性に対応する３次元データＤＺ１を、それ以外の３次元データＤＺ２とユーザによる識別が可能な状態で、表示装置３ｂの表示面ＨＧに表示する。【選択図】    図１０
2009192332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に測定光を投射し前記被測定物上で反射した測定光を受光することによって得られる前記被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データを処理する３次元処理装置における３次元データの表示制御方法において、
前記各点の３次元データに対応して、それぞれの３次元データの信頼性の指標となる信頼性データを取得し、
信頼性の範囲を指定するためのしきい値をユーザによって調整可能としておき、
ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データを、それ以外の３次元データと識別が可能な状態で、表示装置の表示面に表示する、
ことを特徴とする３次元処理装置における３次元データの表示制御方法。
【請求項２】
前記被測定物に対して異なる表面を測定して得られた複数の３次元データを、同一の表示面に同時に表示し、その際に、複数の３次元データのそれぞれについて、ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データのみを表示する、
請求項１記載の３次元処理装置における３次元データの表示制御方法。
【請求項３】
前記信頼性データは、前記被測定物上で反射した測定光を受光したときの信号強度である、
請求項１または２記載の３次元処理装置における３次元データの表示制御方法。
【請求項４】
前記信頼性データは、前記被測定物上で反射した測定光を受光したときの信号に基づくライン列信号における輝度分布をガウス関数で近似したときの近似誤差である、
請求項１または２記載の３次元処理装置における３次元データの表示制御方法。
【請求項５】
前記信頼性データは、前記３次元データにより形成される面の前記測定光に対する傾きである、
請求項１または２記載の３次元処理装置における３次元データの表示制御方法。
【請求項６】
前記表示面上にスライドバーを表示し、ユーザが前記スライドバーを操作することによって前記しきい値を調整可能とする、
請求項１ないし５のいずれかに記載の３次元処理装置における３次元データの表示制御方法。
【請求項７】
被測定物に測定光を投射し前記被測定物上で反射した測定光を受光することによって得られる前記被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データを処理する３次元処理装置において、
前記３次元データを表示するための表示面を有した表示装置と、
前記各点の３次元データに対応して、それぞれの３次元データの信頼性の指標となる信頼性データを取得する取得手段と、
信頼性の範囲を指定するためのしきい値をユーザによって調整可能に設定する調整手段と、
ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データを、それ以外の３次元データとユーザによる識別が可能な状態で、前記表示面に表示するように制御する表示制御手段と、
を有することを特徴とする３次元処理装置。
【請求項８】
前記表示制御手段は、
前記被測定物に対して異なる表面を測定して得られた複数の３次元データが前記表示面に同時に表示されたときに、複数の３次元データのそれぞれについて、ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データのみを表示するように制御する、
請求項７記載の３次元処理装置。
【請求項９】
前記調整手段により設定されるしきい値を、前記複数の３次元データの全体に対して同時に適用するかまたは前記複数の３次元データごとに個別に適用するかを切り替える切り替え手段を有する、
請求項８記載の３次元処理装置。
【請求項１０】
前記取得手段は、前記信頼性データとして、前記被測定物上で反射した測定光を受光したときの信号強度、前記被測定物上で反射した測定光を受光したときの信号に基づくライン列信号における輝度分布をガウス関数で近似したときの近似誤差、または前記３次元データにより形成される面の前記測定光に対する傾き、の少なくとも１つを取得する、
請求項７または８記載の３次元処理装置。
【請求項１１】
被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データを処理するコンピュータのためのコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータにより実行されたときに、
前記各点の３次元データに対応して、それぞれの３次元データの信頼性の指標となる信頼性データを取得する取得手段と、
信頼性の範囲を指定するためのしきい値をユーザによって調整可能に設定する調整手段と、
ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データを、それ以外の３次元データとユーザによる識別が可能な状態で、表示装置の表示面に表示するように制御する表示制御手段と、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光投影法などによる３次元計測装置で測定された３次元データを処理する３次元処理装置、およびそれにおける３次元データの表示制御方法、並びにコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光投影法の一種である光切断法の３次元計測装置は、被測定物に測定光としてスリット光を投射し、これによって被測定物を光学的に走査し、被測定物上で反射した測定光（反射光）を画像センサで受光することによって、生の測定データを得る。生の測定データを用いて、三角測量の原理に基づいて三次元化のための演算が行われ、被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データ（３次元座標データ、座標データ、距離データともいう）が得られる（特許文献１）。
【０００３】
３次元計測装置で取得した３次元データは、被測定物の表面上の複数の点の３次元位置座標を示すデータ、またはそのデータの集合である。被測定物に対して異なる部位を測定して得られた複数の３次元データを繋ぎ合わせることにより、被測定物についての全表面の３次元形状データ（３次元モデル）を得ることが可能である。また、３次元計測装置で取得した生の測定データをコンピュータに転送し、コンピュータ上で三次元化のための演算を行うこともある。なお、スリット光に代えて、スポット光、ステップ光、濃度パターン光などを照射する光投影法も知られている。
【０００４】
さて、３次元計測装置での測定の際に、被測定物からの反射光による信号強度が強すぎたりまたは弱すぎた場合には、正確なデータを得られない場合がある。例えば、信号強度が強すぎる場合には、画像センサの出力が飽和して正確な受光位置を特定できなくなり、正確なデータを得られなくなる。被測定物の表面で鏡面反射またはこれに類する反射が生じた場合には、信号強度が強すぎることが起こる。また、信号強度が弱すぎる場合には、ノイズの影響によってＳ／Ｎ比が悪くなり、正確なデータを得られなくなる。被測定物までの距離が遠過ぎたり、被測定物のある部位の表面の法線方向が３次元計測装置の方を向いていなくて測定光の入射角度が大き過ぎる場合などに、信号強度が弱すぎることが起こる。
【０００５】
従来において、このような信号強度の強弱に対応するため、信号レベルにしきい値を設け、理想的な範囲の信号強度ではないデータは捨てて、理想的な範囲の信号強度であった信頼性の高いデータのみを出力することが行われている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−３２５００９
【特許文献２】特開２００６−２３１７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２の装置では、２次元データの各画素ごとに信頼性の位相値を持つようになっているが、３次元化を行った後においては、その信頼性に対してユーザが選択することはできない。
【０００７】
３次元計測装置を用いて実際に測定を行うと、被測定物の表面の艶、色、形状などによって得られる信号強度は大きく変わるため、全ての条件に適切なしきい値レベルを設定することは困難である。その結果、信頼性のないデータが出力されたり、必要なデータが出力されないといったことが起こっている。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、３次元計測装置などによって得られた３次元データについて、ユーザがその信頼性の範囲を調整しながら３次元データをリアルタイムで確認することを可能とし、最適な３次元データを容易に得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る方法は、被測定物に測定光を投射し前記被測定物上で反射した測定光を受光することによって得られる前記被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データを処理する３次元処理装置における３次元データの表示制御方法において、前記各点の３次元データに対応して、それぞれの測定データの信頼性の指標となる信頼性データを取得し、信頼性の範囲を指定するためのしきい値をユーザによって調整可能としておき、ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データを、それ以外の３次元データと識別が可能な状態で、表示装置の表示面に表示する。
【００１０】
好ましくは、前記被測定物に対して異なる表面を測定して得られた複数の３次元データを、同一の表示面に同時に表示し、その際に、複数の３次元データのそれぞれについて、ユーザによって調整されたしきい値で示される範囲内の信頼性に対応する３次元データのみを表示する。
【００１１】
また、前記信頼性データとして、前記被測定物上で反射した測定光を受光したときの信号強度を用いてもよい。
【００１２】
また、信頼性データとして、前記被測定物上で反射した測定光を受光したときの信号に基づくライン列信号における輝度分布をガウス関数で近似したときの近似誤差を用いてもよい。
【００１３】
また、信頼性データとして、前記３次元データにより形成される面の前記測定光に対する傾きを用いてもよい。
【００１４】
好ましくは、前記表示面上にスライドバーを表示し、ユーザが前記スライドバーを操作することによって前記しきい値を調整可能とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、３次元計測装置などによって得られた３次元データについて、ユーザがその信頼性の範囲を調整しながら３次元データをリアルタイムで確認することが可能となり、最適な３次元データを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る第１の実施形態の３次元測定システム１の構成例を示す図、図２は３次元測定装置２の外観を示す図、図３は３次元測定装置２の機能的な構成を示すブロック図、図４は３次元測定装置２による被測定物Ｑの測定の原理を説明する図である。
【００１７】
図１において、３次元測定システム１は、３次元測定装置２およびホストコンピュータ３によって構成される。本明細書においては「測定」を「計測」と同じ意味で用いる。
【００１８】
３次元測定装置２は、スリット光投影法によって被測定物（対象物体）の３次元測定を行う。３次元測定装置２は、３次元測定器または３次元カメラと呼称されることもある。３次元測定装置２は、３次元測定を行うことによって、ＣＣＤからなる測定用のセンサが受光した信号をＡＤ変換して得たデータ（「生の測定データ」ということがある）をホストコンピュータ３に出力する。また、３次元測定装置２は、生の測定データに基づいて３次元化のための演算を行い、被測定物の表面上の各点の３次元位置座標を示す３次元データを出力することも可能である。
【００１９】
ホストコンピュータ３は、処理装置３ａ、表示装置３ｂ、キーボード３ｃ、およびマウス３ｄなどから構成される。なお、処理装置３ａには、ＣＰＵ、演算処理に必要なメモリ、ハードディスク、インタフェース、その他の種々の周辺素子などが含まれる。処理装置３ａには、測定データおよび３次元データを処理するためのプログラムおよびデータが組み込まれている。そのようなプログラムなどは、プログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＳ−ＲＯＭ、半導体メモリ、その他の可搬型の記録媒体５ａ，５ｂからインストールすることが可能である。また、ネットワークを介してサーバからプログラムをダウンロードすることも可能である。
【００２０】
３次元測定装置２の測定データは、可搬型の記録媒体４ａ、ケーブル４ｂによる接続、無線による接続、インターネットまたはＬＡＮなどのネットワークを介した接続などによって、処理装置３ａへのデータ受渡しが可能である。
【００２１】
図２において、３次元測定装置２は、ハウジング２０の前面に投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂが設けられている。内部の光学ユニットＯＵが射出するスリット光Ｕは、投光窓２０ａを通って被測定物Ｑに向かう。スリット光Ｕの長さ方向Ｍ１の放射角度φは固定である。被測定物Ｑの表面で反射したスリット光Ｕの一部が受光窓２０ｂを通って光学ユニットＯＵに入射する。
【００２２】
ハウジング２０の上面には、ズーミングボタン２５ａ，２５ｂ、手動フォーカシングボタン２６ａ，２６ｂ、及びスタート／ストップボタン２７が設けられている。ハウジング２０の背面には、液晶ディスプレイ、カーソルボタン、アナログ出力端子およびデジタル出力端子が設けられている。デジタル出力端子からは測定データが出力され、アナログ出力端子からは２次元画像が出力される。
【００２３】
図３において、３次元測定装置２は、光学ユニットＯＵを構成する投光側及び受光側の２つの光学系４０，５０を有している。光学系４０において、半導体レーザ（ＬＤ）４１が射出する波長６７０ｎｍのレーザビームは、投光レンズ系４２を通過することによってスリット光Ｕとなり、ガルバノミラー４３によって偏向される。半導体レーザ４１のドライバ４４、投光レンズ系４２の駆動系４５、及びガルバノミラー４３の駆動系４６は、システムコントローラ６１によって制御される。
【００２４】
光学系５０において、ズームユニット５１によって集光された光はビームスプリッタ５２によって分光され、半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は、計測用のセンサ５３に入射する。可視帯域の光は、モニタ用のカラーセンサ５４に入射する。センサ５３およびカラーセンサ５４は、どちらもＣＣＤエリアセンサである。
【００２５】
センサ５３による撮像情報は、ドライバ５５からのクロックに同期して出力処理回路６２へ転送される。出力処理回路６２によって、センサ５３の出力はＡＤ変換され、生の測定データＤＳとしてメモリ６３に格納される。その後、生の測定データＤＳは、メモリ６３から読み出され、ディジタル出力端子３３を介してホストコンピュータ３へ伝送される。
【００２６】
一方、カラーセンサ５４による撮像情報は、ドライバ５６からのクロックに同期してカラー処理回路６７へ転送される。カラー処理を受けた撮像情報（２次元画像ＤＭ）は、ＮＴＳＣ変換回路７０及びアナログ出力端子３２を経てオンライン出力される。また、２次元画像ＤＭのデジタルデータは、ディジタル出力端子３３から出力される。
【００２７】
なお、３次元化のための演算を行うためのパラメータ、ショットの異なる複数の３次元データを繋げるために必要なパラメータなども、ディジタル出力端子３３からホストコンピュータ３に出力される。
【００２８】
図４において、センサ５３の撮像面Ｓ２上で縦方向に複数画素分となる比較的幅の広いスリット光Ｕを被測定物Ｑに照射する。スリット光Ｕの幅は、被測定物Ｑまでの距離にもよるが、例えば５画素分である。なお、１回のサンプリングにおいて撮像面Ｓ２を構成する全画素の信号を取り込んでもよいが、スリット光Ｕが入射しない部分を無視して例えば縦方向に３２画素分の幅の信号のみを取り込むようにしてもよい。
【００２９】
スリット光Ｕは、サンプリングの周期毎に撮像面Ｓ２上で１画素ピッチｐｖだけ移動するように、上から下に向かって偏向され、これによって被測定物Ｑの表面が走査される。サンプリングの周期毎（１回毎）に、センサ５３から１フィールド分（１枚分）の光電変換信号が出力される。
【００３０】
なお、スリット光Ｕの照射方向（角度θ）は、照射開始方向と偏向角速度とから得られる。センサ５３の受光量は被測定物Ｑの反射率に依存する。
【００３１】
次に、被測定物Ｑが円柱状である場合について、それを３次元測定装置２で測定し、ホストコンピュータ３でデータ処理を行い、表示装置３ｂに表示する場合の具体的な動作内容について説明する。
【００３２】
図５は３次元測定装置２のセンサ５３の撮像面Ｓ２に入射したスリット光Ｕの変化の例を示す図、図６は撮像面Ｓ２に入射したスリット光Ｕと垂直ラインにおける輝度分布との関係の例を示す図、図７は輝度分布の重心位置を説明するための図である。
【００３３】
図５において、スリット光Ｕが被測定物Ｑを上から下へ走査するにともなって、スリット光Ｕがセンサ５３の撮像面Ｓ２上を移動する様子が、（Ａ）〜（Ｅ）の順に示されている。スリット光Ｕが被測定物Ｑを１回走査する間に、センサ５３に対する多数回のサンプリングが行われる。図５においては５回分のサンプリングについて示されているが、本実施形態では、１ショットで１０００回のサンプリングを行って１０００フィールド分の信号またはデータを得るものとする。
【００３４】
図５に示すように、被測定物Ｑの表面は円柱面であるので、上の方は上方に凸となるように、下の方は下方に凸となるように、スリット光Ｕがそれぞれ湾曲している。ただし、実際にはレンズによって上下関係は逆となる。
【００３５】
図６（Ａ）には、あるタイミングでサンプリングされたスリット光Ｕａが示されている。このスリット光Ｕａによって、スリット光Ｕａの入射した画素からは、それぞれの光強度（輝度）に応じた強度の信号が出力される。各画素の出力する信号は、後でＡＤ変換され、例えば１２ビット（４０６４階調）のデータ（輝度データ）となる。したがって、例えば、光が全く入射しない画素の輝度データは「０」、飽和状態の強度の光が入射した画素の輝度データは「４０６３」となる。
【００３６】
センサ５３の撮像面Ｓ２のサイズが、例えば、縦（垂直方向）が８００画素、横（水平方向）が１２００画素であるとした場合に、全部で９６万画素（＝８００×１２００）分の信号が出力される。ここで、全画素の信号について、縦方向に沿った一列の８００画素からなる縦ラインについての信号を、ライン列信号ＤＬとする。そうすると、ライン列信号ＤＬは、８００画素分の信号であり、１回のサンプリング（１フィールド）において１２００個得られる。
【００３７】
各ライン列信号ＤＬは、スリット光Ｕが入射した部分において、その光強度に応じた大きさの信号またはデータとなる。そこで、図６（Ａ）に示すスリット光Ｕａに対応したライン列信号ＤＬの輝度分布（光強度分布）を示すと、図６（Ｂ）のようになる。
【００３８】
つまり、図６（Ｂ）には、各ライン列信号ＤＬについての輝度分布ＤＬＫが示されている。なお、輝度分布ＤＬＫについても、１フィールドについて、ライン列信号ＤＬの個数と同じ個数である１２００個存在するが、図６（Ｂ）においてはそのうちの５個のみを示している。
【００３９】
各輝度分布ＤＬＫにおいて、スリット光Ｕの位置に対応して輝度が高くなる。そして、被測定物Ｑの表面は円柱面であるから、３次元測定装置２に対して、水平方向の中央部は正面を向いているが、端部にいくにしたがって斜め方向を向くこととなるので、水平方向の中央部のライン列信号ＤＬにおいて最高輝度が最も大きく、ライン列信号ＤＬが中央部から離れるにしたがって最高輝度が低下する。
【００４０】
図７には、ある輝度分布ＤＬＫａについての重心位置ＰＪａおよび最大値ＤＰａが示されている。重心位置ＰＪは、各ライン列信号ＤＬにおいて、スリット光Ｕの中心位置に対応する画素がどれであるかを示すものである。つまり、１フィールド分のライン列信号ＤＬから得られる重心位置ＰＪの集合は、そのフィールドにおけるスリット光Ｕの正確な位置を示したものであるといえる。
【００４１】
図７において、重心位置ＰＪａは、輝度分布ＤＬＫの面積の重心位置を求め、重心位置のＹ座標つまり垂直方向の画素位置を求めることによって得られる。輝度分布ＤＬＫの面積の重心位置を求める際に、その範囲として、スリット光Ｕによる輝度が得られている部分のみを用いればよい。したがって、スリット光Ｕが入射しない画素については、その信号レベルをスライスレベルとしてカットする。
【００４２】
最大値ＤＰａは、輝度分布ＤＬＫａの中で最大の輝度を示すデータである。しかし、輝度分布ＤＬＫａを構成する各画素の輝度のうちの最大のものを最大値ＤＰとすることもある。また、輝度が高い複数の画素の輝度に基づいて補間によって最大値ＤＰａを求めてもよい。
【００４３】
このようにして、１０００フィールド分についての重心位置ＰＪおよび最大値ＤＰの集合が得られる。
【００４４】
なお、重心位置ＰＪは、必ずしも実在する画素を特定するものでなくてもよい。つまり、時間的にまたは空間的に補間を行うことによって、実在する画素と画素との中間の位置を重心位置ＰＪとして用いることも可能である。そうすることによって、センサ５３の実際の分解能以上の分解能で、重心位置ＰＪを特定することができる。
【００４５】
図８はホストコンピュータ３により構成される３次元処理装置ＳＳＴについての機能的な構成を示すブロック図、図９はしきい値ｔｈ１，２により最大値ＤＰの範囲ＲＧが選別される様子を示す図、図１０および図１１は表示装置３ｂの表示面ＨＧの表示内容の例を示す図、図１２は複数の距離画像ＧＫを同時に表示した場合の表示面ＨＧの表示内容の例を示す図、図１３は３次元処理の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
図８において、３次元処理装置ＳＳＴは、メモリ１１１、重心演算部１１２、メモリ１１３、最大値算出部１１４、メモリ１１５、３次元座標演算部１１６、メモリ１１７、選別部１１８、しきい値設定部１２１ａ，ｂなどを有する。
【００４７】
３次元測定装置２から出力される生の測定データＤＳは、メモリ１１１に記憶される。この測定データＤＳは、１回のショットについて１０００フィールド分のデータの集合である。各フィールドのデータは、９６万画素分の輝度データとしてもよく、または１２００個のライン列信号ＤＬの輝度データ（輝度分布ＤＬＫ）としてもよい。また、上に述べたように３２画素分の幅の信号のみを取り込んだ場合には、それに応じた個数のデータとなる。
【００４８】
メモリ１１１に記憶された測定データＤＳに対し、重心演算部１１２において、各輝度分布ＤＬＫについての重心位置ＰＪを演算する。求められた重心位置ＰＪは、メモリ１１３に記憶される。
【００４９】
３次元座標演算部１１６は、１ショット分の測定データＤＳから得られた重心位置ＰＪに基づいて、３次元化のための演算を行い、被測定物Ｑの表面上の各点の３次元位置座標を示す座標データＤＺを求める。求められた座標データＤＺは、メモリ１１７に記憶される。なお、座標データＤＺは、３次元データ、３次元座標データ、または距離データともいうことがある。
【００５０】
また、メモリ１１１に記憶された測定データＤＳに対し、最大値算出部１１４において、各輝度分布ＤＬＫについての最大値ＤＰを求める。求められた最大値ＤＰは、メモリ１１５に記憶される。
【００５１】
なお、重心位置ＰＪ、座標データＤＺ、最大値ＤＰは、それぞれ、何についてのものかを示す属性とともに記憶される。
【００５２】
１ショットについての各最大値ＤＰは、各座標データＤＺと１対１で対応している。つまり、１つ１つの座標データＤＺについて、最大値ＤＰが対応付けられている。各座標データＤＺに対応付けられた最大値ＤＰは、各座標データＤＺの信頼性の指標となる信頼性データに相当する。
【００５３】
選別部１１８は、入力された各ショットの座標データＤＺについて、最大値ＤＰが所定の範囲ＲＧに入っている座標データＤＺのみを選別し、表示装置３ｂに出力する。その範囲ＲＧは、しきい値設定部１２１ａ，ｂによって決定される。
【００５４】
すなわち、しきい値設定部１２１ａは範囲ＲＧの上限のしきい値ｔｈ１を、しきい値設定部１２１ｂは範囲ＲＧのしきい値ｔｈ２を、それぞれ設定する。最大値ＤＰがしきい値ｔｈ１からしきい値ｔｈ２で示される範囲ＲＧに入っている座標データＤＺのみが、選別部１１８によって選別され、表示装置３ｂに出力され、またメモリ１１９に記憶される。
【００５５】
これにより、センサ５３が受光して得た測定データＤＳのうち、光強度の強過ぎる測定データＤＳおよび弱過ぎる測定データＤＳが除かれ、所定の範囲ＲＧの光強度の測定データＤＳのみに基づく信頼性の高い座標データＤＺが、選別部１１８によって選別される。
【００５６】
図９（Ａ）において、輝度分布ＤＬＫｂの最大値ＤＰｂは、しきい値ｔｈ１，２で示される範囲ＲＧに入っているので、それに対応する座標データＤＺｂは選別部１１８を通過し、表示装置３ｂの表示面ＨＧに表示される。
【００５７】
図９（Ｂ）において、輝度分布ＤＬＫｃの最大値ＤＰｃは、しきい値ｔｈ１を越えており、範囲ＲＧに入っていないので、それに対応する座標データＤＺｃは選別部１１８を通過せず、したがって表示装置３ｂの表示面ＨＧに表示されない。
【００５８】
図９（Ｃ）において、輝度分布ＤＬＫｄの最大値ＤＰｄは、しきい値ｔｈ２未満であり、範囲ＲＧに入っていないので、それに対応する座標データＤＺｄは選別部１１８を通過せず、表示面ＨＧに表示されない。
【００５９】
図１０（Ａ）において、表示装置３ｂの表示面ＨＧには、３次元表示のためのウインドウＷＫ、および２次元表示のためのウインドウＷＭが設けられている。ウインドウＷＫには、１ショット分の座標データＤＺによる距離画像ＧＫが表示されている。ウインドウＷＭには、３次元測定装置２から転送された２次元画像ＤＭが表示されている。また、表示面ＨＧには、ユーザがしきい値ｔｈ１，２を設定するためのスライドバーＢＳ１，２が表示されている。
【００６０】
スライドバーＢＳ１，２の調整位置は、３次元処理装置ＳＳＴのためのプログラムを提供する側において予め適切に設定された位置が、デフォルト値として適用され、初期表示される。なお、このデフォルト値は、ユーザ側において変更することも可能である。
【００６１】
ウインドウＷＫに表示された距離画像ＧＫは、選別部１１８において選別された座標データＤＺの集合によって表されるものである。つまり、最大値ＤＰがしきい値ｔｈ１，２によって決まる範囲ＲＧに入っている座標データＤＺのみからなる距離画像ＧＫが、ウインドウＷＫに表示されている。
【００６２】
なお、範囲ＲＧに入る座標データＤＺを「座標データＤＺ１」、範囲ＲＧに入らない座標データＤＺを「座標データＤＺ２」と記載することがある。
【００６３】
最大値ＤＰが範囲ＲＧに入らなかった座標データＤＺ２については、ウインドウＷＫには表示されない。または、そのような座標データＤＺ２は、範囲ＲＧに入った座標データＤＺ１と識別可能な状態で表示される。例えば、表示濃度を変えて表示し、または表示色を変えて表示する。
【００６４】
ユーザは、スライドバーＢＳ１，２を操作することによって、しきい値ｔｈ１，２を変更し調整することができる。スライドバーＢＳの操作は、例えば、マウスのカーソルをスライドバーＢＳに合わせ、右または左方向にドラッグする。例えば、しきい値ｔｈ２を低くすると、図１０（Ｂ）に示すように、表示される距離画像ＧＫの範囲が拡がる。
【００６５】
すなわち、図１０（Ｂ）において、しきい値ｔｈ２を低くしたことにより、光強度が小さくて図１０（Ａ）において表示されなかった座標データＤＺ２をも含む距離画像ＧＫが表示されることとなる。
【００６６】
図１１（Ａ）において、ウインドウＷＫには、光強度の最大値ＤＰが大き過ぎるために中央部の欠けた距離画像ＧＫが表示されている。そこで、ユーザがスライドバーＢＳを操作し、しきい値ｔｈ１を高くすると、図１１（Ｂ）に示すように、最大値ＤＰの大きい座標データＤＺも含まれることとなり、中央部の欠けない距離画像ＧＫがされることとなる。
【００６７】
このように、ユーザがスライドバーＢＳを操作し、しきい値ｔｈ１，２を調整することにより、調整されたしきい値ｔｈ１，２により決定される範囲ＲＧの座標データＤＺによる距離画像ＧＫが、ウインドウＷＫにリアルタイムで表示される。ユーザは、その距離画像ＧＫを見て、しきい値ｔｈ１，２を適切に決定することができる。
【００６８】
例えば、範囲ＲＧを拡げると、それに応じて、ウインドウＷＫに表示される距離画像ＧＫの範囲は広くなるが、信頼性に欠けた座標データＤＺも含まれることとなる。例えば、ノイズを含んだり、ハネのデータを含んだりすることがある。なお、ハネのデータとは、被測定物Ｑの本来の表面から飛び出して孤立点となった点の座標データである。
【００６９】
これとは逆に、範囲ＲＧを狭めると、それに応じてウインドウＷＫに表示される距離画像ＧＫの範囲は狭くなるが、距離画像ＧＫは信頼性のある座標データＤＺのみから構成されることとなる。しかし、この場合には、１回のショットから得られる距離画像ＧＫの範囲が少なくなるので、被測定物Ｑの全周の距離画像ＧＫを得たい場合に、測定のために多くの時間を要することとなる。
【００７０】
なお、ウインドウＷＭに表示される２次元画像ＤＭは、距離画像ＧＫとの比較のために有益である。
【００７１】
ユーザは、ウインドウＷＫに表示される距離画像ＧＫの状態と、被測定物Ｑの測定などに要する時間などとを考慮し、３次元データの用途などに応じて自己の望むしきい値ｔｈ１，２を設定し、最適な座標データＤＺを容易に得ることができる。
【００７２】
なお、ウインドウＷＫに表示された距離画像ＧＫの座標データＤＺは、キーボード３ｃまたはマウス３ｄなどの操作によって、適当なメモリに記憶される。
【００７３】
以上の説明では、１ショットで得た測定データＤＳについて、それに基づいた距離画像ＧＫを表示装置３ｂの表示面ＨＧに表示することを述べた。しかし、複数のショットで得た測定データＤＳについて、それらに基づいた複数の距離画像ＧＫを同一の表示面に同時に表示することもできる。
【００７４】
例えば、１つの被測定物Ｑについて、その全周の表面を３次元測定装置２により複数回のショットで測定し、各ショットで得た測定データＤＳに基づいて得られた距離画像ＧＫを繋ぎ合わせて表示することができる。その際に、複数の測定データＤＳのそれぞれについて、ユーザによって調整されたしきい値ｔｈ１，２で示される範囲ＲＧ内の最大値ＤＰに対応する測定データＤＳのみを表示する。ショットの異なる複数の座標データＤＺに対するしきい値ｔｈの設定は、ユーザによって共通に一括して同時に行うことも可能であり、また個別に設定することも可能である。次に、そのようなウインドウＷＫの例を図１２によって説明する。
【００７５】
図１２において、ウインドウＷＫには、３つの距離画像ＧＫａ、ＧＫｂ、ＧＫｃが、同時に、互いに位置合わせされた状態で表示されている。また、スライドバーＢＳによるしきい値ｔｈの調整を、３つの距離画像ＧＫａ、ＧＫｂ、ＧＫｃのいずれに対して適用するかを切り換えるためのボタンＢＴＫが表示されている。
【００７６】
ボタンＢＴＫとして、「全」「１」「２」「３」の４つが表示されており、マウスなどによりいずれかを選択することにより、それぞれのモードとなる。
【００７７】
「全」のボタンＢＴＫを選択すると、スライドバーＢＳを操作することにより、３つの距離画像ＧＫに対して、同時に同一のしきい値ｔｈ１，２を一括して設定することができる。
【００７８】
また、「１」「２」または「３」のいずれかのボタンＢＴＫを選択すると、距離画像ＧＫａ、ＧＫｂ、またはＧＫｃのいずれかに対してのみ、スライドバーＢＳ１，２でしきい値ｔｈ１，２を調整することができる。
【００７９】
なお、距離画像ＧＫａ、ＧＫｂ、ＧＫｃのそれぞれに対応するスライドバーＢＳをそれぞれ表示させ、それぞれ個別にしきい値ｔｈを調整するようにしてもよい。
【００８０】
ユーザは、スライドバーＢＳの操作によって、例えば、３つの距離画像ＧＫが互いに旨く繋がるように、しかも互いに重なる部分が最小限度の範囲となるように、しきい値ｔｈを調整することができる。
【００８１】
なお、３つの距離画像ＧＫの全部を同時に表示するか、またはそのうちのいずれかのみを表示するかは、表示面ＨＧの右上方に表示されたデータ選択ボックスＢＤにチェックを入れることによって選択することができる。
【００８２】
次に、３次元処理の流れをフローチャートを用いて説明する。
【００８３】
図１３において、３次元測定装置２で測定して得た測定データＤＳを、メモリ１１１に記憶する（＃１１）。各ライン列信号ＤＬの輝度分布ＤＬＫについて、重心位置ＰＪを求める（＃１２）。重心位置ＰＪに基づいて３次元化のための演算を行い、座標データＤＺを得る（＃１３）。輝度分布ＤＬＫから最大値ＤＰを求める（＃１４）。ユーザが設定した範囲ＲＧに入る最大値ＤＰを持った座標データＤＺのみを選択し（＃１５，１６）、選択された座標データＤＺに基づく距離画像ＧＫを表示する（＃１７）。ユーザが範囲ＲＧを変更すると、それに対応した距離画像ＧＫを表示する（＃１５〜１７）。
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、測定データＤＳに対して、ライン列信号ＤＬにおける輝度分布ＤＬＫをガウス関数で近似したときの近似誤差を求める。そして、近似誤差を信頼性データとして用いる。
【００８４】
第２の実施形態において、３次元測定システム１の基本的な構成および動作は第１の実施形態の場合と同様であるので、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８５】
図１４はホストコンピュータ３により構成される第２の実施形態の３次元処理装置ＳＳＴＢについての機能的な構成を示すブロック図、図１５は測定データＤＳから得られる輝度分布ＤＬＫとそれを近似したガウス関数を示す図、図１６は表示面ＨＧに表示されるスライドバーＢＳ１〜３を示す図、図１７は第２の実施形態における３次元処理の流れを示すフローチャートである。
【００８６】
図１４において、３次元処理装置ＳＳＴＢは、ガウス関数生成部１２２、近似誤差検出部１２３、誤差データＤＡを記憶するメモリ１２４、ピーク検出部１２５、ピークデータを記憶するメモリ１２６、および、しきい値設定部１２１ｃなどが設けられる。
【００８７】
すなわち、測定データＤＳに対し、ガウス関数生成部１２２において、各輝度分布ＤＬＫに近似したガウス関数ＧＵＫを生成する。
【００８８】
図１５（Ａ）に示すように、各輝度分布ＤＬＫに対して、それぞれの輝度分布ＤＬＫに近似するガウス関数ＧＵＫが生成される。つまり、測定データＤＳの信号プロファイルを近似してガウス関数ＧＵＫを求める。このようなガウス関数ＧＵＫを求める方法それ自体は、従来から公知の方法を用いることができる。
【００８９】
そして、近似誤差検出部１２３において、各輝度分布ＤＬＫに対するガウス関数ＧＵＫの近似誤差を求める。近似誤差は、輝度分布ＤＬＫとガウス関数ＧＵＫとの各点の差分ＧＳから求められる。近似誤差の算出に差分ＧＳを用いる際に、その範囲として、スリット光Ｕによる輝度が得られている部分のみを用いればよい。
【００９０】
図１５（Ｂ）に示すように、差分ＧＳを検出し、検出した差分ＧＳに基づいて近似誤差を求める。例えば、近似誤差を、差分ＧＳの２乗和として求める。求められた近似誤差は、誤差データＤＡとして出力され、メモリ１２４に記憶される。誤差データＤＡは信頼性データに相当する。
【００９１】
すなわち、センサ５３の撮像面Ｓ２に入射するスリット光Ｕによって十分な強度の信号が得られている場合は、ノイズの影響を受け難いので、近似誤差（誤差データＤＡ）は小さくなる。しかし、信号の強度が弱い場合には、ノイズの影響によって近似誤差が大きくなる。
【００９２】
また、被測定物Ｑのエッジ部分などでは、スリット光Ｕに対する複雑な反射条件によって、ガウス関数ＧＵＫのプロファイルが崩れ、近似誤差が大きくなる。
【００９３】
したがって、近似誤差（誤差データＤＡ）を信頼性データとして用いることにより、信号強度について信頼性の低い測定データまたは座標データＤＺだけでなく、被測定物Ｑの形状のエッジ部のノイズデータについても、ユーザの調整によって除去することが可能となる。
【００９４】
また、ピーク検出部１２５は、ガウス関数ＧＵＫから、そのピーク値（最大値）ＤＰおよびピーク値の位置であるピーク位置ＰＰを求める。３次元座標演算部１１６は、１ショット分の測定データＤＳから得られたピーク位置ＰＰに基づいて、３次元化のための演算を行い、被測定物Ｑの表面上の各点の３次元位置座標を示す座標データＤＺを求める。
【００９５】
つまり、第１の実施形態においては、輝度分布ＤＬＫに基づいて最大値ＤＰを求めたが、第２の実施形態では、それに代えて、ガウス関数ＧＵＫに基づいてピーク値ＤＰを求める。これによって、画素間の補間を行うことなく、正確なピーク値ＤＰを得ることが可能である。しかし、このようなピーク値ＤＰを用いることなく、輝度分布ＤＬＫに基づく最大値ＤＰを用いてもよい。
【００９６】
また、第１の実施形態においては、３次元化演算において輝度分布ＤＬＫの重心位置ＰＪを用いたが、第２の実施形態では、それに代えて、ガウス関数ＧＵＫのピーク位置ＰＰを用いる。これにより、重心位置ＰＪの演算が不要となり演算が簡素化される。
【００９７】
しきい値設定部１２１ｃによって、誤差データＤＡに対するしきい値ｔｈ３を設定し、かつ調整することができる。つまり、選別部１１８において、近似誤差が０からしきい値ｔｈ３までの範囲ＲＧに入る誤差データＤＡを持つ座標データＤＺのみが選別される。
【００９８】
図１６に示すように、しきい値ｔｈ３を設定し調整するためのスライドバーＢＳ３は、他のスライドバーＢＳ１，２と同時に表示される。これらのスライドバーＢＳ１〜３をそれぞれ調整し、ウインドウＷＫに表示される距離画像ＧＫの範囲を調整することができる。
【００９９】
なお、しきい値ｔｈ３による選別は、しきい値ｔｈ１，２による選別を無効とした状態で単独で行うことが可能である。つまり、この場合には、ピーク値ＤＰを検出する必要はない。また、モードを選択することにより、しきい値ｔｈ１，２による選別と重畳して、つまり３つのしきい値ｔｈ１〜３をそれぞれアンド（ＡＮＤ）で適用することが可能である。この場合にはピーク値ＤＰを検出しておく必要がある。
【０１００】
図１７において、３次元測定装置２で測定して得た測定データＤＳを、メモリ１１１に記憶する（＃２１）。各ライン列信号ＤＬの輝度分布ＤＬＫについて、それに近似するガウス関数ＧＵＫを求め、ガウス関数ＧＵＫのピーク値ＤＰおよびピーク位置ＰＰを検出する（＃２２）。ピーク位置ＰＰに基づいて３次元化のための演算を行い、座標データＤＺを得る（＃２３）。ガウス関数ＧＵＫの近似誤差（誤差データＤＡ）を求める（＃２４）。ユーザが設定した範囲ＲＧに入る誤差データＤＡを持った座標データＤＺのみを選択し（＃２５，２６）、選択された座標データＤＺに基づく距離画像ＧＫを表示する（＃２７）。ユーザが範囲ＲＧを変更すると、それに対応した距離画像ＧＫを表示する（＃２５〜２７）。
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、測定データＤＳに対して、座標データＤＺにより形成される面の測定光（つまり３次元測定装置２の光軸）に対する傾きを求める。そして、傾きを信頼性データとして用いる。
【０１０１】
第３の実施形態において、３次元測定システム１の基本的な構成および動作は第１の実施形態および第２の実施形態の場合と同様であるので、それらと異なる部分についてのみ説明する。
【０１０２】
図１８はホストコンピュータ３により構成される第３の実施形態の３次元処理装置ＳＳＴＣについての機能的な構成を示すブロック図、図１９は座標データＤＺから傾きデータＤＫを検出する様子を示す図、図２０は第３の実施形態における３次元処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０３】
図１８において、３次元処理装置ＳＳＴＣは、傾き検出部１２７、および傾きデータＤＫを記憶するメモリ１２８、および、しきい値設定部１２１ｄなどが設けられる。
【０１０４】
傾き検出部１２７は、座標データＤＺを用いて、当該座標データＤＺの傾きを検出する。傾きは、例えば角度として求められる。傾きを求めるには、例えば、注目する点の座標データＤＺに対して、その点の周辺に存在する複数の点の座標データＤＺに基づいて求める。
【０１０５】
例えば、注目する点の周辺に存在する９個の点を用いて面を張る。その面の法線を求め、これから傾きを求める。
【０１０６】
また、図１９に示すように、注目する点Ｐ１の周辺の点の座標データＤＺに基づいて、その点Ｐ１の傾きが求められる。その場合に、それらのうちの３つの点によって形成される面の傾きの平均をとってそれを傾きとしてもよい。
【０１０７】
傾き（傾きデータＤＫ）が０〔度〕である場合は、その面つまりその座標データＤＺは３次元測定装置２の光軸に正対しており、傾きが９０〔度〕である場合は、その面つまりその座標データＤＺは３次元測定装置２の光軸に対して真横を向いていることとなる。
【０１０８】
選別部１１８において、しきい値ｔｈ４からしきい値ｔｈ５までの範囲ＲＧに入る傾きデータＤＫを持つ座標データＤＺのみが選別される。なお、しきい値ｔｈ４，５として、例えば、０度と４５度、または０度と６０度などとなるように調整可能である。
【０１０９】
なお、しきい値ｔｈ４，５を設定し調整するためのスライドバーＢＳ４，５は、上に述べた他のスライドバーＢＳ１，２，３と同時に表示することも可能であり、また、単独で表示することも可能である。表示されたスライドバーＢＳをそれぞれ調整し、ウインドウＷＫに表示される距離画像ＧＫの範囲を調整することができる。
【０１１０】
図２０において、３次元測定装置２で測定して得た測定データＤＳを、メモリ１１１に記憶する（＃３１）。各ライン列信号ＤＬの輝度分布ＤＬＫについて、重心位置ＰＪを求める。または、輝度分布ＤＬＫに近似するガウス関数ＧＵＫを求め、ガウス関数ＧＵＫのピーク位置ＰＰを検出する（＃３２）。
【０１１１】
重心位置ＰＪまたはピーク位置ＰＰに基づいて、３次元化のための演算を行い、座標データＤＺを得る（＃３３）。座標データＤＺに基づいて、傾き（傾きデータＤＫ）を求める（＃３４）。ユーザが設定した範囲ＲＧに入る傾きデータＤＫを持った座標データＤＺのみを選択し（＃３５，３６）、選択された座標データＤＺに基づく距離画像ＧＫを表示する（＃３７）。ユーザが範囲ＲＧを変更すると、それに対応した距離画像ＧＫを表示する（＃３５〜３７）。
〔その他〕
上に述べた実施形態において、スライドバーＢＳの形状、大きさ、操作方法、個数などは、上に述べた以外の種々のものとすることができる。また、スライドバーＢＳを表示面ＨＧに表示させるのではなく、キーボード３ｃ自体をスライドバーＢＳとして用いることも可能である。専用のスライドバーＢＳを設けてもよい。
【０１１２】
上に述べた実施形態において、センサ５３のサイズ、１フィールドにおけるライン列信号ＤＬの画素数、１ショット当たりのサンプリング回数などは、上に述べた以外の種々の数値とすることが可能である。
【０１１３】
また、上に述べた第１〜第３の各実施形態を互いに組み合わせて実施することが可能である。
【０１１４】
上に述べた実施形態では、３次元測定装置２で得た測定データＤＳに基づいて、ホストコンピュータ３において３次元化のための演算を行い、距離画像ＧＫを表示した。しかし、それらの機能を３次元測定装置２に組み込み、３次元測定装置２において３次元化のための演算を行い、距離画像ＧＫを表示することもできる。また、これ以外の構成とすることも可能である。
【０１１５】
その他、３次元処理装置ＳＳＴ、３次元測定装置２、ホストコンピュータ３、および３次元測定システム１の全体または各部の構成、構造、形状、寸法、個数、画像の内容、処理の内容および順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【０１１６】
なお、上に述べた実施形態における最大値算出部１１４、近似誤差検出部１２３、傾き検出部１２７は、本発明における取得手段に相当する。スライドバーＢＳ１〜５は、本発明における調整手段に相当する。選別部１１８は、本発明における表示制御手段に相当する。ボタンＢＴＫは、本発明における切り替え手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の３次元測定システムの構成例を示す図である。
【図２】３次元測定装置の外観を示す図である。
【図３】３次元測定装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図４】３次元測定装置による被測定物の測定の原理を説明する図である。
【図５】センサの撮像面に入射したスリット光の変化の例を示す図である。
【図６】撮像面に入射したスリット光と垂直ラインにおける輝度分布との関係の例を示す図である。
【図７】輝度分布の重心位置を説明するための図である。
【図８】３次元処理装置についての機能的な構成を示すブロック図である。
【図９】しきい値により最大値の範囲が選別される様子を示す図である。
【図１０】表示装置の表示内容の例を示す図である。
【図１１】表示装置の表示内容の例を示す図である。
【図１２】複数の距離画像を同時に表示した場合の表示内容の例を示す図である。
【図１３】３次元処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態の３次元処理装置についての機能的な構成を示すブロック図である。
【図１５】測定データから得られる輝度分布とそれを近似したガウス関数を示す図である。
【図１６】表示面に表示されるスライドバーを示す図である。
【図１７】第２の実施形態における３次元処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】第３の実施形態の３次元処理装置についての機能的な構成を示すブロック図である。
【図１９】座標データから傾きデータを検出する様子を示す図である。
【図２０】第３の実施形態における３次元処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１８】
１  ３次元測定システム
２  ３次元測定装置
３  ホストコンピュータ
３ｂ  表示装置
ＳＳＴ，ＳＳＴＢ，ＳＳＴＣ  ３次元処理装置
ＤＬ  ライン列信号
ＤＬＫ  輝度分布
ＤＰ  最大値（信頼性データ、信号強度）
ＧＵＫ  ガウス関数
ＤＡ  誤差データ（信頼性データ、近似誤差）
ＤＫ  傾きデータ（信頼性データ、傾き）
ＤＺ  座標データ（３次元データ）
ＧＫ  距離画像
ｔｈ１〜５  しきい値
ＲＧ  範囲
ＢＳ  スライドバー
Ｑ  被測定物
【図１】
2009192332.tif 000003
【図２】
2009192332.tif 000004
【図３】
2009192332.tif 000005
【図４】
2009192332.tif 000006
【図５】
2009192332.tif 000007
【図６】
2009192332.tif 000008
【図７】
2009192332.tif 000009
【図８】
2009192332.tif 000010
【図９】
2009192332.tif 000011
【図１０】
2009192332.tif 000012
【図１１】
2009192332.tif 000013
【図１２】
2009192332.tif 000014
【図１３】
2009192332.tif 000015
【図１４】
2009192332.tif 000016
【図１５】
2009192332.tif 000017
【図１６】
2009192332.tif 000018
【図１７】
2009192332.tif 000019
【図１８】
2009192332.tif 000020
【図１９】
2009192332.tif 000021
【図２０】
2009192332.tif 000022