(57)【要約】【課題】測定対象物の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線の撮像画像において光切断線を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる三次元形状計測方法を提供すること。【解決手段】光切断法による三次元形状計測方法において、二次元画像の画像データに基づき輝度ヒストグラムを作成し、この輝度ヒストグラムにおける、光切断線の部分に対応する第一のピークＰｅ１および背景部分に対応する第二のピークＰｅ２を検出し、これらのピークＰｅ１、Ｐｅ２についてのピーク間輝度値差（Ｂｐ１−Ｂｐ２）を算出し、ピーク間輝度値差が、予め設定された最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１以上であり、かつ、高輝度側となる第一のピークＰｅ１における輝度値（第一ピーク輝度値Ｂｐ１）が、予め設定された最大ピーク輝度値Ｂｒ２以下となるように、光切断線の撮像に際しての露出の調整を行う。【選択図】図５
2009250844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対してスリット光を照射し、測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像し、撮像した光切断線を含む二次元画像から計測される前記光切断線上の各点の三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測方法であって、
前記二次元画像の画像データに基づき、前記二次元画像を構成する画素の各輝度値における頻度を表す輝度ヒストグラムを作成し、
前記輝度ヒストグラムにおける、前記光切断線の部分に対応する画素による第一のピーク、および前記光切断線の部分以外の部分である背景部分に対応する画素による第二のピークを検出し、
前記第一のピークにおける輝度値と前記第二のピークにおける輝度値の差を算出し、
前記輝度値の差が、予め設定された第一の規定値以上であり、かつ、前記第一のピークおよび前記第二のピークそれぞれにおける輝度値のうち高輝度側の輝度値が、予め設定された第二の規定値以下となるように、前記光切断線の撮像に際しての露出の調整を行うことを特徴とする三次元形状計測方法。
【請求項２】
前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、
前記二次元画像にて、該二次元画像における第一の座標軸方向を走査方向とし、前記第一の座標軸方向に直交する第二の座標軸方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについて、該画像データについての前記第二の座標軸方向における輝度値の大きさの変化を表す輝度グラフにおいて輝度値の最大値が予め設定された規定値以下となる画像データを除外することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測方法。
【請求項３】
前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、
各前記走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が前記輝度グラフにおける輝度値の最大値に対する予め設定された規定割合の輝度値以下となる画素データを除外することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元形状計測方法。
【請求項４】
測定対象物に対してスリット光を照射する照射手段と、
前記照射手段によって照射される前記スリット光により測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された光切断線を含む二次元画像から前記光切断線上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する演算手段と、を備える三次元形状計測装置であって、
前記演算手段は、
前記二次元画像の画像データに基づき、前記二次元画像を構成する画素の各輝度値における頻度を表す輝度ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラム作成部により作成された前記輝度ヒストグラムにおける、前記光切断線の部分に対応する画素による第一のピーク、および前記光切断線の部分以外の部分である背景部分に対応する画素による第二のピークを検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部により検出された前記第一のピークおよび前記第二のピークにおける各輝度値の差を算出する輝度値差算出部と、
前記ピーク検出部により検出された前記第一のピークおよび前記第二のピークにおける各輝度値、ならびに前記輝度値差算出部により算出された前記輝度値の差に基づき、前記輝度値の差が、予め設定された第一の規定値以上であり、かつ、前記第一のピークおよび前記第二のピークそれぞれにおける輝度値のうち高輝度側の輝度値が、予め設定された第二の規定値以下となるように、前記照射手段および前記撮像手段の少なくともいずれかに対して、前記光切断線の撮像に際しての露出の調整を行う露出調整部と、
を有することを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項５】
前記演算手段は、
前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、前記二次元画像にて、該二次元画像における第一の座標軸方向を走査方向とし、前記第一の座標軸方向に直交する第二の座標軸方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについて、該画像データについての前記第二の座標軸方向における輝度値の大きさの変化を表す輝度グラフにおいて輝度値の最大値が予め設定された規定値以下となる画像データを除外する画像データ補正部をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の三次元形状計測装置。
【請求項６】
前記演算手段は、
前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、各前記走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が前記輝度グラフにおける輝度値の最大値に対する予め設定された規定割合の輝度値以下となる画素データを除外する画素データ補正部をさらに有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の三次元形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光切断法による三次元形状計測方法および三次元形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触式の三次元形状計測の技術として、光切断法と呼ばれるものがある。かかる技術においては、測定対象物（以下「ワーク」という。）に対して、レーザ光等によるスリット状の光（以下「スリット光」という。）が照射される。スリット光が照射されたワークの表面には、その断面形状に応じて光切断線（反射光の輝線）が形成される。このワークの表面に形成された光切断線は、カメラ等の撮像手段によって受光され撮像される。この撮像された光切断線に基づいて、三角測量の原理が用いられてワークの表面上（光切断線上）の各点の三次元座標が計測される。こうした計測が、スリット光がワークに対して走査（スキャニング）されながら行われることで、ワークの三次元形状が計測される。
【０００３】
このような光切断法による三次元形状の計測においては、撮像手段における露出制御に関し、カメラ等による通常の写真撮影のような場合とは異なり、様々な反射率を持つワークの表面に形成される光切断線の撮像に際し、露出を大きく変えることによって光切断線のみが確実に抽出されることが必要とされる。
【０００４】
すなわち、撮像手段における露出のレベルは、撮像手段を構成する撮像素子がワークからの反射光をレンズ等を介して受光する光の量に対応するものであり、撮像手段におけるシャッタースピード（露光時間）や絞り等に依存する。したがって、例えば、ワークの色が黒い傾向にある場合には、ワーク表面の反射率が低いことから、露出がアンダーとなる（撮像素子が受光する光の量が不足する）。逆に、ワークの色が白い傾向にある場合には、ワーク表面の反射率が高いことから、露出がオーバーとなる（撮像素子が受光する光の量が過多となる）。
【０００５】
これらのように、露出がアンダーとなったりオーバーとなったりすると、撮像画像において、レーザ光が照射されるワークの表面における背景と光切断線との輝度差が小さくなるため、光切断線の抽出が困難となる。つまり、光切断法による三次元形状の計測においては、露出が適正であることにより、光切断線の撮像画像において光切断線が確実に抽出され、正確な計測が可能となる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、光切断法による断面形状の測定において、露出に影響するワークの色や周囲の明るさにかかわらず正確な測定を行うため、シャッタースピードが制御される技術が開示されている。具体的には、特許文献１に開示の技術においては、ワークからの反射光を受光するＣＣＤカメラのシャッタースピードの制御に際し、予め複数種類設定されているシャッタースピードから最適なものが選択される。ここで、シャッタースピードの選択は、次のようにして行われている。
【０００７】
すなわち、撮像手段によって撮像された光切断線が表れている二次元画面において、所定の座標軸方向（例えばｙ軸方向とする）に画素数等に応じて設定される多数の走査ラインごとに、ｙ軸に対する明るさ（輝度レベル）の曲線が求められ、各走査ラインについての明るさの最大値および平均値が算出される。これら各走査ラインについての明るさの最大値および平均値から、画面全体の最大値と平均値とが算出される。こうした画面全体の最大値および平均値の算出が、予め設定される複数のシャッタースピードそれぞれについて行われる。そして、算出された画面全体の最大値と平均値との差が最も大きくなるシャッタースピードが、最適なシャッタースピードとして選択される。
【０００８】
確かに、特許文献１に開示されている技術によれば、シャッタースピードの適正化が図れ、光切断線の抽出に際し、撮像画像における光切断線についての明るさのピーク値を明確にすることができると考えられる。しかし、かかる技術においては、光切断線についての明るさのピーク値を明確にすることができるものの、ワーク表面からのレーザ光の反射が強過ぎたりあるいは逆に弱過ぎたりするためにピーク値が求め難くなる等の要因が考慮されていない。つまり、特許文献１に開示されている技術では、ワーク表面からのレーザ光の反射が強過ぎたり弱過ぎたりする場合において、光切断線の抽出が困難となるときがあると考えられる。
【０００９】
また、特許文献２には、光切断法等を用いた光学式の変位センサにおいて、計測光の照射光像（光切断線）と計測対象物表面（ワークの表面）との位置関係が画像モニタで確認できるようにするための技術が開示されている。そして、特許文献２には、計測光の照射光像は適切な明るさで写るもののその周辺の計測対象物表面像（背景）は適切な明るさより暗くしか写らないように撮影条件を調整する旨記載されている。
【００１０】
しかし、特許文献２においては、前記撮影条件として、計測用光源の輝度や二次元撮像素子の露光時間が含まれる等の記載があるが、撮影条件の具体的な調整の手法まで言及されていない。つまり、特許文献２に開示されている技術によっては、安定でかつ高速な光切断法による三次元形状の計測に適した画像処理を実現することが困難である。
【００１１】
光切断法による三次元形状の計測においては、撮像手段における露出についての安定性が肝心となるため、所定のロジックに基づいたロバストな自動露出制御が望まれる。しかし、上述のような従来技術によっては、そのような露出の自動制御に対応することは困難である。
【特許文献１】特開平６−１４７８５０号公報
【特許文献２】特許第３６２４８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、測定対象物の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線の撮像画像において光切断線を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる三次元形状計測方法および三次元形状計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１４】
すなわち、請求項１においては、測定対象物に対してスリット光を照射し、測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像し、撮像した光切断線を含む二次元画像から計測される前記光切断線上の各点の三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測方法であって、前記二次元画像の画像データに基づき、前記二次元画像を構成する画素の各輝度値における頻度を表す輝度ヒストグラムを作成し、前記輝度ヒストグラムにおける、前記光切断線の部分に対応する画素による第一のピーク、および前記光切断線の部分以外の部分である背景部分に対応する画素による第二のピークを検出し、前記第一のピークにおける輝度値と前記第二のピークにおける輝度値の差を算出し、前記輝度値の差が、予め設定された第一の規定値以上であり、かつ、前記第一のピークおよび前記第二のピークそれぞれにおける輝度値のうち高輝度側の輝度値が、予め設定された第二の規定値以下となるように、前記光切断線の撮像に際しての露出の調整を行うものである。
【００１５】
請求項２においては、請求項１に記載の三次元形状計測方法において、前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、前記二次元画像にて、該二次元画像における第一の座標軸方向を走査方向とし、前記第一の座標軸方向に直交する第二の座標軸方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについて、該画像データについての前記第二の座標軸方向における輝度値の大きさの変化を表す輝度グラフにおいて輝度値の最大値が予め設定された規定値以下となる画像データを除外するものである。
【００１６】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の三次元形状計測方法において、前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、各前記走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が前記輝度グラフにおける輝度値の最大値に対する予め設定された規定割合の輝度値以下となる画素データを除外するものである。
【００１７】
請求項４においては、測定対象物に対してスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段によって照射される前記スリット光により測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された光切断線を含む二次元画像から前記光切断線上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する演算手段と、を備える三次元形状計測装置であって、前記演算手段は、前記二次元画像の画像データに基づき、前記二次元画像を構成する画素の各輝度値における頻度を表す輝度ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、前記ヒストグラム作成部により作成された前記輝度ヒストグラムにおける、前記光切断線の部分に対応する画素による第一のピーク、および前記光切断線の部分以外の部分である背景部分に対応する画素による第二のピークを検出するピーク検出部と、前記ピーク検出部により検出された前記第一のピークおよび前記第二のピークにおける各輝度値の差を算出する輝度値差算出部と、前記ピーク検出部により検出された前記第一のピークおよび前記第二のピークにおける各輝度値、ならびに前記輝度値差算出部により算出された前記輝度値の差に基づき、前記輝度値の差が、予め設定された第一の規定値以上であり、かつ、前記第一のピークおよび前記第二のピークそれぞれにおける輝度値のうち高輝度側の輝度値が、予め設定された第二の規定値以下となるように、前記照射手段および前記撮像手段の少なくともいずれかに対して、前記光切断線の撮像に際しての露出の調整を行う露出調整部と、を有するものである。
【００１８】
請求項５においては、請求項４に記載の三次元形状計測装置において、前記演算手段は、前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、前記二次元画像にて、該二次元画像における第一の座標軸方向を走査方向とし、前記第一の座標軸方向に直交する第二の座標軸方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについて、該画像データについての前記第二の座標軸方向における輝度値の大きさの変化を表す輝度グラフにおいて輝度値の最大値が予め設定された規定値以下となる画像データを除外する画像データ補正部をさらに有するものである。
【００１９】
請求項６においては、請求項４または請求項５に記載の三次元形状計測装置において、前記演算手段は、前記二次元画像における前記光切断線を形成する各点の抽出に際し、各前記走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が前記輝度グラフにおける輝度値の最大値に対する予め設定された規定割合の輝度値以下となる画素データを除外する画素データ補正部をさらに有するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、測定対象物の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線の撮像画像において光切断線を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
光切断法による三次元形状の計測においては、測定対象物（以下「ワーク」という。）にスリット状の光（以下「スリット光」という。）が照射されることでワークの表面に形成される光切断線の撮像に際し、露出のレベルが、光切断線に合わせられ、ワークの表面における背景の部分が暗く落とされることで、光切断線と背景との反射光のコントラスト（相対差）が大きくなり、光切断線の抽出（ライン抽出）の効率が向上する。さらに、ワーク表面の反射率に応じて、撮像画像全体に対応する露出のレベル（絶対値）が調整されることで、撮像素子のラティチュード（反応帯域）を最大限に生かすことができる。本発明は、光切断法による三次元形状の計測において、ライン抽出に際し、露出のレベルの制御に関してリアルタイムな制御が可能となる具体的な調整の手法を提案するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る三次元形状計測装置１は、照射手段としてのレーザ投光部２と、撮像手段としてのカメラ３と、演算手段としての演算制御部５を含む制御装置４とを備える。
【００２３】
レーザ投光部２は、ワーク１０に対してスリット光１１を照射する。レーザ投光部２は、例えば赤外半導体レーザ等のレーザ光の光源であるレーザ発信器やシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）等を有するレーザ出力ユニットとして構成される。すなわち、レーザ投光部２においては、レーザ発信器から発射されたレーザ光が、シリンドリカルレンズを透過することでスリット光（レーザシート）１１に変換される。そして、レーザ投光部２から投光されるスリット光１１が、ワーク１０に照射される。レーザ投光部２からのスリット光１１が照射されたワーク１０の表面には、その断面形状に応じて光切断線（反射光の輝線）１２が形成される。
【００２４】
カメラ３は、レーザ投光部２によって照射されるスリット光１１によりワーク１０の表面に形成される光切断線１２を撮像する。カメラ３は、光切断線１２、つまりワーク１０の表面にて反射するレーザ光（反射光）を受光する受光センサであり、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子により構成される。そして、カメラ３は、ワーク１０の表面に形成される光切断線１２を受光して撮像することにより、光切断線１２についての画像（以下「スリット画像」ともいう。）を、撮像素子の撮像面において二次元画像１３（図２参照）として取得する。カメラ３は、撮像面に対する光切断線１２の結像に際してワーク１０の表面からの反射光を受ける受光レンズ１４（図２参照）を有する。
【００２５】
また、カメラ３は、レーザ投光部２からのスリット光１１の照射方向（投光軸方向）に対して光軸（受光軸）が所定角度ずらされた状態で配置される。例えば、カメラ３は、ワーク１０における水平面の部分に形成される光切断線１２の部分が、画像上で水平方向となるような姿勢で配置される。カメラ３により撮像された光切断線１２についての画像データは、制御装置４に送られる。
【００２６】
制御装置４に備えられる演算制御部５は、カメラ３によって撮像された光切断線１２を含む二次元画像１３から光切断線１２上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいてワーク１０の三次元形状を計測する。すなわち、演算制御部５は、カメラ３によって撮像された二次元画像１３の画像データに基づいて、レーザ投光部２の位置や、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１の位置（図２参照）や、ワーク１０の表面からの反射光のカメラ３に対する入射角度などから、三角測量の原理により、ワーク１０の表面における光切断線１２上の各点（照射点）についての三次元座標を計測する。つまり、この光切断線１２上の各点の三次元座標が、演算制御部５による計測データ（ワーク１０の断面形状に対応する位置データ）となる。一つの光切断線１２についての計測データにより、ワーク１０の物体としての輪郭線が計測されることとなる。
【００２７】
そして、ワーク１０に照射されるスリット光１１の位置が走査（スキャニング）され所定間隔ごとに更新されることで、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置（照射位置）に対応する光切断線１２を含む二次元画像１３が得られる。つまり、演算制御部５は、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置（照射位置）における計測データを連続的に求め、ワーク１０の三次元形状を計測する。
【００２８】
ワーク１０に対するスリット光１１の走査に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１は、次のような構成を備える。図１に示すように、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、レーザ投光部２とカメラ３とが、互いに所定の位置関係となる状態で、ケース６内に収容される。すなわち、レーザ投光部２およびカメラ３は、ケース６内に収容されることで、一体的な光切断センサユニット７として構成される。光切断センサユニット７は、レーザ投光部２から照射されるスリット光１１のワーク１０に対する走査方向に、図示せぬ移動手段によって移動可能に設けられる。
【００２９】
本実施形態では、図１に示すように、ワーク１０は、平面部１０ａとこの平面部１０ａ上に形成される直方体状の凸部１０ｂとを有する。かかるワーク１０に対して、レーザ投光部２からのスリット光１１は、そのスリット面方向（光切断線１２が形成される方向）が凸部１０ｂの短手方向となるように略鉛直下向きに照射され、凸部１０ｂの長手方向（図１における左右方向）に走査される。つまり、本実施形態では、凸部１０ｂの長手方向がワーク１０に対するスリット光１１の走査方向となり、かかる方向が、光切断センサユニット７の移動方向となる（矢印Ａ１参照）。
【００３０】
なお、ワーク１０に対するスリット光１１の走査のための構成は、本実施形態に限定されるものではない。スリット光１１の走査に際しては、例えば、回動可能に設けられスリット光１１を反射させるミラーを備える構成が用いられてもよい。かかる構成においては、ミラーによるスリット光１１の反射方向が、ミラーの角度によって偏向されることで、スリット光１１がワーク１０に対して走査されることとなる。
【００３１】
制御装置４は、前記のとおりワーク１０の三次元形状を計測する演算制御部５に加え、入力部１６と、表示部１７とを備える。
【００３２】
演算制御部５は、三次元形状計測装置１の一連の動作を制御する。演算制御部５は、プログラム等を格納する格納部、プログラム等を展開する展開部、プログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果等を保管する保管部等を有する。
【００３３】
演算制御部５としては、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成や、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成が用いられる。演算制御部５としては、専用品のほか、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等が格納されたものが用いられる。
【００３４】
入力部１６は、演算制御部５に接続され、演算制御部５に三次元形状計測装置１の動作に係る種々の情報・指示等を入力する。入力部１６としては、専用品のほか、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等が用いられる。
【００３５】
表示部１７は、演算制御部５に接続され、三次元形状計測装置１の動作状況、入力部１６から演算制御部５への入力内容、三次元形状計測装置１による計測結果等を表示する。表示部１７による表示内容には、光切断線１２についての画像であるスリット画像２０が含まれる。具体的には、図１に示すように、前記のとおり平面部１０ａと凸部１０ｂとを有するワーク１０についてのスリット画像２０は、平面部１０ａに対応する直線部２０ａと、凸部１０ｂに対応する凸形状部２０ｂとを有することとなる。表示部１７としては、専用品のほか、市販のモニターや液晶ディスプレイ等が用いられる。
【００３６】
以上のような構成を備える三次元形状計測装置１が用いられて行われる本実施形態に係る三次元形状計測方法について説明する。本実施形態の三次元形状計測方法は、ワーク１０に対してスリット光１１を照射し、ワーク１０の表面に形成される光切断線１２を撮像し、撮像した光切断線１２を含む二次元画像から計測される光切断線１２上の各点の三次元座標に基づいてワーク１０の三次元形状を計測するものである。
【００３７】
本実施形態の三次元形状計測方法においては、まず、ワーク１０に対するスリット光１１の照射が行われる。すなわち、ワーク１０に対して、レーザ投光部２により、スリット光１１が照射される（図１参照）。
【００３８】
次に、光切断線１２の撮像およびスリット画像２０の中心線（以下「スリット画像中心線」という。）の抽出が行われる。すなわち、カメラ３により、スリット光１１が照射されたワーク１０の表面に形成される光切断線１２が撮像される。これにより、カメラ３の撮像面にて光切断線１２についての画像であるスリット画像２０を含む二次元画像１３が得られる。そして、このスリット画像２０についてのスリット画像中心線の抽出が行われる。
【００３９】
スリット画像２０についてのスリット画像中心線の抽出は、次のようにして行われる。図３に示すように、前記のとおりワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置にて取得される二次元画像１３においては、所定の座標軸方向（本実施形態ではｙ軸方向）に、二次元画像１３の画像数に応じて多数の走査ラインＳＬが設定される。つまり、本実施形態では、走査ラインＳＬは、二次元画像１３にて、この二次元画像１３における第一の座標軸方向であるｙ軸方向を走査方向とし、ｙ軸方向に直交する第二の座標軸方向であるｘ軸方向を並列方向として設定される。
【００４０】
一方、例えば図４（ａ）に示すように、スリット光１１の照射により形成される光切断線１２についての撮像画像であるスリット画像２０は、線状の画像となるが、二次元画像１３において有限の幅（線の太さ）を有する。つまり、スリット画像２０の幅は、二次元画像１３における一つの画素（ピクセル）の長さよりも長く、複数の画素にわたることとなる。そこで、二次元画像１３におけるｙ軸方向（縦方向、走査ラインＳＬの走査方向）の輝度分布（撮像素子の出力レベルの分布）に基づいて、スリット画像中心線２０ｃが抽出される。
【００４１】
スリット画像２０について、ある走査ラインＳＬの走査位置におけるｙ軸方向に沿う輝度Ｌの分布は、例えば図４（ｂ）に示す輝度グラフＧ１ようになる。このようなスリット画像２０のｙ軸方向（ｗ方向）についての輝度分布から、そのｙ軸方向についての中心位置に対応する画素（中心点）が求められる。スリット画像２０についてのＹ軸方向の中心位置としては、例えば、図４（ｂ）においてｙ軸方向を示すｗ軸と輝度グラフＧ１とで囲まれる面積が等しくなるｙ軸方向の位置や、輝度グラフＧ１における輝度についての所定の閾値以上の部分の加重平均となる位置や、輝度Ｌの分布を正規分布に近似させた場合の平均の位置などが用いられる。このようにして求められるスリット画像２０についてのｙ軸方向の中心位置に対応する画素（中心点）の、二次元画像１３におけるｘ軸方向（横方向、走査ラインＳＬの並列方向）の集合が、スリット画像中心線２０ｃとして抽出される。
【００４２】
このように、スリット画像中心線２０ｃの抽出は、二次元画像１３において走査ラインＳＬの並列方向（ｘ軸方向）に連続する全ての走査ラインＳＬについて抽出される走査方向（ｙ軸方向）における中心位置に対応する画素（中心点）、つまり二次元画像１３におけるスリット画像２０のライン中心が抽出されることに対応する。そして、本実施形態では、このようにして行われるスリット画像中心線２０ｃの抽出が、二次元画像１３における光切断線１２を形成する各点の抽出、つまりは光切断線１２の抽出（以下「ライン抽出」ともいう。）に対応する。
【００４３】
続いて、図２に示すように、スリット画像中心線２０ｃ上の各点に対応するスリット面モデル４１上の点の算出が行われる。すなわち、スリット画像中心線２０ｃ上の各点について、これら各点と受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１とを結ぶ直線が算出され、この直線の、スリット面モデル４１に対する交点が求められる。ここで、スリット面モデル４１とは、レーザシートであるスリット光１１がそのシート面形状としてモデル化されたものに対応する。
【００４４】
具体的に、図２に示すように、例えばスリット画像中心線２０ｃ上の点Ｐ１について説明する。二次元画像１３において二次元座標で表される点Ｐ１の位置（ｘ１、ｙ１）や、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１の位置や、レンズ中心Ｏ１に対する二次元画像１３の位置などは、予め行われるカメラ３の（受光レンズ１４の）キャリブレーション（校正）によって求められたカメラ３のパラメータから測定される。これらの測定値から、スリット画像中心線２０ｃ上の点Ｐ１と、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１とを通る直線Ｌ１が算出され、この直線Ｌ１の、スリット面モデル４１に対する交点となる点Ｐ２が求められる。このスリット面モデル４１上の点Ｐ２が、二次元画像である二次元画像１３のスリット画像中心線２０ｃ上における点Ｐ１に対応する、世界座標系における三次元空間における計測点となる。
【００４５】
次に、スリット面モデル４１上の点の三次元座標の計測が行われる。すなわち、スリット画像中心線２０ｃ上の各点に対応するスリット面モデル４１上の計測点の三次元座標が、レーザ投光部２の位置や、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１の位置や、ワーク１０の表面からの反射光のカメラ３に対する入射角度などから、三角測量の原理により計測される。つまり、上記の例においては、スリット画像中心線２０ｃ上の点である点Ｐ１の位置（ｘ１、ｙ１）から、これに対応するスリット面モデル４１上の点Ｐ２についての三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が計測される。ここで、図２に示すように、カメラ３の二次元画像１３における二次元座標で認識された点（スリット画像中心線２０ｃ上の点）は、スリット面モデル４１において存在する高さデータとして演算される。
【００４６】
そして、このような計測点についての三次元座標の計測が、ワーク１０について得られる全ての点群について行われる。すなわち、スリット画像中心線２０ｃ上の各点に対応する計測点についての三次元座標の計測が、ワーク１０に対するスリット光１１の全走査範囲について、所定間隔ごとに更新されるスリット光１１の各走査位置（照射位置）にて行われる。したがって、ここでのワーク１０について得られる全ての点群とは、ワーク１０に対するスリット光１１の走査範囲において、全ての走査位置にて得られるスリット画像中心線２０ｃ上の全ての点となる。このような点群における各点に対応する計測点についての三次元座標の計測値は、演算制御部５において随時記憶される。
【００４７】
このようにしてワーク１０について得られる全ての点群についての三次元座標の計測データから、ワーク１０の三次元形状が計測される。すなわち、前記のとおりスリット画像中心線２０ｃ上の点はスリット面モデル４１において高さデータとして演算されることから、スリット光１１のある走査位置（照射位置）に対応するスリット画像中心線２０ｃ上の点群についてのスリット面モデル４１上の計測データ（計測点の集合）により、その走査位置におけるワーク１０の断面形状に対応する輪郭線４５が計測される（図２参照）。このようなワーク１０についての輪郭線４５が、スリット光１１の走査方向に連続的に取得されることで、これらの輪郭線４５の集合から、ワーク１０の三次元形状が計測される。
【００４８】
そして、ワーク１０についての全ての計測点の統合、および三次元点群としてのファイル保存が行われる。すなわち、三次元座標が計測されたワーク１０について得られる全ての点群についての計測点が、輪郭線４５およびこれらの集合として統合され、ワーク１０の三次元点群、つまりワーク１０の三次元形状として、演算制御部５において保存される。計測されたワーク１０の三次元形状は、制御装置４における表示部１７において表示される。
【００４９】
以上のようにして計測されたワーク１０についての三次元形状は、例えば、図面等との比較による解析、品質検査に用いられる。すなわちこの場合、前記のとおり表示部１７に表示されるワーク１０についての三次元形状について、ＣＡＤ図面等の設計図面や試作品等から選出されたマスターワーク等との比較が行われる。これにより、計測対象であるワーク１０についての三次元形状の解析や、品質の良否判定等の品質検査が行われる。
【００５０】
以上のようにして行われる本実施形態の光切断法による三次元形状計測において、カメラ３によるワーク１０の表面に形成される光切断線１２の撮像に際し、カメラ３についての露出（以下単に「露出」ともいう。）の自動調整が行われる。すなわち、本実施形態の三次元形状計測においては、露出の自動制御のもと、前述したようなワーク１０の三次元形状の計測、つまりワーク１０の形状についての三次元データ化が行われる。
【００５１】
本実施形態の三次元形状計測方法における露出の調整について説明する。露出の調整に際しては、まず、二次元画像１３の画像データに基づき、二次元画像１３を構成する画素の各輝度値における頻度を表す輝度ヒストグラムが作成される。
【００５２】
図５に、二次元画像１３の輝度ヒストグラムの一例を示す。図５に示す輝度ヒストグラムは、二次元画像１３を構成する各画素の輝度値（階調値、輝度レベル）から、各輝度値を示す画素の頻度、つまり各輝度値における累積画素数（度数）の分布を表すものである。本実施形態では、二次元画像１３は、８ビットのグレースケール画像として取得される。ここで、グレースケール画像とは、白、黒、および、これらの中間で濃度が多段階となる灰色のみの点（画素）の集合として表現される、いわゆるモノクロの画像である。そして、８ビットでは、白、黒および灰色を含む濃度の段階（階調）が２５６階調となる。したがって、本実施形態の二次元画像１３についての各輝度値は、０〜２５５までの２５６階調の各輝度値となる。
【００５３】
このような輝度ヒストグラムの作成に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、ヒストグラム作成部５１が備えられる。すなわち、ヒストグラム作成部５１は、二次元画像１３の画像データに基づき、二次元画像１３を構成する画素の各輝度値における頻度を表す輝度ヒストグラムを作成する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、ヒストグラム作成部５１としての機能を果たす。
【００５４】
次に、輝度ヒストグラムにおける、光切断線１２の部分に対応する画素による第一のピーク、および光切断線１２の部分以外の部分である背景部分（以下単に「背景部分」という。）に対応する画素による第二のピークが検出される。
【００５５】
すなわち、二次元画像１３においては、主に光切断線１２の部分（スリット画像２０）と、それ以外のワーク１０の表面における背景に対応する背景部分とで明暗が分かれる。そして、通常、光切断線１２の部分が、背景部分に対して比較的明るい部分となる。このため、前述のような二次元画像１３の輝度ヒストグラムにおいては、光切断線１２の部分に対応する画素によって頻度が高くなることによるピークと、背景部分に対応する画素によって頻度が高くなることによるピークとの二つのピークが主なピークとして存在し、前者のピークが後者のピークに対して高輝度側で生じることとなる。
【００５６】
そこで、図５に示すように、二次元画像１３の輝度ヒストグラムにおいて、光切断線１２の部分に対応する画素によるピークが、第一のピークＰｅ１として検出され、背景部分に対応する画素によるピークが、第二のピークＰｅ２として検出される。
【００５７】
このような輝度ヒストグラムにおけるピークの検出に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、ピーク検出部５２が備えられる。すなわち、ピーク検出部５２は、ヒストグラム作成部５１により作成された輝度ヒストグラムにおける、光切断線１２の部分に対応する画素による第一のピークＰｅ１、および背景部分に対応する画素による第二のピークＰｅ２を検出する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、ピーク検出部５２としての機能を果たす。
【００５８】
続いて、輝度ヒストグラムについて、第一のピークＰｅ１における輝度値と第二のピークＰｅ２における輝度値の差（以下「ピーク間輝度値差」という。）が算出される。
【００５９】
具体的には、図５に示すように、第一のピークＰｅ１における輝度値（以下「第一ピーク輝度値」という。）がＢｐ１であり、第二のピークＰｅ２における輝度値（以下「第二ピーク輝度値」という。）がＢｐ２である場合、ピーク間輝度値差は、Ｂｐ１−Ｂｐ２で表される。つまりこの場合、ピーク間輝度値差は、Ｂｐ１−Ｂｐ２の演算が行われることで算出される。なお、本実施形態では、前記のとおり、通常、光切断線１２の部分が背景部分に対して比較的明るい部分となることから、ピーク間輝度値差はＢｐ１−Ｂｐ２で表されることとなるが、ピーク間輝度値差は、実質的には第一ピーク輝度値Ｂｐ１と第二ピーク輝度値Ｂｐ２との間の差の絶対値として算出される。
【００６０】
このようなピーク間輝度値差の算出に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、輝度値差算出部５３が備えられる。すなわち、輝度値差算出部５３は、ピーク検出部５２により検出された第一のピークＰｅ１および第二のピークＰｅ２における各輝度値の差（ピーク間輝度値差）を算出する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、輝度値差算出部５３としての機能を果たす。
【００６１】
そして、ピーク間輝度値差が、予め設定された第一の規定値以上であり、かつ、第一ピーク輝度値Ｂｐ１および第二ピーク輝度値Ｂｐ２のうち高輝度側の輝度値（本実施形態では第一ピーク輝度値Ｂｐ１）が、予め設定された第二の規定値以下となるように、光切断線１２の撮像に際しての露出の調整が行われる。
【００６２】
具体的には、図５に示すように、ピーク間輝度値差（Ｂｐ１−Ｂｐ２）に対して、予め設定される第一の規定値として、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１が設定され、高輝度側のピーク輝度値となる第一ピーク輝度値Ｂｐ１に対して、予め設定される第二の規定値として、最大ピーク輝度値Ｂｒ２が設定されるとする。かかる場合、Ｂｐ１−Ｂｐ２≧Ｂｒ１、かつ、Ｂｐ１≦Ｂｒ２の両条件が満たされるように、光切断線１２の撮像に際しての露出の調整が行われることとなる。つまり、前記両条件を満たす露出が、光切断線１２の撮像に際しての適正な露出となる。したがって、図５に示す輝度ヒストグラムは、上記の両条件を満たしており、露出が適正である場合の輝度ヒストグラムを表している。
【００６３】
露出の調整に用いられる前記両条件のうち、前者の条件、つまりピーク間輝度値差（Ｂｐ１−Ｂｐ２）が最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１以上となることが、露出が適正となる条件に含まれるのは、次のような理由による。すなわち、ピーク間輝度値差は、前記のとおり輝度ヒストグラムにおいて光切断線１２の部分に対応する第一ピーク輝度値Ｂｐ１と、背景部分に対応する第二ピーク輝度値Ｂｐ２との差である。このため、ピーク間輝度値差が大きいほど、二次元画像１３における光切断線１２の部分と背景部分との間の輝度値の差、つまり明暗の差が大きくなる。二次元画像１３において光切断線１２の部分と背景部分との明暗の差が大きくなるほど、前述したような光切断線１２の抽出が容易となる。そこで、露出の調整に際し、ピーク間輝度値差について許容される最小の値として、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１が設定され、ピーク間輝度値差がこの最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１以上となるように、露出が調整される。
【００６４】
また、前記両条件のうち、後者の条件、つまり高輝度側のピーク輝度値となる第一ピーク輝度値Ｂｐ１が最大ピーク輝度値Ｂｒ２以下となることが、露出が適正となる条件に含まれるのは、次のような理由による。すなわち、高輝度側のピーク輝度値が、ある一定の値を上回り、画素が白であることに対応する輝度値２５５に近い値となることは、二次元画像１３全体の輝度レベルが高く露出がオーバーの状態（いわゆる白飛びの状態）となることに対応する。そこで、露出の調整に際し、高輝度側のピーク輝度値である第一ピーク輝度値Ｂｐ１について許容される最大の値として、最大ピーク輝度値Ｂｒ２が設定され、第一ピーク輝度値Ｂｐ１がこの最大ピーク輝度値Ｂｒ２以下となるように、露出が調整される。
【００６５】
これらのことから、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１および最大ピーク輝度値Ｂｒ２は、二次元画像１３について露出がアンダーの状態（いわゆる黒つぶれの状態）となる場合や露出がオーバーの状態となる場合に対して、光切断線１２の抽出が比較的容易に行われる場合の輝度ヒストグラムにおけるピーク輝度値等に基づき、予め実験等によって求められ、適宜の値として設定される。これら最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１および最大ピーク輝度値Ｂｒ２は、演算制御部５において格納部などに予め格納される。
【００６６】
本実施形態の三次元形状計測において、露出の調整は、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）や絞りや撮像素子の感度（ゲイン）の調整、あるいはレーザ投光部２におけるレーザ光のレーザパワー（レーザ輝度）の調整等によって行われる。
【００６７】
したがって、光切断線１２の撮像に際し、輝度ヒストグラムにおけるピーク間輝度値差が、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１よりも小さい場合は、第一ピーク輝度値Ｂｐ１と第二ピーク輝度値Ｂｐ２との差が開くように（ピーク間輝度値差が大きくなるように）、カメラ３やレーザ投光部２の各部が制御されシャッタースピードやレーザパワー等の調整が行われる。また、光切断線１２の撮像に際し、輝度ヒストグラムにおける高輝度側のピーク輝度値（第一ピーク輝度値Ｂｐ１）が、最大ピーク輝度値Ｂｒ２よりも大きい場合は、第一ピーク輝度値Ｂｐ１が小さくなるように、カメラ３やレーザ投光部２の各部が制御されシャッタースピードやレーザパワー等の調整が行われる。
【００６８】
なお、露出の調整のためには、カメラ３におけるシャッタースピード等やレーザ投光部２におけるレーザパワー等の少なくともいずれかが調整されればよい。つまり、本実施形態の三次元形状計測における露出の調整は、カメラ３におけるシャッタースピードの調整や、レーザ投光部２におけるレーザパワーの調整など、カメラ３およびレーザ投光部２に含まれる露出を変化させることができる部分に対する調整であれば、特に限定されるものではない。したがって、本実施形態において、露出の調整は、シャッタースピードの調整やレーザパワーの調整等のカメラ３およびレーザ投光部２における各部の調整が行われるように、カメラ３およびレーザ投光部２の少なくともいずれかの制御が行われることに対応する。
【００６９】
このような露出の調整に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、露出調整部５４が備えられる。すなわち、露出調整部５４は、ピーク検出部５２により検出された第一ピーク輝度値Ｂｐ１および第二ピーク輝度値Ｂｐ２、ならびに輝度値差算出部５３により算出されたピーク間輝度値差に基づき、ピーク間輝度値差が、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１以上であり、かつ、第二ピーク輝度値Ｂｐ２に対して高輝度側の輝度値である第一ピーク輝度値Ｂｐ１が、最大ピーク輝度値Ｂｒ２以下となるように、レーザ投光部２およびカメラ３の少なくともいずれかに対して、光切断線１２の撮像に際しての露出の調整を行う。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行い、その演算等の結果に基づいて、レーザ投光部２およびカメラ３等に対する制御信号を生成することにより、露出調整部５４としての機能を果たす。
【００７０】
このような露出の調整が、ワーク１０の各断面形状の計測ごとに行われる。つまり、露出の調整は、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置において取得される二次元画像１３が用いられ、その各走査位置にて行われる。したがって、本実施形態の三次元形状計測においては、ワーク１０に照射されるスリット光１１の位置が走査されながら、その所定間隔ごとに更新される各走査位置において、カメラ３やレーザ投光部２の各部が随時制御されることで、前述のような露出の調整が自動的に行われることとなる。
【００７１】
なお、本実施形態では、二次元画像１３として８ビットのグレースケール画像が採用されているが、二次元画像１３についてのビット数は、輝度ヒストグラムにおいて前述のようなピークが形成されるものであれば、特に限定されるものではない。また、二次元画像１３についての色彩の有無（モノクロの画像かカラーの画像か）も、特に限定されるものではない。
【００７２】
以上のように、光切断線１２の撮像に際し、二次元画像１３の輝度ヒストグラムに基づいて露出の調整が行われることで、ワーク１０の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線１２の撮像画像である二次元画像１３において光切断線１２を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる。かかる効果が得られることについて、具体的に説明する。
【００７３】
図６は、露出のレベルによって異なる二次元画像１３の種類を例示する。図６（ａ）は、露出がアンダーである場合の画像（以下「露出アンダー画像」という。）１３ａを示す。図６（ｂ）は、露出がオーバーである場合の画像（以下「露出オーバー画像」という。）１３ｂを示す。図６（ｃ）は、露出が適正である場合の画像（以下「露出適正画像」という。）１３ｃを示す。
【００７４】
図６（ａ）に示すように、露出アンダー画像１３ａにおいては、画像の黒つぶれが生じており、光切断線１２の部分（スリット画像２０）とそれ以外の部分である背景部分２１との輝度差が小さいため、ライン抽出が困難となる。また、図６（ｂ）に示すように、露出オーバー画像１３ｂにおいては、画像の白飛びが生じており、露出アンダー画像１３ａと同様、光切断線１２の部分（スリット画像２０）と背景部分２１との輝度差が小さいため、ライン抽出が困難となる。これらに対し、図６（ｃ）に示すように、露出適正画像１３ｃにおいては、光切断線１２の部分（スリット画像２０）と背景部分２１との輝度差が大きくなるため、ライン抽出が容易となり、三次元形状の計測について十分な計測精度が得られる。
【００７５】
図７は、図６に示す各画像１３ａ〜１３ｂの輝度ヒストグラムを示す。図７において、露出アンダー画像１３ａの輝度ヒストグラムは、破線で示される輝度ヒストグラム３０ａ（以下「露出アンダーヒストグラム３０ａ」とする。）である。図７において、露出オーバー画像１３ｂの輝度ヒストグラムは、二点鎖線で示される輝度ヒストグラム３０ｂ（以下「露出オーバーヒストグラム３０ｂ」とする。）である。図７において、露出適正画像１３ｃの輝度ヒストグラムは、実線で示される輝度ヒストグラム３０ｃ（以下「露出適正ヒストグラム３０ｃ」とする。）である。これら図７に示される各輝度ヒストグラム３０ａ〜３０ｃにおいては、光切断線１２の部分（スリット画像２０）に対応する第一のピーク３１ａ〜３１ｃ（菱形形状の点参照）、および背景部分２１に対応する第二のピーク３２ａ〜３２ｃ（円形状の点参照）が表れている。
【００７６】
図８は、図６に示す各画像１３ａ〜１３ｂについての、ある走査ラインＳＬ（図３参照）の走査位置（スリット光１１についての走査位置とは異なる概念）における輝度グラフを示す。図８において、露出アンダー画像１３ａの輝度グラフは、破線で示される輝度グラフ３３ａである。図８において、露出オーバー画像１３ｂの輝度グラフは、二点鎖線で示される輝度グラフ３３ｂである。図８において、露出適正画像１３ｃの輝度グラフは、実線で示される輝度グラフ３３ｃである。
【００７７】
図７に示すように、露出アンダーヒストグラム３０ａについては、第一のピーク３１ａおよび第二のピーク３２ａのいずれもが、比較的低輝度側に偏って存在し、これらのピーク３１ａ、３２ａから導かれるピーク間輝度値差の大きさが不十分となる。この場合、露出の調整において用いられる前記両条件のうち、前者の条件が満たされないこととなる。
【００７８】
つまり、図７に示すように、露出アンダーヒストグラム３０ａにおけるピーク間輝度値差Ｂｄａは、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１（図５参照）よりも小さい値となる。また、露出アンダー画像１３ａについては、図８において輝度グラフ３３ａで示されるように、画像の輝度レベルが低過ぎるため、ライン抽出が困難となる。
【００７９】
また、図７に示すように、露出オーバーヒストグラム３０ｂについては、第一のピーク３１ｂおよび第二のピーク３２ｂのいずれもが、比較的高輝度側に偏って存在し、これらのピーク３１ｂ、３２ｂから導かれるピーク間輝度値差の大きさが不十分となる。また、高輝度側のピークである第一のピーク３１ｂにおける輝度値は、画素が白であることに対応する輝度値２５５と略同じ値となっている。この場合、露出の調整において用いられる前記両条件のいずれの条件もが満たされないこととなる。
【００８０】
つまり、図７に示すように、露出オーバーヒストグラム３０ｂにおけるピーク間輝度値差Ｂｄｂは、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１（図５参照）よりも小さい値となり、かつ、第一のピーク３１ｂにおける輝度値は、最大ピーク輝度値Ｂｒ２（図５参照）よりも大きい値となる。また、露出オーバー画像１３ｂについては、図８において輝度グラフ３３ｂで示されるように、画像の輝度レベルが高過ぎる（出力が飽和している）ため、ライン抽出が困難となる。
【００８１】
これら露出アンダーヒストグラム３０ａおよび露出オーバーヒストグラム３０ｂに対し、露出適正ヒストグラム３０ｃにおいては、図７に示すように、第一のピーク３１ｃおよび第二のピーク３２ｃが、高輝度側と低輝度側とに分かれて存在し、これらのピーク３１ｃ、３２ｃから導かれるピーク間輝度値差について十分な大きさが確保される。また、高輝度側のピークである第一のピーク３１ｃにおける輝度値は、高輝度側の値であるものの、画像が白飛びしない程度の値となる。この場合、露出の調整において用いられる前記両条件が満たされることとなる。
【００８２】
つまり、図７に示すように、露出適正ヒストグラム３０ｃにおけるピーク間輝度値差Ｂｄｃは、最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１（図５参照）以上の値となり、かつ、第一のピーク３１ｃにおける輝度値は、最大ピーク輝度値Ｂｒ２（図５参照）以下の値となる。また、露出適正画像１３ｃについては、図８において輝度グラフ３３ｃで示されるように、画像の輝度レベルが適正となり、ライン抽出が容易となる。
【００８３】
したがって、前述したような露出の調整においては、露出がアンダーである場合、露出のレベルが高くなるように調整されることで、露出が適正とされる。つまりこの場合、図７に示すように、露出アンダーヒストグラム３０ａにおける第一のピーク３１ａが、露出適正ヒストグラム３０ｃにおける第一のピーク３１ｃ側に向けて推移し（矢印Ａｉ１参照）、露出アンダーヒストグラム３０ａにおける第二のピーク３２ａが、露出適正ヒストグラム３０ｃにおける第二のピーク３２ｃ側に向けて推移する（矢印Ａｉ２参照）ことで、露出の調整において用いられる前記両条件が満たされるように、露出のレベルが高くされる。このように露出のレベルが高くされることで、図８に示すように、画像の輝度レベルが高くなり適正となる（矢印Ａｉ３参照）。
【００８４】
同様にして、露出がオーバーである場合、露出のレベルが低くなるように調整されることで、露出が適正とされる。つまりこの場合、図７に示すように、露出オーバーヒストグラム３０ｂにおける第一のピーク３１ｂが、露出適正ヒストグラム３０ｃにおける第一のピーク３１ｃ側に向けて推移し（矢印Ａｄ１参照）、露出オーバーヒストグラム３０ｂにおける第二のピーク３２ｂが、露出適正ヒストグラム３０ｃにおける第二のピーク３２ｃ側に向けて推移する（矢印Ａｄ２参照）ことで、露出の調整において用いられる前記両条件が満たされるように、露出のレベルが低くされる。このように露出のレベルが低くされることで、図８に示すように、画像の輝度レベルが低くなり適正となる（矢印Ａｄ３参照）。
【００８５】
以上のように、二次元画像１３の輝度ヒストグラムに基づいて露出の調整が行われることで、二次元画像１３について露出がアンダーの状態となったりオーバーの状態となったりすることが防止され、光切断線１２の撮像に際しての露出の適正化が図られる。
【００８６】
また、本実施形態の三次元形状計測においては、前述したような二次元画像１３における光切断線１２を形成する各点の抽出（ライン抽出）に際し、取得される画像データ等の輝度情報について、以下に説明するような処理（補正処理）が施される。本実施形態では、ライン抽出に際して取得される輝度情報に対する処理として、二次元画像１３にて設定される各走査ラインＳＬの画像データのうち、所定の条件に該当する画像データを除外する処理（以下「第一の補正」という。）と、各走査ラインＳＬの画像データを構成する画素データのうち、所定の条件に該当する画素データを除外する処理（以下「第二の補正」という。）とが行われる。
【００８７】
三次元形状計測装置１において取得される二次元画像１３には、ワーク１０の三次元形状の計測に必要となる情報の部分ほか、例えばワーク１０上に存在するボルト等の小部品等が写り込むことや外乱光等によって生じる不要な情報の部分（以下「外乱部分」という。）が含まれる場合がある。図９に、外乱部分を含む二次元画像１３の一例を示す。
【００８８】
図９に示される二次元画像１３おいて、破線で囲まれる部分６１、６２が、外乱部分である。図９の二次元画像１３において、左右方向（ｘ軸方向）中央位置よりも左側に位置する外乱部分（以下「第一の外乱部分」という。）６１においては、スリット画像２０を形成する線状の部分の一部が他の部分に対して細くなっている細線部２２ａが存在するとともに、この細線部２２ａの上下（ｙ軸方向両側）に位置し細線部２２ａと同様な線状の部分であって細線部２２ａに対して略平行な輝線部２２ｂ、２２ｃが存在する。また、同じく図９の二次元画像１３において、左右方向（ｘ軸方向）中央位置よりも右側に位置する外乱部分（以下「第二の外乱部分」という。）６２においては、スリット画像２０の部分から、上下方向（ｙ軸方向）下側に伸びる帯状の輝線部２２ｄが存在する。
【００８９】
このように、二次元画像１３において外乱部分が存在することは、ワーク１０の三次元形状の計測における計測誤差の原因となる。具体的には、二次元画像１３において第一の外乱部分６１にかかる（第一の外乱部分６１を通過する）こととなる走査位置の走査ラインＳＬ１（図９参照）に対応する輝度グラフは、図１０において破線で示される輝度グラフ７１のような態様となる。これに対し、外乱部分にかからない（外乱部分を通過しない）走査位置の走査ラインＳＬ３（図９参照）に対応する輝度グラフは、図１０において実線で示される輝度グラフ７３のような態様となる。
【００９０】
すなわち、第一の外乱部分６１にかかる走査ラインＳＬ１についての輝度グラフ７１は、細線部２２ａおよび輝線部２２ｃ、２２ｂの各部に対応する三つの比較的なだらかなピークを有するとともに、外乱部分にかからない走査ラインＳＬ３についての適正な輝度グラフ（以下「適正輝度グラフ」という。）７３との対比において、輝度レベルが低く不十分である。このように、第一の外乱部分６１は、前述したような露出の調整によって適正な露出のもと取得された二次元画像１３において、局部的に露出が適正でない（露出がアンダーな）部分となる。そして、このような外乱部分にかかる走査ラインの画像データが用いられると、ライン抽出において各走査ラインによる輝度グラフについて求められる中心位置に対応する画素（中心点）が不安定となり、計測誤差が生じやすくなる。
【００９１】
また、二次元画像１３において第二の外乱部分６２にかかることとなる走査位置の走査ラインＳＬ２（図９参照）に対応する輝度グラフは、図１１において二点鎖線で示される輝度グラフ７２のような態様となる。ここで、輝度グラフ７２について、左右方向（ｙ軸方向）において、帯状の輝線部２２ｄ（図９参照）の上端部分に対応する所定の位置（符号Ｙｄ参照）よりも左側の部分（図９に示す二次元画像１３における上下方向（ｙ軸方向）で上側の部分に対応）は、実線で示される適正輝度グラフ７３と重なる（略一致する）部分となる。
【００９２】
すなわち、第二の外乱部分６２にかかる走査ラインＳＬ２についての輝度グラフ７２は、適正輝度グラフ７３との対比において、輝度レベルは十分であるものの、帯状の輝線部２２ｄに対応する部分（符号Ｙｄより右側の部分参照）が存在することによって、その中心点がずれることとなる。具体的には、図１１に示すように、輝度グラフ７２において帯状の輝線部２２ｄに対応する高輝度部分が存在する分、輝度グラフ７２の中心位置Ｙｂは、適正輝度グラフ７３における中心位置Ｙａに対してずれた位置となる。このように、第二の外乱部分６２は、前述したような露出の調整によって適正な露出のもと取得された二次元画像１３において、全体的な露出は適正であるものの、スリット画像２０周りの背景部分２１に不要な部分（輝線部２２ｄ）を有する部分となる。そして、このような外乱部分に対応する部分の画素データが用いられると、ライン抽出において各走査ラインによる輝度グラフについて求められる中心位置に対応する画素（中心点）がずれることとなり、計測誤差が生じやすくなる。
【００９３】
そこで、これらのように二次元画像１３において外乱部分が存在することに対して、ライン抽出に際して、第一の補正および第二の補正が行われる。
【００９４】
まず、第一の補正について説明する。第一の補正では、二次元画像１３における光切断線１２を形成する各点の抽出（ライン抽出）に際し、二次元画像１３にて、ｙ軸方向を走査方向とし、ｘ軸方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについて、この画像データについてのｙ軸方向における輝度値の大きさの変化を表す輝度グラフにおいて輝度値の最大値が予め設定された規定値以下となる画像データが除外される。
【００９５】
具体的には、図１０に示すように、輝度グラフにおける輝度値の最大値（以下「最大輝度値」という。）に対して、予め設定される規定値として、最小輝度値Ｂｒ３が設定されるとする。かかる場合、二次元画像１３にて画素数等に応じて多数設定される走査ラインの画像データについて、輝度グラフにおける最大輝度値が最小輝度値Ｂｒ３以下となる場合、その画像データが、ライン抽出のための演算において除外される（無視される）。これにより、ライン抽出のための演算において、二次元画像１３にて設定される多数の走査ラインの画像データのうち、輝度グラフにおける最大輝度値が最小輝度値Ｂｒ３を上回る画像データのみが用いられることとなる。
【００９６】
したがって、図１０に示すように、例えば前述したように第一の外乱部分６１にかかる走査ラインＳＬ１（図９参照）についての輝度グラフ７１においては、その最大輝度値（ピーク輝度値）Ｂｐ３が、最小輝度値Ｂｒ３以下となる。このため、ライン抽出のための演算において、輝度グラフ７１をなす画像データは除外されることとなる。このように、第一の補正によれば、ライン抽出のための演算において、第一の外乱部分６１のように二次元画像１３において局部的に露出がアンダーな部分についての画像データが除外される。つまり、第一の補正は、前述したような露出の調整によって適正な露出のもと取得された二次元画像１３において、第一の外乱部分６１のような局部的に露出がアンダーな部分が存在する場合に有効となる。
【００９７】
第一の補正に用いられる最小輝度値Ｂｒ３は、適正輝度グラフ７３における最大輝度値等に基づき、予め実験等によって求められ、適宜の値として設定される。最小輝度値Ｂｒ３は、演算制御部５において格納部などに予め格納される。
【００９８】
このような第一の補正に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、画像データ補正部５５が備えられる。すなわち、画像データ補正部５５は、ライン抽出に際し、二次元画像１３にて設定される走査ラインの画像データについて、輝度グラフにおいて最大輝度値が予め設定された最小輝度値Ｂｒ３以下となる画像データを除外する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、画像データ補正部５５としての機能を果たす。
【００９９】
このように、第一の補正が行われることで、ライン抽出において、前述したような露出の調整によって補正できなかった、輝度が不十分な低輝度の走査ラインの画像データを切り捨てることができる。これにより、二次元画像１３の輝度情報について、不要な反射部分や計測しても信頼性の低い部分をカットすることができ、ワーク１０の三次元形状計測における計測誤差を低減することができる。
【０１００】
次に、第二の補正について説明する。第二の補正では、ライン抽出に際し、各走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が輝度グラフにおける最大輝度値に対する予め設定された規定割合以下となる画素データが除外される。
【０１０１】
具体的には、図１１に示すように、輝度グラフにおける最大輝度値に対して、予め設定される規定割合として、Ｂｒ４（％）が設定されるとする。かかる場合、各走査ラインの画像データを構成する多数の画素データのうち、輝度値が輝度グラフにおける最大輝度値に対する規定割合Ｂｒ４の輝度値以下となる場合、その画素データが、ライン抽出のための演算において除外される（無視される）。これにより、ライン抽出のための演算において、各走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が輝度グラフにおける最大輝度値に対する規定割合Ｂｒ４の輝度値を上回る画素データのみが用いられることとなる。
【０１０２】
したがって、図１１に示すように、例えば前述したように第二の外乱部分６２にかかる走査ラインＳＬ２（図９参照）についての輝度グラフ７２をなす画像データにおいては、かかる画像データを構成する画素データのうち、輝度値が輝度グラフ７２における最大輝度値（ピーク輝度値）Ｂｐ４に対する規定割合Ｂｒ４の輝度値（Ｂｐ４×Ｂｒ４（％））以下の画素データが除外される。このように、第二の補正によれば、ライン抽出のための演算において、第二の外乱部分６２にように二次元画像１３においてスリット画像２０周りの背景部分２１に不要な部分を有する部分についての画素データが除外される。つまり、第二の補正は、前述したような露出の調整によって適正な露出のもと取得された二次元画像１３において、第二の外乱部分６２のようなスリット画像２０周りの背景部分２１に不要な部分を有する部分が存在する場合に有効となる。
【０１０３】
第二の補正に用いられる規定割合Ｂｒ４は、適正輝度グラフ７３における最大輝度値等に基づき、予め実験等によって求められ、適宜の値として設定される。規定割合Ｂｒ４は、演算制御部５において格納部などに予め格納される。
【０１０４】
このような第二の補正に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、画素データ補正部５６が備えられる。すなわち、画素データ補正部５６は、ライン抽出に際し、各走査ラインの画像データを構成する画素データのうち、輝度値が輝度グラフにおける最大輝度値に対する規定割合Ｂｒ４の輝度値以下となる画素データを除外する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、画素データ補正部５６としての機能を果たす。
【０１０５】
このように、第二の補正が行われることで、ライン抽出において、輝度グラフにおけるピークとなる最大輝度値から所定の割合以下の輝度情報を切り捨てることができる。これにより、二次元画像１３の輝度情報について、不要な背景の明るさによる、輝度グラフから導かれる中心位置のオフセット誤差を解消することができ、ワーク１０の三次元形状計測における計測誤差を低減することができる。
【０１０６】
具体的には、第二の補正によれば、ライン抽出に際し、例えば、図１１に示すように、第二の外乱部分６２にかかる走査ラインＳＬ２についての輝度グラフ７２のうち、適正輝度グラフ７３と重なる部分のみが考慮されることとなる。このため、輝度グラフ７２の中心位置Ｙｂが、適正輝度グラフ７３の中心位置Ｙａに略一致することとなり（矢印Ａ２参照）、輝度グラフについて正確な中心位置（中心点）が求められる。
【０１０７】
以上のように、第一の補正および第二の補正が行われることで、ライン抽出に際し、二次元画像１３についての輝度情報のうち、有効性の高い輝度情報が用いられることとなるので、精度良く効率的にロバストなライン抽出を行うことができる。
【０１０８】
以上説明した本実施形態の三次元形状計測方法について、図１２に示すフロー図を用いて説明する。
【０１０９】
本実施形態の三次元形状計測においては、まず、画像入力が行われる（Ｓ１１０）。すなわち、レーザ投光部２によって照射されるスリット光１１によりワーク１０の表面に形成される光切断線１２がカメラ３によって撮像され、その画像データが演算制御部５に入力される。これにより、光切断線１２を含む二次元画像１３が取得される。
【０１１０】
次に、二次元画像１３の輝度ヒストグラムが作成される（Ｓ１２０）。すなわち、演算制御部５に入力された二次元画像１３の画像データに基づき、二次元画像１３を構成する画素の各輝度値における頻度を表すものである輝度ヒストグラムが作成される（図５参照）。
【０１１１】
続いて、二次元画像１３の輝度ヒストグラムにおけるピークが検出される（Ｓ１３０）。すなわち、例えば図５に示すように、輝度ヒストグラムにおいて、光切断線１２の部分に対応する画素による第一のピークＰｅ１、および背景部分に対応する画素による第二のピークＰｅ２が検出される。
【０１１２】
次に、ピーク間輝度値差が算出される（Ｓ１４０）。すなわち、図５に示すように、第一ピーク輝度値Ｂｐ１と第二ピーク輝度値Ｂｐ２との差（Ｂｐ１−Ｂｐ２）が算出される。
【０１１３】
そして、ピーク間輝度値差（Ｂｐ１−Ｂｐ２）が最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１以上、かつ、第一ピーク輝度値Ｂｐ１が最大ピーク輝度値Ｂｒ２以下であるか否かの判断が行われる（Ｓ１５０）。すなわち、取得された二次元画像１３の輝度ヒストグラムについて、ピーク間輝度値差（Ｂｐ１−Ｂｐ２）が、予め設定されている最小ピーク間輝度値差Ｂｒ１以上であること、および、高輝度側のピーク輝度値となる第一ピーク輝度値Ｂｐ１が、予め設定されている最大ピーク輝度値Ｂｒ２以下であることの両条件が満たされるか否かの判断が行われる。
【０１１４】
ここで、前記両条件が満たされないと判断された場合、露出の調整が行われる（Ｓ１６０）。すなわち、前記両条件が満たされない場合は、光切断線１２の撮像に際し、露出が適正でないということで、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）や絞りや撮像素子の感度（ゲイン）の調整、あるいはレーザ投光部２におけるレーザ光のレーザパワーの調整等により、露出の調整が行われる。
【０１１５】
一方、上記ステップＳ１５０において、前記両条件が満たされると判断された場合は、光切断線１２の撮像に際し、露出が適正であるということで、露出の調整が行われないか、あるいは露出の調整が終了する。すなわち、以上のステップＳ１１０〜Ｓ１６０が、本実施形態の三次元形状計測方法において、露出の調整が行われる工程となる。
【０１１６】
露出の調整が行われた後、つまり上記ステップＳ１５０において前記両条件が満たされると判断された場合、ライン抽出が開始される。ライン抽出においては、まず、二次元画像１３において、ｘ軸方向の指定の始点からｙ軸方向のスキャンが開始される（Ｓ１７０）。すなわち、二次元画像１３について、各走査ラインＳＬ（図３参照）の画像データが取得される。ここで、ｘ軸方向の指定の始点は、例えば、二次元画像１３におけるｘ軸方向の縁端の位置、あるいは二次元画像１３においてワーク１０の三次元形状の計測に必要な部分の端部の位置等として、適宜指定される。
【０１１７】
次に、走査ラインＳＬの画像データについて、その画像データによる輝度グラフにおける最大輝度値（ピーク輝度値）が最小輝度値Ｂｒ３以下の場合にその輝度情報が除外される処理が行われる（Ｓ１８０）。すなわち、ここでは、取得された走査ラインＳＬの画像データに対して、前述した第一の補正が行われる。
【０１１８】
続いて、走査ラインＳＬの画像データを構成する画素データについて、輝度値がその画像データによる輝度グラフにおける最大輝度値（ピーク輝度値）に対する規定割合Ｂｒ４の輝度値以下の場合にその輝度情報が除外される処理が行われる（Ｓ１９０）。すなわち、ここでは、取得された走査ラインＳＬの画像データについて、前述した第二の補正が行われる。
【０１１９】
次に、ｙ軸方向の中心点が抽出される（Ｓ２００）。すなわち、第一の補正および第二の補正を経た走査ラインＳＬの画像データを構成する輝度情報に基づく輝度グラフから、ｙ軸方向についての中心位置に対応する画素が求められる。
【０１２０】
そして、以上のような各走査ラインＳＬの画像データについて行われる第一の補正、第二の補正、および中心点の抽出（Ｓ１８０〜Ｓ２００）が、走査ラインＳＬの走査位置がｘ軸方向の指定の終点に達するまで行われる（Ｓ２１０）。すなわち、本ステップＳ２１０において、走査ラインＳＬの走査位置がｘ軸方向の指定の終点に達したか否かの判断が行われ、指定の終点に達していないと判断された場合は、ｘ軸方向における次の走査ラインＳＬの画像データについて、上記ステップＳ１８０〜Ｓ２００が行われる。一方、指定の終点に達したと判断された場合は、ライン抽出が終了する。なお、ｘ軸方向の指定の終点は、前述した指定の始点と同様にして適宜指定される。以上のステップＳ１７０〜Ｓ２２０が、本実施形態の三次元形状計測方法において、ライン抽出が行われる工程となる。
【０１２１】
以上のような一連の処理が、ワーク１０の各断面形状の計測ごとに行われる。つまり、図１２に示すようなフロー図に従って行われる露出の調整およびライン抽出が、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置において取得される二次元画像１３それぞれについて行われる。
【０１２２】
以下、本実施形態に係る三次元形状計測の適用例について、図１３を用いて説明する。本適用例は、本実施形態に係る三次元形状計測装置が、ロボット（ロボットハンド）を備える三次元形状測定システムに適用された場合の例である。
【０１２３】
すなわち、図１３に示すように、本適用例に係る三次元形状測定システム（以下「本システム」という。）においては、ロボット９１に、レーザ投光部２およびカメラ３がケース６に収容されることによって構成される光切断センサユニット７が把持される。ロボット９１に把持される光切断センサユニット７は、本システムが備える統合制御部９２によって制御される。つまり、統合制御部９２は、前述した三次元形状計測装置１が備える制御装置４に対応する構成を有する。
【０１２４】
ロボット９１は、ベース部９１ａと、このベース部９１ａ上に設けられるロボットハンド部９１ｂとを有し、様々な位置および角度に姿勢制御され得るフレキシブルなロボットハンドとして構成される。したがって、本システムにおいては、ロボット９１に把持される光切断センサユニット７によって、所定のワーク８０に対して、様々な位置および角度からスリット光１１の照射および光切断線１２の撮像が行われ、ワーク８０の三次元形状について様々な部位の計測検査が行われる。ロボット９１の姿勢は、本システムが備えるロボット制御部９７により制御される。
【０１２５】
また、本システムにおいては、外部照明９８が備えられる。外部照明９８は、ワーク８０における計測位置を含むその周辺領域を照明する。外部照明９８は、例えば、光切断線１２の撮像に際して露出のレベルが低く不十分な場合において、明るさの補助のために用いられる。したがって、外部照明９８は、例えば光切断線１２の撮像条件としての周囲環境の明るさが十分でない場合や、ロボット９１がワーク８０の上に覆い被さっていることでワーク８０の表面の明るさが十分でない場合や、ワーク８０の色が黒い傾向にあり表面の反射率が低い場合等において、ワーク８０を照明することにより、レーザ投光部２およびカメラ３における各部の制御による露出の調整を補助する。
【０１２６】
外部照明９８は、その照度が調整可能な機能を有するものであれば特に限定されるものではない。外部照明９８に用いられる光源としては、例えば、発光ダイオード、白熱電球（蛍光灯）等が挙げられる。外部照明９８の照度は、本システムが備える外部照明制御部９９により制御される。
【０１２７】
統合制御部９２は、光切断線１２の撮像に際して露出の調整を行うための露出制御部９３を有する。露出制御部９３は、本システムにおける露出の調整に係る各部を制御する各制御部に対して制御信号を送る。統合制御部９２は、露出制御部９３からの制御信号を受けて露出の調整に係る各部を制御する各制御部として、レーザ制御部９４と、カメラ制御部９５と、受光光学系制御部９６とを有する。
【０１２８】
レーザ制御部９４は、レーザ投光部２に対して接続され、レーザ投光部２によるスリット光１１についてのレーザパワー（レーザ輝度）を制御する。カメラ制御部９５は、カメラ３に対して接続され、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）および撮像素子の感度（ゲイン）を制御する。受光光学系制御部９６は、カメラ３に対して接続され、カメラ３におけるレンズの絞りの制御やピントの調整を行う。すなわち、本システムにおいては、露出制御部９３により、レーザ制御部９４、カメラ制御部９５、および受光光学系制御部９６を介して、光切断センサユニット７におけるレーザパワーやシャッタースピードや絞り等が制御されることによって、露出の調整が行われる。
【０１２９】
また、露出制御部９３に対しては、ロボット制御部９７からのロボット９１の姿勢についての制御情報が入力される。同様に、露出制御部９３に対しては、外部照明制御部９９からの外部照明９８の照度についての制御情報が入力される。すなわち、露出制御部９３は、ロボット９１の姿勢や外部照明９８の照度に応じて、リアルタイムに光切断センサユニット７における各部の制御、つまり露出の調整を行う。
【０１３０】
以上のような構成を備える本システムにおいては、ロボット９１の姿勢が変化させられながら、ロボット９１に把持された光切断センサユニット７によってワーク８０の三次元形状の計測が行われる過程において、光切断線１２の撮像条件としての照明条件やワーク８０の表面の反射率が刻一刻と変化する。すなわち、光切断線１２の撮像条件としての照明条件は、季節や時間帯や場所、あるいはロボット６１のワーク８０に対する姿勢等により変化する。また、ワーク８０の表面の反射率は、ワーク８０の種類や性状等によって変化する。そこで、このような照明条件等の変化に対応するため、本システムにおいては、光切断に適した露出の自動制御がリアルタイムに行われる。
【０１３１】
すなわち、本システムによるワーク８０の三次元形状の計測において、前述したような二次元画像１３の輝度ヒストグラムに基づく露出の調整が行われる。そして、露出の調整においては、外部照明９８が補助的に用いられる。ここで、外部照明９８による照明については、例えば、ロボット９１のワーク８０に対する姿勢によって照明条件が変化することに基づき、ロボット９１の姿勢と外部照明９８の照度との同期制御を行うこともできる。このように、露出の調整において、光切断センサユニット７における各部の調整に加え、外部照明９８の調整が行われることで、露出の調整の幅が広がり、逐次変化する照明条件やワーク８０の表面の反射率に対して高い汎用性が得られる。また、このような露出の調整のもと取得された輝度情報に基づいて行われるライン抽出に際しては、前述したような輝度情報に対する第一の補正および第二の補正が行われる。
【０１３２】
また、本システムにおいて、ワーク８０についての三次元座標の計測データ（以下「座標データ」という。）の取得は、次のようにして行われる。すなわち、光切断センサユニット７によって計測されたワーク８０についての座標データは、初期状態では光切断センサユニット７における座標系で計測される。次に、光切断センサユニット７における座標系で計測された座標データは、ロボット９１におけるロボットハンド部９１ｂの座標系に変換される。次に、ロボットハンド部９１ｂの座標系は、ロボット９１の姿勢についての制御情報に基づき、ロボット９１におけるベース部９１ａの座標系に変換される。そして、最後に、ロボット９１におけるベース部９１ａの座標系が、予め設定されているワーク８０についての固定座標に変換される。このような座標データの取得が、リアルタイムに行われることで、統合制御部９２において、光切断センサユニット７によって計測されたワーク８０の三次元形状が、三次元空間上に統合される。
【０１３３】
以上のように、本実施形態に係る三次元形状計測が適用される本システムによれば、季節や時間帯や場所等によって変化する照明条件や、ワークの種類等によって変化するワークの表面の反射率に対応したリアルタイムな露出の自動調整を行うことができる。これにより、ワークの三次元形状計測において、ライン抽出の効率の向上が図れるとともに、撮像素子のラティチュード（反応帯域）を最大限に生かすことができ、精度の良いデータの取得を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を示す図。
【図２】カメラの撮像面とスリット面モデルとの対応関係を示す図。
【図３】二次元画像の一例を示す図。
【図４】スリット画像の中心線についての説明図。
【図５】二次元画像の輝度ヒストグラムの一例を示す図。
【図６】露出のレベルによって異なる二次元画像の種類を例示する図。
【図７】図６に示す各画像の輝度ヒストグラムを示す図。
【図８】図６に示す各画像についてのある走査位置における輝度グラフを示す図。
【図９】外乱部分を含む二次元画像の一例を示す図。
【図１０】第一の補正を説明するための輝度グラフを示す図。
【図１１】第二の補正を説明するための輝度グラフを示す図。
【図１２】本発明の一実施形態に係る三次元形状計測方法についてのフロー図。
【図１３】本実施形態に係る三次元形状計測の適用例としてのシステム構成を示す図。
【符号の説明】
【０１３５】
１    三次元形状計測装置
２    レーザ投光部（照射手段）
３    カメラ（撮像手段）
５    演算制御部（演算手段）
１０  ワーク（測定対象物）
１１  スリット光
１２  光切断線
１３  二次元画像
２０  スリット画像
５１  ヒストグラム作成部
５２  ピーク検出部
５３  輝度値差算出部
５４  露出調整部
５５  画像データ補正部
５６  画素データ補正部
【図１】
2009250844.tif 000003
【図２】
2009250844.tif 000004
【図３】
2009250844.tif 000005
【図４】
2009250844.tif 000006
【図５】
2009250844.tif 000007
【図７】
2009250844.tif 000008
【図８】
2009250844.tif 000009
【図１０】
2009250844.tif 000010
【図１１】
2009250844.tif 000011
【図１２】
2009250844.tif 000012
【図１３】
2009250844.tif 000013
【図６】
2009250844.tif 000014
【図９】
2009250844.tif 000015