JP5114301B2

JP5114301B2 - 画像計測装置、画像計測方法及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP5114301B2
Application number: JP2008152317A
Authority: JP
Inventors: 貴司中務
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP2009300125A

Description

本発明は、撮像された画像データに基づいて、計測対象物のラウンド形状部分の円弧形状を正確に計測する画像計測装置、画像計測方法及びコンピュータプログラムに関する。

従来から、計測対象物の形状を計測する装置として、計測対象物に光を照射し、照射した光の透過光又は反射光を受光レンズにより、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary
Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子に結像させて画像を取得し、取得した画像をコンピュータ処理することにより計測対象物の形状を計測する画像計測装置がある。

計測対象物の画像は、受光レンズによって計測対象物に対して極めて正確な相似形とすることができる。画像上の寸法を受光レンズの倍率でキャリブレーションすることにより、画像上の寸法を実際の計測対象物の寸法と正確に関連付けることができる。したがって、画像上の計測対象物の形状を正確に特定することにより、正確な実物の計測対象物の形状を計測することができる。画像上の計測対象物の特定は、計測対象物と背景画像との境界部分（以下、エッジ部分）を検出することにより行われる。図２１は、従来の画像上で指定されるエッジ検出領域の例示図である。図２２は、従来のエッジ点に基づいて最小二乗法によって特定する形状の例示図である。図２３は、従来のエッジ点を幾何学図形にフィッティングして得られる円を説明するための説明図である。

画像上でエッジを検出する場合、図２１に示すようにエッジ部分周辺をマウスカーソルでクリック又はドラッグで囲む等してエッジ検出領域を指定する。エッジ部分は、計測対象物の画素と背景画像の画素との輝度値変化が激しい箇所であり、コンピュータは、指定された領域の画像データの中で例えば隣接する画素間の輝度差が所定の値より大きい箇所（画素間）を、図２１に示すように複数のエッジ点として取得する。取得した複数のエッジ点は、例えば最小二乗法のような回帰分析法により、図２２に示すように直線の幾何学図形にフィッティングし、算出された直線をエッジとして検出する。直線が点であっても同様に検出することができる。円形状についても直線と同様、図２３に示すように隣接する画素間の輝度値変化が激しい箇所を複数の点として取得し、最小二乗法等によって算出することができる。

検出した直線、円等のエッジについて、各エッジ間の距離又は角度、各エッジが有するパラメータ（例えば、円のエッジは中心点座標及び直径）等により、計測対象物の形状を特定することができる。したがって、計測対象物の形状を正確に特定するためには、エッジを確実かつ正確に検出することが必要とされる。例えば特許文献１では、形状がなだらかに変化しないで鋭角に折れ曲がっているような形状の計測対象物についてエッジを検出する場合、自動スキャニング計測モードで次の計測目標点を適切に設定して確実に指標内にエッジ点が位置するようにし、確実にエッジ点を取得できるようにしている。
特開平１０−２３２１１７号公報

しかし、上述のように実物の計測対象物の形状を正確に計測するためには、エッジ点を最小二乗法等によって幾何学図形にフィッティングして得られる形状と、画像上の計測対象物の形状との誤差が小さくなるように、エッジ部分を検出することが必要である。特許文献１では鋭角に折れ曲がっているような形状でもエッジ点を確実に取得することはできるが、取得したエッジ点を最小二乗法等によってフィッティングして得られる形状と、画像上の計測対象物の形状との誤差については考慮されていない。

鋭角に折れ曲がっているような形状は、操作者がエッジ部分周辺を指定する場合には確実に検出することが可能である。また、直線、点、円等は、単純な幾何学図形であり、上述のように取得したエッジ点から最小二乗法等によって得られる形状と、画像上の計測対象物の形状との誤差は小さい。

しかしながら、円ではなく円弧については、エッジ点を最小二乗法等によってフィッティングして得られる形状と、画像上の計測対象物の形状との誤差が大きくなり易い。図２４は、従来のエッジ検出領域の円弧の指定角度の大小による近似円の違いを説明するための説明図である。図２４（ａ）に示すようにエッジ検出領域の中心角を大きくした場合、誤差を小さくすることができるが、図２４（ｂ）に示すようにエッジ検出領域の中心角を小さくした場合、最小二乗法等によって得られる形状の近似円が大きくなり、画像上の計測対象物の形状から外れて誤差が大きくなる。したがって、誤差を小さくするためには、できる限り中心角を大きく取ることが好ましい。

図２５は、従来のエッジ検出領域の指定円弧範囲が計測対象物の円弧範囲を超える場合の近似円を示す説明図である。図２６は、従来の画像上に微小サイズで表示される円弧の例示図である。円弧は、計測対象物のラウンド形状部分に設けられることが多く、ラウンド形状部分の円弧は近傍の直線部分と連続的に滑らかに接続した形で存在するため、図２５に示すように中心角を大きく取ろうとすると連続している直線部分までエッジ点の取得部分としてしまい、直線部分で取得したエッジ点がエッジ検出の誤差の要因となる。また図２６に示すように、画像上で計測対象物のラウンド形状部分の円弧のサイズは、半径（ｒ）が１ｍｍ以下の微小なサイズであることが多く、正確に円弧のみを円弧のエッジ検出領域として指定することは非常に困難な場合が多い。さらに操作者によって円弧のエッジ検出領域の広狭の差が大きく、操作者間でのエッジ検出結果のバラツキが大きくなるという問題もある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、計測対象物のラウンド形状部分の円弧形状を容易にかつ精度良く計測することができる画像計測装置、画像計測方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る画像計測装置は、計測対象物に照射した光の透過光又は反射光を撮像素子に結像させて得られる画像に基づいて、計測対象物の形状を計測する画像計測装置において、前記撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示する表示手段と、前記ディスプレイに表示された画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付ける指定受付手段と、指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得する座標値取得手段と、取得したエッジ点の座標値に基づいてラウンド形状部分の円弧を特定する円弧特定手段と、該円弧特定手段にて特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算する形状倍率換算手段とを備え、前記円弧特定手段は、前記ラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定する直線部分特定手段と、特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定する中線特定手段と、特定した中線が前記円弧と交わる点を交点として特定する交点特定手段と、前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段と、前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段とを含み、前記中心点、前記基点及び前記交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて前記円弧を特定するようにしてあることを特徴とする。

また、第２発明に係る画像計測装置は、第１発明において、前記交点近傍を含むエッジ検出領域を指定する領域指定手段を備え、前記座標値取得手段は、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得するようにしてあることを特徴とする。

また、第３発明に係る画像計測装置は、第２発明において、前記円弧特定手段は、前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段と、前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段とを含み、前記領域指定手段は、前記基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定するようにしてあり、前記座標値取得手段は、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点及び前記基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得するようにしてあることを特徴とする。

次に、上記目的を達成するために第４発明に係る画像計測方法は、計測対象物に照射した光の透過光又は反射光を撮像素子に結像させて得られる画像に基づいて、計測対象物の形状を計測する画像計測装置で実行することが可能な画像計測方法において、前記撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示し、前記ディスプレイに表示された画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付け、指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得し、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定し、特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定し、特定した中線が前記円弧と交わる点を交点として特定し、前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定し、前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定し、前記中心点、前記基点及び前記交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて前記円弧を特定し、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することを特徴とする。

また、第５発明に係る画像計測方法は、第４発明において、前記交点近傍を含むエッジ検出領域を指定し、指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得することを特徴とする。

また、第６発明に係る画像計測方法は、第５発明において、前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定し、前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定し、前記基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定し、指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点及び前記基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得することを特徴とする。

次に、上記目的を達成するために第７発明に係るコンピュータプログラムは、計測対象物に照射した光の透過光又は反射光を撮像素子に結像させて得られる画像に基づいて、計測対象物の形状を計測する画像計測装置で実行することが可能なコンピュータプログラムにおいて、前記画像計測装置を、前記撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示する表示手段、前記ディスプレイに表示された画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付ける指定受付手段、指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得する座標値取得手段、取得したエッジ点の座標値に基づいてラウンド形状部分の円弧を特定する円弧特定手段、及び該円弧特定手段にて特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算する形状倍率換算手段として機能させ、前記円弧特定手段を、前記ラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定する直線部分特定手段、特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定する中線特定手段、特定した中線が前記円弧と交わる点を交点として特定する交点特定手段、前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段、前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段、及び前記中心点、前記基点及び前記交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて前記円弧を特定する手段として機能させることを特徴とする。

また、第８発明に係るコンピュータプログラムは、第７発明において、前記画像計測装置を、前記交点近傍を含むエッジ検出領域を指定する領域指定手段として機能させ、前記座標値取得手段を、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する手段として機能させることを特徴とする。

また、第９発明に係るコンピュータプログラムは、第８発明において、前記円弧特定手段を、前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段、及び前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段として機能させ、前記領域指定手段を、前記基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定する手段として機能させ、前記座標値取得手段を、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点及び前記基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する手段として機能させることを特徴とする。

第１発明、第４発明及び第７発明では、撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示し、画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付け、エッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得し、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定することにより、円弧を挟む直線部分の領域を容易に指定することができるので、エッジ点から最小二乗法等によって画像上の形状とほとんど誤差なく円弧を挟む直線部分を特定することができる。また、特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定し、中線が円弧と交わる点を交点として特定することにより、正確に特定した直線部分から円弧の中心が位置する中線と、中線が円弧と交わって円弧上の中心である交点も正確に特定することができる。そして、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、正確に特定された画像上の円弧から実物の計測対象物の円弧を精度良く計測することが可能となる。したがって、的確に指定することが困難な円弧の領域を指定しなくても、容易に指定することができる直線部分の領域を指定することにより、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を精度良く計測することが可能となる。

また、中線上の点であって、該点と２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離（Ｌ１）と、交点と点との距離（Ｌ２）とが等しい点を、円弧の中心点として特定し、中心点を通る直線が２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定し、中心点、基点及び交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて円弧を特定する。したがって、Ｌ１とＬ２とが等しくなる場合、Ｌ１及びＬ２は円弧の半径となり、基点は円弧の端となるので、半径及び基点とともに、中心点、基点及び交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて画像上の円弧を精度良く特定することができる。

第２発明、第５発明及び第８発明では、交点近傍を含むエッジ検出領域を指定し、指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得することにより、円弧上の中央にある交点をエッジ点の１つとして処理することができ、円弧のエッジ検出領域の角度が小さくても交点を中心に適切な円弧のエッジ点を取得することができる。したがって、円弧と連続する直線部分まで円弧のエッジ点として取得してしまうことによって特定される円弧の形状と画像上の形状とで大きく誤差が生じることを回避し、適切に取得したエッジ点に基づいて精度良く円弧を特定することができる。

第３発明、第６発明及び第９発明では、中線上の点であって、該点と２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離（Ｌ１）と、交点と点との距離（Ｌ２）とが等しい点を、円弧の中心点として特定し、中心点を通る直線が２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定し、基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定し、指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す交点及び基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する。したがって、円弧上の中央にある交点と円弧の両端にある基点とをエッジ点として処理することができるとともに、円弧の両端まで正確にエッジ検出領域として指定することができるので、交点及び基点に従って適切な円弧のエッジ点を取得することができるとともに、最大限のエッジ検出領域内のエッジ点に基づいてより精度良く円弧を特定することができる。

上記構成によれば、的確に指定することが困難な円弧の領域を指定しなくても、容易に指定することができる直線部分の領域を指定することにより、計測対象物のラウンド形状部分の円弧形状を容易かつ高い精度で計測することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る画像計測装置について、図面に基づいて具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像計測装置の構成を示す模式図である。図１に示すように本実施の形態１に係る画像計測装置１は、計測部２と制御ユニット３とで構成されており、計測部２にて撮像された画像データを制御ユニット３にて演算処理して、所望の形状の寸法等を計測する。

計測部２は、計測対象物２０を計測部分へ移動させるステージ２１を挟んで２組の照明装置が設置されている。まずステージ２１上の計測対象物２０を上方から照らすリング状の落射照明装置２２が受光レンズユニット２３に設置されている。落射照明装置２２で照射された光は、計測対象物２０の表面で反射して、受光レンズユニット２３へ戻ってくる。これにより、計測対象物２０の表面の凹凸、パターン等を撮像することができる。

また、ステージ２１の下方には、計測対象物２０を下方から照らす透過照明装置２４が設置されている。透過照明装置２４は、少なくとも光源２４１、反射機構２４２及びレンズ２４３で構成されており、光源２４１から照射された光を反射機構２４２にてステージ２１側へ反射させ、レンズ２４３にてステージ２１に対して略直交する方向の平行光へと変換する。これにより、計測対象物２０が存在しない位置の光のみ透過して撮像することができる。

受光レンズユニット２３は、少なくとも受光レンズ２３１、ハーフミラー２３２、高倍側結像レンズ部２３３、低倍側結像レンズ部２３６を備えている。ハーフミラー２３２は、落射照明装置２２から発光した光が計測対象物２０で反射した光を高倍側結像レンズ部２３３へ、透過照明装置２４から発光した光を計測対象物２０を透過させて低倍側結像レンズ部２３６へ誘導する。なお、高倍側結像レンズ部２３３は、結像するためのスリット２３４及び結像レンズ２３５で構成され、低倍側結像レンズ部２３６は、結像するためのスリット２３７及び結像レンズ２３８で構成されている。

撮像装置２５は、高倍側結像レンズ部２３３へ誘導された光をＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子２５１で結像させ、画像データとして制御ユニット３へ送信する。同様に撮像装置２６は、低倍側結像レンズ部２３６へ誘導された光をＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子２６１で結像させ、画像データとして制御ユニット３へ送信する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る画像計測装置１の制御ユニット３の構成を示すブロック図である。図２に示すように本実施の形態１に係る画像計測装置１の制御ユニット３は、少なくともＣＰＵ（中央演算装置）３３、メモリ等の記憶装置３４、通信手段３５及び上述したハードウェアを接続する内部バス３６で構成されている。内部バス３６を介して、入力装置であるマウス３２、キーボード３１、出力装置である表示装置２７にも接続されている。

ＣＰＵ３３は、内部バス３６を介して制御ユニット３の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部の動作を制御するとともに、記憶装置３４に記憶されているコンピュータプログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。記憶装置３４は、例えばＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等の揮発性メモリで構成され、コンピュータプログラムの実行時にロードモジュールが展開され、コンピュータプログラムの実行時に発生する一時的なデータ等を記憶する。

通信手段３５は内部バス３６に接続されており、通信線を介して撮像装置２５、２６に接続され、撮像装置２５、２６で撮像された画像データを受信する。また、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ等の外部のネットワークに接続されることにより、外部のコンピュータ等ともデータ送受信を行うことが可能となる。なお、記憶装置３４に記憶されているコンピュータプログラムは、通信手段３５を介して外部コンピュータからダウンロードされる。

制御ユニット３のＣＰＵ３３は、落射照明装置２２を用いて撮像装置２５で撮像した落射画像の画像データである落射画像データ、及び透過照明装置２４を用いて撮像装置２６で撮像した透過画像の画像データである透過画像データを記憶する記憶手段３３１、落射画像データ又は透過画像データを表示装置２７に表示する表示手段３３２、表示された落射画像又は透過画像上で計測対象物２０の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付ける指定受付手段３３３、指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得する座標値取得手段３３４、エッジ点の座標値に基づいてラウンド形状部分の円弧を特定する円弧特定手段３３５、及び特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算する形状倍率換算手段３３６を備え、これらの処理動作を制御する。

また円弧特定手段３３５は、ラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて、２本の直線部分を特定する直線部分特定手段５１、特定した２本の直線部分の延長線が交差して円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定する中線特定手段５２、中線が円弧と交わる点を交点として特定する交点特定手段５３、円弧の中心点を特定する中心点特定手段５４、及び円弧の基点を特定する基点特定手段５５を含む。

記憶手段３３１は、落射画像データ及び透過画像データを互いに位置合わせをした状態で記憶装置３４に記憶する。ここで位置合わせとは、表示画面における座標位置を落射画像と透過画像との間で一致させることを意味する。位置合わせをした２種の画像データを記憶しておくことにより、指定を受け付けたエッジ検出領域に応じて、適切な画像データを選択することができる。計測対象物２０の外形のラウンド形状部分の円弧形状を計測する場合、外形を示す輪郭線の部分の寸法等を計測するために最適な透過画像データを利用することができる。また、計測対象物２０の表面の凹凸として形成されたラウンド形状部分の円弧形状についても、透過画像データと同様に落射画像データを処理することにより、正確に計測することができる。

表示手段３３２は、通信手段３５にて受信した透過画像データ又は落射画像データを、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置２７で透過画像又は落射画像として表示させる。図３は、表示装置２７に表示される透過画像の例示図である。図３に示すように、表示装置２７の画面には、計測対象物２０の透過画像２７１とともに、透過画像上でエッジ検出領域を指定するための操作用コンソール２７２が表示される。

図４は、画像上で指定されるエッジ検出領域の例示図である。図４に示すように、操作者は、計測対象物２０の所定部分の形状、例えば計測対象物２０の外形の一辺ａを計測しようとする場合、一辺ａを含む領域ｂをエッジ検出領域としてマウスでドラッグする等して指定する。指定されたエッジ検出領域は指定受付手段３３３で受け付ける。計測しようとする一辺ａは、計測対象物２０と背景との境界部分（エッジ部分）である。画像データ中、背景の画素の輝度値は著しく高く、計測対象物２０の画素の輝度値は低いので、エッジ検出領域中の画素の輝度値から、例えば隣接する画素間の輝度差が所定の値より大きい箇所（画素間）をエッジとして認識することができる。

座標値取得手段３３４は、指定を受け付けたエッジ領域中の隣接する画素間の輝度差が所定の値より大きい画素間上で、図４に示すように所定間隔の位置をエッジ点ｃとし、エッジ点ｃの座標値を取得する。具体的には、座標値取得手段３３４は、図４に示すように領域ｂの長手方向の所定間隔の位置で直角方向ｄにエッジ点を探索、すなわち隣接する画素間での輝度差を計算して輝度差が所定の値より大きい画素間をエッジ点ｃとし、複数のエッジ点の座標値を取得する。

図５は、エッジ点に基づいて最小二乗法によって特定する形状の例示図である。図５に示すように、座標値取得手段３３４で取得されたエッジ点ｃは完全な直線上にはないので、直線部分特定手段５１は、例えば最小二乗法等の回帰分析によってエッジ点ｃを幾何学図形（図５の例では直線）にフィッティングすることにより、幾何学図形の直線部分を特定する。特定した直線部分は、計測しようとしていた図４の一辺ａ部分であり、座標値、距離等のパラメータを有する。円弧特定手段３３５では、直線の他、円等のエッジを算出し、各エッジ間の距離又は角度、各エッジが有するパラメータ（例えば円のエッジは中心座標及び直径）等により、計測対象物２０を計測する。したがって、直線、円等の「形状を特定する」という場合、各形状が有する座標値、距離等のパラメータを特定することを意味する。

図６は、計測対象物２０のラウンド形状部分の円弧を計測する場合に指定受付手段３３３が受け付けるエッジ検出領域の例示図である。図６に示すように、計測しようとする計測対象物２０の所定のエッジ部分がラウンド形状部分の円弧ｅである場合、上述のように連続する直線状部分を含むことなく円弧ｅのみをエッジ検出領域として指定することが非常に困難であるため、操作者は、ラウンド形状部分の円弧ｅを挟んで円弧ｅと連続する２本の直線状部分をエッジ検出領域ｆとして指定する。なお、２本の直線状部分のエッジ検出領域ｆは、円弧ｅから充分離れた完全な直線状部分を指定する。指定されたエッジ検出領域ｆは、上述のように指定受付手段３３３で指定が受け付けられ、座標値取得手段３３４でエッジ点の座標値が取得され、直線部分特定手段５１でエッジ点に基づいて最小二乗法等によって算出されることによって２本の直線部分が特定される。２本の直線状部分は、容易にエッジ検出領域を指定することができるので、画像上の形状とほとんど誤差なく算出することができる。

図７は、円弧特定手段３３５にて特定する各種点及び線を説明するための説明図である。図７に示すように、中線特定手段５２は、特定した２本の直線部分ｘの延長線ｇが交差して円弧ｅを挟んで形成する角ｈを二等分する直線である中線ｉを特定する。交点特定手段５３は、中線ｉが円弧ｅと交わる点を交点ｊとして特定する。交点ｊは画像から検出する。具体的には、交点ｊの近傍をエッジ検出領域として指定し、該エッジ検出領域から取得される複数のエッジ点のうち中線ｉ上のエッジ点を交点ｊとして検出する。

中心点特定手段５４は、中線ｉ上の点と２本の直線部分ｘ又は延長線ｇとの距離Ｌ１と、交点ｊと中線ｉ上の点との距離Ｌ２とが等しい点を、円弧ｅの中心点ｋとして特定する。基点特定手段５５は、中心点ｋを通る直線ｍが２本の直線部分ｘ又は延長線ｇと直交する点を基点ｎとして特定する。距離Ｌ１とＬ２とが等しくなる場合、距離Ｌ１及びＬ２は円弧の半径となる。したがって、中心点ｋ、基点ｎ及び交点ｊのうちの少なくとも２つの点を特定し、特定した点に基づいて円弧ｅを特定することができる。

なお上述のように、中心点ｋは、計算で求まる点であるが、交点ｊ及び基点ｎは、画像から検出される点である。また基点ｎは、距離Ｌ１とＬ２とが等しくなる場合、幾何学的に直線ｍが２本の直線部分ｘ又は延長線ｇと直交する点を基点ｎとして検出したが、交点ｊと同様、基点ｎの近傍をエッジ検出領域として指定して取得される複数のエッジ点のうち直線ｍ上のエッジ点を基点ｎとして検出するようにしても良い。

図８は、中心点ｋ、基点ｎ及び交点ｊのうちの少なくとも２つの点に基づいて円弧ｅを特定する４つのパターンを示す例示図である。図８（ａ）は交点ｊ及び中心点ｋに基づくパターンＡ、図８（ｂ）は中心点ｋ及び１つの基点ｎに基づくパターンＢ、図８（ｃ）は交点ｊ及び２つの基点ｎに基づくパターンＣ、図８（ｄ）は交点ｊ、中心点ｋ及び２つの基点ｎに基づくパターンＤである。

交点ｊ及び中心点ｋに基づくパターンＡでは、図８（ａ）に示すように、交点ｊと中心点ｋとが定まれば、交点ｊと中心点ｋとの距離Ｌ２は円弧の半径となり、中心点ｋを中心とする半径Ｌ２の円を特定し、特定した円が２本の直線部分ｘと接する点を円弧の両端として円弧を特定することができる。なお、円が２本の直線部分ｘと接する点は、円及び２本の直線部分ｘが有する座標値等のパラメータから、座標値として算出される。

中心点ｋ及び１つの基点ｎに基づくパターンＢでは、図８（ｂ）に示すように、中心点ｋと１つの基点ｎとが定まれば、中心点ｋと１つの基点ｎとの距離Ｌ１は円弧の半径となり、パターンＡと同様、中心点ｋを中心とする半径Ｌ１の円を特定し、特定した円が２本の直線部分ｘと接する点を円弧の両端として円弧を特定することができる。

交点ｊ及び２つの基点ｎに基づくパターンＣでは、図８（ｃ）に示すように、交点ｊ及び２つの基点ｎから等しい距離Ｌ３に位置する点が円弧の中心点となるので、該中心点を特定し、特定した中心点を中心とする半径Ｌ３の円を特定する。そして、特定した円から２つの基点ｎを両端とする円弧を特定することができる。

交点ｊ、中心点ｋ及び２つの基点ｎに基づくパターンＤでは、図８（ｄ）に示すように、中心点ｋを中心とする円を特定する際に円が２つの基点ｎを通るように円を特定し、パターンＣと同様にして円弧を特定することができる。

次に、上述した構成の画像計測装置１の動作について、フロ−チャートに基づいて詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態１に係る画像計測装置１の制御ユニット３のＣＰＵ３３によるパターンＤの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。

図９に示すように制御ユニット３のＣＰＵ３３は、記憶装置３４に記憶されている透過画像データ又は落射画像データに基づいて画像を表示装置２７に表示する（ステップＳ９０１）。

ＣＰＵ３３は、表示された画像上で計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付ける（ステップＳ９０２）。具体的には、操作者が、図６に示すように２本の直線状部分について別個にマウスをドラッグ等して各エッジ検出領域が指定される。

ＣＰＵ３３は、指定を受け付けた各エッジ検出領域内の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得する（ステップＳ９０３）。具体的には、指定を受け付けたエッジ領域中の隣接する画素間の輝度差が所定の値より大きい画素間上で、図６に示すように所定間隔の位置を複数のエッジ点として各座標値を取得する。

ＣＰＵ３３は、取得した複数のエッジ点の各座標値に基づいて２本の直線部分を特定する（ステップＳ９０４）。具体的には、最小二乗法等によって複数のエッジ点を直線にフィッティングすることにより、各々座標値、距離等のパラメータを有する２本の直線部分を特定する。

ＣＰＵ３３は、図７に示すように、特定した２本の直線部分の延長線が交差して円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定し（ステップＳ９０５）、ＣＰＵ３３は、特定した中線が円弧と交わる点を交点として特定する（ステップＳ９０６）。中線は直線のパラメータに基づいて算出され、交点は画像から検出されることになる。

ＣＰＵ３３は、中線上の点であって、該点と２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離（Ｌ１）と、交点と点との距離（Ｌ２）とが等しい点を、円弧の中心点として特定し（ステップＳ９０７）、中心点を通る直線が２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する（ステップＳ９０８）。Ｌ１がＬ２と等しくなる距離（Ｌ１＝Ｌ２）は、円弧の半径として特定する（ステップＳ９０９）。基点は画像から検出され、半径は、中心点、基点及び交点の各パラメータに基づいて算出される。

ＣＰＵ３３は、中心点を中心として交点と中心点との距離（Ｌ１＝Ｌ２）を半径とする円を、該円が２つの基点を通るように円を特定し（ステップＳ９１０）、特定した円から２つの基点を両端とする円弧を特定する（ステップＳ９１１）。

ＣＰＵ３３は、特定した円弧の直径及び中心点座標等のパラメータに基づいて、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、実物の計測対象物の円弧（寸法等）を計測する（ステップＳ９１２）。

以上のように本実施の形態１によれば、２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて該２本の直線部分を特定することにより、円弧を挟む直線状部分の領域を容易に指定することができるので、エッジ点から最小二乗法等によって画像上の形状とほとんど誤差なく円弧を挟む２本の直線部分を特定することができる。また、特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定し、特定した中線が前記円弧と交わる点を交点と特定することにより、正確に特定した直線部分から円弧の中心が位置する中線と、中線が円弧と交わって円弧上の中心である交点も正確に特定することができる。

さらに、２本の直線部分、中線及び交点のうちの少なくとも１つに基づいて円弧を特定することにより、例えば円弧の中心点及び半径、円弧の両端を正確に特定することができ、正確な中心点等に基づいて画像上の円弧を正確に特定することができる。特に、中線上の所定の点を通る直線が２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点と所定の点との距離（Ｌ１）が、所定の点と交点との距離（Ｌ２）と等しくなる場合（Ｌ１＝Ｌ２）に、直交する点を基点とすることにより、半径及び基点とともに、中心点、基点及び交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて画像上の円弧を精度良く特定することができる。

そして、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、正確に特定された画像上の円弧から実物の計測対象物の円弧を精度良く計測することが可能となる。したがって、的確に指定することが困難な円弧の領域を指定しなくても、容易に指定することができる直線状部分の領域を指定することにより、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を精度良く計測することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る画像計測装置１の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。図１０は、本発明の実施の形態２に係る画像計測装置１の制御ユニット３の構成を示すブロック図である。図１０に示すように本実施の形態２に係る画像計測装置１の制御ユニット３のハードウェア構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより、詳細な説明は省略する。

ただし本実施の形態２では、制御ユニット３のＣＰＵ３３は、交点近傍を含むエッジ検出領域を指定する領域指定手段３３７を備える。また座標値取得手段３３４は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する。

図１１は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｏのエッジ点ｐに基づいて円弧ｅを特定する２つのパターンを示す例示図である。図１１（ａ）はエッジ点ｐを中線ｉの平行方向に探索するパターンＥを示す例示図である。図１１（ｂ）は中心点ｋからエッジ点ｐを放射状方向に探索するパターンＦを示す例示図である。

本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、図７に示すように円弧特定手段３３５の各手段が、ラウンド形状部分の円弧ｅを挟んで円弧ｅと連続する２本の直線部分ｘを特定し、該直線部分の延長線ｇから中線ｉ及び交点ｊを特定する。本実施の形態２では、領域指定手段３３７が図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、交点ｊ近傍を含むエッジ検出領域ｏを指定する。領域指定手段３３７が、円弧ｅと連続する２本の直線部分ｘを含まないように円弧ｅの角度全体に対して充分小さい角度の中央部分を、交点ｊを中央にエッジ検出領域ｏとして指定するので、操作者がエッジ検出領域ｏを指定する必要はない。

座標値取得手段３３４は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｏ内の円弧ｅの一部分上に所定間隔でエッジ点ｐを探索する際、例えば図１１（ａ）に示すように中線ｉの平行方向、又は図１１（ｂ）に示すように中心点ｋから放射状方向に探索する。座標値取得手段３３４は、探索して検出した複数のエッジ点ｐ，ｐ，・・・の各座標値を取得するとともに、交点ｊをエッジ点ｐに含める。円弧特定手段３３５では、交点ｊを含めた複数のエッジ点ｐに基づいて最小二乗法等によって円弧ｅを有する円を特定し、特定した円が２本の直線部分ｘと接する点を円弧ｅの両端として円弧ｅを特定することができる。エッジ検出領域ｏは円弧ｅの狭い中央部分しか指定されていないが、円弧ｅのエッジ検出領域ｏの角度が小さくても交点ｊを中心に適切な円弧ｅのエッジ点ｐを取得することができる。したがって、円弧と連続する直線部分まで円弧のエッジ点として取得してしまうことによって特定される円弧の形状が画像上の形状と大きく誤差を生じることを回避し、適切に取得したエッジ点に基づいて精度良く円弧を特定することができる。

図１２は、本発明の実施の形態２に係る画像計測装置１の制御ユニット３のＣＰＵ３３によるパターンＥの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、計測対象物２０のラウンド形状部分の円弧を挟んで円弧と連続する２本の直線部分を特定し、該直線部分の延長線から特定した中線及び交点に基づいて円弧を特定する。したがって、本実施の形態２のパターンＦの円弧特定処理手順は、中線及び交点を特定するまでは実施の形態１のステップＳ９０６までと同じであることから、中線及び交点を特定するまでの説明を省略する。

図１２に示すように制御ユニット３のＣＰＵ３３は、特定した交点近傍を含むエッジ検出領域を指定する（ステップＳ１２０１）。指定するエッジ検出領域内の円弧の中央部分は、円弧と連続する２本の直線状部分を含まないように円弧の全体に対して充分狭い中央部分である。

ＣＰＵ３３は、中線の平行方向に所定間隔で、指定したエッジ検出領域内の円弧の中央部分上にエッジ点を探索して複数のエッジ点を検出し、交点をエッジ点に含めてエッジ点の各座標値を取得する（ステップＳ１２０２）。

ＣＰＵ３３は、交点を含めたエッジ点の各座標値に基づいて、交点を中央に有する円弧部分を含む円を特定し（ステップＳ１２０３）、特定した円が２本の直線部分と接する点を円弧の両端として円弧を特定する（ステップＳ１２０４）。

ＣＰＵ３３は、特定した円弧の直径及び中心点座標値等のパラメータに基づいて、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、実物の計測対象物の円弧（寸法等）を計測する（ステップＳ１２０５）。

以上のように本実施の形態２によれば、交点をエッジ点の１つとして処理することができ、円弧のエッジ検出領域の角度が小さくても交点を中心に適切な円弧のエッジ点を取得することができる。したがって、円弧と連続する直線状部分まで円弧のエッジ点として取得してしまうことによって特定される円弧の形状が画像上の形状と大きく誤差を生じることを回避し、適切に取得したエッジ点に基づいて精度良く円弧を特定することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る画像計測装置１の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。図１３は、本発明の実施の形態３に係る画像計測装置１の制御ユニット３の構成を示すブロック図である。図１３に示すように本実施の形態３に係る画像計測装置１の制御ユニット３のハードウェア構成は、実施の形態１及び２と同様であることから、同一の符号を付することにより、詳細な説明は省略する。

ただし本実施の形態３では、実施の形態１と同様、中心点特定手段５４及び基点特定手段５５を有し、領域指定手段３３７は、基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定し、座標値取得手段３３４は、エッジ検出領域内の円弧部分を示す交点及び基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する。

図１４は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｑのエッジ点ｒに基づいて円弧ｅを特定するパターンＧを示す例示図である。

本実施の形態３では、実施の形態１と同様にして、図７に示すように円弧特定手段３３５の各手段が、ラウンド形状部分の円弧ｅを挟んで円弧ｅと連続する２本の直線部分ｘを特定し、該直線部分の延長線ｇから中線ｉ、交点ｊ、中心点ｋ及び基点ｎを特定する。さらに実施の形態２と同様、領域指定手段３３７が交点ｊ近傍を含むエッジ検出領域ｑを指定するが、エッジ検出領域ｑは、基点ｎを両端とする円弧ｅ全体を有する。操作者がエッジ検出領域ｑを指定する必要はない。

座標値取得手段３３４は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｑ内の円弧ｅ上のエッジ点ｒを所定間隔で探索する。なお、エッジ点ｒを探索する場合、エッジ点ｒが全体の円弧ｅ上に所定間隔となるように、図１１（ｂ）に示したような中心点ｋから放射状方向に探索することが好ましい。座標値取得手段３３４は、探索して検出した複数のエッジ点の各座標値を取得するとともに、交点ｊ及び２つの基点ｎをエッジ点ｒに含める。円弧特定手段３３５では、交点ｊ及び基点ｎを含めた複数のエッジ点ｒに基づいて最小二乗法等によって円弧ｅを有する円を特定し、特定した円から２つの基点ｎを両端とする円弧ｅを特定する。

図１５は、本発明の実施の形態３に係る画像計測装置１の制御ユニット３のＣＰＵ３３によるパターンＧの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態３では、実施の形態１と同様にして、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで円弧と連続する２本の直線部分を特定し、該直線部分の延長線から特定した中線、交点、基点及び中心点に基づいて円弧を特定する。したがって、本実施の形態３のパターンＧの円弧特定処理手順は、中線、交点、基点及び中心点を特定するまでは実施の形態１のステップＳ９０８までと同じであることから、中線、交点、基点及び中心点を特定するまでの説明を省略する。

図１５に示すように制御ユニット３のＣＰＵ３３は、特定した基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定する（ステップＳ１５０１）。指定するエッジ検出領域内の円弧は、円弧全体である。

ＣＰＵ３３は、中心点から放射状方向に所定間隔で、指定したエッジ検出領域内の円弧上のエッジ点を探索して複数のエッジ点を検出し、交点及び基点をエッジ点に含めてエッジ点の各座標値を取得する（ステップＳ１５０２）。

ＣＰＵ３３は、交点及び基点を含めたエッジ点の各座標値に基づいて、交点を中央に有する円弧全体を含む円を特定し（ステップＳ１５０３）、特定した円から２つの基点を両端とする円弧を特定する（ステップＳ１５０４）。

ＣＰＵ３３は、特定した円弧の直径及び中心点座標等のパラメータに基づいて、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、実物の計測対象物の円弧（寸法等）を計測する（ステップＳ１５０５）。

以上のように本実施の形態３によれば、円弧上の中央にある交点と円弧の両端にある基点とをエッジ点として処理することができるとともに、円弧の両端まで正確にエッジ検出領域として指定することができるので、交点及び基点に従って適切な円弧のエッジ点を取得することができるとともに、最大限のエッジ検出領域のエッジ点に基づいてより精度良く円弧を特定することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る画像計測装置１の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。また、本発明の実施の形態４に係る画像計測装置１の制御ユニット３の構成は、実施の形態３と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。ただし本実施の形態４では、円弧特定手段３３５は、円弧上の所定のエッジ点の座標値に基づいて、円弧の中心が中線上に位置するように円弧を特定する。

図１６は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｓのエッジ点ｔに基づいて円弧ｅを特定するパターンＨを示す例示図である。

本実施の形態４では、実施の形態１、３と同様にして、図７に示すように円弧特定手段３３５の各手段が、ラウンド形状部分の円弧ｅを挟んで円弧ｅと連続する２本の直線部分ｘを特定し、該直線部分の延長線ｇから中線ｉ、交点ｊ、中心点ｋ及び基点ｎを特定する。さらに実施の形態３と同様、領域指定手段３３７が基点ｎを両端とする円弧ｅ全体を含むエッジ検出領域ｓを指定する。操作者がエッジ検出領域ｓを指定する必要はない。

座標値取得手段３３４は、実施の形態３と同様にして、図１６に示すように領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｓ内の円弧ｅ上に所定間隔でエッジ点ｔを探索し、複数のエッジ点の各座標値を取得するとともに、交点ｊ及び２つの基点ｎをエッジ点ｔに含める。円弧特定手段３３５では、交点ｊ及び基点ｎを含めた複数のエッジ点ｔに基づいて、円弧ｅの中心が中線ｉ上に位置するように最小二乗法等によって円弧ｅを有する円を特定し、特定した円から２つの基点ｎを両端とする円弧ｅを特定する。

図１７は、本発明の実施の形態４に係る画像計測装置１の制御ユニット３のＣＰＵ３３によるパターンＨの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態４では、実施の形態１と同様にして、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで円弧と連続する２本の直線部分を特定し、該直線部分の延長線から特定した中線、交点、基点及び中心点に基づいて円弧を特定する。したがって、本実施の形態４のパターンＨの円弧特定処理手順は、中線、交点、基点及び中心点を特定するまでは実施の形態１のステップＳ９０８までと同じであることから、中線、交点、基点及び中心点を特定するまでの説明を省略する。

図１７に示すように制御ユニット３のＣＰＵ３３は、特定した基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定する（ステップＳ１７０１）。

ＣＰＵ３３は、中心点から放射状方向に所定間隔で、指定したエッジ検出領域内の円弧上のエッジ点を探索して複数のエッジ点を検出し、交点及び基点をエッジ点に含めてエッジ点の各座標値を取得する（ステップＳ１７０２）。

ＣＰＵ３３は、交点及び基点を含めたエッジ点の各座標値に基づいて、円弧の中心が中線上に位置するように最小二乗法等によって円弧を有する円を特定し（ステップＳ１７０３）、特定した円から２つの基点を両端とする円弧を特定する（ステップＳ１７０４）。

ＣＰＵ３３は、特定した円弧の直径及び中心点座標等のパラメータに基づいて、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、実物の計測対象物の円弧（寸法等）を計測する（ステップＳ１７０５）。

以上のように本実施の形態４によれば、円弧上のエッジ点の座標値に基づいて、円弧の中心が中線上に位置するように円弧を特定することにより、円弧の中心を中心点が位置する中線上に補正して中心点に近似又は一致させることができ、さらに精度良く円弧を特定することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る画像計測装置１の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。また、本発明の実施の形態５に係る画像計測装置１の制御ユニット３の構成は、実施の形態２乃至４と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。ただし本実施の形態５では、円弧特定手段３３５は、円弧上のエッジ点の座標値に基づいて、円弧の中心が中心点に位置するように円弧を特定する。

図１８は、領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｕのエッジ点ｖに基づいて円弧ｅを特定するパターンＩを示す例示図である。

本実施の形態５では、実施の形態１、３と同様にして、図７に示すように円弧特定手段３３５の各手段が、ラウンド形状部分の円弧ｅを挟んで円弧ｅと連続する２本の直線部分ｘを特定し、該直線部分の延長線ｇから中線ｉ、交点ｊ、中心点ｋ及び基点ｎを特定する。さらに実施の形態３、４と同様、領域指定手段３３７が基点ｎを両端とする円弧ｅ全体を含むエッジ検出領域ｕを指定する。操作者がエッジ検出領域ｕを指定する必要はない。

座標値取得手段３３４は、実施の形態３、４と同様にして、図１８に示すように領域指定手段３３７で指定されたエッジ検出領域ｕ内の円弧ｅ上に所定間隔でエッジ点ｖを探索し、複数のエッジ点ｖの各座標値を取得するとともに、交点ｊ及び２つの基点ｎをエッジ点ｖに含める。円弧特定手段３３５では、交点ｊ及び基点ｎを含めた複数のエッジ点ｖに基づいて、円弧ｅの中心が中心点ｋに位置するように最小二乗法等によって円弧ｅを有する円を特定し、特定した円から２つの基点ｎを両端とする円弧ｅを特定する。

図１９は、本発明の実施の形態５に係る画像計測装置１の制御ユニット３のＣＰＵ３３によるパターンＩの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態５では、実施の形態１と同様にして、計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで円弧と連続する２本の直線部分を特定し、該直線部分の延長線から特定した中線、交点、基点及び中心点に基づいて円弧を特定する。したがって、本実施の形態５のパターンＩの円弧特定処理手順は、中線、交点、基点及び中心点を特定するまでは実施の形態１のステップＳ９０８までと同じであることから、中線、交点、基点及び中心点を特定するまでの説明を省略する。

図１９に示すように制御ユニット３のＣＰＵ３３は、特定した基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定する（ステップＳ１９０１）。

ＣＰＵ３３は、中心点から放射状方向に所定間隔で、指定したエッジ検出領域内の円弧上のエッジ点を探索して複数のエッジ点を検出し、交点及び基点をエッジ点に含めてエッジ点の各座標値を取得する（ステップＳ１９０２）。

ＣＰＵ３３は、交点及び基点を含めたエッジ点の各座標値に基づいて、円弧の中心が中心点上に位置するように最小二乗法等によって円弧を有する円を特定し（ステップＳ１９０３）、特定した円から２つの基点ｎを両端とする円弧を特定する（ステップＳ１９０４）。

ＣＰＵ３３は、特定した円弧の直径及び中心点座標等のパラメータに基づいて、特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することにより、実物の計測対象物の円弧（寸法等）を計測する（ステップＳ１９０５）。

以上のように本実施の形態５によれば、円弧上のエッジ点の座標値に基づいて、円弧の中心が中心点に位置するように円弧を特定することにより、円弧の中心を中心点に一致させて正確な円弧を特定することができる。

図２０は、他の画像計測装置１の構成を示す模式図である。図２０に示すように、本画像計測装置１は、計測部２と外部コンピュータ４とで構成されており、計測部２にて撮像された画像データを外部コンピュータ４にて演算処理して、所望の形状の寸法等を計測する。

計測部２の構成及び機能は、上述した実施の形態１乃至５と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。外部コンピュータ４は、少なくともＣＰＵ（図示せず）及びメモリ等の記憶装置（図示せず）を備え、表示装置４１、キーボード４２、マウス４３に接続されている。ＣＰＵ（図示せず）は、撮像装置２５及び２６から画像データを取得し、上述した実施の形態１乃至５における制御ユニット３のＣＰＵ３３と同様の処理を実行する。

その他、本発明は上記実施の形態１乃至５に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係る画像計測装置の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態１に係る画像計測装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。表示装置に表示される透過画像の例示図である。画像上で指定されるエッジ検出領域の例示図である。エッジ点に基づいて最小二乗法によって特定する形状の例示図である。計測対象物のラウンド形状部分の円弧を計測する場合に指定受付手段が受け付けるエッジ検出領域の例示図である。円弧特定手段にて特定する各種点及び線を説明するための説明図である。中心点、基点及び交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて円弧を特定する４つのパターンを示す例示図である。本発明の実施の形態１に係る画像計測装置の制御ユニットのＣＰＵによるパターンＤの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る画像計測装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。領域指定手段で指定されたエッジ検出領域のエッジ点に基づいて円弧を特定する２つのパターンを示す例示図である。本発明の実施の形態２に係る画像計測装置の制御ユニットのＣＰＵによるパターンＥの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る画像計測装置の制御ユニットの構成を示すブロック図である。領域指定手段で指定されたエッジ検出領域のエッジ点に基づいて円弧を特定するパターンＧを示す例示図である。本発明の実施の形態３に係る画像計測装置の制御ユニットのＣＰＵによるパターンＧの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。領域指定手段で指定されたエッジ検出領域のエッジ点に基づいて円弧を特定するパターンＨを示す例示図である。本発明の実施の形態４に係る画像計測装置の制御ユニットのＣＰＵによるパターンＨの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。領域指定手段で指定されたエッジ検出領域のエッジ点に基づいて円弧を特定するパターンＩを示す例示図である。本発明の実施の形態５に係る画像計測装置の制御ユニットのＣＰＵによるパターンＩの円弧特定処理手順を示すフローチャートである。他の画像計測装置の構成を示す模式図である。従来の画像上で指定されるエッジ検出領域の例示図である。従来のエッジ点に基づいて最小二乗法によって特定する形状の例示図である。従来のエッジ点を幾何学図形にフィッティングして得られる円を説明するための説明図である。従来のエッジ検出領域の円弧の指定角度の大小による近似円の違いを説明するための説明図である。従来のエッジ検出領域の指定円弧範囲が計測対象物の円弧範囲を超える場合の近似円を示す説明図である。従来の画像上に微小サイズで表示される円弧の例示図である。

符号の説明

１画像計測装置
２計測部
３制御ユニット
２５、２６撮像装置
２７表示装置
３１キーボード
３２マウス
３４記憶装置
３５通信手段
３６内部バス
３３１記憶手段
３３２表示手段
３３３指定受付手段
３３４座標値取得手段
３３５円弧特定手段
３３６形状倍率換算手段
５１直線部分特定手段
５２中線特定手段
５３交点特定手段
５４中心点特定手段
５５基点特定手段

Claims

計測対象物に照射した光の透過光又は反射光を撮像素子に結像させて得られる画像に基づいて、計測対象物の形状を計測する画像計測装置において、
前記撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示する表示手段と、
前記ディスプレイに表示された画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付ける指定受付手段と、
指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得する座標値取得手段と、
取得したエッジ点の座標値に基づいてラウンド形状部分の円弧を特定する円弧特定手段と、
該円弧特定手段にて特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算する形状倍率換算手段と
を備え、
前記円弧特定手段は、
前記ラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定する直線部分特定手段と、
特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定する中線特定手段と、
特定した中線が前記円弧と交わる点を交点として特定する交点特定手段と、
前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段と、
前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段とを含み、
前記中心点、前記基点及び前記交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて前記円弧を特定するようにしてあることを特徴とする画像計測装置。
前記交点近傍を含むエッジ検出領域を指定する領域指定手段を備え、
前記座標値取得手段は、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の画像計測装置。
前記円弧特定手段は、
前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段と、
前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段と
を含み、
前記領域指定手段は、前記基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定するようにしてあり、
前記座標値取得手段は、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点及び前記基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得するようにしてあることを特徴とする請求項２に記載の画像計測装置。
計測対象物に照射した光の透過光又は反射光を撮像素子に結像させて得られる画像に基づいて、計測対象物の形状を計測する画像計測装置で実行することが可能な画像計測方法において、
前記撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示し、
前記ディスプレイに表示された画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付け、
指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得し、
計測対象物のラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定し、
特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定し、
特定した中線が前記円弧と交わる点を交点として特定し、
前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定し、
前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定し、
前記中心点、前記基点及び前記交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて前記円弧を特定し、
特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算することを特徴とする画像計測方法。
前記交点近傍を含むエッジ検出領域を指定し、
指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得することを特徴とする請求項４に記載の画像計測方法。
前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定し、前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定し、
前記基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定し、
指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点及び前記基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得することを特徴とする請求項５に記載の画像計測方法。
計測対象物に照射した光の透過光又は反射光を撮像素子に結像させて得られる画像に基づいて、計測対象物の形状を計測する画像計測装置で実行することが可能なコンピュータプログラムにおいて、
前記画像計測装置を、
前記撮像素子にて結像して得られた画像をディスプレイに表示する表示手段、
前記ディスプレイに表示された画像上の計測対象物の所定のエッジ部分を含むエッジ検出領域の指定を受け付ける指定受付手段、
指定を受け付けたエッジ検出領域内のエッジ部分を示す所定のエッジ点の座標値を取得する座標値取得手段、
取得したエッジ点の座標値に基づいてラウンド形状部分の円弧を特定する円弧特定手段、及び
該円弧特定手段にて特定した円弧の形状を受光レンズの倍率で換算する形状倍率換算手段
として機能させ、
前記円弧特定手段を、
前記ラウンド形状部分の円弧を挟んで該円弧と連続する２本の直線状部分を示す所定のエッジ点の座標値に基づいて２本の直線部分を特定する直線部分特定手段、
特定した２本の直線部分の延長線が交差して前記円弧を挟んで形成する角を二等分する直線である中線を特定する中線特定手段、
特定した中線が前記円弧と交わる点を交点として特定する交点特定手段、
前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段、
前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段、及び
前記中心点、前記基点及び前記交点のうちの少なくとも２つの点に基づいて前記円弧を特定する手段
として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
前記画像計測装置を、前記交点近傍を含むエッジ検出領域を指定する領域指定手段として機能させ、
前記座標値取得手段を、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する手段として機能させることを特徴とする請求項７に記載のコンピュータプログラム。
前記円弧特定手段を、
前記中線上の点であって、該点と前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線との距離と、前記交点と前記点との距離とが等しい点を、前記円弧の中心点として特定する中心点特定手段、及び
前記中心点を通る直線が前記２本の直線部分又は該直線部分の延長線と直交する点を基点として特定する基点特定手段
として機能させ、
前記領域指定手段を、前記基点を両端とする円弧を含むエッジ検出領域を指定する手段として機能させ、
前記座標値取得手段を、前記領域指定手段で指定されたエッジ検出領域内の円弧部分を示す前記交点及び前記基点を含めた所定のエッジ点の座標値を取得する手段として機能させることを特徴とする請求項８に記載のコンピュータプログラム。