JP5639773B2

JP5639773B2 - 画像測定機

Info

Publication number: JP5639773B2
Application number: JP2010054038A
Authority: JP
Inventors: 上野　信一; 信一上野; 正紀栗原
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: DE102011012929B4; DE102011012929A1; JP2011185888A; US20110221894A1; DE102011012929B8

Description

本発明は、画像測定機に関する。

従来、被測定物を撮像する撮像手段と、被測定物、及び撮像手段を相対的に移動させる移動機構と、撮像手段、及び移動機構を制御する制御手段とを備え、撮像手段にて撮像される画像に基づいて被測定物を測定する画像測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の画像測定機能を有する三次元測定機（画像測定機）は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ（撮像手段）と、被測定物、及びＣＣＤカメラを相対的に３軸方向に移動させる移動機構と、コンピュータ（制御手段）とを備えている。

このような画像測定機では、撮像手段にて撮像される画像を処理することで被測定物の形状や、寸法などを測定することができる。具体的に、撮像手段にて撮像される画像における１画素に相当する距離は既知であるので、例えば、被測定物におけるエッジ間の画素の数に基づいて、被測定物の寸法を測定することができる。
しかしながら、撮像手段の視野よりも大きい被測定物を測定する場合には、被測定物は、撮像手段にて撮像される画像からはみ出してしまうので、被測定物を適切に測定することができないという問題がある。

図６は、撮像手段の視野よりも大きい円１１０を測定する例を示す図である。
撮像手段の視野Ｒ１〜Ｒ４よりも大きい被測定物としての円１１０を有するパターン１００を測定するには、例えば、図６（Ａ）に示すように、制御手段は、移動機構にて円１１０、及び撮像手段を相対的に移動させて撮像手段に円１１０における円周上の４箇所の画像を撮像させる。そして、撮像手段にて撮像される４つの画像に対してエッジ検出を行うことで、円１１０の中心や、直径などを測定する。

ここで、エッジ検出は、画像処理の負荷を低減するために、撮像手段にて撮像される画像の全体に対しては行われず、撮像手段にて撮像される画像のうち、円弧状のマスクパターンＭ１〜Ｍ４の内部に対して行われる。なお、このマスクパターンＭ１〜Ｍ４は、撮像手段にて撮像される画像内における被測定物の形状に応じて設定される。
したがって、円１１０の位置が所定の位置からずれている場合（図６（Ｂ）参照）や、円１１０の大きさが所定の大きさより大きい場合（図６（Ｃ）参照）には、円１１０のエッジを適切に検出することができず、ひいては円１１０を適切に測定することができないという問題がある。

これに対して、特許文献１に記載の三次元測定機では、コンピュータは、移動機構にて被測定物、及びＣＣＤカメラを相対的に移動させてＣＣＤカメラに複数の画像を撮像させている。そして、ＣＣＤカメラにて撮像される各画像を連結させることで連結画像を生成している。これによれば、連結画像に対してエッジ検出を行うことができるので、例えば、前述した円１１０を測定する際に、連結画像内における被測定物の形状に応じて設定される円環状のマスクパターンを用いることができ、円弧状のマスクパターンＭ１〜Ｍ４を用いる場合と比較して円１１０のエッジを適切に検出することができる。

特開２０００−３４６６３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の三次元測定機では、コンピュータは、各画像が重畳しないようにＣＣＤカメラに各画像を撮像させているので、撮像手段の量子化誤差などの影響で連結画像を生成する際に連結部分に隙間が生じ、円１１０のエッジを適切に検出することができたとしても円１１０の中心や、直径などを適切に測定することができない場合があるという問題がある。

本発明の目的は、撮像手段の視野よりも大きい被測定物を測定する場合であっても被測定物を適切に測定することができる画像測定機を提供することにある。

本発明の画像測定機は、被測定物を撮像する撮像手段と、前記被測定物、及び前記撮像手段を相対的に移動させる移動機構と、前記撮像手段、及び前記移動機構を制御する制御手段とを備え、前記撮像手段にて撮像される画像に基づいて前記被測定物を測定する画像測定機であって、前記制御手段は、前記移動機構にて前記被測定物、及び前記撮像手段を相対的に移動させて前記撮像手段に複数の画像を撮像させる撮像制御部と、前記撮像手段にて前記被測定物を撮像する位置を取得する位置取得部と、前記撮像制御部にて撮像される各画像の連結部分に生じる誤差が前記各画像における１画素に相当する距離未満であることを要件として、前記各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成する連結画像生成部と、前記位置取得部にて取得される位置に基づいて前記移動機構による撮像手段の移動量を算出し、算出した前記移動量から、前記移動量に対応する前記撮像手段にて撮像される画像の画素の数に前記画像における１画素に相当する距離を乗じて得た量を差し引くことにより、前記連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を前記連結部分ごとに算出する誤差算出部と、前記連結画像における画素の数に基づいて、前記被測定物を測定する画像測定部と、前記誤差算出部にて算出される前記連結部分ごとの誤差に基づいて、前記画像測定部による測定結果を補正する補正部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、制御手段は、撮像制御部にて撮像される各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成する連結画像生成部を備えるので、撮像手段の量子化誤差などの影響で連結画像を生成する際に連結部分に隙間が生じることがない。
しかしながら、各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成すると、撮像手段の量子化誤差などの影響で連結画像における連結部分に１画素未満の誤差を生じる場合があるという問題がある。

本発明によれば、制御手段は、撮像手段にて被測定物を撮像する位置に基づいて、連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出する誤差算出部を備えるので、撮像手段の量子化誤差などの影響で連結画像を生成する際に連結部分に生じる誤差を算出することができる。そして、補正部は、誤差算出部にて算出される連結部分ごとの誤差に基づいて、画像測定部による測定結果を補正するので、画像測定機は、撮像手段の視野よりも大きい被測定物を測定する場合であっても被測定物を適切に測定することができる。

本発明では、前記画像測定部は、前記連結画像内における被測定物のエッジを検出することで前記被測定物を測定し、前記エッジの検出は、前記連結画像内における被測定物の形状に応じて設定されるマスクパターンの内部に対して行われることが好ましい。
このような構成によれば、画像測定部は、連結画像内における被測定物の形状に応じて設定されるマスクパターンを用いることでエッジを検出するので、被測定物のエッジを適切に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る画像測定機の概略構成を示すブロック図。前記実施形態における画像測定機の測定方法を示すフローチャート。前記実施形態における撮像手段に複数の画像をさせている状態を示す図。前記実施形態における連結画像における連結部分の拡大図。前記実施形態における画像測定部にて被測定物を測定している状態を示す図。撮像手段の視野よりも大きい円を測定する例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔画像測定機の概略構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る画像測定機１の概略構成を示すブロック図である。
画像測定機１は、図１に示すように、画像測定機本体２と、画像測定機本体２を制御する制御装置３とを備える。
画像測定機本体２は、被測定物（図示略）を撮像するＣＣＤカメラなどで構成される撮像手段２１と、被測定物、及び撮像手段２１を相対的に移動させる移動機構２２とを備える。なお、移動機構２２は、被測定物、及び撮像手段２１を相対的に移動させる機構であればよく、例えば、被測定物を載置させるとともに、１軸方向に移動するテーブルと、この１軸と直交する２軸方向に撮像手段２１を移動させる機構とで構成することができる。

制御手段としての制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリなどを備えて構成され、撮像手段２１、および移動機構２２を制御するものである。
この制御装置３は、記憶部３１と、撮像制御部３２と、位置取得部３３と、連結画像生成部３４と、誤差算出部３５と、画像測定部３６と、補正部３７とを備え、撮像手段２１にて撮像される画像に基づいて被測定物を測定する。

記憶部３１は、被測定物を測定する際に用いられる情報を記憶する。
撮像制御部３２は、移動機構２２にて被測定物、及び撮像手段２１を相対的に移動させて撮像手段２１に複数の画像を撮像させる。
位置取得部３３は、撮像手段２１にて被測定物を撮像する位置を取得する。なお、位置取得部３３は、移動機構２２による被測定物、及び撮像手段２１の相対的な移動量に基づいて位置を取得する。

連結画像生成部３４は、撮像制御部３２にて撮像される各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成する。
誤差算出部３５は、位置取得部３３にて取得される位置に基づいて、連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出する。
画像測定部３６は、連結画像における画素の数に基づいて、被測定物を測定する。
補正部３７は、誤差算出部３５にて算出される連結部分ごとの誤差に基づいて、画像測定部３６による測定結果を補正する。

〔画像測定機の測定方法〕
図２は、画像測定機１の測定方法を示すフローチャートである。
画像測定機１は、被測定物の測定を開始すると、図２に示すように、以下のステップＳ１〜Ｓ７を実行する。
画像測定機１にて被測定物の測定が開始されると、撮像制御部３２は、移動機構２２にて被測定物、及び撮像手段２１を相対的に移動させて撮像手段２１に複数の画像を撮像させる（Ｓ１：撮像制御ステップ）。

撮像制御ステップＳ１にて被測定物の画像が撮像されると、位置取得部３３は、撮像手段２１にて被測定物を撮像する位置を取得する（Ｓ２：位置取得ステップ）。
位置取得ステップＳ２にて被測定物を撮像する位置が取得されると、制御装置３は、画像測定機１の使用者から設定されている範囲の全ての画像を撮像したか否かを判定する（Ｓ３：撮像終了判定ステップ）。

図３は、撮像手段２１に複数の画像をさせている状態を示す図である。なお、図３は、撮像手段２１の視野Ｒよりも大きい被測定物としての円１１０を有するパターン１００を測定する例を示している。また、図３では、紙面と垂直な軸をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する２軸をＸ，Ｙ軸としている。
具体的に、撮像制御部３２は、図３（Ａ）に示すように、移動機構２２にてパターン１００、及び撮像手段２１を相対的に移動させて撮像手段２１の視野Ｒをパターン１００の左上に移動させる。そして、撮像制御部３２は、撮像手段２１にパターン１００の画像を撮像させる。また、位置取得部３３は、撮像手段２１にてパターン１００を撮像する位置を取得する。なお、撮像制御部３２にて撮像される画像、及び位置取得部３３にて取得される位置は、記憶部３１に記憶される。

次に、撮像制御部３２は、図３（Ｂ）に示すように、移動機構２２にてパターン１００、及び撮像手段２１を相対的に移動させて既に撮像しているパターン１００の画像（図３（Ｂ）中二点鎖線）と重畳するように撮像手段２１の視野Ｒを＋Ｘ軸方向（図３中右方向）に向かって移動させる。そして、撮像制御部３２は、撮像手段２１にパターン１００の画像を撮像させる。また、位置取得部３３は、撮像手段２１にてパターン１００を撮像する位置を取得する。
さらに、撮像制御部３２は、図３（Ｃ）に示すように、移動機構２２にてパターン１００、及び撮像手段２１を相対的に移動させて撮像手段２１に画像測定機１の使用者から設定されている範囲の全ての画像を撮像させる。

撮像終了判定ステップＳ３にて全ての画像を撮像したと判定されると、連結画像生成部３４は、撮像制御部３２にて撮像される各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成する（Ｓ４：連結画像生成ステップ）。
ここで、各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成すると、撮像手段の量子化誤差などの影響で連結画像における連結部分に１画素未満の誤差を生じる場合がある。なお、本実施形態では、連結画像生成部３４は、各画像を連結させる際には、連結方向に沿って連結画像を広げるように連結させるものとする。

図４は、連結画像における連結部分の拡大図である。具体的に、図４は、図３（Ｃ）における一点鎖線で囲まれている領域Ａの拡大図であり、各画素を正方形で示している。
具体的に、連結画像生成部３４は、各画像を連結させる際には、連結方向に沿って連結画像を広げるように連結させるので、図４に示すように、連結画像生成部３４にて各画像を連結させる際に誤差が生じていない場合（図４（Ａ）参照）と、誤差が生じている場合（図４（Ｂ）参照）とで連結画像における連結部分に１画素のずれを生じることになる（図４中一点鎖線）。

連結画像生成ステップＳ４にて連結画像が生成されると、誤差算出部３５は、位置取得部３３にて取得される位置に基づいて、連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出する（Ｓ５：誤差算出ステップ）。
例えば、図３（Ｂ）において、既に撮像しているパターン１００の画像（図３（Ｂ）中二点鎖線）と、新たに撮像するパターン１００の画像、すなわち撮像手段２１の視野Ｒに含まれるパターン１００の画像との連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を算出するには、以下の手順で算出する。なお、以下の説明では、既に撮像しているパターン１００の画像を画像Ｉｍ１とし、新たに撮像するパターン１００の画像を画像Ｉｍ２とする。

撮像手段２１にて画像Ｉｍ１を撮像する位置を（Ｘ_１，Ｙ_１）とし、画像Ｉｍ２を撮像する位置を（Ｘ_２，Ｙ_２）とすると、パターン１００、及び撮像手段２１の相対的な移動量（ｄＸ，ｄＹ）は、以下の式（１），（２）で表される。なお、本実施形態では、パターン１００、及び撮像手段２１は、Ｙ軸方向には移動していないのでｄＹ＝０となる。

ｄＸ＝Ｘ_２−Ｘ_１・・・・・（１）
ｄＹ＝Ｙ_２−Ｙ_１・・・・・（２）

ここで、撮像手段２１にて撮像される画像における１画素に相当するＸ軸方向の距離をｐｓＸとし、Ｙ軸方向の距離をｐｓＹとし、連結画像を生成する際に連結部分で生じるＸ軸方向の誤差をｅｒＸとし、Ｙ軸方向の誤差をｅｒＹとすると、パターン１００、及び撮像手段２１の相対的な移動量（ｄＸ，ｄＹ）との関係は、以下の式（３），（４）で表される。

ｄＸ＝ａ１×ｐｓＸ＋ｅｒＸ・・・・・（３）
ｄＹ＝ａ２×ｐｓＹ＋ｅｒＹ・・・・・（４）

なお、ａ１，ａ２は整数であり、連結画像生成部３４は、各画像を連結させる際には、連結方向に沿って連結画像を広げるように連結させること、及び連結部分に生じる誤差は、以下の式（５），（６）に示すように、撮像手段２１にて撮像される画像における１画素に相当する距離（ｐｓＸ，ｐｓＹ）未満であることの２つの要件から決定される。

０≦ｅｒＸ＜ｐｓＸ・・・・・（５）
０≦ｅｒＹ＜ｐｓＹ・・・・・（６）

したがって、誤差算出部３５は、連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差（ｅｒＸ，ｅｒＹ）を以下の式（７），（８）に基づいて算出する。なお、誤差算出部３５は、誤差（ｅｒＸ，ｅｒＹ）を連結部分ごとに記憶部３１に記憶させる。

ｅｒＸ＝ｄＸ−ａ１×ｐｓＸ・・・・・（７）
ｅｒＹ＝ｄＹ−ａ２×ｐｓＹ・・・・・（８）

誤差算出ステップＳ５にて連結部分で生じる誤差（ｅｒＸ，ｅｒＹ）が連結部分ごとに算出されると、画像測定部３６は、連結画像における画素の数に基づいて、円１１０を測定する（Ｓ６：画像測定ステップ）。

図５は、画像測定部３６にて円１１０を測定している状態を示す図である。なお、図５では、連結画像生成部３４にて生成される連結画像Ｉｍを実線で示している。
画像測定部３６は、連結画像生成部３４にて生成される連結画像Ｉｍを処理することで円１１０の形状や、寸法などを測定する。具体的に、画像測定部３６は、連結画像Ｉｍ内における円１１０のエッジを検出することで円１１０を測定し、エッジの検出は、図５（Ａ）に示すように、連結画像Ｉｍ内における円１１０の形状に応じて設定される円環状のマスクパターンＭの内部に対して行われる。

したがって、円１１０の位置が所定の位置からずれている場合（図５（Ｂ）参照）や、円１１０の大きさが所定の大きさより大きい場合（図５（Ｃ）参照）であっても円１１０のエッジを適切に検出することができる。
そして、画像測定部３６は、円１１０におけるエッジ間の画素の数と、撮像手段２１にて撮像される画像における１画素に相当する距離（ｐｓＸ，ｐｓＹ）とに基づいて、円１１０の中心や、直径などを測定する。

画像測定ステップＳ６にて円１１０が測定されると、補正部３７は、誤差算出部３５にて算出される連結部分ごとの誤差に基づいて、画像測定部３６による測定結果を補正する（Ｓ７：補正ステップ）。
例えば、画像測定部３６にて円１１０におけるエッジ間の画素の数を測定する際に、撮像制御部３２にて撮像される各画像のうち、エッジを検出した各画像の間に１つ以上の連結部分が存在している場合には、補正部３７は、エッジを検出した各画像の間に存在している連結部分の誤差の合計に基づいて、画像測定部３６による測定結果を補正する。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）制御装置３は、撮像制御部３２にて撮像される各画像を重畳させて連結させることで連結画像Ｉｍを生成する連結画像生成部３４を備えるので、撮像手段２１の量子化誤差などの影響で連結画像を生成する際に連結部分に隙間が生じることがない。
（２）制御装置３は、撮像手段２１にて円１１０を撮像する位置に基づいて、連結画像Ｉｍを生成する際に連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出する誤差算出部３５を備えるので、撮像手段２１の量子化誤差などの影響で連結画像Ｉｍを生成する際に連結部分に生じる誤差を算出することができる。そして、補正部３７は、誤差算出部３５にて算出される連結部分ごとの誤差に基づいて、画像測定部３６による測定結果を補正するので、画像測定機１は、撮像手段２１の視野Ｒよりも大きい円１１０を測定する場合であっても円１１０を適切に測定することができる。
（３）画像測定部３６は、連結画像Ｉｍ内における円１１０の形状に応じて設定されるマスクパターンＭを用いることでエッジを検出するので、円１１０のエッジを適切に検出することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、画像測定部３６は、連結画像Ｉｍ内における円１１０の形状に応じて設定されるマスクパターンＭを用いることでエッジを検出していたが、他の形状のマスクパターンを用いることでエッジを検出してもよく、マスクパターンを用いることなくエッジを検出してもよい。また、画像測定部は、エッジ検出以外の画像処理を行うことで被測定物を測定してもよい。要するに、画像処理部は、連結画像における画素の数に基づいて、被測定物を測定すればよい。

前記実施形態では、連結画像生成部３４は、各画像を連結させる際には、連結方向に沿って連結画像を広げるように連結させるものとしていたが、狭めるように連結させてもよい。また、例えば、連結させる各画像の状態に応じて連結画像を広げるように連結させるか、狭めるように連結させるかを決定してもよい。なお、このような場合には、それぞれの連結方法に応じて誤差算出部による誤差の算出方法を変更すればよい。要するに、連結画像生成部は、撮像制御部にて撮像される各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成すればよい。

前記実施形態では、誤差算出部３５は、連結画像生成部３４にて連結画像Ｉｍが生成された後、連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出していたが、撮像制御部３２にて新たに画像が撮像される際に連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出してもよい。要するに、誤差算出部は、位置取得部にて取得される位置に基づいて、連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を連結部分ごとに算出すればよい。

本発明は、画像測定機に好適に利用することができる。

１…画像測定機
３…制御装置（制御手段）
２１…撮像手段
２２…移動機構
３２…撮像制御部
３３…位置取得部
３４…連結画像生成部
３５…誤差算出部
３６…画像測定部
３７…補正部

Claims

被測定物を撮像する撮像手段と、前記被測定物、及び前記撮像手段を相対的に移動させる移動機構と、前記撮像手段、及び前記移動機構を制御する制御手段とを備え、前記撮像手段にて撮像される画像に基づいて前記被測定物を測定する画像測定機であって、
前記制御手段は、
前記移動機構にて前記被測定物、及び前記撮像手段を相対的に移動させて前記撮像手段に複数の画像を撮像させる撮像制御部と、
前記撮像手段にて前記被測定物を撮像する位置を取得する位置取得部と、
前記撮像制御部にて撮像される各画像の連結部分に生じる誤差が前記各画像における１画素に相当する距離未満であることを要件として、前記各画像を重畳させて連結させることで連結画像を生成する連結画像生成部と、
前記位置取得部にて取得される位置に基づいて前記移動機構による撮像手段の移動量を算出し、算出した前記移動量から、前記移動量に対応する前記撮像手段にて撮像される画像の画素の数に前記画像における１画素に相当する距離を乗じて得た量を差し引くことにより、前記連結画像を生成する際に連結部分で生じる誤差を前記連結部分ごとに算出する誤差算出部と、
前記連結画像における画素の数に基づいて、前記被測定物を測定する画像測定部と、
前記誤差算出部にて算出される前記連結部分ごとの誤差に基づいて、前記画像測定部による測定結果を補正する補正部とを備えることを特徴とする画像測定機。
請求項１に記載の画像測定機において、
前記画像測定部は、前記連結画像内における被測定物のエッジを検出することで前記被測定物を測定し、
前記エッジの検出は、前記連結画像内における被測定物の形状に応じて設定されるマスクパターンの内部に対して行われることを特徴とする画像測定機。