特開 2022-130940 ３次元計測装置及び３次元計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022130940

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】３次元計測装置及び３次元計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20220831BHJP

   G06T 5/50 20060101ALI20220831BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G06T5/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021029622

(22)【出願日】2021-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003399

【氏名又は名称】ＪＵＫＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐野 孝浩

(72)【発明者】

【氏名】山田 友美

【テーマコード（参考）】

2F065

5B057

【Ｆターム（参考）】

2F065AA53

2F065BB22

2F065DD04

2F065DD05

2F065HH06

2F065HH12

2F065JJ03

2F065JJ09

2F065JJ26

2F065LL04

2F065LL53

2F065QQ24

2F065QQ27

2F065QQ31

5B057CA08

5B057CA12

5B057CA16

5B057CE02

5B057CE08

5B057DB02

5B057DB09

(57)【要約】

【課題】３次元計測の信頼性の低下を抑制すること。
【解決手段】３次元計測装置は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体に投影されるように投影装置を制御する投影制御部と、１種類の縞パターンの投影において取得される物体の基礎画像の取得回数を決定する撮像回数決定部と、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数だけ取得されるように撮像装置を制御する撮像制御部と、取得回数の基礎画像を合成して複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する合成画像生成部と、複数の合成画像に基づいて、物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体に投影されるように投影装置を制御する投影制御部と、
１種類の前記縞パターンの投影において取得される前記物体の基礎画像の取得回数を決定する撮像回数決定部と、
複数種類の前記縞パターンのそれぞれの投影において前記基礎画像が前記取得回数だけ取得されるように撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記取得回数の前記基礎画像を合成して複数種類の前記縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する合成画像生成部と、
複数の前記合成画像に基づいて、前記物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、を備える、
３次元計測装置。

【請求項2】

前記撮像回数決定部は、前記合成画像の画素の輝度値が予め定められている閾値以上になるように、前記取得回数を決定する、
請求項１に記載の３次元計測装置。

【請求項3】

複数種類の前記縞パターンのそれぞれの投影において取得された前記基礎画像の画素の輝度値に基づいて、前記基礎画像の画素ごとに正弦波のパラメータを算出するパラメータ算出部を備え、
前記撮像回数決定部は、前記パラメータに基づいて前記取得回数を決定する、
請求項２に記載の３次元計測装置。

【請求項4】

前記パラメータは、前記正弦波のコントラストを含み、
前記閾値は、前記コントラストの２倍の値よりも大きい、
請求項３に記載の３次元計測装置。

【請求項5】

前記撮像回数決定部は、前記合成画像の画素の輝度値が前記コントラストの２倍の値よりも大きい条件において前記取得回数が最小になるように、前記取得回数を決定する、
請求項４に記載の３次元計測装置。

【請求項6】

位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンを物体に投影することと、
１種類の前記縞パターンの投影において取得される前記物体の基礎画像の取得回数を決定することと、
複数種類の前記縞パターンのそれぞれの投影において前記基礎画像を前記取得回数だけ取得することと、
前記取得回数の前記基礎画像を合成して複数種類の前記縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成することと、
複数の前記合成画像に基づいて、前記物体の３次元形状を算出することと、を含む、
３次元計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、３次元計測装置及び３次元計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

物体の３次元計測方法として、特許文献１に開示されているような位相シフト法が知られている。位相シフト法に基づいて物体の３次元形状を計測する場合、正弦波状の明度分布の縞パターンが位相シフトしながら物体に投影される。縞パターンが投影された物体が撮像されることにより、物体の画像が取得される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－１２４５３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば物体の表面の光反射率が低い場合、撮像装置により取得される物体の画像が不明瞭になる可能性がある。物体の画像が不明瞭になると、３次元計測の信頼性が低下する可能性がある。

【0005】

本開示は、３次元計測の信頼性の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従えば、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体に投影されるように投影装置を制御する投影制御部と、１種類の縞パターンの投影において取得される物体の基礎画像の取得回数を決定する撮像回数決定部と、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数だけ取得されるように撮像装置を制御する撮像制御部と、取得回数の基礎画像を合成して複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する合成画像生成部と、複数の合成画像に基づいて、物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、を備える、３次元計測装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、３次元計測の信頼性の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る３次元計測装置を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る制御装置を示す機能ブロック図である。

【図3】図３は、実施形態に係る縞パターンを示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る正弦波のパラメータを示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る３次元計測方法を示すフローチャートである。

【図6】図６は、実施形態に係る３次元計測方法を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0010】

実施形態においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する所定面のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸ方向とし、Ｙ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹ方向とし、Ｚ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺ方向とする。ＸＹ平面は所定面である。

【0011】

［３次元計測装置］
図１は、実施形態に係る３次元計測装置１を模式的に示す図である。３次元計測装置１は、位相シフト法に基づいて、物体Ｗの３次元形状を計測する。図１に示すように、３次元計測装置１は、ステージ２と、投影装置３と、撮像装置４と、制御装置５とを備える。

【0012】

ステージ２は、計測対象である物体Ｗを支持する。

【0013】

投影装置３は、ステージ２に支持されている物体Ｗに縞パターンを投影する。投影装置３は、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトしながら物体Ｗに投影する。投影装置３は、光源３１と、光変調素子３２と、投影光学系３３とを有する。光源３１は、光を発生する。光変調素子３２は、光源３１から射出された光を光変調して縞パターンを生成する。光変調素子３２として、デジタルミラーデバイス(ＤＭＤ：Digital Mirror Device)、透過型液晶パネル、及び反射型液晶パネルが例示される。投影光学系３３は、光変調素子３２で生成された縞パターンを物体Ｗに投影する。

【0014】

撮像装置４は、縞パターンが投影された物体Ｗを撮像する。撮像装置４は、縞パターンが投影された物体Ｗの画像を取得する。撮像装置４は、結像光学系４１と、撮像素子４２とを有する。結像光学系４１は、物体Ｗで反射した縞パターンの像を撮像素子４２に形成する。撮像素子４２は、結像光学系４１を介して物体Ｗの画像を取得する。撮像素子４２として、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）又はＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）が例示される。

【0015】

制御装置５は、コンピュータシステムを含む。制御装置５は、投影装置３及び撮像装置４を制御する。制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。

【0016】

［制御装置］
図２は、実施形態に係る制御装置５を示す機能ブロック図である。制御装置５は、投影制御部５１と、撮像制御部５２と、基礎画像取得部５３と、パラメータ算出部５４と、撮像回数決定部５５と、合成画像生成部５６と、３次元形状算出部５７とを有する。

【0017】

投影制御部５１は、投影装置３を制御する。投影制御部５１は、正弦波状の明度分布の縞パターンが位相シフトしながら物体Ｗに投影されるように投影装置３を制御する。すなわち、投影制御部５１は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体Ｗに投影されるように投影装置３を制御する。

【0018】

投影装置３は、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体Ｗに投影する。投影装置３は、位相が相互に異なる少なくとも３種類の縞パターンを物体Ｗに投影する。実施形態において、投影装置３は、位相が相互に異なる４種類の縞パターンを物体Ｗに投影する。投影装置３は、位相がπ／２ずつ異なる４種類の縞パターンを物体Ｗに投影する。

【0019】

図３は、実施形態に係る縞パターンを示す図である。図３に示すように、実施形態において、縞パターンは、位相シフト量が０°（初期位相＝０）である第１縞パターンと、位相シフト量が９０°（初期位相＝π／２）である第２縞パターンと、位相シフト量が１８０°（初期位相＝π）である第３縞パターンと、位相シフト量が２７０°（初期位相＝３π／２）である第４縞パターンとを含む。投影装置３は、第１縞パターン、第２縞パターン、第３縞パターン、及び第４縞パターンのそれぞれを物体Ｗに順次投影する。

【0020】

撮像制御部５２は、撮像装置４を制御する。撮像制御部５２は、縞パターンが投影された物体Ｗが撮像装置４により撮像されるように、撮像装置４を制御する。

【0021】

基礎画像取得部５３は、撮像装置４により撮像された物体Ｗの画像を示す基礎画像を撮像装置４から取得する。基礎画像は、１種類の縞パターンの投影において撮像装置４により取得される物体Ｗの画像である。第１縞パターンが投影された物体Ｗを撮像装置４が撮像した場合、基礎画像取得部５３は、第１縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第１基礎画像を取得する。第２縞パターンが投影された物体Ｗを撮像装置４が撮像した場合、基礎画像取得部５３は、第２縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第２基礎画像を取得する。第３縞パターンが投影された物体Ｗを撮像装置４が撮像した場合、基礎画像取得部５３は、第３縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第３基礎画像を取得する。第４縞パターンが投影された物体Ｗを撮像装置４が撮像した場合、基礎画像取得部５３は、第４縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第４基礎画像を取得する。

【0022】

パラメータ算出部５４は、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において取得された基礎画像の画素の輝度値に基づいて、基礎画像の画素ごとに正弦波のパラメータを算出する。

【0023】

基礎画像における座標（ｘ，ｙ）の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）（ｎ＝０，１，２，３）は、以下の（１）式で表される。

【0024】

【数1】

【0025】

（１）式において、Ａ（ｘ，ｙ）は、撮像時の正弦波の輝度値のコントラストを示す。Ｂ（ｘ，ｙ）は、輝度値のバイアス成分を示す。θ（ｘ，ｙ）は、画素における正弦波の位相値を示す。

【0026】

パラメータ算出部５４は、基礎画像の各画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）に基づいて、基礎画像の各画素それぞれの位相値θ（ｘ，ｙ）を算出する。位相値θ（ｘ，ｙ）は、４つの基礎画像（第１基礎画像、第２基礎画像、第３基礎画像、第４基礎画像）の同一画素における輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）から、以下の（２）式に基づいて算出される。

【0027】

【数2】

【0028】

（２）式において、Ｉ_０（ｘ，ｙ）、Ｉ_１（ｘ，ｙ）、Ｉ_２（ｘ，ｙ）、及びＩ_３（ｘ，ｙ）のそれぞれは、第１基礎画像、第２基礎画画像、第３基礎画像、及び第４基礎画像のそれぞれの同一画素における輝度値を示す。

【0029】

パラメータ算出部５４は、基礎画像の画素ごとに正弦波のパラメータを算出する。正弦波のパラメータは、コントラストＡ（ｘ，ｙ）、バイアス成分Ｂ（ｘ，ｙ）、及び位相値θ（ｘ，ｙ）を含む。

【0030】

図４は、実施形態に係る正弦波のパラメータを示す図である。パラメータ算出部５４は、（１）式、（２）式、及び撮像装置４によって観測される輝度値Ｉ_ｎ（Ｉ_０，Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３）に基づいて、画素ごとに、正弦波のパラメータであるコントラストＡ（ｘ，ｙ）、バイアス成分Ｂ（ｘ，ｙ）、及び位相値θ（ｘ、ｙ）を算出することができる。また、パラメータ算出部５４は、正弦波のパラメータに基づいて、画素における正弦波を推定することができる。

【0031】

図４に示すように、コントラストＡ（ｘ，ｙ）は、正弦波の振幅値を意味する。バイアス成分Ｂ（ｘ，ｙ）は、正弦波の振幅の中心値を意味する。

【0032】

撮像回数決定部５５は、１種類の縞パターンの投影において取得される物体Ｗの基礎画像の取得回数Ｎを決定する。

【0033】

撮像制御部５２は、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数Ｎだけ取得されるように撮像装置４を制御する。取得回数Ｎは、複数である。取得回数Ｎは、２以上の自然数である。例えば、第１縞パターンが物体Ｗに投影された場合、撮像制御部５２は、第１縞パターンが投影された物体Ｗが取得回数Ｎだけ撮像されるように、撮像装置４を制御する。撮像装置４は、第１縞パターンが投影された物体Ｗを取得回数Ｎだけ撮像する。基礎画像取得部５３は、取得回数Ｎと同じ数の第１基礎画像を取得する。第２縞パターンが物体Ｗに投影された場合、撮像制御部５２は、第２縞パターンが投影された物体Ｗが取得回数Ｎだけ撮像されるように、撮像装置４を制御する。撮像装置４は、第２縞パターンが投影された物体Ｗを取得回数Ｎだけ撮像する。基礎画像取得部５３は、取得回数Ｎと同じ数の第２基礎画像を取得する。第３縞パターンが物体Ｗに投影された場合及び第４縞パターンが物体に投影された場合も同様である。

【0034】

合成画像生成部５６は、取得回数Ｎと同じ数の基礎画像を合成して、複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する。例えば、合成画像生成部５６は、取得回数Ｎと同じ数の第１基礎画像を合成して、第１縞パターンに対応する第１合成画像を生成する。合成画像生成部５６は、取得回数Ｎと同じ数の第２基礎画像を合成して、第２縞パターンに対応する第２合成画像を生成する。合成画像生成部５６は、取得回数Ｎと同じ数の第３基礎画像を合成して、第３縞パターンに対応する第３合成画像を生成する。合成画像生成部５６は、取得回数Ｎと同じ数の第４基礎画像を合成して、第４縞パターンに対応する第４合成画像を生成する。

【0035】

実施形態において、複数の基礎画像を合成することは、複数の基礎画像を加算処理することを含む。複数の基礎画像の加算処理は、複数の基礎画像の同一画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）を加算することを含む。これにより、基礎画像において低い輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素が存在しても、複数の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が加算されることにより、合成画像においては、高い輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素が得られる。

【0036】

撮像回数決定部５５は、合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）が予め定められている閾値Ｔｈ以上になるように、取得回数Ｎを決定する。

【0037】

実施形態において、撮像回数決定部５５は、上述した正弦波のパラメータに基づいて、取得回数Ｎを決定する。実施形態において、閾値Ｔｈは、正弦波のコントラストＡの２倍の値よりも大きくなるように定められる。すなわち、閾値Ｔｈは、基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）の最大値と最小値との差よりも大きい値に定められる。撮像回数決定部５５は、合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）がコントラストＡの２倍の値よりも大きい条件において取得回数Ｎが最小になるように、取得回数Ｎを決定する。

【0038】

３次元形状算出部５７は、複数の合成画像（第１合成画像、第２合成画像、第３合成画像、第４合成画像）に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する。３次元形状算出部５７は、複数の合成画像の各画素の位相値θに基づいて、合成画像の各画素に対応する物体Ｗの複数の点のそれぞれの高さデータを算出して、物体Ｗの３次元形状を算出する。

【0039】

［３次元計測方法］
次に、実施形態に係る３次元計測方法について説明する。図５は、実施形態に係る３次元計測方法を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係る３次元計測方法を示す模式図である。

【0040】

投影制御部５１は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体Ｗに投影されるように、投影装置３を制御する。投影装置３は、第１縞パターン、第２縞パターン、第３縞パターン、及び第４縞パターンのそれぞれを物体Ｗに順次投影する。撮像制御部５２は、第１縞パターン、第２縞パターン、第３縞パターン、及び第４縞パターンのそれぞれが投影された物体Ｗが撮像装置４により順次撮像されるように、撮像装置４を制御する（ステップＳ１）。

【0041】

基礎画像取得部５３は、第１縞パターンが投影された物体Ｗの第１基礎画像、第２縞パターンが投影された物体Ｗの第２基礎画像、第３縞パターンが投影された物体Ｗの第３基礎画像、及び第４縞パターンが投影された物体Ｗの第４基礎画像のそれぞれを取得する（ステップＳ２）。

【0042】

パラメータ算出部５４は、基礎画像（第１基礎画像、第２基礎画像、第３基礎画像、第４基礎画像）の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が予め定められている閾値Ｔｈ以上か否かを判定する（ステップＳ３）。

【0043】

ステップＳ３において、基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が閾値Ｔｈ以上であると判定された場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、３次元形状算出部５７は、複数の基礎画像に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する（ステップＳ４）。

【0044】

すなわち、３次元形状算出部５７は、１つの第１基礎画像と、１つの第２基礎画像と、１つの第３基礎画像と、１つの第４基礎画像とに基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する。

【0045】

ステップＳ３において、基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が閾値Ｔｈ以上ではない判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、撮像回数決定部５５は、合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）が予め定められている閾値Ｔｈ以上になるように、１種類の縞パターンの投影において取得される物体Ｗの基礎画像の取得回数Ｎを決定する（ステップＳ５）。

【0046】

実施形態において、撮像回数決定部５５は、合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）がコントラストＡの２倍の値よりも大きい条件において取得回数Ｎが最小になるように、取得回数Ｎを決定する。

【0047】

投影制御部５１は、位相が相互に異なる複数種類の正弦波状の明度分布の縞パターンが物体Ｗに投影されるように、投影装置３を制御する。投影装置３は、第１縞パターン、第２縞パターン、第３縞パターン、及び第４縞パターンのそれぞれを物体Ｗに順次投影する。撮像制御部５２は、複数種類の縞パターンのそれぞれの投影において基礎画像が取得回数Ｎだけ取得されるように、撮像装置４を制御する（ステップＳ６）。

【0048】

ステップＳ１において、基礎画像が１回だけ取得されている。ステップＳ３において取得回数Ｎが例えば４回であると決定された場合、撮像制御部５２は、ステップＳ６において基礎画像が３回だけ取得されるように、撮像装置４を制御する。

【0049】

基礎画像取得部５３は、３つの第１基礎画像、３つの第２基礎画像、３つの第３基礎画像、及び３つの第４基礎画像のそれぞれを取得する（ステップＳ７）。

【0050】

ステップＳ２の処理とステップＳ７の処理とを合わせて、基礎画像取得部５３は、４つの第１基礎画像、４つの第２基礎画像、４つの第３基礎画像、及び４つの第４基礎画像のそれぞれを取得したことになる。

【0051】

実施形態において、４つの第１基礎画像のそれぞれを取得するときに光源３１から射出される光の光量は、同一である。同様に、４つの第２基礎画像のそれぞれを取得するときに光源３１から射出される光の光量と、４つの第３基礎画像のそれぞれを取得するときに光源３１から射出される光の光量と、４つの第４基礎画像のそれぞれを取得するときに光源３１から射出される光の光量とは、同一である。

【0052】

合成画像生成部５６は、取得回数Ｎと同じ数の基礎画像を合成して、複数種類の縞パターンのそれぞれに対応する複数の合成画像を生成する（ステップＳ８）。

【0053】

実施形態において、合成画像生成部５６は、４つの第１基礎画像を合成して、第１合成画像を生成する。合成画像生成部５６は、４つの第２基礎画像を合成して、第２合成画像を生成する。合成画像生成部５６は、４つの第３基礎画像を合成して、第３合成画像を生成する。合成画像生成部５６は、４つの第４基礎画像を合成して、第４合成画像を生成する。

【0054】

３次元形状算出部５７は、複数の合成画像に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する（ステップＳ９）。

【0055】

すなわち、３次元形状算出部５７は、１つの第１合成画像と、１つの第２合成画像と、１つの第３合成画像と、１つの第４合成画像とに基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する。

【0056】

［効果］
以上説明したように、実施形態によれば、例えば物体Ｗの表面の光反射率が低く、１回の撮像で取得された基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が低い場合、更に複数回の撮像が実施され、基礎画像が取得回数Ｎだけ取得される。基礎画像が取得回数Ｎだけ取得された後、取得回数Ｎと同じ数の基礎画像が合成されて合成画像が生成される。合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）は高い。３次元形状算出部５７は、高い輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素により構成された合成画像に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出することができる。これにより、３次元計測の信頼性の低下が抑制される。

【0057】

光源３１から射出される光の光量を増大させることにより、基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）を高くすることができる。しかし、光源３１から射出される光の光量を増大させると、光源３１の発熱量が大きくなってしまう。また、撮像装置４のシャッター速度を遅くすることにより、基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）を高くすることができる。しかし、撮像装置４のシャッター速度を遅くすると、基礎画像がぶれてしまう可能性が高くなる。実施形態においては、１つの基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が低い場合、複数の基礎画像が合成されて合成画像が生成される。これにより、光源３１の発熱量が大きくなること及び基礎画像がぶれることが抑制された状態で、物体Ｗの３次元形状が精度良く算出される。

【0058】

撮像回数決定部５５は、合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）が予め定められている閾値Ｔｈ以上になるように、取得回数Ｎを決定する。これにより、高い輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素により構成された合成画像が生成される。

【0059】

パラメータ算出部５４は、基礎画像の各画素における正弦波のパラメータとして、正弦波のコントラストＡ、バイアス成分Ｂ、及び位相値θを算出する。撮像回数決定部５５は、正弦波のコントラストＡに基づいて、取得回数Ｎを決定する。これにより、高い輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素により構成された合成画像が生成される。

【0060】

閾値Ｔｈは、コントラストＡの２倍の値よりも大きい。すなわち、閾値Ｔｈは、基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）の最大値と最小値との差よりも大きい。これにより、高い輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素により構成された合成画像が生成される。

【0061】

撮像回数決定部５５は、合成画像の画素の輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）がコントラストＡの２倍の値よりも大きい条件において取得回数Ｎが最小になるように、取得回数Ｎを決定する。例えば、取得回数Ｎが３回では［Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）≧２×Ａ］であり、取得回数Ｎが４回以上では［Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）＜２×Ａ］である場合、取得回数Ｎは５回には決定されず４回に決定される。これにより、撮像装置４による基礎画像の取得回数Ｎが不必要に多くなることが抑制される。したがって、３次元計測装置１の計測時間の長期化が抑制される。

【0062】

［その他の実施形態］
上述の実施形態において、基礎画像を取得回数Ｎだけ取得する場合、光源３１の光量が変更されてもよい。例えば、上述のステップＳ１において光源３１が第１光量で光を射出し、ステップＳ３において基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が閾値Ｔｈ以上ではない判定された場合、ステップＳ７において取得される基礎画像の画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が高くなるように、ステップＳ６において光源３１が第１光量よりも高い第２光量で光を射出してもよい。

【0063】

なお、物体Ｓの表面に光反射率が低い領域と光反射率が高い領域との両方が存在する場合、光反射率が高い領域に対応する合成画像は、基礎画像を加算処理するのではなく、基礎画像を平均化処理してもよい。複数の基礎画像の平均化処理は、複数の基礎画像の同一画素の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）の平均値を算出することを含む。これにより、基礎画像において高過ぎる輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素が存在しても、複数の輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）が平均化されることにより、合成画像においては、適正な輝度値Ｊ_ｎ（ｘ，ｙ）の画素が得られる。また、平均化処理により合成画像が生成されることにより、合成画像においてランダムノイズが低減される。

【符号の説明】

【0064】

１…３次元計測装置、２…ステージ、３…投影装置、４…撮像装置、５…制御装置、３１…光源、３２…光変調素子、３３…投影光学系、４１…結像光学系、４２…撮像素子、５１…投影制御部、５２…撮像制御部、５３…基礎画像取得部、５４…パラメータ算出部、５５…撮像回数決定部、５６…合成画像生成部、５７…３次元形状算出部、Ｗ…物体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】