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DMDを用いたCCDカメラによる実時間形状計測方法と装置 新技術説明会

国内特許コード P03A000582
整理番号 U2000P137
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-026564
公開番号 特開2002-228425
登録番号 特許第3507865号
出願日 平成13年2月2日(2001.2.2)
公開日 平成14年8月14日(2002.8.14)
登録日 平成16年1月9日(2004.1.9)
発明者
  • 森本 吉春
  • 藤垣 元治
出願人
  • 国立大学法人和歌山大学
発明の名称 DMDを用いたCCDカメラによる実時間形状計測方法と装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】 位相シフト走査モアレ法によって物体が動く場合でも小さい誤差で等高線画像又は等変位線画像を実時間で得ることができる実時間形状計測用CCDカメラを提供する。
【解決手段】 DMD表面に物体の像をいったん結像させ、そのDMD表面結像した像をさらにレンズを通してCCD表面に結像させるように構成した。等高線画像を撮影する場合、格子を試料物体に位相シフトしながら投影し、CCDで1フレーム撮影する間にDMDの各ミラーのオン/オフを前記投影格子の位相シフト量に応じて制御しながら撮影する。等変位線画像を撮影する場合、格子を試料物体に位相シフトしながら投影し、予め求めておいた物体の変形前の位相分布を元に、CCDで1フレーム撮影する間にDMDの各ミラーのオン/オフする画素を投影格子の位相シフト量に応じて制御しながら撮影する。
従来技術、競合技術の概要


非接触で物体の3次元形状計測を行う従来の方法としては、物体に投影された格子の歪みを解析する方法がよく用いられていた。物体に等ピッチの格子を投影し別の方向からテレビカメラで撮影すると、物体の形状に応じて歪んだ格子画像が得られる。この画像から形状分布を得る方法として、走査モアレ法やフーリエ変換モアレ法/格子法などの位相解析法が開発されている。変位分布を表示するには、まず変形前後の形状データを計測し、その差として変位量を算出して表示する方法がこれまで多く用いられていた。
走査モアレ法は、格子画像を等ピッチごとに間引くことで等高線を意味するモアレ縞を得る方法である。この方法は単純な画像処理で実現できるため、非常に高速に結果を得ることができるが、ノイズの多い等高線画像となってしまう欠点がある。フーリエ変換モアレ法/格子法などの位相解析法では、精度のよい計測が可能であり、変位量も算出することができるが、処理に時間がかかるという欠点がある。
上述した欠点を克服し、物体の形状を表す等高線画像と、変形量を表す等変位線画像とをリアルタイムに得るための従来の方法としては、例えば、本発明者等を含む金汪根、藤垣元治及び森本吉春による「位相シフト走査モアレ法によるノイズのない等高線・等変位線表示システムの開発」第2回知能メカトロニクスワークショップ、精密工学会、1997年、29~34ページと、特許第2903111号「形状変形計測方法」とにおいて記載されている位相シフト走査モアレ方法がある。この方法では、連続的に位相をシフトしながら物体に投影された格子を撮影した複数枚の画像から、高分解能の等高線画像及び等変位線画像を得ていた。
従来の位相シフト走査モアレ法においては、物体に投影した格子を、投影格子の位相シフト回数分だけ撮影し、撮影された複数の画像からそれぞれの位相シフト量に応じた画素の輝度データを抽出し、重ね合わせることで等高線画像又は等変位線画像を得ていた。この従来の方法によって実時間において等高線画像や等変位線画像を得る場合、投影格子の位相シフトをCCDのフレーム撮影時間ごとに1回行い、撮影された画像をメモリに順次記憶していく。1周期分の位相シフトが完了した後は、メモリに記憶しておいた直前の1周期分の位相シフト画像から上記のように位相シフト量に応じた画素の輝度データをそれぞれ抽出し、重ね合わせることで等高線画像又は等変位線画像を得る。等高線画像を得る場合、抽出する画素は、投影格子と同じピッチで、幅が1画素の等間隔の格子状の画素の並びである。この抽出する位置を、位相シフト量が増えるごとに1列ずつ移動させる。等変位線画像を得る場合、抽出する画素は、投影格子の位相シフト量と、予め求めておいた変形前の物体への投影格子の位相値とが一致している画素である。
このように、1フレームの撮影を行うたびに直前の1周期分の位相シフト画像を用いて等高線画像又は等変位線画像を得ることができるため、毎フレームごとに結果が得られることになる。ここでは、撮影のフレーム時間ごとに結果が得られることを実時間と呼んでいる。

産業上の利用分野


本発明は、物体の形状及び変形量を計測する非接触形状計測装置に関し、特に、位相をシフトしながら物体に投影された格子を用いる形状計測方法によってテレビカメラのフレームレート(1/30秒)の間に撮影された格子画像からリアルタイムに形状を表す等高線画像及び変形量を表す等変位線画像を得ることができる実時間形状計測用CCDカメラと、このような実時間形状計測用CCDカメラを使用する実時間等高線表示方法及び実時間等変位線表示方法と、実時間等高線表示システム及び実時間等変位線表示システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数のDMDミラー及びこれらのDMDミラーの各々をオン/オフする複数のDMD素子を具えDMDと、前記DMDの表面に物体の像を結像する第1レンズと、前記複数のDMDミラーと1対1の関係にある複数のCCD画素を具えるCCDと、前記DMDの表面に反射された像をさらに前記CCDに結像する第2レンズとを具え、前記CCDで1フレーム撮影する間に前記DMDの各DMD素子の各列を所定の量に応じて制御しながら撮影するように構成したことを特徴とするCCDカメラ。

【請求項2】
請求項1に記載の実時間形状計測用CCDカメラを使用し、格子を試料物体に位相シフトしながら投影し、前記CCDで1フレーム撮影する間に前記DMDの各ミラーのオン/オフを前記投影格子の位相シフト量に応じて制御しながら撮影することを特長とする等高線画像撮影方法。

【請求項3】
請求項1に記載の実時間形状計測用CCDカメラを使用し、格子を試料物体に位相シフトしながら投影し、予め求めておいた物体の変形前の位相分布を元に、前記CCDで1フレーム撮影する間に前記DMDの各ミラーのオン/オフする画素を投影格子の位相シフト量に応じて制御しながら撮影することを特徴とする等変位線画像撮影方法。

【請求項4】
請求項1に記載の実時間形状計測用CCDカメラと、格子を試料物体に位相シフトしながら投影する手段とを具え、前記実時間形状計測用CCDカメラを、前記CCDで1フレーム撮影する間に前記DMDの各ミラーのオン/オフを前記投影格子の位相シフト量に応じて制御するように構成したことを特長とする等高線画像撮影システム。

【請求項5】
請求項1に記載の実時間形状計測用CCDカメラと、格子を試料物体に位相シフトしながら投影する手段とを具え、前記実時間形状計測用CCDカメラを、予め求めておいた物体の変形前の位相分布を元に、前記CCDで1フレーム撮影する間に前記DMDの各ミラーのオン/オフする画素を投影格子の位相シフト量に応じて制御するように構成したことを特徴とする等変位線画像撮影システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001026564thum.jpg
出願権利状態 登録
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