图像测量装置的制作方法

本发明涉及通过对工件成像而测量工件的图像测量装置。

背景技术：

相关技术的描述

作为用于执行工件(即，要测量的对象)的尺寸测量或形状测量的测量装置，例如，已知图像测量装置。图像测量装置包括：成像设备，对工件成像以获取图像；以及处理设备，对该图像执行图像处理并执行工件的尺寸测量或形状测量(JP 2001-241941A)。

例如，有时，当采用图像测量装置来执行工件的尺寸测量或形状测量时，不能从图像内适当地提取表示测量目标的部分，并且不能准确地获取测量值。

有鉴于这一点作出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种图像测量装置，其能够从图像内适当提取表示测量目标的部分，并执行尺寸测量或形状测量。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的图像测量装置的概览图。

图2示出在同一图像测量装置中显示工件的图像的显示屏幕。

图3是示出同一图像测量装置的配置的框图。

图4是示出通过同一图像测量装置测量的方法的流程图。

图5示出在同一方法中图像处理之后的显示屏幕。

图6示出在同一方法中的初始设置之后的显示屏幕。

图7示出在同一方法中的测量目标的轮廓的提取期间的显示屏幕。

图8示出在同一方法中的测量目标的轮廓的提取之后的显示屏幕。

图9示出在同一方法中的测量目标的质心的获取之后的显示屏幕。

图10示出当由传统图像测量装置执行边缘检测时的显示屏幕。

图11示出当执行同一边缘检测时的显示屏幕。

图12示出当执行同一边缘检测时的显示屏幕。

图13示出当由传统图像测量装置执行模式(pattern)识别时的显示屏幕。

图14示出当执行同一模式识别时的显示屏幕。

图15示出当由传统图像测量装置执行标记时的显示屏幕。

图16示出当执行同一标记时的显示屏幕。

图17示出显示由根据本发明第一实施例的图像测量装置测量的方法的示例的显示屏幕。

图18示出在同一方法中在第二点组中执行稀疏(thin)之后的显示屏幕。

图19示出在同一方法中在所选择的第二点组中已经执行形状的拟合的情况下的显示屏幕。

图20示出显示由根据本发明第二实施例的图像测量装置测量的方法中的边缘检测工具的显示屏幕。

图21示出由根据本发明第三实施例的图像测量装置测量的方法中的初始设置之后的显示屏幕。

图22示出在同一方法中的测量目标33的轮廓的提取之后的显示屏幕。

图23示出在同一方法中的图像处理之后的显示屏幕。

具体实施方式

为了解决上述问题，根据本发明实施例的图像测量装置包括：成像设备，对工件成像以获取图像；以及处理设备，基于该图像执行工件的测量并输出测量结果。此外，所述处理设备在图像中设置区域，并沿该区域的轮廓线设置多个第一点，顺序移动所述多个第一点，使得所述多个第一点逼近图像中包括的轮廓线，获取所移动的多个第一点作为多个第二点，以及基于所述多个第二点计算测量结果。

在这样的实施例中，在当从图像内提取表示测量目标的部分时执行的处理中，采用所谓的活动轮廓模型的技术。即，在所获取的图像中设置区域，沿该区域的轮廓线设置多个第一点，并且顺序移动所述多个第一点，使得所述多个第一点逼近图像中包括的轮廓线。因此，如果测量目标可以被所述多个第一点围绕，则即使测量目标的例如尺寸、角度、色调、位置等与假设的尺寸、角度、色调、位置等不同时，也可以从图像内适当地提取表示测量目标的部分，并执行尺寸测量或形状测量。

例如，所述处理设备可以在教导阶段获取与所述区域和所述多个第一点有关的条件，并且在自动测量阶段，根据所述条件执行测量。此外，所述处理设备可以基于所述第二点在图像中设置边缘检测工具，并使用所述边缘检测工具执行边缘检测。此外，所述处理设备可以基于所述第二点计算第一轮廓线，沿该第一轮廓线设置多个线段，并沿所述线段执行边缘检测，所述多个线段的每一个在与该第一轮廓线交叉的方向延伸。

本发明使得可以提供一种图像测量装置，其能够更好地执行尺寸测量或形状测量。

[第一实施例]

接下来，将参照附图详细描述本发明的第一实施例。

首先，将参照图1描述根据本实施例的图像测量装置的示意配置。

如图1所示，根据本实施例的图像测量装置包括：图像测量仪器1，其包括相互正交的X、Y和Z轴，并且在该Z轴的端点具有被安装作为对工件3成像的成像设备的相机141；以及计算机(以下，称为“PC”)2，连接至该图像测量仪器1。

图像测量仪器1被配置为如下。即，在样本移动部件11上安装工作台12，使得用作基准平面的工作台12的上表面与水平面一致，并且X轴导引部13c由臂支撑体13a和13b的上端支撑，该臂支撑体13a和13b从样本移动部件11的两侧的边缘竖起。由样本移动部件11在Y轴方向上驱动工作台12。成像单元14被在X轴导引部13c中在X轴方向上可驱动地支撑。相机141被在Z轴方向上可驱动地安装在成像单元14的下端。

注意，本实施例采用对布置在工作台12上的工件3成像的系统，但是另一系统当然也是可能的，例如，从横向对布置在地面上的工件成像的种类的系统是可能的。此外，诸如CCD和CMOS的各种相机可用作相机141。

PC 2包括：处理设备22；以及显示设备21和输入设备23，其连接至该处理设备22。处理设备22在内部包括CPU和诸如硬盘等的存储设备。显示设备21是例如显示器或投影仪等。输入设备23是对其输入测量者的操作的操作输入设备，并且是例如鼠标、键盘、触摸板等。

接下来，将参照图2描述显示设备21的屏幕上显示的画面。

如图2所示，由相机141获取的工件3的图像(以下，表示为图中的图像i3)显示在显示设备21的屏幕上。在图2所示的示例中，工件3包括测量目标31。此外，由输入设备(鼠标等)23操作的指针显示在显示设备21的屏幕上。

接下来，将参照图3更详细描述根据本实施例的处理设备22的配置。

如图3所示，在根据本实施例的图像测量装置中，相机141对工件3成像并获取工件3的图像。此外，该图像经由处理设备22传送至显示设备21。此外，处理设备22经由输入设备23的输入接收测量者的操作，并据此执行对工件3的测量(例如，尺寸测量或形状测量等)。例如，处理设备22通过分析图像从图像内提取表示测量目标形状的部分，对该测量目标执行尺寸测量或形状测量等，并计算与位置有关的值(诸如质心)或与形状有关的值(诸如轮廓线、宽度等)。

注意，可以通过各种模式执行表示测量目标的部分的提取，但是在第一实施例中，通过采用所谓的主动轮廓模型的技术的方法执行所述提取。即，设置包括多个第一点的第一点组，以便围绕测量目标31(参照图6)，并且移动所述多个第一点以便逼近测量目标31的轮廓线，从而获取多个第二点(第二点组)(参照图7和图8)。

如图3所示，处理设备22通过CPU、存储器和硬盘(存储设备24)等中存储的程序实现下述功能。即，输入处理单元221经由来自输入设备23的输入接收测量者的操作，并且据此执行在显示设备21中显示的指针(参照图2)的位置的计算等。初始设置单元222执行工件3的测量中所需的初始设置。例如，如图6所示，初始设置单元222设置包括所述多个第一点的第一点组。轮廓提取单元223提取测量目标31的轮廓线。例如，如图7所示，轮廓提取单元223顺序移动所述多个第一点，使得所述多个第一点逼近测量目标31的轮廓线，并且获取所移动的多个第一点作为多个第二点。测量结果获取单元224基于所述轮廓提取单元223中获取的所述多个第二点(第二点组)获取测量结果。

接下来，将参照图4至图9描述根据本实施例的图像测量装置的操作。

如图4和图5所示，在步骤S101，对由相机141获取的图像执行图像处理。图像处理可以在多种模式下执行，但是，例如，可以通过诸如二值化的方法强调图像中的对比度。此外，例如，在图像处理中，还可以执行各种滤波等，并减少图像中的噪声。注意，也可以省略图像处理。

如图4和图6所示，在步骤S102中，执行在工件3的测量中所需的初始设置。例如，如图6所示，基于输入操作，在由相机141获取的图像中设置区域R1。在图6所示的示例中，设置区域R1以便围绕测量目标31。此外，沿该区域R1的轮廓线设置包括多个第一点的第一点组。

可以通过各种方法设置区域R1。在图6所示的示例中，设置区域R1以便围绕测量目标31。例如，如图6所示，通过点击接近测量目标31的中心的点p1，可以指定区域R1的中心位置，然后，通过在指针的运动之后动态改变区域R1的外边缘并且对点p2执行诸如点击的操作，可以指定区域R1的外边缘。此外，例如，还可以通过使得指针的所在点在区域R1的外边缘来围绕测量目标31，指定区域R1。此外，还可以通过具有固定尺寸和形状的工具来指定区域R1。此外，区域R1的形状可以是任何形状，诸如圆圈、椭圆、正方形、矩形或另一多边形。

可以通过各种方法设置第一点组。例如，在已经设置区域R1之后，可以根据区域R1的轮廓线的长度调节第一点组的点的数目。此外，还可以预先确定第一点组的点的数目。此外，第一点组可以沿区域R1的轮廓以相等间隔对准，或第一点组可以被配置为不是等间隔。

此外，还可以例如在当利用教导以执行自动测量的情况下，例如，在教导阶段，根据上述条件的种类设置区域R1和第一点组，并且在自动测量阶段中，通过与该条件类似的条件设置区域R1和第一点组。

如图4、图7和图8所示，在步骤S103，顺序移动在步骤S102中设置的多个第一点。移动第一点组以便逼近由相机141获取的图像中的轮廓线(例如，测量目标31的轮廓线)。此外，如图8所示，在步骤S103，获取所移动的多个第一点作为多个第二点(第二点组)。

可以通过各种方法移动多个第一点。例如，可以设置考虑区域R1的轮廓线的长度(对等第一点之间的间隔)和平滑性的评估函数，或第一点与测量目标31之间的距离等，并且可以逐渐移动多个第一点，使得该评估函数逼近最佳值。例如，这样的评估函数可以更接近地逼近最佳值，对等第一点之间的间隔越短，区域R1的轮廓线越平滑。结果，如图7所示，多个第一点逐渐移向区域R1的内部。此外，上述评估函数可以包括指示图像中的密度的梯度、以及当色彩(密度、色调)的改变(梯度)大时使上述评估函数逼近最佳值的项。结果，如图8所示，可以在当第一点已经到达测量目标31的轮廓时的定时，停止第一点的移动，并且将第一点移动至测量目标31的轮廓线上。

如图4和图9所示，在步骤S104，基于在步骤S103获取的多个第二点获取测量的结果。在步骤S104，可以计算测量目标的诸如质心或轮廓线、宽度等的各种值。

可以通过各种方法计算测量目标的质心。例如，可以通过计算多个第二点的质心计算测量目标的质心。在此情况下，例如，在步骤S103，可以沿测量目标31的轮廓线以相等间隔对准在对等第二点之间的间隔。此外，例如，还可以通过计算由多个第二点指定的区域R1的质心计算测量目标的质心。此外，还可以例如在计算测量目标的质心之前预先计算测量目标的轮廓线，并且基于该轮廓线计算质心。此外，还可以执行诸如圆圈或多边形的形状与第二点的拟合(fit)，并且基于该结果计算质心。

可以通过各种方法计算测量目标的轮廓线。例如，可以采用通过多个第二点的直线或曲线，作为测量目标的轮廓线。此外，还可以基于这样获取的轮廓线计算测量目标的宽度等。

此外，在步骤S104，可以在计算诸如质心或轮廓线的测量结果之前对多个第二点中的一些进行稀疏。在稀疏期间，例如，可以构思排除所述多个第二点中处于距测量目标特定距离或更远的那些第二点，或采用使用最小二乘法等的异常点移除处理等。

现在，在传统图像测量装置中，有时，对由相机获取的图像执行诸如边缘检测、模式识别和标记的处理，从而从图像中提取表示测量目标的部分，并且执行尺寸测量或形状测量。

例如，有时，如图10所示，当通过边缘检测执行尺寸测量或形状测量时，使用具有固定形状的边缘检测专用工具t。图10例示的边缘检测专用工具t包括四个盒子(box)b，并且每个盒子b具有矩形形状，其沿测量目标31的假设的轮廓延伸。此外，在每个盒子b中，沿盒子b的纵向提供各自在盒子b的横向延伸的多个线段l。在边缘检测中，如图10所示，每个盒子b叠加在测量目标31的轮廓上，并且获取沿盒子b中的线段1具有最大色彩(密度，色调)的改变(梯度)的像素，作为边缘点e1。此外，假设通过这些多个边缘点e1的直线或曲线为测量目标31的轮廓线。此外，基于这样获取的轮廓线计算测量目标31的质心。

在该模式中，工具t中的盒子b的位置关系是固定的。因此，有时，在诸如当例如图11所示测量目标31的尺寸不同于假设尺寸时或当如图12所示工具t的位置结果与测量目标31未对准时的情况下，盒子b中的每一个不能叠加在测量目标31的轮廓上，并且不能从图像内适当提取表示测量目标的部分。

此外，当例如通过模式识别执行例如尺寸测量或形状测量时，通过预先准备表示样本的图像、并且基于该图像从图像中取出测量目标31，计算测量目标31的质心。在该模式中，有时，在如当例如如图13所示测量目标31倾斜时、或当如图14所示图像的色调不同时的情况下，不能取出测量目标31，并且不能从图像中适当提取表示测量目标的部分。

此外，当例如通过标记执行尺寸测量或形状测量时，由相机141获取的图像二值化，并且相同色彩的像素在上下方向或左右方向连续的部分各自被假设为相同的区域。此外，这些区域各自被分配不同编号，并且对这些区域的每一个计算质心的位置或轮廓线等。

在该模式中，有时，在诸如当例如如图15所示将不同模式32叠加在测量目标31上的情况下，不能从图像中适当提取表示测量目标的部分。即，有时，当如图15所示将不同模式32叠加在测量目标31上时，则如图16所示，在当图像被二值化时的时间点，将测量目标31分割为多个部分，并且这些多个部分结果被分配有不同编号。例如，有时，当尝试在该情况下计算质心的位置时，如图16所示，结果计算对于所分割的区域中的一个的质心的位置，并且不能优选地计算测量目标31的质心位置。注意，图16例示结果计算被分配有编号“8”的区域的质心的情况。

为了处理该情况，在第一实施例中，设置多个第一点以便围绕测量目标31(参照图6)，移动所述多个第一点以便逼近测量目标31的轮廓线，从而获取多个第二点(参照图7和图8)，并且基于所述多个第二点执行尺寸测量或形状测量等的测量(参照图9)。因此，如果可以通过多个第一点围绕测量目标31，则即使在测量目标31的尺寸与假设不同时(参照图11)、当测量目标31倾斜时(参照图13)或当图像的色调不同时(参照图14)的情况下，也可以从图像中适当提取表示测量目标的部分，并且可以执行诸如尺寸测量或形状测量的测量。此外，在测量目标31被多个第一点围绕的情况下，与将上述盒子b叠加在测量目标31的轮廓上的情况相比，可以通过更粗的对准来执行测量，因此，与采用如图12所示的工具t等的情况相比，更容易抑制上述位置失准的问题。此外，即使当例如结果通过如参照图16所说明的二值化将测量目标31分割为多个部分时，如图17所示通过多个第一点围绕所述多个部分，使得可以从图像中适当提取表示测量目标的部分，并且执行测量。

此外，在如当例如测量目标31结果被分割为多个部分(如参照图16所说明的)时的情况下，可以通过将多个第二点中的一些稀疏而执行更准确的测量。例如，在图18所示的示例中，排除距测量目标31特定距离或更远的多个未选择点1。此外，在图18所示的示例中，通过使用最小二乘法等的异常点移除处理排除未选择点2。这使得可以基于多个第二点的所选择点而检测测量目标31的轮廓线。此外，如图19所示，对这些所选择点执行诸如圆圈或多边形的形状的拟合使得可以检测测量目标31的质心。

[第二实施例]

接下来，将参照图20描述根据本发明第二实施例的图像测量装置。注意，在下面的描述中，与第一实施例的部分类似的部分将被分配与第一实施例中分配的附图标记相同的附图标记，并将省略其描述。

根据本实施例的图像测量装置基本被配置为与第一实施例的类似，但是在以下点与第一实施例不同。即，在本实施例中，在已经在步骤S104中基于第二点组计算测量目标的质心或轮廓线等之后，进一步执行边缘检测。边缘检测可以以各种模式执行，但是在图20所示的示例中，基于所计算的质心或轮廓线在测量目标31中设置边缘检测工具t，并且采用该边缘检测工具t以执行测量。

可以通过各种方法设置边缘检测工具t。例如，可以从基于第二点组计算的轮廓线选择边缘检测工具t的形状。例如，还可以使用具有与图20所示的种类的正方形形状不同的另一形状(诸如，圆形)的边缘检测工具作为边缘检测工具t。此外，例如，还可以从基于第二点组计算的轮廓线调节边缘检测工具t中的对等盒子b之间的距离或盒子b的尺寸、角度等。

可以以各种模式执行采用边缘检测工具t的测量，但是如图20所示，可以在每个盒子b中，将各自在盒子b的横向上延伸的多个线段l沿盒子b的纵向以等间隔设置，沿所述多个线段l获取具有最大色彩(密度、色调)改变(梯度)的像素作为边缘点e1，并且将其用作测量目标31的轮廓线。此外，还可以基于这样获取的轮廓线计算测量目标31的质心。

注意，还可以通过边缘追踪(trace)执行边缘检测，而不使用例如图20所示的种类的边缘检测工具t。在此情况下，还可以例如在基于第二点组计算的轮廓线上，沿轮廓线以等间隔设置各自在与该轮廓线交叉的方向上延伸的多个线段，沿所述多个线段获取边缘点，并且将其用作测量目标31的轮廓线。

在本实施例中，与第一实施例类似地在步骤S104中计算测量目标的质心或轮廓线等。因此，与第一实施例中类似地，可以从图像内适当提取表示测量目标的部分。此外，在本实施例中，在该提取的测量位置执行边缘检测，因此，可以更好地执行测量。

例如，在本实施例中，可以在已经基于第二点组计算轮廓线之后，以甚至更精细的间隔获取边缘点组，因此，可以更仔细测量测量目标31的轮廓线。此外，当例如测量具有不同尺寸的多个测量目标时，即使对等第二点之间的间隔结果根据测量目标的尺寸改变，也可以将采样的间隔对准恒量。

此外，如上所述，在本实施例中，还可以从基于第二点组计算的轮廓线选择边缘检测工具t的形状，或可以执行边缘追踪。这使得可以对具有不同形状或尺寸的多个测量目标执行精确测量，并使得可以实现灵活测量或教导的省力等。

[第三实施例]

接下来，将参照图21至图23描述根据本发明第三实施例的图像测量装置。注意，在下面的描述中，将对与第一实施例类似的部分分配与第一实施例中分配的附图标记相同的附图标记，并且将省略其描述。

根据本实施例的图像测量装置基本被配置为与第一实施例类似，但是与第一实施例在以下点不同。即，在本实施例中，如图21所示，二值化图像在其中设置多个第一点，以便围绕测量目标33，并且如图22所示，移动所述多个第一点以获取沿测量目标33的轮廓对准的第二点组。此外，如图23所示，将测量目标33的轮廓外部填充与测量目标33的轮廓内部相同的色彩(密度，色调)，并且，再次移动所述多个第一点，从而获取沿位于测量目标33的轮廓内的通孔34的轮廓对准的点组。此外，基于该点组计算通孔34(另一测量结果)的质心、轮廓线和宽度等。

[其他实施例]

本发明除了能够应用于使用其中相机141被配置为可在z轴方向驱动并且能够在Z轴方向测量坐标的三维图像测量仪器的情况，还能够应用于使用二维图像测量仪器或具有图像测量功能的显微镜的情况。