三维形状测量装置、三维形状测量系统及三维形状测量方法与流程

本发明涉及一种三维形状测量装置，该三维形状测量装置对包括通过线状光形成在被测对象的表面上的光切断线的多个图像进行解析，测量该被测对象的三维形状。

背景技术：

作为通过图像解析得到被测对象的三维形状信息的方法，已知有利用三角测量原理的光切断法等。例如，下述专利文献1中公开有一种三维形状测量装置，使对象物和图案光相对扫描，同时，一边使对图像的辉度带来影响的参数变化，一边取得多个图像，其中，图像包括在该对象物的表面出现的图案，由此使用该多个图像中的各像素的辉度等级与规定范围的对象图像相对应的图案的辉度信息求该对象物的三维形状。

专利文献1：日本特开2009-168658号公报(2009年7月30日公开)

但是，所述专利文献1所例示的现有技术中，为了取得通过线状光形成在被测对象的表面上的光切断线的位置，需要编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构，因此，存在结构变得复杂而不能简易地实现的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供不使用外部的位置测量装置而准确地测量被测对象的三维形状的三维形状测量装置、三维形状测量系统、三维形状测量方法及程序。

为了解决上述问题，本发明一技术方案提供一种三维形状测量装置，其具备：取得部，其取得拍摄有光切断线和基准标记的多个图像，所述光切断线是由线状光在载置于基准面上的被测对象的表面上形成的，所述基准标记与该被测对象的相对位置不发生变化，且为非对称的形状；高度计算部，其针对各所述图像算出所述被测对象的形成有所述光切断线的部分距所述基准面的高度；坐标计算部，其针对各所述图像使用所述基准标记算出所述部分在与所述基准面平行的面上的坐标；以及映射生成部，其将根据各所述图像算出的所述高度和所述坐标组合，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

根据所述的结构，所述三维形状测量装置针对各所述图像，使用所述基准标记算出形成有所述光切断线的部分的所述坐标，将所算出的该坐标和该部分的所述高度组合，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。因此，所述三维形状测量装置实现下述效果：可以不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而算出所述部分的位置，能够针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据，即，能够准确地测量所述被测对象的三维形状。

另外，所述三维形状测量装置由于取得各所述图像中所拍摄到的所述光切断线彼此互不相同的的所述多个图像，所以例如在使载置有所述被测对象的所述基准面水平移动的情况下，在移动产生了不稳等时，也能够使用所述基准标记准确地算出所述部分的所述坐标。即，所述三维形状测量装置实现下述效果：在通过手动等可能产生不稳的方法使载置有所述被测对象的所述基准面移动的情况下，也能够使用所述基准标记针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

在此，在现有的三维形状测量系统中，由于使被测对象仅沿一个方向相对于线状光水平移动，所以可能产生未照射该线状光的成为阴影的部分(未形成光切断线的部分)。要对成为所述阴影的部分(未形成所述光切断线的部分)照射线状光，例如只要使所述被测对象相对于所述线状光水平旋转等即可。但是，在使被测对象相对于线状光水平旋转的情况下，确定由该线状光在该被测对象的表面上形成的光切断线的位置，相较于使该被测对象沿一个方向相对于该线状光水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。

与之相对，本发明的三维形状测量装置由于使用所述基准标记计算所述部分的位置，所以能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而根据例如使所述基准面水平旋转等而得到的所述多个图像容易地针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。即，所述三维形状测量装置实现下述效果：根据包括“例如使所述基准面水平旋转，对在使被测对象仅沿一个方向相对于线状光水平移动的情况下未形成光切断线的部分(成为阴影的部分)照射该线状光，形成光切断线的图像”在内的所述多个图像，使用所述基准标记针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

而且，在现有的三维形状测量系统中，已知通常需要对使被测对象相对于线状光水平移动的方向(移动方向)的标度和在基准面上与该移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算。

与之相对，本发明的所述三维形状测量装置由于针对所述多个图像的各图像使用所述基准标记算出形成有所述光切断线的部分的所述坐标，所以实现可以省略对所述移动方向的标度和与所述移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算的效果。

优选，所述三维形状测量装置的所述坐标计算部将拍摄有所述基准标记的图像中的所述基准标记的位置作为基准位置预先存储，基于所述多个图像的各图像中所包括的所述基准标记的位置从该基准位置的平行移动量及旋转移动量的至少一者，针对所述多个图像的各图像算出所述部分的所述坐标。

根据所述的结构，所述三维形状测量装置基于所述多个图像的各图像所包括的所述基准标记的位置从所述基准位置的平行移动量及旋转移动量的至少一者，针对所述多个图像的各图像算出所述部分的所述坐标。因此，所述三维形状测量装置实现下述效果：不使用编码器等而能够根据所述基准标记的位置从所述基准位置的移动量算出各所述图像的所述部分的位置，能够针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

优选，在所述三维形状测量装置中，所述基准标记形成于所述基准面。

根据所述的结构，所述三维形状测量装置针对各所述图像使用形成于所述基准面的所述基准标记，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。因此，所述三维形状测量装置实现下述效果：能够不使用编码器等而使用形成于所述基准面的所述基准标记算出各所述图像的所述部分的位置，能够对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

优选，在所述三维形状测量装置中，所述被测对象自身具有所述基准标记。

根据所述的结构，所述三维形状测量装置实现下述效果：能够针对各所述图像使用所述被测对象自身所具备的所述基准标记，能够针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。因此，所述三维形状测量装置实现下述效果：能够不使用编码器等而使用所述被测对象自身所具备的所述基准标记算出各所述图像的所述部分的位置，能够对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

优选是，在所述三维形状测量装置中，所述基准标记的颜色和所述线状光的颜色不同。

根据所述的结构，由于所述基准标记的颜色和所述线状光的颜色不同，所以所述三维形状测量装置能够在各所述图像中准确地区别所述基准标记和所述线状光在所述被测对象的表面上形成的所述光切断线。因此，所述三维形状测量装置实现下述效果：能够准确地算出形成有能够准确地与所述基准标记区分的所述光切断线的部分的所述高度，并且能够使用能够准确地与所述线状光区分的所述基准标记准确地算出所述部分的所述坐标。

优选，在所述三维形状测量装置中，所述线状光是偏振光。

根据所述的结构，由于所述线状光是偏振光，所以所述三维形状测量装置能够在各所述图像中准确地区别反射自然光的所述基准标记和作为偏振光的所述线状光在所述被测对象的表面上形成的所述光切断线。因此，所述三维形状测量装置实现上效果：能够准确地算出形成有能够准确地与所述基准标记区分的所述光切断线的部分的所述高度，并且能够使用能够准确地与所述线状光区分的所述基准标记准确地算出所述部分的所述坐标。

优选，所述三维形状测量装置的所述坐标计算部仅从所述多个图像的各图像的一部分即规定区域检测该图像所包括的所述基准标记。

根据所述的结构，所述三维形状测量装置仅从各所述图像的一部分即规定区域检测该各图像的所述基准标记。即，在各所述图像中，拍摄有所述基准标记的部分和拍摄有所述部分的部分在空间上分离。因此，所述三维形状测量装置实现下述效果，由于仅从所述规定区域检测所述基准标记，所以能够提高所述基准标记的检测精度，且能够提高检测速度。

为解决上述问题，本发明一技术方案提供一种三维形状测量系统，其包括：照射装置，其对载置于基准面的被测对象照射线状光；拍摄装置，其取得拍摄有光切断线和基准标记的多个图像，所述光切断线是由所述照射装置所照射的所述线状光在所述被测对象的表面上形成的，所述基准标记与所述被测对象的相对位置不发生变化，且为非对称的形状；以及三维形状测量装置，其针对由所述拍摄装置取得的各所述图像算出所述被测对象的形成有所述光切断线的部分距所述基准面的高度，并且，使用所述基准标记算出该部分在与所述基准面平行的面上的坐标，将该高度和该坐标组合，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

根据所述的结构，所述三维形状测量系统针对所述拍摄装置所取得的各所述图像，使用所述基准标记算出形成有所述光切断线的部分的所述坐标，将算出的该坐标和该部分的所述高度组合，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。因此，所述三维形状测量系统实现下述效果：能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而算出所述部分的位置，能够针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据，即能够准确地测量所述被测对象的三维形状。

另外，所述三维形状测量系统由于取得各所述图像中所拍摄的所述光切断线彼此各不相同的所述多个图像，所以例如在使载置有所述被测对象的所述基准面水平移动的情况下，在移动产生了不稳等时，也能够使用所述基准标记准确地算出所述部分的所述坐标。即，所述三维形状测量系统实现下述效果：在通过手动等可能产生不稳的方法使载置有所述被测对象的所述基准面移动的情况下，也能够使用所述基准标记针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

在此，在现有的三维形状测量系统中，由于使被测对象仅沿一个方向相对于线状光水平移动，所以可能产生未照射该线状光的成为阴影的部分(未形成光切断线的部分)。要对成为所述阴影的部分(未形成所述光切断线的部分)照射所述线状光，例如只要使所述被测对象相对于所述线状光水平地旋转等即可。但是，在使被测对象相对于线状光水平旋转的情况下，确定通过该线状光在该被测对象的表面上形成的光切断线的位置，相较于使该被测对象沿一个方向相对于该线状光水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。

与之相对，本发明的所述三维形状测量系统由于使用所述基准标记计算所述部分的位置，所以能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而根据例如使所述基准面水平旋转等而得到的所述多个图像容易地针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。即，所述三维形状测量装置系统下述效果：根据包括“例如使所述基准面水平旋转，对在使被测对象仅沿一个方向相对于线状光水平移动的情况下未形成光切断线的部分(成为阴影的部分)照射该线状光，形成光切断线的图像”在内的所述多个图像，使用所述基准标记针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

进而，在现有的三维形状测量系统中，已知通常需要对使被测对象相对于线状光水平移动的方向(移动方向)的标度和在基准面上与该移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算。

与之相对，本发明的所述三维形状测量系统由于针对所述多个图像的各图像使用所述基准标记算出形成有所述光切断线的部分的所述坐标，所以实现可以省略对所述移动方向的标度和与所述移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算的效果。

为解决上述问题，本发明一技术方案提供一种三维形状测量方法，其特征在于，包括：取得步骤，取得拍摄有光切断线和基准标记的多个图像，所述光切断线是由线状光在载置于基准面上的被测对象的表面上形成的，所述基准标记与该被测对象的相对位置不发生变化，且为非对称的形状；高度计算步骤，针对各所述图像算出所述被测对象的形成有所述光切断线的部分距所述基准面的高度；坐标计算步骤，使用所述基准标记针对各所述图像算出所述部分在与所述基准面平行的面上的坐标；以及映射生成步骤，将根据各所述图像算出的所述高度和所述坐标组合，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

根据所述的结构，所述三维形状测量方法使用所述基准标记针对各所述图像算出形成有所述光切断线的部分的所述坐标，并将算出的该坐标和该部分的所述高度组合，针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。因此，所述三维形状测量方法实现下述效果：能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而算出所述部分的位置，能够针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据，即，能够准确地测量所述被测对象的三维形状。

另外，所述三维形状测量方法由于取得各所述图像中所拍摄的所述光切断线彼此各不相同的所述多个图像，所以例如在使载置有所述被测对象的所述基准面水平移动的情况下，在移动产生了不稳等时，也能够使用所述基准标记准确地算出所述部分的所述坐标。即，所述三维形状测量方法实现下述效果：在通过手动等可能产生不稳的方法使载置有所述被测对象的所述基准面移动的情况下，也能够使用所述基准标记对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

在此，在现有的三维形状测量方法中，由于使被测对象仅沿一个方向相对于线状光水平移动，所以可能产生未照射该线状光的成为阴影的部分(未形成光切断线的部分)。要对成为所述阴影的部分(未形成所述光切断线的部分)照射线状光，例如只要使所述被测对象相对于所述线状光水平地旋转等即可。但是，在使被测对象相对于线状光水平旋转的情况下，确定通过该线状光在该被测对象的表面上形成的光切断线的位置，相较于使该被测对象沿一个方向相对于该线状光水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。

与之相对，本发明的三维形状测量方法由于使用所述基准标记计算所述部分的位置，所以能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而根据例如使所述基准面水平旋转等而得到的所述多个图像，容易地针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。即，所述三维形状测量方法实现下述效果：根据包括“例如使所述基准面水平旋转，对在使被测对象仅沿一个方向相对于线状光水平移动的情况下未形成光切断线的部分(成为阴影的部分)照射该线状光，形成光切断线的图像”在内的所述多个图像，使用所述基准标记针对所述被测对象生成每个所述坐标的表示所述高度的数据。

而且，在现有的三维形状测量方法中，已知通常需要对使被测对象相对于线状光水平移动的方向(移动方向)的标度和在基准面上与该移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算。

与之相对，本发明的所述三维形状测量方法由于针对所述多个图像的各图像使用所述基准标记算出形成有所述光切断线的部分的所述坐标，所以实现可以省略对所述移动方向的标度和与所述移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算的效果。

根据本发明的一技术方案，对于三维形状测量装置等实现不使用外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而能够准确地测量被测对象的三维形状的效果。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的三维形状测量系统的三维形状测量装置、照射装置及拍摄装置的主要部分结构的框图。

图2是表示图1的三维形状测量系统的概要的图。

图3a～3e是使用由图1的拍摄装置取得的图像说明图1的三维形状测量装置执行的处理的图。

图4是说明图1的三维形状测量装置对由图1的拍摄装置取得的图像执行的处理的图。

图5a、5b是对图1的三维形状测量装置对被测对象取得没有阴影的部分(未照射来自图1的照射装置的线状光的部分)的图像的方法进行说明的图。

图6a～6d是表示图1的三维形状测量装置所利用的搜索用标记(标记部分)的例子的图。

图7是说明图1的三维形状测量装置根据由图1的拍摄装置取得的图像检测标记的方法的图。

图8a、8b是表示图1的三维形状测量装置执行的处理的流程的流程图。

图9是表示现有的三维形状测量系统的概要的图。

图10是说明图9的现有的三维形状测量系统根据受光部取得的二维图像生成表示被测对象的三维形状的数据的方法的图。

图11是说明对于被测对象产生未照射来自投光部的线状光的部分的、图9的现有三维形状测量系统的一个问题的图。

其中，附图标记说明如下：

1三维形状测量系统

10三维形状测量装置

20照射装置

30拍摄装置

40搜索用标记(基准标记)

50载物台(基准面)

60线激光(线状光)

70被测对象

102图像取入控制部(取得部)

104标记搜索部(坐标计算部)

106距离轮廓提取部(高度计算部)

107轮廓位置修正部(映射生成部)

a2标记检测区域(作为图像的一部分的规定区域)

p0基准位置

具体实施方式

〔实施方式1〕

以下，在说明本发明一方面的三维形状测量系统1之前，为了便于理解三维形状测量系统1，首先基于图9～图11说明现有的三维形状测量系统2。

(现有的三维形状测量系统的概要)

图9是表示现有的三维形状测量系统2的概要的图。如图9所示，现有的三维形状测量系统2包括编码器500、输送机600、投光部700、受光部800以及现有的三维形状测量装置900。

投光部700对载置于载物台的被测对象70的表面照射线激光60(线状光)，受光部800对线激光60所照射的被测对象70进行拍摄取得拍摄图像。输送机600包括载置被测对象70的载物台，使被测对象70在该载物台上沿与受光部800的主扫描方向(图9中的y方向)正交的方向(以下称为“副扫描方向”。图9中的x方向)水平移动。

编码器500检测由输送机600输送的载物台(或者载置于载物台上的被测对象70)的位置。另外，编码器500例如开始执行光切断处理(即，通过输送机600进行的载物台的水平移动及通过受光部800进行对水平移动的被测对象70的拍摄)，并且计算被测对象70(或载物台)的水平移动量。更具体而言，编码器500将伴随被测对象70(或载物台)的水平移动的编码器500的旋转量以脉冲方式输出到现有的三维形状测量装置900。而且，三维形状测量装置900通过从编码器500接收到的脉冲(表示编码器500的旋转量的脉冲)计算被测对象70(或载物台)的移动量。因此，需要对三维形状测量装置900进行预先设定编码器500的1个脉冲的移动量(mm/脉冲或mm/1转)的作业。

包括以上所说明的编码器500、输送机600、投光部700以及受光部800的现有的三维形状测量系统2中，一边利用输送机600使被测对象70(或载物台)沿副扫描方向移动，一边利用受光部800依次进行拍摄。而且，分别取得包括通过线激光60形成在被测对象70的表面上的一条光切断线在内的多个图像，根据该多个图像测量被测对象70整体的三维形状。

在此，现有的三维形状测量系统2中，由编码器500算出输送机600的移动量，生成距离图像(表示被测对象70整体的三维形状的图像。以下也称为“点组”)。即，现有的三维形状测量系统2使用输送机600使被测对象70水平移动，并且通过编码器500取得载物台的位置，特别是与载物台平行的面上的上述光切断线的x坐标。

此外，照相机坐标(与载物台平行的面上的坐标)中的y坐标的值以在实际坐标空间中作为固定的方式进行处理。即，关于在时间t取得的某点的亮度i(x(t)、y(t))和在时间t+1取得的某点的亮度i(x(t+1)、y(t+1))，x坐标的值伴随输送机600的移动而发生变化，但y坐标的值总是视为维持“y(t)＝y(t+1)”的关系的值。根据照相机视场(受光部800的视场)和像素数预先计算y坐标的值在实际坐标空间中在哪一mm的位置。因此，x坐标的值因输送机600的移动而发生变化，但y坐标的值是固定的，是已知的。

另外，现有的三维形状测量系统2描画线激光轮廓，即，通过三角测量原理算出被测对象70的形成有上述光切断线的部分的高度(z坐标)。然后，通过将由编码器500取得的上述光切断线的x坐标和根据上述多个图像分别算出的形成有上述光切断线的部分的高度(z坐标)组合，生成被测对象70的距离图像。在此，如上述，上述光切断线的y坐标的值是固定的，作为已知的值进行处理。

此外，现有的三维形状测量系统2在不使用编码器500的情况下，假定输送机600的载物台输送速度恒定，取得上述光切断线的x坐标。例如，现有的三维形状测量系统2通过一边利用输送机600以恒定速度输送载物台，一边使受光部800每隔一定时间拍摄被测对象70，取得每规定距离(规定的拍摄位置)的拍摄图像。但是，在不使用编码器500而假定输送机600的载物台输送速度恒定来取得上述光切断线的x坐标的情况下，输送机600产生输送速度不均等，从而三维测量的精度降低。

即，现有的三维形状测量系统2根据上述拍摄图像算出被测对象70的形成有上述光切断线的部分的高度(z坐标)，另一方面，根据上述拍摄图像以外的信息(例如由编码器500或根据输送机600的载物台输送速度等)取得上述光切断线的x坐标。此外，如上述，上述光切断线的y坐标的值是固定的，作为已知的值进行处理。

图10是说明现有的三维形状测量系统2根据受光部800取得的二维图像(拍摄图像)生成表示被测对象70的三维形状的数据的方法的图。

现有的三维形状测量系统2(现有的三维形状测量装置900)在每输送机600使被测对象70移动恒定量时，取得对被测对象70进行拍摄而成的多个拍摄图像(图像i000、i001、i002···i00n)。现有的三维形状测量系统2算出上述多个拍摄图像的各拍摄图像中所拍摄的形成有1条光切断线的部分的轮廓(profile)(高度信息，即z坐标)。而且，将上述z坐标与由编码器500取得的上述部分的x坐标一同在距离图像存储器中进行排序，取得距离图像(点组)。即，使形成有上述光切断线的部分的高度信息(z坐标)和该部分的x坐标在现有的三维形状测量装置900中进行排序。在此，如上述，上述部分的y坐标的值是固定的，作为已知的值进行处理。

此外，在未使用编码器500的情况下，现有的三维形状测量系统2通过将输送机600输送被测对象70的输送速度控制为恒定，根据受光部800以规定的时间间隔拍摄的拍摄图像算出该拍摄图像中所拍摄的上述部分的x坐标。

如图10所示，由受光部800拍摄的拍摄图像(图像i000、i001、i002……i00n)分别为像素沿受光部800的主扫描方向(y方向)连续排列而成的图像。在该像素排列成直线状的拍摄图像中，例如在图像i000(x＝“000”)中，现有的三维形状测量装置900从其一端部(写入开始位置)朝向另一端部(末端)依次算出高度。现有的三维形状测量装置900首先将主扫描方向上的像素的坐标y置位为“0”。接着，基于三角测量原理算出坐标y处的被测对象70的高度z(距载物台的距离)。现有的三维形状测量装置900将这样算出的高度z与主扫描方向的坐标y及副扫描方向的坐标x进行关联，并存储于距离图像存储器中(轮廓计算处理)。

现有的三维形状测量装置900通过针对上述多个拍摄图像(图像i000、i001、i002……i00n)的各个拍摄图像分别重复上述轮廓计算处理，在距离图像存储器中存储被测对象70的沿着主扫描方向的各位置的高度信息。

例如，现有的三维形状测量系统2首先对图像i000(x＝“000”)执行上述轮廓计算处理。然后，当对图像i000的上述轮廓计算处理结束时，输送机600将被测对象70沿副扫描方向(x方向)错开规定距离，之后，受光部800再次拍摄被测对象70，取得拍摄图像i001(x＝“001”)。即，在拍摄图像i001中拍摄出在副扫描方向相较于图像i000中所拍摄的光切断线错开上述规定距离的光切断线。

上述每规定距离的拍摄可通过一边将输送机600输送的输送速度控制为恒定，一边使受光部800每隔恒定时间拍摄被测对象70来实现。另外，编码器500每次检测到输送机600使载物台移动规定距离时，也可以向现有的三维形状测量装置900发送信号，接收到该信号的现有的三维形状测量装置900使受光部800执行拍摄。

现有的三维形状测量系统2对拍摄有在副扫描方向相较于图像i000中所拍摄的光切断线错开上述规定距离的光切断线的拍摄图像i001再次执行上述轮廓计算处理。而且，当对图像i001的上述轮廓计算处理结束时，输送机600使被测对象70沿副扫描方向(x方向)错开规定距离，之后，受光部800再次拍摄被测对象70，并取得拍摄图像i002(x＝“002”)。然后，现有的三维形状测量系统2对图像i002执行上述轮廓计算处理。

通过重复以上所说明的处理，在距离图像存储器中也依次存储沿着副扫描方向的各位置处的高度信息，最终存储被测对象70整体的三维形状信息(形成距离图像)。即，在现有的三维形状测量系统2中，通过反复进行“输送机600使被测对象70移动规定距离，受光部800取得拍摄了被测对象70的拍摄图像，现有的三维形状测量装置900对该拍摄图像进行解析”的处理，测量被测对象70的三维形状(生成被测对象70的距离图像)。

此外，现有的三维形状测量系统2中，各拍摄图像(各拍摄图像中所拍摄的1条光切断线)的x方向的位置(x坐标)根据编码器500的计数值(或输送机600输送的输送速度)进行换算。现有的三维形状测量系统2中，x方向的标度(各x间的距离。例如x＝“000”和x＝“001”的距离、x＝“001”和x＝“002”的距离)为一定，即为上述“规定距离”。

现有的三维形状测量系统2中，y方向的标度可根据上述多个拍摄图像取得，但x方向的标度不能根据上述多个拍摄图像算出。因此，现有的三维形状测量系统2需要另外对上述多个拍摄图像中的x轴和y轴的标度进行匹配。

更具体而言，现有的三维形状测量系统2中，需要比较原理和单位不同的两个测量方法。即，x轴以“n脉冲/1旋转(编码器500)→mm/1旋转(输送机600)→mm/1脉冲(输送机600)”进行变换。另一方面，y轴根据y轴方向的照相机视场范围(受光部800的视场范围)和照相机(受光部800)的y轴的像素数以“mm/像素”进行换算。即，现有的三维形状测量系统2中，需要根据编码器500的“mm/1脉冲”和照相机(受光部800)的“mm/像素”来进行“编码器500的1脉冲＝照相机(受光部800)的像素”的换算。

图11是说明对于被测对象70产生未照射来自投光部700的线激光60(线状光)的部分的、现有的三维形状测量系统2的一个问题的图。

如使用图9所说明，现有的三维形状测量系统2中，使被测对象70仅沿一个方向(副扫描方向、即x方向)相对于线激光60水平移动。在使被测对象70沿一个方向水平移动的情况下，如图11所示，可能在被测对象70上产生未照射线激光60的、成为阴影的部分71(未形成光切断线的部分)。当然，不能对成为阴影的部分71实施上述轮廓计算处理，即不能计算高度。

要对成为阴影的部分71照射线激光60，例如只要使被测对象70相对于线激光60水平旋转等即可。但是，在使被测对象70相对于线激光60水平旋转的情况下，使用编码器500确定由线激光60形成的光切断线的位置，相较于使被测对象70沿一个方向相对于线激光60水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。因此，现有的三维形状测量系统2难以取得对成为阴影的部分71(未形成光切断线的部分)照射线激光60而拍摄到的拍摄图像。

而且，现有的三维形状测量系统2，即，使用输送机600使被测对象70(或载物台)水平移动的方法，由于被测对象70(或载物台)仅在一个方向(仅x轴方向)移动，所以不能进行再扫描。另外，现有的三维形状测量系统2中，即使使被测对象70(或载物台)旋转，也不能随着旋转在存储器上再次构建。因此，现有的三维形状测量系统2中，即使使工件(被测对象70)旋转后再次使用输送机600使其水平移动，也不能合成有意义的距离图像(点组)。

至此使用图9～图11所说明的现有的三维形状测量系统2可以整理如下。即，现有的三维形状测量系统2使用编码器500等取得执行轮廓计算处理的部分(形成上述光切断线的部分)的x坐标。另外，如上述，执行上述轮廓计算处理的部分的y坐标的值是固定的，作为已知的值进行处理。

因此，现有的三维形状测量系统2由于需要编码器500等或机器人(例如输送机600)等精密的移动机构，所以系统结构复杂，另外，系统的构建费用高昂。另外，现有的三维形状测量系统2在不使用编码器500而取得上述部分的x坐标的情况下，必须要假定输送机600输送载物台的输送速度为恒定。因此，在不使用编码器500的情况下，现有的三维形状测量系统2受到输送机600输送载物台的输送速度不稳的影响。而且，现有的三维形状测量系统2中，关于输送机600进行的载物台的输送，向主扫描方向(y轴方向)的偏差直接影响距离图像。例如，如果输送机600进行的输送在水平方向上左右不稳，则距离图像产生该左右的不稳量的偏移。而且，现有的三维形状测量系统2由于不能根据上述多个拍摄图像算出各拍摄图像的(更准确地说，为各拍摄图像中所拍摄的光切断线的)x坐标，因此，需要对x轴方向和y轴方向的标度进行匹配。另外，现有的三维形状测量系统2难以取得对仅沿一个方向水平移动时不能执行上述轮廓计算处理的(即不能计算高度的)成为阴影的部分71照射线激光60而拍摄的拍摄图像。

与可如上述那样整理的现有的三维形状测量系统2对比，以下基于图1～图8说明本发明实施方式1的三维形状测量系统1。首先，使用图2说明三维形状测量系统1的概要。

(本发明的三维形状测量系统的概要)

图2是表示三维形状测量系统1的概要的图。如图2所示，三维形状测量系统1包括三维形状测量装置10、照射装置20以及拍摄装置30。

照射装置20对载置于载物台50上的被测对象70照射线激光60(线状光)，与现有的三维形状测量系统2中的投光部700相对应。

拍摄装置30是对由线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线进行拍摄的照相机(二维照相机)，与现有的三维形状测量系统2中的受光部800相对应。拍摄装置30对载置于水平移动的载物台50上的被测对象70拍摄多个图像，该多个图像各自中所拍摄的上述光切断线各自互不相同。另外，上述多个图像各自中拍摄出与被测对象70的相对位置不发生变化的非对称形状的搜索用标记40(基准标记)。即，拍摄装置30取得拍摄到搜索用标记40和(例如1条)光切断线的多个图像，并将该多个图像(该多个图像的图像数据)发送给三维形状测量装置10。

三维形状测量装置10是通过对由拍摄装置30取得的多个图像进行解析，测量被测对象70的三维形状，例如设于被测对象70的表面的凹部的进深、凸部的高度及它们的位置等的装置。其使用用途没有特别限定，但可以适用于例如检查安装基板的装置等。

首先说明三维形状测量装置10的概要如下。即，三维形状测量装置10具备：图像取入控制部102(取得部)，其取得多个图像(图像i000、i001、i002……、i00n)，该多个图像(图像i000、i001、i002……、i00n)分部拍摄到由线激光60(线状光)在载置于载物台50(基准面)的被测对象70的表面形成的光切断线和与被测对象70的相对位置不发生变化且为非对称形状的搜索用标记40(基准标记)；距离轮廓提取部106(高度计算部)，其对上述各图像计算被测对象70的形成有上述光切断线的部分距载物台50的高度；标记搜索部104(坐标计算部)，其使用搜索用标记40对上述各图像算出上述部分在与载物台50平行的面上的坐标；轮廓位置修正部107(映射生成部)，其将由上述各图像算出的上述高度和上述坐标组合，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

根据上述结构，三维形状测量装置10使用搜索用标记40对上述各图像计算形成有上述光切断线的部分的上述坐标，并将所算出的该坐标和该部分的上述高度组合，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。因此，三维形状测量装置10实现下述效果：可以不使用编码器(例如现有的三维形状测量系统2中的编码器500)等外部的位置测量装置或机器人(例如现有的三维形状测量系统2中的输送机600)等精密的移动机构而算出上述部分的位置，可以对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据，即，可以准确地测量被测对象70的三维形状。

另外，三维形状测量装置10在为了取得上述各图像中所拍摄的上述光切断线各自互不相同的上述多个图像，例如使载置有被测对象70的载物台50水平移动的情况下，即使在移动产生了不稳等时，也能够使用搜索用标记40准确地算出上述部分的上述坐标。即，三维形状测量装置10实现下述效果：在通过手动等可能产生不稳的方法使载置有被测对象70的载物台50移动的情况下，也能够使用搜索用标记40对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

在此，在现有的三维形状测量系统2中，由于使被测对象70仅沿一个方向相对于线激光60水平移动，所以可能产生未照射该线激光60的成为阴影的部分71(未形成光切断线的部分)。要对成为阴影的部分71(未形成上述光切断线的部分)照射线激光60，例如只要使上述被测对象70相对于上述线激光60水平地旋转等即可。但是，在使被测对象70相对于线激光60水平旋转的情况下，确定通过该线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线的位置，相较于使被测对象70沿一个方向相对于该线激光60水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。

相对地，本发明的三维形状测量装置10由于使用搜索用标记40计算上述部分的位置，所以能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构，而根据例如使载物台50水平旋转等得到的上述多个图像容易地对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。即，三维形状测量装置10实现下述效果：根据包括“例如使载物台50水平旋转，对在使被测对象70仅沿一个方向相对于线激光60水平移动的情况下未形成光切断线的部分(成为阴影的部分71)照射该线激光60，形成光切断线的图像”在内的上述多个图像，使用搜索用标记40对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

进而，在现有的三维形状测量系统2中，已知通常需要进行如下的计算，对使被测对象70相对于线激光60水平移动的方向(移动方向)的标度和在载物台50上与该移动方向正交的方向的标度进行匹配。

相对于此，本发明的三维形状测量装置10由于对上述多个图像的各图像使用搜索用标记40算出形成有上述光切断线的部分的上述坐标，所以实现可以省略对上述移动方向的标度和与上述移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算的效果。

在此，三维形状测量装置10的标记搜索部104将以拍摄到搜索用标记40的图像中的搜索用标记40的位置作为基准位置p0预先存储，基于上述多个图像各自中所包括的搜索用标记40的位置从基准位置p0的平行移动量及旋转移动量的至少一者，对上述多个图像的各图像算出上述部分的上述坐标。

根据上述的结构，三维形状测量装置10基于上述多个图像各自中所包括的搜索用标记40的位置从基准位置p0的平行移动量及旋转移动量的至少一者，对上述多个图像的各图像算出上述部分的上述坐标。因此，三维形状测量装置10实现下述效果：能够不使用编码器等而根据搜索用标记40的位置从基准位置p0的移动量算出上述各图像的上述部分的位置，能够对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

如图2所示，搜索用标记40形成于载物台50。根据上述的结构，三维形状测量装置10对于上述各图像使用形成于载物台50的搜索用标记40，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。因此，三维形状测量装置10实现下述效果：能够不使用编码器等而使用形成于载物台50的搜索用标记40算出上述各图像的上述部分的位置，能够对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

此外，使用图6后述详情，但将搜索用标记40形成于载物台50在本发明中不是必须的。搜索用标记40例如也可以是被测对象70自身所具备且在与载物台50平行的面上相对于被测对象70为非对称的形状的标记部分41。

以上整理了概要的包括三维形状测量装置10、照射装置20和拍摄装置30的三维形状测量系统1可以整理如下。即，三维形状测量系统1包括：照射装置，其对载置于载物台50的被测对象70照射线激光60；拍摄装置，其取得拍摄到光切断线和搜索用标记40的多个图像，该光切断线是由上述照射装置所照射的线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线，该搜索用标记40与被测对象70的相对位置不发生变化，且为非对称形状；三维形状测量装置10，其针对由上述拍摄装置取得的上述各图像算出被测对象70的形成有上述光切断线的部分距载物台50的高度，并且，使用搜索用标记40算出该部分在在与载物台50平行的面上的坐标，将该高度和该坐标组合，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

根据上述的结构，三维形状测量系统1使用搜索用标记40针对上述拍摄装置所取得的上述各图像算出形成有上述光切断线的部分的上述坐标，且将算出的该坐标和该部分的上述高度组合，针对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。因此，三维形状测量系统1实现下述效果：能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而算出上述部分的位置，能够对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据，即，能够准确地测量被测对象70的三维形状。

另外，三维形状测量系统1在为了取得上述各图像中所拍摄的上述光切断线各自互不相同的上述多个图像，例如使载置有被测对象70的载物台50水平移动的情况下，在移动产生了不稳等时，能够使用搜索用标记40准确地算出上述部分的上述坐标。即，三维形状测量系统1实现下述效果：即使在通过手动等可能产生不稳的方法使载置有被测对象70的载物台50移动的情况下，也能够使用搜索用标记40对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

在此，在现有的三维形状测量系统2中，由于使被测对象70仅沿一个方向相对于线激光60水平移动，所以可能产生未照射该线激光60的成为阴影的部分71(未形成光切断线的部分)。要对成为阴影的部分71(未形成上述光切断线的部分)照射线激光60，例如只要使上述被测对象70相对于上述线激光60水平旋转等即可。但是，在使被测对象70相对于线激光60水平旋转的情况下，确定由该线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线的位置，相较于使被测对象70沿一个方向相对于该线激光60水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。

与之相对，本发明的三维形状测量系统1由于使用搜索用标记40算出上述部分的位置，所以能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而根据例如使载物台50水平旋转等而得到的上述多个图像容易地针对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。即，三维形状测量系统1实现下述效果：根据包括“例如使载物台50水平旋转，对在使被测对象70仅沿一个方向相对于线激光60水平移动的情况下未形成光切断线的部分(成为阴影的部分71)照射该线激光60，形成光切断线的图像”在内的上述多个图像，使用搜索用标记40针对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

进而，在现有的三维形状测量系统2中，已知通常需要对使被测对象70相对于线激光60水平移动的方向(移动方向)的标度和在载物台50上与该移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算。

与之相对，本发明的三维形状测量装置1由于使用搜索用标记40对上述多个图像的各图像算出形成有上述光切断线的部分的上述坐标，所以实现可以省略对上述移动方向的标度和与上述移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算的效果。

下面，使用图1对如上整理了概要的三维形状测量系统1说明其详情。

(三维形状测量装置的框图)

图1是表示本发明实施方式1的三维形状测量系统1的三维形状测量装置10、照射装置20及拍摄装置30的主要部分构成的框图。如图1所示，三维形状测量装置10具备控制部100、存储部200及显示部300。显示部300具有进行画面显示的显示区域，在该显示区域，通过画面显示对用户提供信息。显示部300基于由显示控制部112接收到的画面数据在表示画面上显示文字、图像等各种信息，例如，显示图2所例示的拍摄装置30所拍摄的拍摄图像(原始图像)、后述的搜索用图像及距离图像。显示部300例如能够由lcd(liquidcrystaldisplay：液晶显示装置)、pdp(plasmadisplaypanel：等离子显示屏)、el(electroluminescence：场致发光)显示器等显示装置实现。在此，显示部300例如可以为触摸面板，兼备输入功能。用户能够操作触摸面板(显示部300)，对三维形状测量装置10、三维形状测量系统1进行操作。此外，也可以另外具备键盘、鼠标等输入操作部(图示省略)，并作为显示部300使用非触摸面板的显示部。

(控制部的构成)

控制部100统一控制三维形状测量装置10的功能。图示的控制部100作为功能块包括照射控制部101、图像取入控制部102、图像分离部103、标记搜索部104、标记存储部105、距离轮廓提取部106、轮廓位置修正部107、映射修正部108、距离图像存储器插补部109、检查测量部110、图像化部111及显示控制部112。上述的控制部100的各功能块例如能够通过cpu(centralprocessingunit：中央处理器)等将存储在由rom(readonlymemory：只读存贮器)、nvram(non-volatilerandomaccessmemory：非易失性随机存取存储器)等实现的存储装置(存储部200)中的程序读出到未图示的ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)等并执行而实现。

照射控制部101控制照射装置20来控制线激光60的照射(on)与不照射(off)的切换及线激光60的强度等。图像取入控制部102控制图像的取入处理(即拍摄装置30进行的拍摄处理)的开始和结束。另外，图像取入控制部102从拍摄装置30取得拍摄装置30所拍摄的图像的数据(二维数据)，将其存储于拍摄图像表201中。图像分离部103将存储于拍摄图像表201的二维数据(拍摄装置30所拍摄的图像的数据)分离成距离轮廓提取用图像的数据和搜索用图像(标记40的搜索用图像)的数据。

标记搜索部104通过对上述搜索用的图像执行二维搜索处理(从图像中检测标记40，确定标记40的位置的处理)，提取该图像中的标记40的位置等(x，y，θ)。标记存储部105对作为二维搜索处理的对象的标记40进行存储，并且对基准位置p0进行存储，具体而言，将标记40和基准位置p0存储在标记及基准位置表202中。

距离轮廓提取部106根据上述距离轮廓提取用图像算出一条线的高度轮廓。即，通过三角测量原理算出上述距离轮廓提取用图像中所拍摄到的形成有上述光切断线的部分的高度(z坐标)。

轮廓位置修正部107使用标记搜索部104进行上述二维搜索处理的结果来修正距离轮廓提取部106计算出的轮廓的(x，y)坐标，并将其存储于距离图像表203。例如，对于某个图像，使用该图像中的标记40的位置等(x，y，θ)修正形成有上述光切断线的部分的(x，y)坐标，将修正后的(x，y)坐标和通过距离轮廓提取部106算出的该部分的高度(z坐标)组合并存储于距离图像表203中。

映射修正部108通过众所周知的图像插补方法对由轮廓位置修正部107存储于距离图像表203中的数据进行修正(插补)，例如，包括距离图像存储器插补部109。距离图像存储器插补部109利用相邻像素(相邻数据)的平均像素等插补数据的缺损点。距离图像存储器插补部109也可以利用线形插补、n次曲线(曲面)、样条插补等进行插补，距离图像存储器插补部109的插补方法没有限定。

检查测量部110使用存储于距离图像表203的数据执行检查、测量等各种处理。检查、测量等各种处理的内容是任意的。图像化部111能够将存储于距离图像表203的数据变换为灰度图像或彩色图像，即生成表示被测对象70的三维形状的图像即距离图像(点组)，并在显示部300进行显示。显示控制部112控制显示部300显示各种数据，如图2所例示，显示拍摄装置30所拍摄的拍摄图像(原始图像)、后述的搜索用图像、距离图像及检查测量部110进行的各种检查、测量处理的执行结果。

(存储部的构成)

存储部200是存储三维形状测量装置10使用的各种数据的存储装置。存储部200中非临时性存储有三维形状测量装置10的控制部100执行的(1)控制程序、(2)os程序、(3)控制部100用于执行三维形状测量装置10具有的各种功能的应用程序及(4)执行该应用程序时读出的各种数据。例如，上述(1)～(4)数据被存储在rom(readonlymemory)、闪存存储器、eprom(erasableprogrammablerom：电可编程只读存储器)、eeprom(存储商标)(electricallyeprom：电可擦除只读存储器)、hdd(harddiscdrive：硬盘)等非易失性存储装置中。

三维形状测量装置10也可以具备未图示的临时存储部。临时存储部是在三维形状测量装置10执行的各种处理的过程中暂时存储运算所使用的数据及运算结果的所谓工作存储器，由ram(randomaccessmemory)等易失性存储装置构成。根据三维形状测量装置10的使用目的、便利性、成本或者物理制约等适宜确定将哪一数据存储于哪一存储装置中。

在存储部200还存储有拍摄图像表201、标记及基准位置表202及距离图像表203。

在拍摄图像表201中存储图像取入控制部102从拍摄装置30取得的二维数据。即，拍摄到由线激光60形成在被测对象70的表面上的光切断线和搜索用标记40的多个图像的图像数据被存储于拍摄图像表201中。

在标记及基准位置表202中，通过标记存储部105存储二维搜索处理(从图像中检测标记40并确定标记40的位置的处理)的对象即搜索用标记40(或标记部分41)和基准位置p0。

距离图像表203是用于存储被测对象70的三维形状信息的表。将确定被测对象70的表面上的点的x坐标(相当于副扫描方向)、y坐标(相当于主扫描方向)、z坐标(相当于高度)建立关联地存储在距离图像表203中。由此，在测量结束后，可以基于被测对象70的x坐标及y坐标来搜索该位置处的高度(z坐标)。

下面，使用图3a～图8b对具备以上说明了详情的构成的三维形状测量装置10说明三维形状测量装置10执行的处理。

(三维形状测量装置的处理内容)

图3a～3e是使用由拍摄装置30取得的图像说明三维形状测量装置10执行的处理的图。

如图3a所示，三维形状测量装置10首先将线激光60处于搜索用标记40上的位置设为基准状态。三维形状测量装置10使拍摄装置30拍摄该基准状态，识别在与载物台50平行的面上的搜索用标记40的坐标位置、即搜索用标记40的照相机坐标系的(x，y，θ)。具体而言，标记搜索部104根据拍摄装置30拍摄了基准状态的拍摄图像检测搜索用标记40，来确定搜索用标记40的位置。

其次，如图3b所示，三维形状测量装置10(具体而言为标记存储部105)将处于基准状态的搜索用标记40的坐标位置作为基准位置p0(xs，ys，θs＝“0”)与搜索用标记40一并存储于标记及基准位置表202。标记存储部105还可以将搜索模型m1存储在标记及基准位置表202中。

搜索模型m1例如为具有特定区域的中空形状，该特定区域为图3b中实线所示的长方形的内侧且虚线所示的长方形的外侧的区域。通过将搜索模型m1形成为图3b所示的中空形状，且不将中空区域内的图像作为搜索对象(搜索用标记40的检测对象)，能够提高搜索用标记40的检测精度及检测速度。例如，如图3a～3e所示，在搜索用标记40包括两个部分(5角星形和4角星形)的情况下，如果能够仅检测一侧的部分(例如5角星形)，则能够通过以该一侧的部分为中心使搜索模型m1在图像平面上旋转，容易地检测另一侧的部分(例如4角星形)。

另外，通过使用搜索模型m1，能够提高搜索用标记40的旋转角θ的测量精度。在此，搜索用标记40越是大且细长，旋转角θ的测量精度越高。另一方面，如果使搜索用标记40过大，则形成有光切断线的部分(测量轮廓的部分)和搜索用标记40重叠(重合)。其结果，不仅搜索用标记40的检测精度降低，而且形成有光切断线的部分(光切断轮廓)和搜索用标记40的分离性变差(在拍摄图像中难以将两者区别开)。

因此，使用具有中空形状的搜索模型m1。即，如图3b所示，使用中空形状的搜索模型m1，对以搜索用标记40的特征多的部分处于画面(拍摄图像)的上下端的方式配置的搜索用标记40进行检测，并且，画面的中央部不为利用搜索模型m1进行检测的对象(屏蔽)。由此，能够维持搜索用标记40的旋转角θ的测量精度，并且能够提高光切断轮廓和搜索用标记40的分离性。

三维形状测量装置10在存储了搜索用标记40、基准位置p0(xs，ys，θs＝“0”)及搜索模型m1后，在载物台50上载置被测对象70，开始测量被测对象70的三维形状。

针对图3c及3d的各图像，三维形状测量装置10(具体而言，标记搜索部104)确定各图像中的搜索用标记40的检测位置pn等(xn，yn，θn)。然后，针对各图像，轮廓位置修正部107使用标记搜索部104所确定的检测位置pn等，通过仿射变换来算出形成有光切断线的部分的位置。例如，搜索用标记40的检测位置pm等为坐标(xm，ym，θm)的图像中的形成有上述光切断线的部分的、与载物台50平行的面上的坐标(x，y)能够通过下式算出：

【式1】

即，标记搜索部104根据搜索用标记40的检测位置pn(xn，yn，θn)相对于基准位置p0的x方向、y方向的偏移来计算载物台50的移动量，并根据旋转角θ计算角度方向的偏移角(二维搜索处理)。

另外，三维形状测量装置10的距离轮廓提取部106根据图3c及3d的各图像算出一条线的高度轮廓。例如，针对搜索用标记40的检测位置pm等为坐标(xm，ym，θm)的图像，利用三角测量原理算出该图像中所拍摄到的形成有光切断线的部分的高度(z坐标)(轮廓计算处理)。

然后，三维形状测量装置10的轮廓位置修正部107使用标记搜索部104算出的上述移动量和上述偏移角，使取得的一条线的位置(形成有光切断线的部分的位置)并行前进以及旋转，并存储于距离图像表203中。图3e是表示使用上述二维搜索处理的结果修正后的轮廓(形成有光切断线的部分的高度信息)的图像的图。

即，在拍摄到搜索用标记40的图像中，将检测标记搜索部104来确定的搜索标记40的位置以标记存储部105为基准位置p0预先存储在标记及基准位置表202中。然后，标记搜索部104根据一边使载物台50移动一边拍摄到被测对象70的多个图像(拍摄到搜索用标记40和被测对象70的形成有光切断线的部分的图像)各图像检测搜索用标记40。轮廓位置修正部107基于标记搜索部104检测到的搜索用标记40的检测位置pn从基准位置p0的平行移动量及旋转移动量的至少一者，对上述多个图像的各个图像算出被测对象70的形成有光切断线的部分的坐标(x，y)。

即，三维形状测量装置10对于上述多个图像的各图像，不使用编码器等而能够根据搜索用标记40的检测位置pn从基准位置p0的移动量算出被测对象70的形成有光切断线的部分的坐标(x，y)，对被测对象70生成每个坐标(x，y)的表示高度(z)的数据。

此外，基准位置p0(xs，ys，θs＝“0”)为对轮廓的x坐标及y坐标进行仿射变换时的成为中心的位置。在此，就θs而言，为了便于在内部生成三角函数的表，设为“0”。虽然将θs设为“0”不是必须的，但在考虑到计算和存储器节约上的便利的情况下，优选将θs设为“0”。

图4是说明三维形状测量装置10对由拍摄装置30取得的图像执行的处理的图。

三维形状测量装置10的图像分离部103将拍摄装置30拍摄到的多个图像(图像i000、i001、i002……i00n)分离成距离轮廓提取用图像(1－1)和搜索用图像(1－2)。

距离轮廓提取部106对距离轮廓提取用图像(1－1)分别执行上述轮廓计算处理，即，分离(提取)轮廓(形成有光切断线的部分的高度信息)。

标记搜索部104对搜索用图像(1－2)分别执行上述二维搜索处理，即，根据搜索用标记40的检测位置pn(xn，yn，θn)相对于基准位置p0的x方向、y方向的偏移来计算载物台50的移动量，并根据旋转角θ计算角度方向的偏移角。

轮廓位置修正部107使用标记搜索部104所算出的上述移动量和上述偏移角，对通过距离轮廓提取部106算出了高度的一条线(形成有光切断线的部分)的位置及角度进行修正(仿射变换)。轮廓位置修正部107生成进行了上述修正的距离图像(点组)(图4的(2))，并将修正后的距离图像存储在距离图像表203中(图4的(3))。

此外，如图4的(3)所示，有时产生根据图像i001(x1，y1，θ1)求得的一条线(形成有光切断线的部分)的轮廓和根据图像i002(x2，y2，θ2)求得的一条线的轮廓重复的位置(重复位置pw)。该情况下，可以如下那样确定是使用根据图像i001算出的轮廓作为重复位置pw的轮廓，或是使用根据图像i002算出的轮廓作为重复位置pw的轮廓。即，简单地改写，即，作为重复位置pw的轮廓，可以使用根据图像i002算出的轮廓。另外，在图像i002中所拍摄到的光切断线的辉度比图像i001中所拍摄到的光切断线的辉度高的情况下，可以使用根据图像i002算出的轮廓，在图像i002中所拍摄到的光切断线的辉度比图像i001中所拍摄到的光切断线的辉度低的情况下，可以使用根据图像i001算出的轮廓。而且，在已配置的区域不再配置，即，作为重复位置pw的轮廓，可以不使用根据图像i002算出的轮廓而使用根据图像i001算出的轮廓。

图5a、5b是对三维形状测量装置10对被测对象70取得不存在阴影的部分71(未照射来自照射装置20的线状光的部分)的图像的方法进行说明的图。

如图11所说明，现有的三维形状测量系统2由于使被测对象70仅沿一个方向(副扫描方向、即x方向)相对于线激光60水平移动，所以产生成为阴影的部分71(未形成光切断线的部分)，不能对成为阴影的部分71执行上述轮廓计算处理。

这是因为，现有的三维形状测量系统2由于使用编码器500确定上述光切断线的位置，所以在使被测对象70相对于线激光60水平旋转等的情况下，确定该光切断线的位置极其困难。

与之相对，三维形状测量装置10由于不使用编码器500等而确定上述光切断线的位置，所以即使根据使被测对象70相对于线激光60水平旋转等而拍摄的图像，也能够容易地确定上述光切断线的位置。即，三维形状测量装置10能够根据使被测对象70相对于线激光60水平旋转等来对成为阴影的部分71照射线激光60而拍摄的拍摄图像，确定上述光切断线的位置。因此，三维形状测量装置10能够对在使被测对象70仅沿一个方向水平移动的情况下成为阴影的部分71照射线激光60，来计算轮廓。

例如，如图5a所示，一边使被测对象70沿一个方向相对于线激光60水平移动一边拍摄被测对象70，之后，使被测对象70在与载物台50平行的面内旋转180度后，一边向与该一个方向相反的方向水平移动一边拍摄被测对象70。即，在使被测对象70仅沿一个方向水平移动的情况下成为阴影的部分71不是阴影(能够照射线激光60)的方向上，再一次在线激光60下经过。三维形状测量装置10根据这样取得的多个图像的各图像执行上述二维搜索处理，由此，可以不使用编码器500等而确定上述光切断线的位置。

同样，如图5b所示，通过使被测对象70在线激光60之下水平旋转(一转)，针对在使被测对象70仅沿一个方向水平移动的情况下成为阴影的部分71，也能够取得照射有线激光60的(形成有光切断线的)图像。因此，三维形状测量装置10对于成为阴影的部分71也能够照射线激光60而计算轮廓。

即，对于仅使被测对象70沿一个方向相对于线激光60水平移动而不能计算轮廓的部分，三维形状测量装置10也能够容易地算出该部分的轮廓，能够生成被测对象70的准确的距离图像。

另外，三维形状测量装置10使用搜索用标记40执行上述二维搜索处理来确定上述光切断线的位置。因此，三维形状测量装置10能够不使用严格地定义了水平和设置位置的正确的旋转台，而根据使载置于该旋转台的被测对象70水平旋转等取得的多个图像算出成为阴影的部分71的轮廓。

(搜索用标记)

图6a～6d是表示三维形状测量装置10利用的搜索用标记40(标记部分41)的例子的图。图6a、6b、6c分别是表示形成于载物台50的搜索用标记40的一例的图。如图6a～c所示，搜索用标记40只要是与被测对象70的相对位置不发生变化的非对称形状即可，只要是能够通过二维搜索处理进行检测且能够唯一地确定与载物台50平行的面上的(x，y，θ)的形状即可。

图6d是表示被测对象70自身所具备的搜索用标记40即标记部分41的一例的图。三维形状测量装置10所利用的搜索用标记40也可以是被测对象70自身所具备的标记部分41。根据上述的结构，三维形状测量装置10实现下述效果：对于上述各图像，能够使用被测对象70自身所具备的搜索用标记40，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。因此，三维形状测量装置10实现下述效果：不使用编码器等而使用被测对象70自身所具备的搜索用标记40算出上述各图像的由线激光60(线状光)形成光切断线的部分的位置，能够对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

标记部分41为被测对象70自身所具备的形状，即与被测对象70的相对位置不发生变化的非对称的形状。即，标记部分41为被测对象70自身所具备的在与载物台50平行的面上相对于被测对象70非对称的形状。

(标记和光切断线的分离方法)

如上述，拍摄装置30所拍摄的多个图像(图像i000、i001、i002……i00n)的各图像包括与被测对象70的相对位置不发生变化的非对称形状的搜索用标记40(基准标记)和由线激光60形成于被测对象70的表面的光切断线。而且，图像分离部103将上述多个图像的各图像分离为拍摄到搜索用标记40的距离轮廓提取用图像和拍摄到上述光切断线的搜索用图像。

图像分离部103利用以下所示的方法的至少一种方法，按照被测对象70，从上述多个图像的各图像分离搜索用标记40和光切断线。即，利用基于颜色的分离方法、使用偏振光的分离方法(将这两个方法一并称为“光学分离方法”)及区分检测搜索用标记40的位置和取得轮廓(光切断线)的位置的空间分离方法中的至少一种方法，分离搜索用标记40和光切断线。

基于颜色的分离方法是指使搜索用标记40的颜色和线激光60的颜色不同的方法。根据上述的结构，由于搜索用标记40的颜色和线激光60的颜色不同，所以三维形状测量装置10在上述各图像中能够准确地区分线激光60形成在被测对象70的表面上的上述光切断线和搜索用标记40。因此，三维形状测量装置10实现下述效果：能够准确地算出形成有与搜索用标记40准确地区分的上述光切断线的部分的上述高度，并且能够使用与线激光60准确地区分的搜索用标记40准确地算出上述部分的上述坐标。

使用偏振光的分离方法是指线激光60为偏振光的方法。根据上述的结构，由于线激光60是偏振光，所以三维形状测量装置10在上述各图像中能够准确地区分反射自然光的搜索用标记40和作为偏振光的线激光60形成在被测对象70的表面上的上述光切断线。因此，三维形状测量装置10实现下述效果：能够准确地算出形成有与搜索用标记40准确地区分的上述光切断线的部分的上述高度，并且能够使用与线激光60准确地区分的搜索用标记40准确地算出上述部分的上述坐标。

使用图7对图像分离部103为了分离搜索用标记40和光切断线而能够利用的空间分离方法进行说明。此外，如果对空间分离方法预先整理概要，则如下。即，三维形状测量装置10的标记搜索部104仅从作为上述多个图像的各图像的一部分的规定区域检测该图像中所含的搜索用标记40。根据上述的结构，三维形状测量装置10仅从作为上述各图像的一部分的规定区域检测该图像的搜索用标记40。即，在上述各图像中，拍摄到搜索用标记40的部分和拍摄到上述部分的部分在空间上分离。因此，三维形状测量装置10由于仅从上述规定区域检测搜索用标记40，所以实现能够提高搜索用标记40的检测精度，且提高检测速度的效果。即，上述空间分离方法，由图像分离部103预先对上述多个图像(图像i000、i001、i002……i00n)的各图像区分用于检测搜索用标记40的位置和用于取得轮廓(光切断线)的位置。

图7是说明三维形状测量装置10根据由拍摄装置30取得的图像检测搜索用标记40的方法的图。如图7所示，利用图像分离部103将上述多个图像(图像i000、i001、i002……i00n)各自的测量区域分离成高度测量区域a1和标记检测区域a2。而且，标记搜索部104仅搜索上述多个图像的各自中的标记检测区域a2，确定搜索用标记40。通过将标记搜索部104搜索搜索用标记40的搜索区域限定在标记检测区域a2，能够提高二维搜索处理的精度及处理速度。

(三维形状测量装置的流程图)

图8a、8b是表示三维形状测量装置10执行的处理的流程的流程图。如图8a所示，三维形状测量装置10将搜索用标记40配置于拍摄装置30(照相机)之下(s501)，在照明装置20不照明(off)的状态下取得其图像(s502)。标记搜索部104根据在s502取得的图像检测搜索用标记40，所检测到的搜索用标记40通过标记存储部105存储(存储)在标记及基准位置表202中(s503)。

照射控制部101将照射装置20的电源接通(on)(s504)后，针对拍摄到搜索用标记40的图像，标记存储部105将标记搜索部104所检测确定的搜索标记40的位置作为基准位置p0预先存储(存储)在标记及基准位置表202中。

此外，s501～s505的处理与图3a及3b所示的图相对应。如图3a所示，搜索用标记40配置为处于线激光上的状态(基准状态)，如图3b所示，存储基准位置p0。

s501～s505是预先确认了搜索用标记40总是处于视场内(拍摄装置30的拍摄范围内)的状态的前提下的流程。在此，“搜索用标记40总是处于视场内的状态”是指“被测对象工件在画面上移动，测量范围全都能够测量时，搜索用标记40总是处于视场内的状态”。

即，确认要测量的工件的所有范围能够测量(光切断线经过)，在该范围内确认搜索用标记40总是处于视场内(能够测量位置)的状态，存储搜索用标记40及基准位置p0。作为进行调整使得要测量的工件的所有范围及搜索用标记40处于视场内的方案，例如考虑照相机位置及镜头调整中的至少一方。用户能够一边观察显示于显示部300的图像，一边预先进行上述的确认及调整操作来进行存储处理。此外，用户能够通过显示部300的触摸面板或输入操作部(图示省略)来进行照射装置的通断电(on/off)操作及有关存储的确认操作等。或者，代替用户的上述操作，可以将能够自动处理的部分设计为通过三维形状测量装置10自动处理。接着，使用图8b对与图3c及3d所示的图相对应的处理的详情。

在三维形状测量装置10的照射控制部101使照射装置20通电(on)(s601)后，图像取入控制部102使拍摄装置30拍摄由线激光60形成在被测对象70的表面上的光切断线和搜索用标记40，并从拍摄装置30取得该图像(s602)。图像分离部103利用搜索用标记40的颜色和线激光60的颜色的不同将拍摄装置30拍摄到的上述图像分离为轮廓提取用图像和搜索用图像(s603)。

距离轮廓提取部106根据上述距离轮廓提取用图像算出一条线的高度轮廓(s604)。即，距离轮廓提取部106算出上述距离轮廓提取用图像中所拍摄到的形成有上述光切断线的部分的高度(z坐标)(轮廓计算处理)。

标记搜索部104通过搜索从上述搜索用图像取得标记位置(xn，yn，θn)、即搜索用标记40的检测位置pn等(xn，yn，θn)(s605)，即确定检测位置pn等(xn，yn，θn)(二维搜索处理)。

轮廓位置修正部107利用s605中确定的搜索结果(即检测位置pn等(xn，yn，θn))来修正在s604中算出的高度轮廓(更准确地说，为形成有上述光切断线的部分)的位置(即坐标(x，y))(s606)。具体而言，轮廓位置修正部107使用标记搜索部104所确定的检测位置pn等，通过仿射变换算出形成有上述光切断线的部分的位置。然后，轮廓位置修正部107将修正结果存储在距离图像存储器(距离图像表203)中(s607)。

三维形状测量装置10判定“是否满足取入结束条件？”(s608)。后述“是否满足取入结束条件？”的判定处理的详情。如果判定为不满足取入结束条件(s608中否)，则三维形状测量装置10返回s602重复处理。即，例如在使载物台50移动后，图像取入控制部102使拍摄装置30拍摄由线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线和搜索用标记40，从拍摄装置30取得该图像。而且，对于所取得的上述图像，三维形状测量装置10执行上述轮廓计算处理及上述二维搜索处理。

如果判定为满足取入结束条件(s608中是)，则距离图像存储器插补部109对存储于距离图像表203中的距离图像的缺陷部分进行插补(s609)。另外，检查测量部110使用距离图像进行任意的测量检查处理(s610)。然后，显示控制部112(及图像化部111)使显示部300显示可视化的距离图像和测量结果(s611)。

至此使用图8a、8b所说明的三维形状测量装置10执行的三维形状测量方法可以如下表现。即，三维形状测量装置10执行的三维形状测量方法包括：取得步骤(s602)，取得拍摄到由线激光60在载置于载物台50的被测对象70的表面上形成的光切断线和与被测对象70的相对位置不发生变化的非对称形状的搜索用标记40的多个图像；高度计算步骤(s604)，针对上述各图像算出被测对象70的形成有上述光切断线的部分距载物台50的高度；坐标算出步骤(s605)，针对上述各图像，使用搜索用标记40算出上述部分在与载物台50平行的面上的坐标；以及映射生成步骤(s606及s607)，将根据上述各图像算出的上述高度和上述坐标组合，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

根据上述结构，上述三维形状测量方法针对上述各图像，使用搜索用标记40算出形成有上述光切断线的部分的上述坐标，将所算出的该坐标和该部分的上述高度组合，对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。因此，上述三维形状测量方法实现下述效果：能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构，算出上述部分的位置，能够对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据，即，能够准确地测量被测对象70的三维形状。

另外，上述三维形状测量方法由于取得上述各图像中所拍摄的上述光切断线彼此互不相同的的上述多个图像，所以例如在使载置有被测对象70的载物台50水平移动的情况下，在移动产生了不稳等时，也能够使用搜索用标记40准确地算出上述部分的上述坐标。即，上述三维形状测量方法实现下述效果：在通过手动等可能产生不稳的方法使载置有被测对象70的载物台50移动的情况下，也能够使用搜索用标记40对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

在此，在现有的三维形状测量方法中，由于使被测对象70仅沿一个方向相对于线激光60水平移动，所以可能产生未照射该线激光60的成为阴影的部分71(未形成光切断线的部分)。要对成为阴影的部分71(未形成上述光切断线的部分)照射线激光60，例如只要使上述被测对象70相对于上述线激光60水平地旋转等即可。但是，在使被测对象70相对于线激光60水平旋转的情况下，确定由该线激光60形成在被测对象70的表面上的光切断线的位置，相较于使被测对象70沿一个方向相对于该线激光60水平移动的情况下的该光切断线的位置的确定更为困难。

与之相对，本发明的三维形状测量方法由于使用搜索用标记40计算上述部分的位置，所以能够不使用编码器等外部的位置测量装置或机器人等精密的移动机构而根据例如使载物台50水平旋转等而得到的上述多个图像容易地对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。即，上述三维形状测量方法实现下述效果：根据包括“例如使载物台50水平旋转，而对在使被测对象70仅沿一个方向相对于线激光60水平移动的情况下未形成光切断线的部分(成为阴影的部分71)照射该线激光60，形成光切断线的图像”在内的上述多个图像，使用搜索用标记40对被测对象70生成每个上述坐标的表示上述高度的数据。

进而，在现有的三维形状测量方法中，通常已知需要对使被测对象70相对于线激光60水平移动的方向(移动方向)的标度和在载物台50与该移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算。

与之相对，本发明的三维形状测量方法由于对上述多个图像的各图像使用搜索用标记40算出形成有上述光切断线的部分的上述坐标，所以实现可以省略对上述移动方向的标度和与上述移动方向正交的方向的标度进行匹配的计算的效果。

(取入结束判定方法)

三维形状测量装置10能够通过以下所示的方法判定“是否满足取入结束条件？”。即，第一，在拍摄装置30拍摄了由线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线和搜索用标记40的图像中，在规定范围内没有搜索用标记40的情况下，三维形状测量装置10可以判定满足取入结束条件。例如，在上述图像中，如果判定为搜索用标记40的检测位置pn相比于针对上述图像预先设定的规定的位置更靠外侧，则可以判定为满足取入结束条件。

另外，三维形状测量装置10对于被测对象70的距离图像在所取入的像素的充足率为规定值以上的情况下，即例如确认距离图像表203中的与被测对象70的距离图像有关的存储量为规定值以上的情况下，可以判定为满足取入结束条件。

而且，三维形状测量装置10可以在上述图像中搜索用标记40脱离图7所例示的标记检测区域a2的时刻，即在标记检测区域a2内不能检测到搜索用标记40的时刻，判定为满足取入结束条件。

(本发明实现的作用效果)

三维形状测量装置10通过对上述多个图像的各图像执行对于搜索用标记40的二维搜索处理来确定搜索用标记40的检测位置pn等(xn，yn，θn)，算出载物台50的移动量，即由线激光60在被测对象70的表面上形成的光切断线的(x，y)坐标。另外，三维形状测量装置10根据三角测量原理算出形成有上述光切断线的部分的z坐标(线激光轮廓)。而且，对于上述多个图像的各图像，将使用搜索用标记40算出的光切断线的(x，y)坐标和根据三角测量原理算出的形成有上述光切断线的部分的z坐标组合，生成被测对象70的距离图像(点组)。

因此，三维形状测量装置10可以不使用编码器500等精密的位置确定机构(移动机构)来生成被测对象70的距离图像(点组)。换言之，三维形状测量装置10能够使用所取得的上述多个图像各自中所拍摄的搜索用标记40生成距离图像。三维形状测量装置10能够将被测对象70的一部分(例如标记部分41)作为搜索用标记40加以利用。三维形状测量装置10由于使用搜索用标记40算出上述光切断线的(x，y)坐标(进行x方向、y方向、θ方向的修正)，所以即使载物台50的输送机构(也可以是手动)不稳，也能够准确地生成上述距离图像(点组)。另外，如使用图5所说明的，三维形状测量装置10针对在使被测对象70仅沿一个方向水平移动的情况下成为阴影的部分71，也能够取得对成为阴影的部分71照射了线激光60而成的图像，容易地算出成为阴影的部分71的轮廓。三维形状测量装置10由于对上述图像的各图像进行对位(计算上述光切断线的(x，y)坐标)，所以不需要进行现有的三维形状测量系统2中所需的x轴和y轴的标度匹配。三维形状测量装置10不需要使用现有的三维形状测量系统2中的输送机600那种机械输送机构，只要人们手动使被测对象70在拍摄装置30之下(例如如条形码扫描时)运动即可。进而，三维形状测量装置10能够利用1台拍摄装置30(照相机)同时执行二维检查(例如图2所例示的“原始图像”的检查)和三维检查(例如图2所例示的“距离图像”的检查)。

〔实施方式2〕

三维形状测量装置10的控制块(特别是照射控制部101、图像取入控制部102、图像分离部103、标记搜索部104、标记存储部105、距离轮廓提取部106、轮廓位置修正部107、映射修正部108、距离图像存储器插补部109、检查测量部110、图像化部111及显示控制部112)可以通过形成于集成电路(ic芯片)等的逻辑电路(硬件)实现，也可以使用cpu(centralprocessingunit)通过软件实现。

在后者的情况下，三维形状测量装置10具备执行实现各功能的软件即程序的命令的cpu、以计算机(或cpu)可读取地存储有上述程序及各种数据的rom(readonlymemory)或存储装置(将它们成为“存储介质”)、展开上述程序的ram(randomaccessmemory)等。而且，通过计算机(或cpu)从上述存储介质读取并执行上述程序，实现本发明的目的。作为上述存储介质，可使用“非暂时性的有形介质”，例如磁带、盘、卡、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。另外，上述程序也可以经由可传输该程序的任意的传输介质(通信网络或广播等)向上述计算机供给。此外，本发明也可以以上述程序通过电子传输而实现的、包络在输送波中的数据信号的方式实现。

本发明不限于上述的各实施方式，在权利要求书所示的范围内可以进行各种变更，将不同的实施方式中分别公开的技术方案适宜组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内。