CN101995216A - 图像测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像测量装置1包括选通照亮单元21、照相机22、移动机构23、和控制器3。所述控制器3包括焦点位置探测器4，后者通过控制移动机构23以沿着照相机22的光轴以预定的速度移动照相机22并且通过所述照相机22以在多个相对位置上摄取测量目标对象的图像，来探测所述照相机22的焦点位置。所述焦点位置探测器4包括照明控制单元41和对比度探测单元43，所述照明控制单元41控制选通照明单元21的发光时间，从而控制照明的亮度，所述对比度探测单元43探测由照相机22摄取的图像的对比度。

Description

图像测量装置
技术领域
本发明一般地涉及一种图像测量装置。具体地，本发明涉及一种装备有选通(strobe)照明单元的图像测量装置。
背景技术
包括以下单元的图像测量装置是在现有技术中公知的：利用光来照亮测量目标对象的选通照亮单元、摄取测量目标对象的图像的图像摄取单元、将图像摄取单元和/或测量目标对象相对于彼此移动的移动机构、以及控制单元，该控制单元控制选通照亮单元、图像摄取单元和移动机构以基于由图像摄取单元所摄取的图像来测量所述测量目标对象。这样图像测量装置的例子在日本未审查专利申请No.2006337275中公开。在上述专利文件中公开的图像测量装置包括照明设备(选通照明单元)、CCD照相机(图像摄取单元)、XYZ驱动机构(移动机构)、和计算机系统(控制单元)。所公开的图像测量装置基于由CCD照相机摄取的图像来测量测量目标对象。
在包括如在上述专利文件中公开的选通照明单元的图像测量装置中，选通照明单元可以通过其发光时间的控制来调节照明的亮度。因此，与连续地处于发光状态的照明单元相比，选通照明单元使得可以更简单地调整照明的亮度。因此，可以降低照明亮度的易变性，不同的图像测量装置的照明亮度可以不同。因此，可以降低测量结果中的变化。
图像测量装置(诸如所公开的装置)在执行自动对焦处理之后测量测量目标对象。自动对焦处理是用于将图像摄取单元自动定位在测量目标对象的焦点位置的处理。
图9是说明图像测量装置10执行自动对焦处理的情况的图。如图9A所示，图像测量装置10包括其上放置有测量目标对象W的台11、利用光照亮测量目标对象W的选通照明单元12、摄取测量目标对象W的图像的图像摄取单元13、将图像摄取单元13在图像摄取单元13的光轴的方向上(即，由图9的双箭头表示的方向)移动的移动机构(图中未示出)，和控制图像测量装置10的全部操作的控制单元(未示出)。当图像测量装置10执行自动对焦处理时，控制单元控制移动机构以便将图像摄取单元13在图像摄取单元13的光轴方向上以预定的速度移动，并且控制图像摄取单元13以便在多个位置上摄取测量目标对象W的图像。以这种方式，图像测量装置10探测图像摄取单元13的焦点位置。具体地，如图9B所示，图像测量装置10探测由图像摄取单元13摄取的图像的对比度并探测位置P作为焦点位置，该位置P相应于最大化对比度的图像。
然而，与装备有连续处于发光状态的照明单元的图像测量装置不同，装备有选通照明单元12的图像测量装置10具有如下的问题：难以通过执行上述自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
图10是示出由装备了连续处于发光状态的照明单元的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图。在图10中，图的从上往下第一部分示出了当开始了测量目标对象的图像摄取操作时从图像摄取单元输出的曝光信号。图的从上往下第二部分示出了照明单元的发光时间。图的从上往下第三部分示出了用于由控制单元采集图像摄取单元的位置的触发信号。图的从上往下第四部分示出了虚拟触发信号，该虚拟触发信号相应于当在由控制单元采集的图像摄取单元的位置上执行补偿处理时，图像摄取单元的经补偿的位置(即，补偿之后的位置)。
如图10所示，图像摄取单元开始以预定的间隔摄取测量目标对象的图像。当开始图像摄取操作时，图像摄取单元将曝光信号传输到控制单元。接收到曝光信号，控制单元产生与曝光信号同步的触发信号。控制单元基于触发信号采集图像摄取单元的位置。由于照明单元连续处于发光状态，在曝光时间T期间(从图像摄取操作的开始到其结束的时间)照明的亮度是恒定的。因此，由图像摄取单元摄取的图像是在曝光时间T中的重叠的图像。因此，期望在曝光时间T的中心采集图像摄取单元的位置。
然而，由于图像摄取单元以预定速度移动，如果控制单元基于触发信号采集图像摄取单元的位置，则不可能在曝光时间T的中心采集图像摄取单元的位置。因此，控制单元基于图像摄取单元的移动速度和曝光时间T，将基于触发信号采集的图像摄取单元位置补偿为图像摄取单元在曝光时间T的中心的位置。因此，相应于图像摄取单元的经补偿的位置的虚拟触发信号以T/2的延迟量落在触发信号之后。
图11是示出由装备有选通照明单元12的图像测量装置10执行自动对焦处理的时序图的图。图11中的图从上往下第一、第三和第四部分与图10中的相同。图11中的图从上往下第二部分示出了选通照明单元12的发光时间(L1、L2和L3)。在选通照明单元12的操作中，如图11所示，控制单元控制发光时间L1、L2和L3。相应地，与处于连续发光状态的照明单元不同，照明的亮度在曝光时间T期间不是一直恒定的。因此，由图像摄取单元13摄取的图像是在发光时间L1、L2和L3中的重叠图像。因此，期望获得图像摄取单元13在发光时间L1、L2和L3的中心的位置。然而，装备有选通照明单元12的图像测量装置10即使当其执行与由装备有处于连续发光状态的照明单元的图像测量装置执行的相同的补偿时，也不能采集图像摄取单元13在发光时间L1、L2和L3中心的位置。由于这个原因，存在如下问题：难以正确地探测焦点位置。
发明内容
本发明的一些方面的优点是，提供一种能够通过执行自动对焦处理正确地探测焦点位置的图像测量装置。
按照本发明的一个方面的图像测量装置具有以下特征。图像测量装置包括选通照明单元、图像摄取单元、移动机构，和控制单元。选通照明单元利用光照亮测量目标对象。图像摄取单元摄取测量目标对象的图像。移动机构将图像摄取单元和/或测量目标对象相对彼此移动。控制单元控制选通照明单元、图像摄取单元，和移动机构，以便基于由图像摄取单元摄取的图像来测量测量目标对象。控制单元包括焦点位置探测器，后者通过控制移动机构以便沿着图像摄取单元的光轴以预定的移动速度改变在图像摄取单元和测量目标对象之间的位置关系并且通过控制图像摄取单元以便在多个相对位置上摄取测量目标对象的图像，来探测图像摄取单元的焦点位置。焦点位置探测器包括照明控制部分、相对位置采集部分、和对比度探测部分。照明控制部分通过控制选通照明单元的发光时间，控制用于在图像摄取单元摄取测量目标对象的图像的照明的亮度。相对位置采集部分采集在发光时间的中心的每个相对位置。对比度探测部分探测由图像摄取单元摄取的图像的对比度。在由相对位置采集部分采集的相对位置中，焦点位置探测器选择性地探测一个对应于最大化由对比度探测部分探测的对比度的图像的相对位置，作为焦点位置。
如上所述，控制单元包括执行自动对焦处理的焦点位置探测器。焦点位置探测器包括照明控制部分，其控制选通照明单元的发光时间；相对位置采集部分，其采集图像摄取单元和测量目标对象的相对位置；和对比度探测部分，其探测由图像摄取单元摄取的图像的对比度。相对位置采集部分采集图像摄取单元和测量目标对象在发光时间的中心的每个相对位置。因此，图像测量装置可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
在按照本发明的上述方面的图像测量装置中，优选地，照明控制部分通过接收传输到控制单元的预定的信号开始选通照明单元的发光；并且相对位置采集部分通过接收预定的信号采集每个相对位置，然后基于发光时间和预定的移动速度校正相对位置。
利用这样的优选配置，由于相对位置采集部分补偿了图像摄取单元和测量目标对象的相对位置，该相对位置是通过接收传输到控制单元的预定信号基于选通照明单元的发光时间和移动速度被采集的，所以可以采集图像摄取单元和测量目标对象在发光时间的中心的相对位置。因此，图像测量装置可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
在按照本发明的上述方面的图像测量装置中，基于传输到控制单元的预定的信号和图像摄取单元的曝光时间，照明控制部分控制发光时间使得发光时间的中心与曝光时间的中心处于相同的时间点；相对位置采集部分应该通过接收预定信号采集相对位置并且然后基于曝光时间和预定的移动速度校正相对位置。
以这样的优选配置，由于照明控制部分基于传输到控制单元的预定信号和曝光时间，控制发光时间使得发光时间的中心与图像摄取单元的曝光时间的中心处于相同的时间点，所以按照在装备有连续处于发光状态的照明单元的图像测量装置中所执行的同样的方式执行补偿。以这种方式，相对位置采集部分可以采集图像摄取单元和测量目标对象在发光时间的中心的相对位置。因此，图像测量装置可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
在按照本发明的上述方面的图像测量装置中，优选地，基于传输到控制单元的预定信号和图像摄取单元的曝光时间，照明控制单元控制发光时间，使得发光时间的中心与曝光时间的中心处于相同的时间点；并且相对位置采集部分应该基于预定信号和曝光时间采集每个相对位置。
以这样的优选配置，相对位置采集部分可以采集图像摄取单元和测量目标对象在发光时间的中心的相对位置而不执行补偿。因此，图像测量装置可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
优选地，预定信号是当图像摄取单元开始摄取测量目标对象的图像时从图像摄取单元被传输到控制单元的曝光信号。
以这样的优选配置，相对位置采集部分通过利用曝光信号可以采集图像摄取单元和测量目标对象在发光时间的中心的相对位置。因此，图像测量装置可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置，而无需提供附加的设备。
优选地，预定信号是从连接到图像测量装置的信号源被传输到控制单元的外部信号。
以这样的优选配置，相对位置采集部分可以通过利用从信号源传输的外部信号采集图像摄取单元和测量目标对象在发光时间的中心的相对位置。因此，图像测量装置可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
附图说明
图1是示意性示出按照本发明的第一实施方式的图像测量装置的配置的例子的框图；
图2是示出了由按照本发明的第一实施方式的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图；
图3是示意性示出了按照本发明的第二实施方式的图像测量装置的配置的例子的框图；
图4是示出了由按照本发明的第二实施方式的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图；
图5是示意性示出按照本发明的第三实施方式的图像测量装置的配置的例子的框图；
图6是示出了由按照本发明的第三实施方式的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图；
图7是示意性示出了按照本发明的第四实施方式的图像测量装置的配置的例子的框图；
图8是示出了由按照本发明的第四实施方式的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图；
图9A是示出了图像测量装置执行自动对焦处理的状态的图；
图9B是示出了在自动对焦处理期间由在图9A中示出的图像测量装置摄取的测量目标对象的图像的对比度的图；
图10是示出了由装备有连续处于发光状态的照明单元的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图；并且
图11是示出了由装备有选通照明单元的图像测量装置执行的自动对焦处理的时序图的图。
具体实施方式
第一实施方式
现在，参考附图详细描述本发明的第一实施方式。图1是示意性示出按照本发明的第一实施方式的图像测量装置的配置的例子的框图。如在图1中所示，图像测量装置1包括机体(machine body)2以及控制机体2的控制单元3。机体2包括与前面解释的图像测量装置10(参考图9A)的相同组件。具体地，机体2包括利用光来照亮(未示出的)测量目标对象W的选通照明单元21、摄取测量目标对象W的图像的照相机(图像摄取单元)22、和在照相机22的光轴方向上移动照相机22的移动机构23。在本发明的本实施方式中，移动机构23移动照相机22以使照相机22和测量目标对象W相对彼此定位。
控制单元3控制机体2以便基于由照相机22摄取的图像来测量该测量目标对象W。本发明的本实施方式的以下解释着重于在控制单元3的多种功能之中用于执行自动对焦处理的功能。控制单元3包括探测照相机22的焦点位置的焦点位置探测单元4。焦点位置探测单元4通过控制移动机构23以将照相机22在照相机22的光轴方向上以便预定的速度移动并且通过控制照相机22以便在多个位置上摄取测量目标对象W的图像，来探测焦点位置。
焦点位置探测单元4包括照明控制单元41、相对位置采集单元42、和对比度探测单元43。照明控制单元41控制选通照明单元21的发光时间，从而控制用于在照相机22处摄取测量目标对象W的照明光的亮度。相对位置采集单元42采集照相机22的位置以确定(即采集)照相机22和测量目标对象W的相对位置。对比度探测单元43探测由照相机22摄取的图像的对比度。在由相对位置采集单元42采集的照相机22的位置之中，焦点位置探测单元4选择性地探测相应于最大化由对比度探测单元43探测的对比度的图像的位置，作为焦点位置。
图2示出了由图像测量装置1执行的自动对焦处理的时序图的图。在图2中，图的从上往下第一部分示出了当摄取测量目标对象W的图像的操作开始时，从照相机22输出的曝光信号。图的从上往下第二部分示出了选通照明单元21的发光时间。图的从上往下第三部分示出了用于由相对位置采集单元42采集照相机22的位置的触发信号。图的从上往下第四部分示出了虚拟触发信号，该信号相应于当在由相对位置采集单元42采集的照相机22的位置上执行补偿处理时，照相机22的经补偿的位置。
如图2中所示，照相机22开始以预定的间隔摄取测量目标对象W的图像。当开始图像摄取操作时，照相机22将曝光信号传输到控制单元3。照明控制单元41通过接收传输到控制单元3的曝光信号，开始选通照明单元21的发光操作。照明控制单元41控制发光时间L1、L2和L3。当接收到传输到控制单元3的曝光信号时，相对位置采集单元42产生与曝光信号同步的触发信号。相对位置采集单元42基于该触发信号采集照相机22的位置。在基于触发信号采集照相机22的位置之后，相对位置采集单元42基于发光时间L1、L2和L3以及在照相机22的位置中的移动速度补偿照相机22的位置，由此在发光时间L1、L2和L3中心采集照相机22的位置。因此，相应于照相机22的经补偿的位置的虚拟触发信号以延迟量L1/2、L2/2、L3/2落在触发信号之后。
按照本发明的本实施方式的图像测量装置1展示了以下操作效果并且提供以下优点。
(1)控制单元3包括执行自动对焦处理的焦点位置探测单元4。焦点位置探测单元4包括控制选通照明单元21的发光时间的照明控制单元41、采集照相机22的位置的相对位置采集单元42，和探测由照相机22所摄取的图像的对比度的对比度探测单元43。相对位置采集单元42在发光时间的中心采集照相机22的位置。因此，图像测量装置1可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
(2)相对位置采集单元42补偿通过接收被传输到控制单元3的曝光信号而被采集的照相机22位置。基于选通照明单元21的发光时间和在照相机22的位置中的移动速度执行所述补偿。因此，可以在发光时间的中心采集照相机22的位置。
(3)相对位置采集单元42可以通过利用曝光信号在发光时间的中心采集照相机22的位置。因此，图像测量装置1可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置，而无需提供附加设备。
第二实施方式
现在，参考附图详细解释本发明的第二实施方式。图3示意性示出了按照本发明的第二实施方式的图像测量装置1A的配置的例子的框图。图4是示出了由图像测量装置1A执行的自动对焦处理的时序图的图。在以下描述中，相同的参考标号被用来表示上面描述的组件以省略解释。
如上所述，按照本发明的第一实施方式的图像测量装置1包括照明控制单元41和相对位置采集单元42。当控制单元3接收到被传输到其的曝光信号时，照明控制单元41开始选通照明单元21的发光操作。相对位置采集单元42基于发光时间L1、L2和L3和在照相机22的位置中的移动速度补偿照相机22的位置。按照本发明的第二实施方式的图像测量装置1A包括如图3中所示的照明控制单元41A和相对位置采集单元42A。图像测量装置1A与图像测量装置1具有以下不同。如图4中所示，照明控制单元41A基于被传输到控制单元3的曝光信号和曝光时间T，控制发光时间L1、L2和L3，使得发光时间L1、L2和L3的中心与照相机22的曝光时间T的中心处于相同的时间点。相对位置采集单元42A基于曝光时间T和在照相机22的位置中的移动速度，补偿照相机22的位置。
本发明的本实施方式展示了与上面在本发明的前述实施方式的(1)和(3)中描述的相同的操作效果并提供了相同的优点。此外，还可以期望以下的操作效果和优点。
(4)由于照明控制单元41A基于被传输到控制单元3的曝光信号和曝光时间T，控制发光时间L1、L2和L3，使得发光时间L1、L2和L3的中心与照相机22的曝光时间T的中心处于相同的时间点，所以，按照在装备有连续地处于发光状态的照明单元的图像测量装置中所执行的相同的方式执行补偿。以这种方式，相对位置采集单元42可以在发光时间L1、L2和L3中心采集照相机22的位置。因此，图像测量装置1A可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
第三实施方式
现在，参考附图详细解释本发明的第三实施方式。图5是示出了按照本发明的第三实施方式的图像测量装置1B的配置的例子的框图。图6是示出了由图像测量装置1B执行的自动对焦处理的时序图的图。如以上所解释的，按照本发明的第二实施方式的图像测量装置1A包括相对位置采集单元42A。相对位置采集单元42A通过接收被传输到控制单元3的曝光信号采集照相机22的位置。然后，相对位置采集单元42A基于曝光时间T和在照相机22的位置中的移动速度补偿照相机22的位置。如在图5中所示，按照本发明的第三实施方式的图像测量装置1B包括相对位置采集单元42B。图像测量装置1B与图像测量装置1A的区别在于，如在图6中所示，相对位置采集单元42B基于被传输到控制单元3的曝光信号和曝光时间T采集照相机22的位置。
本发明的本实施方式具有与在本发明的第一实施方式的(1)和(3)中描述的相同的操作效果并提供相同的优点。此外，还可以期望以下的效果和优点。
(5)相对位置采集单元42B可以在发光时间L1、L2和L3的中心采集照相机22的位置，而无需执行补偿。因此，图像测量装置1B可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
第四实施方式
现在，参考附图详细描述本发明的第四实施方式。图7是示意性示出了按照本发明的第四实施方式的图像测量装置1C的配置的例子的框图。图8是示出了由图像测量装置1C执行的自动对焦处理的时序图的图。如以上解释的，按照本发明的第三实施方式的图像测量装置1B基于被传输到控制单元3的曝光信号执行自动对焦处理。如图7所示，按照本发明的第四实施方式的图像测量装置1C包括连接到机体2和图像测量装置1C的控制单元3的信号源5。图像测量装置1C与图像测量装置1B的区别在于，如图8所示，基于从信号源5被传输的外部信号来执行自动对焦处理。
本发明的本实施方式具有与在本发明的第一实施方式的(1)和本发明的第三实施方式的(5)中描述的那些相同的操作效果并提供相同的优点。此外，还可以期望以下的操作效果和优点。
(6)相对位置采集单元42B通过利用从信号源5被传输的外部信号可以在发光时间L1、L2和L3的中心采集照相机22的位置。因此，图像测量装置1C可以通过执行自动对焦处理来正确地探测焦点位置。
本发明的范围不限于上述实施方式。其中包括了在实现本发明的目标的范围内所作的不同修改、改进等。在每一个本发明的前述实施方式中解释了，移动机构23移动照相机22以将照相机22和测量目标对象W相对彼此定位。此外，每个相对位置采集单元42、42A和42B通过采集照相机22的位置确定照相机和测量目标对象W的相对位置。然而，本发明的范围不限于这样一个示例性配置。例如，移动机构可以移动测量目标对象以将图像摄取单元和测量目标对象相对彼此定位。此外，相对位置采集部分可以通过采集测量目标对象的位置来采集图像摄取单元和测量目标对象的相对位置。替换地，移动机构可以移动图像摄取单元和测量目标对象二者以将图像摄取单元和测量目标对象相对彼此定位。此外，相对位置采集部分可以采集图像摄取单元的位置和测量目标对象的位置二者，由此采集图像摄取单元和测量目标对象的相对位置。
如上所述，本发明可以被应用于图像测量装置。具体地，本发明可以被正确地应用于装备有选通照明单元的图像测量装置。

Claims (10)

1.一种图像测量装置，包括：
利用光来照亮测量目标对象的选通照亮单元；
摄取该测量目标对象的图像的图像摄取单元；
将所述图像摄取单元和/或测量目标对象相对于彼此移动的移动机构；和
控制单元，所述控制单元控制所述选通照亮单元、图像摄取单元和移动机构，以便基于由图像摄取单元所摄取的图像来测量所述测量目标对象，所述控制单元包括：
焦点位置探测器，其通过控制所述移动机构以便沿着所述图像摄取单元的光轴以预定的移动速度改变在该图像摄取单元和测量目标对象之间的位置关系并且通过控制所述图像摄取单元以便在多个相对位置上摄取测量目标对象的图像，来探测该图像摄取单元的焦点位置，所述焦点位置探测器包括：
照明控制部分，其通过控制所述选通照明单元的发光时间，控制用于在所述图像摄取单元摄取测量目标对象的图像的照明的亮度，
相对位置采集部分，其采集在发光时间的中心的每个相对位置，和
对比度探测部分，其探测由该图像摄取单元所摄取的图像的对比度，
其中，在由所述相对位置采集部分所采集的相对位置中，所述焦点位置探测器选择性地探测一个对应于最大化由所述对比度探测部分所探测的对比度的图像的相对位置，作为焦点位置。
2.根据权利要求1所述的图像测量装置，其中，所述照明控制部分通过接收传输到所述控制单元的预定的信号开始所述选通照明单元的发光；并且所述相对位置采集部分通过接收该预定的信号采集每个相对位置，然后基于发光时间和该预定的移动速度补偿所述相对位置。
3.根据权利要求1所述的图像测量装置，其中，基于传输到所述控制单元的预定信号和所述图像摄取单元的曝光时间，所述照明控制部分控制发光时间使得发光时间的中心与曝光时间的中心处于相同的时间点；并且所述相对位置采集部分通过接收该预定信号采集相对位置并且然后基于曝光时间和该预定的移动速度补偿相对位置。
4.根据权利要求1所述的图像测量装置，其中，基于传输到所述控制单元的预定信号和所述图像摄取单元的曝光时间，所述照明控制单元控制发光时间，使得发光时间的中心与曝光时间的中心处于相同的时间点；并且所述相对位置采集部分基于该预定信号和曝光时间采集每个相对位置。
5.根据权利要求2所述的图像测量装置，其中，所述预定信号是当所述图像摄取单元开始摄取测量目标对象的图像时从该图像摄取单元被传输到所述控制单元的曝光信号。
6.根据权利要求3所述的图像测量装置，其中，所述预定信号是当所述图像摄取单元开始摄取测量目标对象的图像时从该图像摄取单元被传输到所述控制单元的曝光信号。
7.根据权利要求4所述的图像测量装置，其中，所述预定信号是当所述图像摄取单元开始摄取测量目标对象的图像时从该图像摄取单元被传输到所述控制单元的曝光信号。
8.根据权利要求2所述的图像测量装置，其中，所述预定信号是从信号源被传输到所述控制单元的外部信号；并且所述信号源被连接到所述图像测量装置。
9.根据权利要求3所述的图像测量装置，其中，所述预定信号是从信号源被传输到所述控制单元的外部信号；并且所述信号源被连接到所述图像测量装置。
10.根据权利要求4所述的图像测量装置，其中，所述预定信号是从信号源被传输到所述控制单元的外部信号；并且所述信号源被连接到所述图像测量装置。
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