CN102055902A - 阴影校正方法、阴影校正值测定装置、图像捕获装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了阴影校正方法、阴影校正值测定装置和图像捕获装置，该阴影校正方法包括：将固态图像捕获元件的光接收区分割成多个区域，其中包括光接收元件的像素配置在所述固态图像捕获元件中；用从用作基准的光源发射的光经由图像形成光学系统照射每个区域，以使所述光的光斑的尺寸与区域的尺寸相当；将每个区域的感光度值存储在区域特定感光度存储器中；根据感光度值计算固态图像捕获元件的所有所述像素的阴影校正值；将所有所述像素的阴影校正值存储在校正值存储器中；以及利用各像素的相应阴影校正值，校正各像素的信号，所述各像素的信号利用由所述固态图像捕获元件进行的图像捕获来获得。

Description

阴影校正方法、阴影校正值测定装置、图像捕获装置

相关申请的交叉引用 

本申请包含于2009年10月28日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP2009-248277所公开的相关的主题，其全部内容结合于此作为参考。 

技术领域

本发明涉及阴影校正方法、阴影校正值测定装置、图像捕获装置及光束轮廓测定装置，具体地，涉及一种用于以非常高的精度执行阴影校正的技术。 

背景技术

已提出了用于测定光束轮廓(beam profile)(诸如激光束的光束强度)的多种类型装置(被称为光束轮廓测定装置)，并且这些装置都商业上可用的。 

在日本未审查专利申请公开第2002-316364号中，记载了光束轮廓测定装置的一个构成实例。在日本未审查专利申请公开第2002-316364号记载的光束轮廓测定装置中，设置有面向光束的小孔，并且在小孔前设置有光电转换元件。光束轮廓测定装置通过沿着光束的横截面扫描小孔和光电转换元件来测定轮廓。 

在日本未审查专利申请公开第7-113686号中，描述了通过扫描刀口(knife edge)使刀口横切光束，以及通过对从设置在刀口前的 光电转换元件获得的信号进行诸如微分的计算处理，获得诸如光束强度的轮廓。 

此外，尽管通过沿着光束的横截面扫描狭缝而获得诸如光束强度的光束轮廓的装置在任何文献中都没有记载，但是这样的装置是存在的。 

作为与上述采用光束执行扫描和采用光电转换元件接收光束不同的方法，存在将激光的图像直接形成在用于图像捕获的固态图像捕获元件的图像捕获面上的方法。而且在理论上，使用该方法可以测定诸如光束强度的轮廓。下面将描述采用固态图像捕获元件直接捕获激光的图像的方法。 

图15是示出了由光束轮廓测定装置检测到的激光束的光斑的实例的示图，其中对该实例进行了放大。在图15所示的实例中，对于垂直位置和水平位置中的每一个，在激光束的光斑中心测得了最高强度，而在激光束的光斑的外围部测得的强度减小。 

发明内容

如在日本未审查专利申请公开第2002-316364号和第7-113686号中所描述的，在现有技术中，已提出了各种类型的光束轮廓测定装置，并且这些装置是商业上可用的。能够以一定程度的精度来测定诸如激光束的光束。然而，存在这样的问题，即。通过现有技术中已提出的光束轮廓测定装置测定的光束强度的精度不是一定高。 

更具体地，测定精度受到对小孔、狭缝或刀口进行加工时的加工精度的限制。例如，对于沿着光束的横截面扫描狭缝的方法，假定了这样一种构造，即，其中设置有宽度为5μm的狭缝，并利用该对角移动的狭缝来执行测定。采用此构造，甚至当狭缝的加工精度为±0.1μm时，测定误差最大为±4％。为了测定从用于精密测定和精密加工的激光光源发射的激光的光束轮廓，要求1％以下的测定精度。因此，现有技术的这种光束轮廓测定装置的测定精度是不够的。 

为此，考虑了在固态图像捕获元件的图像捕获面上直接形成光束的图像并直接观察和测定光束的光束轮廓的方法。作为固态图像捕获元件，例如，可应用电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。 

在如上述将光束的图像直接形成在固态图像捕获元件上的情况下，空间分辨率受到固态图像捕获元件的像素数量的限制。然而，近年来，因为诸如CCD图像传感器或CMOS图像传感器的固态图像捕获元件的像素数量已经增加到数百万像素，因此像素数量不成为问题。而且，采用半导体工艺来制造这种图像传感器。因此，对于几微米的像素尺寸，图像传感器具有0.01μm量级的精度。因而，空间误差(spatial error)几乎可以忽略。 

相比之下，当使用在固态图像捕获元件上直接形成光束的图像的构造时，由于与光学系统(该光学系统用于采用图像捕获装置等来形成光束的图像)相关联的因素的存在，会导致产生造成测定精度降低的因素。更具体地，会造成用以测定轮廓的测定精度降低的因素如下：与用于采用图像捕获装置来形成光束的图像的光学系统相关联的光学像差和涂层分布；与CMOS处理相关联的四次方定律；采用设置在固态图像捕获元件上的微透镜聚集光束的不一致性；以及固态图像捕获元件固有的每个像素的感光度的不一致性。在本说明中包括上述给出的所有因素的感光度的不一致性被称为“阴影”。阴影还取决于光学系统或图像传感器的类型。但是，造成感光度不一致的阴影通常被表示为在从几个百分比量级到几十个百分比量级范围内的值。当以1％以下的测定精度执行测定时，需要消除阴影。下述说明中将用于消除阴影的图像校正称为“阴影校正”。 

注意，在现有技术中，已提出了用于执行阴影校正的各种类型的技术，并且这些技术是商业上可用的。然而，在现有技术中，对于如上所述以1％以下的测定精度进行的光强度的测定，阴影校正 的精度是不够的。例如，如果能使具有均匀强度的光入射到设置在图像捕获元件的所有像素中，则可根据光强度的检测状态来计算各像素的阴影校正值。然而，事实上，难以制作能够使具有光强度的分布百分比等于或小于1％且分布均匀的特性的光入射的高精度光源。 

而且，在上述说明中，为了便于描述以高精度执行阴影校正的必要性，以实例的方式描述了光束轮廓测定装置。阴影校正在采用图像捕获装置以高精度执行图像捕获中是重要的技术。因此，甚至使用其中采用固态图像捕获元件的图像捕获装置(诸如摄像机或照相机)，但是为了以高精度执行图像捕获，类似的阴影校正也是必要的。 

鉴于这样的情况，作出了本发明。期望在采用固态图像捕获元件执行图像捕获时以高精度执行阴影校正。 

根据本发明的实施方式，提供了一种阴影校正方法。在该阴影校正方法中，将其中设置了包括光接收元件的像素的固态图像捕获元件的光接收区分割为多个区域。用从作为基准的光源发射的光，经由图像形成光学系统，照射每个分割区域，以使光的光斑的尺寸与所述区域尺寸相当。根据存储在区域特定感光度存储器中的感光度值，计算固态图像捕获元件的所有像素的阴影校正值。将所算出的所有像素的阴影校正值存储在校正值存储器中。利用通过固态图像捕获元件进行图像捕获来获得各像素的信号，并利用存储在校正值存储器中的像素的相应阴影校正值对这些信号进行校正。 

在阴影校正方法中，从用作基准的光源发射的光被接收到每个区域中，使得光的光斑尺寸与区域的尺寸相当。获得每个区域的感光度值。因此，在各个区域检测到的光的强度是相同的。检测反映出现在区域中的阴影的状态的感光度值。然后，基于检测到的各区域的感光度值获得所有像素的阴影校正值。因此，基于检测到的感光度值，可以以高精度获得阴影校正值。 

根据本发明的实施方式，基于检测到的各区域的感光度值可以以高精度获得各像素的阴影校正值。可对通过固态图像捕获元件获得的图像捕获信号以高精度执行阴影校正。 

因此，例如，阴影校正方法应用于图像捕获装置的阴影校正，从而能够获得全部进行阴影校正的图像捕获信号。 

而且，例如，阴影校正方法应用于包括在光束轮廓测定装置中的图像捕获元件的阴影校正，从而可以以非常高的精度测定束轮廓。 

附图说明

图1是示出本发明实施方式中的整体构造的实例的构造图； 

图2是示出在本发明实施方式中将固态图像捕获元件的图像捕获区分割成区域的实例的示例图； 

图3是示出本发明实施方式中在测定阴影时执行信号处理的概述的示例图； 

图4是示出本发明实施方式中在捕获图像时执行信号处理的概述的示例图； 

图5是示出本发明实施方式中生成阴影校正值的处理的概述的示例图； 

图6是示出本发明实施方式中具体区域设置的实例的示例图； 

图7是示出本发明实施方式中对区域进行测定的顺序实例的示例图； 

图8是示出采用图6中示出的区域设置来生成阴影校正值的处理的示例图； 

图9A～9D是示出本发明实施方式中计算感光度值的处理的状态的特性实例的示例图； 

图10A～10C是示出本发明实施方式中计算感光度值的处理的状态的详细实例的示例图； 

图11是示出本发明实施方式中对端部执行计算感光度值的处理的实例的示例图； 

图12A～12C是示出本发明实施方式中推定列方向上的感光度值的实例的示例图； 

图13是示出激光束的光斑尺寸大于分割区域尺寸的情况下的测定状态的实例(实例1)的示例图； 

图14是示出激光束光斑尺寸大于分割区域尺寸的情况下的测定状态的实例(实例2)的示例图； 

图15示出现有技术中光束轮廓的测定实例的原理图。 

具体实施方式

将以如下段落标题的顺序描述本发明实施方式的实例。 

1.一个实施方式的描述 

1.1系统的整体构造(图1) 

1.2获得阴影校正值的处理的概述(图2和3)

1.3执行阴影校正的处理的概述(图4) 

1.4生成阴影校正值的处理的详细描述(图5) 

1.5基于区域的具体设置的处理状态的描述(图6～8)

1.6计算感光度值和阴影校正值的处理的描述(图9A～9D、图10A～10C和图11) 

1.7推定列方向上的感光度值的处理的实例(图12A-12C) 

1.8修正感光度值的处理的实例 

2.变形实例的描述(图13和图14) 

以下，参考图1～图8、图9A～图9D、图10A～图10C、图11和图12A～图12C说明本发明一个实施方式的实例。 

1.一个实施方式的描述 

下文中，将参照图1～图8、图9A～图9D、图10A～图10C、图11以及图12A～图12C来描述本发明的一个实施方式的实例。 

1.1系统的整体构造 

首先，将参照图1来描述根据本发明实施方式执行处理的装置的整体构造的实例。 

在本发明的实施方式中，准备配置为数字照相机的图像捕获装置100，并且在进行图像捕获时执行阴影校正。图像分析装置301和显示装置302连接至图像捕获装置100，并且图像捕获装置100被配置为用作光束轮廓测定装置(测定系统)。图像分析装置301利用图像对用于捕获图像的光束的强度分布进行分析，并测定光束轮廓。显示装置302使显示器显示所捕获的图像(通过用光束照射所获得的图像)。 

图1中示出的构造是用以获得用于执行阴影校正的阴影校正值的构造。控制部200和用于执行阴影校正的外围部连接至图像捕获装置100。例如，使用个人计算机装置和在个人计算机装置中执行的程序，来配置控制部200和用来执行阴影校正的外围部。个人计算机装置连接至图像捕获装置100。 

在图像捕获装置100中，使用透镜21和23、滤光片22等构成的光学系统20配置在固态图像捕获元件110的图像捕获区(其上形成图像的面)111的前面。将从基准光源10的激光输出部11输出的激光输入至光学系统20。仅需要基准光源10是具有稳定激光输出的光源。只要光的输出量是稳定的，可使用输出除激光之外的光的其它任何光源。注意，在当执行光束轮廓测定时测定对象是激光的情况下，优选地，使由基准光源10输出的激光的波长和固态 图像捕获元件110的形成图像的面上的数值孔径与测定对象的那些相一致。 

将图像捕获装置100放置于XY工作台230上。提供能够在包含在图像捕获装置100中的固态图像捕获元件110的图像捕获区111的水平方向(X方向)和垂直方向(Y方向)移动图像捕获装置100的结构。使用XY工作台230移动图像捕获装置100，从而能够改变固态图像捕获元件110的图像捕获区111上的受到从基准光源10发射的激光照射的图像捕获区111的位置。换言之，XY工作台230用作从基准光源10发射的光的移动部件。工作台驱动部231根据由控制部200提供的指令对XY工作台进行驱动，XY工作台230在X方向和Y方向上移动。驱动机构的详情不作说明。然而，可以应用具有各种构造类型的驱动机构，只要该驱动机构能够实现以区域为单位的移动。 

关于包含在图像捕获装置100中的固态图像捕获元件110，在图像捕获区111中的水平方向和垂直方向上配置预定数量的像素(光接收元件)。例如，可将CCD图像传感器或CMOS图像传感器用作固态图像捕获元件110。 

关于固态图像捕获元件110，经由光学系统20将图像光接收在图像捕获区111中。将图像光以像素为单位转换成图像捕获信号，并且该图像捕获信号从输出电路130输出。将从输出电路130输出的图像捕获信号提供至图像捕获处理部140。图像捕获处理部140对图像捕获信号执行各种类型的校正和转换以获得预定的图像信号。所获得的图像信号经由图像信号输出端子151从图像输出部150输出至外部。图像分析装置301和显示装置302连接至图像信号输出端子151。 

在固态图像捕获元件110中执行的图像捕获操作同步于从驱动电路120提供至固态图像捕获元件110的驱动脉冲来执行。驱动脉 冲从驱动电路120的输出根据由图像捕获处理部140执行的控制来执行。 

校正值存储器160连接至图像捕获处理部140。以像素为单位进行的图像捕获信号的校正处理利用存储在校正值存储器160中的阴影校正值来执行。阴影校正值存储在校正值存储器160中。阴影校正值在校正值存储器160中的存储根据由控制部200执行的控制来执行。在图像捕获处理部140中，从固态图像捕获元件110提供的图像捕获信号的每个像素值与相应一个像素的阴影校正值相乘，由此将每个图像捕获信号转换成具有经过阴影校正的像素值的图像捕获信号。 

接下来，将描述设置在控制部200侧的用于执行阴影校正的构造。 

控制部200可以读取提供至图像捕获处理部140的图像捕获信号。根据读取的图像捕获信号生成各区域特定的感光度值。图像捕获处理部140使区域特定感光度存储器220存储这些感光度值。校正值计算处理部210利用存储在区域特定感光度存储器220中的各区域的感光度值，以像素为单位生成阴影校正值。控制部200使设置在图像捕获装置100侧的校正值存储器160根据由控制部200执行的控制存储所生成的阴影校正值。 

1.2获得阴影校正值的处理的概述 

接下来，将参照图2和图3描述要存储在校正值存储器160中的阴影校正值的生成处理。 

在该实例中，如图2中所示，固态图像捕获元件110的图像捕获区111以预定数量的像素为单位被分割成多个区域，使得分割区域具有网格形式。换言之，图像捕获区111在水平方向(图2中的横向方向)上被分割成预定数量的区域，并且在垂直方向(图2的纵向方向)上被分割成预定数量的区域，从而图像捕获区111被分 割成n个区域(其中n为任意整数)。各分割区域中的像素数量是相同的。以下将描述分割数量的具体实例。注意，每个分割区域具有与从基准光源10发射的并到达图像捕获区111的激光的光斑尺寸相当的尺寸。更具体地，每个分割区域的尺寸是在一个区域内可实现接收激光的尺寸。然而，如下所述，所有激光并不都必须进入一个区域内。 

在如上所述地将图像捕获区111分割成多个区域之后，如采用图3中所示的概图所示，对从设置在各区域中的像素检测到的图像捕获信号以区域为单位进行积分，从而获得积分值。这些积分值作为各区域特定的感光度值存储在区域特定感光度存储器220中。当区域数量被设定为n时，区域特定感光度存储器220是具有n个存储区的存储器。 

在利用随着XY工作台230的移动各区域受到从基准光源10发射的激光照射的状态下，对各区域特定的感光度值执行检测处理。换言之，当将图像捕获区111分割成n个区域时，照射位置(在该位置的区域受到从基准光源10发射的激光的照射)被移动(n-1)次，从而用从基准光源10发射的激光依次照射各区域的中心。例如，照射位置的设定处理根据由控制部200执行的控制来执行。然后，区域中已经位于照射位置的一个区域受到激光的照射。得到区域中已获得的图像捕获信号的积分值。将积分值除以例如区域中所设置的像素数，从而得到一个值，该值作为该区域的感光度值被存储在区域特定感光度存储器220的相应的存储区中。 

注意，在图像捕获装置100没有出现阴影的理想状态下，图像捕获在所有区域受到相同激光照射的状态下被执行。因此，存储在区域特定感光度存储器220中的所有感光度值对所有区域而言是相同的。实际上，由于与光学系统等相关联的各种因素，是会产生阴影的，且存储在区域特定感光度存储器220中的各区域的感光度值是彼此不同的。在该实例中，校正了感光度值之间的差异，并执行了阴影校正。 

当感光度值存储在区域特定感光度存储器220的所有存储区中时，由校正值计算处理部210根据以区域为单位的方式获得的感光度值，以像素为单位执行阴影校正值的计算处理。在以像素为单位计算阴影校正值的处理中，各区域的值采用直线或曲线彼此相互连接，且基于将各区域的值相互连接的直线或曲线，推定各像素的值。在下述的具体实例中，采用了用直线将各区域的值相互连接且基于直线推定各像素值的处理。以这种方式获得的各像素的阴影校正值存储在校正值存储器160中，并用于校正图像捕获信号。假定配置在固态图像捕获元件110的图像捕获区111中的像素数为m，则校正值存储器160具有m个存储区。各像素的阴影校正值存储在各自的存储区中。注意，各像素的阴影校正值中的每一个是相应像素的感光度值的倒数。 

1.3执行阴影校正的处理的概述 

图4是示出使用存储在校正值存储器160中的阴影校正值执行阴影校正的状态的概要的示图； 

通过设置在图像捕获处理部140中的感光度校正计算处理单元141，将存储在输入图像捕获信号存储器131中的图像捕获信号的各像素值与以像素为单位存储在校正值存储器160中的阴影校正值相乘，从而获得已进行感光度校正的图像捕获信号。将已进行感光度校正的图像捕获信号存储在校正图像存储器142中，并且从校正图像存储器142提供给设置在该校正图像存储器的下一级的处理系统。 

1.4生成阴影校正值的处理的详细描述 

接下来，将参照图5描述生成阴影校正值的处理(该处理的概述已参照图3进行了描述)的详细流程。此处，将在假定区域数为如图2所示的n的情况下对流程进行描述。如图5中所示，校正值计算处理部210包括校正值推定计算处理单元211、区域特定校正误差存储器213和感光度校正误差修正处理单元214。 

如已描述的，如在图2中所示以区域为单位对图像捕获信号进行积分，从而获得图像捕获信号的积分值。将各区域的图像捕获信号的积分值除以包括在每个区域中的像素数，从而获得各区域的感光度值。将各区域的感光度值存储在区域特定感光度存储器220中。校正值推定计算处理单元211读取每个区域的感光度值(步骤S1)，并以像素为单位执行推定感光度值的处理，从而获得阴影校正值。将获得的阴影校正值存储在校正值存储器160中(步骤S2)。对于推定感光度值的处理，使用了用直线或曲线将各区域的值相互连接并基于将各区域的值连接的直线或曲线来推定各像素的值的处理。下面将详细描述推定感光度值的处理。 

将存储于校正值存储器160中的阴影校正值提供至感光度校正计算处理单元141(步骤S3)。还将各区域特定的图像数据项(图像捕获数据项)提供至感光度校正计算处理单元141(步骤S4)。然后，通过将各像素的所捕获的图像数据项与相应的阴影校正值相乘来执行校正处理。根据感光度校正计算处理单元141获得的校正状态，将校正误差存储在区域特定校正误差存储器213中(步骤S5)。 

然后，通过感光度校正误差修正处理单元214使用存储在区域特定感光度存储器220中的各区域的感光度值(步骤S7)，和存储在区域特定校正误差存储器213中的校正误差(步骤S6)，来执行修正感光度值的处理，从而获得经修正的感光度值。之后，使用经修正的感光度值来更新存储在校正值存储器160中的阴影校正值(步骤S8)。 

多次重复执行修正阴影校正值的处理，直到获得合适的阴影校正值。提高阴影校正值的精度，使得可以认为各区域特定的感光度值在期望的测定精度下是彼此相同的。可选地，在对阴影校正值修正一次的处理性能允许得到合适的阴影校正值的情况下，可只执行一次修正阴影校正值的处理。 

1.5基于具体区域设置的处理状态的描述 

接下来，参考图6～图8详细描述设定了图像捕获面的具体区域设置的状态和利用该区域设置的处理状态。

此处，假定如图6中所示的将固态图像捕获元件110的图像捕获区111在水平方向上分割成八个区域，在垂直方向上分割成六个区域，从而将图像捕获区111总共分割成48个区域。假定此处所使用的固态图像捕获元件110在水平方向上具有1280个像素，在垂直方向上具有960个像素。因此，一个区域具有160像素×160像素。 

此处，例如，假定一个像素的尺寸为例如3.75平方微米。在这种情况下，图像拍摄系统具有在水平方向上1600μm和在垂直方向上1200μm的视场。采用这种尺寸设置，当如图6中所示视场在水平方向上被分割成八个区域，在垂直方向上被分割成六个区域时，每个区域的视场的尺寸为200平方微米。 

作为基准光源10，例如，使用半导体激光器，该半导体激光器连接至芯半径为100μm的光纤并输出波长为635nm、功率约为3mW的激光。设置透镜，以使从半导体激光器的光纤的端部发射的激光的图像形成在由固态图像捕获元件110观察的物镜21的焦点位置上。固态图像捕获元件110在其中执行图像捕获的每个区域的视场受到基本均匀的具有100μm直径的激光照射。在这种情况下，选择不会造成摄像机信号饱和的透射率作为滤光片22的透射率。 

图7示出每个区域受到激光照射时的状态。 

在该实例中，在水平方向上以区域111a(左上区域)、111b、111c、…，的顺序执行改变要受激光照射的区域的扫描处理X1。在每个区域受到激光照射的状态下读取图像捕获信号，且利用图像捕获信号获得每个区域的感光度值。在图7中，示出了区域111c受到激光照射的状态。注意，可只利用一个帧的图像捕获信号来获得一 个区域的感光度值。可选地，可使用通过将利用预定的多个帧的图像捕获信号获得的感光度值彼此相加所获得的值。 

然后，当一行的扫描处理X1完成后，开始下一行的扫描处理X2。之后，依次执行扫描处理X3、X4、X5和X6，由此所有的区域都受到激光的照射。 

如图8所示，通过将每个区域的图像捕获信号的积分值除以区域中所含的像素数而获得的值存储于区域特定感光度存储器220的48个存储区中相应的一个。换言之，当作为第一区域的区域111a受到激光照射时，只有包括在区域111a中的像素的图像捕获信号被提取。对图像捕获信号进行积分以获得积分值，并将该积分值除以像素数以获得感光度值。将该感光度值存储在区域特定感光度存储器220的第一存储区中。在改变照射位置(在该位置的区域受到激光的照射)后，依次对所有的区域执行将从包括在正受到激光照射的区域中的像素的图像捕获信号所检测到的感光度值存储的处理。 

之后，执行参照图5已描述的处理。换言之，校正值推定计算处理单元211读取各区域的感光度值(要被用作区域的平均值)(步骤S1)，并以像素为单位执行感光度推定处理。将获得的阴影校正值提供至具有存储区的校正值存储器160并将其存储(步骤S2)，存储区数等于像素数(1280×960)。 

将存储在校正值存储器160中的阴影校正值提供至感光度校正计算处理单元141(步骤S3)。将包括在48个区域中的每个区域中的像素(160像素×160像素)的图像数据项(所捕获的图像数据项)也提供至感光度校正计算处理单元141(步骤S4)。然后，通过将各像素的所捕获的图像数据项与相应的阴影校正值相乘来执行校正处理。根据由感光度校正计算处理单元141所获得的校正状态，将校正误差存储在区域特定校正误差存储器213中(步骤S5)。 

然后，通过感光度校正误差修正处理单元214使用存储在区域特定感光度存储器220中的各区域的感光度值(步骤S7)和存储在 区域特定校正误差存储器213中的校正误差(步骤S6)，来执行修正感光度值的处理，从而获得修正后的感光度值。之后，执行使用修正后的感光度值更新存储在校正值存储器160中的阴影校正值的更新处理(步骤S8)。多次重复步骤S8中的更新处理，从而最终获得具有高精度的阴影校正值。 

1.6计算感光度值和阴影校正值的处理的描述 

接下来，将参照图9A～图9D、图10A～图10C和图11描述利用各区域的感光度值获得所有像素的感光度值和阴影校正值的处理的实例。在图9A～图9D、图10A～图10C和图11中，示出了利用在一个水平方向上布置的区域的感光度值来获得配置在该水平方向上的像素的感光度值的处理。 

在图9A～图9D的每个图中，假定水平轴表示像素位置，且1280个像素被设置在一条水平线上，像素位置范围为从第一个像素的位置至第1280个像素的位置。垂直轴表示与感光度值对应的水平。 

这里，如图9A中所示，在该实例中，存储在区域特定感光度存储器220中的感光度值是以区域为单位检测到的值。将以区域为单位检测到的每个感光度值用作包括在图9B所示的多个区域中的相应一个区域中的像素的感光度值的平均值。 

如图9B中所示，感光度值是以区域为单位逐渐变化的值。因此，当根据感光度值计算阴影校正值而不对感光度值执行任何处理时，阴影校正值具有较大的误差。为此，如图9C中所示，用与检测到的感光度值的平均值一致的直线将位于各区域中心的像素的感光度值彼此相连。利用由直线组成的线图示出的感光度值(如图9C所示)来计算各像素位置处的感光度值。 

这里，将参照图10A～图10C描述将在由直线组成的线图上示出的感光度值调整至合适值的处理。 

例如，假定所获得的区域的感光度分布如图10A中所示。在图10B中，示出并放大图10A中所示的区域之一(本文中为从左的第四个区域)及其相邻区域。 

如图10B中所示，在执行线性插值的情况下，位于每个区域中心的感光度值与包括在该区域中的像素的感光度值的平均值不相同。其原因在于，当执行线性插值时，确定位于每个区域中心的感光度值，以使面积a1、a2和a3(表示图10B中的直线和平均值之间的差异)中的面积a1+面积a3等于面积a2。 

下面将描述设定面积a1、a2和a3以使面积a1+面积a3等于面积a2的计算处理。 

如图10C中所示，中心区域检测到的感光度值由I′_i表示，执行线性插值后所获得的感光度值由I_i表示。此外，所检测到的左邻区域的感光度值由I′_i-1表示，执行线性插值后所获得的感光度值由I_i-1表示。所检测到的右邻区域的感光度值由I′_i+1表示，执行线性插值后所获得的感光度值由I_i+1表示。 

此外，还定义了位于表示中心区域与左邻区域之间的分界的直线上的值x_i和位于表示中心区域与右邻区域之间的分界的直线上的值x_i+1，此外，每个区域的宽度由W表示。 

当如图10C中所示定义上述给出的值时，在图10C所示的中心区域执行线性插值后所获得的左半的积分值由式1表示 

$\frac{w}{2}\·x_i+\frac{w}{2}\·\frac{I_i-x_i}{2}$ 式1 

在图10C所示的中心区域执行线性插值后所获得的右半的积分值由式2表示 

$\frac{w}{2}\·x_{i+1}+\frac{w}{2}\·\frac{I_i-x_{i+1}}{2}$ 式2 

为了使式1和式2的和等于利用图10C所示的中心区域检测到的感光度值计算的面积，必须要满足由式3表示的下述条件。 

$(\frac{w}{2}\·x_i+\frac{w}{2}\·\frac{I_i-x_i}{2})+(\frac{w}{2}\·x_{i+1}+\frac{w}{2}\·\frac{I_i-x_{i+1}}{2})=w\·{I^{\′}}_i$ 式3 

这里，定义下述式4。 

$x_{i+1}=\frac{I_i+I_{i+1}}{2},$ $x_i=\frac{I_{i-1}+I_i}{2}$ 式4 

当利用式4求解式3的I_i时，得到下述式5。 

$I_i=\frac{4}{3}{I^{\′}}_i-\frac{1}{6}(I_{i-1}+I_{i+1})$ 式5 

这里，感光度值I_i-1和I_i+1是在相邻区域中式5的解，且在初始状态下是未知的。因此，在初始状态下用感光度值I′_i-1和I′_i+1替代感光度值I_i-1和I_i+1来计算感光度值I_i。 

此外，如图11中所示，在端部区域，外推通过将从与端部区域相邻的区域延伸的直线延长所获得的直线b。 

当在一个水平方向上存在八个区域时，以此方式对第一个到第八个区域执行计算，暂时确定感光度值I_i(此处i在1至8的范围内)。 

然而，因为已算出的感光度值I_i不是应当获得的真的感光度值I_i，所以再次利用所算出的感光度值I_i执行式5的计算。 

通过重复式5的计算，使感光度值I_i接近真的感光度值I_i。例如，对式5的计算重复5次。因此，生成了在水平方向上的第一区域到第8区域的感光度分布。接下来，对位于下一垂直位置的第九至第十六区域执行同样的计算。以下，最后对第41至第48区域执行计算。 

以此方式，确定了包括在水平方向上的各区域中的像素的感光度值。 

1.7列方向上的感光度值的推定处理的实例 

接下来，将参照图12A～图12C描述配置在垂直方向(列方向)上的各像素的感光度值的推定处理。 

在图10A～图10C和图11所示的处理中，获得了水平方向上的六个感光度分布。换言之，获得了与图7所示的扫描处理X1～X6相对应的六个感光度分布。对于水平方向，已获得1280个像素的感光度值。但是，对于垂直方向，只获得六个感光度值。 

为此，当考虑如图12A中所示的垂直方向上的某一像素列Py时，如图12B中所示，位于已经算出的水平方向上的各行的感光度分布中的相同像素位置处的像素的感光度值Py1、Py2、…、Py6被提取。 

然后，将六个感光度值Py1、Py2、…、Py6设定为如图12C中所示的布置在垂直方向上的六个区域的感光度值。利用每个感光度值执行上述式5的计算。同样地，在这种情况下，多次重复计算，如5次。对水平方向上的1280个像素执行此处理。因此，所有像素的感光度值均被推定和算出。 

1.8修正感光度值的处理的实例 

校正值推定计算处理单元211将如上所述获得的各像素的感光度值的倒数作为阴影校正值存储在校正值存储器160中。感光度校正计算处理单元141从区域特定图像数据存储器143的第一存储区中读取包括各像素的所捕获的图像数据项的图像数据项。感光度校正计算处理单元141将各像素的所捕获的图像数据项与其相对应的阴影校正值相乘，并对各像素的所捕获的图像数据项求和，从而获得数据项。重复获得数据项的此处理，直到对第四十八个存储区执行此处理，从而获得48个数据项。将各个数据项除以数据项的平 均值，从而获得校正误差，并将校正误差存储在区域特定校正误差存储器213中。然后，利用所有像素的感光度值的平均值或最大感光度值将已推出的感光度值标准化，且将标准化的感光度值确定为各像素的感光度值。 

当存储在区域特定校正误差存储器213中的校正误差分布百分比不等于或不小于0.5％时，感光度校正误差修正处理单元214计算存储在区域特定校正误差存储器213中的第一校正误差和存储在区域特定感光度存储器220中的第一感光度值的乘积，且将所算出的乘积作为新的感光度值存储在区域特定感光度存储器220的第一存储区中。重复计算乘积以及将所算出的乘积作为新的感光度值来存储的处理，直到对第四十八个感光度值执行了此处理。校正值推定计算处理单元211根据存储在区域特定感光度存储器220中的新感光度值再次推定和计算所有像素的阴影校正值，并将这些阴影校正值存储在校正值存储器160中。 

感光度校正计算处理单元141根据存储在校正值存储器160中的阴影校正值和存储在区域特定图像数据存储器143中的图像数据项，生成48个数据项。感光度校正计算处理单元141将各数据项除以数据项的平均值以获得校正误差，且将校正误差存储在区域特定校正误差存储器213中。感光度校正误差修正处理单元214再次检查存储在区域特定校正误差存储器213中的校正误差的分布。重复一系列的计算直到分布百分比开始等于或小于0.5％。期望的测定精度等于或小于1％。但是，因为不对每个像素执行感光度值的精确测定，所以设定0.5％的分布百分比以提供一定的余量。为期望的测定精度1％所确定的0.5％的分布百分比只是一个实例。可以重复这一系列的计算，直到存储在区域特定校正误差存储器213中的校正误差的分布百分比开始等于或小于预定值。 

注意，修正感光度值的方法不局限于此。也可采用这样一种方法，其中感光度校正误差修正处理单元214读取存储在区域特定校 正误差存储器213中的校正误差；感光度校正误差修正处理单元214使用与在推定感光度值处理中所使用的计算相同的计算，来推定和计算对应于各像素的校正误差；以及感光度校正误差修正处理单元214将存储在校正值存储器160中与各像素相对应的阴影校正值与校正误差相乘。在这种情况下，表示步骤S7的箭头是从校正值存储器160伸出而不是从区域特定感光度存储器220伸出。 

利用以此方式推定的阴影校正值，通过计算校正了图像捕获信号的各像素值。因此，通过图像捕获装置100来执行图像捕获，且从图像信号输出端子151输出的图像信号是已经完全进行阴影校正的信号。 

换言之，根据本发明实施方式，使用可以用基本均匀的光照射固态图像捕获元件的整个图像捕获区的面积的几十分之一区域的这种光源，可执行具有1％或更低的测定精度的阴影校正。采用激光光源等能够相对容易地实现这种光源。因此，可以实现能够对具有其百分比等于或小于1％的特性的光分布执行测定的高精度光束轮廓测定装置，该特性在现有技术中是难以测定的。除光束轮廓测定装置之外，还可实现观察和图像捕获装置。 

而且，图像捕获装置100也完全可以执行阴影校正，从而能够获得不受阴影影响的图像信号。因此，显示在显示装置302上的图像是不受阴影影响的良好图像。 

2.变形实例的描述 

注意，在上述实施方式中，将其中像素在水平方向上和垂直方向上以矩阵形式被设置的元件应用为对图像捕获信号执行阴影校正的固态图像捕获元件。然而，例如，也可以将从所谓的线性传感器(其中像素仅线性排列在一维方向上)提供的图像捕获信号应用于阴影校正。 

此外，在图7等中所示的区域的分割与光束之间的关系中，设定区域设置以使从基准光源发射的激光束进入每个区域。然而，在难以将激光束光斑的尺寸减小至区域尺寸的情况下，例如可如图13中所示设定区域设置。换言之，如图13所示，在使激光束光斑的中心与每个区域中心几乎相同的状态下，可以以区域为单位执行改变位置(在该位置的区域要受到激光束的照射)的扫描处理X1。可以测定每个区域的感光度值。 

图14示出了激光束光斑的尺寸大于区域的尺寸的情况的另一个实例。 

在图14所示的实例中，当首先执行用激光束的照射时，由4个区域(即，区域111a、111b、111e和111f)组成的一个大区域的中心受到激光束的照射。然后，将区域111a、111b、111e和111f的输出彼此相加，得到一个感光度值。之后，执行将四个区域向与其右相邻的区域移动一个区域的扫描处理X1′。将来自接下来的4个区域(即，区域111b、111c、111f和111g)的输出相加，获得一个感光度值。以此方式，在将4个区域看作一个大区域的基础上，在大区域的一部分彼此重叠的状态下，依次获得各区域的感光度值。因此，同样以此方式，可检测到每个区域的感光度值，并可确定阴影校正值。 

注意，上述实施方式中的具体的像素值、区域分割状态和利用算式计算各值的实例为合适的实例。值和计算实例不局限于此。 

本区技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求书或其等同替换的范围内。 

Claims (10)

1.一种阴影校正方法，包括以下步骤：

将固态图像捕获元件的光接收区分割成多个区域，其中包括光接收元件的像素配置在所述固态图像捕获元件中；

用从用作基准的光源发射的光经由图像形成光学系统照射每个分割区域，以使所述光的光斑的尺寸与所述区域的尺寸相当；

将已经受到所述光照射的每个所述区域的感光度值存储在区域特定感光度存储器中；

根据存储在所述区域特定感光度存储器中的所述感光度值，计算所述固态图像捕获元件的所有所述像素的阴影校正值；

将所有所述像素的所计算出的阴影校正值存储在校正值存储器中；以及

利用存储在所述校正值存储器中的所述像素的相应阴影校正值，校正各像素的信号，所述各像素的信号利用由所述固态图像捕获元件进行的图像捕获来获得。

2.根据权利要求1所述的阴影校正方法，

其中，在存储在所述区域特定感光度存储器中的各区域的感光度值之间，或在利用各区域的感光度值所获得的所述阴影校正值之间进行直线插值或曲线插值，以及

其中，基于通过所述插值所获得的所述直线或曲线，推定设置在所述固态图像捕获元件的光接收区中中各像素的阴影校正值，并且将所述阴影校正值存储在所述校正值存储器中。

3.根据权利要求2所述的阴影校正方法，其中，重复所述阴影校正值的计算，直到所述各区域的校正误差分布百分比变得等于或小于预定百分比，所述校正误差存储在所述区域特定感光度存储器中。

4.根据权利要求2或3所述的阴影校正方法，其中，一次或多次执行用来减小已经由所述差值所得的直线或曲线之间的误差的计算。

5.根据权利要求4所述的阴影校正方法，其中，所述区域是通过在二维方向上分割所述固态图像捕获元件的所述光接收区而获得的区域，在所述二维方向上的所有所述像素的阴影校正值在计算阴影校正值的步骤中获得，并存储在所述校正值存储器中。

6.根据权利要求4所述的阴影校正方法，其中，所述区域是通过在一维方向上分割所述固态图像捕获元件的所述光接收区而获得的区域，在所述一维方向上的所有所述像素的阴影校正值在计算阴影校正值的步骤中获得，并存储在所述校正值存储器中。

7.根据权利要求5或6所述的阴影校正方法，其中，每个所述区域由使所述区域的一部分与相邻于所述区域的区域的一部分叠加而形成。

8.一种阴影校正值测定装置，包括：

图像形成光学系统，被配置为用光照射每个区域以使所述光的光斑的尺寸与所述区域的尺寸相当，通过分割其中配置有包括光接收元件的像素的固态图像捕获元件的光接收区来获得所述区域，所述光由作为基准的光源发射；

照射光移动部件，被配置为使要受到从所述光源发射的光的照射的区域从所述区域中的一个移动到所述区域的另一个；

区域特定感光度存储器，被配置为存储所述固态图像捕获元件的已被所述光照射的每个所述区域的感光度值；以及计算单元，被配置为根据存储在所述区域特定感光度存储器中的所述感光度值，计算所述固态图像捕获元件的所有像素的阴影校正值。

9.一种图像捕获装置，包括：

固态图像捕获元件，其中设置有包括光接收元件的像素，设置所述固态图像捕获元件，以便在所述固态图像捕获元件的前面设置使图像光进入光接收区的光学系统；

校正值存储器，被配置为存储所述固态图像捕获元件的所有所述像素的阴影校正值；以及

校正处理单元，被配置为利用存储在所述校正值存储器中的各像素的阴影校正值来校正所述各像素的信号，所述各像素的信号利用由所述固态图像捕获元件所进行的图像捕获来获得并由所述固态图像捕获元件来输出，

其中，存储在所述校正值存储器中的所述阴影校正值是根据已受所述图像光照射的各区域的感光度值所算出的所有所述像素的阴影校正值，所述区域通过分割所述固态图像捕获元件的所述光接收区来获得，每个所述分割区域经由所述光学系统受到从用作基准的光源发射的所述图像光的照射，以使所述图像光的光斑的尺寸与所述区域的尺寸相当。

10.一种光束轮廓测定装置，包括：

固态图像捕获元件，其中设置有包括光接收元件的像素，设置所述固态图像捕获元件，以便在所述固态图像捕获元件的前面设置使作为测定对象的光束进入光接收区的光学系统；

校正值存储器，被配置为存储所述固态图像捕获元件的所有所述像素的阴影校正值；以及

校正处理单元，被配置为利用存储在所述校正值存储器中的各像素的阴影校正值来校正所述各像素的信号，所述各像素的信号利用由所述固态图像捕获元件所进行的图像捕获来获得并由所述固态图像捕获元件来输出，

光束分析单元，被配置为利用已经被所述校正处理单元校正的捕获的图像来分析作为测定目标的光束，

其中，存储在所述校正值存储器中的所述阴影校正值是根据已受所述光束照射的各区域的感光度值所算出的所有所述像素的阴影校正值，所述区域通过分割所述固态图像捕获元件的所述光接收区来获得，每个所述分割区域经由所述光学系统受到从用作基准的光源发射的所述光束的照射，以使所述光束的光斑的尺寸与所述区域的尺寸相当。

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