JP2005004391A - 画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度に画像データを補正することができる画像データ処理装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤカメラ１７にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した多点補正テーブルを補正テーブル２５に備える。多点補正テーブルに格納された補正パラメータによって画像データ内の所定の複数点について補正処理する補正処理実行部２６２を備える。
【選択図】 図３
【解決手段】ＣＣＤカメラ１７にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した多点補正テーブルを補正テーブル２５に備える。多点補正テーブルに格納された補正パラメータによって画像データ内の所定の複数点について補正処理する補正処理実行部２６２を備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体に関する。例えば、撮像手段で撮像された画像データに含まれる誤差を補正する画像データ処理装置等に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の形状等を測定する装置として画像測定機が知られている。画像測定機は、被測定物に向けて光を照明する光源と、被測定物からの反射光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された像を撮像するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラからの画像データに基づいて被測定物の輪郭形状やエッジ検出等の画像処理を施す画像処理部と、を備えている（例えば、特許文献１、２）。
このような画像測定機では、レンズの収差や傾きなどに起因して、ＣＣＤカメラで撮像される画像データに歪みなどの誤差が含まれる。そこで、画像データに含まれる誤差を補正することが必要となる。
【０００３】
ところで、被測定物の形状等を測定する装置としてはプローブを被測定物表面上で倣い移動させる三次元測定機が知られている。この三次元測定機は、プローブと、プローブを三次元的に駆動させる駆動機構と、プローブの位置を検出するセンサとを備え、駆動機構およびセンサは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に各駆動軸およびセンサスケールを有する。そして、三次元測定機の測定誤差を補正する方法としては、ＸＹＺ方向それぞれのセンサスケールごとに測定誤差を補正する補正定数を設定しておいて、センサスケールごとに計測値に補正定数を乗算して測定誤差を補正する方法が一例として挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０５８２２号公報
【特許文献２】
特開２００１−６６１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の三次元測定機に適用される補正方法は各方向ごとに一次補正するのみであるため、被測定物を一画像として撮像する画像測定機には単純に適用することはできない。
画像測定機では、レンズ収差やカメラの傾きからくる誤差要因が一画面内に不均質に含まれるので、画像データ内で設定した各軸ごとで単純に一次補正しても高精度の補正は望むことができない。
【０００６】
本発明の目的は、高精度に画像データを補正することができる画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像データ処理装置は、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、前記複数点補正テーブルに格納された前記補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成において、撮像手段で撮像対象を撮像することにより画像データを取得する。ここで、対物レンズの収差や傾きなどに起因して画像データには誤差が含まれるが、補正処理実行部は、複数の点を真値にするために点ごとに用意された補正パラメータを用いて画像データ内の点ごとに補正処理を行う。すると、各点ごとに補正されるので、このように補正処理される所定の複数点については精密な補正が確実に行われる。
対物レンズの収差や傾きなどに起因する歪み量は画像データ内の場所によって異なる場合が考えられるが、所定の複数点について点ごとに補正パラメータを用意しているので、場所による歪み量の違いに関わらず所定の複数点について精密に補正を行うことができる。
【０００９】
ここで、本発明では、前記撮像手段で撮像された画像データを処理する画像処理部を備え、前記画像処理部は、前記画像データにフィルタリングを行うフィルタ処理手段、前記画像データから撮像対象の輪郭形状や特徴抽出を行うエッジ検出手段、対象とする点の座標を抽出する対象点抽出手段、対象とする領域の長さを検出する対象長さ検出手段を備えることが好ましい。
また、画像データ内の所定の複数点は少なくとも２以上の点であればよい。所定の複数点は、互いに離隔していることが好ましく、さらには、複数点の数はできる限り多い方が好ましい。
補正パラメータは、二次元的に補正する場合にはｘ方向およびｙ方向について補正量の情報を有していればよく、また、画像データを三次元的に補正する場合には、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向について補正量の情報を有している。
【００１０】
請求項２に記載の画像データ処理装置は、請求項１記載の画像データ処理装置において、前記画像データ内の前記所定の複数点以外の着目点についてこの着目点から所定距離以内に位置する前記所定の複数点についての前記補正パラメータに基づいてこの着目点を真値に補正する補正パラメータを補間法により算出する補間演算部を備え、前記補正処理実行部は、前記所定の複数点以外の前記着目点について前記補間演算部にて算出された前記補正パラメータに基づいて補正処理することを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、補間演算部によって所定の複数点以外の着目点についても補正パラメータが算出される。すると、画像データ内の総ての点について補正処理を行うことができる。所定の複数点以外の着目点について、この着目点の近傍に位置する点から補正パラメータが算出される。よって、画像データ内の場所によって歪み量が異なっている場合であっても、場所に応じた補正パラメータが算出される。その結果、画像データ全体について精密に補正処理が行われる。
【００１２】
ここで、補間法は、一次補間、二次補間、三次補間など適宜選択でき、本明細書中において補間法には補外法も含まれるとして説明する。
【００１３】
請求項３に記載の画像データ処理装置は、請求項１または請求項２に記載の画像データ処理装置において、座標点が既知である所定の複数点を有する校正用スケールの前記所定の複数点について座標値を記憶した校正データ記憶部と、前記校正用スケールを撮像した画像データ内の前記所定の複数点に対応する座標値を前記校正データ記憶部に記憶された前記所定の複数点の座標値に対比して前記所定の複数点についての前記補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、校正用スケールを実際に撮像したときの各点の座標値が校正データ記憶部に記憶された座標値に対比される。そして、各点ごとに補正パラメータが算出される。
例えば、校正データ記憶部に校正用スケールを設計したときの設計データなどを入力しておいて、あとは校正用スケールを実際に撮像すればよいだけであるので、簡便に補正パラメータを校正することができる。そして、補正パラメータは複数の点について設定されるが、校正にあっては校正用スケールを一回撮像するだけで総ての所定複数点について校正することができるので簡便である。
【００１５】
ここで、校正用スケールは縦縞と横縞とを有し、縦縞と横縞との交点（格子点）の座標値が既知であることが例示される。縦縞を既知の間隔で引いて、さらに横縞を既知の間隔で引くと座標値が既知の格子点を多数設けることができる。
【００１６】
請求項４に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像データ処理装置において、前記複数点補正テーブルは、前記撮像手段から撮像対象までの撮像距離ごとに蓄積されていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、撮像距離の違いに応じた複数点補正テーブルを用いることによって、撮像距離の違いに起因する誤差を補正することができる。
撮像手段で撮像対象を撮像するときに、焦点深度内であっても撮像距離が違うと撮像される範囲が違ってくる。例えば、撮像距離が短い場合に比べて撮像距離が長い場合には撮像範囲が大きくなる。そこで、撮像距離に応じて複数点補正テーブルを備えていることによって、撮像距離の違いに応じて画像データを補正することができる。
撮像距離の違いによる誤差を補正できるので、対物レンズとして通常の球面レンズを用いることができる。そして、この通常のレンズであっても、撮像距離の違いに関係なく撮像範囲が一定となるテレセントリックレンズと同じように使用することができる。
【００１８】
請求項５に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像データ処理装置において、前記撮像手段から撮像対象までの撮像距離を補正する撮像距離補正部を備え、前記撮像距離補正部は、長さ既知の基準スケールの平行光による投影像を異なる撮像距離で撮像した場合の長さ情報を前記撮像距離ごとに記憶した基準スケール情報設定部と、前記撮像対象への前記基準スケールの平行光による投影像を撮像した画像データ上における前記基準スケールの長さを前記基準スケール情報設定部に記憶された前記長さ情報に対比して前記撮像距離を推定する撮像距離推定部と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
このような構成において、まず、長さ既知の基準スケールを撮像距離が異なる焦点面に投影する。このとき、基準スケールは平行光によって投影される。そして、基準スケールの投影像を異なる撮像距離で撮像したときの長さ情報を撮像距離ごとに基準スケール情報設定部に記憶させる。
実際に撮像対象を撮像する際には、撮像対象自体を撮像することに加えて、撮像対象に基準スケールを投影してこのときの投影像を撮像する。そして、撮像距離推定部は、撮像した投影像の長さを基準スケール情報設定部に記憶された長さ情報に対比する。ここで、投影像の長さは二次元的に撮像された画像データから算出される。すると、両者が一致する長さ情報があれば、一致した長さ情報に対応する撮像距離が特定される。そして、この撮像距離に応じて複数点補正テーブルが選択され、撮像距離に応じた画像データの補正処理が行われる。
両者が一致しない場合は、投影像の長さを挟む前後の長さ情報から補間して撮像距離を求めることが例示される。
【００２０】
請求項６に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像データ処理装置において、前記複数点補正テーブルは、前記対物レンズごとに蓄積されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、対物レンズによって収差などが異なるが、対物レンズに応じた複数点補正テーブルにより対物レンズに応じて画像データの補正処理を行うことができる。
【００２２】
ここで、前記基準スケール情報設定部は、前記基準スケールの長さ情報を前記対物レンズごとに蓄積していることが好ましい。
このような構成によれば、対物レンズによって画角が異なることから撮像距離が違えば撮像範囲も違ってくるが、基準スケールの長さ情報を対物レンズごとに有していれば、対物レンズに応じて撮像距離を推定することができる。そして、この推定された撮像距離に応じた複数点補正テーブルを用いることによって、撮像距離の違いに起因する誤差を補正することができる。
【００２３】
請求項７に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像データ処理装置において、測定時温度Ｔｃで線膨張係数αの被測定物を前記撮像手段で撮像した前記画像データ内において指定された基準点から注目点までの距離を補正する補正量ｄを、前記測定時温度Ｔｃと前記被測定物の長さを規定する標準温度との温度差に前記線膨張係数αを乗算して算出する温度補正量算出部と、前記温度補正量算出部にて算出されたこの補正量ｄに基づいて前記基準点から前記注目点までの前記画像データ内の距離を補正処理する温度補正処理実行部と、を備えていることを特徴とする。
このような構成によれば、測定時の温度による影響を排して、被測定物Ｗが規定値に対して誤差を有するか否か評価することができる。
【００２４】
請求項８に記載の画像測定機は、被測定物に向けて光を照射する照明装置と、対物レンズおよび撮像素子を有し前記被測定物を撮像する撮像手段と、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像データ処理装置と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
このような構成によれば、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発明に同様の作用効果を奏することができる。すなわち、撮像手段で撮像した撮像データを画像データ処理装置で補正することができる。このとき、画像データ内の所定の複数点について複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって各点ごとに補正処理される。すると、画像データ全体に含まれた歪みに関わらず正確に補正処理を行う画像測定機とすることができる。
そして、画像データ処理装置によって対物レンズの収差や取り付け誤差等を補正できるので、対物レンズ自体の精度はそれほど高くなくてもよく、また、組み立て精度もそれほど高くなくてよい。すると、対物レンズのコストを低減し、組み立て効率を向上させることができるので、結果として、製造コストを削減した比較的安価な画像測定機を提供することができる。
【００２６】
請求項９に記載の画像データ補正方法は、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルが設定され、前記撮像手段にて撮像対象を撮像して画像データを取得する撮像工程と、前記補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行工程と、を備えていることを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、請求項１に記載の発明に同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、補正処理実行工程において、複数の点を真値にするために点ごとに用意された補正パラメータを用いて画像データ内の点ごとに補正処理を行うことにより、場所による歪み量の違いには関係なく所定の複数点について精密に補正することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の画像データ処理プログラムは、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データを処理する画像データ処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに前記画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、前記複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部としての各機能を実現させることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の記録媒体は、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データを処理する画像データ処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに前記画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、前記複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部としての各機能を実現させるコンピュータ読取可能な画像データ処理プログラムを記録したことを特徴とする。
【００３０】
このような構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを組み込んでこのコンピュータに各機能を実現させるようにプログラムを構成すれば、各機能におけるパラメータを容易に変更することができる。例えば、複数点補正テーブルの補正パラメータを校正したり、基準スケール情報設定部や校正データ記憶部に記憶させるデータを変更したりするなどが容易である。そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
［画像測定機の構成］
図１に、本発明の画像測定機の全体構成を示す。
画像測定機１００は、被測定物Ｗを撮像する測定機本体部１と、測定機本体部１にて撮像された撮像データを処理するとともに画像測定機１００全体の動作を制御するホストコンピュータ（画像データ処理装置）２と、測定結果を表示する表示部３と、測定条件等を設定入力する入力部４と、を備えて構成され、測定機本体部１とホストコンピュータ２とはケーブル５で接続されている。
【００３２】
図２に、測定機本体部１の内部構成を示す。測定機本体部１は、本体フレーム１１と、ステージ１１１上に載置された被測定物Ｗに照明光を照射する照明装置１２と、被測定物Ｗからの反射光を集光する対物レンズ１６と、対物レンズ１６からの像を撮像するＣＣＤカメラ（撮像素子）１７と、被測定物Ｗに向けて長さ既知の基準スケール１８を投影する基準照明光学系１９と、を備えて構成されている。
照明装置１２は、光源１３と、光源１３から発射された光を被測定物Ｗに向けて反射する光学素子としてのミラー１４およびハーフミラー１５と、を備え、光源１３からの光は対物レンズ１６を通して被測定物Ｗに照射される。
【００３３】
ＣＣＤカメラ１７は、被測定物Ｗの像を所定のフレームレートで撮像して、撮像した撮像データをケーブル５でホストコンピュータ２に伝送する。
対物レンズ１６は、通常の球面レンズであり、撮像距離ｈによって像の倍率等に差が生じる（図２参照）。さらに、対物レンズ１６の収差や傾き、ＣＣＤカメラ１７の傾き等の要因により撮像データには誤差が含まれるが、これら誤差の補正については後述する。
ここで、対物レンズ１６とＣＣＤカメラ１７とで撮像手段が構成されている。
【００３４】
基準照明光学系１９は、対物レンズ１６を間にして照明装置１２およびＣＣＤカメラ１７とは反対側に配設されている。つまり、基準照明光学系１９は、対物レンズに対して被測定物Ｗと同じ側に配設されている。
基準照明光学系１９は、光源１９１と、光源１９１の位置を一方の焦点として光源１９１からの光を平行光とする投影レンズ１９２と、投影レンズ１９２からの光を被測定物Ｗに向けて反射するハーフミラー１９３と、投影レンズ１９２とハーフミラー１９３との間に配設され既知の長さのスケール目盛１８１が刻まれた光透過性の基準スケール１８と、を備えて構成されている。
光源１９１からの光は投影レンズ１９２によって平行光とされ、基準スケール１８は既知の長さで被測定物Ｗ上に投影される。また、基準スケール１８は、温度係数（線膨張係数）が小さい材質で形成することが好ましい。
【００３５】
なお、照明装置１２としては、被測定物Ｗに向けてリング状に照明するリング照明や、被測定物をＣＣＤカメラとは反対側から照明する透過照明などをさらに備えていてもよい。
【００３６】
図３に、ホストコンピュータ２の機能を実現する機能ブロック図を示す。なお、動作例については、図６〜図１４を参照して後述する。
ホストコンピュータ２は、ＣＣＤカメラ１７で撮像された撮像データを処理する画像処理部２１と、画像処理部２１で処理された画像データに含まれる誤差を補正する補正処理部２２と、処理された画像データおよび入力部４により入力された測定条件などを記憶する記憶装置２８と、中央処理装置であるＣＰＵ２９と、を備えて構成されている。画像処理部２１、補正処理部２２および記憶装置２８はバス２９１を介してＣＰＵ２９に接続されている。
【００３７】
画像処理部２１は、ＣＣＤカメラ１７で撮像された撮像データに対して画像処理を行う各手段を有し、撮像データにフィルタリングを行うフィルタ処理手段２１１、撮像データから被測定物の輪郭形状や特徴抽出等を行うエッジ検出手段２１２、対象とする点の座標を抽出する対象点抽出手段２１３、対象とする領域の長さを検出する対象長さ検出手段２１４を備えている。なお、設計仕様に応じて各種の機能を実現する処理手段をさらに備えてもよいことはもちろんである。
【００３８】
補正処理部２２は、画像処理部２１で処理された画像データに補正処理を行う補正部２３と、補正部２３での補正処理に用いるパラメータ等を校正する校正部２７と、を備えている。
補正部２３は、被測定物Ｗを撮像する焦点面と対物レンズ１６との距離（撮像距離ｈ）を推定する撮像距離補正部２４と、誤差補正に用いる補正パラメータを格納した補正テーブル２５と、撮像距離補正部２４により推定された撮像距離ｈおよび補正テーブル２５に格納された補正パラメータを用いて画像データに補正演算処理を実行する補正演算部２６と、を備えている。
【００３９】
撮像距離補正部２４は、基準スケール１８の投影像を異なる対物レンズ１６および異なる撮像距離ｈで撮像した場合の基準スケール１８の長さ情報ｉが記憶された基準スケール情報設定部２４１と、被測定物Ｗ上に投影された基準スケール１８を撮像した撮像データに基準スケール１８の長さ情報ｉを対比して被測定物Ｗを撮像した撮像距離ｈを推定する撮像距離推定部２４２と、を備えて構成されている。
基準スケール情報設定部２４１には、図４に示されるように、対物レンズの階層の下に異なる長さ情報ｉの階層が設定され、長さ情報ｉに対してそれぞれ撮像距離ｈが設定されている。このような長さ情報ｉと撮像距離ｈとの関係は、対物レンズ１６の画角から撮像距離ｈと像の倍率とを計算して求めることが例示される。
図２に示されるように、焦点深度内においても、対物レンズ１６からの撮像距離ｈが異なる焦点面で撮像された像はそれぞれの大きさ（倍率）が異なってくる。一方、投影レンズ１９２による平行光で投影した基準スケール１８の長さは被測定物上では一定である。そこで、撮像データ上における基準スケール１８の長さの違いから撮像距離ｈを推定する。そして、推定された撮像距離ｈに応じて以後の画像補正が行われるところであるが、詳細は後述する。
【００４０】
補正テーブル２５は、図５に示されるように、測定時温度の階層２５１の下に対物レンズ１６の階層２５２が置かれ、対物レンズ１６の階層の下に撮像距離ｈの階層２５３が置かれている。そして、撮像距離ｈごとに画像データの補正に用いる多点補正テーブル２５４が蓄積されている。つまり、異なる温度でそれぞれの対物レンズ１６ごとに異なる撮像距離ｈでの多点補正テーブル（複数点補正テーブル）２５４が用意されている。
多点補正テーブル２５４は、画像データ内の所定の複数点について点ごとに補正パラメータを格納している。なお、多点補正テーブル２５４の作成および校正やこの多点補正テーブル２５４に格納された補正パラメータを用いて画像データを補正する方法については図６、図７、図１１のフローチャート等を参照して後述する。
補正演算部２６は、多点補正テーブル２５４に格納された所定の複数点以外の点について補正パラメータを補間法によって算出するとともに撮像距離ｈに応じて多点補正テーブル２５４を補間法により算出する補間演算部２６１と、補正パラメータによって画像データに補正処理を施す補正処理実行部２６２と、を備えている。
【００４１】
校正部２７は、既知の長さや座標点を有する校正用スケール（図８参照）の座標点等で構成される校正データが記憶される校正データ記憶部２７１と、校正用スケール６を撮像した画像データと校正データ記憶部２７１に記憶された校正データとを対比して補正処理に用いるパラメータを算出する補正パラメータ算出部２７２と、を備えて構成されている。なお、校正データから補正パラメータを算出する手順については図６のフローチャートを用いて後述する。
【００４２】
記憶装置２８は、補正された画像データや被測定物Ｗの輪郭等の計測値など測定データを記憶する測定データ記憶部２８１と、測定時の温度や対物レンズ１６の番号、倍率等を設定する測定条件設定部２８２と、を備えて構成されている。
【００４３】
［画像データ補正方法］
次に、画像データに含まれる誤差を補正する画像データ補正方法について説明する。
（画像測定機の校正方法）
はじめに、補正処理に係るパラメータを格納した補正テーブル２５を作成または校正する画像測定機１００の校正方法について図６のフローチャートを用いて説明する。
まずＳＴ１０１において、図８に示されるように、座標既知の格子点を有する校正用スケール６を用意する。校正用スケール６は、縦縞と横縞とで形成された網目格子を有する平面状のスケールで、ＣＣＤカメラ１７で撮像できるフレーム領域に略対応した面積を有する。なお、校正用スケール６の縦縞、横縞の間隔は任意に設定してもよく、精密な画像補正を行う場合には格子点の数を多くすればよく、補正は粗くても処理速度を速くしたい場合には格子点の数を少なくしてもよい。また、校正用スケール６は、温度係数（線膨張係数）が小さい材質で形成することが例示される。
【００４４】
ＳＴ１０２において、校正用スケール６の各格子点座標を校正データとして入力する。入力された校正データは、校正データ記憶部２７１に記憶される。ＳＴ１０３において、校正の対象となる対物レンズ１６の識別番号を入力し、ＳＴ１０４において、校正用スケール６を撮像する撮像距離ｈを調整する。対物レンズ１６の識別番号の入力が必要とされるのは、対物レンズ１６ごとに収差などが異なるので補正テーブル２５が対物レンズ１６ごとに作成されなければならないからであり、撮像距離ｈを調整するのは、撮像距離ｈによって像の倍率が異なってくるため補正テーブル２５が撮像距離ｈごとに作成されなければならないからである。さらに、温度変化によって生じる測定機本体部１の線膨張（熱膨張）などに起因する誤差も補正する場合には、ＳＴ１０３において校正時の温度を入力する。すると、補正テーブル２５に温度の階層２５１が作成され、温度の階層２５１の下にレンズ種別の階層２５２が作成される。
【００４５】
ＳＴ１０５において、校正用スケール６をステージ１１１上において撮像する。すると、撮像された撮像データは画像処理部２１で画像処理されて撮像データから格子点の座標が抽出される（ＳＴ１０６）。このとき、対物レンズ１６の収差や傾き等の要因により、図９に示されるように、撮像された画像には歪み等が含まれるので、抽出された格子点の座標と校正データとの間にはずれが生じる。また、平面状の校正用スケール６を撮像した場合でも、図１０に示されるように、本来はすべてのｚ座標が同一平面上で等しくなるはずが傾いた面として撮像されるなど高さ検出のずれが生じる。
【００４６】
ＳＴ１０７において、補正パラメータ算出部２７２により、画像処理部２１で抽出された格子点の座標と校正データ記憶部２７１に設定された校正用スケール６の格子点座標とを対比して、互いに対応する格子点ごとに座標値の差を算出する。つまり、画像処理部２１で抽出されたそれぞれの座標点について真値までのずれをｘ座標、ｙ座標、ｚ座標についてそれぞれ（Δｘ、Δｙ、Δｚ）として算出し、その格子点についての補正パラメータとする。画像フレーム内の総ての格子点について補正パラメータを算出して、多点補正テーブル２５４とする（ＳＴ１０８）。
【００４７】
ＳＴ１０９において、校正用スケール６を撮像した撮像距離ｈを求める。撮像距離ｈの推定について、図７のフローチャートを参照して説明する。
まずＳＴ２０１において、基準スケール１８を校正用スケール６の上に投影する（図２参照）。このとき、基準スケール１８の投影像の長さは投影レンズ１９２からの光が平行光なので一定である。一方、撮像距離ｈによって対物レンズ１６の撮像領域（倍率）が異なってくることから、撮像されたデータ上では基準スケール１８の投影像の長さに違いが生じる。例えば、図２中で、焦点面（Ｂ）で基準スケール１８を撮像する場合に比べて、撮像距離ｈが短い焦点面（Ａ）では基準スケール１８の投影像が大きく撮像され、逆に撮像距離ｈが長い焦点面（Ｃ）では基準スケール１８の投影像が小さく撮像される。
ＳＴ２０２において、投影された基準スケール１８をＣＣＤカメラ１７で撮像すると、画像処理部２１において撮像データから投影された基準スケール１８の長さが検出される（ＳＴ２０３）。このときの長さの検出にあっては、二次元データで長さを求める。すなわち、ｘ座標とｙ座標とで長さを算出し、ｚ座標は考慮しない。
【００４８】
ＳＴ２０４において、検出された基準スケール１８の長さは、撮像距離推定部２４２において基準スケール情報設定部２４１に設定された長さ情報ｉに対比される。撮像距離推定部２４２は、基準スケール情報設定部２４１（図４）のレンズ識別番号から現在校正対象となっている対物レンズ１６を呼び出して、検出された基準スケール長さに一致する長さ情報ｉを探索する。そして、一致する長さ情報ｉがあれば、この長さ情報ｉに対応する撮像距離ｈを読み出して現在撮像されている焦点面の撮像距離ｈを推定する（ＳＴ２０５）。また、検出された基準スケールの長さに一致する長さ情報ｉが無い場合には、検出された基準スケール長さを挟む長さ情報ｉを探索する（ＳＴ２０４）。そして、検出された基準スケール長さを挟む前後いくつかの長さ情報ｉから補間法によって現在撮像されている焦点面の撮像距離ｈを推定する（ＳＴ２０５）。
【００４９】
ＳＴ１１０において、現在セットされている対物レンズ１６に関し、総ての撮像距離ｈにおいて多点補正テーブル２５４が作成され（ＳＴ１１０：ＹＥＳ）、さらに、ＳＴ１１１において校正対象となる総ての対物レンズ１６について多点補正テーブル２５４が撮像距離ｈごとに作成されていれば（ＳＴ１１１：ＹＥＳ）、ＳＴ１１２において多点補正テーブル２５４が対物レンズ１６ごと、撮像距離ｈごとに補正テーブル２５に格納される。
【００５０】
なお、ＳＴ１１０において、多点補正テーブル２５４を作成する撮像距離ｈの数は、ユーザーが任意に設定でき、例えば、撮像距離ｈに関する補正を高精度に行う必要があれば、細かいピッチで撮像距離ｈを刻んで、それぞれの撮像距離ｈに関する多点補正テーブル２５４を作成しておけばよい。
ＳＴ１１０において、総ての撮像距離ｈで多点補正テーブル２５４が作成されていない場合には、ＳＴ１０４において撮像距離ｈを調整して、多点補正テーブル２５４を作成する（ＳＴ１０４〜ＳＴ１０９）。ＳＴ１１１において、すべての対物レンズ１６に関して多点補正テーブル２５４を作成していない場合には、対物レンズ１６を交換して改めて対物レンズ１６の識別番号を入力し（ＳＴ１０３）、多点補正テーブル２５４を作成する（ＳＴ１０４〜ＳＴ１１０）。
【００５１】
（画像データ補正方法）
次に、被測定物Ｗを撮像した画像データに含まれる誤差を補正する画像データ補正方法について図１１のフローチャートを参照して説明する。
まず、ＳＴ３０１において、測定条件として例えば撮像に用いる対物レンズ１６の識別番号や測定時の温度等を入力する（測定条件入力工程）。入力した測定条件は、測定条件設定部２８２に設定される。そして、ＳＴ３０２において被測定物ＷをＣＣＤカメラ１７で撮像する（撮像工程）。すると、撮像データは画像処理部２１で画像処理され、フィルタリング等の処理が行われる（画像処理工程）。この状態では、対物レンズ１６の収差や傾きなどにより処理前の撮像データが歪んでいるため、例えば、図９、図１０に示されるように歪を含んだ画像データとなる。
続いて、ＳＴ３０４において、被測定物Ｗを撮像した焦点面の撮像距離ｈが推定される（撮像距離推定工程）。これは、図７のフローチャートにおいて説明したのと同様であり、被測定物Ｗ上に投影された基準スケール１８の画像データと設定された基準スケール１８の長さ情報ｉとの対比から撮像距離ｈが推定される。推定された撮像距離ｈは補正演算部２６に出力される。
【００５２】
ＳＴ３０５において、補正演算部２６は、補正テーブル２５中（図５）に用意された撮像距離ｈを探索して焦点面の撮像距離ｈに対応するデータを探す。このとき、測定条件設定部２８２に設定入力された温度から対応する温度のファイルを特定し、続いて、対物レンズ１６の識別番号から対応する対物レンズのファイルを特定したのち、この対物レンズ１６のファイル内で撮像距離ｈのデータを探索する。
ＳＴ３０６において、撮像した焦点面に対応する撮像距離ｈのデータがあった場合には（ＳＴ３０６：ＹＥＳ）、この撮像距離ｈに対応する多点補正テーブル２５４を読み出す（ＳＴ３０７）。ＳＴ３０８において、補正処理実行部２６２は、読み出された多点補正テーブル２５４の補正パラメータ（Δｘ、Δｙ、Δｚ）を用いて、対応する座標点について補正処理を行う（補正処理実行工程）。すなわち、図８に示される校正用スケール６の格子点に対応する点については、画像データ上の対応する点に補正パラメータを加算（または減算）することにより補正処理が行われる。すると、例えば、図１２に示されるように、格子点については歪みが補正された画像データが得られる。さらに、ＳＴ３０９において、多点補正テーブル２５４に対応しない点については、補間演算部２６１によって、図１３に示されるように、所定の距離内に位置する近傍のいくつかの格子点から補間法によって補正パラメータが算出され（補間演算工程）、算出された補正パラメータによって補正処理が実行される（補正処理実行工程）。すると、画像データ内の総ての点について補正処理が行われて、画像データ全体の歪みが補正される。
補正処理された画像データは、表示部３に表示される（ＳＴ３１０）。
【００５３】
ＳＴ３０６において、対応する撮像距離ｈのデータがない場合には、補間演算部２６１によって、焦点面の撮像距離ｈを挟むデータから補間法により多点補正テーブル２５４が作成される。そして、校正用スケール６の格子点に対応する座標点については補正パラメータで補正処理がなされ（ＳＴ３０８）、格子点に対応しない座標点については補間法によって算出された補正パラメータによって補正処理が実行される。
【００５４】
以上、このような構成を備える本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）多点補正テーブル２５４を備え、画像データ内の複数の点について点ごとに補正パラメータを用意している。対物レンズ１６の収差等による画像データの歪みは画像データの場所によって異なるが、画像データ内の点ごとに補正処理を行うので、場所による歪み量の違いに関わらず正確な補正処理を行うことができる。
【００５５】
（２）多点補正テーブル２５４に用意された格子点に対応しない点に関しては、近傍に位置する格子点から補間法によって補正パラメータを算出する。すると、近傍の位置に存在する歪み量に応じた補正パラメータで補正処理が行われるので、補正処理の精度を向上させることができる。例えば、画面全体を場所に関係なく一つの近似式で補正する場合に比べて、それぞれの点に応じた補正パラメータによる精密な補正処理を行うことができる。そして、このように補間法で補正パラメータを算出できるので、多点補正テーブル２５４に格納するデータ量を少なくすることもできる。
【００５６】
（３）補正処理部２２によって画像データを精密に補正することができるので、対物レンズ１６の精度自体はそれほど高くなくてもよい。また、対物レンズ１６を鏡筒に組み付ける精度や対物レンズ１６を本体フレーム１１に組み付ける精度もそれほど高い精度でなくてもよい。すると、対物レンズ１６のコストを低減でき、組み立て効率を向上させることにより、画像測定機１００の製造コストを低減させることができる。
【００５７】
（４）多点補正テーブル２５４を備えることにより記憶すべき補正パラメータの数は多くなるが、校正用スケール６自体に格子パターンが設けられているので、多くの補正パラメータを校正する場合でも校正用スケール６を撮像するのは一回でよい。例えば、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれについて補正用の定数を設定した場合には各軸方向を校正するのに三回の撮像作業が必要になるケースも考えられるところ、本実施形態によれば、補正に用いる点は多くできる一方で校正作業は簡便になるという効果を奏する。
【００５８】
（５）撮像距離補正部２４を備えるとともに、多点補正テーブル２５４が撮像距離ｈごとに設けられている。従って、焦点深度内でも焦点面の違いで像の大きさが異なる場合であっても補正処理することができる。よって、対物レンズ１６を通常のレンズで構成した場合でも図１４に示されるように撮像距離ｈに関わらず像の大きさを同じにするテレセントリックレンズと同様に使用することができる。
【００５９】
（変形例１）
次に、本発明の画像データ補正方法の変形例１について説明する。変形例１の基本的な構成は上記実施形態に同様であるが、図８の格子状の校正用スケール６に代えて図１５に示される種々の校正用スケールを用いて補正パラメータを校正する点に特徴を有する。
変形例１では、図１５に示される校正用スケールを使用する。
図１５（Ａ）に示される校正用スケール６Ａは、中心点が同じで半径が異なる複数の同心円のパターンを有する。ここで、同心円の中心座標および各同心円の半径は既知であり、従って、各円上の点が満たす円の式は既知である。そこで、校正用スケール６Ａの各円上の点が満たす円の式を校正データとして校正データ記憶部２７１に記憶させておく。
【００６０】
次に、校正用スケール６Ａを撮像した画像データから各円の座標値を所定のサンプリングピッチで抽出する。例えば、円の中心を通ってｙ軸に平行な直線に沿って座標点を対象点抽出手段２１３によってサンプリングする。すると、ｘ座標が同じでｙ座標が半径ｒ分ずつ異なる座標点が抽出される。また、円の中心を通ってｘ軸に平行な直線に沿って座標点をサンプリングすると、ｙ座標が同じでｘ座標が半径ｒ分ずつ異なる座標点が抽出される。そして、抽出した各座標点を校正データ記憶部２７１に記憶した各円の式に乗せるための補正パラメータを補正パラメータ算出部２７２により算出する。このとき、パラメータｍｙとｎｙとを用いた次の式に円の式から求められる真値と画像データから抽出された座標点とを順次代入して、この式を満たすパラメータｍｙおよびｎｙのそれぞれの平均値を補正パラメータとして算出する。
例えば、ｙ軸に沿って抽出した点のｙ座標に関して次の式を適用する。
【００６１】
（真値）＝（ｙ座標値）×ｍｙ＋ｎｙ………（式１）
【００６２】
この式から補正パラメータ（ｍｙ、ｎｙ）を算出する。同様にｘ座標値について、次の式を適用する。
【００６３】
（真値）＝（ｘ座標値）×ｍｘ＋ｎｘ………（式２）
【００６４】
このように算出した補正パラメータ（ｍｙ、ｎｙ）あるいは（ｍｘ、ｎｘ）は、補正テーブル２５に記憶される。
実際の被測定物Ｗを測定した際の画像データを補正するにあたっては、画像データ上のｙ座標値については補正パラメータ（ｍｙ、ｎｙ）を用いて補正処理し、ｘ座標値については補正パラメータ（ｍｘ、ｎｘ）を用いて補正処理すればよい。
【００６５】
なお、校正用スケール６Ａを撮像した画像データから各円の座標値を所定のサンプリングピッチで抽出する場合、上記したようにｙ軸またはｘ軸に平行に座標値を抽出するのみならず、例えば、円の中心から４５°の傾きを有する直線に沿って座標値を抽出してもよく、さらには、全方位にわたって座標値を抽出してもよい。
【００６６】
また、図１５（Ｂ）に示されるようにｙ方向に長さを有する縦線によって構成されるパターンでは、各縦線のｘ座標値を既知とし、各縦線のｘ座標値を校正データとして校正データ記憶部２７１に記憶させる。そして、この校正用スケール６Ｂを撮像した画像データから各縦線のｘ座標値を抽出して、その座標値を校正データに対比する。このとき、画像データ内で各縦線の幅の中心をその縦線のｘ座標とすることが例示される。校正データ記憶部２７１に記憶した校正データと画像データから抽出した座標点（ｘ座標値）とを（式２）に順次代入して補正パラメータ（ｍｘ、ｎｘ）の平均値を算出すればよい。
図１５（Ｃ）に示される校正用スケール６Ｃでは、ｘ方向に長さを有する縦線のｙ座標値が既知であるとすれば、上記した図１５（Ｂ）に関する校正手順についてｘ座標値とｙ座標値とを交代すれば同様に適用できる。
【００６７】
（変形例２）
次に、本発明の画像データ補正方法の変形例２について説明する。変形例２の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、変形例２の特徴とするところは、温度による影響を補正するところにある。
図５に示されるように、多点補正テーブル２５４が異なる温度ごと、異なる対物レンズ１６ごと、異なる撮像距離ｈごとに用意されているので、被測定物Ｗを測定する際に測定条件として測定時の温度を入力すると、測定機本体部１の温度特性に起因して画像データ中に含まれる誤差は補正される。
しかしながら、被測定物Ｗの温度特性については考慮していないので、被測定物Ｗの長さを規定する標準温度が決められていた場合、例えば、２０℃において規定値が設定されている場合、２０℃以外の温度環境下でこの被測定物Ｗを測定すると温度の影響分だけ規定値からずれた測定値が得られる。すなわち、多点補正テーブル２５４によって補正された画像データ中には被測定物Ｗの温度特性に起因する影響分が含まれる。ここで、被測定物Ｗが規定値通りに製造されているかを評価するには、測定値から温度の影響分のずれを補正する必要がある。そこで、この温度の影響による誤差を補正する補正量を算出する。
図１６に示される画像データ内において、画面内で指定された基準点Ａから注目点Ｂまでの距離Ｌを補正する補正量ｄは、測定時の温度Ｔｃと被測定物の線膨張係数αとを用いて次の式で求められる。
【００６８】
ｄ＝α×（Ｔｃ−２０） （式３）
【００６９】
補正量ｄは、基準点Ａから注目点Ｂまでの画面内の距離ｌに加算される。すると、標準温度２０℃に補正された被測定物Ｗの長さＬを求めることができる。
このような処理を実現する構成として、（式３）による演算を実行して補正量ｄを算出する温度補正量算出部と、この補正量ｄに基づいて基準点Ａから注目点Ｂまでの画面データ内の距離ｌを補正処理する温度補正処理実行部とを備えた構成が例示される。
なお、線膨張係数αは、補正テーブル２５に格納され、被測定物Ｗに応じて蓄積されていてもよい。
また、被測定物Ｗの長さを規定する標準温度によって（式３）が変更されるのはもちろんである。
このような構成によれば、測定時の温度による影響を排して、被測定物Ｗが規定値に対して誤差を有するか否か評価することができる。
【００７０】
尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態では、画像測定機１００を例にして説明したが、画像データ処理装置は、測定機に限らず、撮像手段から電気的なディジタル信号として出力された画像データを処理する場合に広く適用できる。
【００７１】
撮像距離ｈを推定する場合に、基準スケール１８を投影するとして説明したが、例えば、対物レンズ１６と被測定物Ｗとの距離をレーザー測距法によって測定してもよい。例えば、対物レンズ１６と同じ高さに設けられレーザーを発射するレーザー光源と、レーザー光源から発射されたレーザーが被測定物Ｗに反射して帰還するまでの時間を計測する時間計測手段と、を備えて、レーザーが被測定物Ｗまでを往復する時間から撮像距離を求めてもよい。
あるいは、対物レンズ１６と同じ高さに設けられ被測定物Ｗに向けて所定の発射角でレーザーを発射するレーザー光源と、レーザー光源から発射され被測定物Ｗにて反射された反射光が前記レーザー光源から離隔する距離を測定する距離センサと、を備え、発射されたレーザーが被測定物Ｗに反射されて返ってきたときの発射方向に対するずれ量から撮像距離を求めてもよい。
【００７２】
校正用スケール６は縦縞と横縞とで形成される格子点のパターンであるとして説明したが、校正用スケール６のパターン自体は特に限定されず、座標点が既知である複数の点があればよい。
【００７３】
測定機本体部１の構成は、上記実施形態に限られず、被測定物Ｗを撮像できる構成であればよい。光源１３からの光は対物レンズ１６を通して被測定物Ｗに向けて照射されているが、照明装置１２の配置は特に限定されない。被測定物Ｗに向けて照明する照明装置１２自体は対物レンズ１６を通す必要はなく、被測定物Ｗを照明できる限度において照明装置１２はどのような構成であってもよい。
【００７４】
ＳＴ３１１（図１１）では、対応する撮像距離ｈのデータが存在しない場合に補間演算部２６１によって新たに多点補正テーブル２５４が作成されるが、この作成された多点補正テーブル２５４は新たに補正テーブル２５に記憶されてもよい。すると、次回の測定では単に記憶した多点補正テーブル２５４を読み出すだけでよいので処理が迅速となる。また、この補間法で作成した多点補正テーブル２５４には計算で算出されたことを標すフラグを立てて、新たに校正用スケール６によって多点補正テーブル２５４が校正された場合には更新されてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体によれば、高精度に画像データを補正することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像測定機の一実施形態を示す図である。
【図２】前記実施形態において、測定機本体部の内部構造を示す図である。
【図３】前記実施形態において、ホストコンピュータの機能ブロック図である。
【図４】前記実施形態において、基準スケール情報設定部におけるデータ構造を示す図である。
【図５】前記実施形態において、補正テーブルにおけるデータ構造を示す図である。
【図６】前記実施形態において、補正パラメータを校正する手順を示すフローチャートである。
【図７】前記実施形態において、撮像距離を推定する手順を示すフローチャートである。
【図８】前記実施形態において、校正用スケールを示す図である。
【図９】前記実施形態において、校正用スケールを撮像した画像データの歪みを示す図である。
【図１０】前記実施形態において、校正用スケールを撮像した画像データにおいて三次元的に含まれる歪みを示す図である。
【図１１】前記実施形態において、画像データを補正する手順を示すフローチャートである。
【図１２】前記実施形態において、補正された画像データの例を示す図である。
【図１３】前記実施形態において、格子点以外の点を補間法で補正する様子を示す図である。
【図１４】撮像距離に関わらず像の大きさが同一になるテレセントリックレンズを示す図である。
【図１５】本発明の変形例１において、校正用スケールの例を示す図である。
【図１６】本発明の変形例２において、温度補正する様子を示す図である。
【符号の説明】
１…測定機本体部
２…ホストコンピュータ（画像データ処理装置）
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…校正用スケール
１２…照明装置
１６…対物レンズ（撮像手段）
１７…ＣＣＤカメラ（撮像素子、撮像手段）
２１…画像処理部
２２…補正処理部
２３…補正部
２４…撮像距離補正部
２５…補正テーブル
２６…補正演算部
２７…校正部
１００…画像測定機
２４１…基準スケール情報設定部
２４２…撮像距離推定部
２５４…多点補正テーブル
２６１…補間演算部
２６２…補正処理実行部
２７１…校正データ記憶部
２７２…補正パラメータ算出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体に関する。例えば、撮像手段で撮像された画像データに含まれる誤差を補正する画像データ処理装置等に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の形状等を測定する装置として画像測定機が知られている。画像測定機は、被測定物に向けて光を照明する光源と、被測定物からの反射光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された像を撮像するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラからの画像データに基づいて被測定物の輪郭形状やエッジ検出等の画像処理を施す画像処理部と、を備えている（例えば、特許文献１、２）。
このような画像測定機では、レンズの収差や傾きなどに起因して、ＣＣＤカメラで撮像される画像データに歪みなどの誤差が含まれる。そこで、画像データに含まれる誤差を補正することが必要となる。
【０００３】
ところで、被測定物の形状等を測定する装置としてはプローブを被測定物表面上で倣い移動させる三次元測定機が知られている。この三次元測定機は、プローブと、プローブを三次元的に駆動させる駆動機構と、プローブの位置を検出するセンサとを備え、駆動機構およびセンサは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に各駆動軸およびセンサスケールを有する。そして、三次元測定機の測定誤差を補正する方法としては、ＸＹＺ方向それぞれのセンサスケールごとに測定誤差を補正する補正定数を設定しておいて、センサスケールごとに計測値に補正定数を乗算して測定誤差を補正する方法が一例として挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０５８２２号公報
【特許文献２】
特開２００１−６６１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の三次元測定機に適用される補正方法は各方向ごとに一次補正するのみであるため、被測定物を一画像として撮像する画像測定機には単純に適用することはできない。
画像測定機では、レンズ収差やカメラの傾きからくる誤差要因が一画面内に不均質に含まれるので、画像データ内で設定した各軸ごとで単純に一次補正しても高精度の補正は望むことができない。
【０００６】
本発明の目的は、高精度に画像データを補正することができる画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像データ処理装置は、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、前記複数点補正テーブルに格納された前記補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成において、撮像手段で撮像対象を撮像することにより画像データを取得する。ここで、対物レンズの収差や傾きなどに起因して画像データには誤差が含まれるが、補正処理実行部は、複数の点を真値にするために点ごとに用意された補正パラメータを用いて画像データ内の点ごとに補正処理を行う。すると、各点ごとに補正されるので、このように補正処理される所定の複数点については精密な補正が確実に行われる。
対物レンズの収差や傾きなどに起因する歪み量は画像データ内の場所によって異なる場合が考えられるが、所定の複数点について点ごとに補正パラメータを用意しているので、場所による歪み量の違いに関わらず所定の複数点について精密に補正を行うことができる。
【０００９】
ここで、本発明では、前記撮像手段で撮像された画像データを処理する画像処理部を備え、前記画像処理部は、前記画像データにフィルタリングを行うフィルタ処理手段、前記画像データから撮像対象の輪郭形状や特徴抽出を行うエッジ検出手段、対象とする点の座標を抽出する対象点抽出手段、対象とする領域の長さを検出する対象長さ検出手段を備えることが好ましい。
また、画像データ内の所定の複数点は少なくとも２以上の点であればよい。所定の複数点は、互いに離隔していることが好ましく、さらには、複数点の数はできる限り多い方が好ましい。
補正パラメータは、二次元的に補正する場合にはｘ方向およびｙ方向について補正量の情報を有していればよく、また、画像データを三次元的に補正する場合には、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向について補正量の情報を有している。
【００１０】
請求項２に記載の画像データ処理装置は、請求項１記載の画像データ処理装置において、前記画像データ内の前記所定の複数点以外の着目点についてこの着目点から所定距離以内に位置する前記所定の複数点についての前記補正パラメータに基づいてこの着目点を真値に補正する補正パラメータを補間法により算出する補間演算部を備え、前記補正処理実行部は、前記所定の複数点以外の前記着目点について前記補間演算部にて算出された前記補正パラメータに基づいて補正処理することを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、補間演算部によって所定の複数点以外の着目点についても補正パラメータが算出される。すると、画像データ内の総ての点について補正処理を行うことができる。所定の複数点以外の着目点について、この着目点の近傍に位置する点から補正パラメータが算出される。よって、画像データ内の場所によって歪み量が異なっている場合であっても、場所に応じた補正パラメータが算出される。その結果、画像データ全体について精密に補正処理が行われる。
【００１２】
ここで、補間法は、一次補間、二次補間、三次補間など適宜選択でき、本明細書中において補間法には補外法も含まれるとして説明する。
【００１３】
請求項３に記載の画像データ処理装置は、請求項１または請求項２に記載の画像データ処理装置において、座標点が既知である所定の複数点を有する校正用スケールの前記所定の複数点について座標値を記憶した校正データ記憶部と、前記校正用スケールを撮像した画像データ内の前記所定の複数点に対応する座標値を前記校正データ記憶部に記憶された前記所定の複数点の座標値に対比して前記所定の複数点についての前記補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、校正用スケールを実際に撮像したときの各点の座標値が校正データ記憶部に記憶された座標値に対比される。そして、各点ごとに補正パラメータが算出される。
例えば、校正データ記憶部に校正用スケールを設計したときの設計データなどを入力しておいて、あとは校正用スケールを実際に撮像すればよいだけであるので、簡便に補正パラメータを校正することができる。そして、補正パラメータは複数の点について設定されるが、校正にあっては校正用スケールを一回撮像するだけで総ての所定複数点について校正することができるので簡便である。
【００１５】
ここで、校正用スケールは縦縞と横縞とを有し、縦縞と横縞との交点（格子点）の座標値が既知であることが例示される。縦縞を既知の間隔で引いて、さらに横縞を既知の間隔で引くと座標値が既知の格子点を多数設けることができる。
【００１６】
請求項４に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像データ処理装置において、前記複数点補正テーブルは、前記撮像手段から撮像対象までの撮像距離ごとに蓄積されていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、撮像距離の違いに応じた複数点補正テーブルを用いることによって、撮像距離の違いに起因する誤差を補正することができる。
撮像手段で撮像対象を撮像するときに、焦点深度内であっても撮像距離が違うと撮像される範囲が違ってくる。例えば、撮像距離が短い場合に比べて撮像距離が長い場合には撮像範囲が大きくなる。そこで、撮像距離に応じて複数点補正テーブルを備えていることによって、撮像距離の違いに応じて画像データを補正することができる。
撮像距離の違いによる誤差を補正できるので、対物レンズとして通常の球面レンズを用いることができる。そして、この通常のレンズであっても、撮像距離の違いに関係なく撮像範囲が一定となるテレセントリックレンズと同じように使用することができる。
【００１８】
請求項５に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像データ処理装置において、前記撮像手段から撮像対象までの撮像距離を補正する撮像距離補正部を備え、前記撮像距離補正部は、長さ既知の基準スケールの平行光による投影像を異なる撮像距離で撮像した場合の長さ情報を前記撮像距離ごとに記憶した基準スケール情報設定部と、前記撮像対象への前記基準スケールの平行光による投影像を撮像した画像データ上における前記基準スケールの長さを前記基準スケール情報設定部に記憶された前記長さ情報に対比して前記撮像距離を推定する撮像距離推定部と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
このような構成において、まず、長さ既知の基準スケールを撮像距離が異なる焦点面に投影する。このとき、基準スケールは平行光によって投影される。そして、基準スケールの投影像を異なる撮像距離で撮像したときの長さ情報を撮像距離ごとに基準スケール情報設定部に記憶させる。
実際に撮像対象を撮像する際には、撮像対象自体を撮像することに加えて、撮像対象に基準スケールを投影してこのときの投影像を撮像する。そして、撮像距離推定部は、撮像した投影像の長さを基準スケール情報設定部に記憶された長さ情報に対比する。ここで、投影像の長さは二次元的に撮像された画像データから算出される。すると、両者が一致する長さ情報があれば、一致した長さ情報に対応する撮像距離が特定される。そして、この撮像距離に応じて複数点補正テーブルが選択され、撮像距離に応じた画像データの補正処理が行われる。
両者が一致しない場合は、投影像の長さを挟む前後の長さ情報から補間して撮像距離を求めることが例示される。
【００２０】
請求項６に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像データ処理装置において、前記複数点補正テーブルは、前記対物レンズごとに蓄積されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、対物レンズによって収差などが異なるが、対物レンズに応じた複数点補正テーブルにより対物レンズに応じて画像データの補正処理を行うことができる。
【００２２】
ここで、前記基準スケール情報設定部は、前記基準スケールの長さ情報を前記対物レンズごとに蓄積していることが好ましい。
このような構成によれば、対物レンズによって画角が異なることから撮像距離が違えば撮像範囲も違ってくるが、基準スケールの長さ情報を対物レンズごとに有していれば、対物レンズに応じて撮像距離を推定することができる。そして、この推定された撮像距離に応じた複数点補正テーブルを用いることによって、撮像距離の違いに起因する誤差を補正することができる。
【００２３】
請求項７に記載の画像データ処理装置は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像データ処理装置において、測定時温度Ｔｃで線膨張係数αの被測定物を前記撮像手段で撮像した前記画像データ内において指定された基準点から注目点までの距離を補正する補正量ｄを、前記測定時温度Ｔｃと前記被測定物の長さを規定する標準温度との温度差に前記線膨張係数αを乗算して算出する温度補正量算出部と、前記温度補正量算出部にて算出されたこの補正量ｄに基づいて前記基準点から前記注目点までの前記画像データ内の距離を補正処理する温度補正処理実行部と、を備えていることを特徴とする。
このような構成によれば、測定時の温度による影響を排して、被測定物Ｗが規定値に対して誤差を有するか否か評価することができる。
【００２４】
請求項８に記載の画像測定機は、被測定物に向けて光を照射する照明装置と、対物レンズおよび撮像素子を有し前記被測定物を撮像する撮像手段と、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像データ処理装置と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
このような構成によれば、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発明に同様の作用効果を奏することができる。すなわち、撮像手段で撮像した撮像データを画像データ処理装置で補正することができる。このとき、画像データ内の所定の複数点について複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって各点ごとに補正処理される。すると、画像データ全体に含まれた歪みに関わらず正確に補正処理を行う画像測定機とすることができる。
そして、画像データ処理装置によって対物レンズの収差や取り付け誤差等を補正できるので、対物レンズ自体の精度はそれほど高くなくてもよく、また、組み立て精度もそれほど高くなくてよい。すると、対物レンズのコストを低減し、組み立て効率を向上させることができるので、結果として、製造コストを削減した比較的安価な画像測定機を提供することができる。
【００２６】
請求項９に記載の画像データ補正方法は、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルが設定され、前記撮像手段にて撮像対象を撮像して画像データを取得する撮像工程と、前記補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行工程と、を備えていることを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、請求項１に記載の発明に同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、補正処理実行工程において、複数の点を真値にするために点ごとに用意された補正パラメータを用いて画像データ内の点ごとに補正処理を行うことにより、場所による歪み量の違いには関係なく所定の複数点について精密に補正することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の画像データ処理プログラムは、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データを処理する画像データ処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに前記画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、前記複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部としての各機能を実現させることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の記録媒体は、対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データを処理する画像データ処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに前記画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、前記複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部としての各機能を実現させるコンピュータ読取可能な画像データ処理プログラムを記録したことを特徴とする。
【００３０】
このような構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを組み込んでこのコンピュータに各機能を実現させるようにプログラムを構成すれば、各機能におけるパラメータを容易に変更することができる。例えば、複数点補正テーブルの補正パラメータを校正したり、基準スケール情報設定部や校正データ記憶部に記憶させるデータを変更したりするなどが容易である。そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
［画像測定機の構成］
図１に、本発明の画像測定機の全体構成を示す。
画像測定機１００は、被測定物Ｗを撮像する測定機本体部１と、測定機本体部１にて撮像された撮像データを処理するとともに画像測定機１００全体の動作を制御するホストコンピュータ（画像データ処理装置）２と、測定結果を表示する表示部３と、測定条件等を設定入力する入力部４と、を備えて構成され、測定機本体部１とホストコンピュータ２とはケーブル５で接続されている。
【００３２】
図２に、測定機本体部１の内部構成を示す。測定機本体部１は、本体フレーム１１と、ステージ１１１上に載置された被測定物Ｗに照明光を照射する照明装置１２と、被測定物Ｗからの反射光を集光する対物レンズ１６と、対物レンズ１６からの像を撮像するＣＣＤカメラ（撮像素子）１７と、被測定物Ｗに向けて長さ既知の基準スケール１８を投影する基準照明光学系１９と、を備えて構成されている。
照明装置１２は、光源１３と、光源１３から発射された光を被測定物Ｗに向けて反射する光学素子としてのミラー１４およびハーフミラー１５と、を備え、光源１３からの光は対物レンズ１６を通して被測定物Ｗに照射される。
【００３３】
ＣＣＤカメラ１７は、被測定物Ｗの像を所定のフレームレートで撮像して、撮像した撮像データをケーブル５でホストコンピュータ２に伝送する。
対物レンズ１６は、通常の球面レンズであり、撮像距離ｈによって像の倍率等に差が生じる（図２参照）。さらに、対物レンズ１６の収差や傾き、ＣＣＤカメラ１７の傾き等の要因により撮像データには誤差が含まれるが、これら誤差の補正については後述する。
ここで、対物レンズ１６とＣＣＤカメラ１７とで撮像手段が構成されている。
【００３４】
基準照明光学系１９は、対物レンズ１６を間にして照明装置１２およびＣＣＤカメラ１７とは反対側に配設されている。つまり、基準照明光学系１９は、対物レンズに対して被測定物Ｗと同じ側に配設されている。
基準照明光学系１９は、光源１９１と、光源１９１の位置を一方の焦点として光源１９１からの光を平行光とする投影レンズ１９２と、投影レンズ１９２からの光を被測定物Ｗに向けて反射するハーフミラー１９３と、投影レンズ１９２とハーフミラー１９３との間に配設され既知の長さのスケール目盛１８１が刻まれた光透過性の基準スケール１８と、を備えて構成されている。
光源１９１からの光は投影レンズ１９２によって平行光とされ、基準スケール１８は既知の長さで被測定物Ｗ上に投影される。また、基準スケール１８は、温度係数（線膨張係数）が小さい材質で形成することが好ましい。
【００３５】
なお、照明装置１２としては、被測定物Ｗに向けてリング状に照明するリング照明や、被測定物をＣＣＤカメラとは反対側から照明する透過照明などをさらに備えていてもよい。
【００３６】
図３に、ホストコンピュータ２の機能を実現する機能ブロック図を示す。なお、動作例については、図６〜図１４を参照して後述する。
ホストコンピュータ２は、ＣＣＤカメラ１７で撮像された撮像データを処理する画像処理部２１と、画像処理部２１で処理された画像データに含まれる誤差を補正する補正処理部２２と、処理された画像データおよび入力部４により入力された測定条件などを記憶する記憶装置２８と、中央処理装置であるＣＰＵ２９と、を備えて構成されている。画像処理部２１、補正処理部２２および記憶装置２８はバス２９１を介してＣＰＵ２９に接続されている。
【００３７】
画像処理部２１は、ＣＣＤカメラ１７で撮像された撮像データに対して画像処理を行う各手段を有し、撮像データにフィルタリングを行うフィルタ処理手段２１１、撮像データから被測定物の輪郭形状や特徴抽出等を行うエッジ検出手段２１２、対象とする点の座標を抽出する対象点抽出手段２１３、対象とする領域の長さを検出する対象長さ検出手段２１４を備えている。なお、設計仕様に応じて各種の機能を実現する処理手段をさらに備えてもよいことはもちろんである。
【００３８】
補正処理部２２は、画像処理部２１で処理された画像データに補正処理を行う補正部２３と、補正部２３での補正処理に用いるパラメータ等を校正する校正部２７と、を備えている。
補正部２３は、被測定物Ｗを撮像する焦点面と対物レンズ１６との距離（撮像距離ｈ）を推定する撮像距離補正部２４と、誤差補正に用いる補正パラメータを格納した補正テーブル２５と、撮像距離補正部２４により推定された撮像距離ｈおよび補正テーブル２５に格納された補正パラメータを用いて画像データに補正演算処理を実行する補正演算部２６と、を備えている。
【００３９】
撮像距離補正部２４は、基準スケール１８の投影像を異なる対物レンズ１６および異なる撮像距離ｈで撮像した場合の基準スケール１８の長さ情報ｉが記憶された基準スケール情報設定部２４１と、被測定物Ｗ上に投影された基準スケール１８を撮像した撮像データに基準スケール１８の長さ情報ｉを対比して被測定物Ｗを撮像した撮像距離ｈを推定する撮像距離推定部２４２と、を備えて構成されている。
基準スケール情報設定部２４１には、図４に示されるように、対物レンズの階層の下に異なる長さ情報ｉの階層が設定され、長さ情報ｉに対してそれぞれ撮像距離ｈが設定されている。このような長さ情報ｉと撮像距離ｈとの関係は、対物レンズ１６の画角から撮像距離ｈと像の倍率とを計算して求めることが例示される。
図２に示されるように、焦点深度内においても、対物レンズ１６からの撮像距離ｈが異なる焦点面で撮像された像はそれぞれの大きさ（倍率）が異なってくる。一方、投影レンズ１９２による平行光で投影した基準スケール１８の長さは被測定物上では一定である。そこで、撮像データ上における基準スケール１８の長さの違いから撮像距離ｈを推定する。そして、推定された撮像距離ｈに応じて以後の画像補正が行われるところであるが、詳細は後述する。
【００４０】
補正テーブル２５は、図５に示されるように、測定時温度の階層２５１の下に対物レンズ１６の階層２５２が置かれ、対物レンズ１６の階層の下に撮像距離ｈの階層２５３が置かれている。そして、撮像距離ｈごとに画像データの補正に用いる多点補正テーブル２５４が蓄積されている。つまり、異なる温度でそれぞれの対物レンズ１６ごとに異なる撮像距離ｈでの多点補正テーブル（複数点補正テーブル）２５４が用意されている。
多点補正テーブル２５４は、画像データ内の所定の複数点について点ごとに補正パラメータを格納している。なお、多点補正テーブル２５４の作成および校正やこの多点補正テーブル２５４に格納された補正パラメータを用いて画像データを補正する方法については図６、図７、図１１のフローチャート等を参照して後述する。
補正演算部２６は、多点補正テーブル２５４に格納された所定の複数点以外の点について補正パラメータを補間法によって算出するとともに撮像距離ｈに応じて多点補正テーブル２５４を補間法により算出する補間演算部２６１と、補正パラメータによって画像データに補正処理を施す補正処理実行部２６２と、を備えている。
【００４１】
校正部２７は、既知の長さや座標点を有する校正用スケール（図８参照）の座標点等で構成される校正データが記憶される校正データ記憶部２７１と、校正用スケール６を撮像した画像データと校正データ記憶部２７１に記憶された校正データとを対比して補正処理に用いるパラメータを算出する補正パラメータ算出部２７２と、を備えて構成されている。なお、校正データから補正パラメータを算出する手順については図６のフローチャートを用いて後述する。
【００４２】
記憶装置２８は、補正された画像データや被測定物Ｗの輪郭等の計測値など測定データを記憶する測定データ記憶部２８１と、測定時の温度や対物レンズ１６の番号、倍率等を設定する測定条件設定部２８２と、を備えて構成されている。
【００４３】
［画像データ補正方法］
次に、画像データに含まれる誤差を補正する画像データ補正方法について説明する。
（画像測定機の校正方法）
はじめに、補正処理に係るパラメータを格納した補正テーブル２５を作成または校正する画像測定機１００の校正方法について図６のフローチャートを用いて説明する。
まずＳＴ１０１において、図８に示されるように、座標既知の格子点を有する校正用スケール６を用意する。校正用スケール６は、縦縞と横縞とで形成された網目格子を有する平面状のスケールで、ＣＣＤカメラ１７で撮像できるフレーム領域に略対応した面積を有する。なお、校正用スケール６の縦縞、横縞の間隔は任意に設定してもよく、精密な画像補正を行う場合には格子点の数を多くすればよく、補正は粗くても処理速度を速くしたい場合には格子点の数を少なくしてもよい。また、校正用スケール６は、温度係数（線膨張係数）が小さい材質で形成することが例示される。
【００４４】
ＳＴ１０２において、校正用スケール６の各格子点座標を校正データとして入力する。入力された校正データは、校正データ記憶部２７１に記憶される。ＳＴ１０３において、校正の対象となる対物レンズ１６の識別番号を入力し、ＳＴ１０４において、校正用スケール６を撮像する撮像距離ｈを調整する。対物レンズ１６の識別番号の入力が必要とされるのは、対物レンズ１６ごとに収差などが異なるので補正テーブル２５が対物レンズ１６ごとに作成されなければならないからであり、撮像距離ｈを調整するのは、撮像距離ｈによって像の倍率が異なってくるため補正テーブル２５が撮像距離ｈごとに作成されなければならないからである。さらに、温度変化によって生じる測定機本体部１の線膨張（熱膨張）などに起因する誤差も補正する場合には、ＳＴ１０３において校正時の温度を入力する。すると、補正テーブル２５に温度の階層２５１が作成され、温度の階層２５１の下にレンズ種別の階層２５２が作成される。
【００４５】
ＳＴ１０５において、校正用スケール６をステージ１１１上において撮像する。すると、撮像された撮像データは画像処理部２１で画像処理されて撮像データから格子点の座標が抽出される（ＳＴ１０６）。このとき、対物レンズ１６の収差や傾き等の要因により、図９に示されるように、撮像された画像には歪み等が含まれるので、抽出された格子点の座標と校正データとの間にはずれが生じる。また、平面状の校正用スケール６を撮像した場合でも、図１０に示されるように、本来はすべてのｚ座標が同一平面上で等しくなるはずが傾いた面として撮像されるなど高さ検出のずれが生じる。
【００４６】
ＳＴ１０７において、補正パラメータ算出部２７２により、画像処理部２１で抽出された格子点の座標と校正データ記憶部２７１に設定された校正用スケール６の格子点座標とを対比して、互いに対応する格子点ごとに座標値の差を算出する。つまり、画像処理部２１で抽出されたそれぞれの座標点について真値までのずれをｘ座標、ｙ座標、ｚ座標についてそれぞれ（Δｘ、Δｙ、Δｚ）として算出し、その格子点についての補正パラメータとする。画像フレーム内の総ての格子点について補正パラメータを算出して、多点補正テーブル２５４とする（ＳＴ１０８）。
【００４７】
ＳＴ１０９において、校正用スケール６を撮像した撮像距離ｈを求める。撮像距離ｈの推定について、図７のフローチャートを参照して説明する。
まずＳＴ２０１において、基準スケール１８を校正用スケール６の上に投影する（図２参照）。このとき、基準スケール１８の投影像の長さは投影レンズ１９２からの光が平行光なので一定である。一方、撮像距離ｈによって対物レンズ１６の撮像領域（倍率）が異なってくることから、撮像されたデータ上では基準スケール１８の投影像の長さに違いが生じる。例えば、図２中で、焦点面（Ｂ）で基準スケール１８を撮像する場合に比べて、撮像距離ｈが短い焦点面（Ａ）では基準スケール１８の投影像が大きく撮像され、逆に撮像距離ｈが長い焦点面（Ｃ）では基準スケール１８の投影像が小さく撮像される。
ＳＴ２０２において、投影された基準スケール１８をＣＣＤカメラ１７で撮像すると、画像処理部２１において撮像データから投影された基準スケール１８の長さが検出される（ＳＴ２０３）。このときの長さの検出にあっては、二次元データで長さを求める。すなわち、ｘ座標とｙ座標とで長さを算出し、ｚ座標は考慮しない。
【００４８】
ＳＴ２０４において、検出された基準スケール１８の長さは、撮像距離推定部２４２において基準スケール情報設定部２４１に設定された長さ情報ｉに対比される。撮像距離推定部２４２は、基準スケール情報設定部２４１（図４）のレンズ識別番号から現在校正対象となっている対物レンズ１６を呼び出して、検出された基準スケール長さに一致する長さ情報ｉを探索する。そして、一致する長さ情報ｉがあれば、この長さ情報ｉに対応する撮像距離ｈを読み出して現在撮像されている焦点面の撮像距離ｈを推定する（ＳＴ２０５）。また、検出された基準スケールの長さに一致する長さ情報ｉが無い場合には、検出された基準スケール長さを挟む長さ情報ｉを探索する（ＳＴ２０４）。そして、検出された基準スケール長さを挟む前後いくつかの長さ情報ｉから補間法によって現在撮像されている焦点面の撮像距離ｈを推定する（ＳＴ２０５）。
【００４９】
ＳＴ１１０において、現在セットされている対物レンズ１６に関し、総ての撮像距離ｈにおいて多点補正テーブル２５４が作成され（ＳＴ１１０：ＹＥＳ）、さらに、ＳＴ１１１において校正対象となる総ての対物レンズ１６について多点補正テーブル２５４が撮像距離ｈごとに作成されていれば（ＳＴ１１１：ＹＥＳ）、ＳＴ１１２において多点補正テーブル２５４が対物レンズ１６ごと、撮像距離ｈごとに補正テーブル２５に格納される。
【００５０】
なお、ＳＴ１１０において、多点補正テーブル２５４を作成する撮像距離ｈの数は、ユーザーが任意に設定でき、例えば、撮像距離ｈに関する補正を高精度に行う必要があれば、細かいピッチで撮像距離ｈを刻んで、それぞれの撮像距離ｈに関する多点補正テーブル２５４を作成しておけばよい。
ＳＴ１１０において、総ての撮像距離ｈで多点補正テーブル２５４が作成されていない場合には、ＳＴ１０４において撮像距離ｈを調整して、多点補正テーブル２５４を作成する（ＳＴ１０４〜ＳＴ１０９）。ＳＴ１１１において、すべての対物レンズ１６に関して多点補正テーブル２５４を作成していない場合には、対物レンズ１６を交換して改めて対物レンズ１６の識別番号を入力し（ＳＴ１０３）、多点補正テーブル２５４を作成する（ＳＴ１０４〜ＳＴ１１０）。
【００５１】
（画像データ補正方法）
次に、被測定物Ｗを撮像した画像データに含まれる誤差を補正する画像データ補正方法について図１１のフローチャートを参照して説明する。
まず、ＳＴ３０１において、測定条件として例えば撮像に用いる対物レンズ１６の識別番号や測定時の温度等を入力する（測定条件入力工程）。入力した測定条件は、測定条件設定部２８２に設定される。そして、ＳＴ３０２において被測定物ＷをＣＣＤカメラ１７で撮像する（撮像工程）。すると、撮像データは画像処理部２１で画像処理され、フィルタリング等の処理が行われる（画像処理工程）。この状態では、対物レンズ１６の収差や傾きなどにより処理前の撮像データが歪んでいるため、例えば、図９、図１０に示されるように歪を含んだ画像データとなる。
続いて、ＳＴ３０４において、被測定物Ｗを撮像した焦点面の撮像距離ｈが推定される（撮像距離推定工程）。これは、図７のフローチャートにおいて説明したのと同様であり、被測定物Ｗ上に投影された基準スケール１８の画像データと設定された基準スケール１８の長さ情報ｉとの対比から撮像距離ｈが推定される。推定された撮像距離ｈは補正演算部２６に出力される。
【００５２】
ＳＴ３０５において、補正演算部２６は、補正テーブル２５中（図５）に用意された撮像距離ｈを探索して焦点面の撮像距離ｈに対応するデータを探す。このとき、測定条件設定部２８２に設定入力された温度から対応する温度のファイルを特定し、続いて、対物レンズ１６の識別番号から対応する対物レンズのファイルを特定したのち、この対物レンズ１６のファイル内で撮像距離ｈのデータを探索する。
ＳＴ３０６において、撮像した焦点面に対応する撮像距離ｈのデータがあった場合には（ＳＴ３０６：ＹＥＳ）、この撮像距離ｈに対応する多点補正テーブル２５４を読み出す（ＳＴ３０７）。ＳＴ３０８において、補正処理実行部２６２は、読み出された多点補正テーブル２５４の補正パラメータ（Δｘ、Δｙ、Δｚ）を用いて、対応する座標点について補正処理を行う（補正処理実行工程）。すなわち、図８に示される校正用スケール６の格子点に対応する点については、画像データ上の対応する点に補正パラメータを加算（または減算）することにより補正処理が行われる。すると、例えば、図１２に示されるように、格子点については歪みが補正された画像データが得られる。さらに、ＳＴ３０９において、多点補正テーブル２５４に対応しない点については、補間演算部２６１によって、図１３に示されるように、所定の距離内に位置する近傍のいくつかの格子点から補間法によって補正パラメータが算出され（補間演算工程）、算出された補正パラメータによって補正処理が実行される（補正処理実行工程）。すると、画像データ内の総ての点について補正処理が行われて、画像データ全体の歪みが補正される。
補正処理された画像データは、表示部３に表示される（ＳＴ３１０）。
【００５３】
ＳＴ３０６において、対応する撮像距離ｈのデータがない場合には、補間演算部２６１によって、焦点面の撮像距離ｈを挟むデータから補間法により多点補正テーブル２５４が作成される。そして、校正用スケール６の格子点に対応する座標点については補正パラメータで補正処理がなされ（ＳＴ３０８）、格子点に対応しない座標点については補間法によって算出された補正パラメータによって補正処理が実行される。
【００５４】
以上、このような構成を備える本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）多点補正テーブル２５４を備え、画像データ内の複数の点について点ごとに補正パラメータを用意している。対物レンズ１６の収差等による画像データの歪みは画像データの場所によって異なるが、画像データ内の点ごとに補正処理を行うので、場所による歪み量の違いに関わらず正確な補正処理を行うことができる。
【００５５】
（２）多点補正テーブル２５４に用意された格子点に対応しない点に関しては、近傍に位置する格子点から補間法によって補正パラメータを算出する。すると、近傍の位置に存在する歪み量に応じた補正パラメータで補正処理が行われるので、補正処理の精度を向上させることができる。例えば、画面全体を場所に関係なく一つの近似式で補正する場合に比べて、それぞれの点に応じた補正パラメータによる精密な補正処理を行うことができる。そして、このように補間法で補正パラメータを算出できるので、多点補正テーブル２５４に格納するデータ量を少なくすることもできる。
【００５６】
（３）補正処理部２２によって画像データを精密に補正することができるので、対物レンズ１６の精度自体はそれほど高くなくてもよい。また、対物レンズ１６を鏡筒に組み付ける精度や対物レンズ１６を本体フレーム１１に組み付ける精度もそれほど高い精度でなくてもよい。すると、対物レンズ１６のコストを低減でき、組み立て効率を向上させることにより、画像測定機１００の製造コストを低減させることができる。
【００５７】
（４）多点補正テーブル２５４を備えることにより記憶すべき補正パラメータの数は多くなるが、校正用スケール６自体に格子パターンが設けられているので、多くの補正パラメータを校正する場合でも校正用スケール６を撮像するのは一回でよい。例えば、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれについて補正用の定数を設定した場合には各軸方向を校正するのに三回の撮像作業が必要になるケースも考えられるところ、本実施形態によれば、補正に用いる点は多くできる一方で校正作業は簡便になるという効果を奏する。
【００５８】
（５）撮像距離補正部２４を備えるとともに、多点補正テーブル２５４が撮像距離ｈごとに設けられている。従って、焦点深度内でも焦点面の違いで像の大きさが異なる場合であっても補正処理することができる。よって、対物レンズ１６を通常のレンズで構成した場合でも図１４に示されるように撮像距離ｈに関わらず像の大きさを同じにするテレセントリックレンズと同様に使用することができる。
【００５９】
（変形例１）
次に、本発明の画像データ補正方法の変形例１について説明する。変形例１の基本的な構成は上記実施形態に同様であるが、図８の格子状の校正用スケール６に代えて図１５に示される種々の校正用スケールを用いて補正パラメータを校正する点に特徴を有する。
変形例１では、図１５に示される校正用スケールを使用する。
図１５（Ａ）に示される校正用スケール６Ａは、中心点が同じで半径が異なる複数の同心円のパターンを有する。ここで、同心円の中心座標および各同心円の半径は既知であり、従って、各円上の点が満たす円の式は既知である。そこで、校正用スケール６Ａの各円上の点が満たす円の式を校正データとして校正データ記憶部２７１に記憶させておく。
【００６０】
次に、校正用スケール６Ａを撮像した画像データから各円の座標値を所定のサンプリングピッチで抽出する。例えば、円の中心を通ってｙ軸に平行な直線に沿って座標点を対象点抽出手段２１３によってサンプリングする。すると、ｘ座標が同じでｙ座標が半径ｒ分ずつ異なる座標点が抽出される。また、円の中心を通ってｘ軸に平行な直線に沿って座標点をサンプリングすると、ｙ座標が同じでｘ座標が半径ｒ分ずつ異なる座標点が抽出される。そして、抽出した各座標点を校正データ記憶部２７１に記憶した各円の式に乗せるための補正パラメータを補正パラメータ算出部２７２により算出する。このとき、パラメータｍｙとｎｙとを用いた次の式に円の式から求められる真値と画像データから抽出された座標点とを順次代入して、この式を満たすパラメータｍｙおよびｎｙのそれぞれの平均値を補正パラメータとして算出する。
例えば、ｙ軸に沿って抽出した点のｙ座標に関して次の式を適用する。
【００６１】
（真値）＝（ｙ座標値）×ｍｙ＋ｎｙ………（式１）
【００６２】
この式から補正パラメータ（ｍｙ、ｎｙ）を算出する。同様にｘ座標値について、次の式を適用する。
【００６３】
（真値）＝（ｘ座標値）×ｍｘ＋ｎｘ………（式２）
【００６４】
このように算出した補正パラメータ（ｍｙ、ｎｙ）あるいは（ｍｘ、ｎｘ）は、補正テーブル２５に記憶される。
実際の被測定物Ｗを測定した際の画像データを補正するにあたっては、画像データ上のｙ座標値については補正パラメータ（ｍｙ、ｎｙ）を用いて補正処理し、ｘ座標値については補正パラメータ（ｍｘ、ｎｘ）を用いて補正処理すればよい。
【００６５】
なお、校正用スケール６Ａを撮像した画像データから各円の座標値を所定のサンプリングピッチで抽出する場合、上記したようにｙ軸またはｘ軸に平行に座標値を抽出するのみならず、例えば、円の中心から４５°の傾きを有する直線に沿って座標値を抽出してもよく、さらには、全方位にわたって座標値を抽出してもよい。
【００６６】
また、図１５（Ｂ）に示されるようにｙ方向に長さを有する縦線によって構成されるパターンでは、各縦線のｘ座標値を既知とし、各縦線のｘ座標値を校正データとして校正データ記憶部２７１に記憶させる。そして、この校正用スケール６Ｂを撮像した画像データから各縦線のｘ座標値を抽出して、その座標値を校正データに対比する。このとき、画像データ内で各縦線の幅の中心をその縦線のｘ座標とすることが例示される。校正データ記憶部２７１に記憶した校正データと画像データから抽出した座標点（ｘ座標値）とを（式２）に順次代入して補正パラメータ（ｍｘ、ｎｘ）の平均値を算出すればよい。
図１５（Ｃ）に示される校正用スケール６Ｃでは、ｘ方向に長さを有する縦線のｙ座標値が既知であるとすれば、上記した図１５（Ｂ）に関する校正手順についてｘ座標値とｙ座標値とを交代すれば同様に適用できる。
【００６７】
（変形例２）
次に、本発明の画像データ補正方法の変形例２について説明する。変形例２の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、変形例２の特徴とするところは、温度による影響を補正するところにある。
図５に示されるように、多点補正テーブル２５４が異なる温度ごと、異なる対物レンズ１６ごと、異なる撮像距離ｈごとに用意されているので、被測定物Ｗを測定する際に測定条件として測定時の温度を入力すると、測定機本体部１の温度特性に起因して画像データ中に含まれる誤差は補正される。
しかしながら、被測定物Ｗの温度特性については考慮していないので、被測定物Ｗの長さを規定する標準温度が決められていた場合、例えば、２０℃において規定値が設定されている場合、２０℃以外の温度環境下でこの被測定物Ｗを測定すると温度の影響分だけ規定値からずれた測定値が得られる。すなわち、多点補正テーブル２５４によって補正された画像データ中には被測定物Ｗの温度特性に起因する影響分が含まれる。ここで、被測定物Ｗが規定値通りに製造されているかを評価するには、測定値から温度の影響分のずれを補正する必要がある。そこで、この温度の影響による誤差を補正する補正量を算出する。
図１６に示される画像データ内において、画面内で指定された基準点Ａから注目点Ｂまでの距離Ｌを補正する補正量ｄは、測定時の温度Ｔｃと被測定物の線膨張係数αとを用いて次の式で求められる。
【００６８】
ｄ＝α×（Ｔｃ−２０） （式３）
【００６９】
補正量ｄは、基準点Ａから注目点Ｂまでの画面内の距離ｌに加算される。すると、標準温度２０℃に補正された被測定物Ｗの長さＬを求めることができる。
このような処理を実現する構成として、（式３）による演算を実行して補正量ｄを算出する温度補正量算出部と、この補正量ｄに基づいて基準点Ａから注目点Ｂまでの画面データ内の距離ｌを補正処理する温度補正処理実行部とを備えた構成が例示される。
なお、線膨張係数αは、補正テーブル２５に格納され、被測定物Ｗに応じて蓄積されていてもよい。
また、被測定物Ｗの長さを規定する標準温度によって（式３）が変更されるのはもちろんである。
このような構成によれば、測定時の温度による影響を排して、被測定物Ｗが規定値に対して誤差を有するか否か評価することができる。
【００７０】
尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態では、画像測定機１００を例にして説明したが、画像データ処理装置は、測定機に限らず、撮像手段から電気的なディジタル信号として出力された画像データを処理する場合に広く適用できる。
【００７１】
撮像距離ｈを推定する場合に、基準スケール１８を投影するとして説明したが、例えば、対物レンズ１６と被測定物Ｗとの距離をレーザー測距法によって測定してもよい。例えば、対物レンズ１６と同じ高さに設けられレーザーを発射するレーザー光源と、レーザー光源から発射されたレーザーが被測定物Ｗに反射して帰還するまでの時間を計測する時間計測手段と、を備えて、レーザーが被測定物Ｗまでを往復する時間から撮像距離を求めてもよい。
あるいは、対物レンズ１６と同じ高さに設けられ被測定物Ｗに向けて所定の発射角でレーザーを発射するレーザー光源と、レーザー光源から発射され被測定物Ｗにて反射された反射光が前記レーザー光源から離隔する距離を測定する距離センサと、を備え、発射されたレーザーが被測定物Ｗに反射されて返ってきたときの発射方向に対するずれ量から撮像距離を求めてもよい。
【００７２】
校正用スケール６は縦縞と横縞とで形成される格子点のパターンであるとして説明したが、校正用スケール６のパターン自体は特に限定されず、座標点が既知である複数の点があればよい。
【００７３】
測定機本体部１の構成は、上記実施形態に限られず、被測定物Ｗを撮像できる構成であればよい。光源１３からの光は対物レンズ１６を通して被測定物Ｗに向けて照射されているが、照明装置１２の配置は特に限定されない。被測定物Ｗに向けて照明する照明装置１２自体は対物レンズ１６を通す必要はなく、被測定物Ｗを照明できる限度において照明装置１２はどのような構成であってもよい。
【００７４】
ＳＴ３１１（図１１）では、対応する撮像距離ｈのデータが存在しない場合に補間演算部２６１によって新たに多点補正テーブル２５４が作成されるが、この作成された多点補正テーブル２５４は新たに補正テーブル２５に記憶されてもよい。すると、次回の測定では単に記憶した多点補正テーブル２５４を読み出すだけでよいので処理が迅速となる。また、この補間法で作成した多点補正テーブル２５４には計算で算出されたことを標すフラグを立てて、新たに校正用スケール６によって多点補正テーブル２５４が校正された場合には更新されてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の画像データ処理装置、画像データ補正方法、画像測定機、画像データ処理プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体によれば、高精度に画像データを補正することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像測定機の一実施形態を示す図である。
【図２】前記実施形態において、測定機本体部の内部構造を示す図である。
【図３】前記実施形態において、ホストコンピュータの機能ブロック図である。
【図４】前記実施形態において、基準スケール情報設定部におけるデータ構造を示す図である。
【図５】前記実施形態において、補正テーブルにおけるデータ構造を示す図である。
【図６】前記実施形態において、補正パラメータを校正する手順を示すフローチャートである。
【図７】前記実施形態において、撮像距離を推定する手順を示すフローチャートである。
【図８】前記実施形態において、校正用スケールを示す図である。
【図９】前記実施形態において、校正用スケールを撮像した画像データの歪みを示す図である。
【図１０】前記実施形態において、校正用スケールを撮像した画像データにおいて三次元的に含まれる歪みを示す図である。
【図１１】前記実施形態において、画像データを補正する手順を示すフローチャートである。
【図１２】前記実施形態において、補正された画像データの例を示す図である。
【図１３】前記実施形態において、格子点以外の点を補間法で補正する様子を示す図である。
【図１４】撮像距離に関わらず像の大きさが同一になるテレセントリックレンズを示す図である。
【図１５】本発明の変形例１において、校正用スケールの例を示す図である。
【図１６】本発明の変形例２において、温度補正する様子を示す図である。
【符号の説明】
１…測定機本体部
２…ホストコンピュータ（画像データ処理装置）
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…校正用スケール
１２…照明装置
１６…対物レンズ（撮像手段）
１７…ＣＣＤカメラ（撮像素子、撮像手段）
２１…画像処理部
２２…補正処理部
２３…補正部
２４…撮像距離補正部
２５…補正テーブル
２６…補正演算部
２７…校正部
１００…画像測定機
２４１…基準スケール情報設定部
２４２…撮像距離推定部
２５４…多点補正テーブル
２６１…補間演算部
２６２…補正処理実行部
２７１…校正データ記憶部
２７２…補正パラメータ算出部
Claims (11)
- 対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、
前記複数点補正テーブルに格納された前記補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部と、を備えている
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 請求項１記載の画像データ処理装置において、
前記画像データ内の前記所定の複数点以外の着目点についてこの着目点から所定距離以内に位置する前記所定の複数点についての前記補正パラメータに基づいてこの着目点を真値に補正する補正パラメータを補間法により算出する補間演算部を備え、
前記補正処理実行部は、前記所定の複数点以外の前記着目点について前記補間演算部にて算出された前記補正パラメータに基づいて補正処理する
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 請求項１または請求項２に記載の画像データ処理装置において、
座標点が既知である所定の複数点を有する校正用スケールの前記所定の複数点について座標値を記憶した校正データ記憶部と、
前記校正用スケールを撮像した画像データ内の前記所定の複数点に対応する座標値を前記校正データ記憶部に記憶された前記所定の複数点の座標値に対比して前記所定の複数点についての前記補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、を備えている
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像データ処理装置において、
前記複数点補正テーブルは、前記撮像手段から撮像対象までの撮像距離ごとに蓄積されている
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像データ処理装置において、
前記撮像手段から撮像対象までの撮像距離を補正する撮像距離補正部を備え、
前記撮像距離補正部は、長さ既知の基準スケールの平行光による投影像を異なる撮像距離で撮像した場合の長さ情報を前記撮像距離ごとに記憶した基準スケール情報設定部と、
前記撮像対象への前記基準スケールの平行光による投影像を撮像した画像データ上における前記基準スケールの長さを前記基準スケール情報設定部に記憶された前記長さ情報に対比して前記撮像距離を推定する撮像距離推定部と、を備えている
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像データ処理装置において、
前記複数点補正テーブルは、前記対物レンズごとに蓄積されている
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像データ処理装置において、
測定時温度Ｔｃで線膨張係数αの被測定物を前記撮像手段で撮像した前記画像データ内において指定された基準点から注目点までの距離を補正する補正量ｄを、前記測定時温度Ｔｃと前記被測定物の長さを規定する標準温度との温度差に前記線膨張係数αを乗算して算出する温度補正量算出部と、
前記温度補正量算出部にて算出されたこの補正量ｄに基づいて前記基準点から前記注目点までの前記画像データ内の距離を補正処理する温度補正処理実行部と、を備えている
ことを特徴とする画像データ処理装置。 - 被測定物に向けて光を照射する照明装置と、
対物レンズおよび撮像素子を有し前記被測定物を撮像する撮像手段と、
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像データ処理装置と、を備える
ことを特徴とする画像測定機。 - 対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルが設定され、
前記撮像手段にて撮像対象を撮像して画像データを取得する撮像工程と、
前記補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行工程と、を備えている
ことを特徴とする画像データ補正方法。 - 対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データを処理する画像データ処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに
前記画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、
前記複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部としての各機能を実現させるコンピュータ読取可能な画像データ処理プログラム。 - 対物レンズおよび撮像素子を有する撮像手段にて撮像された画像データを処理する画像データ処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに
前記画像データ内の所定の複数点について真値に補正する補正パラメータを格納した複数点補正テーブルと、
前記複数点補正テーブルに格納された補正パラメータによって前記画像データ内の前記所定の複数点について補正処理する補正処理実行部としての各機能を実現させるコンピュータ読取可能な画像データ処理プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
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