JP2016225960A - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影画像をＰＣに出力し、対象被写体の検査を行うマシンビジョンカメラなどでは、カメラの出力画像サイズを変更することが可能であるが、ＰＣの表示サイズを揃えないと前回撮影した画像が残留する課題がある。また、カメラの最適な撮影範囲を設定する際にＰＣの表示サイズを都度変更する事は効率が悪いという課題があった。
【解決手段】 本発明の撮像装置は、制御指令に応じて、イメージセンサから読み出された異なる画像サイズの画像データを出力可能な撮像装置であって、出力する画像データの画像サイズを変更する場合には、該変更の条件に基づくダミー画像データの出力及び画像サイズの変更をし、前記イメージセンサからの画像データを出力する制御手段を備える、ことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特にマシンビジョンカメラ等、出力画像データサイズを設定により変更可能な撮像装置及び撮像方法に関するものである。

工場の製造ラインにおいて検査者が行う目視検査の代わりに、画像入力用の撮像装置が用いられてきている。これらの撮像装置は、マシンビジョンカメラとも呼ばれ、各種部品や製品などの被検物を撮影し、撮影画像をコンピュータに出力するものである。コンピュータでは撮影画像をソフトウェアで解析し、被検物に外観上の不具合が無いか判断する。近年では、検査精度を向上させるために、１０００万以上の画素を有する撮像装置が使用されるようになってきた。

特許文献１では、撮影画面の中で被検物を撮影している一部の領域のみを読み出しする技術（部分画像切り出し技術と称す）が提案されている。また、特許文献２では隣接画素の信号をデジタル的に加算、平均をとるデジタルビニング技術が提案されている。

検査工程の要求に応じてこのような技術を用い出力画像サイズを小さくすることで、検査時間の短縮や画像データ量の削減を図る事が可能となる。

特開平９−２１４８３６号公報 特開２０１３−１６２１６４号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、以下のような課題がある。

マシンビジョンカメラからの画像出力はコンピュータに取り込まれ、コンピュータで予め設定してある画面サイズの領域に表示される。検査システムを設定するオペレータはこの表示された画面の画像を確認しながら、必要に応じて部分画像切り出し技術やデジタルビニング技術を用いて検査時間の短縮、データ処理量の削減を図るなどの作業を行う。このようなマシンビジョンカメラの画面サイズの変更を行う際に、コンピュータでの画面サイズの設定を合わせて行う必要があるが、この設定作業は模索的に部分画像切り出し領域の設定を行っている場合、煩雑な作業となってしまう。また、マシンビジョンカメラの最大画面サイズをコンピュータでの設定としたままとした場合については、上記の煩雑さは解消される。しかしながら、現在の画像サイズより小さな画像サイズに設定をした場合、コンピュータでの表示画面に新たな撮影画像領域外に前回の撮影画像が残ったまま表示されてしまうために、コンピュータ表示画面のどの部分が現在有効な撮影領域であるか判別が難しい課題がある。

そこで、本発明の目的は、マシンビジョンカメラの撮影画像サイズが変更される場合にも工程設計者等使用者が判別しやすい表示が可能な撮像装置を提供することである。

本発明の撮像装置は、制御指令に応じて、イメージセンサから読み出された異なる画像サイズの画像データを出力可能な撮像装置であって、出力する画像データの画像サイズを変更する場合には、該変更の条件に基づくダミー画像データの出力及び画像サイズの変更をし、前記イメージセンサからの画像データを出力する制御手段を備える、ことを特徴とする。

本発明によればマシンビジョンカメラの出力画像サイズが変更される場合にもオペレータが判別しやすい表示が可能な撮像装置を提供することができる。

実施例１の構成図 実施例１のフローチャート イメージセンサ画素配列 全画素表示の際の画像データ出力 ダミー画像データ出力時の画像データ出力 画像サイズ縮小時の画像データ出力 実施例２の構成図 実施例２のフローチャート 実施例３の構成図 実施例３のフローチャート 実施例３のダミー画像データ出力時の画像データ出力

［実施例１］
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる構成図である。以下の説明では、本発明を分かり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略する。

１００は、マシンビジョンカメラなどの外部に画像出力を行う際に画像サイズを制御指令に応じて変更して出力可能な撮像装置１００である。以下の説明では、撮像装置１００は白黒カメラであるものとして説明する。また、２００は撮像装置１００に制御指令の出力を行い、更に撮像装置１００から受けた画像データを表示するコンピュータ２００である。

撮像装置１００の内部には以下の部材が構成される。１０１はコンピュータ２００からの制御指令を受信する制御指令受信部１０１である。１０２はイメージセンサ１０３の撮影制御を行うセンサ制御部１０２である。１０４はイメージセンサ１０３から読み出された画像データに対し、センサ制御部１０２の撮影制御タイミングに合わせて出力画像データ列にフォーマットする出力フォーマット部（サイズ変更手段）１０４である。

１０５は、例えばグレイレベルなどイメージセンサ１０３の出力とは異なる輝度値を出力するダミー画像生成部１０５である。ここで、グレイレベルなどイメージセンサ１０３の出力とは異なる輝度値は、互いに同等のレベルの輝度値であることが好ましいが、必ずしも一定の輝度値である必要はない。１０６は制御指令受信部１０１に与えられた制御指令の状態により、メージセンサ１０３、ダミー画像生成部１０５いずれかの画像データを選択する画像データ選択部（制御手段）１０６である。そして、１０７は画像データを外部に出力する画像データ出力部１０７である。

また、コンピュータ２００の内部には以下の部材が構成される。２０１はオペレータが撮像装置１００に対する制御指令の入力や、表示画像データサイズを設定する設定入力部（入力手段）２０１であり、２０２は設定入力部２０１で入力された撮像装置１００に対する制御指令を外部へ出力する制御指令出力部２０２である。２０３は画像データを入力する画像データ入力部２０３であり、２０４は入力された画像データを設定入力部２０１で設定された表示画像データサイズで表示するモニタなどの画像データ表示部２０４である。

そして、撮像装置１００とコンピュータ２００の間は、例えばカメラリンク・インターフェース等の所定の画像伝送フォーマットで接続されている。

図２は撮像装置１００の挙動を示すフローチャートである。図１、図２を用いて本発明の動作を説明する。

処理ステップＳ１００で処理を開始した撮像装置１００は、処理ステップＳ１０1での初期化処理として、全画像サイズを読み出す設定を出力フォーマット部１０４へ与える。次に、処理ステップＳ１０２で制御指令受信部１０１に外部からビニング機能や部分画像切出し機能等の画像サイズ変更に関する指令が入力されたか否かを確認する。制御指令が入力されていない場合、処理ステップＳ１０５に処理を移し、センサ画像読出し処理を行う。即ち、センサ制御部１０２からイメージセンサ１０３に対し、全画素を読み出す撮影制御信号を出力する。イメージセンサ１０３は撮影制御信号に従って画像データを出力フォーマット部１０４に出力し、ここで出力される画像データ列のフォーマットに変換する。ここでは図３の様なイメージセンサ１０３の画素配列を順次読み出し、この画像データ列について図４の様な画素位置を特定できるフラグ信号を生成し、出力フォーマット化を行っているものとする。

改めるが、図３はイメージセンサ１０３の画素配列を示している。そして画素は、以下の三つの領域から構成されている。つまり、外部に画像データを出力する画素である有効画素（図中白）と、撮像装置１００内部で黒レベルの決定などに使用する水平無効画素（図中灰色）、垂直無効画素（図中濃灰色）である。このイメージセンサ１０３からの画像データを外部出力する際の画像データフォーマットを図４に示す。画像データフォーマットは、（１）垂直有効フラグ、（２）水平有効フラグ、（３）画素有効フラグ、（４）画像データから構成される。（１）〜（３）の有効フラグは有効画素の画像データの画面位置を特定するための情報となっている。また、不図示であるが、画像データに対応するクロックも併せてフォーマット化される。

さて、出力フォーマット化された画像データは、処理ステップＳ１０６にてセンサ画像データを外部に出力する処理を行う。すなわち、出力フォーマット化された画像データ列は、画像データ選択部１０６、画像データ出力部１０７を介し、外部へ出力される。その後処理を処理ステップＳ１０１に戻し、繰り返し処理を行う。

一方、コンピュータ２００の画像データ表示部２０４では、予め使用者が画像データの表示サイズを全画像サイズに設定してあり、画像データ入力部２０３に入力された撮像装置１００からの画像データを表示する。コンピュータ２００では入力された画像データ列からフラグ情報を確認し、画像データの表示位置を決定し表示する。たとえば、図４（１）垂直有効フラグが無効状態から有効状態に遷移したタイミングで表示画面の先頭表示位置に画像データを表示させ、図４（２）水平有効フラグが無効状態から有効状態に遷移したタイミングで表示位置を改行する。そして、図４（３）画素有効フラグが有効状態である画像データのみを表示させるよう動作する。図４では処理ステップＳ１０１の画像サイズ初期化設定状態のフラグ状態としているので、全有効画素が表示されることになる。

この表示画像を確認しながら、撮像装置１００のオペレータは撮影する検査対象被写体に応じ、画像データの読出し条件をコンピュータ２００の設定入力部２０１から設定し、検査精度、処理データ量、検査時間を勘案しながら最適な撮影状態にする作業を行う。画像データの読出し条件は、隣接画素の信号をデジタル的に加算、平均して、出力の対象となる領域の画素数より少ない数のデータを出力するビニング機能や、部分的な画像切出し機能、間引きして画素データを読出すスキップ読出し機能等が挙げられる。本実施例では水平方向、垂直方向共に１画素飛ばしとするビニング機能実施の制御指令を入力したとする。その結果、コンピュータ２００の制御指令出力部２０２から画像サイズ変更機能であるビニング指令が出力される。

撮像装置１００では、制御指令受信部１０１へビニング指令が入力され、図２のフローチャートの処理ステップＳ１０２で画像サイズ設定に変更が生じたと判断される。この結果、処理ステップＳ１０３へ処理を移し、ダミー画像生成部１０５の出力を画像データ選択部１０６、画像データ出力部を介して外部に出力する動作を行う。図５にダミー画像生成部からの画像データイメージを示す。フラグ信号、不図示のクロックは出力フォーマット部１０４の全有効画素を出力する時の状態と同じであるが、画像データについては白、黒又は灰色など同じ値のデータを出力しているものである。そして、ダミー画像が入力されたコンピュータ２００では最大表示画像サイズ（全有効画素に対応するサイズ）にダミー画像が表示されることになり、前回入力された撮影画像がダミー画像で塗りつぶされる。

その後、撮像装置１００は処理ステップをＳ１０４に移し、出力画像サイズの変更を行う。つまり、制御指令受信部１０１で受信したビニング指令は出力フォーマット部（サイズ変更手段）１０４に与えられ、図６のようなフラグ状態でフォーマット化される。同図では間引かれる有効画素データを黒で表現しており、水平有効フラグ、画素有効フラグを遷移させることで画素データの有効、無効を識別するようにフォーマットする。

そして、処理ステップＳ１０５、Ｓ１０６で外部に画像データを出力する。

コンピュータ２００では入力された画像データのフラグ情報に従って画像表示を行う。この結果縦横１／２に縮小された画像が表示され、残りの表示領域にはダミー画像が残留した状態となり、オペレータが現在の撮影画像の確認が明示的になる。

更に、オペレータは撮影データの妥当性を検討し、最適な画像表示領域決定を図るため、上記作業を繰り返す。

以上、述べたとおり、本発明によれば、コンピュータ２００側の画像表示領域を、撮像装置１００の出力画像サイズ変更のたびに設定することなく、現在の撮影画像の状態を観察する事が可能となる。

なお、本実施例ではビニング機能を実現するため、フラグ情報を変更し、画像データそのものは全て出力する事例で説明した。イメージセンサ１０３がＣＭＯＳセンサ等の画素データを読み飛ばし可能な構造のものであれば、イメージセンサ１０３の制御信号を画像サイズ変更指令に従って変更する構成としても構わない。この場合、出力する画像データ量が削減されるため、撮影時間が撮影できる効果が追加される。

［実施例２］
図７に本発明の実施例２の構成図を、図８にフローチャートを示す。実施例１と同等の部分については同じ番号を与え、説明は省略する。

本発明の特徴となるところは、撮像装置１００外部からのシャッター指令を受ける構成を有することと、画像サイズ変更指令が受信された際にはシャッター指令が無い（撮影しない）状態でダミー画像信号を出力するところにある。

図７、図８を用いて動作を説明する。コンピュータ２００は設定入力部（入力手段）２０１からオペレータによって操作されたシャッター指令を、制御指令出力部２０２を介して撮像装置１００へ出力する。撮像装置１００では処理ステップＳ２０１でシャッター指令が入力されたか否かを判断する。つまり制御指令受信部１０１で受信した指令がシャッター指令を認識し、シャッター指令が入力されない場合は画像データを読み出すこと無く、処理ステップＳ１０２に処理を戻す。シャッター指令が入力された場合は処理ステップＳ１０５、Ｓ１０６で画像データ読出し、画像データ出力を行う。即ち、制御指令受信部１０１からセンサ制御部１０２へシャッター指令が出力され、このタイミングでイメージセンサ１０３への撮影制御信号の出力を行う。処理ステップＳ１０２では、画像サイズ変更指令が受信された場合には、シャッター指令有無にかかわらず処理ステップＳ１０３でダミー画像出力を出力する。

この様な構成をとることで、シャッター操作によって撮影する撮像装置において、オペレータは画像サイズを変更した時に、ダミー信号で背景を塗りつぶすためにシャッター操作をすることなく、画像サイズ変更前の画像をダミー信号で塗りつぶすことが可能となる。

［実施例３］
図９に本発明の実施例３の構成図を、図１０にフローチャートを示す。実施例１と同等の部分については同じ番号を与え、説明は省略する。

本発明の特徴となるところは、画像サイズ変更指令が入った場合、現在の読出し画像の領域が変更後の読出し画像の領域の内部に収まらない設定となる場合に現在の画像サイズでダミー信号を出力するところにある。読み出す画像の形状が相似である場合には、画像サイズの大小を比較し、現在の画像サイズより小さい設定となる場合に現在の画像サイズでダミー信号を出力するようにすれば良い。

図９において３０１は制御指令受信部１０１で受信した画像サイズ変更指令が現在の画像サイズよりも小さくなった場合のみ、画像サイズ設定情報を遅延させて記憶しておくサイズ指令記憶部３０１である。

動作について説明する。処理ステップＳ１０２で画像サイズ変更指令を受信した後、処理ステップをＳ３０１に移し、制御指令受信部１０１で現在の画像サイズより小さくなるかを判断することにより、ダミー画像の出力の要否を判断する。大きくなる設定の場合にはダミー画像の出力は不要であるので、ステップＳ１０４に進み、そのまま画像サイズを変更した後、撮影画像の読出しと出力を行う。小さくなる設定の場合にはダミー画像の出力が必要であるので、ステップＳ３０２に進み、現在の画面サイズ設定の状態でのダミー画像データを出力する。即ちサイズ指令記憶部３０１で記憶している現在の画像サイズに従ったフラグをダミー画像生成部１０５に与え、ダミー画像生成部１０５での画像データにも有効、無効データの識別を付加して出力させる。

例えば実施例１で説明した１画素飛ばしのビニング指令が現在の画像サイズとし、今回さらに小さい画像サイズの設定が受信された場合、図１１のようなダミー画像出力を外部へ出力する。即ち、ダミー画像データとビニング時のフラグを組み合わせたものが本実施例の出力画像データとなる。

この様な構成をとることで、ダミー信号出力データ量の削減が可能となる。なお、本実施例では、画像サイズ変更指令が入力された場合に、現在の画像サイズと変更後の画像サイズの大小関係を比較して、その結果に基づいて、ダミー画像を出力するか否かを決定する場合を例示した。これは、例えば読み出す画像の形状が相似である場合を前提とするものである。読出す画像の形状が任意に設定でき、また、複数の分離した読出し領域を任意に設定して読み出すことが可能な撮像装置にも本発明は適用することが可能である。この場合には、読出す領域の現在の読出し画像のエリアが変更後の読出し画像のエリアの内部に収まらない設定となるときに、変更前（現在）の読出し領域（画像サイズ）でダミー信号を出力するようにすればよい。

１００ 撮像装置
１０３ イメージセンサ
１０４ 出力フォーマット部（制御手段）
１０６ 画像データ選択部（制御手段）

Claims (11)

1. 制御指令に応じて、イメージセンサから読み出された異なる画像サイズの画像データを出力可能な撮像装置において、
   出力する画像データの画像サイズを変更する場合には、該変更の条件に基づくダミー画像データの出力及び画像サイズの変更をし、前記イメージセンサからの画像データを出力する制御手段を備える、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、ビニング機能又は部分的な画像切り出し機能により出力する画像サイズが変更される場合には、前記ダミー画像データを出力した後に画像サイズを変更し、前記イメージセンサからの画像データを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、変更後の画像サイズが変更前の画像サイズより小さくなるように画像サイズが変更される場合には、前記ダミー画像データを出力した後に画像サイズを変更し、前記イメージセンサからの画像データを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、変更前の読出し画像の領域が変更後の読出し画像の領域の内部に収まらない場合には、前記ダミー画像データを出力した後に画像サイズを変更し、前記イメージセンサからの画像データを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記ダミー画像データは、前記イメージセンサの全有効画素に対応するサイズを有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記ダミー画像データは、変更前の画像サイズと同じサイズを有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記ダミー画像データは、互いに同等の輝度値を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記ダミー画像データを生成するダミー画像生成手段を有する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 出力する画像サイズの設定を入力する入力手段と、
   前記入力手段からの指令に従って、前記画像データの出力画像サイズを変更するサイズ変更手段と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. シャッター指令及び画像サイズの変更指令を外部から入力する入力手段を有し、
    前記制御手段は、前記画像サイズの変更指令に基づきダミー画像データの出力の要否を決定し、必要である場合は前記ダミー画像データを出力した後に画像サイズを変更し、不要である場合は画像サイズを変更し、その後、前記シャッター指令の有無に基づき前記イメージセンサからの画像データを出力する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 制御指令に応じたイメージセンサから読み出された異なるサイズの画像データを外部に出力可能な撮像方法において、
    出力する画像サイズを変更する場合には、該変更の条件に基づき前記ダミー画像データを出力し、画像サイズを変更し、前記イメージセンサからの画像データを出力する、
    ことを特徴とする撮像方法。

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