JP2017142245A - 画像測定機及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップなしに高精度・高速なイメージステッチを実現可能な画像測定機を提供する。【解決手段】ワークを撮像する撮像手段と、ワークと撮像手段とを相対移動させる移動手段と、撮像手段の撮像位置を取得する位置取得手段と、移動手段により撮像手段をワークに対し一定速度で移動させつつ撮像手段にワークの部分画像を撮像させる制御手段と、撮像手段により撮像された複数の部分画像を位置取得手段が取得した位置情報に基づき貼り合わせてワークの全体画像を形成する全体画像形成手段と、撮像手段と一体的にワークに対して移動し撮像手段が撮像するワークの部分に光を照射する光源と、を備え、撮像手段は、撮像領域の一部である線状の領域のみが撮像するように設定され、かつ、線状の領域の短手方向はワークと撮像手段との相対移動方向と一致し、制御手段は、撮像手段にワークの複数の部分画像を連続的に隙間なく撮像させる。【選択図】図６

Description

本発明は、測定対象物を撮像して得られた画像に基づき、非接触で測定対象物の形状を測定する画像測定機及びプログラムに関する。

画像測定機は、測定対象物（以下「ワーク」という。）の画像を撮像し、当該画像を解析して、直線、円、多角形等の形状を抽出し、抽出した形状の距離、傾き、径、幅などの測定結果を得る装置である。

ワークの大きさはさまざまであり、１回の撮像で撮像視野に収まりきらないワークを測定する場合には、ワーク全体がカバーされるように複数の部分画像を撮像し、当該複数の部分画像を貼り合わせて１枚の全体画像にするイメージステッチと呼ばれる広視野化手法が一般に用いられる（例えば、特許文献１参照）。

図７(a)は、イメージステッチを行う画像測定機の概略図である。当該画像測定機は、ワークＷが載置されるステージ１００と、エリアセンサである撮像領域を備えワークＷを撮像する撮像手段１２４と、ステージ１００と撮像手段１２４とを相対的に移動させる移動手段（図示略）と、移動手段により撮像手段１２４をワークＷに対して一定速度で移動させながら、撮像手段１２４に複数の部分画像を撮像させる制御手段（図示略）と、撮像手段１２４が撮像した位置を取得する位置取得手段（図示略）と、位置取得手段で取得した位置情報に基づき複数の部分画像を貼り合わせて、全体画像を形成する全体画像形成手段（図示略）と、撮像手段１２４と一体的に移動し、撮像手段１２４により撮像されるワークＷの部分に光を照射する光源１２６と、を備える。

従来のイメージステッチ方法として、例えば以下で説明する２つの方法がある。いずれの方法も、ワーク全体をマトリックス状に複数の領域に分割した各領域を撮像した上で、得られた複数の部分画像を貼り合わることによりワークの全体画像を形成する点においては共通である。

第１の方法は、撮像手段１２４の相対的移動→停止→ワークＷの撮像→相対的移動を繰り返していく方法である。すなわち、まず撮像手段１２４をワークＷの最初の領域＃１に移動して停止し、撮像を行う。続いて、撮像手段１２４をワークＷの次の領域＃２に移動して停止し、撮像を行う。これを領域＃３、＃４、＃５、・・・について繰り返すことにより、ワークＷ全体を構成する複数の領域の各部分画像を得る。撮像された各部分画像を、それぞれの位置情報やピクセルサイズ等に基づき貼り合わせ、１枚の全体画像を形成する。各部分画像の位置情報はステージ１００が停止した都度、ステージ１００及び撮像手段１２４の位置座標として取得する。第１の方法では、例えば、撮像手段１２４の露光時間を1/12秒、ＲＯＩ(Region Of Interest：関心領域)を全画素読み出し（例えば2048×1536ピクセル）と、それぞれ設定する。図７(b)は撮像手段１２４により撮像されるワークＷの３×３の９つの領域を、第１の方法により順次撮像し、貼り合わせた例を示したものである。

第２の方法は、撮像手段１２４をワークＷに対して移動させつつ各領域の通過時に逐次撮像していく方法である。すなわち、撮像手段１２４を一定速度で移動させながら、各領域の通過時に、例えばストロボ照明による極短時間露光により撮像を行い、ワークＷ全体を構成する複数の領域の各部分画像を得る。なお、移動しながらの撮像は同じ行の各領域について行われ、別の行に移る（両端の）領域においては停止して行われる。図７(c)は撮像手段１２４により撮像されるワークＷの３×３の９つの領域を、第２の方法により順次撮像し、貼り合わせた例を示したものである。この場合、領域＃１の撮像後、移動を開始し、領域＃２を通過する際に領域＃２の撮像を行い、領域＃３では移動を停止して撮像を行う。このように１行目の撮像を終えた後、撮像手段１２４を領域＃３に隣接する２行目の領域＃４に移動し、１行目と同様に２行目の領域＃４から＃６の撮像を順次行う。このように１、２行目の撮像を終えた後、撮像手段１２４を領域６に隣接する３行目の領域＃７に移動し、１、２行目と同様に３行目の領域＃７から＃９の撮像を順次行う。撮像された各部分画像は、第１の方法と同様の方法で貼り合わせて１枚の全体画像を形成する。各部分画像の位置情報は、撮像手段１２４による撮像の都度出力されるトリガを契機に、ステージ１００及び撮像手段１２４の位置座標として取得する。第２の方法では、移動しながら撮像を行うため、撮像手段１２４の露光時間は例えば1/300〜1/600秒と短く設定する。一方、撮像手段１２４のＲＯＩについては第１の方法と同様に全画素読み出し（例えば2048×1536ピクセル）で設定する。

特開２０１１−１８５８８８号公報

背景技術で説明した第１の方法の場合、加減速及び停止が無い場合に比べて画像の取得に時間をより多く要し、また、装置の挙動が不安定になって貼り合わせ精度が低下する場合がある。第２の方法の場合、瞬間的に高強度の光をある程度の広さの領域に照射できる高価なストロボ照明が必要であり、装置コストが余分にかかる。更に、いずれの方法も、全体をマトリックス状に区切った複数の画像を貼り合わせて１枚の全体画像を形成するが、図７(b),(c)に示すように各部分画像について、照明中心に近い画像中央部と照明中心から遠い画像周縁部とで明るさにムラが生じ、またレンズの歪曲収差もあるため、貼り合わせ部分に境界やずれが生じる。そのため、得られた２次元画像を補正して貼り合わせる必要があるが、その際に補正誤差が生じやすい。加えて、各部分画像を貼り合わせる際に、隣接画像との整合をとるための重なり代が画像の四辺に必要であり、これにより延べ撮像面積が増加するため撮像効率が良くない。

本発明の目的は、コストアップなしに高精度・高速なイメージステッチを実現可能な画像測定機及びプログラムを提供することにある。

（１）本発明の画像測定機は、測定対象物を撮像する撮像手段と、測定対象物と撮像手段とを相対的に移動させる移動手段と、撮像手段が撮像した位置を取得する位置取得手段と、移動手段により撮像手段を測定対象物に対して一定速度で移動させながら撮像手段に測定対象物の部分画像を撮像させる制御手段と、撮像手段により撮像された複数の部分画像を、位置取得手段が取得した位置情報に基づき貼り合わせて測定対象物の全体画像を形成する全体画像形成手段と、撮像手段と一体的に測定対象物に対して移動し、撮像手段が撮像する測定対象物の部分に光を照射する光源と、を備え、撮像手段は、撮像領域の一部である線状の領域のみが撮像するように設定され、かつ、線状の領域の短手方向は、測定対象物と撮像手段との相対的移動方向と一致し、制御手段は、撮像手段に測定対象物の複数の部分画像を連続的に隙間なく撮像させる。

このようにエリアセンサの撮像領域をラインセンサのように設定することで、撮像のフレームレートを上げることができるため、多数の画像を撮像できるようになる。また、撮像領域が線状に狭いことで、撮像された線状の部分画像の短手方向には明るさムラやレンズの歪曲収差がほとんど生じない。そのため、撮像領域をラインセンサのように設定した撮像手段を測定対象物に対して移動させつつ、複数の線状の部分画像を連続的に隙間なく撮像し、この複数の線状の部分画像を貼り合わせることで、撮像手段を移動させた方向に境界やズレがない貼り合わせ画像を得ることができる。これにより、従来の撮像方法で複数の部分画像を貼り合わせた際に各部分画像の明るさムラやレンズの歪曲収差による境界やずれが格子状に発生していたものを、ストライプ状の発生にとどめることできるため、従来の撮像方法より高精度にイメージステッチを行うことができる。また、撮像を撮像手段を移動させながら行うため、画像の取得時間を短くすることができ、かつ、装置の挙動不安定による貼り合わせ精度の低下を防ぐことができる。更に、光源は撮像手段の線状の領域が撮像する測定対象物の部分に十分な光を照射できるものであれば足り、広範囲を照射できるものを使用する必要がないため、装置コストを抑制することができる。

（２）イメージステッチが不要な場合は、撮像領域を絞らずに撮像した方が効率がよい場合があるため、撮像手段の撮像領域の設定を、線状の一部と領域全体とに切替可能に構成してもよい。

（３）撮像手段は、撮像した部分画像に撮像順を示すインデックスを付して出力するとともに撮像完了のタイミングでトリガ信号を出力し、位置取得手段は、測定対象物が載置されるステージ及び／又は撮像手段の位置座標を測定して出力するエンコーダと、トリガ信号の入力を契機に、エンコーダが出力する位置座標を取得し、取得した位置座標に撮像順を示すカウント値を付して記憶領域に記憶するラッチ手段と、を備え、全体画像形成手段は、撮像順が同じである部分画像と位置座標とを対応づけることにより、それぞれの部分画像の位置を特定して全体画像を形成するようにしてもよい。

部分画像データと当該部分画像データの撮像位置座標は、全体画像の形成に先立ち別々に取得されるが、画像データには撮像順を示すインデックスが付され、位置座標についても撮像順を示すカウント値が付されているため、それぞれに付された撮像順をキーとして両者が非同期で取得されても対応づけることができる。そのため、双方又は一方の不確定な遅延による誤差要因を排除することができる。

（４）制御手段により、測定対象物と撮像手段との相対的な移動速度を変更可能としてもよい。移動速度を速めることで測定を速く行うことができるが、反面、撮像位置への露光時間が低下し、測定精度が低下する。移動速度を変更可能とすることで、要求精度に応じた移動速度を選択できるようになる。

（５）移動速度に応じて露光時間が変化するため、移動速度に応じて制御手段が光源の光量を調節するようにしてもよい。例えば、移動速度が速く露光時間が短い場合には光量を増加し、移動時間が遅く露光時間が長い場合には光量を抑えることで、移動速度にかかわらず、測定に最適な光量を測定対象物に照射することができる。

画像測定機１００の構成を示す斜視図である。 撮像ユニット１２０の構成をステージ１００とともに示す模式図である。 位置取得手段１１０の構成を示すブロック図である。 コンピュータ本体１４１の構成を示すブロック図である。 画面表示の例を示す図である。 撮像領域の設定方法、及び部分画像の撮像方法を説明する図である。 従来のイメージステッチ方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、画像測定機１の構成を示す斜視図である。画像測定機１は、ステージ１００と、位置取得手段１１０と、撮像ユニット１２０と、リモートボックス１３０と、コンピュータシステム１４０と、を備える。

ステージ１００は、その上面が水平面となるように配置され、当該上面にワーク（測定対象物）Ｗが載置される。ステージ１００の上面のうち少なくともワークＷが載置される部分は、ガラス等の光を透過する素材で形成される。ステージ１００は、図示されていないＸ軸駆動モータおよびＹ軸駆動モータにより駆動され、水平面と平行なＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とされる。各軸の駆動モータに対する駆動制御信号は、後述のリモートボックス１３０やコンピュータシステム１４０から各軸の駆動モータへと与えられる。

図２は、撮像ユニット１２０の構成をステージ１００とともに示す模式図である。撮像ユニット１２０は、光学系１２２、撮像手段１２４、および光源１２６を備える。光学系１２２は、例えば複数のレンズ及び絞りを組み合わせてテレセントリック光学系を構成する。テレセントリック光学系では主光線が平行光とみなせるため、撮像した画像内における寸法がＺ軸方向（高さ方向）の位置に依存しない。このため、起伏（例えば段差や孔部等）があるワークＷを測定するのに好適である。光源１２６は、ワークＷの画像を撮像する際にコンピュータシステム１４０による制御の下、少なくともワークＷの撮像される部分に光を照射する。本実施形態では、光学系１２２を介してワークＷに対し上方（つまり撮像手段１２４側）から光を照射する落射照明用の光源１２６ａ、及びワークＷに対し下方（つまりステージ１００の裏側）から光を照射する透過照明用の光源１２６ｂを備える。撮像手段１２４は、ＲＯＩ設定が可能なエリアセンサであり、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の二次元イメージセンサである。撮像手段１２４の受光面にある撮像領域には、光学系１２２によってワークＷの像が結像される。撮像手段１２４は、当該結像された像を撮像して、所定のフォーマットの画像データを出力する。この画像データには、画像を構成する画素の情報の他、少なくとも画像の撮影順を示すインデックスが含まれる。撮像ユニット１２０は、撮像手段１２４が出力する画像信号を、コンピュータシステム１４０に送信する。コンピュータシステム１４０と撮像ユニット１２０とは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）のような汎用の通信規格にて接続される。また、撮像ユニット１２０は１枚（１フレーム）の画像の撮像を完了するタイミングでトリガ信号をラッチ手段１１８に出力する。

撮像ユニット１２０は、図示されていないＺ軸駆動モータにより駆動され、Ｚ軸方向（すなわちステージ１００の上面に垂直な方向）に移動可能とされる。撮像ユニット１２０のＺ軸方向の位置を調整することにより、ピント調整が行われる。なお、Ｚ軸駆動モータは省略可能であり、Ｚ軸のピント調整は手動でも可能である。Ｚ軸駆動モータに対する駆動制御信号は、後述のリモートボックス１３０やコンピュータシステム１４０から与えられる。

図３は、位置取得手段１１０の構成を示すブロック図である。位置取得手段１１０は、Ｘ軸エンコーダ１１２、Ｙ軸エンコーダ１１４、Ｚ軸エンコーダ１１６、及びラッチ手段１１８を備える。

Ｘ軸エンコーダ１１２は、ステージ１００のＸ軸方向の位置座標を測定し出力する。Ｙ軸エンコーダ１１４は、ステージ１００のＹ軸方向の位置座標を測定し出力する。Ｚ軸エンコーダ１１６は、撮像ユニット１２０のＺ軸方向の位置座標を測定し出力する。各エンコーダは、目盛が刻まれたスケールとスケールの目盛を読み取るスケール読み取り部とを備える。スケールは各軸に沿ってステージ１００や撮像ユニット１２０の可動部分に取り付けられる。一方、スケール読み取り部は、非可動部分に配置される。

ラッチ手段１１８は、カウンタ１１８ａとバッファ１１８ｂとを備える。カウンタ１１８ａは外部からトリガ信号（例えばパルス信号）が供給されると、カウント値を１増加させる。なお、カウンタ１１８ａの値は、コンピュータシステム１４０の指示に基づき適宜リセットされる。バッファ１１８ｂは複数のアドレスの記憶領域を有し、トリガ信号が供給されたタイミングで、カウンタ１１８ａのカウント値に応じたアドレスの記憶領域に、各軸のエンコーダの出力値をラッチし、記憶する。トリガ信号は、例えば撮像手段１２４から、１枚の画像の撮像が完了するタイミングで供給されるようにするとよい。ラッチ手段１１８が保持する各軸の位置座標は、アドレス値（つまりカウント値）と対応付けられて、適宜、コンピュータシステム１４０に取り込まれる。コンピュータシステム１４０とラッチ手段１１８とは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）のような汎用の通信規格にて接続される。画像データと位置座標はそれぞれ別々にコンピュータシステム１４０に取り込まれるが、画像データには撮像順を示すインデックスが付され、位置座標にも撮像順を示すカウント値が付されるため、撮像開始前にカウント値をリセットしておくことで、非同期でコンピュータシステム１４０に取り込まれたとしても、取り込み後に対応付けることが可能である。

図１に戻ると、リモートボックス１３０は、ステージ１００および撮像ユニット１２０の位置を設定するための操作手段であり、操作者による操作に応じて、有線または無線の通信によりＸ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、およびＺ軸駆動モータに対する駆動制御信号を送信する。リモートボックス１３０は、ジョイスティック１３２とジョグシャトル１３４を備える。ジョイスティック１３２は、ステージ１００は、ステージ１００の位置を設定するための操作入力手段であり、リモートボックス１３０は、ジョイスティック１３２の傾斜方向に応じて、ステージ１００をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるための駆動制御信号を送信する。ジョグシャトル１３４は、撮像ユニット１２０のＺ軸方向位置を設定するための操作入力手段であり、リモートボックス１３０は、ジョグシャトル１３４の回転方向、回転量、及び回転速度等に応じて、撮像ユニット１２０をＺ軸方向に移動させるための駆動制御信号を送信する。

コンピュータシステム１４０は、コンピュータ本体１４１、キーボード１４２、マウス１４３及びディスプレイ１４４を備える。図４は、コンピュータ本体１４１の構成を示すブロック図である。コンピュータ本体１４１は、制御の中心をなすＣＰＵ４０と、記憶部４１と、ワークメモリ４２と、インタフェース（図４において「ＩＦ」と示す。）４３、４４と、ディスプレイ１４４での表示を制御する表示制御部４５とを備える。

キーボード１４２又はマウス１４３から入力されるオペレータの指示情報は、インタフェース４３を介してＣＰＵ４０に入力される。インタフェース４４は、撮像ユニット１２０およびステージ１００と接続され、撮像ユニット１２０およびステージ１００に対しＣＰＵ４０からの各種制御信号を供給し、撮像ユニット１２０およびステージ１００から各種のステータス情報や測定結果を受信してＣＰＵ４０に入力する。

表示制御部４５は、ディスプレイ１４４に撮像ユニット１２０で撮像した画像を表示する。また、表示制御部４５は、撮像ユニット１２０により撮像した画像の他、画像測定機１への制御指示を入力するためのインタフェースや撮像した画像を解析するためのツールのインタフェース等をディスプレイ１４４に表示する。

ワークメモリ４２は、ＣＰＵ４０の各種処理のための作業領域を提供する。記憶部４１は、例えばハードディスクドライブやＲＡＭ等により構成され、ＣＰＵ４０により実行されるプログラム、撮像ユニット１２０で撮像して得られた画像データ等を格納する。

ＣＰＵ４０は、各インタフェースを介した各種入力情報、オペレータの指示や記憶部４１に格納された測定定義プログラム（パートプログラム）等に基づいて、撮像ユニット１２０、Ｘ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、Ｚ軸駆動モータ等を制御し、撮像ユニット１２０の移動速度や露光時間の調整、撮像手段１２４の撮像領域のＲＯＩ設定、光源１２６の光量の調整、撮像ユニット１２０による二次元画像の撮像、複数の部分画像を貼り合わせるイメージステッチ処理、撮像して得られた全体画像の解析等の各種の処理を実行する。

以下では、上述の画像測定機１を用いて行う測定について説明する。

〔基本的な画像測定〕
はじめに、オペレータによるジョイスティック１３２の操作またはコンピュータシステム１４０による制御により、ワークＷが撮像視野内に入るようステージ１００を移動する。そして、ワークＷにピントが合うよう、撮像ユニット１２０のＺ軸方向位置を調節する。ピントをワークＷに合せた後、撮像手段１２４により測定用の画像を撮像する。このとき、撮像した画像とともに、Ｘ軸エンコーダ１１２およびＹ軸エンコーダ１１４が出力するステージ１００の座標が、コンピュータシステム１４０に取り込まれ、記憶部４１に格納される。具体的には、撮像手段１２４が１枚の画像の撮像を完了するタイミングでラッチ手段１１８に対するトリガ信号となるパルスを出力する。ラッチ手段１１８は、当該パルスの立ち上がり遷移のタイミングで（つまり、画像の撮像完了とほぼ同時に）、各軸の位置座標をラッチし保持する。コンピュータシステム１４０は、撮像手段１２４から画像信号を取り込むとともに、ラッチ手段１１８から画像を撮像したときの位置座標を取りこみ、両者を対応付けて記憶する。

コンピュータシステム１４０は、得られた測定用の画像を、当該画像を解析するための測定ツールのインタフェースとともに、ディスプレイ１４４に表示する。図５は、画面表示の例を示す図である。この画面表示は、コンピュータシステム１４０のＣＰＵ４０で実行されるプログラム（測定用アプリケーションソフトウェア）によってディスプレイ１４４に映し出される。

図５に示すように、プログラムの実行によってディスプレイ１４４にはメインウィンドウＭＷが表示される。また、メインウィンドウＭＷの中には複数のウィンドウ（第１ウィンドウＷ１〜第８ウィンドウＷ８）が表示される。メインウィンドウＭＷの上側には、メニューや各種操作及び設定のためのアイコンも表示される。なお、本実施形態では一例として８つのウィンドウを表示する例を示すが、必要に応じて８つ以外のウィンドウを表示してもよいし、ウィンドウの分割・統合・用途に応じた省略をしてもよい。また、各ウィンドウのレイアウトはオペレータの操作によって自由に変更することができる。

第１ウィンドウＷ１には、撮像ユニット１２０で取り込んだワークＷの画像ＷＧが表示される。オペレータは、例えばマウス１４３やリモートボックス１３０のジョイスティック１３２を操作することで第１ウィンドウＷ１に表示させるワークＷの画像ＷＧの位置を調整することができる。また、オペレータは、例えばマウス１４３によるアイコンの選択によって、ワークＷの画像ＷＧを拡大・縮小することもできる。

第２ウィンドウＷ２には、オペレータによって選択可能な測定ツールのアイコンが表示される。測定ツールのアイコンは、ワークＷの画像ＷＧから測定ポイントを指定するための指定方法に対応して設けられている。測定ツールの具体例としては、直線のエッジ検出ツール、円形のエッジ検出ツール等が挙げられる。

第３ウィンドウＷ３には、オペレータによって選択可能なファンクションのアイコンが表示される。ファンクションのアイコンは、測定方法ごとに設けられている。例えば、１点の座標を測定する方法、直線の長さを測定する方法、円形を測定する方法、楕円形を測定する方法、角穴を測定する方法、長穴を測定する方法、ピッチを測定する方法、２つの線の交差を測定する方法などである。コンピュータシステム１４０は、オペレータの選択に従い、直線の長さ、直線間の距離、円の径などの寸法の測定や、真直度、真円度、平行度等の理想的な幾何形状からのずれ（狂い）の評価を行う。

第４ウィンドウＷ４には、測定に関する操作手順を表すガイダンスが表示される。

第５ウィンドウＷ５には、撮像ユニット１２０からワークＷに照射する照明をコントロールするための各種スライダが表示される。オペレータは、このスライダを操作することで、ワークＷに対して所望の照明を当てることができる。

第６ウィンドウＷ６には、ステージ１００のＸＹ座標値が表示される。第６ウィンドウＷ６に表示されるＸＹ座標値は、所定の原点に対するステージ１００のＸ軸方向の座標及びＹ軸方向の座標である。

第７ウィンドウＷ７には、公差判定結果が表示される。すなわち、第７ウィンドウＷ７には、公差の判定を行うことができる測定方法を選択した場合に、その結果が表示される。

第８ウィンドウＷ８には、測定結果が表示される。すなわち、第８ウィンドウＷ８には、所定の演算によって測定結果を得る測定方法が選択された場合に、その測定結果が表示される。なお、第７ウィンドウＷ７の交差判定結果及び第８ウィンドウＷ８の測定結果の表示の詳細は図示を省略する。

〔イメージステッチ用の部分画像の撮像の準備〕
撮像手段１２４による１回の撮像範囲よりも広い測定範囲を測定する場合、ステージ１００をＸＹ軸方向に順次移動させて、撮像手段１２４（撮像ユニット１２０）をワークＷに対して相対的に移動させながら、複数の部分画像で測定範囲全体を網羅するよう部分画像の撮像を繰り返す。このようにして得られた複数の部分画像を貼り合わせて測定範囲全体をカバーする一枚の全体画像を形成する。以下では対比のため、背景技術の説明において撮像対象としたワークＷ（図７(b),(c)参照）と同じ大きさのワークＷを本発明の方法により撮像する場合を例にとって説明する。なお、ワークＷの大きさはこれに限定されないことは言うまでもない。

撮像に先立ち図６(a)に示すように、撮像手段１２４の撮像領域１２４ａを、その一部である線状の領域１２４ｂのみが撮像するように設定する。すなわち、エリアセンサである撮像領域１２４ａをＲＯＩの設定によりラインセンサとして使用できるように設定する。つまり、本発明の撮像手段１２４はＲＯＩ設定が可能なものである必要がある。一般的にはＣＭＯＳイメージセンサが好適である。線状の領域１２４ｂは短手方向がワークＷと撮像手段１２４との相対的移動方向と一致するように設定する。設定は例えば、コンピュータシステム１４０のＣＰＵ４０で実行されるプログラム（測定用アプリケーションソフトウェア）によってディスプレイ１４４に映し出される図５に示す一連の画面表示の中で行うことができるようプログラムを構成するとよい。なお、イメージステッチが必要な時にはラインセンサとして使用できるよう設定し、イメージステッチが不要な時には撮像領域を絞らずに撮像した方が効率がよい場合があるため、設定を解除してエリアセンサとして使用できるよう、容易に切替可能に構成するとよい。

撮像する領域を撮像領域内の一部の領域に絞ることで、一画像の情報量を減らすことができ、これによりフレームレートを上げることができる。例えば、撮像領域１２４ａが2048×1536画素で、画像転送用のクロック周波数が４８ＭＨｚのときフレームレートは１２ｆｐｓであるところ、線状の領域１２４ｂを2048×2画素に絞ると、最大フレームレートは７２９ｆｐｓとなる。このようにフレームレートを上げることで、複数の部分画像を撮像位置をずらしながら連続的に隙間なく撮像していくことが可能となる。特に、当該一部の領域をラインセンサのように線状に構成して撮像すると、線状の領域１２４ｂの長手方向には従来の方法と同様に撮像画像の明るさムラやレンズの歪曲収差が生じるが、線状の領域１２４ｂの短手方向は、短手方向の幅が十分に細ければ、撮像画像の明るさムラやレンズの歪曲収差がほとんど生じなくなる。例えば、撮像領域１２４ａが2048×1536画素である場合、線状の領域１２４ｂを2048×2画素とするとよい。

このように撮像領域を設定した撮像手段１２４をワークＷ（ステージ１００）に対して相対的に一定速度で移動させつつワークＷを連続的に隙間なく撮像（以下「スキャン」という。）することで、図６(b)に示すような、複数の線状の部分画像が得られる。スキャンする速度は、例えば一般的なイメージスキャナの速度である６００ライン／秒程度とするとよいが、求める測定精度や測定速度に応じ、任意に変更できるように構成するとよい。

撮像された複数の線状の部分画像をスキャンした方向に貼り合わせていくことで、図６(c)に示すような、スキャンした方向にずれや境界のない高精度な貼り合わせ画像を得ることができる。このような部分画像の撮像及び貼り合わせは、撮像手段１２４がステージ１００に対して相対的に移動可能な範囲で行うことが可能である。

従来は、図７(b),(c)に示すように一列に並んだ、例えば＃１、＃６、＃７の各領域の部分画像に明るさムラや歪曲収差があることで、貼り合わせ部分に境界やズレが生じていたが、本発明の方法では、線状の部分画像の短手方向には明るさムラや歪曲収差が無いため、図６(d)に示すように境界やずれがほとんど無い１つの領域（＃１）からなる貼り合わせ画像を形成することができる。部分画像に明るさムラや歪曲収差がある場合、貼り合わせ時に各部分画像に補正を施すことで境界やずれの発生を軽減することができるが、誤差なく補正することは困難であるため、明るさムラやレンズの歪曲収差を無くすことは、貼り合わせ画像の高精度化に大きな効果を発揮する。また、従来の方法では＃１と＃６、＃６と＃７の各領域間に境界やずれを補正するための重なり代が必要であったことで撮像面積に無駄が生じていたが、本発明の方法では重なり代が不要であるため、撮像面積を最小化することができ撮像効率を向上することができる。

線状の領域１２４ｂの長手方向の幅がワークＷの幅より狭い場合には、図６(d)に示すように一列の領域をスキャンした後に横にスライドして隣接する一列の領域を逆向きにスキャンするという動作を繰り返すことで、ワークＷ全体を効率的にスキャンすることができる。

以上からわかるように、従来の撮像方法では図７(b)、(c)に示すように、複数の部分画像を貼り合わせた際に境界やずれが格子状に発生するのに対し、図６(d)に示す本発明の撮像方法によればストライプ状の発生にとどまる。そのため、従来の撮像方法より高精度にイメージステッチを行うことができる。

また、本発明では撮像手段１２４を停止させることなく一定速度でワークＷをスキャンしながら部分画像を撮像していくため、画像の取得時間を短くすることができ、かつ、装置の挙動不安定による貼り合わせ精度の低下を防ぐことができる。

更に、光源１２６は線状の領域１２４ｂが撮像するワークＷの部分に十分な光を照射できるものであれば足り、広範囲を照射できる高強度の光源を使用する必要がないため、装置コストを抑制することができる。

撮像手段１２４の露光時間はスキャンする速度に応じて設定する必要がある。例えば、スキャン速度を６００ライン／秒としたとき、露光時間は１／６００秒あるいは１／３００秒程度とするのが望ましい。このように露光時間は適宜設定した場合、常に光源１２６の光量を一定とすると、露光時間が短い場合に光量が不足する場合が生じる。そこで、露光時間に応じて光量を適量に制御するように構成してもよい。

〔イメージステッチ用の部分画像の撮像〕
コンピュータシステム１４０は、１回の撮像範囲よりも広い測定範囲を測定することが要求された場合に、自動的に、またはオペレータの操作に従い、イメージステッチにより要求の測定範囲を撮像するための複数の測定領域を決定する。ここでいう測定領域とは、連続的にスキャンを行う範囲である。例えば、図６(d)に示すワークＷにおいて＃１、＃２、＃３の３つの測定領域を決定する。複数の測定領域は、各撮像位置での視野の５％程度が、隣接する測定領域での視野と重複するように決定するとよい。また、複数の画像を撮像するための時間が最短となるように、撮像ユニット１２０のワークＷに対する移動経路を決定するとよい。例えば、図６(d)に示すような領域構成の場合には矢印に示す移動経路にするとよい。

撮像ユニット１２０を固定した状態で、コンピュータシステム１４０による制御に従い、ステージ１００を所定の移動経路に従い移動、停止を繰り返しつつ複数の部分画像の撮像を行う。図６(d)に示す例の場合、まず、撮像手段１２４の撮像視野の中心位置を、Ｐ１からＰ２に移動しつつ、複数の部分画像を連続的に隙間なく撮像する（測定領域＃１の撮像）。Ｐ２に到達したら停止し、Ｐ３に移動する。続いて、Ｐ３からＰ４に移動しつつ、複数の部分画像を連続的に隙間無く撮像する（測定領域＃２の撮像）。Ｐ４に到達したら停止し、Ｐ５に移動する。続いて、Ｐ５からＰ６に移動しつつ、複数の部分画像を連続的に隙間無く撮像する（測定領域＃３の撮像）。撮像した各部分画像は、逐次、コンピュータシステム１４０に取り込まれ、記憶部４１に格納される。なお、コンピュータシステム１４０に取り込まれる画像のデータには、撮像した順番に応じて番号が付されており、撮影された順番を特定可能とされる。ここで取り込まれた複数の部分画像がイメージステッチ用の元画像となる。

ラッチ手段１１８においては、イメージステッチ用の部分画像の撮影開始前に、カウンタ１１８ａのカウント値がリセットされる。そして、各部分画像の撮像位置において撮像が完了したタイミングで撮像ユニット１２０から供給されるトリガ信号に基づき、測定位置に応じたアドレスに、各軸の位置座標を記憶する。記憶した各測定位置の位置座標は、コンピュータシステム１４０に取り込まれ、別途取り込んだ各部分画像と対応付けて記憶部４１に格納される。

〔イメージステッチ処理〕
コンピュータシステム１４０は、上記のようにして撮像した複数の部分画像を貼り合わせて、測定範囲全体をカバーする一枚の全体画像を形成するイメージステッチ処理を行う。

コンピュータシステム１４０は、画像の貼り合わせに先立ち、貼り合わせ画像の画質劣化を抑制すべく、各部分画像に対して補正を行う。例えば、光学系の特性により生じる画像の歪曲誤差の補間、隣接する測定領域間における画素位置のずれの補間、隣接部の明るさの差を低減させるシェーディング処理等が挙げられる。ただし、本発明において撮像される部分画像は線状であり、画像の短手方向には明るさムラやレンズの歪曲収差はほとんど生じないため、これらの補正は、画像の長手方向について行えば足りる。なお、本発明では部分画像を逐次撮像していく方法をとることで、撮像ごとの、線状の領域１２４ｂの露光タイミング及び読み出し時間に若干のずれが生じる。そのため、撮像された各部分画像間のこのようなずれに基づき、貼り合わせ画像に若干の歪が生じうるため、必要に応じてこの歪についても補正を行う。

歪曲誤差の補間では、コンピュータシステム１４０は、予めキャリブレーションにより取得した歪曲補正パラメータを用いて、各部分画像について画像内の位置に応じて歪曲収差を相殺するようピクセル補間処理を行う。

隣接する測定領域間での画素位置のずれは、１画素に相当する視野内の領域のサイズとステージ１００の移動のピッチとが異なることによって生じる。例えば、2048×1536ピクセルの画素の撮像領域１２４ａで縦２４ｍｍ、横３２ｍｍの視野を撮像する場合、１画素に相当する視野内の領域（ピクセルサイズ）は１辺が約１６μｍの正方形となる。一方、ステージ１００の移動は１画素相当の部分における１辺の長さとは一致しない場合が通常である。このため、ある測定位置で撮像した部分画像において１つの画素内に含まれている部分が、隣接する測定領域で撮像した部分画像においては複数の画素に跨がることが起こり得る。隣接する測定領域間で画素位置にずれがある場合には、単に画素を貼り合わせた場合、貼り合わせの境界部での誤差が大きくなるとともに、合成後の画像の画質が劣化する。そこで、コンピュータシステム１４０は、各部分画像の撮像位置とピクセルサイズとに基づき、各部分画像についてピクセル補完処理を行い、画素位置が一致するよう補正する。

シェーディング処理では、コンピュータシステム１４０は、各部分画像についてシェーディング処理により、隣接する測定領域の部分画像との貼り合わせの境界部付近における明るさの差を低減させる。これにより、イメージステッチ処理により得られる貼り合わせ画像内における明るさムラが軽減される。

上記のような、各部分画像に対する補正により、イメージステッチ後の貼り合わせ画像における画質の劣化を抑制することができる。

続いてコンピュータシステム１４０は、補正が行われた各部分画像を、ラッチ手段１１８に記憶された各部分画像が撮像されたときの撮像位置に基づいて貼り合わせ、全体画像を形成する。隣接する測定領域の部分画像間における重複部分の画素値は、一方の部分画像の値を用いる。なお、他の方法として、重複部分の画素値は、隣接する測定領域の部分画像間における平均値としてもよい。全体画像の画像データは、部分画像の画像群及び各部分画像を撮像した時の撮像情報（位置、露光時間、フォーカス、歪曲歪パラメータ等の補正データ等）と対応付けられ、記憶部４１に格納される。全体画像の画像データは、ディスプレイへのプレビュー画像の表示、測定ツールの適用指示、報告書用の画像等に用いられる。

〔イメージステッチ処理後の測定・解析〕
コンピュータシステム１４０は、イメージステッチ処理により貼り合わせた全体画像をワークの画像ＷＧとしてディスプレイ１４４における第１ウィンドウＷ１内に表示する。そして、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた測定を行う。

〔実施形態の変形〕
本発明は上記の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

例えば、上記の実施形態は２次元画像測定機の例であるが、３次元画像測定機やその他の種類の画像測定機においても本発明は適用可能である。

また、ワークＷに対する照明は、落射照明と透過照明に限定されるものではなく、例えば、リング照明等であってもよい。

また、ワークＷと撮像ユニット１２０とは相対的に移動すればよいので、ステージ１００を固定し、撮像ユニット１２０がＸＹ方向に移動するように構成しても構わない。この場合には、位置取得手段は撮像ユニット１２０からＸＹ方向の位置座標を読み取る。

また、例示した表示画面に示された各ウィンドウの表示形式や表示項目などは、上記説明に限定されるものではない。

また、上記の実施形態では、イメージステッチ処理を用いた測定をオペレータの操作により実行する場合を例に説明したが、予め用意した測定手順を規定するプログラム（パートプログラム）に従い、測定を行うようにしてもよい。

また、測定の内容が上記実施形態で説明したものに限定されないことも当然である。例えば、エッジ検出の他、オートトレース、パターン検索、ワンクリック測定等の様々な測定についても、本発明を適用することが可能である。

また、前述の実施形態またはその具体例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１ 画像測定機
４０ ＣＰＵ
４１ 記憶部
４２ ワークメモリ
４３、４４ インタフェース
４５ 表示制御部
１００ ステージ
１１０ 位置取得手段
１１２ Ｘ軸エンコーダ
１１４ Ｙ軸エンコーダ
１１６ Ｚ軸エンコーダ
１１８ ラッチ手段
１１８ａ カウンタ
１１８ｂ バッファ
１２０ 撮像ユニット
１２２ 光学系
１２４ 撮像手段
１２４ａ 撮像領域
１２４ｂ 線状の領域
１２６、１２６ａ、１２６ｂ 光源
１３０ リモートボックス
１３２ ジョイスティック
１３４ ジョグシャトル
１４０ コンピュータシステム
１４１ コンピュータ本体
１４２ キーボード
１４３ マウス
１４４ ディスプレイ
Ｗ ワーク（測定対象物）

Claims (6)

1. 測定対象物を撮像する撮像手段と、
   前記測定対象物と前記撮像手段とを相対的に移動させる移動手段と、
   前記撮像手段が撮像した位置を取得する位置取得手段と、
   前記移動手段により前記撮像手段を前記測定対象物に対して一定速度で移動させながら、前記撮像手段に前記測定対象物の部分画像を撮像させる制御手段と、
   前記撮像手段により撮像された複数の前記部分画像を、前記位置取得手段が取得した位置情報に基づき貼り合わせて前記測定対象物の全体画像を形成する全体画像形成手段と、
   前記撮像手段と一体的に前記測定対象物に対して移動し、前記撮像手段が撮像する前記測定対象物の部分に光を照射する光源と、
   を備え、
   前記撮像手段は、撮像領域の一部である線状の領域のみが撮像するように設定され、かつ、前記線状の領域の短手方向は、前記測定対象物と前記撮像手段との相対的移動方向と一致し、
   前記制御手段は、前記撮像手段に前記測定対象物の複数の部分画像を連続的に隙間なく撮像させる
   ことを特徴とする画像測定機。
2. 前記撮像領域の全体で撮像するように前記撮像手段の設定を切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の画像測定機。
3. 前記撮像手段は、撮像した部分画像に撮像順を示すインデックスを付して出力するとともに、撮像完了のタイミングでトリガ信号を出力し、
   前記位置取得手段は、
   前記測定対象物が載置されるステージ及び／又は前記撮像手段の位置座標を測定して出力するエンコーダと、
   前記トリガ信号の入力を契機に、前記エンコーダが出力する位置座標を取得し、取得した位置座標に前記撮像順を示すカウント値を付して記憶領域に記憶するラッチ手段と、
   を備え、
   前記全体画像形成手段は、前記撮像順が同じである前記部分画像と前記位置座標とを対応づけることにより、それぞれの前記部分画像の位置を特定して全体画像を形成する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像測定機。
4. 前記制御手段は、前記測定対象物と前記撮像手段との相対的な移動速度を変更可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像測定機。
5. 前記制御手段は、前記測定対象物と前記撮像手段との相対的な移動速度に応じて前記光源の光量を調節することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像測定機。
6. コンピュータを請求項１から５のいずれか１項に記載の制御手段及び全体画像形成手段として機能させるためのプログラム。