JP2864990B2

JP2864990B2 - 広領域高速画像測定装置

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Publication number: JP2864990B2
Application number: JP14729094A
Authority: JP
Inventors: 勝保相川
Original assignee: NIREKO KK
Current assignee: NIREKO KK
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1999-03-08
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JPH0814859A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広領域の画像を高速に
測定する画像測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材中の非金属介在物は、製造過程にお
いて鋼材中にわずかに混入する。鋼材の品質はこの非金
属介在物の組織、大きさ、個数等によって大きく左右さ
れるので出荷検査としてＪＩＳ−Ｇ−０５５５やＡＳＴ
Ｍ−Ｅ４５に規定に基づき顕微鏡検査が行われる。この
ような検査は最近画像処理装置によって行われることが
多くなっている。

【０００３】画像処理装置を用いる場合、顕微鏡で拡大
した撮像をＣＣＤ撮像素子上に投影して、これを電気信
号に変換して画面に表示する。画面上の１画素が試料上
の長さＬと、どう対応するかはＣＣＤ撮像素子の仕様と
顕微鏡の対物レンズの倍率などによって決まる。例え
ば、ＣＣＤ撮像素子として２／３インチのものを用い、
顕微鏡の倍率を２０倍とし、テレビカメラと顕微鏡との
間にアダプタを入れ、端数を調整すると、１画面を例え
ば５００×４８０画素で、１画素はＬ＝０．５μｍを表
すようにすることができる。すなわち、１画面は２５０
μｍ×２４０μｍ＝０．０６ｍｍ²の試料上の面積を表
す。一方ＡＳＴＭの規格には、非金属介在物の検査には
試料の面積１６０ｍｍ²を測定することが決められてお
り、１画面を０．０６ｍｍ²とすると１６０／０．０６
＝２６６７画面を撮像して検査することが必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】１画面を撮像し、得ら
れた画像を解析して非金属介在物を検出するのに３〜４
秒かかる。３秒として２６６７画面処理するには１３３
分も必要となる。なお、顕微鏡の倍率を半分の１０倍に
落とすと測定時間は１／４になるが、検出精度も低下す
る。

【０００５】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、複数の画像を高速に画像処理する広領域画像測定
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、ステージ上の試料の拡大像を得る顕微鏡と、この顕
微鏡に接続されたテレビカメラと、このテレビカメラの
撮像を分配する分配器と、この分配器に接続され、分配
された画像を処理する複数の画像処理装置と、この画像
処理装置の処理結果を入力し編集してとりまとめると共
に、前記ステージの移動指示を顕微鏡に行う制御手段
と、を備え、前記画像処理装置は、１台のマスターとマ
スターの指示によって動作するスレーブよりなり、マス
ターは制御手段からのステージ移動信号に基づき自己お
よびスレーブの画像処理の制御を行うようにしたもので
ある。

【０００７】また、前記制御手段は、前記制御手段は、
顕微鏡より得られる矩形の視野で現在の視野と、この上
下方向の１視野、左右方向の１視野、斜め方向の１視野
で、時計回りまたは反時計回りに並んだ４視野により、
視野移動のサイクルを構成し、１つのサイクルの最後の
視野が次のサイクルの最初の視野と隣接するサイクルを
用いて前記ステージを移動し、前記画像処理装置は４個
の画像処理装置よりなり、前記４個の視野の画像を各画
像処理装置が１画像づつ取り込んで画像処理するように
したものである。

【０００８】

【作用】制御手段よりのステージ移動信号により、ステ
ージを移動し、このステージ上の試料の視野の拡大像を
テレビカメラで撮像する。分配器はこの画像を予め決め
られた順に画像処理装置に入力し、入力された画像処理
装置ではマスターの画像処理装置が制御手段からのステ
ージ移動信号により、自己とスレーブの画像取り込みタ
イミングを指示する。画像取り込み後、画像処理が行わ
れ、この終了をマスターが確認し、制御手段に通知す
る。制御手段はマスターより画像処理終了の通知を受け
ると、次のステージ移動信号を出力する。また、画像処
理装置から処理の終了したデータを入力し、各画像処理
装置からのデータを編集してとりまとめる。

【０００９】制御手段は、ステージ移動信号の内容を顕
微鏡で得られている現在の矩形の視野を基準にこの上下
方向の１視野、左右方向の１視野、斜め方向の１視野
で、時計回りまたは反時計回りに並んだ４視野により視
野移動のサイクルを構成する。このようにすると図３、
４に示すように８通りのサイクルが構成される。同じサ
イクルを繰り返し、また異なるサイクルと組み合わせ
て、１つのサイクルの最後の視野が次のサイクルの最初
の視野と隣接するようにしてステージを高速に移動する
ことができる。画像処理装置は１つのサイクルの４視野
と同じ４台とし、この４視野をそれぞれの画像装置が取
り込んで画像処理を並列に行う。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は実施例の構成を示すブロック図であ
る。１は金属顕微鏡でステージ１Ａ上に試料を載せ、Ｘ
−Ｙ平面を移動するオートステージ機構を有する。また
自動焦点機能も有する。２はテレビカメラで顕微鏡１に
接続され、ＣＣＤ撮像素子を有し、顕微鏡１の撮像を画
像信号に変換して出力する。分配器３は画像信号を後続
する画像処理装置に分配するもので、後述するステージ
移動信号に従って分配先を決定する。画像処理装置ＬＦ
１〜ＬＦ４は入力された画像信号を解析し、非金属介在
物を検出する装置で、詳細構造は後述する。ＬＦ１がマ
スターで、ＬＦ２〜ＬＦ４はスレーブとなり、マスター
ＬＦ１は画像の取り込みタイミングの指示、画像処理終
了の確認等の制御動作をスレーブＬＦ２〜ＬＦ４に対し
て行うと共に自身も画像処理を行う。４は画像処理装置
ＬＦ１〜ＬＦ４で処理した画像を表示する表示器で検出
した非金属介在物等を表示する。

【００１１】制御部ＰＣはパーソナルコンピュータであ
り、画像処理装置ＬＦ１の制御、顕微鏡１のオートフォ
ーカスおよびオートステージの制御を行う。オートステ
ージの制御に当たってはステージ移動信号を後述するオ
ートステージコントローラ９に出力するが、これは同時
に分配器３、画像処理装置ＬＦ１にも出力され、この信
号を基準にそれぞれが動作する。また、制御部ＰＣは、
画像処理装置ＬＦ１〜ＬＦ４の測定結果をとりまとめ、
グラフや数値化して表示器５に表示すると共にプリンタ
６により出力する。入力装置７はキーボードとマウスか
らなり、オペレータが指示や制御部ＰＣとの対話を入力
する。制御部ＰＣと画像処理装置ＬＦ１〜ＬＦ４間はＳ
ＣＳＩバスにより接続されている。ＳＣＳＩ（Small Co
mputer System Interface)は小型のコンピュータと周辺
装置の間の標準的なインタフェースの１つで１本のバス
で最大７台までの周辺装置を接続できる。

【００１２】オートフォーカスコントローラ８は制御部
ＰＣより制御命令を受け、顕微鏡１の焦点調整機構を制
御し、自動的に焦点を合わせる。オートステージコント
ローラ９は制御部ＰＣよりステージ移動信号を受け、測
定試料を載せるステージ１ＡをＸ，Ｙ方向、さらにＸ−
Ｙ面内の回転も行い測定試料の測定位置を定め、顕微鏡
１の視野を決定する。オートフォーカスコントローラ８
およびオートステージコントローラ９の制御結果は制御
部ＰＣにフィードバックされる。

【００１３】図２は画像処理装置ＬＦ１〜ＬＦ４の各々
構成を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換器１１は分配
器３を介してテレビカメラ２からの入力データをアナロ
グからディジタルに変換し、入力バッファ１２はこのデ
ィジタルデータを一時的に格納する。バス１３は信号の
伝達を行いプログラムメモリ１４は本処理装置の動作を
規定するプログラムを格納し、ＣＰＵ１５はこのプログ
ラムに従い全体の制御を行う。画像プロセッサ１６は入
力した画像データの濃淡処理、２値化処理、画像解析を
行い、濃淡画像メモリ１７は濃淡画像データを格納し、
２値化メモリ１８は２値化データを格納する。出力バッ
ファ１９は表示器４へ出力するデータを一旦格納し、Ｄ
／Ａ変換器２０はこの出力データをディジタルよりアナ
ログに変換し、表示器４へ出力する。入出力インタフェ
ース２１はＳＣＳＩバスとのインタフェースを構成す
る。

【００１４】図３、図４は測定する視野を決定し、この
視野となるステージを移動する方法を説明する図であ
る。測定領域を隣接する４個の領域に分け、各領域が１
つの視野となるようにする。４個の領域は１ブロックを
構成し、ブロックが隣接して測定領域を覆うようにす
る。各ブロック内の数字は撮像する視野の移動順序を示
す。この移動順序をサイクルとすると、図３、図４に示
すようにＣ１〜Ｃ８までの８通りのサイクルが得られ
る。これらのサイクルの内、同じサイクルを繰り返し、
また他のサイクルと組み合わせることにより、視野の移
動を短時間で行うことができる。つまり１つのサイクル
の最後の視野に隣接して次のサイクルの最初の視野がく
るようにすれば、ステージの１Ａの移動距離を最短にす
ることができる。

【００１５】図３の（ａ），（ｂ）は全体として視野を
横方向に移動する場合のサイクルの組み合わせを示し、
（ａ）はＣ１とＣ２サイクルを用い、（ｂ）はＣ３とＣ
４のサイクルを用いている。図４の（ａ），（ｂ）は全
体として視野を縦方向に移動する場合のサイクルの組み
合わせを示し、（ａ）はＣ５とＣ６のサイクルを用い
（ｂ）はＣ７とＣ８のサイクルを用いている。

【００１６】図３の（ａ）について説明すると、Ｃ１サ
イクルでＢ１ブロックよりＢ２ブロックへの移動は、Ｂ
１ブロックの４番と、Ｂ２ブロックの１番が隣接してお
り、スムーズに移動する。またサイクルＣ１のＢｎブロ
ックの４番とサイクルＣ２のＢｎ＋１ブロックの１番が
隣接しているので、折り返しもスムーズに移動する。図
３（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）も同様である。

【００１７】次に動作について説明する。図５，図６は
画像処理装置（マスター）ＬＦ１を主体とした動作フロ
ー図である。制御部ＰＣよりステージ移動信号がオート
ステージコントローラ９に発信され、図３に示すＢ１ブ
ロックの第１視野となるようステージが移動するものと
する（Ｓ１）。この第１視野がテレビカメラ２で撮像さ
れ、分配器３によりマスターＬＦ１に取り込まれる（Ｓ
２）。次に第２視野へのステージ移動指示が制御部ＰＣ
より出力され、ステージが移動する（Ｓ３）。ステージ
移動信号を同時に受けたマスターＬＦ１は、スレーブＬ
Ｆ２に対し画像受け入れ可能かを確認し（Ｓ４）、可能
であるとマスターＬＦ１よりスレーブＬＦ２に計測コマ
ンドを発信する（Ｓ５）。スレーブＬＦ２は分配器３よ
り分配された第２視野の画像を取り込み、非金属介在物
の検出、その種類形状、個数等の計測処理を行う（Ｓ
６）。

【００１８】次に第３視野へのステージ移動指示が制御
部ＰＣより出力され、ステージが移動する（Ｓ７）。こ
の指示を同時に受けたマスターＬＦ１よりスレーブＬＦ
３に対し画像受け入れ可能かを問い合わせ（Ｓ８）、可
能であればＬＦ１よりＬＦ３へ計測コマンドを発信する
（Ｓ９）。スレーブＬＦ３は分配器３より分配された第
３視野の画像を取り込み、非金属介在物の測定処理を行
う（Ｓ１０）。次に制御部ＰＣより第４視野へのステー
ジ移動指示が出力され、ステージが第４視野へ移動する
（Ｓ１１）。マスターＬＦ１はこの指示を受けるとスレ
ーブＬＦ４に対して、画像受け入れ可能か問い合わせ
（Ｓ１２）、可能であれば、計測コマンドを発信する
（Ｓ１３）。スレーブＬＦ４は分配器３より分配された
画像を取り込み、非金属介在物の測定を行う（Ｓ１
４）。

【００１９】次に図６に移り、マスターＬＦ１は、スレ
ーブＬＦ２〜ＬＦ４への指示が終了したので、Ｓ２で取
り込んだ第１視野の画像の計測処理を行う（Ｓ１５）。
マスターＬＦ１は計測処理を終了すると各スレーブＬＦ
２〜ＬＦ４に対して計測処理が終了したかを問い合わ
せ、終了を確認する（Ｓ１６）。これにより図３のＢ１
ブロックの測定が終了する。マスターＬＦ１はこの終了
通知を制御部ＰＣに通知すると制御部ＰＣは次のＢ２ブ
ロックの第１視野への移動指示を出力する（Ｓ１７）。
このようにしてＢｎブロックまで、また、そこで折り返
し、Ｂｎ＋１ブロックからＢ２ｎブロックまでの測定を
行う。このようにして最後のブロックまで測定を繰り返
す（Ｓ１８）。

【００２０】このようにして全視野の測定を完了する
と、マスターＬＦ１は制御部ＰＣに対し、計測データを
送信する（Ｓ１９）。次にスレーブＬＦ２に対して計測
データの送信を指示すると、スレーブＬＦ２は計測デー
タを制御部ＰＣへ送信する（Ｓ２０）。この送信が終了
するとマスターＬＦ１はスレーブＬＦ３に対し、計測デ
ータの送信を指示し、この指示によりスレーブＬＦ３は
計測データを制御部ＰＣへ送信する（Ｓ２１）。同様に
マスターＬＦ１はスレーブＬＦ４に対して計測データの
送信を指示すると、スレーブＬＦ４は計測データを制御
部ＰＣへ送信する（Ｓ２２）。このようにしてマスター
ＬＦ１，スレーブＬＦ２〜ＬＦ４からの計測データが制
御部ＰＣへ送信されると、制御部ＰＣではこの計測デー
タを統合し、編集し（Ｓ２３）、その結果を表示器５に
グラフなどで見やすく表示する（Ｓ２４）。

【００２１】次に各スレーブＬＦ２〜ＬＦ４の動作を図
７を用いて説明する。スレーブとしてＬＦ２〜ＬＦ４は
同等の動作をする。画像処理動作をしていないときはマ
スターＬＦ１からのコマンド待ちとなっている（Ｓ３
０）。マスターＬＦ１からの図３のＳ４，Ｓ８，Ｓ１２
で説明した問い掛けに対し、処理作業可能である旨の回
答をすると、Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１３で計測コマンドが送信
され、測定を開始する（Ｓ３１）。まず分配器３より分
配された視野画像を取り込み（Ｓ３２）、２値化、濃淡
処理、形状、寸法計測等を行って、非金属介在物の検
出、測定を行い（Ｓ３３）、測定データを格納する（Ｓ
３４）。次にマスターＬＦ１からのコマンド待ちの状態
に入り（Ｓ３５）、マスターＬＦ１より図５、Ｓ１６の
計測処理終了確認の問い合わせに対し、終了を通知する
（Ｓ３６）。この通知後、画像処理可能を示す「Ready
」を表示をし、Ｓ３０に戻って次のコマンド待ちに入
る。

【００２２】次に図８に示すタイミングチャートにより
画像処理装置ＬＦ１〜ＬＦ４の動作を説明する。（ａ）
ステージ移動信号は制御部ＰＣよりオートステージコン
トローラ９、画像処理装置ＬＦ１、分配器３に発信さ
れ、オートステージコントローラ９によってステージ１
Ａの移動が行われ、順に１つのブロック内の第１視野よ
り第４視野までの移動信号１ａ〜４ａが出力される。移
動信号１ａ〜４ａの立ち上がりでステージ１Ａが移動開
始し、立ち下がり時には、移動は終了している。ステー
ジ１Ａの移動時間は移動距離と移動速度により異なる
が、隣接する一辺の大きさが０．２５ｍｍの領域の場合
には０．１秒程度とすることができる。

【００２３】（ｂ）ＬＦ１測定動作は、マスターＬＦ１
が行う測定動作を示す。信号（ａ）の１ａの立ち下がり
により第１視野の画像を取り入れる。なお、斜線で示す
部分は、各画像処理装置ＬＦ１〜ＬＦ４が画像を取り込
む信号を示す。マスターＬＦ１は第１視野の画像を取り
込んだ後、スレーブＬＦ２〜ＬＦ４への画像取り込み指
示を行うため、自己が取り込んだ画像の測定処理は、こ
れらの指示後に行う。ＬＦ１による画像取り込みが終わ
ると、信号（ａ）の第２視野への移動信号２ａが出力さ
れる。

【００２４】（ｃ）ＬＦ１制御動作はＬＦ１がマスター
としてスレーブＬＦ２〜ＬＦ４を制御する動作を示す。
ＬＦ１からの制御はＳＣＳＩバスを用いて行われ、目的
のスレーブを選択するＳＣＳＩセレクションを行う。こ
の時間は０．２秒程度である。１ｃはスレーブＬＦ２へ
の画像取り込みを指示する信号で、信号（ａ）の第２視
野へのステージ移動信号２ａの立ち下がりによって立ち
上がり、ＳＣＳＩセレクション終了で立ち下がり信号が
スレーブＬＦ２へ伝達される。同様に（ａ）の信号３ａ
の立ち下がりでスレーブＬＦ３への画像取り込みを指示
する信号２ｃが立ち上がり、この立ち下がりでスレーブ
ＬＦ３へ画像取り込み信号が伝達される。信号３ｃも同
様にスレーブＬＦ４への画像取り込み信号となってい
る。

【００２５】（ｄ）ＬＦ２測定動作は、スレーブＬＦ２
の動作を示し、（ｃ）ＬＦ１制御動作の信号１ｃ立ち下
がりにより、第２視野の画像を斜線範囲で取り込み、計
測動作に移る。（ｅ）ＬＦ３測定動作は（ｃ）ＬＦ１制
御動作の信号２ｃにより第３視野の画像を取り込み、計
測動作を行い、（ｆ）ＬＦ４測定動作は（ｃ）ＬＦ１制
御動作の信号３ｃにより第４視野の画像を取り込み、計
測動作をすることを表す。

【００２６】（ｃ）ＬＦ１制御動作に示す時間ｔは、画
像取り込みの時間を示す。１フレームの取り込みは１／
３０秒であるが、ノイズ除去のために４〜１６フレーム
取り込んで平均化して良質の画像を得るようにしている
ので、ｔは０．３秒程度となっている。

【００２７】マスターＬＦ１は（ｂ）ＬＦ１測定動作に
おいて、自己の計測が終了すると（ｃ）ＬＦ１制御動作
の４ｃ信号によりスレーブＬＦ２，ＬＦ３，ＬＦ４に対
して計測処理が終了したかを問い合わせ、終了を確認す
る。制御部ＰＣはこの４ｃの立ち下がりによって次のブ
ロックの第１視野へのステージ移動信号１ａ′を出力
し、次のブロックの測定が開始される。

【００２８】次にこのように並列処理する場合の処理時
間について説明する。図８に示すタイミングチャートで
並列処理した場合の並列処理時間Ｔは次式で表される。Ｔ＝Ｍ＋２Ｃ（Ｎ−１）＋ＳＮ＋３ｔ ……（１）ここで、Ｍ：画像処理装置１台の測定処理時間Ｎ：画像処理装置の台数Ｃ：ＳＣＳＩセレクション時間で図８の１ｃの時間Ｓ：オートステージにより次の視野までの移動時間ｔ：図８で示したｔで画像取り込みの余裕時間図８の場合について具体的数値（Ｍ＝３秒、Ｎ＝４台，
Ｃ＝０．２秒，Ｓ＝０．１秒，ｔ＝０．３秒）を（１）
式に代入するとＴ＝５．５秒，つまり４台で４視野の測
定処理を５．５秒で実施することができる。これを先に
説明した２６６７画面の処理に適用すると２６６７×
５．５／４＝３６６７秒、つまり６１分になり、１台の
画像処理装置で測定する場合の１３３分に比べ約１／２
の時間となる。このように並列処理すると相互間の連絡
等のため、１台当たりの処理時間は長くなるが全体の処
理時間は大幅に短縮される。

【００２９】実施例では隣接する４視野の画像を１ブロ
ックとして４台の画像処理装置で処理する場合について
説明したが、隣接する２視野を１ブロックとし２台の画
像処理装置で処理するようにしてもよい。また鋼材中の
非金属介在物の測定を例として説明したが、これに限定
されるものではなく、１台の撮像装置により指定面積の
領域を検査又は測定するために多数の区域に分割して各
々拡大した画像を得て画像解析を行い、広域の指定領域
全体のデータを得る場合に適用できる。

【００３０】１台の撮像装置と４台の画像解析装置を用
いる代わりに画素数が４倍の１台の撮像装置と画像解析
装置を用いた場合を比較すると、各画素について２５６
段階すなわち８ビットのデータを得て解析すると、例え
ば８ビット、１０２４×１０２４ピクセルの解析に比べ
８ビット、５１２×５１２ピクセルの解析はデータが１
／４であるから解析は短時間でできる。これを４台並列
に操作するので解析時間は著しく短縮できる。勿論４台
でなく８台でもよいが、５１２×５１２ピクセルを４台
用いると大略１０００×１０００の座標が得られて便利
である。走査方法は図３（ａ）のように左のブロックか
ら右のブロックへ走査して、帰路は右のブロックから左
のブロックへ走査してもよいが、４台で隣接する視野を
走査するので、図３（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）に示し
たように右から左の後、左から右、上から下の後に続い
て下から上、下から上の後、上から下のいずれでもよ
い。また１ブロック内の走査方法も４台で隣接する視野
を次々に走査するなら８種類の中のどれでもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は複数の画像処理装置を並列に動作させることにより広
い領域にわたる多数の視野の画像を高速に測定処理する
ことができる。また、４視野の画像を１ブロックとし、
４台の画像処理装置を用いると効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】画像処理装置の構成を示すブロック図である。

【図３】測定する試料の視野を決定する方法を説明する
図である。

【図４】測定する試料の視野を決定する方法を説明する
図である。

【図５】実施例の動作フロー図である。

【図６】図５に続く実施例の動作フロー図である。

【図７】各スレーブの動作フロー図である。

【図８】実施例のタイミングチャートである。

【符号の説明】

１顕微鏡１Ａステージ２テレビカメラ３分配器４，５表示器６プリンタ７入力装置８オートフォーカスコントローラ９オートステージコントローラＬＦ１〜ＬＦ４画像処理装置ＰＣ制御部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージ上の試料の拡大像を得る顕微鏡
と、この顕微鏡に接続されたテレビカメラと、このテレ
ビカメラの撮像を分配する分配器と、この分配器に接続
され、分配された画像を処理する複数の画像処理装置
と、この画像処理装置の処理結果を入力し編集してとり
まとめると共に前記ステージの移動指示を顕微鏡に行う
制御手段と、を備え、前記画像処理装置は、１台のマスターとマスターの指示
によって動作するスレーブよりなり、マスターは制御手
段からのステージ移動信号に基づき自己およびスレーブ
の画像処理の制御を行うことを特徴とする広領域高速画
像測定装置。
【請求項２】前記制御手段は、顕微鏡より得られる矩
形の視野で現在の視野と、この上下方向の１視野、左右
方向の１視野、斜め方向の１視野で、時計回りまたは反
時計回りに並んだ４視野により、視野移動のサイクルを
構成し、１つのサイクルの最後の視野が次のサイクルの
最初の視野と隣接するサイクルを用いて前記ステージを
移動し、前記画像処理装置は４個の画像処理装置よりなり、前記
４個の視野の画像を各画像処理装置が１画像づつ取り込
んで画像処理することを特徴とする請求項１記載の広領
域高速画像測定装置。