JP3922000B2 - 一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラインCCD撮像素子をもつカメラを用いた一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術の撮像装置は2次元CCD撮像素子をもつカメラとズームレンズを用いて一定周期パターンを持つ平面状被写体の一定周期(ピッチ)とCCD撮像素子の1画素周期(ピッチ)が1対1の比率で一致するようにズーム比を変化させ、一括撮像して画像を得るというものである。
【0003】
又別の撮像装置では、カメラと被写体との距離を複数段の距離に切替え可能なレンズを介して、ラインCCD撮像素子上に投影された一定周期パターンを持つ平面状被写体のY方向のピッチがラインCCD撮像素子のY方向の撮像素子のピッチのほぼ整数倍となるように最適倍率を選択し、前記倍率にするため撮像レンズと被写体の距離を固定する。
【0004】
次に、ラインCCD撮像素子よりの出力データを読み取りながら一定周期パターンを持つ平面状被写体をラインCCD撮像素子に対して直角方向(X方向)に同じ距離を移動させ撮像する画像を蓄積、保存する記録系統部内に2次元の中間データとして蓄積する。
【0005】
前記2次元の中間データの座標位置と輝度情報データを基に同一のパターンの画素のみを抽出し、合成して同一パターンのみの画像を再合成するというものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記の2次元CCD撮像素子をもつカメラを用いた場合には撮像レンズの収差に起因するCCD撮像素子上の画像の歪みによって画像全域において、一定周期パターンのピッチとCCD撮像素子のピッチとを一致させることは不可能であり、モアレ縞を完全に除去することはできない。
【0007】
又、使用するカメラに用いた2次元のCCD撮像素子の数によって撮影可能な一定周期パターンをもつ被写体が制限されるという問題がある。
【0008】
別方法のラインCCD撮像素子を用いた場合は、一定周期パターンをもつ被写体のパターンピッチが、CCD撮像素子の1撮像周期の間に投影像が移動する距離の整数倍とならないため中間データでの一定周期パターンのX方向の画像において位相にばらつきが生じる。
【0009】
一定周期パターンの位相にばらつきが発生するため、一定周期パターンをもつ被写体より同一パターンの画像のみを抜き出す演算を高精度に行うことができない。そのために求める画像の品質を劣化させる原因となる。
【0010】
特定の一定周期パターンをもつ被写体に対して、ラインCCD撮像素子のピッチの整数倍になるように設定することは可能である。しかし一般的には一定周期パターンをもつ被写体のピッチが各被写体毎に異なっており、一般的には整数倍にならないという問題が発生する。
【0011】
上記の問題に対して、ラインCCD撮像素子の画像を読み出すクロック速度を早くするか、若しくはステージ移動速度を遅くするかいずれかの方法で一定周期パターンをもつ被写体のX方向のピッチに対してラインCCD撮像素子のX方向のピッチ比を大きくすれば(撮像の倍率の拡大)、一定周期パターンをもつ被写体より同一パターンの画像のみを抜き出す演算の精度は向上するが、ラインCCD撮像素子の画像を読み出すクロック速度には技術上及び実用上の制限があり、またステージ移動速度も無制限に遅くはできない。このため、実用の範囲では画像の品質劣化は避けられない。
【0012】
上述の問題を解決するための本発明の課題は、一定周期パターンを持つ平面状被写体より同一パターンの画像のみを抜き出す場合、一定周期パターンのピッチ及びCCD撮像素子のピッチとの干渉によるモアレ縞や、画像の品質を劣化させずに撮像する装置を提供することにある。又装置のスループットに影響する問題を解消することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の請求項1に係る発明は、ベースと、下端がベースに固着された複数の柱と、柱の上端に固着されたXY方向の駆動部の上端に、ステージの上面に対向するように上下のZ方向の駆動部を介して固着されたラインCCD撮像素子を持つカメラと、ベース上の中央に固着された平面状被写体を載置するX方向とY方向に移動するステージから構成され、前記カメラがステージに載置する平面状被写体の任意の一部分を撮像するために、カメラとステージとを平行にX、Y方向に相対移動させる第1の駆動機構と、カメラとステージに載置する平面状被写体との距離を上下のZ方向に移動させる第2の駆動機構と、ステージの近傍に配置する平面状被写体を透過及び反射の照明する照明系統部と、装置の近傍に配置するカメラのシャッターの開閉及び第1と、第2の駆動機構が所定の作動を行う制御系統部と、装置全体を作動させる駆動系統部と、後述の動作を行う記録系統部とからなり、
撮像時には、レンズを介して前記ラインCCD撮像素子上に投影された、一定周期パターンを持つ平面状被写体のY方向のピッチPyが、ラインCCD撮像素子のY方向のピッチdの整数倍となるように、撮像の倍率Qを合わせるため前記第2の駆動機構を用いてカメラの位置をZ方向に上下に調整移動した後、レンズを介して前記ラインCCD撮像素子上に投影された、一定周期パターンを持つ平面状被写体のX方向のピッチPxが、ラインCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離wの整数倍となるように、前記第1の駆動機構を用いてカメラの位置をX方向に移動させながら、1ラインずつの撮像を繰返しておこない、
前記記録系統部が、下記(a)〜(e)の動作を行うことを特徴とする、一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置としたものである。
【0015】
(a)一定周期パターンを持つ平面状被写体のピッチおよび原点座標位置を、予め登録しておく。
(b)前記1ラインずつの撮像ごとに得られた1ラインの画像を、蓄積保存する。
(c)前記1ラインずつの撮像ごとに、カメラと一定周期パターンを持つ平面状被写体との間の相対位置を記録する。
(d)1ラインの画像を蓄積保存することにより、前記平面状被写体の2次元画像を得る。
(e)前記2次元画像、および前記2次元画像の座標位置のデータ、および撮像の倍率Q、および一定周期パターンを持つ平面状被写体のピッチおよび原点座標位置、およびカメラと一定周期パターンを持つ平面状被写体との間の相対位置から、同一のパターンの画素のみを抽出し、合成して同一パターンのみの画像を得る。
【0016】
本発明の請求項2に係る発明は、前記撮像装置における前記カメラと被写体とは連続、若しくは間欠動作にて相対移動することを特徴とする請求項1に記載の一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置である。
【0017】
【作用】
本発明の撮像装置により、一定周期パターンを持つ平面状被写体の一定周期パターンのピッチがラインCCD撮像素子のピッチの整数倍となる画像を得ることが可能となる。この画像より同一パターンの画像のみを単純な演算によって、品質精度の劣化無しで求めることが可能となる。これにより同一パターンの画像のみを抽出し、同一パターンの画像のみから構成される画像を再構成することが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の、実施の形態に沿って以下に詳細に説明する。図1は、本発明の一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置の一実施の形態を示す部分平面図である。
【0019】
ベース16と、下端がベースに固着された複数の柱と、柱の上端に固着されたXY方向の駆動部の上端に、ステージの上面に対向するように上下のZ方向の駆動部を介して固着されたラインCCD撮像素子を持つカメラ12と、ベース上の中央に固着された平面状被写体を載置するX方向とY方向に移動するステージ15とから構成されている。
【0020】
前記カメラ12がステージに載置する平面状被写体13の任意の一部分を撮像するために、カメラとステージを平行にX、Y方向に相対移動させる第1の駆動機構10と、カメラとステージに載置する平面状被写体との距離を上下のZ方向に移動させる第2の駆動機構11から構成される。
【0021】
次に、装置の近傍に配置するカメラのシャッターの開閉及び第1と、第2の駆動機構の所定の作動を行う制御系統部8によって装置の動作の制御をおこなう。
【0022】
次に、ステージの近傍に配置する平面状被写体を透過及び反射光の照明する照明系統部7と、予め登録するデータ、及び撮像した画像を蓄積、保存する記録系統部9と、装置全体を作動させる駆動系統部6よりなることを特徴とする一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置である。
【0023】
本発明の撮像装置において、まず第2駆動機構はY方向の被写体、及びY方向のラインCCD撮像素子の両ピッチを合わせるために撮像する倍率をきめるものである。
【0024】
次に、第1駆動機構はX方向の被写体ピッチ、及びX方向のラインCCD撮像素子の1撮像周期の間に投影像が移動する距離の整数倍に合わせるために、X方向の所定の距離の移動を繰り返す動作を制御するものである。
【0025】
本発明の撮像装置においては、その他、撮像の環境の制御と、撮像する画像の保存及び装置全体の動作制御する役割をそなえている。なお、撮像動作は連続移動させて撮像してよいし、間欠移動させて行ってもよい。
【0026】
次に、図2は撮像装置のカメラのシャッターの開閉及び第1と、第2の駆動機構の所定の作動を行う制御系統部のフロー図である。
【0027】
〈s1〉記録系統部9に予め登録しておいた被写体13のY方向のピッチPyが、ラインCCD撮像素子のY方向のピッチdの整数倍になるように撮像の倍率Qを演算する。
【0028】
〈s2〉上記撮像の倍率Qにするために、被写体とカメラの距離を計算する。
【0029】
〈s3〉第2の駆動機構11の駆動手段を用いて、上記の距離の所定の位置までカメラの位置を移動する。
【0030】
〈s4〉上記の撮像の倍率を固定する。
【0031】
〈s5〉次に、記録系統部9に予め登録しておいた被写体のX方向のピッチPx、および前記撮像の倍率Qに基づいて、被写体のX方向のピッチPxがラインCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離wの整数倍になるようにカメラの1撮像周期の間の被写体のX方向の移動距離woを演算する。
【0032】
〈s6〉第1の駆動機構の駆動手段を用いて、撮像を開始する所定の位置にカメラを移動する。
【0033】
〈s7〉カメラのシャッターを1回開閉し、1ライン分の画像を撮像する。
【0034】
〈s8〉撮像した1ライン分の画像を記録系統部9に蓄積、保存する。
【0035】
〈s9〉第1の駆動機構の駆動手段を用いて、上記のカメラの1撮像周期の間の被写体のX方向に移動距離woだけ移動する。
【0036】
〈s10〉撮像する範囲内であれば、s7に戻り、撮像する範囲外であれば次のステップs11に進む。
【0037】
〈s11〉被写体の撮像を終了する。
【0038】
ステップs8で行われる1ラインの撮像ごとに、その撮像時のカメラと被写体の相対位置を、記録系統部9の記録手段に記録しておく。
【0039】
ステップs6〜s11の動作により、記録系統部9の記録手段には1ライン分の画像が複数個、蓄積保存された状態になっている。記録系統部9は、それらを撮像順に2次元的に並べることにより、被写体の2次元画像を構成し、記録系統部9の記録手段に保存する。
【0040】
図3に示すように、CCD撮像素子を持つカメラのY方向の視野幅Doが被写体の幅より小さく、被写体の全面の画像が得られない場合には視野幅方向に複数台のCCD撮像素子を持つカメラを並べることによって、被写体の全面の画像を得られる。
【0041】
別の方法として、図3に示すように、XY方向に移動する第1駆動機構の駆動手段を用いて、X方向に帯状の画像を得た後に、Y方向の視野幅方向に所定の距離Doまで移動して、次の帯状の画像を得るというステップアンドレピート方法により、被写体の全面の画像を得る方法もある。
【0042】
図2に示す撮像のフロー図のs1(被写体13のY方向のピッチPy、ラインCCD撮像素子のY方向のピッチdの整数倍になるように撮像の倍率を演算)を図3を用いて詳細に説明する。
【0043】
予め登録のY方向のピッチPyのデータと、CCD撮像素子のY方向のピッチのデータ(d)に基づいて、整数値(N)を変化させて、下記の(1)式を満足するように、撮像の倍率(Q)演算し、予め標準化した方法によって最適の倍率を1つ選択する。
Q =(N*d)/Py ―――――(1)
【0044】
前記倍率によって撮像する画像は被写体のY方向のピッチPyがCCD撮像素子のY方向のピッチdの整数倍となり、精度が高い画像が得られる。
【0045】
図2に示す撮像のフロー図のs5(被写体のX方向のピッチPx、ラインCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離w、前記撮像の倍率Qに基づいて、被写体のX方向のピッチPxがラインCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離wの正数倍になるようにカメラの1撮像周期の間の被写体のX方向の移動距離woを演算する。)を図3を用いて詳細に説明する。
【0046】
予め登録の被写体のX方向のピッチPxのデータと、CCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離のデータwと、前記固定した撮像の倍率Qに基づいて、任意の整数値(T)を変化させて、1撮像周期の間の被写体のX方向の移動距離(wo)が下記の(2)、(3)、(4)式を満足するように演算する。(k)は計算により算出する実数である。
k =(Px*Q)/w ―――――(2)
k ≦ T < k+1 ―――――(3)
wo = Px /T ―――――(4)
【0047】
1撮像周期の間の被写体のX方向の移動距離woを用いて撮像する画像は被写体のX方向のピッチPxがCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離wの整数倍となり、精度が高い画像が得られる。
【0048】
以上の詳細な説明によりカメラの倍率Qと、カメラの1撮像周期の間に被写体のX方向の移動距離woとが自動的に演算ができた。そのため前記撮像するY方向、及びX方向の範囲内において、被写体ピッチがラインCCD撮像素子のピッチ、若しくは1撮像周期間の投影像の移動距離の整数倍となり、撮像する画像はXY方向共に精度の高い画像が得られる。(図3に表示参照)
【0049】
このような動作の繰り返しにより、記録系統部9の記録手段には1ライン分の画像が複数個、蓄積保存されるので、記録系統部9はそれらを撮像順に2次元的に並べることにより、被写体の2次元画像を構成し、記録系統部9の記録手段に保存する。
【0050】
また、1ラインの撮像ごとに、その撮像時のカメラと被写体の相対位置が、記録系統部9の記録手段に記録される。
【0051】
また、記録系統部9には、一定周期パターンを持つ平面状被写体のピッチ(PyおよびPx)および原点座標位置が、予め登録されている。ここで平面状被写体の原点座標位置は、平面状被写体上の任意の点に設定することが出来るが、実用的には前記2次元画像の四隅のいずれか1ドットに対応する点に設定することが多い。
【0052】
例えば、前記2次元画像の左下端の1ドットが、平面状被写体の原点座標位置と対応しているものとする。
【0053】
次に、撮像の倍率Q、各1ラインの撮像時のカメラと被写体の相対位置がわかっていれば、前記2次元画像の中の任意の(x1、y1)番目のドットが、平面状被写体のどの位置に対応しているか、計算によって求めることは容易である。
【0054】
更に、平面状被写体の一定周期パターンのピッチ(PyおよびPx)がわかっているので、前記2次元画像の中の任意の(x1、y1)番目のドットに対応している、平面状被写体の位置には、一定周期パターンのうちのどのパターンがあるのかを計算によって求めることが出来る。
【0055】
上記演算に基づいて、記録手段に保存された2次元画像から一定周期パターンのうち同一パターン部分のみの画像を再構成することができる。
【0056】
【実施例】
次に、本発明の、以下に具体的な実施例に従って説明する。
【0057】
<実施例1>
被写体13の対向する面上の任意の位置にカメラ12を移動可能な第1駆動機構の駆動手段を用いて移動することができる。被写体13はステージの所定の場所に載置され、該被写体13の上面又は下面近傍に設置した照明用の光源14によって照明されている。前記照明系統部は透過又は反射光による撮像が可能となる。カメラを所定の位置に移動させ、所定の照明環境、例えば反射光等の準備が完了した。
【0058】
次に、予め登録の一定周期パターンを持つ平面状被写体の一定周期パターンのY方向のピッチを用いて、ラインCCD撮像素子のピッチの整数倍となる撮像倍率を演算し、移動距離を演算し、第2駆動機構の駆動手段を用いて、前記カメラと被写体との距離を所定の位置まで移動し、レンズの撮像の倍率を固定した。
【0059】
次に、図3に示す、第1駆動機構の駆動手段により、被写体の端部の撮像開始点に移動する。
【0060】
次に、カメラの撮像する時間周期と、ラインCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間の投影像が移動する距離と、一定周期パターンを持つ平面状被写体の一定周期パターンのX方向のピッチと、撮像するレンズの倍率から、被写体の一定周期パターンのX方向のピッチを最適な整数により分割する距離がカメラの1撮像周期の間の被写体がX方向に移動する距離となるよう演算する。
【0061】
次に、前記演算の結果を用いて、被写体がX方向に移動する距離、及び1回の撮像する時間周期と、作動するシャッター開閉を指示する。前記の指示により1回のシャッターの開閉による1ライン分の画像の撮像と、X方向に前記所定の距離までの移動を実行する。
【0062】
上記の作動を繰り返して、撮像された1ライン分の画像が順次、記録系統部へ送信される。次に順次記録系統部の蓄積、保存の手段を用いて、被写体全体を2次元画像として記録した。被写体のどの位置が前記2次元画像のどの座標のドットに対応しているかについても、計算により求めることが出来た。
【0063】
図4(a)〜(b)は得られた画像の一例の模式図であり、撮像時のカメラと被写体の相対位置と、撮像の倍率Qと、予め登録した被写体の一定周期パターンのピッチと原点座標位置から、一定周期パターンの被写体の2次元画像内で、抽出したいパターンの箇所に対応しているドットの位置座標を演算して得て、抽出する過程を示したものである。
【0064】
例えば、図4(a)では、一定周期パターン中の抽出したいパターン部分は、X方向に5ドット目から幅2ドットであり、ピッチは6ドットで記録されていることが演算により判明した場合を示す。この情報を基に抽出したいパターン部分に該当するドットのみを抜き出した場合の模式図が図4(b)で、1ピッチ毎に5ドットめ及び6ドットめのみを抽出した状態を示している。
【0065】
次に、図4(c)に示す様に、1ピッチ毎に1ドットめ〜4ドットめまでの空白部分を詰めることにより抽出したいパターン部分のみから構成した画像が再構成された。
【0066】
図5(a)〜(c)は千鳥状に2次元に一定周期パターンが配置された被写体から得られた画像を示す一例の模式図である。
【0067】
この場合でも図4の場合と同様の手順で一定周期パターン中の抽出したいパターン部分のみの画像が再構成された。
【0068】
【発明の効果】
本発明の撮像装置によれば被写体の一定周期パターンのピッチがCCD撮像素子のピッチに対して正確に整数倍となる画像を得ることができ、該画像により一定周期パターン中の抽出したいパターン部分が撮像されている画像部分を簡単に単純な演算により精度良く求めることができる。これにより一定周期パターン中の所望のパターン部分の画像部分のみを抽出し、抽出したいパターン部分のみの画像から構成される画像を再構成することができる。以上によりモアレ縞や画像品質の劣化のない高品質の画像が得られるという効果がある。又本装置の提供により装置のスループットも高いレベルに維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置の一例の部分斜視側断面図である。
【図2】本発明の撮像装置に用いる撮像のフロー図である。
【図3】本発明の撮像装置の1撮像周期の撮像を説明する一例の模式図である。
【図4】(a)〜(c)は本発明の撮像装置を用いて撮像した画像の一例の模式図で、(a)は全体の画像で、(b)は特定の同一パターンを抽出した画像で、(c)同一パターンのみ再構成の画像である。
【図5】(a)〜(c)は本発明の撮像装置を用いて撮像した画像の一例模式図で、(a)は全体の画像で、(b)は特定の同一パターンを抽出した画像で、(c)同一パターンのみ再構成の画像である。
【符号の説明】
1…一定周期パターン
2…平面状被写体
3…ラインCCD撮像素子
4…画像
5…同一パターン
6…駆動系統部
7…照明系統部
8…制御系統部
9…記録系統部
10…第1駆動機構
11…第2駆動機構
12…カメラ
13…被写体
14…照明
15…ステージ
16…ベース
Claims (2)
- ベースと、下端がベースに固着された複数の柱と、柱の上端に固着されたXY方向の駆動部の上端に、ステージの上面に対向するように上下のZ方向の駆動部を介して固着されたラインCCD撮像素子を持つカメラと、ベース上の中央に固着された平面状被写体を載置するX方向とY方向に移動するステージから構成され、前記カメラがステージに載置する平面状被写体の任意の一部分を撮像するために、カメラとステージとを平行にX、Y方向に相対移動させる第1の駆動機構と、カメラとステージに載置する平面状被写体との距離を上下のZ方向に移動させる第2の駆動機構と、ステージの近傍に配置する平面状被写体を透過及び反射の照明する照明系統部と、装置の近傍に配置するカメラのシャッターの開閉及び第1と、第2の駆動機構が所定の作動を行う制御系統部と、装置全体を作動させる駆動系統部と、後述の動作を行う記録系統部とからなり、
撮像時には、レンズを介して前記ラインCCD撮像素子上に投影された、一定周期パターンを持つ平面状被写体のY方向のピッチPyが、ラインCCD撮像素子のY方向のピッチdの整数倍となるように、撮像の倍率Qを合わせるため前記第2の駆動機構を用いてカメラの位置をZ方向に上下に調整移動した後、レンズを介して前記ラインCCD撮像素子上に投影された、一定周期パターンを持つ平面状被写体のX方向のピッチPxが、ラインCCD撮像素子のX方向の1撮像周期の間に投影像が移動する距離wの整数倍となるように、前記第1の駆動機構を用いてカメラの位置をX方向に移動させながら、1ラインずつの撮像を繰返しておこない、
前記記録系統部が、下記(a)〜(e)の動作を行うことを特徴とする、一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置。
(a)一定周期パターンを持つ平面状被写体のピッチおよび原点座標位置を、予め登録しておく。
(b)前記1ラインずつの撮像ごとに得られた1ラインの画像を、蓄積保存する。
(c)前記1ラインずつの撮像ごとに、カメラと一定周期パターンを持つ平面状被写体との間の相対位置を記録する。
(d)1ラインの画像を蓄積保存することにより、前記平面状被写体の2次元画像を得る。
(e)前記2次元画像、および前記2次元画像の座標位置のデータ、および撮像の倍率Q、および一定周期パターンを持つ平面状被写体のピッチおよび原点座標位置、およびカメラと一定周期パターンを持つ平面状被写体との間の相対位置から、同一のパターンの画素のみを抽出し、合成して同一パターンのみの画像を得る。 - 前記撮像装置における前記カメラと被写体とは連続、若しくは間欠動作にて相対移動することを特徴とする請求項1に記載の一定周期パターンを持つ平面状被写体の撮像装置。
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