JP3984857B2 - Automatic calibration method for magnifying imaging apparatus, magnifying imaging apparatus and calibration tool therefor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物の拡大画像を取得するための光学系及び撮像素子と取得した画像を表示画面に表示する表示部とを備えた拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法、その方法を利用した拡大撮像装置、及びそのキャリブレーション用具に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の拡大撮像装置はビデオマイクロスコープ又はディジタルマイクロスコープと呼称され、精密機械、電子部品、材料、素材、生物関連等、種々の測定対象物の拡大画像を画面上に表示し、目視チェックや計測を行うために使用される。レンズを含む光学系を介して得られた測定対象物の画像はCCD(電荷結合デバイス)等のイメージセンサで電気信号に変換される。その電気信号を処理して得られた測定対象物の画像信号に基づいて、測定対象物のカラー画像がCRT(陰極線管)又はLCD(液晶)等の表示画面に表示される。また、表示画面上の任意の2点間の距離(線分の長さ)や円の半径、任意の3点で決定される角度、複数の任意の点を結ぶ直線で囲まれる面積等を計測して表示画面に表示することができる。
【0003】
上記のような長さや面積の計測を実寸で行うためには、表示画面を構成する画素単位に対応する実寸法をあらかじめ計算しておく必要がある。一画素当りの実寸法は光学系の倍率(及び画面表示の倍率)から計算することができ、この計算又は処理をキャリブレーションという。
【0004】
測定対象物に応じて、あるいは拡大画像の用途に応じて、拡大撮像装置の光学系(レンズユニット)を交換して拡大倍率を変えることが行われる。また、ズームレンズを用いる場合は、光学系の倍率を連続的に変えることができる。光学系の倍率が変化すると、表示画面の1画素当りの実寸法が変化するので、上記のキャリブレーションを再実行する必要がある。
【0005】
大掛かりで高価な拡大撮像装置の中には、レンズ部が現在の光学倍率(ズーム比)を読み取って本体制御部(処理部)にその情報を渡すことにより、本体制御部がキャリブレーションを自動的に行うものがある。この場合は、ズーム操作を行っても表示画面の1画素当りの実寸法が適切に補正されるので、表示画面上での線分の長さや円の半径、閉じた図形の面積等を実寸法に変換して正確に計測することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、比較的安価で小型の拡大撮像装置では、交換レンズに上記のような機能が備えられていないので、レンズを交換するたびにユーザがその光学倍率を設定(入力)してキャリブレーションを再実行させる必要がある。また、ズームレンズを用いてズーム操作を行っている場合は、現在の光学倍率(ズーム比)を正確に知ることができないため、正確なキャリブレーションを行うことができない。
【0007】
また、前述のように、レンズ部が現在の光学倍率(ズーム比)を読み取って本体制御部にその情報を与えることによりキャリブレーションを自動的に行う機能を有する拡大撮像装置であっても、そのような機能を有効にするには専用の交換レンズユニットを使用する必要がある。そのような自動キャリブレーションシステムに対応していない安価な交換レンズユニットを用いた場合は自動キャリブレーションが実行されないので、表示画面上での線分の長さや円の半径、閉じた図形の面積等を実寸法に変換して計測することはできない。
【0008】
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、特別な交換レンズユニットを使用することなく、通常の交換レンズユニットを使用しながら、画面上の一画素当りの実寸法を計算するキャリブレーションを自動的に行う拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法と拡大撮像装置及びそのキャリブレーション用具を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法は、測定対象物の拡大画像を取得するための対物レンズを含むレンズユニットからなる光学系及び撮像素子と、取得した画像を表示画面に表示する表示部と、前記光学系の光軸方向において前記対物レンズと前記測定対象物の間に設けられ、前記光学系の倍率レンジに応じて実寸法の異なる基準スケールと前記基準スケールの各々に対応し前記基準スケールを識別するために前記基準スケールと共に表示された基準マークとが同一面上に表示されたキャリブレーション用具を、前記光学系の焦点が前記基準マーク及び前記基準スケールが表示された前記同一面上に合う位置に位置決めするためのキャリブレーション用具取付部と、前記表示画面の単位画素に対応する実寸法を計算するキャリブレーションを実行する処理装置とを備えた拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法において、前記処理装置が前記撮像素子により得られた画像から前記基準マーク及び前記基準スケールを認識する工程と、認識された前記基準マークの種類に応じて前記倍率レンジを判別する工程と、判別された前記倍率レンジに応じた前記基準スケールの長さに対応する画素数に基いて前記キャリブレーションを自動的に実行することを特徴とする。
【0010】
このような構成によれば、光学倍率(ズーム比)を読み取る機能を有する特別な交換レンズユニットを使用しなくても、通常の交換レンズユニットで正確なキャリブレーションを自動的に行うことができる。例えばズーム操作を行ったときに、あらかじめ準備したキャリブレーション用具を光学系の視野に挿入すれば、自動的にキャリブレーションが実行される。キャリブレーションが完了すればキャリブレーション用具は不要となるので、光学系の視野から抜き取ればよい。こうして、通常の交換レンズユニットでズーム操作を行っても、表示画面上での線分の長さや円の半径、閉じた図形の面積等を実寸法に変換して正確に計測することができるようになる。また、倍率レンジが大きく変化する場合にも基準スケール長さが適当な画素数範囲に収まるようにすることができる。つまり、倍率レンジに応じて実寸法の異なる複数種類の基準スケールを用意し、それを識別するための基準マークを基準スケールと共に表示しておけば、倍率レンジが大きく異なる複数種類の交換レンズユニットを交換しながら測定を行う場合であっても、各交換レンズユニットの倍率レンジに対応する基準マークが表示された基準スケールを用いることにより、正確なキャリブレーションが自動的に行われる。
【0013】
また、本発明の拡大撮像装置は測定対象物の拡大画像を取得するための対物レンズを含むレンズユニットからなる光学系及び撮像素子と、取得した画像を表示画面に表示する表示部と、前記光学系の光軸方向において前記対物レンズと前記測定対象物の間に設けられ、前記光学系の倍率レンジに応じて実寸法の異なる基準スケールと前記基準スケールの各々に対応し前記基準スケールを識別するために前記基準スケールと共に表示された基準マークとが同一面上に表示されたキャリブレーション用具を、前記光学系の焦点が前記基準マーク及び前記基準スケールが表示された前記同一面上に合う位置に位置決めするためのキャリブレーション用具取付部と、前記表示画面の単位画素に対応する実寸法を計算するキャリブレーションを実行する処理装置と、を備えた拡大撮像装置において、前記処理装置は、前記撮像素子により得られた画像から前記基準マーク及び前記基準スケールを認識し、認識された前記基準マークの種類に応じて前記倍率レンジを判別し、判別された前記倍率レンジに応じた前記基準スケールの長さに対応する画素数に基いて前記キャリブレーションを自動的に実行することを特徴とする。
【0014】
このような構成によれば、光学倍率(ズーム比)を読み取る機能を有する特別な交換レンズユニットを使用しないで、通常の交換レンズユニットで正確なキャリブレーションを自動的に行う拡大撮像装置を実現することができる。つまり、ズーム操作を行ったときに、あらかじめ準備したキャリブレーション用具を光学系の視野に挿入すれば、自動的にキャリブレーションが実行される。また、倍率レンジが大きく変化する場合にも基準スケール長さが適当な画素数範囲に収まるようにすることができる。つまり、倍率レンジに応じて実寸法の異なる複数種類の基準スケールを用意し、それを識別するための基準マークを基準スケールと共に表示しておけば、倍率レンジが大きく異なる複数種類の交換レンズユニットを交換しながら測定を行う場合であっても、各交換レンズユニットの倍率レンジに対応する基準マークが表示された基準スケールを用いることにより、正確なキャリブレーションが自動的に行われる。
【0016】
好ましい実施形態において、拡大撮像装置は測定対象物を拡散光で照明するために光学系の先端部に装着される拡散照明アタッチメントを備え、光学系の光軸に対して直角方向からキャリブレーション用具を挿入するための開口が拡散照明アタッチメントの側面に形成されている。
【0017】
上記のような拡大撮像装置に使用される本発明のキャリブレーション用具は、拡散照明アタッチメントの側面に形成された開口から挿入された状態で、先端部には光学系の光軸に対して45度の角度の反射面を有するミラーが取り付けられ、ミラーから光軸と直角方向に離れた基端部には基準スケールが表示された基準スケール面が設けられ、光学系の焦点が基準スケール面に結ぶようにミラーと基準スケール面との距離が設定されていることを特徴とする。
【0018】
このような構成によれば、ズーム操作等によってキャリブレーションの必要が生じたときに拡散照明アタッチメントの側面の開口からキャリブレーション用具を挿入し、キャリブレーションの再実行が必要ないときはキャリブレーション用具を抜き取ることを簡便に行うことができる。
【0019】
更に別の好ましい実施形態では、拡大撮像装置は測定対象物を拡散光で照明するために光学系の先端部に装着される拡散照明アタッチメントを備え、キャリブレーション用具は、拡散照明アタッチメントの先端部に装着されるキャップ状部材の内面に基準スケールが表示されたものである。光学系の焦点面が拡散照明アタッチメントの先端部に位置する場合は、このような簡単な構成の拡散照明アタッチメントを拡散照明アタッチメントの先端部に被せるだけで基準スケールが処理装置によって認識され、自動的に正確なキャリブレーションが実行される。キャリブレーション完了後はキャリブレーション用具を取り外せばよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
図1は、本発明の実施形態に係る拡大撮像装置(ビデオマイクロスコープ)の構成を示すブロック図である。この拡大撮像装置は、測定対象物(以下、ワークという)WKを照明するためのランプ11、イメージセンサ(CCD)20を内蔵するカメラ部12、CCD駆動回路13、処理装置14、表示装置15、インターフェイス16等で構成されている。カメラ部12の先端には光学系であるレンズユニット(交換レンズユニット)19が取り付けられ、その先端には拡散照明アタッチメント17が取り付けられている。
【0022】
ランプから発した照明用の光は、光ファイバ18を通り、レンズユニット19の先端に取り付けられた拡散照明アタッチメント17から出射してワークWKを照明する。ワークWKからの反射光は、レンズユニット19を経てカメラ部12のイメージセンサ20に集光される。イメージセンサ20は、ワークWKの画像情報を含む光の信号を電気信号に変換する。その電気信号はCCD駆動回路13を経て処理装置14に入力される。
【0023】
処理装置14は、画像メモリ21、画像処理手段22、計測手段23を含み、画像処理手段22及び計測手段23はマイクロプロセッサのソフトウェアで構成されている。CCD駆動回路13からの信号は、画像メモリ21に蓄積された後、画像処理手段22が行う二次元フィルタ処理によるエッジ強調等の画像処理を経て、所定の画像信号となる。この画像信号は表示装置15に与えられ、ワークWKの拡大画像が表示装置15の画面に表示される。表示装置15は、例えばSXGA表示(画素数が1280×1024の表示)が可能な高精細液晶モニタ装置で構成される。
【0024】
表示装置15に表示された拡大画像は、インターフェイス16を介して処理装置14に接続されたビデオプリンタ24から印刷出力することができる。ビデオプリンタ24には、例えば昇華熱転写方式のディジタルカラープリンタが用いられ、これによって鮮明で高画質のカラープリントを得ることができる。
【0025】
また、インターフェイス16には補助記憶装置25も接続され、表示装置15に表示された拡大画像をこの補助記憶装置25に記憶して保存することができる。補助記憶装置25には、例えば、フレキシブルディスクと上位互換性のある高密度磁気ディスク装置(スーパーディスク)が用いられる。この高密度磁気ディスク装置は120MByteの記憶容量を有する。画像ファイルは、例えばJPEG形式(圧縮画像データ)又はTIFF形式(非圧縮画像データ)として記録される。スーパーディスク又はフレキシブルディスクに保存された画像ファイルやテキストファイルは、ディスク読み取り装置を備えた他のパーソナルコンピュータ等で読み込んで活用することも可能である。
【0026】
更に、インターフェイス16にはポインティングデバイスとしてのマウス26も接続される。このマウス26は、表示装置15に表示される選択メニューやメッセージに基づいて、拡大撮像装置の各種設定を行い、各種操作を指示するのに用いられる。基本的には、このマウス操作のみによって拡大撮像装置の全機能を利用することができる。
【0027】
計測手段23は、表示装置15に表示された拡大画像上で指示された2点間の距離(線分の長さ)を計測して計測値を表示する処理を行う。線分の長さの他に、曲線の曲率半径、任意の3点で決定される角度、複数の任意の点を結ぶ直線で囲まれる面積等を計測することもできる。画面上で計測に必要な点を指示する際にもマウス26が使用される。また、上記のような長さや面積等を実寸法で計測するために、一画素当りの実寸法を計算するキャリブレーションを計測手段23が実行する。
【0028】
通常、一画素当りの実寸法は、光学系の倍率(及び画面表示の倍率)から計算することができるが、ズームレンズユニットを用いてズーム操作を行っている場合に、現在のズーム比を読み取る機能を有していないズームレンズユニットでは光学系の倍率を正確に決めることができない。本実施形態の拡大撮像装置は、そのような場合でも後述する処理によって正確なキャリブレーションを実行することができる。
【0029】
図2は、レンズユニット19とその先端に装着された拡散照明アタッチメント17を示す図である。図2において、レンズユニット19(光学系)の光軸である中心線AXから左側は外形を示し、右側は断面を示している。円筒状のレンズユニット19の内部空間には複数のレンズからなる光学系が内蔵されているが、図2では対物レンズ19aのみが描かれている。
【0030】
また、レンズユニット19の円筒部材19bには、光ファイバ18が軸方向に貫通するように設けられている。周方向に一定間隔で複数の光ファイバ18が設けられ、レンズユニット19の円筒部材19bの先端部から円環状の照明光が照射されるように構成されている。光ファイバ18の先端から出射した光は、拡散照明アタッチメント17の導光部材35に上面から入射し、円錐面状の内面(下面)から出射する。導光部材35の内面には光拡散面が形成されており、出射した光は矢印線LTで示すようにあらゆる方向に拡散する。拡散照明アタッチメント17を構成する可動リング32の側面には、後述するキャリブレーション用具27が挿入される開口34が形成されている。
【0031】
図3は、キャリブレーション用具27が挿入された状態の拡散照明アタッチメント17を示す図である。拡散照明アタッチメント17は、金属加工品である取付リング31及び可動リング32、そして樹脂加工品である導光部材35を備えている。可動リング32の側面に形成された開口34にキャリブレーション用具27が挿入されている。
【0032】
取付リング31の下部外周面には360度全周にわたって溝31aが形成され、この溝31aに係合する4本の小螺子(頭無し螺子)33が可動リング32に取り付けられている。複数の小螺子33が溝31aに係合した状態で、可動リング32は取付リング31に対して回転自在に構成されている。可動リング32の上部には、径方向に貫通するスリット36が形成されており、このスリット36に遮光板(図示せず)が挿入される。遮光板は、前述した円環状の照明光を部分的に遮る。そして、可動リング32を取付リング31に対して回転させることにより、ワークWKに照明光が当たる方向を調節することができる。
【0033】
導光部材35は透明樹脂(アクリル樹脂等)で作られ、上面の照射光が入射する面35aは光の反射損失を抑えるように研磨されている。外周面にはアルミニウムが蒸着された光反射面35bが形成されている。光反射面35bは、外光が導光部材35の内部に侵入するのを防ぐと共に、導光部材35に入射した照射光LTが外部に漏れる損失を抑える光反射膜として機能する。アルミニウム層の蒸着に代えて、反射フィルムを貼り付け、又は金属カバーを被せることにより光反射面35bを形成しても良い。内周面には前述のように出射する光を拡散させる光拡散面35cが形成されている。
【0034】
拡散照明アタッチメント17の先端部、すなわち導光部材35の先端部35dはワークWKを覆うようにセットされることが多い。そうすることにより、外光の影響を除いて拡散照明アタッチメント17からの光のみがワークWKを照明するようになるので、ワークWKの鮮明な画像が得られる。この場合、レンズユニット19(光学系)の焦点は導光部材35の先端部35d近傍に合わせられることになる。
【0035】
図4は、キャリブレーション用具27の構造例を示す図面である。(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は基準スケール面(内面)29aをそれぞれ示している。
【0036】
キャリブレーション用具27は、図3に示すように拡散照明アタッチメント17の可動リング32の側面に形成された開口34から挿入された状態で、先端部には光学系の光軸AXに対して45度の角度の反射面28aを有するミラー28を備え、ミラー28から光軸AXと直角方向に離れた基端部には基準スケール41が表示された基準スケール面29aを備えている。すなわち、キャリブレーション用具27は、先端部のミラー28と基端部材29とが一対の側面部材27aで接続された枠構造を有し、基端部材29の内面が基準スケール面29aとなっている。
【0037】
基準スケール面29aには、あらかじめ定めた長さの基準スケール41と共に、レンズユニット(光学系)19の倍率レンジに応じてあらかじめ定めた基準マーク42が表示されている。例えば、図4(c)に示すような二重丸の基準マーク42は高倍率ズームレンズを表し、一重丸の基準マークは中倍率ズームレンズを表し、黒丸の基準マークは低倍率レンズを表すといったように、あらかじめ定めた複数の基準マークのうちの一つが基準スケール41と共に基準スケール面29aに表示されている。なお、図4(c)では基準スケール41及び基準マーク42の大きさを誇張して描いている。
【0038】
また、ミラー28と基準スケール面29aとの距離は、図3に破線LPで示すようにミラー28の反射面28aで直角に曲げられる光路によって、レンズユニット(光学系)19の焦点が基準スケール面29aに結ぶように定められている。もちろん、光軸AX方向における可動リング32の側面に形成された開口34の位置が決まれば上記の適切な距離が決まり、光軸AXに対するキャリブレーション用具27の挿入深さには無関係である。
【0039】
本実施形態の拡大撮像装置は、上記のようなキャリブレーション用具27を用いることにより、処理装置14(の計測手段23)が自動的にキャリブレーションを実行する。すなわち、処理装置14はタイマー割り込みによって一定時間ごとに図5に示すような処理を実行し、図3に示すようにキャリブレーション用具27が可動リング32の側面に形成された開口34から挿入されていると、自動的にキャリブレーションが行われる。
【0040】
図5は、処理装置14が自動キャリブレーションのために行うタイマー割り込み処理のフローチャートである。ステップ#101において、イメージセンサ20から得られた画像の中に基準マーク42があるか否かがチェックされる。基準マーク42が無い場合は、キャリブレーション用具27が挿入されていない場合であり、タイマー割り込み処理を終了してメインルーチンに戻る。
【0041】
基準マーク42がある場合は、その基準マーク42に対応する光学系(レンズユニット19)の倍率レンジを判別する(ステップ#102)。続くステップ#103において、基準マーク42の隣に表示された基準スケール41のエッジ(両端)を抽出し、エッジ間の長さ(基準スケール長さ)を計測する(ステップ#104)。すなわち、この長さに対応する画素数が計測される。
【0042】
次のステップ#105で基準スケール長さの計測値(画素数)に変化があったか否かをチェックし、変化が無かった場合はタイマー割り込み処理を終了してメインルーチンに戻る。変化があった場合は、ステップ#102で判別した倍率レンジ及びステップ#104で計測された基準スケール長さに対応する画素数に基づいて、一画素当りの長さ(実寸法)が算出され、設定される(ステップ#106)。例えば、実寸法1mmの基準スケール長さの計測値が200画素であった場合は、1画素当りの実寸法5μmが算出され、設定される。これで自動キャリブレーションが完了し、メインルーチンに戻る。
【0043】
図6は、別の実施形態に係るキャリブレーション用具27の構造例を示す図面である。(a)はキャリブレーション用具27を装着した拡散照明アタッチメント17の断面図であり、(b)はキャリブレーション用具27の基準スケール面(内面)29aを示している。なお、図6(b)では基準スケール41及び基準マーク42の大きさを誇張して描いている。
【0044】
このキャリブレーション用具27は、レンズユニット19の交換等により、キャリブレーションが必要になったときに拡散照明アタッチメント17の先端部(すなわち導光部材35の先端部)に装着する。すなわち、導光部材35の先端部に装着されるキャップ状部材の内面が基準スケール面29aであり、図4に示したキャリブレーション用具27と同様に、基準スケール面29aに基準スケール41及び基準マーク42が表示されている。
【0045】
前述のように、通常はレンズユニット(光学系)19の焦点が導光部材35の先端部近傍に合わせられる。したがって、図6のように導光部材35の先端部にキャリブレーション用具27を装着すれば、その基準スケール面29aに焦点が合い、イメージセンサ20から得られた画像の中に基準スケール41及び基準マーク42が認識されることになる。
【0046】
この実施形態でも、図5を用いて説明した処理装置14が実行する処理により、キャリブレーションが自動的に行われる。但し、図4に示したキャリブレーション用具27と異なり、この実施形態のキャップ状キャリブレーション用具27は、キャリブレーションが必要になったときにのみ拡散照明アタッチメント17の先端部に装着し、キャリブレーションが完了すれば取り外す必要がある。
【0047】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。キャリブレーション用具27は、図4又は図6に例示した構造のものに限るわけではなく、例えば単なるプレートの表面に基準スケール41(及び基準マーク42)を表示したものでもよい。この場合は、通常のワークとWKと同様にして基準スケール41(及び基準マーク42)を撮像すれば、前述のキャリブレーションが実行される。
【0048】
また、図4に示したキャリブレーション用具の構造は最も簡素化した構造の一例に過ぎない。外光の悪影響を回避するには、一対の側面部材27aの間の空間を天板及び底板で覆って箱体形状とすればよい。機械強度を確保するためにも、そのような構造が好ましい。当然のことながら、ミラー28の上方箇所は天板で覆ってしまわないように開口を設けておく必要がある。
【0049】
また、上記の実施形態では、処理装置14がタイマー割り込みによって一定時間ごとに繰り返しキャリブレーションを実行するが、他の実施形態として、光学系の視野にキャリブレーション用具がセットされたときに一度だけキャリブレーションを実行するようにしてもよい。あるいは所定時間だけタイマー割り込みによるキャリブレーションを繰り返し実行するようにしてもよい。例えば、光学系の視野にキャリブレーション用具がセットされたときに、イメージセンサ20から得られた画像を処理装置14が処理して基準スケール41又は基準マーク42を識別したことをトリガーとして上記の処理を自動的に実行することが可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法と拡大撮像装置及びそのキャリブレーション用具によれば、光学倍率を読み取る機能を有する特別な交換レンズユニットを使用しなくても、通常の交換レンズユニットで正確なキャリブレーションを自動的に行うことができる。こうして、通常の交換レンズユニットでズーム操作を行っても、表示画面上での線分の長さや円の半径、閉じた図形の面積等を実寸法に変換して正確に計測することができる。また、倍率レンジが大きく変化する場合にも基準スケール長さが適当な画素数範囲に収まるようにすることができる。つまり、倍率レンジに応じて実寸法の異なる複数種類の基準スケールを用意し、それを識別するための基準マークを基準スケールと共に表示しておけば、倍率レンジが大きく異なる複数種類の交換レンズユニットを交換しながら測定を行う場合であっても、各交換レンズユニットの倍率レンジに対応する基準マークが表示された基準スケールを用いることにより、正確なキャリブレーションが自動的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る拡大撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図2】レンズユニットとその先端に装着された拡散照明アタッチメントを示す図である。
【図3】キャリブレーション用具が挿入された状態の拡散照明アタッチメントを示す図である。
【図4】キャリブレーション用具の構造例を示す図面である。
【図5】処理装置が自動キャリブレーションのために行うタイマー割り込み処理のフローチャートである。
【図6】別の実施形態に係るキャリブレーション用具の構造例を示す図面である。
【符号の説明】
14 処理装置
15 表示装置(表示部)
17 拡散照明アタッチメント
19 レンズユニット(光学系)
20 イメージセンサ(撮像素子)
27 キャリブレーション用具
28 ミラー
29a 基準スケール面
41 基準スケール
42 基準マーク
AX 光学系の光軸
34 開口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention utilizes an automatic calibration method for an enlargement imaging apparatus including an optical system and an imaging device for obtaining an enlarged image of a measurement object and a display unit that displays the obtained image on a display screen, and the method. The present invention relates to an enlargement imaging apparatus and a calibration tool for the same.
[0002]
[Prior art]
This type of magnified imaging device is called a video microscope or a digital microscope, and displays magnified images of various measuring objects such as precision machines, electronic parts, materials, materials, and biological objects on the screen for visual check and Used to make measurements. An image of the measurement object obtained through an optical system including a lens is converted into an electrical signal by an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). Based on the image signal of the measurement target obtained by processing the electrical signal, a color image of the measurement target is displayed on a display screen such as a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal). In addition, the distance between any two points on the display screen (the length of the line segment), the radius of the circle, the angle determined by any three points, the area surrounded by a straight line connecting a plurality of arbitrary points, etc. are measured. Can be displayed on the display screen.
[0003]
In order to measure the length and area as described above in actual size, it is necessary to calculate in advance the actual size corresponding to the pixel unit constituting the display screen. The actual size per pixel can be calculated from the magnification of the optical system (and the magnification of the screen display), and this calculation or processing is called calibration.
[0004]
Depending on the measurement object or the application of the enlarged image, the optical system (lens unit) of the enlargement imaging apparatus is changed to change the enlargement magnification. When using a zoom lens, the magnification of the optical system can be changed continuously. When the magnification of the optical system changes, the actual size per pixel of the display screen changes, so the above calibration needs to be re-executed.
[0005]
In large-scale and expensive magnifying imaging devices, the lens unit reads the current optical magnification (zoom ratio) and passes the information to the main unit control unit (processing unit), which automatically performs calibration. There is something to do. In this case, the actual dimensions per pixel of the display screen are appropriately corrected even if the zoom operation is performed. Therefore, the actual dimensions such as the length of the line segment, the radius of the circle, the area of the closed figure, etc. on the display screen It can be converted to and accurately measured.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a relatively inexpensive and small magnifying image pickup device, the above function is not provided in the interchangeable lens. Therefore, every time the lens is replaced, the user sets (inputs) its optical magnification and recalibrates. It needs to be executed. Further, when a zoom operation is performed using a zoom lens, it is impossible to accurately know the current optical magnification (zoom ratio), and thus accurate calibration cannot be performed.
[0007]
Further, as described above, even if the lens unit is a magnification imaging device having a function of automatically performing calibration by reading the current optical magnification (zoom ratio) and giving the information to the main body control unit, In order to enable such a function, it is necessary to use a dedicated interchangeable lens unit. When an inexpensive interchangeable lens unit that does not support such an automatic calibration system is used, automatic calibration is not executed, so the length of a line segment, the radius of a circle, the area of a closed figure, etc. on the display screen Cannot be converted to actual dimensions.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and calculates the actual size per pixel on the screen while using a normal interchangeable lens unit without using a special interchangeable lens unit. It is an object of the present invention to provide an automatic calibration method for an enlargement imaging apparatus that automatically performs calibration, an enlargement imaging apparatus, and a calibration tool for the enlargement imaging apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An automatic calibration method for a magnifying imaging apparatus according to the present invention includes an optical system and an imaging element including a lens unit including an objective lens for acquiring a magnified image of a measurement object, and a display unit that displays the acquired image on a display screen. When,The reference scale is provided between the objective lens and the measurement object in the optical axis direction of the optical system, and the reference scale corresponds to each of the reference scale and the reference scale having different actual dimensions according to the magnification range of the optical system. In order to identify the calibration tool in which the reference mark displayed together with the reference scale is displayed on the same plane, the optical system is focused on the same plane on which the reference mark and the reference scale are displayed. A calibration tool mounting part for positioning to a position;In an automatic calibration method of an enlargement imaging device comprising a processing device that executes calibration for calculating an actual dimension corresponding to a unit pixel of the display screen,A step of recognizing the reference mark and the reference scale from an image obtained by the image pickup device; a step of determining the magnification range according to the type of the recognized reference mark; The calibration is automatically executed based on the number of pixels corresponding to the length of the reference scale corresponding to the magnification range.It is characterized by that.
[0010]
According to such a configuration, accurate calibration can be automatically performed with a normal interchangeable lens unit without using a special interchangeable lens unit having a function of reading optical magnification (zoom ratio). For example, when a zoom operation is performed, if a calibration tool prepared in advance is inserted into the field of view of the optical system, calibration is automatically executed. Once the calibration is completed, the calibration tool is not necessary and can be extracted from the field of view of the optical system. Thus, even if the zoom operation is performed with a normal interchangeable lens unit, the length of the line segment on the display screen, the radius of the circle, the area of the closed figure, etc. can be converted into actual dimensions and accurately measured. become.Further, even when the magnification range changes greatly, the reference scale length can be set within an appropriate pixel number range. In other words, by preparing multiple types of reference scales with different actual dimensions according to the magnification range and displaying a reference mark for identifying them together with the reference scale, multiple types of interchangeable lens units with greatly different magnification ranges can be obtained. Even when measurement is performed while exchanging, accurate calibration is automatically performed by using a reference scale on which a reference mark corresponding to the magnification range of each interchangeable lens unit is displayed.
[0013]
Further, the magnifying image pickup apparatus of the present invention includes an optical system and an image sensor including a lens unit including an objective lens for acquiring an enlarged image of a measurement object, a display unit that displays the acquired image on a display screen,The reference scale is provided between the objective lens and the measurement object in the optical axis direction of the optical system, and the reference scale corresponds to each of the reference scale and the reference scale having different actual dimensions according to the magnification range of the optical system. In order to identify the calibration tool in which the reference mark displayed together with the reference scale is displayed on the same plane, the optical system is focused on the same plane on which the reference mark and the reference scale are displayed. A calibration tool mounting part for positioning to a position;In a magnifying imaging device comprising: a processing device that executes calibration for calculating an actual dimension corresponding to a unit pixel of the display screen, the processing device includes:Recognizing the reference mark and the reference scale from an image obtained by the image sensor;The magnification range is determined according to the recognized type of the reference mark, and the calibration is automatically performed based on the number of pixels corresponding to the length of the reference scale according to the determined magnification range. It is characterized by doing.
[0014]
According to such a configuration, an enlargement imaging apparatus that automatically performs accurate calibration with a normal interchangeable lens unit without using a special interchangeable lens unit having a function of reading an optical magnification (zoom ratio) is realized. be able to. That is, when a zoom operation is performed, if a calibration tool prepared in advance is inserted into the field of view of the optical system, calibration is automatically executed.Further, even when the magnification range changes greatly, the reference scale length can be set within an appropriate pixel number range. In other words, by preparing multiple types of reference scales with different actual dimensions according to the magnification range and displaying a reference mark for identifying them together with the reference scale, multiple types of interchangeable lens units with greatly different magnification ranges can be obtained. Even when measurement is performed while exchanging, accurate calibration is automatically performed by using a reference scale on which a reference mark corresponding to the magnification range of each interchangeable lens unit is displayed.
[0016]
preferableIn the embodiment, the magnifying imaging device includes a diffuse illumination attachment attached to the tip of the optical system to illuminate the measurement object with diffuse light, and inserts a calibration tool from a direction perpendicular to the optical axis of the optical system. An opening is formed on the side surface of the diffuse illumination attachment.
[0017]
The calibration tool of the present invention used in the above-described enlargement imaging apparatus is inserted through an opening formed on the side surface of the diffuse illumination attachment, and has a tip at 45 degrees with respect to the optical axis of the optical system. A mirror having a reflective surface with a certain angle is attached, and a reference scale surface on which a reference scale is displayed is provided at a base end portion perpendicular to the optical axis from the mirror, and the focal point of the optical system is connected to the reference scale surface. As described above, the distance between the mirror and the reference scale surface is set.
[0018]
According to such a configuration, the calibration tool is inserted from the opening on the side surface of the diffuse illumination attachment when the calibration is necessary due to the zoom operation or the like, and when the calibration re-execution is not necessary, the calibration tool is inserted. Extraction can be easily performed.
[0019]
In yet another preferred embodiment, the magnifying imaging device includes a diffuse illumination attachment attached to the tip of the optical system for illuminating the measurement object with diffuse light, and the calibration tool is attached to the tip of the diffuse illumination attachment. The reference scale is displayed on the inner surface of the cap-shaped member to be mounted. When the focal plane of the optical system is located at the tip of the diffuse illumination attachment, the reference scale is recognized by the processor simply by placing the diffuse illumination attachment with such a simple configuration on the tip of the diffuse illumination attachment. Accurate calibration is performed. After the calibration is completed, the calibration tool can be removed.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an enlargement imaging apparatus (video microscope) according to an embodiment of the present invention. This magnified imaging device includes a lamp 11 for illuminating a measurement object (hereinafter referred to as a workpiece) WK, a
[0022]
The illumination light emitted from the lamp passes through the
[0023]
The
[0024]
The enlarged image displayed on the
[0025]
Further, an
[0026]
Further, a
[0027]
The measuring means 23 performs a process of measuring the distance (the length of the line segment) between the two points indicated on the enlarged image displayed on the
[0028]
Normally, the actual size per pixel can be calculated from the magnification of the optical system (and the magnification of the screen display), but when the zoom operation is performed using the zoom lens unit, the current zoom ratio is read. A zoom lens unit having no function cannot accurately determine the magnification of the optical system. Even in such a case, the magnifying imaging apparatus of the present embodiment can perform accurate calibration by the processing described later.
[0029]
FIG. 2 is a diagram showing the
[0030]
An
[0031]
FIG. 3 is a view showing the diffuse
[0032]
A
[0033]
The
[0034]
The distal end portion of the diffuse
[0035]
FIG. 4 is a diagram showing a structural example of the
[0036]
As shown in FIG. 3, the
[0037]
A
[0038]
Further, the distance between the
[0039]
In the magnifying imaging apparatus of this embodiment, the processing device 14 (the measuring unit 23) automatically executes calibration by using the
[0040]
FIG. 5 is a flowchart of timer interrupt processing performed by the
[0041]
If there is a
[0042]
In the
[0043]
FIG. 6 is a diagram illustrating a structure example of a
[0044]
The
[0045]
As described above, the lens unit (optical system) 19 is usually focused on the vicinity of the tip of the
[0046]
Also in this embodiment, calibration is automatically performed by the processing executed by the
[0047]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to said embodiment, It can implement with a various form. The
[0048]
Further, the structure of the calibration tool shown in FIG. 4 is only an example of the most simplified structure. In order to avoid the adverse effects of external light, the space between the pair of
[0049]
In the above embodiment, the
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the automatic calibration method and the magnification imaging apparatus and the calibration tool of the magnification imaging apparatus of the present invention, even without using a special interchangeable lens unit having a function of reading the optical magnification, Accurate calibration can be automatically performed with a normal interchangeable lens unit. Thus, even when a zoom operation is performed with a normal interchangeable lens unit, the length of a line segment on a display screen, the radius of a circle, the area of a closed figure, and the like can be converted into actual dimensions and accurately measured.Further, even when the magnification range changes greatly, the reference scale length can be set within an appropriate pixel number range. In other words, by preparing multiple types of reference scales with different actual dimensions according to the magnification range and displaying a reference mark for identifying them together with the reference scale, multiple types of interchangeable lens units with greatly different magnification ranges can be obtained. Even when measurement is performed while exchanging, accurate calibration is automatically performed by using a reference scale on which a reference mark corresponding to the magnification range of each interchangeable lens unit is displayed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a magnification imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a lens unit and a diffuse illumination attachment attached to the tip of the lens unit.
FIG. 3 is a diagram showing a diffuse illumination attachment with a calibration tool inserted.
FIG. 4 is a view showing a structural example of a calibration tool.
FIG. 5 is a flowchart of timer interrupt processing performed by the processing device for automatic calibration.
FIG. 6 is a view showing a structural example of a calibration tool according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
14 Processing equipment
15 Display device (display unit)
17 Diffuse lighting attachment
19 Lens unit (optical system)
20 Image sensor (image sensor)
27 Calibration tools
28 Mirror
29a Reference scale surface
41 Reference scale
42 fiducial mark
AX Optical axis of optical system
34 Opening
Claims (7)
取得した画像を表示画面に表示する表示部と、
前記光学系の光軸方向において前記対物レンズと前記測定対象物の間に設けられ、前記光学系の倍率レンジに応じて実寸法の異なる基準スケールと前記基準スケールの各々に対応し前記基準スケールを識別するために前記基準スケールと共に表示された基準マークとが同一面上に表示されたキャリブレーション用具を、前記光学系の焦点が前記基準マーク及び前記基準スケールが表示された前記同一面上に合う位置に位置決めするためのキャリブレーション用具取付部と、
前記表示画面の単位画素に対応する実寸法を計算するキャリブレーションを実行する処理装置と
を備えた拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法において、
前記処理装置が前記撮像素子により得られた画像から前記基準マーク及び前記基準スケールを認識する工程と、
認識された前記基準マークの種類に応じて前記倍率レンジを判別する工程と、
判別された前記倍率レンジに応じた前記基準スケールの長さに対応する画素数に基いて前記キャリブレーションを自動的に実行する工程と、
からなる拡大撮像装置の自動キャリブレーション方法。An optical system and an imaging device including a lens unit including an objective lens for acquiring an enlarged image of the measurement object;
A display unit for displaying the acquired image on the display screen;
The reference scale is provided between the objective lens and the measurement object in the optical axis direction of the optical system, and the reference scale corresponds to each of the reference scale and the reference scale having different actual dimensions according to the magnification range of the optical system. In order to identify the calibration tool in which the reference mark displayed together with the reference scale is displayed on the same plane, the optical system is focused on the same plane on which the reference mark and the reference scale are displayed. A calibration tool mounting part for positioning to a position;
In an automatic calibration method of an enlargement imaging device comprising a processing device that executes calibration for calculating an actual dimension corresponding to a unit pixel of the display screen,
Recognizing the reference mark and the reference scale from an image obtained by the image pickup device by the processing device;
Determining the magnification range according to the type of the recognized reference mark;
Automatically executing the calibration based on the number of pixels corresponding to the length of the reference scale according to the determined magnification range;
An automatic calibration method for an enlargement imaging apparatus comprising:
前記倍率レンジに対応する前記基準マークが表示された前記基準スケールを用いることにより前記キャリブレーションを行うことを特徴とする請求項1記載の自動キャリブレーション方法。By exchanging multiple types of the lens units with different magnification ranges, the magnification range is changed,
2. The automatic calibration method according to claim 1, wherein the calibration is performed by using the reference scale on which the reference mark corresponding to the magnification range is displayed.
取得した画像を表示画面に表示する表示部と、
前記光学系の光軸方向において前記対物レンズと前記測定対象物の間に設けられ、前記光学系の倍率レンジに応じて実寸法の異なる基準スケールと前記基準スケールの各々に対応し前記基準スケールを識別するために前記基準スケールと共に表示された基準マークとが同一面上に表示されたキャリブレーション用具を、前記光学系の焦点が前記基準マーク及び前記基準スケールが表示された前記同一面上に合う位置に位置決めするためのキャリブレーション用具取付部と、
前記表示画面の単位画素に対応する実寸法を計算するキャリブレーションを実行する処理装置と、
を備えた拡大撮像装置において、
前記処理装置は、前記撮像素子により得られた画像から前記基準マーク及び前記基準スケールを認識し、認識された前記基準マークの種類に応じて前記倍率レンジを判別し、判別された前記倍率レンジに応じた前記基準スケールの長さに対応する画素数に基いて前記キャリブレーションを自動的に実行することを特徴とする拡大撮像装置。An optical system and an imaging device including a lens unit including an objective lens for acquiring an enlarged image of the measurement object;
A display unit for displaying the acquired image on the display screen;
The reference scale is provided between the objective lens and the measurement object in the optical axis direction of the optical system, and the reference scale corresponds to each of the reference scale and the reference scale having different actual dimensions according to the magnification range of the optical system. In order to identify the calibration tool in which the reference mark displayed together with the reference scale is displayed on the same plane, the optical system is focused on the same plane on which the reference mark and the reference scale are displayed. A calibration tool mounting part for positioning to a position;
A processing device for performing calibration to calculate actual dimensions corresponding to unit pixels of the display screen;
In a magnifying imaging device comprising:
The processing device recognizes the reference mark and the reference scale from an image obtained by the image sensor , determines the magnification range according to the recognized type of the reference mark, and determines the determined magnification range. An enlargement imaging apparatus, wherein the calibration is automatically executed based on the number of pixels corresponding to the length of the reference scale.
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