JP4248216B2 - 画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系によって得られた被測定物の画像から被測定物の寸法や形状を測定する画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法に関する。詳しくは、白黒電荷結合素子（白黒ＣＣＤ）で撮影した撮影画像をカラー画像に合成する画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
光学系によって被測定物の測定部位を光学的に結像し、その像を観察するための光学顕微鏡や、像から被測定物の形状や寸法等を検査、測定するための画像処理型測定機、例えば、測定顕微鏡、工具顕微鏡、投影機、三次元画像測定機等が知られている。これらの三次元画像測定機等では、被測定物の画像を鮮明に得ることが必須条件であり、この条件を満たすために、被測定物の撮影に白黒ＣＣＤ（白黒電荷結合素子）を用いることが行われる。
撮影に白黒ＣＣＤを使用した場合、高い分解能（解像度）で画像が得られるため、被測定物上の点、線、円等の位置検出を高い精度で測定することができ、しかも低価格ですむ。これに対して、カラーＣＣＤを使用した場合、被測定物の光反射率の表面物性と色彩の両方の情報を含んでいるため、画像信号の明るさの違いや色の違いを利用して、光反射率や色の異なる領域の境界線を観察したり、特定の色の領域を観察したりすることができる。従って、よりリアルな画像を映すことで、被測定物の状態を明確に把握することができる。
従来、被測定物の画像を得るため、白黒ＣＣＤを用いて、カラー画像で観察するという技術思想の下に開発されたものの一つとして、例えば、スキャナ装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７７５３４号公報（第２、３頁、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１のスキャナ装置では、フラットベッド上に置かれた原稿に対して、赤、緑および青色の像を生成するためのカラーＬＥＤアレイから光が照射され、これらの光は、フラットベッドで反射された後、レンズモジュールで結像され、これらの赤、緑および青色の像は、白黒ＣＣＤで赤、緑および青色の像の信号として変換される構成となっている。
前記スキャナ装置では、フラットベッド上に置かれた原稿に対して、常に同一条件で、つまり、それぞれ、赤、緑および青色が持つ色合いで照明光を照射している。そのため、照明のばらつきや、カラーＬＥＤアレイの経時変化により、赤、緑および青色の比率が変化したときや、原稿に応じて照明光の明るさを変えたとき等に対応できず、その結果、色バランスが崩れやすく、合成色の色が一定にならないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、白黒ＣＣＤを使用して色バランスがよく合成色の色が一定のカラー画像を得ることができる画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の画像測定機のカラー画像作成装置は、次の構成を採用する。
本発明の請求項１に記載の画像測定機のカラー画像作成装置は、赤色、緑色、青色の照明光を選択的に出力可能な照明光学系を有し、この照明光学系からの照明光を被測定物に照射して得られる被測定物の画像から被測定物の寸法や形状を測定する画像測定機のカラー画像作成装置において、前記被測定物の画像を電気信号に変換する白黒電荷結合素子と、前記被測定物に赤色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる赤色画像電気信号データ、前記被測定物に緑色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる緑色画像電気信号データ、および、前記被測定物に青色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる青色画像電気信号データをそれぞれ記憶する画像電気信号データ記憶手段と、前記画像電気信号データ記憶手段に記憶された赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成してカラー画像とする際のカラーバランス比率を予め設定記憶したカラーバランス比率記憶手段と、前記カラーバランス比率記憶手段に記憶されたカラーバランス比率に基づいて、前記画像電気信号データ記憶手段に記憶された赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成する画像電気信号データ合成手段と、を備え、前記照明光学系は、前記白黒電荷結合素子の光路前段に設けられた対物レンズの光軸の回りに配置され、赤色、緑色、青色の発光色を有する３種類からなる複数の発光素子を光源として備え、前記光源を構成する発光素子のうち同一種類の発光素子群は、前記光軸と略直交する同一の平面内に、当該光軸の周囲に沿ってリング状に配列され、前記発光素子の発光方向前方には、当該発光素子から出射され、互いに異なる発光色を有する出射光を合成し、所定の色合いを有する照明光を生成するミラー群が設けられ、前記生成された照明光の進行方向前方には、当該照明光を前記光軸に沿った所定の位置に集光する反射鏡が設けられ、前記発光色が異なるリング状に配列された発光素子群は、互いに前記光軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置され、かつ、発光方向を前記光軸から離れる方向へ向けて配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この本発明によれば、白黒電荷結合素子で撮影された被測定物の画像をカラー画像にする際に、赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを基に、予め設定され各色ごとの標準の照度となったカラーバランス比率に基づいて合成されるので、各色照明光の明るさの違い（差異）等に影響されずに合成することができる。従って、白黒電荷結合素子で撮影した画像を色バランスがよく合成色の色が一定となったよりリアルな画像で映すことができるようになって観察がしやすくなり、その結果、被測定物の形状等を明確に把握することができる。
また、例えばカラーＣＣＤカメラでは、ＣＣＤ上に設置されたカラーフィルター、または３ＣＣＤカメラにおけるプリズムブロック等により、赤色、緑色、および青色に分光されるため、その分、画面が暗くなるが、本発明では、カラーフィルターやプリズムブロックを使用しないので、明るい画像を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の画像測定機のカラー画像作成装置は、請求項１に記載のカラー画像作成装置において、前記カラーバランス比率記憶手段のカラーバランスの比率は、白色の対象物上で、前記赤色、緑色、青色をそれぞれ照射して得られる赤色データ、緑色データ、および、青色データのグレースケールの平均がほぼ同じとなるように演算して求められるものであることを特徴とするものである。
この構成によれば、それぞれの色についてグレースケールの平均がほぼ同じとなるようにカラーバランスの比率が求められ、常に各色の濃さを一定にすることができるので、被測定物へ照明光を照射する際の各色照明の明るさの違い（差異）、被測定物に応じて照明光の明るさを変えたとき等にも柔軟に対応でき、その結果、赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成する際に、常に合成色の色を一定にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像測定機のカラー画像作成装置の好適な実施形態を挙げ、図面に基づいて詳しく説明する。
図１には、画像測定機１が示されており、この画像測定機１は、本発明のカラー画像作成装置５１（図５参照）を備えて構成されている。カラー画像作成装置５１は、白黒電荷結合素子である白黒ＣＣＤカメラ１１（図５参照）で撮影した被測定物であるワークＷの画像をカラーに合成して、カラーで観察できるようにしたものである。
【００１３】
まず、画像測定機１を説明する。画像測定機１は、測定機本体２と、測定機本体２に設けられた照明光学系を有する撮像ユニット１０と、測定機本体２等を制御する制御装置５０と、測定結果を表示するＣＲＴ等の表示部５７（図５参照）とを備え、撮像ユニット１０で得られたワークＷの画像から当該ワークＷの寸法や、エッジ部等の形状を測定し、表示することができるようになっている。
【００１４】
測定機本体２は基台４を備え、この基台４上には、上面に前記ワークＷを載置するテーブル３が設けられている。テーブル３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向（図１中、紙面直交方向；奥行き方向）に駆動される。また、基台４の両側縁ほぼ中央部には、上方に延びる支持アーム５が設けられ、これらの支持アーム５には、その両上端部にＸ軸ガイド６が架けわたされている。Ｘ軸ガイド６の例えば前面には、前記撮像ユニット１０が設けられている。撮像ユニット１０は、図示しないＸ軸駆動機構によって、Ｘ軸ガイド６に沿ってＸ軸方向（Ｙ軸方向と直交方向；左右方向）に駆動される。
【００１５】
撮像ユニット１０の内部には、図１には図示しないがワークＷの画像を電気信号に変換する前記白黒ＣＣＤカメラ１１（図５参照）が設けられ、この白黒ＣＣＤカメラ１１の下方には対物レンズ７が設けられている。そして、この対物レンズ７は、前記テーブル３の上面と対向している。また、撮像ユニット１０の内部には、照明光学系を構成するリング照明装置１５（図２〜４参照）の他、フォーカシング機構（図略）および白黒ＣＣＤカメラ１１のＺ軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向と垂直面内で直交する方向；上下方向）の位置を移動させるＺ軸駆動機構（図略）が設けられている。
【００１６】
前記リング照明装置１５は、図２〜４に示すような構造となっている。
すなわち、リング照明装置１５は、画像測定機１の前記テーブル３上のワークＷを照らす照明に用いられ、前記対物レンズ７に取り付けられている。リング照明装置１５は、対物レンズ７を囲み、当該対物レンズ７の光軸７Ａの回りに全体リング状に形成されたケース１６と、このケース１６の内側で対物レンズ７に近接する側に取り付けられた光源ボックス１７とを備えて構成されている。光源ボックス１７の内部には、光源としての複数の発光ダイオード２０と、ミラー群３０とが設けられ、光源ボックス１７の回りには、集光するための反射鏡４０が配置されている。また、図３中対物レンズ７は、ワークＷと所定の測定距離を離して垂直方向の位置を決められており、この際、対物レンズ７に取り付けられたリング照明装置１５と、ワークＷとの距離（作動距離）に応じた照明角度θ１でワークＷに照明光を照射している。
【００１７】
ケース１６は、金属板材等から加工され、その中央部を図３中上下に貫通するレンズ挿通孔１６Ａを備えて、図３中下方に開口したリング状に形成されている。ケース１６のレンズ挿通孔１６Ａは、対物レンズ７を余裕を持って挿通できる内径寸法を備えており、ケース１６には、対物レンズ７を挿通した状態でリング照明装置１５を対物レンズ７に取り付けるための図示しない取付部が設けられている。この取付部としては、例えば、対物レンズ７に向かって進退可能に支持された３本のねじが適用できる。
【００１８】
光源ボックス１７は、ケース１６と同様の金属板材等から加工され、略矩形の角部が面取りされた平面略八角形状の箱状部材であり、対物レンズ７から離れた側の４面には、光軸７Ａと略直交する平面に沿ったスリット１８が設けられている。
光源ボックス１７の内部には、３種類の発光色（赤色；Ｒ色、緑色；Ｇ色、青色；Ｂ色）を有する発光ダイオード２０が、それぞれの種類ごとに配列されている。各色の発光ダイオード２０は、光軸７Ａに沿って、赤色発光ダイオード２１、緑色発光ダイオード２２および青色発光ダイオード２３が、図３中上から順に所定の間隔を隔て、かつ、それぞれが光軸７Ａと略直交する平面内に、光軸７Ａを中心として平面略矩形状に配列されている。赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３は、平面略矩形状の各辺に沿って７個ずつ並べられ、それぞれが各辺に略直交し光軸７Ａから離れる方向に発光方向を向けて配置されている。
各色の発光ダイオード２０は、発光する照明光の発散角が所定の角度（例えば、２０°）になるよう発光方向先端に集光レンズが取り付けられたもので、図示しない制御回路および電源に接続されている。
【００１９】
各色の発光ダイオード２０の発光方向前方には、３種類のミラー３１，３２，３３から構成されるミラー群３０が配置されており、それぞれのミラー３１，３２，３３は、略長方形の平板状に形成され、それらの長手方向が赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３の列と略平行にされ、長手方向の長さが平面略矩形状に配列された発光ダイオード２０の各辺の長さと略等しくされている。また、ミラー３１，３２，３３は、光軸７Ａに沿った断面方向に関して、光軸７Ａと略４５°傾斜して設置されている。
【００２０】
ミラー３１は、反射ミラーであり、赤色発光ダイオード２１から出射された出射光を光軸７Ａに沿ってワークＷの方向へ反射するように設置されている。
ミラー３２，３３はそれぞれ、ダイクロイックミラーであり、所定の波長より短い波長の光を反射し、当該所定の波長より長い波長の光を透過する特性、または所定の波長より短い波長の光を透過し、当該所定の波長より長い波長の光を反射する特性を有している。すなわち、ミラー３２，３３は、光の波長に応じた反射から透過、または、透過から反射の特性移行の回数が所定の波長における１回のみのダイクロイックミラーである。
【００２１】
ミラー３２は、ミラー３１で反射された赤色の光を透過し、緑色発光ダイオード２２から出射された赤色の光よりも波長の短い緑色の出射光を光軸７Ａに沿ってワークＷの方向へ反射するように設置されている。
ミラー３３は、ミラー３２を透過した赤色の光およびミラー３２で反射された緑色の光を反射し、青色発光ダイオード２３から出射された赤色や緑色の光よりも波長の短い青色の出射光を透過するように設置されている。
【００２２】
ミラー３３で反射された赤色および緑色の光と、ミラー３３を透過した青色の光とが、合成された照明光の進行方向、すなわち、光軸７Ａと略直交する平面上で光軸７Ａから離れる方向の前方には、反射鏡４０が設置されている。この反射鏡４０は、光源ボックス１７の平面矩形状の各辺とケース１６との間に設けられ、ケース１６内に設けられた図示しない駆動装置によって、光軸７Ａに沿って光源ボックス１７との相対位置を移動可能とされている。
【００２３】
反射鏡４０は、金属製の反射鏡本体４１からなり、光軸７Ａと対向する側の側面が鏡面仕上げされ、光を反射する反射面４２とされている。この反射面４２は、照明光をワークＷの方向へ反射するように、光軸７Ａに沿った断面方向に関して、光軸７Ａから離れる方向に凸状の曲率が形成されている。また、光軸７Ａと略直交する平面方向に関しても、略矩形状に配列された発光ダイオード２０の発光方向と略平行に、光軸７Ａから離れる方向に進行する照明光を、光軸７Ａの方向へ反射するように、光軸７Ａから反射鏡４０までの距離の略２倍の半径を有し、光軸７Ａから離れる方向に凸状の曲率が形成されている。
【００２４】
以上のリング照明装置１５は次のように操作される。
まず、ワークＷの大きさや形状、測定範囲に応じて設定される測定距離に対物レンズ７を位置調整し、リング照明装置１５を対物レンズ７に取り付ける。
ワークＷの色合いに応じて、照明光の色合いを調節するには、光源として配列された赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３のうち、適切な色の発光ダイオード２０を選択し、点灯または消灯制御を行う。
すなわち、赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３を全て点灯すれば、ミラー群３０によって合成される照明光は白色となり、いずれか１色のみを点灯すれば、当該１色の照明光となる。また、赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３のうち、いずれか２色を選択し点灯すれば、当該選択された２色が合成された照明光となる。さらに、選択したいずれかの発光ダイオード２１，２２，２３を部分的に点灯または消灯すれば、中間色の照明光を合成することもできる。
【００２５】
また、リング照明装置１５は、ワークＷの被測定面の形状により適切な照明角度を考慮し、例えば、表面に凹凸の多いワークＷにおいて凹凸のエッジを検出したい場合には大きな照明角度θ２に設定する調節手段を備えている。すなわち、照明装置本体としてのケース１６および光源ボックス１７に対して相対移動可能に取り付けられた反射鏡４０を、図３中二点鎖線で示すように、光軸７Ａに沿ってワークＷから離れる方向へ移動するとともに、対物レンズ７へのリング照明装置１５の取付位置をワークＷに近い位置とする。このようにすることで、光源ボックス１７のミラー群３０で合成され、光源ボックス１７のスリット１８を通過した照明光は、反射鏡４０の反射面４２の中でワークＷに近い位置、つまり、曲率が設けられた反射面４２の光軸７Ａに対する傾斜角度の小さい位置で反射される。従って、反射された照明光は、光軸７Ａに対して大きな照明角度θ２でワークＷに照射されることとなる。
【００２６】
前記制御装置５０は、図５に示すような構成となっている。
すなわち、制御装置５０は前記画像測定機のカラー画像作成装置５１を含み構成され、カラー作成装置５１は、中央処理装置（ＣＰＵ）５２と、このＣＰＵ５２に接続された画像電気信号データ記憶手段５３、カラーバランス比率記憶手段５４、画像電気信号データ合成手段５５を備えて構成されている。
カラー作成装置５１によるカラー合成は、図６の模式図に示すように、光学ユニット１０を含み構成される光学部Ａの、赤色発光ダイオード２１による照明光、緑色発光ダイオード２２による照明光、および青色発光ダイオード２３による照明光を照射したとき、撮影・合成部Ｂの白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成して１枚のカラー画像６４とするものである。
【００２７】
ＣＰＵ５２には、カラー作成装置５１とともに前記制御装置５０を構成する表示制御部５６が接続され、この表示制御部５６を経由して合成されたカラー画像がＣＲＴ等の表示部５７に表示されるようになっている。
なお、画像電気信号データ記憶手段５３には、インターフェース（Ｉ／Ｆ）５７を介して前記白黒ＣＣＤカメラ１１が接続されている。
【００２８】
画像電気信号データ記憶手段５３には、図７に示すように、ワークＷに赤色発光ダイオード２１による照明光を照射したときに白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる赤色画像電気信号データ６５、ワークＷにＧ色発光ダイオード２２による照明光を照射したときに白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる緑色画像電気信号データ６６、および、ワークＷにＢ色発光ダイオード２３による照明光を照射したときに白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる青色画像電気信号データ６７が、それぞれ記憶・保存されている。
【００２９】
赤色画像電気信号データ６５では、前述のように、赤色発光ダイオード２１により赤色の照明を当てたとき、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された白黒画像６１において、他に比べて明るい左上略１／３の部分６５Ａが、カラーバランス比率に基づいて合成されるとき、赤色となる部分である。従って、３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成してカラー画像６４を作成したとき、図７の下部に示すように当該部分６５Ａが赤色となって表現されることになる。
緑色撮影画像６６では、緑色発光ダイオード２２により緑色の照明を当てたとき、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された白黒画像６２において、左上方および上上方に比べてやや明るい下側略１／３の部分６６Ａが、カラーバランス比率に基づいて合成されるとき、緑色となる部分である。従って、３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成してカラー画像６４を作成したとき、当該部分６６Ａが緑色となって表現されることになる。
青色撮影画像６７では、青色発光ダイオード２３により青色の照明を当てたとき、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された白黒画像６３において、他に比べて明るい右上略１／３の部分６７Ａが、カラーバランス比率に基づいて合成されるとき、青色となる部分である。従って、３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成してカラー画像６４を作成したとき、当該部分６７Ａが緑色となって表現されることになる。
【００３０】
前記カラーバランス比率記憶手段５４には、前記画像電気信号データ記憶手段５３に記憶された前記赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７を合成する際のカラーバランス比率が保存されている。このカラーバランスの比率は、後でも述べるように、白色の対象物上で、前記赤色、緑色、青色の照明光をそれぞれ照射して得られる赤色データ、緑色データ、および、青色データのグレースケールの平均がほぼ同じとなるように演算して求められる。
【００３１】
前記カラーバランス比率記憶手段５４に記憶される赤色、緑色、青色のカラーバランスの比率は、図８に示すような手順によって求められる。
すなわち、まずステップ１（Ｓ１）でスタートして、Ｓ２で、リング照明装置１５の赤色発光ダイオード２１、緑色発光ダイオード２２および青色発光ダイオード２３により、赤色、緑色、青色の各発光色を照射できるようにリング照明装置１５を白い紙の上に移動させ、Ｓ３で、赤色の照明を当てた画像データを作成するとともに、制御装置５０の前記ＣＰＵ５２の記憶部に保存する。引き続き、Ｓ４で、緑色の照明を当てた画像データを作成するとともに、上記ＣＰＵ５２の記憶部に保存し、Ｓ５で、青色の照明を当てた画像データを作成するとともに、上記ＣＰＵ５２の記憶部に保存する。次に、Ｓ６で、各画像データにおける赤、緑、青各色のグレースケール（白と黒との間の灰色の全領域を表示するために、白と黒との割合を変化させた一連の色のない色調）の平均が同じになる比率、つまり、カラーバランス比率を計算して求め、Ｓ７で終了する。
ここで、カラーバランス比率の決め方の一例として、赤、緑、青各色の各グレースケール（平均）値のうち、最も低い（暗い）画像の値を１とし、他は、その最も低い画像の値に対する比率として求める方法がある。このようにすることにより、広い階調の合成画像を得ることができる。
【００３２】
また、カラーバランス比率を求めるのは、赤、緑、青各色は、それぞれ１画素ごとに８ｂｉｔ（２５６色）の色情報を有しているので、リング照明装置１５により赤色、Ｇ色、Ｂ色の発光色をそれぞれ照射したとき、画像データの中に、照明のばらつき等によりグレースケールの違いを生じることがある。そこで、赤、緑、青各色ごとに、画像全体の平均が同じとなるようにしておく必要があるからである。さらに、ワークＷに応じて照明光の明るさを変えたときに、各照明光が一定の割合で明るさが変化するとは限らないため、設定した明るさでカラーバランス比率を求める必要があるからである。
【００３３】
画像電気信号データ合成手段５５は、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された３枚の白黒画像６１，６２，６３を、カラーバランス比率記憶手段５４に記憶されている赤色、緑色、青色のカラーバランスの比率に基づいて、画像電気信号データ記憶手段５３に保存されている赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７からカラー画像６４を合成するものである。
【００３４】
画像電気信号データ合成手段５５によるカラー画像の合成方法は、図９に示すような手順によって行われる。
すなわち、まずステップ１（Ｓ１）でスタートして、Ｓ２で、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された画像の合成したい範囲を指定する。ここで、合成したい範囲を指定する方法は、始点と終点とを撮影し、表示している画面上に始点と終点とを指定することにより行われる。例えば、現在見ている範囲内で指定すると、指定したその範囲が合成される。また、一度で指定できないようなもっと広い範囲を指定したい場合は、測定機１を駆動し白黒ＣＣＤカメラ１１を移動して指定する。そして、この場合には、合成される画像は、複数枚が順次撮像されることになる。
【００３５】
次に、Ｓ３で、赤色発光ダイオード２１により赤色の照明を当てて作成した赤色画像電気信号データ６５を画像電気信号データ記憶手段５３に保存する。引き続き、Ｓ４で、Ｇ色発光ダイオード２２によりＧの照明を当てて作成した緑色画像電気信号データ６６を画像電気信号データ記憶手段５３に保存し、Ｓ５で、Ｂ色発光ダイオード２３によりＢの照明を当てて作成した青色画像電気信号データ６７を画像電気信号データ記憶手段５３に保存する。次いで、Ｓ６で、赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６および青色画像電気信号データ６７の３枚のデータを順次取り込み、カラーバランス比率記憶手段５４に記憶される赤色、緑色、青色のカラーバランスの比率に基づいてカラー合成し、Ｓ７で終了する。
【００３６】
本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影されたワークＷの白黒画像をカラー画像に合成する際に、赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７を基に、予め設定され各色ごとの標準の照度となったカラーバランス比率に基づいて合成されるので、各色照明光の明るさの違い等に影響されずに合成することができる。従って、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影した画像を色バランスがよく合成色の色が一定となったよりリアルな画像で映すことができるようになって観察がしやすくなり、その結果、被測定物の形状等を明確に把握することができる。
【００３７】
(2) 白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影されたワークＷの白黒画像が、赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７を基に合成されるので、例えばカラーＣＣＤカメラで、ＣＣＤ上に設置されたカラーフィルタ、または３ＣＣＤカラーカメラで使用されるプリズムブロックのために画面が暗くなるという問題が生じることなく、明るい画像を得ることができる。
【００３８】
(3) 赤色、緑色、青色の照明光は、当該赤色、緑色、青色のそれぞれの発光色を有する３種類の発光ダイオード２０で構成されているので、その特長である高速応答性や長寿命性等を備えた光源とすることができるとともに、応答性が高速なので、リアルタイムでのカラー画像を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明は前述の実施形態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ものである。
例えば、前述の実施形態では、リング照明装置１５を撮像ユニット１０に設けられた対物レンズ７に取り付けたが、これに限らず、測定装置等の本体や測定台に取り付けてもよく、また、これらの測定装置等とは別にリング測定装置を支持する部材を設け、この部材に取り付けてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法によれば、白黒電荷結合素子で撮影された被測定物の画像をカラー画像にする際に、赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを基に、予め設定され各色ごとの標準の照度となったカラーバランス比率に基づいて合成されるので、各色照明光の明るさの違い等に影響されずに合成することができる。従って、白黒電荷結合素子で撮影した画像を色バランスがよく合成色の色が一定となったよりリアルな画像で映すことができるようになって観察がしやすくなり、その結果、被測定物の形状等を明確に把握することができる。
また、例えばカラーＣＣＤカメラでは、ＣＣＤ上に設置されたカラーフィルター、または３ＣＣＤカメラにおけるプリズムブロック等により、赤色、緑色、および青色に分光されるため、その分、画面が暗くなるが、本発明では、カラーフィルターやプリズムブロックを使用しないので、明るい画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像測定機を示す正面図である。
【図２】前記実施形態に係るリング照明装置を示す斜視図である。
【図３】前記実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【図４】前記実施形態に係るリング照明装置の底面図である。
【図５】前記実施形態に係る画像作成装置を含む制御装置を示すブロック図である。
【図６】前記実施形態に係る画像作成装置を示す模式図である。
【図７】前記実施形態に係る画像作成装置のカラー合成を示す模式図である。
【図８】前記実施形態に係る画像作成装置のカラーバランス比率を求める手順図である。
【図９】前記実施形態に係る画像作成装置のカラー合成の手順図である。
【符号の説明】
１ 画像測定装置
７ 対物レンズ
１０ 撮像ユニット
１１ 白黒ＣＣＤカメラ（白黒電荷結合素子）
１５ リング照明装置（照明光学系）
２０ 発光ダイオード
２１ 赤色発光ダイオード
２２ 緑色発光ダイオード
２３ 青色発光ダイオード
５０ 制御装置
５１ カラー画像作成装置
５２ ＣＰＵ
５３ 画像電気信号データ記憶手段
５４ カラーバランス比率記憶手段
５５ 画像電気信号データ合成手段
６１〜６３ 白黒画像
６４ カラー画像
６５ 赤色画像電気信号データ
６６ 緑色画像電気信号データ
６７ 青色画像電気信号データ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系によって得られた被測定物の画像から被測定物の寸法や形状を測定する画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法に関する。詳しくは、白黒電荷結合素子（白黒ＣＣＤ）で撮影した撮影画像をカラー画像に合成する画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
光学系によって被測定物の測定部位を光学的に結像し、その像を観察するための光学顕微鏡や、像から被測定物の形状や寸法等を検査、測定するための画像処理型測定機、例えば、測定顕微鏡、工具顕微鏡、投影機、三次元画像測定機等が知られている。これらの三次元画像測定機等では、被測定物の画像を鮮明に得ることが必須条件であり、この条件を満たすために、被測定物の撮影に白黒ＣＣＤ（白黒電荷結合素子）を用いることが行われる。
撮影に白黒ＣＣＤを使用した場合、高い分解能（解像度）で画像が得られるため、被測定物上の点、線、円等の位置検出を高い精度で測定することができ、しかも低価格ですむ。これに対して、カラーＣＣＤを使用した場合、被測定物の光反射率の表面物性と色彩の両方の情報を含んでいるため、画像信号の明るさの違いや色の違いを利用して、光反射率や色の異なる領域の境界線を観察したり、特定の色の領域を観察したりすることができる。従って、よりリアルな画像を映すことで、被測定物の状態を明確に把握することができる。
従来、被測定物の画像を得るため、白黒ＣＣＤを用いて、カラー画像で観察するという技術思想の下に開発されたものの一つとして、例えば、スキャナ装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７７５３４号公報（第２、３頁、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１のスキャナ装置では、フラットベッド上に置かれた原稿に対して、赤、緑および青色の像を生成するためのカラーＬＥＤアレイから光が照射され、これらの光は、フラットベッドで反射された後、レンズモジュールで結像され、これらの赤、緑および青色の像は、白黒ＣＣＤで赤、緑および青色の像の信号として変換される構成となっている。
前記スキャナ装置では、フラットベッド上に置かれた原稿に対して、常に同一条件で、つまり、それぞれ、赤、緑および青色が持つ色合いで照明光を照射している。そのため、照明のばらつきや、カラーＬＥＤアレイの経時変化により、赤、緑および青色の比率が変化したときや、原稿に応じて照明光の明るさを変えたとき等に対応できず、その結果、色バランスが崩れやすく、合成色の色が一定にならないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、白黒ＣＣＤを使用して色バランスがよく合成色の色が一定のカラー画像を得ることができる画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の画像測定機のカラー画像作成装置は、次の構成を採用する。
本発明の請求項１に記載の画像測定機のカラー画像作成装置は、赤色、緑色、青色の照明光を選択的に出力可能な照明光学系を有し、この照明光学系からの照明光を被測定物に照射して得られる被測定物の画像から被測定物の寸法や形状を測定する画像測定機のカラー画像作成装置において、前記被測定物の画像を電気信号に変換する白黒電荷結合素子と、前記被測定物に赤色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる赤色画像電気信号データ、前記被測定物に緑色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる緑色画像電気信号データ、および、前記被測定物に青色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる青色画像電気信号データをそれぞれ記憶する画像電気信号データ記憶手段と、前記画像電気信号データ記憶手段に記憶された赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成してカラー画像とする際のカラーバランス比率を予め設定記憶したカラーバランス比率記憶手段と、前記カラーバランス比率記憶手段に記憶されたカラーバランス比率に基づいて、前記画像電気信号データ記憶手段に記憶された赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成する画像電気信号データ合成手段と、を備え、前記照明光学系は、前記白黒電荷結合素子の光路前段に設けられた対物レンズの光軸の回りに配置され、赤色、緑色、青色の発光色を有する３種類からなる複数の発光素子を光源として備え、前記光源を構成する発光素子のうち同一種類の発光素子群は、前記光軸と略直交する同一の平面内に、当該光軸の周囲に沿ってリング状に配列され、前記発光素子の発光方向前方には、当該発光素子から出射され、互いに異なる発光色を有する出射光を合成し、所定の色合いを有する照明光を生成するミラー群が設けられ、前記生成された照明光の進行方向前方には、当該照明光を前記光軸に沿った所定の位置に集光する反射鏡が設けられ、前記発光色が異なるリング状に配列された発光素子群は、互いに前記光軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置され、かつ、発光方向を前記光軸から離れる方向へ向けて配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この本発明によれば、白黒電荷結合素子で撮影された被測定物の画像をカラー画像にする際に、赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを基に、予め設定され各色ごとの標準の照度となったカラーバランス比率に基づいて合成されるので、各色照明光の明るさの違い（差異）等に影響されずに合成することができる。従って、白黒電荷結合素子で撮影した画像を色バランスがよく合成色の色が一定となったよりリアルな画像で映すことができるようになって観察がしやすくなり、その結果、被測定物の形状等を明確に把握することができる。
また、例えばカラーＣＣＤカメラでは、ＣＣＤ上に設置されたカラーフィルター、または３ＣＣＤカメラにおけるプリズムブロック等により、赤色、緑色、および青色に分光されるため、その分、画面が暗くなるが、本発明では、カラーフィルターやプリズムブロックを使用しないので、明るい画像を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の画像測定機のカラー画像作成装置は、請求項１に記載のカラー画像作成装置において、前記カラーバランス比率記憶手段のカラーバランスの比率は、白色の対象物上で、前記赤色、緑色、青色をそれぞれ照射して得られる赤色データ、緑色データ、および、青色データのグレースケールの平均がほぼ同じとなるように演算して求められるものであることを特徴とするものである。
この構成によれば、それぞれの色についてグレースケールの平均がほぼ同じとなるようにカラーバランスの比率が求められ、常に各色の濃さを一定にすることができるので、被測定物へ照明光を照射する際の各色照明の明るさの違い（差異）、被測定物に応じて照明光の明るさを変えたとき等にも柔軟に対応でき、その結果、赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成する際に、常に合成色の色を一定にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像測定機のカラー画像作成装置の好適な実施形態を挙げ、図面に基づいて詳しく説明する。
図１には、画像測定機１が示されており、この画像測定機１は、本発明のカラー画像作成装置５１（図５参照）を備えて構成されている。カラー画像作成装置５１は、白黒電荷結合素子である白黒ＣＣＤカメラ１１（図５参照）で撮影した被測定物であるワークＷの画像をカラーに合成して、カラーで観察できるようにしたものである。
【００１３】
まず、画像測定機１を説明する。画像測定機１は、測定機本体２と、測定機本体２に設けられた照明光学系を有する撮像ユニット１０と、測定機本体２等を制御する制御装置５０と、測定結果を表示するＣＲＴ等の表示部５７（図５参照）とを備え、撮像ユニット１０で得られたワークＷの画像から当該ワークＷの寸法や、エッジ部等の形状を測定し、表示することができるようになっている。
【００１４】
測定機本体２は基台４を備え、この基台４上には、上面に前記ワークＷを載置するテーブル３が設けられている。テーブル３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向（図１中、紙面直交方向；奥行き方向）に駆動される。また、基台４の両側縁ほぼ中央部には、上方に延びる支持アーム５が設けられ、これらの支持アーム５には、その両上端部にＸ軸ガイド６が架けわたされている。Ｘ軸ガイド６の例えば前面には、前記撮像ユニット１０が設けられている。撮像ユニット１０は、図示しないＸ軸駆動機構によって、Ｘ軸ガイド６に沿ってＸ軸方向（Ｙ軸方向と直交方向；左右方向）に駆動される。
【００１５】
撮像ユニット１０の内部には、図１には図示しないがワークＷの画像を電気信号に変換する前記白黒ＣＣＤカメラ１１（図５参照）が設けられ、この白黒ＣＣＤカメラ１１の下方には対物レンズ７が設けられている。そして、この対物レンズ７は、前記テーブル３の上面と対向している。また、撮像ユニット１０の内部には、照明光学系を構成するリング照明装置１５（図２〜４参照）の他、フォーカシング機構（図略）および白黒ＣＣＤカメラ１１のＺ軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向と垂直面内で直交する方向；上下方向）の位置を移動させるＺ軸駆動機構（図略）が設けられている。
【００１６】
前記リング照明装置１５は、図２〜４に示すような構造となっている。
すなわち、リング照明装置１５は、画像測定機１の前記テーブル３上のワークＷを照らす照明に用いられ、前記対物レンズ７に取り付けられている。リング照明装置１５は、対物レンズ７を囲み、当該対物レンズ７の光軸７Ａの回りに全体リング状に形成されたケース１６と、このケース１６の内側で対物レンズ７に近接する側に取り付けられた光源ボックス１７とを備えて構成されている。光源ボックス１７の内部には、光源としての複数の発光ダイオード２０と、ミラー群３０とが設けられ、光源ボックス１７の回りには、集光するための反射鏡４０が配置されている。また、図３中対物レンズ７は、ワークＷと所定の測定距離を離して垂直方向の位置を決められており、この際、対物レンズ７に取り付けられたリング照明装置１５と、ワークＷとの距離（作動距離）に応じた照明角度θ１でワークＷに照明光を照射している。
【００１７】
ケース１６は、金属板材等から加工され、その中央部を図３中上下に貫通するレンズ挿通孔１６Ａを備えて、図３中下方に開口したリング状に形成されている。ケース１６のレンズ挿通孔１６Ａは、対物レンズ７を余裕を持って挿通できる内径寸法を備えており、ケース１６には、対物レンズ７を挿通した状態でリング照明装置１５を対物レンズ７に取り付けるための図示しない取付部が設けられている。この取付部としては、例えば、対物レンズ７に向かって進退可能に支持された３本のねじが適用できる。
【００１８】
光源ボックス１７は、ケース１６と同様の金属板材等から加工され、略矩形の角部が面取りされた平面略八角形状の箱状部材であり、対物レンズ７から離れた側の４面には、光軸７Ａと略直交する平面に沿ったスリット１８が設けられている。
光源ボックス１７の内部には、３種類の発光色（赤色；Ｒ色、緑色；Ｇ色、青色；Ｂ色）を有する発光ダイオード２０が、それぞれの種類ごとに配列されている。各色の発光ダイオード２０は、光軸７Ａに沿って、赤色発光ダイオード２１、緑色発光ダイオード２２および青色発光ダイオード２３が、図３中上から順に所定の間隔を隔て、かつ、それぞれが光軸７Ａと略直交する平面内に、光軸７Ａを中心として平面略矩形状に配列されている。赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３は、平面略矩形状の各辺に沿って７個ずつ並べられ、それぞれが各辺に略直交し光軸７Ａから離れる方向に発光方向を向けて配置されている。
各色の発光ダイオード２０は、発光する照明光の発散角が所定の角度（例えば、２０°）になるよう発光方向先端に集光レンズが取り付けられたもので、図示しない制御回路および電源に接続されている。
【００１９】
各色の発光ダイオード２０の発光方向前方には、３種類のミラー３１，３２，３３から構成されるミラー群３０が配置されており、それぞれのミラー３１，３２，３３は、略長方形の平板状に形成され、それらの長手方向が赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３の列と略平行にされ、長手方向の長さが平面略矩形状に配列された発光ダイオード２０の各辺の長さと略等しくされている。また、ミラー３１，３２，３３は、光軸７Ａに沿った断面方向に関して、光軸７Ａと略４５°傾斜して設置されている。
【００２０】
ミラー３１は、反射ミラーであり、赤色発光ダイオード２１から出射された出射光を光軸７Ａに沿ってワークＷの方向へ反射するように設置されている。
ミラー３２，３３はそれぞれ、ダイクロイックミラーであり、所定の波長より短い波長の光を反射し、当該所定の波長より長い波長の光を透過する特性、または所定の波長より短い波長の光を透過し、当該所定の波長より長い波長の光を反射する特性を有している。すなわち、ミラー３２，３３は、光の波長に応じた反射から透過、または、透過から反射の特性移行の回数が所定の波長における１回のみのダイクロイックミラーである。
【００２１】
ミラー３２は、ミラー３１で反射された赤色の光を透過し、緑色発光ダイオード２２から出射された赤色の光よりも波長の短い緑色の出射光を光軸７Ａに沿ってワークＷの方向へ反射するように設置されている。
ミラー３３は、ミラー３２を透過した赤色の光およびミラー３２で反射された緑色の光を反射し、青色発光ダイオード２３から出射された赤色や緑色の光よりも波長の短い青色の出射光を透過するように設置されている。
【００２２】
ミラー３３で反射された赤色および緑色の光と、ミラー３３を透過した青色の光とが、合成された照明光の進行方向、すなわち、光軸７Ａと略直交する平面上で光軸７Ａから離れる方向の前方には、反射鏡４０が設置されている。この反射鏡４０は、光源ボックス１７の平面矩形状の各辺とケース１６との間に設けられ、ケース１６内に設けられた図示しない駆動装置によって、光軸７Ａに沿って光源ボックス１７との相対位置を移動可能とされている。
【００２３】
反射鏡４０は、金属製の反射鏡本体４１からなり、光軸７Ａと対向する側の側面が鏡面仕上げされ、光を反射する反射面４２とされている。この反射面４２は、照明光をワークＷの方向へ反射するように、光軸７Ａに沿った断面方向に関して、光軸７Ａから離れる方向に凸状の曲率が形成されている。また、光軸７Ａと略直交する平面方向に関しても、略矩形状に配列された発光ダイオード２０の発光方向と略平行に、光軸７Ａから離れる方向に進行する照明光を、光軸７Ａの方向へ反射するように、光軸７Ａから反射鏡４０までの距離の略２倍の半径を有し、光軸７Ａから離れる方向に凸状の曲率が形成されている。
【００２４】
以上のリング照明装置１５は次のように操作される。
まず、ワークＷの大きさや形状、測定範囲に応じて設定される測定距離に対物レンズ７を位置調整し、リング照明装置１５を対物レンズ７に取り付ける。
ワークＷの色合いに応じて、照明光の色合いを調節するには、光源として配列された赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３のうち、適切な色の発光ダイオード２０を選択し、点灯または消灯制御を行う。
すなわち、赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３を全て点灯すれば、ミラー群３０によって合成される照明光は白色となり、いずれか１色のみを点灯すれば、当該１色の照明光となる。また、赤、緑、青各色の発光ダイオード２１，２２，２３のうち、いずれか２色を選択し点灯すれば、当該選択された２色が合成された照明光となる。さらに、選択したいずれかの発光ダイオード２１，２２，２３を部分的に点灯または消灯すれば、中間色の照明光を合成することもできる。
【００２５】
また、リング照明装置１５は、ワークＷの被測定面の形状により適切な照明角度を考慮し、例えば、表面に凹凸の多いワークＷにおいて凹凸のエッジを検出したい場合には大きな照明角度θ２に設定する調節手段を備えている。すなわち、照明装置本体としてのケース１６および光源ボックス１７に対して相対移動可能に取り付けられた反射鏡４０を、図３中二点鎖線で示すように、光軸７Ａに沿ってワークＷから離れる方向へ移動するとともに、対物レンズ７へのリング照明装置１５の取付位置をワークＷに近い位置とする。このようにすることで、光源ボックス１７のミラー群３０で合成され、光源ボックス１７のスリット１８を通過した照明光は、反射鏡４０の反射面４２の中でワークＷに近い位置、つまり、曲率が設けられた反射面４２の光軸７Ａに対する傾斜角度の小さい位置で反射される。従って、反射された照明光は、光軸７Ａに対して大きな照明角度θ２でワークＷに照射されることとなる。
【００２６】
前記制御装置５０は、図５に示すような構成となっている。
すなわち、制御装置５０は前記画像測定機のカラー画像作成装置５１を含み構成され、カラー作成装置５１は、中央処理装置（ＣＰＵ）５２と、このＣＰＵ５２に接続された画像電気信号データ記憶手段５３、カラーバランス比率記憶手段５４、画像電気信号データ合成手段５５を備えて構成されている。
カラー作成装置５１によるカラー合成は、図６の模式図に示すように、光学ユニット１０を含み構成される光学部Ａの、赤色発光ダイオード２１による照明光、緑色発光ダイオード２２による照明光、および青色発光ダイオード２３による照明光を照射したとき、撮影・合成部Ｂの白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成して１枚のカラー画像６４とするものである。
【００２７】
ＣＰＵ５２には、カラー作成装置５１とともに前記制御装置５０を構成する表示制御部５６が接続され、この表示制御部５６を経由して合成されたカラー画像がＣＲＴ等の表示部５７に表示されるようになっている。
なお、画像電気信号データ記憶手段５３には、インターフェース（Ｉ／Ｆ）５７を介して前記白黒ＣＣＤカメラ１１が接続されている。
【００２８】
画像電気信号データ記憶手段５３には、図７に示すように、ワークＷに赤色発光ダイオード２１による照明光を照射したときに白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる赤色画像電気信号データ６５、ワークＷにＧ色発光ダイオード２２による照明光を照射したときに白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる緑色画像電気信号データ６６、および、ワークＷにＢ色発光ダイオード２３による照明光を照射したときに白黒ＣＣＤカメラ１１で得られる青色画像電気信号データ６７が、それぞれ記憶・保存されている。
【００２９】
赤色画像電気信号データ６５では、前述のように、赤色発光ダイオード２１により赤色の照明を当てたとき、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された白黒画像６１において、他に比べて明るい左上略１／３の部分６５Ａが、カラーバランス比率に基づいて合成されるとき、赤色となる部分である。従って、３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成してカラー画像６４を作成したとき、図７の下部に示すように当該部分６５Ａが赤色となって表現されることになる。
緑色撮影画像６６では、緑色発光ダイオード２２により緑色の照明を当てたとき、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された白黒画像６２において、左上方および上上方に比べてやや明るい下側略１／３の部分６６Ａが、カラーバランス比率に基づいて合成されるとき、緑色となる部分である。従って、３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成してカラー画像６４を作成したとき、当該部分６６Ａが緑色となって表現されることになる。
青色撮影画像６７では、青色発光ダイオード２３により青色の照明を当てたとき、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された白黒画像６３において、他に比べて明るい右上略１／３の部分６７Ａが、カラーバランス比率に基づいて合成されるとき、青色となる部分である。従って、３枚の白黒画像６１，６２，６３を合成してカラー画像６４を作成したとき、当該部分６７Ａが緑色となって表現されることになる。
【００３０】
前記カラーバランス比率記憶手段５４には、前記画像電気信号データ記憶手段５３に記憶された前記赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７を合成する際のカラーバランス比率が保存されている。このカラーバランスの比率は、後でも述べるように、白色の対象物上で、前記赤色、緑色、青色の照明光をそれぞれ照射して得られる赤色データ、緑色データ、および、青色データのグレースケールの平均がほぼ同じとなるように演算して求められる。
【００３１】
前記カラーバランス比率記憶手段５４に記憶される赤色、緑色、青色のカラーバランスの比率は、図８に示すような手順によって求められる。
すなわち、まずステップ１（Ｓ１）でスタートして、Ｓ２で、リング照明装置１５の赤色発光ダイオード２１、緑色発光ダイオード２２および青色発光ダイオード２３により、赤色、緑色、青色の各発光色を照射できるようにリング照明装置１５を白い紙の上に移動させ、Ｓ３で、赤色の照明を当てた画像データを作成するとともに、制御装置５０の前記ＣＰＵ５２の記憶部に保存する。引き続き、Ｓ４で、緑色の照明を当てた画像データを作成するとともに、上記ＣＰＵ５２の記憶部に保存し、Ｓ５で、青色の照明を当てた画像データを作成するとともに、上記ＣＰＵ５２の記憶部に保存する。次に、Ｓ６で、各画像データにおける赤、緑、青各色のグレースケール（白と黒との間の灰色の全領域を表示するために、白と黒との割合を変化させた一連の色のない色調）の平均が同じになる比率、つまり、カラーバランス比率を計算して求め、Ｓ７で終了する。
ここで、カラーバランス比率の決め方の一例として、赤、緑、青各色の各グレースケール（平均）値のうち、最も低い（暗い）画像の値を１とし、他は、その最も低い画像の値に対する比率として求める方法がある。このようにすることにより、広い階調の合成画像を得ることができる。
【００３２】
また、カラーバランス比率を求めるのは、赤、緑、青各色は、それぞれ１画素ごとに８ｂｉｔ（２５６色）の色情報を有しているので、リング照明装置１５により赤色、Ｇ色、Ｂ色の発光色をそれぞれ照射したとき、画像データの中に、照明のばらつき等によりグレースケールの違いを生じることがある。そこで、赤、緑、青各色ごとに、画像全体の平均が同じとなるようにしておく必要があるからである。さらに、ワークＷに応じて照明光の明るさを変えたときに、各照明光が一定の割合で明るさが変化するとは限らないため、設定した明るさでカラーバランス比率を求める必要があるからである。
【００３３】
画像電気信号データ合成手段５５は、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された３枚の白黒画像６１，６２，６３を、カラーバランス比率記憶手段５４に記憶されている赤色、緑色、青色のカラーバランスの比率に基づいて、画像電気信号データ記憶手段５３に保存されている赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７からカラー画像６４を合成するものである。
【００３４】
画像電気信号データ合成手段５５によるカラー画像の合成方法は、図９に示すような手順によって行われる。
すなわち、まずステップ１（Ｓ１）でスタートして、Ｓ２で、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影された画像の合成したい範囲を指定する。ここで、合成したい範囲を指定する方法は、始点と終点とを撮影し、表示している画面上に始点と終点とを指定することにより行われる。例えば、現在見ている範囲内で指定すると、指定したその範囲が合成される。また、一度で指定できないようなもっと広い範囲を指定したい場合は、測定機１を駆動し白黒ＣＣＤカメラ１１を移動して指定する。そして、この場合には、合成される画像は、複数枚が順次撮像されることになる。
【００３５】
次に、Ｓ３で、赤色発光ダイオード２１により赤色の照明を当てて作成した赤色画像電気信号データ６５を画像電気信号データ記憶手段５３に保存する。引き続き、Ｓ４で、Ｇ色発光ダイオード２２によりＧの照明を当てて作成した緑色画像電気信号データ６６を画像電気信号データ記憶手段５３に保存し、Ｓ５で、Ｂ色発光ダイオード２３によりＢの照明を当てて作成した青色画像電気信号データ６７を画像電気信号データ記憶手段５３に保存する。次いで、Ｓ６で、赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６および青色画像電気信号データ６７の３枚のデータを順次取り込み、カラーバランス比率記憶手段５４に記憶される赤色、緑色、青色のカラーバランスの比率に基づいてカラー合成し、Ｓ７で終了する。
【００３６】
本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影されたワークＷの白黒画像をカラー画像に合成する際に、赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７を基に、予め設定され各色ごとの標準の照度となったカラーバランス比率に基づいて合成されるので、各色照明光の明るさの違い等に影響されずに合成することができる。従って、白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影した画像を色バランスがよく合成色の色が一定となったよりリアルな画像で映すことができるようになって観察がしやすくなり、その結果、被測定物の形状等を明確に把握することができる。
【００３７】
(2) 白黒ＣＣＤカメラ１１で撮影されたワークＷの白黒画像が、赤色画像電気信号データ６５、緑色画像電気信号データ６６、および、青色画像電気信号データ６７を基に合成されるので、例えばカラーＣＣＤカメラで、ＣＣＤ上に設置されたカラーフィルタ、または３ＣＣＤカラーカメラで使用されるプリズムブロックのために画面が暗くなるという問題が生じることなく、明るい画像を得ることができる。
【００３８】
(3) 赤色、緑色、青色の照明光は、当該赤色、緑色、青色のそれぞれの発光色を有する３種類の発光ダイオード２０で構成されているので、その特長である高速応答性や長寿命性等を備えた光源とすることができるとともに、応答性が高速なので、リアルタイムでのカラー画像を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明は前述の実施形態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ものである。
例えば、前述の実施形態では、リング照明装置１５を撮像ユニット１０に設けられた対物レンズ７に取り付けたが、これに限らず、測定装置等の本体や測定台に取り付けてもよく、また、これらの測定装置等とは別にリング測定装置を支持する部材を設け、この部材に取り付けてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の画像測定機のカラー画像作成装置およびカラー画像合成方法によれば、白黒電荷結合素子で撮影された被測定物の画像をカラー画像にする際に、赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを基に、予め設定され各色ごとの標準の照度となったカラーバランス比率に基づいて合成されるので、各色照明光の明るさの違い等に影響されずに合成することができる。従って、白黒電荷結合素子で撮影した画像を色バランスがよく合成色の色が一定となったよりリアルな画像で映すことができるようになって観察がしやすくなり、その結果、被測定物の形状等を明確に把握することができる。
また、例えばカラーＣＣＤカメラでは、ＣＣＤ上に設置されたカラーフィルター、または３ＣＣＤカメラにおけるプリズムブロック等により、赤色、緑色、および青色に分光されるため、その分、画面が暗くなるが、本発明では、カラーフィルターやプリズムブロックを使用しないので、明るい画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像測定機を示す正面図である。
【図２】前記実施形態に係るリング照明装置を示す斜視図である。
【図３】前記実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【図４】前記実施形態に係るリング照明装置の底面図である。
【図５】前記実施形態に係る画像作成装置を含む制御装置を示すブロック図である。
【図６】前記実施形態に係る画像作成装置を示す模式図である。
【図７】前記実施形態に係る画像作成装置のカラー合成を示す模式図である。
【図８】前記実施形態に係る画像作成装置のカラーバランス比率を求める手順図である。
【図９】前記実施形態に係る画像作成装置のカラー合成の手順図である。
【符号の説明】
１ 画像測定装置
７ 対物レンズ
１０ 撮像ユニット
１１ 白黒ＣＣＤカメラ（白黒電荷結合素子）
１５ リング照明装置（照明光学系）
２０ 発光ダイオード
２１ 赤色発光ダイオード
２２ 緑色発光ダイオード
２３ 青色発光ダイオード
５０ 制御装置
５１ カラー画像作成装置
５２ ＣＰＵ
５３ 画像電気信号データ記憶手段
５４ カラーバランス比率記憶手段
５５ 画像電気信号データ合成手段
６１〜６３ 白黒画像
６４ カラー画像
６５ 赤色画像電気信号データ
６６ 緑色画像電気信号データ
６７ 青色画像電気信号データ
Claims (2)
- 赤色、緑色、青色の照明光を選択的に出力可能な照明光学系を有し、この照明光学系からの照明光を被測定物に照射して得られる被測定物の画像から被測定物の寸法や形状を測定する画像測定機のカラー画像作成装置において、
前記被測定物の画像を電気信号に変換する白黒電荷結合素子と、
前記被測定物に赤色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる赤色画像電気信号データ、前記被測定物に緑色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる緑色画像電気信号データ、および、前記被測定物に青色の照明光を照射したときに前記白黒電荷結合素子で得られる青色画像電気信号データをそれぞれ記憶する画像電気信号データ記憶手段と、
前記画像電気信号データ記憶手段に記憶された赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成してカラー画像とする際のカラーバランス比率を予め設定記憶したカラーバランス比率記憶手段と、
前記カラーバランス比率記憶手段に記憶されたカラーバランス比率に基づいて、前記画像電気信号データ記憶手段に記憶された赤色画像電気信号データ、緑色画像電気信号データ、および、青色画像電気信号データを合成する画像電気信号データ合成手段と、を備え、
前記照明光学系は、
前記白黒電荷結合素子の光路前段に設けられた対物レンズの光軸の回りに配置され、赤色、緑色、青色の発光色を有する３種類からなる複数の発光素子を光源として備え、
前記光源を構成する発光素子のうち同一種類の発光素子群は、前記光軸と略直交する同一の平面内に、当該光軸の周囲に沿ってリング状に配列され、
前記発光素子の発光方向前方には、当該発光素子から出射され、互いに異なる発光色を有する出射光を合成し、所定の色合いを有する照明光を生成するミラー群が設けられ、
前記生成された照明光の進行方向前方には、当該照明光を前記光軸に沿った所定の位置に集光する反射鏡が設けられ、
前記発光色が異なるリング状に配列された発光素子群は、互いに前記光軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置され、かつ、発光方向を前記光軸から離れる方向へ向けて配置されていることを特徴とする画像測定機のカラー画像作成装置。 - 請求項１に記載の画像測定機のカラー画像作成装置において、前記カラーバランス比率記憶手段のカラーバランスの比率は、白色の対象物上で、前記赤色、緑色、青色をそれぞれ照射して得られる赤色データ、緑色データ、および、青色データのグレースケールの平均がほぼ同じとなるように演算して求められるものであることを特徴とする画像測定機のカラー画像作成装置。
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