JP4546180B2 - 立体物イメージスキャナ - Google Patents
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テレセントリックレンズ系40の倍率は例えば0.16である。従って、ターゲット平面領域48上の例えば50μm(20画素/mm)の1つの区画49が、リニアイメージセンサ46上の例えば8μmの1つの画素に対応する。従って、例えば3000画素以上をもつリニアイメージセンサ46上に、同時に、150mmの長さ58を有するターゲット平面領域48の画像が結像されることになる(50μm×3000画素=150mm)。このように同時に撮像できるターゲット平面領域48の有効長58が例えば150mmであるため、図3に示すように、ピント合わせ標識37や白基準標識39の長さも最低でその有効長58、例えば150mm、に設定される。傾きチェック標識35の長さは、後に説明するように、ターゲット平面領域48の有効長58より長い、例えばその2倍の300mm以上、に設定される。
L1≧L3+L2
ここに、L2=2・D・tan(φ/2)である、
という条件を満たすように設定されている。例えば、L3=150mm、D=300mm、φ=10度とすると、L2=約52mmであり、よってL1≧202mmに設定される。これは、換言すると、光源ユニット34の有効部分の両端とターゲット平面領域48の両端とを結んだ2本の見通し線50、52のなす角度が、上記角度φ以上であるということである(もし、見通し線50、52のなす角度が角度φ未満であると、ターゲット平面領域48の特に両端に近い部分で、照明光の入射角の範囲が上記角度範囲φ未満になり、その両端に近い部分の入射光量が他の部分より少なくなってしまう)。
φ=2・tan-1(d/W)
で定まる。
図9は、図8に示した構成の光源デバイス60を実際に作成し、その鉛直面に沿った出射角度の範囲を、その光出射面(図8のプリズム板68の前面68A)の直前にて測定した結果を示す。ここで、出射角度は、光出射面の法線の方向を0度としている。
レイヤ(k)の画素P(i+4,j, k)、
レイヤ(k+1)の画素P(i+4,j,k+1)、
レイヤ(k+2)の画素P(i+4,j,k+2)、
レイヤ(k+3)の画素P(i+4,j,k+3)、
レイヤ(k+4)の画素P(i+4,j,k+4)、
レイヤ(k+5)の画素P(i+4,j,k+5)、
レイヤ(k+6)の画素P(i+4,j,k+6)、
に着目する。これらの7つの画素について、所定の合焦点関数を計算した結果を図11Bのグラフ88に示す。ここで、合焦点関数とは、ピントの合っている程度に応じて値が変わる関数であり、例えば、当該レイヤの画像における着目画素P(a,b,c)でのコントラスト値を採用することができる。コントラスト値としては、例えば、
コントラスト(a,b,c)=max3(a,b,c)− min3(a,b,c)
という関数を採用することができる。ここに、max3(a,b,c)とmin3(a,b,c)は、当該レイヤ画像における着目画素P(a,b,c)を中心とした3×3画素の領域内の9画素の階調値から、それぞれ最大値と最小値を得る関数である。図11Bのグラフ88に示すように、同じX,Y座標をもつ異なるレイヤ(Z座標)の画素の中で、合焦点関数が最大となった画素P(i+4,j,k+4)が、被写体に最もピントが合った合焦点画素として抽出される。
白基準レベルの設定が終わると、図20のステップ164〜168で、黒基準レベルの設定が行なわれる。この処理では、光源ユニット34が消灯され、可変絞り44が完全に閉じられた(ステップ164)後、リニアイメージセンサ46の暗部出力電圧レベルVbkが画素ごとに計測され(ステップ166)、そして、計測された画素ごとの暗部出力電圧レベルVbkが、黒基準レベルの設定として制御装置38に記憶される(ステップ168)。
d_data(m)=K・ {D_data(m) - D_bk(m)}/{D_wh(m)-D_bk(m)}
ここに、d_data(m)は画素mのシェーディング補正後のデータ値
Kは定数、
D_data(m)は画素mのシェーディング補正前の元のデータ値、
D_wh(m)は白基準レベル、
D_bk(m)は黒基準レベルである、
という方法で行なわれる。シェーディング補正を実施することで、画像データは、照明ムラや、照明光量に依存せず、常に被写体の反射率に忠実な画像データとなる。
15 被写空間
16 X軌道
18 Y軌道
20 キャリッジ
24 スキャニングユニット
26 テレセントリック結像ユニット
27 絞りユニット
28 イメージセンサユニット
32 照明装置
34 光源ユニット
35 傾きチェック標識
37 ピント合わせ標識
38 制御装置
39 白基準標識
40 テレセントリックレンズ系
43 光軸
44 可変絞り
46 リニアイメージセンサ
48 ターゲット平面領域
53 鉛直平面
60 光源デバイス
62 楕円反射鏡
63 光制御デバイス
65 導光体
66 導光ロッド
68 プリズム板
82 レイヤ
84 バンド
80、90 被写体
92 突条
Claims (10)
- 立体的な被写体の正射投影画像を得るためのイメージスキャナにおいて、
イメージセンサと、前記イメージセンサと前記イメージセンサから観察方向に離れた位置にあるターゲット平面領域との間に配置され前記ターゲット平面領域の像を前記イメージセンサ上に結像するテレセントリック結像系とを有するユニットであるスキャニングユニットと、
前記スキャニングユニットを移動させることにより、被写体が配置される被写空間中で前記ターゲット平面領域を3次元方向に移動させる移動手段と、
前記ターゲット平面領域が前記被写空間中を移動している間に前記イメージセンサから逐次に出力される画像データを入力し、入力された前記画像データの中から前記被写体にピントの合った画素データを検出し、検出された前記画素データを集めて前記被写体の正射投影画像を合成する画像処理手段と、
前記ターゲット平面領域に照明光を照射する照明手段と
を備え、
前記ターゲット平面領域は、前記観察方向と垂直なY方向に平行な線状の平面領域であり、
前記イメージセンサは、前記Y方向に略平行に配置された線状のセンサであり、
前記テレセントリック結像系が有する対物レンズは、前記ターゲット平面領域と平行に配置された短冊状の凸レンズであり、
前記短冊状の凸レンズは、前記ターゲット平面領域の前記Y方向に沿った長さ以上の直径をもつ円形の対物レンズを短冊状に切り取った形状を成し、前記短冊状の凸レンズの前記Y方向に沿った長さは、前記ターゲット平面領域の前記Y方向に沿った長さ以上であり、
前記照明手段は、少なくとも2つの線状光源を有し、前記テレセントリック結像系から前記ターゲット平面領域を見たとき、前記少なくとも2つの線状光源のうちの一方の線状光源が、前記ターゲット平面領域をほぼ正面から照射し、他方の線状光源が、前記ターゲット平面領域を斜め方向から照射するように、前記少なくとも2つの線状光源が、前記テレセントリック結像系から前記ターゲット平面領域へ向かう光軸の両側の位置に配置されており、
前記光軸は、前記観察方向に平行であり、且つ、前記短冊状の凸レンズを通過し、
前記少なくとも2つの線状光源と前記対物レンズが平行に配置されており、
前記移動手段は、前記スキャニングユニット及び前記照明手段の両方を一緒に移動させ、それにより、常に、前記線状光源は、前記ターゲット平面領域に対して一定の位置関係を保って前記ターゲット平面領域と一緒に移動するようになっている、
立体物イメージスキャナ。 - 前記対物レンズが、前記2つの光源に両側から挟まれており、
前記一方の線状光源は、前記対物レンズの一方の側に前記対物レンズの近傍にある、
請求項1記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記一方の線状光源と前記他方の線状光源の出力光量がそれぞれ独立して可変設定できるようになっている、
請求項1又は2記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記照明手段は、前記照明光の前記ターゲット平面領域への入射角の分布範囲が前記ターゲット平面領域のあらゆる点で一定になるように前記照明光の方向を規制するようになっている、
請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記移動手段は、前記スキャニングユニット及び前記照明手段が固定されたキャリッジを有し、前記キャリッジを移動させることで、前記スキャニングユニット及び前記照明手段の両方を一緒に移動させる、
請求項4記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記線状光源の長さは、前記線状光源の両端と前記ターゲット平面領域の両端とを結ぶ2本の見通し線のなす角度が所定の角度以上になるように、前記ターゲット平面領域の長さより長く設定されており、
さらに、前記線状光源は、前記2本の見通し線を含んだ平面に沿った前記照射光の射出方向を前記所定角度の範囲に制限する光方向規制手段を有し、
それにより、前記ターゲット平面領域のあらゆる点にて、前記照明光の入射光量が一定で、且つ前記平面に沿った前記照明光の入射角の分布範囲が前記所定角度の範囲で一定になるようになった、
請求項1記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記移動手段は、前記被写空間を、前記観察方向での位置が異なる複数のレイヤに分割し、前記複数のレイヤの各々を、前記Y方向での位置が異なり且つ前記Y方向の幅が前記ターゲット平面領域の長さに等しく設定された複数のバンドに分割し、前記ターゲット平面領域を前記観察方向へ移動させることで前記ターゲット平面領域を前記観察方向における各レイヤの位置に配置し、前記各レイヤの位置にて前記ターゲット平面領域を前記Y方向へ移動させることで前記ターゲット平面領域を前記Y方向における各バンドの位置に配置し、前記各バンドの位置にて前記ターゲット平面領域を前記観察方向及び前記Y方向に垂直なX方向へ移動させることで前記イメージセンサから前記各バンドの画像データが出力されるようにし、
前記画像処理手段は、前記イメージセンサから出力される前記複数のバンドの画像データを集めることで前記複数のレイヤの画像データを生成し、生成された前記複数のレイヤの画像データを前記X方向と前記Y方向の座標ごとに比較することで前記被写体にピントの合った画素データを前記複数のレイヤの画像データから抽出するようになっている、
請求項1乃至6のうちのいずれか1項に記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記画像処理手段が、前記イメージセンサの白基準レベルを検出する白基準レベル検出手段と、検出された前記白基準レベルを用いて、前記イメージセンサから出力される前記画像データに対するシェーディング補正を行なうシェーディング補正手段とを有し、
前記イメージセンサの白基準レベルを検出する際に選択的に使用可能な明度の異なる複数の白基準標識を備えた、
請求項1乃至7のうちのいずれか1項に記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記画像処理手段が、
(A)前記イメージセンサの前記Y方向に対する傾きを検出し、
(B)検出された傾きを補正するための値である傾き補正値を設定し、
(C)前記イメージセンサから出力される前記画像データに対して前記傾き補正値を用いた補正である傾き補正を行う、
請求項1乃至8のうちのいずれか1項に記載の立体物イメージスキャナ。 - 前記(A)において、前記Y方向に前記ターゲット平面領域よりも長く前記Y方向に平行になった直線であるラインチャートの上側の画像データと前記ラインチャートの下側の画像データとの前記Y方向における合成画像において前記ラインチャートが不連続になっているか否かにより、前記イメージセンサの前記Y方向に対する傾きの有無が検出され、
前記(B)において、前記上側の画像データに示されるラインと前記下側の画像データに示されるラインとが一直線に繋がるように前記上側の画像データ及び前記下側の画像データを補正した際に用いた補正値が、前記傾き補正値として設定される、
請求項9記載の立体物イメージスキャナ。
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