JP4608089B2 - 開ループ光強度較正方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は開ループ光強度較正方法及び装置、特に視覚システムの照明装置の照明特性の変動低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光出力はどのような装置であっても、多くの変数の関数となる。これらの変数としては、瞬間駆動電流、装置の経年数、周囲温度、光源に汚れ或いは残留物があるか否か、装置の性能経歴などが含まれる。機械視覚計測システムでは概して、対象物が見つけられ得る関心領域内の他のものとのコントラストによって決定できる方法で、視野内で対象物の位置を突き止める。この測定は入射光又は透過光の総量によって大きく影響される。
【０００３】
自動化されたビデオ視覚計測システムは、一般にユーザがイベントの順序を定義可能なプログラミング機能を持っている。これらは、例えばプログラミングのような計画的な方法、或いは計測システムのシーケンスを次第に学習する記録モード方法のどちらの方法でも実行することができる。シーケンスコマンドはパートプログラムとして記憶される。計測システムのイベントのシーケンスコマンドを持つプログラムを作成する能力は、いくつかの利点を提供する。
【０００４】
例えば、複数のワークピースあるいは機器シーケンスは、想定された機器の繰返し精度のレベルで実行される。さらに、大多数の機器は、単一のプログラムを実行することができるので、複数の検査を同時に或いは順番に行える。しかも、プログラミング機能は、検査結果を記録する能力を提供する。したがって、検査過程を分析することができ、ワークピースの潜在的な故障箇所又はコントローラの故障を識別することができる。十分な標準化と繰返し精度なしで記録されたプログラムでは、時間の経過によって、或いは同じモデル、同じ装備の機器との間においても、光出力の性能を変えてしまう。
【０００５】
従来、Ｍａｈａｎｅｙの米国特許第５７５３９０３号で示されているように、機械視覚システムの光源の出力光強度が特定のコマンドレベルまで駆動されたことを保証するため、閉ループ制御系が用いられる。したがって、前記従来の閉ループ制御系では、瞬間駆動電流、光源の経年数、周囲温度などの変化のために、実際に得られる出力光強度が、所望の出力光強度よりドリフトするのを防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、視覚システムの入力光設定は、定常出力光強度と一致していないことが多い。しかも、この出力光強度は、ユーザが直接測定できず、イメージの明るさを測定することにより間接的に測定される。一般に、ここにいうイメージの明るさとは、イメージの平均的なグレーレベルをいう。出力光強度は、特定視覚システムに対して、外部の専用装置を用いて直接測定することができる。
【０００７】
照明特性、すなわち測定された出力光強度と命令された入力光強度との関係は、複数の視覚システム間、或いは単一の視覚システムであっても経時的に変化する。測定された出力光強度と命令された入力光強度との関係は、視覚システムの光学素子、被測定物を照明するのに用いられる特定の光源、該光源の特定のバルブなどに依存する。例えば３０％の入力光強度命令値に設定されたステージライトを持つ第１の視覚システムは、７０％の入力光強度命令値に設定されたステージライトを持つ第２の視覚システムと同じ出力光強度が得られるかもしれない。図１は異なる視覚システム間での照明特性の不一致を、図２は単一の視覚システムに異なる光学素子を用いたときの照明特性の不一致を、図３はある１つの視覚システムに同じ光学素子と異なる光源を用いた時、或いは同じ光学素子と同じ光源に異なるバルブ或いはランプを用いたときの照明特性の不一致を示す。
【０００８】
これらの図より、特定の視覚システム、光学素子、光源に依存している照明特性がいかに異なるかが理解される。設計により、視覚システムの異なるクラス、或いは同じ視覚システムに異なる光学素子、及び／又は光源を用いるとき、同じ照明特性を得ることは期待できない。実際問題として、構成部材或いはアライメントの変化により、照明特性が、同じクラスの同じ視覚システム間であっても、異なる特定の視覚システム間では変わるかもしれない。
【０００９】
この照明特性の不一致により、同じクラスの同様の特定の視覚システム間であっても、パートプログラムの交換が困難となる。あるパートプログラムが１つの特定の視覚システム上で開発されると、このパートプログラムは、その第１の視覚システムと同じクラスの別の特定視覚システム上では通常動かない。すなわち、命令された入力光強度命令値の固定集合を持つパートプログラムを用いると、異なる視覚システム上では、明るさの異なるイメージが得られる。しかしながら、エッジ検出に用いられるアルゴリズムのような測定アルゴリズムの多くは、イメージの明るさに依存している。したがって、異なる視覚システムを用いて得られたイメージの明るさは、そのほとんどが異なるので、パートプログラムは、異なる視覚システム上では一貫して動かない。
【００１０】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は照明特性の均一化を図ることのできる視覚システムの照明装置の開ループ光強度較正方法及び装置を提供することにある。
すなわち、本発明の目的は、視覚システムの光源の開ループ制御を行うことのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、ソフトウェア及び／又はファームウェアに完全に実装することのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、参照視覚システムの照明特性に対して特定視覚システムの照明特性を較正することのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、視覚システムの各特定クラスに対して参照光度曲線を用いることのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、視覚システムの各特定クラスの異なる光源に対して、それぞれ参照光度曲線を設けることのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、各特定クラスの異なる視覚システム間での照明特性の均一化を保証することのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、照明特性の再較正を繰り返し行える光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、特定視覚システムの特定光源の照明特性を再較正することにより、時間が経過しても特定光源の出力光強度を確実に均一に保つことのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正方法は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度と、該参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値との関係である定義済みの参照関係に基づいて、特定視覚システムの光源を含む照明装置の照明特性を較正する方法であって、特定関係決定工程と、関数決定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記特定関係決定工程は、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた特定入力光強度命令値との特定関係を決定する。また、前記関数決定工程は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する。
【００１３】
なお、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、特定視覚システムは、参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることが好適である。また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記光強度検出デバイスは、カメラであることも好適である。
【００１４】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程を含み、もし関数を更新する必要があるならば、前記特定関係決定工程、及び前記関数決定工程を繰返すことも好適である。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程は、該関数が決定されてからの時間の長さが、閾値より長いか否かを決定する工程を含むことも好適である。
【００１５】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程は、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられる少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して、該特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度を測定する工程と、
少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して、もし前記特定視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該較正前特定入力光強度命令値に対して測定された特定出力光強度と、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう対応参照出力光強度との差を決定する工程と、
少なくとも１つの較正前特定入力光強度値に対して、前記工程での出力光強度の差が閾値より大きいか否かを決定する工程と、を含むことも好適である。
【００１６】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定視覚システム及び前記参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係は、各光源に対して各対応参照関係を含み、
さらに前記特定関係決定工程は、前記特定視覚システムの各光源に対して、該特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた特定入力光強度命令値との特定関係を決定し、
前記関数決定工程は、前記各光源に対して、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定することも好適である。
【００１７】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記複数の光源は、ステージライト、同軸ライト、リングライト、プログラム化できるリングライトのうちの、少なくとも２つのライトを含むことも好適である。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記複数の光源は、複数の異なる、シングル光デバイスである有色光出射素子を含むことも好適である。
【００１８】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、前記光強度検出デバイスの視野領域を選択する工程と、
前記工程で選択された視野領域内にて、前記光強度検出デバイスにより検出される出力光強度を測定する工程と、
を含むことも好適である。
【００１９】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、前記特定関係として、前記光強度検出デバイスの視野の少なくとも一部分にて、該光強度検出デバイスによりキャプチャーされたイメージの入力イメージ値に基づいて、少なくとも１つの統計値を決定する工程を含むことも好適である。また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、前記特定関係が決定される入力光強度命令値の可能範囲内の少なくとも１つの入力光強度命令値に対して、前記特定視覚システムのステージ上に被測定物を置く工程を含むことも好適である。
【００２０】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、光強度値の可能範囲にわたり前記特定関係を決定する工程を含むことも好適である。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、さらに前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な変換前の較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、前記工程での前記較正前特定入力光強度命令値を前記関数に基づいて変換する工程と、前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含むことも好適である。
【００２１】
また、前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正方法は、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行う方法であって、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、前記工程での較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含み、
前記関数は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、もし参照視覚システムの光源が較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような、前記較正後特定入力光強度命令値に変換し、前記較正後特定入力光強度命令値により、光源と光強度検出デバイスとを含む視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正方法は、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行う方法であって、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、前記工程での較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含み、前記変換は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度、及び該参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値を示す定義済みの参照関係、並びに、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度及び該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値の特定関係に基づいて行われ、前記較正後特定入力光強度命令値により、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正装置は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度と、該参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた対応参照入力光強度命令値を示す定義済み参照関係に基づいて、特定の視覚システムの、光源を含む照明装置の照明特性を較正する開ループ光強度較正装置であって、参照関係記憶部と、特定関係決定部と、特定関係記憶部と、関数決定部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記参照関係記憶部は、前記定義済み参照関係を記憶する。
また、前記特定関係決定部は、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた対応特定入力光強度命令値との特定関係を決定する。
前記特定関係記憶部は、前記特定関係決定部により得られた特定関係を記憶する。
【００２５】
前記関数決定部は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係記憶部の定義済み参照関係及び前記特定関係記憶部の特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する。
【００２６】
なお、本発明にかかる開ループ光強度較正装置において、前記特定視覚システム及び参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係記憶部は、各光源に対して各対応参照関係を記憶し、さらに、前記特定関係決定部は、前記特定視覚システムの各光源に対して、該特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値との特定関係を決定し、前記関数決定部は、各光源に対して、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係と前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する。
【００２７】
そして、本発明にかかる光強度較正方法及び装置では、視覚システムの特定クラスの各光源に対して参照光度曲線が作成される。各参照光度曲線は、特定の光源に対して入力光強度命令値を設定すること、および参照視覚システムの例えばカメラ等の光強度検出デバイスに達する光源からの光の出力光強度を測定することにより生成される。視覚システムの光強度検出デバイスに達する光の量は、入力光強度命令値と、光源出力のような強度の任意の減衰で光源が駆動されたときの本質的なランプ出力の非線形な関数、すなわちランプ強度、光学素子、光学形態等の光学パワー、及び視覚システムの光学素子の感度の関数となる。入力光強度命令値の可能範囲内の各入力光強度命令値に対して、あらかじめ測定しておいた出力光強度が選択される。
【００２８】
そして、特定光度曲線は、参照視覚システムに対応する視覚システムのクラスの特定視覚システムの対応する光源に対して同じ方法で作成される。さらに、参照光度曲線と特定光度曲線は、そのクラスの視覚システムの異なる光源のそれぞれに対して生成できる。
一度、特定視覚システムの特定の光源に対して特定光度曲線が作成されると、変換関数が決定され、変換関数は、較正前特定入力光強度命令値を較正後特定入力光強度命令値に変換する。この結果、較正前特定入力光強度命令値が入力されると、参照視覚システムがその較正前特定入力光強度命令値で駆動された時の参照視覚システムの出力光強度と本質的に同様な特定視覚システムの出力光強度に対応する較正後特定入力光強度命令値で特定視覚システムの光源が駆動される。
【００２９】
したがって、本発明にかかる光強度較正方法及び装置を用いた視覚システムでは、その特定照明特性が、あらかじめ定義された照明特性、すなわち参照照明特性に従うように修正される。本発明では、光源に対して、前述のような制御された照明特性を設定することにより、与えられた入力設定に対して、光源からの照明光の光量変動を低減することが可能となる。これは全ての入力設定に対して定義された、明るさを関連づけた参照光度曲線を用いることにより行われる。本発明では、ステージライト、同軸ライト、リングライト、及び／又はプログラム化できるリングライトのような、多くの異なる光源を提供することができる。複数の光源を持つ視覚システムにおいては、各光源に対応する参照光度曲線がそれぞれ作られる。
【００３０】
したがって、本発明では、光源に対して、制御された照明特性を設定することにより、複数の装置間での照明特性の不一致を低減することが可能となる。すなわち、本発明にかかる光強度較正方法及び装置を用いて較正された複数の視覚システムでは、同じ入力光設定の下で同じ明るさが得られる。さらに、本発明では、１つのパートプログラムは一貫して較正済みの１つの視覚システム上で動かせることができ、また複数のパートプログラムは、複数の異なる較正済み視覚システム上で動かせることが可能となる。本発明では、光源に対して、制御された照明特性を設定することにより、与えられたユーザ設定に対して、光源からの照明光の光量変動を低減することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図４には本発明の一実施形態にかかる光強度較正装置を用いた視覚システムの概略構成が示されている。
【００３２】
なお、本実施形態において用いられる較正前特定入力光強度命令値Ｖｉは、光源の出力光強度を制御するためにユーザにより設定された較正前特定入力光強度命令値の集合である。この較正前特定入力光強度命令値は、パートプログラム或いはユーザ・インターフェースのどちらか一方により明確に設定される。較正前特定入力光強度命令値の範囲は、可能な最大出力強度の割合を示す０−１の間である。以下、０−１と０％−１００％は、区別なく用いられる。０又は０％は無照射に相当し、１又は１００％は全照射に相当する。
【００３３】
また、本実施形態において用いられる出力光強度値Ｉは、視覚システムの光源からの光が光学素子を透過した後に被測定物に照射され、その被測定物からの反射光が前記光学素子を通過した後に光強度検出デバイスに受光されたときの光源からの光の強度である。本実施態様において、出力光強度値Ｉは、画像領域の平均的なグレーレベルを用いて測定される。しかしながら、出力光強度値Ｉを測定するために、適当な周知或いは後に開発された任意の方法に対しても、本発明にかかる光強度較正方法及び装置が用いられる。
【００３４】
また、本実施形態において用いられる視覚システムの光度曲線、すなわち照明特性ｆはＩ＝ｆＶｉと示され、視覚システムの出力光強度値Ｉの範囲と、較正前特定入力光強度命令値Ｖｉの範囲との間の関係である。さらに、本実施形態において用いられる較正後特定入力光強度命令値Ｖｃは、本実施形態にかかる光強度較正装置を用いて測定される光源の出力光強度を制御するのに用いられる入力光強度命令値である。本実施形態では、ユーザには較正後特定入力光強度命令値はわからない。ユーザは、本実施形態にかかる光強度較正装置を用いて較正された視覚システムに、所望の較正前特定入力光強度命令値を設定する。所望の較正前特定入力光強度命令値は、較正済みの視覚システムにより、較正後特定入力光強度命令値に変換される。これは視覚システムの光源を制御する光制御ハードウェアの制御に用いられる値である。較正後特定入力光強度命令値Ｖｃの範囲は、較正前特定入力光強度命令値Ｖｉと同様、０と１の間である。
【００３５】
任意の視覚システムに対しても、各光源は特定光度曲線を持つ。特定光度曲線は、一般に異なる視覚システム間では異なる。視覚システムを較正することにより、特定の照明曲線は、そのクラスに対する光源に対して決定された参照光度曲線に追従するように自動的に修正される。これは、低レベルの照明制御システムに較正前特定入力光強度命令値を送信する前に、較正前特定入力光強度命令値Ｖｉを較正後特定入力光強度命令値Ｖｃに変換することにより行われる。これは変換関数Ｔ（ＴＶｉ＝Ｖｃ）を用いて行われる。
【００３６】
変換関数Ｔは、特定光度曲線と参照光度曲線を用いて決定される。較正後、任意の入力光強度命令値に対して較正された視覚システムでは、参照光度曲線により規定される明るさと同じ明るさを持つイメージが得られる。
図１は、異なるクラスの視覚システム間での特定光度曲線の不一致を示すグラフである。特に図１は、３つの異なるクラスに対する特定光度曲線１１，１２，１３を示す。各特定光度曲線は、同じ倍率レベル及び光源を用いて生成された。図１に示すように、三角印で示される視覚システムの第１のタイプ或いはクラスに対する特定光度曲線１１は、入力光強度命令値に対して非常に狭い有用な範囲をもつ。すなわち、周囲光の迷光、ＣＣＤカメラの電子オフセットのため、入力光強度命令値０では、出力光強度レベルが、例えば０から２５５までのデジタル化された８ビットレンジ上で、約２０の明るさを持つ。しかしながら、視覚システムの第１のクラスに対する５％の入力強度命令値では、５０以上の明るさをもち、一方、１０％以上の全ての入力光強度命令値では、２５５の最大出力光強度で飽和される。
【００３７】
これに対し、四角印により示される視覚システムの第２のタイプ或いはクラスでは、かなり強制されているが、入力光強度命令値に有用な範囲をより広く持つ。これは第２クラスの視覚システムでは、２０％以下の入力光強度命令値に対して、特定光度曲線１２は、非常に緩やかな傾斜をもつ。しかしながら、２０％〜４０％の入力光強度命令値に対しては、特定光度曲線１２は、非常に急な傾斜をもつ。しかも、４０％以上の入力強度命令値に対しては、出力光強度値は、再び２５５の最大出力光強度値で飽和される。菱形印で示される視覚システムの第３のタイプ或いはクラスに対する特定光度曲線１３は、第１の特定光度曲線１１及び第２の特定光度曲線１２に比較し、曲線の大部分がより緩やかな傾斜を持つ。さらに、第３の特定光度曲線１３は、入力光強度命令値が約７５％〜８０％に達するまで、２５５の最大出力光強度値に達しない。
【００３８】
図１に示すような特定光度曲線１１，１２，１３を持つ異なるタイプ或いはクラスの視覚システムでは、これらの３タイプ或いはクラスのうちの、任意の１つに対して書かれたある１つのパートプログラムが、任意の別タイプ或いはクラスの視覚システム上で動かない。例えば、もしある特定のパートプログラムが、第２のクラスに対して書かれたのであれば、第２の特定光度曲線１２を用いることにより、約２００の出力光強度値が必要となり、このパートプログラムは約３０−５０％の入力光強度命令値を含む。もし同じパートプログラムが、第１のクラスの視覚システム上で動くと、３０−３５％の入力光強度命令値で、２５５の最大出力光強度値で飽和される。これに対し、もしこのパートプログラムが、第３のクラス或いはタイプの視覚システム上で動くと、３０−３５％間の入力光強度命令値で、約５０の出力光強度値を生じる。
【００３９】
したがって、このパートプログラムを、第１のタイプ或いはクラスの視覚システム上で動かすと、得られたイメージは、あまりに明る過ぎる。またこのパートプログラムは、キャプチャーされたイメージの視覚要素を適切に識別することができない。これに対し、このパートプログラムを、第３のタイプ或いはクラスの視覚システム上で動かすと、得られたイメージは露出不足となり、このイメージの視覚要素を再び識別することができない。これらのケースでは共に、イメージの視覚要素を適切に識別することができないので、パートプログラムを適性に動かすことができない。
【００４０】
図２は、同様の視覚システムに対して異なる光学素子を用いたとき、或いは同じ光学素子を異なる光学形態で用いたときの特定光度曲線の不一致を示すグラフである。すなわち、同図に示される第１の特定光度曲線１２は、１倍の倍率を用いて生成された。この倍率は、初期の光学形態に初期設定の光学素子を用いるか、或いは一組の光学素子を置くかのどちらかの一方により得られる。また同図は、同じ視覚システムに対する第２の特定光度曲線２２を示し、７．５より高い倍率を示す。２番目の倍率は、より高倍率を与える異なる組の光学素子を用いるか、或いは２番目に高い倍率及び光学形態に１組の光学素子を置くかのどちらか一方により得られる。
【００４１】
視覚システムの第１のクラスに対する特定光度曲線１２は、１の倍率を用いて、視覚システムの光学系により生成された。これに対し、視覚システムの第２のタイプに対する第２の特定光度曲線２２は、より多くの平坦な傾斜を持つ。したがって、第１の特定光度曲線１２では、この視覚システムが、１倍の倍率の光学形態にあるとき、２０％の入力強度命令値で、５０の出力光強度値が得られることを示す。第２の特定光度曲線２２では、この視覚システムが、７．５倍の倍率の光学形態にあるとき、入力強度命令値が３０−４０％になるまで、５０の出力光強度値が得られないことを示す。しかも、第２の特定光度曲線２２では、この視覚システムが、約５０の明るさを得るためには、７．５倍の光学形態にあるとき、４０％の入力強度命令値で駆動される必要があることを示す。第２の特定光度曲線１２は、この視覚システムが、１倍の光学形態にあるとき、同じ４０％の入力強度命令値で、２５５の最大出力光強度値が得られることを示す。これに対し、第２の特定光度曲線２２は、この視覚システムが７．５倍の光学形態にあるとき、入力光強度命令値が約９０％になるまでは、２５５の最大出力光強度値に達しないことを示す。
【００４２】
したがって、１倍の光学形態の視覚システムに対して書かれたパートプログラムでは、もし所望の出力光強度値が５０であれば、約２０％の入力強度命令値が必要となる。しかしながら、もし同じパートプログラムが、７．５倍の光学形態の視覚システム上で動かされると、約２０％の入力強度命令値で、得られる出力光強度値はかろうじて０より大きいので、光源は実質的に照明を行わない。これに対し、５０％の明るさが必要なパートプログラムに対しては、７．５倍の光学形態を用いることにより、この視覚システムに対する入力強度命令値は、約４０％になる。もしこのパートプログラムが、１倍の光学形態の同じ視覚システム上で動かされると、出力光強度値は、約２５０となる。
【００４３】
同じ光学素子或いは同じ光学形態を異なる光源に用いるとき、同じ視覚システムに対する特定光度曲線の間には、同様の不一致がある。面光源は一般に、カメラとイメージされる被測定物の間に置かれ、面光源からの光は、カメラから離れる方向の被測定物に照射される。したがって、カメラに達する光は、イメージされる被測定物から反射される必要がある。これに対し、ステージライトは、カメラ方向を直接照らす。
【００４４】
この結果、一般に、これらの変数の種類のため、任意の入力光強度命令値に対して、異なる光源は、同じ入力光強度命令値に対しても異なる応答をする。したがって、もし同じパートプログラムを、異なる光源に対して同じ照明命令を用いて動かすのであれば、異なる光源に対しては、特定光度曲線と参照光度曲線の間で入力光強度命令値等の変換が必要である。
図３は同じ光学素子或いは形態を用いるとき、或いは同じ光源に異なるバルブ或いはランプを使うときの同様の視覚システムに対する特定光度曲線の不一致を示すグラフである。特に同図に示すように第２のタイプの特定視覚システムに対する特定光度曲線１２は、第１のバルブ或いはランプを用いたステージライト等の第１の光源と第１の光学形態を用いて生成された。しかしながら、この特定光度曲線３２は、第１の光学形態と第２のバルブ或いはランプを用いた同様の第１の光源を、第２のタイプと同様の特定視覚システムに用いて生成された。
【００４５】
任意の入力光強度命令値に対して、特定光度曲線３２により示される第２のバルブ或いはランプに比較し、特定光度曲線１２により示される第１のバルブ或いはランプからは、より多くの光が、カメラに達する。したがって、任意の入力強度命令値に対して、特定光度曲線１２の出力光強度値は、特定光度曲線３２の出力光強度値よりも大きい。したがって、特定のバルブ或いはランプの光源を用いて書かれたパートプログラムと同じパートプログラムが、異なるバルブ或いはランプを同じ光源に用いて動かされると、前記図１、図２ほど、極端ではないが、多量の光或いは少量の光がカメラに達する。
【００４６】
図４には本発明の一実施形態にかかる出力光強度較正装置を用いた視覚システムの概略構成が示されている。同図に示す視覚システム１００は、視覚システム構成部材１１０と、制御システム部１２０を含む。視覚システム構成部材１１０は、中央に透明部１１２を持つステージ１１１を含む。視覚システム１００を用いてイメージされる被測定物１０２は、ステージ１１１の上に置かれる。光源（照明装置）１１５−１１８からの光は、被測定物１０２を照明する。光源１１５−１１８からの光は、被測定物１０２を照明した後、或いは被測定物１０２を照明する前に、レンズ系１１３を通過し、被測定物１０２のイメージを生成するカメラシステム（光強度検出デバイス）１１４により集光される。被測定物１０２を照明するのに用いられる光源は、リングライト１１７或いはプログラムで制御できる光１１８、ステージライト１１５、同軸ライト１１６、表面光を含む。
【００４７】
カメラシステム１１４によりキャプチャーされたイメージは、信号線１３１を介して表示デバイス１３２に出力される。同図に示されるように制御システム部１２０は、コントローラ１２５と、入出力インタフェース１３０と、メモリ１４０と、光度曲線生成器１５０と、変換参照用テーブル生成器（関数決定部）１６０と、パートプログラム実行器１７０と、入力光強度命令値変換器１８０と、電源（照明装置）１９０を含む。これらの部材は、データ／制御バス１３６を介して相互接続されているか、或いは直接接続されている。カメラシステム１１４は、信号線１３１を介して入出力インタフェース１３０に接続されている。また、入出力インタフェース１３０には、信号線１３３を介して表示デバイス１３２が接続され、また一又は二以上の信号線１３５を介して一又は二以上の入力デバイス１３４が接続されている。表示デバイス１３２と一又は二以上の入力デバイス１３４は、パートプログラムを見、作成し、修正するため、カメラシステム１１４によりキャプチャーされたイメージを見るため、及び／又は視覚システム構成部材１１０を直接制御するために用いられる。しかしながら、設定されたパートプログラムを持つ完全に自動化された視覚システムでは、表示デバイス１３２及び／又は一又は二以上の入力デバイス１３４、対応する信号線１３３及び／又は１３５が省略可能である。
【００４８】
同図に示されるように、メモリ１４０は、参照光度曲線部（参照関係記憶部）１４１と、特定光度曲線部（特定関係記憶部）１４２と、変換参照用テーブル記憶部１４３と、パートプログラム記憶部１４４と、キャプチャーされたイメージ記憶部１４５を含む。参照光度曲線部１４１は、一又は二以上の参照光度曲線（参照関係）を記憶する。特に参照光度曲線部１４１は、異なる光源に対して、それぞれ対応する参照光度曲線を記憶することができる。本実施態様において、参照光度曲線部１４１は、多くの異なる典型的な参照パーツの各光源に対して、それぞれ参照光度曲線を記憶する、及び／又は多くの異なる倍率に対して、それぞれ対応する参照光度曲線を記憶することもできる。同様に、特定光度曲線部１４２は、少なくとも１つの特定光度曲線を記憶する。特に特定光度曲線部１４２は、各光源１１５−１１８に対して、それぞれ対応する特定光度曲線（特定関係）を記憶することができる。参照光度曲線部１４１と同様、特定光度曲線部１４２は、多くの異なる倍率の各光源に対して、それぞれ対応する特定光度曲線を記憶することもできる。
【００４９】
変換参照用テーブル記憶部１４３は、少なくとも１つの変換参照用テーブルを記憶する。特に変換参照用テーブル記憶部１４３は、参照光度曲線部１４１に記憶される参照光度曲線、及び特定光度曲線部１４２に記憶される特定光度曲線の各ペアに対して、１つの変換参照用テーブルを記憶する。パートプログラム記憶部１４４は、視覚システム１００の特定タイプのパーツに対する動作制御に用いられる、一又は二以上のパートプログラムを記憶する。イメージ記憶部１４５は、視覚システムを動作しているときにカメラシステム１１４を用いてキャプチャーされたイメージを記憶する。
【００５０】
光度曲線生成器１５０は、光度曲線生成命令を受信している視覚システム１００上で、コントローラ１２５の制御の下、特定の光源及び／又は特定の被測定物に対して、参照光度曲線或いは特定光度曲線のいずれか一方を生成する。一般にユーザは、表示デバイス１３２と、視覚システム１００を最初のセットアップをするときと、ユーザが視覚システムの再較正が必要であると考えるときは必ず、光度曲線生成器１５０に光度曲線生成を命令する信号を入力するため、一又は二以上の入力デバイス１３４のうちの、少なくとも１つの入力デバイスを用いる。一般に光度曲線生成器１５０は、参照視覚システムに対して参照光度曲線を生成するのに用いられる。参照視覚システムを用いて生成された参照光度曲線は、メモリ１４０の参照光度曲線部１４１に記憶される。これに対し、光度曲線生成器１５０は、一般に視覚システム１００に対して特定光度曲線を生成するのに用いられる。特定光度曲線は、メモリ１４０の特定光度曲線部１４２に記憶される。
【００５１】
光度曲線生成器１５０が新しい特定光度曲線を生成するのに用いられるときは必ず、変換参照用テーブル生成器（関数決定部）１６０は、コントローラ１２５の制御の下、特定光度曲線部１４２に記憶される新しい特定光度曲線と、参照光度曲線部１４１に記憶される対応参照光度曲線のそれぞれに対して、新しい変換参照用テーブルを生成する。この新しい各変換参照用テーブルは、変換参照用テーブル生成器１６０により、メモリ１４０の変換参照用テーブル部１４３の古い変換参照用テーブルに上書き保存される。
【００５２】
視覚システム１００が、パートプログラム記憶部１４４のパートプログラムの実行を指示する命令を受信すると、パートプログラム実行器１７０は、コントローラ１２５の制御の下、パートプログラム記憶部１４４のパートプログラムの命令を読み込み、読み込まれた命令の実行を開始する。特にこの命令は、光源１１５−１１８のうちの、１つの光源をつける、或いはその光源を調整するコマンドを含む。特にこのコマンドは、較正前特定入力光強度命令値を含む。パートプログラム実行器１７０は、光源の指示を受けると、入力光強度命令値変換器１８０に較正前特定入力光強度命令値を指示する。入力光強度命令値変換器１８０は、コントローラ１２５の制御の下、その指示に関係する光源の対応変換参照用テーブルを入力し、較正前特定入力光強度命令値を較正後特定入力光強度命令値に変換する。この較正後特定入力光強度命令値は、識別された光源に対応する参照視覚システムの光源が、もし変換前の較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、参照視覚システムのカメラシステムで得られるであろう出力光強度に、カメラシステム１１４で得られる出力光強度が実質的に同じとなる強度命令値である。
【００５３】
入力光強度命令値変換器１８０は、変換ずみの較正後特定入力光強度命令値を電源１９０に出力し、一方、パートプログラム実行器１７０は、駆動光源に関係する電源に、コマンドを出力する。このとき、電源１９０は、信号線の１つを介して光源１１５−１１８のうちの、１つの光源に電流信号を供給することにより、較正後特定入力光強度命令値に基づいて、識別された光源を駆動する。
これらの光源１１５−１１８のうちの、任意の１つの光源は、複数の異なる有色光源を含む。例えばステージライト１１５は、赤色光源、緑色光源、青色光源を含む。ステージライト１１５の赤、青、緑の光源のそれぞれは、電源１９０により別個に駆動される。したがって、ステージライト１１５の赤、青、緑色光源は、それぞれ特定光度曲線を持つ。したがって、ステージライト１１５の赤、青、緑光源は、それぞれ参照光度曲線と関数を持つ必要がある。有色光源に対して参照光度曲線を持つことは、さらに信頼性の高い有色照明を可能にし、また別色或いは黒／白カメラを用いる量的な色の解析に有用である。
【００５４】
本実施形態にかかる光強度較正装置と方法では、自動化されたプログラム操作を基本にしており、視覚システム１００の手動或いは順次進行の操作中に、照明の命令が、一或いは二以上の入力デバイス１３４を介して手動的に指示されるときと実質的に同じ操作を行う。表１は視覚システムのある特定のクラスに対する参照光度曲線と、較正前の対応視覚システムの特定光度曲線と、前記参照光度曲線による較正後の同じ視覚システムの特定光度曲線を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
同表より明らかなように、照明特性の較正前、特定光度曲線と参照光度曲線の明るさは、最大で１５％の差があるのに対し、照明特性の較正後、特定光度曲線と参照光度曲線の明るさは、最大で２％の差となる。
参照光度曲線と特定光度曲線は、測定された出力光強度Ｉと入力光強度命令値Ｖｉとの関係を規定している。光度曲線を得るために、各入力光強度命令値Ｖｉは、視覚システムのカメラシステムにより測定された出力光強度Ｉｉを与える。この測定は、カメラシステムの全視野より小さいある領域から得られ、イメージの明るさとして参照される。このイメージの明るさは、イメージのウインドウの平均グレーレベルとして測定される。ウインドウサイズとウインドウ位置の両者は、測定されたグレーレベルに影響を及ぼす。
【００５７】
６４０×４８０ピクセルのイメージディメンションを持つカメラシステムに対しては、いくつかのウインドウサイズが、平均的なグレーレベルを測定するのに用いられる。ウインドウサイズは、５１×５１ピクセル、１０１×１０１ピクセル、１５１×１５１ピクセル、２０１×２０１ピクセル、２５１×２５１ピクセルを含む。このウインドウは、その中心に対して対称となるように、奇数の段×列のピクセルを持つ。
【００５８】
図５は前記各ウインドウサイズについて、カメラシステムの出力光強度値を、入力光強度命令値の可能範囲内で示す。同図に示されるように各ウインドウサイズの光度曲線に大差はない。しかしながら、５１×５１ピクセルのウインドウのような、小さなウインドウのグレーレベルでは、カメラシステムの全視野の明るさに、重大な不均一があると、イメージの平均的なグレーレベルの典型例とはならない。本実施態様においては、１５１×１５１ピクセルのウインドウが、ウインドウサイズとカメラの視野の間に適切なバランスを与えるので用いられる。
【００５９】
上述のようにイメージの明るさは、均一でなくてもよい。この場合、イメージの最も明るい部分は、イメージの中心でなくてもよい。本実施態様においては、光度曲線上の粗い部分での明るさの不均一の影響を低減するため、イメージの一番明るい位置に中心が置かれたウインドウが用いられる。参照光度曲線は、任意の較正済み視覚システムに従うようにカーブさせたモデル光度曲線である。本実施態様においては、視覚システムの全クラスと、例えばステージライト、同軸ライト、リングライト、及び／又はプログラム化できるリングライトのような光源の全タイプに対して、同じ参照光度曲線を用いることにより、較正装置と方法を簡素化できる。本実施態様においては、任意の光源を持つ視覚システムでは、同じ光源特性が得られる。
【００６０】
しかしながら、本実施態様においては、異なるクラス、異なる光源をもつ視覚システム間での本質的な相違を考慮すると、１つの参照光度曲線を用いることは、好ましくない。本実施態様において、１つの参照光度曲線を用いることは、複数のクラスの視覚システムの照明性能に悪影響を及ぼす。異なる光源をもつ視覚システムに対して、同じ参照光度曲線を設定することは、常に最も明るいイメージを生じるステージライト等の光源の照明性能に悪影響を及ぼす。したがって、本実施態様において、異なる参照光度曲線は、各クラスの視覚システムと、このクラスの視覚システムの各光源に対して用いられる。これは、全ての光源の照明特性が、同じモデル、同じ装置上では、同じになることを保証する。さらに、光源に４分円を持つプログラム化できるリングライトを用いるとき、同じ較正前特定入力光強度命令値に対して、各４分円では、同じ明るさのイメージが得られると仮定されるので、各４分円に対しては、同じ参照光度曲線を用いる。
【００６１】
しかしながら、同じクラスの各光源に対して、固有の参照光度曲線を用いることは、そのクラスの全ての倍率に対して、１つの参照光度曲線を持つことを含む。本実施態様において、参照光度曲線は、デフォルトの倍率を用いて規定された。例えば２．５Ｘの倍率を持つデフォルトのレンズシステムを用いて製造された視覚システムのある特定のクラスに対しては、２．５Ｘの倍率が、デフォルトの倍率として用いられる。しかしながら、例えば１Ｘ等の低倍率を用いることにより、照明装置の全てに用いることができるので、より良い較正を行うことができる。
視覚システムのある特定のクラスの参照光度曲線の全てに対して、ある１つの倍率を用いることにより、そのクラスの異なる視覚システム上では、その倍率で同じ照明特性が得られることを保証する。
【００６２】
上述のように、各参照光度曲線は、特定の光源の全照明パワーを利用するべきであり、これにより、できる限りコントラストが良い、すなわち広いグレーレベル範囲を持つイメージが得られる。これらの要求を考慮に入れると、各参照光度曲線は、以下に示すような特性を持つ。
【００６３】
１．参照光度曲線は、入力光強度命令値が少なくとも９０％になるまで最大の明るさ値、すなわち飽和状態に達するべきではない。理想的には参照光度曲線は入力光強度命令値の可能な全範囲内で飽和状態に達しない。
２．極端な末端を除いて可能な限りの広範囲にわたり、照明特性は、参照光度曲線が異なる入力光値に対して異なる明るさ値を持つことを防いでもよい。すなわち、もし複数の入力光強度命令値で、同じ明るさ値を示す１つの出力光強度値を生じるのであれば、このような参照光度曲線の有用性は、前述のような同じ出力光強度値を生じる曲線部分では低減される。
３．入力光設定の範囲は、出力光強度の広い範囲をカバーすべきである。もし参照光度曲線が出力光強度の広範囲をカバーしないと、優れたコントラストを持つイメージを得るのが困難となる。
【００６４】
一方、図１は第１の要求を満たさない３つの光度曲線を示し、図６は第１の要求を満たす１つの光度曲線を示す。第１の要求は、もし飽和入力光強度命令値Ｖｓａｔで参照光度曲線が最大の明るさ２５５に達すると、その入力光強度命令値Ｖｓａｔは、１００％よりかなり小さく、この状態では、飽和入力光強度命令値Ｖｓａｔより大きい任意の入力光強度命令値Ｖｉであっても、較正することができない、というものである。
図７は、第２の要求を満たさない参照光度曲線の一例を示す。同図に示すような参照光度曲線では、０％−２０％の入力光強度命令値の全てに対して、ほぼ同様の１５の出力光強度値が得られる。さらに出力光強度値の範囲は、１５−２３と狭い。したがって、この参照曲線を用いた較正では、優れたイメージが得られる可能性は低いものとなる。
【００６５】
上述のように、異なる光源からは、異なるタイプの光度曲線が得られる。もし光度曲線が、カメラの視野内に同じ被測定物を置くことなく、測定されると、得られた光度曲線は、前述のような参照光度曲線に対する第１〜第３の要求を満たさない。これは、第１〜第３の要求を満たす光度曲線を得るために、ステージとカメラ間に光学式被測定物を置くことにより解決することができる。しかしながら、被測定物の役割は、異なる光源に対してそれぞれ異なる。例えば本実施態様にかかる視覚システムにおいて、ステージライトは、透過光の強度を弱める被測定物を必要とする。これに対し、同軸ライトは、反射光の強度を弱める被測定物を必要とする。ステージライト及び同軸ライト、並びにリングライト及びプログラム化できるリングライトは、あらゆる方向のリングライト或いはプログラム化できるリングライトからの反射光を集める被測定物を必要とする。
【００６６】
さらに、各光源に対して複数の被測定物を用いることが必要、或いは好ましい。もし入力光設定の全範囲に対して、被測定物が１つだけ用いられるのであれば、その被測定物は、光源からの光を大幅に低減してもよい。この結果、複数の入力光強度命令値は、同じ出力光強度を持ってもよい。この場合、得られた参照光度曲線は、前述のような参照光度曲線に対する第２の要求を満たさない。
表２は、日本の株式会社ミツトヨにより製造された視覚システム、ＱｕｉｃｋＶｉｓｉｏｎシリーズのＱＶ２０２ーＰＲＯモデルにおいて、２．５Ｘレンズに対して第１〜第３の要求を満たす参照光度曲線を得るのに用いることができる被測定物を示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
同表より明らかなように、視覚システムの全クラスと全光源は、異なる被測定物を必要としてもよいことが理解される。
ステージライトに対する参照光度曲線の測定は、０．１、１、２、３の出力光強度を持つニュートラルな密度フィルタを用いる。スペクトラロン（Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ）は、拡散反射材料であり、２％−９９％の範囲内で異なる反射率をもつ。スペクトラロン２％は、６００ｎｍで２％の拡散反射得率をもつ。スペクトラロン９９％は、６００ｎｍで９９％の拡散反射率をもつ。
【００６９】
ステージライトに対する参照光度曲線の測定は、最低入力光強度命令値と０．１の光学強度を持つニュートラルな密度フィルタを用いて始めた。出力光強度値を飽和させる入力光強度命令値で、０．１の光学濃度を持つニュートラルな密度フィルタ（ＮＤフィルタ、灰色フィルタ）を用いるとき、測定は、０．１の光学濃度を持つニュートラルな密度フィルタを用い続ける。出力光強度値を飽和させる入力光強度命令値で、１の光学濃度を持つニュートラルな密度フィルタを用いるとき、測定は、２の光学濃度を持つＮＤフィルタを用い続ける。このプロセスは、入力光強度命令値の全範囲が測定されるまで、より高い光学濃度を持つフィルタを用い続ける。
【００７０】
表３はステージライトに対して好適な参照光度表の一例を示す。同表は、（Ｖｉ, ＯＤｉ, Ｉｉ）の３つの項目より構成されている。
ここで、Ｖｉは、入力光強度命令値であり、
ＯＤｉは、入力光強度命令値Ｖｉに用いられるフィルタの光学濃度であり、
Ｉｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対する出力光強度である。
【００７１】
【表３】
【００７２】
同軸ライトに対して、参照光度曲線の測定は、最低入力光強度命令値で被測定物を用いることなく始めた。被測定物を用いないとき、出力光強度値を飽和させる入力光強度命令値で、測定では、スペクトラロン２％を用い続ける。また、よりスムースな参照光度曲線を得るためには、例えばスペクトラロン１０％、２０％などの複数の被測定物を用いることが好ましい。Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製、部品ナンバＨ４５６５５等のすりガラスは、被測定物としてスペクトラロン２％の代わりに用いることができる。このすりガラスの性能は良くないが、非常に安い。
【００７３】
同軸ライトに対して、第２の要求は満たされない。光のたった２％しか反射しない被測定物を用いても、出力光強度は６０％の入力光強度命令値で飽和してしまう。効果を試験するため、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅから得たスペクトラロン３．７％が用いられた。
同軸ライトに対する参照光度表は、（Ｖｉ，Ｆｉ，Ｉｉ）の３つの項目より構成されていることが好ましい。ここで
Ｖｉは、入力光強度命令値、
Ｆｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対して用いられるフィルタ、すなわち被測定物なし或 いはスペクトラロン２％のための用いられるフィルタである。
Ｉｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対する出力光強度である。
【００７４】
リングライトに対する参照光度曲線の測定は、最低の入力光強度命令値でスペクトラロン９９％を用いて始めた。スペクトラロン９９％を用いるときに出力光強度値を飽和する入力光強度命令値で、この測定は、被測定物を用いずに続ける。スペクトラロン９９％に代えて、Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製、部品ナンバＨ４３７１８等のオパール散乱ガラスを用いることができる。オパール散乱ガラスは、スペクトラロン９９％に比較し安く、同じ性能を持っている。しかしながら、オパール散乱ガラスは、技術上の仕様を持っていない。すなわち、オパール散乱ガラスの較正データがない。出力光強度値を飽和する例えばスペクトラロン９９％, スペクトラロン７５％，スペクトラロン５０％等を用いることにより、よりスムースな参照光度曲線を得るためには、複数の被測定物を用いることが好ましい、ということが理解される。
【００７５】
リングライトに対して好適な参照用光度テーブルは、（Ｖｉ，Ｆｉ，Ｉｉ）の３つの項目より構成されている。
ここで、Ｖｉは入力光強度命令値である。
Ｆｉは、入力光強度命令値Ｖｉ、すなわち被測定物なし或いはスペクトラロン９９％に対して用いられるフィルタである。
Ｉｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対する出力光強度である。
【００７６】
ある光源に対する参照光度曲線は、その他の光源とは無関係に得られる。すなわち、その他の光源は消されている。参照光度曲線は、一回だけ測定される。参照光度曲線が一回測定されると、その測定データは、上述した表形式書式で記憶され、測定済み参照光度曲線データは、視覚システムのメモリに記憶される。
視覚システムを較正するため、特定光度曲線は、較正が必要とされる視覚システムの全ての光源に対して測定される。ある光源の特定光度曲線は、その他の光源とは別に得られる。すなわちその他の光源は、消されている。ある参照光度曲線を得るために用いられる同じ倍率、同じ被測定物が、対応特定光度曲線を得るために用いられる必要がある。特定光度曲線は、その視覚システムが較正される度に再測定する必要がある。ユーザは、古い光源に対しては、より頻繁に照明特性の較正を行ってよい。一度、特定光度曲線が測定され、該測定された特定光度曲線データは、前述のような表形式で視覚システムのメモリに記憶される。
【００７７】
ある特定視覚システムに対して特定光度曲線、或いは複数の曲線が測定され、或いは再測定され、またその視覚システムのメモリに記憶された後、そのクラスの視覚システムに対して参照光度曲線を用いることにより、較正された１つの光源、或いは複数の光源は、変換関数Ｔを決定することにより較正される。変換関数Ｔは、ある特定視覚システムのある特定の光源に対して参照光度曲線に相関して定義された入力光強度命令値を、その特定視覚システムと光源に相関して定義された入力光強度命令値に変換する。
【００７８】
ある特定視覚システムのある特定の光源に対して、もし参照光度曲線が
Ｒ（ｘ）＝ｙ，
であり、
ここで、Ｒ は、参照光度曲線関数
ｘ は、較正前特定入力光強度命令値、０＜ｘ ＜１
ｙ は、参照出力光強度、 ０＜ｙ ＜２５５
その視覚システムの特定光度曲線が
Ｓ（ｘ）＝ｙ’，
であるならば、
ここで、Ｓ は、特定光度曲線関数
ｘ は、較正前特定入力光強度命令値、０＜ｘ ＜１
ｙ’は、特定出力光強度、 ０＜ｙ’＜２５５
【００７９】
その時、視覚システムの光源は以下に示すような変換関数Ｔにより較正される。
Ｔ（ｘ） ＝ｘ’、 そして
Ｓ（ｘ’）＝ｙ
ここで、ｘ は、較正前特定入力光強度命令値、０＜ｘ ＜１
ｘ’は、較正後特定入力光強度命令値、０＜ｘ’＜１
ｙ は、参照出力光強度、 ０＜ｙ ＜２５５
【００８０】
参照出力光強度、或いは明るさ、照明装置の分析によるｙを、再び再現することは不可能である。すなわち、特定の入力光強度命令値ｘ’は、特定の入力光強度命令値ｘ’を用いて特定の光源を駆動するときには存在しないかもしれず、ある特定光度曲線は、参照出力光強度、或いは明るさｙを生じる。したがって、変換関数Ｔにおいて、誤差の許容範囲は、許容誤差ｅを用いて設定される。この場合、視覚システムの光源は、以下に示すような変換関数Ｔを決定することにより較正される。
【００８１】
Ｔ（ｘ）＝ｘ’
かつ
Ｓ（ｘ’）＝（ｙ±ｅ）
変換関数Ｔの計算が、数学的に不可能なときもある。これは特定光度曲線が参照光度曲線により確立された明るさレベルに達しないときに起こる。これは特定光源があまりに暗い、或いは視覚システムのレンズシステム、及び／又はカメラシステムの光学システムのミスアライメントがあるときに生じる。
【００８２】
変換関数Ｔは、オフライン決定であり、視覚システムが較正される度に決定される。変換関数Ｔは、入力光設定を変換するのにランタイムでの実行時に用いられる。
変換関数Ｔは、共にデフォルトの倍率で得られた参照光度曲線と特定光度曲線を用いて計算される。しかしながら、変換関数Ｔは、倍率を考慮せずに用いられる。したがって、変換関数Ｔは、異なる倍率のシステム間では、同じ照明特性を保証しない。変換関数Ｔは、同じクラスの異なる視覚システム間であっても、同じ倍率では、同じ照明特性を保証する。表４は、異なる倍率、異なる視覚システムに対して、同じ変換関数Ｔを用いた結果である。
【００８３】
【表４】
【００８４】
図８は本発明の一実施形態にかかる光度曲線の生成方法を概説するフローチャート示す。同図に示されるステップは、参照視覚システムに対して参照光度曲線を生成するときと、較正される視覚システムに対して特定光度曲線を生成する（特定関係決定工程）ときに用いられる。いずれの場合も、ステップ１００において始まり、制御がステップ１１０に続く。ここで、ある特定の被測定物が視覚システムの視野内に置かれる。次にステップ１２０においては、現在の入力光強度命令値が、ある初期値に設定される。初期値は通常０、すなわち光源は消されている。次にステップ１３０においては、光度曲線が生成される光源は、現在の入力光強度命令値で駆動される。次に制御はステップ１４０に続く。
【００８５】
ステップ１４０においては、光源が駆動され、該光源からの光が光学素子を介して視覚システムのカメラの視野領域に達するときの出力光強度が測定される。次にステップ１５０において、現在の入力光強度命令値と測定された出力光強度は、参照用テーブルに記憶される。次にステップ１６０において、現在の入力光強度命令値が最大入力光強度命令値より大きいか否かの判定を行う。もし小さければ、制御はステップ１７０に続く。それ以外の場合は、制御がステップ１８０にジャンプする。
ステップ１７０において、現在の入力光強度命令値は、増分値により増加される。もし測定された出力光強度値が、例えば飽和値或いは飽和に近づく値のような、設定済み飽和値の閾値の範囲を外れるならば、視覚システムの視野内に、次の適当な被測定物が現在の被測定物の代わりに置かれる。測定された出力光強度値が飽和に近づく値に達するか否かの判定は、測定された出力光強度値が飽和値の所定の閾値内か否かの判定を含む。次に制御は、ステップ１３０に戻る。これに対し、ステップ１８０において、光度曲線の生成方法は終わる。
【００８６】
図９には本発明の一実施形態にかかる、特定視覚システムの特定光源に対して参照光度曲線及び特定光度曲線を基に変換関数を生成する方法（関数決定工程）のフローチャートが示されている。ステップ２００において始まり、制御はステップ２１０に続く。ここで、較正される特定視覚システムの光源が選択される。次にステップ２２０においては、特定視覚システムの選択された光源に対応する設定済み参照光度曲線が識別される。次にステップ２３０においては、特定視覚システムの選択された光源から生成された設定済み特定光度曲線が識別される。次に制御は、ステップ２４０に続く。
【００８７】
ステップ２４０においては、現在の入力光強度命令値が初期値に設定される。次に、ステップ２５０においては、選択された光源の現在の入力光強度命令値に対する参照光度曲線の出力光強度が、識別された参照光度曲線から決定される。次に、ステップ２６０においては、測定された出力光強度が得られる選択済み光源に対して、識別された特定光度曲線の入力光強度命令値が、少なくとも選択された許容誤差範囲内で、識別された特定光度曲線に基づいて決定される。次に、制御はステップ２７０に続く。
【００８８】
ステップ２７０においては、現在の入力光強度命令値と、選択された光源に対して識別された特定光度曲線の設定済み入力光強度命令値が、変換関数参照用テーブルに記憶される。次に、ステップ２８０においては、現在の入力光強度命令値が最大入力光強度命令値より大きいか否かの判定が行われる。もし現在の入力光強度命令値が最大入力光強度命令値より大きければ、制御はステップ３００にジャンプし、それ以外では、制御は、ステップ２９０に続く。
ステップ２９０においては、現在の入力光強度命令値を増分値により増加させる。制御はステップ２５０に戻る。これに対し、ステップ３００においては、その光源に対する変換関数の生成方法を終える。
【００８９】
本実施態様において、照明特性が較正された全ての光源は、参照光度曲線に対応する照明が得られ、その参照光度曲線は、視覚システムのクラスの最も暗い照明に基づいている。したがって、より明るい、どのような光源或いはバルブであっても、最も暗い光源或いはバルブの最大出力光強度に適合させることができる。
より低パワーの光学素子と光学形態は、より多くの光を集めるだけでなく、光の吸収が少ない。すなわち、より低パワーの光学素子と光学形態は、多くのイメージをキャプチャーする。したがって、より低パワーの光学素子と光学形態では、本質的に、駆動された特定光源からの有効な光を、十分にキャプチャーする。さらに、より高パワーの光学素子と光学形態では、多くの光を吸収する。したがって、より高パワーの光学素子と光学形態では、集光率が低いばかりでなく、実際に集光された光量より少量の光を透過する。
【００９０】
より高パワーの光学素子と光学形態を用いることは、参照光度曲線の傾きを非常にフラットにする。したがって、このようなフラットな参照光度曲線を基に、出力光強度に対応する１つの特定の入力光強度命令値を選択することは困難である。
より低パワーの光学素子と光学形態では、駆動された特定光源からの光をより多く集め、光の吸収も少ないので、カメラシステムを飽和しやすい。また、隣接する２つの入力光強度命令値に対応する各出力光強度値の間に、非常に大きな差を生じるので、光度曲線の傾きが急勾配となる。
【００９１】
したがって、参照光度曲線及び特定光度曲線を生成するのに用いられる特定の光学素子と光学形態のパワーは、変換関数の有用性に顕著に影響を及ぼす。
較正イメージの最も明るい領域を選択することが一般に好ましい。多くの理由により、最も明るい領域が選択される。第１は、照明特性の不一致の影響を受け難い最も明るい領域を選択することである。任意の２つの視覚システム、光学素子同士でも同一に位置合わせできないので、照明特性の不一致が起こるかもしれない。実際、どのような特定視覚システムの光学であっても、完全には位置合わせできないかもしれない。例えば、同軸ライト源に対して、同軸ランプを同一の光軸上で位置合わせできないかもしれない。
イメージの明るさの不一致は、その多くは光学素子に原因があるけれども、その他の原因としては、光源の不一致にあるかもしれない。例えばカメラシステムは、電荷結合素子（ＣＣＤ）が多用される。このＣＣＤは、垂直或いは水平方向の応答勾配を持つ。較正イメージの最も明るい領域が選択されると、この応答勾配と明るさの不一致の影響が大幅に低減される。
【００９２】
さらに、較正イメージの領域を選択するため、いくつかの異なる方法を選択することができる。前述のように、ある１つのウインドウは、較正イメージの最も明るいスポットに焦点合わせできる。或いはある１つのウインドウは、較正イメージ内の特定スポットに固定される。これは、測定イメージの最も明るい領域が特定の位置にあることがわかっているが、その最も明るい領域の正確な位置が分からないときに有用である。
較正イメージの最も明るい領域を測定すると、多くの時間と計算量が必要となる。一方、もし較正イメージの最も明るい領域が、較正イメージの固定位置に位置することが分かっていると、最も明るいスポットを含むことことにより、本質的に、確信のあるウインドウを選択することが可能になる。同時に、このような固定ウインドウを用いることにより、最も明るいスポットを正確に測定し、またその最も明るいスポットの上にウインドウの中心を置くのに必要な時間と計算量を低減することができる。
【００９３】
さらに、ある１つの固定ウインドウを用いるより、較正イメージを細分化した複数のウインドウを用いることができる。例えば較正イメージの四隅上に焦点を合わせた４つのウインドウを用いることができる。この場合、４つのウインドウの平均出力光強度値は、測定された出力光強度値として用いられる。ある１つの出力光強度値を測定するための複数ウインドウを結合させるためには、平均値ではなく、任意の別の周知或いは後に得られた統計パラメータが用いられる。
上述のように、変換関数Ｔは、特定視覚システムに対する出力光強度が参照光度曲線の出力光強度に厳密に従うように、特定視覚システムに対して特定の入力光強度命令値を調整する。しかしながら、参照光度曲線は、それ自身が特に直感的でなくてもよい。したがって、変換関数及び／又は参照光度曲線は、参照入力光強度命令値と参照出力光強度の間に所望の関数を与える参照光度曲線に、所望の出力光強度のマッピングを行うために用いられてもよい。したがって、参照光度曲線及び／又は変換関数は、線形関数、或いは対数関数等、或いは人間心理学と視覚認知の観点から、出力光強度を入力光強度命令値のより直感的な関数にする所望の関数上に重ねてもよい。
【００９４】
同軸ライトを用いて上述したように、入力光強度命令値の範囲を著しく広げる非飽和領域を見つけることは、困難である。この問題を解決するためには、経験的ではなく数学的に、視覚システムの光学系についての仮定を行うことにより、関数を変換、或いはマッピングすることが有効である。したがって、全ての参照光度曲線に対応する範囲に参照光度曲線のある一部分のみに対応する単一の被測定物を用いることにより、光学系の倍率と反射率についての仮定に基づいて、その非飽和領域を推定することが可能となる。
上述のように、異なる倍率レベルでは、常に異なる参照光度曲線が得られる。本実施態様においては、これを扱うため、参照光度曲線及び特定光度曲線を生成するときと、変換関数を生成するときは、ある１つのデフォルト倍率レベルを用いる。さらに上述のように、参照光度曲線及び特定光度曲線は、異なる倍率レベルに対して生成できる。しかしながら、光度曲線の更なる組合せを生成する必要はない。
【００９５】
さらに、与える倍率レベルの変更による補償は、任意の入力光強度命令値を掛けることにより、より厳密な方法で行われる。しかしながら、この厳密な計算方法は、必ずしも良いイメージを作るとは限らない。一方、初期の倍率レベルの明るさに基づく２番目の変換では、現在の倍率レベルで、従来の倍率レベルと同じ明るさが得られる。
上記のように概説された較正方法は、ある１つの色を持つ光源に基づいている。したがって、もし光源が、異なる波長の光を出射する複数の出射器（有色光出射素子）を持つ固体光源等の有色光源を二以上備えるのであれば、異なる参照光度曲線と特定光度曲線は、各色に対して生成される。したがって、異なる較正テーブルは、各色に対して生成される。
【００９６】
本実施態様において、参照光度曲線は、ファイルに参照光度曲線を表形式で記憶するパートプログラムを用いて得られる。参照光度曲線を生成するため、各入力光度命令値に対して、出力光強度は、イメージの最も明るい位置の上に中心が置かれた１５１×１５１ピクセルのウインドウ内の平均的なグレーレベルとして測定される。本実施態様において、被測定物は１つのみ、倍率は２．５Ｘのみが用いられる。本実施態様において、参照光度曲線を得るため、ランプのサンプルの中から、最も暗いランプが用いられる。表５に、ファイルに表形式で記憶される参照光度曲線の一例を示す。
【００９７】
【表５】
【００９８】
特定光度曲線は、参照光度曲線と同様に得られる。したがって、本実施態様においては、ある１つのパートプログラムが、異なる入力光強度命令値で、イメージの出力光強度、或いは明るさを測定するために用いられる。イメージの出力光強度或いは明るさは、イメージの最も明るい位置の上に中心が置かれた１５１×１５１ピクセルのウインドウの平均グレーレベルとして測定される。表６に、ファイルに表形式で記憶される特定光度曲線の一例を示す。なお、表６はある未較正の視覚システムの特定光度曲線である。
【００９９】
【表６】
【０１００】
表５に示される参照光度曲線と表６に示される特定光度曲線を用いることにより、変換関数Ｔが決定された。表７に、ファイルに表形式で記憶される変換関数Ｔの一例を示す。
【０１０１】
【表７】
【０１０２】
各光源に対しては、異なる変換関数参照用テーブルが用いられる。したがって、視覚システムに対して複数の光源があるのと同様、多くの変換関数参照用テーブルがある。各変換関数参照用テーブルは、異なるファイルに記憶される。
本実施態様において、参照光度曲線は、多くの視覚システムの統計学上の解析、或いは視覚システムと光学シミュレーションの十分な設計情報に基づいて生成できる。したがって、参照光度曲線が、視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された出力光強度と、参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた入力光強度命令値を表している限り、参照光度曲線を生成するために、任意の周知、或いは後に開発された方法が用いられる。
【０１０３】
本実施態様にかかる光強度較正装置及び方法が実験的に試験されたとき、従来の装置及び方法は、各光源に対して１つの参照用テーブルを読み込む毎に修正された。本実施態様では、これらの値を光制御システムに送信する前に、入力光設定を較正された光設定に変換するため、参照用テーブルを用いる。例えば表７の参照用テーブルを用いることにより、ユーザが入力光設定を０．８に設定すると、本実施形態では、制御システム部にこの設定値を送信する前に、０．５８に変換する。例えば０．１２等のある入力光強度命令値に対しては、参照用テーブルではなく、本実施形態では、較正値を計算するために線形補間法を用いる。
本実施形態にかかる光強度較正装置と方法は、照明特性が較正された照明装置を視覚システムに備えることができる。すなわち、較正済み視覚システムでは、同じ装備の視覚システムに対して、同じ入力光強度命令値の下で、同じ明るさを持つイメージが得られる。この較正は、参照光度曲線と呼ばれる設定済み照明特性を用いることにより行われる。較正済み視覚システムでは、特定の照明特性を、この参照光度曲線の照明特性と同じに修正する。
【０１０４】
本実施態様において、異なる参照光度曲線は、視覚システムの全クラスの全光源に対して設定される。しかしながら、本実施形態にかかる光強度較正装置と方法は、汎用性があり、また視覚システムの異なるクラスに対して同じ参照光度曲線を持つ等の別の光学形態が可能である。この光学形態では、２つの異なるクラスの視覚システムを持ち、これらの視覚システム上でパートプログラムを動かしたいユーザに対しては有用である。参照光度曲線は、最も弱い照明装置を持つクラスの視覚システム上で測定されることが重要である。したがって、異なるクラスの視覚システムに対して、ある１つの参照光度曲線を持つことは、より強い照明装置を持つクラスの視覚システムの照明性能に悪影響を及ぼす。参照光度曲線は、ある特定視覚システムから生成される。この場合、参照光度曲線は、ある特定視覚システムを外部の参照視覚システムの入力光強度命令値に強制的に従わせるためには用いられない。むしろ、この場合の参照光度曲線は、特定の時間での特定視覚システムの照明特性を示す。
【００１０５】
特定視覚システムに対して、このような参照光度曲線を生成する時間は、あるパートプログラムが特定視覚システムで用いられる前につくられる。この特定視覚システムに対して生成された参照光度曲線に対しては、時間を経て特定視覚システムを較正することにより、またより頻繁に再較正することにより、その特定視覚システムの照明特性が、参照照明特性よりドリフトするのを防ぐ。したがって、特定視覚システムに対して作られた任意のパートプログラムは、特定視覚システムの照明装置が寿命となり、またその照明装置の照明特性が参照照明特性よりドリフトするときに、実行できるように作られている。ある特定視覚システムに対して、このような参照光度曲線を生成する時間は、別の視覚システムでパートプログラムが動かされる前に作られる。その後に作られたパートプログラムは、この参照光度曲線を用いて較正された別の視覚システム上で動かされる。
【０１０６】
本実施形態にかかる較正装置と方法では、同じパートプログラムを同じ装備を持つ異なる視覚システム、すなわち同じ入力光強度命令値に対して異なる光出力光度値を持つ視覚システム上で動かすことができる。
本実施形態にかかる較正装置と方法では、例えば周辺光の増加、ランプの劣化、古いランプを新しいランプと交換する等のように照明特性が変わっても、パートプログラムを同じ視覚システム上で一貫して動かすことができる。
また、本実施形態にかかる較正装置と方法は、質の悪い照明、例えばランプの劣化を検出可能にする。
【０１０７】
本実施形態にかかる較正装置と方法は、光学系のミスアライメント、例えばプログラム化できるリングライトのミスアライメントを検出可能にする。
本実施形態にかかる較正装置と方法では、照明特性をより確かに較正し、その結果、カメラにより検出された強度の変数は、ワークピースに確かに与えられるので、黒と白カメラが用いられるとしても、機械視覚システムは、測定されたワークピース上で信頼性のある色差を検出することができる。ワークピースの反射率が同じと仮定すると、強度の変数は、ある状態の色の変化によるものとしてもよい。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば種々の変形が可能である。例えば本発明にかかる開ループ光強度校正方法及び装置は、任意の視覚システムの照明装置に適用することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる開ループ光強度較正方法及び装置によれば、較正される特定視覚システムの特定検出デバイスで検出された特定出力光強度とその光源の駆動に用いた較正前特定入力光強度命令値との特定関係を決める特定関係決定工程（手段）と、参照視覚システムの検出デバイスで検出された参照出力光強度とその光源の駆動に用いた参照入力光強度命令値を示す定義済み参照関係及び前記特定関係に基づいて、参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、もし参照視覚システムの光源が較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決める関数決定工程（手段）とを備えることとしたので、照明特性の均一化を図ることができる。なお、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、特定視覚システムが参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることにより、複数の視覚システム間での照明特性の均一化を図ることができる。
なお、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、特定視覚システムが参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び前記参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることにより、複数の視覚システム間での照明特性の均一化を図ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記光強度検出デバイスがカメラであることにより、前記出力光強度を、カメラによりキャプチャーされるイメージの平均的な明るさ情報より得ることができるので、前記参照関係及び特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程を含み、もし関数を更新する必要があるならば、前記特定関係決定工程及び関数決定工程を繰返すことにより、また、関数を更新する必要があるか否かを決定する工程が、該関数が決定されてからの経過時間が閾値より長いか否かを決定する工程を含むことにより、前記関数の更新時期を適切に判断することができる。しかも本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して特定出力光強度を測定し、該特定出力光強度と対応参照出力光強度との差を決定し、この差が閾値より大きいか否かを決定することにより、前記特定関係（すなわち特定照明特性）の経時変化を正確に把握することができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定視覚システム及び前記参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係は、各光源に対して対応する参照関係を含み、さらに前記特定視覚システムの各光源に対して対応する前記特定関係と前記関数を決定することにより、各光源の照明特性を較正することができる。これにより、視覚システムの光源として、例えばステージライト、同軸ライト、リングライト、プログラム化できるリングライト等の複数の異なる光源等を用いることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定関係決定工程が、前記光強度検出デバイスの視野領域を選択する工程と、選択された視野領域内にて出力光強度を測定する工程を含むことにより、前記出力光強度がイメージの平均的な明るさとして得られる。これにより、一のイメージ内の各部での明るさの不均一を大幅に低減し、前記特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定関係として、前記光強度検出デバイスの視野の少なくとも一部分にて、該光強度検出デバイスによりキャプチャーされたイメージの入力イメージ値に基づいて、少なくとも１つの統計値を決定する工程を含むことにより、一のイメージ内の各部での明るさの不均一を大幅に低減し、前記特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定関係決定工程が、前記特定関係が決定される較正前特定入力光強度命令値の可能範囲内の少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して、前記視覚システムのステージ上に被測定物を置く工程を含むことにより、前記較正前特定入力光強度命令値の可能範囲内での前記参照関係及び／又は特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、さらに前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、該較正前特定入力光強度命令値を前記関数に基づいて変換する工程と、該変換済み較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程を含むことにより、ユーザ設定に対して光源より照射された照明光の光量変動を低減することができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、該較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程を含み、前記関数が、参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、もし参照視覚システムの光源が較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換し、該較正後特定入力光強度命令値で、特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うこととした。この結果、本発明は、ユーザ設定に対して光源からの照明光の光量変動を低減することができる。
さらに、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記変換が、前記定義済みの参照関係及び前記特定関係に基づいて行われ、該変換済み較正後特定入力光強度命令値で、視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うこととした。この結果、本発明は、光源に対して、制御された照明特性を設定することができるので、ユーザ設定に対して光源からの照明光の光量変動をより大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なるクラスの視覚システム間での光度曲線の不一致を示す説明図である。
【図２】異なる光学素子を同じ視覚システムに用いたときの光度曲線の不一致を示す説明図である。
【図３】同じ視覚システムに同じ光学素子と、同じ光源に異なるバルブ又はランプを用いたときの光度曲線の不一致を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施態様にかかる開ループ光強度較正装置を用いた視覚システムの概略構成を示す説明図である。
【図５】本発明においてイメージの明るさを測定する上でのウィンドウサイズの効果を示す説明図である。
【図６】参照光度曲線に対して第１の要求事項を満たす光度曲線の説明図である。
【図７】参照光度曲線に対して第２の要求事項を満たさない光度曲線の説明図である。
【図８】本発明の一実施態様にかかる参照光度曲線或いは特定光度曲線の生成方法の処理内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態にかかる参照光度曲線と特定光度曲線に基づいた特定の視覚システムの照明特性の較正方法の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 視覚システム
１０２ 被測定物
１１４ カメラシステム（光強度検出デバイス）
１１５ ステージライト（光源、照明装置）
１１６ 同軸ライト（光源、照明装置）
１１７、１１８ リングライト（光源、照明装置）
１２０ 制御システム部
１４１ 参照光度曲線部（参照関係記憶部）
１４２ 特定光度曲線部（特定関係記憶部）
１５０ 光度曲線生成器
１６０ 変換参照用テーブル生成器（関数決定部）
１８０ 入力光強度命令値変換器
１９０ 電源（照明装置）
【発明の属する技術分野】
本発明は開ループ光強度較正方法及び装置、特に視覚システムの照明装置の照明特性の変動低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光出力はどのような装置であっても、多くの変数の関数となる。これらの変数としては、瞬間駆動電流、装置の経年数、周囲温度、光源に汚れ或いは残留物があるか否か、装置の性能経歴などが含まれる。機械視覚計測システムでは概して、対象物が見つけられ得る関心領域内の他のものとのコントラストによって決定できる方法で、視野内で対象物の位置を突き止める。この測定は入射光又は透過光の総量によって大きく影響される。
【０００３】
自動化されたビデオ視覚計測システムは、一般にユーザがイベントの順序を定義可能なプログラミング機能を持っている。これらは、例えばプログラミングのような計画的な方法、或いは計測システムのシーケンスを次第に学習する記録モード方法のどちらの方法でも実行することができる。シーケンスコマンドはパートプログラムとして記憶される。計測システムのイベントのシーケンスコマンドを持つプログラムを作成する能力は、いくつかの利点を提供する。
【０００４】
例えば、複数のワークピースあるいは機器シーケンスは、想定された機器の繰返し精度のレベルで実行される。さらに、大多数の機器は、単一のプログラムを実行することができるので、複数の検査を同時に或いは順番に行える。しかも、プログラミング機能は、検査結果を記録する能力を提供する。したがって、検査過程を分析することができ、ワークピースの潜在的な故障箇所又はコントローラの故障を識別することができる。十分な標準化と繰返し精度なしで記録されたプログラムでは、時間の経過によって、或いは同じモデル、同じ装備の機器との間においても、光出力の性能を変えてしまう。
【０００５】
従来、Ｍａｈａｎｅｙの米国特許第５７５３９０３号で示されているように、機械視覚システムの光源の出力光強度が特定のコマンドレベルまで駆動されたことを保証するため、閉ループ制御系が用いられる。したがって、前記従来の閉ループ制御系では、瞬間駆動電流、光源の経年数、周囲温度などの変化のために、実際に得られる出力光強度が、所望の出力光強度よりドリフトするのを防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、視覚システムの入力光設定は、定常出力光強度と一致していないことが多い。しかも、この出力光強度は、ユーザが直接測定できず、イメージの明るさを測定することにより間接的に測定される。一般に、ここにいうイメージの明るさとは、イメージの平均的なグレーレベルをいう。出力光強度は、特定視覚システムに対して、外部の専用装置を用いて直接測定することができる。
【０００７】
照明特性、すなわち測定された出力光強度と命令された入力光強度との関係は、複数の視覚システム間、或いは単一の視覚システムであっても経時的に変化する。測定された出力光強度と命令された入力光強度との関係は、視覚システムの光学素子、被測定物を照明するのに用いられる特定の光源、該光源の特定のバルブなどに依存する。例えば３０％の入力光強度命令値に設定されたステージライトを持つ第１の視覚システムは、７０％の入力光強度命令値に設定されたステージライトを持つ第２の視覚システムと同じ出力光強度が得られるかもしれない。図１は異なる視覚システム間での照明特性の不一致を、図２は単一の視覚システムに異なる光学素子を用いたときの照明特性の不一致を、図３はある１つの視覚システムに同じ光学素子と異なる光源を用いた時、或いは同じ光学素子と同じ光源に異なるバルブ或いはランプを用いたときの照明特性の不一致を示す。
【０００８】
これらの図より、特定の視覚システム、光学素子、光源に依存している照明特性がいかに異なるかが理解される。設計により、視覚システムの異なるクラス、或いは同じ視覚システムに異なる光学素子、及び／又は光源を用いるとき、同じ照明特性を得ることは期待できない。実際問題として、構成部材或いはアライメントの変化により、照明特性が、同じクラスの同じ視覚システム間であっても、異なる特定の視覚システム間では変わるかもしれない。
【０００９】
この照明特性の不一致により、同じクラスの同様の特定の視覚システム間であっても、パートプログラムの交換が困難となる。あるパートプログラムが１つの特定の視覚システム上で開発されると、このパートプログラムは、その第１の視覚システムと同じクラスの別の特定視覚システム上では通常動かない。すなわち、命令された入力光強度命令値の固定集合を持つパートプログラムを用いると、異なる視覚システム上では、明るさの異なるイメージが得られる。しかしながら、エッジ検出に用いられるアルゴリズムのような測定アルゴリズムの多くは、イメージの明るさに依存している。したがって、異なる視覚システムを用いて得られたイメージの明るさは、そのほとんどが異なるので、パートプログラムは、異なる視覚システム上では一貫して動かない。
【００１０】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は照明特性の均一化を図ることのできる視覚システムの照明装置の開ループ光強度較正方法及び装置を提供することにある。
すなわち、本発明の目的は、視覚システムの光源の開ループ制御を行うことのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、ソフトウェア及び／又はファームウェアに完全に実装することのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、参照視覚システムの照明特性に対して特定視覚システムの照明特性を較正することのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、視覚システムの各特定クラスに対して参照光度曲線を用いることのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、視覚システムの各特定クラスの異なる光源に対して、それぞれ参照光度曲線を設けることのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、各特定クラスの異なる視覚システム間での照明特性の均一化を保証することのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、照明特性の再較正を繰り返し行える光強度較正方法及び装置を提供することにある。また本発明の目的は、特定視覚システムの特定光源の照明特性を再較正することにより、時間が経過しても特定光源の出力光強度を確実に均一に保つことのできる光強度較正方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正方法は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度と、該参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値との関係である定義済みの参照関係に基づいて、特定視覚システムの光源を含む照明装置の照明特性を較正する方法であって、特定関係決定工程と、関数決定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記特定関係決定工程は、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた特定入力光強度命令値との特定関係を決定する。また、前記関数決定工程は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する。
【００１３】
なお、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、特定視覚システムは、参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることが好適である。また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記光強度検出デバイスは、カメラであることも好適である。
【００１４】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程を含み、もし関数を更新する必要があるならば、前記特定関係決定工程、及び前記関数決定工程を繰返すことも好適である。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程は、該関数が決定されてからの時間の長さが、閾値より長いか否かを決定する工程を含むことも好適である。
【００１５】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程は、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられる少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して、該特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度を測定する工程と、
少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して、もし前記特定視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該較正前特定入力光強度命令値に対して測定された特定出力光強度と、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう対応参照出力光強度との差を決定する工程と、
少なくとも１つの較正前特定入力光強度値に対して、前記工程での出力光強度の差が閾値より大きいか否かを決定する工程と、を含むことも好適である。
【００１６】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定視覚システム及び前記参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係は、各光源に対して各対応参照関係を含み、
さらに前記特定関係決定工程は、前記特定視覚システムの各光源に対して、該特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた特定入力光強度命令値との特定関係を決定し、
前記関数決定工程は、前記各光源に対して、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定することも好適である。
【００１７】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記複数の光源は、ステージライト、同軸ライト、リングライト、プログラム化できるリングライトのうちの、少なくとも２つのライトを含むことも好適である。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記複数の光源は、複数の異なる、シングル光デバイスである有色光出射素子を含むことも好適である。
【００１８】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、前記光強度検出デバイスの視野領域を選択する工程と、
前記工程で選択された視野領域内にて、前記光強度検出デバイスにより検出される出力光強度を測定する工程と、
を含むことも好適である。
【００１９】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、前記特定関係として、前記光強度検出デバイスの視野の少なくとも一部分にて、該光強度検出デバイスによりキャプチャーされたイメージの入力イメージ値に基づいて、少なくとも１つの統計値を決定する工程を含むことも好適である。また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、前記特定関係が決定される入力光強度命令値の可能範囲内の少なくとも１つの入力光強度命令値に対して、前記特定視覚システムのステージ上に被測定物を置く工程を含むことも好適である。
【００２０】
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、前記特定関係決定工程は、光強度値の可能範囲にわたり前記特定関係を決定する工程を含むことも好適である。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法において、さらに前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な変換前の較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、前記工程での前記較正前特定入力光強度命令値を前記関数に基づいて変換する工程と、前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含むことも好適である。
【００２１】
また、前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正方法は、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行う方法であって、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、前記工程での較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含み、
前記関数は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、もし参照視覚システムの光源が較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような、前記較正後特定入力光強度命令値に変換し、前記較正後特定入力光強度命令値により、光源と光強度検出デバイスとを含む視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正方法は、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行う方法であって、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、前記工程での較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含み、前記変換は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度、及び該参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値を示す定義済みの参照関係、並びに、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度及び該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値の特定関係に基づいて行われ、前記較正後特定入力光強度命令値により、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、前記目的を達成するために本発明にかかる開ループ光強度較正装置は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度と、該参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた対応参照入力光強度命令値を示す定義済み参照関係に基づいて、特定の視覚システムの、光源を含む照明装置の照明特性を較正する開ループ光強度較正装置であって、参照関係記憶部と、特定関係決定部と、特定関係記憶部と、関数決定部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記参照関係記憶部は、前記定義済み参照関係を記憶する。
また、前記特定関係決定部は、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた対応特定入力光強度命令値との特定関係を決定する。
前記特定関係記憶部は、前記特定関係決定部により得られた特定関係を記憶する。
【００２５】
前記関数決定部は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係記憶部の定義済み参照関係及び前記特定関係記憶部の特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する。
【００２６】
なお、本発明にかかる開ループ光強度較正装置において、前記特定視覚システム及び参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係記憶部は、各光源に対して各対応参照関係を記憶し、さらに、前記特定関係決定部は、前記特定視覚システムの各光源に対して、該特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、該特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値との特定関係を決定し、前記関数決定部は、各光源に対して、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係と前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、該参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する。
【００２７】
そして、本発明にかかる光強度較正方法及び装置では、視覚システムの特定クラスの各光源に対して参照光度曲線が作成される。各参照光度曲線は、特定の光源に対して入力光強度命令値を設定すること、および参照視覚システムの例えばカメラ等の光強度検出デバイスに達する光源からの光の出力光強度を測定することにより生成される。視覚システムの光強度検出デバイスに達する光の量は、入力光強度命令値と、光源出力のような強度の任意の減衰で光源が駆動されたときの本質的なランプ出力の非線形な関数、すなわちランプ強度、光学素子、光学形態等の光学パワー、及び視覚システムの光学素子の感度の関数となる。入力光強度命令値の可能範囲内の各入力光強度命令値に対して、あらかじめ測定しておいた出力光強度が選択される。
【００２８】
そして、特定光度曲線は、参照視覚システムに対応する視覚システムのクラスの特定視覚システムの対応する光源に対して同じ方法で作成される。さらに、参照光度曲線と特定光度曲線は、そのクラスの視覚システムの異なる光源のそれぞれに対して生成できる。
一度、特定視覚システムの特定の光源に対して特定光度曲線が作成されると、変換関数が決定され、変換関数は、較正前特定入力光強度命令値を較正後特定入力光強度命令値に変換する。この結果、較正前特定入力光強度命令値が入力されると、参照視覚システムがその較正前特定入力光強度命令値で駆動された時の参照視覚システムの出力光強度と本質的に同様な特定視覚システムの出力光強度に対応する較正後特定入力光強度命令値で特定視覚システムの光源が駆動される。
【００２９】
したがって、本発明にかかる光強度較正方法及び装置を用いた視覚システムでは、その特定照明特性が、あらかじめ定義された照明特性、すなわち参照照明特性に従うように修正される。本発明では、光源に対して、前述のような制御された照明特性を設定することにより、与えられた入力設定に対して、光源からの照明光の光量変動を低減することが可能となる。これは全ての入力設定に対して定義された、明るさを関連づけた参照光度曲線を用いることにより行われる。本発明では、ステージライト、同軸ライト、リングライト、及び／又はプログラム化できるリングライトのような、多くの異なる光源を提供することができる。複数の光源を持つ視覚システムにおいては、各光源に対応する参照光度曲線がそれぞれ作られる。
【００３０】
したがって、本発明では、光源に対して、制御された照明特性を設定することにより、複数の装置間での照明特性の不一致を低減することが可能となる。すなわち、本発明にかかる光強度較正方法及び装置を用いて較正された複数の視覚システムでは、同じ入力光設定の下で同じ明るさが得られる。さらに、本発明では、１つのパートプログラムは一貫して較正済みの１つの視覚システム上で動かせることができ、また複数のパートプログラムは、複数の異なる較正済み視覚システム上で動かせることが可能となる。本発明では、光源に対して、制御された照明特性を設定することにより、与えられたユーザ設定に対して、光源からの照明光の光量変動を低減することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図４には本発明の一実施形態にかかる光強度較正装置を用いた視覚システムの概略構成が示されている。
【００３２】
なお、本実施形態において用いられる較正前特定入力光強度命令値Ｖｉは、光源の出力光強度を制御するためにユーザにより設定された較正前特定入力光強度命令値の集合である。この較正前特定入力光強度命令値は、パートプログラム或いはユーザ・インターフェースのどちらか一方により明確に設定される。較正前特定入力光強度命令値の範囲は、可能な最大出力強度の割合を示す０−１の間である。以下、０−１と０％−１００％は、区別なく用いられる。０又は０％は無照射に相当し、１又は１００％は全照射に相当する。
【００３３】
また、本実施形態において用いられる出力光強度値Ｉは、視覚システムの光源からの光が光学素子を透過した後に被測定物に照射され、その被測定物からの反射光が前記光学素子を通過した後に光強度検出デバイスに受光されたときの光源からの光の強度である。本実施態様において、出力光強度値Ｉは、画像領域の平均的なグレーレベルを用いて測定される。しかしながら、出力光強度値Ｉを測定するために、適当な周知或いは後に開発された任意の方法に対しても、本発明にかかる光強度較正方法及び装置が用いられる。
【００３４】
また、本実施形態において用いられる視覚システムの光度曲線、すなわち照明特性ｆはＩ＝ｆＶｉと示され、視覚システムの出力光強度値Ｉの範囲と、較正前特定入力光強度命令値Ｖｉの範囲との間の関係である。さらに、本実施形態において用いられる較正後特定入力光強度命令値Ｖｃは、本実施形態にかかる光強度較正装置を用いて測定される光源の出力光強度を制御するのに用いられる入力光強度命令値である。本実施形態では、ユーザには較正後特定入力光強度命令値はわからない。ユーザは、本実施形態にかかる光強度較正装置を用いて較正された視覚システムに、所望の較正前特定入力光強度命令値を設定する。所望の較正前特定入力光強度命令値は、較正済みの視覚システムにより、較正後特定入力光強度命令値に変換される。これは視覚システムの光源を制御する光制御ハードウェアの制御に用いられる値である。較正後特定入力光強度命令値Ｖｃの範囲は、較正前特定入力光強度命令値Ｖｉと同様、０と１の間である。
【００３５】
任意の視覚システムに対しても、各光源は特定光度曲線を持つ。特定光度曲線は、一般に異なる視覚システム間では異なる。視覚システムを較正することにより、特定の照明曲線は、そのクラスに対する光源に対して決定された参照光度曲線に追従するように自動的に修正される。これは、低レベルの照明制御システムに較正前特定入力光強度命令値を送信する前に、較正前特定入力光強度命令値Ｖｉを較正後特定入力光強度命令値Ｖｃに変換することにより行われる。これは変換関数Ｔ（ＴＶｉ＝Ｖｃ）を用いて行われる。
【００３６】
変換関数Ｔは、特定光度曲線と参照光度曲線を用いて決定される。較正後、任意の入力光強度命令値に対して較正された視覚システムでは、参照光度曲線により規定される明るさと同じ明るさを持つイメージが得られる。
図１は、異なるクラスの視覚システム間での特定光度曲線の不一致を示すグラフである。特に図１は、３つの異なるクラスに対する特定光度曲線１１，１２，１３を示す。各特定光度曲線は、同じ倍率レベル及び光源を用いて生成された。図１に示すように、三角印で示される視覚システムの第１のタイプ或いはクラスに対する特定光度曲線１１は、入力光強度命令値に対して非常に狭い有用な範囲をもつ。すなわち、周囲光の迷光、ＣＣＤカメラの電子オフセットのため、入力光強度命令値０では、出力光強度レベルが、例えば０から２５５までのデジタル化された８ビットレンジ上で、約２０の明るさを持つ。しかしながら、視覚システムの第１のクラスに対する５％の入力強度命令値では、５０以上の明るさをもち、一方、１０％以上の全ての入力光強度命令値では、２５５の最大出力光強度で飽和される。
【００３７】
これに対し、四角印により示される視覚システムの第２のタイプ或いはクラスでは、かなり強制されているが、入力光強度命令値に有用な範囲をより広く持つ。これは第２クラスの視覚システムでは、２０％以下の入力光強度命令値に対して、特定光度曲線１２は、非常に緩やかな傾斜をもつ。しかしながら、２０％〜４０％の入力光強度命令値に対しては、特定光度曲線１２は、非常に急な傾斜をもつ。しかも、４０％以上の入力強度命令値に対しては、出力光強度値は、再び２５５の最大出力光強度値で飽和される。菱形印で示される視覚システムの第３のタイプ或いはクラスに対する特定光度曲線１３は、第１の特定光度曲線１１及び第２の特定光度曲線１２に比較し、曲線の大部分がより緩やかな傾斜を持つ。さらに、第３の特定光度曲線１３は、入力光強度命令値が約７５％〜８０％に達するまで、２５５の最大出力光強度値に達しない。
【００３８】
図１に示すような特定光度曲線１１，１２，１３を持つ異なるタイプ或いはクラスの視覚システムでは、これらの３タイプ或いはクラスのうちの、任意の１つに対して書かれたある１つのパートプログラムが、任意の別タイプ或いはクラスの視覚システム上で動かない。例えば、もしある特定のパートプログラムが、第２のクラスに対して書かれたのであれば、第２の特定光度曲線１２を用いることにより、約２００の出力光強度値が必要となり、このパートプログラムは約３０−５０％の入力光強度命令値を含む。もし同じパートプログラムが、第１のクラスの視覚システム上で動くと、３０−３５％の入力光強度命令値で、２５５の最大出力光強度値で飽和される。これに対し、もしこのパートプログラムが、第３のクラス或いはタイプの視覚システム上で動くと、３０−３５％間の入力光強度命令値で、約５０の出力光強度値を生じる。
【００３９】
したがって、このパートプログラムを、第１のタイプ或いはクラスの視覚システム上で動かすと、得られたイメージは、あまりに明る過ぎる。またこのパートプログラムは、キャプチャーされたイメージの視覚要素を適切に識別することができない。これに対し、このパートプログラムを、第３のタイプ或いはクラスの視覚システム上で動かすと、得られたイメージは露出不足となり、このイメージの視覚要素を再び識別することができない。これらのケースでは共に、イメージの視覚要素を適切に識別することができないので、パートプログラムを適性に動かすことができない。
【００４０】
図２は、同様の視覚システムに対して異なる光学素子を用いたとき、或いは同じ光学素子を異なる光学形態で用いたときの特定光度曲線の不一致を示すグラフである。すなわち、同図に示される第１の特定光度曲線１２は、１倍の倍率を用いて生成された。この倍率は、初期の光学形態に初期設定の光学素子を用いるか、或いは一組の光学素子を置くかのどちらかの一方により得られる。また同図は、同じ視覚システムに対する第２の特定光度曲線２２を示し、７．５より高い倍率を示す。２番目の倍率は、より高倍率を与える異なる組の光学素子を用いるか、或いは２番目に高い倍率及び光学形態に１組の光学素子を置くかのどちらか一方により得られる。
【００４１】
視覚システムの第１のクラスに対する特定光度曲線１２は、１の倍率を用いて、視覚システムの光学系により生成された。これに対し、視覚システムの第２のタイプに対する第２の特定光度曲線２２は、より多くの平坦な傾斜を持つ。したがって、第１の特定光度曲線１２では、この視覚システムが、１倍の倍率の光学形態にあるとき、２０％の入力強度命令値で、５０の出力光強度値が得られることを示す。第２の特定光度曲線２２では、この視覚システムが、７．５倍の倍率の光学形態にあるとき、入力強度命令値が３０−４０％になるまで、５０の出力光強度値が得られないことを示す。しかも、第２の特定光度曲線２２では、この視覚システムが、約５０の明るさを得るためには、７．５倍の光学形態にあるとき、４０％の入力強度命令値で駆動される必要があることを示す。第２の特定光度曲線１２は、この視覚システムが、１倍の光学形態にあるとき、同じ４０％の入力強度命令値で、２５５の最大出力光強度値が得られることを示す。これに対し、第２の特定光度曲線２２は、この視覚システムが７．５倍の光学形態にあるとき、入力光強度命令値が約９０％になるまでは、２５５の最大出力光強度値に達しないことを示す。
【００４２】
したがって、１倍の光学形態の視覚システムに対して書かれたパートプログラムでは、もし所望の出力光強度値が５０であれば、約２０％の入力強度命令値が必要となる。しかしながら、もし同じパートプログラムが、７．５倍の光学形態の視覚システム上で動かされると、約２０％の入力強度命令値で、得られる出力光強度値はかろうじて０より大きいので、光源は実質的に照明を行わない。これに対し、５０％の明るさが必要なパートプログラムに対しては、７．５倍の光学形態を用いることにより、この視覚システムに対する入力強度命令値は、約４０％になる。もしこのパートプログラムが、１倍の光学形態の同じ視覚システム上で動かされると、出力光強度値は、約２５０となる。
【００４３】
同じ光学素子或いは同じ光学形態を異なる光源に用いるとき、同じ視覚システムに対する特定光度曲線の間には、同様の不一致がある。面光源は一般に、カメラとイメージされる被測定物の間に置かれ、面光源からの光は、カメラから離れる方向の被測定物に照射される。したがって、カメラに達する光は、イメージされる被測定物から反射される必要がある。これに対し、ステージライトは、カメラ方向を直接照らす。
【００４４】
この結果、一般に、これらの変数の種類のため、任意の入力光強度命令値に対して、異なる光源は、同じ入力光強度命令値に対しても異なる応答をする。したがって、もし同じパートプログラムを、異なる光源に対して同じ照明命令を用いて動かすのであれば、異なる光源に対しては、特定光度曲線と参照光度曲線の間で入力光強度命令値等の変換が必要である。
図３は同じ光学素子或いは形態を用いるとき、或いは同じ光源に異なるバルブ或いはランプを使うときの同様の視覚システムに対する特定光度曲線の不一致を示すグラフである。特に同図に示すように第２のタイプの特定視覚システムに対する特定光度曲線１２は、第１のバルブ或いはランプを用いたステージライト等の第１の光源と第１の光学形態を用いて生成された。しかしながら、この特定光度曲線３２は、第１の光学形態と第２のバルブ或いはランプを用いた同様の第１の光源を、第２のタイプと同様の特定視覚システムに用いて生成された。
【００４５】
任意の入力光強度命令値に対して、特定光度曲線３２により示される第２のバルブ或いはランプに比較し、特定光度曲線１２により示される第１のバルブ或いはランプからは、より多くの光が、カメラに達する。したがって、任意の入力強度命令値に対して、特定光度曲線１２の出力光強度値は、特定光度曲線３２の出力光強度値よりも大きい。したがって、特定のバルブ或いはランプの光源を用いて書かれたパートプログラムと同じパートプログラムが、異なるバルブ或いはランプを同じ光源に用いて動かされると、前記図１、図２ほど、極端ではないが、多量の光或いは少量の光がカメラに達する。
【００４６】
図４には本発明の一実施形態にかかる出力光強度較正装置を用いた視覚システムの概略構成が示されている。同図に示す視覚システム１００は、視覚システム構成部材１１０と、制御システム部１２０を含む。視覚システム構成部材１１０は、中央に透明部１１２を持つステージ１１１を含む。視覚システム１００を用いてイメージされる被測定物１０２は、ステージ１１１の上に置かれる。光源（照明装置）１１５−１１８からの光は、被測定物１０２を照明する。光源１１５−１１８からの光は、被測定物１０２を照明した後、或いは被測定物１０２を照明する前に、レンズ系１１３を通過し、被測定物１０２のイメージを生成するカメラシステム（光強度検出デバイス）１１４により集光される。被測定物１０２を照明するのに用いられる光源は、リングライト１１７或いはプログラムで制御できる光１１８、ステージライト１１５、同軸ライト１１６、表面光を含む。
【００４７】
カメラシステム１１４によりキャプチャーされたイメージは、信号線１３１を介して表示デバイス１３２に出力される。同図に示されるように制御システム部１２０は、コントローラ１２５と、入出力インタフェース１３０と、メモリ１４０と、光度曲線生成器１５０と、変換参照用テーブル生成器（関数決定部）１６０と、パートプログラム実行器１７０と、入力光強度命令値変換器１８０と、電源（照明装置）１９０を含む。これらの部材は、データ／制御バス１３６を介して相互接続されているか、或いは直接接続されている。カメラシステム１１４は、信号線１３１を介して入出力インタフェース１３０に接続されている。また、入出力インタフェース１３０には、信号線１３３を介して表示デバイス１３２が接続され、また一又は二以上の信号線１３５を介して一又は二以上の入力デバイス１３４が接続されている。表示デバイス１３２と一又は二以上の入力デバイス１３４は、パートプログラムを見、作成し、修正するため、カメラシステム１１４によりキャプチャーされたイメージを見るため、及び／又は視覚システム構成部材１１０を直接制御するために用いられる。しかしながら、設定されたパートプログラムを持つ完全に自動化された視覚システムでは、表示デバイス１３２及び／又は一又は二以上の入力デバイス１３４、対応する信号線１３３及び／又は１３５が省略可能である。
【００４８】
同図に示されるように、メモリ１４０は、参照光度曲線部（参照関係記憶部）１４１と、特定光度曲線部（特定関係記憶部）１４２と、変換参照用テーブル記憶部１４３と、パートプログラム記憶部１４４と、キャプチャーされたイメージ記憶部１４５を含む。参照光度曲線部１４１は、一又は二以上の参照光度曲線（参照関係）を記憶する。特に参照光度曲線部１４１は、異なる光源に対して、それぞれ対応する参照光度曲線を記憶することができる。本実施態様において、参照光度曲線部１４１は、多くの異なる典型的な参照パーツの各光源に対して、それぞれ参照光度曲線を記憶する、及び／又は多くの異なる倍率に対して、それぞれ対応する参照光度曲線を記憶することもできる。同様に、特定光度曲線部１４２は、少なくとも１つの特定光度曲線を記憶する。特に特定光度曲線部１４２は、各光源１１５−１１８に対して、それぞれ対応する特定光度曲線（特定関係）を記憶することができる。参照光度曲線部１４１と同様、特定光度曲線部１４２は、多くの異なる倍率の各光源に対して、それぞれ対応する特定光度曲線を記憶することもできる。
【００４９】
変換参照用テーブル記憶部１４３は、少なくとも１つの変換参照用テーブルを記憶する。特に変換参照用テーブル記憶部１４３は、参照光度曲線部１４１に記憶される参照光度曲線、及び特定光度曲線部１４２に記憶される特定光度曲線の各ペアに対して、１つの変換参照用テーブルを記憶する。パートプログラム記憶部１４４は、視覚システム１００の特定タイプのパーツに対する動作制御に用いられる、一又は二以上のパートプログラムを記憶する。イメージ記憶部１４５は、視覚システムを動作しているときにカメラシステム１１４を用いてキャプチャーされたイメージを記憶する。
【００５０】
光度曲線生成器１５０は、光度曲線生成命令を受信している視覚システム１００上で、コントローラ１２５の制御の下、特定の光源及び／又は特定の被測定物に対して、参照光度曲線或いは特定光度曲線のいずれか一方を生成する。一般にユーザは、表示デバイス１３２と、視覚システム１００を最初のセットアップをするときと、ユーザが視覚システムの再較正が必要であると考えるときは必ず、光度曲線生成器１５０に光度曲線生成を命令する信号を入力するため、一又は二以上の入力デバイス１３４のうちの、少なくとも１つの入力デバイスを用いる。一般に光度曲線生成器１５０は、参照視覚システムに対して参照光度曲線を生成するのに用いられる。参照視覚システムを用いて生成された参照光度曲線は、メモリ１４０の参照光度曲線部１４１に記憶される。これに対し、光度曲線生成器１５０は、一般に視覚システム１００に対して特定光度曲線を生成するのに用いられる。特定光度曲線は、メモリ１４０の特定光度曲線部１４２に記憶される。
【００５１】
光度曲線生成器１５０が新しい特定光度曲線を生成するのに用いられるときは必ず、変換参照用テーブル生成器（関数決定部）１６０は、コントローラ１２５の制御の下、特定光度曲線部１４２に記憶される新しい特定光度曲線と、参照光度曲線部１４１に記憶される対応参照光度曲線のそれぞれに対して、新しい変換参照用テーブルを生成する。この新しい各変換参照用テーブルは、変換参照用テーブル生成器１６０により、メモリ１４０の変換参照用テーブル部１４３の古い変換参照用テーブルに上書き保存される。
【００５２】
視覚システム１００が、パートプログラム記憶部１４４のパートプログラムの実行を指示する命令を受信すると、パートプログラム実行器１７０は、コントローラ１２５の制御の下、パートプログラム記憶部１４４のパートプログラムの命令を読み込み、読み込まれた命令の実行を開始する。特にこの命令は、光源１１５−１１８のうちの、１つの光源をつける、或いはその光源を調整するコマンドを含む。特にこのコマンドは、較正前特定入力光強度命令値を含む。パートプログラム実行器１７０は、光源の指示を受けると、入力光強度命令値変換器１８０に較正前特定入力光強度命令値を指示する。入力光強度命令値変換器１８０は、コントローラ１２５の制御の下、その指示に関係する光源の対応変換参照用テーブルを入力し、較正前特定入力光強度命令値を較正後特定入力光強度命令値に変換する。この較正後特定入力光強度命令値は、識別された光源に対応する参照視覚システムの光源が、もし変換前の較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、参照視覚システムのカメラシステムで得られるであろう出力光強度に、カメラシステム１１４で得られる出力光強度が実質的に同じとなる強度命令値である。
【００５３】
入力光強度命令値変換器１８０は、変換ずみの較正後特定入力光強度命令値を電源１９０に出力し、一方、パートプログラム実行器１７０は、駆動光源に関係する電源に、コマンドを出力する。このとき、電源１９０は、信号線の１つを介して光源１１５−１１８のうちの、１つの光源に電流信号を供給することにより、較正後特定入力光強度命令値に基づいて、識別された光源を駆動する。
これらの光源１１５−１１８のうちの、任意の１つの光源は、複数の異なる有色光源を含む。例えばステージライト１１５は、赤色光源、緑色光源、青色光源を含む。ステージライト１１５の赤、青、緑の光源のそれぞれは、電源１９０により別個に駆動される。したがって、ステージライト１１５の赤、青、緑色光源は、それぞれ特定光度曲線を持つ。したがって、ステージライト１１５の赤、青、緑光源は、それぞれ参照光度曲線と関数を持つ必要がある。有色光源に対して参照光度曲線を持つことは、さらに信頼性の高い有色照明を可能にし、また別色或いは黒／白カメラを用いる量的な色の解析に有用である。
【００５４】
本実施形態にかかる光強度較正装置と方法では、自動化されたプログラム操作を基本にしており、視覚システム１００の手動或いは順次進行の操作中に、照明の命令が、一或いは二以上の入力デバイス１３４を介して手動的に指示されるときと実質的に同じ操作を行う。表１は視覚システムのある特定のクラスに対する参照光度曲線と、較正前の対応視覚システムの特定光度曲線と、前記参照光度曲線による較正後の同じ視覚システムの特定光度曲線を示す。
【００５５】
【表１】
同表より明らかなように、照明特性の較正前、特定光度曲線と参照光度曲線の明るさは、最大で１５％の差があるのに対し、照明特性の較正後、特定光度曲線と参照光度曲線の明るさは、最大で２％の差となる。
参照光度曲線と特定光度曲線は、測定された出力光強度Ｉと入力光強度命令値Ｖｉとの関係を規定している。光度曲線を得るために、各入力光強度命令値Ｖｉは、視覚システムのカメラシステムにより測定された出力光強度Ｉｉを与える。この測定は、カメラシステムの全視野より小さいある領域から得られ、イメージの明るさとして参照される。このイメージの明るさは、イメージのウインドウの平均グレーレベルとして測定される。ウインドウサイズとウインドウ位置の両者は、測定されたグレーレベルに影響を及ぼす。
【００５７】
６４０×４８０ピクセルのイメージディメンションを持つカメラシステムに対しては、いくつかのウインドウサイズが、平均的なグレーレベルを測定するのに用いられる。ウインドウサイズは、５１×５１ピクセル、１０１×１０１ピクセル、１５１×１５１ピクセル、２０１×２０１ピクセル、２５１×２５１ピクセルを含む。このウインドウは、その中心に対して対称となるように、奇数の段×列のピクセルを持つ。
【００５８】
図５は前記各ウインドウサイズについて、カメラシステムの出力光強度値を、入力光強度命令値の可能範囲内で示す。同図に示されるように各ウインドウサイズの光度曲線に大差はない。しかしながら、５１×５１ピクセルのウインドウのような、小さなウインドウのグレーレベルでは、カメラシステムの全視野の明るさに、重大な不均一があると、イメージの平均的なグレーレベルの典型例とはならない。本実施態様においては、１５１×１５１ピクセルのウインドウが、ウインドウサイズとカメラの視野の間に適切なバランスを与えるので用いられる。
【００５９】
上述のようにイメージの明るさは、均一でなくてもよい。この場合、イメージの最も明るい部分は、イメージの中心でなくてもよい。本実施態様においては、光度曲線上の粗い部分での明るさの不均一の影響を低減するため、イメージの一番明るい位置に中心が置かれたウインドウが用いられる。参照光度曲線は、任意の較正済み視覚システムに従うようにカーブさせたモデル光度曲線である。本実施態様においては、視覚システムの全クラスと、例えばステージライト、同軸ライト、リングライト、及び／又はプログラム化できるリングライトのような光源の全タイプに対して、同じ参照光度曲線を用いることにより、較正装置と方法を簡素化できる。本実施態様においては、任意の光源を持つ視覚システムでは、同じ光源特性が得られる。
【００６０】
しかしながら、本実施態様においては、異なるクラス、異なる光源をもつ視覚システム間での本質的な相違を考慮すると、１つの参照光度曲線を用いることは、好ましくない。本実施態様において、１つの参照光度曲線を用いることは、複数のクラスの視覚システムの照明性能に悪影響を及ぼす。異なる光源をもつ視覚システムに対して、同じ参照光度曲線を設定することは、常に最も明るいイメージを生じるステージライト等の光源の照明性能に悪影響を及ぼす。したがって、本実施態様において、異なる参照光度曲線は、各クラスの視覚システムと、このクラスの視覚システムの各光源に対して用いられる。これは、全ての光源の照明特性が、同じモデル、同じ装置上では、同じになることを保証する。さらに、光源に４分円を持つプログラム化できるリングライトを用いるとき、同じ較正前特定入力光強度命令値に対して、各４分円では、同じ明るさのイメージが得られると仮定されるので、各４分円に対しては、同じ参照光度曲線を用いる。
【００６１】
しかしながら、同じクラスの各光源に対して、固有の参照光度曲線を用いることは、そのクラスの全ての倍率に対して、１つの参照光度曲線を持つことを含む。本実施態様において、参照光度曲線は、デフォルトの倍率を用いて規定された。例えば２．５Ｘの倍率を持つデフォルトのレンズシステムを用いて製造された視覚システムのある特定のクラスに対しては、２．５Ｘの倍率が、デフォルトの倍率として用いられる。しかしながら、例えば１Ｘ等の低倍率を用いることにより、照明装置の全てに用いることができるので、より良い較正を行うことができる。
視覚システムのある特定のクラスの参照光度曲線の全てに対して、ある１つの倍率を用いることにより、そのクラスの異なる視覚システム上では、その倍率で同じ照明特性が得られることを保証する。
【００６２】
上述のように、各参照光度曲線は、特定の光源の全照明パワーを利用するべきであり、これにより、できる限りコントラストが良い、すなわち広いグレーレベル範囲を持つイメージが得られる。これらの要求を考慮に入れると、各参照光度曲線は、以下に示すような特性を持つ。
【００６３】
１．参照光度曲線は、入力光強度命令値が少なくとも９０％になるまで最大の明るさ値、すなわち飽和状態に達するべきではない。理想的には参照光度曲線は入力光強度命令値の可能な全範囲内で飽和状態に達しない。
２．極端な末端を除いて可能な限りの広範囲にわたり、照明特性は、参照光度曲線が異なる入力光値に対して異なる明るさ値を持つことを防いでもよい。すなわち、もし複数の入力光強度命令値で、同じ明るさ値を示す１つの出力光強度値を生じるのであれば、このような参照光度曲線の有用性は、前述のような同じ出力光強度値を生じる曲線部分では低減される。
３．入力光設定の範囲は、出力光強度の広い範囲をカバーすべきである。もし参照光度曲線が出力光強度の広範囲をカバーしないと、優れたコントラストを持つイメージを得るのが困難となる。
【００６４】
一方、図１は第１の要求を満たさない３つの光度曲線を示し、図６は第１の要求を満たす１つの光度曲線を示す。第１の要求は、もし飽和入力光強度命令値Ｖｓａｔで参照光度曲線が最大の明るさ２５５に達すると、その入力光強度命令値Ｖｓａｔは、１００％よりかなり小さく、この状態では、飽和入力光強度命令値Ｖｓａｔより大きい任意の入力光強度命令値Ｖｉであっても、較正することができない、というものである。
図７は、第２の要求を満たさない参照光度曲線の一例を示す。同図に示すような参照光度曲線では、０％−２０％の入力光強度命令値の全てに対して、ほぼ同様の１５の出力光強度値が得られる。さらに出力光強度値の範囲は、１５−２３と狭い。したがって、この参照曲線を用いた較正では、優れたイメージが得られる可能性は低いものとなる。
【００６５】
上述のように、異なる光源からは、異なるタイプの光度曲線が得られる。もし光度曲線が、カメラの視野内に同じ被測定物を置くことなく、測定されると、得られた光度曲線は、前述のような参照光度曲線に対する第１〜第３の要求を満たさない。これは、第１〜第３の要求を満たす光度曲線を得るために、ステージとカメラ間に光学式被測定物を置くことにより解決することができる。しかしながら、被測定物の役割は、異なる光源に対してそれぞれ異なる。例えば本実施態様にかかる視覚システムにおいて、ステージライトは、透過光の強度を弱める被測定物を必要とする。これに対し、同軸ライトは、反射光の強度を弱める被測定物を必要とする。ステージライト及び同軸ライト、並びにリングライト及びプログラム化できるリングライトは、あらゆる方向のリングライト或いはプログラム化できるリングライトからの反射光を集める被測定物を必要とする。
【００６６】
さらに、各光源に対して複数の被測定物を用いることが必要、或いは好ましい。もし入力光設定の全範囲に対して、被測定物が１つだけ用いられるのであれば、その被測定物は、光源からの光を大幅に低減してもよい。この結果、複数の入力光強度命令値は、同じ出力光強度を持ってもよい。この場合、得られた参照光度曲線は、前述のような参照光度曲線に対する第２の要求を満たさない。
表２は、日本の株式会社ミツトヨにより製造された視覚システム、ＱｕｉｃｋＶｉｓｉｏｎシリーズのＱＶ２０２ーＰＲＯモデルにおいて、２．５Ｘレンズに対して第１〜第３の要求を満たす参照光度曲線を得るのに用いることができる被測定物を示す。
【００６７】
【表２】
同表より明らかなように、視覚システムの全クラスと全光源は、異なる被測定物を必要としてもよいことが理解される。
ステージライトに対する参照光度曲線の測定は、０．１、１、２、３の出力光強度を持つニュートラルな密度フィルタを用いる。スペクトラロン（Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ）は、拡散反射材料であり、２％−９９％の範囲内で異なる反射率をもつ。スペクトラロン２％は、６００ｎｍで２％の拡散反射得率をもつ。スペクトラロン９９％は、６００ｎｍで９９％の拡散反射率をもつ。
【００６９】
ステージライトに対する参照光度曲線の測定は、最低入力光強度命令値と０．１の光学強度を持つニュートラルな密度フィルタを用いて始めた。出力光強度値を飽和させる入力光強度命令値で、０．１の光学濃度を持つニュートラルな密度フィルタ（ＮＤフィルタ、灰色フィルタ）を用いるとき、測定は、０．１の光学濃度を持つニュートラルな密度フィルタを用い続ける。出力光強度値を飽和させる入力光強度命令値で、１の光学濃度を持つニュートラルな密度フィルタを用いるとき、測定は、２の光学濃度を持つＮＤフィルタを用い続ける。このプロセスは、入力光強度命令値の全範囲が測定されるまで、より高い光学濃度を持つフィルタを用い続ける。
【００７０】
表３はステージライトに対して好適な参照光度表の一例を示す。同表は、（Ｖｉ, ＯＤｉ, Ｉｉ）の３つの項目より構成されている。
ここで、Ｖｉは、入力光強度命令値であり、
ＯＤｉは、入力光強度命令値Ｖｉに用いられるフィルタの光学濃度であり、
Ｉｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対する出力光強度である。
【００７１】
【表３】
同軸ライトに対して、参照光度曲線の測定は、最低入力光強度命令値で被測定物を用いることなく始めた。被測定物を用いないとき、出力光強度値を飽和させる入力光強度命令値で、測定では、スペクトラロン２％を用い続ける。また、よりスムースな参照光度曲線を得るためには、例えばスペクトラロン１０％、２０％などの複数の被測定物を用いることが好ましい。Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製、部品ナンバＨ４５６５５等のすりガラスは、被測定物としてスペクトラロン２％の代わりに用いることができる。このすりガラスの性能は良くないが、非常に安い。
【００７３】
同軸ライトに対して、第２の要求は満たされない。光のたった２％しか反射しない被測定物を用いても、出力光強度は６０％の入力光強度命令値で飽和してしまう。効果を試験するため、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅから得たスペクトラロン３．７％が用いられた。
同軸ライトに対する参照光度表は、（Ｖｉ，Ｆｉ，Ｉｉ）の３つの項目より構成されていることが好ましい。ここで
Ｖｉは、入力光強度命令値、
Ｆｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対して用いられるフィルタ、すなわち被測定物なし或 いはスペクトラロン２％のための用いられるフィルタである。
Ｉｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対する出力光強度である。
【００７４】
リングライトに対する参照光度曲線の測定は、最低の入力光強度命令値でスペクトラロン９９％を用いて始めた。スペクトラロン９９％を用いるときに出力光強度値を飽和する入力光強度命令値で、この測定は、被測定物を用いずに続ける。スペクトラロン９９％に代えて、Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製、部品ナンバＨ４３７１８等のオパール散乱ガラスを用いることができる。オパール散乱ガラスは、スペクトラロン９９％に比較し安く、同じ性能を持っている。しかしながら、オパール散乱ガラスは、技術上の仕様を持っていない。すなわち、オパール散乱ガラスの較正データがない。出力光強度値を飽和する例えばスペクトラロン９９％, スペクトラロン７５％，スペクトラロン５０％等を用いることにより、よりスムースな参照光度曲線を得るためには、複数の被測定物を用いることが好ましい、ということが理解される。
【００７５】
リングライトに対して好適な参照用光度テーブルは、（Ｖｉ，Ｆｉ，Ｉｉ）の３つの項目より構成されている。
ここで、Ｖｉは入力光強度命令値である。
Ｆｉは、入力光強度命令値Ｖｉ、すなわち被測定物なし或いはスペクトラロン９９％に対して用いられるフィルタである。
Ｉｉは、入力光強度命令値Ｖｉに対する出力光強度である。
【００７６】
ある光源に対する参照光度曲線は、その他の光源とは無関係に得られる。すなわち、その他の光源は消されている。参照光度曲線は、一回だけ測定される。参照光度曲線が一回測定されると、その測定データは、上述した表形式書式で記憶され、測定済み参照光度曲線データは、視覚システムのメモリに記憶される。
視覚システムを較正するため、特定光度曲線は、較正が必要とされる視覚システムの全ての光源に対して測定される。ある光源の特定光度曲線は、その他の光源とは別に得られる。すなわちその他の光源は、消されている。ある参照光度曲線を得るために用いられる同じ倍率、同じ被測定物が、対応特定光度曲線を得るために用いられる必要がある。特定光度曲線は、その視覚システムが較正される度に再測定する必要がある。ユーザは、古い光源に対しては、より頻繁に照明特性の較正を行ってよい。一度、特定光度曲線が測定され、該測定された特定光度曲線データは、前述のような表形式で視覚システムのメモリに記憶される。
【００７７】
ある特定視覚システムに対して特定光度曲線、或いは複数の曲線が測定され、或いは再測定され、またその視覚システムのメモリに記憶された後、そのクラスの視覚システムに対して参照光度曲線を用いることにより、較正された１つの光源、或いは複数の光源は、変換関数Ｔを決定することにより較正される。変換関数Ｔは、ある特定視覚システムのある特定の光源に対して参照光度曲線に相関して定義された入力光強度命令値を、その特定視覚システムと光源に相関して定義された入力光強度命令値に変換する。
【００７８】
ある特定視覚システムのある特定の光源に対して、もし参照光度曲線が
Ｒ（ｘ）＝ｙ，
であり、
ここで、Ｒ は、参照光度曲線関数
ｘ は、較正前特定入力光強度命令値、０＜ｘ ＜１
ｙ は、参照出力光強度、 ０＜ｙ ＜２５５
その視覚システムの特定光度曲線が
Ｓ（ｘ）＝ｙ’，
であるならば、
ここで、Ｓ は、特定光度曲線関数
ｘ は、較正前特定入力光強度命令値、０＜ｘ ＜１
ｙ’は、特定出力光強度、 ０＜ｙ’＜２５５
【００７９】
その時、視覚システムの光源は以下に示すような変換関数Ｔにより較正される。
Ｔ（ｘ） ＝ｘ’、 そして
Ｓ（ｘ’）＝ｙ
ここで、ｘ は、較正前特定入力光強度命令値、０＜ｘ ＜１
ｘ’は、較正後特定入力光強度命令値、０＜ｘ’＜１
ｙ は、参照出力光強度、 ０＜ｙ ＜２５５
【００８０】
参照出力光強度、或いは明るさ、照明装置の分析によるｙを、再び再現することは不可能である。すなわち、特定の入力光強度命令値ｘ’は、特定の入力光強度命令値ｘ’を用いて特定の光源を駆動するときには存在しないかもしれず、ある特定光度曲線は、参照出力光強度、或いは明るさｙを生じる。したがって、変換関数Ｔにおいて、誤差の許容範囲は、許容誤差ｅを用いて設定される。この場合、視覚システムの光源は、以下に示すような変換関数Ｔを決定することにより較正される。
【００８１】
Ｔ（ｘ）＝ｘ’
かつ
Ｓ（ｘ’）＝（ｙ±ｅ）
変換関数Ｔの計算が、数学的に不可能なときもある。これは特定光度曲線が参照光度曲線により確立された明るさレベルに達しないときに起こる。これは特定光源があまりに暗い、或いは視覚システムのレンズシステム、及び／又はカメラシステムの光学システムのミスアライメントがあるときに生じる。
【００８２】
変換関数Ｔは、オフライン決定であり、視覚システムが較正される度に決定される。変換関数Ｔは、入力光設定を変換するのにランタイムでの実行時に用いられる。
変換関数Ｔは、共にデフォルトの倍率で得られた参照光度曲線と特定光度曲線を用いて計算される。しかしながら、変換関数Ｔは、倍率を考慮せずに用いられる。したがって、変換関数Ｔは、異なる倍率のシステム間では、同じ照明特性を保証しない。変換関数Ｔは、同じクラスの異なる視覚システム間であっても、同じ倍率では、同じ照明特性を保証する。表４は、異なる倍率、異なる視覚システムに対して、同じ変換関数Ｔを用いた結果である。
【００８３】
【表４】
図８は本発明の一実施形態にかかる光度曲線の生成方法を概説するフローチャート示す。同図に示されるステップは、参照視覚システムに対して参照光度曲線を生成するときと、較正される視覚システムに対して特定光度曲線を生成する（特定関係決定工程）ときに用いられる。いずれの場合も、ステップ１００において始まり、制御がステップ１１０に続く。ここで、ある特定の被測定物が視覚システムの視野内に置かれる。次にステップ１２０においては、現在の入力光強度命令値が、ある初期値に設定される。初期値は通常０、すなわち光源は消されている。次にステップ１３０においては、光度曲線が生成される光源は、現在の入力光強度命令値で駆動される。次に制御はステップ１４０に続く。
【００８５】
ステップ１４０においては、光源が駆動され、該光源からの光が光学素子を介して視覚システムのカメラの視野領域に達するときの出力光強度が測定される。次にステップ１５０において、現在の入力光強度命令値と測定された出力光強度は、参照用テーブルに記憶される。次にステップ１６０において、現在の入力光強度命令値が最大入力光強度命令値より大きいか否かの判定を行う。もし小さければ、制御はステップ１７０に続く。それ以外の場合は、制御がステップ１８０にジャンプする。
ステップ１７０において、現在の入力光強度命令値は、増分値により増加される。もし測定された出力光強度値が、例えば飽和値或いは飽和に近づく値のような、設定済み飽和値の閾値の範囲を外れるならば、視覚システムの視野内に、次の適当な被測定物が現在の被測定物の代わりに置かれる。測定された出力光強度値が飽和に近づく値に達するか否かの判定は、測定された出力光強度値が飽和値の所定の閾値内か否かの判定を含む。次に制御は、ステップ１３０に戻る。これに対し、ステップ１８０において、光度曲線の生成方法は終わる。
【００８６】
図９には本発明の一実施形態にかかる、特定視覚システムの特定光源に対して参照光度曲線及び特定光度曲線を基に変換関数を生成する方法（関数決定工程）のフローチャートが示されている。ステップ２００において始まり、制御はステップ２１０に続く。ここで、較正される特定視覚システムの光源が選択される。次にステップ２２０においては、特定視覚システムの選択された光源に対応する設定済み参照光度曲線が識別される。次にステップ２３０においては、特定視覚システムの選択された光源から生成された設定済み特定光度曲線が識別される。次に制御は、ステップ２４０に続く。
【００８７】
ステップ２４０においては、現在の入力光強度命令値が初期値に設定される。次に、ステップ２５０においては、選択された光源の現在の入力光強度命令値に対する参照光度曲線の出力光強度が、識別された参照光度曲線から決定される。次に、ステップ２６０においては、測定された出力光強度が得られる選択済み光源に対して、識別された特定光度曲線の入力光強度命令値が、少なくとも選択された許容誤差範囲内で、識別された特定光度曲線に基づいて決定される。次に、制御はステップ２７０に続く。
【００８８】
ステップ２７０においては、現在の入力光強度命令値と、選択された光源に対して識別された特定光度曲線の設定済み入力光強度命令値が、変換関数参照用テーブルに記憶される。次に、ステップ２８０においては、現在の入力光強度命令値が最大入力光強度命令値より大きいか否かの判定が行われる。もし現在の入力光強度命令値が最大入力光強度命令値より大きければ、制御はステップ３００にジャンプし、それ以外では、制御は、ステップ２９０に続く。
ステップ２９０においては、現在の入力光強度命令値を増分値により増加させる。制御はステップ２５０に戻る。これに対し、ステップ３００においては、その光源に対する変換関数の生成方法を終える。
【００８９】
本実施態様において、照明特性が較正された全ての光源は、参照光度曲線に対応する照明が得られ、その参照光度曲線は、視覚システムのクラスの最も暗い照明に基づいている。したがって、より明るい、どのような光源或いはバルブであっても、最も暗い光源或いはバルブの最大出力光強度に適合させることができる。
より低パワーの光学素子と光学形態は、より多くの光を集めるだけでなく、光の吸収が少ない。すなわち、より低パワーの光学素子と光学形態は、多くのイメージをキャプチャーする。したがって、より低パワーの光学素子と光学形態では、本質的に、駆動された特定光源からの有効な光を、十分にキャプチャーする。さらに、より高パワーの光学素子と光学形態では、多くの光を吸収する。したがって、より高パワーの光学素子と光学形態では、集光率が低いばかりでなく、実際に集光された光量より少量の光を透過する。
【００９０】
より高パワーの光学素子と光学形態を用いることは、参照光度曲線の傾きを非常にフラットにする。したがって、このようなフラットな参照光度曲線を基に、出力光強度に対応する１つの特定の入力光強度命令値を選択することは困難である。
より低パワーの光学素子と光学形態では、駆動された特定光源からの光をより多く集め、光の吸収も少ないので、カメラシステムを飽和しやすい。また、隣接する２つの入力光強度命令値に対応する各出力光強度値の間に、非常に大きな差を生じるので、光度曲線の傾きが急勾配となる。
【００９１】
したがって、参照光度曲線及び特定光度曲線を生成するのに用いられる特定の光学素子と光学形態のパワーは、変換関数の有用性に顕著に影響を及ぼす。
較正イメージの最も明るい領域を選択することが一般に好ましい。多くの理由により、最も明るい領域が選択される。第１は、照明特性の不一致の影響を受け難い最も明るい領域を選択することである。任意の２つの視覚システム、光学素子同士でも同一に位置合わせできないので、照明特性の不一致が起こるかもしれない。実際、どのような特定視覚システムの光学であっても、完全には位置合わせできないかもしれない。例えば、同軸ライト源に対して、同軸ランプを同一の光軸上で位置合わせできないかもしれない。
イメージの明るさの不一致は、その多くは光学素子に原因があるけれども、その他の原因としては、光源の不一致にあるかもしれない。例えばカメラシステムは、電荷結合素子（ＣＣＤ）が多用される。このＣＣＤは、垂直或いは水平方向の応答勾配を持つ。較正イメージの最も明るい領域が選択されると、この応答勾配と明るさの不一致の影響が大幅に低減される。
【００９２】
さらに、較正イメージの領域を選択するため、いくつかの異なる方法を選択することができる。前述のように、ある１つのウインドウは、較正イメージの最も明るいスポットに焦点合わせできる。或いはある１つのウインドウは、較正イメージ内の特定スポットに固定される。これは、測定イメージの最も明るい領域が特定の位置にあることがわかっているが、その最も明るい領域の正確な位置が分からないときに有用である。
較正イメージの最も明るい領域を測定すると、多くの時間と計算量が必要となる。一方、もし較正イメージの最も明るい領域が、較正イメージの固定位置に位置することが分かっていると、最も明るいスポットを含むことことにより、本質的に、確信のあるウインドウを選択することが可能になる。同時に、このような固定ウインドウを用いることにより、最も明るいスポットを正確に測定し、またその最も明るいスポットの上にウインドウの中心を置くのに必要な時間と計算量を低減することができる。
【００９３】
さらに、ある１つの固定ウインドウを用いるより、較正イメージを細分化した複数のウインドウを用いることができる。例えば較正イメージの四隅上に焦点を合わせた４つのウインドウを用いることができる。この場合、４つのウインドウの平均出力光強度値は、測定された出力光強度値として用いられる。ある１つの出力光強度値を測定するための複数ウインドウを結合させるためには、平均値ではなく、任意の別の周知或いは後に得られた統計パラメータが用いられる。
上述のように、変換関数Ｔは、特定視覚システムに対する出力光強度が参照光度曲線の出力光強度に厳密に従うように、特定視覚システムに対して特定の入力光強度命令値を調整する。しかしながら、参照光度曲線は、それ自身が特に直感的でなくてもよい。したがって、変換関数及び／又は参照光度曲線は、参照入力光強度命令値と参照出力光強度の間に所望の関数を与える参照光度曲線に、所望の出力光強度のマッピングを行うために用いられてもよい。したがって、参照光度曲線及び／又は変換関数は、線形関数、或いは対数関数等、或いは人間心理学と視覚認知の観点から、出力光強度を入力光強度命令値のより直感的な関数にする所望の関数上に重ねてもよい。
【００９４】
同軸ライトを用いて上述したように、入力光強度命令値の範囲を著しく広げる非飽和領域を見つけることは、困難である。この問題を解決するためには、経験的ではなく数学的に、視覚システムの光学系についての仮定を行うことにより、関数を変換、或いはマッピングすることが有効である。したがって、全ての参照光度曲線に対応する範囲に参照光度曲線のある一部分のみに対応する単一の被測定物を用いることにより、光学系の倍率と反射率についての仮定に基づいて、その非飽和領域を推定することが可能となる。
上述のように、異なる倍率レベルでは、常に異なる参照光度曲線が得られる。本実施態様においては、これを扱うため、参照光度曲線及び特定光度曲線を生成するときと、変換関数を生成するときは、ある１つのデフォルト倍率レベルを用いる。さらに上述のように、参照光度曲線及び特定光度曲線は、異なる倍率レベルに対して生成できる。しかしながら、光度曲線の更なる組合せを生成する必要はない。
【００９５】
さらに、与える倍率レベルの変更による補償は、任意の入力光強度命令値を掛けることにより、より厳密な方法で行われる。しかしながら、この厳密な計算方法は、必ずしも良いイメージを作るとは限らない。一方、初期の倍率レベルの明るさに基づく２番目の変換では、現在の倍率レベルで、従来の倍率レベルと同じ明るさが得られる。
上記のように概説された較正方法は、ある１つの色を持つ光源に基づいている。したがって、もし光源が、異なる波長の光を出射する複数の出射器（有色光出射素子）を持つ固体光源等の有色光源を二以上備えるのであれば、異なる参照光度曲線と特定光度曲線は、各色に対して生成される。したがって、異なる較正テーブルは、各色に対して生成される。
【００９６】
本実施態様において、参照光度曲線は、ファイルに参照光度曲線を表形式で記憶するパートプログラムを用いて得られる。参照光度曲線を生成するため、各入力光度命令値に対して、出力光強度は、イメージの最も明るい位置の上に中心が置かれた１５１×１５１ピクセルのウインドウ内の平均的なグレーレベルとして測定される。本実施態様において、被測定物は１つのみ、倍率は２．５Ｘのみが用いられる。本実施態様において、参照光度曲線を得るため、ランプのサンプルの中から、最も暗いランプが用いられる。表５に、ファイルに表形式で記憶される参照光度曲線の一例を示す。
【００９７】
【表５】
特定光度曲線は、参照光度曲線と同様に得られる。したがって、本実施態様においては、ある１つのパートプログラムが、異なる入力光強度命令値で、イメージの出力光強度、或いは明るさを測定するために用いられる。イメージの出力光強度或いは明るさは、イメージの最も明るい位置の上に中心が置かれた１５１×１５１ピクセルのウインドウの平均グレーレベルとして測定される。表６に、ファイルに表形式で記憶される特定光度曲線の一例を示す。なお、表６はある未較正の視覚システムの特定光度曲線である。
【００９９】
【表６】
表５に示される参照光度曲線と表６に示される特定光度曲線を用いることにより、変換関数Ｔが決定された。表７に、ファイルに表形式で記憶される変換関数Ｔの一例を示す。
【０１０１】
【表７】
各光源に対しては、異なる変換関数参照用テーブルが用いられる。したがって、視覚システムに対して複数の光源があるのと同様、多くの変換関数参照用テーブルがある。各変換関数参照用テーブルは、異なるファイルに記憶される。
本実施態様において、参照光度曲線は、多くの視覚システムの統計学上の解析、或いは視覚システムと光学シミュレーションの十分な設計情報に基づいて生成できる。したがって、参照光度曲線が、視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された出力光強度と、参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた入力光強度命令値を表している限り、参照光度曲線を生成するために、任意の周知、或いは後に開発された方法が用いられる。
【０１０３】
本実施態様にかかる光強度較正装置及び方法が実験的に試験されたとき、従来の装置及び方法は、各光源に対して１つの参照用テーブルを読み込む毎に修正された。本実施態様では、これらの値を光制御システムに送信する前に、入力光設定を較正された光設定に変換するため、参照用テーブルを用いる。例えば表７の参照用テーブルを用いることにより、ユーザが入力光設定を０．８に設定すると、本実施形態では、制御システム部にこの設定値を送信する前に、０．５８に変換する。例えば０．１２等のある入力光強度命令値に対しては、参照用テーブルではなく、本実施形態では、較正値を計算するために線形補間法を用いる。
本実施形態にかかる光強度較正装置と方法は、照明特性が較正された照明装置を視覚システムに備えることができる。すなわち、較正済み視覚システムでは、同じ装備の視覚システムに対して、同じ入力光強度命令値の下で、同じ明るさを持つイメージが得られる。この較正は、参照光度曲線と呼ばれる設定済み照明特性を用いることにより行われる。較正済み視覚システムでは、特定の照明特性を、この参照光度曲線の照明特性と同じに修正する。
【０１０４】
本実施態様において、異なる参照光度曲線は、視覚システムの全クラスの全光源に対して設定される。しかしながら、本実施形態にかかる光強度較正装置と方法は、汎用性があり、また視覚システムの異なるクラスに対して同じ参照光度曲線を持つ等の別の光学形態が可能である。この光学形態では、２つの異なるクラスの視覚システムを持ち、これらの視覚システム上でパートプログラムを動かしたいユーザに対しては有用である。参照光度曲線は、最も弱い照明装置を持つクラスの視覚システム上で測定されることが重要である。したがって、異なるクラスの視覚システムに対して、ある１つの参照光度曲線を持つことは、より強い照明装置を持つクラスの視覚システムの照明性能に悪影響を及ぼす。参照光度曲線は、ある特定視覚システムから生成される。この場合、参照光度曲線は、ある特定視覚システムを外部の参照視覚システムの入力光強度命令値に強制的に従わせるためには用いられない。むしろ、この場合の参照光度曲線は、特定の時間での特定視覚システムの照明特性を示す。
【００１０５】
特定視覚システムに対して、このような参照光度曲線を生成する時間は、あるパートプログラムが特定視覚システムで用いられる前につくられる。この特定視覚システムに対して生成された参照光度曲線に対しては、時間を経て特定視覚システムを較正することにより、またより頻繁に再較正することにより、その特定視覚システムの照明特性が、参照照明特性よりドリフトするのを防ぐ。したがって、特定視覚システムに対して作られた任意のパートプログラムは、特定視覚システムの照明装置が寿命となり、またその照明装置の照明特性が参照照明特性よりドリフトするときに、実行できるように作られている。ある特定視覚システムに対して、このような参照光度曲線を生成する時間は、別の視覚システムでパートプログラムが動かされる前に作られる。その後に作られたパートプログラムは、この参照光度曲線を用いて較正された別の視覚システム上で動かされる。
【０１０６】
本実施形態にかかる較正装置と方法では、同じパートプログラムを同じ装備を持つ異なる視覚システム、すなわち同じ入力光強度命令値に対して異なる光出力光度値を持つ視覚システム上で動かすことができる。
本実施形態にかかる較正装置と方法では、例えば周辺光の増加、ランプの劣化、古いランプを新しいランプと交換する等のように照明特性が変わっても、パートプログラムを同じ視覚システム上で一貫して動かすことができる。
また、本実施形態にかかる較正装置と方法は、質の悪い照明、例えばランプの劣化を検出可能にする。
【０１０７】
本実施形態にかかる較正装置と方法は、光学系のミスアライメント、例えばプログラム化できるリングライトのミスアライメントを検出可能にする。
本実施形態にかかる較正装置と方法では、照明特性をより確かに較正し、その結果、カメラにより検出された強度の変数は、ワークピースに確かに与えられるので、黒と白カメラが用いられるとしても、機械視覚システムは、測定されたワークピース上で信頼性のある色差を検出することができる。ワークピースの反射率が同じと仮定すると、強度の変数は、ある状態の色の変化によるものとしてもよい。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば種々の変形が可能である。例えば本発明にかかる開ループ光強度校正方法及び装置は、任意の視覚システムの照明装置に適用することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる開ループ光強度較正方法及び装置によれば、較正される特定視覚システムの特定検出デバイスで検出された特定出力光強度とその光源の駆動に用いた較正前特定入力光強度命令値との特定関係を決める特定関係決定工程（手段）と、参照視覚システムの検出デバイスで検出された参照出力光強度とその光源の駆動に用いた参照入力光強度命令値を示す定義済み参照関係及び前記特定関係に基づいて、参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、もし参照視覚システムの光源が較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決める関数決定工程（手段）とを備えることとしたので、照明特性の均一化を図ることができる。なお、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、特定視覚システムが参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることにより、複数の視覚システム間での照明特性の均一化を図ることができる。
なお、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、特定視覚システムが参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び前記参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることにより、複数の視覚システム間での照明特性の均一化を図ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記光強度検出デバイスがカメラであることにより、前記出力光強度を、カメラによりキャプチャーされるイメージの平均的な明るさ情報より得ることができるので、前記参照関係及び特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程を含み、もし関数を更新する必要があるならば、前記特定関係決定工程及び関数決定工程を繰返すことにより、また、関数を更新する必要があるか否かを決定する工程が、該関数が決定されてからの経過時間が閾値より長いか否かを決定する工程を含むことにより、前記関数の更新時期を適切に判断することができる。しかも本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して特定出力光強度を測定し、該特定出力光強度と対応参照出力光強度との差を決定し、この差が閾値より大きいか否かを決定することにより、前記特定関係（すなわち特定照明特性）の経時変化を正確に把握することができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定視覚システム及び前記参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係は、各光源に対して対応する参照関係を含み、さらに前記特定視覚システムの各光源に対して対応する前記特定関係と前記関数を決定することにより、各光源の照明特性を較正することができる。これにより、視覚システムの光源として、例えばステージライト、同軸ライト、リングライト、プログラム化できるリングライト等の複数の異なる光源等を用いることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定関係決定工程が、前記光強度検出デバイスの視野領域を選択する工程と、選択された視野領域内にて出力光強度を測定する工程を含むことにより、前記出力光強度がイメージの平均的な明るさとして得られる。これにより、一のイメージ内の各部での明るさの不均一を大幅に低減し、前記特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定関係として、前記光強度検出デバイスの視野の少なくとも一部分にて、該光強度検出デバイスによりキャプチャーされたイメージの入力イメージ値に基づいて、少なくとも１つの統計値を決定する工程を含むことにより、一のイメージ内の各部での明るさの不均一を大幅に低減し、前記特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定関係決定工程が、前記特定関係が決定される較正前特定入力光強度命令値の可能範囲内の少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して、前記視覚システムのステージ上に被測定物を置く工程を含むことにより、前記較正前特定入力光強度命令値の可能範囲内での前記参照関係及び／又は特定関係をより正確に得ることができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、さらに前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、該較正前特定入力光強度命令値を前記関数に基づいて変換する工程と、該変換済み較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程を含むことにより、ユーザ設定に対して光源より照射された照明光の光量変動を低減することができる。
また、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、該較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程を含み、前記関数が、参照視覚システム下で所望の出力光強度が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、もし参照視覚システムの光源が較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換し、該較正後特定入力光強度命令値で、特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うこととした。この結果、本発明は、ユーザ設定に対して光源からの照明光の光量変動を低減することができる。
さらに、本発明にかかる開ループ光強度較正方法においては、前記変換が、前記定義済みの参照関係及び前記特定関係に基づいて行われ、該変換済み較正後特定入力光強度命令値で、視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うこととした。この結果、本発明は、光源に対して、制御された照明特性を設定することができるので、ユーザ設定に対して光源からの照明光の光量変動をより大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なるクラスの視覚システム間での光度曲線の不一致を示す説明図である。
【図２】異なる光学素子を同じ視覚システムに用いたときの光度曲線の不一致を示す説明図である。
【図３】同じ視覚システムに同じ光学素子と、同じ光源に異なるバルブ又はランプを用いたときの光度曲線の不一致を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施態様にかかる開ループ光強度較正装置を用いた視覚システムの概略構成を示す説明図である。
【図５】本発明においてイメージの明るさを測定する上でのウィンドウサイズの効果を示す説明図である。
【図６】参照光度曲線に対して第１の要求事項を満たす光度曲線の説明図である。
【図７】参照光度曲線に対して第２の要求事項を満たさない光度曲線の説明図である。
【図８】本発明の一実施態様にかかる参照光度曲線或いは特定光度曲線の生成方法の処理内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態にかかる参照光度曲線と特定光度曲線に基づいた特定の視覚システムの照明特性の較正方法の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 視覚システム
１０２ 被測定物
１１４ カメラシステム（光強度検出デバイス）
１１５ ステージライト（光源、照明装置）
１１６ 同軸ライト（光源、照明装置）
１１７、１１８ リングライト（光源、照明装置）
１２０ 制御システム部
１４１ 参照光度曲線部（参照関係記憶部）
１４２ 特定光度曲線部（特定関係記憶部）
１５０ 光度曲線生成器
１６０ 変換参照用テーブル生成器（関数決定部）
１８０ 入力光強度命令値変換器
１９０ 電源（照明装置）
Claims (18)
- 参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度と、前記参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値との関係である定義済みの参照関係に基づいて、特定視覚システムの光源を含む照明装置の照明特性を較正する方法であって、
前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた特定入力光強度命令値との関係である特定関係を決定する特定関係決定工程と、
前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する関数決定工程と、
を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記特定視覚システムは、前記参照視覚システムとタイプが異なる特定視覚システム、及び前記参照視覚システムと同じタイプであるが使用されている光学素子や光源を含む照明装置が異なる特定視覚システムであることを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記光強度検出デバイスは、カメラであることを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程を含み、もし関数を更新する必要があるならば、前記特定関係決定工程、及び前記関数決定工程を繰返すことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項４記載の開ループ光強度較正方法において、
前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程は、前記関数が決定されてからの時間の長さが、閾値より長いか否かを決定する工程を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項４記載の開ループ光強度較正方法において、前記関数を更新する必要があるか否かを決定する工程は、
前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられる少なくとも１つの特定入力光強度命令値に対して、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度を測定する工程と、
少なくとも１つの較正前特定入力光強度命令値に対して測定された特定出力光強度と、もし参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度との差を決定する工程と、
少なくとも１つの較正前特定入力光強度値に対して、前記工程での出力光強度の差が閾値より大きいか否かを決定する工程とを含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記特定視覚システム及び前記参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係は、各光源に対して対応する参照関係を含み、
さらに前記特定関係決定工程は、前記特定視覚システムの各光源に対して、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた特定入力光強度命令値との特定関係を決定し、
前記関数決定工程は、前記各光源に対して、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換することを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項７記載の開ループ光強度較正方法において、
前記複数の光源は、ステージライト、同軸ライト、リングライト、プログラム化できるリングライトのうちの、少なくとも２つのライトを含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項７記載の開ループ光強度較正方法において、
前記複数の光源は、複数の異なる、シングル光デバイスである有色光出射素子を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記特定関係決定工程は、前記光強度検出デバイスの視野領域を選択する工程と、
前記工程で選択された視野領域内にて、前記光強度検出デバイスにより検出される出力光強度を測定する工程と、
を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記特定関係決定工程は、前記特定関係として、前記光強度検出デバイスの視野の少なくとも一部分にて、前記光強度検出デバイスによりキャプチャーされたイメージの入力イメージ値に基づいて、少なくとも１つの統計値を決定する工程を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記特定関係決定工程は、前記特定関係が決定される較正前入力光強度命令値の可能範囲内の少なくとも１つの較正前入力光強度命令値に対して、前記特定視覚システムのステージ上に被測定物を置く工程を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
前記特定関係決定工程は、光強度値の可能範囲にわたり前記特定関係を決定する工程を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１記載の開ループ光強度較正方法において、
さらに前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、
前記工程での前記較正前特定入力光強度命令値を前記関数に基づいて変換する工程と、
前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程と
を含むことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１に記載の開ループ光強度較正方法において、
光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行う方法であって、
前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、
前記工程での前記較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、
前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程とを含み、
前記関数は、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された前記較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される出力光強度が対応するような前記較正後特定入力光強度命令値に変換し、
前記較正後特定入力光強度命令値により、光源と光強度検出デバイスを含む前記特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 請求項１に記載の開ループ光強度較正方法において、
光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行う方法であって、
前記特定視覚システムの光源を駆動するのに有用な較正前特定入力光強度命令値を入力する工程と、
前記工程での前記較正前特定入力光強度命令値を関数に基づいて変換する工程と、
前記工程で変換済みの較正後特定入力光強度命令値を用いて前記光源を駆動する工程と
を含み、
前記変換は、参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度、及び前記参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値を示す定義済みの参照関係、並びに、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度、及び前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値の特定関係に基づいて行われ、
変換済みの前記較正後特定入力光強度命令値により、光源と光強度検出デバイスとを含む特定視覚システムによりイメージされる被測定物に対して照明を行うことを特徴とする開ループ光強度較正方法。 - 参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された参照出力光強度と、前記参照視覚システムの光源を駆動するのに用いられた参照入力光強度命令値を示す定義済みの参照関係に基づいて、特定視覚システムの光源を含む照明装置の照明特性を較正する開ループ光強度較正装置であって、
前記定義済みの参照関係を記憶する参照関係記憶部と、
前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値との特定関係を決定する特定関係決定部と、
前記特定関係決定部により得られた特定関係を記憶する特定関係記憶部と、
前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係記憶部の定義済み参照関係及び前記特定関係記憶部の特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定する関数決定部と、
を含むことを特徴とする開ループ光強度較正装置。 - 請求項１７記載の開ループ光強度較正装置において、
前記特定視覚システム及び前記参照視覚システムの各照明装置がそれぞれ複数の光源を含むとき、前記参照関係記憶部は、前記参照視覚システムの各光源に対して対応する参照関係を記憶し、
さらに前記特定関係決定部は、前記特定視覚システムの各光源に対して、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出された特定出力光強度と、前記特定視覚システムの光源を駆動するのに用いられた較正前特定入力光強度命令値との特定関係を決定し、
前記関数決定部は、各光源に対して、前記参照視覚システム下で所望の出力光強度値が得られるように設定された較正前特定入力光強度命令値を、前記参照関係及び前記特定関係に基づいて、もし前記参照視覚システムの光源が前記較正前特定入力光強度命令値で駆動されたならば、前記参照視覚システムの光強度検出デバイスにより検出されるであろう参照出力光強度に、前記特定視覚システムの光強度検出デバイスにより検出される特定出力光強度が対応するような較正後特定入力光強度命令値に変換する関数を決定することを特徴とする開ループ光強度較正装置。
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