JP4752598B2 - ラインセンサ校正値算出装置、該装置に用いられるターゲット、ラインセンサ校正値算出方法、ラインセンサ校正値算出プログラム、および該プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ラインセンサの校正に必要な数値である校正値を算出するラインセンサ校正値算出装置、該装置に用いられるターゲット、対象物測定システム、ラインセンサ校正値算出方法、ラインセンサ校正値算出プログラム、および該プログラムを記録した記録媒体に関するものである。

従来、ラインセンサを用いて物体の画像を取得する方法が知られている。この方法では、物体に対しラインセンサを、ラインセンサにおけるＣＣＤ等のイメージセンサの走査方向（以下、「主走査方向」と称する。）と垂直に移動させることで画像を取得している。

ラインセンサはイメージセンサの走査方向に関しては透視投影でありラインセンサの移動方向（以下、「副走査方向」と称する。）に対しては平行投影である。このため、図２５（ａ）に示されるように、主走査方向が副走査方向と垂直ではない場合、計測対象から取得した画像における計測対象の形状は、同図（ｂ）に示されるように、実際の計測対象の形状から歪んでしまい、その結果、物体の正しい形状を得ることができない。

また、ラインセンサを用いて物体の寸法を取得する方法が知られている。この方法では、まず、図２１に示されるように、ラインセンサ１００が移動して、物体１０１の画像を取得する。このとき、物体１０１の奥行は、ラインセンサ１００の物体１０１に対する移動量により取得できる。

また、物体１０１の高さは、投光系から物体上に投影された濃淡の光パターンを、光切断法、位相シフト法などの公知の方法で解析することにより取得できる。これらの方法では、光パターンの変形の度合によって物体１０１の高さを解析している。このため、図２５（ａ）に示される場合では、上述と同様に、物体１０１から取得した画像における光パターンの形状が、物体１０１に実際に投影された光パターンの形状から歪んでしまう。その結果、物体１０１に投影された光パターンの正しい形状を取得することができず、物体１０１の正確な高さを得ることができない。

また、物体１０１の幅は、画像上の寸法に対する実際の寸法の比率を示す倍率を予め求めておき、物体１０１の画像上の幅を取得して倍率を乗算することにより算出できる。このため、物体の１０１の幅を求めるには、上記倍率を予め求める必要がある。

図２２は、上記倍率を求める方法を示している。図示のように、線の間隔が既知であるターゲット１０２を対物レンズ１０３を介してラインセンサ１００にて読み取り、ターゲット１０２の画像上の線の間隔を取得して、実際の線の間隔から画像上の線の間隔を除算することにより倍率を取得できる。

しかしながら、図２３に示されるように、ターゲット１０２がラインセンサ１００の移動方向に対して傾いている場合、ターゲット１０２における真値（実際の間隔）と、画像上で観測される間隔とが異なることになる。また、図２４に示されるように、ラインセンサ１００がラインセンサ１００の移動方向に対して垂直とならずに傾いている場合、ターゲット１０２における真値（実際の間隔）と、画像上で観測される間隔とが異なることになる。

したがって、ラインセンサ１００およびターゲット１０２の少なくとも一方がラインセンサ１００の移動方向から傾いていると、上記の方法で適切な倍率を取得できず、物体の幅を正確に取得できないことになる。

上記の問題点に対して、従来は、工作精度を向上させたり、専用の高価な校正機器を用いたりして、イメージセンサの走査方向とラインセンサの移動方向が垂直になるようにしていた。しかし、このような方法では手間と時間がかかり、コストが増大する結果となっていた。
特開２００２−１９９１３９号公報（２００２年７月１２日公開） 特開平１１−１８７１８２号公報（１９９９年７月９日公開） 特開平５−２１０７３２号公報（１９９３年８月２０日公開）

これに対し、特許文献１に記載の画像位置検査装置は、シート状の被検査物の画像パターン位置を検出するものであって、被検査物を保持する保持手段と、その保持位置を制限する制限手段と、上記保持手段上を対象に２次元画像データを得る画像入力手段と、該画像入力手段にて得られる画像データを記録する画像記録手段とを備える構成である。そして、上記画像記録から上記被検査物の位置を検出し、上記画像記録から上記被検査物の画像パターン位置を検出して、検出された被検査物の位置データと、検出された被検査物の画像パターン位置データとを用いて、上記被検査物上の絶対位置データに変換している。

しかしながら、上記画像位置検査装置では、被検査物を精度良く固定するための特別な機構（保持手段・制限手段）を設ける必要があり、装置の製造コストが増大することになる。

また、特許文献２に記載の複写制御装置では、予め記憶されている基準データに基づいたテストイメージをプリンタが印刷し、印刷されたテストイメージをスキャナが読み取り、このテストイメージに基づいたスキャナデータを取得する。複写制御装置は、このスキャナデータと基準データの相違を判断し、これに基づいてスキャナの読み取り条件を調整している。これにより、ユーザがスキャナおよびプリンタの機械的精度の補正を簡単かつ正確に行うことができる。

しかしながら、上記複写制御装置では、スキャナおよびプリンタ間の機械的精度の補正を行うことができるが、スキャナまたはプリンタ単独での機械的精度の補正を行うことはできない。

また、特許文献３に記載の光学システムの幾何学を決定するための方法では、複数の短いラインセンサ（イメージ検知器）が互いに主走査方向に並べられており、これらのラインセンサの相対的な位置関係を利用して、各ラインセンサから取得された画像を変換し、あたかも主走査方向に長い１本のラインセンサから取得されたような画像に補正している。

しかしながら、特許文献３には、複数のラインセンサ同士の相対的な位置関係を補正する方法が開示されているが、１本のラインセンサの絶対的な位置関係を補正する方法が開示されていない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ラインセンサの校正に必要な数値である校正値を簡便に算出できるラインセンサ校正値算出装置などを提供することにある。

本発明に係るラインセンサ校正値算出装置は、ラインセンサの校正に必要な数値である校正値を算出するラインセンサ校正値算出装置であって、上記課題を解決するため、前記ラインセンサが読み取るターゲットに施された校正用パターンの実際の寸法を記憶する記憶手段と、自装置の動作を制御する制御手段とを備えており、該制御手段は、前記ラインセンサから前記校正用パターンの画像を取得する画像取得手段と、該画像取得手段が取得した前記校正用パターンの画像から、前記校正用パターンの画像上の寸法を算出する画像上寸法算出手段と、該画像上寸法算出手段が算出した前記校正用パターンの画像上の寸法と、前記記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、前記校正値を算出する校正値算出手段とを備えることを特徴としている。

ここで、ラインセンサの校正に必要な数値である校正値としては、ラインセンサが読み取った画像を補正するために必要な補正値（例えば、副走査方向とラインセンサとのなす角度、副走査方向と校正用パターンとのなす角度など）や、物体の画像上の寸法から物体の実際の寸法を求めるために必要な数値（例えば倍率など）が挙げられる。より具体的には、上記校正値としては、前記ラインセンサを用いて取得した対象物の画像の寸法に対する該対象物の実際の寸法の比率、および、前記ラインセンサの主走査方向と副走査方向とのなす角度が挙げられる。また、寸法には、長さだけでなく角度を含めることもできる。

上記の構成によれば、制御手段は、ラインセンサから校正用パターンの画像を取得し、取得した校正用パターンの画像から、校正用パターンの画像上の寸法を算出し、算出した校正用パターンの画像上の寸法と、記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定している。これにより、副走査方向とラインセンサとのなす角度と、副走査方向と校正用パターンとのなす角度とを求めることができる。

上記副走査方向と校正用パターンとのなす角度に基づいて、校正用パターンの画像に対し回転変換等の画像変換を施すことにより、パターンの向きが副走査方向に対応するような校正用パターンの画像を取得できる。したがって、ラインセンサが校正用パターンを読み取る前に、校正用パターンの向きが副走査方向に対応するように、ターゲットの厳密な位置決めを行う必要がない。その結果、上記位置決めのための構成や上記位置決めのために費やす時間を省略でき、ラインセンサが校正用パターンを低コストかつ迅速に読み取ることができる。

また、上記副走査方向とラインセンサとのなす角度に基づいて、校正用パターンの画像に対しアフイン変換等の画像変換を施すことにより、図２５（ｂ）に示されるような歪んだ画像から、実際の校正用パターンに対応する適切な画像を取得できる。したがって、ラインセンサが傾いていても、ラインセンサが読み取った物体の画像を、実際の物体に対応する適切な画像に変換できるので、ラインセンサが物体を読み取る前に、ラインセンサの副走査方向に対する調整を行う必要がない。その結果、上記調整のための構成や上記調整のために費やす時間を省略でき、ラインセンサが物体を低コストかつ迅速に読み取ることができる。

さらに、実際の校正用パターンに対応する適切な校正用パターンの画像を取得できるので、画像上の寸法に対する校正用パターンの実際の寸法の比率である倍率を算出できる。この倍率を用いることにより、ラインセンサが読み取った物体の画像から物体の実際の寸法を算出することができる。

なお、算出した校正値は、ディスプレイ、プリンタなどの出力手段によって外部に出力してもよいし、ラインセンサが読み取った物体の画像に関して処理を行う画像処理装置に対して送信してもよいし、記憶手段に記憶しておき、必要なときに適宜出力したり送信したりしてもよい。

また、上記ラインセンサ校正値算出装置にて利用可能な校正用パターンとしては、非平行な少なくとも２本の線分や、同一直線上には存在しない少なくとも３つの点が挙げられる。

校正用パターンが、非平行な少なくとも２本の線分である場合には、記憶手段は、前記２本の線分の長さと該線分同士のなす角とを、校正用パターンの実際の寸法として記憶すればよい。

一方、校正用パターンが、同一直線上には存在しない少なくとも３つの点である場合には、記憶手段は、前記３つの点を頂点とする三角形に関する３つの辺および３つの頂角のうち、前記三角形を規定する何れか３つ、具体的には、３つ全てが頂角である場合を除く任意の３つを、校正用パターンの実際の寸法として記憶すればよい。

ところで、ラインセンサが物体の画像を生成するには、ラインセンサまたは物体を副走査方向に搬送する搬送手段が必要である。

そこで、本発明に係るラインセンサ校正値算出装置では、前記制御手段は、前記ラインセンサまたは前記ターゲットを前記副走査方向に搬送する搬送手段から搬送速度または搬送距離を取得する搬送量取得手段をさらに備えており、前記校正値算出手段は、前記画像上寸法算出手段が算出した前記校正用パターンの画像上の寸法と、前記記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法と、前記搬送量取得手段が取得した搬送速度または搬送距離とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、前記校正値を算出してもよい。

上記の構成によると、搬送速度または搬送距離という取得可能なパラメータが１つ増えるので、校正用パターンから取得すべき実際の寸法の数を、１つ減らすことができる。したがって、記憶手段が記憶すべき校正用パターンの実際の寸法の数を１つ減らすことができる。

具体的には、校正用パターンが非平行な少なくとも２本の線分である場合、記憶手段は、前記２本の線分の長さと該線分同士のなす角との中の何れか２つを、校正用パターンの実際の寸法として記憶すればよい。また、校正用パターンが同一直線上には存在しない少なくとも３つの点である場合、記憶手段は、前記３つの点を頂点とする三角形に関する３つの辺および３つの頂角の中の何れか２つを、前記校正用パターンの実際の寸法として記憶すればよい。

その結果、校正用パターンにおける必要な寸法が１つ減るので、校正用パターンを施したターゲットをさらに簡便に製造できる。また、記憶手段の記憶容量を減らすことができる。

また、上記構成のラインセンサ校正値算出装置に用いられる校正用パターンが施されたターゲットであれば、上述と同様の効果を奏することができる。

本発明に係る対象物測定システムは、対象物から該対象物の画像を作成する画像入力装置と、該画像入力装置が作成した前記対象物の画像を用いて、前記対象物の形状を測定する対象物測定装置とを備える対象物測定システムであって、上記の課題を解決するため、前記画像入力装置は、前記対象物の視覚的な情報を読み取るラインセンサと、該ラインセンサまたは前記対象物を副走査方向に移動させる搬送手段とを備えており、さらに、前記ラインセンサの校正に必要な数値である校正値を算出する上記構成のラインセンサ校正値算出装置を備えており、前記対象物測定装置は、前記ラインセンサから前記対象物の画像を取得する画像取得手段と、前記搬送手段から搬送速度または搬送距離を取得する搬送量取得手段と、前記ラインセンサ校正値算出装置から校正値を取得する校正値取得手段と、該校正値取得手段が取得した校正値を用いて、前記画像取得手段が取得した前記対象物の画像を補正する画像補正手段と、前記校正値取得手段が取得した校正値を用いて、前記画像補正手段が補正した前記対象物の画像から前記対象物の形状を取得する形状取得手段とを備えることを特徴としている。

上記の構成によると、ラインセンサ校正値算出装置は、上述のように、校正用パターンを施したターゲットの厳密な位置決めを行う必要がないので、上記位置決めのための構成や上記位置決めのために費やす時間を省略でき、ラインセンサが校正用パターンを低コストかつ迅速に読み取ることができる。

また、対象物測定装置は、ラインセンサから対象物の画像を取得するとともに、ラインセンサ校正値算出装置から校正値を取得し、取得した校正値を用いて、対象物の画像を補正する。これにより、上述のように、ラインセンサが対象物を読み取る前に、ラインセンサの副走査方向に対する調整を行う必要がないので、上記調整のための構成や上記調整のために費やす時間を省略でき、ラインセンサが対象物を低コストかつ迅速に読み取ることができる。

なお、補正された対象物の画像は、倍率以外の点で対象物の形状を正確に反映している。そこで、対象物測定装置は、ラインセンサ校正値算出装置から取得した校正値に含まれる倍率を用いることにより、補正した対象物の画像から対象物の形状を取得することができる。また、形状を取得することにより、面積も取得することもできる。なお、前記ラインセンサ校正値算出装置および前記対象物測定装置は一体に備えてもよい。

本発明に係る対象物測定システムでは、前記対象物測定装置は、前記対象物の基準形状を記憶する記憶手段と、前記形状取得手段が算出した前記対象物の形状を、前記記憶手段が記憶する基準形状と照合する照合手段と、該照合手段が照合した結果を出力する出力手段とをさらに備えることもできる。この場合、対象物の形状が基準形状からずれているか否かを調べることができるので、対象物測定システムを対象物の外観を検査するために利用することができる。

本発明に係る対象物測定システムでは、前記対象物測定装置の前記形状取得手段は、前記対象物の立体形状を算出することもできる。立体形状を算出するには、例えば、前記画像入力装置は、位置に応じて周期的に輝度が変化する光パターンを前記対象物に投射する投射手段をさらに備えており、前記対象物測定装置の前記形状取得手段は、前記画像補正手段が補正した前記対象物の画像に含まれる前記光パターンの変形量を解析することにより、前記対象物の高さを算出すればよい。また、側方から対象物を読み取るラインセンサを新たに設けてもよい。

本発明に係るラインセンサ校正値算出方法は、前記ラインセンサが読み取るターゲットに施された校正用パターンの実際の寸法を記憶する記憶手段を備える上記ラインセンサ校正値算出装置におけるラインセンサ校正値算出方法であって、上記課題を解決するため、前記ラインセンサ校正値算出装置は、前記ラインセンサから前記校正用パターンの画像を取得し、取得した前記校正用パターンの画像から、前記校正用パターンの画像上の寸法を算出し、算出した前記校正用パターンの画像上の寸法と、前記記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、前記校正値を算出することを特徴としている。

上記の方法によれば、ラインセンサ校正値算出装置は、ラインセンサから校正用パターンの画像を取得し、取得した校正用パターンの画像から、校正用パターンの画像上の寸法を算出し、算出した校正用パターンの画像上の寸法と、記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定している。これにより、副走査方向とラインセンサとのなす角度と、副走査方向と校正用パターンとのなす角度とを求めることができる。したがって、上述のように、ラインセンサが校正用パターンおよび物体を低コストかつ迅速に読み取ることができる。さらに、ラインセンサが読み取った物体の画像から物体の実際の寸法を算出するための倍率を算出できる。

なお、上記ラインセンサ校正値算出装置における制御手段を、ラインセンサ校正値算出プログラムによりコンピュータ上で実行させることができる。さらに、上記ラインセンサ校正値算出プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で上記ラインセンサ校正値算出プログラムを実行させることができる。

以上のように、本発明に係るラインセンサ校正値算出装置は、ラインセンサから取得した校正用パターンの画像から、校正用パターンの画像上の寸法を算出し、算出した校正用パターンの画像上の寸法と、記憶手段が記憶する校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、ラインセンサの校正値を簡便に算出できるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図７を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態における画像校正システム１０の概略構成を示している。また、図１は、画像校正システム１０における校正値算出装置１３の制御部１６および記憶部１７の詳細を示している。

本実施形態では、校正値算出装置１３は、ラインセンサ１４から校正用パターン１１の画像を取得し、取得した校正用パターン１１の画像から、校正用パターン１１の画像上の寸法を算出し、算出した校正用パターン１１の画像上の寸法と、後述の記憶部１７が記憶する校正用パターン１１の実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサ１４および校正用パターン１１の幾何学的位置関係を特定することにより、校正値を算出するものである。これにより、ラインセンサ１４の校正値を簡便に算出することができる。

以下、画像構成システム１０の詳細について説明する。図２に示されるように、画像校正システム１０は、校正用パターン１１、画像入力装置１２、および校正値算出装置（ラインセンサ校正値算出装置）１３を備える構成である。

校正用パターン１１は、ラインセンサの校正を行うために、ターゲットに施された各種の模様である。なお、本実施形態では、ターゲットは、板状であり、かつ平面視形状が長方形であるものを利用しているが、画像入力装置１２が校正用パターン１１を読み取ることができるものであれば、任意の形状のものを利用できる。

図３は、本実施形態の校正用パターン１１ａを示している。図示のように、校正用パターン１１ａは、レーザーやプリンタなどにより、１本の横線３０と、横線３０に直交する２本の縦線３１・３１とがターゲットに施されており、縦線３１・３１の間隔Ｌが既知である。なお、この校正用パターン１１ａは最小構成を示しており、実際の校正用パターン１１は、図３に示される校正用パターン１１ａを縦および横にそれぞれ複数個配列したものであることが望ましい。

画像入力装置１２は、物体の視覚的な情報を読み取り、物体の画像データを作成するものである。本実施形態では、画像入力装置１２は、ラインセンサ１４および搬送手段１５を備える構成である。ラインセンサ１４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などのイメージセンサを直線状に配列したものである。

搬送手段１５は、ラインセンサ１４を移動させるものである。これにより、ラインセンサ１４から見た物体の外観を読み取ることができる。なお、搬送手段１５としては、ベルトおよびプーリの組合せ、ボールネジなどの公知のものを用いることができる。また、搬送手段１５は、読取り対象の物体を移動させても良い。

校正値算出装置１３は、校正用パターン１１を画像入力装置１２に読み取らせることにより、画像入力装置１２におけるラインセンサの校正に必要な数値である校正値を算出するものである。

校正値算出装置１３は、制御部（制御手段）１６および記憶部（記憶手段）１７を備える構成である。制御部１６は、校正値算出装置１３の各種構成の動作を統括的に制御するものである。制御部１６は、例えばＰＣ（Personal Computer）ベースのコンピュータによって構成される。そして、各種構成の動作制御は、制御プログラムをコンピュータに実行させることによって行なわれる。

このプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭなどのリムーバブルメディアに記録されているものを読み出して使用する形態であってもよいし、ハードディスクなどにインストールされたものを読み出して使用する形態であってもよい。また、校正値算出装置１３がインターネットなどの通信ネットワークに接続された構成とする場合、この通信ネットワークを介して上記プログラムをダウンロードしてハードディスクなどにインストールして実行する形態なども考えられる。

記憶部１７は、各種のデータおよびプログラムを記憶するものである。記憶部１７は、例えばハードディスクなどの不揮発性の記憶装置によって構成される。この記憶部１７に記憶される内容としては、上記した制御プログラム、ＯＳ（Operating System）プログラム、およびその他各種プログラム、各種データなどが挙げられる。

図１は、校正値算出装置１３における制御部１６および記憶部１７の詳細を示している。図示のように、制御部１６は、画像取得部（画像取得手段）２０、搬送速度取得部（搬送量取得手段）２１、画像上寸法算出部（画像上寸法算出手段）２２、および傾き・倍率算出部（校正値算出手段）２３を備える構成である。一方、記憶部１７は、校正用パターン１１の実際の寸法（本実施形態では、ｌx，ｌy）を示す実寸法データ２４を予め記憶している。

画像取得部２０は、校正用パターン１１の画像データを、ラインセンサ１４を介して取得するものである。画像取得部２０は、取得した画像データを画像上寸法算出部２２に送信する。

搬送速度取得部２１は、搬送手段１５が搬送するラインセンサ１４の搬送速度（移動速度）を、搬送手段１５から取得するものである。なお、搬送速度取得部２１は、搬送手段１５から搬送距離を取得して、その時間微分を算出することにより、搬送速度を求めてもよい。搬送速度取得部２１は、取得した搬送速度を傾き・倍率算出部２３に送信する。

画像上寸法算出部２２は、画像取得部２０が取得した画像データにおける校正用パターン１１の画像上の寸法を算出するものである。画像上寸法算出部２２は、算出した画像上の寸法を傾き・倍率算出部２３に送信する。なお、算出する画像上の寸法については後述する。

傾き・倍率算出部２３は、搬送速度取得部２１が取得した搬送速度と、画像上寸法算出部２２が算出した画像上の寸法と、記憶部１７が記憶する実寸法データ２４とを用いて、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の傾きと、実際の寸法に対する画像上の寸法の倍率とを算出するものである。この倍率は、具体的には、ラインセンサ１４から取得される１ラインの画像の長さに対する実際の長さの比である。なお、傾きおよび倍率の算出方法については後述する。

また、傾き・倍率算出部２３は、算出した傾きおよび倍率を校正値として、ディスプレイ、プリンタなどの出力手段によって外部に出力してもよいし、ラインセンサが読み取った物体の画像に関して処理を行う画像処理装置に対して送信してもよいし、記憶部１７に記憶しておき、必要なときに適宜出力したり送信したりしてもよい。

図４は、上記構成の校正値算出装置１３における処理動作の流れを示している。図示のように、まず、画像取得部２０は、校正用パターン１１の画像データを取得するとともに、搬送速度取得部２１は、ラインセンサ１４の搬送速度を取得する（ステップＳ１０。以下、単に「Ｓ１０」と記載することがある。他のステップについても同様である。）。

次に、画像上寸法算出部２２は、画像取得部２０が取得した画像データにおける校正用パターン１１の画像上の幾何学的配置（具体的には寸法）を算出する（Ｓ１１）。次に、傾き・倍率算出部２３は、画像上寸法算出部２２が算出した画像上の幾何学的配置と、記憶部１７が記憶する実際の幾何学的配置と、搬送速度取得部２１が取得した搬送速度とに基づいて、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の傾きと、実際の寸法に対する画像上の寸法の倍率とを算出する（Ｓ１２）。

そして、傾き・倍率算出部２３は、算出した傾きおよび倍率を校正値として記憶部１７に記憶し（Ｓ１３）、その後処理動作を終了する。

次に、傾き・倍率算出部２３が、傾きおよび倍率を算出する方法の詳細について、図５〜図７を参照しつつ説明する。なお、本願では、ラインセンサ１４の移動方向（副走査方向）を基準として、ラインセンサ１４および校正用パターン１１が傾いているか否かを判断している。

図５（ａ）は、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の幾何学的位置関係（geometric dimension）の一例を示している。図示の例では、ラインセンサ１４の主走査方向（ラインセンサ１４におけるイメージセンサの配列方向）が副走査方向に対し垂直から傾いている一方、校正用パターン１１の横線３０が副走査方向に対し垂直であり、縦線３１が副走査方向に対し平行である。

この場合、縦線３１からの光をラインセンサ１４のイメージセンサが受け取る位置は、ラインセンサ１４が移動しても変化しない。したがって、画像入力装置１２が読み取った校正用パターン１１の画像において、縦線３１は縦線となっている。

一方、横線３０からの光は、ラインセンサ１４が同時に受け取るのではなく、ラインセンサ１４が移動するに連れて、一端から他端へ（図示の場合では左端から右端へ）逐次受け取ることになる。このため、画像入力装置１２が読み取った校正用パターン１１の画像において、横線３０は傾斜することになる。したがって、上記校正用パターン１１の画像において、横線３０の傾斜角を求めることができれば、画像の補正が可能である。

図５（ｂ）は、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の幾何学的位置関係の他の例を示している。図示の例では、ラインセンサ１４の主走査方向（ラインセンサ１４におけるイメージセンサの配列方向）が副走査方向に対し垂直である一方、校正用パターン１１の横線３０が副走査方向に対し垂直から傾き、縦線３１が副走査方向に対し平行から傾いている。

この場合、縦線３１からの光をラインセンサ１４のイメージセンサが受け取る位置は、ラインセンサ１４が移動するに連れて、或る方向（図示の場合では右方向）に変化する。したがって、画像入力装置１２が読み取った校正用パターン１１の画像において、縦線３１は傾斜することになる。

一方、横線３０からの光は、ラインセンサ１４が同時に受け取るのではなく、一端から他端へ（図示の場合では右端から左端へ）逐次受け取ることになる。このため、画像入力装置１２が読み取った校正用パターン１１の画像において、横線３０は傾斜することになる。

したがって、上記校正用パターン１１の画像は、縦方向および横方向の両方が傾いた画像となる。しかしながら、ラインセンサ１４が傾いていないので、上記校正用パターン１１の画像において、縦線３１および横線の何れか一方の傾斜角を求めることができれば、他方の傾斜角を求めることができるので、画像の補正が可能である。

図６は、図５（ａ）・（ｂ）に示される場合をより一般化した場合、すなわちラインセンサ１４および校正用パターン１１の何れもが副走査方向に対し傾いている場合を示しており、校正用パターン１１およびラインセンサ１４に関して上方から見た位置関係を示している。図示において、αは、ラインセンサ１４に関して副走査方向に垂直な方向から反時計回りに傾いた角度（以下、「傾き」と称する。）である。また、βは、校正用パターン１１の横線３０に関して副走査方向に垂直な方向から時計回りに傾いた角度、すなわち校正用パターン１１の縦線３１に関して副走査方向から時計回りに傾いた角度（以下、「スキュー角」と称する。）である。

図７は、図６の要部を拡大して示している。同図（ａ）は、校正用パターン１１の縦線３１をラインセンサ１４が読み取っている場合において、縦線３１とラインセンサ１４との位置関係を示している。また、校正用パターン１１の横線３０をラインセンサ１４が読み取り始める場合において、同図（ｂ）は横線３０とラインセンサ１４との位置関係を示しており、同図（ｃ）は縦線３１の間隔とラインセンサ１４との位置関係を示している。

上記校正用パターン１１の画像において、縦線３１は斜線となり、画像上の横方向の長さ（以下、「ｘ成分」と称する。）と、縦方向の長さ（以下、「ｙ成分」と称する。）とを有することになる。ここで、画像上の縦線３１におけるｘ成分をｘ1とし、ｙ成分をｙ1とする。このとき、画像上の縦線３１におけるｘ成分ｘ1とｙ成分ｙ1との関係は、図７（ａ）に示されるように、次式で表される。
tan(π／２−β)＝（ｖ×ｙ1＋ｍ×ｘ1×sinα）／（ｍ×ｘ1×cosα）
＝（ｖ×ｋ1）／（ｍ×cosα）＋tanα ・・・（１）。

ここで、ｖはラインセンサ１４の移動速度（スカラー量）であり、ｍは、画像および実物の寸法の比を示す倍率である。また、ｋ1＝ｙ1／ｘ1、すなわちｋ1は画像上の縦線３１の傾きである。

同様に、上記校正用パターン１１の画像において、横線３０は斜線となり、画像上のｘ成分およびｙ成分を有することになる。ここで、画像上の横線３０のｘ成分をｘ2とし、ｙ成分をｙ2とする。このとき、画像上の横線３０におけるｘ成分ｘ1とｙ成分ｙ1との関係は、図７（ｂ）に示されるように、次式で表される。
tanβ＝（ｖ×ｙ2−ｍ×ｘ2×sinα）／（ｍ×ｘ2×cosα）
＝（ｖ×ｋ2）／（ｍ×cosα）−tanα ・・・（２）。
ここで、ｋ2＝ｙ2／ｘ2、すなわちｋ2は画像上の横線３０の傾きとしている。

さらに、実際の縦線３１の間隔Ｌと、画像上の縦線３１の間隔におけるｘ成分ｘ3との関係は、図７（ｃ）に示されるように、次式で表される。
Ｌ×cosβ＝ｍ×ｘ3×cosα ・・・（３）。

上記式（１）〜式（３）を解くことにより、倍率ｍ、傾きα、およびスキュー角βが次式のように求まる。
ｍ＝（Ｌ^２／ｘ3^２−ｋ1×ｋ2×ｖ^２）^１／２ ・・・（４）。
sinα＝ｖ×（ｋ2−ｋ1）／（Ｌ^２／ｘ3^２−ｋ1×ｋ2×ｖ^２）^１／２ ・・・（５）。
sinβ＝ｘ3×ｖ×（ｋ1＋ｋ2）／（２×Ｌ） ・・・（６）。

実際の校正値算出にあたっては、上記構成の校正値算出装置１３において、校正用パターン１１における実際の縦線３１の間隔Ｌを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶しておく。次に、校正用パターン１１をラインセンサ１４が読み取り始めると、搬送速度取得部２１がラインセンサ１４の移動速度ｖを取得する。

また、ラインセンサ１４が読み取った校正用パターン１１の画像から、画像上寸法算出部２２が、ノイズ除去・２値化などの前処理を行い、ハフ変換などにより画像上の横線３０および縦線３１を抽出する。次に、画像上寸法算出部２２が、抽出した画像上の縦線３１の傾きｋ1と、抽出した画像上の横線３０の傾きｋ2とを算出し、校正用パターン１１における画像上の縦線３１の間隔におけるｘ成分ｘ3を算出する。

そして、傾き・倍率算出部２３が、これらの数値Ｌ・ｖ・ｋ1・ｋ2・ｘ3を式（４）〜式（６）に代入することにより、倍率ｍ、傾きαおよびスキュー角βを算出することができる。なお、図５（ａ）・（ｂ）に示されるように、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の何れか一方のみが傾いている場合でも、同様の手順によって、倍率ｍと、傾きαまたはスキュー角βとを算出できることは言うまでもない。

以上のように、本実施形態の画像校正システム１０では、ラインセンサ１４の傾きαを取得できるので、アフイン変換による幾何補正が可能となる。また、スキュー角βも同時に取得できるので、校正用パターン１１を精度よく固定する必要がなく、低コストで校正を行うことができる。さらに、校正用パターン１１として直線を使用することにより、より正確に直線の傾きを求めることができ、傾きαおよびスキュー角βを精度良く求めることができる。
〔実施の形態２〕
次に、本発明の別の実施形態について、図８〜図１０を参照しつつ説明する。本実施形態の情報処理システムは、図１〜図７に示される画像校正システム１０に比べて、校正用パターン１１における横線３０および縦線３１の長さが既知である点と、搬送速度取得部２１が省略される点とが異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図８は、本実施形態の校正用パターン１１ｂを示している。図示のように、校正用パターン１１ｂは、１本の横線３０と、横線３０に直交する２本の縦線３１・３１とが施されており、縦線３１・３１の間隔ｌxおよび長さｌyが既知である。

なお、この校正用パターン１１ｂは最小構成を示しており、実際の校正用パターン１１は、図８に示される校正用パターン１１ｂを縦および横にそれぞれ複数個配列したものであることが望ましい。

図９および図１０は、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の何れもが副走査方向に対し傾いている場合を示しており、校正用パターン１１およびラインセンサ１４に関して上方から見た位置関係を示している。図９は、校正用パターン１１の縦線３１とラインセンサ１４との位置関係を示すものであり、図１０は、校正用パターン１１の横線３０とラインセンサ１４との位置関係を示すものである。

さらに、図９（ａ）は、校正用パターン１１の縦線３１をラインセンサ１４が読み取り始めるときを示しており、同図（ｂ）・（ｃ）は、同図（ａ）における一点鎖線の部分を拡大して示している。また、図１０（ａ）は、校正用パターン１１の位置Ｐ１をラインセンサ１４が読み取り始めるときを示しており、同図（ｂ）・（ｃ）は、同図（ａ）における一点鎖線の部分を拡大して示している。

上記校正用パターン１１の画像において、縦線３１は斜線となり、上述のように、画像上の縦線３１におけるｘ成分をｘ1としｙ成分をｙ1とすると、実際の縦線３１の長さｌyと、画像上の縦線３１のｘ成分ｘ1との関係は、図９（ｂ）に示されるように、次式で表される。
ｌy×sinβ＝ｍ×ｘ1×cosα ・・・（７）。
また、実際の縦線３１の長さｌyと、画像上の縦線３１のｙ成分ｙ1との関係は、図９（ｃ）に示されるように、次式で表される。
ｌy×（cosβ−sinβ×tanα）＝ｖ×ｙ1 ・・・（８）。

同様に、上記校正用パターン１１の画像において、横線３０は斜線となり、上述のように、画像上の横線３０のｘ成分をｘ2としｙ成分をｙ2とすると、実際の横線３０の長さｌxと、画像上の横線３０のｘ成分ｘ2との関係は、図１０（ｂ）に示されるように、次式で表される。
ｌx×cosβ＝ｍ×ｘ2×cosα ・・・（９）。
また、実際の横線３０の長さｌxと、画像上の横線３０のｙ成分ｙ2との関係は、図１０（ｃ）に示されるように、次式で表される。
ｌx×（sinβ−cosβ×tanα）＝ｖ×ｙ2 ・・・（１０）。

式（７）の両辺を式（９）の両辺でそれぞれ除算してｍおよびαを消去し、βについて整理すると、次式が求まる。
tanβ＝（ｘ1×ｌx）／（ｘ2×ｌy） ・・・（１１）。

また、式（８）の両辺を式（１０）の両辺でそれぞれ除算してｖを消去し、βに式（１１）を代入してαについて整理すると、次式が求まる。
tanα＝（ｘ2×ｙ2×ｌy^２−ｘ1×ｙ1×ｌx^２）／（（ｘ2×ｙ1）＋（ｘ1×ｙ２））ｌx×ｌy ・・・（１２）。

したがって、上記構成の校正値算出装置１３において、校正用パターン１１における実際の横線３０および縦線３１の長さｌx・ｌyを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶しておく。次に、校正用パターン１１をラインセンサ１４が読み取り始めると、ラインセンサ１４が読み取った校正用パターン１１の画像から、画像上寸法算出部２２が、校正用パターン１１における画像上の縦線３１のｘ成分ｘ1およびｙ成分ｙ1と、画像上の横線３０のｘ成分ｘ2およびｙ成分ｙ2とを算出し、傾き・倍率算出部２３が、これらの数値を式（１１）および式（１２）に代入することにより、傾きαおよびスキュー角βを算出することができる。また、傾き・倍率算出部２３が、算出した傾きαおよびスキュー角βを式（７）または式（９）に代入することにより、倍率ｍを算出することができる。

以上のように、本実施形態の画像校正システム１０は、上記実施形態と同様の効果を奏するとともに、移動速度ｖの取得が不要であるので構成を簡略化できるという効果を奏する。
〔実施の形態３〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１１〜図１３を参照しつつ説明する。本実施形態の情報処理システムは、図１〜図７に示される画像校正システム１０に比べて、校正用パターン１１が異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１１は、本実施形態の校正用パターン１１ｃを示している。図示のように、校正用パターン１１ｃは、レーザーやプリンタなどにより、３つの点Ｐ１〜Ｐ３が施されている。さらに、２点Ｐ１・Ｐ２の間隔Ｌが既知であり、２点Ｐ１・Ｐ２を通る直線と、２点Ｐ１・Ｐ３を通る直線との為す角θが既知である。すなわち、本実施形態では、図３に示される校正用パターン１１ａに比べて、校正用パターン１１における線分のなす角度を、直角から任意の角度に一般化している。

図１２は、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の何れもが副走査方向に対し傾いている場合を示しており、校正用パターン１１およびラインセンサ１４に関して上方から見た位置関係を示している。また、図１３は、図１２の要部を拡大して示すものであり、校正用パターン１１の点Ｐ１をラインセンサ１４が読み取り始める場合の上記位置関係を示している。同図（ａ）は、点Ｐ１および点Ｐ３とラインセンサ１４との位置関係を示しており、同図（ｂ）は点Ｐ１および点Ｐ２とラインセンサ１４との位置関係を示している。

上記校正用パターン１１の画像において、点Ｐ１のｘ成分およびｙ成分を（ｘ1，ｙ1）とし、点Ｐ２のｘ成分およびｙ成分を（ｘ2，ｙ2）とし、点Ｐ３のｘ成分およびｙ成分を（ｘ3，ｙ3）とする。このとき、画像上の点Ｐ１および点Ｐ３のｘ成分の間隔ｌx1とｙ成分の間隔ｌy1とは、次式で表される。
ｌx1＝｜ｘ3−ｘ1｜，ｌy1＝｜ｙ3−ｙ1｜ ・・・（１３）。
また、上記ｘ成分の間隔ｌx1とｙ成分の間隔ｌy1との関係は、図１３（ａ）に示されるように、次式で表される。
tan(π／２−β)＝（ｖ×ｌy1＋ｍ×ｌx1×sinα）／（ｍ×ｌx1×cosα） ・・・（１４）。

同様に、画像上の点Ｐ１および点Ｐ２のｘ成分の間隔ｌx2とｙ成分の間隔ｌy2とは、次式で表される。
ｌx2＝｜ｘ2−ｘ1｜，ｌy2＝｜ｙ2−ｙ1｜ ・・・（１５）。
また、上記ｘ成分の間隔ｌx2とｙ成分の間隔ｌy2との関係は、図１３（ｂ）に示されるように、次式で表される。
tan（β＋π／２−θ）＝（ｖ×ｌy2−ｍ×ｌx2×sinα）／（ｍ×ｌx2×cosα） ・・・（１６）
さらに、上記ｘ成分の間隔ｌx2と、実際の点Ｐ１および点Ｐ２の間隔Ｌ（既知）との関係は、図１３（ｂ）に示されるように、次式で表される。
Ｌ×cos（β＋π／２−θ）＝ｍ×ｌx2×cosα ・・・（１７）。

上記の式（１４）、式（１６）、および式（１７）において、変数は、ｌx1、ｌy1、ｌx2、ｌy2、ｖ、Ｌ、θ、α、β、およびｍである。このうち、変数Ｌ・θは、図１１に示されるように既知である。また、変数ｌx1・ｌy1・ｌx2・ｌy2は、校正用パターン１１の画像からｘ1・ｙ1・ｘ2・ｙ2・ｘ3・ｙ3を取得することにより、式（１３）および式（１４）を用いて算出できる。また、変数ｖは、搬送手段から取得できる。したがって、上記の式（１４）、式（１６）、および式（１７）を解くことにより、倍率ｍ、傾きα、およびスキュー角βを求めることができる。

したがって、上記構成の校正値算出装置１３において、校正用パターン１１における実際の点Ｐ１および点Ｐ２の間隔Ｌを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶するとともに、２点Ｐ１・Ｐ２を通る直線と、２点Ｐ１・Ｐ３を通る直線との為す実際の角度θを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶しておく。次に、校正用パターン１１をラインセンサ１４が読み取り始めると、搬送速度取得部２１がラインセンサ１４の移動速度ｖを取得する。

また、ラインセンサ１４が読み取った校正用パターン１１の画像から、画像上寸法算出部２２が、ノイズ除去・２値化などの前処理を行い、画像上の点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３を抽出する。次に、画像上寸法算出部２２が、抽出された画像上の点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３に対し重心演算を行い、画像上の点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の位置、すなわち画像上の点Ｐ１のｘ成分ｘ1およびｙ成分ｙ1と、点Ｐ２のｘ成分ｘ2およびｙ成分ｙ2と、点Ｐ３のｘ成分ｘ3およびｙ成分ｙ3とを算出する。

そして、傾き・倍率算出部２３が、これらの数値Ｌ・θ・ｖ・ｘ1・ｙ1・ｘ2・ｙ2・ｘ3・ｙ3を式（１３）〜式（１７）に代入することにより、倍率ｍ、傾きαおよびスキュー角βを算出することができる。このうち、倍率ｍおよび傾きαは、ラインセンサが読み取った画像を補正するために必要な補正値として、記憶部１７に記憶される。
〔実施の形態４〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１４および図１５を参照しつつ説明する。本実施形態の情報処理システムは、図１１〜図１３に示される画像校正システム１０に比べて、点Ｐ１および点Ｐ３の間隔が既知である点が異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１４は、本実施形態の校正用パターン１１ｄを示している。図示のように、校正用パターン１１ｄは、レーザーやプリンタなどにより、３つの点Ｐ１〜Ｐ３が施されている。さらに、２点Ｐ１・Ｐ３の間隔Ｌ1が既知であり、２点Ｐ１・Ｐ２の間隔Ｌ2が既知であり、２点Ｐ１・Ｐ２を通る直線と、２点Ｐ１・Ｐ３を通る直線との為す角θが既知である。なお、ラインセンサ１４および校正用パターン１１の位置関係は、図１２に示されるものと同様である。

図１５は、図１２の要部を拡大して示すものであり、校正用パターン１１の点Ｐ１をラインセンサ１４が読み取り始める場合の上記位置関係を示している。同図（ａ）は、点Ｐ１および点Ｐ３とラインセンサ１４との位置関係を示しており、同図（ｂ）は点Ｐ１および点Ｐ２とラインセンサ１４との位置関係を示している。

上記校正用パターン１１の画像において、点Ｐ１のｘ成分およびｙ成分を（ｘ1，ｙ1）とし、点Ｐ２のｘ成分およびｙ成分を（ｘ2，ｙ2）とし、点Ｐ３のｘ成分およびｙ成分を（ｘ3，ｙ3）とする。

このとき、画像上の点Ｐ１および点Ｐ３のｘ成分の間隔ｌx1とｙ成分の間隔ｌy1とは、上記式（１３）で表される。また、上記ｘ成分の間隔ｌx1と、実際の点Ｐ１および点Ｐ３の間隔Ｌ1との関係は、図１５（ａ）に示されるように、次式で表される。
Ｌ1×sinβ＝ｍ×ｌx1×cosα ・・・（１８）。
また、上記ｙ成分の間隔ｌy1と、実際の点Ｐ１および点Ｐ３の間隔Ｌ1との関係は、同図（ａ）に示されるように、次式で表される。
Ｌ1×（cosβ−sinβ×tanα）＝ｖ×ｌy1 ・・・（１９）。

同様に、画像上の点Ｐ１および点Ｐ２のｘ成分の間隔ｌx2とｙ成分の間隔ｌy2とは、上記式（１５）で表される。また、上記ｘ成分の間隔ｌx2と、実際の点Ｐ１および点Ｐ２の間隔Ｌ2との関係は、図１５（ｂ）に示されるように、次式で表される。
Ｌ2×cos（β＋π／２−θ）＝ｍ×ｌx2×cosα ・・・（２０）。
また、上記ｙ成分の間隔ｌy2と、実際の点Ｐ１および点Ｐ２の間隔Ｌ2との関係は、同図（ｂ）に示されるように、次式で表される。
Ｌ2×（sin（β＋π／２−θ）−cos（β＋π／２−θ）×tanα）＝ｖ×ｌy2 ・・・（２１）。

上記の式（１８）〜式（２１）において、変数は、ｌx1、ｌy1、ｌx2、ｌy2、ｖ、Ｌ1、Ｌ2、θ、α、β、およびｍである。このうち、変数Ｌ1・Ｌ2・θは、図１４に示されるように既知である。また、変数ｌx1・ｌy1・ｌx2・ｌy2は、校正用パターン１１の画像からｘ1・ｙ1・ｘ2・ｙ2・ｘ3・ｙ3を取得することにより、式（１３）および式（１４）を用いて算出できる。したがって、上記の式（１８）〜式（２１）を解くことにより、移動速度ｖ、倍率ｍ、傾きα、およびスキュー角βを求めることができる。

したがって、上記構成の校正値算出装置１３において、校正用パターン１１における実際の点Ｐ１および点Ｐ３の間隔Ｌ1と点Ｐ１および点Ｐ２の間隔Ｌ2とを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶するとともに、２点Ｐ１・Ｐ２を通る直線と、２点Ｐ１・Ｐ３を通る直線との為す実際の角度θを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶しておく。

次に、校正用パターン１１をラインセンサ１４が読み取り始めると、ラインセンサ１４が読み取った校正用パターン１１の画像から、画像上寸法算出部２２が、ノイズ除去・２値化などの前処理を行い、画像上の点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３を抽出する。次に、画像上寸法算出部２２が、抽出された画像上の点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３に対し重心演算を行い、画像上の点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の位置、すなわち画像上の点Ｐ１のｘ成分ｘ1およびｙ成分ｙ1と、点Ｐ２のｘ成分ｘ2およびｙ成分ｙ2と、点Ｐ３のｘ成分ｘ3およびｙ成分ｙ3とを算出する。

そして、傾き・倍率算出部２３が、これらの数値Ｌ1・Ｌ2・θ・ｘ1・ｙ1・ｘ2・ｙ2・ｘ3・ｙ3を式（１３）、式（１５）、式（１８）〜式（２１）に代入することにより、移動速度ｖ、倍率ｍ、傾きαおよびスキュー角βを算出することができる。このうち、倍率ｍおよび傾きαは、ラインセンサが読み取った画像を補正するために必要な補正値として、記憶部１７に記憶される。
〔実施の形態５〕
次に、本発明のさらに別の実施形態について、図１６を参照しつつ説明する。本実施形態の情報処理システムは、図１〜図７に示される画像校正システム１０に比べて、校正用パターン１１における横線３０と縦線３１との為す角が既知で有れば直角でなくても良い点が異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

上述のように、画像上の横線３０および縦線３１は傾きを有することになる。画像上の縦線３１のｘ成分とｙ成分とは、それぞれ、図１１に示される画像上の点Ｐ１および点Ｐ３のｘ成分の間隔ｌx1とｙ成分の間隔ｌy1とに対応する。したがって、画像上の縦線３１の傾きｋ1は、次式で表される。
ｋ1＝ｌy1／ｌx1 ・・・（２２）
同様に、画像上の横線３０のｘ成分とｙ成分とは、それぞれ、図１１に示される画像上の点Ｐ１および点Ｐ２のｘ成分の間隔ｌx2とｙ成分の間隔ｌy2とに対応する。したがって、画像上の横線３０の傾きｋ2は、次式で表される。
ｋ2＝ｌy2／ｌx2 ・・・（２３）
上記式（２２）・（２３）を用いると、上記式（１４）・（１６）・（１７）は次式のようになる。
tan(π／２−β)＝（ｖ×ｋ1）／（ｍ×cosα）＋tanα ・・・（２４）。
tan（β＋π／２−θ）＝（ｖ×ｋ2）／（ｍ×cosα）−tanα ・・・（２５）。
Ｌ×cos（β＋π／２−θ）＝ｍ×ｌx2×cosα ・・・（２６）。

上記の式（２４）〜式（２６）において、変数は、ｋ1、ｋ2、ｖ、Ｌ、θ、α、β、およびｍである。このうち、変数Ｌ・θは、図１６に示されるように既知である。また、変数ｋ1、ｋ2は、校正用パターン１１の画像から縦線３１および横線３０を抽出することにより算出できる。また、変数ｖは、搬送手段から取得できる。したがって、上記の式（２４）〜式（２６）を解くことにより、倍率ｍ、傾きα、およびスキュー角βを求めることができる。

したがって、上記構成の校正値算出装置１３において、校正用パターン１１における実際の横線３０の間隔Ｌと、実際の横線３０および縦線３１の為す角度θとを、記憶部１７に実寸法データ２４として予め記憶しておく。次に、校正用パターン１１をラインセンサ１４が読み取り始めると、搬送速度取得部２１がラインセンサ１４の移動速度ｖを取得する。

また、ラインセンサ１４が読み取った校正用パターン１１の画像から、画像上寸法算出部２２が、ノイズ除去・２値化などの前処理を行い、ハフ変換などにより画像上の横線３０および縦線３１を抽出する。次に、画像上寸法算出部２２が、抽出した画像上の縦線３１の傾きｋ1と、抽出した画像上の横線３０の傾きｋ2とを算出し、校正用パターン１１における画像上の横線３０のｘ成分ｌx2を算出する。

そして、傾き・倍率算出部２３が、これらの数値Ｌ・θ・ｖ・ｋ1・ｋ2・ｌx2を式（２４）〜式（２６）に代入することにより、倍率ｍ、傾きαおよびスキュー角βを算出することができる。このうち、倍率ｍおよび傾きαは、ラインセンサが読み取った画像を補正するために必要な補正値として、記憶部１７に記憶される。

なお、上記実施形態では、ラインセンサ１４の光軸が校正用パターン１１の表面と直交することと、校正用パターン１１からの光を収束してラインセンサ１４に照射するレンズの歪み補正が予めなされていることを前提としている。しかしながら、校正値算出装置１３が、ラインセンサ１４の光軸と校正用パターン１１の法線方向とのなす角度を求めたり、上記レンズの歪み補正を行うための補正値を求めたりしてもよい。
〔実施の形態６〕
次に、本発明の他の実施形態について、図１７〜図２０を参照しつつ説明する。図１７は、本実施形態の外観検査システム（対象物測定システム）４０の概略構成を示している。外観検査システム４０は、対象物４１の外観を検査するものである。具体的には、外観検査システム４０は、対象物４１の画像を取得し、取得した対象物４１の画像から対象物４１の外観形状および面積を取得し、取得した対象物４１の外観形状および面積を、予め記憶された対象物４１の基準の外観形状および面積と照合するものである。

本実施形態の外観検査システム４０は、図１〜図７に示される画像校正システム１０に比べて、画像入力装置１２が作成した対象物４１の画像データを用いて、対象物４１の外観を検査する外観検査装置（対象物測定装置）４２を追加している点が異なり、その他の構成は同様である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１８は、外観検査装置４２の概略構成を示している。外観検査装置４２は、制御部４３、記憶部（記憶手段）４４、および出力部（出力手段）４５を備える構成である。制御部４３は、外観検査装置４２の各種構成の動作を統括的に制御するものである。制御部４３は、校正値算出装置１３の制御部１６と同様に、例えばＰＣベースのコンピュータによって構成される。

記憶部４４は、各種のデータおよびプログラムを記憶するものである。記憶部４４は、校正値算出装置１３の記憶部１７と同様に、例えばハードディスクなどの不揮発性の記憶装置によって構成される。

出力部４５は、制御部４３からのデータに基づいて、外部に各種情報を出力するものである。出力部４５の具体的構成の一例としては、表示出力を行うディスプレイ、音声出力を行うスピーカ、警報を発する警報器、印刷出力を行うプリンタ、外部へ出力信号を送信する送信デバイス、生産設備の稼働および稼働停止を制御する制御デバイスなどが挙げられる。

次に、制御部４３および記憶部４４の詳細について説明する。図１８に示されるように、制御部４３は、画像取得部（画像取得手段）５０、搬送距離取得部（搬送量取得手段）５１、校正値取得部（校正値取得手段）５２、画像補正部（画像補正手段）５３、対象物形状取得部（形状取得手段）５４、および照合部（照合手段）５５を備える構成である。一方、記憶部４４は、対象物４１の外観形状および面積の基準データ５６を予め記憶している。

画像取得部５０は、対象物４１の画像データを、ラインセンサ１４を介して取得するものである。画像取得部５０は、取得した画像データを画像補正部５３に送信する。

搬送距離取得部５１は、搬送手段１５が搬送するラインセンサ１４の搬送距離（移動距離）を、搬送手段１５から取得するものである。なお、搬送距離取得部５１は、搬送手段１５から搬送速度を取得して、搬送速度と搬送時間とを乗算することにより、搬送距離を求めてもよい。搬送距離取得部５１は、取得した搬送距離を対象物形状取得部５４に送信する。

校正値取得部５２は、校正値算出装置１３が算出した校正値、すなわち上述の傾きαおよび倍率ｍを取得するものである。校正値取得部５２は、取得した傾きαを画像補正部５３に送信すると共に、取得した倍率ｍを対象物形状取得部５４に送信する。

画像補正部５３は、対象物４１からラインセンサ１４および画像取得部５０を介して取得した対象物４１の画像（以下「取得画像」と称する。）のデータと、校正値取得部５２から取得した傾きαとに基づいて、ラインセンサ１４の傾きによる対象物４１の画像の歪みを補正するものである。画像補正部５３は、取得画像を補正した対象物４１の画像（以下「補正画像」と称する。）のデータを対象物形状取得部５４に送信する。

画像補正部５３が行う画像の歪みの補正について、図１９を参照しつつ説明する。図１９は、対象物４１をラインセンサ１４がスキャンする様子と、該スキャンにより取得した対象物４１の取得画像とを示している。また、同図（ａ）は、主走査方向が副走査方向と垂直である場合を示しており、同図（ｂ）は、主走査方向が副走査方向に垂直な方向から傾きαだけ傾いている場合を示している。

図１９（ａ）に示される場合、対象物４１から取得した取得画像Ｇにおける対象物４１の形状は、対象物４１を平面視した形状と同様になる。一方、同図（ｂ）に示される場合、対象物４１から取得した取得画像Ｇ’における対象物４１の形状は、対象物４１を平面視した形状から歪むことになる。同図（ａ）に示される取得画像Ｇ上の点（ｘ，ｙ）と、同図（ｂ）に示される取得画像Ｇ’上の点（ｘ’，ｙ’）との対応関係は、次式で示される。
ｘ’＝ｘ／cosα、
ｙ’＝tanα×ｘ＋ｙ。

したがって、取得画像Ｇ’上の各点（ｘ’，ｙ’）を、次式に従って変換することにより、歪みの無い取得画像Ｇ上の各点（ｘ，ｙ）に補正することができる。
ｘ＝cosα×ｘ’、
ｙ＝−sinα×ｘ’＋ｙ’。

対象物形状取得部５４は、画像補正部５３から取得した対象物４１の補正画像のデータと、校正値取得部５２から取得した倍率ｍと、搬送手段１５から搬送距離取得部５１を介して取得した搬送距離とに基づいて、対象物４１の平面視形状および面積を取得するものである。対象物形状取得部５４は、取得した対象物４１の平面視形状および面積を照合部５５に送信する。

対象物形状取得部５４が行う平面視形状および面積の取得について説明する。上述のように、画像補正部５３から取得した対象物４１の補正画像は、実際の対象物４１に比べて、平面視形状が同じであり、サイズが異なるのみである。

したがって、対象物形状取得部５４は、まず、主走査方向の倍率ｍを校正値取得部５２から取得し、副走査方向の倍率ｎを、搬送手段１５の搬送距離から補正画像の副走査方向の長さを除算することにより取得する。次に、対象物形状取得部５４は、対象物４１の補正画像に対し、主走査方向に倍率ｍだけ拡大し、副走査方向に倍率ｎだけ拡大することによって、対象物４１の実際の平面視形状を取得することができる。また、対象物形状取得部５４は、対象物４１の補正画像上での面積に対し、倍率ｍを乗算し、さらに倍率ｎを乗算することにより、対象物４１の実際の面積を取得することができる。

照合部５５は、対象物形状取得部５４から取得した対象物４１の平面視形状および面積のデータを、記憶部４４が記憶する基準データと照合するものである。照合の結果、基準データからのずれが所定の許容範囲内であれば、照合部５５は、出力部４５に指示して、対象物４１が適正である旨を出力させる。一方、基準データからのずれが上記許容範囲外であれば、照合部５５は、出力部４５に指示して、対象物４１が不適正である旨を出力させる。

図２０は、上記構成の外観検査システム４０における処理動作の流れを示している。図示のように、まず、画像入力装置１２が校正用パターン１１をスキャンし、校正値算出装置１３が、図４に示される処理Ｓ１０〜Ｓ１３を行うことにより、校正値（傾きα・倍率ｍ）を取得する（Ｓ２０）。

次に、画像入力装置１２が対象物４１をスキャンすることにより、外観検査装置４２の画像取得部５０が対象物４１の画像を取得し、外観検査装置４２の搬送距離取得部５１がラインセンサ１４の搬送距離を取得する（Ｓ２１）。次に、外観検査装置４２の画像補正部５３が、ステップＳ２０にて取得した傾きαを用いて、ステップＳ２１にて取得した対象物４１の画像の歪みを補正する（Ｓ２２）。

次に、外観検査装置４２の対象物形状取得部５４が、ステップＳ２０にて取得した倍率ｍと、ステップＳ２１にて取得した搬送距離とを用いて、対象物４１の平面視形状および面積を取得する（Ｓ２３）。次に、外観検査装置４２の照合部５５が、ステップＳ２３にて取得した対象物４１の平面視形状および面積のデータを、記憶部４４に記憶された基準データと照合し（Ｓ２４）、照合結果を出力部４５を介して出力する（Ｓ２５）。その後処理を終了する。

したがって、本実施形態の外観検査システム４０では、ラインセンサ校正値算出装置１３は、上述のように、校正用パターン１１を施したターゲットの厳密な位置決めを行う必要がないので、上記位置決めのための構成や上記位置決めのために費やす時間を省略でき、ラインセンサ１４が校正用パターン１１を低コストかつ迅速に読み取ることができる。

また、外観検査装置４２は、ラインセンサ１４から対象物４１の画像を取得するとともに、ラインセンサ校正値算出装置１３から校正値を取得し、取得した校正値を用いて、対象物４１の画像を補正する。これにより、上述のように、ラインセンサ１４が対象物４１を読み取る前に、ラインセンサ１４の副走査方向に対する調整を行う必要がないので、上記調整のための構成や上記調整のために費やす時間を省略でき、ラインセンサ１４が対象物４１を低コストかつ迅速に読み取ることができる。

なお、本実施形態では、校正値算出装置１３および外観検査装置４２を別々の構成としているが、一体の構成とすることもできる。この場合、校正値算出装置１３の画像取得部２０と外観検査装置４２の画像取得部５０とを１つの機能ブロックにまとめることができる。また、校正値算出装置１３の搬送速度取得部２１と外観検査装置４２の搬送距離取得部５１とを１つの機能ブロックにまとめることができる。

また、本実施形態では、対象物４１の平面視形状および面積を取得して検査しているが、さらに対象物４１の高さを取得することにより、対象物４１の立体形状および体積を取得して検査することもできる。

対象物４１の高さを取得する方法の一例としては、投射手段（図示せず）により、対象物４１に光パターンを投射し、対象物４１の高さに応じて変形した光パターンの変形量を解析する方法が挙げられる。この方法の代表例としては、光切断法、空間コード法、縞解析法、位相シフト法などが挙げられる。これらの方法は、全て三角測量の原理に基づいているが、中でも、縞解析法に関しては空間縞解析法や時間縞解析法など多くの手法が提案されており、高い計測精度を得る手法として知られている。

また、対象物４１の高さを取得する方法の他の例としては、対象物４１の側面をスキャンするラインセンサを新たに設け、このラインセンサから取得した画像に対し、上述と同様の処理を行うことにより、対象物４１の側面視形状を取得することが挙げられる。

また、本実施形態では、外観検査装置４２として構成した例を示したが、平面視形状（二次元形状）または立体形状（三次元形状）を計測する装置として構成することもできる。この場合、対象物形状取得部５４が、取得した対象物４１の平面視形状および面積、または立体形状および体積を出力部４５に送信すればよい。また、照合部５５と記憶部４４の基準データ５６とを省略することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

最後に、校正値算出装置１３および外観検査装置４２の各ブロック、特に制御部１６・４３は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。

すなわち、校正値算出装置１３および外観検査装置４２は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである校正値算出装置１３および外観検査装置４２の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、校正値算出装置１３および外観検査装置４２に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

また、校正値算出装置１３および外観検査装置４２を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は、物体の画像上の寸法に対する実際の寸法の比率である倍率を取得できるので、ラインセンサから取得した物体の画像から、物体の実際の寸法、すなわち物体の幅、奥行、および高さを求める用途に利用することができる。

本発明の一実施形態である画像校正システムにおける校正値算出装置の概略構成を示すブロック図である。 上記画像校正システムの概略構成を示すブロック図である。 上記画像校正システムにて利用される校正用パターンを示す平面図である。 上記校正値算出装置における処理動作の流れを示すフローチャートである。 上記画像校正システムにおけるラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係の一例を示す平面図であり、同図（ａ）は、ラインセンサが副走査方向に対し傾いている状態を示しており、同図（ｂ）は、校正用パターンが副走査方向に対し傾いている状態を示している。 上記画像校正システムにおけるラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係の他の例を示す平面図であり、ラインセンサおよび校正用パターンの両方が副走査方向に対し傾いている状態を示している。 図６の要部を拡大して示す図であり、同図（ａ）は、校正用パターンの縦線をラインセンサが読み取る場合における縦線とラインセンサとの位置関係を示しており、同図（ｂ）および同図（ｃ）は、校正用パターンの横線をラインセンサが読み取り始める場合において、横線とラインセンサとの位置関係と、縦線の間隔とラインセンサとの位置関係とをそれぞれ示している。 本発明の別の実施形態である画像校正システムにて利用される校正用パターンを示す平面図である。 同図（ａ）は、上記画像校正システムにおいて、ラインセンサおよび校正用パターンの両方が副走査方向に対し傾いている状態を示す平面図であり、同図（ｂ）および同図（ｃ）は、同図（ａ）の要部を拡大して示す図である。 同図（ａ）は、上記画像校正システムにおいて、ラインセンサおよび校正用パターンの両方が副走査方向に対し傾いている状態を示す平面図であり、同図（ｂ）および同図（ｃ）は、同図（ａ）の要部を拡大して示す図である。 本発明のさらに別の実施形態である画像校正システムにて利用される校正用パターンを示す平面図である。 上記画像校正システムにおけるラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係の一例を示す平面図であり、ラインセンサおよび校正用パターンの両方が副走査方向に対し傾いている状態を示している。 図１２の要部を拡大して示すものであり、同図（ａ）は、縦方向に並ぶ２点とラインセンサとの位置関係を示しており、同図（ｂ）は、横方向に並ぶ２点とラインセンサとの位置関係を示している。 本発明のさらに別の実施形態である画像校正システムにて利用される校正用パターンを示す平面図である。 上記画像校正システムにおいて、図１２の要部を拡大して示すものであり、同図（ａ）は、縦方向に並ぶ２点とラインセンサとの位置関係を示しており、同図（ｂ）は、横方向に並ぶ２点とラインセンサとの位置関係を示している。 本発明のさらに別の実施形態である画像校正システムにて利用される校正用パターンを示す平面図である。 本発明の他の実施形態である外観検査システムの概略構成を示すブロック図である。 上記外観検査システムにおける外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。 上記外観検査システムにおいて、対象物をラインセンサがスキャンする様子と、該スキャンにより取得した画像とを示す平面図であり、同図（ａ）は、主走査方向が副走査方向と垂直である場合を示しており、同図（ｂ）は、主走査方向が副走査方向に垂直な方向から傾いている場合を示している。 上記外観検査システムにおける処理動作の流れを示すフローチャートである。 ラインセンサを移動させて物体を読み取ることを示す斜視図である。 ラインセンサがターゲットに施されたパターンを取得することにより倍率を求める方法を示す図である。 ターゲットがラインセンサの移動方向に対して傾いている場合を示す平面図である。 ラインセンサがラインセンサの移動方向に対して傾いている場合を示す平面図である。 同図（ａ）は、ラインセンサを移動させて計測対象を読み取ることを示す平面図であり、同図（ｂ）は、ラインセンサが読み取ることにより取得した取得画像を示す平面図である。

符号の説明

１１、１１ａ〜１１ｅ 校正用パターン
１３ 校正値算出装置（ラインセンサ校正値算出装置）
１４ ラインセンサ
１５ 搬送手段
１６ 制御部（制御手段）
１７ 記憶部（記憶手段）
２０ 画像取得部（画像取得手段）
２１ 搬送速度取得部（搬送量取得手段）
２２ 画像上寸法算出部（画像上寸法算出手段）
２３ 傾き・倍率算出部（校正値算出手段）
４０ 外観検査システム（対象物測定システム）
４１ 対象物
４２ 外観検査装置（対象物測定装置）
４４ 記憶部（記憶手段）
４５ 出力部（出力手段）
５０ 画像取得部（画像取得手段）
５１ 搬送距離取得部（搬送量取得手段）
５２ 校正値取得部（校正値取得手段）
５３ 画像補正部（画像補正手段）
５４ 対象物形状取得部（形状取得手段）
５５ 照合部（照合手段）

Claims (7)

1. ラインセンサの校正に必要な数値である校正値を算出するラインセンサ校正値算出装置であって、
   前記ラインセンサが読み取るターゲットに施された校正用パターンの実際の寸法を記憶する記憶手段と、
   自装置の動作を制御する制御手段とを備えており、
   該制御手段は、
   前記ラインセンサから前記校正用パターンの画像を取得する画像取得手段と、
   該画像取得手段が取得した前記校正用パターンの画像から、前記校正用パターンの画像上の寸法を算出する画像上寸法算出手段と、
   該画像上寸法算出手段が算出した前記校正用パターンの画像上の寸法と、前記記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、前記校正値を算出する校正値算出手段とを備えており、
   前記校正用パターンは、非平行な少なくとも２本の線分であり、
   前記記憶手段は、前記２本の線分の長さと該線分同士のなす角とを、前記校正用パターンの実際の寸法として記憶することを特徴とするラインセンサ校正値算出装置。
2. 前記制御手段は、前記ラインセンサまたは前記ターゲットを前記副走査方向に搬送する搬送手段から搬送速度または搬送距離を取得する搬送量取得手段をさらに備えており、
   前記校正値算出手段は、前記画像上寸法算出手段が算出した前記校正用パターンの画像上の寸法と、前記記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法と、前記搬送量取得手段が取得した搬送速度または搬送距離とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、前記校正値を算出することを特徴とする請求項１に記載のラインセンサ校正値算出装置。
3. 前記校正値は、前記ラインセンサを用いて取得した対象物の画像の寸法に対する該対象物の実際の寸法の比率、および、前記ラインセンサの主走査方向と副走査方向とのなす角度を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のラインセンサ校正値算出装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載のラインセンサ校正値算出装置に用いられる校正用パターンが施されたターゲット。
5. ラインセンサの校正に必要な数値である校正値を算出するラインセンサ校正値算出装置であって、前記ラインセンサが読み取るターゲットに校正用パターンとして施された非平行な少なくとも２本の線分における該２本の線分の長さと該線分同士のなす角とを、前記校正用パターンの実際の寸法として記憶する記憶手段を備えるラインセンサ校正値算出装置におけるラインセンサ校正値算出方法であって、
   前記ラインセンサ校正値算出装置は、
   前記ラインセンサから前記校正用パターンの画像を取得し、
   取得した前記校正用パターンの画像から、前記校正用パターンの画像上の寸法を算出し、
   算出した前記校正用パターンの画像上の寸法と、前記記憶手段が記憶する前記校正用パターンの実際の寸法とを用いて、副走査方向に対するラインセンサおよび校正用パターンの幾何学的位置関係を特定することにより、前記校正値を算出することを特徴とするラインセンサ校正値算出方法。
6. 請求項１ないし３の何れか１項に記載のラインセンサ校正値算出装置を動作させるためのラインセンサ校正値算出プログラムであって、コンピュータを上記制御手段として機能させるためのラインセンサ校正値算出プログラム。
7. 請求項６に記載のラインセンサ校正値算出プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能な記録媒体。

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