JP6053585B2 - 光学センサ性能評価装置及び光学センサ性能評価方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、衛星や航空機などに搭載される光学センサの性能を評価する光学センサ性能評価装置及び光学センサ性能評価方法に関するものである。

例えば、衛星や航空機などに搭載される光学センサの性能を評価する指標として、その光学センサの結像性能を表す点広がり関数ＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）がある。
ＰＳＦは、点光源を結像したときに、ぼけによって広がる像の強度分布を示す関数であり、通常、最大値が１になるように正規化されて表される。
また、光学センサの性能を評価する指標として、空間周波数応答関数ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）がある。
ＭＴＦは、ＰＳＦがフーリエ変換された光学伝達関数ＯＴＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の絶対値であり、像の空間周波数に対する応答関数を示すものである。

従来の光学センサ性能評価方法は、結像面の画素より小さいサイズの点の集合である点群を撮像し、その画素内の点像の位置を検出することで、画素サイズ以下の分解能を有する光強度分布画像（ＰＳＦの強度分布）を復元するものである。このため、ＰＳＦの復元精度は、結像面における点像の検出位置精度の影響を受ける。
例えば、衛星や航空機などに搭載される光学センサは、姿勢制御の誤差や、揺動のような回転・並進の影響で、観測対象の位置測定精度が低下する。
特に、光学センサとして１次元アレイセンサを用いる場合、１次元アレイセンサが撮像するライン方向は、撮像時刻が同期しているため、同一ライン上の相対位置精度は高くなる。
しかし、１次元アレイセンサのスキャン方向は、スキャン速度の変動や機体の揺動の影響を受けるため、スキャン方向に対するライン間の相対位置精度が低くなる可能性がある。

例えば、以下の特許文献１には、光学センサが特殊なテストパターンを撮像し、その撮像画像の解析を行うことで、ＭＴＦ、位置ずれや歪みなどを測定する光学センサ性能評価方法が開示されている。
また、以下の非特許文献１には、カーブミラーにより反射された太陽光を点光源とみなし、衛星センサが検知する放射輝度値を用いて、ＰＳＦを測定する光学センサ性能評価方法が開示されている。

特許文献１に開示されている光学センサ性能評価方法では、光学センサとして、カメラなどの２次元アレイセンサを想定している。このため、ライン間の測定精度に関する補正が必要であっても、結像面における点像の位置を精度よく検出することが困難である。
非特許文献１に開示されている光学センサ性能評価方法では、結像面の各点像に対してガウス関数でフィッティングすることで、点像の中心位置を推測しており、ライン間の影響は小さいと考えられる。しかし、点像のサイズが小さいため、雑音の影響やサンプリングの影響を受けやすく、点像の中心位置を精度よく検出することが困難である。

ＵＳ８０９０２１８Ｂ２

S. J. Schiller and J. Silny，"In-Flight Vicarious Calibration of High Spatial Resolution Remote Sensing Systems Using Specular Reflectors"，JACIE Civil Commercial Imagery Evaluation Workshop，2009

従来の光学センサ性能評価方法は以上のように構成されているので、結像面における点像の位置を正確に検出することが困難である。このため、光学センサの性能を評価する指標として、画素サイズ以下の分解能を有する光強度分布画像を精度よく求めることができない課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光学センサの性能を評価する指標として、画素サイズ以下の分解能を有する光強度分布画像を精度よく求めることができる光学センサ性能評価装置及び光学センサ性能評価方法を得ることを目的とする。

この発明に係る光学センサ性能評価装置は、結像面の画素より小さいサイズの点の集合である第１の点群と、複数の点からなる第２の点群とが、同じライン上に２次元配置されている環境を撮像して、その撮像画像を得る光学センサと、光学センサにより得られた撮像画像から第２の点群における各点の位置を検出し、各点の位置の検出結果から各々のラインの中心位置を算出するライン中心位置算出手段と、ライン中心位置算出手段により算出されたラインの中心位置と、そのライン上に配置されている第１の点群における各点の配置間隔及び配置方向を示す並進ベクトルとから、そのライン上に配置されている第１の点群における各点の位置を算出する点位置算出手段と、点位置算出手段により算出された第１の点群における各点の位置から、結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置を算出する点像中心位置算出手段とを設け、ＰＳＦ解析手段が、点像中心位置算出手段により算出された点像の中心位置と、撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とからサブピクセル単位の光強度分布画像を求めるようにしたものである。

この発明によれば、光学センサにより得られた撮像画像から第２の点群における各点の位置を検出し、各点の位置の検出結果から各々のラインの中心位置を算出するライン中心位置算出手段と、ライン中心位置算出手段により算出されたラインの中心位置と、そのライン上に配置されている第１の点群における各点の配置間隔及び配置方向を示す並進ベクトルとから、そのライン上に配置されている第１の点群における各点の位置を算出する点位置算出手段と、点位置算出手段により算出された第１の点群における各点の位置から、結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置を算出する点像中心位置算出手段とを設け、ＰＳＦ解析手段が、点像中心位置算出手段により算出された点像の中心位置と、撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とからサブピクセル単位の光強度分布画像を求めるように構成したので、光学センサの性能を評価する指標として、画素サイズ以下の分解能を有する光強度分布画像を精度よく求めることができる効果がある。

この発明の実施の形態１による光学センサ性能評価装置を示す構成図である。 光学性能評価用パターン及び位置検出用パターンの配置例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による光学センサ性能評価装置の処理内容（光学センサ性評価方法）を示すフローチャートである。 光学性能評価用パターン１における１つの点に対して、位置検出用パターン２における２つの点が点対称に配置されている例を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による光学センサ性能評価装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光学センサ性能評価装置を示す構成図である。
また、図２は光学性能評価用パターン及び位置検出用パターンの配置例を示す説明図である。
図１及び図２において、第１の点群である光学性能評価用パターン１は、光学センサ３の結像面の画素より小さいサイズの点Ａ_pmの集合（画素サイズのフットプリントより小さい点群）である。
ｐ＝−Ｐ，−Ｐ＋１，・・・，−１，０，１，・・・，Ｐ−１，Ｐであり、ライン方向に（２Ｐ＋１）個の点が並んでいる。図２の例では、Ｐ＝１（ｐ＝−１，０，１）であるため、ライン方向に３個の点が並んでいる。
また、ｍ＝−Ｍ，−Ｍ＋１，・・・，−１，０，１，・・・，Ｍ−１，Ｍであり、スキャン方向に（２Ｍ＋１）個の点が並んでいる。図２の例では、Ｍ＝２（ｍ＝−２，−１，０，１，２）であるため、スキャン方向に５個の点が並んでいる。

第２の点群である位置検出用パターン２は、光学センサ３の結像面の画素より大きいサイズの点Ｂ_qmの集合（画素サイズのフットプリントと同程度以上の点群）である。
ｑ＝−Ｑ，−Ｑ＋１，・・・，−１，１，・・・，Ｑ−１，Ｑであり、ライン方向に（２Ｑ個の点が並んでいる。図２の例では、Ｑ＝２（ｑ＝−２，−１，１，２）であるため、ライン方向に４個の点が並んでいる。
また、ｍ＝−Ｍ，−Ｍ＋１，・・・，−１，０，１，・・・，Ｍ−１，Ｍであり、スキャン方向に（２Ｍ＋１）個の点が並んでいる。図２の例では、Ｍ＝２（ｍ＝−２，−１，０，１，２）であるため、スキャン方向に５個の点が並んでいる。

なお、位置検出用パターン２は、光学性能評価用パターン１が配置されている領域の外側に配置され、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２における各点は、同じライン上に２次元配置されている。
したがって、例えば、光学性能評価用パターン１における点Ａ_-12，点Ａ₀₂，点Ａ₁₂と、位置検出用パターン２における点Ｂ_-22，点Ｂ_-12，点Ｂ₁₂，点Ｂ₂₂とは、同じライン（図２中、１番上のライン（２））上に配置されている。
同様に、例えば、光学性能評価用パターン１における点Ａ_-10，点Ａ₀₀，点Ａ₁₀と、位置検出用パターン２における点Ｂ_-20，点Ｂ_-10，点Ｂ₁₀，点Ｂ₂₀とは、同じライン（図２中、上から３番目のライン（０））上に配置されている。

光学センサ３は１次元アレイセンサ４とスキャナ５から構成されており、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２が配置されている環境を撮像して、その撮像画像を取得する処理を実施する。
１次元アレイセンサ４は環境のライン方向を撮像して、１次元の撮像画像を取得する処理を実施する。
スキャナ５は１次元アレイセンサにより撮像されるラインをスキャン（１次元アレイセンサ４の視線方向を走査）する装置である。
１次元アレイセンサ４により得られる各ラインの１次元の撮像画像から２次元の撮像画像が得られる。
なお、スキャナ５は、１次元アレイセンサ４の視線方向を走査する機構であれば、どのような機構でもよいが、例えば、１次元アレイセンサ４を平行移動させる機構や、１次元アレイセンサ４を回転させる機構などが考えられる。

信号処理部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、光学センサ３により得られた２次元の撮像画像から光学性能評価用パターン１における点Ａ_pmの位置を高精度に検出して、サブピクセル単位の光強度分布画像（ＰＳＦの強度分布）を高精度に求める処理を実施する。
位置検出用パターン検出部７は光学センサ３により得られた２次元の撮像画像から位置検出用パターン２における各々の点Ｂ_qmの位置を検出する処理を実施する。
ライン中心位置算出部８は位置検出用パターン検出部７により検出された各点Ｂ_qmの位置から各々のライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mを算出する処理を実施する。
なお、位置検出用パターン検出部７及びライン中心位置算出部８からライン中心位置算出手段が構成されている。

光学性能評価用パターン検出部９はライン中心位置算出部８により算出されたライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mと、そのライン（ｍ）上に配置されている光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの配置間隔及び配置方向を示す並進ベクトルｂ_x ^mとから、そのライン（ｍ）上に配置されている各点Ａ_pmの位置を算出する処理を実施する。なお、光学性能評価用パターン検出部９は点位置算出手段を構成している。

点像中心位置算出部１０は光学性能評価用パターン検出部９により算出された光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置から、結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置Ｃ_pmを算出する処理を実施する。なお、点像中心位置算出部１０は点像中心位置算出手段を構成している。
ＰＳＦ解析部１１は点像中心位置算出部１０により算出された点像の中心位置Ｃ_pmと、光学センサ３による２次元の撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とを用いて、ＰＳＦ解析を実施することで、サブピクセル単位の光強度分布画像（ＰＳＦの強度分布）を求める処理を実施する。なお、ＰＳＦ解析部１１はＰＳＦ解析手段を構成している。

図１の例では、信号処理部６の構成要素である位置検出用パターン検出部７、ライン中心位置算出部８、光学性能評価用パターン検出部９、点像中心位置算出部１０及びＰＳＦ解析部１１のそれぞれが専用のハードウェア（例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、信号処理部６がコンピュータで構成されていてもよい。
信号処理部６がコンピュータで構成されている場合、位置検出用パターン検出部７、ライン中心位置算出部８、光学性能評価用パターン検出部９、点像中心位置算出部１０及びＰＳＦ解析部１１の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図３はこの発明の実施の形態１による光学センサ性能評価装置の処理内容（光学センサ性評価方法）を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
最初に、光学性能評価用パターン１及び位置検出用パターン２について説明する。
光学性能評価用パターン１は、上述したように、光学センサ３の結像面の画素より小さいサイズの点Ａ_pmの集合（画素サイズのフットプリントより小さい点群）であり、各点 Ａ_pmの中心位置が画素内の様々な位置になるように配置されている。
また、位置検出用パターン２は、光学センサ３の結像面の画素より大きいサイズの点 Ｂ_qmの集合（画素サイズのフットプリントと同程度以上の点群）である。
この実施の形態１では、光学センサ３の１次元アレイセンサ４が、同時に撮像することが可能な１列のデータをラインと称する。

この実施の形態１では、スキャン速度の変動や揺動の影響を抑制するために、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２における各点を同じライン上に配置して、１次元アレイセンサ４により同時に撮像されるようにしている。
また、光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置の検出精度を高めるために、光学性能評価用パターン１が配置されている領域の外側に位置検出用パターン２を配置するようにしている。また、各々のライン上に位置検出用パターン２の点を複数配置するようにしている。

光学性能評価用パターン１は、（２Ｐ＋１）×（２Ｍ＋１）個の点Ａ_pmの集合（図２の例では、３×５個の点の集合）であり、特に、ライン方向と平行に近い方向である並進ベクトルｂ_x ^mの方向には、（２Ｐ＋１）個の点（図２の例では、３個の点）が、その並進ベクトルｂ_x ^mが示す間隔（等間隔）で配置されている。
また、スキャン方向と平行に近い方向である並進ベクトルｂ_y ^mの方向には、（２Ｍ＋１）個の点（図２の例では、５個の点）が、その並進ベクトルｂ_y ^mが示す間隔（等間隔）で配置されている。
光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmは、上述したように等間隔で配置されているが、スキャナ速度の変動や機体の揺動によって、ライン毎に異なるベクトルに変化する。

位置検出用パターン２は、２Ｑ×（２Ｍ＋１）個の点Ｂ_qmの集合（図２の例では、４×５個の点の集合）であり、各ラインに配置される点Ｂ_qmは、並進ベクトルｂ_x ^mの方向と一致するように配置されている（光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmと平行になる配置されている）。
したがって、位置検出用パターン２における点Ｂ_-qmと点Ｂ_qm（例えば、点Ｂ_-2mと点 Ｂ_2m）は、点Ａ_0mを中心にして点対称に配置されている。

次に、各処理部の内容を説明する。
光学センサ３の１次元アレイセンサ４は、スキャナ５の指示の下、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２が配置されている環境を撮像して、その撮像画像を取得する（図３のステップＳＴ１）。
即ち、１次元アレイセンサ４は、ライン単位に、１次元の撮像画像を取得して、その撮像画像を信号処理部６に出力する。
信号処理部６は、１次元アレイセンサ４から全ラインの撮像画像を取得することで、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２が配置されている環境の２次元の撮像画像を得ることができる。
図２の例では、ライン（２）→ライン（１）→ライン（０）→ライン（−１）→ライン（−２）の順番に、ライン（２）〜（−２）の１次元の撮像画像を取得して、２次元の撮像画像を取得する。

信号処理部６の位置検出用パターン検出部７は、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２が配置されている環境の２次元の撮像画像を得ると、その撮像画像から位置検出用パターン２における各点Ｂ_qmの位置を検出する（ステップＳＴ２）。
位置検出用パターン２における点Ｂ_qmのサイズは、光学センサ３の結像面の画素より大きいサイズであるため、点Ｂ_qmの位置は、光学センサ３の撮像画像から高精度に検出することができる。撮像画像から点Ｂ_qmの位置を検出する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

ライン中心位置算出部８は、位置検出用パターン検出部７が位置検出用パターン２における各点Ｂ_qmの位置を検出すると、下記の式（１）に示すように、各点Ｂ_qmの位置から各々のライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mを算出する（ステップＳＴ３）。

ここで、位置検出用パターン２における２Ｑ個の点の検出誤差はランダムに発生する誤差であるため、位置検出用パターン２における１点の検出誤差をσ₀とすると、ライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mの算出誤差σは、下記の式（２）のように表される。

光学性能評価用パターン検出部９は、ライン中心位置算出部８が各々のライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mを算出すると、下記の式（３）に示すように、ライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mと、その中心位置Ｌ_0mの算出誤差σとから、ライン（ｍ）の中心に配置されている光学性能評価用パターン１の点Ａ_0mの位置を算出する（ステップＳＴ４）。

式（３）では、点Ａ_0mの位置を「Ａ_0m」で表している。
点Ａ_0mの位置の算出誤差は、同じライン上に配置されている位置検出用パターン２の点の数２Ｑが多ければ多いほど小さくなる。

光学性能評価用パターン検出部９は、ライン（ｍ）の中心に配置されている点Ａ_0mの位置を算出すると、下記の式（４）に示すように、点Ａ_0mの位置と並進ベクトルｂ_x ^mとから、ライン（ｍ）上に配置されている各点Ａ_pmの位置を算出する（ステップＳＴ５）。

ここで、Ｄは、位置検出用パターン２における点Ｂ_-qmと点Ｂ_qmの距離である（図４を参照）。
並進ベクトルｂ_x ^mの解析誤差δは、下記の式（５）のように表される。

位置検出用パターン２における点Ｂ_-qmと点Ｂ_qmの距離Ｄが、光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの並進距離ｄと比べて、大きければ大きいほど、並進ベクトルｂ_x ^mの方向の解析精度が向上する。
したがって、距離Ｄが最大になる点Ｂ_-qmと点Ｂ_qmの位置を用いて、並進ベクトルｂ_x ^mを求めるようにすればよい。

光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置算出誤差Δは、下記の式（６）のように見積もることができる。

式（６）から明らかなように、距離Ｄが大きく、かつ、同一ライン上の点の数が多い位置検出用パターン２を配置することで、光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置算出誤差Δを小さくすることができる。

点像中心位置算出部１０は、光学性能評価用パターン検出部９が光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置を算出すると、下記の式（７）に示すように、光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置から、結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置Ｃ_pmを算出する（ステップＳＴ６）。

式（７）において、ｆｌｏｏｒは床関数（小数点以下を切り捨てる関数）である。

ＰＳＦ解析部１１は、点像中心位置算出部１０がサブピクセル単位の点像の中心位置Ｃ_pmを算出すると、サブピクセル単位の点像の中心位置Ｃ_pmと、光学センサ３による２次元の撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とを用いて、ＰＳＦ解析を実施することで、サブピクセル単位の光強度分布画像（ＰＳＦの強度分布）を再現する（ステップＳＴ７）。
サブピクセル単位の光強度分布画像は、光学センサ３の結像性能を表す点広がりを示しており、光強度分布画像から光学センサ３の光学性能を評価することができる。

ここで、図４に示すように、光学性能評価用パターン１における点の数が１、位置検出用パターン２における点の数が２であって、光学性能評価用パターン１における１つの点に対して、位置検出用パターン２における２つの点が点対称に配置されている場合を考える。
位置検出用パターン２における２つの点の距離がＤ、位置検出用パターン２における２つの点を結ぶ直線とスキャン方向がなす角がθであるとする。
また、位置検出用パターン２における２つの点の半径がｒ、画素のフットプリントの大きさがｂであるとする。
距離Ｄ及び半径ｒは、位置検出用パターン２の作成時に任意に決定できるパラメータとし、なす角θ及びフットプリントの大きさｂは、撮像条件によって任意に決定できるパラメータであるとする。
このとき、下記の式（８）を満足する条件の下で、光学性能評価用パターン１と位置検出用パターン２を同じライン上に配置して撮像することで、スキャン速度の変動や揺動による光学性能評価用パターン１の算出位置の誤差を抑制することができる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、光学センサ３により得られた撮像画像から位置検出用パターン２における各点Ｂ_qmの位置を検出する位置検出用パターン検出部７と、位置検出用パターン検出部７により検出された各点Ｂ_qmの位置から各々のライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mを算出するライン中心位置算出部８と、ライン中心位置算出部８により算出されたライン（ｍ）の中心位置Ｌ_0mと、そのライン（ｍ）上に配置されている光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの配置間隔及び配置方向を示す並進ベクトルｂ_x ^mとから、そのライン（ｍ）上に配置されている光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置を算出する光学性能評価用パターン検出部９と、光学性能評価用パターン検出部９により算出された光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置から、結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置Ｃ_pmを算出する点像中心位置算出部１０とを設け、ＰＳＦ解析部１１が、点像中心位置算出部１０により算出された点像の中心位置Ｃ_pmと、撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とからサブピクセル単位の光強度分布画像を求めるように構成したので、光学センサ３の性能を評価する指標として、画素サイズ以下の分解能を有する光強度分布画像を精度よく求めることができる効果を奏する。

この実施の形態１では、位置検出計算の簡易化を図るために、位置検出用パターン２における点Ｂ_-qmと点Ｂ_qm（例えば、点Ｂ_-2mと点Ｂ_2m）が点Ａ_0mを中心にして点対称に配置されている例を示したが、これに限るものではなく、例えば、隣接する位置検出用パターン２の点を正三角形構造に配置して、配置位置を最小にしてもよい。
また、この実施の形態１では、スキャン方向に依存しない円形の点の位置検出用パターン２を示したが、その点の形状は円形に限るものではない。

この実施の形態１では、光学性能評価用パターン検出部９が、ライン（ｍ）の中心に配置されている点Ａ_0mの位置と並進ベクトルｂ_x ^mからライン（ｍ）上に配置されている各点Ａ_pmの位置を算出する際、位置検出用パターン２における２つの点Ｂ_-qmと点Ｂ_qmを用いて、並進ベクトルｂ_x ^mを求めるものを示したが（式（４）を参照）、ライン（ｍ）における複数の点Ｂ_qmから平均的な並進ベクトルｂ_x ^mを求めるようにしてもよい。この場合、並進ベクトルｂ_x ^mの解析誤差δを抑制することができる。

また、この実施の形態１では、点像中心位置算出部１０が、光学性能評価用パターン１における各点Ａ_pmの位置から、結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置Ｃ_pmを算出するものを示したが、点像の中心位置Ｃ_pmの算出として、重心演算を行うようにしてもよい。また、位置検出用パターン２の形状を用いてパターンマッチングを行うようにしてもよい。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による光学センサ性能評価装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ライン補正部２０は光学センサ３により得られた撮像画像から、スキャナ５によりスキャンされたライン間の変動量ｃ_x ^m，ｃ_y ^mを算出し、その変動量ｃ_x ^m，ｃ_y ^mがゼロになるように、スキャナ５による１次元アレイセンサ４の視線方向の走査量を制御することで、１次元アレイセンサ４により撮像されるラインを補正する処理を実施する。なお、ライン補正部２０はライン補正手段を構成している。

次に動作について説明する。
ライン補正部２０を実装している点以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、ライン補正部２０の処理内容だけを説明する。
ライン補正部２０は、光学性能評価用パターン検出部９が、ライン（ｍ）の中心に配置されている点Ａ_0mの位置と並進ベクトルｂ_x ^mからライン（ｍ）上に配置されている各点 Ａ_pmの位置を算出する際に並進ベクトルｂ_x ^m，ｂ_y ^mを求めると、下記の式（９）に示すように、その並進ベクトルｂ_x ^m，ｂ_y ^mからスキャナ５によりスキャンされた各々のラインの間の変動量ｃ_x ^m，ｃ_y ^mを算出する。

式（９）において、θはスキャン方向と並進ベクトルｂ_x ^mのなす角である。

ライン補正部２０は、各々のラインの間の変動量ｃ_x ^m，ｃ_y ^mを算出すると、その変動量ｃ_x ^m，ｃ_y ^mがゼロになるように、スキャナ５による１次元アレイセンサ４の視線方向の走査量を制御することで（フィードバック制御）、１次元アレイセンサ４により撮像されるラインを補正する。
この実施の形態２によれば、ライン毎に積算される検出位置誤差を抑制することができるため、更に高精度な光強度分布画像を求めることが可能になる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 光学性能評価用パターン（第１の点群）、２ 位置検出用パターン（第２の点群）、３ 光学センサ、４ １次元アレイセンサ、５ スキャナ、６ 信号処理部、７ 位置検出用パターン検出部（ライン中心位置算出手段）、８ ライン中心位置算出部（ライン中心位置算出手段）、９ 光学性能評価用パターン検出部（点位置算出手段）、１０ 点像中心位置算出部（点像中心位置算出手段）、１１ ＰＳＦ解析部（ＰＳＦ解析手段）、２０ ライン補正部（ライン補正手段）。

Claims (6)

1. 結像面の画素より小さいサイズの点の集合である第１の点群と、複数の点からなる第２の点群とが、同じライン上に２次元配置されている環境を撮像して、その撮像画像を得る光学センサと、
   上記光学センサにより得られた撮像画像から上記第２の点群における各点の位置を検出し、上記位置の検出結果から各々のラインの中心位置を算出するライン中心位置算出手段と、
   上記ライン中心位置算出手段により算出されたラインの中心位置と、上記ライン上に配置されている上記第１の点群における各点の配置間隔及び配置方向を示す並進ベクトルとから、上記ライン上に配置されている上記第１の点群における各点の位置を算出する点位置算出手段と、
   上記点位置算出手段により算出された第１の点群における各点の位置から、上記結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置を算出する点像中心位置算出手段と、
   上記点像中心位置算出手段により算出された点像の中心位置と、上記撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とからサブピクセル単位の光強度分布画像を求めるＰＳＦ解析手段と
   を備えた光学センサ性能評価装置。
2. 第２の点群を構成している複数の点は、結像面の画素より大きなサイズの点であることを特徴とする請求項１記載の光学センサ性能評価装置。
3. 第２の点群は、第１の点群が配置されている領域の外側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学センサ性能評価装置。
4. 光学センサは、１次元の撮像画像を得る１次元アレイセンサと、上記１次元アレイセンサにより撮像されるラインをスキャンするスキャナとから構成され、
   上記１次元アレイセンサにより得られた各ラインの１次元の撮像画像から２次元の撮像画像を得る
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光学センサ性能評価装置。
5. 光学センサにより得られた撮像画像から各々のラインの間の変動量を算出し、各々のラインの間の変動量がゼロになるようにスキャナを制御して、１次元アレイセンサにより撮像されるラインを補正するライン補正手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の光学センサ性能評価装置。
6. 光学センサが、結像面の画素より小さいサイズの点の集合である第１の点群と、複数の点からなる第２の点群とが、同じライン上に２次元配置されている環境を撮像して、その撮像画像を得る撮像画像取得処理ステップと、
   ライン中心位置算出手段が、上記撮像画像取得処理ステップで得られた撮像画像から上記第２の点群における各点の位置を検出し、上記位置の検出結果から各々のラインの中心位置を算出するライン中心位置算出処理ステップと、
   点位置算出手段が、上記ライン中心位置算出処理ステップで算出されたラインの中心位置と、上記ライン上に配置されている上記第１の点群における各点の配置間隔及び配置方向を示す並進ベクトルとから、上記ライン上に配置されている上記第１の点群における各点の位置を算出する点位置算出処理ステップと、
   点像中心位置算出手段が、上記点位置算出処理ステップで算出された第１の点群における各点の位置から、上記結像面の画素内のサブピクセル単位の点像の中心位置を算出する点像中心位置算出処理ステップと、
   ＰＳＦ解析手段が、上記点像中心位置算出処理ステップで算出された点像の中心位置と、上記撮像画像から得られる上記点像を含む画素の光強度とからサブピクセル単位の光強度分布画像を求めるＰＳＦ解析処理ステップと
   を備えた光学センサ性能評価方法。

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