JP6282508B2

JP6282508B2 - 凸凹表面のエッジに向けて強化されたエッジ検出ツール

Info

Publication number: JP6282508B2
Application number: JP2014067664A
Authority: JP
Inventors: カーミルブリルロバート
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: US8995749B2; US20140294284A1; DE102014205726A1; JP2014194776A; CN104075666B; CN104075666A; DE102014205726B4

Description

背景
精密なマシンビジョン検査システム（又は略して「ビジョンシステム」）は、被検査物体の精密な寸法測定を取得し、様々な他の物体特徴を検査するために利用することができる。そのようなシステムは、コンピュータと、カメラ及び光学系と、複数の方向に移動可能であり、ワークピース検査を可能にする精密ステージとを含み得る。汎用「オフライン」精密ビジョンシステムとして特徴付けることができる１つの例示的な従来技術によるシステムは、イリノイ州Auroraに所在のMitutoyo America Corporation (MAC)から入手可能な市販のQUICK VISION（登録商標）シリーズのＰＣに基づくビジョンシステム及びQVPAK（登録商標）ソフトウェアである。QUICK VISION（登録商標）シリーズのビジョンシステム及びQVPAK（登録商標）ソフトウェアの機能及び動作は一般に、例えば、２００３年１月に公開されたQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide及び１９９６年９月に公開されたQVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guideに説明されている。この種のシステムは、顕微鏡型光学系を使用可能であり、様々な倍率で小さいワークピース又は比較的大きなワークピースの検査画像を提供するようにステージを移動させることが可能である。

QUICK VISION（登録商標）システム等の汎用精密マシンビジョン検査システムは一般に、自動ビデオ検査を提供するようにプログラム可能でもある。米国特許第６，５４２，１８０号（’１８０号特許）は、そのような自動ビデオ検査の様々な態様を教示している。’１８０号特許において教示されるように、自動ビデオ検査計測機器は一般に、プログラミング機能を有し、プログラミング機能により、自動検査イベントシーケンスをユーザが特定の各ワークピース構成に関して定義することができる。これは、例えば、テキストベースのプログラミングにより、又はグラフィカルユーザインタフェースを用いて、ユーザが実行する検査動作シーケンスに対応するマシン制御命令シーケンスを記憶することにより検査イベントシーケンスを徐々に「学習」する記録モードを通して、又は両方法の組み合わせを通して実施することができる。そのような記録モードは多くの場合、「学習モード」、「トレーニングモード」、又は「記録モード」と呼ばれる。検査イベントシーケンスが「学習モード」で定義されると、そのようなシーケンスを使用して、「実行モード」中にワークピースの画像を自動的に取得する（且つさらに解析又は検査する）ことができる。

特定の検査イベントシーケンス（すなわち、各画像を取得する方法及び各取得画像を解析／検査する方法）を含むマシン制御命令は一般に、特定のワークピース構成に固有の「パートプログラム」又は「ワークピースプログラム」として記憶される。例えば、パートプログラムは、ワークピースに対してカメラを位置決めする方法、照明レベル、倍率レベル等の各画像を取得する方法を定義する。さらに、パートプログラムは、例えば、エッジ／境界検出ビデオツール等の１つ又は複数のビデオツールを使用することにより、取得画像を解析／検査する方法を定義する。

ビデオツール（又は略して「ツール」）は、動作及びプログラミングを非熟練操作者が実行できるように、ＧＵＩ機能及び事前定義される画像解析動作を含む。ユーザはビデオツールを操作して、手動検査及び／又はマシン制御動作を達成し得る（「手動モード」で）。セットアップパラメータ及び動作は、学習モード中に記録して、自動検査プログラムを作成することもできる。例示的なビデオツールとしては、エッジ位置測定ツールが挙げられ、エッジ位置測定ツールは、ワークピースのエッジ要素を見つけるために使用され、関心領域内のエッジを分離し、次に、エッジ位置を自動的に特定するために使用される「ボックスツール」と呼ばれるツール構成を含み得る。例えば、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第７，６２７，１６２号は、ボックスツールの様々な適用を教示している。

既知のエッジ位置測定ツールは、画像強度を使用して、エッジ位置を特定する。強度勾配が、エッジを横切る走査線（ピクセル輝度又は強度値）に沿って解析される。最大勾配位置が往々にして、エッジ位置として使用される。しかし、強度勾配方法を使用する場合、鋸又はレーザによる切断により生成される凸凹した、若しくはかなり粗い表面又は不規則なエッジ等の「ノイズの多い」エッジを確実に見つけることは困難なままである。結果として生成される走査線は往々にして、ノイズが多すぎて、確実なエッジ位置特定測定をサポートすることができない。

別の既知のタイプのビデオツールは、「マルチポイントツール」又は「マルチポイントオートフォーカスツール」ビデオツールと呼ばれることがある。そのようなツールは、ＰＦＦ（point from focus：画像による合焦点からの点検出）による３Ｄデータ合成と呼ばれることがあるコントラストベースの「オートフォーカス」方法により特定されるような、ツールの関心領域内の定義されたＸ−Ｙ座標での複数の小領域の「最良合焦」位置から導出されるＺ高さ測定又は座標（カメラ系の光軸及び合焦軸に沿った）を提供する。そのようなＸ、Ｙ、Ｚ座標セットはポイントクラウドデータ又は略してポイントクラウドと呼び得る。一般に、従来技術によるオートフォーカス方法及び／又はツールによれば、カメラは、ｚ軸（合焦軸）に沿ったある範囲の位置を移動し、各位置で画像を捕捉する（画像スタックと呼ばれる）。捕捉画像毎に、画像に基づいて各小領域の合焦尺度が計算され、画像捕捉時のＺ軸に沿ってカメラの対応する位置に関連付けられる。これにより、各小領域の合焦曲線データが生成され、合焦曲線データは単に「合焦曲線」又は「オートフォーカス曲線」と呼び得る。ｚ軸に沿った最良合焦位置に対応する合焦曲線のピークは、曲線を合焦曲線データに当てはめ、当てはめられた曲線のピークを推定することにより見つけ得る。そのようなオートフォーカス方法の変形も当分野において周知である。例えば、上述したものと同様のオートフォーカスの１つの既知の方法が、Jan-Mark Geusebroek及びArnold Smeuldersによる「Robust Autofocusing in Microscopy」ISIS Technical Report Series, Vol. 17, November 2000において考察されている。別の既知のオートフォーカス方法及び装置が、米国特許第５，７９０，７１０号に記載されている。

ポイントクラウドデータを事後処理し、ポイントクラウド内のエッジ要素を識別するいくつかの方法が既知である。しかし、そのような方法は、理解及び適用がはるかに複雑であり、一般に比較的未熟なユーザには適さないという点で、上述した既知の強度ベースのエッジ位置測定ツール（例えば、ボックスツール等）に類似しない。加えて、ワークピース及び／又はエッジの表面にわたる複数の３Ｄデータポイントを特定し、結果として生成される３Ｄデータポイントを一緒に使用して、エッジの位置又はＺプロファイルを特定しようとする場合、特定の問題が生じ得る。ミクロン又はサブミクロン範囲の精度が精密マシンビジョン検査システムでは望まれることが多い。これは特に、エッジの周囲のＺ高さ測定に関して難問である。各画像ピクセル（ポイントクラウドＸ−Ｙ位置に対応する）周囲の局所コントラストが通常、コントラスト曲線でのノイズを低減し、確実なＺ深度再構築を可能にするために、その位置を中心とした正方形近傍（例えば、７×７ピクセル）に基づくか、又はその正方形近傍内で平均化されるという点で、エッジ周囲の合焦点（ＰＦＦ）再構築において特定の問題が生じる。しかし、一般に、これは、ポイントクラウドデータ内のエッジプロファイルを歪ませるか、又は「平滑化」し、エッジを横切るプロファイルの精度及び分解能を低減する。その結果、特定のタイプのエッジ、例えば、鋸又はレーザによる切断により生成される凸凹表面のエッジ又は不規則なエッジ等の「ノイズの多い」エッジの正確なプロファイル及び／又は位置を特定することは困難なままである。非熟練ユーザが、信頼性及び／又は再現性を向上させてそのようなエッジのプロファイルを特定することができるビデオツール及び／又は自動動作が望まれる。

詳細な説明
マシンビジョン検査システムにおいて凸凹表面のエッジのエッジ検出を強化する方法が、本明細書に開示される。マシンビジョン検査システムは、関心領域定義部を含むエッジ要素ビデオツールを含み得、エッジ要素ビデオツールは、関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、関心領域におけるエッジ要素のプロファイルデータを特定するように構成される。方法は、ワークピースをマシンビジョン検査システムの視野に配置すること、及びエッジ要素ビデオツールを動作させて、ワークピースの取得画像内のエッジ要素を含むビデオツール関心領域を定義することを含む。エッジ要素ビデオツールは動作して、関心領域内の少なくとも１つのワークピース画像の画像データを解析し、エッジ要素のプロファイルデータを特定する前に、複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングするために使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する参照エッジのアライメント補正を提供する。参照エッジのアライメント補正が、方向性フィルタリング方向に相対するエッジ要素の各オフセット量を最小化又は略最小化しようとするために使用されることが理解されるだろう。しかし、いくつかの実施形態では、計算コスト、画像のワークピース特徴の「ノイズの多さ」、又は両方が、十分ではあるが完璧ではなくこの目標を達成する妥協を決定づけ得る。

様々な実施形態では、参照エッジのアライメント補正は、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量が、ａ）実質的に除去されること、ｂ）実質的に補償されること、及びｃ）方向性フィルタリング方向に沿った各位置での対応するエッジ要素の、以前に特定された各オフセット量に実質的に一致すること、のうちの少なくとも１つであるような、方向性フィルタリング方向の調整に使用可能である。方向性フィルタリング方向が、実質的に同じ結果を達成する様々な数学的形態をとり得ることが理解されるだろう。一形態では、方向性フィルタリング方向は実際に、エッジ要素に可能な限り（又は実際的に）平行するように調整され得る。別の形態では、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量を使用して、実際には、エッジ要素に平行して位置合わせされたピクセルデータが方向性フィルタリング動作に使用されるように画像データを回転させ、且つ／又は再サンプリングして、デフォルト若しくは一般方向性フィルタリング方向に対応するピクセル位置のデフォルト若しくは一般セットの相対アドレス若しくは位置を調整又は補償し得る。第１の場合はオフセット量の除去、第２の場合はオフセット量の補償として特徴付け得るこれらの動作は、略同様の結果を有する。両方とも、エッジ要素トポグラフィの公称「等高輪郭線」に沿って向くように、エッジ要素に概ね平行して位置合わせされたピクセルデータを使用する方向性フィルタリング動作に繋がり得る。さらに詳細に後述するように、この条件が満たされる場合、エッジの近傍のＺ高さ特定を提供する方向性フィルタリング又は平均化された合焦尺度は、実際の高さの小さなずれに対応するはずの画像データに基づくことになり、より再現性が高く、正確で代表的なＺ高さ特定が行われる。このため、略同様の結果を提供する任意の形態の参照エッジのアライメント補正は、本明細書では、「方向性フィルタリング方向の調整」と呼び得る。

様々な実施形態では、エッジ要素ビデオツールは動作して、複数の異なる合焦位置の画像を取得する。参照エッジのアライメント補正が適用されて、方向性フィルタリング方向が調整される。複数の異なる合焦位置の画像は、参照エッジのアライメント補正を適用した後に方向性フィルタリングされる。エッジ要素のプロファイルデータが、方向性フィルタリングされた複数の異なる合焦位置の画像に基づいて特定される。

いくつかの実施形態では、複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすることは、複数の画像のそれぞれのＰＦＦの基本となるピクセル位置に対応するポイントに関連して定義される方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を使用することを含み得、各ＤＦＳは、方向性フィルタリング方向に概ね直交する第２の方向に沿った短寸法よりも大きな、方向性フィルタリング方向に沿った長寸法を有する。参照エッジのアライメント補正を使用して、方向性フィルタリング方向に沿ったエッジ要素のオフセット量が、方向性フィルタリングを実行する前に、ａ）実質的に除去されること、及びｂ）実質的に補償されることの少なくとも１つであるように、方向性フィルタリング方向を調整し得る。特定の実施態様では、短寸法は多くとも５ピクセルであり、長寸法は少なくとも、短寸法の３倍である。特定の実施態様では、ＤＦＳのＰＦＦの基本となるピクセル位置に関連付けられたプロファイルＺ高さの特定に使用されるＰＦＦ
による測定が専ら、そのＤＦＳに含まれるピクセルに基づいて特定される。

方向性フィルタリング方向に沿って長寸法を有するＤＦＳの利用により、正方形フィルタリング小領域のみが利用される従来の方法に勝る利点を提供することが理解されるだろう。より具体的には、従来の合焦点（ＰＦＦ）再構築では、各画像ピクセル周囲の局所コントラストは、コントラスト曲線でのノイズを低減し、ピクセル位置での確実なＺ深度再構築を可能にするために、正方形フィルタリング小領域（例えば、７×７ピクセル）内で平均化される。したがって、再構築された３Ｄ深度マップのＸ−Ｙ分解能は、Ｘ及びＹ方向の両方で同程度、正方形フィルタリング小領域だけ低減する。これとは対照的に、方向性フィルタリング方向に沿って長寸法を有し、長寸法を横切る狭寸法を有するＤＦＳを利用することにより、Ｘ−Ｙ分解能は、方向性フィルタリング方向を横切る狭方向に沿って選択的に増大し得る。

説明のための具体例として、正方形フィルタリング小領域（例えば、７×７ピクセル）を利用するのではなく、方向性フィルタリング方向に沿って長寸法を有するＤＦＳ（例えば、４９ピクセル幅、１ピクセル高さ）を利用し得、これはピクセル当たり同数のコントラスト値（例えば、４９）を生成するが、そのＤＦＳ方向に沿った４９ピクセルの使用に基づいてＹ（垂直）分解能は１ピクセルに増大し、Ｘ分解能は低減する。一実施態様では、従来通り実施されるＰＦＦアルゴリズムのように、平均化ＤＦＳをピクセル毎に計算することができる（例えば、ピクセル毎に１つずつ、複数の重複する非正方形平均化ＤＦＳであり、ＤＦＳの中心としてポイントクラウドＸ−Ｙ位置が定義される）。代替の実施態様では、プロファイル再構築領域（すなわち、ＰＦＦツール再構築関心領域）は、プロファイル再構築領域のライン又は列毎に１つずつの非正方形平均化小領域に分割することができる。

上述した方向性フィルタリング小領域技術の利用により、ＤＦＳの狭方向に沿った方向において、エッジ要素等を横切る比較的精密な高分解能プロファイル（「断面」）を生成し得る。しかし、特定の要件を満たさなければならない。要件は、エッジ要素トポグラフィの公称「等高輪郭線」に沿って向くように、より長い方向性フィルタリング方向をエッジ要素に概ね平行して位置合わせすべきことである。この条件が満たされる場合、そのＤＦＳのＺ高さ特定を提供する方向性フィルタリング又は平均化された合焦尺度は、実際の高さの小さなずれに対応するはずの画像データに基づくことになり、そのＤＦＳの中心でのより再現性が高く、正確で代表的なＺ高さが生成される。これとは対照的に、この条件が満たされない場合、そのＤＦＳのＺ高さ特定を提供する方向性フィルタリング又は平均化された合焦尺度は、エッジを横切って傾斜した画像データに基づくことになり、したがって、実際の高さの大きなずれに広がり、そのＤＦＳの中心でのより再現性が低く、低精度でおそらくは非代表的なＺ高さが生成される。

より長い方向性フィルタリング方向がエッジ要素に概ね平行して位置合わせされる場合、上述したエッジＰＦＦ技術が特に、特定のタイプのエッジ、例えば、鋸又はレーザによる切断により生成される凸凹表面のエッジ又は不規則なエッジ等の「ノイズの多い」エッジの正確なプロファイル及び／又は公称位置を特定するなどの特定の用途で有益であることが理解されるだろう。特定の用途では、より長い方向性フィルタリング方向がエッジ要素に概ね平行して位置合わせされることを保証するために、より詳細に後述するように、参照エッジのアライメント補正を提供し得る。特定の実施形態では、参照エッジのアライメント補正は自動的又は半自動的に提供し得、それにより、比較的未熟なユーザが、プロセスの極めて重要な側面を理解していなくても、ノイズの多いエッジの確実な測定を得ることができる。いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正は、ＰＦＦ方法を実施して、エッジ位置及び／又はエッジプロファイルを特定するエッジ要素ビデオツール又はビデオツールモードの動作及び／又はユーザインタフェースに含め得る。

いくつかの実施形態では、エッジ要素ビデオツールは、少なくとも１つの、ワークピースの画像に重ねられた関心領域インジケータを含むユーザインタフェースを含み、方法は、ユーザインタフェースにおいてワークピースの画像に重ねられた要素を調整することにより、参照エッジのアライメント補正が提供されたことの表示を提供することをさらに含む。特定の実施態様では、ユーザインタフェースにおいてワークピースの画像に重ねられた要素を調整することは、ワークピースの画像に重ねられた要素の属性を変更すること、及び画像に重ねられる参照エッジのアライメント補正インジケータを追加することのうちの一方を含む。

いくつかの実施形態では、ユーザインタフェースにおいてワークピースの画像に重ねられた要素を調整することは、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示すために、関心領域インジケータ、エッジ方向インジケータ、及び方向性フィルタリング方向インジケータのうちの少なくとも１つを調整することを含む。様々な特定の実施態様では、エッジ方向インジケータ又は方向性フィルタリング方向インジケータが、ユーザインタフェースの公称エッジ形状線であり得ることが理解されるだろう。

いくつかの実施形態では、エッジ要素ビデオツールは、直線エッジ要素に対応して構成され、関心領域インジケータを調整することは、軸の１つがエッジ要素に直交するように、関心領域インジケータを位置決めすることを含み、エッジ方向インジケータを調整することは、エッジ要素に平行するようにエッジ方向インジケータを位置決めすることを含み、方向性フィルタリング方向インジケータを調整することは、エッジ要素に平行又は直交するように、方向性フィルタリング方向インジケータを位置決めすることを含む。特定の他の実施形態では、エッジ要素ビデオツールは、円形エッジ要素及び円弧エッジ要素のうちの一方に対応して構成され、関心領域インジケータを調整することは、境界がエッジ要素と概ね同心になるように、関心領域インジケータを位置決めすることを含み、エッジ方向インジケータを調整することは、エッジ要素と概ね同心になるように、エッジ方向インジケータを位置決めすることを含み、方向性フィルタリング方向インジケータを調整することは、エッジ要素と概ね同心になるように、方向性フィルタリング方向インジケータを位置決めすることを含む。

様々な実施形態では、方法の実施態様は、ａ）参照エッジのアライメント補正動作を含むタイプであるようなエッジ要素ビデオツールを選択すること、ｂ）エッジ要素ビデオツールの、参照エッジのアライメント補正動作を含む参照エッジのアライメント補正モード又はオプションを選択すること、ｃ）エッジ要素ビデオツールの、参照エッジのアライメント補正動作を含む方向性フィルタリングモード又はオプションを選択すること、及びｄ）エッジ要素ビデオツールと併せて動作する参照エッジのアライメント補正動作を提供する参照エッジのアライメント補正ツールを選択することのうちの１つを含み得る。関心領域の少なくとも１つのワークピース画面の画像データを解析して、参照エッジのアライメント補正を提供することは、エッジ要素ビデオツールの動作と併せて参照エッジのアライメント補正動作を実行することを含み得る。

いくつかの場合、方法は、マシンビジョンシステムの学習モード中に実行され、対応する動作はパートプログラムに記録される。他の場合、方法の少なくともいくつかのステップが、パートプログラムに記録された対応する動作を実行することにより、マシンビジョンシステムの実行モード中に実行される。

いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正を提供することは、複数の異なる合焦位置の画像の方向性フィルタリングに使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量を特徴付けることを含む。特定の実施態様では、ルックアップテーブルを利用して、各位置に対応する各オフセット量を記憶し得る。

いくつかの実施態様では、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量を特徴付けることは、エッジ要素ビデオツールを動作させて、関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、関心領域の取得された複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、エッジ要素の予備プロファイルデータを特定すること、予備プロファイルデータに基づいて、エッジ要素ビデオツールに関連付けられた線形状をエッジ要素に位置合わせすること、及び方向性フィルタリング方向に沿った各位置において位置合わせされた線形状の各オフセット量を特徴付けることを含む。いくつかのそのような実施形態では、エッジ要素ビデオツールに関連付けられた線形状は直線であり、方向性フィルタリング方向に沿った各位置において位置合わせされた線形状の各オフセット量を特徴付けることは、位置合わせされた直線と方向性フィルタリング方向との角度を特定することを含む。いくつかのそのような実施形態では、エッジ要素ビデオツールに関連付けられた線形状は、円の少なくとも一部を含み、方向性フィルタリング方向はフィルタリング方向円に平行する方向を辿り、方向性フィルタリング方向に沿った各位置において位置合わせされた線形状の各オフセット量を特徴付けることは、フィルタリング方向円に対する位置合わせされた円の少なくとも一部の各オフセット量を特定することを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、マシンビジョンシステムの学習モード中、エッジ要素ビデオツールを動作させて、関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、及び関心領域の取得された複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、方向性フィルタリング方向に沿った各位置での学習モードエッジプロファイルを特定することを含む。さらに、参照エッジのアライメント補正を提供することは、学習モード中、方向性フィルタリング方向に沿った各位置での各学習モードエッジ要素の各オフセット量を含む複数の寄与学習モードエッジプロファイルに基づいて、学習モード複合エッジプロファイルを特定することを含み、方法に対応する動作は、学習モード複合エッジプロファイルの記憶された表現を含むパートプログラムに記憶される。いくつかの実施態様では、方法は、マシンビジョンシステムの実行モード中、パートプログラムを実行することをさらに含み、実行モードは、複数の実行モード寄与エッジプロファイルに基づいて実行モード複合エッジプロファイルを特定することに基づいて、実行モード中に参照エッジのアライメント補正を提供することを含む。プロファイルは、実行モード中、方向性フィルタリング方向に沿った各位置での各学習モードエッジ要素に対応する実行モードエッジ要素の各オフセット量を含み、実行モード方向性フィルタリング方向は、実行モード複合エッジプロファイルと学習モード複合エッジプロファイルとの一致を概ね最大化することに基づいて調整される。いくつかのそのような実施形態では、学習モード方向性フィルタリング方向は、学習モード複合エッジプロファイルの各エッジ要素に対応するプロファイル勾配が概ね最大化されるように、学習モード中に調整される。

汎用精密マシンビジョン検査システムの様々な典型的な構成要素を示す図である。図１と同様であり、方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を用いるＰＦＦ方法を含むエッジ要素ツールを含むマシンビジョン検査システムの制御システム部及びビジョン構成要素部のブロック図である。正方形フィルタリング小領域及び方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を示す図である。垂直特徴を横切るＰＦＦプロファイリングに利用される方向性フィルタリング小領域を示す図である。水平特徴を横切るＰＦＦプロファイリングに利用される方向性フィルタリング小領域を示す図である。各ピクセルに正方形フィルタリング小領域を用いるＰＦＦアルゴリズムを使用して再構築された深度マップを示す図である。各ピクセルに方向性フィルタリング小領域を用いるＰＦＦアルゴリズムを使用して再構築された深度マップを示す図である。ユーザインタフェースの視野内の直線エッジ要素を示し、位置合わせされた、概略的に表されるＤＦＳに沿ったエッジ要素のオフセット量並びに対応する実際のＺ高さプロファイルの関連するファクタを比較する。ユーザインタフェースの視野内の直線エッジ要素を示し、位置がずれた、概略的に表されるＤＦＳに沿ったエッジ要素のオフセット量並びに対応する実際のＺ高さプロファイルの関連するファクタを比較する。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦ円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素部分のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦ円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素部分のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦ円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素部分のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦ円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素部分のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦ円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素部分のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツールを示す。本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正を提供することに関連するＰＦＦ円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素部分のＰＦＦプロファイルデータを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツールを示す。マシンビジョン検査システムにおいて凸凹表面のエッジのエッジ検出を強化する方法の流れ図である。方向性フィルタリングに基づいてエッジ要素のＰＦＦプロファイルデータを特定する方法の流れ図である。ＰＦＦベースのピクセル位置に関連して定義された方向性フィルタリング小領域を利用して方向性フィルタリングを実行する方法の流れ図である。

本発明の様々な実施形態を後述する。以下の説明は、これらの実施形態の完全な理解及びこれらの実施形態を可能にする説明のために特定の詳細を提供する。しかし、これらの詳細の多くなしで本発明を実施し得ることを当業者は理解するだろう。さらに、様々な実施形態の関連する説明を不必要に曖昧にしないように、いくつかの周知の構造又は機能については詳細に図示又は説明しないことがある。以下に提示される本説明に使用される用語は、本発明の特定の具体的な実施形態の詳細な説明と併せて使用されている場合であっても、その最も広義の妥当な様式で解釈されることが意図される。

図１は、本明細書に記載の方法により使用可能な例示的な１つのマシンビジョン検査システム１０のブロック図である。マシンビジョン検査システム１０は画像測定機１２を含み、画像測定機１２は、制御コンピュータシステム１４とデータ及び制御信号を交換するように動作可能に接続される。制御コンピュータシステム１４は、モニタ又はディスプレイ１６、プリンタ１８、ジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６とデータ及び制御信号を交換するようにさらに動作可能に接続される。モニタ又はディスプレイ１６は、マシンビジョン検査システム１０の動作の制御及び／又はプログラムに適したユーザインタフェースを表示し得る。

制御コンピュータシステム１４が一般に、任意の計算システム又は装置からなり得ることを当業者は理解するだろう。適する計算システム又は装置は、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、任意の上記を含む分散計算環境等を含み得る。そのような計算システム又は装置は、本明細書に記載の機能を実行するソフトウェアを実行する１つ又は複数のプロセッサを含み得る。プロセッサは、プログラマブル汎用又は専用マイクロプロセッサ、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理装置（ＰＬＤ）等、又はそのような装置の組み合わせを含む。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等、又はそのような構成要素の組み合わせ等のメモリに記憶し得る。ソフトウェアは、磁気若しくは光学ベースのディスク、フラッシュメモリ装置、又はデータを記憶する任意の他の種類の不揮発性記憶媒体等の１つ又は複数の記憶装置に記憶してもよい。ソフトウェアは、特定のタスクを実行し、又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造等を含む１つ又は複数のプログラムモジュールを含み得る。分散計算環境では、プログラムモジュールの機能は、結合してもよく、又は複数の計算システム若しくは装置にわたって分散し、サービス呼び出しを介してアクセスしてもよい。

画像測定機１２は、可動式ワークピースステージ３２と、光学撮像システム３４とを含み、光学撮像システム３４はズームレンズ又は交換式レンズを含み得る。ズームレンズ又は交換式レンズは一般に、光学撮像システム３４により提供される画像に様々な倍率を提供する。マシンビジョン検査システム１０は一般に、上述したQUICK VISION（登録商標）シリーズのビジョンシステム及びQVPAK（登録商標）ソフトウェア並びに類似の現在市販されている精密マシンビジョン検査システムと同等である。マシンビジョン検査システム１０は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第７，４５４，０５３号、同第７，３２４，６８２号、同第８，１１１，９０５号、及び同第８，１１１，９３８号にも記載されている。

図２は、図１のマシンビジョン検査システム１０と同様のマシンビジョン検査システム１００の制御システム部１２０と、ビジョン構成要素部２００とのブロック図である。より詳細に後述するように、制御システム部１２０は、ビジョン構成要素部２００の制御に利用される。ビジョン構成要素部２００は、光学アセンブリ部２０５と、光源２２０、２３０、及び２４０と、中央透明部２１２を有するワークピースステージ２１０とを含む。ワークピースステージ２１０は、ワークピース２０を位置決めし得るステージ表面に略平行する平面内にあるＸ軸及びＹ軸に沿って制御可能に移動可能である。光学アセンブリ部２０５は、カメラ２６０と、ビームスプリッタ２９１と、交換式対物レンズ２５０とを含み、レンズ２８６及び２８８を有するターレットレンズアセンブリ２８０を含み得る。ターレットレンズアセンブリに対する代替として、固定レンズ、又は交換式の倍率変更レンズ、又はズームレンズ構成等を含み得る。交換式レンズは手動又は自動で交換し得る。

光学アセンブリ部２０５は、制御可能なモータ２９４を使用することにより、Ｘ軸及びＹ軸に略直交するＺ軸に沿って制御可能に移動可能であり、制御可能なモータ２９４はアクチュエータを駆動して、光学アセンブリ部２０５をＺ軸に沿って移動させ、ワークピース２０の画像のフォーカスを変更する。制御可能なモータ２９４は、信号線２９６を介して入出インタフェース１３０に接続される。

マシンビジョン検査システム１００を使用して撮像すべきワークピース２０又は複数のワークピース２０を保持するトレイ若しくは固定具は、ワークピースステージ２１０に配置される。ワークピースステージ２１０は、交換式対物レンズ２５０がワークピース２０上の位置間及び／又は複数のワークピース２０間で移動するように、光学アセンブリ部２０５に相対して移動するように制御し得る。透過光２２０、落射照明光２３０、及び斜め照明光２４０（例えば、リング光）のうちの１つ又は複数は、光源光２２２、２３２、及び／又は２４２のそれぞれを発して、１つ又は複数のワークピース２０を照明する。光源２３０は、ミラー２９０を含む経路に沿って光２３２を発し得る。光源光はワークピース光２５５として反射又は透過し、撮像に使用されるワークピース光は、交換式対物レンズ２５０及びターレットレンズアセンブリ２８０を通過し、カメラ２６０に集められる。カメラ２６０からのワークピース２０の画像は、信号線２６２上で制御システム部１２０に出力される。光源２２０、２３０、及び２４０は、信号線又はバス２２１、２３１、及び２４１のそれぞれを通して制御システム部１２０に接続し得る。画像の倍率を変更するには、制御システム部１２０は、信号線又はバス２８１を通して、軸２８４に沿ってターレットレンズアセンブリ２８０を回転させて、ターレットレンズを選択し得る。

図２に示されるように、様々な例示的な実施形態では、制御システム部１２０は、コントローラ１２５と、入出インタフェース１３０と、メモリ１４０と、ワークピースプログラム生成・実行器１７０と、電源部１９０とを含む。これらの各構成要素及び後述する追加の構成要素は、１つ若しくは複数のデータ／制御バス及び／又はアプリケーションプログラミングインタフェースにより、或いは様々な要素間の直接接続により相互接続し得る。

入出力インタフェース１３０は、撮像制御インタフェース１３１と、運動制御インタフェース１３２と、照明制御インタフェース１３３と、レンズ制御インタフェース１３４とを含む。運動制御インタフェース１３２は、位置制御要素１３２ａと、速度／加速度制御要素１３２ｂとを含み得るが、そのような要素は統合且つ／又は区別不可能であってもよい。照明制御インタフェース１３３は照明制御要素１３３ａ〜１３３ｎ及び１３３ｆｌを含み、照明制御要素１３３ａ〜１３３ｎ及び１３３ｆｌは、例えば、マシンビジョン検査システム１００の様々な対応する光源の選択、電力、オン／オフ切り替え、及び該当する場合にはストローブパルスタイミングを制御する。

メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１と、１つ又は複数のパートプログラム等を含み得るワークピースプログラムメモリ部１４２と、ビデオツール部１４３とを含む。示されるように、ビデオツール部１４３は代表的なビデオツール部１４３ａ及び１４３ｎを含み、代表的なビデオツール部１４３ａ及び１４３ｎは、対応する各ビデオツールのＧＵＩ、画像処理動作等を決定する。ビデオツール部１４３は、特に、さらに詳細に後述する方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するエッジ要素ツール１４３ｅｆｔも含み得、このツールは、例えば、QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guideにおいて「ボックスツール」及び「円弧ツール」に関して説明される動作を決定するエッジプロファイルを含み得、本明細書に開示される方法を実施する信号処理を組み込み得る。方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するエッジ要素ツール１４３ｅｆｔは、より詳細に後述するように、所望の補償を自動的又は半自動的に決定する参照エッジのアライメント補正定義部１４３ｅｒａｃｄを含み得る。ビデオツール部１４３は関心領域（ＲＯＩ）生成器１４３ｒｏｉも含み、関心領域生成器１４３ｒｏｉは、ビデオツール部１４３に含まれる様々なビデオツールで動作可能な様々なＲＯＩを定義する自動、半自動、及び／又は手動の動作をサポートする。いくつかの実施形態では、方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するエッジ要素ツール１４３ｅｆｔは、関心領域（ＲＯＩ）生成器１４３ｒｏｉと併せて動作するか、又はＲＯＩ生成器１４３ｒｏｉの動作を補足して、さらに詳細に後述するように、関心領域の初期動作又は位置を調整し、ビデオツール関心領域をエッジ要素に位置合わせして、エッジ位置測定の再現性を向上させ得る。

本開示の文脈の中では、当業者には既知のように、ビデオツールという用語は一般に、ビデオツールに含まれる動作のステップ毎のシーケンスを作成せずに、又は一般化されたテキストベースのプログラミング言語等を用いずに、マシンビジョンユーザが比較的単純なユーザインタフェース（例えば、グラフィカルユーザインタフェース、編集可能パラメータウィンドウ、メニュー等）を通して実施することができる比較的複雑な自動又はプログラムされた動作のセットを指す。例えば、ビデオツールは、動作及び計算を支配する少数の変数又はパラメータを調整することにより、特定のインスタンスに適用されカスタマイズされる画像処理動作及び計算の事前にプログラムされた複雑なセットを含み得る。基本となる動作及び計算に加えて、ビデオツールは、ユーザがビデオツールの特定のインスタンスに向けてそれらのパラメータを調整できるようにするユーザインタフェースを含む。例えば、多くのマシンビジョンビデオツールでは、ユーザは、マウスを使用する単純な「ハンドルドラッグ」動作を通して、グラフィカル関心領域（ＲＯＩ）インジケータを構成して、ビデオツールの特定のインスタンスの画像処理動作により解析すべき画像サブセットの位置パラメータを定義することができる。基本となる動作が暗黙的に含まれて、可視のユーザインタフェース特徴がビデオツールと呼ばれることもあることに留意されたい。

多くのビデオツール及び／又はビデオツール機能及び動作に共通して、本開示の方向性フィルタリング及び参照エッジのアライメント補正主題は、ユーザインタフェース機能及び基本となる画像処理動作等の両方を含み、関連する機能は、ビデオツール部１４３に含まれる方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するか、又はそれらを含むエッジ要素ビデオツール１４３ｅｆｔの特徴として特徴付け得る。方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するエッジ要素ツール１４３ｅｆｔは、エッジ要素のプロファイルを特定する方向性フィルタリング及び参照エッジのアライメント補正を自動的に提供し、関連するエッジプロファイル特定動作の再現性を向上させるために使用し得る動作を提供する。

さらに詳細に後述するように、エッジ要素ツール１４３ｅｆｔの学習モード動作中、特定される様々なツールパラメータ及び／又はオフセット特徴付けを特定し、学習モード中、パートプログラムに記憶し得る。ビデオツール部１４３は、追加又は代替として、既知のエッジ検出又は位置特定方法に従って動作する従来のエッジ測定ビデオツールを含み得る。一実施形態では、参照エッジのアライメント補正定義部１４３ｅｒａｃｄは、そのようなツールにリンクするか、又は他の様式で併せて動作し得る。例えば、一実施形態では、本明細書に開示される方向性フィルタリング及び参照エッジのアライメント補正動作は、既知のエッジツール（例えば、既知のボックスツール、円弧ツール、円ツール等）に相当するモードを含むマルチモードエッジプロファイルツールに、方向性フィルタリング・参照エッジのアライメント補正モードとして含まれ得る。いくつかの実施形態では、方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するエッジ要素ツール１４３ｅｆｔ並びに既知又は従来のエッジツールは別個のツールであり得るが、いくつかの実施形態では、単一のエッジツールの２つのモードであり得る。単一のエッジツールの２つのモードであるいくつかの実施形態では、特定のモードは、さらに後述するように、手動及び／又は自動学習モード動作に基づいて（例えば、エッジの不規則性もしくはノイズの程度及び／又は公称形状が既知であるか否かに基づいて）エッジツールにより選び得る。

透過光２２０、落射照明光２３０及び２３０’、並びに斜め照明光２４０のそれぞれの信号線又はバス２２１、２３１、及び２４１はすべて、入出力インタフェース１３０に接続される。カメラ２６０からの信号線２６２及び制御可能なモータ２９４からの信号線２９６は、入出力インタフェース１３０に接続される。画像データの搬送に加えて、信号線２６２は、画像取得を開始する信号をコントローラ１２５から搬送し得る。

１つ又は複数のディスプレイ装置１３６（例えば、図１のディスプレイ１６）及び１つ又は複数の入力装置１３８（例えば、図１のジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６）も、入出力インタフェース１３０に接続することができる。ディスプレイ装置１３６及び入力装置１３８を使用して、ユーザインタフェースを表示することができ、ユーザインタフェースは、様々なユーザグラフィカルインタフェース（ＧＵＩ）機能を含み得、ＧＵＩ機能は、カメラ２６０により捕捉された画像を閲覧し、且つ／又はビジョンシステム構成要素部２００を直接制御するために、検査動作の実行、並びに／或いはパートプログラムの作成及び／又は変更に使用可能である。

様々な例示的な実施形態では、ユーザは、マシンビジョン検査システム１００を利用して、ワークピース２０のパートプログラムを作成する場合、学習モードでマシンビジョン検査システム１００を動作させて、所望の画像取得トレーニングシーケンスを提供することにより、パートプログラム命令を生成する。例えば、トレーニングシーケンスは、代表的なワークピースの特定のワークピース要素を視野（ＦＯＶ）内に位置決めすること、光レベルを設定すること、フォーカス又はオートフォーカスすること、画像を取得すること、及び画像に適用される検査トレーニングシーケンスを提供すること（例えば、そのワークピース要素に対してビデオツールの１つのインスタンスを使用して）を含み得る。学習モードは、シーケンスを捕捉又は記録し、対応するパートプログラム命令に変換するように動作する。これらの命令は、パートプログラムが実行される場合、マシンビジョン検査システムにトレーニングされた画像取得・検査動作を再現させて、パートプログラム作成時に使用された代表的なワークピースに適合する１つ又は複数の実行モードワークピースのその特定のワークピース要素（すなわち、対応する位置の対応する要素）を自動的に検査する。

図３は、画像ピクセル（又はピクセル位置）３１０のアレイに重ねられた（例えば、画像内の関心領域の一部に対応する）正方形フィルタリング小領域３０５並びに代替の方向性フィルタリング小領域３０４Ｙｄｆｓ及び３０４Ｘｄｆｓを示す図３００である。より詳細に後述するように、エッジ要素のプロファイルデータ及び／又は位置を特定する（例えば、合焦点技術を利用して）エッジ要素ビデオツールを提供し得る。従来の合焦点（ＰＦＦ）再構築では、各画像ピクセル周囲の局所コントラストが、正方形小領域（例えば、正方形小領域３０５）内で平均化される。正方形フィルタリング小領域（例えば、７×７ピクセル）を利用して、コントラスト曲線でのノイズを低減するとともに、ピクセル位置での確実なＺ深度再構築を可能にする。したがって、再構築された３Ｄ深度マップのＸ−Ｙ分解能は、Ｘ及びＹ方向の両方で同程度、正方形フィルタリング小領域だけ低減する。これとは対照的に、より詳細に後述するように、一方の寸法が他方の寸法よりも長い方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を利用することにより、Ｘ−Ｙ分解能は、狭い一方向に沿って選択的に増大又は維持し得る。具体例として、図３に示されるように、ＤＦＳ３０４Ｙｄｆｓ（例えば、４９ピクセル幅、１ピクセル高さ）は、Ｙ方向に関する良好なプロファイリング分解能（すなわち、Ｙ方向に沿って延びるＺ高さプロファイル）に利用し得、ＤＦＳ３０４Ｘｄｆｓ（例えば、４９ピクセル幅、１ピクセル高さ）は、Ｘ方向に関する良好なプロファイリング分解能（すなわち、Ｘ方向に沿って延びるＺ高さプロファイル）に利用し得る。

ＤＦＳ３０４Ｙｄｆｓ（Ｙ方向プロファイリング用）及びＤＦＳ３０４Ｘｄｆｓ（Ｘ方向プロファイリング用）が、正方形小領域３０５と同じ面積を有するが、一方の寸法が他方よりもはるかに狭く、したがって、狭い方向に沿ってより良好なプロファイリング分解能も提供しながら、合焦尺度の特定のために同量のピクセルデータを提供することが理解されるだろう。一実施態様では、ＤＦＳ内の既知のタイプのＰＦＦ動作を利用して、各ＤＦＳのＺ深度が計算され、ポイントクラウドＸ−Ｙ座標に対応するＸ−Ｙ位置を有するＤＦＳの中心ピクセルＣＰの位置におけるＺ座標として割り当てられる。

いくつかの実施形態では、次に、ＤＦＳの長寸法の方向に沿って互いに隣接する選択された数のポイントクラウドＸ−Ｙピクセル位置に対応するＺ深度も平均化して、狭寸法の方向に沿ったＺ深度プロファイル及び／又はエッジ位置の再現性をさらに向上させる。これらの線に沿って、一実施形態では、方向性フィルタリング動作は、親ＤＦＳ（例えば、７個、９個、１１個のピクセル等）の部分であり、親ＤＦＳよりも短い「子」ＤＦＳのＺ高さを特定し、子ＤＦＳのＺ高さを平均化して、親ＤＦＳの全体Ｚ高さを特定することとして説明し得る。これらの線にさらに沿って、一実施形態では、方向性フィルタリング動作は、ＰＦＦスタックの各画像内の親ＤＦＳ（例えば、７個、９個、１１個のピクセル等）の部分であり、親ＤＦＳよりも短い「子」ＤＦＳの合焦尺度を特定し、子ＤＦＳの合焦尺度又は計算されたＺ高さを平均化して、親ＤＦＳの全体合焦尺度又は平均Ｚ深度を特定し、結果として生成される親ＤＦＳの平均合焦尺度（合焦曲線）又は平均Ｚ高さに基づいてＺ高さを特定することとして説明し得る。一般に、そのようなタイプの平均化が、ＤＦＳの長寸法方向に沿ってＺ高さプロファイルをさらに平滑化し、これがその方向に沿ったプロファイル分解能の劣化として考えられ得ることが理解されるだろう。しかし、多くのエッジ測定用途では、これは重要ではない。

図４Ａ及び図４Ｂは、プロファイリング並びに／或いは水平及び垂直エッジの位置特定に利用される方向性フィルタリング小領域の適用を明確にする図４００Ａ及び４００Ｂである。

図４Ａは、画像ピクセル（又はピクセル位置）４１０Ａのアレイに重ねられた（例えば、画像内の関心領域の一部に対応する）ＤＦＳセット４０４Ａを示す。ＤＦＳセット４０４Ａ内の陰影は、基礎となるワークピースの撮像された表面構造を概略的に表し、Ｙ方向に沿って可変の高さを有するとともに、Ｘ方向に沿って比較的一定の高さを有する「水平」表面特徴（例えば、水平エッジ）を示す表面を示す。ＤＦＳは、図３を参照して上述した理由により、長寸法が水平表面特徴に概ね平行するように決定される。したがって、セット４０４Ａの各ＤＦＳは、図３を参照して上述したＤＦＳ３０４Ｙｄｆｓと同様であると理解し得（例えば、比較的長いＸ寸法及び比較的狭いＹ寸法を有する）、表面特徴を横切ってＹ方向に沿って比較的高い分解能のＺプロファイルを提供し得る。セット内の各ＤＦＳのＸ−Ｙ座標は、中心ピクセル又はポイントＣＰに対応し得る。したがって、各ＤＦＳに特定された（例えば、既知のＰＦＦコントラスト又は合焦曲線方法に基づいて）Ｚ座標Ｚｃｐは、Ｙ方向プロファイル線４０４Ａｐｌｙに沿い得る。

図４Ａは、ＺプロファイルＺｐｌｙ、すなわち、水平表面要素を横切るＹ方向に沿ったＺプロファイルも示す。ＺプロファイルＺｐｌｙは、セット４０４Ａ内の各ＤＦＳに特定された表面高さＺｃｐを含み、対応するポイントクラウドＺ座標として使用し得る。仮に表面要素を横切るＹ方向に沿ったＺプロファイルが、Ｙ方向プロファイル線４０４Ａｐｌｙの位置の左側の１ピクセル（又はＮピクセル）の位置特定が望まれる場合、セット４０４Ａと同様のＤＦＳセットを１ピクセル（又はＮピクセル）だけ左にシフトさせ得、上述した手順をそのセットに対して実行し得ることが理解されるだろう。このようにして、所望であれば、ビデオツール関心領域内のあらゆるピクセル位置のＺ高さを特定することができる。プロファイリングし、且つ／又は位置特定すべき水平要素がＲＯＩの全幅に延びる場合、所望であれば、ＤＦＳの長寸法がＲＯＩの全幅に延び得ることが理解されるだろう。あるいは、これらの状況下で、所望であれば、Ｘ方向に沿った隣接する所望のＤＦＳ群でＺ座標を平均化することができ、その平均化されたＺ座標を、平均化群の中心のＺ座標として使用することができる。

図４Ｂは、関連する表面要素が水平ではなく垂直であることを除き、図４Ａと同様である。図４Ｂは、画像ピクセル（又はピクセル位置）４１０Ｂ（例えば、画像内の関心領域の一部に対応する）のアレイに重ねられたＤＦＳセット４０４Ｂを示す。ＤＦＳセット４０４Ｂ内の陰影は、基礎となるワークピースの撮像された表面構造を概略的に表し、Ｘ方向に沿って可変の高さを有するとともに、Ｙ方向に沿って比較的一定の高さを有する「垂直」表面要素（例えば、垂直エッジ）を示す表面を示す。ＤＦＳは、長寸法が垂直表面要素に概ね平行するように決定される。したがって、セット４０４Ｂの各ＤＦＳは、図３を参照して上述したＤＦＳ３０４Ｘｄｆｓと同様であると理解し得、表面要素を横切ってＸ方向に沿って比較的高い分解能のＺプロファイルを提供し得る。セット内の各ＤＦＳのＸ−Ｙ座標は、中心ピクセル又はポイントＣＰに対応し得る。したがって、各ＤＦＳに特定されたＺ座標Ｚｃｐは、Ｘ方向プロファイル線４０４Ｂｐｌｘに沿い得る。

図４Ｂは、ＺプロファイルＺｐｌｘ、すなわち、垂直表面要素を横切るＸ方向に沿ったＺプロファイルも示す。ＺプロファイルＺｐｌｘは、セット４０４Ｂ内の各ＤＦＳに特定された表面高さＺｃｐを含む。仮に表面要素を横切るＸ方向に沿ったＺプロファイルが、Ｘ方向プロファイル線４０４Ｂｐｌｘの位置の上又は下のＮピクセルの位置特定が望まれる場合、セット４０４Ｂと同様のＤＦＳセットを適宜シフトさせ得、上述した手順をそのセットに対して実行し得ることが理解されるだろう。このようにして、所望であれば、ビデオツール関心領域内のあらゆるピクセル位置のＺ高さを特定することができる。プロファイリングし、且つ／又は位置特定すべき垂直要素がＲＯＩの全幅に延びる場合、所望であれば、ＤＦＳの長寸法がＲＯＩの全高に延び得ることが理解されるだろう。あるいは、これらの状況下で、所望であれば、Ｙ方向に沿った隣接する所望のＤＦＳ群でＺ座標を平均化することができ、その平均化されたＺ座標を、平均化群の中心のＺ座標として使用することができる。

図５は、図６と比較される従来のＰＦＦ動作の結果を示し、本明細書に開示されるエッジプロファイリング及び／又は位置特定システム及び方法に好ましい方向性フィルタリングＰＦＦ方法の結果を示す。図５は、各ピクセルに正方向フィルタリング小領域を使用する既知のＰＦＦ方法を使用して再構築されたプロファイル又は深度マップ５１０を示す図５００である。マップ５１０の異なる陰影又は色は、粗い又はノイズの多い表面及びエッジを表し、マップの白色エリアは、データ及び／又は表面があまりに不規則又はノイズが多く、その位置での確実な高さを特定することができない領域を示した。ウィンドウ５３０内のプロファイル再構築領域５２０（例えば、ビデオツールのＲＯＩ）及び対応するプロファイル５３１も示される。プロファイル再構築領域５２０は、水平溝の「ノイズの多い」エッジ（例えば、表面を横切る鋸又はレーザによる切断により生成される凸凹表面のエッジ又は不規則なエッジ等）の例であるエッジ要素５２２及び５２４を含んで示される。エッジ要素５２２及び５２４は概ね、Ｙ位置５１２及び５１４に配置される。Ｚプロファイル曲線５３１は、水平溝のプロファイルを示し、マップ５１０内のプロファイル再構築領域５２０を横切るＸ方向に沿ってＺ値を平均化することに基づいて特定される。この全幅平均化により、プロファイル曲線５３１は、中心に配置されたＺ高さプロファイル線５０４ｐｌｙの位置に対応すると見なし得る。Ｚプロファイル曲線５３１は凸凹した側部プロファイル５３２及び５３４を有する溝を示し、これらのプロファイルは、溝の底の幅に一致するように見えるエッジ要素５２２及び５２４の垂直位置５１２及び５１４の表示を提供する。図６に関してより詳細に後述するように、図５での正方形フィルタリング小領域（例えば、５×５ピクセル）の利用により、Ｚプロファイル曲線５３１は図のＸ及びＹ方向の良好で平均化又はフィルタリングされるデータに基づき、Ｙ方向に関する分解能の損失を生じさせ、これは溝のエッジのプロファイリング及び／又は位置特定に望ましくないことがある。

図６は、上述したように、各中心ピクセル位置に方向性フィルタリング小領域（この場合、Ｘに４９ピクセル、Ｙに１ピクセル）を使用して再構築されたプロファイル又は深度マップ６１０を示す図６００である。図５と同様に、マップ６１０の異なる陰影又は色は、粗い又はノイズの多い表面及びエッジを表し、マップの白色エリアは、データ及び／又は表面があまりに不規則又はノイズが多く、その位置での確実な高さを特定することができない領域を示した。図５のマップ５１０と図６のマップ６１０との比較は、所望のように、図６の結果がＸ方向においてより少ないノイズを有し、Ｙ方向に沿ってより高い分解能を有することを示す。図６において撮像された水平溝は、図５において撮像された水平溝と同一である。図６に示されるように、ウィンドウ６３０内のプロファイル再構築領域６２０（例えば、ビデオツールのＲＯＩ）及び対応するＺプロファイル６３１も示さされる。

プロファイル再構築領域６２０は、水平溝のエッジであるエッジ要素６２２及び６２４を含んで示される。エッジ要素６２２及び６２４は垂直位置６１２及び６１４に配置される。Ｚプロファイル曲線６３１は、水平溝のプロファイルを示し、マップ６１０内のプロファイル再構築領域６２０を横切るＸ方向に沿ってＺ値を平均化することに基づいて特定される。この全幅平均化により、プロファイル曲線６３１は、中心に配置されたＺ高さプロファイル線６０４ｐｌｙの位置に対応すると見なし得る。しかし、このＸ方向平均化が要件ではないことが理解されるだろう。例えば、所望であれば、Ｘ方向平均化の程度が低いか、又はＸ方向平均化を用いずに、例えば、領域６２０内の各ピクセル列に一致する複数の各高さプロファイル線にＺプロファイル曲線を確立することができる。

Ｚプロファイル曲線６３１はここでも、溝側部プロファイル６３２及び６３４を示し、これらのプロファイルは、溝の底の幅に一致するように見えるエッジ要素６２２及び６２４のＹ位置６１２及び６１４の表示を提供する。図５とは対照的に、図６での方向性フィルタリング小領域の利用により、Ｚプロファイル曲線６３１は向上したＹプロファイリング分解能を有する。換言すれば、曲線６３１は「より鮮鋭」に示され、Ｙ方向に沿ったＺプロファイルはノイズがより少なく、分解能がより高く、より詳細である。例えば、曲線６３１は、溝の底の角の丸みが低く、よりよい定義を示し、エッジ要素６２２及び６２４に対応するエッジ位置線６１２及び６１４の位置の特定が向上する。水平に位置合わせされた溝の正確なＺプロファイル及び／又はＹ方向に沿ったエッジ位置を取得するという目的を考えると、方向性フィルタリング小領域の向きによるＸ（すなわち、水平）方向での分解能の対応する増大は一般に、許容可能であると見なし得る。

図３〜図６に関して上述したように、方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を利用して、エッジ要素のより高い分解能のＺプロファイル及び／又は位置を得ることができ、ノイズの多いエッジ（例えば、鋸又はレーザによる切断により生成される凸凹表面のエッジ又は不規則なエッジ）に特に適する。さらに、所望の場合、エッジに平行する方向に沿ったＺ高さ平均化を、方向性フィルタリング小領域と組み合わせて使用し得、ノイズをさらに退ける。上記例では、関心のある表面要素（例えば、エッジ）は画像の行又は列に位置合わせされ、そのため、ＤＦＳは画像の行又は列に位置合わせされた。しかし、上述したように、より一般的な要件は、エッジ要素トポロジーの公称「等高輪郭線」に沿って向くように、より長い方向性フィルタリング方向をエッジ要素に概ね平行して位置合わせすべきであることである。この条件が満たされる場合、そのＤＦＳのＺ高さ特定を提供する方向性フィルタリング又は平均化された合焦尺度は、実際の高さの小さなずれに対応するはずの画像データに基づくことになり、そのＤＦＳの中心でのより再現性が高く、正確で代表的なＺ高さが生成される。これとは対照的に、この条件が満たされない場合、そのＤＦＳのＺ高さ特定を提供する方向性フィルタリング又は平均化された合焦尺度は、エッジにわたり傾斜し、ひいては実際の高さの大きなずれに広がる画像データに基づくことになり、そのＤＦＳの中心でのより再現性が低く、正確性が低く、且つ恐らくは非代表的なＺ高さが生成される。したがって、関心のあるエッジ要素が画像の行又は列に精密に位置合わせされない場合、Ｚ高さの特定に使用される方向性フィルタリング小領域をやはりエッジ要素に位置合わせしなければならず、一般に、未処理の画像を形成するピクセル列又は行に位置合わせされない。

より長い方向性フィルタリング方向が概ね、エッジ要素と平行して位置合わせされることを保証するために、図７〜図１２に関してより詳細に後述するように、参照エッジのアライメント補正を提供し得る。特定の実施形態では、参照エッジのアライメント補正は自動的又は半自動的に提供し得、それにより、比較的未熟なユーザが、プロセスの極めて重要な側面を理解していなくても、ノイズの多いエッジの確実な測定を得ることができる。いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正は、ＰＦＦ方法を実施して、エッジ位置及び／又はエッジプロファイルを特定するエッジ要素ビデオツール又はビデオツールモードの動作及び／又はユーザインタフェースに含め得る。

参照エッジのアライメント補正の様々な技術が、本願と同じ譲受人に譲渡された２０１２年１２月２７日に出願された「METHOD FOR IMPROVING REPEATABILITY IN EDGE LOCATION RESULTS OF A MACHINE VISION INSPECTION SYSTEM」という名称の米国特許出願第１３／７２８，８４２号に記載されている。’８４２号出願は、強度走査線に基づく様々な参照エッジのアライメント補正技術を含め、強度勾配に基づくエッジ検出又は測定技術を記載している。そこに記載される参照エッジのアライメント補正は、例えば、間隔が密なエッジの区別において向上した信頼性を提供する。’８４２号出願は、方向性フィルタリングと組み合わせて参照エッジのアライメント補正を使用して、ＰＦＦベースエッジ検出をノイズの多いエッジに提供することを記載していないが、本明細書に開示のように、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明され、さらに後述される参照エッジのアライメント補正技術のいくつかは、’８４２号出願に記載の特徴と同様であると理解し得る。

例えば、ＰＦＦモード又は方法に基づくエッジ要素ビデオツールでは、図４、図５、及び図６に示される線４０４Ａｐｌｙ、４０４ｐｌｘ、５０４ｐｌｙ、及び６０４ｐｌｙ等のＺ高さプロファイル線は、’８４２号出願に示される強度走査線と同様である。例えば、それぞれの場合で、走査線の勾配又は高さプロファイル線の勾配を使用して、エッジ位置を特定し得、これらは参照エッジのアライメント補正の目的と大方同様である。

図７Ａ及び図７Ｂは、ユーザインタフェースの視野７００内の直線エッジ要素７２５を示し、図７Ａにおいて位置合わせされたビデオツール７０５に関連付けられた概略的に表現される位置合わせされたＤＦＳであるＤＦＳａに沿ったエッジ要素７２５のオフセット量と、図７Ｂでのビデオツール７０５’に関連付けられた位置ずれしたＤＦＳであるＤＦＳａ’のオフセット量とを、対応する高さプロファイルでの関連する結果とともに比較する。図７Ａは、マシンビジョン検査システム（例えば、マシンビジョン検査システム１００）のユーザインタフェースに含み得る、ワークピース２０の画像（例えば、カメラ２６０により撮像される）を含む視野ウィンドウ７００を示す。図７Ａでは、説明のために、画像内のエッジ７２５のエッジ向きＥＯを破線で示す。関心領域ＲＯＩは、関心インジケータＲＯＩｉｎの領域で示されるように、エッジ７２５の関連部分を定義する。一実施形態では、関心領域生成器１４３ｒｏｉは、エッジ要素ツール１４３ｅｆｔと併せて動作して、関心領域ＲＯＩを定義し得る。説明のために、図７Ａでは、２つの例示的な平行する高さプロファイル線Ｌａ及びＬｂも示し、様々な実施形態において、これらは実際にエッジツールユーザインタフェースに表示されてもよく、又は表示されなくてもよい。エッジセレクタＥＳも示され、このセレクタは、いくつかの実施形態では、ユーザにより、検出が望まれるエッジを示すか、又はマークするように位置決めし得る。第２のエッジ７２６も図７Ａに示される。

図７Ａの下部は、位置合わせされたＤＦＳであるＤＦＳａの中心点（例えば、Ｘ−Ｙ座標）に対応する中心プロファイル線７０４ｐｌに沿ったピクセル位置（例えば、ピクセル数）での理想的又は実際のＺ高さプロファイルＺｐａｃｔ及び対応するＺ高さ勾配プロファイルＺＧ（プロファイル線に沿ったＺ高さの変化率）を示すチャート７１０である。一実施形態では、本明細書に開示されるＰＦＦモードで動作するエッジ要素位置特定ビデオツールが、Ｚ高さプロファイル線に沿ったエッジポイント又は位置を、最大のＺ高さ勾配が生じる（例えば、ボックス７１２内の極値における）位置として識別することを理解されたい。図７Ａは、例示的なＤＦＳであるＤＦＳａがエッジ７２５に位置合わせされる例を示す。この位置合わせにより、且つエッジ７２５が全長に沿って概ね直線であり、均一である（例えば、理想的なＺ高さプロファイルは、例えば、線Ｌａ、７０４ｐｌ、及びＬｂに沿って同じ）と仮定すると、ＤＦＳａは、対応する高さ点Ｚｄｆｓａへの線ＰＲＯＪａｌｌに沿ったＤＦＳａの各ピクセルの位置合わせされた投射により示されるように、同じＺ高さでＤＦＳａ内の各ピクセルに対応する各Ｚ高さプロファイルに交差する。これは、エッジ７２５が、ＤＦＳａに沿ったあるピクセル位置において別のピクセル位置から「オフセット」せず、すなわち、別の位置に対するＤＦＳａに沿ったある位置でのエッジのオフセットＯａｂが概ねゼロであることを意味する。このため、実際の画像合焦高さは、ＤＦＳａ内のすべてのピクセルで概ね同じであり（不可避の表面高さ及び／又は画像ノイズを除く）、関連付けられるコントラスト又は合焦尺度は公称高さＺｄｆｓａを正確に反映することになり、これはＤＦＳａに関連付けるべき適切な（例えば、プロファイル線７０４ｐｌの位置に沿ったＤＦＳａの位置で測定されるＺ高さとして）Ｚ高さである。ＲＯＩ全体を通して同様に位置合わせされたＤＦＳｓも同じ理由で同様の正確性を有し、結果として生成されるＺ高さプロファイルは、エッジ７２５の位置を良好な忠実性及びＤＦＳｓの狭方向（例えば、エッジ７２５を横切る方向）に沿って高分解能で示すことになる。

図７Ａとは対照的に、図７Ｂは、関心領域ＲＯＩ’及び／又は代表的なＤＦＳであるＤＦＳａ’がエッジ７２５に対して回転又は「位置ずれ」したワークピース２０の画像を含む視野ウィンドウ７００を示す。

図７Ｂの下部は、図７Ａを参照して上述した理想的又は実際のＺ高さプロファイルＺｐａｃｔを示すチャート７２０である。図７Ｂは、例示的なＤＦＳであるＤＦＳａ’がエッジ７２５と位置ずれした例を示す。この位置ずれと、エッジ７２５が全長にわたって概ね直接であり均一である（例えば、理想的なＺ高さプロファイルは、例えば、線Ｌａ’、７０４ｐｌ’、及びＬｂ’に沿って同じ）との仮定により、ＤＦＳａ’は、対応する高さ点Ｚｄｆｓａ’１への線ｐｒｏｊｅｎｄ１に沿ったＤＦＳａ’の「上端部」ピクセルの位置合わせされた投射及び対応する高さ点Ｚｄｆｓａ’２への線ｐｒｏｊｅｎｄ２に沿ったＤＦＳａ’の「下端部」ピクセルの位置合わせされた投射に示されるように、異なるＺ高さでＤＦＳａ’内の各ピクセルに対応する各Ｚ高さプロファイルに交差する。これは、示されるように、エッジ７２５がＤＦＳａ’に沿ったあるピクセル位置において別のピクセル位置から「オフセット」しており、すなわち、別のピクセル位置に対するＤＦＳａ’に沿ったある位置のエッジ７２５のオフセットＯａｂ’が大きなＯａｂ’であり得ることを意味する。このため、実際の画像合焦高さは一般に、チャート７２０に示されるＺ高さの範囲Ｚｒａｎｇｅ−ｄｆｓａ’に示されるように、ＤＦＳａ’内のすべてのピクセルで同じではない。これは、関連付けられるコントラスト又は合焦尺度が別途合焦された画像部分を含むことになり、それにより、ＤＦＳａ’の中心点ＣＰでの公称高さ（例えば、図７Ａに示されるように、プロファイル線７０４ｐｌ’に沿ったＣＰの位置での適切なＺ高さであるＺｄｆｓａ）を正確に反映することができないことを意味する。実際に、図７Ｂに示される例では、ＤＦＳａ’が、ＤＦＳａ’の中心点ＣＰにおいて公称Ｚ高さよりもかなり下のＺ高さ画像部分を有することになり、ＤＦＳａ’のコントラスト又は合焦尺度（及び測定されるＺ高さ）を誤って低くすることが分かる。別の視点から、より長いフィルタリング方向がエッジ７２５を部分的に横切るように、ＤＦＳａ’が位置ずれするため、エッジ７２５を横切っていくらかの方向性フィルタリングを提供し、真のプロファイルが失われるように、エッジ７２５を囲む高さ情報を平滑化し歪ませると言える。ＲＯＩ’全体を通して同様に位置ずれしたＤＦＳｓは、同じ理由で同様の不正確性を有し得、結果として生成されるＺ高さプロファイルは、エッジ７２５の位置を不良な正確性及び／又は分解能で示すことになる。

図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、ＤＦＳｓ及びＰＦＦ技術を利用するエッジビデオツールが、参照エッジのアライメント補正を提供し、オフセットＯａｂ’（例えば、図７Ｂの位置ずれ角度ＭＡに対応する）等を除去又は補償し、それにより、ＤＦＳ全体を通して（又はノイズの多いエッジの検出又は推定位置を向上させる他の方向性フィルタリング技術により使用される平均化データセット全体を通して）画像データが概ね同じ公称合焦高さを有することが望ましい。これは、図７Ａに示されるように、そのようなエッジビデオツールが所望のＺ高さ精度及び分解能を提供する能力を強化する。参照エッジのアライメント補正は、さらに詳細に後述するように、概ね既知の形状（例えば、検査システムのユーザに既知であり、且つ／又は特定のビデオツールタイプ若しくはパラメータ等に反映される直線又は円形形状）を有するエッジに対して特に可能であり、望ましい。

ＤＦＳの対応するピクセルが、平均化又はフィルタリング動作を含む解析により適宜結合可能な内容（例えば、公称的に同様のＺ高さ）を有するように、エッジ要素に沿った互いに対するあるＤＦＳピクセルのオフセット（もしあれば）を補償するために、様々な方法を使用して、予備方向に対するオフセットを識別し得、予備方向は代替として、元の方向、参照方向、又はデフォルト方向として特徴付け得、予備方向性フィルタリング方向として特徴付け、且つ／又は使用してもよい。例えば、一実施形態では、ＲＯＩベースの正方形コントラスト核（例えば、正方形小領域３０５）の予備Ｚ高さマップを特定し得る。次に、その高さマップ内のエッジを横切り、エッジに沿って分布する複数の平行線のＺ高さプロファイルを特定し得る。いくつかの実施形態では、これらの予備プロファイル線は、例えば、図７Ｂのプロファイル線Ｌａ’及びＬｂ’のように、ＲＯＩの全体位置合わせ（例えば、ＲＯＩの辺に垂直）に基づき得る。参照すべきエッジに対応する予備エッジ点は、そのような各プロファイル線に沿って配置し得る（例えば、Ｚ高さ勾配ピーク位置に対応するものとして）。画像データ及び／又は基礎をなす表面はノイズが多いため、いくつかの実施形態では、いくつかのプロファイル線を使用し得る。直線エッジの場合（図７Ａ及び図７Ｂに示されるように）、線をこれらのエッジ点に当てはめ得、そのＲＯＩに相対するその近似線及び／又はそのＲＯＩの予備若しくはデフォルトＤＦＳの位置ずれ角度を特定し得る。ＤＦＳに沿った２つの位置での例示的なＤＦＳ方向からの近似線のオフセット距離の差は、ｓｉｎ（ＭＡ）^*２つの位置の距離になる。より一般的には、様々な実施形態では、エッジ測定ビデオツールは、ボックスツール、円ツール、及び円弧ツールの１つであり、各ＤＦＳに沿ったエッジ要素の各オフセット量を特徴付けることは、エッジ点を検出し、ビデオツールに関連付けられた線形状をエッジ点に当てはめ、ビデオツールにより方向性フィルタリングに使用される予備又はデフォルト方向性フィルタリング方向に沿った様々な位置での近似線の各オフセット量を特徴付けることを含む。ビデオツールがボックスツールである場合、ビデオツールに関連付けられる線形状は直線であり、予備方向性フィルタリング方向に沿った様々な位置での近似線の各オフセット量を特徴付けることは、近似線と、そのＲＯＩの予備又はデフォルトＤＦＳ方向との角度を特定することを含み得る。エッジ測定ビデオツールが円ツールである場合、予備プロファイル線はすべて、円ツールの中心から延びる半径に沿い得、ビデオツールに関連付けられる線形状は円であり、各予備プロファイル線に沿った近似線の各オフセット量を特徴付けることは、当てはめられた円がどこで予備プロファイル線と交差するかを特定することを含み得る。いずれの場合でも、直線エッジの位置ずれ角度が特徴付けられる（又は円又は円弧ツールでは、予備「ＤＦＳ円又は弧」に相対する当てはめられた円エッジの位置ずれに対して、より複雑な特徴付けが行われる）と、上述した原理により、ツール内のＤＦＳの方向を、エッジに適宜位置合わせされるように調整し得ることが理解されるだろう。一実施形態では、エッジ測定ビデオツールが円ツール又は円弧ツールである場合、各ＤＦＳ弧はすべて、円又は円弧ツールの中心から延びる半径に直交する「同心」のＤＦＳであり得、ビデオツールに関連付けられる線形状は円（又は円の部分）であり得、当てはめられた円の中心を、円又は円弧ツールの中心又は走査線の中心に相対して特定し得る。次に、ツールの中心は、当てはめられた円の中心に一致するように調整し得、調整された半径及び関連付けられた弧形状ＤＦＳ位置を計算し得る。

直線エッジの代替として、ワークピース及びカメラが互いに対して回転し得、それにより、カメラのピクセル行又は列が使用されて、ＤＦＳ方向が定義され、ワークピースのエッジに対して平行方向に沿って向けられるが、これが、多くのマシンビジョンシステムにおいて時間がかかるか、又は不可能な代替であり得、したがって、そのようなシステムでの好ましくないことがあることが理解されるだろう。いずれの場合でも、エッジに実際に平行するようなＤＦＳ方向の調整は、参照エッジのアライメント補正として見なし得る。

ＤＦＳ内のすべてのピクセルが画像ピクセル位置に厳密に一致する可能性が低いことが理解されるだろう。そのような場合、ＰＦＦ動作に使用されるＤＦＳ内の「ピクセル」位置での画像値は、様々な既知の方法により周囲の画像ピクセルに基づく補間により特定し得る。前に取得された画像データに基づいて所望の線及び／又は方向に沿って補間された画像強度を計算することは、例えば、米国特許第７，５６７，７１３号に教示されている。

位置ずれを特定する別の代替の方法は、Ｘ−Ｙ平面においてビデオツールに関連付けられた代表的なＤＦＳ又はＤＦＳセットの向き及び／又は位置を変更する検索を実行し、各向き及び／又は位置で、各向き及び／又は位置に関連付けられた方向性フィルタリング方向に沿ったＺ高さの分布を特徴付けることを含み得る。本質的に、分布の幅が、関連付けられた方向性フィルタリング方向のオフセット又は位置ずれを特徴付ける。次に、ＤＦＳの向き及び／又は位置を、ＤＦＳ又はＤＦＳセット内の最も狭いＺ高さ分布（例えば、最小の標準偏差）を提供する向き及び／又は位置に設定し得、これを参照エッジのアライメント補正と見なし得る。

位置ずれを特定する別の代替の方法は、Ｘ−Ｙ平面においてビデオツールに関連付けられた代表的なＤＦＳセットの向き及び／又は位置を変更する検索を実行し、セットの各向き及び／又は位置で、エッジに交差する少なくとも１つの予備Ｚ高さプロファイルを形成することを含み得る。そのような一実施形態では、ＤＦＳは、代表的なＤＦＳセット全体に基づいて、平均Ｚ高さプロファイルを表す単一の代表的な複合エッジプロファイル（すなわち、エッジを横切るＺ高さ）が生成されるように定義され、且つ／又は使用される。いずれの場合でも、結果として生成される予備Ｚ高さプロファイルが評価される。結果として生成されるプロファイルにおいて特徴付けられるエッジの鮮明さは本質的に、関連付けられた方向性フィルタリング方向のオフセット又は位置ずれを特徴付ける。特に、Ｚ高さプロファイルにおいて最も狭いエッジ、最も狭い勾配ピーク、及び／又は最高のエッジ勾配を提供する向き及び／又は位置が、最良に位置合わせされ、参照エッジのアライメント補正及び／又は動作方向性フィルタリング方向を定義する向き及び／又は位置である。言い換えれば、対応するＺ高さプロファイルにおいて最も狭いエッジ、最も狭い勾配ピーク、及び／又は最高のエッジ勾配を提供する向き及び／又は位置は、そのＺ高さプロファイルの提供に使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する参照エッジのアライメント補正に対応する。上記手順は、学習モード及び／又は実行モード中に使用し得る。いくつかの実施形態では、学習モード中に特定される最良のＺ高さプロファイル（最良の参照エッジのアライメント補正に対応する）はパートプログラムに保存され、実行モード中、実行モード方向性フィルタリング方向が、対応する実行モードＺ高さプロファイルの、記憶された学習モードＺ高さプロファイルへの一致を概ね最大化することに基づいて調整される。ＤＦＳ方向に参照エッジのアライメント補正を提供する他の代替が、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであり得る。

パートプログラムが作成される場合、エッジ検出ビデオツールにより位置特定すべき特定のワークピースエッジを特徴付けるパラメータ（「学習された」エッジパラメータとも呼ばれる）が、学習モード中にエッジに相対して向けられるため、ビデオツール位置合わせ及びＤＦＳパラメータに基づくことを理解されたい。対照的に、そのパートプログラムが実行されて、実行モード中に異なるワークピースの対応するエッジを自動的に検出する場合、ワークピースエッジは、プログラムされたビデオツールに相対してわずかに異なる角度又は位置に回転又は並進移動し得、それにより、学習されたエッジパラメータが、実行モード中にエッジの特徴に一致しない可能性が高くなる。特にノイズの多いエッジの場合、確実なエッジ検出が本質的に難しく、そのような誤差の許容性が最小であり得ることが理解されるだろう。したがって、そのような場合でのエッジ検出確実性を増大させるために、エッジ要素に対する実行モードＤＦＳ向きが、学習モードＤＦＳ向きと可能な限り同様であることを保証することが望ましいことがあり、これは、パートプログラムに含まれる学習されたエッジパラメータと、実行モード中に観測されるエッジ要素とが一致する可能性を増大させる。この場合、一実施形態では、学習モード中及び／又は実行モード中のエッジに実際に平行するようなＤＦＳ方向の調整は、参照エッジのアライメント補正と見なし得る。別の実施形態では、学習モード中、エッジ又はＤＦＳ方向の別の特徴付け（例えば、ＤＦＳ方向に沿ったＺ高さプロファイル又はＺ高さの分布）に相対するＤＦＳ方向の実際の向きを特定し、記録し得、次に、エッジに対する実行モードＤＦＳ向を、実際のＤＦＳ向き又は学習モード中に記録された他の特徴に最良に一致するように調整し得る。この場合、学習モード中に記録されたエッジに対する実際のＤＦＳ向き又は他のＤＦＳ特徴に一致するようなエッジに対する実行モードＤＦＳ向きの調整（例えば、相関付け解析又は他の既知のデータ／プロファイル比較技術に基づく）は、参照エッジのアライメント補正と見なし得る。いくつかのそのような実施形態では、ＤＦＳ方向は、学習モード及び／又は実行モード中、ＤＦＳの長寸法に直交する方向に沿ってＤＦＳデータに基づいて特定されるＺ高さプロファイル内のエッジ要素に対応する勾配が概ね最大化されるように調整し得る。いずれの場合でも、上述した手順は、パートプログラムが実行モード中に同様のワークピースに適用される場合、学習モードワークピースで特定され、パートプログラムに記録されるエッジ検出パラメータの信頼性を増大させ得る。

上述したように、いくつかの実施形態では、ＤＦＳ方向をビデオツール（例えば、ビデオツール関心領域）に関連して定義し得、ＤＦＳ方向の調整及び／又は補償が、関心領域の要素又は特徴の調整を含み得ることが理解されるだろう。したがって、様々な実施形態では、ＤＦＳ方向を直接（例えば、ＤＦＳに直接関連するビデオツールパラメータにより）又は間接的に（例えば、ＤＦＳに影響する関連するビデオツール特徴又はパラメータを通して）調整し、且つ／又は補償し得ることが理解されるだろう。

図８Ａ〜図８Ｃは、本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正の提供に関連するボックスツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の直線エッジ要素８２５のプロファイル及び／又はエッジ位置データを特定するために位置決めされたＰＦＦボックスツール８００を示す。図８Ａ〜図８Ｃに示されるように、ボックスツールは、ワークピースの画像に重ねられた少なくとも１つの関心領域インジケータＲＯＩｉｎを含むユーザインタフェースを含み、ユーザインタフェースにおいて、ワークピースの画像に重ねられる参照エッジのアライメント補正が提供された（又は提供されていない）表示を提供する。いくつかのそのような実施形態では、ユーザインタフェース要素の調整は、ワークピースの画像に重ねられた１つ又は複数の要素の属性（例えば、色、線種等）を変更すること、又は画像に重ねられる参照エッジのアライメント補正インジケータ（例えば、エッジ参照インジケータＥＲｉｎアイコン又はウィジェット）を追加若しくは調整することを含み得る。図８Ａに示されるように、参照エッジのアライメント補正はまだ提供されていない（例えば、ツールはまだ、学習モード又は手動モードで実行又はトレーニングされていない）。その結果、ビデオツールＧＵＩは初期状態（例えば、トレーニングされていない状態）で表示される。いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正がまだ提供されていないことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは単に初期状態で表示される。

図８Ｂ及び図８Ｃに示されるように、参照エッジのアライメント補正が提供された（例えば、ツールが、学習モード又は手動モードで実行又はトレーニングされた）。この特定の実施形態では、ビデオツールの内部動作が、方向性フィルタリング方向に沿った各位置間のオフセットをなくした（例えば、上述したように、予備位置ずれ角度特定に基づいてＤＦＳ方向を調整することにより）。その結果、いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示唆するように、初期状態に関連する要素の１つを調整する。例えば、図８Ｂでは、ボックスツールであるビデオツール８００は、軸の１つがエッジ要素に垂直になり、その一方で、他の軸が方向性フィルタリング方向を表し、エッジ要素に平行するように、関心領域インジケータを回転させることによりユーザインタフェースを調整する。図８Ｃでは、ビデオツール８００は、エッジ要素８２５に平行するように、１つ又は複数のエッジ方向インジケータＥＤｉｎを提供し、且つ／又は回転させる。一実施形態では、エッジ方向インジケータＥＤｉｎの１つは、エッジ要素に位置合わせされた「線形状」と呼ぶことができ、そして、図示されるように、元又はデフォルトの方向性フィルタリング方向に相対して傾斜して向けられ得る（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの垂直エッジにより現れるように）。したがって、エッジ方向インジケータＥＤｉｎの１つと、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの垂直エッジの１つとの角度を使用して、元又はデフォルト方向性フィルタリング方向（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの垂直エッジで表される）に沿った各位置で位置合わせされた線形状（例えば、エッジ方向インジケータＥＤｉｎ）の各オフセット量を特徴付け得る。

図９Ａ〜図９Ｃは、本明細書に開示される原理により、ＤＦＳ／エッジオフセットを実質的になくす参照エッジのアライメント補正の提供に関連する円弧ツール状態を示す様々なビデオツールユーザインタフェース実施形態を含む、ワークピース画像の円形エッジ要素９２５のプロファイル及び／又はエッジ位置データを特定するために位置決めされたＰＦＦ円弧ツール９００を示す。図９Ａ〜図９Ｃは図８Ａ〜図８Ｃと同様であり、同様に理解し得るため、手短な説明のみを提供する。円弧ツール９００は、ワークピースの画像に重ねられた関心領域インジケータＲＯＩｉｎを含むユーザインタフェースを含む。図９Ａに示されるように、参照エッジのアライメント補正はまだ提供されていない。その結果、ビデオツールＧＵＩは初期状態（例えば、トレーニングされていない状態）で表示される。いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正がまだ提供されていないことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは単に初期状態で表示される。

図９Ｂ及び図９Ｃに示されるように、参照エッジのアライメント補正が提供された（例えば、ツールが、学習モード又は手動モードで実行又はトレーニングされた）。この特定の実施形態では、ビデオツールの内部動作が、エッジと、円形／接線方向性フィルタリング方向とのオフセットをなくした（例えば、上述したように、予備位置ずれ角度特定に基づいてＤＦＳ方向を調整することにより）。その結果、いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示唆するように、初期状態に関連する要素の１つを調整する。例えば、図９Ｂでは、ビデオツール９００は、弧の境界がエッジ要素９２５と概ね同心になるように、関心領域インジケータＲＯＩｉｎを位置決めすることにより、ユーザインタフェースを調整する。図９Ｃでは、ビデオツール９００は、エッジ要素と概ね同心になるように、エッジ方向インジケータＥＤｉｎを提供し、且つ／又は位置決めする。一実施形態では、エッジ方向インジケータＥＤｉｎの１つは、エッジ要素に位置合わせされた「線形状」と呼ぶことができ、見られるように、元々の又はデフォルトの方向性フィルタリング方向に相対して傾斜して向けられ得る（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの弧エッジにより現れるように）。したがって、エッジ方向インジケータＥＤｉｎの１つと、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの弧エッジの１つとの角度を使用して、元又はデフォルト方向性フィルタリング方向（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの弧エッジで表される）に沿った各位置で位置合わせされた線形状（例えば、エッジ方向インジケータＥＤｉｎ）の各オフセット量を特徴付け得る。円ツールの様々な実施形態が、図９Ａ〜図９Ｃに示される弧の実施形態と同様の特徴を有し得ることが理解されるだろう。

図９Ａは、例示的で任意選択の検索エリアインジケータＳＡを示し、これは、様々なビデオツールのユーザインタフェースに含めて、上述したように、位置合わせ補償の検索手順に使用される検索エリアを示し得る。いくつかの実施形態では、ユーザは、検索をより高速にする（例えば、より小さな検索エリア）又はよりロバストな検索にする（例えば、より大きな検索エリア）ために、検索エリアのサイズを調整し得る（例えば、サイド又は隅をドラッグすることにより）。

上述したように、いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正は、方向性フィルタリング方向に沿った各位置での各オフセット量を特定し、上述したように、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量が実質的に補償されるような、データの調整に使用される。そのような実施形態では、ユーザインタフェースの調整は、関心領域インジケータ、エッジ方向インジケータ、及び検出エッジ点を表す表示のうちの少なくとも１つを、各オフセット量を記号で表すように調整することを含み得る。図１０Ａ〜図１０Ｃ及び図１１Ａ〜図１１Ｃは、そのような実施形態において使用し得るユーザインタフェース特徴を示す。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、図８Ａ〜図８Ｃと一般に同様であり、同様に理解し得るため、手短な説明のみが提供される。ボックスツール１０００は、ワークピースの画像に重ねられた関心領域インジケータＲＯＩｉｎを含むユーザインタフェースを含む。図１０Ａに示されるように、参照エッジのアライメント補正はまだ提供されていない。その結果、ビデオツールＧＵＩは初期状態（例えば、トレーニングされていない状態）で表示される。いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正がまだ提供されていないことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは単に初期状態で表示される。

図１０Ｂ及び図１０Ｃに示されるように、参照エッジのアライメント補正が提供された（例えば、ツールが、学習モード又は手動モードで実行又はトレーニングされた）。この特定の実施形態では、ビデオツールの内部動作が、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのオフセットを特定した（例えば、上述したように、オフセットを計算的に補償し得るように）。その結果、いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示唆するように、初期状態に関連する要素の１つを調整する。例えば、図１０Ｂでは、エッジ方向インジケータＥＤｉｎがエッジ要素１０２５に平行し、且つ／又はエッジ要素１０２５と若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの垂直エッジに平行するものとして示される）を示す線との角度を示すように、エッジ方向インジケータＥＤｉｎを提供し、且つ／又は位置決めする。図１０Ｃでは、ビデオツール１０００は、エッジ要素に概ね沿って、検出エッジ点表現ＤＥＰ又は検出エッジ点に当てはめられた線を提供し、且つ／又は位置決めする。特定の実施態様では、検出エッジ点に当てはめられた線を使用して、若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの垂直エッジに平行して示される）に対する角度を示し得、且つ／又は方向性フィルタリング方向を表す線を使用して、若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向に沿った各位置（例えば、各検出エッジ点表現ＤＥＰ）での各オフセット量を特徴付け得る。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、図９Ａ〜図９Ｃと一般に同様であり、同様に理解し得るため、手短な説明のみが提供される。円弧ツール１１００は、ワークピースの画像に重ねられた関心領域インジケータＲＯＩｉｎを含むユーザインタフェースを含む。図１１Ａに示されるように、参照エッジのアライメント補正はまだ提供されていない。その結果、ビデオツールＧＵＩは初期状態（例えば、トレーニングされていない状態）で表示される。いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正がまだ提供されていないことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは単に初期状態で表示される。

図１１Ｂ及び図１１Ｃに示されるように、参照エッジのアライメント補正が提供された（例えば、ツールが、学習モード又は手動モードで実行又はトレーニングされた）。この特定の実施形態では、ビデオツールの内部動作が、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのオフセットを特定した（例えば、上述したように、オフセットを計算的に補償し得るように）。その結果、いくつかの実施形態では、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示す状態で、任意選択のエッジ参照インジケータＥＲｉｎを表示し得る。他の実施形態では、ビデオツールＧＵＩは、参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示唆するように、初期状態に関連する要素の１つを調整する。例えば、図１１Ｂでは、ビデオツール１１００は、曲線がエッジ要素１１２５と概ね同心又は一致し、且つ／又はエッジ要素１１２５と、若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向を示す線（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎのエッジと同心に示される）との角度を示すように、エッジ方向インジケータＥＤｉｎを提供し、且つ／又は位置決めする。図１１Ｃでは、ビデオツール１１００は、エッジ要素に概ね沿って、検出エッジ点表現ＤＥＰ又は検出エッジ点に当てはめられた線を提供し、且つ／又は位置決めする。特定の実施態様では、検出エッジ点に当てはめられた線を使用して、若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向（例えば、関心領域インジケータＲＯＩｉｎの弧エッジに同心に示される）に対する角度を示し得る。特定の実施態様では、検出エッジ点に当てはめられた線を使用して、若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向（例えば、関心領域ＲＯＩｉｎの弧エッジと同心に示される）に相対する角度を示し得、且つ／又は各検出エッジ点表現ＤＥＰと、方向性フィルタリング方向を表す線との距離を使用して、若しくはデフォルト方向性フィルタリング方向に沿った各位置（例えば、各検出エッジ点表現ＤＥＰ）での各オフセット量を特徴付け得る。

様々な実施形態において、本明細書に開示される参照エッジのアライメント補正方法の実施は、ａ）参照エッジのアライメント補正動作を含むタイプのエッジ要素ビデオツールを選択すること、ｂ）参照エッジのアライメント補正動作を含むエッジ要素ビデオツールの参照エッジのアライメント補正モード又はオプションを選択すること、ｃ）参照エッジのアライメント補正を含むエッジ要素ビデオツールの方向性フィルタリングモード又はオプションを選択すること、及びｄ）エッジ要素ビデオツールと併せて動作する参照エッジのアライメント補正動作を提供する参照エッジのアライメント補正ツールを選択すること、のうちの１つを含み得る。そのような実施形態では、方向性フィルタリング方向に沿った複数の各位置を解析して、参照エッジのアライメント補正を提供するステップは、エッジ要素ビデオツールの動作と併せて参照エッジのアライメント補正動作を実行することを含み得る。

いくつかの場合、当該方法は、マシンビジョンシステムの学習モード中に実行され、対応する動作がパートプログラムに記録される。他の場合、方法の少なくともいくつかのステップは、パートプログラムに記録された対応する動作を実行することにより、マシンビジョンシステムの実行モード中に実行される。

いくつかの実施形態では、当該方法は、参照エッジのアライメント補正を適用して、方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量が、ａ）実質的に除去されること、ｂ）実質的に補償されること、及びｃ）方向性フィルタリング方向に沿った各位置での対応するエッジ要素の、以前に特定された各オフセット量に実質的に一致することのうちの少なくとも１つであるように、方向性フィルタリング方向を調整することをさらに含み得る。

図８〜図１１に示されるこれらの参照エッジのアライメント補正状態インジケータが、単なる例示であり、限定ではないことが理解されるだろう。

図１２は、マシンビジョン検査システムにおいて凸凹表面のエッジのエッジ検出を強化する方法１２００の流れ図である。ブロック１２１０において、関心領域定義部を含むエッジ要素ビデオツールが提供される。エッジ要素ビデオツールは、関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、関心領域のエッジ要素のプロファイルデータを特定するように構成される。特定の一実施態様例では、そのような画像は、合焦点（ＰＦＦ）動作の一環として取得し得る。

ブロック１２２０において、ワークピースがマシンビジョン検査システムの視野に配置される。ブロック１２３０において、エッジ要素ビデオツールが動作して、ワークピースの取得画像内のエッジ要素を含むビデオツール関心領域を定義する。ブロック１２４０において、エッジ要素ビデオツールが動作して、関心領域内の少なくとも１つのワークピース画像の画像データを解析し、参照エッジのアライメント補正を提供する。参照エッジのアライメント補正は、エッジ要素のプロファイルデータを特定する前、複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングするために使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置でのエッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化することに関連する。

図１３は、方向性フィルタリングに基づくエッジ要素のプロファイルデータを特定する方法１３００の流れ図である。ブロック１３１０において、エッジ要素ビデオツールが動作して、複数の異なる合焦位置の画像を取得する。ブロック１３２０において、参照エッジのアライメント補正が適用されて、方向性フィルタリング方向を調整する。ブロック１３３０において、複数の異なる合焦位置の画像は、参照エッジのアライメント補正の適用後、方向性フィルタリングされる。ブロック１３４０において、エッジ要素のプロファイルデータは、方向性フィルタリングされた複数の異なる合焦位置の画像に基づいて特定される。

図１４は、合焦点（ＰＦＦ）ベースピクセル位置に関連して定義される方向性フィルタリング小領域を利用して方向性フィルタリングを実行する方法１４００の流れ図である。ブロック１４１０において、複数の異なる合焦位置の画像が、複数の各画像のＰＦＦの基本となるピクセル位置に対応するポイントに関連して定義される方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を使用して方向性フィルタリングされる。各ＤＦＳは、方向性フィルタリング方向に概ね直交する第２の方向に沿った短寸法よりも大きな、方向性フィルタリング方向に沿った長寸法を有するような形状である。ブロック１４２０において、参照エッジのアライメント補正を使用して、方向性フィルタリング方向を調整する。調整は、方向性フィルタリングの実行前に、方向性フィルタリング方向に沿ったエッジ要素のオフセット量が、ａ）実質的に除去されること、及びｂ）実質的に補償されることのうちの少なくとも一方であるように実行される。

上記から、本発明の特定の実施形態が例示のために本明細書に記載されたが、本発明の範囲から逸脱せずに、様々な変更を行い得ることが理解されるだろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による以外、限定されない。

１０、１００マシンビジョン検査システム
１２画像測定機
１４制御コンピュータシステム
１６ディスプレイ
１８プリンタ
２０ワークピース
２２ジョイスティック
２４キーボード
２６マウス
３２可動式ワークピースステージ
３４光学撮像システム
１２０制御システム部
１２５コントローラ
１３０入出力インタフェース
１３１撮像制御インタフェース
１３２運動制御インタフェース
１３２ａ位置制御要素
１３２ｂ速度／加速度制御要素
１３３照明制御インタフェース
１３３ａ〜１３３ｎ、１３３ｆｌ照明制御要素
１３４レンズ制御インタフェース
１３６ディスプレイ装置
１３８入力装置
１４０メモリ
１４１画像ファイルメモリ部
１４２ワークピースプログラムメモリ部
１４３ビデオツール部
１４３ａ、１４３ｎ代表的ビデオツール部
１４３ｅｆｔ方向性フィルタリング及び位置合わせ補償を有するエッジ要素ツール
１４３ｅｒａｃｄ参照エッジのアライメント補正定義部
１４３ｒｏｉ関心領域生成器
１７０ワークピースプログラム生成・実行器
１９０電源部
２００ビジョン構成要素部
２０５光学アセンブリ部
２１０ワークピースステージ
２１２中央透明部
２２０透過光
２２１、２３１、２４１、２８１バス
２６２、２９６信号線
２３０、２３０’ 落射照明光
２３２光
２４０斜め照明光
２５０交換式対物レンズ
２５５ワークピース光
２６０カメラ
２８０ターレットレンズアセンブリ
２８４軸
２８６、２８８レンズ
２９０ミラー
２９１ビームスプリッタ
２９４制御可能なモータ
３００、４００Ａ、４００Ｂ、５００、６００図
３０４Ｙｄｆｓ、３０４Ｘｄｆｓ方向性フィルタリング小領域
３０５正方形フィルタリング小領域
３１０、４１０Ａ、４１０Ｂ画像ピクセル
４０４Ａ、４０４ＢＤＦＳセット
４０４ＡｐｌｙＹ方向プロファイル線
４０４ＢｐｌｘＸ方向プロファイル線
５１０、６１０深度マップ
５１２、５１４、６１２、６１４Ｙ位置
５２０、６２０プロファイル再構築領域
５２２、５２４、６２２、６２４、１０２５、１１２５エッジ要素
５３０、６３０ウィンドウ
５３１、６３１Ｚプロファイル曲線
５０４ｐｌｙ、６０４ｐｌｙＺ高さプロファイル線
６１２、６１４垂直位置
６３２、６３４溝側部プロファイル
７００視野
７０４ｐｌ、７０４ｐｌ’、７０４’ プロファイル線
７０５位置合わせされたビデオツール
７０５’、１０００ビデオツール
７１０、７２０チャート
７１２ボックス
７２５、８２５直線エッジ要素
７２６第２のエッジ
８００ＰＦＦボックスツール
９００ＰＦＦ円弧ツール
９２５円形エッジ要素
１０００ボックスツール
１１００円弧ツール
１２００、１３００、１４００方法

Claims

マシンビジョン検査システムにおいてエッジ要素のプロファイルデータを特定する方法であって、前記マシンビジョン検査システムは、
関心領域定義部を含むエッジ要素ビデオツールであって、前記関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、前記関心領域におけるエッジ要素のプロファイルデータを特定するように構成される、エッジ要素ビデオツールを備え、
前記方法は、
ワークピースを前記マシンビジョン検査システムの視野に配置すること、
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記ワークピースの取得画像内のエッジ要素を含むビデオツール関心領域を定義すること、及び
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記関心領域内の少なくとも１つのワークピース画像の画像データを解析し、前記エッジ要素の前記プロファイルデータを特定する前に、前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングするために使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する参照エッジのアライメント補正を提供すること、
を含む、方法。
前記参照エッジのアライメント補正は、前記方向性フィルタリング方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量が、ａ）実質的に除去されること、ｂ）実質的に補償されること、及びｃ）前記方向性フィルタリング方向に沿った各位置での対応するエッジ要素の、以前に特定された各オフセット量に実質的に一致されることのうちの少なくとも１つであるように、前記方向性フィルタリング方向を調整する、請求項１に記載の方法。
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、
前記参照エッジのアライメント補正を適用して、前記方向性フィルタリング方向を調整すること、
前記参照エッジのアライメント補正を適用した後、前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすること、及び
前記方向性フィルタリングされた複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、前記エッジ要素の前記プロファイルデータを特定すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすることは、前記複数の画像のそれぞれのＰＦＦの基本となるピクセル位置に対応するポイントに関連して定義される方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を使用することを含み、各ＤＦＳは、前記方向性フィルタリング方向に概ね直交する第２の方向に沿った短寸法よりも大きな、前記方向性フィルタリング方向に沿った長寸法を有し、
前記参照エッジのアライメント補正を使用して、前記方向性フィルタリング方向に沿った前記エッジ要素の前記オフセット量が、前記方向性フィルタリングを実行する前に、ａ）実質的に除去されること、及びｂ）実質的に補償されることの少なくとも１つであるように、前記方向性フィルタリング方向を調整する、請求項３に記載の方法。
前記短寸法は多くとも５ピクセルであり、前記長寸法は少なくとも、前記短寸法の３倍である、請求項４に記載の方法。
前記ＤＦＳの前記ＰＦＦの基本となるピクセル位置に関連付けられたＺ高さ又はＰＦＦによる測定の一方が専ら、そのＤＦＳに含まれる前記ピクセルに基づいて特定される、請求項５に記載の方法。
前記エッジ要素ビデオツールは、少なくとも、前記ワークピースの画像に重ねられた関心領域インジケータを含むユーザインタフェースを含み、前記方法は、前記ユーザインタフェースにおいて前記ワークピースの前記画像に重ねられた要素を調整することにより、前記参照エッジのアライメント補正が提供されたことの表示を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ユーザインタフェースにおいて前記ワークピースの前記画像に重ねられた要素を調整することは、前記参照エッジのアライメント補正が提供されたことを示すために、関心領域インジケータ、エッジ方向インジケータ、及び方向性フィルタリング方向インジケータのうちの少なくとも１つを調整することを含む、請求項７に記載の方法。
前記エッジ要素ビデオツールは、直線エッジ要素に対応して構成され、前記関心領域インジケータを調整することは、軸の１つが前記エッジ要素に直交するように、前記関心領域インジケータを位置決めすることを含み、前記エッジ方向インジケータを調整することは、前記エッジ要素に平行するように前記エッジ方向インジケータを位置決めすることを含み、前記方向性フィルタリング方向インジケータを調整することは、前記エッジ要素に平行又は直交するように、前記方向性フィルタリング方向インジケータを位置決めすることを含む、請求項８に記載の方法。
前記エッジ要素ビデオツールは、円形エッジ要素及び円弧エッジ要素のうちの一方に対応して構成され、前記関心領域インジケータを調整することは、境界が前記エッジ要素と概ね同心になるように、前記関心領域インジケータを位置決めすることを含み、前記エッジ方向インジケータを調整することは、前記エッジ要素と概ね同心になるように、前記エッジ方向インジケータを位置決めすることを含み、前記方向性フィルタリング方向インジケータを調整することは、前記エッジ要素と概ね同心になるように、前記方向性フィルタリング方向インジケータを位置決めすることを含む、請求項８に記載の方法。
前記ユーザインタフェースにおいて前記ワークピースの前記画像に重ねられた要素を調整することは、前記ワークピースの前記画像に重ねられた要素の属性を変更すること、及び前記画像に重ねられる参照エッジのアライメント補正インジケータを追加することのうちの一方を含む、請求項７に記載の方法。
前記方法は、ａ）参照エッジのアライメント補正動作を含むタイプであるような前記エッジ要素ビデオツールを選択すること、ｂ）前記エッジ要素ビデオツールの、参照エッジのアライメント補正動作を含む参照エッジのアライメント補正モード又はオプションを選択すること、ｃ）前記エッジ要素ビデオツールの、参照エッジのアライメント補正動作を含む方向性フィルタリングモード又はオプションを選択すること、及びｄ）前記エッジ要素ビデオツールと併せて動作する参照エッジのアライメント補正動作を提供する参照エッジのアライメント補正ツールを選択することのうちの１つを含み、
前記関心領域の少なくとも１つのワークピース画像の前記画像データを解析して、前記参照エッジのアライメント補正を提供することは、前記エッジ要素ビデオツールの動作と併せて前記参照エッジのアライメント補正動作を実行することを含む、請求項１に記載の方法。
前記方法は、前記マシンビジョンシステムの学習モード中に実行され、対応する動作はパートプログラムに記録される、請求項１に記載の方法。
前記方法の少なくともいくつかのステップは、パートプログラムに記録された対応する動作を実行することにより、前記マシンビジョンシステムの実行モード中に実行される、請求項１に記載の方法。
前記参照エッジのアライメント補正を提供することは、前記エッジ要素ビデオツールに関連付けられたデフォルト方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量を特徴付けることを含む、請求項１に記載の方法。
前記デフォルト方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量を特徴付けることは、
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、
前記関心領域の前記取得された複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、前記エッジ要素の予備プロファイルデータを特定すること、
前記予備プロファイルデータに基づいて、前記エッジ要素ビデオツールに関連付けられた線形状を前記エッジ要素に位置合わせすること、及び
前記デフォルト方向に沿った各位置での位置合わせされた前記線形状の各オフセット量を特徴付けること、
を含む、請求項１５に記載の方法。
前記エッジ要素ビデオツールに関連付けられた前記線形状は直線であり、前記デフォルト方向に沿った各位置において位置合わせされた前記線形状の各オフセット量を特徴付けることは、前記位置合わせされた直線と前記デフォルト方向との間の角度を特定することを含む、請求項１６に記載の方法。
前記エッジ要素ビデオツールに関連付けられた前記線形状は、円の少なくとも一部を含み、前記デフォルト方向はデフォルト円に平行する方向を辿り、前記デフォルト方向に沿った各位置において位置合わせされた前記線形状の各オフセット量を特徴付けることは、前記デフォルト円に対する前記位置合わせされた円の少なくとも一部の各オフセット量を特定することを含む、請求項１６に記載の方法。
前記方法は、
前記マシンビジョンシステムの学習モード中、前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記関心領域内の複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、
前記エッジ要素にわたる複数の代表的な複合Ｚ高さプロファイルを特定することであって、代表的な各複合Ｚ高さプロファイルを、各複合Ｚ高さプロファイルを特定する前に、複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングするために使用される対応する方向性フィルタリング方向に基づいて特定すること、
その代表的な複合Ｚ高さプロファイルを提供するために使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する、前記複数の代表的な複合Ｚ高さプロファイルのうちの１つを特定すること、及び
前記エッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する前記複数の代表的な複合Ｚ高さプロファイルのその１つに対応する前記方向性フィルタリング方向に基づいて、前記参照エッジのアライメント補正を決定すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
各オフセット量を実質的に最小化する前記複数の代表的な複合Ｚ高さプロファイルのうちの１つを特定することは、前記複数の代表的な複合Ｚ高さプロファイルの中から、前記代表的なエッジ要素に対応する最大プロファイル勾配を示す複合Ｚ高さプロファイルを特定することを含む、請求項１９に記載の方法。
エッジ要素のプロファイルデータを特定するシステムであって、
プログラム命令を記憶するメモリと、
前記プログラム命令を実行して、動作を実行するように構成されるプロセッサと、
を含み、前記動作は、
ワークピースをマシンビジョン検査システムの視野に配置すること、
エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記ワークピースの取得画像内のエッジ要素を含むビデオツール関心領域を定義すること、及び
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記関心領域内の少なくとも１つのワークピース画像の画像データを解析し、前記エッジ要素のプロファイルデータを特定する前に、複数の異なる合焦位置の画像を方向性でフィルタリングするために使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する参照エッジのアライメント補正を提供すること、
を含む、システム。
前記動作は、
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、
前記参照エッジのアライメント補正を適用して、前記方向性フィルタリング方向を調整すること、
前記参照エッジのアライメント補正を適用した後、前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすること、及び
前記方向性フィルタリングされた複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、前記エッジ要素の前記プロファイルデータを特定すること、
をさらに含む、請求項２１に記載のシステム。
前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすることは、前記複数の画像のそれぞれのＰＦＦの基本となるピクセル位置に対応するポイントに関連して定義される方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を使用することを含み、各ＤＦＳは、前記方向性フィルタリング方向に概ね直交する第２の方向に沿った短寸法よりも大きな、前記方向性フィルタリング方向に沿った長寸法を有し、
前記参照エッジのアライメント補正を使用して、前記方向性フィルタリング方向に沿った前記エッジ要素の前記オフセット量が、前記方向性フィルタリングを実行する前に、ａ）実質的に除去されること、及びｂ）実質的に補償されることの少なくとも１つであるように、前記方向性フィルタリング方向を調整する、請求項２２に記載のシステム。
命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令は、プロセッサにより実行可能であり、
ワークピースをマシンビジョン検査システムの視野に配置する動作と、
エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記ワークピースの取得画像内のエッジ要素を含むビデオツール関心領域を定義する動作と、
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、前記関心領域内の少なくとも１つのワークピース画像の画像データを解析し、前記エッジ要素のプロファイルデータを特定する前に、複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングするために使用される方向性フィルタリング方向に沿った各位置での前記エッジ要素の各オフセット量を実質的に最小化する参照エッジのアライメント補正を提供する動作と、
を実行する、コンピュータ可読記憶媒体。
前記動作は、
前記エッジ要素ビデオツールを動作させて、複数の異なる合焦位置の画像を取得すること、
前記参照エッジのアライメント補正を適用して、前記方向性フィルタリング方向を調整すること、
前記参照エッジのアライメント補正を適用した後、前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすること、及び
前記方向性フィルタリングされた複数の異なる合焦位置の画像に基づいて、前記エッジ要素の前記プロファイルデータを特定すること、
をさらに含む、請求項２４に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
前記複数の異なる合焦位置の画像を方向性フィルタリングすることは、前記複数の画像のそれぞれのＰＦＦの基本となるピクセル位置に対応するポイントに関連して定義される方向性フィルタリング小領域（ＤＦＳ）を使用することを含み、各ＤＦＳは、前記方向性フィルタリング方向に概ね直交する第２の方向に沿った短寸法よりも大きな、前記方向性フィルタリング方向に沿った長寸法を有し、
前記参照エッジのアライメント補正を使用して、前記方向性フィルタリング方向に沿った前記エッジ要素の前記オフセット量が、前記方向性フィルタリングを実行する前に、ａ）実質的に除去されること、及びｂ）実質的に補償されることの少なくとも１つであるように、前記方向性フィルタリング方向を調整する、請求項２５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。