JP6502071B2 - 拡張被写界深度を有する画像を得るマシンビジョン検査システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一般的にはマシンビジョン検査システムに関し、より詳細には拡張被写界深度画像の撮像動作に関する。
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、物体の精密な寸法測定を取得し、様々な他の物体要素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、ワークピースを横切って検査可能にするように移動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、イリノイ州オーロラ(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ベースの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、小さいワークピース及び比較的大きなワークピースのいずれについても、様々な倍率で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。
図1は、本明細書に記載される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はビジョン測定機12を含み、ビジョン測定機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可能に接続される。制御コンピュータシステム14は、さらに、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/又はプログラミングに適するユーザインタフェースを表示し得る。様々な実施形態では、タッチスクリーンタブレット等を、コンピュータシステム14、ディスプレイ16、ジョイスティック22、キーボード24、及びマウス26のうちの任意又は全ての代替としてもよく、且つ/又はそれ(ら)の機能を冗長的に提供してもよいことが理解されるだろう。
g(x,y)=f*h=ΣmΣnf(m,n)h(x−m,y−n) 式2
G=F・H 式3
f及びhのフーリエ変換は、高速フーリエ変換(FFT)アルゴリズムを使用して効率的に特定し得る。EDOF画像(周波数領域での)は、ここではHrとして示されるHの逆行列で画像Gを処理する(すなわち、乗算する)ことによって特定し得る。逆行列Hrは、いくつかの既知の方法で計算し得る。例えば、Hの単純な疑似逆行列は、式
・撮像システム内の要素の間隔を巨視的に調整せずに、合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたる撮像システムの合焦位置(焦点面)を周期的に変調し、合焦位置は、少なくとも300Hzの周波数でワークピースの表面高さを含む合焦範囲で周期的に変調され、
・合焦範囲内で合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に第1の予備画像を露光させ、
・第1の予備画像を処理して、画像積分時間中に生じた劣化画像の寄与を除去して、撮像システムが単一の合焦位置で提供するよりも深い被写界深度にわたって実質的に合焦されたEDOF画像を提供する。
12 ビジョン測定機
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、320 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、210 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
131e 拡張被写界深度モード
132 移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
140ed エッジ検出メモリ部
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、143a、143n ビデオツール部
143af オートフォーカスツール
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
212 中央透明部
220、230、230’、240、330 光源
221、231、241、262、281、296 信号線
222、232、242 光源光
250、350 対物レンズ
255、355 ワークピース光
260、360 カメラ系
280 ターレットレンズアセンブリ
286、288 レンズ
284 軸
290 ミラー
294 モータ
300、500 EDOF撮像システム
351、352 リレーレンズ
370 可変焦点距離レンズ
374 EDOFレンズコントローラ
386 チューブレンズ
390 ミラー
400 タイミング図
553 第1のフィルタリングレンズ
554 第2のフィルタリングレンズ
556 光学デコンボリューションフィルタ
560 カメラ
600A、600B グラフ
Claims (15)
- マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させて画像を提供する方法であって、
前記撮像システムは、可変焦点距離レンズと、前記可変焦点距離レンズから予備画像光を受け取るように配置された光学フィルタと、を含み、
(a)前記マシンビジョン検査システムの視野内にワークピースを配置することと、
(b)前記可変焦点距離レンズの合焦位置を、前記ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内で合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたって周期的に変調することと、
(c)前記合焦範囲内で前記合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に予備画像を露光することと、
(d)前記光学フィルタを使用して前記予備画像光を空間的にフィルタリングし、前記光学フィルタによって出力される光に基づいて、前記画像積分時間中に前記合焦範囲内で生じた劣化画像寄与を除去し、拡張被写界深度(EDOF)画像を提供するように、前記予備画像を処理することと、
を含む、方法。 - マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させて画像を提供する方法であって、
(a)前記マシンビジョン検査システムの視野内にワークピースを配置することと、
(b)前記撮像システムの合焦位置を、前記ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内で合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたって周期的に変調することと、
(c)前記合焦範囲内で前記合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に予備画像を露光することと、
(d)前記画像積分時間中に前記合焦範囲内で生じた劣化画像寄与を除去し、拡張被写界深度(EDOF)画像を提供するように、前記予備画像を処理することと、
ステップ(c)及び(d)を少なくとも1回繰り返して、複数のEDOF画像を提供することと、
前記複数のEDOF画像のうちの少なくとも2つが異なる合焦範囲にわたって合焦されるように、ユーザ入力に基づいて前記周期的な変調の公称中心に関連する制御信号成分に対する調整を行うことと、を含む、方法。 - マシンビジョン検査システムの撮像システムを動作させて画像を提供する方法であって、
(a)前記マシンビジョン検査システムの視野内にワークピースを配置することと、
(b)前記撮像システムの合焦位置を、前記ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内で合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたって周期的に変調することと、
(c)前記合焦範囲内で前記合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に予備画像を露光することと、
(d)前記画像積分時間中に前記合焦範囲内で生じた劣化画像寄与を除去し、拡張被写界深度(EDOF)画像を提供するように、前記予備画像を処理することと、を含み、
前記画像積分時間中に予備画像を露光することは、前記周期的に変調される合焦位置の前記合焦範囲内の異なるそれぞれの合焦位置で、露光寄与の影響がそれぞれ異なるように、前記周期的に変調される合焦位置と同期された強度変動を有する照明を提供することを含む、方法。 - 前記撮像システムは可変焦点距離レンズを含み、前記撮像システムの合焦位置を周期的に変調することは、前記可変焦点距離レンズの合焦位置を変調することを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記可変焦点距離レンズは、少なくとも3kHzの周波数で前記合焦位置を周期的に変調するように動作可能なレンズ及び可変音響式屈折率分布型レンズのうちの少なくとも一方を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記予備画像を処理することは、前記撮像システムを特徴付ける所定の関数を使用して、前記予備画像に対応する画像データをデコンボリューションして、前記EDOF画像を提供することを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のEDOF画像のうちの少なくとも1つを前記マシンビジョン検査システムのディスプレイに表示することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 前記複数のEDOF画像のうちの少なくともいくつかを、前記マシンビジョン検査システムのディスプレイにビデオフレームとして表示することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- (e)前記合焦位置の前記周期的な変調を終了して、前記撮像システムに固定合焦位置を提供することと、
(f)前記固定合焦位置で前記撮像システムを使用して、測定画像を露光することと、
(g)前記測定画像を処理して、前記ワークピースの測定を提供することと、
をさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - 画像積分時間中に予備画像を露光することは、(1)前記合焦位置の変調周期の5倍以上の露光持続時間にわたり、前記予備画像を露光すること、及び(2)前記合焦位置の変調周期の整数倍に対応する露光持続時間にわたり、前記予備画像を露光することのうちの少なくとも一方を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- ワークピースの画像を提供するように構成されるマシンビジョン検査システムであって、
前記ワークピースの表面高さを含む合焦範囲内の合焦軸方向に沿った複数の合焦位置にわたり、合焦位置を周期的に変調し得るように構成される可変焦点距離レンズと、前記可変焦点距離レンズから予備画像光を受け取るように配置された光学フィルタと、を含む撮像システムと、
前記合焦範囲内で前記合焦位置を変調しながら、画像積分時間中に予備画像を露光するように構成されるコントローラと、を含み、
前記光学フィルタを使用して前記予備画像光を空間的にフィルタリングし、前記光学フィルタによって出力される光に基づいて、前記画像積分時間中に前記合焦範囲内で生じる劣化画像寄与を除去し、拡張被写界深度(EDOF)画像を提供する、
マシンビジョン検査システム。 - 前記可変焦点距離レンズは、少なくとも3kHzの周波数で前記合焦位置を周期的に変調するように動作可能なレンズ及び可変音響式屈折率分布型レンズのうちの少なくとも一方を含む、請求項11に記載のマシンビジョン検査システム。
- 前記撮像システムを特徴付ける所定の関数を使用して前記予備画像に対応する画像データをデコンボリューションして、前記EDOF画像を提供するように構成される信号プロセッサをさらに含む、請求項11に記載のマシンビジョン検査システム。
- 前記EDOF画像を表示するディスプレイをさらに含む、請求項11に記載のマシンビジョン検査システム。
- 前記撮像システムは、合焦位置を固定し得るように構成され、
前記マシンビジョン検査システムは、固定合焦位置を提供するように前記撮像システムを制御し、前記固定合焦位置で前記撮像システムを使用して測定画像を露光するように、前記マシンビジョン検査システムを制御し、かつ、前記ワークピースの測定を提供するために、前記測定画像の処理を制御するコントローラ構成をさらに含む、請求項11に記載のマシンビジョン検査システム。
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