JP6991600B2 - 画像計測システム、画像計測方法、画像計測プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Description
照明パターン生成手段10は、照明装置2の各発光部2A~2Hの点灯、消灯および明るさ調節により、本実施形態における顕微鏡計測に必要な照明パターン、例えば、図4~図7に示すような連続または不連続なリング状の照明パターンを生成するものである。照明パターン生成手段10により生成するデフォルトの照明パターンは、すべての発光部2A~2Hを全点灯する全照明パターンである。
撮影手段11は、カメラ装置1を用いて計測対象物Xに対して複数の異なる焦点距離にピントを合わせ、各焦点距離において一枚もしくは複数枚の被写界深度が深い写真を撮影する。撮影手段11は、可変焦点レンズ1Bの焦点距離をN回変更し、各焦点距離において、照明パターン生成手段10で生成した照明パターンを用い、一枚もしくはM枚の写真を撮影する。
計測用画像生成手段12は、撮影手段11により各焦点距離で撮影された一枚もしくは複数枚の写真から各焦点距離の計測用画像を生成する。撮影手段11において各焦点距離(各焦点n)の写真撮影が一回だけの場合、計測用画像生成手段12は、この撮影写真を各焦点距離(各焦点n)の計測用画像とする。計測用画像生成手段12は、各焦点距離でM枚の写真が撮影された場合、ハイライトにより生じた飽和を防ぐために、画像の色強度値が高域限界と呼ばれるある閾値を超えた画素は使用しない。同様に、色強度値の不足を防ぐために、画像の色強度値が低域限界と呼ばれるある閾値を下回った画素は使用しない。
全視野画像生成手段13は、計測用画像生成手段12により生成された各焦点距離の計測用画像に基づき撮影された領域のすべての焦点距離にピントが合う被写界深度が深い全視野画像を生成する。顕微鏡を用いて計測対象物Xの写真を撮影する際、計測表面物Xの奥行き変化がある場合には、異なる焦点距離に対して、焦点が合う部分しか鮮明に撮影できず、焦点が合わない部分はぼやけており鮮明に撮影できない。
上記全視野画像生成手段13により生成した全視野画像には、各焦点距離の計測用画像から抽出した鮮明に撮影された画素の不連続性や誤抽出などにより生じた全視野画像合成誤差がある。このような合成誤差を軽減するために、その合成誤差を生じている該当画素の色強度を補正することが望ましい。そこで、本実施形態においては、全視野画像生成手段13により生成した全視野画像における画素に何らかの原因で欠損や異常が生じた場合、全視野画像補正手段14によって、該当画素の周囲の画素の色強度値を用い、該当画素の色強度値を補正することにより、全視野画像生成手段13により生成された全視野画像の画素の不連続や欠損などの不自然な部分を滑らかにする。
三次元画像生成手段15、計測対象物Xの表面の三次元座標が分かる三次元画像を生成する。三次元画像生成手段15は、各画素が鮮明に撮影されたときの焦点距離と、この鮮明に撮影された各画素に対応する計測対象物Xの表面の計測点の奥行きとの対応関係により、全視野画像の各画像の撮影時の焦点距離の値から各画素に対応する計測点の奥行き距離値を計算し、計測対象物Xの表面形状の三次元画像を生成する。三次元画像における各画素に対応する計測点の三次元座標は下記のように計算される。
三次元画像補正手段16は、三次元画像生成手段15により生成した三次元画像の座標値が異常な部分を補正する。前述のような全視野画像における画素の不連続や誤抽出などの欠損は、三次元画像を生成する際にも生じる。このような欠損の補正は、全視野画像補正と類似する手法を用いる。すなわち、三次元画像補正手段16は、三次元座標の異変がある画素を除外し、周囲の画素の三次元座標を用い、その異変がある画素の三次元画像を補正する。例えば、三次元画像補正手段16は、注目欠損画素の周囲の8近傍の画素の奥行き距離値を用い、その注目欠損画素の奥行き距離値を補正する。
キャリブレーション手段17は、画像計測精度を向上するために、カメラ装置1のキャリブレーションを行う。ここでいうキャリブレーションは、主に(式1)におけるkx,ky,kf およびX0,Y0,Z0の値を求めることである。
計測結果出力手段18は、生成された全視野画像や三次元画像を、画像形式やCG形式などのファイル形式で出力する。計測結果出力手段18により出力されるファイルは、本実施形態における画像計測プログラムはもちろん、市販のソフトウエアやフリーソフトウエアなどでも閲覧可能である。
記憶手段19は、主に計算機1の内蔵メモリや、SSD(ソリッドステートドライブ)やHDD(ハードディスクドライブ)などのデータ保存装置により構成される。図3に示すように、記憶手段19は、主に照明パターン生成手段10、撮影手段11、計測用画像生成手段12、全視野画像生成手段13、全視野画像補正手段14、三次元画像生成手段15、三次元画像補正手段16、キャリブレーション手段17および計測結果出力手段18により、照明装置2とカメラ装置1の制御、カメラ装置1により撮影画像の取り込みと画像処理、処理結果の保存と出力、カメラ装置1のキャリブレーションなどに利用される。
1A イメージセンサ
1B 可変焦点レンズ
2 照明装置
3 計算機
4 通信ケーブル
10 照明パターン生成手段
11 撮影手段
12 計測用画像生成手段
13 全視野画像生成手段
14 全視野画像補正手段
15 三次元画像生成手段
16 三次元画像補正手段
17 キャリブレーション手段
18 計測結果出力手段
19 記憶手段
Claims (11)
- 計測対象物に照明する照明装置であり、複数の発光部がリング状に配設された照明装置と、
前記照明装置の各発光部の点灯、消灯および明るさ調節により前記計測対象物に照明する連続または不連続なリング状の照明パターンを生成する照明パターン生成手段と
イメージセンサおよび電気的信号により焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズを有するカメラ装置を用いて前記計測対象物に対して複数の異なる焦点距離にピントを合わせ、各焦点距離において一枚もしくは複数枚の被写界深度が浅い写真を撮影する撮影手段であり、前記可変焦点レンズの焦点距離をN回変更し、各焦点距離において、前記照明パターン生成手段で生成した連続なリング状の照明パターンを用い、前記照明装置を全点灯する全照明パターンで一枚の写真を撮影し、合計N枚の撮影画像を得る、もしくは前記全照明パターンで撮影した画像に色強度の飽和または不足があり、計測に使いにくいと判断された場合に、前記照明パターン生成手段で生成した不連続なリング状の照明パターンを変更しながら当該不連続なリング状の照明パターンで計M枚の画像を撮影し、合計N×M枚の撮影画像を得る撮影手段と、
前記撮影手段により各焦点距離で撮影された一枚もしくは複数枚の写真から各焦点距離の計測用画像を生成する計測用画像生成手段であり、前記撮影手段において各焦点距離の写真撮影が一回だけの場合、その撮影写真を前記各焦点距離の計測用画像とし、M枚の写真が撮影された場合、それらのM枚の撮影写真の各画素の色強度値に対し、高域限界以上の値と低域限界以下の値を除いた画素の平均値を各画素の色強度の値として生成した画像を前記各焦点距離の計測用画像とする計測用画像生成手段と、
前記計測用画像生成手段により生成された各焦点距離の計測用画像の特徴点を抽出し、特徴強度を0%~100%に正規化した特徴強度画像から、各画素に対し、特徴強度の一番強い画像の色強度値を選ぶことにより、撮影された領域のすべての焦点距離にピントが合う被写界深度が深い全視野画像を生成する全視野画像生成手段と
を含む画像計測システム。 - 前記カメラ装置は、顕微鏡である請求項1記載の画像計測システム。
- 前記全視野画像生成手段により生成された全視野画像の合成誤差を生じている画素の色強度値を補正する全視野画像補正手段を含む請求項1から2のいずれか1項に記載の画像計測システム。
- 前記全視野画像補正手段は、前記合成誤差を生じている画素についてその周囲の画素の色強度値を用いて補正するものである請求項3記載の画像計測システム。
- 計測対象物の表面の三次元座標が分かる三次元画像を生成する三次元画像生成手段を含む請求項1から4のいずれか1項に記載の画像計測システム。
- 前記三次元画像生成手段は、各画素が鮮明に撮影されたときの焦点距離と、この各画素に映される計測対象物の表面の計測点の奥行きとの対応関係により、前記全視野画像の各画素の撮影時の焦点距離の値から各画素に対応する計測点の奥行き値を計算し、前記計測対象物の表面形状の三次元画像を生成するものである請求項5記載の画像計測システム。
- 前記三次元画像生成手段により生成された三次元画像の座標値が異常な部分を補正する三次元画像補正手段を含む請求項5または6に記載の画像計測システム。
- 前記三次元画像補正手段は、三次元座標の異変がある画素を除外し、周囲の画素の三次元座標を用い、その異変がある画素の三次元座標を補正するものである請求項7記載の画像計測システム。
- イメージセンサおよび電気的信号により焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズを有するカメラ装置を用いて計測対象物に対して複数の異なる焦点距離にピントを合わせ、各焦点距離において一枚もしくは複数枚の被写界深度が浅い写真を撮影するに際し、前記可変焦点レンズの焦点距離をN回変更し、各焦点距離において、計測対象物に照明する照明装置であり、複数の発光部がリング状に配設された照明装置の各発光部の点灯、消灯および明るさ調節により前記計測対象物に照明する連続または不連続なリング状の照明パターンを生成する照明パターン生成手段で生成した連続なリング状の照明パターンを用い、前記照明装置を全点灯する全照明パターンで一枚の写真を撮影し、合計N枚の撮影画像を得る、もしくは前記全照明パターンで撮影した画像に色強度の飽和または不足があり、計測に使いにくいと判断された場合に、前記照明パターン生成手段で生成した不連続なリング状の照明パターンを変更しながら当該不連続なリング状の照明パターンで計M枚の画像を撮影し、合計N×M枚の撮影画像を得ること、
計算機により、前記各焦点距離で撮影された一枚もしくは複数枚の写真から各焦点距離の計測用画像を生成するに際し、前記各焦点距離の写真撮影が一回だけの場合、その撮影写真を前記各焦点距離の計測用画像とし、M枚の写真が撮影された場合、それらのM枚の撮影写真の各画素の色強度値に対し、高域限界以上の値と低域限界以下の値を除いた画素の平均値を各画素の色強度の値として生成した画像を前記各焦点距離の計測用画像とすること、
計算機により、前記生成された各焦点距離の計測用画像の特徴点を抽出し、特徴強度を0%~100%に正規化した特徴強度画像から、各画素に対し、特徴強度の一番強い画像の色強度値を選ぶことにより、撮影された領域のすべての焦点距離にピントが合う被写界深度が深い全視野画像を生成すること
を含む画像計測方法。 - 計測対象物に照明する照明装置であり、複数の発光部がリング状に配設された照明装置と、
前記照明装置の各発光部の点灯、消灯および明るさ調節により前記計測対象物に照明する連続または不連続なリング状の照明パターンを生成する照明パターン生成手段と
イメージセンサおよび電気的信号により焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズを有するカメラ装置を用いて前記計測対象物に対して複数の異なる焦点距離にピントを合わせ、各焦点距離において一枚もしくは複数枚の被写界深度が浅い写真を撮影する撮影手段であり、前記可変焦点レンズの焦点距離をN回変更し、各焦点距離において、前記照明パターン生成手段で生成した連続なリング状の照明パターンを用い、前記照明装置を全点灯する全照明パターンで一枚の写真を撮影し、合計N枚の撮影画像を得る、もしくは前記全照明パターンで撮影した画像に色強度の飽和または不足があり、計測に使いにくいと判断された場合に、前記照明パターン生成手段で生成した不連続なリング状の照明パターンを変更しながら当該不連続なリング状の照明パターンで計M枚の画像を撮影し、合計N×M枚の撮影画像を得る撮影手段と、
前記撮影手段により各焦点距離で撮影された一枚もしくは複数枚の写真から各焦点距離の計測用画像を生成する計測用画像生成手段であり、前記撮影手段において各焦点距離の写真撮影が一回だけの場合、その撮影写真を前記各焦点距離の計測用画像とし、M枚の写真が撮影された場合、それらのM枚の撮影写真の各画素の色強度値に対し、高域限界以上の値と低域限界以下の値を除いた画素の平均値を各画素の色強度の値として生成した画像を前記各焦点距離の計測用画像とする計測用画像生成手段と、
前記計測用画像生成手段により生成された各焦点距離の計測用画像の特徴点を抽出し、特徴強度を0%~100%に正規化した特徴強度画像から、各画素に対し、特徴強度の一番強い画像の色強度値を選ぶことにより、撮影された領域のすべての焦点距離にピントが合う被写界深度が深い全視野画像を生成する全視野画像生成手段と
としてコンピュータを機能させるための画像計測プログラム。 - 請求項10に記載の画像計測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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