JP7079218B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置に関し、例えば、対象物を撮像することで対象物の3次元形状を認識する技術に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus, for example, a technique for recognizing a three-dimensional shape of an object by imaging the object.

特許文献1には、位相シフトを用いた表面欠陥検査方法が示される。この方法は、互いに波長(色)が異なる明暗パターンをそれぞれ位相をシフトした上で合成する工程と、その合成照明パターンを検査対象物に照射する工程と、検査対象物からの反射パターンを撮像し、撮像した画像を波長毎に分解して検査対象物の表面の凹凸欠陥を判別する工程とを含む。 Patent Document 1 discloses a surface defect inspection method using a phase shift. In this method, a step of synthesizing light and dark patterns having different wavelengths (colors) after shifting the phases, a step of irradiating the combined illumination pattern on the inspection object, and an image of a reflection pattern from the inspection object are imaged. It also includes a step of decomposing the captured image for each wavelength and discriminating unevenness defects on the surface of the inspection object.

特許文献2には、検査対象物が積層構造であり、表面が透過性の有る光沢面であっても、表面の凹凸欠陥を検出することが可能な表面欠陥検査方法が示される。この方法では、まず、明暗が交互に存在する線状の光を検査対象物に照射し、その反射光をラインカメラにより撮影することで第1の原画像が得られる。そして、画像処理部は、表面に凹凸欠陥が存在しない基準物を撮影することで得た第2の原画像を予め記憶しており、第1と第2の原画像を基に、検査対象物の表面に存在する凹凸欠陥を検出する。 Patent Document 2 discloses a surface defect inspection method capable of detecting unevenness defects on the surface even if the inspection object has a laminated structure and the surface is a transparent glossy surface. In this method, first, a first original image is obtained by irradiating an inspection object with linear light in which light and dark are alternately present and photographing the reflected light with a line camera. Then, the image processing unit stores in advance the second original image obtained by photographing the reference object having no unevenness defect on the surface, and the inspection target object is based on the first and second original images. Detects unevenness defects existing on the surface of.

特開2013-113657号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-113657 特開2009-222683号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-222683

マシンビジョン技術は、例えば、製品の内部あるいは表面における欠陥・異物・ヒビなどの検査、製品の表面に印字された文字の認識、バーコード読み取り、食品検査といった多岐のアプリケーションで使用され、工場内のオートメーション化に不可欠な技術となっている。近年では、製品における欠陥や刻印などの凹凸を分析する目的で、対象物を立体的に把握する3次元計測を活用したマシンビジョン技術の開発も進んでいる。 Machine vision technology is used in a wide range of applications such as inspection of defects, foreign matter, cracks, etc. inside or on the surface of products, recognition of characters printed on the surface of products, barcode reading, food inspection, etc., in factories. It has become an indispensable technology for automation. In recent years, the development of machine vision technology that utilizes three-dimensional measurement to grasp an object three-dimensionally has been progressing for the purpose of analyzing irregularities such as defects and markings in products.

このような3次元形状計測技術として、特許文献1および特許文献2には、位相シフト照明技術が開示されている。明暗が交互に存在する周期的な照明を対象物に照射すると、凹凸のある表面では透過光や反射光のパターンが歪む。位相シフト照明技術は、その明暗の歪み方を画像処理により合成処理し、凹凸を強調する撮像技術である。しかし、例えば、製品への光学的性能の付与やデザイン性向上等の目的で、対象物の表面に、人工的に凹凸が設けられる場合がある。位相シフト照明技術は凹凸に対する感度が高いため、人工的に設けられた僅かな凹凸も強調される。その結果、本来検出されるべき欠陥や刻印等が、その僅かな凹凸に埋もれてしまうことで検出困難となる恐れがある。 As such a three-dimensional shape measurement technique, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a phase shift illumination technique. When an object is irradiated with periodic illumination in which light and dark are alternately present, the pattern of transmitted light and reflected light is distorted on an uneven surface. The phase shift illumination technique is an imaging technique that emphasizes unevenness by synthesizing the distortion of light and darkness by image processing. However, for example, the surface of an object may be artificially provided with irregularities for the purpose of imparting optical performance to the product or improving design. Since the phase shift lighting technique is highly sensitive to unevenness, even slight irregularities provided artificially are emphasized. As a result, defects, markings, etc. that should be originally detected may be buried in the slight unevenness, which may make detection difficult.

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、対象物における凹凸を選択的に強調した画像を得ることが可能な撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and one of the objects thereof is to provide an image pickup apparatus capable of obtaining an image in which unevenness in an object is selectively emphasized.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the invention will become apparent from the description and accompanying drawings herein.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a typical embodiment is as follows.

一実施の形態による撮像装置は、照明部と、周期パターン生成部と、撮像部と、画像処理部とを有する。照明部は、互いに位相の異なる複数の周期パターン毎に、対応する輝度分布を有する光を対象物に照射する。周期パターン生成部は、周期パターンを生成し、複数の周期パターン毎に対応する輝度分布となるように照明部を制御する。撮像部は、複数の周期パターン毎に対象物からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する。画像処理部は、複数の撮像画像データを用いて対象物の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する。ここで、周期パターンは、照明部に、画素値が最小となる完全暗部を有限の面積だけ生じさせるパターンであり、画像処理部は、合成処理画像の画像データを算出する際に、複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値を抽出する。 The image pickup apparatus according to one embodiment includes a lighting unit, a periodic pattern generation unit, an image pickup unit, and an image processing unit. The illumination unit irradiates the object with light having a corresponding luminance distribution for each of a plurality of periodic patterns having different phases. The periodic pattern generation unit generates a periodic pattern and controls the illumination unit so that the luminance distribution corresponds to each of the plurality of periodic patterns. The image pickup unit generates a plurality of captured image data by capturing a transmission pattern or a reflection pattern from an object for each of a plurality of periodic patterns. The image processing unit calculates the image data of the composite processed image representing the characteristics of the three-dimensional shape of the object by using the plurality of captured image data. Here, the periodic pattern is a pattern in which a completely dark portion having the minimum pixel value is generated in a finite area in the illumination unit, and the image processing unit receives a plurality of images when calculating the image data of the composite processed image. The minimum pixel value is extracted for each pixel for image data.

前記一実施の形態の撮像装置によれば、対象物における凹凸を選択的に強調することが可能になる。 According to the image pickup apparatus of the one embodiment, it is possible to selectively emphasize unevenness in an object.

本発明の実施の形態1による撮像装置の全体構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure example of the image pickup apparatus according to Embodiment 1 of this invention. (a)および(b)は、図1の周期パターン生成部によって生成され、照明部から出射される周期パターンの一例を示す概略図である。(A) and (b) are schematic views showing an example of a periodic pattern generated by the periodic pattern generation unit of FIG. 1 and emitted from the illumination unit. 図2(a)における周期パターンの詳細な一例を示す図である。It is a figure which shows the detailed example of the periodic pattern in FIG. 2 (a). (a)および(b)は、図1における周期パターン生成部の処理内容の一例を説明する図である。(A) and (b) are diagrams illustrating an example of the processing content of the periodic pattern generation unit in FIG. 図1における撮像部の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the image pickup part in FIG. 図1における画像処理部周りの構成例および動作例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the configuration example and the operation example around the image processing part in FIG. 図6の画像処理部周りの詳細な動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed operation example around the image processing part of FIG. (a)および(b)は、図6において、対象物の凹凸の有無による透過パターンの違いを説明するための概念図である。(A) and (b) are conceptual diagrams for explaining the difference in transmission pattern depending on the presence or absence of unevenness of the object in FIG. 図6において、周期パターンを位相シフトさせた場合での、対象物の凹凸の有無による透過パターンの違いを説明するための概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a difference in transmission pattern depending on the presence or absence of unevenness of an object when the periodic pattern is phase-shifted. 図6において、完全暗部を設けた場合で、凹凸の形状に応じた透過パターンの変化の様子を示す概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing how the transmission pattern changes according to the shape of the unevenness when a completely dark portion is provided. 図10において、凹凸の傾斜角に対する合成処理画像の画像データの値の変化を表す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a change in the value of the image data of the composite processed image with respect to the inclination angle of the unevenness. 本発明の実施の形態2による撮像装置で用いる周期パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the periodic pattern used in the image pickup apparatus according to Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による撮像装置の全体構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure example of the image pickup apparatus according to Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による撮像装置の全体構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure example of the image pickup apparatus according to Embodiment 3 of this invention. 図14とは異なる撮像装置の全体構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure example of the image pickup apparatus different from FIG. 本発明の実施の形態4による撮像装置において、図1の画像処理部の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the image processing part of FIG. 1 in the image pickup apparatus according to Embodiment 4 of this invention. 図16における第3の演算部の処理内容の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the processing content of the 3rd calculation part in FIG. 本発明の実施の形態5による撮像装置の一部の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a part of the image pickup apparatus according to Embodiment 5 of this invention. 図18における画像認識部の処理内容の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the processing content of the image recognition part in FIG. 図18における画像認識部で認識される対象物の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the object recognized by the image recognition part in FIG. 本発明の実施の形態7による撮像装置の一部の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a part of the image pickup apparatus according to Embodiment 7 of this invention. 図1において、対象物に照射される周期パターンが照明部と対象物との間の距離に応じて変化する様子の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of how the periodic pattern applied to an object changes according to the distance between the illuminated portion and the object.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、明細書に記載される「光」とは、電磁波を指し、例えば、可視光であってもよく、マイクロ波、テラヘルツ波、赤外線、紫外線、X線等であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in all the drawings for explaining the embodiment, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted. Further, the "light" described in the specification refers to an electromagnetic wave, and may be, for example, visible light, microwave, terahertz wave, infrared ray, ultraviolet ray, X-ray, or the like.

(実施の形態1)
《撮像装置の概略》
図1は、本発明の実施の形態1による撮像装置の全体構成例を示す概略図である。撮像装置1は、図1に示すように、概略的には、周期パターン生成部10と、照明部11と、調整部12と、撮像部13と、画像処理部14と、出力部15とを具備している。図1では、説明のため、光路は破線の矢印で、電気信号は実線の矢印で示される。周期パターン生成部10と画像処理部14は、例えば、電子計算機のような情報処理装置、あるいはFPGA(Field Programmable Gate Array)やマイクロコントローラのような半導体装置等で構成される。
(Embodiment 1)
<< Outline of imaging device >>
FIG. 1 is a schematic view showing an overall configuration example of the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the image pickup apparatus 1 roughly includes a periodic pattern generation unit 10, an illumination unit 11, an adjustment unit 12, an image pickup unit 13, an image processing unit 14, and an output unit 15. It is equipped. In FIG. 1, for illustration purposes, optical paths are indicated by dashed arrows and electrical signals are indicated by solid arrows. The periodic pattern generation unit 10 and the image processing unit 14 are composed of, for example, an information processing device such as an electronic computer, a semiconductor device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or a microcontroller, and the like.

調整部12は、例えば、外部からの電気的な情報信号を受信できるようにするコネクタポート等で構成される。調整部12には、キーボードやマウスなどの外部入力装置が接続される。また、調整部12には、情報処理装置や半導体装置からの電気信号が入力されてもよい。出力部15は、例えば、画像処理部14からの情報信号を外部の作業者等へ送信できるようにするコネクタポート等で構成される。出力部15には、表示装置や音声出力装置等が接続される。また、出力部15からは、情報処理装置や半導体装置に向けた電気信号が出力されてもよい。 The adjusting unit 12 is composed of, for example, a connector port or the like that enables reception of an electrical information signal from the outside. An external input device such as a keyboard or a mouse is connected to the adjusting unit 12. Further, an electric signal from an information processing device or a semiconductor device may be input to the adjusting unit 12. The output unit 15 is composed of, for example, a connector port or the like that enables an information signal from the image processing unit 14 to be transmitted to an external worker or the like. A display device, an audio output device, or the like is connected to the output unit 15. Further, the output unit 15 may output an electric signal directed to the information processing device or the semiconductor device.

照明部11は、互いに位相の異なる複数の周期パターン毎に、対応する輝度分布を有する光を対象物2に照射する。照明部11は、代表的には、ディスプレイのように、光を外部に出力する画素が二次元状に配列され、外部からの制御信号によって各画素から出力される光の輝度値を変調し、変調された光を出射する表示装置である。また、照明部11は、プロジェクタのように、二次元状に配置されたマイクロミラーの反射方向によって、各画素の明暗を切り替える表示装置でもよい。なお、光の輝度を時間的かつ空間的に変動させる方式は、特に、ディスプレイやプロジェクタを用いた方式に限定されない。 The illumination unit 11 irradiates the object 2 with light having a corresponding luminance distribution for each of a plurality of periodic patterns having different phases. In the lighting unit 11, typically, like a display, pixels that output light to the outside are arranged in a two-dimensional manner, and the brightness value of the light output from each pixel is modulated by a control signal from the outside. It is a display device that emits modulated light. Further, the illumination unit 11 may be a display device such as a projector that switches the brightness of each pixel according to the reflection direction of the micromirrors arranged in two dimensions. The method of varying the brightness of light temporally and spatially is not particularly limited to the method using a display or a projector.

周期パターン生成部10は、基準となる周期パターンを生成すると共に、当該周期パターンを用いて互いに位相の異なる複数の周期パターンを生成し、複数の周期パターン毎に対応する輝度分布となるように照明部11を制御する。調整部12は、周期パターンを生成する際に用いる各種パラメータを外部から受け、当該各種パラメータを表す制御信号を周期パターン生成部10へ送信する。撮像部13は、複数の周期パターン毎に対象物2からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する。画像処理部14は、当該複数の撮像画像データを用いて対象物2の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する。当該合成処理画像の画像データは、出力部15を介して外部へ出力される。 The periodic pattern generation unit 10 generates a reference periodic pattern, generates a plurality of periodic patterns having different phases from each other using the periodic pattern, and illuminates the luminance distribution so as to correspond to each of the plurality of periodic patterns. The unit 11 is controlled. The adjusting unit 12 receives various parameters used when generating the periodic pattern from the outside, and transmits a control signal representing the various parameters to the periodic pattern generation unit 10. The image pickup unit 13 generates a plurality of captured image data by capturing a transmission pattern or a reflection pattern from the object 2 for each of the plurality of periodic patterns. The image processing unit 14 calculates the image data of the composite processed image representing the characteristics of the three-dimensional shape of the object 2 by using the plurality of captured image data. The image data of the synthesized image is output to the outside via the output unit 15.

《周期パターン生成部および調整部の詳細》
図2(a)および図2(b)は、図1の周期パターン生成部によって生成され、照明部から出射される周期パターンの一例を示す概略図である。周期パターンは、空間的に周期Lの周期性をもち、1周期の間に画素値が大きい明部と、画素値が小さい暗部とが存在する。例えば、図2(a)には、空間上で一方向に周期性をもつ周期パターンが示される。周期性をもつ一方向を便宜上X方向、それとは垂直な方向をY方向とすると、図2(a)のような周期パターンでは、画素の二次元配列方向と、X,Y方向とが一致することになる。
<< Details of periodic pattern generation unit and adjustment unit >>
2 (a) and 2 (b) are schematic views showing an example of a periodic pattern generated by the periodic pattern generation unit of FIG. 1 and emitted from the illumination unit. The periodic pattern spatially has a periodicity of period L, and there are a bright portion having a large pixel value and a dark portion having a small pixel value during one cycle. For example, FIG. 2A shows a periodic pattern having periodicity in one direction in space. Assuming that one direction having periodicity is the X direction for convenience and the direction perpendicular to it is the Y direction, in the periodic pattern as shown in FIG. 2A, the two-dimensional arrangement direction of the pixels coincides with the X and Y directions. It will be.

ただし、周期性を有する方向は、これに限らず、画素配列に対して任意の方向であってもよい。例えば図2(b)に示す周期パターンは、ドーナツ状のパターンであり、周期性を有する方向は、動径方向である。以下では、説明を判り易くするため、図2(a)に示すような周期パターンを用いる場合を想定する。このとき、位置が左下の原点位置から、X方向に数えてx番目、Y方向に数えてy番目の画素における画素値をI(x,y)と表記する。周期パターン生成部10は、画素値I(x,y)を電気的な制御信号として照明部11へ送信し、照明部11は、画素値I(x,y)に比例する輝度をもつ光を各画素から出射する。 However, the direction having periodicity is not limited to this, and may be any direction with respect to the pixel arrangement. For example, the periodic pattern shown in FIG. 2B is a donut-shaped pattern, and the direction having periodicity is the radial direction. In the following, in order to make the explanation easier to understand, it is assumed that a periodic pattern as shown in FIG. 2A is used. At this time, the pixel value in the x-th pixel counted in the X direction and the y-th pixel counted in the Y direction from the origin position at the lower left is expressed as I (x, y). The periodic pattern generation unit 10 transmits the pixel value I (x, y) as an electrical control signal to the illumination unit 11, and the illumination unit 11 emits light having a brightness proportional to the pixel value I (x, y). Emit from each pixel.

図3は、図2(a)における周期パターンの詳細な一例を示す図である。図3には、照明部11から出力される画素値の周期方向に対する分布を、ほぼ1周期分で拡大した図が示される。明細書では、画素値の最大値と最小値の平均値に対し高い画素値となる領域(例えば画素領域)を明部と呼び、低い画素値となる領域を暗部と呼ぶ。さらに、画素値が最大となる領域を完全明部30と呼び、画素値が最小となる領域を完全暗部31と呼ぶ。言い換えれば、完全明部30は、輝度が最高となる領域であり、完全暗部31は、輝度が最低となる領域である。 FIG. 3 is a diagram showing a detailed example of the periodic pattern in FIG. 2 (a). FIG. 3 shows a diagram in which the distribution of the pixel values output from the illumination unit 11 in the periodic direction is enlarged by substantially one cycle. In the specification, a region having a high pixel value (for example, a pixel region) with respect to the average value of the maximum value and the minimum value of the pixel value is called a bright part, and a region having a low pixel value is called a dark part. Further, the region where the pixel value is maximum is referred to as a perfect bright portion 30, and the region where the pixel value is minimum is referred to as a complete dark portion 31. In other words, the completely bright portion 30 is a region where the brightness is the highest, and the perfect dark portion 31 is a region where the brightness is the lowest.

ここで、図1の撮像装置1の主要な特徴の一つとして、周期パターン生成部10で生成される周期パターンは、図3に示されるように、照明部11に、完全暗部31を有限の面積だけ生じさせるパターンとなっている。すなわち、例えば、位相シフト照明技術で一般的に使用される正弦波ではなく、また、三角波のようなものでもなく、完全暗部31が含まれる周期パターンが用いられる。 Here, as one of the main features of the image pickup apparatus 1 of FIG. 1, the periodic pattern generated by the periodic pattern generation unit 10 has a finite complete dark portion 31 in the illumination unit 11 as shown in FIG. It is a pattern that causes only the area. That is, for example, it is not a sine wave generally used in phase shift illumination technology, nor is it like a triangular wave, and a periodic pattern including a completely dark portion 31 is used.

図1の調整部12は、例えば、周期パターンの周期Lと当該周期Lにおける完全暗部31の割合Dとを表す外部からの制御信号を周期パターン生成部10へ出力することで、周期パターン生成部10へ、周期パターンにおける完全暗部31の面積を指示する。また、調整部12は、詳細は後述するが、照明部11と対象物2と撮像部13との物理的な配置関係を指示する制御信号を受け、この制御信号を当該物理的な配置関係を調整可能な各種アクチュエータ(図示せず)へ出力することで、間接的に完全暗部31の面積を定めてもよい。あるいは、調整部12は、この2つの方法を組み合わせて、完全暗部31の面積を調整してもよい。 The adjusting unit 12 in FIG. 1 outputs, for example, an external control signal representing the period L of the periodic pattern and the ratio D of the completely dark area 31 in the period L to the periodic pattern generation unit 10, thereby outputting the periodic pattern generation unit 10. 10 indicates the area of the complete dark portion 31 in the periodic pattern. Further, although the details will be described later, the adjusting unit 12 receives a control signal instructing the physical arrangement relationship between the lighting unit 11, the object 2, and the imaging unit 13, and uses this control signal for the physical arrangement relationship. The area of the complete dark portion 31 may be indirectly determined by outputting to various adjustable actuators (not shown). Alternatively, the adjusting unit 12 may adjust the area of the completely dark portion 31 by combining these two methods.

周期パターン生成部10は、周期Lと完全暗部31の割合Dに関する制御信号を調整部12から受けた場合、図4(b)に示されるように、周期パターンの初期位置Xを内部で決定し、画素値I(x,y)を表す制御信号を生成して照明部11へ送信する。図4(a)および図4(b)は、図1における周期パターン生成部の処理内容の一例を説明する図である。図4(a)において、I(x,y)は、周期Lと完全暗部31の割合Dから決まる1周期分の画素値であるとする。画素値I(x,y)における完全明部30の割合や、完全明部30と完全暗部31以外の領域の画素値については、任意とする。 When the periodic pattern generation unit 10 receives a control signal regarding the ratio D of the period L and the complete dark unit 31 from the adjustment unit 12, the periodic pattern generation unit 10 internally determines the initial position X0 of the periodic pattern as shown in FIG. 4 (b). Then, a control signal representing the pixel value I (x, y) is generated and transmitted to the illumination unit 11. 4 (a) and 4 (b) are diagrams illustrating an example of the processing content of the periodic pattern generation unit in FIG. 1. In FIG. 4A, it is assumed that I 0 (x, y) is a pixel value for one cycle determined by the period L and the ratio D of the complete dark portion 31. The ratio of the fully bright portion 30 in the pixel value I 0 (x, y) and the pixel value in the region other than the completely bright portion 30 and the completely dark portion 31 are arbitrary.

周期パターンの初期位置Xは、式(1)のように画素値I(x,y)に基づいて、照明部11に表示する画素値I(x,y)を生成する際の、1周期を開始する基準位置座標である。すなわち、周期パターン生成部10は、図4(b)に示されるように、初期位置Xを基準位置座標として図4(a)に示した画素値I(x,y)を周期的に配置していくことで画素値I(x,y)を生成する。また、周期パターン生成部10は、この初期位置Xを順次シフトされることで、互いに位相の異なる複数の周期パターンを生成する。 The initial position X 0 of the periodic pattern is 1 when the pixel value I (x, y) to be displayed on the illumination unit 11 is generated based on the pixel value I 0 (x, y) as in the equation (1). Reference position coordinates to start the cycle. That is, as shown in FIG. 4 (b), the periodic pattern generation unit 10 periodically sets the pixel value I 0 (x, y) shown in FIG. 4 (a) as the reference position coordinates with the initial position X 0 as the reference position coordinates. Pixel values I (x, y) are generated by arranging them. Further, the periodic pattern generation unit 10 sequentially shifts the initial position X 0 to generate a plurality of periodic patterns having different phases from each other.

Figure 0007079218000001
Figure 0007079218000001

《撮像部の詳細》
図5は、図1における撮像部の構成例を示す概略図である。撮像部13には、例えば、照明部11によって照明された対象物2からの透過光が入射する。対象物2は、例えばフィルムや窓、ガラスコップ、レンズなどの、照明部11からの出射光の波長域で透過性を有する媒質である。波長域がテラヘルツ帯にある場合は、テラヘルツ帯で透過性を有する、食品やゴム材などであってもよい。
<< Details of the imaging unit >>
FIG. 5 is a schematic view showing a configuration example of the imaging unit in FIG. 1. For example, the transmitted light from the object 2 illuminated by the illumination unit 11 is incident on the image pickup unit 13. The object 2 is a medium having transparency in the wavelength range of the light emitted from the illumination unit 11, such as a film, a window, a glass cup, or a lens. When the wavelength range is in the terahertz band, it may be a food or rubber material having transparency in the terahertz band.

図5において、撮像部13は、結像光学部130と、光検出部131とを有する。結像光学部130は、レンズまたは凹面鏡といった光を屈折または反射させて集光させる光学素子を少なくとも1個以上用いることにより、対象物2の透過光を光検出部131における受光面に結像させる。例えば、テレセントリック光学系とすることにより、光軸方向のぶれによる倍率の変化を抑える光学系としてもよい。 In FIG. 5, the imaging unit 13 includes an imaging optical unit 130 and a light detection unit 131. The imaging optical unit 130 forms an image of the transmitted light of the object 2 on the light receiving surface of the light detection unit 131 by using at least one optical element such as a lens or a concave mirror that refracts or reflects light to collect the light. .. For example, a telecentric optical system may be used as an optical system that suppresses a change in magnification due to blurring in the optical axis direction.

光検出部131は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの、二次元のエリアセンサである。光検出部131の受光面は、対象物2における凹凸を観測したい所定の面と共役な関係にあるものとする。例えば、フィルム表面における皺や気泡による膨らみを観測したい場合、フィルム表面を受光面に対する共役面となるよう、結像光学部130を配置すればよい。 The photodetector 131 is a two-dimensional area sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. It is assumed that the light receiving surface of the photodetector 131 has a conjugate relationship with a predetermined surface on which the unevenness of the object 2 is to be observed. For example, when it is desired to observe swelling due to wrinkles or bubbles on the film surface, the imaging optical unit 130 may be arranged so that the film surface is a conjugated surface with respect to the light receiving surface.

なお、透過光の経路中に、結像光学部130以外にバンドパスフィルタなどの波長選択式フィルタを設けて、所望の波長以外の外光を除去する役割を持たせてもよい。また、砂塵や埃等が結像光学部130に入らないよう防護する目的で、透過光の経路中に窓材などを設けてもよい。光検出部131は、受光面における光照度分布を二次元の電気信号に変換することで画素毎の画素値を生成し、当該画素値を撮像画像データとして画像処理部14へ送信する。ここで、撮像部13から出力される画像値を、照射部11での画素値I(x,y)と区別するため、I’(x,y)と表記する。画像値I’(x,y)は、画素値I(x,y)の場合と同様に、光検出部131の受光面の中の、端からX方向に数えてx番目、Y方向に数えてy番目の画素における画素値を表す。 In addition to the imaging optical unit 130, a wavelength-selective filter such as a bandpass filter may be provided in the path of the transmitted light to have a role of removing external light other than the desired wavelength. Further, for the purpose of protecting dust and dirt from entering the imaging optical unit 130, a window material or the like may be provided in the path of transmitted light. The light detection unit 131 generates a pixel value for each pixel by converting the light illuminance distribution on the light receiving surface into a two-dimensional electric signal, and transmits the pixel value as image pickup image data to the image processing unit 14. Here, in order to distinguish the image value output from the imaging unit 13 from the pixel value I (x, y) in the irradiation unit 11, it is referred to as I'(x, y). The image value I'(x, y) is counted in the xth and Y directions in the light receiving surface of the photodetector 131 in the X direction from the end, as in the case of the pixel value I (x, y). Represents the pixel value in the y-th pixel.

《画像処理部周りの詳細》
図6は、図1における画像処理部周りの構成例および動作例を示す概略図である。図6の画像処理部14は、撮像制御部140と、第1の記憶媒体141と、第1の演算部142と、第2の演算部143とを備える。画像処理を行う前提として、周期パターン生成部10は、初期位置Xを順次シフトさせながら複数の周期パターンを生成する。照明部11は、周期パターン毎に対応する光を出射し、撮像部13は、1個の周期パターンに対して1個の撮像画像データ(フレームデータ)を生成することで、複数の周期パターンに対応する複数の撮像画像データを生成する。この際に、周期パターン生成部10は、撮像制御部140に、照明部11での照明が開始されたことを示す制御信号を送信し、これに応じて、撮像制御部140は、対応する撮像画像データの取り込みを開始する。
<< Details around the image processing section >>
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example and an operation example around the image processing unit in FIG. 1. The image processing unit 14 of FIG. 6 includes an image pickup control unit 140, a first storage medium 141, a first calculation unit 142, and a second calculation unit 143. As a premise for performing image processing, the periodic pattern generation unit 10 generates a plurality of periodic patterns while sequentially shifting the initial positions X0 . The illumination unit 11 emits light corresponding to each periodic pattern, and the imaging unit 13 generates one captured image data (frame data) for one periodic pattern to form a plurality of periodic patterns. Generate a plurality of corresponding captured image data. At this time, the periodic pattern generation unit 10 transmits a control signal indicating that the illumination in the illumination unit 11 has started to the image pickup control unit 140, and the image pickup control unit 140 responds to the corresponding image pickup. Start importing image data.

具体的には、撮像制御部140は、k番目の周期パターンに対応するk番目の撮像画像データ(第kフレームデータ)となる画素値I’(x,y)を取得し、当該画素値I’(x,y)を第1の記憶媒体141に保存する。第1の記憶媒体141は、画像処理部14内に含まれるレジスタなどの揮発性メモリを用いてもよく、または外部に配置した不揮発性メモリを用いてもよい。また、画素値I’(x,y)のゼロ点は、対象物2を配置しない場合に撮像した透過光画像における完全暗部31の画素値を用いて、キャリブレーションされるものとする。 Specifically, the image pickup control unit 140 acquires the pixel value Ik '(x, y) which is the kth image pickup image data (kth frame data) corresponding to the kth period pattern, and the pixel value is the pixel value. I k '(x, y) is stored in the first storage medium 141. As the first storage medium 141, a volatile memory such as a register included in the image processing unit 14 may be used, or a non-volatile memory arranged outside may be used. Further, the zero point of the pixel value I k '(x, y) shall be calibrated using the pixel value of the completely dark portion 31 in the transmitted light image captured when the object 2 is not arranged.

撮像制御部140は、第1の記憶媒体141への第kフレームデータの保存が完了したら、完了したことを示す制御信号を、周期パターン生成部10へ送信する。周期パターン生成部10は、次の周期パターンである第(k+1)番目の周期パターンを生成するため、初期位置Xを予め定めた所定値だけシフトされる。初期位置Xは、例えば、0から周期Lまでの範囲で“X=L×k/N”に基づいて制御され、その結果、周期パターンの位相は、0~2×πの範囲で順次シフトする。ここで、Nは、周期パターン数(言い換えればフレーム数)を表す。なお、ここでは、kに対して線形に初期位置Xを変更することで位相シフトを行ったが、位相シフトの方法は特にこれに限定されない。 When the storage of the k-th frame data in the first storage medium 141 is completed, the image pickup control unit 140 transmits a control signal indicating the completion to the periodic pattern generation unit 10. In order to generate the (k + 1) th periodic pattern, which is the next periodic pattern, the periodic pattern generation unit 10 shifts the initial position X 0 by a predetermined value. The initial position X 0 is controlled based on “X 0 = L × k / N”, for example, in the range from 0 to the period L, and as a result, the phase of the period pattern is sequentially in the range of 0 to 2 × π. shift. Here, N represents the number of periodic patterns (in other words, the number of frames). Here, the phase shift is performed by changing the initial position X 0 linearly with respect to k, but the phase shift method is not particularly limited to this.

撮像制御部140は、このようにして1セット分のフレームデータ(k=0,1,…,N-1)の取得(第1の記憶媒体141への保存)が完了したら、第1の演算部142へ取得完了を示す制御信号を送信する。これに応じて、第1の演算部142は、第1の記憶媒体141に保存された全フレームデータを対象として画素毎に最小の画素値と最大の画素値とを抽出し、最小の画素値で構成される最小値画像の画像データIMin’(x,y)と、最大の画素値で構成される最大値画像の画像データIMax’(x,y)とを算出する。すなわち、最大値画像と最小値画像は、式(2)に示されるように、画素毎に、全フレームデータ(k=0,1,…,N-1)間での最大値と最小値を算出し、それぞれを二次元状に再度配列した画像である。 When the image pickup control unit 140 completes the acquisition (storing in the first storage medium 141) of the frame data (k = 0, 1, ..., N-1) for one set in this way, the first calculation is performed. A control signal indicating acquisition completion is transmitted to unit 142. In response to this, the first calculation unit 142 extracts the minimum pixel value and the maximum pixel value for each pixel for all the frame data stored in the first storage medium 141, and the minimum pixel value. The image data I Min '(x, y) of the minimum value image composed of and the image data I Max '(x, y) of the maximum value image composed of the maximum pixel values are calculated. That is, as shown in the equation (2), the maximum value image and the minimum value image have the maximum value and the minimum value among all frame data (k = 0, 1, ..., N-1) for each pixel. It is an image calculated and rearranged in two dimensions.

Figure 0007079218000002
Figure 0007079218000002

次に、第2の演算処理部143は、最大値画像と最小値画像の画素毎に、最大値画像と最小値画像の画素値の和に対する差の比を算出することで、合成処理画像の画像データを算出する。具体的には、第2の演算処理部143は、式(2)の最大値画像の画像データIMax’(x,y)と最小値画像の画像データIMin’(x,y)とを用いて、式(3)に基づいて合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出する。式(3)は、コントラストの演算式として知られている。 Next, the second arithmetic processing unit 143 calculates the ratio of the difference between the pixel values of the maximum value image and the minimum value image to the sum of the pixel values of the maximum value image and the minimum value image for each pixel of the maximum value image and the minimum value image. Calculate image data. Specifically, the second arithmetic processing unit 143 exchanges the image data I Max '(x, y) of the maximum value image and the image data I Min '(x, y) of the minimum value image of the equation (2). The image data Γ (x, y) of the synthesized image is calculated based on the equation (3). Equation (3) is known as a contrast calculation equation.

Figure 0007079218000003
Figure 0007079218000003

画像処理部14は、このようにして撮像部13から得られた複数の撮像画像データ(1セット分のフレームデータ(k=0,1,…,N-1))を用いて合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出する。当該合成処理画像の画像データΓ(x,y)は、詳細は後述するが、対象物2の3次元形状の特徴を表すデータとなる。なお、合成処理画像の画像データΓ(x,y)は、画像の情報信号として出力部15から出力される。第2の演算処理部143は、画像データΓ(x,y)の出力を完了すると、次のセットに対する撮像の開始を指示する制御信号を撮像制御部140へ送信する。 The image processing unit 14 uses the plurality of captured image data (one set of frame data (k = 0, 1, ..., N-1)) obtained from the imaging unit 13 in this way to form a composite processed image. Image data Γ (x, y) is calculated. The image data Γ (x, y) of the synthesized image is data representing the characteristics of the three-dimensional shape of the object 2, although the details will be described later. The image data Γ (x, y) of the composite processed image is output from the output unit 15 as an image information signal. When the second arithmetic processing unit 143 completes the output of the image data Γ (x, y), the second arithmetic processing unit 143 transmits a control signal instructing the start of imaging for the next set to the imaging control unit 140.

図7は、図6の画像処理部周りの詳細な動作例を示すフローチャートである。まず、ステップS702において、周期パターン生成部10は、調整部12から入力された周期Lと完全暗部の割合Dに関するパラメータに基づいて、1周期L内の画素値I(x,y)の分布を決定する。続いて、ステップS703において、周期パターン生成部10は、現在のフレームに基づき初期位置Xを定めることで周期パターンの画素値I(x,y)を生成し、当該画素値I(x,y)を制御信号として照明部11へ送信する。照明部11は、当該画素値I(x,y)に基づく輝度分布の光を所定時間だけ対象物2へ照射する。また、周期パターン生成部10は、画像処理部14に初期位置Xとフレームとの対応付けを行わせるため、初期位置Xの情報を画像処理部14へ送信する。 FIG. 7 is a flowchart showing a detailed operation example around the image processing unit of FIG. First, in step S702, the period pattern generation unit 10 distributes the pixel values I 0 (x, y) within one period L based on the parameters related to the ratio D between the period L and the completely dark part input from the adjustment unit 12. To decide. Subsequently, in step S703, the periodic pattern generation unit 10 generates the pixel value I (x, y) of the periodic pattern by determining the initial position X 0 based on the current frame, and the pixel value I (x, y). ) Is transmitted to the lighting unit 11 as a control signal. The illumination unit 11 irradiates the object 2 with light having a luminance distribution based on the pixel value I (x, y) for a predetermined time. Further, the periodic pattern generation unit 10 transmits the information of the initial position X 0 to the image processing unit 14 in order to cause the image processing unit 14 to associate the initial position X 0 with the frame.

次いで、ステップS704において、撮像部13は、対象物2からの透過光の強さを画素毎に検出することで画像を撮像し、画像の撮像データを画像処理部14へ送信する。続いて、ステップS705において、画像処理部(具体的には撮像制御部140)は、撮像部13からの撮像データを第1の記憶媒体141に保存し、保存が完了したらその旨を示す制御信号を周期パターン生成部10へ送信することで、周期パターン生成部10に、次の初期位置Xでの周期パターンの生成を指示する。 Next, in step S704, the image pickup unit 13 captures an image by detecting the intensity of the transmitted light from the object 2 for each pixel, and transmits the image capture data of the image to the image processing unit 14. Subsequently, in step S705, the image processing unit (specifically, the image pickup control unit 140) stores the image pickup data from the image pickup unit 13 in the first storage medium 141, and when the storage is completed, a control signal indicating to that effect. Is transmitted to the periodic pattern generation unit 10 to instruct the periodic pattern generation unit 10 to generate a periodic pattern at the next initial position X0 .

このステップS703~S705の処理は、ステップS706において、周期パターン生成部10が最終(N-1番目)の周期パターンを生成し、これに応じた最終のフレームデータを画像処理部14が取得するまで行われる。画像処理部14は、最終のフレームデータを取得すると、ステップS707において、第1の記憶媒体141に保存された1セット分のフレームデータ(k=0,1,…,N-1)を用いて、式(2)および式(3)に基づいて合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出し、それを出力部15へ送信する。なお、ステップS706の判定処理とステップS707の合成処理とを入れ替えることで、画像処理部14は、順次受信した撮像データに対して、式(2)における最大値・最小値比較の演算を行うパイプライン処理を行ってもよい。 In the processes of steps S703 to S705, in step S706, the periodic pattern generation unit 10 generates the final (N-1st) periodic pattern, and the image processing unit 14 acquires the final frame data corresponding to the final (N-1st) periodic pattern. Will be done. When the image processing unit 14 acquires the final frame data, in step S707, the image processing unit 14 uses one set of frame data (k = 0, 1, ..., N-1) stored in the first storage medium 141. , The image data Γ (x, y) of the composite processed image is calculated based on the equation (2) and the equation (3), and it is transmitted to the output unit 15. By exchanging the determination process of step S706 and the composition process of step S707, the image processing unit 14 calculates the maximum value / minimum value comparison in the equation (2) for the sequentially received image pickup data. Line processing may be performed.

《合成処理画像の詳細》
前述したように、合成処理画像の画像データΓ(x,y)は、対象物2の3次元形状の特徴を表すデータとなる。具体的には、画像データΓ(x,y)は、対象物2における凹凸を、その凹凸の形状(具体的には傾斜角)に応じて選択的に強調したデータとなる。これについて、詳細に説明する。図8(a)および図8(b)は、図6において、対象物の凹凸の有無による透過パターンの違いを説明するための概念図である。図9は、図6において、周期パターンを位相シフトさせた場合での、対象物の凹凸の有無による透過パターンの違いを説明するための概念図である。
<< Details of composite processed image >>
As described above, the image data Γ (x, y) of the composite processed image is data representing the characteristics of the three-dimensional shape of the object 2. Specifically, the image data Γ (x, y) is data in which the unevenness of the object 2 is selectively emphasized according to the shape of the unevenness (specifically, the inclination angle). This will be described in detail. 8 (a) and 8 (b) are conceptual diagrams for explaining the difference in the transmission pattern depending on the presence or absence of unevenness of the object in FIG. FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the difference in the transmission pattern depending on the presence or absence of unevenness of the object when the periodic pattern is phase-shifted in FIG.

図8(b)に示すように、対象物2における凹凸では、照明部11から斜方向に入射した光線が屈折し、この屈折した光線が撮像部13へ入射する。凹凸のないフラットな境界面に比べ、凹凸では境界面が傾斜しているため、光線の屈折によって、照明部11における広範囲から出射した光線群が撮像部13内の所定の画素に入射する。その結果、撮像部13で取得する画像の中で、凹凸を透過した光線が結像される画素では、照明部11における照度分布が平均化される。言い換えれば、当該画素には、周期パターンの明部からの光線と暗部からの光線が凹凸の形状に応じた割り合いで入射され得るため、それらが打ち消し合い、照度分布が平均化される。 As shown in FIG. 8B, in the unevenness of the object 2, the light rays incident in the oblique direction from the illumination unit 11 are refracted, and the refracted light rays are incident on the image pickup unit 13. Since the boundary surface is inclined in the unevenness as compared with the flat boundary surface without unevenness, a group of light rays emitted from a wide range in the illumination unit 11 is incident on a predetermined pixel in the image pickup unit 13 due to the refraction of the light rays. As a result, in the image acquired by the image pickup unit 13, the illuminance distribution in the illumination unit 11 is averaged in the pixels in which the light rays transmitted through the unevenness are imaged. In other words, since the light rays from the bright part and the light rays from the dark part of the periodic pattern can be incident on the pixel at a ratio according to the shape of the unevenness, they cancel each other out and the illuminance distribution is averaged.

その結果、周期パターンの位相を0~2×πの範囲内でシフトさせても、各撮像データ(フレームデータ)において、凹凸に対応した画素の画素値は大きく変動はしない。そのため、図9のように、フラットな境界面を透過した光線を結像した画素に比べ、凹凸に対応した画素では位相をシフトさせたときに取りうる最大値と最小値の差が小さい。式(3)で定義される合成処理画像の画像データΓ(x,y)は、この最小値と最大値の差をその平均値により規格化した値に比例するため、凹凸に伴う鮮明度の程度を定量化したものとなる。このため、画像処理部14で得られる1セットの合成処理画像の画像データΓ(x,y)は、表面の凹凸における光線の屈折角(言い換えれば、凹凸の傾斜角)を反映したデータとなる。 As a result, even if the phase of the periodic pattern is shifted within the range of 0 to 2 × π, the pixel value of the pixel corresponding to the unevenness does not change significantly in each imaging data (frame data). Therefore, as shown in FIG. 9, the difference between the maximum value and the minimum value that can be taken when the phase is shifted is smaller in the pixel corresponding to the unevenness than in the pixel in which the light ray transmitted through the flat boundary surface is imaged. Since the image data Γ (x, y) of the composite processed image defined by the equation (3) is proportional to the value obtained by normalizing the difference between the minimum value and the maximum value by the average value, the sharpness due to the unevenness is increased. The degree is quantified. Therefore, the image data Γ (x, y) of one set of composite processed images obtained by the image processing unit 14 is data that reflects the refraction angle of light rays (in other words, the inclination angle of the unevenness) in the unevenness of the surface. ..

次に、合成処理画像の画像データΓ(x,y)が、凹凸を、凹凸の形状(具体的には傾斜角)に応じて選択的に強調できることについて説明する。強調したい凹凸の形状(傾斜角)は、周期パターン生成部10における完全暗部31の割合Dによって調整することが可能である。図10は、図6において、完全暗部を設けた場合で、凹凸の形状に応じた透過パターンの変化の様子を示す概念図である。凹凸(具体的には凹凸の傾斜角)が比較的なだらかであれば、透過光線の屈折角が小さいため、透過パターンの鮮明度は、周期パターンに比べてさほど下がらない。この際には、完全暗部31を設けたことにより、たとえ鮮明度の低下が生じても完全暗部31が残るため、位相をシフトしたときの最小値はゼロのままである。その結果、式(3)で定義される画像データΓ(x,y)の値は、凹凸が無いフラットな境界面と同じ1となる。 Next, it will be described that the image data Γ (x, y) of the composite processed image can selectively emphasize the unevenness according to the shape of the unevenness (specifically, the inclination angle). The shape (inclination angle) of the unevenness to be emphasized can be adjusted by the ratio D of the completely dark portion 31 in the periodic pattern generation unit 10. FIG. 10 is a conceptual diagram showing how the transmission pattern changes according to the shape of the unevenness in the case where the completely dark portion is provided in FIG. If the unevenness (specifically, the inclination angle of the unevenness) is comparatively gentle, the refraction angle of the transmitted light beam is small, so that the sharpness of the transmitted pattern is not so low as compared with the periodic pattern. At this time, since the complete dark portion 31 remains even if the sharpness is lowered due to the provision of the complete dark portion 31, the minimum value when the phase is shifted remains zero. As a result, the value of the image data Γ (x, y) defined by the equation (3) is 1, which is the same as the flat boundary surface without unevenness.

一方、凹凸が急峻な場合、透過光線の屈折角が大きいため、透過パターンの鮮明度は、周期パターンに比べて大きく低下する。その結果、完全暗部31は消え、位相をシフトしたときの最小値は有限の値となる。その結果、式(3)で定義される画像データΓ(x,y)の値は、1より小さくなり、透過パターンの鮮明度が画像データΓ(x,y)の値として反映されることとなる。 On the other hand, when the unevenness is steep, the refraction angle of the transmitted light beam is large, so that the sharpness of the transmitted pattern is significantly lower than that of the periodic pattern. As a result, the completely dark portion 31 disappears, and the minimum value when the phase is shifted becomes a finite value. As a result, the value of the image data Γ (x, y) defined in the equation (3) becomes smaller than 1, and the sharpness of the transmission pattern is reflected as the value of the image data Γ (x, y). Become.

図11は、図10において、凹凸の傾斜角に対する合成処理画像の画像データの値の変化を表す概念図である。完全暗部31を設けることにより、図11に示されるように、凹凸がなだらかであれば、合成処理画像の画像データΓ(x,y)の値は1に保たれるため、凹凸に対する感度のない不感帯を設けることが可能である。一方、凹凸の傾斜角がある閾値を越えると、完全暗部31が鮮明度の低下により消失し、画像データΓ(x,y)の値は1よりも小さくなり、凹凸に対する感度が発生する。 FIG. 11 is a conceptual diagram showing a change in the value of the image data of the composite processed image with respect to the inclination angle of the unevenness in FIG. By providing the completely dark portion 31, as shown in FIG. 11, if the unevenness is gentle, the value of the image data Γ (x, y) of the composite processed image is kept at 1, so that there is no sensitivity to the unevenness. It is possible to provide a dead zone. On the other hand, when the inclination angle of the unevenness exceeds a certain threshold value, the completely dark portion 31 disappears due to the decrease in sharpness, the value of the image data Γ (x, y) becomes smaller than 1, and the sensitivity to the unevenness is generated.

この凹凸の傾斜角の閾値は、調整部12を介して周期パターンの周期Lと完全暗部の割合Dとを調整することによって可変設定することが可能である。具体的には、完全暗部31の割合Dを大きくするほど、より急な傾斜角の凹凸を撮像している画素のみで画像データΓ(x,y)の値が1よりも小さくなる。このため、例えば、完全暗部31の割合Dを十分に大きくした場合には、急な傾斜角の凹凸のみを強調し、なだらかな傾斜角の凹凸を見えないようにした合成処理画像を得ること等が可能になる。このように、実施の形態1の方式を用いると、閾値以上の傾斜がついた凹凸のみが強調されるので、よりコントラストの高い画像が得られるという利点がある。 The threshold value of the inclination angle of the unevenness can be variably set by adjusting the period L of the periodic pattern and the ratio D of the completely dark portion via the adjusting unit 12. Specifically, as the ratio D of the completely dark portion 31 is increased, the value of the image data Γ (x, y) becomes smaller than 1 only in the pixels that image the unevenness of the steeper tilt angle. Therefore, for example, when the ratio D of the completely dark portion 31 is sufficiently increased, only the unevenness of the steep inclination angle is emphasized, and a composite processed image in which the unevenness of the gentle inclination angle is not visible can be obtained. Will be possible. As described above, when the method of the first embodiment is used, only the unevenness having an inclination of the threshold value or more is emphasized, so that there is an advantage that an image having higher contrast can be obtained.

なお、ここでは、画像処理部14における演算方法の一例として式(2)および式(3)を用いたが、演算方法は、必ずしも式(2)および式(3)に限定されない。すなわち、図10および図11から判るように、実施の形態1の方式では、概略的には完全暗部31の残存有無、ひいては式(2)の最小値画像の画像データIMin’(x,y)に基づいて凹凸の形状(傾斜角)を判定している。したがって、画像処理部14は、合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出する際に、少なくとも、第1の記憶媒体141内の複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値(IMin’(x,y))を抽出する処理を行えばよい。 Here, the equations (2) and (3) are used as examples of the arithmetic methods in the image processing unit 14, but the arithmetic methods are not necessarily limited to the equations (2) and (3). That is, as can be seen from FIGS. 10 and 11, in the method of the first embodiment, roughly, the presence / absence of the remaining complete dark portion 31 and the image data of the minimum value image of the formula (2) I Min '(x, y). ) Is used to determine the shape (tilt angle) of the unevenness. Therefore, when calculating the image data Γ (x, y) of the composite processed image, the image processing unit 14 targets at least a plurality of captured image data in the first storage medium 141 and minimizes pixels for each pixel. The process of extracting the value (I Min '(x, y)) may be performed.

《閾値の調整方法》
図11における閾値の調整方法として、前述したように、周期パターン生成部10によって生成される周期パターンの周期Lおよび完全暗部の割合D(言い換えれば周期パターンにおける完全暗部の面積)を調整する画像調整方法が挙げられる。さらに、その他の調整方法として、照明部11と対象物2と撮像部13との間の物理的な配置関係を調整する配置調整方法が挙げられる。図22は、図1において、対象物に照射される周期パターンが照明部と対象物との間の距離に応じて変化する様子の一例を示す模式図である。照明部11と対象物2との間の距離の調整は、前述したように、対応する制御信号が調整部12から各種アクチュエータへ出力されることで行われる。
<< How to adjust the threshold >>
As a method of adjusting the threshold value in FIG. 11, as described above, an image adjustment for adjusting the period L of the periodic pattern generated by the periodic pattern generation unit 10 and the ratio D of the completely dark portion (in other words, the area of the completely dark portion in the periodic pattern) is adjusted. The method can be mentioned. Further, as another adjustment method, there is an arrangement adjustment method for adjusting the physical arrangement relationship between the illumination unit 11, the object 2, and the image pickup unit 13. FIG. 22 is a schematic diagram showing an example of how the periodic pattern irradiated to the object changes according to the distance between the illuminated portion and the object in FIG. 1. The adjustment of the distance between the illumination unit 11 and the object 2 is performed by outputting the corresponding control signal from the adjustment unit 12 to various actuators, as described above.

図22に示されるように、例えば、照明部11と対象物2との間の距離を長くするにつれて、対象物2の実際の照射面における周期パターンの鮮明度は、周期パターン生成部10で生成される周期パターンに比べて低くなる。周期パターンの鮮明度が低下すると、その分だけ、完全暗部31の割合Dも小さくなる。このように、照明部11と対象物2との間の距離を調整することでも周期パターンにおける完全暗部31の面積を調整することが可能である。さらに、対象物2と撮像部13との間の距離を調整することでも、同様の仕組みによって完全暗部31の面積を調整することが可能である。 As shown in FIG. 22, for example, as the distance between the illumination unit 11 and the object 2 is increased, the sharpness of the periodic pattern on the actual irradiation surface of the object 2 is generated by the periodic pattern generation unit 10. It will be lower than the periodic pattern to be performed. As the sharpness of the periodic pattern decreases, the ratio D of the completely dark portion 31 also decreases accordingly. In this way, it is also possible to adjust the area of the completely dark portion 31 in the periodic pattern by adjusting the distance between the illumination unit 11 and the object 2. Further, by adjusting the distance between the object 2 and the image pickup unit 13, the area of the completely dark portion 31 can be adjusted by the same mechanism.

したがって、画像調整方法の代わりに配置調整方法を用いることも可能であり、画像調整方法と配置調整方法とを併用することも可能である。例えば、画像調整方法では、完全暗部31の割合(面積)Dの設定分解能がディスプレイ等の照明部11の画素数に依存するため、場合によっては、割合D、ひいては閾値の設定分解能が不足する恐れがある。そこで、例えば、ある程度までは画像調整方法によって割合Dを調整し、その調整後の画像を用いて、さらに配置調整方法を用いて距離をリニアに調整すれば、閾値の設定分解能を高めることが可能になる。 Therefore, it is possible to use the arrangement adjustment method instead of the image adjustment method, and it is also possible to use the image adjustment method and the arrangement adjustment method together. For example, in the image adjustment method, the setting resolution of the ratio (area) D of the completely dark portion 31 depends on the number of pixels of the illumination unit 11 of the display or the like, so that the ratio D and eventually the setting resolution of the threshold may be insufficient in some cases. There is. Therefore, for example, if the ratio D is adjusted by the image adjustment method to some extent, the adjusted image is used, and the distance is linearly adjusted by using the arrangement adjustment method, the threshold setting resolution can be increased. become.

《実施の形態1の主要な効果》
以上、実施の形態1の撮像装置を用いることで、対象物における凹凸を選択的に強調した画像を得ることが可能になる。または、見たくない凹凸を不可視化した画像を得ることが可能になる。これらの結果、例えば、当該撮像装置を表面欠陥検査装置に適用した場合には、対象物の表面に形成された人工的な凹凸と、欠陥に伴う凹凸とを傾斜角の違いによって区別することが可能になり、検査精度の向上等が図れる。
<< Main effect of Embodiment 1 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the first embodiment, it is possible to obtain an image in which unevenness in an object is selectively emphasized. Alternatively, it is possible to obtain an image in which unevenness that is not desired to be seen is invisible. As a result of these, for example, when the image pickup device is applied to a surface defect inspection device, it is possible to distinguish between the artificial unevenness formed on the surface of the object and the unevenness associated with the defect by the difference in the inclination angle. This makes it possible to improve inspection accuracy.

なお、ここでは、完全暗部31の面積を調整する方式を用いたが、代わりに、完全明部30の面積を調整する方式を用いることも可能である。この場合、周期パターンは、照明部11に、画素値が最大となる完全明部を有限の面積だけ生じさせるパターンとなる。また、画像処理部14は、合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出する際に、撮像部13からの複数の撮像画像データを対象として、少なくとも画素毎に最大の画素値を抽出すればよい。ただし、完全明部30の画素値は、完全暗部31の画素値に比べて、照明部11の照度の揺らぎに応じて変化し易い。その結果、当該照度の揺らぎに応じて閾値の精度が低下することになる。したがって、このような観点からは、完全暗部31の面積を調整する方式を用いることが望ましい。 Although the method of adjusting the area of the completely dark portion 31 is used here, it is also possible to use the method of adjusting the area of the completely bright portion 30 instead. In this case, the periodic pattern is a pattern in which the illumination unit 11 is provided with a completely bright portion having the maximum pixel value by a finite area. Further, when calculating the image data Γ (x, y) of the composite processed image, the image processing unit 14 extracts the maximum pixel value at least for each pixel of a plurality of captured image data from the imaging unit 13. do it. However, the pixel value of the completely bright portion 30 is more likely to change according to the fluctuation of the illuminance of the illumination portion 11 than the pixel value of the completely dark portion 31. As a result, the accuracy of the threshold value decreases according to the fluctuation of the illuminance. Therefore, from such a viewpoint, it is desirable to use a method of adjusting the area of the completely dark portion 31.

(実施の形態2)
《周期パターンの詳細》
図12は、本発明の実施の形態2による撮像装置で用いる周期パターンの一例を示す図である。図12に示す周期パターンは、図3の場合と異なり、明部および暗部がそれぞれ完全明部30および完全暗部31のみで構成される矩形波状のパターンである。撮像装置として、実施の形態1の場合と同様の構成を用いた場合、当該矩形波状のパターンは、図1の周期パターン生成部10によって生成される。この場合、周期パターン生成部10は、2値の画素値I(x,y)からなる周期パターンを生成すればよいため、処理の簡素化等が実現可能になる。
(Embodiment 2)
<< Details of cycle pattern >>
FIG. 12 is a diagram showing an example of a periodic pattern used in the image pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention. Unlike the case of FIG. 3, the periodic pattern shown in FIG. 12 is a rectangular wavy pattern in which the bright part and the dark part are composed of only the completely bright part 30 and the completely dark part 31, respectively. When the same configuration as in the case of the first embodiment is used as the image pickup apparatus, the rectangular wavy pattern is generated by the periodic pattern generation unit 10 of FIG. In this case, since the periodic pattern generation unit 10 only needs to generate a periodic pattern consisting of binary pixel values I (x, y), simplification of processing and the like can be realized.

《撮像装置の概略》
図12のような周期パターンを生成する際には、図1のような構成に限らず、図13のような構成を用いることも可能である。図13は、本発明の実施の形態2による撮像装置の全体構成例を示す概略図である。図13に示す撮像装置1は、図1の場合と同様の撮像部13、画像処理部14および出力部15に加えて、可動ステージ制御部16と、図1とは異なる照明部11とを備える。
<< Outline of imaging device >>
When generating the periodic pattern as shown in FIG. 12, not only the configuration as shown in FIG. 1 but also the configuration as shown in FIG. 13 can be used. FIG. 13 is a schematic view showing an overall configuration example of the image pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention. The image pickup apparatus 1 shown in FIG. 13 includes a movable stage control unit 16 and an illumination unit 11 different from FIG. 1 in addition to the image pickup unit 13, the image processing unit 14, and the output unit 15 as in the case of FIG. ..

図13の照明部11は、一様な光を出射する一様照明部110と、一様照明部110と対象物2との間に配置される遮光部111とを備える。遮光部111は、周期的に形成される開口と当該開口の間に設けられる閉口とを備えることで、開口を通過し閉口で遮断される光からなる周期パターンを生成し、当該周期パターンを対象物2に照射する。これにより、周期パターンには、閉口に基づき、輝度が最低となる完全暗部31が有限の面積だけ設けられる。可動ステージ制御部16は、遮光部111を周期方向へ移動させることで、互いに位相の異なる複数の周期パターンが対象物2に照射されるように制御する。 The illumination unit 11 of FIG. 13 includes a uniform illumination unit 110 that emits uniform light, and a light-shielding unit 111 that is arranged between the uniform illumination unit 110 and the object 2. The light-shielding portion 111 includes an opening formed periodically and a closed opening provided between the openings to generate a periodic pattern consisting of light that passes through the opening and is blocked by the closed opening, and targets the periodic pattern. Irradiate the object 2. As a result, the periodic pattern is provided with a completely dark portion 31 having the lowest brightness in a finite area based on the closure. The movable stage control unit 16 controls the object 2 to be irradiated with a plurality of periodic patterns having different phases from each other by moving the light-shielding unit 111 in the periodic direction.

一様照明部110は、図1の場合と同様にディスプレイやプロジェクタ等でもよいが、図1の場合と異なり照度分布が不要であるため、例えば、ランプやLED(light emitted diode)、レーザーなどの光源からの出射を適切な光学系を用いて一様な照明としたものでもよい。遮光部111は、例えば矩形状に開口を空けた板やインクで塗ったフィルムなどが挙げられ、光を吸収あるいは反射する領域と透過する領域とが周期的に並んだ媒質である。遮光部111の周期Lと完全暗部31、すなわち吸収あるいは反射する領域の割合Dは、予め所望の感度となるように調整される。感度調整は、遮光部111の交換によって行われる。 The uniform illumination unit 110 may be a display, a projector, or the like as in the case of FIG. 1, but unlike the case of FIG. 1, an illuminance distribution is not required. Therefore, for example, a lamp, an LED (light emitted diode), a laser, or the like can be used. The light emitted from the light source may be uniformly illuminated by using an appropriate optical system. The light-shielding portion 111 is, for example, a plate having a rectangular opening, a film coated with ink, or the like, and is a medium in which a region that absorbs or reflects light and a region that transmits light are periodically arranged. The period L of the light-shielding portion 111 and the ratio D of the completely dark portion 31, that is, the region that absorbs or reflects are adjusted in advance so as to have a desired sensitivity. Sensitivity adjustment is performed by exchanging the light-shielding portion 111.

遮光部111には、図示は省略するが、可動ステージ制御部16からの制御信号に基づいて一方向に一定の距離だけ遮光部111を移動させる電動ステージのようなアクチュエータが取り付けられている。可動ステージ制御部16は、遮光部111が一定距離移動したら、図6および図7で述べた周期パターン生成部10の場合と同様に、撮像データの取り込み及び保存を行わせるための制御信号を画像処理部14へ送信する。また、可動ステージ制御部16は、保存が完了したことを示す制御信号を画像処理部14から受信したら、遮光部111を再び一定距離だけ移動させる。 Although not shown, the light-shielding unit 111 is equipped with an actuator such as an electric stage that moves the light-shielding unit 111 by a certain distance in one direction based on a control signal from the movable stage control unit 16. When the light-shielding unit 111 moves a certain distance, the movable stage control unit 16 obtains an image of a control signal for capturing and storing image pickup data, as in the case of the periodic pattern generation unit 10 described with reference to FIGS. 6 and 7. It is transmitted to the processing unit 14. Further, when the movable stage control unit 16 receives the control signal indicating that the storage is completed from the image processing unit 14, the movable stage control unit 16 moves the light-shielding unit 111 again by a certain distance.

《実施の形態2の主要な効果》
以上、実施の形態2の撮像装置を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、さらに、次のような効果が得られる。まず、対象物2に照明する周期パターンを2値信号である矩形波状の信号とすることにより、照明部11への制御信号の数を減らし、制御を容易化することが可能になる。また、照明部11に一様照明部110といったシンプルな構成を適用できる。さらに、遮光部111を用いて周期パターンを物理的にシフトすることにより、ディスプレイ等における画素サイズよりも細かいステップで、位相シフトを行うことができるため、画像処理部14で算出される合成処理画像の画像データΓ(x,y)をより高精度化することが可能になる。具体的には、最小値画像および最大値画像の各画像データIMin’(x,y),IMax’(x,y)の値の誤差を低減できる。
<< Main effect of Embodiment 2 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the second embodiment, the following effects can be further obtained in addition to the various effects described in the first embodiment. First, by setting the periodic pattern for illuminating the object 2 as a rectangular wavy signal which is a binary signal, the number of control signals to the illumination unit 11 can be reduced and control can be facilitated. Further, a simple configuration such as a uniform lighting unit 110 can be applied to the lighting unit 11. Further, by physically shifting the periodic pattern using the light-shielding unit 111, the phase shift can be performed in steps smaller than the pixel size in the display or the like, so that the composite processed image calculated by the image processing unit 14 can be performed. It becomes possible to improve the accuracy of the image data Γ (x, y) of. Specifically, it is possible to reduce the error of the values of the image data I Min '(x, y) and I Max '(x, y) of the minimum value image and the maximum value image.

(実施の形態3)
《撮像装置の概略》
図14は、本発明の実施の形態3による撮像装置の全体構成例を示す概略図である。図15は、図14とは異なる撮像装置の全体構成例を示す概略図である。図1の撮像装置は、対象物2からの透過パターンを撮像したが、実施の形態3の撮像装置は、対象物2からの反射パターンを撮像する。これにより、所望の波長域で光を吸収する対象物2に対しても、表面における凹凸を観測することが可能になる。
(Embodiment 3)
<< Outline of imaging device >>
FIG. 14 is a schematic view showing an overall configuration example of the image pickup apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 15 is a schematic view showing an overall configuration example of an image pickup apparatus different from that of FIG. The image pickup apparatus of FIG. 1 images the transmission pattern from the object 2, but the image pickup device of the third embodiment captures the reflection pattern from the object 2. This makes it possible to observe irregularities on the surface of the object 2 that absorbs light in a desired wavelength range.

図14および図15の撮像装置1は、共に、図1の場合と同様の周期パターン生成部10、照明部11、調整部12、撮像部13、画像処理部14および出力部15を備える。この際には、図1の周期パターン生成部10および照明部11の代わりに、図13に示した一様照明部110、遮光部111および可動ステージ制御部16を用いてもよい。対象物2は、実施の形態1,2と異なり、照明部11からの出射光の波長域で透過性ではなく、反射性の媒質である。例えば、波長域が可視域にある場合は、表面に文字が刻印された製品や、亀裂や傷などの凹凸が存在する金属やセラミック製の壁面などが観測対象として考えられる。照明部11から出射した周期パターンは、図14に示すように斜方向から対象物2に入射してもよいし、図15に示すようにビームスプリッタ17を配置して、同軸落射型の照明配置としてもよい。 The image pickup apparatus 1 of FIGS. 14 and 15 both include a periodic pattern generation unit 10, an illumination unit 11, an adjustment unit 12, an image pickup unit 13, an image processing unit 14, and an output unit 15 as in the case of FIG. In this case, instead of the periodic pattern generation unit 10 and the illumination unit 11 of FIG. 1, the uniform illumination unit 110, the light shielding unit 111, and the movable stage control unit 16 shown in FIG. 13 may be used. Unlike the first and second embodiments, the object 2 is a medium that is not transparent but reflective in the wavelength range of the light emitted from the illumination unit 11. For example, when the wavelength range is in the visible range, products with characters engraved on the surface, metal or ceramic wall surfaces having irregularities such as cracks and scratches, etc. can be considered as observation targets. The periodic pattern emitted from the illumination unit 11 may be incident on the object 2 from an oblique direction as shown in FIG. 14, or a beam splitter 17 is arranged as shown in FIG. 15 to arrange a coaxial epi-illumination type illumination. May be.

《実施の形態3の主要な効果》
以上、実施の形態3の撮像装置を用いることで、実施の形態1等で述べた各種効果を、対象物2が反射性の媒質に対しても得ることが可能になる。例えば、実施の形態3の撮像装置を用いると、刻印やインクの凹凸を選択的に強調できるため、非常に細かく書かれた読みづらい印字を読みやすくすること等が可能になる。あるいは、産業用途やインフラ用途で使用されている大掛かりな装置における、細かい亀裂を発見する目的にも適用できる。
<< Main effect of Embodiment 3 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the third embodiment, it becomes possible to obtain the various effects described in the first embodiment and the like even on the medium in which the object 2 is reflective. For example, by using the image pickup apparatus of the third embodiment, it is possible to selectively emphasize the unevenness of the marking and the ink, so that it is possible to make the printing that is difficult to read very finely easy to read. Alternatively, it can be applied to the purpose of finding fine cracks in large-scale equipment used for industrial applications and infrastructure applications.

(実施の形態4)
《画像処理部の詳細》
図16は、本発明の実施の形態4による撮像装置において、図1の画像処理部の構成例を示す概略図である。図16に示す画像処理部14は、図6に示した撮像制御部140、第1の記憶媒体141、第1の演算部142および第2の演算部143に加えて、第3の演算部144と、第2の記憶媒体145とを備える。例えば、第2の演算部143は、合成処理画像の画像データΓ(x,y)として第1の画像データと第2の画像データとを算出し、これらを第2の記憶媒体145に保存する。例えば、第1の画像データは、周期パターンにおける完全暗部の面積が第1の面積である場合に得られるデータであり、第2の画像データは、周期パターンにおける完全暗部の面積が第1の面積とは異なる第2の面積である場合に得られるデータである。
(Embodiment 4)
<< Details of the image processing unit >>
FIG. 16 is a schematic view showing a configuration example of the image processing unit of FIG. 1 in the image pickup apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The image processing unit 14 shown in FIG. 16 has a third calculation unit 144 in addition to the image pickup control unit 140, the first storage medium 141, the first calculation unit 142, and the second calculation unit 143 shown in FIG. And a second storage medium 145. For example, the second calculation unit 143 calculates the first image data and the second image data as the image data Γ (x, y) of the composite processed image, and stores these in the second storage medium 145. .. For example, the first image data is data obtained when the area of the completely dark part in the periodic pattern is the first area, and the second image data is the data obtained when the area of the completely dark part in the periodic pattern is the first area. It is the data obtained when it is a second area different from.

第3の演算部144は、第2の演算部143から画像データの保存を完了した旨の制御信号を受けて、第2の記憶媒体145に保存された互いに閾値が異なる第1の画像データと第2の画像データとを用いて別の合成処理画像の画像データを算出する。具体例として、第3の演算部144は、画素毎に第1の画像データと第2の画像データの差分を算出する。図17は、図16における第3の演算部の処理内容の一例を示す模式図である。 The third calculation unit 144 receives a control signal from the second calculation unit 143 to the effect that the storage of the image data is completed, and the third calculation unit 144 and the first image data stored in the second storage medium 145 and having different thresholds from each other. The image data of another composite processed image is calculated using the second image data. As a specific example, the third calculation unit 144 calculates the difference between the first image data and the second image data for each pixel. FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of the processing content of the third arithmetic unit in FIG.

図17に示されるように、例えば、第1の画像データと第2の画像データの差分を算出することで、ある閾値範囲で感度を有する合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出することが可能になる。その結果、例えば、ある閾値以上の傾斜角を有する凹凸が強調された画像データではなく、第1の閾値以上かつ第2の閾値以下の傾斜角を有する凹凸が強調された画像データを算出できる。 As shown in FIG. 17, for example, by calculating the difference between the first image data and the second image data, the image data Γ (x, y) of the synthesized image having sensitivity in a certain threshold range is calculated. It will be possible to do. As a result, for example, it is possible to calculate image data in which unevenness having an inclination angle equal to or higher than a certain threshold value is emphasized, but image data in which unevenness having an inclination angle equal to or higher than the first threshold value and equal to or lower than the second threshold value is emphasized.

《実施の形態4の主要な効果》
以上、実施の形態4の撮像装置を用いることで、実施の形態1等で述べた各種効果に加えて、凹凸の形状(具体的には傾斜角)に対する選択性をより向上させたデータを得ることが可能になる。その結果、例えば、当該撮像装置を表面欠陥検査装置に適用した場合には、検査精度の更なる向上等が図れる。
<< Main effect of Embodiment 4 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the fourth embodiment, in addition to the various effects described in the first embodiment and the like, data with further improved selectivity for the shape of the unevenness (specifically, the inclination angle) can be obtained. Will be possible. As a result, for example, when the image pickup device is applied to a surface defect inspection device, the inspection accuracy can be further improved.

(実施の形態5)
《撮像装置の概略》
図18は、本発明の実施の形態5による撮像装置の一部の構成例を示す概略図である。図18に示す撮像装置1は、例えば図1の場合と同様の周期パターン生成部10、照明部11(図示省略)、調整部12、撮像部13(図示省略)、画像処理部14および出力部15に加えて画像認識部18を備える。画像認識部18は、調整部12を介して完全暗部の面積(図11の閾値)を変更しながら、画像処理部14に合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出させ、当該画像データΓ(x,y)に基づいて対象物2の3次元形状を認識する。画像認識部18によって認識される情報は、厳密には光線の屈折角の情報であるが、実質的には対象物2における凹凸の傾斜角である。
(Embodiment 5)
<< Outline of imaging device >>
FIG. 18 is a schematic view showing a configuration example of a part of the image pickup apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The image pickup device 1 shown in FIG. 18 is, for example, a periodic pattern generation unit 10, an illumination unit 11 (not shown), an adjustment unit 12, an image pickup unit 13 (not shown), an image processing unit 14, and an output unit similar to those in FIG. In addition to 15, an image recognition unit 18 is provided. The image recognition unit 18 causes the image processing unit 14 to calculate the image data Γ (x, y) of the composite processed image while changing the area of the completely dark portion (threshold in FIG. 11) via the adjustment unit 12, and the image concerned. The three-dimensional shape of the object 2 is recognized based on the data Γ (x, y). Strictly speaking, the information recognized by the image recognition unit 18 is the information on the refraction angle of the light beam, but it is substantially the inclination angle of the unevenness in the object 2.

図19は、図18における画像認識部の処理内容の一例を説明する図である。画像認識部18は、調整部12に所定のパラメータを送信し、画像処理部14に合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出させる。この際に、画像認識部18は、当該パラメータを逐次変更することにより、図19(a)のように、画像データΓ(x,y)における凹凸の傾斜角の閾値を変調することが可能である。この変調の際に、図19(b)のように、凹凸の傾斜角と閾値とが一致した瞬間に急速に画像データΓ(x,y)の値が変化するため、この値の変化を捉えることにより、各画素毎の凹凸の傾斜角を画像認識部18にて同定することが可能となる。 FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the processing content of the image recognition unit in FIG. The image recognition unit 18 transmits a predetermined parameter to the adjustment unit 12, and causes the image processing unit 14 to calculate the image data Γ (x, y) of the composite processed image. At this time, the image recognition unit 18 can modulate the threshold value of the inclination angle of the unevenness in the image data Γ (x, y) as shown in FIG. 19A by sequentially changing the parameters. be. During this modulation, as shown in FIG. 19B, the value of the image data Γ (x, y) changes rapidly at the moment when the inclination angle of the unevenness and the threshold value match, so the change in this value is captured. This makes it possible for the image recognition unit 18 to identify the inclination angle of the unevenness of each pixel.

具体例として、調整部12でのパラメータに基づき完全暗部31の割合Dが十分に大きい状態では、閾値が十分に大きく、図11から分かるように、急な凹凸を撮像している画素でも、なだらかな凹凸を撮像している画素でも、凹凸無しを撮像している画素でも、画像データΓ(x,y)の値は1となる。パラメータを変更して、完成暗部31の割合Dを小さくしていくと、閾値が小さくなっていき、急な凹凸を撮像している画素では、画像データΓ(x,y)の値が1よりも小さくなる。この際に、なだらかな凹凸を撮像している画素と、凹凸無しを撮像している画素では、画像データΓ(x,y)の値は1を維持する。 As a specific example, in a state where the ratio D of the completely dark portion 31 is sufficiently large based on the parameters in the adjustment unit 12, the threshold value is sufficiently large, and as can be seen from FIG. 11, even a pixel that is imaging a steep unevenness is gentle. The value of the image data Γ (x, y) is 1 regardless of whether the pixel is imaged with unevenness or the pixel without unevenness. When the parameter is changed and the ratio D of the completed dark portion 31 is reduced, the threshold value becomes smaller, and the value of the image data Γ (x, y) is higher than 1 in the pixel that is imaging the steep unevenness. Also becomes smaller. At this time, the value of the image data Γ (x, y) is maintained at 1 in the pixels that image the gentle unevenness and the pixels that image the image without the unevenness.

パラメータを更に変更して、完成暗部31の割合Dを更に小さくしていくと、なだらかな凹凸を撮像している画素でも、画像データΓ(x,y)の値が1よりも小さくなる。この際に、急な凹凸を撮像している画素では、画像データΓ(x,y)の値は1よりも小さくなったのち0に近い値となっており、凹凸無しを撮像している画像では、画像データΓ(x,y)の値は依然として1を維持する。 When the parameter is further changed and the ratio D of the completed dark portion 31 is further reduced, the value of the image data Γ (x, y) becomes smaller than 1 even in the pixel that is capturing the gentle unevenness. At this time, in the pixel that is capturing the steep unevenness, the value of the image data Γ (x, y) becomes smaller than 1 and then close to 0, and the image that captures the image without unevenness is captured. Then, the value of the image data Γ (x, y) still maintains 1.

このようにして、画像認識部18は、各画素毎に画像データΓ(x,y)の値が1よりも小さくなった時点のパラメータ値を認識することができ、ひいては、各画素毎に、凹凸の傾斜角を認識することができる。なお、この例では、閾値を徐々に小さくしていったが、閾値を徐々に大きくしていく場合には、画像認識部18は、画像データΓ(x,y)の値が1になった、または、画像データΓ(x,y)の値が急増した時点のパラメータ値を認識することで、各画素毎に、凹凸の傾斜角を認識することができる。 In this way, the image recognition unit 18 can recognize the parameter value at the time when the value of the image data Γ (x, y) becomes smaller than 1 for each pixel, and by extension, for each pixel, The inclination angle of the unevenness can be recognized. In this example, the threshold value was gradually reduced, but when the threshold value was gradually increased, the value of the image data Γ (x, y) became 1 in the image recognition unit 18. Or, by recognizing the parameter value at the time when the value of the image data Γ (x, y) suddenly increases, the inclination angle of the unevenness can be recognized for each pixel.

また、画像認識部18は、外部の記憶媒体または内部の記憶媒体に予め保持される参照データを用いて可視・不可視を分類する可視・不可視分類部を備え、当該可視・不可視分類部を用いて凹凸の種類を同定してもよい。具体的には、参照データは、例えば、可視化する傾斜角の範囲と、不可視化する傾斜角の範囲とを定めたデータである。具体例として、フィルム表面についた皺を人工的に形成された凹凸と区別して検出するという目的に対し、予め判明している人工的に設けた凹凸の傾斜角を不可視化する傾斜角として参照データに保持しておく。 Further, the image recognition unit 18 includes a visible / invisible classification unit that classifies visible / invisible using reference data previously stored in an external storage medium or an internal storage medium, and the visible / invisible classification unit is used. The type of unevenness may be identified. Specifically, the reference data is, for example, data that defines a range of tilt angles to be visualized and a range of tilt angles to be invisible. As a specific example, for the purpose of detecting wrinkles on the film surface separately from artificially formed irregularities, reference data is used as an inclination angle for invisible the previously known inclination angle of artificially provided irregularities. Keep in.

画像認識部18は、前述したように、各画素と、各画素における凹凸の傾斜角との対応関係を表す画像データを生成することができる。この際の凹凸の傾斜角は、ある値以上といった情報ではなく、特定値の情報、または、パラメータの分解能(±Δ)に応じた当該特定値±Δの情報である。画像認識部18は、このような画像データを対象に、参照データに基づき不可視化する傾斜角を有する画素の部分を除去することで、可視化する傾斜角のみを残した画像データを生成することができ、ひいては、皺のみが残った画像データを生成することができる。 As described above, the image recognition unit 18 can generate image data representing the correspondence between each pixel and the inclination angle of the unevenness in each pixel. The inclination angle of the unevenness at this time is not information such as a certain value or more, but information of a specific value or information of the specific value ± Δ according to the resolution (± Δ) of the parameter. The image recognition unit 18 can generate image data in which only the tilt angle to be visualized is left by removing the portion of the pixel having the tilt angle to be invisible based on the reference data for such image data. As a result, it is possible to generate image data in which only wrinkles remain.

さらに、参照データは、このような傾斜角の分類情報に加えて、凹凸の大きさ、面積、分布などの情報を備えてもよい。図20は、図18における画像認識部で認識される対象物の構造例を示す図である。例えば、図20に示すように、表面に周期的な凹み21が人工的に形成されているような対象物2において、ランダムについた欠陥22a,22bのみを検出したいという状況を考える。この際に、欠陥22aのように、凹み21の傾斜角と欠陥22aの傾斜角とが明確に異なっていれば、傾斜角の分類情報のみで両者を区別することが可能である。ただし、場合によっては、欠陥22bのように、凹み21の傾斜角と同等の傾斜角を持つ欠陥22bが存在する可能性もある。この場合、欠陥22bが人工的な凹み21として誤検出される恐れがある。 Further, the reference data may include information such as the size, area, and distribution of the unevenness in addition to the classification information of the inclination angle. FIG. 20 is a diagram showing a structural example of an object recognized by the image recognition unit in FIG. For example, consider a situation in which, as shown in FIG. 20, it is desired to detect only randomly attached defects 22a and 22b in an object 2 in which a periodic dent 21 is artificially formed on the surface. At this time, if the inclination angle of the recess 21 and the inclination angle of the defect 22a are clearly different as in the defect 22a, it is possible to distinguish between the two only by the classification information of the inclination angle. However, in some cases, there may be a defect 22b having an inclination angle equivalent to the inclination angle of the recess 21, such as the defect 22b. In this case, the defect 22b may be erroneously detected as an artificial dent 21.

そこで、このような場合における凹み21と欠陥22bの区別方法の一例として、参照データ上に、人工的に形成された凹み21の面積または分布を評価関数として定義しておく。例えば、欠陥22bに対応する画素が占める面積と、凹み21に対応する画素が占める面積とは明らかに異なる。このため、画像認識部18は、このような参照データ上の評価関数を用いることで、凹み21と欠陥22bとを区別することが可能になる。また、画像認識部18は、物理的な面積に限らず、周期性や不連続性に注目した評価関数や、その組合せによる評価関数を用いて区別を行ってもよい。画像認識部18は、区別処理が完了したら、区別結果を出力部15に出力する。 Therefore, as an example of a method for distinguishing the dent 21 and the defect 22b in such a case, the area or distribution of the artificially formed dent 21 is defined as an evaluation function on the reference data. For example, the area occupied by the pixel corresponding to the defect 22b and the area occupied by the pixel corresponding to the recess 21 are clearly different. Therefore, the image recognition unit 18 can distinguish between the dent 21 and the defect 22b by using such an evaluation function on the reference data. Further, the image recognition unit 18 is not limited to the physical area, and may make a distinction by using an evaluation function focusing on periodicity or discontinuity, or an evaluation function based on a combination thereof. When the discrimination process is completed, the image recognition unit 18 outputs the discrimination result to the output unit 15.

《実施の形態5の主要な効果》
以上、実施の形態5の撮像装置を用いることで、実施の形態1等で述べた各種効果に加えて、画像全体における凹凸の形状を細かく認識することができ、更には、予め定めた参照データに基づいて、画像全体の中から特定の傾斜角を持つ凹凸を抽出することができる。
<< Main effect of embodiment 5 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the fifth embodiment, in addition to the various effects described in the first embodiment and the like, the shape of the unevenness in the entire image can be recognized in detail, and further, the reference data determined in advance. Based on, it is possible to extract unevenness having a specific inclination angle from the entire image.

(実施の形態6)
前述した実施の形態5では、主に、対象物2の表面に存在する欠陥を検出する場合を想定して説明を行ったが、実施の形態6では、対象物2に予め形成されている所定のパターンを認識する方法について説明する。実施の形態6による撮像装置の構成は、図18に示した構成と同様である。実施の形態6において、図18の画像認識部18は、概略的には、調整部12を介して完全暗部31の面積を指示した状態で画像処理部14に合成処理画像の画像データΓ(x,y)を算出させ、当該画像データΓ(x,y)に基づいて対象物2に予め形成されている所定のパターンを認識する。
(Embodiment 6)
In the above-described fifth embodiment, the description has been made mainly on the assumption that a defect existing on the surface of the object 2 is detected, but in the sixth embodiment, a predetermined shape previously formed on the object 2 has been described. The method of recognizing the pattern of is described. The configuration of the image pickup apparatus according to the sixth embodiment is the same as the configuration shown in FIG. In the sixth embodiment, the image recognition unit 18 of FIG. 18 generally indicates the area of the completely dark portion 31 via the adjustment unit 12 to the image processing unit 14 and gives the image processing unit 14 the image data Γ (x) of the composite processed image. , Y) is calculated, and a predetermined pattern previously formed on the object 2 is recognized based on the image data Γ (x, y).

完全暗部31を設けた場合、例えば、図11等に示したように、ある閾値以上の傾斜角をもつ凹凸のみで画像データΓ(x,y)の値が急激に小さくなる。これは、ソフトウェアで行われるトーンカーブを用いた高コントラスト化の補正処理と同様の処理を光学的に行えることを意味する。そこで、画像認識部18は、当該光学的な補正処理を活用してパターン認識を行う。 When the completely dark portion 31 is provided, for example, as shown in FIG. 11, the value of the image data Γ (x, y) sharply decreases only in the unevenness having an inclination angle equal to or higher than a certain threshold value. This means that it is possible to optically perform the same processing as the correction processing for increasing the contrast using the tone curve performed by the software. Therefore, the image recognition unit 18 performs pattern recognition by utilizing the optical correction process.

具体的には、画像認識部18は、例えば、基準のパターン(例えば、文字や数字等)に対応する合成処理画像の画像データΓ(x,y)を予め教師データとして学習しておくことでパターン認識を行うパターン認識部を備える。画像認識部18は、画像処理部14から送信されてくる合成処理画像の画像データΓ(x,y)を元に、パターン認識部を用いてパターン認識処理を行う。このとき、パターン認識部は、合成処理画像そのものを用いてパターン認識処理を行ってもよいし、ソフトウェア上で別の画像処理を加えたのちにパターン認識処理を行ってもよい。パターン認識処理後、画像認識部18は、合成処理画像を、対応するパターンのクラスの列に変換し、テキストデータや二値信号などの圧縮された信号情報として、出力部15へ出力する。 Specifically, the image recognition unit 18 can learn, for example, the image data Γ (x, y) of the composite processed image corresponding to the reference pattern (for example, characters, numbers, etc.) as teacher data in advance. It is provided with a pattern recognition unit that performs pattern recognition. The image recognition unit 18 performs pattern recognition processing using the pattern recognition unit based on the image data Γ (x, y) of the composite processed image transmitted from the image processing unit 14. At this time, the pattern recognition unit may perform pattern recognition processing using the composite processed image itself, or may perform pattern recognition processing after adding another image processing on the software. After the pattern recognition process, the image recognition unit 18 converts the composite processed image into a sequence of the corresponding pattern class and outputs it to the output unit 15 as compressed signal information such as text data and a binary signal.

具体例として、製品における印字を対象に合成処理画像を生成し、画像認識部18において文字や数字のパターンと照合する場合を想定する。この際に、文字や数字のパターンの輪郭を表す傾斜角またはその範囲は予め判明しているため、画像認識部18は、実施の形態5で述べた可視・不可視分類部を用いて、文字や数字のパターンのみを残存させ、その他の余分なノイズ成分を除去した画像データを生成することができる。画像認識部18は、このように文字や数字のパターンのみを残存させた画像データを対象に、パターン認識部を用いて文字や数字の種類を特定する。この際に、パターン認識の対象となる画像データからは予め余分なノイズ成分が除去されているため、パターン認識の容易化、または高精度化等が実現可能となる。 As a specific example, it is assumed that a composite processed image is generated for printing in a product and collated with a character or number pattern in the image recognition unit 18. At this time, since the inclination angle or the range thereof representing the outline of the pattern of characters and numbers is known in advance, the image recognition unit 18 uses the visible / invisible classification unit described in the fifth embodiment to display characters and characters. It is possible to generate image data in which only the number pattern remains and other extra noise components are removed. The image recognition unit 18 specifies the type of characters and numbers by using the pattern recognition unit for the image data in which only the patterns of characters and numbers remain. At this time, since the extra noise component is removed in advance from the image data to be the target of pattern recognition, it is possible to realize easy pattern recognition, high accuracy, and the like.

《実施の形態6の主要な効果》
以上、実施の形態6の撮像装置を用いることで、実施の形態1等で述べた各種効果に加えて、パターン認識の容易化、または高精度化等が実現可能になる。さらに、合成処理画像のうち、必要となる情報(例えば、文字や数字の認識結果等)のみを圧縮データとして出力できるため、出力部15からの情報を大幅に削減することが可能となる。その結果、出力情報の保存容量を低減したり、転送にかかる時間を短縮することも可能となる。
<< Main effect of Embodiment 6 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the sixth embodiment, in addition to the various effects described in the first embodiment and the like, it is possible to realize easy pattern recognition, high accuracy, and the like. Further, since only the necessary information (for example, the recognition result of characters and numbers) can be output as compressed data from the composite processed image, the information from the output unit 15 can be significantly reduced. As a result, it is possible to reduce the storage capacity of output information and shorten the time required for transfer.

(実施の形態7)
《撮像装置の概略》
図21は、本発明の実施の形態7による撮像装置の一部の構成例を示す概略図である。図21に示す撮像装置1は、例えば図1の場合と同様の周期パターン生成部10、照明部11(図示省略)、調整部12、撮像部13(図示省略)、画像処理部14および出力部15に加えて画像認識部18および自動調整部19を備える。画像認識部18は、画像処理部14からの合成処理画像の画像データΓ(x,y)に基づいて対象物2の3次元形状を認識する。自動調整部19は、画像認識部18の認識結果に基づいて、所定の特徴をもつ3次元形状のみを可視化するように、調整部12を介して完全暗部31の面積を指示する。
(Embodiment 7)
<< Outline of imaging device >>
FIG. 21 is a schematic view showing a configuration example of a part of the image pickup apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. The image pickup device 1 shown in FIG. 21 is, for example, a periodic pattern generation unit 10, an illumination unit 11 (not shown), an adjustment unit 12, an image pickup unit 13 (not shown), an image processing unit 14, and an output unit similar to those in FIG. In addition to 15, an image recognition unit 18 and an automatic adjustment unit 19 are provided. The image recognition unit 18 recognizes the three-dimensional shape of the object 2 based on the image data Γ (x, y) of the composite processed image from the image processing unit 14. Based on the recognition result of the image recognition unit 18, the automatic adjustment unit 19 instructs the area of the completely dark unit 31 via the adjustment unit 12 so as to visualize only the three-dimensional shape having a predetermined feature.

実施の形態5,6では、画像認識部18が調整部12へのパラメータを変更しながら対象部2の全体形状を認識する例を示したが、必ずしも全体形状を認識する必要はなく、例えば、欠陥を検出する場合や、または、パターンを検出する場合といった各種目的に応じて、その目的のみが果たせればよい。自動調整部19は、このような目的を果たすため、パラメータを単純にリニアに変更するのではなく、例えば、範囲を絞り込んで変更したり、あるいは飛び飛びに変更するといったパラメータの各種最適化を行う。 In the fifth and sixth embodiments, an example is shown in which the image recognition unit 18 recognizes the entire shape of the target unit 2 while changing the parameters to the adjustment unit 12, but it is not always necessary to recognize the entire shape, for example. It is only necessary to fulfill the purpose according to various purposes such as the case of detecting a defect or the case of detecting a pattern. In order to achieve such a purpose, the automatic adjustment unit 19 does not simply change the parameters linearly, but performs various optimizations of the parameters such as, for example, narrowing down the range and changing the parameters in a discrete manner.

一例として、パターンを検出するような場合、自動調整部19は、予め判定している当該パターンの傾斜角に基づいてパラメータの範囲を絞り込むことができる。また、別の例として、自動調整部19は、パラメータを2分探索を用いて変更しながら、画像認識部18の認識結果の差異を見て、次のパラメータを定めるようなことも可能である。この際に、例えば、画像認識部18によってある傾斜角の範囲で欠陥が検出された場合、自動調整部19は、当該欠陥に着目して、当該欠陥のより詳細な傾斜角を特定するようにパラメータを絞り込んでいくようなことも可能である。 As an example, when detecting a pattern, the automatic adjustment unit 19 can narrow down the range of parameters based on the inclination angle of the pattern determined in advance. Further, as another example, the automatic adjustment unit 19 may determine the next parameter by observing the difference in the recognition result of the image recognition unit 18 while changing the parameter by using the two-minute search. .. At this time, for example, when a defect is detected in a range of a certain inclination angle by the image recognition unit 18, the automatic adjustment unit 19 pays attention to the defect and specifies a more detailed inclination angle of the defect. It is also possible to narrow down the parameters.

《実施の形態7の主要な効果》
以上、実施の形態7の撮像装置を用いることで、実施の形態1等で述べた各種効果に加えて、目的に応じた撮像装置の自動制御が実現可能になる。例えば、表面欠陥検査に適用した場合、これまで人が照明に対する角度や位置を変えるという作業を通じて目視で行っていた検査を自動化することができ、省人化・品質安定化の効果が得られる。さらに、パラメータを最適化することで、撮像回数等を削減でき、例えば検査時間の短縮等といった時間的コストの削減が可能になる。
<< Main effects of Embodiment 7 >>
As described above, by using the image pickup apparatus of the seventh embodiment, it is possible to realize automatic control of the image pickup apparatus according to the purpose in addition to the various effects described in the first embodiment and the like. For example, when applied to a surface defect inspection, it is possible to automate the inspection that has been visually performed by a person through the work of changing the angle and position with respect to the lighting, and the effects of labor saving and quality stabilization can be obtained. Further, by optimizing the parameters, the number of imagings and the like can be reduced, and the time cost such as shortening the inspection time can be reduced.

以上述べた各実施の形態は、本発明を分かりやすく説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば実施の形態1に示す透過型配置、あるいは実施の形態3に示す反射型配置の撮像装置1において、実施の形態2の照明部11、実施の形態4の画像処理部15、実施の形態5,6の画像認識部18のいずれか、あるいはそれらの組み合わせを、具備した構成としてもよい。また、実施の形態5、あるいは実施の形態6に示す撮像装置1において、実施の形態7に示す自動調整部19を具備してもよい。 Each of the above-described embodiments is for explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and does not limit the scope of the present invention. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration. For example, in the image pickup apparatus 1 having the transmission type arrangement shown in the first embodiment or the reflection type arrangement shown in the third embodiment, the illumination unit 11 of the second embodiment, the image processing unit 15 of the fourth embodiment, and the fifth embodiment. , Any one of the image recognition units 18 of 6 and 6 or a combination thereof may be provided. Further, the image pickup apparatus 1 shown in the fifth embodiment or the sixth embodiment may include the automatic adjustment unit 19 shown in the seventh embodiment.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be placed in a memory, a recording device such as a hard disk or SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.

1…撮像装置、2…対象物、10…周期パターン生成部、11…照明部、12…調整部、13…撮像部、14…画像処理部、15…出力部、16…可動ステージ制御部、18…画像認識部、19…自動調整部、30…完全明部、31…完全暗部、110…一様照明部、111…遮光部、142…第1の演算部、143…第2の演算部、144…第3の演算部。 1 ... Image pickup device, 2 ... Object, 10 ... Periodic pattern generation unit, 11 ... Lighting unit, 12 ... Adjustment unit, 13 ... Imaging unit, 14 ... Image processing unit, 15 ... Output unit, 16 ... Movable stage control unit, 18 ... Image recognition unit, 19 ... Automatic adjustment unit, 30 ... Completely bright part, 31 ... Completely dark part, 110 ... Uniform lighting unit, 111 ... Shading unit, 142 ... First calculation unit, 143 ... Second calculation unit 144 ... Third arithmetic unit.

Claims (13)

互いに位相の異なる複数の周期パターン毎に、対応する輝度分布を有する光を対象物に照射する照明部と、
前記周期パターンを生成し、前記複数の周期パターン毎に前記対応する輝度分布となるように前記照明部を制御する周期パターン生成部と、
前記複数の周期パターン毎に前記対象物からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する撮像部と、
前記複数の撮像画像データを用いて前記対象物の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する画像処理部と、
を有する撮像装置であって、
前記周期パターンは、前記照明部に、画素値が最小となる完全暗部を有限の面積だけ生じさせるパターンであり、
前記画像処理部は、前記合成処理画像の前記画像データを算出する際に、前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値を抽出し、
さらに、前記周期パターン生成部へ、前記周期パターンにおける前記完全暗部の面積を指示する調整部を有する、
撮像装置。
A lighting unit that irradiates an object with light having a corresponding luminance distribution for each of a plurality of periodic patterns having different phases.
A periodic pattern generation unit that generates the periodic pattern and controls the illumination unit so as to have the corresponding luminance distribution for each of the plurality of periodic patterns.
An imaging unit that generates a plurality of captured image data by imaging a transmission pattern or a reflection pattern from the object for each of the plurality of periodic patterns.
An image processing unit that calculates image data of a composite processed image that represents the characteristics of the three-dimensional shape of the object using the plurality of captured image data, and an image processing unit.
It is an image pickup device having
The periodic pattern is a pattern in which a completely dark portion having a minimum pixel value is generated in the illumination portion by a finite area.
When calculating the image data of the composite processed image, the image processing unit extracts the minimum pixel value for each pixel of the plurality of captured image data.
Further, the periodic pattern generation unit is provided with an adjusting unit that indicates the area of the completely dark portion in the periodic pattern.
Imaging device.
請求項記載の撮像装置において、
前記調整部は、前記周期パターン生成部へ、前記周期パターンの周期と当該周期における前記完全暗部の割合とを指示する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 1 ,
The adjusting unit instructs the periodic pattern generation unit of the period of the periodic pattern and the ratio of the completely dark portion in the period.
Imaging device.
互いに位相の異なる複数の周期パターン毎に、対応する輝度分布を有する光を対象物に照射する照明部と、
前記周期パターンを生成し、前記複数の周期パターン毎に前記対応する輝度分布となるように前記照明部を制御する周期パターン生成部と、
前記複数の周期パターン毎に前記対象物からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する撮像部と、
前記複数の撮像画像データを用いて前記対象物の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する画像処理部と、
を有する撮像装置であって、
前記周期パターンは、前記照明部に、画素値が最小となる完全暗部を有限の面積だけ生じさせるパターンであり、
前記画像処理部は、前記合成処理画像の前記画像データを算出する際に、前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値を抽出し、
さらに、前記照明部と前記対象物との物理的な配置関係を指示することで、前記周期パターンにおける前記完全暗部の面積を定める調整部を有する、
撮像装置。
A lighting unit that irradiates an object with light having a corresponding luminance distribution for each of a plurality of periodic patterns having different phases.
A periodic pattern generation unit that generates the periodic pattern and controls the illumination unit so as to have the corresponding luminance distribution for each of the plurality of periodic patterns.
An imaging unit that generates a plurality of captured image data by imaging a transmission pattern or a reflection pattern from the object for each of the plurality of periodic patterns.
An image processing unit that calculates image data of a composite processed image that represents the characteristics of the three-dimensional shape of the object using the plurality of captured image data, and an image processing unit.
It is an image pickup device having
The periodic pattern is a pattern in which a completely dark portion having a minimum pixel value is generated in the illumination portion by a finite area.
When calculating the image data of the composite processed image, the image processing unit extracts the minimum pixel value for each pixel of the plurality of captured image data.
Further, it has an adjusting unit that determines the area of the completely dark portion in the periodic pattern by instructing the physical arrangement relationship between the lighting unit and the object.
Imaging device.
請求項1または3記載の撮像装置において、
前記周期パターンは、矩形波状のパターンである、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 1 or 3 ,
The periodic pattern is a rectangular wavy pattern.
Imaging device.
互いに位相の異なる複数の周期パターン毎に、対応する輝度分布を有する光を対象物に照射する照明部と、
前記周期パターンを生成し、前記複数の周期パターン毎に前記対応する輝度分布となるように前記照明部を制御する周期パターン生成部と、
前記複数の周期パターン毎に前記対象物からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する撮像部と、
前記複数の撮像画像データを用いて前記対象物の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する画像処理部と、
を有する撮像装置であって、
前記周期パターンは、前記照明部に、画素値が最小となる完全暗部を有限の面積だけ生じさせるパターンであり、
前記画像処理部は、前記合成処理画像の前記画像データを算出する際に、前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値を抽出し、
前記画像処理部は、
前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値と最大の画素値とを抽出し、最小の画素値で構成される最小値画像の画像データと、最大の画素値で構成される最大値画像の画像データとを算出する第1の演算部と、
前記最大値画像と前記最小値画像の画素毎に、前記最大値画像と前記最小値画像の画素値の和に対する差の比を算出することで、前記合成処理画像の画像データを算出する第2の演算部と、
を有する撮像装置。
A lighting unit that irradiates an object with light having a corresponding luminance distribution for each of a plurality of periodic patterns having different phases.
A periodic pattern generation unit that generates the periodic pattern and controls the illumination unit so as to have the corresponding luminance distribution for each of the plurality of periodic patterns.
An imaging unit that generates a plurality of captured image data by imaging a transmission pattern or a reflection pattern from the object for each of the plurality of periodic patterns.
An image processing unit that calculates image data of a composite processed image that represents the characteristics of the three-dimensional shape of the object using the plurality of captured image data, and an image processing unit.
It is an image pickup device having
The periodic pattern is a pattern in which a completely dark portion having a minimum pixel value is generated in the illumination portion by a finite area.
When calculating the image data of the composite processed image, the image processing unit extracts the minimum pixel value for each pixel of the plurality of captured image data.
The image processing unit
The minimum pixel value and the maximum pixel value are extracted for each pixel of the plurality of captured image data, and the image data of the minimum value image composed of the minimum pixel value and the maximum pixel value are composed. The first calculation unit that calculates the image data of the maximum value image,
A second image data of the composite processed image is calculated by calculating the ratio of the difference between the pixel values of the maximum value image and the minimum value image to the sum of the pixel values of the maximum value image and the minimum value image for each pixel. And the calculation part of
Imaging device with .
請求項記載の撮像装置において、
前記第2の演算部は、前記合成処理画像の画像データとして、第1の画像データと第2の画像データとを算出し、
前記第1の画像データは、前記周期パターンにおける前記完全暗部の面積が第1の面積である場合に得られるデータであり、
前記第2の画像データは、前記周期パターンにおける前記完全暗部の面積が前記第1の面積とは異なる第2の面積である場合に得られるデータであり、
前記画像処理部は、さらに、前記第1の画像データと前記第2の画像データとを用いて別の前記合成処理画像の画像データを算出する第3の演算部を有する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 5 ,
The second calculation unit calculates the first image data and the second image data as the image data of the composite processed image.
The first image data is data obtained when the area of the completely dark portion in the periodic pattern is the first area.
The second image data is data obtained when the area of the completely dark portion in the periodic pattern is a second area different from the first area.
The image processing unit further has a third calculation unit that calculates image data of another composite processed image using the first image data and the second image data.
Imaging device.
請求項記載の撮像装置において、
前記第3の演算部は、画素毎に前記第1の画像データと前記第2の画像データの差分を算出する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 6 ,
The third calculation unit calculates the difference between the first image data and the second image data for each pixel.
Imaging device.
請求項または記載の撮像装置において、
さらに、前記調整部を介して前記完全暗部の面積を変更しながら、前記画像処理部に前記合成処理画像の画像データを算出させ、前記合成処理画像の画像データに基づいて前記対象物の3次元形状を認識する画像認識部を有する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 1 or 3 ,
Further, while changing the area of the completely dark portion via the adjusting unit, the image processing unit is made to calculate the image data of the composite processed image, and the object is three-dimensionally based on the image data of the composite processed image. It has an image recognition unit that recognizes the shape.
Imaging device.
請求項記載の撮像装置において、
前記画像認識部は、前記対象物における凹凸の傾斜角を認識する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 8 ,
The image recognition unit recognizes the inclination angle of the unevenness in the object.
Imaging device.
請求項または記載の撮像装置において、
さらに、前記調整部を介して前記完全暗部の面積を指示した状態で前記画像処理部に前記合成処理画像の画像データを算出させ、前記合成処理画像の画像データに基づいて前記対象物に予め形成されている所定のパターンを認識する画像認識部を有する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 1 or 3 ,
Further, the image processing unit is made to calculate the image data of the composite processed image in a state where the area of the completely dark portion is instructed via the adjustment unit, and the object is preliminarily formed based on the image data of the composite processed image. It has an image recognition unit that recognizes a predetermined pattern.
Imaging device.
請求項または記載の撮像装置において、さらに、
前記画像処理部からの前記合成処理画像の画像データに基づいて前記対象物の3次元形状を認識する画像認識部と、
前記画像認識部の認識結果に基づいて、所定の特徴をもつ3次元形状のみを可視化するように、前記調整部を介して前記完全暗部の面積を指示する自動調整部と、
を有する、
撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 1 or 3 , further
An image recognition unit that recognizes the three-dimensional shape of the object based on the image data of the composite processed image from the image processing unit.
Based on the recognition result of the image recognition unit, an automatic adjustment unit that instructs the area of the completely dark portion via the adjustment unit so as to visualize only a three-dimensional shape having a predetermined feature, and an automatic adjustment unit.
Have,
Imaging device.
一様な光を出射する一様照明部と、
前記一様照明部と対象物との間に配置され、周期的に形成される開口と前記開口の間に設けられる閉口とを備えることで、前記開口を通過し前記閉口で遮断される光からなる周期パターンを生成し、前記周期パターンを前記対象物に照射する遮光部と、
前記遮光部を周期方向へ移動させることで、互いに位相の異なる複数の前記周期パターンが前記対象物に照射されるように制御する可動ステージ制御部と、
前記複数の周期パターン毎に前記対象物からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する撮像部と、
前記複数の撮像画像データを用いて前記対象物の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する画像処理部と、
を有する撮像装置であって、
前記周期パターンには、前記閉口に基づき、輝度が最低となる完全暗部が有限の面積だけ設けられ、
前記画像処理部は、前記合成処理画像の前記画像データを算出する際に、前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値を抽出し、
前記画像処理部は、
前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最小の画素値と最大の画素値とを抽出し、最小の画素値で構成される最小値画像の画像データと、最大の画素値で構成される最大値画像の画像データとを算出する第1の演算部と、
前記最大値画像と前記最小値画像の画素毎に、前記最大値画像と前記最小値画像の画素値の和に対する差の比を算出することで、前記合成処理画像の画像データを算出する第2の演算部と、
を有する撮像装置。
A uniform lighting unit that emits uniform light,
By providing an opening arranged between the uniform illumination unit and the object and periodically formed and a closed opening provided between the openings, light that passes through the opening and is blocked by the closed opening is provided. A light-shielding portion that generates a periodic pattern and irradiates the object with the periodic pattern.
A movable stage control unit that controls the object to be irradiated with a plurality of periodic patterns having different phases by moving the light-shielding unit in the periodic direction.
An imaging unit that generates a plurality of captured image data by imaging a transmission pattern or a reflection pattern from the object for each of the plurality of periodic patterns.
An image processing unit that calculates image data of a composite processed image that represents the characteristics of the three-dimensional shape of the object using the plurality of captured image data, and an image processing unit.
It is an image pickup device having
Based on the closure, the periodic pattern is provided with a completely dark area having the lowest brightness in a finite area.
When calculating the image data of the composite processed image, the image processing unit extracts the minimum pixel value for each pixel of the plurality of captured image data.
The image processing unit
The minimum pixel value and the maximum pixel value are extracted for each pixel of the plurality of captured image data, and the image data of the minimum value image composed of the minimum pixel value and the maximum pixel value are composed. The first calculation unit that calculates the image data of the maximum value image,
A second image data of the composite processed image is calculated by calculating the ratio of the difference between the pixel values of the maximum value image and the minimum value image to the sum of the pixel values of the maximum value image and the minimum value image for each pixel. And the calculation part of
Imaging device with .
互いに位相の異なる複数の周期パターン毎に、対応する輝度分布を有する光を対象物に照射する照明部と、
前記周期パターンを生成し、前記複数の周期パターン毎に前記対応する輝度分布となるように前記照明部を制御する周期パターン生成部と、
前記複数の周期パターン毎に前記対象物からの透過パターンまたは反射パターンを撮像することで、複数の撮像画像データを生成する撮像部と、
前記複数の撮像画像データを用いて前記対象物の3次元形状の特徴を表す合成処理画像の画像データを算出する画像処理部と、
を有する撮像装置であって、
前記周期パターンは、前記照明部に、画素値が最大となる完全明部を有限の面積だけ生じさせるパターンであり、
前記画像処理部は、前記合成処理画像の前記画像データを算出する際に、前記複数の撮像画像データを対象として画素毎に最大の画素値を抽出し、
さらに、前記周期パターン生成部へ、前記周期パターンにおける前記完全明部の面積を指示する調整部を有する、
撮像装置。
A lighting unit that irradiates an object with light having a corresponding luminance distribution for each of a plurality of periodic patterns having different phases.
A periodic pattern generation unit that generates the periodic pattern and controls the illumination unit so as to have the corresponding luminance distribution for each of the plurality of periodic patterns.
An imaging unit that generates a plurality of captured image data by imaging a transmission pattern or a reflection pattern from the object for each of the plurality of periodic patterns.
An image processing unit that calculates image data of a composite processed image that represents the characteristics of the three-dimensional shape of the object using the plurality of captured image data, and an image processing unit.
It is an image pickup device having
The periodic pattern is a pattern in which a completely bright portion having a maximum pixel value is generated in the illumination portion by a finite area.
When calculating the image data of the composite processed image, the image processing unit extracts the maximum pixel value for each pixel of the plurality of captured image data.
Further, the periodic pattern generation unit is provided with an adjusting unit that indicates the area of the completely bright portion in the periodic pattern.
Imaging device.
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