JPH1169210A - ラインセンサカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラ単体で感度の調整、解像度の変更、ノ
イズの除去、補間画像取得、撮像範囲の調整等が可能で
あるラインセンサカメラを提供する 【解決手段】 ラインセンサカメラに一列の受光素子を
面状に複数並べたＣＣＤ３と、画像データを画素単位で
選択する画素選択部４と、画像データを演算する演算部
５とを備えて、カメラ単体で感度の調整、解像度の変
更、ノイズの除去等の画像処理を行えるようにする。ま
た、２つの転送部９ａ、９ｂから画像データを外部へ転
送することで、高解像度の画像データでも転送速度の増
加を押さえて出力することができる。更に、画像データ
を記憶する記憶部６を備えることで、カメラ単体で補間
画像データを得ることができる。また、スリット状の開
口部を有する遮光板２をＣＣＤ３の前方に備えること
で、撮像範囲の調整が行なえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像した画像をス
リット状の画像データとして１列出力するラインセンサ
カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】ラインセンサカメラは、幅広のシート状
の物体の外観、あるいは円柱状の物体の外周面などの検
査を行なうための画像処理装置の撮像手段によく使用さ
れる。このカメラは、ＮＴＳＣに代表されるいわゆるエ
リアセンサカメラと比較すると、高速かつ広範囲な撮像
が可能である特徴を有している。

【０００３】ラインセンサカメラで使用される受光素子
は、１画素当たり数〜数十μｍ四方の正方形のＣＣＤ
（電荷結合素子）を一列に数百〜数千画素並べた構造が
一般的である。

【０００４】ラインセンサカメラを物体の表面検査のた
めに使用するときは、検査する物体の表面（以下検査面
という）との位置関係を、ＣＣＤを配列させた方向（以
下画素方向という）とは直角の方向（以下移動方向とい
う）に相対的に移動させながら１列ずつ撮像してゆく。
検査時間を短縮するためにこの相対速度を速めると、ラ
インセンサカメラが一度に撮像する検査面の撮像幅が広
くなってしまう。これはすなわち、撮像画像の解像度を
低下させていることに他ならず、検査面の細かな異常を
見逃してしまうおそれがある。この解像度の低下を防止
するために、ラインセンサカメラの１列あたりの撮像時
間を短くしたのでは、カメラの感度が足りずに暗い撮像
画像となってしまい、これでは表面検査の精度の低下を
来すので、結局は感度の高いカメラが必要となる。

【０００５】カメラの感度を高めるために、ＣＣＤの形
状を移動方向に長い長方形にし、画素方向の解像度を低
下させずに受光面積を拡大したり、一列に並べたＣＣＤ
を複数列整列させて同時に撮像し、列内で相対的に同位
置の画素で得られた電荷を積分したりすることが行われ
ており、これらの手法は極めて有効である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】外観検査は、検査対象
物の違い、検査面上の異常の種類やその発見の難度、撮
像時の検査面の照度、あるいは許容される検査時間など
に応じて最も適切に行なえば良いのであって、そのカメ
ラが有している最高の感度・解像度・撮像幅で行なうの
が常に最良というわけではない。ところが、従来のライ
ンセンサカメラは、カメラの感度・解像度を重要視する
あまりに汎用性が非常に低く、例えば、一度に撮像でき
る撮像幅を変更するだけでも、カメラのＣＣＤを交換し
なければならないことさえもあった。

【０００７】そうかといって、受光素子の有している能
力を最大限に利用しないのは無駄であり、この余剰能力
は有効に活用するべきである。そこで本発明は、使用条
件で異なる感度・解像度・撮像幅の要求に適切に応じる
ことが可能で、更に、カメラが本来有している能力に余
裕のある場合には有益な画像処理を行ない、このカメラ
が接続される画像処理装置の画像処理の負担を軽減する
ことのできるラインセンサカメラを提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、ラインセンサカメラに受光素子を一列
に並べてなる受光素子列を該受光素子列の列方向に対し
て直角方向に複数並べた撮像手段と、前記撮像手段の出
力する複数の１列の画像データを画素単位で取捨選択す
る画素選択手段と、前記画素選択手段の出力する画像デ
ータを画素単位で演算して１列の画像データを得る演算
手段とを備えることを特徴とし、この構成により、カメ
ラ単体で感度の調整、解像度の変更、ノイズの除去等の
画像処理を行なえる。

【０００９】また、上記に加えて１列の画像データを外
部へ転送する２以上の転送手段を更に備えることで、撮
像画像の解像度を高めることによって増加する画像デー
タを転送速度の増加を押さえつつ出力することができる
ようになる。

【００１０】更に、上記に加えて１列の画像データを記
憶する記憶手段を更に備えることで、以前に撮像した画
像データと新たに撮像した画像データとから補間した画
像データをカメラ単体で得ることができる。

【００１１】また、開口幅の変更可能なスリット状の開
口部を有する遮光板をラインセンサカメラの受光素子を
一列に並べてなる撮像手段の受光面の前方に備えること
で、撮像範囲の調整が行なえるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明に係るラインセンサ
カメラの実施の形態を示す図である。同図において、光
学レンズ１は、ＣＣＤ３上に検査物１１の検査面の像を
結ぶようにピントの調節が可能な構造を有している。遮
光板２は、２枚の板を並べるように配置して構成され、
これらの板の間のスリット状の隙間の間隔を調節するこ
とで光学レンズ１を通して入射する光量の調節や、撮像
範囲を変化させる機能を有している。ＣＣＤ３は、本実
施の形態では同図の水平方向を画素方向とする一列のＣ
ＣＤを同図の垂直方向に４段積み重ねた構造にしてい
る。この積み重ねたＣＣＤに同図の上から順に３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄなる符号を付す。画素選択部４は、外部
からの指示によりＣＣＤ３の各画素のデータを画素毎に
任意に取捨選択して演算部５へ渡す機能を有している。
演算部５は、外部からの指示により画素選択部４で選択
された画素で構成される１列の画像データを演算する機
能を有している。記憶部６は、演算部５での演算前後等
の１列の画像データの記憶保持を行なう。制御部７は、
制御信号入力８から入力される外部からの制御指示に基
づいて画素選択部４、演算部５、第一転送部９ａ及び第
二転送部９ｂの制御を行なう。第一転送部９ａ及び第二
転送部９ｂは、演算部５で処理された１列の画像データ
を第一撮像出力１０ａもしくは第二撮像出力１０ｂから
外部へ出力する。なお、これらの構成要素で、画素選択
部４、演算部５、記憶部６、制御部７、転送部９ａ及び
９ｂのいずれかもしくは複数はいわゆるマイクロコンピ
ュータを使用して構成することも可能である。

【００１３】次に、上述した本発明のラインセンサカメ
ラの動作について説明する。検査物１１は矢印で図１に
示すように、上から下へ移動している。本発明のライン
センサカメラは一定の周期で検査物１１の検査面を撮像
する。

【００１４】撮像の瞬間、検査物１１の検査面の画像は
光学レンズ１を通ってＣＣＤ３上で像を結んでいる。こ
こで、遮光板２の隙間は全開として撮像に関し何ら影響
を及ぼしていないものとする。ＣＣＤ３は検査面の画像
を電気的な画像データに変換して画素選択部４へ渡す。

【００１５】画素選択部４はＣＣＤ３で撮像した画像デ
ータを画素単位で取捨選択し、選択した画素のデータの
みを演算部５に引き渡す。画素選択は、外部から制御信
号入力８へ入力される画素選択設定に関する情報に基づ
いて行なう。例えば、検査面への照明のムラにより、特
定の画素のデータだけが常に暗くなってしまうために、
本発明のラインセンサカメラの撮像データを取り込む外
観検査用画像処理装置がこの画素に対応する検査面に異
常ありと誤判定してしまう時などは、この画素のデータ
を捨てるように画素選択部４を設定することにより、誤
判定を防止できるようになる。

【００１６】演算部５は画素選択部４からの画素のデー
タに対して演算処理を施す。例えば、ＣＣＤ３ａ〜３ｄ
のそれぞれ列端から相対的に同位置にある４つの画素を
加算して新たに１列の画像データとすることにより、カ
メラの感度を稼ぐことが出来る。画素選択部４で画素の
切り落としを行なった時には、例えば該当する画素のデ
ータについて比例配分等による重み付けを行なうこと
で、画素切り落としの影響を回避する。演算部５は、こ
の他に画素のデータの平均を求めたり、画素ごとのデー
タの最大値・最小値を求める機能等も備えている。

【００１７】第一転送部９ａは、演算部５で処理された
１列の画像データを第一映像出力１０ａからカメラ外部
に転送する。ＣＣＤ３ａ〜３ｄで一度に撮像した４列の
画像データを画素選択部４や演算部５で何も加工を加え
ずに出力する（この場合は移動方向の解像度が最高にな
る）ことはもちろん可能であるが、これら４列の画像デ
ータを全て第一映像出力１０ａから出力するには、その
画像データの転送速度を４倍としなければ後の撮像画像
の出力が滞ってしまう。この画像データを取り込む後段
の画像処理装置がこの転送速度で受けられない場合があ
ることを考慮して、本実施例ではもう一つの転送部（第
二転送部９ｂ）及び撮像出力（第二撮像出力１０ｂ）を
有している。従って、例えば、ＣＣＤ３ａ及び３ｂで撮
像した１列の画像データは第一転送部９ａを介して第一
撮像出力１０ａから、また、ＣＣＤ３ｃ及び３ｄで撮像
した１列の画像データは第二転送部９ｂを介して第二撮
像出力１０ｂから出力するようにして、高解像度の画像
データを１列転送の２倍の転送速度までで出力すること
が可能である。更に、前述の感度向上及びノイズ軽減の
手法を応用して、ＣＣＤ３ａ及び３ｂで撮像した１列の
画像データを加算もしくは平均化したものを第一転送部
９ａを介して第一撮像出力１０ａから、また、ＣＣＤ３
ｃ及び３ｄで撮像した画像データも加算もしくは平均化
したものを第二転送部９ｂを介して第二撮像出力１０ｂ
から出力するようにすれば、従来の１列転送しか行なえ
ないラインセンサカメラと比較して、同じ転送速度で解
像度の高い、もしくはノイズの少ない画像を出力するこ
とも可能である。

【００１８】演算部５には記憶部６を接続している。記
憶部６には、例えば、演算部５による未処理あるいは処
理後の１列の画像データの前回、あるいは更にその数回
前に撮像したものを保持しておく。演算部５は、記憶部
６に保持されている前回、あるいは数回前までの１列の
画像データを読み出し、この読み出したデータと今回撮
像した１列の画像データとで列端から相対的に同位置に
ある画素同志の補間を行なう。結果得られる画像は、照
明の交流電源による点燈によって発生するライン間での
照明ムラなどの影響が軽減されたものとなる。

【００１９】次に、遮光板２の使用について説明する。
ここでは、説明を簡単にするために画素選択部４での画
素の切り落しはせず、演算部５はＣＣＤ３ａ〜３ｄのそ
れぞれ列端から相対的に同位置にある４つの画素を加算
して新たに１列の画像データとする演算処理を行なって
いるものとする。この設定では、移動方向に長い長方形
の素子を一列に配置したＣＣＤを使用するラインセンサ
カメラで撮像するものと同様の画像が得られる。

【００２０】図２は遮光板の撮像範囲調整機能を説明す
る図である。同図（ａ）において、検査物１１は矢印で
示すように上から下に移動している。１２ａ〜１２ｄは
一回で撮像できるこのラインセンサカメラの撮像範囲を
示している。斜線で示す撮像範囲１２ｃには、その前後
の撮像範囲１２ｃ及び１２ｄとオーバーラップする部分
が存在する。この画像から検査面の画像を再構成するた
めにはこのオーバーラップ部分を除去する画像処理を加
えなければならない。

【００２１】ここで遮光板２の隙間を狭める調節を行な
う。同図（ｂ）の撮像範囲を１３ａ〜１３ｄに示すよう
にオーバーラップを生じないように遮光板２の隙間を調
整すれば、後段の画像処理の負担を軽減することができ
る。

【００２２】なお、遮光板を装備することは本発明の実
施例に限定されるものではなく、従来のラインセンサカ
メラ、特に移動方向に長い長方形の素子を一列に配置し
たＣＣＤを使用するラインセンサカメラに遮光板を備え
ても同様の効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上詳細に説明したように構
成しているので、カメラ単体で感度の調整、解像度の変
更、ノイズの除去、補間画像取得、撮像範囲の調整等が
可能であり、このカメラが接続される画像処理装置の画
像処理の負担を大幅に軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るラインセンサカメラの実施の形態
を示す図である。

【図２】遮光板の撮像範囲調整機能を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 光学レンズ ２ 遮光板 ３、３ａ〜３ｄ ＣＣＤ ４ 画素選択部 ５ 演算部 ６ 記憶部 ７ 制御部 ８ 制御信号入力 ９ａ 第一転送部 ９ｂ 第二転送部 １０ａ 第一撮像出力 １０ｂ 第二撮像出力 １１ 検査物 １２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄ 撮像範囲

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像した画像をスリット状の画像データ
   として１列出力するラインセンサカメラにおいて、 受光素子を一列に並べてなる受光素子列を該受光素子列
   の列方向に対して直角方向に複数並べて面状としてな
   り、該受光素子列毎の１列の画像データを複数出力する
   撮像手段と、 前記撮像手段の出力する複数の１列の画像データを画素
   単位で取捨選択する画素選択手段と、 前記画素選択手段の出力する複数の１列の画像データを
   画素単位で演算して１列の画像データを得る演算手段
   と、 を有することを特徴とするラインセンサカメラ。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記画素選択手段の出
   力する複数の１列の画像データについて、前記複数の受
   光素子列の列端から相対的に各々同位置にある受光素子
   の出力に対応する画素のデータの累積値を求め、前記画
   素選択手段の取捨選択に基づく重み付け演算を行ない、
   １列の画像データを演算結果として得ることを特徴とす
   る請求項１に記載のラインセンサカメラ。
3. 【請求項３】 １列の画像データを外部へ転送する２以
   上の転送手段を更に有することを特徴とする請求項１又
   は２に記載のラインセンサカメラ。
4. 【請求項４】 １列の画像データを記憶する記憶手段を
   更に有することを特徴とする請求項１から３までのいず
   れか１に記載のラインセンサカメラ。
5. 【請求項５】 前記記憶手段は、１列の画像データを撮
   像の度に逐次保存し、 前記演算手段は、前記記憶手段の記憶する１もしくは２
   以上の過去の１列の画像データと最新の１列の画像デー
   タとについて、該１列の画像データの列端から相対的に
   各々同位置にある画素のデータを用いて補間演算を行な
   い、１列の画像データを演算結果として得ることを特徴
   とする請求項４に記載のラインセンサカメラ。
6. 【請求項６】 撮像した画像をスリット状の画像データ
   として１列出力するラインセンサカメラにおいて、 開口幅の変更可能なスリット状の開口部を有する遮光板
   が受光素子を一列に並べてなる撮像手段の受光面の前方
   に設置されることを特徴とするラインセンサカメラ。