JPS62250774A - 画像のシエ−デイング補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は画像入力装置からの画像情報の変動を除去す
ることの可能な画像のシェーディング補正方法に関する
ものである。

〔発明の背景〕

コンピュータ技術の発達により、最近は莫大なメモリ量
や演算処理量を必要とする画像計測用の装置や１画像計
測を伴うロボットが徐々に普及しつつある。このような
装置の画像入力部としてはデータの精度の点からマイク
ロ濃度計を使用することが優れているが、マイクロ濃度
計は２次元の試料の像を読取るのに莫大な時間を必要と
する欠点があり、従って、試料の厳密な濃度値のデータ
を必要とせず、試料の形状特性などを主目的とする画像
読取りにはＴＶカメラ等を用いることが多い、即ち、第
１図示の如く試料１を光学系２を介してＴＶカメラ３で
撮影し、該ＴＶカメラ３から出力される画像信号をデジ
タイザ４を通してデジタル画像に変換して画像メモリ５
に蓄え、該画像メモリ５に接続したディスプレー６によ
り表示できるようにするとともに、デジタル演算等を行
う画像コンピュータ７に接続してキーボード８或いはマ
ウス９等による操作で必要な情報が取出せるようになっ
ている。

しかしながら、前述の如く画像入力部にＴＶカメラを用
いた場合は電気信号に変換された画像情報において、■
明るさ即ち９反射率、透過率、濃度及び輝度などの情報
の精度が低（＜。

信号レベルの経時変化（ドリフト）や画像内容によるレ
ベル変化が生じ易く、■位置情報の精度が低く＜、ｖ＠
像の歪を生じさせるなどの欠点があった。

従って、ＴＶカメラから出力される濃淡画像を闇値処理
を行って２値画像に変換し、これにさらに各種の処理を
加えて必要とする計測データを求めたり、制御を行った
りする場合に前述のように明るさ情報の精度低下、即ち
「シェーディング」が発生すると、正しい２値画像が得
られず９例えば被測定像の線が異常に太くなったり、細
くなったりし、正しい画像計測や制御をする上での障害
になった。

前記問題を防止するためにシェーディングを補正する処
理が必要になる。この補正方法として従来はまず、一様
な濃度の白紙を読取って得たデータ（白紙マトリクス）
と、同様に一様の濃度の黒紙を読取って得たデータ（黒
紙マトリクス）の両マトリクスの各要素の差分の逆数を
要素としてコントラスト・マトリクスを作り。

次いで、被測定用の試料の画像を読取って入力画マトリ
クスを得、これと白紙マトリクス値ス差をとり、さらに
要素ごとにコントラスト・マトリクスとの積をとること
により、シェーディングが補正された修正画マトリクス
が得られるようにしていた。なお、黒紙レベルを基準に
するときは黒紙マトリクスとの差をとることとなる。

上記方法により２次曲面的な分布を有する明るさ情報の
誤差（配光ムラ、レンズ系、撮像素子などの基本的なム
ラ）は一応解消される。

しかしながら、前述したようにＴＶカメラから得られる
明るさ情報は他にも誤差要因を含んでいる。即ち、温度
や時間によって基本レベルが変動したり、また試料の有
する濃度レベルや濃度の分布によって、やはり基本レベ
ルの変動を引起こすことがあり、しかもこの変動は画面
全体に一様に発生するのみならず、水平方向や垂直方向
に傾斜を有する形でのレベル変動を伴う、このレベル変
動は被測定像の反射率にして１００％〜１５０％にも相
当する程、極めて大きなもので、こうした変動の要因に
対しては上記従来のシェーディング補正方法では何ら処
置できなかった。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような温度や時間又は被測定像の内容
によって発生するＯ次画面的な変動（全面に一様に発生
するもの）や１次曲面的な変動（水平、垂直方向に発生
する基本レベルの勾配の変動）に対応でき、かつこうし
た変動を有する画像入力装置からの画像情報であっても
その変動を除去することの可能なシェーディング補正方
法を提供することを目的としている。

また、他の目的は上記処理をパソコンで行うに際して較
正データの記憶に必要なメモリの量を大きく減らすこと
にある。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するため、この発明は試料の被測定領域
より外側部分の明るさの値をサンプルし、該サンプル値
を基に被測定領域内へ内挿して補間値を求め、その値に
一定の分布を有するマトリクス値を加算することにより
、被測定領域内の試料の明るさの基本レベルの変動分の
分布を推定できるようにしたものである。

即ち、この発明は画像入力装置や画像メモリにおける被
測定領域の両端部分に白紙などの基準になる濃度を写し
込むべき領域を設定する。

このとき被測定領域内に全面の濃度が一定な白紙を写込
むことにより１画像メモリ上の明るさ情報の分布の曲面
が求められる。この曲面の各部分の勾配や高さは９画面
内の位置或いはＴＶカメラの温度や時間或いは被測定領
域内に何等かの画像を写込んだ時等により変動する。こ
の曲面とｙ軸またはｙ軸に垂直な平面とが交わる曲線に
ついて言うと、基準となる両端部分の明るさの値を内挿
して結ぶ線分から明るさ分布の曲線までの高さを差引い
た差の分布はどこの断面をとっても上述の各種変動要因
によらずに常には一′一定になること、及びこの差分値
の分布曲面は画像入力装置が同一のものであれば常には
Ｘ′一定であるという特性を有することを本発明者は見
出した１本発明はこの特性を利用してシェーディング補
正の処理を行うようにしたものである。　上記の点を第
２図及び第３図を参照して更に詳しく説明する。

第２図は画像人力装置や画像メモリにおける被測定領域
である。この領域の左端と右端の画素列（幅が１ベル）
はシェーディング補正の処理を行うときに明るさ情報の
基準となる部分であり、従って、この部分には被測定像
が写込まれてはならない、即ち１例えばプリンタの印字
像を画像入力する場合であれば白紙などの基準になる濃
度の部分を写込む部分である。この基準となる部分は上
端と下端でもよいし１幅はｌベルだけでなく、２ベル以
上の複数ベル（例えば８×８ベル）でブロック化しても
よい、また幅が１ベルなどの狭い場合において画像に空
間周波数の高いノイズ成分が多いときは列方向で値をス
ムージングしておくとよいし、ブロック化して使うとき
はブロック内の画素の明るさ情報を平均値化しておくと
よい。

ここで、被測定領域内に仮に白紙（全面の濃度は一定と
する）を写込んだとする。このとき画像メモリ上の明る
さ情報の分布は第３図のようになる。即ち、第２図に示
す１．Ａとｌｌｌを結ぶ線分１）゜上の明るさ分布或い
は／、Ａと１２１を結ぶ線分１．０上の明るさ分布はそ
れぞれ第３図の１．及び１２のような曲線になる。これ
らの線分上の明るさ分布の各部分の勾配や高さは画面内
の位置により大きく変化する。

この高さや勾配の不均一は位置によって変化するだけで
なく、温度や時間によっても、また被測定領域内に何等
かの画像（文字など）を写込んだ場合にはその濃度の高
さや空間分布によっても変動する。しかし、基準となる
両端を結ぶ線分’ｌ’＋’！。から明るさ分布の曲線ｊ
？１゜１２までの高さを差引いた差分値はどこの断面を
とっても上述の各種変動要因によらずに常にはＶ一定の
曲線ｍになるとともに、この曲線ｍは画像入力装置が同
一のものであれば常にはソ。

一定であるという特性を有する。

〔実施例〕

次に、この発明を第４図乃至第６図に示す実施例により
説明する。

この発明によるシェーディング補正方法は較正データ作
成の部分と、被測定画像を修正する部分とからなる。

第４図及び第５図は較正データの作成手順を示したもの
で、まず、第４図示の如く被測定領域及び上下端に設け
た基準領域の両者に濃度値が全域で一定となる白紙（白
プラスチック板や白の琺瑯板でもよい、）を写し込む、
勿論、白紙に代えて濃度値が全域で一定となる黒紙を写
し込んでもよい、そして、上下端に設けた基準領域に亘
る任意な画素列（又はブロック列）を選び、該画素列（
ａｔＬ　ａｚｊ−＝ａｍｊ）の各要素について両端基準
画素ａ＋ｊとａＩＩｌｊからの内挿値と。

実際に読取った各画素の明るさ情報との差分値を求め、
これを差分情報列（ｄｌ＋　ｄ２＋　ａ３　’−’ｄｌ
ｌｌ）とする、この差分情報列の各要素が画素単位であ
る場合には高い空間周波数成分を除去するためにスムー
ジング等の処理を加えることがよい。

また、被測定領域内での照明ムラが大きい場合には前記
差分情報列に代えて被測定領域全体の画素（又はブロッ
ク）に対応する差分情報マトリクスｄｉｊ（ｉ＝　１　
’％ｌｌｌ、　ｊ＝　１〜ｎ）を用いるとよい。

次いで、第５図のように被測定領域よりも若干小さめの
黒ベタ（濃度は全域で一定である）を写し込む、この黒
ベタの外側は第４図の時と同じ一様の濃度の白紙である
。ここで、各要素（画素又はブロック）ａｉｊについて
、上下端に設けた基準領域ａｔＬ　　ａｍＪからの内挿
値から前述の差分情報列の値ｄｉまたはｄｉｊを差引い
た値。

なお、　ｄｉを用いるときはｄｉ＝ｄｉ　（ｊ　＝　ｌ
〜ｎ）としてｄｉｊを決めると、読取った明るさ情報の
値との差の逆数を求め、この操作を被測定領域全体に亘
って行い、コントラスト補正マトリクスｃｉｊ　（ｉ＝
　１〜ｍ＋　ｊ＝　１−ｎ）を求める。この場合１局所
的な照明ムラが大きい時などには上述のように内挿値と
差分情報値とから求めないで。

第４図での被測定領域での全要素の読取り値と直接比較
してから逆数をとった方がよい。

斯くして求めた差分情報列とコントラスト補正マトリク
スとが試料画像をシェーディング補正するときに必要な
較正データとなる。

なお２画像ブロック（画像群）であるときはブロック内
の各画素の明るさ情報の平均値をそのブロックの値とす
ればよい、また、第５図における黒ベタの外側ではコン
トラスト補正に必要なデータを直接得ることができない
が、これは外挿法により推定すればよい。

第６図は上述の如く画像計測に供する試料から読取った
明るさ情報をシェーディング補正する方法を示している
。

本図に示すように、被測定領域に試料の画像ｒＡＪを入
れて明るさ情報を読取る０次いで。

要素（画素またはブロック）　ａｉｊ　の明るさ情報ｐ
ｉｊの補正を行う、そのためには、まず、上下端の対応
する基準領域の要素ａ＋ｊ＋ａｍｊの明るさ情報を読取
る。そしてその情報を基にａｉｊにおける補間値を求め
る。さらに差分情報列ｄｉの値を減算してｑｉｊ　　を
求める。明るさ情報ｐｉｊからこのｑｉｊ　　を差引く
ことにより１画像入力装置等のベースレベルの変動部分
の除去が達成される。

次いで、前記（ｐｉｊ）−（ｑｉｊ）の値と、コントラ
スト補正マトリクスの値Ｃ１ｊとの積をとることにより
２画像入力装置等のゲイン（コントラスト）の変動分の
除去が達成される。

なお、前記要素としてブロックを用いることはシェーデ
ィング部分が緩やかなとき（空間周波数の高い成分を有
しない）に有利（演算高速やメモリ節約になる）である
、しかし、この場合にはシェーディング補正処理の後に
ブロック間の境界で明るさ情報の段差が発生することも
あるが、これに対しては明るさ情報のスムージン′グ即
ち、隣接する画素間の明るさ情報の平均値をとることで
解決できるし、別の方法としてはシェーディング補正の
操作を行う前にブロック単位の較正データを補間法によ
り１画素単位に変換すればよい。

〔発明の効果〕

以上の如く、この発明は試料の被測定領域より外側部分
の明るさの値をサンプルし、該サンプル値を基に被測定
領域内へ内挿して補間値を求め、その値にさらに一定の
分布を有するマトリクス値を加算することにより、被測
定領域内の試料の明るさの基本レベルの変動分の分布を
推定することを特徴としているから９次のような利点が
ある。即ち。

■　ランダムネスを含む温度や時間による変動成分に対
してシェーディング補正ができる。

■　水平または垂直方向に明るさ情報の勾配の変動が発
生しても、なお充分なシェーディング補正ができる。

■　較正情報のためのメモリのサイズが小さくて済む、
つまり、「差分情報列」は−次元の配列で済むから、ベ
ースレベル較正のために二次元の配列を要する従来法に
比べてメモリが著しく節約できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像入力部してＴＶカメラ等を用い場合のブロ
ック図、第２図は画像入力装置や゛画像メモリにおける
被測定領域を示す説明図、第３図は画像メモリ上の明る
さ情報の分布の曲線を示すグラフ、第４図及び第５図は
較正データの作成手順を示した説明図、第６図は画像計
測に供する試料から読取った明るさ情報をシェーディン
グ補正の方法を示す説明図である。 １−試料 ２−・−光学系 ３・−ＴＶカメラ ４−・・−デジタイザ ５−　　画像メモリ Ｉ！（Ａ＋　　Ｌ　”　＋　　’ｚ　’　＋　　’ｚ　
”−基準端”Ｉ　’　＋　　１２’−・−基準端を結ぶ
線分１、．１２．−明るさ分布曲線 ｍ−０基準端を結ぶ線分から明るさ分布の曲線までの高
さを差引いた差分の曲線 ａ＋Ｊ＋　ａｚＪ、ａ　ｍＪ’−画素列時　許　出願人
　　　小西六写真工業株式会社第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料の被測定領域より外側部分の明るさの値をサ
   ンプルし、該サンプル値を基に被測定領域内へ内挿して
   補間値を求め、その値にさらに一定の分布を有するマト
   リクス値を加算することにより、被測定領域内の試料の
   明るさの基本レベルの変動分の分布を推定することを特
   徴とする画像のシェーディング補正方法。
2. （２）前記マトリクスは一次元である特許請求の範囲第
   １項記載の画像のシェーディング補正方法。