JPS6380203A - 撮像光学装置の像面照度補正方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ＴＶカメラ等の結像光学系を有する撮像光学
装置の、像面照度の歪を補正する技術に関する。

（従来の技術） 例えば、ＴＶカメラにより作業対象を撮影し、撮影した
画像を微小画素区分して画像処理し、各画素の明度（濃
度）から１作業対象の凹凸を検出し、指定部位（または
指定部材）を識別し、あるいは塗すムラ１色ムラ等を検
出して所定の作業を行なうロボットがある。これにおい
ては、各画素の明度（濃度）情報が作業種を決定するデ
ータとなるので、誤動作を防止するためにはデータを抽
出する条件をすべて同じにする必要がある。このため、
作業対象と照明およびＴＶカメラとの距離を一定にして
照明条件を統一し、また、これらの距離を小さくして外
乱を避けるなどの工夫がなされる、しかしながら、ＴＶ
カメラと作業対象との距離を小さくすると、ＴＶカメラ
により撮影される作業対象の範囲（すなわち監視範囲）
が相対的に小さくなる。監視範囲は、−度の画像処理で
判定し得る作業量に対応するので、監視範囲が小さくな
ることは作業効率の低下を意味する。

そこで、この種のロボットにおいては、広角レンズを用
いて監視範囲を拡張し１作業効率の低下を防止している
。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、光学レンズにおいては、ｅｏｊ’ω則および
口径蝕として知られているように、結像部の像面照度は
、中心（光軸と交わる部位）から離れるに従って低下す
る。第３図に示したグラフａは、均一な光（面的に照度
分布が一定な光の意）をレンズＬで受光したときの結像
部像面照度（つまり明るさ）を光軸を通る一断面につい
て示したものである。

後者、すなわち口径蝕については、゛厚みがなるべく薄
くなるようなレンズ構成として開口効率を高めたり、レ
ンズと絞りを組み合せてレンズ口径にゆとりを持たせた
りすることにより、ある程度の像面照度の低下を抑える
ことができるが、前者、すなわちｃｏｇ’ω則による像
面照度の低下については原理的に発生を防止し得ない０
例えば、ある種の広角レンズでは、このＱＯ３’　０則
による中心部に対する周辺部の像面照度の低下が５０％
にも達する。

このような光学レンズによる像面照度の低下をそのまま
にして、各画素の明度（濃度）情報を作業量を決定する
データとして抽出すれば、各画素ごとにデータの基準が
異なるのでロボットの誤動作は必至である。したがって
、従来のこの種のロボットにおいては、各画素の明度情
報に光学レンズによる像面照度の低下を補正する演算処
理を施して画像処理を行なっている。

つまり、この種のロボットのシステムは、−例を第５図
に示すと、ＴＶカメラにより撮影した１フレ一ム分の影
像（作業対象）の、各画素ごとの明度（濃度）情報をＡ
／Ｄ変換し、それに演算による補正処理を施して抽出デ
ータとし、該抽出データにより画像処理を実行して作業
量を判定し、アクチュエータを駆動制御して作業を行な
っている。

この場合、ＴＶカメラにより作業対象を撮影してからア
クチュエータを駆動するまでの時間がロボットのデッド
タイムとなり１作業効率に大きく影響するので、この時
間はなるべく短いことが望ましい、つまり、明度（濃度
）情報の補正処理を行なうことは、この意に反する。

本発明は、ＴＶカメラ等の結像光学系を有する撮像光学
装置の、像面照度の歪を確実かつ簡単に補正する方法を
提供することを目的とする。

【発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の像面照度補正方法に
おいては１面照度分布が実質的に均一な光を、補正対象
の撮像光学装置の結像手段に通して、光透過性基板に被
着した感光剤を露光し、該感光剤を現像して、該撮像光
学装置の像面照度分布と逆対応の光透過率分布の該光透
過性基板を得て、これを該撮像光学装置の光路に結合す
るものとする。

（作用） つまり、撮像光学装置の像面照度分布を示す対数関数（
面的な広がり関数を対数で示したもの）をＦとし、定数
をｋとするとき、感光剤を現像して得た光透過性基板の
光透過率分布は、１（＝−Ｆ＋ｋ　　　　　　・・・・
・　（１）なる対数関数Ｈにより示されるものとなる。

したがって、これを撮像光学装置の光路に結合すれば。

任意の被写体の明度（濃度）の広がり関数（対数）をＧ
として、該被写体に対する撮像光学装置の像面照度の広
がり関数（対数）Ｇ′は、 Ｇ　’　＝Ｇ＋　Ｆ＋Ｈ ＝Ｇ＋Ｆ−Ｆ＋に ＝Ｇ＋　ｋ　　　　　　　・・・・・　（２）となり、
像面照度の非線形歪が補正される。

具体的には、例えば、スチールカメラ（写真機）に、補
正対象のＴＶカメラのレンズをセットし、均一な光源を
被写体としてネガフィルムを露光し、現像して、該ＴＶ
カメラの像面照度分布と逆対応の光透過本分布のネガ画
像を得て、これを、該ＴＶカメラの撮像面に装着するこ
とにより、該ＴＶカメラの像面照度分布の歪を補正する
。

このネガ画像を得るまでの手法は通常の写真処理にほぼ
同一であり、また、該ネガ画像をＴＶカメラの光路に結
合するだけであるので、非常に簡単に像面照度分布の歪
を補正を補正することができる。

本発明の他の目的および特徴は、以下の図面を参照した
実施例説明より明らかになろう。

（実施例） 第１図は１本発明を一態様で実施する光学フィルタ製造
装置の概要を示すブロック図である。

第１図において、１は補正を要するＴＶカメラ（第２図
）のレンズ組体であり、スチールカメラ本体２とＴＶカ
メラに多く渭いられるＣマウント方式で結合されている
。

３ａはＡＳＡｌｏｏの市販ネガフィルムである。

５はランプアレイであり、多数のランプが２次元稠密配
列されている。ランプアレイ５の光量は。

光量調整器６により任意に調整することができる。

４はランプアレイ５の光を均質化するための散光板であ
る。

第２図を参照されたい、第２図は１作業対象９を撮影す
るＴＶカメラの概略構成図である。１は前述したレンズ
組体であり、ＴＶ左カメラ体７とＣマウント方式で結合
されている。ＴＶ左カメラ体７の撮像部には、２次元配
列のＣＣＤアレイ８があり、ＣＣＤアレイ８の撮像面に
はフィルタ３ｂが配設されている。

本実施例のＴＶカメラは、作業対象９に対して常時一定
の距離に設置される。すなわち１作業対象９の表面Ｃ２
と、ＴＶ左カメラ体７のマウント面Ａ２との距離ｄ２は
一定である。そこで、第１図の、散光板４の表面Ｃ１と
スチールカメラ本体２のマウント面Ａ１との距１１１ｄ
ｘを、ｄ２に等しくなるようにスチールカメラ本体２を
設置している。また、スチールカメラ本体２には、フラ
ンジバックｆ１．すなわちスチールカメラ本体２のマウ
ント面Ａ１と撮像面Ｂ１との距離が、ＴＶ左カメラ体７
のフランジパックｆ２．すなわちＴＶ左カメラ体７のマ
ウント面Ａ２と撮像面Ｂ２との距離に等しいものを使用
している。

第４図は、第１図のフィルム３ａの感光特性を示すグラ
フであり、横軸は露光量Ｅの常用対数値。

縦軸は濃度（すなわち、現像後の光透過率の逆数の常用
対数値）を示す、このグラフの線形部位が露光のラチチ
ュードＬａであり、この範囲においてグラフの傾きθが
４５°　（すなわち、γ＝１）であれば、露光量と濃度
とは比例する。

以上の、第１図、第２図および第４図を参照して、レン
ズ組体１による結像部像面照度の歪を補正する光学フィ
ルタ、すなわち、フィルタ３ｂを作成する方法を説明す
る。

ネガフィルム３ａは市販のＡＳＡｌｏｏのネガフィルム
であるので、第４図に示した感光特性は既知データであ
る。そこで、まず、露光のラチチュードＬａの開始点（
最も露光量の少ない端：すなわち現像後のネガフィルム
の濃度が最も低い）が、スチールカメラ結像部の像面照
度の最も暗い部位。

すなわち周縁の露光量となるようにランプアレイ５の光
量および露光時間を調整する９本実施例では、スチール
カメラ本体２として絞り優先のＴＴＬ自動露光量調整カ
メラを使用して、開放時の露光時間が１／１２５ｓｅｃ
となるように、光量調整器６によりランプアレイ５の光
量を調整した。

市販ネガフィルムであれば現像特性（現像条件によるγ
の変化）は既知データとしであるので。

露光したフィルム３ａを、γ＝１となる条件で現像する
０本実施例では、現像液温約２５℃、現像時間約６分の
現像条件で現像した。

現像後、定着したものが第２図のフィルタ３ｂである。

レンズ組体１による結像部像面照度低下特性が第３図の
グラフａのように表わされ（レンズ組体１はレンズＬと
等価と考えられたい）、像面の中心と周縁との照度差（
明るさの差）が０．３（対数値：すなわち像面の中心に
対する周縁の照度の低下が５０％）であれば、このフィ
ルタ３ｂは、グラフｂで表わされるような１周縁と中心
との光透過率の差が０．３（対数値；すなわち周縁に対
する中心の光透過率の低下が５０％）であるフィルタと
なる。この場合、γ＝１であるので、グラフａとグラフ
ｂとは線対称となり、グラフａとグラフｂとを重ね合せ
ると直線となる。つまり、このフィルタ３ｂをＴＶカメ
ラ本体７のＣＣＤアレイ８の撮像面に装着することによ
り、ＣＣＤアレイ８の撮像面全域で、レンズ組体１の影
響を受けない画像を読み取ることができる。また、露光
のラチチュードの開始点の濃度がフィルタ３ｂｓａの濃
度となるので、このフィルタ３ｂを介挿することによる
像面照度の低下〔第（２）式線形項ｋによる照度低下〕
は最、小限にすることができる（第４図参照）。

第２ｂ図のフィルタ３ｂを備えたＴＶカメラを、第５図
に示したロボットの制御システムに利用すると、ＴＶカ
メラは、光学レンズ（レンズ組体１）による像面照度の
低下を補正した信号を出力するので、あらためて補正処
理を行なう必要がなくなり、第６図に示したようなシス
テム構成となる。

つまり、補正処理を行なう時間だけロボットのデッドタ
イムが短縮されて１作業効率が高くなる。

なお、上記実施例においては、フィルタ３ｂをＣＣＤア
レイ８の撮像面、すなわち、ＴＶカメラの結像部に装着
しているが、撮像面とレンズ組体１の間、あるいはレン
ズ組体１と被写体の間に配設しても良い、また、本発明
は、上記実施例で述べたＴＶカメラのみならず、結像光
学系を有する撮像光学装置全般に適要することができる
。

〔効果〕

以上説明したとおり１本発明の像面照度補正方法におい
ては１面前度分布が実質的に均一な光を、補正対象の撮
像光学装置の結像手段に通して、光透過性基板に被着し
た感光剤を露光するので、該感光剤を現像したときに、
該撮像光学装置の像面照度分布と逆対応の光透過性基板
の光透過性基板が得られ、これを該撮像光学装置の光路
に結合することにより、撮像光学装置の像面照度の非線
形歪が容易かつ確実に補正される。

また、これにおいては、撮像光学装置の光路にに現像後
の光透過性基板を結合するのみであるので、システム内
に使用される撮像光学装置に適要する場合にも、ハード
的およびソフト的な変更を必要としない、なお、この補
正は光学的になさ九るので、補正に要する時間は零であ
る。

さらには、実施例で説明したように、感光剤を被着した
光透過性基板として写真用ネガフィルムを使用すれば１
通常の写真撮影と同様にして前記補正用の基板を作成す
ることができ、至って簡単であり、コスト的にも有利で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一態様で実施する光学フィルタ製造装
置の概要を示すブロック図である。 第２図は第１図に示した装置により作成した光学フィル
タ３ｂを備えたＴＶカメラの概略構成図である。 第３図はレンズＬによる結像部像面照度低下特性および
、第１図に示した装置により作成した光学フィルタ３ｂ
の光透過率の分布を示すグラフである。 第４図は第１図のフィルム３ａの感光特性を示すグラフ
である。 第５図は従来技術による作業ロボットのシステム構成を
一例で示すブロック図、第６図は本発明技術による作業
ロボットのシステム構成を一例で示すブロック図である
。 １：レンズ組体（結像光学系） ２ニスチ一ルカメラ本体 ３ａ；ネガフィルム（感光体） ３ｂ：フィルタ　（光学フィルタ装置）４：散光板 ５：ランプアレイ ６：光量調整器 ７：ＴＶカメラ本体 ８　：　ＣＣＤアレイ １．７．８：　　（撮像手段） ９：作業対象 特許出願人　　アイシン精機株式会社 第１ワ 第３０ 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）面照度分布が実質的に均一な光を、補正対象の撮
   像光学装置の結像手段に通して、光透過性基板に被着し
   た感光剤を露光し、該感光剤を現像して、該撮像光学装
   置の像面照度分布と逆対応の光透過率分布の該光透過性
   基板を得て、これを該撮像光学装置の光路に結合する撮
   像光学装置の像面照度補正方法。
2. （２）前記感光剤の露光は、感光剤のラチチュードにお
   いてなされる前記特許請求の範囲第（１）項記載の撮像
   光学装置の像面照度補正方法。
3. （３）前記感光剤の露光は、最少露光量を含む光量でな
   される前記特許請求の範囲第（２）項記載の撮像光学装
   置の像面照度補正方法。
4. （４）前記感光剤の現像は、γ＝１を現像条件とする前
   記特許請求の範囲第（１）項記載の撮像光学装置の像面
   照度補正方法。