(57)【要約】      （修正有）【課題】エリアセンサで読み取るデータ量を減少させる方法を提供する。【解決手段】撮像装置２は、光学素子３を有し、物体４’上に焦点を合わせる。エリアセンサ１は、複数のセンサ列５１〜５ｘ〜５ｎを有する。それぞれのセンサ列は、直線状に配置された、個別に読み取り可能な複数の画素素子を含む。制御装置８は、エリアセンサ１の少なくとも１つの部分を含む画素領域を画定する。この画素領域は、少なくとも１つのセンサ列の１つの区間を含み、エリアセンサ１の読み取りが、画素領域内の複数の画素素子に限定される。【選択図】図３
2020088859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置（２）内のエリアセンサ（１）を読み取るための方法であって、
前記撮像装置（２）は、光学素子（３）を有し、前記撮像装置（２）が、この光学素子（３）によって前記撮像装置（２）を物体（４）上に焦点合わせ可能であり、
前記エリアセンサ（１）は、複数のセンサ列（５）を有し、
それぞれのセンサ列（５）は、特に直線状に配置された、特に個別に読み取り可能な複数の画素素子（６）を含む当該方法において、
１つの画素領域（７）が画定され、
この画素領域（７）は、１つのセンサ列（５）の少なくとも１つの区間を含み、
前記エリアセンサ（１）の読み取りが、前記画素領域（７）内の前記複数の画素素子（６）に限定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記画素領域（７）は、少なくとも１つのセンサ列（５）を完全に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画素領域（７）の画定は、前記撮像装置（２）によって予め撮影された少なくとも１つの画像に基づいて画定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記画素領域（７）の画定は、予め設定されているパラメータ化に基づいて実行されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記画素領域（７）は、前記エリアセンサ（１）の連続する１つの部分面を含むこと、又は、前記画素領域（７）は、場合によって互いに空間的に分離された２つ以上の画素部分領域（９ａ−９ｅ）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に１項に記載の方法。
【請求項６】
前記画素領域（７）の画定は、少なくとも１つの物体（４）の場合によっては移動する位置に適合されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記画素領域（７）の画定は、動的に変更されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記画素領域（７）の画定は、場合によっては移動する物体（４）の表面を捕捉するために動的に変更されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つのエリアセンサ（１）と１つの光学素子（３）と１つの制御装置（８）とを有する撮像装置（２）であって、
前記エリアセンサ（１）は、複数のセンサ列（５）を有し、
それぞれのセンサ列（５）は、特に直線状に配置された、特に個別に読み取り可能な複数の画素素子（６）を含み、前記撮像装置（２）が、前記光学素子（３）によって物体（４）に焦点合わせ可能であり、
前記エリアセンサ（１）の前記複数の画素素子（６）によって捕捉された値が、前記制御装置（８）によって読み取られる当該撮像装置（２）において、
前記エリアセンサ（１）の少なくとも１つの部分面を含む画素領域（７）が、前記制御装置（８）によって画定可能であり、
前記画素領域（７）が、１つのセンサ列（５）の少なくとも１つの区間を含み、
前記制御装置（８）による前記エリアセンサ（１）の読み取りが、前記画素領域（７）内の前記複数の画素素子（６）に限定されていることを特徴とする撮像装置（２）。
【請求項１０】
前記画素領域（７）は、少なくとも１つの完全なセンサ列（５）に基づいて画定可能であることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置（２）。
【請求項１１】
プログラム論理部が、前記制御装置（８）内に実装されていて、このプログラム論理部は、特に前記撮像装置（２）によって予め撮影された少なくとも１つの画像に基づいて前記画素領域（７）を画定するために適していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の撮像装置（２）。
【請求項１２】
前記制御装置（８）は、外部の制御機器（１３）のためのインターフェース（１２）を有し、前記画素領域（７）を画定するためのパラメータが、前記インターフェース（１２）を介して前記外部の制御機器から受信可能であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の撮像装置（２）。
【請求項１３】
前記画素領域（７）は、前記エリアセンサの連続する１つの部分面として画定可能であること、及び／又は、
前記画素領域（７）は、互いに空間的に分離された２つ以上の画素部分面（９ａ，９ｂ）として画定可能であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の撮像装置（２）。
【請求項１４】
前記画素領域（７）の画定は、動的に変更可能であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の撮像装置（２）。
【請求項１５】
前記画素領域（７）の画定は、少なくとも１つの物体（４）の場合によっては移動する位置に適合可能であることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の撮像装置（２）。
【請求項１６】
前記画素領域（７）の画定は、場合によっては移動する物体（４）の表面を検出するために動的に変更可能であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の撮像装置（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置内のエリアセンサを読み取るための方法に関する。この合、当該撮像装置は、光学素子を有し、当該撮像装置が、この光学素子によって当該撮像装置を物体に焦点合わせ可能である。この場合、当該エリアセンサは、複数のセンサ列を有する。この場合、それぞれのセンサ列は、特に直線状に配置された、特に個別に読み取り可能な複数の画素素子を含む。さらに、本発明は、少なくとも１つのエリアセンサと１つの光学素子と１つの制御装置とを有する撮像装置に関する。この場合、当該エリアセンサは、複数のセンサ列を有する。この場合、それぞれのセンサ列は、特に直線状に配置された、特に個別に読み取り可能な複数の画素素子を含み、当該撮像装置が、当該光学素子によって物体に焦点合わせ可能であり、当該エリアセンサの当該複数の画素素子によって捕捉された値が、当該制御装置によって読み取られる。
【背景技術】
【０００２】
多くの工業用途は、複雑な光学センサ手段の使用を必要とする。この場合、特に、マシンビジョンシステムの実施には、多大な技術的な労力が必要である。他方で、既存のシステムの送信能力と計算能力とに過度の負担をかけないように、センサから中央制御機器に送信されるデータ量と、センサ自体によって処理されるデータ量とを減少させることが試みられている。それ故に、ラインセンサが有益に使用される様々な用途が市場に存在する。例えば、シリンダの外側面が撮影されなければならない場合、角度位置又は回転速度が既知であるときに、当該外側面の全体画像が取得されるまで、このシリンダは、列ごとに走査され得る。例えば、コンベヤベルト上の直線運動の場合でも、例えば、物体が、ストリップ状に設けられている背景照明装置を通過して搬送されるときは、ラインセンサが有益であり得る。この場合、当該ラインセンサは、変換器によって起動される。しかしながら、ラインセンサの使用には、融通性が全くなく、例えば、物体の移動と同期させるために、中央制御装置又は駆動システム内に組み込まれて制御され得るラインセンサは、市場で入手不可能である。それ故に、例えば外部のクロック発生器が、当該起動のために使用される必要がある。
【０００３】
ラインセンサによって表面上のパターンを撮影するためには、通常は、暗視野照明が使用される（場合によっては、明視野照明も使用される）。例えば、当該センサが、撮影すべき物体の表面に向かって実質的に又はほぼ垂直に指向され、当該物体の表面が、理想的な鋭角で照明されるように、照明装置が配置されることによって、当該暗視野は取得され得る。他方では、当該照明装置も、当該物体の表面をほぼ垂直に照明できる。この場合、カメラが、鋭角を成して当該物体の表面に向かって指向される。それぞれの使用状況に合わせて、当該鋭角の間のそれぞれの位置も適切であり得る。
【０００４】
直線又は湾曲した表面上の隆起部及び窪み部、すなわち、例えば引っ掻き傷、亀裂、材料誤差、生産誤差及び／又は表示誤差を発見することが必要である場合、照明装置とカメラとの間の角度は非常に重要である。この場合、最適な角度が、手動で決定され調整される必要があるという問題がある。この工程は、一方では面倒であり、他方では再現することが困難であり、間違いを犯しやすい。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２００９００６１１２号明細書は、発光性の色彩パターンを嘆担持する物体、特に紙幣を検査するための方法及び装置を開示する。当該物体は、当該発光性の色彩パターンの発光を励起する少なくとも１つの放射線によって照明され、その後に放射線センサを通過する。発光放射線が、この放射線センサによって捕捉され検査され評価される。当該放射された発光放射線は、エリアセンサによって捕捉される。この場合、このエリアセンサの個々の列が、迅速に連続して別々に読み取られる。当該発光色彩パターンの励起された発光放射線の強度値の値曲線又は測定曲線が、予め設定されている時間間隔で露光された画素及び／又は列の信号値から作成される。
【０００６】
欧州特許第２９０３２６４号明細書は、対象物の明視野をエリアセンサを有する撮像装置によって算出するための方法を開示する。
【０００７】
当該対象物が、撮像装置に対して予め設定されている間隔で離間している物体平面上で当該撮像装置に対してその撮像領域を通過する。この場合、特定の１つの対象列の複数の個別画像が、異なる時点に対して撮影され、表面法線に対する角度が、当該個別画像に対してそれぞれ異なる。明視野のデータパターンが、これらの個別画像のデータから作成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９００６１１２号明細書
【特許文献２】欧州特許第２９０３２６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、特に、従来の技術のセンサ手段をより高い融通性とより簡単な使用に関して改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、本発明のこの課題及び別の課題は、冒頭で述べた種類の方法によって解決される。当該方法の場合、１つの画素領域が画定され、この画素領域は、１つのセンサ列の少なくとも１つの区間を含み、当該エリアセンサの読み取りが、当該画素領域内の当該複数の画素素子に限定される。この限定によって、当該エリアセンサは、異なるセンサ装置として柔軟に構成され得る。この場合、当該画素領域に対する限定は、より高い撮影速度を可能にする。何故なら、当該エリアセンサの一部の領域が読み取られるだけで済むからである。その結果、取り扱うべきデータ量が減少する。当該画素領域７は、当該エリアセンサの全体のうちの任意の各部分集合を含み得る。場合によっては、当該エリアセンサの複数の画素素子の全体が、（例えば、複数のセンサ列を整数個の分割部分に画定するように、特に分割しないで画定するように又は半分に画定するように又は４分の１に画定するように）複数の下位群に分割され得る。この場合、当該画素領域は、当該エリアセンサの当該複数の下位群の全体のうちの任意の各部分集合を含み得る。
【００１１】
本願によれば、画素表示に基づく二次元の画像を光電式に撮影するための装置が、「エリアセンサ」と呼ばれる。それ故に、例えばＣＣＤセンサのような、複数の画素素子から成る所定の複数の下位群が同時に読み取り可能であるイメージセンサや、例えばＣＭＯＳイメージセンサのような、それぞれの画素素子が個別に読み取り可能であるイメージセンサが、エリアセンサの例に含まれる。
【００１２】
本願によれば、人が目視可能な帯域内と目視不可能な帯域内のあらゆる電磁放射線が、適切なエリアセンサによって測定可能である「光」と呼ばれる。それ故に、特に、目視可能なスペシャル内の電磁放射線、赤外線帯域内の電磁放射線、紫外線帯域内の電磁放射線及びＸ線帯域内の電磁放射線が、当該光に含まれる。
【００１３】
好適な方法では、当該画素領域は、少なくとも１つのセンサ列を完全に含み得る。これにより、それぞれ１つの所定の直線状の撮像領域を網羅し、所定の１つの入射角度を成す多数のラインセンサが、ただ１つのエリアセンサによって使用可能になる。さらに、パラメータ化が簡略化される。
【００１４】
好適な実施の形態では、当該画素領域の画定は、当該撮像装置によって予め撮影された少なくとも１つの画像に基づいて画定され得る。その結果、例えば、選択された画素領域が、現時点で支配的な状況にほぼ自動的に適合可能になる。
【００１５】
別の好適な実施の形態では、当該画素領域の画定は、予め設定されているパラメータ化に基づいて実行され得る。その結果、例えば、撮像装置が、当該パラメータ化のためのパラメータを提供する自動化システム内に組み込み可能になる。
【００１６】
好適な方法では、当該画素領域は、当該エリアセンサの連続する１つの部分面を含み得るか、又は、当該画素領域は、場合によって互いに空間的に分離された２つ以上の画素部分領域を有し得る。これにより、撮像装置が、個別のセンサとして又は複数のセンサから成る一群のセンサとして、例えば異なる方向に指向された複数のリニアセンサから成る一群のリニアセンサとして使用され得る。
【００１７】
本発明の別の好適な構成では、当該画素領域の画定は、少なくとも１つの物体の場合によっては移動する位置に適合され得る。当該物体の位置に関する情報が、例えば、外部若しくは内部のセンサによって捕捉され得て、又は撮像装置自体によって捕捉され得て、又は中央の制御機器によって送信され得る。当該画素領域の読み取りが、例えば所定の物体の位置に同期して実行され得る。
【００１８】
別の好適な実施の形態では、当該画素領域の画定は、動的に変更されることが提唱され得る。これにより、撮像装置の位置が変更される必要なしに、「移動するセンサ位置」が実現され得る。場合によっては、移動する物体が、当該画素領域によって「実行」され得る。この場合、当該物体の表面を走査するため、場合によっては対応する画像を作成するため、当該画素領域が指向されている撮像領域が、当該物体上の固定された表面位置と一緒に移動されるか、又は、当該撮像領域が、当該（移動する又は停止している）物体の表面を「走査」する。
【００１９】
これに関連して、ここで使用される用語「動的」は、画素領域の画定が、所定の測定作業中に変化することを意味する。この場合、当該測定作業は、連続し且つ関連する測定データの記録の開始及び終了によって規定され得る。
【００２０】
本発明の別の好適な構成では、当該画素領域の画定は、場合によっては移動する物体の表面を捕捉するために動的に変更され得る。これにより、例えば、当該物体が、このときに特定の位置に持って行くことなしに、又は、停止される必要なしに、当該物体の表面の製品欠陥を走査することが可能である。
【００２１】
別の側面では、本発明の課題は、冒頭で述べた種類の撮像装置によって解決される。当該撮影装置の場合、当該エリアセンサの少なくとも１つの部分面を含む画素領域が、当該制御装置によって画定可能であり、当該画素領域が、１つのセンサ列の少なくとも１つの区間を含み、当該制御装置による当該エリアセンサの読み取りが、当該画素領域内の当該複数の画素素子に限定されている。当該撮像装置は、本発明の方法を有益に実行することを可能にする。
【００２２】
好ましくは、当該画素領域は、少なくとも１つの完全なセンサ列に基づいて画定可能であり得る。これにより、当該撮像装置が、柔軟なラインセンサとして（又は多数のラインセンサとして）使用され得る。
【００２３】
好適な実施の形態では、プログラム論理部が、当該制御装置内に実装され得る。このプログラム論理部は、特に当該撮像装置によって予め撮影された少なくとも１つの画像に基づいて当該画素領域を画定するために適している。例えば、最大のコントラストを有する位置が、エリアセンサ（の全面）によって作成された画像に基づいて算出され得る。次いで、画素領域が、この位置に向けて指向される。こうして、当該画定が、所定の測定作業の開始前に及び／又は所定の規則的な間隔で若しくは不規則な間隔で実行され得る。
【００２４】
別の好適な実施の形態では、当該制御装置は、外部の制御機器のためのインターフェースを有し、当該画素領域を画定するためのパラメータが、当該インターフェースを介して当該外部の制御機器から受信可能であり得る。その結果、撮像装置の自律的な、半自律的な又は他律的な動作が可能になる。当該画素領域が、既定のパラメータにしたがって当該撮像装置自体の制御装置によって画定される場合、当該動作は、「自律的」と呼ばれる。当該制御装置が、外部の制御機器からパラメータを受信し、それぞれの画素領域の位置が、当該パラメータに基づいて当該撮像装置の当該制御装置によって計算される場合、当該動作は、「半自律的」と呼ばれる。場合によっては、当該撮像装置の当該制御装置は、他律的でもよく、したがって当該受信されるパラメータに依存して動作され得る。この場合、当該画素領域が、さらなる計算ステップなしに当該外部の制御機器によって予め設定されているパラメータに設定される。
【００２５】
さらに、本発明によれば、当該画素領域は、当該エリアセンサの連続する部分面として画定可能であり得て、及び／又は、当該画素領域は、互いに空間的に分離された２つ以上の画素部分面として画定可能であり得る。これにより、異なる方向に指向されている、すなわちそれぞれことなる撮像領域を網羅する複数の「センサ」が、ただ１つの撮像装置によって画定され得る。
【００２６】
本発明の好適な構成によれば、当該画素領域の画定は、動的に変更可能であり得る。これにより、撮像装置が、例えば変更された周囲条件に対して応答できる。
【００２７】
好ましくは、当該画素領域の画定は、少なくとも１つの物体の場合によっては移動する位置に適合可能であり得る。これにより、当該画素領域が、複数の物体の表面を撮影するために使用され得る。場合によっては、当該画素領域が、移動する物体を「追跡」するために動的に変更されてもよい。
【００２８】
本発明の好適な実施の形態では、当該画素領域の画定は、場合によっては移動する物体の表面を検出するために動的に変更可能であり得る。この場合、停止している物体又は移動する物体の表面が、当該画素領域に割り当てられたそれぞれの画像領域によって走査され得て、このときに、当該物体の表面の画像が（場合によっては、異なる視点方向から）作成され得る。これらの画像は、例えば、当該物体の表面の「展開」図又は三次元図を作成するために使用され得る。
【００２９】
以下に、本発明を、本発明の構成を例示的に概略的に且つ限定しないで示す図１〜６を参照して詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の撮像装置のエリアセンサを概略的に示す。
【図２】本発明の撮像装置のエリアセンサを概略的に示す。
【図３】物体を光学式に監視するために配置されている本発明の撮像装置を概略的に示す。この場合、本発明の方法が説明される。
【図４】物体を光学式に監視するために配置されている本発明の撮像装置を概略的に示す。この場合、本発明の方法が説明される。
【図５】物体を光学式に監視するために配置されている本発明の撮像装置を概略的に示す。この場合、本発明の方法が説明される。
【図６】複雑に移動する物体を監視するために設けられている本発明の撮像装置を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の撮像装置２のエリアセンサ１の平面図を非常に概略的に且つ簡略化して示す。この図１は、特に、ここで使用される用語及び参照符号を説明するために使用される。主に、エリアセンサ１の感光性の長方形表面が示されている。エリアセンサ１のその他の構成要素は、見やすさの理由から省略してある。このようなセンサの構造及び技術的な機能は、当業者に既知である。
【００３２】
個別に読み取り可能な複数の画素素子６が、エリアセンサ１の感光性の表面上にセンサ列５とセンサ行１０とから成る格子で配置されている。例えば、エリアセンサ１は、「ｎ」本のセンサ列５と「ｍ」本のセンサ行１０とを含む。数ｎ及び数ｍは、通常のセンサの寸法にしたがって又は具体的な状況に適合されて任意に選択され得る。当該産業分野で頻繁に使用されるエリアセンサでは、例えば６４０×４８０、１２８０×９６０、１６００×１２００等の解像度ｎ×ｍにおいて、そのフォーマットは、例えば４：３であるが、その他の寸法、例えば１：１、３：２、５：４、６：９のフォーマット、又は１メガ画素未満の様々な画素数を有するその他の特別なフォーマットや数ギガ画素を有する特別なフォーマットも、市場で入手可能であるか又は製造可能である。
【００３３】
個別の各センサ列５は、１とｎとの間の数ｘによって一義的に示され得て、各センサ行１０は、１とｍとの間の数ｙによって一義的に示され得る。図１では、当該一義的な表示は、センサ列５１、５ｐ、５ｘ、５ｑ及び５ｎの参照符号とセンサ行１０１、１０ｒ、１０ｙ、１０ｓ及び１０ｍの参照符号とによって例示されている。したがって、各画素素子６は、例えば図１にセンサ素子６ｘｙによって示されるように、特定のセンサ列５ｘの番号と特定のセンサ行１０ｙの番号とによって一義的に示され得る。
【００３４】
各画素素子６は、単一の光センサを有してもよく、又は例えば異なるスペクトル帯域用の協働する一群の光センサを有してもよい。
【００３５】
本発明は、特に、図１にハッチングで示された長方形の画素領域７のように、エリアセンサの領域の画定に基づく。画素領域７は、全ての画素素子６ｘｙの任意の部分選択を含み得る。長方形の画素領域７の場合、当該画定は、例えば、最初のセンサ列５ｐと最後のセンサ列５ｑと最初のセンサ行１０ｒと最後のセンサ行１０ｓとを指定することによって一義的に画定可能である。
【００３６】
本願によれば、画素領域７は、必ずしも長方形の連続する形を有する必要はなくて、図２を参照して説明されるように、それぞれの長方形の画素部分領域９を任意に組み合わせて構成されてもよい。
【００３７】
図２に示された画素領域７は、３つの連続するそれぞれ長方形の画素部分領域９ａ，９ｂ及び９ｃと、これらの画素部分領域から分離され且つ互いに分離された２つの画素部分領域９ｄ、９ｅとを含む。後者の両画素部分面９ｄ及び９ｅはそれぞれ、行の長さの全体にわたって、すなわち全てのセンサ行１０１〜１０ｍに対して直角に延在する。
【００３８】
ここで説明されているエリアセンサ１の画素配置はそれぞれ、（例えば、従来のベイヤー配列を意味する）全ての画素要素が同じ大きさを有するチェッカー盤状に配置された「典型的な」画素の幾何学配置に基づく。このような配置は、大抵は市場で入手可能なエリアセンサに基づくが、しかしながら、別の配置も存在する。当該別の配置の場合、異なる大きさの画素素子が設けられてもよく（例えば、「Ｘ−Ｔｒａｎｓ配列」と呼ばれる配置）、又は、画素素子が、チェッカー盤の模様とは異なる形態で、例えば、５つの画素群状に又は対角線状に配置されている。これらの場合には、画素領域７の画定を適切に適合する必要がある。当該適合は、当業者によって成し得る。
【００３９】
本願によれば、例えば図３に示された本発明の撮像装置２は、少なくとも１つのエリアセンサ１と少なくとも１つの光学素子３と１つの制御装置８とを有する。上記の構成によれば、エリアセンサ１は、多数のセンサ列５を有する。この場合、各センサ列５は、特に直線的に配置された、個別に読み取り可能な多数の画素素子６を含む。撮像装置２が、光学素子３によって撮像領域１１内に存在する物体４に焦点合わせされ得る。当該焦点合わせは、既知の方法で光学素子３内に配置されたレンズ装置を調整することによって、及び／又は撮像装置２を撮影するべき物体４から適切に選択された距離を置いて配置することによって実行され得る。
【００４０】
エリアセンサ１の画素素子６によって捕捉された値が、制御装置８によって読み取られ得る。図３では、エリアセンサ１は、制御装置８上に直接に配置されている。エリアセンサ１の少なくとも１つの部分面を含む画素領域７が、制御装置８によって画定可能である。この制御装置８は、エリアセンサ１の読み取りを当該画素領域７内の画素素子６だけに限定する。したがって、当該画素領域７は、特に、図１及び図２に関連して説明されている形態で画定され得る。この画定は、特に、エリアセンサ１上に設けられている複数の画素素子６の全体のうちの任意の下位群を含み得る。代わりに、当該パラメータ化を簡略化するため、画定可能な画素領域７が、特定の画素群に限定されてもよい。特に、この制御装置８は、画素領域７を画定するためにセンサ列５のうちから任意に選択することができる。その結果、パラメータ化が容易になり、例えばＣＣＤセンサのように、例えば列ごとに読み取るエリアセンサを使用することを可能にする。したがって、画素領域７のそれぞれのセンサ列５（又は隣接している複数のセンサ列５から成るそれぞれの群）は、撮像領域１１に向かって所定の方向に指向されている一種の「リニアセンサ」を構成し得る。代わりに、画素領域７の可能な画定は、これらのセンサ列の一部の区間、例えば１つのセンサ列５の「上」又は「下」の半分等に限定されてもよい。
【００４１】
制御装置８が、エリアセンサ１の全ての画素素子６の全体を読み取るのではなくて、画素領域７内の複数の画素素子６だけを処理することによって、処理すべきデータ量と、場合によっては転送すべきデータ量が著しく減少され得る。当該処理は、例えば、撮影周波数を上げるために使用され得る。
【００４２】
このため、画素領域７は、所定のアルゴリズムに基づいて撮像装置２内に設けられている制御装置８によって直接に画定され得るか、又は、画素領域７は、インターフェース１２を介して外部の制御機器１３から送信されるパラメータに基づいて画定され得る。このインターフェース１２は、例えば産業用のバスシステムを含み得る。当該制御機器は、例えば、適切なソフトウェアによってプログラミングされたコンピュータ又はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）又はその他の自動化構成要素でもよい。撮像装置２は、インターフェース１２を介して産業用アプリケーションと統合され得る。場合によっては、当該インターフェース１２は、自動化構成要素によって別の設備を制御するためにも使用されるバスシステムを介して交信し得る。
【００４３】
画素領域７は、所定の用途に対して不変に画定され得るが、画素領域７は、動的に、すなわち所定の測定目的の範囲内で変更されてもよい。これにより、以下で説明する多くの好適な方法が実行され得る。
【００４４】
図３には、３つの画素領域７が、識別のために対応するアポストロフィを用いて画素領域７’，７’’及び７’’’として例示されている。この場合には、それぞれの画素領域７’，７’’及び７’’’は、１つのセンサ列５の全ての画素素子６を有し、特に、１番目の画素領域７’は、１番目のセンサ列５１の複数の画素素子６を含み、３番目の画素領域７’’’は、最後のセンサ列５ｎの複数の画素素子を含み、２番目の画素領域７’’は、これらの画素領域の間に存在する１つのセンサ列５ｘの複数の画素素子６を含む。一方ではエリアセンサ１の寸法によって、他方では光学素子３の寸法と特性と相対方向とによって、撮像領域１１が、撮像装置２に対して画定されている。この場合、光学素子３が、所定の測定面１５に焦点合わせされていて、この測定面１５内でほぼ長方形の測定範囲を画定する。場合によっては、測定面１５の上（すなわち、光学素子３の近く）と測定面１５の下とに配置されている範囲も、対応する焦点深度によって十分正確に検出され得る。それぞれの画素領域７’，７’’，７’’’は、当該それぞれの画素領域７’，７’’，７’’’内の画素素子６によって捕捉される対応する画像領域１４’，１４’’，１４’’’を測定面１５内に画定する。特に、例えば最も外側の両画像領域１４’及び１４’’’のような端に近い画像領域１４は、光学素子３の収差、特に歪みに起因して歪み得る。当該収差は、場合によっては制御装置８（又は外部の制御機器１３）によって制御及び／又は除去され得る。
【００４５】
図３に示された場合には、（直線状の）画素領域７’，７’’，７’’’がそれぞれ、１つのリニアセンサを規定する。この場合、これらのリニアセンサの画像領域１４’，１４’’，１４’’’がそれぞれ、異なる角度を成して測定面１５に向かって指向されている。これは、特に、測定面１５の照明に関連する。図３には、測定面１５を暗視野照明の方式で鋭角に照明する照明装置１６が例示されている。この照明装置１６は、場合によっては撮像装置２の撮影周波数と同期され得る。当該鋭角の入射角によって、物体４上の特徴、すなわち、例えば当該物体の表面の刻み目１７又は引っ掻き傷がそれぞれ、照明装置１６による照明時の画像領域１４’，１４’’，１４’’’の位置に応じて異なる反射挙動を呈する。それ故に、物体４が、どの位置に存在するかに応じて、刻み目１７は、撮像装置２によって異なるコントラストで捕捉される。
【００４６】
このコントラストを最大にすることが、多くの用途にとって必要である。この場合、本発明によれば、例えば、既知の特徴（すなわち、例えば図３に示された刻み目１７）を有する１つの基準物体が、測定面１５内に配置されている間に、又は、この基準物体が通過する間に、最初に、基準測定が、エリアセンサ１の全体を用いて実行されることによって、当該コントラストの最大化は実行され得る。この基準測定を評価することによって、最大のコントラストを保証する位置が決定され得て、当該画素領域が、適切に調整され得る。この評価は、撮像装置２によって自動的に又は外部の制御機器１２による制御の下で実行され得る。同様な手続きが、明視野照明の場合又は透過光を捕捉する場合でも有益に使用され得る。例えば、照明装置１６による鋭角の暗視野照明の代わりに、光学素子３の周りに配置されていて、測定面１５を撮像装置２から照明する（ＬＥＤ）環形ランプが使用されてもよい。
【００４７】
物体４の位置が、撮像装置２（又は外部の制御機器１３）に知られている場合、物体４が、撮像領域１１を通過する間に、対応する画素領域７が、エリアセンサ１上で動的に変更されることによって、当該物体４上の所定の特徴を、移動する画像領域１４によって「追跡する」ことも可能である（当該追跡は、図３では４’，４’’及び４’’’として示された物体４の位置によって示されている）。こうして、複数の撮影が、異なる照明条件の下でただ１つの領域によって達成され得る。この方法は、既知の表面偏差（例えば、図３に示された刻み目１７）を有する基準物体が撮像領域１１を通過するときに、この表面偏差を画像領域１４によって追跡するために使用されてもよい。これにより、さらなる測定のために最大のコントラストを保証する画素領域７に対する１つの位置が決定され得る。
【００４８】
上記の最適な位置の決定のほかに、より複雑な方法も、本発明の撮像装置２によって実行され得る。図４を参照して説明されるように、例えば、移動する物体の表面を走査するため、（固定された）撮像装置２によって生成可能な異なる撮影方向を使用することが可能である。この場合、物体４が、直進し、既知の速度で撮像領域１１を通過する。この場合、この物体４の連続する複数の位置が、符号４’，４’’，４’’’及び４’’’’で示されている。最初の位置（物体４’）では、当該物体が、撮像領域１１内に入る。画素領域７が、この時点に対してラインセンサとしての外部の制御機器１３又は制御装置８によって最初のセンサ列５１に設定される。当該物体が、撮像領域１１を移動する間に、確かに、対応する画像領域１４が、物体４と一緒に移動するものの、この物体４よりも小さい速度で移動するように、画素領域７が変更される。この場合、物体４が、撮像領域１１を離れる時点に対して、最後の画像領域１４’’’’が、物体４’’’’の後部を捉えるように、画素領域７が、全ての撮影期間にわたって動的に変更される。
【００４９】
画像領域１４と物体４との間の相対移動に起因して、連続するそれぞれの画素領域７内で捉えられた個々の画像が、当該物体の表面の全体画像に合成され得る。この場合、注目すべきは、前面及び後面が、撮影角度に起因して完全に撮影され得る点である。このことは、スナップショットでは不可能である。例えば、物体４及び画素領域７の一定の移動の場合、確かに、前面及び後面の画像は、平坦な表面の画像に比べて歪むものの、この歪みは、演算方法によって算出され得て、場合によっては当該画像の全体から計算され得る。
【００５０】
本発明の撮像装置２によって実行可能な方法のための別の例が、図５に概略的に示されている。この場合、物体４（位置４’，４’’，４’’’）が、撮像領域１１を通過する間に、同様に、（位置７’，７’’，７’’’で示された）画素領域７が、当該物体４に向かって動的に指向される。しかしながら、上記の例とは違って、この画素領域７’，７’’，７’’’は、常に複数のセンサ列５を有する。画像マトリクスが、それぞれの個別撮影によって生成される。さらに、物体４の同じ部分（この場合では、上前方の縁部）が、対応する画像領域１４’，１３’’，１４’’’のほぼ中心に常に存在するように、画素領域７が移動する速度が、物体４の速度に適合されている。物体４の同じ領域が、異なる複数の視点方向の下で撮影されたので、撮像装置２が、物体４に対して移動又は旋回される必要なしに、監視領域又は物体４の全体の三次元モデルが、当該複数の画像を比較することによって作成され得る。
【００５１】
図３〜５では、特に説明をより分かりやすくし且つ簡単にするため、直線状に且つ一定に移動する物体４が示されている。本発明の方法及び装置は、並進軸又は回転軸での複雑な移動に対しても使用され得ることは明らかである。図６は、撮像装置２によって実行可能である本発明の好適な別の例を示す。この場合、例えば、製品若しくは製作物の欠陥、引っ掻き傷又は損傷等を検出するため、複数の物体４の表面が、撮像装置２によって走査されなければならない。このため、従来の技術では、リニアスキャナが、それぞれの個別物体４の全周をこのリニアスキャナによって走査できるように、当該物体４が、このリニアスキャナの前方の所定の位置に停止され、当該物体４が、この位置でその軸線を中心にして回転されることが一般に行われる。この方法は、搬送装置及び制御装置に負担をかけるだけではなくて、非常に遅く且つ融通性がない。何故なら、別の形の物体に入れ替えることは、一般に、少なくとも測定装置の全体を改造する必要があるからである。この場合、さらに、照明装置が、特別に適合されなければならない。
【００５２】
この労力を小さくするため、図６に示された撮像装置２の撮像領域１１が、搬送区間又は移動区間の一部に合わせられている。多数の物体４が、当該搬送区間又は移動区間を通過して搬送されるか、又は別の方法によって撮像領域１１を通過する。図示されたこの場合には、複数の物体４が、曲線状の軌道１７に沿って移動する。さらに、これらの物体４は、当該図面に向かって垂直に直立している軸線を中心にして回転する。当該軌道は、例えば、生産設備、充填設備又は梱包設備内のコンベヤベルトでもよく、当該物体は、例えば半製品若しくは完成品、又は例えば瓶、箱、パウチパック、小包等のような包装用容器でもよい。それぞれの物体４は、例えば基準特徴部１８を有する。この場合、基準特徴部１８は、例えばラベル、例えばレリーフとして形成された商標、又はそれぞれの物体４上に存在するその他の製品特徴部若しくは梱包特徴部でもよい。基準特徴部１８は、必ずしも必要ではないが、制御を簡単にする。
【００５３】
撮像領域１１が、それぞれの状況に適した任意の種類の明視野照明又は暗視野照明によって照明され得る。図６には、ＬＥＤ環形ランプが、撮像装置２のレンズ又は光学素子３の周りに配置されていて、撮像領域１１の全体を照明する照明装置１６として設けられている。
【００５４】
軌道１７に沿った物体の移動は、場合によっては中央制御機器１３（例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）又はその他の自動化装置）によって監視及び／又は制御され得る。当該中央制御機器１３は、撮像装置２も制御するが、別の調整構成又は制御構成が設けられてもよい。当該図示された状況では、中央制御機器１３は、パラメータをインターフェース１２経由で撮像装置２に送信する。この撮像装置２は、当該パラメータに基づいて、対応する１つの画素領域７を動的に画定し、この画素領域７内のそれぞれの画素素子６によって測定された測定値を当該パラメータにしたがって読み取り、対応するセンサデータを中央制御機器１３に転送する。当該送信は、特に同じインターフェース１２を通じて又は別の方法で実行され得る。
【００５５】
この画素領域７は、同時にそれぞれ複数の画素部分領域９ａ−９ｆを含む。この場合、それぞれの画素部分領域９ａ−９ｆが、特定の１つの物体４に割り当てられている。当該物体４が、撮像領域１１内に入る時点から当該物体４が、この撮像領域１１を離れる時点まで、それぞれの画素部分領域９ａ−９ｆ（又はこの画素部分領域９ａ−９ｆによって生成された測定領域１４ａ−１４ｆ）が、当該領域に割り当てられた物体４に向かって指向されているように、この画素領域７は、ほぼリアルタイムで変更される。場合によっては、物体４は、撮像領域１１のより小さい一部の区間内だけで走査されてもよい。例えば上記の実施の形態に関連して既に説明したように、それぞれの画素部分領域９ａ−９ｆは、例えばリニアセンサとして構成され得て、撮像装置２のエリアセンサ１の隣り合う１つ又は複数のセンサ列５を含む。
【００５６】
それぞれの物体４が、軌道１７に沿って並進移動するのに加えて、自身の軸線を中心にして回転もするので、画素部分領域９ａ−９ｆを適切に迅速に且つ正確に調整することによって、当該物体４が、撮像領域１１内で回転する間に、それぞれの物体４の外面をほぼ完全に撮影することが可能である。基準特徴部１８が、物体４の向きを認識するために、又は基準測定部を生成するために使用され得る。例えば、測定領域１４の照明及び正確な位置合わせが、当該基準測定部によって最適化され得る。ほぼ円筒形の物体の場合、例えば、円筒形の表面の全体が、ほぼ一定の表面角度で測定されるように、測定領域１４を移動する物体４に向かって常に指向させることが可能である。
【００５７】
場合によっては、例えば、測定領域１４の位置合わせを最適化するため、又は、追加の測定データを生成するため、撮像装置２は、上記の実施の形態にしたがって動的に変更される画素領域７に加えて、所定の期間内に撮像領域１１の全体の完全な画像をさらに作成できる。例えば、撮像領域１１の全体を当該設備の始動後に又は規則的な間隔で「撮影」することも可能である（この場合、場合によっては、撮影周期が、適切に短くされ得るか、又は、データ量を少なくするため、エリアセンサ１にわたって−例えば格子状に−配列された複数の画素素子６のうちの一部−５番目のそれぞれの画素素子−だけが選択され得る）。このとき、測定領域１４を制御するための最適な方法が提供され実行され得る。
【００５８】
上記のように、静的又は動的なそれぞれの画素領域７の画定が、撮像装置２の制御装置８によって又は中央制御機器によって又は分散した複数の円筒物体を用いることで全ての実施の形態において実行され得る。当該中央制御機器は、例えばパラメータを送信することによって、画素領域７の画定と撮像装置２の別の機能とを制御できる。特に、画素領域７を直接に規定するパラメータ（すなわち、画素領域の数、形及び大きさ）と、画素領域７を画定することを制御装置８に可能にさせるパラメータ、すなわち、例えば画像領域１４に向けるべき領域の位置情報と、撮影周期を規定するパラメータと、露光期間を規定するパラメータと、焦点合わせに関するパラメータと、所定の画素領域の外形の場合の撮影期間を規定するパラメータと、出力データの作成（例えば、移動する画像領域の画像に基づく１つの物体４の「展開された」画像の作成、１つの物体の三次元モデルの作成等）に関するパラメータとが、このようなパラメータの例とみなされる。
【００５９】
本発明の撮像装置２は、別の分野でも、例えば任意の物体を監視するために有益に使用され得る。この場合、画素領域７の画定の機能が、エリアセンサの全体の撮像の機能と任意の方法で結合され得る。例えば、撮像領域１１を（場合によっては、短い撮影周期で、又はエリアセンサ１にわたって配列されたごく少数の画素によって）連続して撮影すること、及び、例えば、差分画像を算出することによって移動を認識することが可能である。このとき、特定の移動パターンの認識時に、所定の一連の撮影が、静的又は動的な画素領域７によって開始され得る。
【００６０】
撮像装置の説明されている全ての実施の形態及び記載されている方法ステップは、任意の有益な形態で互いに組み合わせられ得る。特に、このような組み合わせが含まれないか、又は、このような組み合わせが、技術的な理由から明らかに不可能であることが、対応する記載箇所において明示されている場合を除いて、本発明によれば、所定の実施の形態に関連して説明した特徴を別の実施の形態と任意の方法で組み合わせることが可能である。
【００６１】
本明細書及び特許請求の範囲で開示された方法ステップは、撮像装置２の制御装置８によって及び／又は外部の制御機器１３によって実行可能なプログラム論理部で規定され得る。この場合、制御装置８又は外部の制御機器１３によって実行される当該プログラム論理部は、当該制御装置８又は当該外部の制御機器１３に対応する方法ステップを実行するための権限を付与する。
【符号の説明】
【００６２】
１    エリアセンサ
２    撮像装置
３    光学素子
４    物体
５    センサ列
６    画素素子
７    画素領域
８    制御装置
９    画素部分領域
１０  センサ行
１１  撮像領域
１２  インターフェース
１３  制御機器
１４  画像領域
１５  測定面
１６  照明装置
１７  軌道
１８  基準特徴部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2020088859000001.pdf