(57)【要約】  画像システムのインライン照明デバイスからもたらされるアーチファクトを被写体画像から除去する方法。この方法は、第１のアーチファクト照度レベルを使用して、アーチファクトの第１の画像を獲得し、照明デバイスが被写体照度レベルを使用している画像システムを使用して、被写体を画像化することを含む。アーチファクト画像は、被写体とは独立であり、照度レベルに関連するピクセル値を有する。このため、アーチファクトは、被写体画像のそれぞれ値からアーチファクト画像のそれぞれのピクセル値を、ピクセルアドレスごとに減算することによって除去されることが可能である。様々な照度レベルを使用して、複数のアーチファクト画像を生成することができる。減算のためのアーチファクト画像は、撮影された画像の１つであることも、アーチファクト画像が、被写体照度レベルまで変倍された、変倍された画像であることも可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像システムのインライン照明デバイスからもたらされるアーチファクトを、分析されるべき被写体の画像から除去する方法であって、
第１のアーチファクト照度レベルを使用して、画像システムのインライン照明デバイスからもたらされるアーチファクトの第１の画像を獲得し、
前記インライン照明デバイスが被写体照度レベルを使用している前記画像システムを使用して、分析されるべき被写体を画像化し、
被写体画像のそれぞれの値から、アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算することを含むことを特徴とするアーチファクト除去方法。
【請求項２】
前記アーチファクトの第１の画像を獲得することは、
前記画像システムの前に、被写体を全く置かないか、または黒い被写体を置くこと、および
前記アーチファクトを画像化することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項３】
前記アーチファクト画像は、前記アーチファクトの前記第１の画像であることを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項４】
前記被写体照度レベルは、前記第１のアーチファクト照度レベルと等しく、前記アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値を減算することは、前記被写体画像のそれぞれの値から、前記アーチファクトの前記第１の画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項５】
前記アーチファクトの前記第１の画像を使用して、前記アーチファクトの変倍された画像を生成することをさらに含み、前記アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値を減算することは、前記被写体画像のそれぞれの値から、前記アーチファクトの前記変倍された画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項６】
前記アーチファクトの変倍された画像を生成することは、前記アーチファクトの前記第１の画像の各ピクセル値に、前記被写体照度レベルと、前記第１のアーチファクト照度レベルとの比を掛けることをさらに含むことを特徴とする請求項５記載のアーチファクト除去方法。
【請求項７】
画像飽和を生じさせるのに要求されるレベルより１つ低いレベルである最大照度レベルを算出すること、および
前記最大照度レベルを前記第１のアーチファクト照度レベルとして使用することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項８】
前記最大照度レベルより低い第２のアーチファクト照度レベルを使用して、前記画像システムのインライン照明デバイスからもたらされる前記アーチファクトの第２の画像を獲得することをさらに含むことを特徴とする請求項７記載のアーチファクト除去方法。
【請求項９】
前記被写体照度レベルを、前記第１のアーチファクト照度レベルと前記第２のアーチファクト照度レベルのそれぞれと比較すること、
前記第１のアーチファクト照度レベルが、前記第２のアーチファクト照度レベルよりも前記被写体照度レベルに近い場合、前記アーチファクトの前記第１の画像を減算のために使用すること、および
前記第２のアーチファクト照度レベルが、前記第１のアーチファクト照度レベルよりも前記被写体照度レベルに近い場合、前記アーチファクトの前記第２の画像を減算のために使用することをさらに含むことを特徴とする請求項８記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１０】
第２のアーチファクト照度レベルを使用して、前記画像システムの前記インライン照明デバイスからもたらされる前記アーチファクトの第２の画像を獲得することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１１】
前記被写体照度レベルを、前記第１のアーチファクト照度レベルと前記第２のアーチファクト照度レベルのそれぞれと比較すること、
前記第１のアーチファクト照度レベルが、前記第２のアーチファクト照度レベルよりも前記被写体照度レベルに近い場合、前記アーチファクトの前記第１の画像を減算のための前記アーチファクト画像として使用すること、および
前記第２のアーチファクト照度レベルが、前記第１のアーチファクト照度レベルよりも前記被写体照度レベルに近い場合、前記アーチファクトの前記第２の画像を減算のための前記アーチファクト画像として使用することをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１２】
前記被写体照度レベルを、前記第１のアーチファクト照度レベルと前記第２のアーチファクト照度レベルのそれぞれと比較すること、および
前記被写体照度レベルが、前記第１のアーチファクト照度レベルと前記第２のアーチファクト照度レベルのそれぞれと異なる場合、前記アーチファクトの前記第１の画像と前記第２の画像のいずれかを変倍することをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１３】
前記アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値を減算することは、前記被写体画像のそれぞれの値から、前記変倍することによって生成された前記画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算することをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１４】
前記アーチファクトの前記第１の画像と前記第２の画像のいずれかを変倍することは、
前記第１のアーチファクト照度レベルが、前記第２のアーチファクト照度レベルよりも前記被写体照度レベルに近い場合、前記アーチファクトの前記第１の画像の各ピクセル値を増倍すること、および
前記第２のアーチファクト照度レベルが、前記第１のアーチファクト照度レベルよりも前記被写体照度レベルに近い場合、前記アーチファクトの前記第２の画像の各ピクセル値を増倍することを含むことを特徴とする請求項１２記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１５】
前記アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値を減算することは、前記被写体画像のそれぞれの値から、前記変倍することによって生成された前記画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算することをさらに含むことを特徴とする請求項１４記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１６】
前記第１のアーチファクト照度レベルの光度は、飽和より低く、前記第２のアーチファクト照度レベルは、前記第１のアーチファクト照度レベル未満であり、かつ前記画像システムの雑音レベルを超えることを特徴とする請求項１４記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１７】
前記画像システムの前記照明デバイスからもたらされる前記アーチファクトの複数の画像を獲得することをさらに含み、前記複数の画像のそれぞれは、それぞれのアーチファクト照度レベルを使用して獲得されることを特徴とする請求項１記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１８】
前記アーチファクトの前記複数の画像の１つの画像を選択し、前記１つの画像に関連する前記それぞれのアーチファクト照度レベルは、前記被写体照度レベルと等しいこと、および
前記被写体画像のそれぞれの値から、アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算するための前記アーチファクト画像として、前記選択された画像を使用することをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載のアーチファクト除去方法。
【請求項１９】
前記アーチファクトの前記複数の画像の各画像の前記それぞれのアーチファクト照度レベルを、前記被写体照度レベルと比較すること、
それぞれのアーチファクト照度レベルのいずれも、前記被写体照度レベルと等しくない場合、前記アーチファクトの前記複数の画像のいずれかを使用して、変倍された画像を生成すること、および
前記被写体画像のそれぞれの値から、アーチファクト画像のそれぞれのピクセル値をピクセルアドレスごとに減算するための前記アーチファクト画像として、前記変倍された画像を使用することをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載のアーチファクト除去方法。
【請求項２０】
変倍された画像を生成することは、前記アーチファクトの前記複数の画像の前記いずれかの画像の各ピクセル値に、前記被写体照度レベルと、前記アーチファクトの前記複数の画像の前記いずれかの画像の前記それぞれのアーチファクト照度レベルとの比を掛けることをさらに含むことを特徴とする請求項１９記載のアーチファクト除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１月２３日に出願した同時係属の米国特許仮出願第６０／５３８，９１４号の優先日の恩典を主張する。
【背景技術】
【０００２】
画像処理では、目標は、被写体の画像を、その被写体についての何らかの有用な情報を抽出するために調べることである。これは、大抵、画像の空間的に離隔した要素の輝度値の相違を分析し、それらの値を互いに比較すること、またはそれらの値をアプリオリに決められた値と比較することによって行われる。
被写体についての情報を伝えるのではなく、代わりに、被写体を照らすのに使用される照明システム、または画像センサ上に画像を光学的に形成するのに使用される画像システムについての、あるいは被写体の環境の、他の諸態様についての偽の情報を伝える、被写体の画像内における輝度値の相違が存在することは、珍しくない。それらのアーチファクトを無くすような形で、環境、または照明、または光学系を制御することが可能でない場合、画像を分析して有用な情報を抽出するシステムは、それらのアーチファクトに対処しなければならず、つまり、システムは、それらのアーチファクトからの偽の情報を無視しながら、画像から被写体の際立った特徴を抽出しなければならない。
【０００３】
インライン同軸照明デバイスを有する画像システムは、当技術分野では、周知であり、まず、生物顕微鏡において広く使用された。一般に、インライン同軸照明デバイスは、像平面とレンズの間に、または光学要素間のレンズ自体の内部に光源を導入する。光源と被写体の間におけるレンズの要素を使用して、光を集束させ、または平行にして、その光が、画像を形成する光線に対する補経路に沿って被写体に当たるようにさせる。この方法は、被写体の画像のより高いコントラストをもたらす可能性があり、照明を導入するのにレンズと被写体の間で、さらなる空間が要求されないため、よりコンパクトなアセンブリももたらす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような画像システムの抱える問題は、照明の一部が、照明源と被写体の間の光学要素によって、照明が画像アーチファクトとして記録される可能性がある像平面に向かって戻る方向に、反射される可能性があることである。従来、これに対する対応は、遮光コーティングおよび反射防止コーティングを含む、注意深い光学設計慣行を用いて、そのタイプの照明からのアーチファクトを最小限に抑えることであった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
インライン同軸照明に起因するアーチファクトは、画像化されている被写体とは完全に独立であり、アーチファクトは、被写体の画像に対して実質的に加法的である。アーチファクトは、アプリオリに完全に特徴付けられることが可能であり、したがって、アーチファクトは、被写体の画像から自動的に減算されることが可能である。本発明は、被写体を画像化し、その画像をデジタル処理して、前もって特徴付けられたアーチファクトを減算することにより、被写体の画像からアーチファクトを除去するための方法を提供する。具体的には、方法は、第１のアーチファクト照度レベルを使用して、画像システムのインライン照明デバイスからもたらされるアーチファクトの第１の画像を獲得するステップと、インライン照明デバイスが被写体照度レベルを使用している画像システムを使用して、分析されるべき被写体を画像化するステップと、被写体画像のそれぞれの値からアーチファクト画像のそれぞれのピクセル値を、ピクセルアドレスごとに減算するステップとを含む。アーチファクト画像は、アーチファクトの第１の画像であることも、あるいは第１の画像の変倍された画像であることも可能である。もちろん、アーチファクトの複数の画像が、被写体を分析するのに先立ち、相異なる照度レベルで撮影されることも可能である。次に、被写体の照度レベルに最も近い照度を有するアーチファクトの画像が、減算のために使用されるか、またはその画像が、減算に先立ち、被写体の照度レベルまで変倍されることが可能である。
【０００６】
好ましくは、照明アーチファクトのこのデジタル除去は、画像が見られるために報告される、もしくは提示される前に、または画像に対して後続の画像分析が実行されて、画像化されている被写体の特定の特徴が判定される前に、自動的に、インラインで行われる。
インライン軸上照明アーチファクトをデジタルで減算して除くことにより、そのように構成されたシステムは、被写体の特徴が、照明アーチファクトからの干渉がより少なくなって、画像内でレンダリングされるため、それらの特徴に対して、より感度が高いことが可能である。さらに、そのように装備されたシステムは、照明アーチファクトからの過度の干渉なしに、全体的により高い照度レベルで動作させられて、検査されることが可能な被写体タイプの領域、および画像から抽出されることが可能な、被写体についての情報のタイプを増加させることが可能である。
【０００７】
本発明の他の応用例は、本発明を実施するための企図される最良の形態の以下の説明を、添付の図面と併せて読むと、当業者には明白となろう。
本明細書の説明は、同様の符号が、いくつかの図のすべてで同様の部分を指している、添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明には、画像システムに関連する照明アーチファクトをデジタルで記録することが関わる。次いで、そのアーチファクトが、後続の画像から後に減算されて、そのような画像からアーチファクトが除去される。
本発明は、好ましくは、内部反射からのアーチファクトをもたらすことが可能なインライン照明システムと組み合わせて利用される。１つのそのようなインラインシステムが、参照により全体が本明細書に組み込まれている、２００３年２月２６日に出願した同時係属の米国特許出願第１０／３７３，９３４号で説明されている。図５に示されるとおり、そのようなシステムは、照明源１１８によって全体的に定義される画像１００と、画像化レンズ１０８と、ビデオカメラ２００などの電子画像検出器と、電子画像検出器から電子的に、または光学的に画像を受け入れることができると共に、通常、画像化されている被写体または被写体群１０２についての情報を抽出するための、前記画像をデジタルで処理するための命令（コンピュータプログラム）を受け入れることができるデジタルコンピューティングデバイス（図示せず）とを含むことが可能である。ビデオカメラ２００は、通常、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサを含むことが可能である。本発明の好ましい実施形態では、照明システム１１８の少なくとも１つのモードまたは態様は、画像化レンズ１０８とインラインであり、少なくとも１つのレンズ要素１１０を通して投射されてから、被写体を照らす。照明は、好ましくは、デジタルコンピューティングデバイスによって制御される。
【０００９】
米国特許出願第１０／３７３，９３４号で説明されるシステムからもたらされるアーチファクトは、他のインライン照明デバイスも同様な特性を示すものの、いくつかの特定可能な特性を有する。第１に、アーチファクトは、光度空間内の被写体の画像（普通、単に画像と呼ばれる、ピクセルごとの戻された照明の強度のマップ）に対して実質的に加法的である。第２に、アーチファクトは、被写体とは実質的に独立である。これは、アーチファクトが、アプリオリに完全に記録されることが可能であり、画像減算がインラインで行われることが可能な演算中に使用するために、その情報が格納されることが可能であることを意味する。最後に、アーチファクトは、すべての照度レベルで特徴付けられなくてもよい。代わりに、アーチファクトは、いくつかの精選された照度レベルで特徴付けられることが可能であり、減算のために要求される特徴は、インライン照明強度とアーチファクトの特徴の間における直接関係のため、それらのいくつかのサンプルから補間される、または補外されることが可能である。この技術は、もちろん、照度レベルが、ビジョンシステムに知られていることを前提とする。
【００１０】
前述した特性は、画像が飽和状態に至る場合、成立しないことに留意されたい。つまり、光の強度が、カメラの感度を超える場合である。画像が飽和しない場合、情報は、失われない。（飽和した値は、不定の値、例えば、画像センサのダイナミックレンジを超えた場合の値である。）飽和は、照度レベルが、ビジョンシステムの制御下にある場合、軽減されることが可能である。つまり、第１の予防策として、アーチファクトの光度が、決して飽和しないようにシステムをプログラミングすることができる（すなわち、限度を設定することができる）。より高度なシステムでは、画像のいずれの部分も決して飽和しないように、自動照度レベル制御スキームをプログラミングすることができる。
【００１１】
セットアップ時に、黒い被写体（または被写体なし）が、画像システムの前に置かれる。このセットアップは、画像システムが製造される時点で実行されること、またはシステムが配備される際に実行されることが可能である。被写体からの戻り画像が存在しないように画像システムが構成されると、レンズ要素またはレンズ要素群から電子画像検出器上へのインライン照明源の後方反射の画像が、画像化される唯一のアイテムである。そのアーチファクトが、デジタルコンピューティングデバイスの中に格納される。後方反射の画像、つまり、アーチファクトは、インライン照明源のすべての照度レベルに関して形成されても、いくつかの照度レベルだけに関して形成されてもよい。
【００１２】
図３を参照すると、アーチファクト１０が、画像の唯一の内容である画像が示されている。図３の画像は、黒い背景で撮影されているのが示されている。好ましい実施形態では、画像飽和を生じさせるのに要求されるレベルより１つ低い照度レベルが算出される。その照度レベルが、デジタルコンピューティングデバイスによって格納され、被写体のインライン照明のためにシステムによって設定されることが可能な最大照度レベルを設定するのに使用される。好ましくは、その最大照度レベルにおけるアーチファクトの少なくとも１つの画像が、デジタルコンピューティングデバイス上に格納され、より低い照度レベルにおけるアーチファクトの少なくとも１つの追加の画像が、格納される。好ましくは、このより低い照度レベルは、最大照度レベルよりも相当に低く、すなわち、最大照度レベルの１／４または１／２のような、ただし、使用されているセンサ／イメージャの雑音レベルを超えるレベルである。センサ／イメージャの雑音レベルは、使用される構成と共に変化し、当技術分野が決めることができる数量である。雑音レベルを超える最小照度レベルを使用することにより、使用可能な画像を記録するのに十分な光度が存在することが確実になる。
【００１３】
図１を参照すると、システムの動作中、画像化される各被写体１２に関して、アーチファクト１０の画像も存在する。次に、アーチファクト１０が減算されて、図２に示される被写体１２の画像だけがもたらされることが可能である。図１に示されるとおり、最初、被写体１２の画像は、インライン照明からのアーチファクト１０を含み、減算の後、図２に示されるとおり、アーチファクト１０は、前記被写体１２の画像から実質的に除去される。これにより、前記被写体１２の画像から被写体についての情報を抽出するという言明された目的の妨げになる可能性がある偽の情報がより少ない、全体的に向上した画像がもたらされる。
【００１４】
初期被写体画像を獲得するのに使用されたのと同一の照明強度に相当するインライン照明アーチファクトの画像が利用できない場合、変倍を使用して、実質的に同一の結果を得ることができる。インライン照明強度とアーチファクトの特徴の間における直接関係を想い起こされたい。このため、利用可能なアーチファクト画像の光度（グレースケールレベル）を、アーチファクト画像を作成するのに使用された光度と、被写体画像を作成するのに使用された光度との比を使用して変倍することができる。これにより、好適に変倍された画像が、減算のために使用される。
【００１５】
図４を参照すると、本発明の実施形態を示す流れ図が示されている。２０で、好ましくは、前述したタイプのインライン照明デバイスが用意される。２４で、アーチファクト飽和点が算出され、格納される。２２で、画像システムに関連するアーチファクトの画像がキャプチャされる。好ましい実施形態では、複数のアーチファクトが、異なる照度レベルでキャプチャされる。前述したとおり、アーチファクトは、黒いビロード、またはビデオカメラを装荷しない、他の任意の空白の表面を画像化することによってキャプチャされることが可能である。一実施形態では、２つのアーチファクトがキャプチャされ、格納されて、１つのアーチファクトは、飽和に近い照度レベルに関連し、１つは、その照度レベルのおよそ半分の照度レベルのものである。
【００１６】
２６で、アーチファクトの画像が、それぞれ、関連する光度レベルを有して格納される。各アーチファクト画像は、ピクセル値およびピクセル位置別に格納されることが当業者には理解されよう。前述したアーチファクトのピクセル値およびピクセル位置は、任意の特定の照明条件に関して、画像デバイスが飽和に達していない限り、画像化されている被写体に関わらず、後続の画像の中で再現される。
２８で、被写体の画像が、インライン照明デバイスを含む画像システムを使用して獲得される。３０で、２８において獲得された画像の光度または照度レベルが算出される。被写体は、知られている光度レベルで画像化されている。３２で、格納されたアーチファクトのいずれかが、２８で獲得された画像の照度レベルと同一の照度レベルを有するかどうかが判定される。３２におけるクエリへの答えが、「はい」である場合、３４で、その対応するアーチファクトが選択され、プロセスは、ブロック４０に進む。
【００１７】
３２におけるクエリに対する答えが、「いいえ」である場合、格納されたアーチファクト値からの知られている光度でアーチファクトを補間する、または補外することにより、３０で獲得された画像の照度レベルに関して、３６で、アーチファクトが計算される。例えば、格納されたアーチファクトの知られている照明強度が、３０で獲得された画像の照明強度のレベルの半分である場合、格納されたアーチファクトの値が、３６で、２倍にされて、新たなアーチファクト画像が生成される。
【００１８】
前述したとおり、２８でキャプチャされた被写体の画像は、その画像の上に重ね合わせられたアーチファクトを含む。図１のアーチファクト１０は、図３のアーチファクト１０と同一の位置にあり、同一のアーチファクトである。４０で、ブロック３４またはブロック３６で供給されたアーチファクトが、２８でキャプチャされた画像から減算される。これにより、５０で、アーチファクトがもはや存在しない、図２に示されたような、減算された画像がもたらされる。
【００１９】
以上の説明では、ブロック２８、３０、および３２は、本発明を実施するのに必要ではなく、これらのブロックは、減算された画像の精度を向上させるだけであることを理解されたい。
さらに、示された順序は、ステップが実行されることが可能な１つの順序に過ぎないことも理解されなければならない。この順序は、画像化され、分析されるべき様々な被写体に対して、アーチファクト画像の１回限りの記録が使用されるのに役立つ。画像システムの操作者が、画像化される特定の被写体に応じて照度レベルを設定する、別の有用な実施形態がもたらされる。具体的には、被写体が、最初に画像化される。次に、前述したとおり、空白の被写体、または暗い被写体が代用されて、被写体に使用された照度レベルでアーチファクト画像がキャプチャされる。次に、被写体画像からのアーチファクトの減算が実行されることが可能である。その後、あらゆる同様の被写体は、照度レベルの変化に起因する調整なしに、同一のアーチファクトを減算される。この実施形態は、似ていない被写体が分析される場合、前述した実施形態ほど好都合ではないが、工業コンベヤライン環境において多数の同様の被写体を分析することなどの、繰り返しのタスクにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】照明アーチファクトを有する機械工定規の画像である。
【図２】図３に示されるアーチファクトが減算されている、図１の機械工定規の画像である。
【図３】画像１の照明アーチファクトを含む黒いビロードの画像である。
【図４】本発明の好ましい実施形態を示すプロセス流れ図である。
【図５】本発明で使用されることが可能なインライン照明システムの一実施形態である。
【図１】
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【図２】
2007524943.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2007524943.tif 000008
2007524943.tif 000009