(57)【要約】【課題】ＣＣＤ素子固有の感度ムラ、光源部の輝度ムラ、及び照明ムラなどによる撮像信号に含まれるシェーディングを画素単位で短時間に補正し、再現性を向上させた寸法測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＣＣＤカメラ１と、当該被測定物のエッジ測定領域を照射する光源部２ａと、ＣＣＤカメラの撮像信号から寸法を求める演算処理部３と、を備える寸法測定装置１００であって、演算処理部は、ＣＣＤカメラの画素間の感度ムラ、光源部の輝度ムラ、及び照明ムラなどによるシェーディングを画素単位で補正する補正演算部４と、エッジ位置演算部５と、幅演算部６とを備え、補正演算部は、シェーディング補正テーブル４ａを備え、光源部の照射光をＣＣＤカメラで直視撮像して、シェーディング補正テーブルを書き換え、エッジ測定領域の検出感度が均一となるように撮像信号を補正し、再現性が向上するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
2015087192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物のエッジ位置を撮像するＣＣＤカメラと、当該被測定物のエッジ測定領域を照射する光源部と、前記ＣＣＤカメラの撮像信号から当該被測定物の予め設定される方向の寸法を求める演算処理部と、を備える寸法測定装置であって、
前記演算処理部は、前記撮像信号に含まれる前記ＣＣＤカメラの画素間の感度ムラ、前記光源部の輝度ムラ、及び照明ムラなどによるシェーディングを画素単位で補正する補正演算部と、
前記補正演算部で補正された撮像信号を微分し、その微分値のピーク位置から前記撮像信号のエッジ位置を前記画素の分解能以上で処理して求めるエッジ位置演算部と、
前記エッジ位置と、予め設定された基準寸法とを対応付けした校正テーブルとを参照して、前記被測定物の寸法を求める幅演算部と、
を備え、
前記補正演算部は、更に、前記エッジ測定領域の撮像信号から各画素の検出信号を均一に補正するための補正値を記憶するシェーディング補正テーブルを備え、
前記補正演算部は、前記被測定物の寸法の測定を開始する前に、予め設定される周期で前記光源部の照射光を前記ＣＣＤカメラで直視撮像して、前記シェーディング補正テーブルを書き換え、
前記補正演算部は、測定を開始すると前記補正テーブルを参照して前記エッジ測定領域の検出感度が均一となるように前記撮像信号を補正し、
その後、前記エッジ位置演算部で前記微分ピーク位置を求めて、前記幅演算部で寸法を求めるようにし、
前記寸法測定装置の再現性が向上するようにしたことを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
前記ＣＣＤカメラは、ラインスキャン型のＣＣＤカメラとし、前記光源部は、棒状の照明光源部とし、
前記被測定物の後方に前記光源部を配置するようにし、前記被測定物の幅寸法を求めるようにした請求項１に記載の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＣＣＤカメラを使用した寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤカメラを使用して被測定物を撮像して、そのエッジ位置を正確に検出し、被測定物の形状や被測定物の幅などの寸法を高精度で測定する技術が知られている。
【０００３】
例えば、エリアスキャン型のＣＣＤカメラからの濃淡画像に対して、微分処理を施して微分画像を形成し、この微分値が最大となるピーク位置を求め、ピーク位置近傍の微分画像に対して非線形演算を施して分布曲線を求め、更に、ガウス分布曲線等の近似曲線とのマッチング処理を行って得られたピーク位置をエッジ位置とする方法が開示されている（例えば、特許文献1参照。）。
【０００４】
また、ラインスキャン型のＣＣＤカメラを使用した幅などの寸法測定装置においては、ラインスキャンデータの幅方向の差分信号を微分信号として求め、所定の値以上の差分信号の総和とその最大波高値とから重心位置を求めてエッジ位置とする寸法測定装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２８１８４号公報
【特許文献２】特開平８−２１９７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の方法によるエッジ位置の検出方法は、分布曲線ピーク位置近傍の領域の値を大きく、その裾野の値を小さくする効果があるので、微分波形がなだらかな場合でもピーク位置を高精度に検出できるとしている。
【０００７】
また、特許文献２においては、ラインスキャンデータに対して、隣接する幅方向での差を求め、その最大差分信号（微分値）の有無を判定するための閾値を複数用意して、輝度ムラや外乱光の影響を受けにくくしてエッジ位置を求めるので、画素分解能以上で連続測定が可能な装置を提供できるとしている。
【０００８】
しかしながら、これら従来のエッジ検出の方法は、画素分解能以上の精度を得ることは可能であるが、ＣＣＤカメラを使用した寸法測定装置においては、ＣＣＤ素子固有の感度ムラ、光源部の輝度ムラ、及び照明ムラなどによる撮像信号に含まれるシェーディングに対して、その画素単位で短時間に補正する補正機能を備えていないので、画素分解能以上の再現性を求めることが困難となる問題があった。
【０００９】
この従来の問題点の詳細について、ＣＣＤカメラを使用した被測定物の幅の寸法測定装置の場合を例にして、図４及び図５を参照して説明する。
【００１０】
この寸法測定装置は、一般的には図４に示すように、移動する被測定物１０の後方から蛍光灯などの棒状の光源部２を照射し、その上部からＣＣＤカメラ１を使用して、光源部２で照射された被測定物１０の両エッジ位置を検出し、予め作成される被測定物１０の位置に置かれる校正サンプルの幅基準値とＣＣＤカメラ２の画素アドレスとを対応付けした校正テーブルを参照して、検出したエッジ位置から被測定物１０の幅寸法ｗを連続して求めるものである。
【００１１】
通常、光源部２ａは被測定物１０の後方に配置され、ＣＣＤカメラ２は被測定物１０の表面を暗部として、また、撮影視野ｗｆと被測定物１０との隙間の両端部は、光源部２の光を直視受光して明部として検出する。
【００１２】
一般的には、画素分解能以上の精度を求めるため、走査された撮像信号の変化がもっとも急な位置を画素間の差分信号が最大となる位置から求め、更に、この差分信号が最大となる近傍の一定値以上の差分信号を積分し、この撮像信号の最大値で除して重心位置を求めてエッジ位置を画素分解能以上の分解能で求めるようにしている。即ち、撮像信号の画素間の微分値が最大となる位置を画素分解能以上の分解能として求めている。
【００１３】
図５は、その処理動作を説明するための図で、図４に示す撮像信号の立ち上がりＡ部について、その部分を拡大した立ち上がり部Ａの信号波形をＢ、Ａ部近傍の画素間の差分信号をＤ、また、差分信号の所定の閾値Ｖｓｈ以上の総和（ハッチング部）の重心位置をＰｗｃとして図示したものである。
【００１４】
しかしながら、画素分解の以上の分解能として求めても、ＣＣＤカメラ１の画素間の感度ムラや、光源部２ａの輝度ムラなどにより、また、これらの各要素の経年変化により、ＣＣＤカメラ１の撮像信号が変化する。
【００１５】
すると、例えば、その特定の１つの画素の撮像信号がわずかにΔε変化してもエッジ位置の値は変わるので、再現性が悪化する問題が発生する。
【００１６】
本願は、ＣＣＤカメラを使用した寸法測定装置において、ＣＣＤ素子固有の感度ムラ、光源部の輝度ムラ、及び照明ムラなどによる撮像信号に含まれるシェーディング（ここでは、以後ＣＣＤカメラの撮像信号に変化を与えるものをシェーディングと称することにする。）を、画素単位で短時間に補正し、再現性を向上させた寸法測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本実施の形態の寸法測定装置は、被測定物のエッジ位置を撮像するＣＣＤカメラと、当該被測定物のエッジ測定領域を照射する光源部と、前記ＣＣＤカメラの撮像信号から当該被測定物の予め設定される方向の寸法を求める演算処理部と、を備える寸法測定装置であって、前記演算処理部は、前記撮像信号に含まれる前記ＣＣＤカメラの画素間の感度ムラ、前記光源部の輝度ムラ、及び照明ムラなどによるシェーディングを画素単位で補正する補正演算部と、前記補正演算部で補正された撮像信号を微分し、その微分値のピーク位置から前記撮像信号のエッジ位置を前記画素の分解能以上で処理して求めるエッジ位置演算部と、前記エッジ位置と、予め設定された基準寸法とを対応付けした校正テーブルとを参照して、前記被測定物の寸法を求める幅演算部と、を備え、前記補正演算部は、更に、前記エッジ測定領域の撮像信号から各画素の検出信号を均一に補正するための補正値を記憶するシェーディング補正テーブルを備え、前記補正演算部は、前記被測定物の寸法の測定を開始する前に、予め設定される周期で前記光源部の照射光を前記ＣＣＤカメラで直視撮像して、前記シェーディング補正テーブルを書き換え、前記補正演算部は、測定を開始すると前記補正テーブルを参照して前記エッジ測定領域の検出感度が均一となるように前記撮像信号を補正し、その後、前記エッジ位置演算部で前記微分ピーク位置を求めて、前記幅演算部で寸法を求めるようにし、前記寸法測定装置の再現性が向上するようにしたことを特徴とする寸法測定装置。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の寸法測定装置のブロック構成図。
【図２】シェーディング補正値テーブルと撮像信号の補正結果の例。
【図３】図２の補正演算動作を説明するための図。
【図４】従来の幅の寸法測定装置の構成図。
【図５】従来のエッジ位置検出動作を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の寸法測定装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
本寸法測定装置は、被測定物１０のエッジ位置を撮像するＣＣＤカメラ１と、被測定物１０のエッジ測定領域を照射する光源部２ａと、ＣＣＤカメラ１の撮像信号から被測定物１０の予め設定される箇所の寸法を求める演算処理部３と、を備える。
【００２１】
尚、以下の説明では、被測定物１０の板幅寸法を求める場合について、板の両端部のエッジ位置を１台のＣＣＤカメラ１で求めて、板幅を測定する場合を想定して説明する。尚、このＣＣＤカメラ１及び光源部２ａの構成は、図４に示す構成と同じである。
【００２２】
光源部２ａは、一般的には、被測定物１０の後方から照射するバックライト受光方式として構成するが、光源部２ｂは、被測定物１０の表面を照射するようにして、被測定物１０を明部の信号として検出する反射光受光方式として校正する方法もある。
【００２３】
しかしながら、反射光受光方式は、被測定物１０の表面状態の影響を受けやすいので、被測定物１０のエッジをコントラスト良く検出するには、バックライト方式が好都合である場合が多い。
【００２４】
また、後述するシェーディングの補正を行う場合にも、新たな構成を備えることが不要となるメリットもある。
【００２５】
次に、演算処理部３は、撮像信号に含まれるＣＣＤカメラ１の画素間の感度ムラ、光源部２の照明ムラ、及び輝度ムラを含むシェーディングを画素単位で補正する補正演算部４と、補正演算部４で補正された撮像信号を微分し、その微分値のピーク位置から撮像信号のエッジ位置を、画素の分解能以上で処理して求めるエッジ位置演算部５と、エッジ位置と予め設定された基準寸法とを対応付けした校正テーブルとを参照して、被測定物１０の幅寸法を求める幅演算部６と、を備える。
【００２６】
次に、各部の詳細について説明する。補正演算部４は、幅寸法を測定するためのエッジ測定領域の撮像信号から各画素の検出信号を均一に補正するための補正値を記憶するシェーディング補正テーブル４ａを備える。
【００２７】
このシェーディング補正テーブル４ａは、被測定物１０の寸法の測定を開始する前に、予め設定される周期で光源部２ａの照射光をＣＣＤカメラ１で直視撮像して、詳細を後述するシェーディング補正テーブル４ａを書き換える。
【００２８】
このシェーディング補正テーブル４ａの例を、図２左部に示す。
【００２９】
シェーディング補正テーブル４ａは、エッジ位置が存在する測定領域の全画素についてのアドレスと、夫々の画素出力を対応付けしたものである。図に示すように。この画素出力の値は、被測定物１０が測定領域に存在しない状態における撮像信号出力を全画素の平均値を１００%として正規化したものである。
【００３０】
例えば、画素アドレス（１）の出力は９３．７（％）、画素アドレス（２）の出力は１０１．５（％）である。図３の折れ線グラフＡは、このシェーディング補正テーブル４ａの内容をグラフ化したものである。
【００３１】
次に、エッジ位置演算部５の構成について説明する。エッジ位置演算部５は、撮像信号の立ち下がり（図４Ｂ部）と、立ち上がり（図４Ａ部）の２つの処理系統がある。
【００３２】
一方の立ち上がり部の処理系統は、撮像信号から立ち上がり部(図４Ａ部)の撮像信号を切り出しする立ち上がりエッジ検出部５ａ１、切り出された撮像信号の立ち上がり部分の微分値のピーク位置を求めるための差分演算部５ａ２、及び差分演算出力からその重心位置を求める重心演算部５ａ３と、を備える。
【００３３】
他方の立ち下がり部(図４Ｂ部)の処理系統は、撮像信号から立ち下がり部分の撮像信号を切り出しする立ち下がりエッジ検出部５ｂ１、切り出された撮像信号の立ち下がり部分の微分値のピーク位置を求めるための差分演算部５ｂ２、及び差分演算出力からその重心位置を求める重心演算部５ｂ３と、を備える。
【００３４】
幅演算部６は、エッジ位置演算部５から送られる立ち上がり、及び立ち下りの両エッジ位置の位置情報を入力して、この位置情報と予め設定された基準寸法と、を対応付けした校正テーブルとを参照して、被測定物１０の幅寸法を求める。
【００３５】
次に、このように構成された寸法測定装置の動作について、図２及び図３を参照して説明する。
【００３６】
先ず、補正演算部４は、測定を開始するとＣＣＤカメラ１から送られてくる撮像信号に対して、シェーディング補正テーブル４ａを参照して、撮像信号の値を正規化する。
【００３７】
例えば、画素アドレス１０の撮像信号Ｓ（１０）が３８．２である場合、これに対応するシェーディング補正テーブル４ａのシェーディング値Ｅ（１０）は９６．２であるので、３８．２／（９６．２／１００）と補正演算して、補正された値Ｓ’（１０）３９．７を求める。
【００３８】
以下同様にして全画素に対する補正された撮像信号値（図２補正後の撮像信号値Ｓ’（ｉ）を求めエッジ位置演算部５に送る。
【００３９】
図３の折れ線グラフＢはシェーディング補正前の撮像信号値を示し、図３の曲線グラフＣは、補正された撮像信号を図示したものである。
【００４０】
次に、補正された撮像信号Ｓ’（ｉ）から、エッジ位置演算部５で被測定物１０の両端エッジ位置を求め、幅演算部６で被測定物１０の幅寸法を求める。
【００４１】
図３の折れ線グラフＤは、補正前の差分演算部５ｂ２の出力を、折れ線グラフＥは、補正された撮像信号の場合の差分演算の出力を夫々対応付けて図示したものである。
【００４２】
尚、このエッジ位置演算部の詳細説明は、微分演算相当の演算処理によりその微分値のピーク位置を求める方式であれば良く、従来技術に含まれるのでその説明を省略する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＣＤカメラを使用した寸法測定装置において、ＣＣＤ素子固有の感度ムラ、光源部の輝度ムラ、及び照明ムラによる撮像信号に含まれるシェーディングを、画素単位で短時間に補正し、再現性を向上させた寸法測定装置を提供することができる。
【００４４】
また、各画素の域の検出感度が均一となるように撮像信号を補正し、撮像信号の微分値のピーク位置を求めて、更に、幅演算部６で幅寸法を求めようにしたので、板幅等の寸法測定装置の再現性が向上する。
【００４５】
また、光源部１０は構成状態を変えることなく、そのままの状態で使用して、シェーディング補正テーブルの書き換えが可能であるので短時間で補正が可能である。
【００４６】
また、ＣＣＤカメラは、ラインスキャン型のＣＣＤカメラとし、光源部は、棒状の照明光源部として説明したが、ＣＣＤカメラはエリアスキャン型、光源部はエリア照明として構成することも可能で、本実施形態のシェーディング補正方式は、種々の画像計測装置に適用することが可能であることは言うまでもない。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１  ＣＣＤカメラ
２、２ａ、２ｂ  光源部
３  演算処理部
４  補正演算部
４ａ  シェーディング補正値テーブル
５  微分ピーク値演算部
５ａ１  立ち上がりエッジ検出部
５ａ２  差分演算部
５ａ３  重心演算部
５ｂ１  立ち下がりエッジ検出部
５ｂ２  差分演算部
５ｂ３  重心演算部
６  幅演算部
６ａ  校正テーブル
【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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