(57)【要約】【課題】複雑に関連する複数の動作パラメータについて、最適な組み合わせを簡単に見つけ、常に最適な状態で機器類を運用可能にすることを目的とする。【解決手段】セットアップパラメータの値を変更するパラメータ変更手段と、セットアップパラメータを格納する格納手段と、セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段と、評価関数によりセットアップパラメータの値の評価処理を行い最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段とを設けたことを特徴とする、機器の動作に係るパラメータの自動チューニング装置および自動セットアップ装置を提供する。【選択図】　図１
2004053336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の動作に係るパラメータを調整および設定する装置であって、
セットアップパラメータの値を変更するパラメータ変更手段と、
前記セットアップパラメータを格納する格納手段と、
前記セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段と、
前記評価関数によりセットアップパラメータの値の評価処理を行い、最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段と、
を備えることを特徴とする動作パラメータ自動チューニング装置。
【請求項２】
請求項１記載の動作パラメータ自動チューニング装置であって、
前記評価関数が、離散最適化で用いる模擬焼鈍、遺伝的アルゴリズムなどのメタ戦略である、
ことを特徴とする動作パラメータ自動チューニング装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の動作パラメータ自動チューニング装置であって、
前記パラメータ変更手段が、
前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を表示する表示手段と、
前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を編集する編集手段と、
を備えることを特徴とする動作パラメータ自動チューニング装置。
【請求項４】
コンピュータを請求項１から３記載の動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラム。
【請求項５】
コンピュータを請求項１から３記載の動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項６】
機器の動作パラメータのセットアップを自動的に行う装置であって、
請求項１から３記載の動作パラメータ自動チューニング装置と、
前記関数処理手段が求めた最適なセットアップパラメータに基づき、機器の動作状態を変更する動作変更手段と、
を備えたことを特徴とする動作パラメータの自動セットアップ装置。
【請求項７】
請求項６記載の自動セットアップ装置であって、
評価分析対象および機器の動作状況をセンシングするセンシング手段、
を備えることを特徴とする自動セットアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の動作パラメータを有し、所望の動作をさせるために多大なる調整を要する機器類の自動調整に関し、特に分析機器、評価機器、検査機器などの動作パラメータの自動調整に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種機器類の高機能化に伴い、その構造は複雑化し、それに伴い機器類に所望の動作をさせるために調整を要するパラメータも多種に亘り、それぞれを適正に調整することが困難になってきている。
【０００３】
例えば、分析機器、評価機器、検査機器などの、データ処理系と撮像系を有して原データと撮像データの比較照合を行う装置は、基本となる原データから模擬撮像データを生成する際の生成パラメータと、実像の撮像を行う際の撮像機器の動作の両方において、多数のパラメータの調整を行う必要がある。
【０００４】
データ処理系において、撮像による画像データは、光源の演色性、照度斑、レンズの収差、モアレなどにより劣化し、光電変換の非線型性、量子化誤差なども画像の劣化要因となる。更には、ワークの傾きや位置ずれといった機械的な変動要因も画像データに影響を与える。
【０００５】
また、撮像系において、正しく対象物の撮像データを得るために制御すべき動作パラメータとしては、レンズの絞りやフォーカス、ステージのＸＹＺの変移量ないしθなどの偏角、投光器の光量バランス、拡散光の拡散量を変化させる拡散板の位置、カラーバランス調整用の原色光源光量などがある。
【０００６】
係るパラメータの調整において、予め想定した幾つかの状況に対応するパラメータセットを保存しておいて、動作前にそれらから一つを選択して、自動セットアップを行ったり、多少のマニュアル調整を行ったりすることが一般的である。
【０００７】
しかしながら、従来においては、以下の問題がある。すなわち、予め用意するパラメータセットの適正な値への調整は、人手の試行錯誤によるため、最適な状態にすることは困難であり、手間が掛かるという難点がある。
【０００８】
また、一般的にパラメータセット内の各パラメータは、全て独立に設定および変更可能であるが、それぞれのパラメータが複雑に絡み合うため、一つのパラメータの最適値が他のパラメータの適正値を変化させるなど、パラメータの設定が思い通りにならないという問題もある。
【０００９】
また、予め想定された状況以外の場合には、動作パラメータを１から用意する必要があり、上述の予め用意するパラメータと同様に、最適なパラメータを得るのは困難であり、手間が掛かり、機器を長時間停止しなければならないという問題もある。
【００１０】
また、予め用意したパラメータセットによる動作においては、必ずしも現在の機器の動作状況と完全に呼応しているとは言い難く、常に最適な状態で機器を使用することができないという問題もある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、機器類を最適な状態で動作させるための準備を簡単にし、常に最適な状態で機器類を運用可能な動作パラメータ自動チューニング装置、およびそれを備えた自動セットアップ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、機器の動作に係るパラメータを調整および設定する装置であって、セットアップパラメータの値を変更するパラメータ変更手段と、前記セットアップパラメータを格納する格納手段と、前記セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段と、前記評価関数によりセットアップパラメータの値の評価処理を行い最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段とを設けたものである。
【００１３】
本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置において、前記評価関数を、離散最適化で用いる模擬焼鈍、遺伝的アルゴリズムなどのメタ戦略により構成するようにしたものである。
【００１４】
本発明の第３の態様は、上述の第１または２の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置において、前記パラメータ変更手段に、前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を表示する表示手段と、前記求めた最適なセットアップパラメータの各々を編集する編集手段とを設けたものである。
【００１５】
本発明の第４の態様は、コンピュータを上述の第１から３の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラムを提供するようにしたものである。
【００１６】
本発明の第５の態様は、コンピュータを上述の第１から３の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置として動作させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するようにしたものである。
【００１７】
本発明の第６の態様は、機器の動作パラメータのセットアップを自動的に行う装置において、上述の第１から３の態様に係る動作パラメータ自動チューニング装置と、前記関数処理手段が求めた最適なセットアップパラメータに基づき機器の動作状態を変更する動作変更手段とを設けたものである。
【００１８】
本発明の第７の態様は、上述の第６の態様に係る自動セットアップ装置において、評価分析対象および機器の動作状況をセンシングするセンシング手段を設けたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示するデータ処理系と撮像系を有して原データと撮像データの比較照合を行う装置において、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を、撮像機器の動作パラメータの自動セッティング、および、原データから模擬撮像データを生成し、撮像した撮像データと比較照合する際の模擬撮像データの生成パラメータを例に説明する。
【００２０】
前述したように、撮像系においては、被写体（ワーク）を保持するステージや投光器、撮像素子、レンズなどに係る多数のパラメータをチューニングし、最適な撮像を行えるようにする。
【００２１】
また、撮像画像データに対しては、前述のように様々な劣化要因が存在し、劣化要因に対する配慮なしに生成した模擬撮像データ（基準）と撮像データ（対象）とを比較する、すなわち劣化したもの同士を照合しても、相違部分が多く厳格な比較照合を行うことはできない。
【００２２】
したがって、係る比較照合装置のデータ処理部が有している比較すべき原データに対して、劣化過程や機器の制御項目などをモデル化し、それに付随するパラメータを設定し、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を用いて撮像データの劣化要因などをシミュレートし、更に、撮像データにもノイズ除去や補正などの処理を施すことで、最適な比較照合が可能状態を作る必要が生じる。
【００２３】
図１は、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置１およびそれを備える自動セットアップ装置２の構成図である。
【００２４】
動作パラメータ自動チューニング装置１は、機器や処理の動作を予め設定するセットアップパラメータの値をオペレータが変更するためのパラメータ変更手段３、セットアップパラメータを格納する格納手段４、セットアップパラメータの値の評価関数を設定する関数設定手段５、評価関数を用いて最適なセットアップパラメータを求める関数処理手段６を備えている。
【００２５】
また、パラメータ変更手段３は、求めた最適なセットアップパラメータを表示する表示手段７、セットアップパラメータの初期値を与えたり、求めた最適なセットアップパラメータを編集する編集手段８を備えている。
【００２６】
自動セットアップ装置２は、動作パラメータ自動チューニング装置１が求めた最適なセットアップパラメータに基づき機器の動作状態を変更する動作変更手段９、稼動中の機器の状態をセンシングするセンシング手段１０を備えている。
【００２７】
図２は、本発明の動作パラメータ自動チューニング装置１およびそれを備える自動セットアップ装置２を、前述のデータ処理系と撮像系を有して原データと撮像データの比較照合を行う装置に適用した場合の装置構成図である。
【００２８】
画像入力系１１は、被写体を保持するステージ１２、投光器１３、撮像素子１４、レンズ系１５、およびそれらの制御機器１６（電気系、機械系）、インタフェース部１７（対撮像素子、対制御機器）の動作機構を備えている。
【００２９】
また、データ処理系１８は、処理部１９、表示部２０、端末操作部２１、記憶装置２２、インタフェース部１７を備えている。汎用のパーソナルコンピュータで代用することも可能である。
【００３０】
処理部１９には、画像入力系１１の動作パラメータを評価して最適なパラメータを求め、制御機器１６を介して画像入力系１の各機構を駆動する機器用セットアップエンジン２３と、撮像データ照合の基準となる模擬撮像データ生成のパラメータを評価して最適なパラメータを求める模擬データ生成手段２４を、各々関数処理のソフトウェアとして実装している。
【００３１】
機器用セットアップエンジン２３、模擬データ生成手段２４は、外部接続した別々のコンピュータ機器に各々を実装して協調動作するようにしてもよいし、一部の機能だけを共有させてもよいし、全てを一つのコンピュータ機器のソフトウェアとして実装してもよい。いずれの形態を採ったとしても、本発明の本質的な効果については、全く同様である。
【００３２】
表示部２０は、入力した値を表示したり、求めた最適なパラメータを表示するための、コンピュータシステムにおけるディスプレイなどである。
【００３３】
端末操作部２１は、データ処理系１８に対して、パラメータ値の入力や変更、処理実行に係る指令、評価関数の設定などを行う、コンピュータシステムにおけるキーボードなどの入力装置である。
【００３４】
図２に示す比較照合装置は、図３に示すフローチャートの通り、まず機器用セットアップエンジン２３が、ステージ１２、投光器１３、撮像素子１４、レンズ系１５の最適な複数の動作パラメータの値の組み合わせ（以下、パラメータセットという）を求め、パラメータセットの各値により、動作変更手段１０に相当する制御機器１６を用いて、画像入力系１１の各機構を自動的に調整する（ステップＳ１およびＳ２）。
【００３５】
次に、模擬データ生成手段２４は、基準となる模擬撮像データを生成する。この時、撮像データの劣化に係るパラメータセットを求め、そのパラメータセットに従って撮像データの補正と、模擬撮像データの生成を行う（ステップＳ３およびＳ４）。
【００３６】
機器用セットアップエンジン２３、および模擬データ生成手段２４は、離散最適化におけるメタ戦略（Ｍｅｔａ　Ｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓ）の一つである模擬焼鈍（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いて、それぞれのパラメータの最適化を行う。
【００３７】
模擬焼鈍は、Ｓ．Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋらにより提案された焼きなまし法を計算機上に模倣した手法である。焼きなまし法自体は、高温で溶融状態にある物質を徐々に冷却し、整った分子結晶などの低エネルギーの状態を得る方法であるが、模擬焼鈍は、これを模倣することにより、少ない計算量でありながら、組み合わせの最適解を求めるのに広く適用することが可能な計算手法である。
【００３８】
図４により、模擬データ生成手段２４が、模擬撮像データの劣化に係るパラメータセットを最適化する場合を例に、模擬焼鈍の手順を示す。まず、装置の電源を投入し、調整専用ワーク、もしくは調整用パターン付きワークを適切に配置する（ステップＳ１１）。
【００３９】
次に、定型通りに調整された上述のワークを撮像し、ワークに対する原データから、デフォルト状態のパラメータで基準となる画像データを生成する（ステップＳ１２）。
【００４０】
まず、パラメータセットの各々がチューニングされていない状態、すなわち模擬焼鈍における「高温な状態」に当たる基準画像データを生成するため、初期温度Ｔ（Ｔ＞０）、温度低減係数α（０＜α＜１）、最大繰り返し数Ｎを指定する（ステップＳ１３）。
【００４１】
例えば、初期の繰り返し数ｎを０、初期温度は１０度、低減係数は０．９５などを、端末操作部２１により入力する。予め記憶装置２２に記録してある値を読み出して使用してもよい。
【００４２】
模擬焼鈍における粒子の集合は、使用するパラメータセットであると考えればよいので、模擬データ生成手段２４においては、シェーディング補正係数、色別感度係数、歪曲収差補正係数、コマ収差補正係数、ボケを与えるローパスフィルタの通過帯域幅、光電変換特性、量子化ビット数、水平位置ずれ量、傾きなどをパラメータとする。粒子間の結合エネルギーに相当するのが、パラメータセットを用いて得られた評価関数である。評価関数、すなわちエネルギー順位の最小化がこの手法の機能である。
【００４３】
各パラメータに対しては、それぞれに典型的な値と、上限値を設定する。これは、起動の度に異なる値にする必要はなく、システム変数として記憶装置２２などに保存しておいたものを読み出せばよい。
【００４４】
模擬データ生成手段２４においては、評価関数としては、例えば、生成した基準画像と撮像画像の差の絶対値和、誤差の２乗和、最大絶対誤差の最小化、正規化相関の最大化などを用いる。
【００４５】
評価関数は、比較照合装置などの判断基準に合致するものを、処理部１９にて実行するように、予め端末操作部２１などにより設定するのが適切である。
【００４６】
模擬データ生成手段２４は、初期温度１０度における、設定または指定された評価関数Ｅ０を計算する（ステップＳ１４）。
【００４７】
次に、模擬データ生成手段２４は、任意の粒子の状態が変わることを模倣するために、パラメータのうちの一つを乱数により選択し、選択したパラメータの値を乱数により変更し、新しい状態に対する評価関数Ｅ１を計算する（ステップＳ１５）。
【００４８】
次に、模擬データ生成手段２４は、交換確率ｐ＝ｍｉｎ（１，ｅｘｐ（−（Ｅ１−Ｅ０）÷Ｔｎ））を算出する。交換確率ｐが〔０，１）の乱数を下回れば、変更を破棄し、上まわれば変更を受理する（ステップＳ１６）。
【００４９】
適当な回数だけ、評価関数Ｅ０、Ｅ１、交換確率ｐの計算を繰り返す。繰り返し回数は、１）定めた回数だけ繰り返す、２）定めた受理（または破棄）回数になるまで繰り返す、などの決め方がある。
【００５０】
模擬焼鈍の徐々に温度が下がる状態を模倣するために、温度Ｔｎ＋１＝Ｔｎ×αで温度を低減し、繰り返し回数ｎを１増やし、ｎ≧Ｎなら反復、すなわち模擬焼鈍の処理を終了し、でなければ評価関数Ｅ０の計算に戻る（ステップＳ１７）。
【００５１】
模擬焼鈍の終了条件は、最大繰り返し回数Ｎ以外にも、１）受理がほとんど起こらなくなったら終了、２）同じ状態が何度も生成されるようになったら終了、３）温度が想定した低温度まで下がったら終了、なども可能である。
【００５２】
模擬焼鈍の反復が終了した後、得られたパラメータセットをハードディスクなどの記憶装置２２に格納する（ステップＳ１８）。
【００５３】
得られたパラメータセットを用いて、模擬撮像データを生成し、更に、実像に補正を加え、模擬撮像データと実物を撮像したデータとで比較照合を行う（ステップＳ１９）。
【００５４】
異なる条件下で照合を続ける場合には、調整専用ワークの設置から、再度繰り返し、最終的に比較照合作業を終了し、機器を停止する。
【００５５】
装置用セットアップエンジン２３も模擬焼鈍を使用してパラメータセットの最適化を行うので、基本的な動作は模擬データ生成手段２４と同様であるが、対象とするパラメータセットおよび使用する評価関数は、模擬データ生成手段２４と異なる。
【００５６】
装置用セットアップエンジン２３においては、例えば、絞り、フォーカス、光量バランス、拡散光の拡散量、ＲＧＢの原色光源光量などをパラメータセットとする。
【００５７】
また、評価関数は、フォーカス、輝度ムラ、カラーバランス、光量バランスなどに対して、それぞれの許容値を正規化した中の最大値などを用いる。
【００５８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による動作パラメータ自動チューニング装置、およびそれを備えるセットアップ装置は、上述の実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能なことは当然のことである。
【００５９】
本発明の基本概念は、最適なパラメータセットを求めるための適合、学習、最適化などを、有限回の計算によって確率的に近似解により求める手法にあり、本実施例においてはセッティングの自動最適化に模擬焼鈍法を利用したが、遺伝的アルゴリズム（Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などの他のメタ戦略を用いても、同等の効果を得ることができる。
【００６０】
また、装置用セットアップエンジン２３と模擬データ生成手段２４のように、装置に係るパラメータとソフトウェア処理に係るパラメータの最適化を直列で行うことでも十分に効果を発揮するが、場合によってはそれらを入れ子にして、相互に最適化を行うことにより、より微細な調整を行うことも可能である。
【００６１】
更に、センシング手段１０を使用して機器の稼動状態を示すデータを収集し、一旦格納手段４に格納したもの、あるいはセンシング手段１０から直接関数処理手段６に入力するようにした場合、機器の動作状況に応じて、動的に最適なパラメータの再算出を行い、機器にフィードバックすることも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る動作パラメータ自動チューニング装置によれば、パラメータ個々の具体的な値を人為的な試行錯誤で設定する不便や、パラメータセットの不適合による性能低下を防ぐことができる。
【００６３】
また、自動チューニングにおいては、確率的探索手法である模擬焼鈍や遺伝的アルゴリズムなどのメタ戦略を用いることにより、全探索に比べて少ない試行回数で、より良い解、すなわちパラメータセットを得ることが可能であり、効率的に最適なパラメータセットを毎回自動的に得ることができる。その上、評価関数をもとに適合度を具体的な数値として知ることができるので、装置状態の正常・異常の判断を行うことも可能である。
【００６４】
また、センシング手段を用いて機器の稼動状態を示すデータを収集し、稼動状況のデータを関数処理手段の入力にすることにより、機器の動作状況に応じて、動的に最適なパラメータの再算出を行い、機器にフィードバックすることも可能である。
【００６５】
したがって、本発明に係る動作パラメータ自動チューニング装置を備える機器のオペレータは、個々の動作パラメータセットに関する詳細な知識がなくとも、利用目的に沿った基準のみを与えることで、適切なパラメータを自動的に設定することが可能になるため、準備時間の短縮および機器性能を最大に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置およびそれを備える自動セットアップ装置の構成図である。
【図２】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を備える比較照合装置の構造図である。
【図３】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置を備えた比較照合装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の動作パラメータ自動チューニング装置が模擬焼鈍により最適化を行う場合の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　動作パラメータ自動チューニング装置
２　自動セットアップ装置
３　パラメータ変更手段
４　格納手段
５　関数設定手段
６　関数処理手段
７　表示手段
８　変更手段
９　動作変更手段
１０　センシング手段
１１　画像入力系
１２　ステージ
１３　投光器
１４　撮像素子
１５　レンズ系
１６　制御機器
１７　インタフェース部
１８　データ処理系
１９　処理部
２０　表示部
２１　端末操作部
２２　記憶装置
２３　機器用セットアップエンジン
２４　模擬データ生成部
【図１】
2004053336.tif 000003
【図２】
2004053336.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004053336.tif 000006