(57)【要約】      （修正有）【課題】構造化光ベースの測定の方法を提供する。【解決手段】影形成要素２８９、２９０、２９１をもつ開口２９２を通して光を放出する第１の発光体２１１が作動され、第２の発光体２１２が非作動にされた状態で第１の発光体画像を取り込み、第２の発光体２１２が作動され、第１の発光体２１１が非作動にされた状態で第２の発光体画像を取り込み、第１の発光体画像中の画素の第１の複数の輝度値を決定し、第２の発光体画像中の画素の第２の複数の輝度値を決定し、第１の複数の輝度値に対する第２の複数の輝度値の明度比率を決定し、この明度比率を使用して物距離を決定する。【選択図】図２
2012027017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像検査デバイス（１００）のプローブ（１０２）から対象物（２０６）までの距離を決定するための構造化光ベースの測定の方法であって、前記映像検査デバイス（１００）は、発光体（２１１、２１２）が作動されるとき、少なくとも１つの影形成要素（２８９、２９０、２９１）をもつ開口（２９２）を通して前記対象物（２０６）上に光を放出し、前記対象物（２０６）上に複数の影を形成するための第１の発光体（２１１）および第２の発光体（２１２）を有する、方法において、
前記第１の発光体（２１１）が作動され、前記第２の発光体（２１２）が非作動にされた状態で前記対象物（２０６）の少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）を取り込むステップであり、前記第１の発光体画像（４００）が前記少なくとも１つの影形成要素（２８９、２９０、２９１）によって形成された第１の影を有する、ステップと、
前記第２の発光体（２１２）が作動され、前記第１の発光体（２１１）が非作動にされた状態で前記対象物（２０６）の少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）を取り込むステップであり、前記第２の発光体画像（５００）が前記少なくとも１つの影形成要素（２８９、２９０、２９１）によって形成された第２の影を有する、ステップと、
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の画素の第１の複数の輝度値を決定するステップと、
前記少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）中の画素の第２の複数の輝度値を決定するステップと、
前記少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）中の前記画素の前記第２の複数の輝度値に対する前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記画素の前記第１の複数の輝度値の明度比率を決定するステップと、
前記明度比率を使用して物距離を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記明度比率を使用して前記物距離を決定するステップが、前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の少なくとも１つの明度比率極値画素を識別するステップであり、前記第１の影に対応する少なくとも１つの明度比率極値が発生する、ステップと、前記物距離を決定するために前記少なくとも１つの明度比率極値画素の座標を利用するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの明度比率極値が明度比率ピーク（７２１、７２２、７３１、７３２、７４１、７４２、１０２１、１０２２、１０３１、１０３２、１０４１、１０４２）であり、前記少なくとも１つの明度比率極値画素が明度比率ピーク画素（８０２）である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの明度比率極値が明度比率の谷（７５１、７５２、７６１、７６２）であり、前記少なくとも１つの明度比率極値画素が明度比率の谷の画素である、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記画素の前記第１の複数の輝度値に対する前記少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）中の前記画素の前記第２の複数の輝度値の明度比率を決定するステップと、
前記少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）中の前記明度比率極値画素を識別するステップであり、前記第２の影に対応する前記明度比率極値が発生する、ステップと、
前記明度比率極値画素の少なくとも１つに対して前記物距離を識別および決定するステップと
をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
一般観察光源（１２８、２２８）が作動され、前記第１の発光体（２１１）および前記第２の発光体（２１２）が非作動にされた状態で前記対象物（２０６）の少なくとも１つの一般観察画像（３００）を取り込むステップであり、前記一般観察画像（３００）が、前記少なくとも１つの影形成要素（２８９、２９０、２９１）によって形成される前記複数の影のいずれも有しておらず、測定が前記物距離を利用して行われている間、前記一般観察画像（３００）が表示される、ステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記画素の第１の複数の輝度値を決定する前記ステップが、複数の第１の発光体画像（４００）の平均に基づいて行われる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）中の前記画素の第２の複数の輝度値を決定する前記ステップが、複数の第２の発光体画像（５００）の平均に基づいて行われる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記画素の前記第１の複数の輝度値が、前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の１行の画素の輝度値を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記少なくとも１つの明度比率ピーク画素を識別するステップであり、前記第１の影に対応する少なくとも１つの明度比率ピーク（７２１、７２２、７３１、７３２、７４１、７４２、１０２１、１０２２、１０３１、１０３２、１０４１、１０４２）が発生する、ステップが、
閾値ピーク値を決定するステップと、
前記閾値ピーク値未満の明度比率をもつ明度比率ピーク（７２１、７２２、７３１、７３２、７４１、７４２、１０２１、１０２２、１０３１、１０３２、１０４１、１０４２）があればそれを除去するステップと
を含む、請求項３記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記明度比率極値画素に対応する前記少なくとも１つの一般観察画像（３００）中の前記画素に対する前記物距離を決定するステップが、少なくとも前記第１の発光体（２１１）および前記影形成要素（２８９、２９０、２９１）の既知の幾何学的形状に基づく、請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の発光体（２１１）が非作動にされ、前記第２の発光体（２１２）が非作動にされた状態で前記対象物（２０６）の少なくとも１つの周囲画像を取り込むステップと、
前記少なくとも１つの周囲画像中の前記画素の第３の複数の輝度値を決定するステップと、
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記画素の前記第１の複数の輝度値から前記少なくとも１つの周囲画像中の前記画素の前記第３の複数の輝度値を差し引くステップと、
前記少なくとも１つの第２の発光体画像（５００）中の前記画素の前記第２の複数の輝度値から前記少なくとも１つの周囲画像中の前記画素の前記第３の複数の輝度値を差し引くステップと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の発光体画像（４００）中の前記明度比率極値画素に対応する前記少なくとも１つの一般観察画像（３００）中の近隣の画素の前記物距離間を補間することによって前記第１の発光体画像（４００）の画素の物距離を決定するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項１４】
前記物距離を決定するステップが、前記明度比率極値画素を使用して多数の物距離を決定するステップと、明度比率極値画素以外の場所の物距離を推定するために前記多数の物距離を利用するステップとをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項１５】
前記利用するステップが前記多数の物距離を使用して曲線当てはめを行うステップを含む、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は構造化光ベースの測定に関し、より詳細には、映像検査デバイスのプローブから対象物までの距離（「物距離：ｏｂｊｅｃｔ  ｄｉｓｔａｎｃｅ」）を決定する構造化光ベースの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像検査デバイスは広範な用途で使用される。内視鏡の使用による生体の内部の臓器の光学的検査または業務用機器の欠陥の検査などいくつかの用途では、映像検査デバイスのユーザが、対象物に対して測定を行うために、検査される対象物からのプローブの距離を決定することができることは有用である。この作業、および他の観察作業を行うために、現在のプローブは様々な方法を使用している。測定法のいくつかの例には、ステレオ、影、および投影ドットグリッド法が含まれる。
【０００３】
立体視システムは、一般に、特別な光学システムを使用し、２つの画像を一致させるために画像中の対象物の表面の細部に依拠して、同じ情景を２つのバンテージ位置から観察する。物距離は画像中のわずかな差を解析することによって決定される。投影ドットグリッド法はレーザなどの光源を使用して、対象物上にドットを投影する。物距離を決定するために、次にドット間の間隔を決定するか、または、次に画像中のドットの位置を決定する。影法は、光源と対象物との間に線などの単一の不透明要素を配置する。この要素は、光源によって放出される光の中に置かれ、光および光源の中心線からある角度だけオフセットされる。対象物が、不透明な要素によって投じられた影を含む光領域の部分の中にある場合、対象物が装置に近づく、または遠ざかるにつれて、画像中の影の位置はシフトし、したがって、物距離を決定するのに使用することができる。
【０００４】
現在の測定法はそれぞれ様々な制限を有する。例えば、立体視システムは、二重焦点観察光学系を含む装置の物理的寸法によって制限されるベースライン間隔を有する。ベースライン間隔はプローブの分解能を決定する。ベースライン間隔を増加させると、所与の物距離でより良好な精度を実現することができる。さらに、立体視システムでは、物距離を計算するために、観察対象物上の同じポイントが両方の画像で識別されなければならない。多数の表面には、一意に識別可能なフィーチャがなく、そのため物距離の正確な決定が困難または不可能になる。
【０００５】
影測定法では、影を含む視野の一部分の中に対象物がない場合、測定を行うことができない。さらに、大きい視野ではなく１つの特定の区域しか測定されず、したがって、視野にわたる表面の不規則性および視野内の対象物の向きは検出されない。
【０００６】
多数の立体視測定システムおよび影測定システムでは、２組の光学系が使用される。第１の組の光学系は対象物を観察するのに使用され、一方、第２の組の光学系は測定を行うために使用される。多くの場合、別個のプローブチップに含まれる第２の組の光学系は、測定が望まれるとき第１の組と交換されなければならない。例えば、ある影測定システムでは、同じ一般観察光源が一般観察および測定のために使用される。しかし、欠陥または他の測定可能なフィーチャが発見されるとき、一般観察光源で測定を行うために、別個の影測定チップを設置しなければならない。このプローブチップの交換は追加の時間を消費し、プローブの効率的な使用を損なう。さらに、影測定光学系は光出力を著しく遮断し、その結果、影測定光学系を使用している間、視野は十分に照明されず、観察距離が制限される。立体視光学系は、画像解像度および観察被写界深度が通常の観察光学系のものと比べて一般に低減するので、一般観察には同様に望ましくない。
【０００７】
他の例では、精度を制限し、自動測定を妨げる人間の主観的な要素（例えば、表示装置などによって供給された画像の中で影または他のパターンが位置する場所を推測すること）が含まれる。さらに、多くの場合、観察光学系の設計および／または構成の複雑さのために、多数のプローブまたはプローブヘッドアセンブリが大きいかまたは嵩張る。観察光学系が小さくおよび／または簡単になるほど、プローブおよび／またはプローブチップを小さくすることができ、狭い空間で操作する能力が増大し、または追加の機能を設計および／または組込みを行うための余地が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９０２２５３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のシステムの欠点なしに検査の間に対象物の表面までの距離を決定することは有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述のシステムの欠点を回避する、対象物の表面までの距離を決定する方法が提供される。
【００１１】
一実施形態では、映像検査デバイスのプローブから対象物までの距離を決定するための構造化光ベースの測定の方法が開示される。映像検査デバイスは、発光体が作動されるとき、少なくとも１つの影形成要素をもつ開口を通して対象物上に光を放出し、対象物上に複数の影を形成するための第１の発光体および第２の発光体を含むことができる。この方法は、第１の発光体が作動され、第２の発光体が非作動にされた状態で対象物の少なくとも１つの第１の発光体画像を取り込むステップと、第２の発光体が作動され、第１の発光体が非作動にされた状態で対象物の少なくとも１つの第２の発光体画像を取り込むステップと、少なくとも１つの第１の発光体画像中の画素の第１の複数の輝度値を決定するステップと、少なくとも１つの第２の発光体画像中の画素の第２の複数の輝度値を決定するステップと、少なくとも１つの第２の発光体画像中の画素の第２の複数の輝度値に対する少なくとも１つの第１の発光体画像中の画素の第１の複数の輝度値の明度比率を決定するステップと、明度比率を使用して物距離を決定するステップとを含むことができる。
【００１２】
一実施形態では、映像検査デバイスのプローブから対象物までの距離を決定するための構造化光ベースの測定の方法が開示される。映像検査デバイスは第１の発光体と第２の発光体とを含むことができ、第１の発光体が作動されるとき、第１の発光体は、少なくとも１つの影形成要素をもつ開口を通して対象物上に光を放出し、対象物上に少なくとも１つの影を形成することができる。この方法は、第１の発光体が作動され、第２の発光体が非作動にされた状態で対象物の少なくとも１つの第１の発光体画像を取り込むステップと、第２の発光体が作動され、第１の発光体が非作動にされた状態で対象物の少なくとも１つの第２の発光体画像を取り込むステップと、少なくとも１つの第１の発光体画像中の画素の第１の複数の輝度値を決定するステップと、少なくとも１つの第２の発光体画像中の画素の第２の複数の輝度値を決定するステップと、少なくとも１つの第１の発光体画像中の画素の第１の複数の輝度値に対する少なくとも１つの第２の発光体画像中の画素の第２の複数の輝度値の明度比率を決定するステップと、明度比率を使用して物距離を決定するステップとを含むことができる。
【００１３】
本発明の特徴を理解することができるように、本発明の詳細な説明がいくつかの実施形態を参照して行われ、そのうちのいくつかは添付図面に示される。しかし、図面は本発明のいくつかの実施形態だけを示しており、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、それは、本発明の範囲は他の同様に効果的な実施形態を包含するからであることが留意されるべきである。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、本発明のいくつかの実施形態のフィーチャを示す際に、一般に、強調されている。したがって、本発明のさらなる理解のために、図面と併せて読まれる以下の詳細な説明を参照することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の映像検査デバイスのブロック図である。
【図２】２つの発光体および３つの影形成要素を使用する本発明の一実施形態における影パターンを投影するプローブヘッドアセンブリおよび着脱可能なチップの機械的構成の概略平面図である。
【図３】図２の着脱可能なチップから５０ｍｍに配置された平坦で白色の物体の画素化画像を示す図であり、画像は、本発明の一実施形態における、図２の着脱可能なチップおよび図１の映像検査デバイスにより一般観察の間に取り込まれる。
【図４】本発明の一実施形態における、図２の着脱可能なチップから５０ｍｍに配置された平坦で白色の物体の画素化画像の１行を示す図であり、画像は、第１の発光体の作動の間に取り込まれる。
【図５】本発明の一実施形態における、図２の着脱可能なチップから５０ｍｍに配置された平坦で白色の物体の画素化画像の１行を示す図であり、画像は、第２の発光体の作動の間に取り込まれる。
【図６】本発明の一実施形態における、それぞれが画素の１行にわたる図４の画像の明度プロファイルおよび図５の画像の明度プロファイルを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にける、図６に示された明度プロファイルの明度比率を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における、それぞれが図７に示されたような明度比率ピークを含む明度比率ピーク画素の識別を示す概略図である。
【図９】本発明の一実施形態における、影形成要素を示す図であり、中央の影形成要素は２つの周辺の影形成要素よりも狭い。
【図１０】２つの発光体と、中央の影形成要素が２つの周辺の影形成要素よりも狭い３つの影形成要素とを使用する本発明の一実施形態における、着脱可能なチップから５０ｍｍにある平坦で白色の物体の取り込まれた各画像の画素の１行の明度プロファイルを示す図であり、１つの画像は第１の発光体の作動の間に取り込まれ、１つの画像は第２の発光体の作動の間に取り込まれる。
【図１１】本発明の一実施形態における、図１０に示された明度プロファイルの明度比率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面は必ずしも原寸に比例しておらず、むしろ、本発明の原理を示す際に、一般に、強調されている。図面において、同様の数字は様々な図の全体を通して同様の部分を示すのに使用される。
【００１６】
図１は、本発明の例示的実施形態の映像検査デバイス１００のブロック図である。図１に示した映像検査デバイス１００は例示であり、本発明の範囲は、いかなる特定の映像検査デバイス１００にも、または映像検査デバイス１００内の構成要素のいかなる特定の構成にも限定されないことが理解されよう。
【００１７】
映像検査デバイス１００は、挿入管１１０と、挿入管１１０の遠位端に配置されたヘッドアセンブリ１２０とを含む細長いプローブ１０２を含むことができる。挿入管１１０は、ヘッドアセンブリ１２０とプローブエレクトロニクス１４０と間のすべての相互接続が通り抜ける可撓性で管状の区間とすることができる。ヘッドアセンブリ１２０は、撮像装置１２４上に物体からの光を誘導し合焦するためのプローブ光学系１２２を含むことができる。プローブ光学系１２２は、例えば、単一レンズまたは多数の構成要素を有するレンズを含むことができる。撮像装置１２４は、目標対象物の画像を得るための固体ＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサとすることができる。ヘッドアセンブリ１２０は、さらに、目標対象物を照明するために一般観察光源１２８を含むことができる。一般観察光源１２８は、いくつかの異なる方法（例えば、近位に配置されたランプ、ＬＥＤ、またはレーザ、あるいは遠位に配置されたランプまたはＬＥＤからの光を送出する光ファイババンドル）で設けることができる。
【００１８】
着脱可能なチップまたはアダプタ１３０はヘッドアセンブリ１２０の遠位端に配置することができる。着脱可能なチップ１３０は、撮像装置１２４上に目標対象物からの光を誘導し合焦するためのプローブ光学系１２２とともに働くチップ観察光学系１３２（例えば、レンズ、窓、または開口）を含むことができる。着脱可能なチップ１３０は、映像検査デバイス１００用の光源がチップ１３０または光通過要素１３８から放射して、光をプローブ１０２から目標対象物に通過させる場合、照明ＬＥＤ（図示せず）を含むこともできる。チップ１３０は、側方にカメラの視界および光出力を曲げるための導波路（例えば、プリズム）を含むことによって側方観察の能力を備えることもできる。チップ１３０に含むことができる要素はプローブ１０２自体に含むこともできる。
【００１９】
撮像装置１２４は、複数の行および列に形成された複数の画素を含むことができ、撮像装置１２４の各画素に入射した光を表すアナログ電圧の形態で画像信号を生成することができる。画像信号は、信号バッファリングおよび調整のためのエレクトロニクスを備える撮像装置ハイブリッド１２６を通って、撮像装置ハイブリッド１２６と撮像装置インタフェースエレクトロニクス１４２との間の制御および映像信号のための電線を備える撮像装置ハーネス１１２まで伝搬することができる。撮像装置インタフェースエレクトロニクス１４２は、電源、撮像装置クロック信号を生成するためのタイミング発生器、撮像装置映像出力信号をデジタル化するためのアナログフロントエンド、およびデジタル化された撮像装置映像データをより有用な映像フォーマットに処理するためのデジタル信号プロセッサを含むことができる。
【００２０】
撮像装置インタフェースエレクトロニクス１４２は、映像検査デバイス１００を動作させるための機能の集合を備えるプローブエレクトロニクス１４０の一部である。プローブエレクトロニクス１４０は、さらに、プローブ１０２および／またはチップ１３０用の較正データを記憶する較正メモリ１４４を含むことができる。マイクロコントローラ１４６は、利得および露光の設定を決定および設定するために撮像装置インタフェースエレクトロニクス１４２と通信し、較正メモリ１４４からの較正データの記憶および読出しを行い、目標対象物に供給する光を制御し、映像検査デバイス１００のＣＰＵ１５０と通信するためにプローブエレクトロニクス１４０にさらに含まれ得る。
【００２１】
マイクロコントローラ１４６との通信に加えて、撮像装置インタフェースエレクトロニクス１４２は、さらに、１つまたは複数の映像プロセッサ１６０と通信することができる。映像プロセッサ１６０は撮像装置インタフェースエレクトロニクス１４２からの映像信号を受け取り、一体化表示器１７０または外部モニタ１７２を含む様々なモニタに信号を出力することができる。一体化表示器１７０は、様々な画像またはデータ（例えば、目標対象物、メニュー、カーソル、測定結果の画像）を検査官に表示するための映像検査デバイス１００に組み込まれたＬＣＤ画面とすることができる。外部モニタ１７２は、様々な画像またはデータを表示するために映像検査デバイス１００に接続されたビデオモニタまたはコンピュータタイプモニタとすることができる。
【００２２】
映像プロセッサ１６０は、命令、状況情報、ストリーミングビデオ、スチルビデオ画像、およびグラフィカルオーバーレイをＣＰＵ１５０に供給する／ＣＰＵ１５０から受け取ることができ、画像キャプチャ、画像強調、グラフィカルオーバレイマージング、歪み補正、フレームアベレージング、スケーリング、デジタルズーミング、オーバレイイング、マージング、フリッピング、動き検出、ならびに映像フォーマット変換および圧縮などの機能を備えるＦＰＧＡ、ＤＳＰ、または他の処理要素で構成することができる。
【００２３】
ＣＰＵ１５０は、画像、映像、ならびに音声記憶および再生機能を含む多数の他の機能と、システム制御と、測定処理とを備えることに加えて、ジョイスティック１８０、ボタン１８２、キーパッド１８４、および／またはマイクロホン１８６を介して入力を受け取ることによってユーザインタフェースを管理するのに使用することができる。ジョイスティック１８０は、メニュー選択、カーソル移動、スライダ調整、およびプローブ１０２の明瞭度制御のような操作を行うためにユーザが操作することができ、かつプッシュボタン機能を含むことができる。ボタン１８２および／またはキーパッド１８４は、さらに、メニュー選択と、ユーザ命令をＣＰＵ１５０に供給する（例えば、静止画像を凍結または保存する）こととのために使用することができる。マイクロホン１８６は、静止画像を凍結または保存するために音声命令を与えるのに検査官が使用することができる。
【００２４】
映像プロセッサ１６０は、さらに、処理の間のフレームバッファリングおよびデータの一時的保持のために、映像プロセッサ１６０によって使用される映像メモリ１６２と通信することができる。ＣＰＵ１５０は、さらに、ＣＰＵ１５０によって実行されるプログラムを記憶するためにＣＰＵプログラムメモリ１５２と通信することができる。さらに、ＣＰＵは、揮発性メモリ１５４（例えば、ＲＡＭ）および不揮発性メモリ１５６（例えば、フラッシュメモリデバイス、ハードドライブ、ＤＶＤ、またはＥＰＲＯＭメモリデバイス）と通信することができる。不揮発性メモリ１５６はストリーミングビデオおよび静止画像のための主記憶装置である。
【００２５】
ＣＰＵ１５０は、さらに、ＵＳＢ、ファイアワイア、イーサネット（商標）、オーディオＩ／Ｏ、および無線トランシーバなどの周辺機器およびネットワークに様々なインタフェースを与えるコンピュータＩ／Ｏインタフェース１５８と通信することができる。このコンピュータＩ／Ｏインタフェース１５８は、静止画像、ストリーミングビデオ、または音声を保存、再生、送信、および／または受信するのに使用することができる。例えば、ＵＳＢ「親指ドライブ」またはコンパクトフラッシュ（商標）メモリカードはコンピュータＩ／Ｏインタフェース１５８に差し込むことができる。さらに、映像検査デバイス１００は外部コンピュータまたはサーバに画像データまたはストリーミングビデオデータのフレームを送るように構成することができる。映像検査デバイス１００はＴＣＰ／ＩＰ通信プロトコル群を組み込むことができ、それぞれがＴＣＰ／ＩＰ通信プロトコル群を同様に組み込む複数のローカルおよびリモートコンピュータを含む広域ネットワークに組み込むことができる。ＴＣＰ／ＩＰプロトコル群を組み込むことにより、映像検査デバイス１００は、ＴＣＰおよびＵＤＰを含むいくつかのトランスポート層プロトコルと、ＨＴＴＰおよびＦＴＰを含むいくつかの異なる層プロトコルを組み込む。
【００２６】
図２は、２つの発光体２１１、２１２および３つの影形成要素２８９、２９０、２９１を使用する本発明の一実施形態における影パターンを投影するプローブヘッドアセンブリ２２０および着脱可能なチップ２３０の機械的構成の概略平面図である。図２を参照すると、着脱可能なチップ２３０はプローブヘッドアセンブリ２２０の遠位端に取り付けることができる。構造化光投影光学系および受光光学系からさらに構成することができる１組のチップ観察光学系は着脱可能なチップ２３０の内部に収容することができる。
【００２７】
一実施形態では、着脱可能なチップ２３０は、プローブヘッドアセンブリ２２０に取付け可能および取外し可能な、プローブヘッドアセンブリ２２０からは別個の構成要素とすることができる。別の実施形態では、以前に述べたように、着脱可能なチップ２３０の要素はプローブヘッドアセンブリ２２０の内部に収容するか、他の形でプローブヘッドアセンブリ２２０と一体化することができる。さらに、プローブヘッドアセンブリ２２０に収容されると説明した要素は着脱可能なチップ２３０に収容することができる。説明を容易にするために、本明細書で説明する実施形態は着脱可能なチップ２３０を着脱可能であるとして参照するが、着脱可能なチップ２３０の要素がプローブヘッドアセンブリ２２０と一体化される実施形態が同様に想像される。さらに、説明を容易にするために、チップ観察光学系および構造化光投影光学系、またはそれらの一部は、着脱可能なチップ２３０に完全に収容されているとして説明する。しかし、これらの要素は、着脱可能なチップ２３０とプローブヘッドアセンブリ２２０との間で分割されることを含めて、上述の様々な実施形態に従って収容することができる。さらに、説明は映像検査デバイス１００のプローブヘッドアセンブリ２３０を参照するが、別の同様のデバイスを使用することもできる。
【００２８】
構造化光投影光学系は２つ以上の発光体２１１、２１２と、１つまたは複数の影形成要素２８９、２９０、２９１とを含むことができる。影形成要素２８９、２９０、２９１および発光体２１１、２１２はプローブヘッドアセンブリ２２０と一体化するか、または一般観察の間着脱可能なチップ２３０の一部として取り付けることができ、その結果、影形成要素２８９、２９０、２９１および発光体２１１、２１２は、観察チップを交換することなしに、測定するために、または観察対象物２０６の空間的関係を決定するために使用することができる。発光体２１１、２１２は、単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）、光ファイバ、レーザ、または別の発光源とすることができる。発光体２１１、２１２は、必要に応じて、単一または多数に、細く、長く、または様々な形状にすることができる。十分に一様な出力を生成する任意の小さく高強度の発光体を使用することができる。当業者は適切な代替物を認識するであろう。小さい発光体２１１、２１２およびより少ない発光体２１１、２１２を使用すると、物理的空間を節約することができ、それにより、着脱可能なチップ２３０のサイズを小さくすることができ、または着脱可能なチップ２３０をさらに複雑にする余地を大きくすることができる。
【００２９】
発光体２１１、２１２は、互いに対しておよび／または着脱可能なチップ２３０に対してしっかりと所定位置に配置することができる。単一のダイ２８６が発光体２１１、２１２を含み、それにより、発光体２１１、２１２の相対位置を本質的に制御することができる。発光体２１１、２１２は、着脱可能なチップ２３０の遠位端の開口２９２を通して光を放出することができる。開口２９２は、開放窓、またはガラス、プラスチック、もしくは別の光透過材料によって部分的にまたは完全に閉じられた窓とすることができる。発光体２１１、２１２は、一般観察の間光源として働くことができ、または代替の一般観察光源２２８が、多分、光通過要素２３８とともに、一般観察の間完全な光出力を供給することができる。
【００３０】
発光体２１１、２１２によって放出され、開口２９２を通る光の中に、１つまたは複数の影形成要素２８９、２９０、２９１を配置することができる。これらの影形成要素２８９、２９０、２９１は開口２９２の中またはその近くに配置することができる。光透過材料を使用して開口２９２を密閉する場合、影形成要素２８９、２９０、２９１は、光透過材料の上に配置する、それに取り付ける、またはそれと一体化することができる。影形成要素２８９、２９０、２９１は固体物体とすることができ、または影形成要素は透明な窓の上に描くことができる。影形成要素２８９、２９０、２９１を生成するために液晶表示装置（ＬＣＤ）を使用することもできる。ＬＣＤにより、オペレータは影形成要素を操作するのにより優れた制御を行い、サイズ、形状、暗さ、位置、および存在を変更することができる。
【００３１】
図２で示した例示的実施形態において、３つの影形成要素２８９、２９０、２９１は、長い縁部から中心の方に暗さが増大する線、棒、または長方形のように整形された影を投影するように構成することができる。しかし、１つ以上の任意の数の影形成要素２８９、２９０、２９１を使用することができる。図２は２次元の平面図であるので、影形成要素２８９、２９０、２９１の深さ（すなわち、細長い寸法）は見られない。一実施形態では、影形成要素２８９、２９０、２９１は、発光体２１１、２１２の幅よりも細くすることができる。発光体２１１、２１２の幅の２倍までの幅をもつ影形成要素２８９、２９０、２９１を使用して、投影される影の必要な形状を保持するのを可能とすることができる。図示の例示的実施形態では、影形成要素２８９、２９０、２９１は発光体２１１、２１２の幅とほぼ等しい幅を有する。影形成要素２８９、２９０、２９１は、代替として、所望の幅、長さ、または形状の影を生成するために様々に整形またはサイズ変更することができる。
【００３２】
影形成要素２８９、２９０、２９１は、発光体２１１、２１２から放出された光の一部を遮ることができ、その結果、光と影とのパターンである投影された影パターン２０１、２０２は、プローブヘッドアセンブリ２２０および／または着脱可能なチップ２３０から前方に投影することができる。発光体２１１、２１２は１つずつ作動することができる。影パターン２０１は第１の発光体２１１の作動中に投影することができ、影パターン２０２は第２の発光体２１２の作動中に投影することができる。発光体２１１、２１２が作動されるとき、一般観察光源２２８は非作動にすることができる。発光体２１１、２１２および影形成要素２８９、２９０、２９１は、発光体２１１、２１２が同時に光を放出する場合、投影された影パターン２０１、２０２は光と影との交互の区域を有するように配置および構成することができる。言い換えれば、影パターン２０１、２０２が重畳される場合、重畳された影パターン２０１、２０２中の影が重ならなくすることができる。投影された影は急峻な縁部を有することができ、または投影された影は光に滑らかに移行することができる。しかし、急峻な縁部または滑らかな移行からＸ方向に影の中心に近づくと、影の明度値は減少する。
【００３３】
細いビームの発光体２１１、２１２を使用すると、比較的狭い影が推進される。発光体２１１、２１２の幅の範囲とほぼ同じ幅、またはその範囲内の幅の狭い影形成要素２８９、２９０、２９１を使用すると、さらに、重なりのない比較的狭い影を推進するのに役立つ。影形成要素２８９、２９０、２９１が広すぎると、投影された影は同様に大きくなることがあり、１つの発光体２１１、２１２から投影された影が別の発光体２１１、２１２から投影された影と重なることがある。影形成要素２８９、２９０、２９１が発光体２１１、２１２と比較して細すぎる場合、光は、影形成要素２８９、２９０、２９１を通り過ぎて、投影された影の中心に、または中心の方に曲げられることがあり、その結果、投影された影は弱いか、または明確に輪郭が示されない。発光体２１１、２１２の幅と同じくらいの幅まで影形成要素２８９、２９０、２９１を最大化すると、重なりのない比較的明瞭で狭い影が推進される。
【００３４】
発光体は従来の方法で電力を供給することができる。例えば、図２示されるように、発光体２１１、２１２は、発光体２１１、２１２に接続される第１の組の電線２４０を通して電力を含む電気信号を受け取ることができる。第１の組の電線２４０は第１の組の電気接触部２５０で終端することができ、それは、プローブヘッドアセンブリ２２０に収容される第２の組の電気接触部（図示せず）にさらに接続する、またはそれから切り離すことができる。この構成により、着脱可能なチップ２３０はプローブヘッドアセンブリ２２０に取付け可能および取外し可能になる。第２の組の電気接触部（図示せず）は、プローブヘッドアセンブリ２２０のヘッドを通って延びる第２の組の電線（図示せず）に接続することができる。電線は、駆動回路（図示せず）および／または電源（図示せず、図１を参照）まで上流に通じる。他の配線配置は当業者なら認識されよう。
【００３５】
例えば、代替の一実施形態では、双方向駆動回路（図示せず）を、非平行な発光体２１１、２１２、単一の電線２４０、および必要ならば発光体２１１、２１２を駆動するための単一の接触部２５０とともに使用することができる。この実施形態では、プローブヘッドアセンブリ２２０は電気的な接地に使用することができる。
【００３６】
受光光学系は、構造化光投影光学系から投影され、視野内の対象物２０６から反射された光を受け取る。対象物２０６がプローブヘッドアセンブリ２２０の前にある場合、投影された影パターン２０１、２０２は対象物２０６上に投影される。光は対象物２０６で反射し、プローブヘッドアセンブリ２２０に戻り、受光光学系は光をプローブ光学系１２２および撮像装置１２４に渡す。図２で示した例示的実施形態では、受光光学系はレンズ２３４およびプリズム２３６を含む。レンズ２３４は、発光体２１１、２１２および影形成要素２８９、２９０、２９１の上に、それらの下に、またはそれらの側方に配置することができる。レンズ２３４は、画像をプリズム２３６を通してプローブ光学系１２２および撮像装置１２４に合焦することができる。例示的実施形態では、レンズ２３４が発光体２１１、２１２および／または影形成要素２８９、２９０、２９１の側方にオフセットされる距離はベースライン間隔を決定することができる。限られた数の発光体２１１、２１２および影形成要素２８９、２９０、２９１を使用すると、および／または小さい発光体２１１、２１２および小さい影形成要素２８９、２９０、２９１を使用すると、レンズ２３４をさらにオフセットするために追加の空間を開けることでき、それにより、ベースライン間隔が増加し、したがって、映像検査デバイス１００の精度および／または解像度が向上する。
【００３７】
プリズム２３６は、適切な方向に光を誘導するために適切に整形することができる。図２では、プリズム２３６は台形である。さらに、当業者なら分かるはずであるように、着脱可能なチップ２３０を取り付けるおよび取り外すように設計することができる、または着脱可能なチップ２３０の要素を一体化することができる特定の映像検査デバイス１００に部分的に応じて、デバイスのチップ観察光学系の構成は変更することができる。例えば、代替の一実施形態では、発光体２１１、２１２および／または影形成要素２８９、２９０、２９１は受光光学系の両側に存在することができ、それにより、可能性として、さらに多くの発光体２１１、２１２および／またはさらに多くの影形成要素２８９、２９０、２９１を使用できるようになり、および／または可能性として、より良好なデータ密度が提供される。別の実施形態では、レンズ２３４およびプリズム２３６が存在せず、既存の映像検査デバイス１００に前から存在するプローブ光学系１２２だけを利用する。
【００３８】
投影された影パターン２０１、２０２は、Ｚ軸に沿って、着脱可能なチップ２３０から５０ミリメートル（≒１．９６８５インチ）の物距離まで外側に示された影投射軌跡を有し、影は平坦で無光沢で白色の表面上に投影される。図の２次元の間隔は、上から見下ろして見えるような視野を示す。影軌跡は、線２２１、２２２、２３１、２３２、２４１、および２４２によって示される。線３１３、３１４は視野の端を示す。線２２１、２３１、および２４１は、第１の発光体２１１が作動している間に３つの影形成要素２８９、２９０、および２９１によって投影された影を示す。線２２２、２３２、および２４２は、発光体２１２が作動している間に同じ３つの影形成要素２８９、２９０、および２９１によって視野に投影された影の中心を示す。中心の影形成要素２９０はほぼ原点（０，０）に配置される。発光体２１１、２１２は、Ｚ軸に沿って原点からの負の距離の方向に配置される。原点は、代替として、発光体２１１もしくは２１２の一方の位置、または発光体２１１と２１２との間の中央点などの別の場所を考慮に入れることができる。
【００３９】
図２で分かるように、影の位置は着脱可能なチップ２３０からの距離に応じて変化し、その変化は予測可能にすることができる。したがって、影が視野内で対象物２０６に当たる場所を決定することにより、測定した場所での対象物２０６の距離および倍率を決定することができるようになる。着脱可能なチップ２３０のチップ観察光学系などの要素の幾何学的形状が分かると、対象物２０６の距離は、人間の主観なしに、映像検査デバイス１００によって三角測量により迅速に自動的に決定することができる。この方法では、映像検査デバイス１００は自動的物距離値および他の空間特性を提供することができる。しかし、発光体２１１、２１２のうちの一方による照明の間に取り込まれた画像では、影は必ずまたはいつでも明瞭に画定されるまたは識別可能であるとは限らない。例えば、反射光を引き起こす、または追加の影を生成する表面の不規則のために、高精度で影の端または中心を定めるのは困難なことがある。しかし、視野内の対象物２０６上の影の位置または影のポイントはより正確に定めることができる。
【００４０】
物距離を含む観察対象物２０６の空間特性の決定を可能にする画像取り込みシーケンスを発生させるために、一般観察画像３００は、一般観察光源２２８が作動され、発光体２１１、２１２が非作動にされた状態で取り込むことができる。図３は、図２の着脱可能なチップから５０ｍｍに配置された平坦で白色の対象物２０６の画素化一般観察画像３００の１行を示し、一般観察画像３００は、本発明の一実施形態における図２の着脱可能なチップおよび図１の映像検査デバイス１００により一般観察の間に取り込まれる。説明の目的だけのために、画素化一般観察画像３００は４８個の行および６４個の列の画素を含む。行および列は、限定はしないが、６４０×４８０、または１２８０×１０２４のように非常に大きくすることができる。一般観察画像３００は、影が投影されていない状態で一般観察光源２２８を使用して取り込むことができる。しかし、発光体２１１、２１２のうちの１つまたは複数は、一般観察の間代替として使用することができる。１つを超える一般観察画像３００を取り込むことができ、得られた値は平均化することができる。各画素は関連する輝度（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）（または明度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ））値（例えば、０から２５５の間のグレースケール値）を有することができる。
【００４１】
第１の発光体画像４００は、一般観察光源２２８が非作動にされ、第２の発光体２１２が非作動にされ、第１の発光体２１１が作動された状態で取り込むことができる。図４は、図２の着脱可能なチップ２３０から５０ｍｍに配置された平坦で白色の対象物２０６の画素化された第１の発光体画像４００の１行を示し、第１の発光体画像４００は、図２の着脱可能なチップ２３０を使用して、第１の発光体２１１が作動し、一般観察光源２２８および第２の発光体２１２が非作動である間に取り込まれる。多数の第１の発光体画像４００をさらに取り込むことができ、それぞれの第１の発光体画像４００から得られた値は平均化することができる。各画素は関連する輝度値（例えば０から２５５の間のグレースケール値）を有することができる。投影された影パターン２０１中の各影の中心は、行Ｒ１の画像画素Ｃ１７、Ｃ３７、およびＣ５７に取り込まれる。各影は各影の中心から外に移ると次第に弱まり、そのため、各画素中の明度値は、各影の中心から左または右に移ると増大する。
【００４２】
画像取り込みシーケンスをさらに継続するために、第２の発光体画像５００は、一般観察光源２２８が非作動にされ、第１の発光体２１１が非作動にされ、第２の発光体２１２が作動された状態で取り込むことができる。図５は、図２の着脱可能なチップ２３０から５０ｍｍに配置された平坦で白色の対象物２０６の画素化された第２の発光体画像５００の１行を示し、第２の発光体画像５００は、図２の着脱可能なチップ２３０を使用して、第２の発光体２１２が作動し、一般観察光源２２８および第１の発光体２１１が非作動である間に取り込まれる。多数の第２の発光体画像５００をさらに取り込むことができ、それぞれの第２の発光体画像５００から得られた値は平均化することができる。各画素は関連する輝度値（例えば０から２５５の間のグレースケール値）を有することができる。投影された影パターン２０２中の各影の中心は、行Ｒ１の画像画素Ｃ７、Ｃ２７、およびＣ４７に取り込まれる。各影は各影の中心から外に移ると次第に弱まり、そのため、各画素中の明度値は、各影の中心から左または右に移ると増大する。
【００４３】
画像取り込みの間の着脱可能なチップ２３０の移動を低減し、かつ同一の視野の画像を取り込む能力を向上させるために、画像取り込みシーケンスを発生させた後、一般観察光源２２８および／または発光体２１１、２１２はたて続けにおよび／または自動的に作動および／または非作動にすることができる。さらに、追加の発光体が使用される場合、各追加の発光体を単独で作動させて追加の画像を取り込むことができる。
【００４４】
一実施形態では、第１の発光体２１１は別個の発光体画像４００、５００を取り込むようにある位置から第２の位置に移動することができるので、第１の発光体２１１は、着脱可能なチップ２３０および映像検査デバイス１００が第１の発光体画像４００および第２の発光体画像５００を取り込むように作動することができる。
【００４５】
別の実施形態では、第２の発光体２１２は、影を投影する影形成要素２８９、２９０、２９１なしで光を投影することができる。この場合、発光体２１２は、影形成要素２８９、２９０、２９１が発光体２１２から投影された光の経路中にないように配置することができる。代替として、影形成要素２８９、２９０、２９１は移動可能とすることができ、その結果、それらは、投影された影パターン２０１、２０２なしで画像が発光体２１１、２１２の一方から取り込まれることが望ましい場合、発光体２１１、２１２の経路から外に移動することができる。
【００４６】
別の実施形態では、着脱可能なチップ２３０および映像検査デバイス１００が画像を取り込むために、第１の発光体２１１および一般観察光源２２８だけが作動される。
【００４７】
図６は、図４の第１の発光体画像４００の明度プロファイル６１１および図５の第２の発光体画像５００の明度プロファイル６１２を示し、両方は、視野内でＸ次元距離を示す画素の１行にわたる。明度は０から１の目盛で図化され、ここで、１は最も明るい。明度プロファイル６１１は、第１の発光体２１１の作動の間に取り込まれた第１の発光体画像４００の行Ｒ１の輝度値を示す。明度プロファイル６１２は、第２の発光体２１２の作動の間に取り込まれた第２の発光体画像５００の行Ｒ１の輝度値を示す。したがって、明度プロファイルの谷６２１、６３１、および６４１は、第１の発光体２１１の作動の間に取り込まれた第１の発光体画像４００の影になった区域を示し、明度プロファイルの谷６２２、６３２、および６４２は、第２の発光体２１２の作動の間に取り込まれた第２の発光体画像５００の影になった区域を示す。それぞれの明度プロファイルの谷６２１、６３１、および６４１の底部は、第１の発光体２１１が作動されている間の最も暗いポイントを示す。それぞれの明度プロファイルの谷６２２、６３２、および６４２の底部は、第２の発光体２１２が作動されている間の最も暗いポイントを示す。着脱可能なチップ２３０から５０ｍｍの物距離で、視野は、約−４０ｍｍから約４０ｍｍまでの約８０ｍｍ幅である。明度プロファイルの谷６２２、６３２、および６４２の底部はそれぞれ約−３８ｍｍ、−８ｍｍ、および２１ｍｍである。明度プロファイルの谷６２１、６３１、および６４１の底部はそれぞれ約−２１ｍｍ、８ｍｍ、および３８ｍｍである。
【００４８】
各投影された影パターン２０１、２０２の明度は周辺光に対して較正することができる。周辺光の影響を低減または抑制するために、周辺光画像は、発光体２１１、２１２を作動させず、および一般観察光源２２８を作動させずに取り込むことができ、そのため、周辺光明度を決定し差し引くことができる。
【００４９】
図７は、図２に示した本発明の一実施形態において、観察対象物２０６が着脱可能なチップ２３０から５０ｍｍにあるときの画素の１行での２つの投影された影パターン２０１、２０２の明度比率曲線７１１、７１２を示す。明度比率曲線７１１は、図５の第２の発光体画像５００の明度値に対する図４の第１の発光体画像４００の明度値の比率を示し、明度比率曲線７１２は、図４の第１の発光体画像４００の明度値に対する図５の第２の発光体画像５００の明度値の比率を示し、それぞれは画素の１行にわたる。明度比率曲線７１１、７１２は、影の中のよりよく画定されたポイントを得るために決定することができる。明度比率は、視野内の投影された影パターン２０１、２０２の全幅にわたる明度プロファイル６１１、６１２のそれぞれを、明度プロファイル６１１、６１２の他方で除算することによって決定することができる。各明度比率ピーク７２１、７３１、および７４１で局所最大明度比率極値を有する明度比率曲線７１１は、第２の発光体２１２が作動されるとき取り込まれた第２の発光体画像５００の行Ｒ１の各画素に対して得られた輝度値を、第１の発光体２１１が作動されるとき取り込まれた第１の発光体画像４００の行Ｒ１の各画素に対して得られた輝度値で除算することによって得ることができる。各明度比率ピーク７２２、７３２、および７４２で局所最大明度比率極値を有する第２の明度比率曲線７１２は、逆の除算によって得ることができる。各曲線７１１、７１２は、各影が最も暗い各影の中心で鋭い明度比率ピークを示す。例えば、明度比率ピーク７４２は、５０ｍｍでの図６の明度プロファイルの谷６４２および図２の線２３２に対応する。明度比率曲線７１１、７１２の明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、７４２は、一般に、放物線となることがあり、一方、明度プロファイル６１１、６１２の明度プロファイルの谷６２１、６３１、６４１、６２２、６３２、６４２は、一般に、直線になることがある。
【００５０】
第１の発光体画像４００だけが影パターン２０１により取り込まれる場合、画像４００の明度値と、影パターン２０１、２０２が投影されない場合の一般観察画像３００または第２の発光体画像５００のいずれかの明度値とを使用して、同じ除算を計算して明度比率値を得ることができる。影パターン２０１、２０２がない画像の明度値は高くなることができ、明度プロファイルの谷６２１、６３１、６４１の底部の低い値で除算された高い値は高い結果をもたらすことができるので、鋭いピーク７２１、７３１、７４１が依然として生じることができる。
【００５１】
例示的な例では、図６のｖ形状の明度プロファイルの谷６２１、６３１、６４１、６２２、６３２、６４２は、容易に識別できる。しかし、非平坦、非平滑、および／または不規則な表面では、光は、一般に、表面の輪郭と光吸収の変化とに起因して不均一に反射され、画像明度の大きい変化がもたらされる。画像に暗い線を生成する線または亀裂などの表面フィーチャは、影と区別することが困難であることがあり、影の谷の見掛けの位置を変えることがある。影は、さらに、表面の輪郭によって変形されることがある。これらの場合には、図６のｖ形状の明度プロファイルの谷６２１、６３１、６４１、６２２、６３２、６４２は直接識別することが困難であることがある。明度比率を決定することによって得られる図７の各放物線曲線は、より容易にかつ詳細に識別可能になり得るより十分に画定されたポイントを提供する。より鋭い明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、および７４２は、それらの尖鋭度のために一層容易に認識可能となり得る。
【００５２】
物距離は、局所最小明度比率極値を使用して決定することもできる。例えば、明度比率ピーク７２１、７３１、７４１間の局所最小明度比率極値である明度比率の谷７５１、７６１を認識および使用して、物距離を決定することができる。明度比率の谷７５１、７６１は、明度比率ピーク７３２、７４２のそれぞれのものと相互に関連することができる。例えば、明度比率の谷７５１、７６１は、明度比率ピーク７３２、７４２を決定するのに使用される除算の逆によって得ることができる。同様に、明度比率ピーク７２１、７３１のそれぞれのものと相互に関連することができる各明度比率の谷７５２、７６２（例えば、各明度比率ピーク７２２、７３２、７４２間の局所最小比極値）を認識および使用して、物距離を決定することもできる。これらの明度比率の谷７５１、７６１、７５２、７６２は、明度比率の谷７５１、７６１、７５２、７６２および／または明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、７４２がより高密度にグループ化され、それにより、谷７５１、７６１、７５２、７６２によって鋭くより狭い曲線が生成されたとき、より容易に識別可能なものとなり得る。
【００５３】
明度比率を決定する際に、観察表面の反射率の変化は、上述のように、影パターン２０１、２０２が等しく影響を受けるので、得られる明度比率７１１、７１２への影響は少ない。例えば、観察表面上の１つのポイントが入射光の２０％を反射する場合、入射強度Ｉ２０１を有する影パターン２０１中の光の２０％が反射され、０．２×Ｉ２０１の反射強度がもたらされる。入射強度Ｉ２０２を有する影パターン２０２中の光の２０％が同様に反射され、０．２×Ｉ２０２の反射強度がもたらされる。これらの反射強度の比率は、０．２×Ｉ２０１／（０．２×Ｉ２０２）、すなわちＩ２０１／Ｉ２０２である。したがって、表面の反射率は明度比率に実質的に影響を与えない。
【００５４】
映像検査デバイス１００を使用して検査される大部分の区域に周辺光はほとんどないが、用途によっては若干の周辺光がある場合がある。周辺光の強度が影区域の投影パターンと比べてかなり大きい場合、周辺光は投影された影の暗さを低減することがある。そのような状況では、明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、および７４２の値が低減され、それにより、低減のレベルに応じて、明度比率ピークの場所を検出する信頼性および／または精度が低下することがある。この影響を打ち消すために、一実施形態では、発光体２１１、２１２および一般観察光源２２８が無効にされた、または非作動にされた状態で、１つまたは複数の周囲画像が取り込まれる。次に、周囲画像の画素明度値が発光体画像４００、５００の画素明度値から差し引かれて、明度比率が決定される。周辺照明が、画像４００、５００を取り込む時間の間に大きく変化しない限り、周辺光の影響は大幅に低減され、より大きい明度比率ピークがもたらされる。一実施形態では、一定の閾ピーク値（例えば、５）未満の明度比率ピークはすべてフィルタ除去して、入射光および／または暗さによってもたらされることがあるあらゆるピークを取り除くことができる。
【００５５】
各局所明度比率極値画素（例えば、明度比率ピークまたは明度比率の谷を含む各画素）は識別することができる。図８は、本発明の一実施形態による、画素の単一の行Ｒ１の明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、７４２に対応する明度比率ピーク画素８０２の識別を示す概略図である。各画素を解析することができる。行Ｒ１は、明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、７４２が図７に例示したように生じる明度比率ピーク画素８０２を示す。明度比率ピーク７２１、７３１、７４１、７２２、７３２、７４２を含む明度比率ピーク画素８０２は、行Ｒ１および列Ｃ７、Ｃ１７、Ｃ２７、Ｃ３７、Ｃ４７、およびＣ５７の塗り潰しボックスによって識別される。例示的実施形態では、表面が平滑で平坦であるので、影形成要素２８９、２９０、２９１が、図示の視野全体にわたってＹ次元に影を投影するように十分に長いと仮定すると、図示の塗り潰しボックスは、残りの行を通って真っ直ぐな列を延び続けることになる。これらの列はＸ−Ｙ平面における投影された影パターン２０１、２０２を示す。
【００５６】
非平坦および／または非平滑な表面では追加のＺ次元が加えられ、そのＺ次元は、Ｘ−Ｙ表示では曲線、破線、または他の形で非直線に見える線で表すことができる。Ｘ−Ｙ平面は、観察対象物２０６によって占められる３次元空間から潰された２次元平面と見なすことができる。３次元空間は、レンズ２３４の観察方向に画素のＸ−Ｙ平面へと潰すことができる。この場合、対象物２０６は平坦であるので、Ｘ−Ｙ平面は忠実に２次元平面だけとなる。対象物２０６のいかなるＺ次元の変化も投影された影の経路に沿って影のＸ次元の変化として取り込むことができるように、着脱可能なチップ２３０から影を投影することができる。影のＸ次元の変化は、図８に示した塗り潰しの明度比率ピーク画素８０２から左または右に明度比率ピークをシフトすることによって示すことができる。
【００５７】
したがって、Ｘ−Ｙ平面における影位置を使用して、影位置でのＺ次元の物距離を決定することができる。着脱可能なチップ２３０から各影のＺ次元の物距離は、画素のＸ−Ｙ平面における明度比率ピーク値の位置に基づき、発光体２１１、２１２、影形成要素２８９、２９０、２９１、および／またはレンズ２３４などの他のチップ観察光学系の既知の幾何学的形状に基づいて（例えば、要素の既知の位置および角度からの三角測量を使用して）予測することができる。例えば、チップ観察光学系の既知の幾何学的形状を使用して、画素の行Ｒ１、列Ｃ７によって示された実際の場所での観察対象物２０６が着脱可能なチップ２３０からの５０ｍｍにあるとき、行Ｒ１、列Ｃ７の明度比率ピーク画素８０２が、影軌跡２２２に関連する明度比率ピーク値を含むことになることが分かっている場合、その上、投影された影パターン２０１、２０２が、行Ｒ１、列Ｃ７に配置された画素で明度比率ピークを有する明度比率で画像を生成し、かつそのピークが影軌跡２２２に関連すると決定される場合、行Ｒ１、列Ｃ７によって示される対象物２０６上の場所が着脱可能なチップ２３０から５０ｍｍの物距離にあることを決定することができる。
【００５８】
各発光体２１１、２１２により取り込まれた発光体画像４００、５００は、一般観察光源２２８を使用して取り込まれた一般観察画像３００と関連づけることができる。したがって、発光体２１１、２１２を使用して取り込まれた発光体画像４００、５００中の特定の画素に対して決定されたＺ次元物距離は、さらに、一般観察光源２２８の作動中に取り込まれた一般観察画像３００中の対応する画素と関連づけることができる。図８の例を継続すると、行Ｒ１、列Ｃ７での明度比率ピーク画素８０２および影軌跡２２２によって示された対象物２０６の場所の物距離は５０ｍｍであると分かっているので、一般観察画像３００の行Ｒ１、列Ｃ７の同じ画素は５０ｍｍの物距離を有することになる。オペレータは、対象物２０６の一般観察画像３００を使用して、着脱可能なチップ２３０から観察対象物２０６までの物距離、または対象物２０６上の特定の場所の観察対象物２０６の空間特性を決定することができる。
【００５９】
構造化光投影光学系は高密度にグループ化される明度比率ピークを生成するように構成することができる。この高密度なグループ化は、対象物２０６のより良好な表示を達成するためにより多くのデータポイントを得るのに役立つ。明度比率ピーク間に間隙がある対象物の場所での物距離は、明度比率ピークをもつ画素に隣接する画素の画素データに基づいて推定することができ、および／またはデータがほとんどないかまたは全くない区域の空間特性は、得られたデータに基づき、または得られたデータから補間して推定することができる。例えば、各明度比率ピークの場所または各明度比率ピーク画素８０２に対してＸ、Ｙ、およびＺ座標、または行、列、Ｚ座標が分かった後、曲線当てはめを使用して、関数Ｚ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）、またはＺ＝ｆ（行，列）を決定することができる。列Ｃ７、Ｃ１７、Ｃ２７、Ｃ３７、Ｃ４７、およびＣ５７の影ピーク線の直線性は、列Ｃ７、Ｃ１７、Ｃ２７、Ｃ３７、Ｃ４７、およびＣ５７の線間の規則的な間隔と組み合わせて、列Ｃ７、Ｃ１７、Ｃ２７、Ｃ３７、Ｃ４７、およびＣ５７の明度比率ピーク画素８０２と関連づけられた場所のそれぞれで一様な物距離を示す。これらの場所のこの均一性は平坦で平滑な表面を示す。一様な隆起が、例えば列Ｃ１７によって示された空間の全長に沿って示された場合、隆起は列Ｃ７およびＣ２７で得られた物距離まで一様に軽減されたと想定することができる。
【００６０】
Ｚ次元における対象物２０６の距離が変化するとき、異なる影が特定の画素に現れることがある。影区域の間を見分けるのは、物距離を決定するときにどの影区域を使用するかを識別するのに重要となることがある。一実施形態では、影区域を識別するのは、他のものと異なるある影区域を投影することによって達成することができる。例えば、図２に示したように影形成要素２８９、２９０、２９１をすべて同じ幅とするのではなく、１つの影形成要素２８９、２９０、２９１を他のものよりも広くまたは狭くし、それによって、他のものと異なる１つの影を投影することができる。図９では、例えば、中央の影形成要素２９０は２つの周辺の影形成要素２８９、２９１よりも狭い。影形成要素２８９、２９０、２９１はすべて開口２９２に配置される。
【００６１】
図１０は、２つの発光体２１１、２１２と、中央の影形成要素２９０が周辺の影形成要素２８９、２９１よりも狭い３つの影形成要素２８９、２９０、２９１とを使用する本発明の一実施形態における着脱可能なチップ２３０から５０ｍｍにある平坦で白色の対象物２０６の取り込まれた画像の画素の１行の明度プロファイル９１１、９１２を示し、１つの画像は第１の発光体２１１の作動中に取り込まれ、１つの画像は第２の発光体２１２の作動中に取り込まれる。図１０は、図１０に示されたより狭い中央の影形成要素２９０の効果を除いて５０ｍｍでの図６と同様である。２つの得られた中央の影、すなわち第１の発光体２１１の作動中に生成され画像化された一方と、第２の発光体２１２の作動中に生成され画像化された他方とは、より狭くなり、他の影ほど中央で暗くならないことがある。明度プロファイルの谷９３１および９３２はこの特有の特質を示す。明度プロファイルの谷９３１および９３２は明度プロファイルの谷９２１、９２２、９４１、および９４２ほど深くなく、または広くなく、それは、明度プロファイルの谷９３１および９３２に関連した影はそれほど暗くなく（例えば、より多くの輝度を有し）、より狭いことを示している。この特有の影の特質は、図１１に示した対応する明度比率で一層強調することができる。
【００６２】
図１１は、図１０に示した明度プロファイル９１１、９１２の比である明度比率曲線１０１１、１０１２を示す。それぞれ明度プロファイルの谷９３１、９３２での明度プロファイル９１１、９１２の明度値に対応する２つの明度比率ピーク１０３１、１０３２は、他の明度比率ピーク１０２１、１０２２、１０４１、１０４２よりも著しく短く、したがって、どの影軌跡が各明度比率ピークに関連するかを決めるのに使用することができる。識別可能な明度比率ピークを使用して、着脱可能なチップ２３０から観察対象物２０６までの物距離を決定することができる。
【００６３】
影区域の間を区別する他の方法を同様に利用することができる。例えば、一実施形態では、画像明度、カメラ利得、カメラ露光、および発光体駆動パラメータを使用して、想定される表面反射率に基づいて物距離を推定することができる。次に、この推定した物距離を既知の投射幾何学的形状とともにさらに使用して、着脱可能なチップ２３０から観察対象物２０６の表面位置までの正確な距離を決定するために、幾何学的形状の中でどの影区域を使用するかを決定することができる。
【００６４】
別の実施形態では、着脱可能なチップ２３０の異なる位置から別の投影される影パターンを投影することができる。投影された影パターン２０１、２０２の相対位置を使用して、図８に示したものなどの明度比率ピーク線を区別することができる。
【００６５】
本明細書は例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、かつ任意のデバイスまたはシステムを製作し使用すること、ならびに任意の組み込んだ方法を実行することを含めて本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許の範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。他のそのような例は、特許請求の範囲の文字どおりの意味と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字どおりの意味と実質的に差のない均等構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１００  映像検査デバイス
１０２  細長いプローブ
１１０  挿入管
１１２  撮像装置ハーネス
１２０、２２０  プローブヘッドアセンブリ
１２２  プローブ光学系
１２４  撮像装置
１２６  撮像装置ハイブリッド
１２８、２２８  一般観察光源
１３２  チップ観察光学系
１３０、２３０  着脱可能なチップ
１３８、２３８  光通過要素
１４０  プローブエレクトロニクス
１４２  撮像装置インタフェースエレクトロニクス
１４４  較正メモリ
１４６  マイクロコントローラ
１５０  ＣＰＵ
１５２  プログラムメモリ
１５４  揮発性メモリ
１５６  不揮発性メモリ
１５８  コンピュータＩ／Ｏインタフェース
１６０  映像プロセッサ（複数可）
１６２  映像メモリ
１７０  一体化表示器
１７２  外部モニタ
１８０  ジョイスティック
１８２  ボタン
１８４  キーパッド
１８６  マイクロホン
２０１、２０２  投影された影パターン
２０６  対象物
２１１  第１の発光体
２１２  第２の発光体
２２１、２２２、２３１、２３２、２４１、２４２  影軌跡を示す線
２３４  レンズ
２３６  プリズム
２４０  電線
２５０  接触部
２８６  ダイ
２８９、２９１  周辺の影形成要素
２９０  中央の影形成要素
２９２  開口
３００  一般観察画像
３１３、３１４  視野の端を示す線
６１１、６１２  明度プロファイル
６２１、６２２、６３１、６３２、６４１、６４２  明度プロファイルの谷
７１１、７１２  明度比率曲線
７２１、７２２、７３１、７３２、７４１、７４２  明度比率ピーク
７５１、７５２、７６１、７６２  明度比率の谷
８０２  明度比率ピーク画素
９１１、９１２  明度プロファイル
９２１、９２２、９３１、９３２、９４１、９４２  明度プロファイルの谷
１０１１、１０１２  明度比率曲線
１０２１、１０２２、１０３１、１０３２、１０４１、１０４２  明度比率ピーク
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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