(57)【要約】【課題】特別なハードウェアを使用することなく、かつ、低コストに、イメージステッチに使用する複数の部分画像をより速く撮像することを可能とするとともに、高精度なイメージステッチを可能とする画像測定機を提供する。【解決手段】測定対象物を撮像する撮像手段と、測定対象物と撮像手段とを相対的に移動させる移動手段と、撮像手段が撮像した位置を取得する位置取得手段と、移動手段により撮像手段を測定対象物に対して一定速度で移動させながら撮像手段に測定対象物の部分画像を撮像させる制御手段と、撮像手段により撮像された複数の部分画像を、位置取得手段が取得した位置情報に基づき貼り合わせて測定対象物の全体画像を形成する全体画像形成手段と、を備え、全体画像形成手段は、複数の部分画像の貼り合わせに先立ち又は貼り合わせの後に、撮像手段のブレに基づく各部分画像のブレを除去する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を撮像する撮像手段と、
前記測定対象物と前記撮像手段とを相対的に移動させる移動手段と、
前記撮像手段が撮像した位置を取得する位置取得手段と、
前記移動手段により前記撮像手段を前記測定対象物に対して一定速度で移動させながら、前記撮像手段に前記測定対象物の部分画像を撮像させる制御手段と、
前記撮像手段により撮像された複数の前記部分画像を、前記位置取得手段が取得した位置情報に基づき貼り合わせて前記測定対象物の全体画像を形成する全体画像形成手段と、
を備え、
前記全体画像形成手段は、複数の前記部分画像の貼り合わせに先立ち又は貼り合わせの後に、前記撮像手段のブレに基づく前記部分画像のブレを除去することを特徴とする画像測定機。
【請求項２】
前記全体画像形成手段は、前記位置情報、既知のブレ方向及びブレ量に基づき前記部分画像のブレを除去することを特徴とする請求項１に記載の画像測定機。
【請求項３】
前記撮像手段はローリングシャッター方式でシャッター動作を行い、
前記全体画像形成手段は複数の前記部分画像の貼り合わせに先立ち、前記部分画像内の撮像タイミングのずれに基づく前記部分画像の歪みを除去する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像測定機。
【請求項４】
前記全体画像形成手段は、前記位置情報、ブランキングエリア、露光時間、動作クロック、移動速度、及び移動方向に基づき前記部分画像の歪みを除去することを特徴とする請求項３に記載の画像測定機。
【請求項５】
前記制御手段は、前記測定対象物をマトリックス状に分割した複数の領域について、前記撮像手段を最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の前記部分画像を撮像させ、続いて、次の行の最後の列から最初の列まで移動させて一行分の各領域の前記部分画像を撮像させ、再び最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の前記部分画像を撮像させる動作を、全ての領域の前記部分画像の撮像が終わるまで繰り返す制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像測定機。
【請求項６】
コンピュータを請求項１から５のいずれか１項に記載の制御手段及び全体画像形成手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物を撮像して得られた画像に基づき、非接触で測定対象物の形状を測定する画像測定機及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像測定機は、測定対象物（以下「ワーク」という。）の画像を撮像し、当該画像を解析して、直線、円、多角形等の形状を抽出し、抽出した形状の距離、傾き、径、幅などの測定結果を得る装置である。
【０００３】
ワークの大きさはさまざまであり、１回の撮像で撮像視野に収まりきらないワークを測定する場合には、ワーク全体がカバーされるように複数の部分画像を撮像し、当該複数の部分画像を貼り合わせることにより合成して１枚の全体画像を形成するイメージステッチと呼ばれる広視野化手法が一般に用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２０は、イメージステッチを行う場合の画像測定方法を示す模式図である。平面を構成する測定機のステージ１００上にワークＷが載置され、当該平面において直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向にステージ１００を順次移動させることにより、固定された撮像ユニット１２０をワークＷに対して相対的に移動させながら、複数の部分画像で測定範囲全体を網羅するよう部分画像の撮像を繰り返す。ステージ１００に対する撮像ユニット１２０の相対的移動は、ステージ１００を固定して撮像ユニット１２０を移動させることにより行っても構わない。
【０００５】
図２０は、測定対象物をマトリックス状に３×３の９つの領域に分け、各領域を撮像した９枚の部分画像により撮像範囲全体の画像を形成する場合の撮像ユニット１２０の相対的移動経路を例示したものである。この場合、撮像ユニット１２０の撮像視野の中心位置（以下では測定位置という）が、各領域の中心に対応するＰ１→Ｐ２→…→Ｐ９の順に移動するように、ステージ１００を順次移動させる。ステージ１００は、各測定位置（Ｐ１〜Ｐ９）において停止し、各測定位置で停止した状態で、撮像ユニット１２０が部分画像の撮像を行う。撮像ユニット１２０は、撮像した部分画像を出力する際、撮像した順番を示す番号を付して出力する。また、撮像ユニット１２０が撮像した位置は撮像の都度、位置取得手段（図示略）が取得し、撮像した順番を示す番号と対応させて保持する。そして、全体画像形成手段（図示略）が、撮像した順番を示す番号をキーに各部分画像と各撮像位置とを対応させて貼り合わせることにより測定範囲全体をカバーする一枚の全体画像を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８５８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の方法では、画像を撮像する都度停止するため、イメージステッチに使用する複数の部分画像の撮像に必要な時間の短縮に限界がある。また、移動停止を何度も繰り返すことで、加減速時にワークがずれて、イメージステッチの精度が低下する恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、特別なハードウェアを使用することなく、かつ、低コストに、イメージステッチに使用する複数の部分画像をより速く撮像することを可能とするとともに、高精度なイメージステッチを可能とする画像測定機及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の画像測定機は、測定対象物を撮像する撮像手段と、測定対象物と撮像手段とを相対的に移動させる移動手段と、撮像手段が撮像した位置を取得する位置取得手段と、移動手段により撮像手段を測定対象物に対して一定速度で移動させながら撮像手段に測定対象物の部分画像を撮像させる制御手段と、撮像手段により撮像された複数の部分画像を、位置取得手段が取得した位置情報に基づき貼り合わせて測定対象物の全体画像を形成する全体画像形成手段と、を備え、全体画像形成手段は、複数の部分画像の貼り合わせに先立ち又は貼り合わせの後に、撮像手段のブレに基づく各部分画像のブレを除去する。
（２）このような画像のブレは、例えば、撮像手段の位置情報、既知のブレ方向及びブレ量に基づきMotion deblurring処理により除去するとよい。
【００１０】
撮像手段を一定速度で移動させつつ撮像することで、全体画像の形成に必要な複数の部分画像の撮像を速やかに行うことができ、かつ、加減速する回数が減り動作が滑らかになることで、ワークのずれの発生を抑制することができる。また、撮像手段を移動させつつ撮像することで生じる画像のブレを除去することで、複数の部分画像を高精度に合成して全体画像を形成することができる。更に、露光時間を長くしても、これにより生じたブレも除去されるため、明るい画像を得ることができる。
【００１１】
（３）撮像手段はローリングシャッター方式でシャッター動作を行い、全体画像形成手段は、複数の部分画像の貼り合わせに先立ち、部分画像内の撮像タイミングのずれに基づく各部分画像の歪みを除去する。（４）このような画像の歪みは、例えば、撮像手段の位置情報、ブランキングエリア、露光時間、動作クロック、移動速度、及び移動方向に基づき補正する。
【００１２】
ローリングシャッター方式の撮像手段を採用すると、部分画像内に撮像タイミングのずれが生じ、これに基づき画像の歪みが生じるため、これを除去することでローリングシャッター方式の撮像手段の場合にも、複数の部分画像を高精度に合成して全体画像を形成することができる。
【００１３】
（５）制御手段は、測定対象物をマトリックス状に分割した複数の領域について、撮像手段を最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させ、続いて、次の行の最後の列から最初の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させ、再び最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させる動作を、全ての領域の部分画像の撮像が終わるまで繰り返す制御を行う。
【００１４】
測定対象物をマトリックス状に分割した複数の各領域の撮像は、撮像手段を最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させ、続いて、次の行の最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させる動作を、全ての領域の部分画像の撮像が終わるまで繰り返す制御を行うことによっても可能である。しかし、この制御によると、次の行の撮像にあたり撮像手段を最後の列から最初の列まで戻す必要がある。本発明の方法によれば、最後の列から最初の列に戻す過程を次の行の撮像に利用するため、撮像経路を短縮することができ、より速やかに複数の部分画像の撮像を行うことができる。
【００１５】
（１）〜（５）は、従来のハードウェアにより実現することができるため、低コストに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】画像測定機１００の構成を示す斜視図である。
【図２】撮像ユニット１２０の構成をステージ１００とともに示す模式図である。
【図３】位置取得手段１１０の構成を示すブロック図である。
【図４】コンピュータ本体１４１の構成を示すブロック図である。
【図５】画面表示の例を示す図である。
【図６】撮像ユニット１２０の相対的移動経路を示す図である。
【図７】撮像ユニット１２０を移動させながら撮像した各部分画像を示す図である。
【図８】撮像ユニット１２０を移動させながら撮像した各部分画像を示す別の図である。
【図９】ローリングシャッター補正前後の各部分画像を示す図である。
【図１０】ローリングシャッター補正前後の各部分画像を示す別の図である。
【図１１】Motion deblurring処理前後の各部分画像を示す図である。
【図１２】Motion deblurring処理前後の各部分画像を示す別の図である。
【図１３】各部分画像を貼り合わせて形成した全体画像を示す図である。
【図１４】各部分画像を貼り合わせて形成した全体画像を示す別の図である。
【図１５】全体画像ＳＩＭとエッジ抽出領域の第１ウィンドウＷ１における表示例を示す。
【図１６】全体画像ＳＩＭに対するエッジ抽出領域に基づいて設定される、各部分画像（ＩＭ１〜９）におけるエッジ抽出領域を模式的に示す図である。
【図１７】各部分画像（ＩＭ１〜９）に対するエッジ検出結果を模式的に示す図である。
【図１８】全体画像ＳＩＭに重畳してエッジ検出結果を表示する第１ウィンドウＷ１の表示例を示す。
【図１９】撮像ユニット１２０の相対的移動経路を示す別の図である。
【図２０】撮像ユニット１２０の相対的移動経路を示す更に別の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、画像測定機１の構成を示す斜視図である。画像測定機１は、ステージ１００と、位置取得手段１１０と、撮像ユニット１２０と、リモートボックス１３０と、コンピュータシステム１４０と、を備える。
【００１８】
ステージ１００は、その上面が水平面となるように配置され、当該上面にワーク（測定対象物）Ｗが載置される。ステージ１００の上面のうち少なくともワークＷが載置される部分は、ガラス等の光を透過する素材で形成される。ステージ１００は、図示されていないＸ軸駆動モータおよびＹ軸駆動モータにより駆動され、水平面と平行なＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とされる。各軸の駆動モータに対する駆動制御信号は、後述のリモートボックス１３０やコンピュータシステム１４０から各軸の駆動モータへと与えられる。
【００１９】
図２は、撮像ユニット１２０の構成をステージ１００とともに示す模式図である。撮像ユニット１２０は、光学系１２２、撮像手段１２４、および光源１２６を備える。光学系１２２は、例えば複数のレンズ及び絞りを組み合わせてテレセントリック光学系を構成する。テレセントリック光学系では主光線が平行光とみなせるため、撮像した画像内における寸法がＺ軸方向（高さ方向）の位置に依存しない。このため、起伏（例えば段差や孔部等）があるワークＷを測定するのに好適である。光源１２６は、ワークＷの画像を撮像する際にコンピュータシステム１４０による制御の下、少なくともワークＷの撮像される部分に光を照射する。本実施形態では、光学系１２２を介してワークＷに対し上方（つまり撮像手段１２４側）から光を照射する落射照明用の光源１２６ａ、及びワークＷに対し下方（つまりステージ１００の裏側）から光を照射する透過照明用の光源１２６ｂを備える。撮像手段１２４は、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の二次元イメージセンサである。撮像手段１２４の受光面には、光学系１２２によってワークＷの像が結像される。撮像手段１２４は、当該結像された像を撮像して、所定のフォーマットの画像データを出力する。この画像データには、画像を構成する画素の情報の他、少なくとも画像の撮影順を示すインデックスが含まれる。撮像ユニット１２０は、撮像手段１２４が出力する画像信号を、コンピュータシステム１４０に送信する。コンピュータシステム１４０と撮像ユニット１２０とは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）のような汎用の通信規格にて接続される。また、撮像ユニット１２０は１枚（１フレーム）の画像の撮像を完了するタイミングでトリガ信号をラッチ手段１１８に出力する。
【００２０】
撮像ユニット１２０は、図示されていないＺ軸駆動モータにより駆動され、Ｚ軸方向（すなわちステージ１００の上面に垂直な方向）に移動可能とされる。撮像ユニット１２０のＺ軸方向の位置を調整することにより、ピント調整が行われる。Ｚ軸駆動モータに対する駆動制御信号は、後述のリモートボックス１３０やコンピュータシステム１４０から与えられる。
【００２１】
図３は、位置取得手段１１０の構成を示すブロック図である。位置取得手段１１０は、Ｘ軸エンコーダ１１２、Ｙ軸エンコーダ１１４、Ｚ軸エンコーダ１１６、及びラッチ手段１１８を備える。
【００２２】
Ｘ軸エンコーダ１１２は、ステージ１００のＸ軸方向の位置座標を測定し出力する。Ｙ軸エンコーダ１１４は、ステージ１００のＹ軸方向の位置座標を測定し出力する。Ｚ軸エンコーダ１１６は、撮像ユニット１２０のＺ軸方向の位置座標を測定し出力する。各エンコーダは、目盛が刻まれたスケールとスケールの目盛を読み取るスケール読み取り部とを備える。スケールは各軸に沿ってステージ１００や撮像ユニット１２０の可動部分に取り付けられる。一方、スケール読み取り部は、非可動部分に配置される。
【００２３】
ラッチ手段１１８は、カウンタ１１８ａとバッファ１１８ｂとを備える。カウンタ１１８ａは外部からトリガ信号（例えばパルス信号）が供給されると、カウント値を１増加させる。なお、カウンタ１１８ａの値は、コンピュータシステム１４０の指示に基づき適宜リセットされる。バッファ１１８ｂは複数のアドレスの記憶領域を有し、トリガ信号が供給されたタイミングで、カウンタ１１８ａのカウント値に応じたアドレスの記憶領域に、各軸のエンコーダの出力値をラッチし、記憶する。トリガ信号は、例えば撮像手段１２４から、１枚の画像の撮像が完了するタイミングで供給されるようにするとよい。ラッチ手段１１８が保持する各軸の位置座標は、アドレス値（つまりカウント値）と対応付けられて、適宜、コンピュータシステム１４０に取り込まれる。コンピュータシステム１４０とラッチ手段１１８とは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）のような汎用の通信規格にて接続される。画像データと位置座標はそれぞれ別々にコンピュータシステム１４０に取り込まれるが、画像データには撮像順を示すインデックスが付され、位置座標には撮像順を示すカウント値が付されるため、非同期でコンピュータシステム１４０に取り込まれたとしても、取り込み後に対応付けることが可能である。
【００２４】
図１に戻ると、リモートボックス１３０は、ステージ１００および撮像ユニット１２０の位置を設定するための操作手段であり、操作者による操作に応じて、有線または無線の通信によりＸ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、およびＺ軸駆動モータに対する駆動制御信号を送信する。リモートボックス１３０は、ジョイスティック１３２とジョグシャトル１３４を備える。ジョイスティック１３２は、ステージ１００は、ステージ１００の位置を設定するための操作入力手段であり、リモートボックス１３０は、ジョイスティック１３２の傾斜方向に応じて、ステージ１００をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるための駆動制御信号を送信する。ジョグシャトル１３４は、撮像ユニット１２０のＺ軸方向位置を設定するための操作入力手段であり、リモートボックス１３０は、ジョグシャトル１３４の回転方向、回転量、及び回転速度等に応じて、撮像ユニット１２０をＺ軸方向に移動させるための駆動制御信号を送信する。
【００２５】
コンピュータシステム１４０は、コンピュータ本体１４１、キーボード１４２、マウス１４３及びディスプレイ１４４を備える。図４は、コンピュータ本体１４１の構成を示すブロック図である。コンピュータ本体１４１は、制御の中心をなすＣＰＵ４０と、記憶部４１と、ワークメモリ４２と、インタフェース（図４において「ＩＦ」と示す。）４３、４４と、ディスプレイ１４４での表示を制御する表示制御部４５とを備える。
【００２６】
キーボード１４２又はマウス１４３から入力されるオペレータの指示情報は、インタフェース４３を介してＣＰＵ４０に入力される。インタフェース４４は、撮像ユニット１２０およびステージ１００と接続され、撮像ユニット１２０およびステージ１００に対しＣＰＵ４０からの各種制御信号を供給し、撮像ユニット１２０およびステージ１００から各種のステータス情報や測定結果を受信してＣＰＵ４０に入力する。
【００２７】
表示制御部４５は、ディスプレイ１４４に撮像ユニット１２０で撮像した画像を表示する。また、表示制御部４５は、撮像ユニット１２０により撮像した画像の他、画像測定機１への制御指示を入力するためのインタフェースや撮像した画像を解析するためのツールのインタフェース等をディスプレイ１４４に表示する。
【００２８】
ワークメモリ４２は、ＣＰＵ４０の各種処理のための作業領域を提供する。記憶部４１は、例えばハードディスクドライブやＲＡＭ等により構成され、ＣＰＵ４０により実行されるプログラム、撮像ユニット１２０で撮像して得られた画像データ等を格納する。
【００２９】
ＣＰＵ４０は、各インタフェースを介した各種入力情報、オペレータの指示や記憶部４１に格納された測定定義プログラム（パートプログラム）等に基づいて、撮像ユニット１２０、Ｘ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、Ｚ軸駆動モータ等を制御し、撮像ユニット１２０の移動経路の設定、及び移動速度や露光時間の調整、光源１２６の光量の調整、撮像ユニット１２０による二次元画像の撮像、複数の部分画像を貼り合わせるイメージステッチ処理、撮像して得られた全体画像の解析等の各種の処理を実行する。
【００３０】
以下では、上述の画像測定機１を用いて行う測定について説明する。
【００３１】
〔基本的な画像測定〕
はじめに、オペレータによるジョイスティック１３２の操作またはコンピュータシステム１４０による制御により、ワークＷが撮像視野内に入るようステージ１００を移動する。そして、ワークＷにピントが合うよう、撮像ユニット１２０のＺ軸方向位置を調節する。ピントをワークＷに合せた後、撮像手段１２４により測定用の画像を撮像する。このとき、撮像した画像とともに、Ｘ軸エンコーダ１１２およびＹ軸エンコーダ１１４が出力するステージ１００の座標が、コンピュータシステム１４０に取り込まれ、記憶部４１に格納される。具体的には、撮像手段１２４が１枚の画像の撮像を完了するタイミングでラッチ手段１１８に対するトリガ信号となるパルスを出力する。ラッチ手段１１８は、当該パルスの立ち上がり遷移のタイミングで（つまり、画像の撮像完了とほぼ同時に）、各軸の位置座標をラッチし保持する。コンピュータシステム１４０は、撮像手段１２４から画像信号を取り込むとともに、ラッチ手段１１８から画像を撮像したときの位置座標を取りこみ、両者を対応付けて記憶する。
【００３２】
コンピュータシステム１４０は、得られた測定用の画像を、当該画像を解析するための測定ツールのインタフェースとともに、ディスプレイ１４４に表示する。図５は、画面表示の例を示す図である。この画面表示は、コンピュータシステム１４０のＣＰＵ４０で実行されるプログラム（測定用アプリケーションソフトウェア）によってディスプレイ１４４に映し出される。
【００３３】
図５に示すように、プログラムの実行によってディスプレイ１４４にはメインウィンドウＭＷが表示される。また、メインウィンドウＭＷの中には複数のウィンドウ（第１ウィンドウＷ１〜第８ウィンドウＷ８）が表示される。メインウィンドウＭＷの上側には、メニューや各種操作及び設定のためのアイコンも表示される。なお、本実施形態では一例として８つのウィンドウを表示する例を示すが、必要に応じて８つ以外のウィンドウを表示してもよいし、ウィンドウの分割・統合・用途に応じた省略をしてもよい。また、各ウィンドウのレイアウトはオペレータの操作によって自由に変更することができる。
【００３４】
第１ウィンドウＷ１には、撮像ユニット１２０で取り込んだワークＷの画像ＷＧが表示される。オペレータは、例えばマウス１４３やリモートボックス１３０のジョイスティック１３２を操作することで第１ウィンドウＷ１に表示させるワークＷの画像ＷＧの位置を調整することができる。また、オペレータは、例えばマウス１４３によるアイコンの選択によって、ワークＷの画像ＷＧを拡大・縮小することもできる。
【００３５】
第２ウィンドウＷ２には、オペレータによって選択可能な測定ツールのアイコンが表示される。測定ツールのアイコンは、ワークＷの画像ＷＧから測定ポイントを指定するための指定方法に対応して設けられている。測定ツールの具体例としては、直線のエッジ検出ツール、円形のエッジ検出ツール等が挙げられる。
【００３６】
第３ウィンドウＷ３には、オペレータによって選択可能なファンクションのアイコンが表示される。ファンクションのアイコンは、測定方法ごとに設けられている。例えば、１点の座標を測定する方法、直線の長さを測定する方法、円形を測定する方法、楕円形を測定する方法、角穴を測定する方法、長穴を測定する方法、ピッチを測定する方法、２つの線の交差を測定する方法などである。コンピュータシステム１４０は、オペレータの選択に従い、直線の長さ、直線間の距離、円の径などの寸法の測定や、真直度、真円度、平行度等の理想的な幾何形状からのずれ（狂い）の評価を行う。
【００３７】
第４ウィンドウＷ４には、測定に関する操作手順を表すガイダンスが表示される。
【００３８】
第５ウィンドウＷ５には、撮像ユニット１２０からワークＷに照射する照明をコントロールするための各種スライダが表示される。オペレータは、このスライダを操作することで、ワークＷに対して所望の照明を当てることができる。
【００３９】
第６ウィンドウＷ６には、ステージ１００のＸＹ座標値が表示される。第６ウィンドウＷ６に表示されるＸＹ座標値は、所定の原点に対するステージ１００のＸ軸方向の座標及びＹ軸方向の座標である。
【００４０】
第７ウィンドウＷ７には、公差判定結果が表示される。すなわち、第７ウィンドウＷ７には、公差の判定を行うことができる測定方法を選択した場合に、その結果が表示される。
【００４１】
第８ウィンドウＷ８には、測定結果が表示される。すなわち、第８ウィンドウＷ８には、所定の演算によって測定結果を得る測定方法が選択された場合に、その測定結果が表示される。なお、第７ウィンドウＷ７の交差判定結果及び第８ウィンドウＷ８の測定結果の表示の詳細は図示を省略する。
【００４２】
〔イメージステッチ用の部分画像の撮像〕
撮像ユニット１２０による１回の撮像範囲よりも広い測定範囲を測定する場合、ステージ１００をＸＹ軸方向に順次移動させることにより撮像ユニット１２０をワークＷに対し相対的に移動させながら、複数の画像で測定範囲全体を網羅するよう撮像を繰り返し、このようにして得られた複数の画像を貼り合わせて測定範囲全体をカバーする一枚の大きな画像を合成するイメージステッチを行う。以下では、図６に示すように９枚の画像に分けて撮像範囲全体を撮像する場合を例に説明するが、貼り合わせる画像の数はこれに限定されないことは言うまでもない。
【００４３】
コンピュータシステム１４０は、１回の撮像範囲よりも広い測定範囲を測定することが要求された場合に、自動的に、またはオペレータの操作に従い、イメージステッチにより要求の測定範囲を撮像するための複数の測定位置を決定する。複数の測定位置は、ある撮像位置での視野の５％程度が、隣接する測定領域での視野と重複するように決定するとよい。
【００４４】
撮像ユニット１２０のワークＷに対する移動経路は、図２０に示す経路をとってもよいが、複数の画像を撮像するための時間が最短となるように決定するのが望ましい。図６は、測定対象物をマトリックス状に３×３の９つの領域に分け、各領域を撮像した９枚の部分画像により撮像範囲全体の画像を形成する場合における、撮像時間を最短化する経路を例示したものである。撮像ユニット１２０の撮像視野の中心位置（以下では測定位置という）が、各領域の中心に対応するＰ１→Ｐ２→…→Ｐ９の順に移動するように、ステージ１００を順次移動させる。ステージ１００は、各測定位置（Ｐ１〜Ｐ９）において停止し、各測定位置で停止した状態で、撮像ユニット１２０が部分画像の撮像を行う。
【００４５】
図６に示す経路をとる場合、撮像手段を最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させ、続いて、次の行の最後の列から最初の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させ、再び最初の列から最後の列まで移動させて一行分の各領域の部分画像を撮像させる動作を、全ての領域の部分画像の撮像が終わるまで繰り返すように制御する。図２０に示す経路をとる場合、次の行の撮像にあたり撮像手段を最後の列から最初の列まで戻す必要があるが、図６に示す経路をとることで、最後の列から最初の列に戻す過程を次の行の撮像に利用するため、効率的に撮像することができ、より速やかに複数の部分画像の撮像を行うことができる。
【００４６】
各測定位置（Ｐ１〜Ｐ９）で撮像した各部分画像（ＩＭ１〜９）は、順次、コンピュータシステム１４０に取り込まれ、記憶部４１に格納される。なお、コンピュータシステム１４０に取り込まれる画像のデータには、撮像した順番に応じて番号が付されており、撮影された順番を特定可能とされる。
【００４７】
ラッチ手段１１８においては、イメージステッチ用の部分画像の撮影開始前に、カウンタ１１８ａのカウント値がリセットされる。そして、各測定位置Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐ９において撮像が完了したタイミングで撮像ユニット１２０から供給されるトリガ信号に基づき、測定位置に応じたアドレスに、各軸の位置座標を記憶する。記憶した各測定位置の位置座標は、コンピュータシステム１４０に取り込まれ、別途取り込んだ各部分画像（ＩＭ１〜９）と対応付けて記憶部４１に格納される。
【００４８】
このように撮像ユニット１２０を移動させながら撮像することで、一連の画像取得の時間を短縮することができ、かつ、加減速する回数が減り動作が滑らかになることで、ワークのずれの発生を抑制することができる。移動させながらの撮像は、制御の変更により実現することができ特別なハードウェアは不要なため、低コストで実現することができる。
【００４９】
〔イメージステッチ処理〕
コンピュータシステム１４０は、上記のようにして撮像した各部分画像（ＩＭ１〜９）を貼り合わせて、測定範囲全体をカバーする一枚の全体画像を形成するイメージステッチ処理を行う。
【００５０】
コンピュータシステム１４０は、各部分画像の貼り合わせに先立ち、貼り合わせた全体画像の画質劣化を抑制すべく、各部分画像に対して補正を行う。例えば、光学系の特性により生じる画像の歪曲誤差の補間、隣接する画像間における画素位置のずれの補間、隣接部の明るさの差を低減させるシェーディング処理、画像内の撮像タイミングのずれに基づく画像の歪みの除去、撮像手段のブレに基づく画像のぶれの除去等が挙げられる。
【００５１】
歪曲誤差の補間では、コンピュータシステム１４０は、予めキャリブレーションにより取得した歪曲補正パラメータを用いて、各部分画像（ＩＭ１〜９）について画像内の位置に応じて歪曲収差を相殺するようピクセル補間処理を行う。
【００５２】
隣接する画像間での画素位置のずれは、１画素に相当する視野内の領域のサイズとステージ１００の移動のピッチとが異なることによって生じる。例えば、縦１５３６ピクセル、横２０４８ピクセルの画素を有する撮像素子で縦２４ｍｍ、横３２ｍｍの視野を撮像する場合、１画素に相当する視野内の領域（ピクセルサイズ）は１辺が約１６μｍの正方形となる。一方、ステージ１００の移動は１画素相当の領域における１辺の長さとは一致しない場合が通常である。このため、ある測定位置で撮像した画像において１つの画素内に含まれている領域が、隣接する測定位置で撮像した画像においては複数の画素に跨がることが起こり得る。隣接する画像間で画素位置にずれがある場合には、単に画素を貼り合わせた場合、貼り合わせの境界部での誤差が大きくなるとともに、合成後の画像の画質が劣化する。そこで、コンピュータシステム１４０は、各画像の撮像位置とピクセルサイズとに基づき、各部分画像（ＩＭ１〜９）についてピクセル補完処理を行い、画素位置が一致するよう補正する。
【００５３】
シェーディング処理では、コンピュータシステム１４０は、各部分画像（ＩＭ１〜９）についてシェーディング処理により、隣接する画像との貼り合わせの境界部付近における明るさの差を低減させる。これにより、イメージステッチ処理により得られる全体画像内における明るさ斑が軽減される。
【００５４】
画像内の撮像タイミングのずれに基づく画像の歪みは、ローリングシャッター方式でシャッター動作を行う撮像手段１２４を使用した場合に問題となる。ローリングシャッター方式では、画像を上部から複数ブロックに分け、上部のブロックから順番に撮像していく方式であるため、上部のブロックと下部のブロックとで露光タイミングや読み出し時間のずれにより撮像された画像に歪みが生じる。図７、８は、ローリングシャッター方式でシャッター動作を行う撮像手段１２４を使用した場合に撮像された各部分画像（ＩＭ１〜９）の例である。図７は、撮像ユニット１２０を図２０に示す経路で移動しつつ撮像した場合、図８は、撮像ユニット１２０を図６に示す経路で移動しつつ撮像した場合を示したものである。いずれの場合も、ＩＭ１〜３、ＩＭ７〜９については、撮像ユニット１２０が紙面における右方向に相対的に移動しているため画像が右に傾いている。一方、ＩＭ４〜６については、図２０に示す経路をとる場合には撮像ユニット１２０が紙面における右方向に相対的に移動しているため図７に示すように画像が右に傾いているのに対し、図６に示す経路をとる場合には撮像ユニット１２０が紙面における左方向に相対的に移動しているため図８に示すように画像が左に傾いている。
【００５５】
そこで、例えば撮像手段の位置情報、ブランキングエリア、露光時間、動作クロック、移動速度、及び移動方向に基づき歪みを除去する。歪みの除去により、例えば、図７に示す各部分画像は図９に示すように、図８に示す各部分画像は図１０に示すように、傾きがそれぞれ補正される。
【００５６】
グローバルシャッター方式でシャッター動作を行う撮像手段１２４を使用して移動しながらの撮像をした場合でも、ローリングシャッター方式でシャッター動作を行う撮像手段１２４を使用して移動しながらの撮像をし上記のローリングシャッター補正をした場合でも、図９、図１０の各画像からわかるように、撮像画像にブレがある。これは、移動しながら撮像しているため、撮像ユニット１２０（撮像手段１２４）が振動してブレることによる。
【００５７】
そこで、例えば撮像手段の位置情報、既知のブレ方向及びブレ量に基づきMotion deblurring処理（例えば参考文献１〜３参照）により画像のブレを除去する。ブレの除去により、例えば、図９に示す各部分画像は図１１に示すように、図１０に示す各部分画像は図１２に示すように、それぞれ画像が明瞭化される。
［参考文献]
１．Li Xu、Jiaya Jia、"Two-Phase Kernel Estimation for Robust Motion Deblurring"、インターネット<http://www.cse.cuhk.edu.hk/leojia/projects/robust_deblur/>
２．「Adobe Photoshop CC  手ぶれによるボケを補正」、アドビ、インターネット<https://helpx.adobe.com/jp/photoshop/how-to/camera-shake-reduction-photoshop.html>
３．Kadokura、「みんなのＩＴ活用術 [デジカメ画像修正ソフト]GIMPで手ぶれ写真を修整する」、はてな、インターネット<http://d.hatena.ne.jp/kadokura/20071010/p1>
【００５８】
また、ブレの除去処理を加えることで、露光時間を長くしても、これにより生じたブレも除去される。そのため、露光時間を長くすることで、ブレのない明るい画像を得ることができる。
【００５９】
上記のような、各部分画像（ＩＭ１〜９）に対する補正により、高精度にイメージステッチを行うことができ、全体画像ＳＩＭにおける画質の劣化を抑制することができる。また、ソフトウェア上で行うため、特別なハードウェアは不要であり低コストで実現することができる。なお、Motion deblurring処理については、画像端部をより正確に処理するために画像の貼り合わせ後に行ってもよい。
【００６０】
続いてコンピュータシステム１４０は、補正が行われた各部分画像を、ラッチ手段１１８に記憶された各部分画像（ＩＭ１〜９）が撮像されたときの撮像位置に基づいて、図１１に示す各部分画像については図１３に示すように、図１２に示す各部分画像については図１４に示すように、それぞれ貼り合わせて全体画像ＳＩＭを形成する。隣接する領域の部分画像間における重複部分の画素値は、一方の部分画像の値を用いる。なお、他の方法として、重複部分の画素値は、隣接する領域の部分画像間における平均値としてもよい。全体画像ＳＩＭの画像データは、各部分画像（ＩＭ１〜９）の画像群及び各部分画像（ＩＭ１〜９）を撮像した時の撮像情報（位置、露光時間、フォーカス、歪曲歪パラメータ等の補正データ等）と対応付けられ、記憶部４１に格納される。全体画像ＳＩＭの画像データは、ディスプレイへのプレビュー画像の表示、測定ツールの適用指示、報告書用の画像等に用いられる。一方、各部分画像は、後述するように、測定値の計算に用いられる。
【００６１】
〔イメージステッチ処理後の測定・解析〕
コンピュータシステム１４０は、イメージステッチ処理により貼り合わせた全体画像ＳＩＭをワークの画像ＷＧとしてディスプレイ１４４における第１ウィンドウＷ１内に表示する。そして、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた測定を行う。以下では、円形のエッジを検出する測定ツールを用いて全体画像ＳＩＭ内の円形形状を検出し、検出した円の直径を測定する場合を例に説明する。
【００６２】
オペレータは、第３ウィンドウＷ３に表示されたアイコンの中から、円形の測定を選択する。当該選択を受け、コンピュータシステム１４０は、円形の測定を行うための操作手順を示すガイダンスを第４ウィンドウＷ４に表示する。オペレータは、表示されたガイダンスに従い、第２ウィンドウＷ２に表示された形のエッジ検出ツールを選択し、図１５に示したように、第１ウィンドウＷ１に表示されている全体画像ＳＩＭの円形の形状を含んだ円環状のエッジ抽出領域を指定する。コンピュータシステム１４０は、図１６に示したように、全体画像ＳＩＭに対する単一のエッジ抽出領域を、各部分画像（ＩＭ１〜４、６〜９）に対する円弧形状のエッジ抽出領域に変換する。なお、部分画像ＩＭ５については、全体画像ＳＩＭに対し指定されたエッジ抽出領域に対応する領域を含まないので、エッジ抽出領域が設定されない。本例のように、全体画像ＳＩＭに対し指定されたエッジ抽出領域が複数の部分画像に跨るものである場合には、各部分画像におけるエッジ抽出領域は、互いに重複するように設定されるとよい。なお、全体画像ＳＩＭに対し指定されたエッジ抽出領域が１つの部分画像にのみ含まれる場合には、当該１つの部分画像に対してエッジ抽出領域が設定される。
【００６３】
コンピュータシステム１４０は、各部分画像（ＩＭ１〜９）におけるエッジ抽出領域についてエッジ抽出処理を実行する。その結果、図１７に示したように、各部分画像（ＩＭ１〜９）においてエッジが検出される。コンピュータシステム１４０は、図１８に示したように、各部分画像（ＩＭ１〜９）で検出されたエッジを、全体画像ＳＩＭに重畳して、第１ウィンドウＷ１内に表示する。このとき、各部分画像（ＩＭ１〜９）で検出されたエッジ位置を、キャリブレーション時に取得した歪曲補正パラメータにて補正した上で、表示する。複数の部分画像の重複部分については、複数の部分画像でそれぞれ検出されたエッジが、重複して表示される。このため、貼り合わせ部分では、それ以外の部分より検出されるエッジの密度が高くなる場合がある。
【００６４】
オペレータが第４ウィンドウＷ４に表示された「確定」ボタンを選択すると、検出されたエッジが確定される。その後、コンピュータシステム１４０は、全ての部分画像（ＩＭ１〜９）で検出されたエッジに基づき計算を実行し、円の形状の測定結果（径、中心座標、真円度等）を第８ウィンドウＷ８に表示する。
【００６５】
以上で説明したように、本実施形態によれば、オペレータが全体画像ＳＩＭに対して測定ツールの適用を指示する操作を行うと、コンピュータシステム１４０が、当該操作によって指示された測定ツールを部分画像（ＩＭ１〜９）に対する測定ツールの適用指示へと分解して各部分画像（ＩＭ１〜９）に適用する。そして、各部分画像（ＩＭ１〜９）対して測定ツールを適用した結果を、集約して全体画像ＳＩＭ上に重畳して表示する。このような構成により、オペレータは、単一の測定画像に対して測定ツールを適用する場合と同様の操作により、差異を意識することなく、イメージステッチにより形成した全体画像に対して測定ツールを適用し、適用結果を見ることができる。また、測定ツールの適用は、貼り合わせる前の個々の部分画像に対して行われるため、貼り合わせることにより画質が劣化した画像に対して測定ツールを適用する場合と比べ高精度な測定結果を得ることができる。
【００６６】
〔実施形態の変形〕
本発明は上記の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００６７】
例えば、上記の実施形態は２次元画像測定機の例であるが、３次元画像測定機やその他の種類の画像測定機においても本発明は適用可能である。
【００６８】
ワークＷに対する照明は、落射照明と透過照明に限定されるものではなく、例えば、リング照明等であってもよい。
【００６９】
ワークＷと撮像ユニット１２０とは相対的に移動すればよいので、ステージ１００を固定し、撮像ユニット１２０がＸＹ方向に移動するように構成しても構わない。この場合には、位置取得手段は撮像ユニット１２０からＸＹ方向の位置座標を読み取る。
【００７０】
部分画像の撮像経路は、図６及び図２０に示した直線的な経路のみならず、例えば、円形のワークＷの場合には、図１９(a)に示すようならせん状の経路をとってもよい。この場合、マトリックス状に撮像領域を分割するのではなく、らせん状の経路にそって領域を分割するとよい。図１９(b)はらせん状の経路に沿って７分割して各部分画像を撮像した例である。この場合にも、上記のように各部分画像を補正してイメージステッチを行えばよい。これにより、より効率的に一連の画像を取得することができる。
【００７１】
例示した表示画面に示された各ウィンドウの表示形式や表示項目などは、上記説明に限定されるものではない。
【００７２】
上記の実施形態では、イメージステッチ処理を用いた測定をオペレータの操作により実行する場合を例に説明したが、予め用意した測定手順を規定するプログラム（パートプログラム）に従い、測定を行うようにしてもよい。
【００７３】
測定の内容が上記実施形態で説明したものに限定されないことも当然である。例えば、エッジ検出の他、オートトレース、パターン検索、ワンクリック測定等の様々な測定についても、本発明を適用することが可能である。
【００７４】
前述の実施形態またはその具体例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【符号の説明】
【００７５】
１  画像測定機
４０  ＣＰＵ
４１  記憶部
４２  ワークメモリ
４３、４４  インタフェース
４５  表示制御部
１００  ステージ
１１０  位置取得手段
１１２  Ｘ軸エンコーダ
１１４  Ｙ軸エンコーダ
１１６  Ｚ軸エンコーダ
１１８  ラッチ手段
１１８ａ  カウンタ
１１８ｂ  バッファ
１２０  撮像ユニット
１２２  光学系
１２４  撮像手段
１２６、１２６ａ、１２６ｂ  光源
１３０  リモートボックス
１３２  ジョイスティック
１３４  ジョグシャトル
１４０  コンピュータシステム
１４１  コンピュータ本体
１４２  キーボード
１４３  マウス
１４４  ディスプレイ
Ｗ  ワーク（測定対象物）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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