(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める変位測定方法であって、
更新条件に基づいて前記一連の変位された画像毎にその参照画像を更新する必要があるか否かを判定する判定工程と、
前記参照画像を更新する必要があると判定された場合、既に前記参照画像との間の相対変位が求められた１つ以上の変位された画像のうち、予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像を、前記参照画像とする参照画像更新工程と
を備えることを特徴とする変位測定方法。
【請求項２】
前記予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像は、前記系統変位誤差特性から系統変位誤差を推定可能な画像であることを特徴とする請求項１に記載の変位測定方法。
【請求項３】
前記予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像は、前記更新前の参照画像との間の相対変位が所定変位に近い画像であることを特徴とする請求項１に記載の変位測定方法。
【請求項４】
前記所定変位は、ｎ／２の画素に対応する変位であり、前記ｎは、１以上の正の整数であることを特徴とする請求項３に記載の変位測定方法。
【請求項５】
前記所定変位は、（２ｎ−１）／４の画素に対応する変位であり、前記ｎは、１以上の正の整数であることを特徴とする請求項３に記載の変位測定方法。
【請求項６】
前記所定変位は、（４ｎ−１）／４の画素に対応する変位であり、前記ｎは、１以上の正の整数であることを特徴とする請求項３に記載の変位測定方法。
【請求項７】
前記所定変位は、（４ｎ−３）／４の画素に対応する変位であり、前記ｎは、１以上の正の整数であることを特徴とする請求項３に記載の変位測定方法。
【請求項８】
前記系統変位誤差特性は、変位と系統変位誤差との関係を含み、画素間隔に対応する波長を有する周期的な系統変位誤差曲線により表されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の変位測定方法。
【請求項９】
画像相関に基づいた変位測定システムであって、
相対運動可能な部材の画像決定面により決定された一連の変位された画像を獲得するための読み取りヘッドと、
前記一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める処理手段とを備え、
前記処理手段は、
更新条件に基づいて前記一連の変位された画像毎にその参照画像を更新する必要があるか否かを判定する判定手段と、
前記参照画像を更新する必要があると判定された場合、既に前記参照画像との間の相対変位が求められた１つ以上の変位された画像のうち、予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像を、前記参照画像とする参照画像更新手段と
を有することを特徴とする変位測定システム。
【請求項１０】
一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める変位測定システムに使用される制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能に格納した記録媒体であって、
前記制御プログラムは、
更新条件に基づいて前記一連の変位された画像毎にその参照画像を更新する必要があるか否かを判定する判定ステップと、
前記参照画像を更新する必要があると判定された場合、既に前記参照画像との間の相対変位が求められた１つ以上の変位された画像のうち、予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像を、前記参照画像とする参照画像更新ステップと
を前記コンピュータにより実行させることを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める変位測定方法、変位測定システムおよび記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の公知の装置が、センサアレイにより獲得された画像や、センサアレイにより獲得された画像間の相関を使用して、変形および／または変位を求める。例えば、この種のある分類の装置は、光源が光学粗面を照らすことによって生成されるスペックル画像を取得することに基づいている。一般に、光源はレーザ発生光源のようなコヒーレント光源である。そのようなレーザ発生光源は、レーザ、レーザダイオードなどを含む。光学粗面が光源によって照射された後に、光学粗面から散乱する光は光学センサ上に結像される。この光学センサとしては、電荷結合素子（ＣＣＤ）、またはＣＭＯＳイメージセンサなどの半導体イメージセンサアレイを使用することができる。
【０００３】
光学粗面を変位させたり変形させる前に、第１の、即ち参照スペックル画像が捕らえられて記憶される。次いで、光学粗面を変位または変形させた後に、第２の、すなわちそれ以降のスペックル画像が捕らえられて格納される。そして、参照スペックル画像と第２のスペックル画像とが画素毎に基づいて比較される。一般に、比較は複数回行われる。各比較において、相対的に、参照スペックル画像と第２のスペックル画像とが互いにオフセットまたは空間的に転移される。各比較の間で、オフセットまたは空間転移量は、公知の量、例えば１画素、整数画素数だけ増加される。
【０００４】
各比較において、参照画像中の特定の画素の画像値は、第２の画像の対応する画素の画像値と乗算されるかまたはそれから引き算される。ここで、対応第２の画像画素はオフセット量に基づいて決定される。画素毎演算から得られる値は、累積され、参照画像と第２の画像間の当該比較による相関値を決定するために用いられる。そして、その相関値は、実際には、当該比較のためのオフセット量または空間転移位置に相対して描画（プロット）され、相関関数値点が求められる。参照画像と第２の画像との相関値が最大になるオフセット量の場合は、相関関数値の点のプロットにおいて、画素毎の比較の実行方法によっては、ピークまたは谷を発生することになる。ピークまたは谷に対応するオフセット量は、参照スペックル画像と第２のスペックル画像間の変位または変形量を表す。
【０００５】
サブ画素単位の分解能と精度が要求される画像相関システムでは、サブ画素単位の分解能が、サブ画素補間によって得られる。公知の実験型システムにおいては、サブ画素補間は、連続関数を従来の相互相関関数の離散的画素毎点に適応させ、サブ画素単位の分解能で極値またはピークの場所を求め、極値またはピークを仮定することにより行われており、該位置決めは、参照画像と第２の画像間の、すなわち関連する変位量の真のオフセット量の最良推定値である。また、画像が所望のサブ画素位置にあると認められたとしても、合成ピクセル値を生成するための隣接している生の画素値間での補間によって、サブ画素ステップで生成される合成画像に、同様の処理が適用されることが知られている。
【０００６】
サブ画素単位の分解能が必要である従来の画像相関システムおよび高精度実験システムにおいて、サブ画素内の系統変位誤差は、参照画像と第２の画像間の変位をサブ画素単位の分解能に応じて求めるときに導入される。例えば、相互相関アルゴリズムで使用される補間方法に起因する系統変位誤差を、サブ画素画像相関に取り入れることができる。変位を求める際の系統誤差は、相関で使用される補間器のスペックルパターンの周波数分布、振幅減衰、および位相エラーなどの多くの要素によって影響され得る。また、変位を求める際の系統誤差は、線形、二次、ガウシアンなど、相関関数のモデル化に使用されている補間関数のタイプによって影響され得る。
【０００７】
米国特許出願No.09/731,671は、相関に基づいた位置変換器における高精度変位決定のためのシステムと方法を開示する。上記米国特許出願No.09/731,671においては、相関位置に基づいた変換器などにおける画像のサブ画素変位を推定するシステムが提供される。上記システムは、従来のサブ画素推定法がいくつかの相関関数値点に適用されるとき、特に相関関数値点が非対称的に配置されるときに系統変位推定誤差が出現することを拒絶する。しかしながら、上記米国特許出願No.09/731,671に開示されているシステムおよび方法は、現在の参照スペックル画像と新しい参照スペックル画像の相対位置を求めるときに存在するかもしれない系統変位誤差の累積を減少させることができない。
【０００８】
米国特許No.4,697,093(Takemori)は、スペックル画像相関を用いて対象物の変形を測定するためのシステムと方法を開示する。特に、Takemoriは、２つのスペックル画像を比較し、現在の参照スペックル画像を新しい参照スペックル画像にいつ更新するかを決定するための様々な従来の方法について述べている。しかしながら、Takemoriの方法は、現在の参照スペックル画像と新しい参照スペックル画像の相対位置を求めるときに存在するかもしれない系統変位誤差を理解、または説明していない。さらに、Takemoriは良好なサブ画素精度と解像度で参照スペックル画像を補間したり選択する方法を示していない。従って、Takemoriのシステムによって提供される測定値には、累積された系統変位誤差が含まれる。
【０００９】
平成７年特許願第69302号（Kamegawa）は、スペックル画像に基づいた変位計器と、一連の参照画像を格納し、変位計器の動作中に、適切な変位に対応する比較画像として、それらの参照画像の一つを読み出すことによって誤差累積を減少させる方法とを開示する。従来の方法との比較において、平成７年特許願第69302号の方法は、拡張された変位範囲に亘り累積されるある変位誤差を減少させる。しかしながら、平成７年特許願第69302号の方法は、他の参照画像に対する一つの参照画像の相対位置を求めるときに出現する系統変位誤差を理解し、説明していない。さらに、平成７年特許願第69302号は、良好なサブ画素精度と解像度で参照スペックル画像を補間したり選択する方法を示していない。従って、平成７年特許願第69302号における画像相関システムの測定は外部変位基準値を用いる必要があり、一連の参照画像を得るときに外部基準値が使用されなければ、系統変位誤差が累積される。
【００１０】
Hubert Schreierによる、「強度挿入に起因するデジタル画像相関における系統誤差」という論文において、スペックル画像に適用されたサブ画素画像相関の方法に対応する系統変位誤差が述べられている。さらに、上記論文は、系統変位誤差自体の大きさを減少させることに関連する情報を開示する。しかしながら、Schreierは、変位範囲が一つの画像フレームを超えるために、１セットの参照画像間の相対変位を決定するかまたは選択し、系統変位誤差が補正または制御される方法を開示も示唆もしていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の画像相関システムにおいて、サブ画素中の系統変位誤差は、サブ画素単位の分解能で参照画像と第２の画像間の変位を求めるときに導入される。また、このような系統変位誤差も、現在の参照画像と新しい参照画像の相対位置を決定するときに有用なものである。予め決定されている系統変位誤差特性によって正確かつ適時な状態で、参照画像を、相対位置を求めるのに使用可能な参照画像に更新することによって、サブ画素相関システムの系統変位誤差の累積をかなり減少させることができる。
【００１２】
高精度位置決めなどに画像相関を使用する、従来の画像相関装置と実験システムの両方においては、位置を決定することを事実上妨げる系統変位誤差から商業市場向け形態における高解像度および精度までの実際的問題が、十分に考慮されていない。特に、これらの従来の装置デバイス、高精度実験システムなどは、サブ画素単位の分解能で画像の変位を求めることに関連する系統変位誤差の累積を減少させること、およびこれらの系統的変位誤差を十分に考慮していない一方、同時に解像度と同程度の精度を達成している。すなわち、これらの従来の装置、高精度実験システムなどは、変位が参照画像の限界を超えるときの系統的変位誤差の累積に対して十分な考慮をしていない。
【００１３】
上述した、累積された系統変位を決定するための従来の方法の全てについて、発明者は、システムの累積された変位を求めるために用いられた参照画像間の見かけ上の変位に現れる系統サブ画素補間誤差の寄与を観測している。これら系統変位誤差は、次に参照画像として使用された画像と参照画像として先に使用された画像との間の相対変位を求めるときに無視されている。従って、従来のシステムの精度と重要な解像度は、系統変位誤差が画像サイズを超えて広がる変位範囲を超えて累積されるのに従って低下する。よって、これら従来のシステムの重要な解像度、精度およびユーティリティは制限される。
【００１４】
従って、現在の参照画像と新しい参照画像の相対位置を求めるときに現れる系統変位誤差によって生じる不正確さ、および解像度と同じ程度の精度を達成する欲求を考慮すれば、従来の方法は、参照画像間での切換時に生じる系統変位誤差に起因する変位誤差の累積を減少させるための合理的な解法を提供していない。特に、従来の技術では、現在の参照画像に代えて使用すべき新しい参照画像を選択するときにこれらの系統変位誤差の性質が考慮されていなかったから、そのような切換に発生した個々の系統変位誤差は、無秩序、すなわち、他に切換において発生する他の変位誤差に対して非相関である。よって、個々の系統変位誤差の無秩序な性質によって、正味の累積された系統変位誤差は、容易に補正することができない。
【００１５】
従って、画像相関システムにおける参照画像間の切換による系統変位誤差、すなわち現在の参照画面と新しい参照画面との間の相対位置オフセットを求めるときに累積される変位誤差の累積を減少させる新しい技術が要求される。
【００１６】
本発明の目的は、サブ画素単位の分解能を要求する画像相関システムにおける累積された系統誤差を減少させることができる変位測定方法、変位測定システムおよび記録媒体を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める変位測定方法であって、更新条件に基づいて前記一連の変位された画像毎にその参照画像を更新する必要があるか否かを判定する判定工程と、前記参照画像を更新する必要があると判定された場合、既に前記参照画像との間の相対変位が求められた１つ以上の変位された画像のうち、予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像を、前記参照画像とする参照画像更新工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、上記目的を達成するため、画像相関に基づいた変位測定システムであって、相対運動可能な部材の画像決定面により決定された一連の変位された画像を獲得するための読み取りヘッドと、前記一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める処理手段とを備え、前記処理手段は、更新条件に基づいて前記一連の変位された画像毎にその参照画像を更新する必要があるか否かを判定する判定手段と、前記参照画像を更新する必要があると判定された場合、既に前記参照画像との間の相対変位が求められた１つ以上の変位された画像のうち、予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像を、前記参照画像とする参照画像更新手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、一連の変位された画像毎に参照画像との画像相関に基づいて前記一連の変位された画像毎に前記参照画像との間の相対変位をサブ画素単位の分解能で求めることにより、変位を求める変位測定システムに使用される制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能に格納した記録媒体であって、前記制御プログラムは、更新条件に基づいて前記一連の変位された画像毎にその参照画像を更新する必要があるか否かを判定する判定ステップと、前記参照画像を更新する必要があると判定された場合、既に前記参照画像との間の相対変位が求められた１つ以上の変位された画像のうち、予め決定されている系統変位誤差特性に応じた位置にある画像を、前記参照画像とする参照画像更新ステップとを前記コンピュータにより実行させることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本発明の実施形態に関しては、センサ「画像」に関して説明される。ここで、用語「画像」は、光学的像に制限されることはなく、より一般的には、一次元、二次元、またはさらに高い次元の配行されたセンサ値についても適用される。同様に、ここで用いられる用語「画素」は、光学画素に限定されることはなく、より一般的には、一次元、二次元、またはさらに高い次元の配行されたセンサ値の粒度にも適用される。用語「画像」が全体の画像に制限されることはなく、より一般的には、一次元、二次元、またはさらに高い次元の配行されたセンサ値を含む画像部分についても適用されるべきものでる。
【００２６】
本発明に係る様々な実施形態において、従来のサブ画素方法が現在の参照画像と新しい画像との間の変位を求めるのに用いられるときに、現在の参照画像が新しい参照画像に置き換えられるときに生じる様々な系統変位誤差は、現在の参照画像を、現在の参照画像に基づき決定された１つ以上の制御パラメータに基づき選択された新しい参照画像に置き換えることによって回避または減少される。
【００２７】
図１はスペックル画像に基づいた光学位置変換器１００のブロック図である。スペックル画像に基づいた光学位置変換器１００は、出願中の米国出願No.09/584,264（特願2001−160080）においてより詳細に説明されている、様々な好適な機械的、光学的構成、画像相関方法、および関連信号処理回路構成と同様である。
【００２８】
図１に示すスペックル画像に基づいた光学位置変換器１００は、読み取りヘッド１２６、信号生成／処理回路構成２００、および光学粗面１０４を含む。図１において、読み取りヘッド１２６の部品、および光学粗面１０４とのそれらの関係は、一般に、以下でさらに説明されるように、例示的な物理的構成に対応するレイアウトで図式的に示される。
【００２９】
特に、光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４は、読み取りヘッド１２６の照明／受光端部に近接して位置決めされ、光学粗面１０４が光源１３０によって読み取りヘッド１２６の上記端部から放射された光により照明されたとき、放射光が光学粗面１０４から読み取りヘッド１２６の上記端部に位置決めされている画像受光素子に向けて散乱される。光学粗面１０４は、特別に提供された要素の一部でよいし、または単独に存在する機構の一体的な面として提供されてもよい。
【００３０】
いずれの場合でも、光学粗面１０４は、一般的に、読み取りヘッド１２６に収容された光源と光学系から安定した距離で位置決めされており、図１に示す測定軸１１０などの相対運動の少なくとも１つの規定された軸に沿って読み取りヘッド１２６に対して相対移動する。上記相対移動は、一般に、読み取りヘッド１２６と光学粗面１０４間の適切な相対位置を維持するフレームに装着された従来の案内路または軸受（図示せず）によって拘束される。さらに、読み取りヘッド１２６は、読み取りヘッド１２６の装着を助成し、装着フレームおよび／または光学粗面１０４の予想された軸に関して読み取りヘッド１２６の内部部品を調整する調整機能（図示せず）を含むようにしてもよい。
【００３１】
図１に示すように、読み取りヘッド１２６の画像受光素子が読み取りヘッド組み立て部品１０６の照明／受光端部に位置決めされているレンズ１４０を含み、レンズ１４０の光軸は、一般に、光学粗面１０４上の照明された点に調整される。図１に示すように、さらに、読み取りヘッド１２６は、光軸に沿ってレンズ１４０から離されたピンホール開口プレート１５０と、光軸に沿って上記開口プレート１５０から離された光検出器１６０とを含む。光検出器１６０としては、カメラ、電子またはデジタルカメラ、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳ光検知要素などの、独立して個々の光検知要素のアレイからなる周知のまたは後に開発されたタイプの光検知材料または装置を用いることができる。
【００３２】
さらに、光学粗面１０４と、レンズ１４０、開口プレート１５０および光検出器１６０を含む読み取りヘッド１２６との間隔および位置決めの例を、以下に説明する（米国出願No.09/584,264（特許願2001-160080）を参照）。光源１３０、レンズ１４０、開口プレート１５０および光検出器１６０の読み取りヘッド１２６のハウジング内への装着は、部品が正確で安定した方式で装着される小型光学系製造および／または工業カメラの製造の従来の方法に従って行われる。
【００３３】
読み取りヘッド１２６が光学粗面１０４に適切に隣接して位置決めされるときに、光検出器１６０によって捕らえられた各画像は、相対的に、明点または斑点と暗点との無秩序なパターンを含み、明点または斑点においては光学粗面１０４から回折された光波が積極的に結合し、ピークを形成する。暗点においては、光学粗面１０４から回折された光波が反対方向に結合し、相殺する。光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４の照明された部分に対応する無秩序なパターンは、唯一のものであり、従って、光学粗面１０４は、いかなる特別なマークを必要とすることなく、変位基準として作用することができる。
【００３４】
光検出器１６０は、公知の間隔で、少なくとも１つの軸に沿って離された画素１６２のアレイ１６６を有する。上記公知の間隔は、光検出器１６０上に映し出された２つの画像間の変位またはオフセットを測定するための基準となり、その結果、また、画像を決定する面すなわち光学粗面１０４の変位を測定するための基準を提供する。
【００３５】
さらに、読み取りヘッド１２６は、少なくとも信号生成／処理回路２００の一部を含む。図１に示すように、光源１３０を制御および／または駆動するために、信号生成／処理回路２００からの信号線１３２が光源１３０に接続される。信号線１６４が光検出器１６０と信号生成／処理回路２００を接続する。特に、アレイ１６６の各画素１６２は、個々にアドレス指定され、信号線１６４を介して信号生成／処理回路２００へ、画素１６２上の光強度を表す値を出力することができる。信号生成／処理回路２００の付加部分が読み取りヘッド１２６から離れた位置に置かれ、読み取りヘッド１２６の機能は、遠隔的に操作され、表示することができる。信号生成／処理回路２００は、図１３〜図１６を参照してさらに以下に詳細に説明する。
【００３６】
本実施形態と他の実施形態のスペックル画像に基づいた光学位置変換器１００に関する追加詳細を、以下に説明する（米国出願No.09/584,264（特許願2001-160080）を参照）。
【００３７】
図１に示すように、光線１３４が光源１３０によって放射され、光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４に導かれ、光学粗面１０４の一部を照明する。その結果、光学的に散乱する光学粗面１０４の照明された部分は、光軸１４４の周りに光を散乱し、回折する。
【００３８】
光源１３０が白色光源であるときに、光は照明された部分の画像を生成し、この照明された部分は画素１６２のアレイ１６６に映し出される。しかしながら、この画像はスペックル画像が相関されると同様に相関される一方、光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４から散乱することによって形成されるスペックル画像を含まない。
【００３９】
光源１０３がコヒーレント光源であって、信号線１３２の駆動信号によって駆動され、コヒーレント光線として光線１３４を出力すると、コヒーレント光線１３４は、光学的に拡散する面すなわち光学粗面１０４の一部を照明する。照明された部分は、読み取りヘッド１２６の光学系の光軸１４４に沿った状態にある。特に、光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４から散乱した光１３６は、レンズ１４０によって集光される。
【００４０】
次に、レンズ１４０が光学的に拡散する面すなわち光学粗面１０４の照明された部分から集めた光１４２をピンホール状の開口１５２を有するプレート１５０上に映し出す。レンズ１４０は、プレート１５０から距離ｆで離隔され、この距離ｆはレンズ１４０の焦点距離と等しい。上記プレート１５０は、光学的に拡散する面すなわち光学粗面１０４から、距離ｈで離隔されている。
【００４１】
レンズ１４０の焦点距離ｆにプレート１５０を位置決めすることによって、スペックル画像に基づいた光学位置変換器の光学系は、完全中心になる。さらに、ピンホール状の開口１５２を用いることによって、小斑点サイズとスペックルパターンの広がりは、唯一ピンホール状の開口１５２の大きさに依存し、特にレンズ１４０のいかなるレンズパラメータからも独立するようになる。
【００４２】
レンズ１４０からの集められた光１４２は、ピンホール状の開口１５２を通過する。特に、ピンホール状の開口１５２を通過した光１５４は、光軸１４４に沿って、光学検知器１６０の画像素子１６２のアレイ１６６上に投影される。画像素子１６２のアレイ１６６の表面は、距離ｄでプレート１５０から分離されている。小斑点サイズは、ピンホール状の開口１５２の大きさと、プレート１５０と光検出器１６０の画像素子１６２のアレイ１６６によって形成された表面との間の距離とに対する角度αのみに依存する。
【００４３】
光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４の照明された部分から画像素子１６２のアレイ１６６上で受光した光の検知部分を含む概算の小斑点サイズＤは、次の（１）式で表される。
【００４４】
【数１】
0004125541.tif 000002
【００４５】
ここで、
λは光線１３４の波長、
ｄはプレート１５０とアレイ１６６の表面間の距離、
ｗはピンホール１５２の直径、
αは距離ｄに等しい半径で寸法ｗに対する角度
である。
【００４６】
様々な実施形態において、光学位置変換器１００のこれらのパラメータの代表値としては、λ＝０．６μｍ、ｄ＝１０ｃｍ（１０5μｍ）、ｗ＝１ｍｍ（１０3μｍ）である。その結果、概算の小斑点サイズＤは６０μｍである。
【００４７】
高解像度を達成するために、平均の小斑点サイズＤは、光検出器１６０の画像素子１６２の画素サイズにほぼ等しいかまたは大きい。さらに、読み取りヘッド１２６の様々な実施形態において、平均の小斑点サイズＤは、画像素子１６２の画素間隔の約２〜１０倍である。
【００４８】
画像を獲得するために、信号生成／処理回路２００は、信号線１３２に駆動信号を出力し、コヒーレント光線１３４を放射するコヒーレント光源１３０を駆動する。光線１３４は、光学粗面１０４の一部を照明し、光検出器１６０の画像素子１６２のアレイ１６６上に結像する。次いで、信号生成／処理回路２００は、信号線１６４に複数の信号部分を入力する。ここで、各信号部分は各画像素子１６２の１つ以上によって検知された画像値に対応する。
【００４９】
２つの画像間での光学粗面１０４の変位を求めるために、信号生成／処理回路２００によって、光検出器１６０から受け取った第１の画像のための各信号部分は、メモリに格納される。直後に、信号生成／処理回路２００は、再びコヒーレント光源１３０を駆動し、光検出器１６０から信号線１６４を介して第２の画像信号を入力する。一般に、第２の画像は、第１の画像が獲得された後の短期間内に生成され、獲得される必要がある。この期間は、第１および第２の画像が十分に重なり合うことを保証する期間でなければならない。すなわち、上記期間は、第１の画像に存在する画像値のパターンがまた第２の画像に存在し、２つの画像間の重要な相関が決定されることが可能であることを保証する十分に短い時間でなければならない。
【００５０】
しかしながら、いくつかの実施形態では、次の変位された画像を得るための期間より長い期間中に特定の位置に対応する１つ以上の参照画像を格納することが好ましい。すなわち、次の抽出された画像に対し第１の画像として現在の第２の画像を使用したほうがよい。一般に、現在の参照画像と現在の変位された画像がもはや強い相関のピークまたは谷を生成することができる程度に重なり合わなくなるまで、現在の参照画像を使用することができる。このように、従来の技術のように連続した画像間の位置誤差の累積がない。
【００５１】
すなわち、あるときに、現在の変位された画像が、将来の変位された画像が現在の参照画像に十分重ね合わされないことを示す相対変位に達する。そのとき、新しい参照画像が特定されるべきであり、現在の参照画像が特定された新しい参照画像に置き換えられまたは更新されるべきである。本発明のシステムと方法によれば、一連の参照画像間での切換時に出現する系統変位誤差により累積された位置誤差が知られ、減少され、または理想的に排除されるように、新しい参照画像は、現在の参照画像が最初に使用されて以来の得られる一連の変位された少なくともいくつかの画像から選択される。
【００５２】
現在の参照画像と現在の変位された画像は、相関関数を生成するように処理される。実際には、現在の変位された画像は、オフセットまたは空間転移位置の範囲に亘り、現在の参照画像に対してデジタル的に移行され、２つの画像間のパターンを非常に近似的に調整するオフセット量を含む。相関関数は、パターン調整の度合いを示し、その結果、２つの画像がデジタル的に移行されるように調整する２つの画像を取得するのに要求されるオフセット量を示す。
【００５３】
現在の参照画像を現在の変位された画像と比較するためのいくつかの技術があることは評価されるべきである。例えば、図２に示すように、最初に例示する技術では、１つの相関値を生成するために、現在の変位された画像が、画素毎を基準として、現在の参照画像の全体のフレームと比較される。この場合、他の現在の参照画像と変位された画像の領域に重ならない現在の参照と変位された画像の領域にあるそれらの画素は、デフォルト値を有する画素と比較され、またはデフォルト比較値などに割り当てられる。図５に示されるような一連の相関値は、各比較が実行された後に、現在の参照画像に関して１つの画素単位で、現在の変位された画像を移行させることによって、生成される。
【００５４】
第２の例示する技術では、図３に示すように、比較が２段階の処理として実行される。第１のステップでは、１つ以上の現在の変位された画像の行が、概算の相関値を生成する現在の参照画像の対応する行と完全に比較される。図５に示されるような一連の概算の相関値は、各比較が実行された後に、現在の参照画像に関して１つの画素単位で、現在の変位された画像を移行させることによって、生成される。少数の行のみが比較されるので、各比較を高速に生成することができる。しかしながら、全体の画像というよりはむしろ、少数の行のみが使用されているので、得られる相関値は、現在の変位された画像の行の全てを現在の参照画像の対応する行と比較することから得られる相関値に近いのみである。それにもかかわらず、一般に、概算の相関値は、現在の参照画像と変位された画像間の重なり合う概算量を示すものとする。
【００５５】
次に、第２のステップで、現在の参照画像と変位された画像間の決定された重なりの度合いは、生成された相関値と比較される現在の変位された画像の部分と現在の参照画像の部分とを求めるのに用いられる。すなわち、相関のピークまたは谷の周りにある相関値のみが補間されたサブ画素変位を求めるのに用いられる。よって、相関のピークまたは谷の周りにある相関値のみが現在の変位された画像と参照画像の１つの行以上の比較に基づき決定される必要がある。
【００５６】
この第２のステップでは、概算相関値のピークまたは谷の周りにおける、現在の参照画像と変位された画像間の各画素オフセット量について、現在の変位された画像と参照画像間の重なり合う領域のみが、各画素オフセット量を生成するために、互いに画素毎を基準にして比較される。従って、各画素オフセット量については、比較された部分のサイズが他の画素オフセット量のものと異なる。
【００５７】
第３の例示する技術では、図４に示すように、各移動方向に沿う予め決められた広がりを有するウィンドウが、現在の参照画像と比較されるべき現在の変位された画像部分の選択に用いられる。この場合、ウィンドウは、現在の参照画像に亘り走査され、各相関値を生成するために現在の変位された画像の選択された部分と比較されるべき現在の参照画像の部分を選択する。すなわち、零のオフセット値については、ウィンドウが現在の参照画像の一方の端に並べられる。オフセット値が画素増分値で増すとき、ウィンドウは現在の参照画像の反対側の端に向けて１画素移動される。相関値が得らえる最後オフセット値は、ウィンドウが現在の参照画像の他方の端に達すると、生ずる。
【００５８】
例えば、第３の技術の様々な実施形態において、現在の変位された画像の部分は、現在の変位された画像のフレーム長さＬのほぼ１／３〜１／４倍である移動方向に沿う広がりを有する。この部分は、現在の変位された画像の幾何学上の中心に置かれる。ウィンドウが固定された広がりを有するかまたは現在の参照画像と変位された画像間の予め決定された変位量に基づき変化する広がりを有することは評価されるべきである。様々な実施形態において、ウィンドウのサイズは、比較されるべき画素数を最小化するために、少なくとも部分的に選択することが可能である一方、同時に強い相関のピーク／谷が得られることを確実にする。
【００５９】
また、第３の技術の様々な他の実施形態において、上記部分の位置として、現在の参照画像に対する現在の変位された画像の変位方向の少なくとも一部に基づいたものとすることができることは評価されるべきものである。この場合、仮に現在の変位された画像が正規の現在の参照画像に置き換えられたとすると、現在の参照画像部分の位置は、中心の左にオフセットされる。さらに、様々な実施形態において、上記部分のオフセットの度合は、現在の参照画像に対する現在の参照画像の変位量の少なくとも一部に基づいたものとすることができる。このように、現在の変位された画像の全体部分は、現在の参照画像のフレームの範囲内にすることができる一方、現在の参照画像と変位された画像間の相対変位量を、新しい参照画像が使用されることが必要になる前に、増大することが可能になる。
【００６０】
例えば、例示する第３の技術を使用するシステムの様々な実施形態においては、長さＬで幅Ｎのフレームを有する画像が捕らえられ、現在の参照画像と変位された画像とがフレーム長さＬ(画素における)とフレーム幅Ｎを有する。これらの実施形態において、現在の変位された画像のＭ×Ｎ部分の範囲Ｍは、フレームの長さＬの分数値、すなわちＭ＝Ｌ／ｘである。ここで、ｘは１より大きい実数である。次いで、Ｍ×Ｎウィンドウが現在の参照画像の長さに亘り第１の位置から[Ｌ−（Ｍ−１）]th位置まで進められるように、現在の変位された画像のＭ×Ｎ部分は、現在の参照画像の各Ｍ×Ｎ部分と相関することができる。上記第１の位置は、Ｍ×Ｎウィンドウの一方の位置が現在の参照画像の一方の端に並べられる位置であり、上記[Ｌ−（Ｍ−１）]th位置は、Ｍ×Ｎウィンドウの他方の端が現在の参照画像の他方の端に並べられる位置である。
【００６１】
例示する上記第２および第３の技術においては、現在の変位された画像部分のみが現在の参照画像の対応するようにサイズ化された部分と比較され、バックグラウンド相関値と比較されるより強い相関のピークまたは谷が得られる。この場合、現在の参照画像は、現在の変位された画像部分が現在の参照画像の端に近づいたときに、更新されるべきである。
【００６２】
一次元変位について、現在の参照画像と現在の変位された画像の比較された部分が、それぞれ、Ｍ列の画素とＮ行の画素の二次元配列上に配列されたＭ×Ｎ画素を有するとき、1つの共通相関アルゴリズムは、
【００６３】
【数２】
0004125541.tif 000003
【００６４】
ここで、
Ｒ（ｐ）は現在のオフセット値のための相関関数値、
ｐは画素での現在のオフセット値、
ｍは現在の列、
ｎは現在の行、
Ｉ1は最初の画像における現在の画素での画像値、
Ｉ2は２番目の画像の画像値
である。二次元変位について、上記（２）式は、当業者によって、２次元を処理する２つの式に変更することができる。
【００６５】
様々な実施形態において、現在の参照画像の全体フレームが現在の変位された画像の全体フレームと比較されるとき、周期的な境界条件が使用されることは評価されるべきである。上記（２）式に示すように、各列に対する相関値が得られ、列の相関値が合計される。次いで、平均値およびノイズが減少された相関関数値点を得るために、その合計がＭ列に亘り平均される。この平均化は、相関関数値点が相関関数極値を決定するための補間によって得られるべき解像度に対しておおよそ安定することを保証するのに好ましい。従って、各相関関数値点が近似された相関関数値点からおおよそ１μｍでオフセットされるときに相関関数極値を決定する補間によってナノメータ解像度を得るために、相関関数値点が所望のナノメータ解像度値に対しておおよそ安定する必要があると仮定される。
【００６６】
図５は前述した従来の乗法型相関関数方法による第１と第２の画像を比較した結果のグラフを示す図である。特に、相関関数は、距離２０８によって示されるように、画素ピッチＰに対応する予め決定されたオフセット増分値によってｘ軸に沿って分離される複数の離散的相関関数値点２０４を含む。予め決定されているオフセット増分値は、図１に示す光学粗面１０４の変位増分値に直接関連付けられる。この変位増分値は、測定軸１１０に対応する方向におけるアレイ１６６の各画像素子１６２の間の有効中心間間隔に依存し、これは、また、読み取りヘッド１２６の光学系によって、画素ピッチＰと、以下の説明において光学的に拡散する面すなわち光学粗面１０４の変位の大きさの量として参照される。
【００６７】
例えば、測定軸１１０に対応する方向における画像素子１６２の有効中心間間隔が１０μｍであり、読み取りヘッド１２６の光学系が表面変位を１０倍に拡大するならば、光学的に散乱する面すなわち光学粗面１０４の照明された部分の１μｍの変位は、画像素子１６２上のスペックルパターンの１０μｍの変位に拡大される。
【００６８】
各相関関数値点２０４は、測定軸１１０に対応する方向における各画像素子１６２の間の有効中心間間隔で、第１の画像に関連する第２の画像をデジタル的に移行することによって生成される。この場合、各画像素子１６２の間の有効中心間間隔は、光学的に拡散する面すなわち光学粗面１０４の変位約１μｍに対応し、各離散的相関関数値点２０４は約１μｍの変位距離によって分離されるからである。特に、任意のユニットに表示される相関関数値を有する図５の相関関数は、オフセット値で真の連続した相関関数２０５の極値、または空間転移点を示し、そこでは、第１および第２の画像にそれぞれにおける画像、強度、パターンが最もそろう。
【００６９】
ここで、真の連続した相関関数の極値に関連する画素におけるオフセット値は、基本的な相関関数がピークまたは谷を生成するか否かにかかわらず、ピークオフセットと呼ばれ、上記ピークオフセットに対応する表面変位は、基本的な相関関数がピークまたは谷を生成するか否かにかかわらず、ピーク変位または単に変位と呼ばれる。
【００７０】
図５に示す例では、真の連続した相関関数２０５の極値は、線２０３で示されるように、２０μｍの変位に相当するおおよそ２０画素または画像素子１６２のオフセットで発生する。図５において、真の連続した相関関数２０５の極値は、最大相関関数値点２０４と区別がつかない。しかしながら、一般に、極値は、オフセットまたは空間転移点で発生する必要はなく、それは、画素間隔の整数倍であり、よって、最大相関関数値点に正確に一致しない。
【００７１】
従来、サブ画素単位の分解能と精度が要求されると、関数ｆ（ｘ）は、相関ピーク２０２を作る相関関数値点に数値上で適する。次いで、数値上で適する関数ｆ（ｘ）のための極値が見つけられ、対応するオフセット値または空間転移点が第１および第２の画像のためのピークオフセットの最良評価点として特定される。例えば、数値上で適する関数ｆ（ｘ）のための極値に対応するオフセット値が見い出されると、数値上で適する関数ｆ（ｘ）が微分され、ｆ（ｘ）の傾きが零に等しいオフセット値が決定される。
【００７２】
上記（２）式などの乗法型相関関数が使用されるとき、相関関数は、ピークまたは谷の周りの領域において相対的に曲がる。従って、従来、数値上で適した関数ｆ（ｘ）としては、２次またはより高い次数の関数が選ばれる。しかしながら、発明者は、図６に示されるように、相関関数極値をサブ画素レベルで評価するための従来の方法が無視できない系統変位誤差を導入することを見つけた。
【００７３】
図６において、前述した従来の乗法型相関関数方法によれば、グラフがサブ画素レベルで第１および第２の画像の比較結果を例証する。図６において、位置を推定することにおける誤差は周期的である。推定誤差の周期は、画像を獲得するのに使用される画素間のピッチに対応する。発明者は、そのような周期誤差曲線がサブ画素画像相関システムにおける代表的な系統誤差であることを見い出した。また、発明者は、周期誤差曲線の振幅または詳細な形状を具体的に決定しなくとも、系統変位誤差を減少または回避するための基準として、この周期が、本発明のシステムおよび方法による様々な実施形態において使用することができる予め決定された誤差特性を提供することを見い出した。
【００７４】
発明者は、そのような系統変位誤差が特定の画像相関に基づいた変位測定システムに対して比較的安定していることと、複数の同様の画像相関に基づいた変位測定システムに対して比較的同様であることを見い出した。従って、一旦、それが特定の画像相関に基づいた変位測定システムのために具体的に決定されれば、系統変位誤差は、少なくとも１つの予め決定された誤差特性を明らかにし、この誤差特性は、特定の画像相関に基づいた変位計測システムの以降の動作の間に、具体的に系統変位誤差を補正または回避するための基準を提供することができる。さらに、特定の画像相関に基づいた変位測定システムがある種の同様の画像相関に基づいた変位測定システムを代表する限り、その種のいかなる機械の系統変位誤差は、特定の代表的な画像相関に基づいた変位測定システムの予め決定された誤差特性に基づき、ある程度、同様に補正または回避されるであろう。
【００７５】
現在の参照画像が読み取りヘッド１２６が光学粗面１０４に沿って移動するに応じて現在の参照画像が新しい参照画像に切り換えられるとき、図６に示されるように、系統変位誤差が関連する測定値に存在する。従って、１つの参照画像が次の参照画像に切り換えられるとき、本発明によるシステムおよび方法が予測可能な方法でそのような誤差を減少しまたは累積するのに使用されない場合、これらの系統変位誤差は観察不可能な方法で累積することができる。
【００７６】
図７は本発明のシステムおよび方法による、いかに系統変位誤差が累積されるか、いかに累積された系統変位誤差が減少、排除または知られ、そして補正されるかの、一連の置換え事象に亘る、４つの実施形態を示す。現在の参照画像が新しい参照画像に置き換えられるときに、置換え事象が起こる。参照クラス変位は、現在の参照画像とそれと置き換えられる新しい参照画像との間の変位など、２つの参照画像間の相対変位である。
【００７７】
図７に示すように、第１の累積系統変位誤差曲線４００によって例示される第１の実施形態において、各置換え事象のために、新しい参照画像が１セットの候補参照画像から選択されるかまたは獲得され、図６に示すような系統変位曲線に沿った新しい参照画像の位置が知られる。従って、この場合、系統変位誤差曲線に沿った古い参照画像に対する新しい参照画像の相対変位の位置が知られるから、累積系統変位誤差は増加するが、既知の量で増加する。
【００７８】
従って、それぞれの置換え事象において、公知で予測可能な方法で系統変位後誤差の量を累積することができる。その結果、累積系統変位誤差を新しい参照画像向けの総累積変位から引き算して、新しい参照画像に対する補間された累積変位を得ることができる。
【００７９】
仮に、新しい画像が前述した古い参照画像に対する変位で選択または獲得され、新しい参照画像がほぼ系統変位誤差曲線上の同じ位置にある場合、現在の参照画像に関連する累積系統変位誤差を決定するために現在の参照画像が置き換えられる回数を計数することのみが必要になることは、さらに評価すべきである。すなわち、この場合、累積系統変位誤差は、各置換に関連する系統変位誤差の量の現在の参照画像が置き換えられた回数の倍数である。
【００８０】
第２の累積系統変位誤差曲線４２０によって例示される第２の実施形態においては、新しい参照画像が前述した古い参照画像に対する変位で選択または獲得され、新しい参照画像がほぼ系統変位誤差曲線上の零交差点に位置する。この場合、それぞれの置換え事象に関連する系統変位誤差は、本質的には零である。従って、累積系統誤差は、しばしば零の近傍にある。さらに、新しい参照画像が系統変位誤差の零交差点に正確になくとも、各置換え事象のための系統変位誤差の結果量はかなり小さく、その結果、ゆっくり累積する。
【００８１】
さらに、第１の新しい参照画像が系統変位誤差曲線の零交差点に正確に位置しないとき、後に取得される第２の新しい参照画像は、第１の新しい参照画像に対し、系統変位誤差曲線に沿って零交差点の反対側に位置し、第１および第２の参照画像は累積系統変位誤差に対して自己補正する。
【００８２】
累積系統変位誤差曲線４３０によって例示される第３の実施形態では、それぞれの新しい参照画像が選択されまたは取得され、それぞれの新しい参照画像は、ほぼ系統変位誤差曲線のピークまたは系統変位誤差曲線の谷における古い参照画像に対する所定の変位で系統変位誤差曲線に沿って位置し、そして、それぞれの次の新しい参照画像は、ほぼ系統変位誤差曲線の他のピークまたは谷における古い参照画像に対する所定の変位の一つで系統変位誤差曲線に沿って位置する。このように、それぞれの新しい参照画像に関連する系統変位誤差の大きさは、ほとんど同じであるが、明確に決定する必要はない。同時に、いかなる２つの連続した新しい参照画像による系統変位誤差は、異符号を有し、１つの新しい参照画像による系統変位誤差は次の新しい参照画像による系統変位誤差によって相殺される。
【００８３】
第３の実施形態では、ピークまたは谷の位置が不可欠なものではない。すなわち、系統変位誤差曲線に沿った位置のセットを使用することができ、反対の系統変位誤差がある限り、そのセットにおける位置は等しい。
【００８４】
第４の累積系統変位誤差曲線４４０によって例示される第４の実施形態では、いくつかの置換え事象において、新しい参照画像が、動的に指定または決定されるかまたは静的に指定された古い参照画像に対する変位で、系統変位誤差曲線に沿った位置で選択または取得され、この新しい参照画像の系統変位誤差が、いくつかの以前の置換え事象により累積された累積変位誤差に加えられ、少なくとも累積変位誤差の絶対値が減少される。例えば、図７の累積系統変位誤差曲線４４０で示されるように、第２の系統変位誤差は、第１の系統変位誤差で累積されたときに、累積系統変位誤差を増加させる。次いで、第３の系統変位誤差は、第１および第２の置換え事象により累積系統変位誤差で累積されたとき、その累積系統変位誤差を相殺し、本質的には累積系統変位誤差を零に減少させる。
【００８５】
第３の系統変位誤差の絶対値は、累積系統変位誤差の絶対値より小さいまたは大きいかもしれない。しかしながら、いくつかの置換え事象のための系統変位誤差が他の置換え事象のための系統変異誤差と反対の符号を有する限り、それは本発明の範囲内にある。さらに、系統変位誤差は、いろいろな置換え事象上で累積することができ、いろいろなその後の置換え事象による総系統変位誤差によって相殺することができる。
【００８６】
図７に関して概説された実施形態では、新しい変位された画像を系統変位誤差曲線に沿った所望の位置で取得する、またはそのように１セットの候補参照画像から選択することができると仮定される。しかしながら、読み取りヘッド１２６と光学粗面１０４との間の相対速度、および／またはサンプルタイミングによって、所望の位置でそのような新しい参照画像を獲得することは不可能であるかもしれないし、また候補参照画像のセットは系統変位誤差曲線に沿った適正な位置にある候補参照画像を含まないかもしれない。これは、例えば読み取りヘッド１２６が光学粗面１０４に沿って高速度で移動するときに起こり、現在の参照画像と現在の変位された画像間のオフセットが大きくなり過ぎる前に、１つだけまたは少数の潜在的な新しい画像を獲得することができる。
【００８７】
第４の累積系統変位誤差曲線４４０によって例示される第４の実施形態は、系統変位誤差が２つ以上の置換え事象を累積して、１つ以上の置換え事象によって多少相殺されるか、１つ以上の置換え事象の上に累積して、２つ以上の置換え事象によって多少相殺されることを許可する。よって、例えば、前の置換え事象がピークに位置したときに次の置換え事象が谷に位置する必要がないように、また逆も同様であるように、第３の実施形態を変更することができる。すなわち、それらの置換え事象がそれぞれ谷またはピークにそれぞれ位置する同じ数のその後の置換え事象によって多少相殺されるか、谷またはピークにそれぞれ位置する同じ数の以前の置換え事象によって多少相殺される限り、２つ以上の連続した置換え事象がピークまたは谷に位置することができる。
【００８８】
さらに、相殺する１つまたは複数の置換え事象が累積系統変位誤差を相殺することができない、または相殺することができることは認識されるべきである。さらに、これらの累積し、相殺する置換え事象は、はさみこむことができ、調整されるまたは特定の配列または編成を持つ必要はない。よって、以下に概説されるように、累積系統変位誤差を相殺する傾向がある方法において、その後の新しい参照画像の系統変位誤差が使用可能時間に獲得されるかまたは使用可能な候補参照画像のセットから選択される限り、それは、本発明の範囲内にある。
【００８９】
さらに、この第４の実施形態では、それぞれの新しい参照画像の位置としては、系統変位誤差曲線に沿った予め決定されたまたは指定された位置の次の１つセットとすることができる。この場合、第３の実施形態と異なり、上記セットにおける位置は、反対の系統変位誤差を除いて、等しい必要はない。どちらかと言えば、この場合、第４の累積系統変位誤差曲線４４０に示されるように、系統変位誤差曲線に沿った位置は、互いに２π／３（１２０度）で間隔を置いている。この場合、これらの位置に関連する系統変位誤差の合計は、零に等しい。例えば、これらの位置に関連する系統変位誤差は、等しくないまたは逆でもない。しかしながら、置換え事象が、平均して、上記セットの３つの位置間で等しく分散されると仮定すると、累積系統変位誤差は、零の傾向がある。
【００９０】
図８は本発明による参照画像を更新したときの累積系統誤差を減少させる方法の第１の実施形態の概要を示すフローチャートである。ステップＳ２００において開始され、続くステップＳ３００において、初期参照画像が現在の参照画像として獲得される。次に、ステップＳ４００において、位置累積器は初期化され、初期変位値は初期参照画像に関連付けて格納される。そして、ステップＳ５００に進む。
【００９１】
一般に、この初期変位値は、初期参照画像向けのため、零である。すなわち、初期参照画像は、光学粗面１０４に対して読み取りヘッド１２６の「零」位置を表す。動作中、初期の参照画像などの現在のそれぞれの参照画像が新しい参照画像に置き換えられまたは更新されるとき、古い参照画像に対する新しい参照画像のオフセットまたは変位が位置累算器に加えられる。位置累積器は、各新しい変位された画像が解析された後に必ず更新されるわけではないから、累積位置誤差は減少する。さらに、本発明によるシステムおよび方法によれば、新しい参照画像が選択されるので、現在の参照画像と新しい参照画像間の系統変位誤差は、一般に、予測可能である。
【００９２】
実際の系統変位誤差値が知られないでも、これは事実である。すなわち、系統変位誤差が周期的であり、系統変位誤差の波長、およびその波長の中での、現在の参照画像と変位された画像間の相対変位が見出される周期的な系統変位誤差の質的な形状を知ることだけで十分である。よって、そのような実施形態では、系統変位誤差が、現在のと新しい参照画像間の特定の相対変位による系統変位誤差の質的な性質を予測することが可能であることを特定の程度の精度まで知られる必要はない。従って、本発明によるシステムと方法が使用されているとき、１つの参照画像が新しい参照画像に置き換えられるときに累積する位置誤差は、さらに減少するか、または排除することができる。
【００９３】
さらに、本発明のシステムおよび方法が使用され、現在の参照画像と新しい参照画像間の系統変位誤差が予測可能であるとき、累積系統変位誤差は、補正可能であり、または系統変位誤差が自己補正するような方法で新しい参照画像を得ることができる。
【００９４】
ステップＳ５００においては、１つ以上の制御パラメータが現在の参照画像向けに確立される。この１つ以上の制御パラメータは、新しい参照画像として現在の参照画像を置き換えるのに使用することができる変位された画像をいつ探し始めるかを決定する。一般に、１つ以上の制御パラメータは、いつ、変位された画像が現在の参照画像として古い参照画像に代わって保存されるべきであるかを決定する。この変位された画像としては、保存されている現在の変位された画像か以前に捕らわれた変位された画像のいずれかである。１つ以上の制御パラメータは、画像相関に基づいた変位測定システムの１つ以上の動作特性に部分的に依存する。動作特性は、例えば、フレームサイズすなわち光検出器１６０によって捕らえられる全体画像のサイズ、およびアレイサイズすなわち、相関値、システムタイミングおよびトリガ信号の特性などを生成する際に使用される、現在の変位された画像と参照画像の部分のサイズであり、相関値、システムタイミングおよびトリガ信号の特性などは、例えば、光学粗面１０４を通過する読み取りヘッド１２６の瞬間速度すなわち変位のレート、光学粗面１０４を通過する読み取りヘッド１２６の加速度など、画像相関に基づいた変位測定システムの現在の動作状態の１つ以上の様相に一部依存する。
【００９５】
また、１つ以上の制御パラメータは、次の変位された画像をいつ捕らえまたは獲得するかを決定するのに用いられる方法に依存する。一般に、たとえ他の公知または後に開発される方法が本発明によるシステムおよび方法に用いたとしても、固定タイミングすなわちサンプリングレート方法と、制御可能なサンプリングすなわちタイミングレート方法との２つの方法は採用可能である。次の変位された画像をいつ獲得するかを決定するために使用される方法に関わらず、１つ以上の制御パラメータは、相関値を決定するために用いられる変位された画像の全体部分が参照画像のフレームに残ることを保証する１つ以上の目標値または範囲を確立する。すなわち、アレイはフレームの外まで広がらない。１つ以上の制御パラメータを確立するためのプロセスを図９〜１１を参照してより詳細に以下に述べる。
【００９６】
次に、ステップＳ６００において、現在の変位された画像が獲得される。そして、ステップＳ７００において、相関値が現在の参照画像と現在の変位された画像との間で決定される。そして、ステップＳ８００に進む。
【００９７】
上に示したように、一般に、現在の変位された画像をいつ獲得するかを決定するための２つの方法がある。第１の方法では、サンプリングレートまたはタイミングが固定されている。この場合、変位された画像は、変位率すなわち光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度または感度（スピード）とは独立して、一定時間間隔で獲得される。上記速度は、一般に、２つの画像間の変位とそれらの２つの画像の捕捉の間の合計経過時間とである。
【００９８】
第２の方法では、サンプリングレートまたはタイミングが制御可能である。一般に、サンプリングタイミングは制御される。様々な実施形態においては、サンプリングレートが制御されるので、一般に、同じ変位は、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度に基づき、連続した変位された画像の間で起こる。様々な他の実施形態においては、同じ変位を得るためにサンプリングレートを制御することに加えまたはその代わりに、一旦制御パラメータが新しい参照画像を特定するべきことを示すと、サンプリングレートは、異なる基準で制御することができる。例えば、いくつかの実施形態では、この場合、サンプリングレートが増加され、現在の参照画像のための予め決定されている変位関係内にある、現在の参照画像からの変位を有する変位された画像を獲得することが試される。しかしながら、所望の方法および／または所望の基準またはパラメータで、サンプリングレートまたはタイミングを制御することができることは評価されるべきである。
【００９９】
ステップＳ８００においては、変位および／または動き値が、ステップＳ７００で決定された相関に基づいて求められる。この変位または動き値は、現在の参照画像に対する前の変位された画像の前の変位に関わらず、現在の参照画像に対する現在の変位された画像の変位を表す。そして、ステップＳ９００では、表示が、ステップＳ８００で求められた変位および／または動き値を含むように更新される。次に、ステップＳ１０００において、その他の変位された画像の獲得が必要か否かの決定が行われる。その他の変位された画像の獲得が必要であるならば、ステップＳ１１００に進む。そうでなければ、ステップＳ１３００に進み、ここで処理が終了する。
【０１００】
ステップＳ１１００では、参照画像を更新する必要があるか否かの決定が行われる。参照画像を更新する必要がない場合、ステップＳ６００に戻り、そして、前述したように処理が続行される。そうでなく、参照画像を更新する必要があるならば、ステップＳ１２００に進み、参照画像が、ステップＳ５００で確立された少なくとも１つ以上の制御パラメータに基づき更新される。そして、ステップＳ５００に戻り、新しい制御パラメータが新しい現在の参照画像向けに確立される。次いで、前述したように処理が続行される。
【０１０１】
様々な実施形態において、第１の固定サンプリングレート方法が使用されるとき、現在の参照画像に対する変位された画像の変位ｘを、制御パラメータとして使用することができる。様々な実施形態において、第１または第２の例示した技術が実行されるとき、新しい参照画像は、現在の参照画像から、Ｌ／３〜Ｌ／２によって変位された画像から選択される。ここで、Ｌは画像のフレームの長さである。これに対し、様々な実施形態において、第３の例示した技術が実行されるとき、新しい参照画像は少なくとも「ａＭ」で現在の参照画像と重なり合うように連続する変位された画像から選択される。ここで、Ｍは光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の移動方向に沿ったウィンドウのサイズであり、ａは１以上の定数である。
【０１０２】
対象面上で、フレームの長さＬ'は、光学系の倍率で割られた、移動方向に沿った画素ピッチと画素数の積に等しい。サンプリングレートが固定されているから、最後の２つの変位された画像ｉ間の光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度Ｖ（ｉ）を連続的に決定し、更新することが可能である。
Ｖ（ｉ）＝ｘ（ｉ）−ｘ（ｉ−１）                            …（３）
ここで、
ｘ（ｉ）は現在の参照画像に対する現在の変位された画像の変位であり、
ｘ（ｉ−１）は現在の参照画像に対する直前の変位された画像の変位である。
【０１０３】
最後に決定された光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度Ｖ（ｉ）と公知のサンプリングレートに基づいて、第１および第２の例示された技術のための現在の参照画像に対する許容された範囲内Ｌ／３〜Ｌ／２、または第３の例示された技術のためのａＭの許容範囲に入る現在の参照画像に対して決定された変位を有する次に獲得される変位された画像の範囲を予測することが可能である。特に、現在の相対位置ｘ（ｉ）から、現在の参照画像に対するＬ／３とＬ／２との間にある変位までの時間ｔは、
(Ｌ／３)−ｘ（ｉ）＜Ｖ（ｉ）ｔ＜（Ｌ／２）−ｘ（ｉ）          …（４）
である。現在の位置ｘ（ｉ）からａＭ重複領域にある変位までの時間は同様に決定することができる。
【０１０４】
次に、現在から時間ｔが満了する前に獲得することができる変位された画像の数Ｎは、ｔ／Ｔによって与えられる。ここで、Ｔはサンプル時間である。これらＮ個の獲得可能な変位された画像は、様々な実施形態において、メモリに格納される。それら最後のＮ個の抽出された画像については、半整数画素変位（すなわちｐ／２、ここでｐは画素の整数倍に相当する）に最も近い現在の参照画像に対する変位を有する抽出された画像が、現在の参照画像を置き換えるのに使用される新しい参照画像として選択される。これは、図７の例示された第２の累積変位誤差曲線４２０によって示される。メモリに格納された他の変位された画像は、廃棄することができる。
【０１０５】
これらの実施形態において、それぞれの新しい参照画像について、新しい参照画像がｐ／２に近い現在の参照画像に対する変位を有するから、系統変位誤差は零の系統変位誤差点の周りに集中発生する。従って、累積系統変位誤差は、ゆっくり成長し、系統変位誤差が均等に零の系統変位誤差点の周りに分配された場合、互いに相殺されるという傾向にある。
【０１０６】
様々な実施形態において、現在の参照画像が上で概説したように選択された新しい現在の参照画像に置き換えられた後に、次の新しい現在の参照画像が上記に概説したように選択され、さらに１つの追加基準で選択される。この基準は、選択された変位された画像が、半整数画素変位に最も近い変位を有するとともに、現在の参照画像によって占有される周期誤差曲線上の位置より零誤差線の反対側にある位置で、図６に示すような系統誤差曲線上にある変位された画像であることである。
【０１０７】
この場合、新しい参照画像が格納されて現在の参照画像になるとき、前の参照画像からの実際の変位はまた格納される。代わりに、評価された系統変位誤差または系統変位誤差の符号のみを格納することができる。そして、次の新しい参照画像が現在の参照画像として選択されたときには、その選択された新しい画像は、現在の参照画像のために格納された実際の変位の位置から零誤差線の反対側の図６に示す系統変位誤差曲線上に位置する現在の参照画像からの実際の変位を有する。
【０１０８】
代わりに、同じ結果を達成するために、新しい参照画像を選択することができるので、その新しい参照画像の実際の変位に関連する系統変位誤差の符号は、現在の参照画像に関連する系統変位誤差の符号の反対である。これは、次の参照画像が系統変位誤差を相殺することを保証する。
【０１０９】
代わりに、図７の第１の累積系統変位誤差曲線４００に関して上で概説したように、現在の参照画像に対する新しい参照画像の変位の位置に関連する系統変位誤差を、図６に示すような系統変位誤差曲線から推定することができる。次に、その推定された系統変位誤差を累積することができる。そして、累積変位から累積系統変位誤差を引いて、系統変位誤差で補正された累積変位を得ることができる。これは、次の参照画像が系統変位誤差を相殺することを保証する。
【０１１０】
図７の第４の累積系統誤差曲線４４０に関して上で概説したように、参照位置誤差を累積する方法と、連続して累積参照位置誤差を最小化する方法で、新しい参照画像として選択された変位された画像を使用することができることは、評価されるべきである。これは、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度Ｖ（ｉ）が比較的高いときに、特に役立ち、その結果、上で概説されたように新しい参照画像が選択された後に獲得される変位された画像の数Ｎが１に近づく。
【０１１１】
上で概説された実施形態において、半整数倍の画素変位に最も近い変位ｘを有する獲得された変位された画像は、新しい現在の参照画像として選択される。これに対し、他の様々な実施形態においては、図７の第１および第３の累積系統変位誤差曲線４００，４３０に関して上で概説したように、選択された変位された画像が変位（２ｐ−１）／４に最も近い変位ｘを有する変位された画像である。ここで、ｐは画素の整数倍に対応する変位である。この場合、現在の参照画像に対する選択された変位された画像の変位ｘは、奇数の１／４倍の画素変位、すなわち、ｐ／４，３ｐ／４，５ｐ／４，…の一つである。
【０１１２】
上で概説した実施形態に対し、これらの実施形態においては、系統変位誤差が最大系統変位誤差または最小系統変位誤差のいずれかの周りに集中発生する傾向がある。これらの最小および最大系統変位誤差は、同じ絶対値を持つ傾向がある。従って、上で概説した実施形態のように、系統変位誤差が最小および最大系統変位誤差間で均等に分配された場合、それらは互いに相殺し、その結果、正味の累積系統変位誤差は、零に向かう傾向がある。
【０１１３】
先の実施形態においては、ｐ／２の変位を持つ新しい参照画像が選択される。これらの参照画像のための系統変位誤差の値が後の実施形態の値より小さくなる一方、先の実施形態における系統変位誤差の値は、実際の変位に対しより敏感である傾向がある。従って、実際の変位における小さな変化が、系統変位誤差に大きな違いをもたらすことができる。これに対し、後者の実施形態においては、系統変位誤差が実際の変位に対してかなり鈍い傾向がある。その結果、比較的大きな量で異なる実際の変位でも、恐らく符号を除けば、実質的には、同じ系統変位誤差を有する。
【０１１４】
従って、様々な実施形態において、第１の累積系統誤差曲線４００に関して上で概説したように、系統変位誤差が十分に予測可能であるから、系統変位誤差は、高い精度で補正された変位を得るために、上で説明したように累積され、累積変位から引かれる。さらに、累積系統変位誤差の値は、累積系統変位誤差の値から、累積系統変位誤差の絶対値に最も近い（２ｐ−１）／４の位置の平均系統変位誤差の絶対値の倍数を引くことによって、減少され、零に近づけることができる。
【０１１５】
様々な他の実施形態において、ｐ／２の変位に関して上述した代替の実施形態に対して同様に、そして第３の累積系統誤差曲線４３０に関して上で概説したように、これら（２ｐ−１）／４の実施形態における新しい参照画像は、現在の参照画像に対する新しい参照画像向けの系統変位誤差の符号が前の参照画像に対する現在の参照画像向けの系統変位誤差の符号と反対であるように、選択することができる。
【０１１６】
特に、これらの実施形態においては、現在の参照画像が（４ｐ−１）／４の変位を用いて選択されたときに、（４ｐ−３）／４の変位が、新しい現在の参照画像を選択するのに用いられる。これに対し、現在の参照画像が（４ｐ−３）／４の変位を用いて選択されたときには、（４ｐ−１）／４の変位が、新しい現在の参照画像を選択するのに用いられる。この場合、現在の参照画像に対する連続して選択された変位された画像の変位ｘは１／４の奇数倍の画素変位であるが、図６に示す周期誤差曲線のピークおよび谷を交替する。すなわち、連続して選択される変位された画像の変位ｘは、（ｐ／４，５ｐ／４，９ｐ／４，…）の一つから、（３ｐ／４，７ｐ／４，１１ｐ／４，…）の一つに代わる。
【０１１７】
一般に、現在の参照画像は、現在の変位された画像についての１つ以上の制御パラメータの値が現在の参照画像について決定された１つ以上の制御パラメータの許容値を超えるとき、新しい参照画像に更新または置き換えられる。次の変位された画像をいつ獲得するかを決定するのに用いられる方法によっては、異なるタイプの制御パラメータが使用される。一般に、これらの制御パラメータは、それに関連する妥当な許容値を有し、現在の参照画像のそれぞれの制御パラメータについての目標範囲を確立する。１つ以上の制御パラメータの１つ以上についての現在の参照画像の制御パラメータ値が対応する目標範囲内にあるとき、現在の参照画像は、新しい参照画像に置き換えられる必要がある。
【０１１８】
例えば、第１の方法が使用されるとき、制御パラメータ値は、読み取りヘッド１２６が光学粗面１０４に対して移動することができる各方向への目標変位値を含む。読み取りヘッド１２６が光学粗面１０４に対して次元的に１つのみ移動することができるとき、目標変位値は、その線形寸法に沿った正負の変位である。これに対し、第２の方法が使用されるとき、制御パラメータ値は、目標変位値の外である変位を有するべきである変位された画像を獲得することに対応する目標サンプル時間値を含む。
【０１１９】
新しい現在の参照画像を選択することができる潜在的な変位された画像のプールを提供するために使用することができるいくつかの方法があることは評価されるべきである。これらの方法は、上述した変位された画像をいつ獲得するかを決定するための方法と独立する。この潜在的な変位された画像のプールを提供するための第１の方法において、それぞれの新しい変位された画像が獲得され、現在の変位された画像の参照位置からの新しい変位された画像の変位が決定されたとき、現在の変位された画像向けの１つ以上の制御パラメータ値は、現在の参照画像向けの１つ以上の制御パラメータの目標範囲と比較される。この比較が少なくとも１つ以上の制御パラメータ値が対応する現在の参照画像向けの目標範囲内にあることを示すとすぐに、現在の参照画像は現在の変位された画像に置き換えられる。
【０１２０】
潜在的な変位された画像のプールを提供する第２の方法においては、現在の変位された画像のための比較が現在の変位された画像に対する少なくとも１つ以上の制御パラメータ値が対応する目標範囲内にあることを示すとすぐに、現在の変位された画像は、その変位された画像に対する変位値と共にメモリに格納される。次に、それぞれの次の変位された画像は、それに対する変位値と１つ以上の制御パラメータ値を決定するために、獲得され、解析される。また、その次の変位された画像に対する１つ以上の制御パラメータの値が対応する目標範囲内にあるならば、次の変位された画像に対する１つ以上の制御パラメータ値および／または変位が、現在保存されている変位された画像のどれが現在の参照画像を置き換えるための「最良の候補」であるかを決定するために、現在保存されている変位された画像に対する１つ以上の制御パラメータおよび／または変位と比較される。そして、「最良の候補」の変位された画像は保存される。これは、次の変位された画像が、対応する目標範囲内にない値を持つ１つ以上の制御パラメータの少なくとも１つを有するまで続く。そのとき、現在の参照画像は保存されている変位された画像に置き換えられる。
【０１２１】
制御可能なサンプリングレートを使用する、変位された画像をいつ獲得するかを決定するための第２の方法に関して、一旦、１つの変位された画像が対応する目標範囲内にある少なくとも１つの制御パラメータ値を有すると、サンプリングレートを制御する１つの方法として、「バーストレート」モードを使用する。このバーストレートモードにおいて、いくつかの変位された画像が、非常に高いレートで取られる。一般に、この高いレートは、全ての画像値をアレイ１６６から読み出すこととメモリに画像値を保存することに要求される期間のみによって制限される。一般に、変位された画像の数は、利用可能なメモリのみによって制限される。しかしながら、対応する目標範囲内にない値を持つ少なくとも１つの制御パラメータを有する変位された画像に対する値がないから、バーストモード中に獲得される変位された画像の数は、実際には、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の実際のまたは予想される速度が、１つ以上の制御パラメータの目標範囲の少なくとも１つを外れる変位された画像をいつ取るかを推定することによって、制限される。
【０１２２】
もちろん、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度によっては、１つのみの変位された画像が目標範囲内にある１つ以上の制御パラメータに対する制御パラメータ値を有するであろうことは評価すべきである。また、この第２の方法が追加メモリを取ることは評価されるべきである。
【０１２３】
潜在的変位された画像のプールを提供するための第３の方法では、最良候補の解析を、次の変位された画像が対応する目標範囲内にない１つ以上の制御パラメータの少なくとも１つに対する値を有する後まで、遅延させることができる。この場合、対応する目標範囲内にある制御パラメータ値を有するそれぞれの変位された画像は、保存される。この第３の方法が第２の方法以上の追加メモリを取ることは評価されるべきである。
【０１２４】
第４の方法では、次の画像がそれほど現在の参照画像に対し正しい位置関係にないようになることによって、現在の次の画像向けの１つ以上の制御パラメータが対応する目標範囲外になれば、少なくとも「最良の候補」として保存された変位された画像が現在の参照画像を置き換えるのに使用される。すなわち、現在の次の画像の変位が、対応する目標範囲値内にある現在の変位された画像の制御パラメータに対応する変位より小さいから、現在の次の画像の１つ以上の制御パラメータに対する制御パラメータ値の１つ以上が対応する目標範囲外になると、現在の参照画像を更新する必要がない。この場合、１つ以上の保存された変位された画像は、廃棄される。
【０１２５】
また、目標範囲を決定するためのいくつかの方法がある。一般に、制御パラメータ向けの目標値は、変位された画像のアレイが現在の参照画像のフレーム内にもはや十分にない幾何学上の限界値を表す。これらの名目上の目標値は、各目標値に緩衝領域を加えることによって目標範囲を形成するように変更される。第１の方法では、この緩衝領域が、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の速度に対する予め決められている最大値に基づいて決定されている。第２の方法では、緩衝領域が、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の決められた実際の速度に基づいて決定されている。また、この第２の方法において、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の実際の加速度が、上記緩衝領域を決定するのに使用することができることは評価されるべきである。
【０１２６】
また、１つ以上の制御パラメータに対する目標範囲が制御パラメータ値に対する許容値に基づいて決定してもよいことは評価されるべきである。例えば、固定サンプリングレートすなわちタイミングを使用する、変位された画像をいつ獲得するかを決定するための第１の方法において、動的許容値は光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の予測された速度および／またはサンプリングレートまたはタイミングに基づいたものとすることができる。
【０１２７】
図９は本発明による１つ以上の制御パラメータを確立するための処理の実施形態をより詳細に示すフローチャートである。１つ以上の制御パラメータは、次の参照画像の更新のために確立される。ステップＳ５００で開始した後、ステップＳ５１０に進み、現在の変位された画像の部分またはアレイが現在の参照画像のフレーム内に残存することを保証するために、変位限界値が現在の参照画像に対して確立される。その変位限界値を、例えば、アレイサイズの幾何学上限界値に対して加えられる最大速度緩衝領域によって確立することができる。さらに、その限界値を、例えば、アレイサイズ上の幾何学上限界値に対して加えられる実際の速度緩衝領域によって確立することができる。次に、ステップＳ５２０において、詳細な制御パラメータが、上述した様々なモードに従い参照更新プロセスが処理されるようにセットされる。そして、ステップＳ５３０に進み、処理がステップＳ６００に戻される。
【０１２８】
図１０は本発明による制御パラメータをセットするための方法の第１実施形態を示すフローチャートである。図１０に示す処理は、固定サンプリングレートまたはタイミングレートが使用されるときに詳細な制御パラメータをセットする方法の具体例である。ステップＳ５２０で開始された後、ステップＳ５２１に進み、１つ以上の制御パラメータがセットされる。ここでは、例えば、１つ以上の制御パラメータ向けの目標値をセットすることができる。これらの目標値は変位のための１つ以上の制御パラメータに対応する。
【０１２９】
次に、ステップＳ５２２において、１つ以上の許容値および／または緩衝領域値は、１つ以上の制御パラメータに対する目標範囲を確定するために、セットされる。１つ以上の目標値をセットするとき、許容値および／または緩衝領域値は、予想された速度および／またはサンプリングレートに基づいて動的に決定することができる。１つ以上の制御パラメータに対する目標値と許容値および／または緩衝領域値を確立することによって、目標値、＋または−の許容値および／またはそれぞれの目標値に対する緩衝領域値に対応する１つ以上の制御パラメータに対する制御パラメータ値を有する変位された画像は、参照画像が新しい参照画像に置き換えられることを引き起こす。
【０１３０】
そして、ステップＳ５２３において、参照画像の更新を引き起こす条件がセットされる。上で概説したように、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の実際の速度によっては、変位および／または制御パラメータの目標範囲内にある制御パラメータ値を持つ１つのみの参照画像があるか、または上記条件を満足するいくつかの参照画像があるかもしれない。ステップＳ５２３においては、例えば、参照画像更新処理のトリガがセットされ、目標範囲内にある第１の参照画像は現在の参照画像を更新するのに用いられる。代わりに、更新のトリガは、次の画像が目標範囲外になるまで、目標範囲内にある「最良候補」変位された画像を使用するためにセットすることができる。後者の方法を用いることによって、「最良候補」は、通常、理想変位された画像に最も近い変位された画像になる。次に、ステップＳ５２４に進み、処理がステップＳ５３０に戻る。
【０１３１】
図１１は本発明による制御パラメータをセットするための方法の第２実施形態を示すフローチャートである。図１１に示されるプロセスは、制御可能または可変可能なサンプリング周波数が使用されるときの詳細な制御パラメータをセットする方法の具体例である。
【０１３２】
ステップＳ５２０で開始された後、ステップＳ５３５に進み、１つ以上の制御パラメータがセットされる。ここでは、例えば、１つ以上の制御パラメータに対する目標値をサンプル時間に対する所定値に相当するようにセットすることができる。次に、ステップＳ５３６において、1つ以上の許容値および／または緩衝領域値が１つ以上の制御パラメータに対する目標範囲を確定するために、決定される。１つ以上の目標値を設定するとき、許容値および／または緩衝領域値は予想された速度および／またはサンプリングレートに基づいて動的に決定することができる。１つ以上の制御パラメータに対する目標値と許容値および／または緩衝領域値を確立することによって、目標値、＋または−の許容値および／またはそれぞれの目標値に対する緩衝領域値に対応する１つ以上の制御パラメータ向けの制御パラメータ値を有する変位された画像は、参照画像が新しい参照画像に置き換えられることを引き起こす。
【０１３３】
次に、ステップＳ５３７において、参照画像の更新を引き起こす条件がセットされる。上で概説したように、光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の実際の速度によっては、変位および／または制御パラメータの目標範囲内にある制御パラメータ値を持つ１つのみの参照画像があるか、または上記条件を満足するいくつかの参照画像があるかもしれない。ステップＳ５３７においては、例えば、参照画像更新処理のトリガがセットされ、目標範囲内にある第１の参照画像は現在の参照画像を更新するのに用いられる。代わりに、更新のトリガは、次の画像が目標範囲外になるまで、目標範囲内にある「最良候補」の変位された画像を使用するためにセットすることができる。この場合、最終的には、最良候補が更新後の参照画像として使用される。後者の方法を用いることによって、「最良候補」は、通常、理想変位された画像に最も近い変位された画像になる。次に、ステップＳ５３８に進む。
【０１３４】
ステップＳ５３８においては、標準サンプルモードまたはバーストレートモードが、上で概説されるようにセットされる。そして、ステップＳ５３９において、処理がステップＳ５３０に戻る。
【０１３５】
図１２は本発明による累積系統誤差を減少させるための方法の第２実施形態を示すフローチャートである。図１２における処理は、与えられた変換器がある位置で繰り返してスペックル画像を示しそうな状態において理想的に使用することができる。図１２で概説される方法においては、一連の参照画像が先に取得され、格納されている。これらの参照画像は、一般に、光学粗面１０４の全体の広がりに沿って等しく間隔で置かれており、光学粗面１０４上の定義された点に対して公知の位置オフセットを有する。一般に、これらは公知の位置オフセットは、正確に決定されており、一般にわずかな位置誤差を有する。
【０１３６】
図８〜１１に関して上で概説した方法を含む様々な方法でこれらの格納された参照画像を獲得することができることは評価されるべきである。これらの格納された参照画像は、変換器１００を製造している間に、獲得することができる。この場合、製造中に、図８〜１１で概説されるように格納された参照画像を得ることができると同時に、読み取りヘッド１２６が一定レートで定義された点から光学粗面１０４の範囲を動かされる。代わりに、ユーザにより、変換器１００をセットアップモードで置くことによって格納された参照画像を取得することができる。次に、前の参照画像を更新する連続した参照画像が、それぞれのそのような次の参照画像向けの定義されたポイントからの累積位置とともに、本発明により獲得され、順番に格納されるように、ユーザは読み取りヘッド１２６を、定義された点から光学粗面１０４の範囲上を動かす。
【０１３７】
従って、図１２に示すように、ステップＳ２０００で開始され、続くステップＳ２１００で、電源が変換器に投入され、初期の現在の変位された画像が獲得される。そして、ステップＳ２２００において、格納された参照イメージが、初期の現在の変位された画像と最もよく互いに相関する参照画像の場所を見つけるように順番に解析される。次に、ステップＳ２３００において、図８〜１１に関して上で概説したように、制御パラメータが見つけられたまたは現在の参照画像に対して確立される。そして、ステップＳ２４００に進む。
【０１３８】
ステップＳ２４００では、変位された画像が獲得される。そして、ステップＳ２５００において、相関が現在の参照画像とステップＳ２４００で獲得された変位された画像の間で決定される。次に、ステップＳ２６００では、変位および／または動き値が、ステップＳ２５００で決定された相関に基づいて求めれる。そして、ステップＳ２７００に進む。
【０１３９】
ステップＳ２７００では、表示が、ステップＳ２６００で求められた変位および／または動き値を含むように更新される。次に、ステップＳ２８００において、他の画像を獲得する必要があるか否かの決定が行われる。他の画像を獲得する必要があるならば、ステップＳ２９００に進む。そうでなければ、ステップＳ３１００へスキップし、処理が終了する。
【０１４０】
ステップＳ２９００では、異なる参照画像を現在の参照画像として選択する必要があるか否かの決定が行われる。異なる参照画像を選択する必要がなければ、制御がステップＳ２４００に戻り、プロセスが前述したように続行される。そうでなければ、すなわち異なる参照画像を選択する必要があるならば、ステップＳ３０００に進み、新しい参照画像が決定される。
【０１４１】
ステップＳ３０００では、例えば、現在の変位された画像を現在の参照画像のいずれの側にも置かれる格納された参照画像と比較することによって、参照画像を更新することができる。代わりに、ステップＳ３０００で、次の予想される変位された画像位置に対応する参照画像を評価するために、現在の位置速度および／または加速度を使用することによって新しい参照画像を選択することができる。本例では、画像相関処理率によってシステム速度を増加して追跡することができる。新しい参照画像が選択された後に、ステップＳ２３００に戻り、新しい制御パラメータが確立される。
【０１４２】
図１３は図１に示す信号生成／処理回路２００の一例を示すブロック図である。図１３に示すように、信号生成／処理回路２００は、コントローラ２１０、光源ドライバ２２０、光検出器インタフェース２３０、メモリ２４０、比較回路２５０、比較結果累積器２６０、補間回路２７０、位置累積器２８０、表示ドライバ２０２、オプションの入力インタフェース２０４、クロック２０６、および参照画像更新回路３００を含む。
【０１４３】
コントローラ２１０は、信号線２１１によって光源ドライバ２２０に、信号線２３０によって光検出器インタフェース２３０に、信号線２１３によってメモリ２４０に接続されている。同様に、コントローラ２１０は、信号線２１４〜２１８によってそれぞれ比較回路２５０、比較結果累積器２６０、補間回路２７０、位置累積器２８０、および参照画像更新回路３００に接続される。最終的に、コントローラ２１０は、制御線２０３によって表示ドライバ２０２に接続され、提供されるならば、信号線２０５によって入力インタフェース２０４に接続される。メモリ２４０は、参照画像部分２４２、現在の画像部分２４４、および相関部分２４６を含む。
【０１４４】
動作において、コントローラ２１０は、信号線２１１を経て光源ドライバ２２０に制御信号を出力する。応答において、光源ドライバ２２０は信号線１３２を経て光源１３０に駆動信号を出力する。次いで、コントローラ２１０は、光検出器インタフェース２３０に制御信号を出力するとともに、メモリ２４０に信号線２１３および２１３を経て出力し、各画像素子１６２に対応する光検出器１６０から現在の画像部分２４４へ信号線１６４を経て受信された信号部分を格納する。特に、個々の画像素子１６２からの画像値は、アレイ１６６における個々の画像素子１６２の位置に対応する二次元配列で現在の画像部分２４４に格納される。
【０１４５】
変換器が最初に動かされるとき、信号生成／処理回路２００内のコンポーネントは初期参照画像を格納することによって画像相関に備えて動作する。信号生成／処理回路２００内において、参照画像更新回路３００は、参照更新処理を容易にするためにコントローラ２１０からのコマンドを待ち受ける。
【０１４６】
格納された参照画像が使用されないとき、初期画像が獲得されて初期参照画像になる。従って、この画像は参照画像部分２４２に格納される。また、定義された点からの初期参照画像の変位は、参照画像部分２４２に格納される。これに対し、格納された参照画像方法が使用されるとき、初期画像は現在の画像部分２４４に格納される。その初期画像との相関を負かす格納された参照画像は、参照画像部分２４２で見つけられて、コピーされる。そして、零の初期変位値は参照画像部分２４２に格納される。
【０１４７】
次に、参照画像更新回路３００は、参照画像部分２４２に格納された現在の参照画像向けの１つ以上の制御パラメータを決定する。いくつかの実施形態において、参照画像更新回路３００によって使用されるべき１つ以上の制御パラメータは、それぞれの変位された画像向けに固定されおよび／または動的に決定される。そのような動的に決定された制御パラメータは、光学粗面１０４を通過する読み取りヘッド１２６の現在の相対速度である。他の実施形態では、参照画像更新回路３００は、図９および１０または１１に関して上で概説したように、初期参照画像のための１つ以上の制御パラメータ向けの目標値を決定する。そして、１つ以上の制御パラメータ向けの目標値は、参照画像部分２４２に初期参照画像とともに格納される。
【０１４８】
画像が参照画像部分２４２に一旦格納されると、コントローラ２１０は、光源１３０を駆動するために、制御信号を信号線２１１で光源ドライバ２２０に出力する前に、適切な固定または制御された時間を待つ。そして、光検出器インタフェース２３０とメモリ２４０は、信号線２１２，２１３の信号を用いて制御され、結果として得られた画像が現在の画像部分２４４に格納される。
【０１４９】
そして、コントローラ２１０は、信号線２１４で比較回路２５０に信号を出力する。応答において、比較回路２５０は、参照画像部分２４２から信号線２５２を経て、特定の画素向けの画像値を入力し、現在のオフセットに基づいて、現在の画像部分２４４から信号線２５２を経て対応する画素向けの画像値を入力する。そして、比較回路２５０は、比較結果を決定するための相関アルゴリズムを適用する。公知または後に開発されたいずれの適切な相関技術も、比較回路２５０によって使用することができ、現在のオフセットに基づき参照画像部分２４２に格納されている参照画像と現在の画像部分２４４に格納されている現在の画像とが画素毎に比較される。比較回路２５０は、現在の相関のために、比較結果を信号線２５４で比較結果累積器２６０に出力する。
【０１５０】
一旦、比較回路２５０は、参照画像部分２４２からそれぞれの画像素子１６２向けの画像値を抽出し、比較し、それらを現在の画像部分２４４に格納された対応する画像値と比較し、そして相関技術を適用し、比較結果を比較結果累積器２６０に出力すれば、比較結果累積器２６０に格納された値は、現在のオフセットに対応する予め決められた単位での相関値を規定する。次に、コントローラ２１０は、信号線２１５を経て比較結果累積器２６０に、信号線２１３を経てメモリ２４０に信号を出力する。その結果、比較結果累積器２６０に格納されている相関アルゴリズムの結果は出力され、メモリ２４０の相関部分２４６に現在のオフセットに対応する位置で格納される。
【０１５１】
そして、コントローラ２１０は、信号線２１５に信号を出力し、比較結果累積器２６０をクリアする。一旦、コントローラ２１０の制御下で、参照画像部分２４２に格納されている第１の画像と現在の画像部分２４４に格納されている変位された画像間の所望のオフセットの全てのための比較の全てが比較回路２５０によって実行され、その結果が比較結果累積器２６０によって累積され、相関部分２４６に格納されれば、コントローラ２１０は、信号線２１６を経て補間回路２７０に制御信号を出力する。
【０１５２】
応答において、補間回路２７０は、信号線２５２を経て相関部分２４６に格納された相関結果を入力し、相関関数のピークまたは谷と一致する相関値を特定し、相関関数のピーク／谷の近くで特定された相関関数値点の間で補間し、サブ画素単位の分解能でピークオフセット値または画像変位値を決定する。次に、補間回路２７０は、コントローラ２１０から信号線２１６を経た信号の制御下で、決定され推定されたサブ画素変位値を信号線２７９で位置累積器２８０に出力する。位置累積器２８０は、コントローラ２１０から信号線２１７を経た信号の制御下で、参照画像部分に格納された現在の参照画像に対する変位値に、推定された変位値を加える。そして、位置累積器２８０は、信号線２８２を経てコントローラ２１０へ更新後の位置変位を出力する。
【０１５３】
応答において、コントローラ２１０は、提供されるならば、信号線２１８を経て表示ドライバ２０２に更新後の変位値を出力する。そして、表示ドライバ２０２は、信号線２８２を経て表示装置１０７に駆動信号を出力し、現在の変位値を表示する。
【０１５４】
参照画像更新回路３００は、１つ以上の制御パラメータ向けの値に基づいて新しい参照画像で現在の参照画像を更新する。例えば、変換器１００が固定サンプリルレート参照更新処理を使用するならば、参照画像更新回路３００は、いくつかの実施形態において、図９および１０に示す処理に従って参照画像を更新する状態を続行する。これに対し、変換器１００が制御されるサンプルレート参照更新処理を使用するならば、参照画像更新回路は、いくつかの実施形態において、図９および１１に示す処理に従って参照画像を更新する状態を続行する。
【０１５５】
提供されるならば、１つ以上の信号線２０５は、オペレータまたは協働システムとコントローラ２１０との間のインタフェースを許容する。提供されるならば、入力インタフェース２０４は、入力信号またはコマンドをバッファリングしまたは変換し、適切な信号をコントローラ２１０に送信する。
【０１５６】
このシステムの動作は、先に述べたように、互いの短い期間内に獲得された参照画像と現在の画像に関して説明されている。画像が短期間内に獲得されるので、通常、画像間の見かけ上の変位は小さい。従って、画像の変位を得るのに必要なコンピュータ使用時間は、短縮することができる。例えば、１つの画素行のみを使用して相関関数を計算するだけで、それぞれの画素行の代わりに、短期間内に適切なおおよその相関ピークを得ることができる。さらに、続いて、残っている画素行を使用して減少している長さの相関関数を計算することによって、総コンピュータ使用時間をさらに短縮することができる。
【０１５７】
しかしながら、他の様々な実施形態において、上で概説されるように、長期間特定の位置に対応する「永久的な」参照画像を格納することは望ましい。例えば、いくつかの例において、減少したコンピュータ使用時間は要因でないかもしれないし、参照画像は歴史的な理由で長期間の間格納される必要があるかもしれない。この状況で、現在の参照として使用されるべき永久的な参照画像を後の時間で選択することができる。例えば、そのような画像はリセット、または「帰投」、デバイスの位置に対応するかもしれない。この場合、永久的な参照画像を後の時間に獲得された画像と比較することによって、リセット、または「帰投」、位置からのわずかな逸脱は、後の時間に検出することができる。
【０１５８】
従って、本発明のよるシステムおよび方法の様々な実施形態において、長期間格納された画像がいつも第１または第２の画像に代えて使用され、現在の第２または第１の画像と比較されることがシステム応用に適切であるときには、それは理解されるべきである。さらに、所望の間隔すなわち指定された変位で１つ以上の参照画像を取得するために、特定の画像相関に基づいた変位システムが、指定された手続きに従って非常に遅いレートのスピードで操作され、正確に１つ以上の所望な位置で止められるならば、正確に所望の位置で参照画像を獲得することに関連する上述した困難の多くに打ち勝つことができる。そして、例えば、先に言及された平成７年特許願６９３０２号（Kamegawa）で教示されるように、そのような参照画像、関連参照クラス変位は格納され、後の高速実時間動作の間使用することができる。
【０１５９】
図１４は図１３の参照画像更新回路３００の第１実施形態の具体的な構成例を示すブロック図である。図１４に示されるように、参照画像更新回路３００は、参照画像選択回路３１０、系統変位誤差位置決定回路３２０、系統変位誤差値回路３３０、および系統変位誤差累積回路３４０を含む。また、図１４に示す参照画像更新回路３００の第１の実施形態は、サンプリングレート制御回路３８０、および／または変位限界値回路３９０を含むことができる。これについては、図１５および図１６に示す参照画像更新回路３００の第２および第３の実施形態に関して以下でより詳細に述べる。
【０１６０】
図１４〜１６において、参照画像更新回路３００のそれぞれの回路３１０〜３９０は、信号線２５１および２１８に接続される。信号線２５１は、参照画像更新回路３００を信号生成／処理回路２００のメモリ２４０に接続する。信号線２１８は、参照画像更新回路３００をコントローラ２１０に接続する。
【０１６１】
参照画像選択回路３１０は、現在の獲得された変位された画像が１つ以上の制御パラメータに基づいて現在の参照画像を置き換えるのに使用されるべきであるか否かを決定する。これらの制御パラメータは、上述した他の可能な制御パラメータと同様に、現在の参照画像と現在の獲得された変位された画像との間の見かけの変位と、現在の参照画像と現在の参照画像と置換可能であると考慮される前の現在の獲得された変位された画像との間の１つ以上の最小の見かけの変位と、現在の参照画像と現在の参照画像と置換可能であると考慮されなかった後の現在の獲得された変位された画像との間の最大の見かけの変位と、光学粗面１０４を通過する読み取りヘッド１２６の相対速度を含む。
【０１６２】
この第１実施形態においては、一般に、参照画像選択回路３１０が、候補の新しい参照画像であることを決定するために獲得された変位された画像の第１、第２または同様のものなどの予め決定された１つを、新しい参照画像として選択する。次に、サブ画素変位決定回路３２０は、現在の参照画像に対する現在の変位された画像の見かけの変位のサブ画素部分を決定する。系統誤差曲線が１画素の範囲に亘り周期的であるから、見かけの変位のサブ画素部分が系統変位誤差曲線に沿って位置を特定することは評価されるべきであり、正確な形状の系統誤差曲線があっても、その位置に関連する系統変位誤差は知られない。
【０１６３】
そして、系統変位誤差値回路３３０は、決定されたサブ画素変位に基づいて選択された新しい参照画像向けの予め決められ、格納された系統変位誤差曲線に関連する系統変位誤差を決定する。この系統変位誤差曲線は、一般に、読み取りヘッド１２６を含む各デバイスと光学粗面１０４に対して固有である。この系統変位誤差曲線は、一般に、装置の製造および／または組立の間、得られて信号生成／処理回路２００に格納される。次に、系統変位誤差累積回路３４０は、新しい参照画像向けの決定された系統変位誤差を、前のそれぞれの現在の参照画像が前の参照画像によって置き換えられたときに累積された系統変位誤差に加える。コントローラ２１０は、累積系統変位誤差を使用し、前のそれぞれの現在の参照画像が前の新しい参照画像によって置き換えられたときに累積された見かけの変位と現在の参照画像に対する現在の変位された画像の見かけの変位とから求められた光学粗面１０４に対する読み取りヘッド１２６の見かけの合計変位を調整する。
【０１６４】
図１５は図１３の参照画像更新回路３００の第２実施形態の具体的な構成例を示すブロック図である。図１５に示すように、参照画像更新回路３００は、参照画像選択回路３１０、系統変位誤差位置決定回路３２０、および候補参照画像選択回路３５０を含み、オプションで、系統変位補佐値回路３３０、系統変位誤差累積回路３４０を含むことができる。また、図１５に示す参照画像更新回路３００の第２実施形態は、サンプリングレート制御回路３８０、および／または変位限界値回路３９０を含むことができる。これは、図１６に示す参照画像更新回路３００の第３の実施形態に関して以下でより詳細に述べる。
【０１６５】
この参照画像更新回路３００の第２実施形態においては、含まれていれば、参照画像選択回路３１０、系統変位誤差位置決定回路３２０、系統変位補佐値回路３３０、および系統変位誤差累積回路３４０は、一般に、上述したように動作する。従って、以下で述べることを除いて、これらの回路の詳細な説明は省略する。しかしながら、この第２実施形態において、参照画像選択回路３１０は、獲得された変位された画像うち、指定された１つを新しい参照画像として単に使用しない。むしろ、参照画像選択回路３１０が、いったん、１つ以上の制御パラメータに基づいて、獲得された変位された画像が候補参照画像であることを最初に決定すると、その最初の候補画像は、現在の候補参照画像として格納され、それとともに、その候補の新しい参照画像に対する１つ以上の決定されたサブ画素変位、および／または、実行されれば、決定されたサブ画素変位に関連する系統変位誤差が格納される。
【０１６６】
制御パラメータが、それぞれの後に獲得された変位された画像に対し、現在の変位された画像が使用されることができないことを示すまで、その追加候補画像は格納され、それとともに、その候補の新しい参照画像に対する１つ以上の決定されたサブ画素変位、および／または、実行されれば、決定されたサブ画素変位に関連する系統変位誤差が格納される。
【０１６７】
いくつかの実施形態において、それぞれの追加候補画像が獲得されるとすぐに、候補参照画像選択回路３５０は、サブ画素変位または総累積系統変位誤差などの１つ以上の制御パラメータに基づいて、追加候補画像または格納された候補の新しい参照画像のいずれか１つを選択する。そして、選択された候補は現在の候補参照画像として格納される。これは、上記制御パラメータが獲得すべき追加候補画像がこれ以上ないことを示すまで、続く。そのとき、参照画像選択回路３１０は、コントローラ２１０に対して、現在の候補画像を新しい参照画像として特定する。
【０１６８】
これら実施形態において、サンプリングレート制御回路３８０を、以下に概説するように、次の変位されたすなわち候補画像のためのサンプル時間を制御するのに使用することができることは評価されるべきである。この場合、その候補画像が参照画像選択回路３１０によって使用される基準に非常に密接に合致するであろう。また、変位限界値回路３９０を、図１６で以下に概説するように、獲得すべき追加候補画像がこれ以上ないことを決定するのに使用することができることは評価されるべきである。
【０１６９】
他の実施形態においては、追加候補画像の全てが格納されるように集められる。次に、制御パラメータが一旦、獲得すべき追加候補画像がこれ以上ないことを示すと、候補参照画像選択回路３５０は、上で概説したように、追加候補画像と現在の候補画像の全てのセットの１つを新しい参照画像として選択する。そのとき、参照画像選択回路３１０は、現在の候補画像を新しい参照画像としてコントローラ２１０に対して特定する。
【０１７０】
これらの他の実施形態において、サンプリングレート制御回路３８０を、以下に概説するように、急速にいくつかの候補画像を生成するのに使用することができることは評価されるべきである。この場合、それらの候補画像の１つは、参照画像選択回路３１０によって使用される基準に非常に密接に合致するであろう。また、変位限界値回路３９０を、図１６で以下に概説するように、獲得すべき追加候補画像がこれ以上ないことを決定するのに使用することができることは評価されるべきである。
【０１７１】
図１６は図１３の参照画像更新回路３００の第３実施形態の具体的な構成例を示すブロック図である。図１６に示すように、参照画像更新回路３００は、参照画像選択回路３１０、許容値回路３６０、トリガ回路３７０、サンプリングレート制御回路３８０および変位限界値回路３９０を含む。
【０１７２】
この第３の実施形態において、動作において、参照画像を更新するための１つ以上の制御パラメータ向けの目標値を確立するために、コントローラ２１０は、信号線２１６および２１８を経て参照画像更新回路３００の変位限界値回路３９０に制御信号を出力する。変位限界値回路３９０は、現在の変位された画像部分のアレイが現在の参照画像のフレーム内に残存することを保証する現在の参照画像に対する変位限界値を確立する。変位限界値は、例えば、アレイ上の幾何学上限界値に加えられた１つの最大速度緩衝領域として、または、アレイ上の幾何学上限界値が加えられた実際の速度緩衝領域として確立することができる。
【０１７３】
次に、コントローラ２１０は、制御信号を許容値回路３６０に送る。ここで、許容値は、対応する画像が更新後の画像としてまだ使用されている変位に対するプラスまたはマイナスの目標値に対応する値に対してセットされる。例えば、許容値回路３６０における許容値は、予測されたまたは実際の速度とサンプリングレートに基づいて動的に決定することができる。
【０１７４】
現在の変位された画像に対する変位値が求められた後に、コントローラ２１０はトリガ回路３７０に制御信号を出力する。応答において、トリガ回路３７０は、参照画像部分２４２からの現在の参照画像に対する１つ以上の制御パラメータに対する目標値と現在の変位された画像に対する１つ以上の制御パラメータの値とを入力する。パラメータが実行した特定の制御によって、信号生成／処理回路２００の回路２１０〜２８０の１つ以上から、現在の変位された画像に対する１つ以上の制御パラメータの値を得ることができる。代わりに、または追加で、トリガ回路３７０は、自身で、現在の変位された画像に対する１つ以上の制御パラメータのために１つ以上の値を決定する。
【０１７５】
１つ以上の制御パラメータ向けの目標範囲および値の全てがいったんトリガ回路３７０に利用可能になると、トリガ回路３７０は、現在の参照画像向けのそれぞれの制御パラメータ値をその制御パラメータ向けの対応する目標範囲と比較する。その比較に基づいて、トリガ回路３７０は、信号生成／処理回路２００で実行される更新処理を引き起こす必要があるか否かを決定する。信号生成／処理回路２００で実行される特定の更新方法によって、トリガ回路３７０は、コントローラ２１０かサンプリングレート制御回路３８０の１つ以上にトリガ信号を出力する。
【０１７６】
例えば、上述したように、単一のまたは即座の更新方法が実行されるならば、コントローラ２１０は、トリガ回路３７０からのトリガ信号に応答して、現在の画像部分２４４で開始される現在の変位された画像向けの画像データを現在の参照部分２４２にコピーし、それと共に、位置累積器２８０で開始される現在の変位をコピーする。
【０１７７】
これに対し、最良の候補方法が信号生成／処理回路２００で実行されるならば、コントローラ２１０は、トリガ回路３７０からのトリガ信号に応答して、位置累積器２８０で開始される変位と共に保存されるように、現在のイメージ部分２４４で現在の変位された画像にマークする。そして、次の変位された画像が獲得され、解析された後に、コントローラ２１０は、トリガ回路３７０に信号を出力する。応答において、トリガ回路３７０は、現在の最良候補変位された画像と現在の変位された画像向けの制御パラメータの値を比較し、いずれの画像が新しい最良候補変位された画像であるかを決定する。トリガ回路３７０は、コントローラ２１０に信号を出力し、現在の画像部分２４４に格納された２つの変位された画像のいずれが現在の最良候補変位された画像として保持されるべきであるかを、その変位値と共に示す。
【０１７８】
信号生成／処理回路２００が制御可能なサンプリングレート方法を実行するならば、サンプリングレート制御回路３８０は、現在の画像部分２４４に格納されている現在の変位された画像の１つ以上の制御パラメータ向けの値に基づいて所望のサンプリングレートを決定し、決定されたサンプリングレートをコントローラ２１０に出力する。応答において、コントローラ２１０は、サンプリングレート制御回路３８０によって決定されたサンプリングレートに基づいて光源ドライバ２２０に対する制御信号を生成する。もちろん、制御可能なサンプリングレート方法が実行されないならば、サンプリングレート制御回路３８０を省略することができる。
【０１７９】
信号生成／処理回路２００が、制御可能なサンプルレートと最良候補サンプル画像を得るバーストモード方法の両方を実行するならば、トリガ回路３７０は、トリガ信号を、サンプリングレート制御回路３８０に出力する。応答において、サンプリングレート制御回路３８０は、バーストモードサンプルレート信号をコントローラ２１０に出力し、コントローラ２１０にバーストモードにおける信号生成／処理回路２００の光源ドライバ２２０と他の回路２３０〜２８０を動作させる。この場合、各獲得された変位された画像は、バーストモード中に、対応する変位と共に、現在の画像部分２４０に格納される。
【０１８０】
トリガ回路３７０は、最新の獲得された変位された画像が１つ以上の制御パラメータ向けの対応する目標範囲内にある１つ以上の制御パラメータ向けの値の全てを持たなくなるまで、トリガ信号をサンプリングレート制御回路３８０に出力し続ける。応答において、サンプリングレート制御回路３８０は、標準規格かデフォルトのサンプリングレートに対応するコントローラ２１０に信号を出力する。同時に、トリガ回路３７０は、格納された変位された画像の全てを分析し、現在の参照画像を置き換えるのに使用されるべき最良候補変位された画像を決定する。
【０１８１】
参照画像更新回路３００は、これらの実施形態に限定されることはなく、いかなる形態も取ることができ、実行されるために、図７に関して上で概説されたように、周知の方法で系統変位誤差を累積する、または、いくつかの置換え事象上で、累積系統変位誤差の量を減少させる傾向がある方法で系統変位誤差を累積するための様々な技術を許容する回路またはソフトウェアを含むことができる。
【０１８２】
信号生成／処理回路２００は、様々な実施形態において、プログラムされたマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラと周辺の集積回路要素を用いて実行される。しかしながら、信号生成／処理回路２００は、また、プログラムされた汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ＡＳＩＣまたは他の集積回路、デジタルシグナルプロセッサ、離散要素回路などのハード・ワイヤード電子回路また論理回路、ＰＬＤ，ＰＬＡ，ＦＰＧＡ，ＰＡＬなどのプログラム論理装置などを用いて実行することができる。一般に、上で概説した１つ以上の方法を順番に実行することができる有限状態マシンを実行可能なデバイスは、信号生成／処理回路２００を実行するのに用いることができる。
【０１８３】
図１３においては、信号生成／処理回路２００のメモリ２４０は、可変の、揮発性または不揮発性メモリ、または非可変のまたは固定メモリの適切な組み合わせを用いて実行することができる。可変メモリ、揮発性または不揮発性のいずれかは、１つ以上のスタティックまたはダイナミックＲＡＭ、フロッピィー（Ｒ）ディスクとディスクドライブ、書込み可能であるか再書き直し可能な光ディスクとディスクドライブ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、メモリースティック（Ｒ）などを用いて実行することができる。同様に、非可変または固定メモリは、１つ以上のＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤＲＯＭなどの光学ＲＯＭディスクと関連ディスクドライブなどを用いて実行することができる。
【０１８４】
従って、信号生成／処理回路２００のコントローラ２１０、他の様々な回路２２０，２３０および２５０〜２８０と、参照画像更新回路３００の様々な回路３１０〜３５０とは、図１３〜１６に示すように、適当にプログラムされた汎用コンピュータ、マクロプロセッサまたはマイクロプロセッサの一部として実行することができる。代わりに、図１３〜１６に示されるそれぞれのコントローラ２１０、他の回路２２０，２３０，２５０〜２８０および３１０〜３５０は、物理的に異なったＡＳＩＣを含むハードウェア回路として実行されるか、またはＦＰＧＡ、ＰＤＬ、ＰＬＡ，ＰＡＬを用いて、または離散的な論理素子か離散回路要素を用いて実行することができる。信号生成／処理回路２００の回路２２０，２３０，２５０〜２８０の特定の形態と参照画像更新回路３００の回路３１０〜３５０の特定の形態は、当業者にとっては、設計上の選択であり、明白であって、断定できるものである。
【０１８５】
本発明は、上で概説された実施形態と関連して説明されたが、多くの代替手段、変更、および変形が当業者に明らかであることは、明白である。従って、上に詳しく説明される発明の実施形態は、限定するものではなく、説明的なものを意図する。発明の精神と範囲から逸脱しないで、様々な変更は可能である。
【０１８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブ画素単位の分解能を要求する画像相関システムにおける累積された系統誤差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スペックル画像に基づいた光学位置変換器１００のブロック図である。
【図２】第１の技術に従って相関値を生成するのに使用される現在の参照画像と変位された画像との関係と現在の参照画像と変位された画像の部分の一例を示す図である。
【図３】第２の技術に従って相関値を生成するのに使用される現在の参照画像と変位された画像との関係と現在の参照画像と変位された画像の部分の一例を示す図である。
【図４】第３の技術に従って相関値を生成するのに使用される現在の参照画像と変位された画像との関係と現在の参照画像と変位された画像の部分の一例を示す図である。
【図５】従来の乗法型相関関数による、第１および第２の画像が一連の画素変位で相殺されるときの第１および第２の画像の比較結果の一例を示す図である。
【図６】一連の画素上の系統変位誤差の一例を示す図である。
【図７】２つの画像間に発生する個々の系統変位誤差がそのような一連の画像上にどのように累積されるを表すグラフを示す図である。
【図８】本発明による参照画像を更新したときの累積系統誤差を減少させる方法の第１の実施形態の概要を示すフローチャートである。
【図９】本発明による１つ以上の制御パラメータを確立するための処理の実施形態をより詳細に示すフローチャートである。
【図１０】本発明による制御パラメータをセットするための方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図１１】本発明による制御パラメータをセットするための方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図１２】本発明による累積系統誤差を減少させるための方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図１３】図１に示す信号生成／処理回路２００の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１３の参照画像更新回路３００の第１実施形態の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１３の参照画像更新回路３００の第２実施形態の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１３の参照画像更新回路３００の第３実施形態の具体的な構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００  光学位置変換器
１０４  光学粗面
１２６  読み取りヘッド
１３０  光源
１６０  光検出器
２００  信号生成／処理回路
２１０  コントローラ
２４０  メモリ
３００  参照画像更新回路
【図１】
0004125541.tif 000004
【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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