(57)【要約】  本発明は、測定対象（２）の表面を光学測定する方法に関する。画像パターンが、画像生成装置（１）を用いて表示され、測定対象（２）上で、又は測定対象（２）を通して、反射、散乱、回折又は透過された画像パターンが、撮像装置（３）によって撮像される。本発明は、補正関数を用いることで、撮像装置（３）が撮像した、影響を受けた画像パターンが少なくとも実質的に一定及び／又は均質及び／又は線形の輝度を時間的及び／又は空間的に有するように、画像生成装置（１）を適合させて、表示された画像パターンを適合させることを特徴とする。本発明は、本方法を実施する装置に関する。
2020527225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象（２）の表面を光学測定する方法であって、
画像生成装置（１）により表示された画像パターンが、前記測定対象（２）上に投影され、前記測定対象（２）による反射、散乱、回折及び／又は透過による影響を受けた前記画像パターンが、撮像装置（３）を用いて記録され、
補正関数を用いることで、前記撮像装置（３）が記録した、前記影響を受けた画像パターンが、少なくとも実質的に一定及び／又は均質及び／又は線形の輝度を、時間的及び／又は場所的に示すように、前記画像生成装置（１）を適合させて前記表示された画像パターンを適合させることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記補正関数を用いることで、前記画像生成装置（１）のガンマ補正を、前記撮像装置（３）のガンマ補正に適合させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像生成装置（１）の不均質な輝度分布が、前記補正関数を用いることで補正されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記画像生成装置（１）により表示された前記画像パターンの、斜方視線（７）によって生じる不均質が、前記補正関数を用いることで補正されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の連続的に表示された画像パターンのそれぞれが少なくとも本質的に同じ全体的な輝度を有するように、一連の複数の連続的に表示された画像パターンのグレートーン分布及び／又は色分布が、前記補正関数を用いることで適合されることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記表示された画像パターンの幾何学的配置を、前記補正関数を用いることで前記画像生成装置（１）に適合させることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ルックアップテーブルが、前記補正関数として用いられることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
任意の数学関数が、前記補正関数として用いられることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
線形関数が、前記補正関数に重ねられることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補正関数が、１軸又は２軸で空間的に作用する、及び/又は、時間的に変化することを特徴とする、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記画像生成装置（１）が、プロジェクタ及び／若しくはモニタ及び／若しくはスクリーンを備え、
前記撮像装置（３）が、カメラを備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
画像パターンを表示する画像生成装置（１）と、前記測定対象（２）による反射、散乱、回折及び／又は透過による影響を受けた前記画像パターンを記録する撮像装置（３）と、を備えている、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の方法を実施する装置であって、
前記撮像装置（３）が記録した、前記影響を受けた画像パターンが、少なくとも本質的に一定及び／又は均質及び／又は線形の輝度を時間的及び／又は場所的に示すように、前記補正関数を介して前記表示された画像パターンを適合させる補正ユニット（４）を、前記画像生成装置（１）が有していることを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の表面を光学測定する方法に関し、画像生成装置が、測定対象上に投影される画像パターンを表示するために使用され、測定対象による反射、散乱、回折、及び／又は透過による影響を受けた画像パターンが、撮像装置によって記録される。
また、本発明は、画像パターンを表示する画像生成装置と、測定対象による反射、散乱又は透過による影響を受けた画像パターンを記録する撮像装置と、を備えて、測定対象の表面を光学測定する方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学表面測定を実施するために、画像処理方法が、しばしば用いられ、画像パターンが表面の影響を受け、影響を受けたその画像パターンがカメラで記録される装置が使用されている。
画像パターンは、例えば、照明スクリーンを介して、プロジェクタを介して、又は、ディスプレイモニタを使用してそれぞれ生成又は表示され、調査対象の表面上に投影される。
画像パターンは、調査される表面上での反射、散乱、回折、又は透過による影響を受け、影響を受けた画像パターンが、カメラで記録される。
この影響を受けた画像パターンは、次に、コンピューターで処理され、そこから測定結果が計算される。
既知のパターン特性と、測定対象の表面によって変化又は影響を受けた画像パターンとから、表面特徴に関する結論を導出可能である。
多くの場合、検査される表面特徴は、形状、幾何学形状、欠陥、欠落、又は、表面組織などである。
【０００３】
表面検査のための測定方法として、例えば、モアレ法、ストリップ投影法、又は、ディフレクトメトリ法が知られている。
パターンの表示によく使用されるのは、市販のプロジェクタ（ＬＣＤプロジェクタ）又はコンピューター画面又はテレビ画面である。
これらは、主に、消費者向けに設計されており、人間の目で見るのに適するように設計されている。
人間の目は、モニタの多くの客観的誤差を無意識に補正し、正しい画像表現を作成している。
一方、カメラは、グレートーンや色を検出するため、例えば、モニタの客観的な誤差も、結果の画像に含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測定画像の処理の１つの基本的な問題として、画像の輝度の時間的変化と、画像の輝度の場所的変化が挙げられる。
画像処理のダウンストリームアルゴリズムでは、これらの変化により、誤った測定結果を出すアーチファクトに繋がる場合がある。
さらに、これらの変化により、測定を不能にする可能性のある、画像又は画像セクションの露光過多又は露光不足が発生する可能性がある。
【０００５】
輝度の変化には、さまざまな原因がある。
問題の１つは、プロジェクタとモニタとが、カメラではなく、人間の目に適するように設計されていることである。
人間の目は、約０．３から約０．５のガンマ値を持つ一方、モニタのガンマ値は、それぞれ約２．２（Ｗｉｎｄｏｗｓ）と約１．８（Ｍａｃ）である。
画像処理用のカメラには、通常、ガンマ値＝１の線形ガンマ補正がなされている。
これにより、結果画像の輝度の値が非線形になり、正確な測定に使用できなくなる。
【０００６】
輝度が変化するさらなる理由は、使用するバックライト（エッジ型ＬＥＤ、全面ＬＥＤ、エッジ型冷陰極など）に輝度が依存するため、モニタの表面輝度が不均一になることである。
これにより、モニタは、画面の隅部よりも画面の中央部で明るくなることが多く、カメラの視線がモニタに入射する場所に応じて、画像の輝度が変化する。
【０００７】
さらなる問題は、モニタの放射特性が、主に人間が正面から見るために設計されている、という事実にある。
しかし、表面検査を行う際、モニタは、調査対象の表面を介することで間接的に観測するだけであるので、斜めからの観測が、必要になることがしばしばある（例えば、反射面に対するディフレクトメトリでは、入射角＝反射角が適用される）。
これにより、観測角度に応じた輝度変化が引き起こされる。
【０００８】
変化するよう設計された白黒パターン（例えば、変化するグレイコード）や、位相又は振幅が変化するグレートーンパターンなどの、変更可能な画像パターンを使用する場合、表面検査でさらなる不利益が発生する。
これにより、ある画像パターンから次の画像パターンに変更するときに、全体的な輝度（表面の輝度）が変化し、カメラに記録される輝度も変化する。
この場合、過変調しないようにカメラを調整する必要がある。
さらなる不利益とは、画像パターンの変化により、画像内の輝度が変化し、画像処理のアーチファクト（「太陽の位置」）につながる場合があることである。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、簡単な方法で正確な表面測定が可能になるように、冒頭で説明したような方法及び装置を、設計及び開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、前記目的は、請求項１の特徴を通じて満足される。
この方法は、補正関数を用いることで、前記撮像装置が記録した、前記影響を受けた画像パターンが、実質的に一定及び／又は均質及び／又は線形の輝度を、時間的及び／又は場所的に示すように、前記画像生成装置を適合させ、したがって、前記表示された画像パターンを適合させることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、画像生成装置によってそれぞれ生成又は表示された画像パターンの、時間的及び／又は場所的な輝度を特に対象とすることで、本発明の目的が満足可能であると、まず、認識された。
特に、補正関数が、画像生成装置によって表示又は示される画像パターンを適合させるために用いられる。
これにより、後続の画像処理ステップでアーチファクトを防止又は少なくとも減らすことができる。
【００１２】
この点において、「表示された画像パターン」の用語は、調査される表面上に投影される、画像生成装置によって表示された画像パターンとして理解される。
「影響を受けた画像パターン」とは、測定対象による反射、散乱、回折、又は透過による変化又は影響を受けた画像パターンである。
【００１３】
前記補正関数を用いることで、前記画像生成装置の前記ガンマ補正又はガンマ値を前記撮像装置の前記ガンマ補正又はガンマ値に、それぞれ適合させる。
この場合、画像生成装置には、撮像装置に適さない事前設定がしばしばなされている。
例えば、人間の目では、暗から明までの輝度がほぼ線形に増加するように、工場出荷時に輝度が調整されている。
いわゆる、ガンマ補正によって、より高いガンマ値を設定することで人間の目のガンマ値（０．３から０．５の範囲）を画像生成装置で強く補うことにより、線形の輝度の印象が生まれる。
それにもかかわらず、例えば、カメラなどの撮像装置は、画像処理に対してほぼ線形の応答動作（ガンマ値＝１）をするように既に設定されているため、撮像装置によって記録される画像パターンの輝度は、非線形になる。
グレートーンに基づいて計算する場合、例えば、非線形になることを考慮せずに平均化すると、誤った結果になる。
画像生成装置のガンマ補正又はガンマ値を、撮像装置のガンマ補正又はガンマ値に適合させることにより、グレートーンが、正しく変化する。
【００１４】
前記画像生成装置の不均質な輝度分布が、特に、前記補正関数を用いることで補正可能である。
画像生成装置、特に、モニタでは、様々な種類の背景照明を使用する。
全面ＬＥＤパネル、冷陰極エミッタ又はＬＥＤ又はエッジ（エッジ型ＬＥＤ）である。
光は、プラスチック製の光伝導パネルを用いることで、モニタ領域全体に可能な限り均一に分散される。
ただし、分散は、理想的ではなく、輝度が高い領域と低い領域とが存在する。
輝度のこの差は、測定可能であり、そこから補正関数を決定してもよい。
【００１５】
前記画像パターンの、斜方視線によって生じる不均質が、前記補正関数を用いることで補正可能である。
画像生成装置、特に、モニタは、正面から中央を観察するように設計されている。
したがって、輝度は、前方に向けての放射に対応して分布している。
測定の用途において、画像生成装置と、測定対象と、撮像装置とが、３次元で三角配置されることで、斜め方向からの視線もあり得るため、この設計基準は、しばしば満たされない。
したがって、撮像装置が取得する輝度の印象は、観測方向にも依存している。
画像生成装置、測定対象、及び画像撮像装置の配置が既知の場合、輝度は、（変化する可能性さえある）幾何学的配置に合わせて、補正関数を用いて適合されてもよい。
【００１６】
さらに、一連の連続的に表示された画像パターンの、グレートーン分布及び／又は色分布が、前記連続的に表示された画像パターンのそれぞれが少なくとも本質的に、同じ全体的な輝度を有するように、前記補正関数を用いることで適合される。
言い換えると、補正関数は、画像の内容に応じて個々の画像の輝度を補正可能である。
明るい画像（パターン内の白い部分が多い画像、例えば、白いブロックが多い、又は画像内で最大値と最小値が変化する正弦パターンを有する、グレイコード）の場合、連続する画像が同じ全体的な輝度になるように、グレートーンを補正できる。
【００１７】
さらに、補正関数を使用して、画像生成装置への又は画像生成装置での画像パターンの幾何学的配置を適合可能である。
例えば、正弦波の画像パターンを変更することで全体的な輝度を少なくともほぼ同じに維持するように、正弦波の画像パターンの幅をモニタの幅に合わせることができる。
【００１８】
補正関数は、必ずしも数学関数である必要はない。
例えば、ルックアップテーブルを補正関数として用いてもよい。
このようなテーブルを用いると、入力値が出力値にマッピングされるため、入力に応じて補正された出力値が生成される。
さらに、補正関数は、画像生成装置の物理的特性に依存してもよい。
例えば、モニタの内部ガンマ値は、ファームウェア内のルックアップテーブル（ＬＵＴ）によって実現される。
ファームウェアは、輝度を所望の印象にするために、ＬＵＴからの値を使用してコンピューターで信号が計算されるように、モニタ上にグレー値を表示する。
例えば、補正関数は、モニタファームウェア内に、補正されたＬＵＴとして実施され、グレートーンを線形に変化させる。
【００１９】
補正関数が、画像生成装置の（設計上の）輝度分布に依存してもよい。
したがって、例えば、画像生成装置の中央部の輝度は、位置依存性の補正関数、例えば、補正多項式又はｎ次の多項式を介して低減されてもよい。
したがって、この場合、補正関数は、数学関数である。
画像生成装置により表示される画像は、画像パターン表示が画像生成装置、例えば、モニタの表面全体に均一な分布を有するように、縁に沿って明るく、中央で暗くしてもよい。
【００２０】
言い換えると、補正関数は、入力値に応じて補正された出力値を提供する任意の数学関数であり、必要に応じて線形関数を重ね合わせることが考えられる。
数学関数は、空間的及び／又は時間的に変化可能な関数であってもよい。
空間関数を使用すると、例えば、画像生成装置上に表示される画像内の輝度の差を１方向又は２方向、つまり、１次元又は２次元（フラット）に変化可能である。
時間的に変化する関数を用いると、連続する画像の輝度変化を適合させることができる。
前記補正関数が、１軸又は２軸で空間的に作用する、及び/又は、時間的に変化可能である。
【００２１】
特に、前記画像生成装置が、前記画像パターンを描くプロジェクタ、モニタ、若しくは、スクリーンを備え、及び／又は、前記撮像装置が、影響を受けた画像パターンを記録するカメラを備える。
【００２２】
さらに、議論の目的は、請求項１２の特徴によって満足される。
したがって、画像パターンを表示する画像生成装置と、前記測定対象による反射、散乱、回折及び／又は透過による影響を受けた前記画像パターンを記録する撮像装置と、を備える、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の方法を実施する装置であって、前記撮像装置が記録した、前記影響を受けた画像パターンが、少なくとも本質的に一定及び／又は均質及び／又は線形の輝度を時間的及び／又は場所的に示すように、補正関数を介して前記描かれた画像パターンを適合させる補正ユニットを、前記画像生成装置が有することを特徴とする。
【００２３】
本発明による方法に関する上述の特徴は、装置に関連する形態を有してもよい。
これらの特徴と装置の請求項に関する特徴との組み合わせは、可能であるだけでなく、有利であり、明らかに本開示の一部である。
【００２４】
ここで、有利な態様で本発明の教示を実施し、さらに発展させるための様々な可能性が存在する。
一方では、請求項１に続く請求項を参照し、他方では、図面による本発明の実施形態の以下の説明を参照されたい。
図面による本発明の実施形態の説明と併せて、一般的に、実施形態及び教示のさらなる発展についての説明がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の方法を実施する装置の実施形態の概略図である。
【図２】測定対象上に投影された画像パターンの記録である。
【図３】図２の記録から計算された曲率図である。
【図４】画像生成装置として機能するモニタの輝度分布である。
【図５】図４による輝度分布の補正関数である。
【図６】画像生成装置として機能するモニタの表面に広がる、正弦波画像パターンである。
【図７】図５による補正関数によって変化した、図６の正弦波画像パターンである。
【図８】本発明の方法によって最適化された曲率図である。
【図９】画像生成装置として機能するモニタの幅にわたる、正弦波強度分布である。
【図１０】画像生成装置として機能するモニタの幅にわたる、適合されていない強度分布である。
【図１１】測定対象の表面からの反射後の、画像生成装置として機能するモニタの幅に適合していない、４つの正弦波強度分布である。
【図１２】変調図における、図１１から生じる強度の一例である。
【図１３】振幅図における、図１２から生じる強度の一例である。
【図１４】適切な補正関数が選択された、市販のモニタのガンマ値である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の方法を実施するための、本発明による装置の概略図を示している。
この装置は、画像生成装置１、例えば、モニタを含む。
画像生成装置１は、測定対象２上に投影される画像パターンを描く。
例えば、測定対象２は、表面が光学測定される、塗装された自動車であってもよい。
さらに、装置は、図１に視線７が示されている撮像装置３（特にカメラ）を含む。
撮像装置３は、測定対象２上で反射、散乱、回折及び／又は透過による影響を受けた画像パターンを記録する。
測定対象２上に投影される画像パターンを最適化する画像生成装置１は、補正ユニット４を含む。
【００２７】
位相シフトディフレクトメトリなどの光学表面測定では、例えば、検査される測定対象２の表面上で反射する正弦ストリップを用いて、モニタなどの画像生成装置１上に表示される画像パターンを記録する必要がある。
撮像装置３として機能するカメラのピクセルごとに、描かれた正弦パターンの振幅及び位相位置が、影響を受けて記録された画像パターンから計算される。
記録された画像パターン内の正弦波の振幅が顕著であればあるほど、計算結果は、より安定し、信号の定義が弱いと、測定ノイズが増加する。
【００２８】
記録パラメータ（例えば、露光時間）を変更することにより、弱く定義された信号を最適化することが可能である。
しかし、カメラ３のダイナミックレンジを超えないように、記録パラメータを選択する必要がある。
カメラ３は、通常、０から２５５の範囲のグレートーンを提供し、測定表面内において、２５５の値を超えてはならない。
このような過飽和が起こると、正弦波の上部欠落につながるため、その位相位置を明確に決定できなくなる。
【００２９】
理想的には、記録された正弦パターンは、０から２５５の全範囲をカバーする。
実際には、これは、次の理由により不可能である。
【００３０】
測定対象２の調査表面に応じて拡散反射が起こるため、描かれた正弦パターンは、直接反射されるだけではない。
むしろ、結果は、より低いグレー値になり、これは、モニタ１の輝度の放射量の２次元の平均からなる。
【００３１】
動作中、影響を受けて記録された画像パターン内の散乱を考慮する必要がある。
したがって、装置をセットアップする際に、対応するフリーギャップを上方に常に残すように注意する必要がある。
【００３２】
セットアップの労力を最小限に抑えるために、測定対象２としての自動車を、同じパラメータで完全にカバーするために必要な測定位置を記録すると、有利である。
個々の位置で車両の形状が変化することも、記録された画像パターンの強度に影響を与えるため、適宜考慮する必要がある。
【００３３】
図２は、グリップ凹部の領域における、自動車の塗装されたドアの一部の例を用いて、影響を受けた画像パターンとしてのストリップパターンの反射の記録を示している。
この例では、記録パラメータが正しく設定されている。
それにもかかわらず、記録された画像パターンの個々の領域の正弦パターンのコントラストに差異があることが、はっきりと視認できる。
第１領域５は、次の特性を有する記録された画像パターンの、最も明るい領域を示す。
【００３４】
記録された画像パターンが飽和していない。
つまり、すべてのグレートーンが、２００未満であり、つまり、２５５の上限までの充分なギャップがある。
【００３５】
最も暗いピクセルのグレートーンが、約１３０である。
つまり、正弦は、７０のグレートーン振幅で表され、これは、充分である。
【００３６】
対照的に、第２領域６では、正弦ストリップは、もはや、充分なコントラストを示していない。
これにより、計算された曲率図にノイズが発生する。
図３は、図２でマークされた第２領域６とともに、図２のドア部分の曲率図を示している。
輝度が、この位置において、領域の残りの部分と比較して著しく低下している。
【００３７】
この輝度低下の理由として、測定対象２の表面は除外可能である。
均一に塗装されており、どこでも同じように反射している。
むしろ、以下の要因が主に考慮されるべきである。
【００３８】
画像生成装置１として使用されるモニタの輝度分布の不均一性：一般的に使用されるモニタ１は、中央部と比較して、端部で輝度が２０％から５０％低下する。
【００３９】
モニタ１の輝度放射の角度依存性：撮像装置３として機能するカメラ３の視線７がモニタ１に入射する角度が小さいほど、カメラ３で記録できる強度が低くなる。
【００４０】
図２及び図３で示される、マークされた第１領域５、第２領域６を互いに比較すると、両方の現象が組み合わさることで、輝度の低下が観測されている。
【００４１】
エリア１：
【００４２】
カメラ３は、反射光の強度が最も高い、モニタ１の中央領域の反射を観測している。
【００４３】
カメラ３の視線７は、モニタ１上に比較的垂直に入射している。
【００４４】
エリア２：
【００４５】
カメラ３は、モニタ１の隅部の１つの反射を、対応して減少した強度と共に観測している。
【００４６】
カメラ３の視線７は、比較的小さな角度でモニタ１に入射している。
【００４７】
本発明による方法及び本発明による装置により、記録され影響を受けた画像パターンが均一な輝度分布を示すように、記録状況が最適化される。
【００４８】
解決策の基本的な考え方は、モニタ１上に表示される正弦パターンを、上述の影響が最小になる程度に補正することである。
図２の画像を記録するために、モニタ１のすべてのピクセルの正弦パターンが、０から２５５のグレートーンの最大有効振幅で示されている。
しかし、既に述べたように、記録には、１３０から２００の間のグレートーンのみが含まれている。
これは、とりわけ、表面の拡散反射によっても引き起こされ、このことが、ゼロに近い又はゼロに等しいグレートーンである、完全な黒が存在しない理由である。
したがって、本発明によれば、記録を改善するために、正弦値に補正値を乗じて、場所により変化するモニタ１の輝度を均一化する。
【００４９】
モニタ１の隅部：
最も暗い、０から２５５の全範囲を使用する必要があり、つまり、係数は、１である。
【００５０】
モニタ１の中央部：
最も明るい（例えば、隅部より１００％明るい）、
正弦値に係数０．５を乗ずる、
０から１２７の間の範囲が使用される。
【００５１】
モニタ１の中央部の輝度を下げることにより、過飽和のリスクなしに露光時間を長くすることが可能であり、モニタ１の隅部において、記録されたコントラストが増加する。
【００５２】
まず、モニタ１上に表示される白色画像の記録から、輝度分布の形状が決定される。
図４は、モニタ１上の位置に対するモニタ１のグレートーンを示している。
幅８が１９００ピクセル、高さ９が１０８０ピクセルのモニタ１が示されている。
図４のｚ軸１０は、１１０から２３０の範囲で存在しているグレートーン１１を示している。
モニタ１は、中央部で最も明るい一方、輝度は、隅部に向かって急激に低下している。
【００５３】
このことから、２次元の補正多項式を補正関数として取得することができる。
この補正多項式により、必要な係数を各ピクセルに対して計算することができる。
補正領域の式は、使用する個々のモニタ１の種類に依存する。
両方向に明確な対称性を有する、４次までの多項式が、実際の用途で有利であることが、証明されている。
【００５４】
図５は、補正関数、つまり、モニタ１の輝度表現を補正するｘ方向及びｙ方向の補正値を示している。
この補正の目的で、モニタ１上に表示される画像パターンのグレートーンが乗算される。
通常、理想的な正弦波が描かれる。
【００５５】
図６は、モニタ１の高さにわたる正弦ストリップ１２を示している（ｘ方向では、正弦パターン、ｙ方向では輝度が一定）。
補正後の結果は、図７に示すような補正されたグレートーンを有する、モニタ１の表面全体で適合された正弦波１３である。
中央部の最大輝度は、隅部と比較して低下している。
その結果、モニタ１の表面全体にわたる、画像パターンの輝度分布が均一になる。
【００５６】
開始にあたり、補正多項式を決定する前述の方法により、モニタ１の不均一な輝度分布のみが均質化される。
モニタ１の角度依存性の輝度放射によって生じる追加効果を、輝度分布を過剰補正することで、減少させてもよい。
つまり、中央部が隅部と同じ輝度で描かれるように係数を決定するのではなく、隅部を中央部より意図的に明るく表示してもよい。
これは、隅部の輝度低下が約２５％しかない、より最近の設計のモニタ１で実施可能である。
【００５７】
モニタ１の輝度分布を過剰に補正することにより、モニタ１の中央部が過飽和するリスク無く、モニタ１の隅部の信号を改善可能である。
分析された例では、露光時間を再び増やすことさえ可能である。
【００５８】
図８に示すように、重要な領域でノイズレベルが大幅に減少し、はっきりと改善されている。
これにより、第２領域６でも、測定値の均一な、ノイズのない、又は完全な分布が生じる。
【００５９】
完全に類似した方法で、観測角度に依存する輝度分布を補正することが可能である。
そのために、カメラ３が測定対象２の反射面を観測する方位角と極角を補正関数として利用することが可能であろう。
これに必要な正弦、余弦（又は正接のそれぞれ）の三角関数の代わりに、モニタ１の幅又は高さのそれぞれのみに依存する線形関数を、最初の近似の補正関数として使用可能である。
例えば、ＬＵＴを使用するなど、さらなる補正関数も同じ態様で可能である。
【００６０】
以下は、本発明による方法の実施形態を構成する、位相計測ディフレクトメトリの数学的基礎を説明する。
【００６１】
位相シフトディフレクトメトリの拡張評価
【００６２】
正弦ストリップがサンプリングされる等距離ノードの数ｋ（ｋ＞２）とは無関係に、各ピクセル（ｘ、ｙ）に対して３つの独立した情報が評価される（方程式を参照）。
この目的のために、例えば、４つの画像（Ｉｋ、ここでｋ＝１．．４）が記録され、各ストリップは、等距離の位相長さψｋ（位相シフト９０°）を有する。
これらの画像（Ｉｋ（ｘ、ｙ））から次の画像を計算できる：
【００６３】
位相画像：
【数１】
2020527225.tif 000003
【００６４】
位置ごとに取得された位相画像は、対象の傾斜に関する情報をもたらす。
いわゆる「勾配画像」は、例えば、へこみ、こぶ、塗料垂れなどの複数の表面欠陥を評価するのに適している。
微分することで、「勾配画像」は、「曲率図」に変更され、「曲率図」では、定義されたエッジを有する特に小規模な幾何学的欠陥が明確に視認可能である。
この例として、空洞、斑点、欠け、傷が挙げられる。
【００６５】
グレートーン画像：
【数２】
2020527225.tif 000004
【００６６】
第２の情報チャネルであるグレートーン画像は、位相シフトされたベース画像と合成することで、ノイズが特に低くなる。
【００６７】
変調画像又はコントラスト画像（ｍ、グレートーン画像に関して正規化された振幅）：
【数３】
2020527225.tif 000005
【００６８】
振幅
【数４】
2020527225.tif 000006
【００６９】
３番目の情報チャネルである変調画像は、正弦波が特定の位置にどれだけ強く存在するかを表し、表面の場所的な光沢レベルを表す。
この表現により、マット領域に関する重要な情報、例えば、汚れ、傷、コーティングの欠陥などが提供される。
【００７０】
図９は、１０００ピクセルのモニタ１の幅にわたる正弦波強度分布を示している。
この例では、モニタ１の幅は、正弦波の進行量の整数倍であり、これにより、モニタ１の全幅にわたる輝度の平均値（図９で＋／−１に正規化）が、正確にゼロになる。
【００７１】
図１０は、モニタ１の幅にわたって適合されていない正弦波強度分布を示している。
この例では、モニタ１の幅は、正弦波の進行量の整数倍ではなく、モニタ１の幅全体にわたる輝度の平均値がゼロに等しくならない。
【００７２】
輝度の平均値が、ゼロに等しくないことで、特に、部分反射及び拡散散乱する物体表面からの個々の画像を記録する際に、基本輝度に変化が生じる。
光の反射部分（本質的には、当初の正弦パターン）は、拡散散乱部分（本質的には、表示さたパターンの平均輝度）にわたって付加的に重ねられる。
【００７３】
図１１は、測定対象２の表面からの反射後の、モニタ１の幅に適合していない４つの正弦波強度分布を示している（つまり、本質的には、カメラ３が記録した画像である）。
正弦波強度分布の各位相は、９０°オフセットされ、これは、位相計測ディフレクトメトリを用いる場合に当てはまる。
ここで、位相シフトの原理により、個々の記録は、正弦波の進行量の異なる部分を描いている。
図１０に示す効果により、まず、モニタの幅全体での個々の正弦パターンの平均輝度表示が変化していることが導かれる。
そして、反射の拡散部分と重ね合わさると、各画像パターンの平均輝度が、オフセットされる。
こうすることで、結果として得られる変調画像（方程式３）又は振幅画像（方程式４）にそれぞれ輝度の変化が生じる。
適合された正弦波表現では、変調画像又は振幅画像はそれぞれ一定の輝度を示す。
方程式３と方程式４は、それぞれ４つの画像の強度Ｉ１からＩ４を含む。
それぞれが、９０°位相シフトされ、幅に適合した４つの正弦波を足し合わせると、モニタ１の値は、（幅全体で）一定になるであろう。
これは、図１２と図１３に破線で示されている。
しかし、適合されていないと、正弦波ベースの変調（変調画像の場合は、図１２、振幅画像の場合は、図１３）が発生する。
この変調は、好ましくない正弦パターンを選択することで生じ、測定表面の拡散散乱部分と合わさって、得られる測定データの誤った解釈につながる。
【００７４】
正弦表示をモニタ１の幅に適合させる補正関数を用いることで、この意図しない効果を回避可能である。
上記の説明は、モニタ１の高さにも等しく適用される。
【００７５】
図１４は、市販のモニタ１のガンマ値を示している（実線）。
モニタ１上の輝度表示に対して適切に選択された補正関数（長い破線）を使用すると、結果画像（短い破線）の輝度の線形に関する印象を調整できる。
【００７６】
本発明の実施形態の説明において、繰り返しを避けるために、特許請求の範囲を参照されたい。
【００７７】
最後に、本発明による方法及び装置の実施形態は、特許請求される教示の説明として言及され、前記教示は、実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・画像生成装置
２・・・測定対象
３・・・撮像装置
４・・・補正ユニット
５・・・第１領域
６・・・第２領域
７・・・視線
８・・・幅
９・・・高さ
１０・・・ｚ軸
１１・・・グレートーン
１２・・・ストリップ
１３・・・適合された正弦波
【図１】
2020527225.tif 000007
【図２】
2020527225.tif 000008
【図３】
2020527225.tif 000009
【図４】
2020527225.tif 000010
【図５】
2020527225.tif 000011
【図６】
2020527225.tif 000012
【図７】
2020527225.tif 000013
【図８】
2020527225.tif 000014
【図９】
2020527225.tif 000015
【図１０】
2020527225.tif 000016
【図１１】
2020527225.tif 000017
【図１２】
2020527225.tif 000018
【図１３】
2020527225.tif 000019
【図１４】
2020527225.tif 000020
【国際調査報告】
2020527225.tif 000021
2020527225.tif 000022
2020527225.tif 000023
2020527225.tif 000024
2020527225.tif 000025
2020527225.tif 000026