ストロボ照明方法、ワーク画像取得方法、照明装置、ワーク画像取得装置
【課題】各光源の光パルスパターンを調整することで、所望の均一強度でストロボ発光される複数の光源の各々の光度を調整する照明方法を提供する。
【解決手段】ストロボ継続時間にかけて対象物を照明するために、全ての光源が制御される。光パルスパターンは、様々な方法で形成したマイクロストロボ発光される光パルスパターンであってよい。この照明方法を使用することにより、画像取得の最中に対象物が移動しているか否かにかかわらず、物体上のエッジ強度プロフィールの形状を保存でき、精密なエッジ位置測定を可能にする。
【解決手段】ストロボ継続時間にかけて対象物を照明するために、全ての光源が制御される。光パルスパターンは、様々な方法で形成したマイクロストロボ発光される光パルスパターンであってよい。この照明方法を使用することにより、画像取得の最中に対象物が移動しているか否かにかかわらず、物体上のエッジ強度プロフィールの形状を保存でき、精密なエッジ位置測定を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はストロボ照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造工程を通過するワークを検査するために画像検査システムが幅広く使用されている。
画像検査システムは、例えばカメラを使用してワークの画像を取得し、取得した画像を画像処理して、この画像内において対応する部位のエッジを識別することでワークの寸法を点検する。
【０００３】
多数の画像データでエッジが検出される位置は、画像取得中のワーク照明に大きく依存する。
エッジアーティファクト（不適切な位置でのエッジ検出）またはエッジシフティング（エッジ検出位置の変動）は、ワークの不適切な照明に起因する照明固有の投影によって生じる可能性がある。
多くの場合、生産性増加の目的で、画像取得の最中でさえも、ワークは移動状態に保たれる。
そして、移動によって生じる画像の不鮮明さを最小化するための付加機能が照明システムには必要とされる。
このような要因によって、画像内においてエッジを検出できる精度、および/または、画像取得中に許容される速度が制限されてしまう。
そのため、ワーク照明技術の改善が非常に望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ストロボ照明は、画像取得中におけるワークの移動によって生じるぼやけを最小化するために使用できる。
例えば、短いストロボ継続時間はワーク移動の「フリージング」効果を生み、例えばカメラは、１回のストロボ発光ごとに１つの画像を取得することができる。
ワークを照明する光源をその最大可能強度で発光させれば、その照明強度によって決定されるＣＣＤカメラの積分時間、または少なくとも、照明強度によって決まる効率的な露光時間を最短化することはできると考えられる。
しかし一般的には、ワークの不適切な照明によって、エッジアーチファクト（不適切な位置でのエッジ検出）またはエッジシフティング（エッジ検出位置の変動）が生じる可能性があるため、照明システムの光源の全てを上述したようなその最大可能強度で発光させることは不可能である。
ワークの不適切な照明には、ワークに照明するために使用された様々な光源からの光度の不適切な混合が含まれる。
したがって、アーティファクト（エッジ検出ミス）を後の処理で除去するのでなければ、アーティファクトを少なくするために、光度の適切な混合が維持されなければならない。
【０００５】
残念ながら、光源を最大強度未満で発光させると、望ましくない光源の振る舞いが生じる可能性がある。
例えば、光源を、ゼロ強度と最大強度の間の中間である特定の強度でストロボ発光することは難しい。
さらに、周波数スペクトル等の光源特徴が発光強度に依存して変化してしまうこともある。
検査システムと共に使用する光学システムは著しい周波数感度を有し、この周波数感度は精密画像検査システムの公称精度に非常に関係してくる。
そのため、スペクトル出力の変動によって、望ましくないアーティファクト（エッジ検出ミス）、画像誤差、および/または測定誤差が生じる可能性がある。
【０００６】
さらに、ストロボ発光によってなされるワーク移動の「フリージング」は、ワーク移動速度が増加し、ストロボ継続時間が増加するに従って、不完全になっていく。
これは、画像内における一ピクセル単位よりもさらに精密な精度でエッジ位置を決定する場合に特に顕著である。
さらに、多くの用途において、移動していないワークの画像から得たものと可能な限り同じエッジ位置測定値をストロボ発光された画像から取得することが望ましい。
そして、ストロボ継続に実用的な最小時間と増加し続けるワーク速度を考慮すると、ストロボ発光された画像内に生じた不鮮明さに起因するエッジシフティングを補正する方法で、ストロボ発光を実現することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの状況を考慮し、例えば、オン状態とオフ状態の間で光源をストロボ発光するといったように、制御可能な２つの強度の間でストロボ発光された光源の光パルスパターンを調整することにより、各光源の時間平均光度を調整するワーク照明技術が提供される。
【０００８】
本発明によれば、全ての光源を制御して、各ストロボ継続時間全体にかけてワークを均一に照明する。ストロボ継続時間全体にかけて様々な光源の時間平均光度の正確な混合を達成するために、マイクロストロボ発光によって光源の光度を制御することで、各光源の時間平均強度を制御する。
【０００９】
本発明によれば、マイクロストロボ光パルスパターンを設定することにより、各光源の時間平均強度の制御を行う。
【００１０】
本発明によれば、各光源のマイクロストロボ光パルスパターンは、ストロボ継続時間全体にかけて均一である。
【００１１】
本発明によれば、マイクロストロボ光パルスパターンは、マイクロストロボ発光デューティサイクルを設定できる。
【００１２】
本発明によれば、マイクロストロボ光パルスパターンは、一定のパルス継続時間と共に使用されるマイクロストロボ発光反復率を設定することで、マイクロストロボ発光反復速度が設定される。
【００１３】
本発明によれば、画像露光中に、様々な光源の各時間平均光度を用いることが望ましい。
各光源からはそれぞれの最高の時間平均強度を得るのが望ましいところ、ストロボ継続時間中、各光源は最高密度の光パルスパターンで制御される。
同じストロボ継続時間において、その他の光源は、比較的低い密度の光パルスパターンで発光制御され、望ましい時間平均光度を提供する。
【００１４】
本発明の別の形態によれば、各光源の時間平均光度は、この同じストロボ継続時間全体にかけてほぼ均一である。
【００１５】
本発明の別の形態によれば、画像の露光中に、様々な各光源から、それぞれ全体照明エネルギーを得ることが望ましい。
各光源からは、最高の照明エネルギーを得ることが望ましいところ、最小ストロボ継続時間は、最大密度光パルスパターンにて光源が発光制御される。
そして、同じストロボ継続時間全体において、他の光源を比較的より低い密度の光パルスパターンで発光制御することで、全体照明エネルギーを均一に分布させる。
【００１６】
本発明によれば、同じストロボ継続時間全体において、各光源の全体照明エネルギーを均一に分布させる。
【００１７】
本発明の別の形態によれば、ストロボ発光中のワーク速度との関係において、ストロボ継続時間の割合に相当する時間が画像に関連してラッチされた位置の値を補正するのに使用される。
その画像内の不鮮明なエッジ位置との関係において、このラッチされた位置の値が、ワークのエッジ座標を決定するのに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
マイクロストロボ発光は、あらゆる画像測定機照明システムに適用でき、望ましい高精度の光特性を得ることができる。
例えば、図１には、マイクロストロボ発光技術を適用した例証的な照明システムを示す。ワーク１４０は、透明ステージ１０２のような移動機構の上に配置されている。
透明ステージ１０２は、Ｘ-Ｙステージの透明部分と、透明コンベアベルト等を備えている。
ステージ照明１５０、リング型照明１１０、落射照明１３０が、ハーフミラー１２０と共にワーク１４０を照射する。
光検出器１００、例えば、デンマーク・コペンハーゲンのＪＡＩ社製のＣＶ−Ａ１−２０ ＣＣＤカメラは、ワーク１４０から反射された光を取得して画素列形式の画像を形成し、例えばこれを処理することにより、ワーク１４０の関連する特徴を識別および検査することができる。説明のため、照明および画像化コンポーネントに対するワークの公称移動方向１０４を図１のｘ軸に沿って示している。
【００１９】
図２には、ワーク１４０の側面図１４１と頂面図１４２を示す。
この図面中で、頂面図１４２は、ワーク１４０の頂部角で形成され、不透明な台形ブロックの幅に沿ってのびている少なくとも２つのエッジ１４４、１４６を示している。この例では、リング型照明１１０と落射照明１３０によって生成された光が、ワーク１４０の頂面と角度付けされた側面とによって、光検出器１００の方向に反射または拡散反射されると同時に、ステージ照明１５０から発せられた光がワーク１４０によって遮断される。光検出器１００が検出した光度は、強度レベルＡ、Ｂの間の強度ステップと同様にエッジ１４４、１４６を示すｘ軸方向に沿って、公称強度プロフィール１４８を有する。
例えば、光検出器１００が、図２中のｘ軸方向と移動方向１０４に沿って方位付けられた列を設けたＣＣＤアレイである場合、エッジ１４４の左側に位置する範囲と、エッジ１４６の右側に位置する範囲を画像化する画素が、エッジ１４４、１４６の間の範囲を画像化する画素よりも強度の低い光を受光する。
【００２０】
上述したように、画像取得中にワーク１４０がステージ１０２によって移動方向１０４に沿って移動されると、強度プロフィールが光検出器１００によって受光される強度プロフィール１４８とは異なってくる。
ステージ１０２の移動中、エッジ１４４、１４６が光検出器１００の前をさっと通りすぎると、ブラーリング効果（像ぶれ）を生じる。
図３〜図５は、有効露光時間中の移動によって生じたエッジ１４４の画像上への例証的なブラーリング効果（像ぶれ）を示す。図５は、ｎ＋１からｎ＋４１までの露光時間増分の間に、一定の速度でｘ軸に沿って移動されるワーク１４０を示し、時間とともに空間的に移動する様子を示す。
説明を簡素化するために、時間ごとのワーク１４０のｘ軸に沿った移動距離の増分は、光検出器１００の１画素に対応している（なお、光検出器１００は２次元画素列を含む）と仮定する。
図５は、時間増分ｎ＋１、ｎ＋１１、ｎ＋２１、ｎ＋３１、ｎ＋４１に対応したワーク１４０の位置を示す。
【００２１】
図４は、時間増分ｎ＋１、ｎ＋１１、…ｎ＋４１の各々に対応した、図２の強度プロフィール１４８の左エッジを示す。したがって、光検出器１００が、ｎ＋１からｎ＋４１の露光時間間隔（統合時間）で光を１ショットにまとめてしまうと、エッジ１４４が、ブラーリング（像ぶれ）を生じながら、ｘ軸に沿って距離Δｘだけ移動する。
【００２２】
図３は、光検出器１００の符号ｐ１〜ｐ５１で示す隣接した画素によって出力された光蓄積値または光統合値を示している。
光検出器１００は、入射光によって生成された電荷を蓄積させる。
したがって、光蓄積は、画素内に蓄積した電荷の量によって表される。統合時間の開始時に光検出器がリセットされ、光度の度数が検出されると電荷を蓄積（統合）する。したがって、図３中のグラフは、各画素の光蓄積値または光統合値を表す。あるいはこのような値は、光検出器画素強度値、光蓄積値、またはグレイレベル値とも呼ばれる。
【００２３】
時間ｎ＋１では、符号ｐ１で示す画素が、まず、ワーク１４０の頂面から反射された光度Ｂを受光する。しかしこの光度は、動作によって、すぐに光度Ａにまで低下する。
画素ｐ１を照射している光度は、これ以降の光検出器統合時間においても光度Ａに維持されるため、約４０Ａの相対値で表すことができる画素強度値が蓄積される。
【００２４】
画素ｐ１１では、時間ｎ＋１から時間ｎ＋１１へ増分する最中に、当該の光度がＢに維持され、その後Ａに低下する。したがって、画素ｐ１１において蓄積した画素強度値は、約１０Ｂ＋３０Ａの相対値で表すことができる。画素ｐ２１では、光度は、ｎ＋１〜ｎ＋２１までの最初の２０の時間増分の間はＢに維持され、その後Ａに低下する。したがって、画素ｐ２１における光蓄積値は、約２０Ｂ＋２０Ａの相対値で表すことができる。画素ｐ１１とｐ２１の接続に関連して上述した理由と同様の理由で、画素ｐ３１は約３０Ｂ＋１０Ａの相対光蓄積値を表し、画素ｐ４１は約４０Ｂの相対光蓄積値を表す。
【００２５】
画素ｐ５１では、光度値が光検出器１００の合計統合時間の間Ｂに維持されるため、その光蓄積値は画素ｐ４１のものと同一である。
したがって、エッジ１４４は、画素ｐ１とｐ１１の間にステップを形成する代わりに、画素ｐ１〜ｐ４１にかけてのびている。
この単純な例証によれば、これら画素内に蓄積した光の量が、均一に傾斜したラインを形成している（ワーク１４０は一定の測度で移動していると仮定する）。
そのため、図２中の理想強度ステップで表された鮮明なエッジが、図３中の画素ｐ１とｐ４１の間の増加する光蓄積値によって表される不鮮明なエッジとして取得される。
【００２６】
上述したように、ストロボ発光によって起こるワーク移動の「フリージング」は、ワークの速度が増すにつれて、また、ストロボ照射時間が長くなるにつれて、ますます不完全となる。
これとは反対に、ストロボ発光が高速で、ワークの移動速度が遅いほどワーク動作のフリージングが向上するため、エッジ１４４のようなエッジをより鮮明にすることができ、これにより、エッジ移動に影響される画素の数を減らすことで、画像内へのより正確な位置決定が可能になる。
しかし、様々な精密画像検査システムにおいて、画像エッジは、従来の副画素補間方法により、画素の１/１０よりも高い反復度でルーチン的に配置され、また多くの場合１画素の約１/１００であることが理解されるべきである。
そのため、ブラーリング（像ぶれ）が１画素未満の範囲に制限される場合でも、効率的な露光時間中のワークの動作によって生じた隣接する画素のグレイレベル値の若干の変化のために、画像エッジが「ブラーリング」する、および/または、副画素レベルにおいて不正確に位置決定される。いくつかの用途では、ワーク速度は少なくとも１０ｍｍ/秒であることが望ましい。
このような場合、最大で１ミクロンのブラーリング（像ぶれ）を生じさせるために、最大で１００マイクロ秒の総ストロボ継続時間を設けることが望ましい。
無論、これよりも速度を速める、または、これよりもブラーリング（像ぶれ）を小さくするには、可能な限り短い総ストロボ継続時間が望ましい。
【００２７】
図６〜図８は、望ましくないストロボ発光の例を示しており、ここでは、様々な光源の振幅または公称出力強度を調整することにより、正確な画像を提供するために必要な光度の混合を達成する。
５つのストロボ強度Ｍ＋１〜Ｍ＋５を図示しており、その各々が、ストロボ継続時間Ｔを有するストロボである。
それぞれのストロボ発光は、各々の画像の露光に適している。
ストロボ照明強度は任意の背景照明強度よりも高く、また、ストロボ継続時間Ｔは、光検出器１００の積分時間よりも短い場合に、関連する画像の有効露光時間になると仮定する。
【００２８】
光検出器１００が必要とする十分な光を、可能な限り短い露光時間において供給するために、全ての光源の光度を、エッジ形状の正確な測定に要する光度混合の必要性を満たすことができる最高レベルに設定する。
この例証のために、リング型照明１１０の光度を完全なストロボ継続時間Ｔの１００％に設定し、落射照明１３０を７５％の強度に設定し、ステージ照明１５０を５０％の強度に設定する。したがって、図６〜図８に示すように、リング照明１１０、落射照明１３０、ステージ照明１５０の光度は、ストロボの例Ｍ＋１〜Ｍ＋５の各々についてそれぞれ１００％、７５％、５０％である。
【００２９】
先述したように、落射照明１３０とステージ照明１５０を様々な強度レベルで動作させることにより、同一の周波数と目的の照明強度を予測的および/または一貫して生成するべくこれらの照明を制御する上で様々な困難が生じる。したがって、図６〜図８と反対に、１００％の強度、または少なくとも一貫した固定強度で動作し、さらに、光検出器１００の統合時間中に落射照明１３０とステージ照明１５０がオン状態にあり、光検出器１００の光散乱性質と平均時間性質に依存する正味時間を短縮することで、仕上がり画像においてそれぞれ所望の時間平均された光度レベルを得ることが好ましい。
そのため、図９〜図１１に示す例では、ストロボ強度Ｍ＋１〜Ｍ＋５のいずれについても、リング型照明１１０が１００％の強度でストロボ継続時間Ｔの間オン状態にし、その最大時間平均強度の１００％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じさせ、落射照明１３０が１００％の強度でストロボ継続時間Ｔの７５％であるｔ２継続時間の間オン状態にし、その最大時間平均強度の７５％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じさせ、ステージ照明１５０が１００％の強度でストロボ継続時間Ｔの５０％であるｔ１時間にかけてオン状態にし、最大時間平均強度の５０％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じさせる。
【００３０】
このストロボ照明手順が光検出器１００の符号ｐ１〜ｐ１０で示す画素の光蓄積値に与える影響を図１２に示す。先述したエッジ１４４は、最初、ほぼ画素ｐ１の位置にあり、ストロボ継続時間Ｔにかけ、図３〜図５に示した例と類似の方法で、一定の速度で移動する。時間増分ｎ＋１とｎ＋６の間で、全ての光源１１０、１３０、１５０が１００％の強度に設定されている。
したがって、画素ｐ１〜ｐ５は、図３に示すものと類似した増加する光蓄積値を連続的に示す。
光蓄積値は、画素ｐ１から画素ｐ５にかけて、傾斜Ｓ１を有する線に沿って直線的に増加する。
時間増分ｎ＋６の後、図８と同じだけの総照射エネルギーまたは露光エネルギーをそれぞれ供給するためには、ストロボ継続時間Ｔの間、ステージ照明１５０からの最大利用可能時間平均光度の５０％だけ使用することが望ましいため、ステージ照明１５０はオフにされる。
時間増分ｎ＋６とｎ＋９の間の照射は、リング型照明１１０と落射照明１３０のみによって供給され、光検出器１００に到達する総光度は時間増分ｎ＋６以前の光度よりも低い。そのため、エッジ１４４が画素ｐ６、ｐ７、さらにｐ８の中間を通り、これら画素について光蓄積の速度が低下し、さらに、それぞれの光蓄積値は、Ｓ１よりも緩い傾斜Ｓ２を有するラインと近接する。
図８と同じだけの総照射エネルギーまたは露光エネルギーをそれぞれ供給するべく、落射照明からの最大利用可能時間平均光度の７５％を供給するために、落射照明１３０が時間増分ｎ＋９の直前にオフにされる。
したがって、ｎ＋９とｎ＋１１のほぼ間の時間増分の最中に、画素ｐ９とｐ１０の光蓄積値が、傾斜Ｓ２よりも緩い傾斜Ｓ３を有するラインを形成する。
【００３１】
したがってこのストロボ照射技術は、図３〜図５に示した類似の例証と反対に、概して光源特性（落射照明１３０とステージ照明１５０）の制御性能を改善し、エッジ１４４が通った画素の画素値が、画素値（光蓄積値）の非直線的増加を形成する。
この単純な例証は、画像露光の最中に複数の光源を不均等な時間にかけてストロボ照射した場合、その結果得られるエッジ強度プロフィールは不鮮明であるだけでなく歪曲もしており（さらに、これに関連してエッジ位置の誤差が生じる）、この歪曲は純粋にストロボ時間が不均等である結果生じたアーティファクトである。先述の説明と同様に、ブラーリング（像ぶれ）が１つの画素よりも狭い範囲に制限されているとしても、精密画像検査システム内の隣接する画素の相対グレイレベル値にやはり照明により誘発されたこれと類似の歪みが生じているため、副画素補間工程では画像エッジ位置を的確に識別することができない。
【００３２】
概して、ワークは画像測定機の視域よりも大きい。
そこで、光検出器１００に対するステージ１０２またはワーク１４０の巨視的位置の測定結果を、光検出器１００にて取得された画像フレーム内における特徴的形状の位置決定に組み合わせることにより、特徴的座標または位置、例えばエッジ位置が決定される。
多くの場合、この巨視的位置の測定は、ステージ１０２と光検出器１００の間の相対移動を監視するエンコーダによって提供される。
先述したように、多くの用途において、画像化システムに対して移動していないワークの画像から得られるであろうストロボ照明画像から、可能な限り近くに、同じエッジ位置測定値を取得することが望ましい。
【００３３】
例えば、多くの自動画像測定検査プログラムがトレーニング・モードで作成および/または確認され、ここで、画像測定システムは多数の様々なプログラムステップに分かれており、さらに、作業者が各々の望ましい画像取得位置でステージを停止することで、検査画像が取得および/または確認される。
このような場合、期待しうる同等の測定結果を得るためには、プログラムを高速自動モードで実行し、ステージ移動中に画像取得を行う場合に、名目上同一の測定結果を得ることが望ましい。
これは、エンコーダ（単数または複数）の巨視的位置値(単数または複数)のラッチングと、画像露光の代表的な公称時間との間におけるステージ速度と時間差がわかっている場合に、精度レベルを向上させることで達成できる。
【００３４】
例えば、図３に示した理想的なエッジの例を見ると、露光時間の最中、最初、エッジは画素ｐ１付近に位置しており、その後露光中に均等に移動し、最後に画素ｐ４１付近で停止する。この理想的なエッジの例では、図３に対応する画像内において予想される最良のエッジ位置は、不鮮明なエッジ強度プロフィールの中間、つまり画素ｐ２１付近であってよい。以下が仮定される：
１） この中間画素はＸｐ２１のＸ座標値を有する；
２） ストロボ継続時間、つまりＸ Ｂｌｕｒ（Ｘ方向の不鮮明）に対応する時間はＴである。この仮定は、図１３〜図１６に関連して使用されているストロボ継続時間Ｔの記号と一致し；および、
３） 関連する画像露光の代表的な公称時間は、ストロボ継続時間の中間点、つまりＴ/２である。
【００３５】
ストロボ継続時間Ｔの最初に相対位置エンコーダ値Ｘｅがラッチされる場合には、エッジの移動補正された測定座標が次式（１）から求められる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここで、Ｖはワーク１４０が移動している速度である。
【００３８】
図２に示す理想的なエッジ強度プロフィールに基づく先行の例および図３の対応する不鮮明な理想のエッジ強度プロフィールと比較して、実際のエッジ強度プロフィールはＳ字曲線に近く、このＳ字曲線は、極少数または数個以上の画素スパンの長さにわたってのび、また、このスパンの中心付近に位置するその最大傾斜または最大勾配を備えている。多くの場合、画像の不鮮明性を、極小数よりも少ない画素個数、または副画素レベルに都合よく制限することができる。このような場合、適切なストロボ照射を行うことで、結果生じる不鮮明なエッジ強度プロフィールは、スパンと、このスパンの中心付近に位置する最大傾斜または勾配とを備えたＳ字曲線となる。
【００３９】
多くの周知のエッジ検出アルゴリズムは、エッジ強度プロフィールに沿った最大勾配の位置を求めることにより（例えば、Ｓｏｂｅｌオペレータ・アルゴリズム、その他）、および/または、基準ワークの特徴に基づいて事前定義あるいは「学習」された閾値、もしくは他の「学習」された基準を満たす閾値を超える勾配の位置を求めることにより、エッジ位置を副画素レベルで決定する。この場合、式（１）と、関連する示唆とを適用することが有効である。このような場合には、式（１）から、完全に固定された鮮明な画像、またはワーク移動なしで取得した画像のものとほぼ等しいエッジ位置測定値が得られる。
【００４０】
上述の工程の精度は、不鮮明なエッジ強度プロフィールの形状をほぼ維持する鮮明なエッジ強度プロフィールに依存するため、勾配ベースのエッジ検出アルゴリズムは、やはり、不鮮明画像スパンのほぼ中間にエッジ位置を決定する。
より一般的には、不鮮明画像内にさらに複雑な不鮮明エッジ強度プロフィールが存在する場合、勾配ベースのエッジ検出アルゴリズムは、エッジ強度プロフィールスパンの長さに沿った同一の比率位置または正規化された位置にあるエッジを、不鮮明であるか否かに係わらず、検出する傾向にある。これには、概して画像の不鮮明部分の長さが、明瞭なエッジ強度プロフィールスパンと比較して比較的短いか、あるいは、エッジ強度プロフィールの不鮮明部分が、その元の形状に関係なく、直線的になる傾向を有する必要がある。
【００４１】
この場合、適切な画像処理を用いることで、エッジ強度プロフィールスパンの長さにおける検出されたエッジ位置の割合を、上述したトレーニングモードの最中に取得される不鮮明でない画像内に求めることができ、さらに、これを自動検査プログラム内に、そのエッジのエッジ測定オペレーションと共に記憶することができる。次に、検査プログラムの自動実行中に、その同じ割合を式（１）の０．５の代わりに用いて、適切に補正された測定結果を得る。
無論、画像不鮮明性の程度が、鮮明な画像強度プロフィールスパンよりも比較的短い場合であっても、様々な光源間の不正確なストロボ・タイミング関係により、図９〜図１２の説明にある光源１１０、１３０、１５０について先に例証したように、不鮮明強度プロフィールを人工的に歪曲することができる。
【００４２】
図１３〜図１６は、光源１１０、１３０、１５０の各々についてのストロボパルスが、総ストロボ継続時間Ｔの中間点周囲で公称的に中心決めされる光ストロボ配置を示す。
この配置を用いて得た画素ｐ１〜ｐ１０の光蓄積値が５つのラインセグメントを形成し、この５つのラインセグメントのうち、第１ラインセグメントが傾斜Ｓ３を備え、第２ラインセグメントがＳ２の傾斜を備え、第３ラインセグメントがＳ１の傾斜を備え、第４ラインセグメントがＳ２の傾斜を備え、第５のラインセグメントがＳ３の傾斜を備える。Ｓ１の傾斜はＳ２、Ｓ３のいずれよりも大きい。これにより、Ｓ字型曲線である鮮明なエッジ強度プロフィールが、このようなパルス技術を使用した場合にもＳ字型曲線を維持し、また、上述の方程式（１）および関連する技術を用いることで、適切に補正された測定結果が得られる。しかしながら、より不規則なエッジ強度プロフィールはこのようなストロボパルス技術によって歪曲されてしまうため、対応する不鮮明画像から誤った測定結果を生じてしまう。
【００４３】
前述した技術のうちどれを使用しようと、任意の光源が画像露光時間中に個別にオフにされている際には、異なるシャドー効果により、概して光源が異なれば画像内に位置するエッジの場所も若干異なってくるため、不鮮明画像内で概してさらなるエッジシフト効果が生じる。このような効果によって、エッジ強度プロフィールと明確なエッジ位置が歪曲されてしまう。
【００４４】
前述した効果のいずれか、または全てによるエッジ位置の誤差は、図１７〜図２０に示す例で例証するように様々なマイクロストロボ発光の光源で減少させることができ、この場合、図１７〜図２０の例では、エッジ１４４は、最初に画素ｐ１の位置に適切に位置しており、ストロボ継続時間Ｔにかけて、図３〜図５に示す例証と類似の方法で、一定の速度で移動する。図１７は、図１３と同様に、統合時間Ｔ全体にかけて１００％の強度でストロボ発光され、最大時間平均強度の１００％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じるリング型照明１１０を示している。落射照明１３０とステージライト１５０を１００％の強度でストロボ発光する代わりに、ストロボ継続時間Ｔのそれぞれ７５％、５０％にかけて連続的にストロボ発光を行うことで、これらの照明１３０、１５０が、図１８、図１９に示すように、１００％の強度で、それぞれ７５％、５０％のデューティサイクルにて、ストロボ継続時間Ｔ全体にかけてマイクロストロボ発光され、その結果、ストロボ継続時間Ｔにかけて、各々の最大時間平均強度の７５％、５０％である時間平均強度が生じる。これにより、落射照明１３０とステージ照明１５０が、均一な光パルスパターンで、統合時間Ｔにかけて比較的均等にワーク１４０を照明するため、不鮮明なエッジ強度プロフィールを歪曲せずに維持することができる。
【００４５】
例えば、画素ｐ１〜ｐ１０によって表される不鮮明なエッジ強度プロフィールによって、図２０に示すように、図２に示した理想的な鮮明エッジ強度プロフィール１４８に予想される不鮮明エッジ強度プロフィールであるＳ字型の傾斜を有する理想的な直線伝播が形成される。より一般的には、Ｓ字型のエッジ強度プロフィール、またさらに複雑なエッジ強度プロフィールにこのようなマイクロストロボ発光技術を用いることで、不鮮明な画像内で不鮮明でないエッジ強度プロフィールの形状が維持され、また、勾配ベースのエッジ検出アルゴリズムが、エッジ強度プロフィールスパンの長さに沿って、同じ比率位置または正規位置の付近にエッジを、これが不鮮明であるか否かにかかわらず検出する傾向にあり、これによって、正確に照明されたストロボ発光された画像と同様に、反復性と精度がより高く、補正されたエッジ位置測定結果が得られる。
【００４６】
落射照明１３０とステージ照明１５０をマイクロストロボ発光する周波数は、照明ハードウェア特性および制御要求により許される最高の周波数であってよい。
マイクロストロボ周波数は、短く設定されることが好ましく、例えば、移動するワークを撮像した場合に、一つのオンオフサイクルの時間におけるワーク移動量が１画素幅以下に対応することが好ましい。
この方法により、総ての画素が、各光源１１０、１３０、１５０の光蓄積の平均値を受光する。
【００４７】
上述の例では、望ましい光度の混合には、リング型照明１１０が最長の時間にかけて最高強度を有することが必要であると仮定されているため、リング型照明１１０は、光検出器１００の統合時間全体の間、１００％の強度でストロボ発光されると仮定している。光度の混合は、ワークの特性および/または光源構成によって異なる。
さらに、上記では、マイクロストロボ発光は統合時間全体にかけて均一に分布しており、各光源のそれぞれの光パルスが同量の照明エネルギーを提供すると示したが、このような分布は必須ではない。
より一般には、マイクロストロボ発光の分布は、望ましいレベルのエッジ検出の精度およびロバスト性が得られるだけ均一に行うだけでよい。
例えば、好ましくはないが、光源のマイクロストロボ発光されたパルスを全体ストロボ継続時間のうちのわずか７５％にかけて分布させてもよく、さらに、精度が比較的低くてよい用途のためには、先述した利点の手段のうち適切なものを提供してもよい。
さらに、より一般的には、各マイクロストロボ発光のデューティサイクルを先述したとおりに設定し、先述のパルス継続時間と共に使用するマイクロストロボ発光繰り返し数を設定することにより、またはこれ以外にも、光パルスパターンを、総ストロボ継続時間中に、時間平均光度および/または総照明エネルギーの望ましい度数と均等性を提供するように構成する何らかの方法を用いることにより、各々の光源のマイクロストロボ光パルスパターンを制御することができる。
【００４８】
図２１は、上述のマイクロストロボ発行技術を採用した例証的なシステム５００（例えば、画像検査システム）を示す。
システム５００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２００、照明同期・タイミング制御ユニット（ＬＳＴＵ）２２０、画像取込装置２４０、動作制御装置２６０、カメラ２８０、ステージ３０２、リング型照明３００、ステージ照明３２０、ハーフシルバー可動式反射鏡３６０を具備した落射照明３４０を採用している。
リング型照明３００は、光量が個別に制御が可能であって部分的な照明を行う部分照明の組み合わせとして形成してもよい。
しかし、ここでは説明を容易化するために、リング型照明３００を制御された１つの照明として扱う。ワーク３８０のようなワークをステージ３０２上の特定位置に配置できる。システム５００は、ステージ３０２および/またはワークの巨視的な位置を検出することで、検査動作を実施するためにワーク画像の取得を始める瞬間を正確に決定できる。
【００４９】
作業者は、１つまたはそれ以上のワークを手作業、半自動、自動的に検査するために、ＰＣ２００を使って、ワーク位置、光源強度混合等の制御パラメータを入力することができる。
入力できるパラメータタイプの一例を以下の表１に示す。
ワーク画像取得位置、ステージ速度、倍率、統合時間、効率的な露光時間、ストロボ継続時間、光度、マイクロストロボ発光周波数、ワーク画像１つについての光源ごとのストロボパルスの総数等のパラメータの入力が可能である。
表１内のパラメータは単なる例証であり、特定の状況においては、異なる装置デザインと互換させるために、より多くの、より少ない、あるいは異なるパラメータを使用する必要があるかもしれない。
例えば、マイクロストロボ発光周波数は、光制御装置ハードウェアによって決定され、様々な光源の性質に基づき特定の周波数に設定することができる。
制御パラメータの決定は、サンプルワークをステージ３０２上に配置し、最良の結果を得るべく画像取得の実行に使用されるサンプルワーク最良の位置、倍率、照明等を決定する作業者が行うことができる。
作業者は、様々なパラメータを組み合わせてサンプルワークを画像化し、取得した画像をカメラ２８０で観察し、エッジの決定が正確であるか否かを査定することができる。
作業者は、動作可能なパラメータの組を取得すると、これらのパラメータ値をプログラムされた制御パラメータとして入力できる。
【００５０】
【表１】
【００５１】
ＰＣ２００は、トレーニングモードの静止画像化調整の最中に取得され、作業者によって確立された制御パラメータを処理し、さらにこれらを、自動検査モードの連続動作調整の最中に、動的な画像取得のための適切な制御命令に変換することができる。
例えば、作業者は、トレーニングモードの最中に、連続的な画像取得位置、および関連する各光源より供給される総照射エネルギーを確立することができ、さらに、ＰＣ２００内で適切な処理および/または分析を行うことにより、測定経路、速度、ストロボ継続時間、デューティサイクルを最適化し、これにより、自動検査プログラム実行中に最高のスループットまたは最高の精度等を生ずることができる。
自動検査プログラムで使用する動的な画像取得制御命令が生成されたら、制御命令（および制御パラメータ）をメモリ２１０に保存し、後に取得し、使用することができる。
【００５２】
制御パラメータおよび/またはメモリ２１０から制御命令を取得した後に、ＰＣ２００が画像取得位置パラメータと関連する光制御命令情報、その他適切な情報をＬＳＴＵ２２０にダウンロードし、検査工程を実行するために他のシステムコンポーネントを制御する。様々な用途では、ＬＳＴＵ２２０の専用の処理と決定論的なタイミングを使用することによって、複数の光源の高速光パルスパターンを、十分な正確性をもって、高速移動経路に沿った望ましい位置において同時に制御する。
例えば、動作制御装置２６０は、ＬＳＴＵ２２０から位置情報を受信した後に、ワーク３８０を移動するために、ステージ速度情報と命令ステージ３０２を受信する。
ＬＳＴＵ２２０は、ＰＣ２００から制御命令を受信し、この制御命令を個別データに処理して、画像取得動作を制御する。
例えば、ＬＳＴＵ２２０は、光源３００、３２０、３４０について制御装置を初期化するか、または、制御命令から抽出した位置情報を動作制御装置２６０に送信することができる。
【００５３】
動作制御装置２６０は、ＬＳＴＵ２２０から位置パラメータを受信すると、ワーク３８０の移動を開始し、ワーク３８０の位置が指定の画像取得位置に到達するとトリガ信号を生成する。例えば、画像取込装置２４０が、パルス継続時間としてコード化された積分時間を含んでいてよいリセット信号を生成する際に、動作制御装置２６０からのトリガ信号を受信し、画像取込装置２４０がリセット信号をＬＳＴＵ２２０とカメラ２８０に送信する。カメラ２８０は、リセット信号を受信すると、例えば残余電荷をクリアし、積分時間を設定することにより、ＣＣＤアレイのような光検出器を初期化する。
初期化工程が完了すると、カメラ２８０が、画像取得サイクルを有効にするために、ＬＳＴＵ２２０に有効信号を発行する。
【００５４】
ＬＳＴＵ２２０は、有効信号を受信すると、（リセット信号から導出した）光検出器統合時間中の１つのストロボ継続時間について、光源３００、３２０、３４０のマイクロストロボ発光を開始し、さらに、動作制御装置２６０からのエンコーダ位置値が、関連する時間においてラッチされるようにする。
積分時間が終了すると、カメラ２８０が、例えば先述したような移動に起因する画像不鮮明の補正を含むビデオ信号を、画像取込装置２４０に送信するが、この画像取込装置２４０は、カメラ２８０から送信される全ての画素値を受信し、ＰＣ２２０に画像を出力して、この画像を画像処理回路２０５に処理させる。
次に、ＬＳＴＵ２２０が、別の画像取得サイクルを開始するために、別の位置信号を動作制御装置２６０に送信する。画像取得サイクルは、各ワークのための検査画像フレームの総数が終了し、ＰＣ２００またはＬＳＴＵ２２０が次のワーク（在る場合のみ）に関連した次の位置信号を発信するまで繰り返される。
【００５５】
図２２は、高速クロック（図示せず）、ＬＳＴＵメモリ４０２、リング型照明制御装置４０４、落射照明制御装置４０６、ステージ照明制御装置４０８を備えたＬＳＴＵプロセッサ/制御装置４００を備えるＬＳＴＵ２２０の例証的なブロック線図を示す。
ＬＳＴＵ制御装置４００は、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれ以外の要求された処理を実行するマイクロプロセッサであってよい。
ＬＳＴＵ制御装置４００は、ＰＣ２００から処理制御パラメータを受信し、また、ＬＳＴＵ制御装置４００は、これらのパラメータを各照明制御装置４０４〜４０８の特定の動作命令に送り、さらに、位置パラメータを動作制御装置２６０に送る。
【００５６】
各光制御装置４０４、４０６、４０８は、特定のマイクロストロボ発行周波数専用になっていてもよい。このような場合には、ＬＳＴＵ制御装置４００は、デューティサイクル制御信号とオン/オフ信号を出力して、光源３００、３２０、３４０の各々のマイクロストロボ発光を制御することができる。
光制御装置４０４、４０６、４０８の各々は、特定のマイクロストロボ発光パルス継続時間を提供するようになっていてもよい。その場合には、総ストロボ継続時間、つまり、効率的な画像露光時間の最中に各々の光源３００、３２０、３４０によって出力されるマイクロストロボ発光パルス出力の数を制御するために、ＬＳＴＵ制御装置４００が反復速度信号を出力できる。光制御装置４０４、４０６、４０８がドライバのような単純な装置である場合には、ＬＳＴＵ制御装置４００は、光源３００、３２０、３４３０を直接制御するために、適切な周波数およびデューティサイクル等においてオン/オフ信号を生成できる。
【００５７】
ＬＳＴＵ制御装置４００は、ＰＣ２００から受信した制御命令をＬＳＴＵメモリ４０２に保存し、後の使用に備えることができる。
ＬＳＴＵメモリ４０２は、ＰＣ２００からロードした多数の異なる制御命令の組を含んでいてよく、これにより、ＰＣ２００が、ＬＳＴＵ制御装置４００をＬＳＴＵメモリ４０２に既に保存されている所望の制御命令の組に導くためだけの理由で指数を提供できるようになる。
【００５８】
上述したように、画像取込装置２４０から受信したリセット信号は、統合時間に特化した情報を含んでいてよく、ＬＳＴＵ制御装置４１０がこの信号をＬＳＴＵメモリ４０２に保存してよい。ＬＳＴＵ制御装置４００は、画像取込装置２４０からリセット信号を受信すると、要求された光源制御装置の全てを初期化して、カメラ２８０から有効信号を受信するとマイクロストロボ発光動作を開始できるようにすることができる。
【００５９】
ＬＳＴＵ制御装置４００は、制御命令から、必要なストロボの各々に対応した位置情報を抽出する。次のマイクロストロボ発光サイクルの開始準備ができると、ＬＳＴＵ制御装置４００は、マイクロストロボ発光工程を開始するべく次のトリガ信号を生成するために、次の位置パラメータを動作制御装置２６０に送信する。ＰＣ２００からの制御命令は、検査されるべき多数のワークとその位置を含むこともできる。したがって、ＬＳＴＵ制御装置４００は、この情報をＬＳＴＵメモリ４０２に保存して、マイクロストロボ発光工程を制御する際に取得できるようにすることができる。
【００６０】
図２３は、先述のマイクロストロボ発光動作を含む自動ビデオ画像の取得および検査工程を作成および実行する方法の例証的なフローチャートである。
ステップ１０００にて作業者入力が受信され、１００２へ進む。
ステップ１００２にて、受信した作業者入力が完全な新規制御パラメータを含んでいるか否かを決定する。新規の制御パラメータを含んでいる場合には１００８へ進む；含んでいない場合にはステップ１００４へ進む。
ステップ１００８にて、新規の制御パラメータを、自動検査動作の最中に、動的な画像取得に適した制御命令に変換する。
【００６１】
上述したように、作業者によって入力された制御パラメータは静止条件に依存してよく、ワークが動作中であるダイナミック条件への変換を要する。
ワークの移動速度、取得するビデオ画像とフレームの数、統合継続時間、総ストロボ継続時間、使用可能な光源からの適切な光度の混合、その他に関連した決定を行うことができ、また、これらの決定に基づく制御命令を、要求されたワーク検査を実行するために動作可能な形式およびシーケンスで生成および保存できる。
制御パラメータを適切な制御命令に変換し、これらを動作可能な形式およびシーケンスで保存し、その後ステップ１０１０へ進む。
【００６２】
ステップ１００４にて、作業者が既存の制御パラメータの取り出しおよび変更を要求しているか否かの決定を行う。既存の制御パラメータの変更が要求されている場合には１００８へ進む；要求されていない場合にはステップ１００６へ進む。ステップ１００６にて、メモリから制御命令を取得し、これらを、作業者入力に基づいて、動作可能な形式およびシーケンスにて保存し、その後ステップ１０１０へ進む。
【００６３】
ステップ１０１０にて、新規に変換した制御命令、または、動作可能な形式およびシーケンス（例えばパートプログラムの形式）で保存されていたメモリから取り出した制御命令のいずれかを、画像取得を実行する様々な動作ユニットにロードする。
例えば、所望の光高度混合を達成するためのマイクロストロボ発光、マイクロストロボ発光を実施するワーク位置、取得するビデオ画像の数に関連した制御命令を、一連の画像取得動作を準備する際にＬＳＴＵにロードすることができる。
さらに、カメラおよびＬＳＴＵのような光検出器に積分時間をロードして、光検出器およびＬＳＴＵをその動作実行時に同期することも可能である。制御命令を動作ユニット内にロードし、その後ステップ１０１２へ進む。
【００６４】
ステップ１０１２にて、マイクロストロボ発光技術によって、ワークの検査画像が取得され、その後ステップ１０１４へ進む。
ステップ１０１４では、ワークのエッジを識別するために、取得された画像が画像処理され、検査の目的で、その座標が決定され、その後ステップ１０１６へ進む。ステップ１０１６にて、要求されたワークの全て（例えば、ワークのバッチ又はトレイ内のもの）が検査済みか否かを決定する。全てのワークが検査済みであれば、ステップ１０１８へ進んで工程が終了し；検査済みでなければ、ステップ１０１２へ戻り、次のワークについてこれを繰り返す。
【００６５】
図２４は、最新のワークについて１組の検査画像を取得するために使用できるマイクロストロボ発光画像取得工程の例証的なフローチャートである。
ステップ１１００では、各光源にそれぞれ対応する光源命令を、例えばストロボ継続時間、デューティサイクル、マイクロストロボ発光周波数のための命令パラメータの形式、またはこれ以外の、最新の検査画像に使用される各光源に望ましいマイクロストロボ発光パルスパターンを確立するべく動作可能な形式で生成し、その後ステップ１１０２へ進む。ステップ１１０２では、ワーク位置および速度命令を、ワークを移動させる動作制御装置へ送信し、その後ステップ１１０４へ進む。ステップ１１０４では、ワークが最新の画像取得位置に在るか否かが決定される。
ワークが最新の画像取得位置に在る場合にはステップ１１０６へ進み；ワークが最新の画像取得位置にない場合には、工程は、ワークが画像取得位置へ移動し続ける間、一定の時間長だけ待ち、その後ステップ１１０４へ戻るか、ステップ１１０４を繰り返す。ステップ１１０６にて、画像取得工程を開始するためにトリガ信号を生成し、その後ステップ１１０８へ進む。
【００６６】
ステップ１１０８では、新規画像取得フレームの準備段階において全ての残余電荷を除去できるようにするために、ＣＣＤアレイのような光検出器がリセットされる。さらに、このリセット工程は、光検出器に統合時間を、制御装置に光源を通信することで、ワークのビデオ画像を取得するために光検出器と光源ストロボ発光制御装置が同期できるようにすることも可能である。工程は次にステップ１１１０へ進む。ステップ１１１０では、光検出器のリセットが成功するとストロボ有効信号が生成され、その後ステップ１１１２へ進む。ステップ１１１２にて、各光源について所望のマイクロストロボ光パルスパターンを確立するべく動作可能な命令に基づいて、光源がマイクロストロボ発光され、検査画像が生成され、保存される。その後、ステップ１１１４へ進む。
【００６７】
ステップ１１１４にて、望ましい検査画像が全て生成されたか否かが決定される。生成されている場合はステップ１１１６へ進み；生成されていない場合には、ステップ１１００へ戻り、新規または次の最新画像のために画像取得工程が開始される。ステップ１１１６にて、保存された検査画像の組は、最新のワークを検査するために処理および分析された画像である。所望であれば、画像の処理および分析に、動作により誘発された不鮮明性のエッジ検出および補正についてここで略述した様々な方法のうち任意のものを含めることができる。次に、工程はステップ１１１８へ進む。ステップ１１１８では、図２３のステップ１０１６に示すフローチャートへ戻る。
【００６８】
本発明を、上述の例証的な実施形態と共に説明してきたが、当業者には多くの代案、変更、応用が明白となるだろう。このマイクロストロボ発光技術は、上述した精密な画像検査システムに特に有効であるが、しかしこれは限定されるものではない。また、このマイクロストロボ発光技術は、概して、移動中の物体を画像化するために複数の照明源を使用しており（照明源が可視であるか不可視であるかは関係ない）、また、様々な画像特徴の位置がこの照明技術によって歪曲されない場合には常に有効である。このような用途には、例えば、医療診断画像、高速動作研究、さらには従来のビデオスタジオの画像化が含まれる。これは、ストロボ発光される照射源として発光ダイオードを使用する用途に特に利用されている。したがって、上で説明した本発明の例証的な実施形態は例証のみを目的としており、限定を目的としたものではない。本発明の趣旨および範囲から逸脱しない限り、様々な変更を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、画像検査システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】照明システムの例証的な線図。
【図２】光検出器および関連する光度プロフィールによって観察された例証的なワークの頂面図。
【図３】ワーク移動によるブラー効果（像ぶれ）を示す図。
【図４】ワーク移動によるブラー効果（像ぶれ）を示す図。
【図５】ワーク移動によるブラー効果（像ぶれ）を示す図。
【図６】例証的なストロボ発光を示す図。
【図７】例証的なストロボ発光を示す図。
【図８】例証的なストロボ発光を示ず図。
【図９】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１０】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１１】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１２】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１３】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１４】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１５】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１６】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１７】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図１８】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図１９】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図２０】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図２１】マイクロストロボ発光を採用した画像検査システムの例証的な線図。
【図２２】図２１に示した照明同期・タイミング制御ユニットの例証的な詳細線図。
【図２３】マイクロストロボ発光動作を含む自動ビデオ画像取得および検査工程を作成/実行するための例証的なフローチャート。
【図２４】マイクロストロボ発光工程を含むワーク画像化シーケンスの例証的なフローチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１００…光検出器、１０２…透明ステージ、１１０…リング型照明、１２０…ハーフミラー、１３０…落射照明、１４０…ワーク、１５０…ステージ照明、２０５…画像処理回路、２１０…メモリ、２４０…画像取込装置、２６０…動作制御装置、２８０…カメラ、３００…リング型照明、３２０…ステージ照明、３４０…落射照明、３８０…ワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明はストロボ照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造工程を通過するワークを検査するために画像検査システムが幅広く使用されている。
画像検査システムは、例えばカメラを使用してワークの画像を取得し、取得した画像を画像処理して、この画像内において対応する部位のエッジを識別することでワークの寸法を点検する。
【０００３】
多数の画像データでエッジが検出される位置は、画像取得中のワーク照明に大きく依存する。
エッジアーティファクト（不適切な位置でのエッジ検出）またはエッジシフティング（エッジ検出位置の変動）は、ワークの不適切な照明に起因する照明固有の投影によって生じる可能性がある。
多くの場合、生産性増加の目的で、画像取得の最中でさえも、ワークは移動状態に保たれる。
そして、移動によって生じる画像の不鮮明さを最小化するための付加機能が照明システムには必要とされる。
このような要因によって、画像内においてエッジを検出できる精度、および/または、画像取得中に許容される速度が制限されてしまう。
そのため、ワーク照明技術の改善が非常に望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ストロボ照明は、画像取得中におけるワークの移動によって生じるぼやけを最小化するために使用できる。
例えば、短いストロボ継続時間はワーク移動の「フリージング」効果を生み、例えばカメラは、１回のストロボ発光ごとに１つの画像を取得することができる。
ワークを照明する光源をその最大可能強度で発光させれば、その照明強度によって決定されるＣＣＤカメラの積分時間、または少なくとも、照明強度によって決まる効率的な露光時間を最短化することはできると考えられる。
しかし一般的には、ワークの不適切な照明によって、エッジアーチファクト（不適切な位置でのエッジ検出）またはエッジシフティング（エッジ検出位置の変動）が生じる可能性があるため、照明システムの光源の全てを上述したようなその最大可能強度で発光させることは不可能である。
ワークの不適切な照明には、ワークに照明するために使用された様々な光源からの光度の不適切な混合が含まれる。
したがって、アーティファクト（エッジ検出ミス）を後の処理で除去するのでなければ、アーティファクトを少なくするために、光度の適切な混合が維持されなければならない。
【０００５】
残念ながら、光源を最大強度未満で発光させると、望ましくない光源の振る舞いが生じる可能性がある。
例えば、光源を、ゼロ強度と最大強度の間の中間である特定の強度でストロボ発光することは難しい。
さらに、周波数スペクトル等の光源特徴が発光強度に依存して変化してしまうこともある。
検査システムと共に使用する光学システムは著しい周波数感度を有し、この周波数感度は精密画像検査システムの公称精度に非常に関係してくる。
そのため、スペクトル出力の変動によって、望ましくないアーティファクト（エッジ検出ミス）、画像誤差、および/または測定誤差が生じる可能性がある。
【０００６】
さらに、ストロボ発光によってなされるワーク移動の「フリージング」は、ワーク移動速度が増加し、ストロボ継続時間が増加するに従って、不完全になっていく。
これは、画像内における一ピクセル単位よりもさらに精密な精度でエッジ位置を決定する場合に特に顕著である。
さらに、多くの用途において、移動していないワークの画像から得たものと可能な限り同じエッジ位置測定値をストロボ発光された画像から取得することが望ましい。
そして、ストロボ継続に実用的な最小時間と増加し続けるワーク速度を考慮すると、ストロボ発光された画像内に生じた不鮮明さに起因するエッジシフティングを補正する方法で、ストロボ発光を実現することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの状況を考慮し、例えば、オン状態とオフ状態の間で光源をストロボ発光するといったように、制御可能な２つの強度の間でストロボ発光された光源の光パルスパターンを調整することにより、各光源の時間平均光度を調整するワーク照明技術が提供される。
【０００８】
本発明によれば、全ての光源を制御して、各ストロボ継続時間全体にかけてワークを均一に照明する。ストロボ継続時間全体にかけて様々な光源の時間平均光度の正確な混合を達成するために、マイクロストロボ発光によって光源の光度を制御することで、各光源の時間平均強度を制御する。
【０００９】
本発明によれば、マイクロストロボ光パルスパターンを設定することにより、各光源の時間平均強度の制御を行う。
【００１０】
本発明によれば、各光源のマイクロストロボ光パルスパターンは、ストロボ継続時間全体にかけて均一である。
【００１１】
本発明によれば、マイクロストロボ光パルスパターンは、マイクロストロボ発光デューティサイクルを設定できる。
【００１２】
本発明によれば、マイクロストロボ光パルスパターンは、一定のパルス継続時間と共に使用されるマイクロストロボ発光反復率を設定することで、マイクロストロボ発光反復速度が設定される。
【００１３】
本発明によれば、画像露光中に、様々な光源の各時間平均光度を用いることが望ましい。
各光源からはそれぞれの最高の時間平均強度を得るのが望ましいところ、ストロボ継続時間中、各光源は最高密度の光パルスパターンで制御される。
同じストロボ継続時間において、その他の光源は、比較的低い密度の光パルスパターンで発光制御され、望ましい時間平均光度を提供する。
【００１４】
本発明の別の形態によれば、各光源の時間平均光度は、この同じストロボ継続時間全体にかけてほぼ均一である。
【００１５】
本発明の別の形態によれば、画像の露光中に、様々な各光源から、それぞれ全体照明エネルギーを得ることが望ましい。
各光源からは、最高の照明エネルギーを得ることが望ましいところ、最小ストロボ継続時間は、最大密度光パルスパターンにて光源が発光制御される。
そして、同じストロボ継続時間全体において、他の光源を比較的より低い密度の光パルスパターンで発光制御することで、全体照明エネルギーを均一に分布させる。
【００１６】
本発明によれば、同じストロボ継続時間全体において、各光源の全体照明エネルギーを均一に分布させる。
【００１７】
本発明の別の形態によれば、ストロボ発光中のワーク速度との関係において、ストロボ継続時間の割合に相当する時間が画像に関連してラッチされた位置の値を補正するのに使用される。
その画像内の不鮮明なエッジ位置との関係において、このラッチされた位置の値が、ワークのエッジ座標を決定するのに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
マイクロストロボ発光は、あらゆる画像測定機照明システムに適用でき、望ましい高精度の光特性を得ることができる。
例えば、図１には、マイクロストロボ発光技術を適用した例証的な照明システムを示す。ワーク１４０は、透明ステージ１０２のような移動機構の上に配置されている。
透明ステージ１０２は、Ｘ-Ｙステージの透明部分と、透明コンベアベルト等を備えている。
ステージ照明１５０、リング型照明１１０、落射照明１３０が、ハーフミラー１２０と共にワーク１４０を照射する。
光検出器１００、例えば、デンマーク・コペンハーゲンのＪＡＩ社製のＣＶ−Ａ１−２０ ＣＣＤカメラは、ワーク１４０から反射された光を取得して画素列形式の画像を形成し、例えばこれを処理することにより、ワーク１４０の関連する特徴を識別および検査することができる。説明のため、照明および画像化コンポーネントに対するワークの公称移動方向１０４を図１のｘ軸に沿って示している。
【００１９】
図２には、ワーク１４０の側面図１４１と頂面図１４２を示す。
この図面中で、頂面図１４２は、ワーク１４０の頂部角で形成され、不透明な台形ブロックの幅に沿ってのびている少なくとも２つのエッジ１４４、１４６を示している。この例では、リング型照明１１０と落射照明１３０によって生成された光が、ワーク１４０の頂面と角度付けされた側面とによって、光検出器１００の方向に反射または拡散反射されると同時に、ステージ照明１５０から発せられた光がワーク１４０によって遮断される。光検出器１００が検出した光度は、強度レベルＡ、Ｂの間の強度ステップと同様にエッジ１４４、１４６を示すｘ軸方向に沿って、公称強度プロフィール１４８を有する。
例えば、光検出器１００が、図２中のｘ軸方向と移動方向１０４に沿って方位付けられた列を設けたＣＣＤアレイである場合、エッジ１４４の左側に位置する範囲と、エッジ１４６の右側に位置する範囲を画像化する画素が、エッジ１４４、１４６の間の範囲を画像化する画素よりも強度の低い光を受光する。
【００２０】
上述したように、画像取得中にワーク１４０がステージ１０２によって移動方向１０４に沿って移動されると、強度プロフィールが光検出器１００によって受光される強度プロフィール１４８とは異なってくる。
ステージ１０２の移動中、エッジ１４４、１４６が光検出器１００の前をさっと通りすぎると、ブラーリング効果（像ぶれ）を生じる。
図３〜図５は、有効露光時間中の移動によって生じたエッジ１４４の画像上への例証的なブラーリング効果（像ぶれ）を示す。図５は、ｎ＋１からｎ＋４１までの露光時間増分の間に、一定の速度でｘ軸に沿って移動されるワーク１４０を示し、時間とともに空間的に移動する様子を示す。
説明を簡素化するために、時間ごとのワーク１４０のｘ軸に沿った移動距離の増分は、光検出器１００の１画素に対応している（なお、光検出器１００は２次元画素列を含む）と仮定する。
図５は、時間増分ｎ＋１、ｎ＋１１、ｎ＋２１、ｎ＋３１、ｎ＋４１に対応したワーク１４０の位置を示す。
【００２１】
図４は、時間増分ｎ＋１、ｎ＋１１、…ｎ＋４１の各々に対応した、図２の強度プロフィール１４８の左エッジを示す。したがって、光検出器１００が、ｎ＋１からｎ＋４１の露光時間間隔（統合時間）で光を１ショットにまとめてしまうと、エッジ１４４が、ブラーリング（像ぶれ）を生じながら、ｘ軸に沿って距離Δｘだけ移動する。
【００２２】
図３は、光検出器１００の符号ｐ１〜ｐ５１で示す隣接した画素によって出力された光蓄積値または光統合値を示している。
光検出器１００は、入射光によって生成された電荷を蓄積させる。
したがって、光蓄積は、画素内に蓄積した電荷の量によって表される。統合時間の開始時に光検出器がリセットされ、光度の度数が検出されると電荷を蓄積（統合）する。したがって、図３中のグラフは、各画素の光蓄積値または光統合値を表す。あるいはこのような値は、光検出器画素強度値、光蓄積値、またはグレイレベル値とも呼ばれる。
【００２３】
時間ｎ＋１では、符号ｐ１で示す画素が、まず、ワーク１４０の頂面から反射された光度Ｂを受光する。しかしこの光度は、動作によって、すぐに光度Ａにまで低下する。
画素ｐ１を照射している光度は、これ以降の光検出器統合時間においても光度Ａに維持されるため、約４０Ａの相対値で表すことができる画素強度値が蓄積される。
【００２４】
画素ｐ１１では、時間ｎ＋１から時間ｎ＋１１へ増分する最中に、当該の光度がＢに維持され、その後Ａに低下する。したがって、画素ｐ１１において蓄積した画素強度値は、約１０Ｂ＋３０Ａの相対値で表すことができる。画素ｐ２１では、光度は、ｎ＋１〜ｎ＋２１までの最初の２０の時間増分の間はＢに維持され、その後Ａに低下する。したがって、画素ｐ２１における光蓄積値は、約２０Ｂ＋２０Ａの相対値で表すことができる。画素ｐ１１とｐ２１の接続に関連して上述した理由と同様の理由で、画素ｐ３１は約３０Ｂ＋１０Ａの相対光蓄積値を表し、画素ｐ４１は約４０Ｂの相対光蓄積値を表す。
【００２５】
画素ｐ５１では、光度値が光検出器１００の合計統合時間の間Ｂに維持されるため、その光蓄積値は画素ｐ４１のものと同一である。
したがって、エッジ１４４は、画素ｐ１とｐ１１の間にステップを形成する代わりに、画素ｐ１〜ｐ４１にかけてのびている。
この単純な例証によれば、これら画素内に蓄積した光の量が、均一に傾斜したラインを形成している（ワーク１４０は一定の測度で移動していると仮定する）。
そのため、図２中の理想強度ステップで表された鮮明なエッジが、図３中の画素ｐ１とｐ４１の間の増加する光蓄積値によって表される不鮮明なエッジとして取得される。
【００２６】
上述したように、ストロボ発光によって起こるワーク移動の「フリージング」は、ワークの速度が増すにつれて、また、ストロボ照射時間が長くなるにつれて、ますます不完全となる。
これとは反対に、ストロボ発光が高速で、ワークの移動速度が遅いほどワーク動作のフリージングが向上するため、エッジ１４４のようなエッジをより鮮明にすることができ、これにより、エッジ移動に影響される画素の数を減らすことで、画像内へのより正確な位置決定が可能になる。
しかし、様々な精密画像検査システムにおいて、画像エッジは、従来の副画素補間方法により、画素の１/１０よりも高い反復度でルーチン的に配置され、また多くの場合１画素の約１/１００であることが理解されるべきである。
そのため、ブラーリング（像ぶれ）が１画素未満の範囲に制限される場合でも、効率的な露光時間中のワークの動作によって生じた隣接する画素のグレイレベル値の若干の変化のために、画像エッジが「ブラーリング」する、および/または、副画素レベルにおいて不正確に位置決定される。いくつかの用途では、ワーク速度は少なくとも１０ｍｍ/秒であることが望ましい。
このような場合、最大で１ミクロンのブラーリング（像ぶれ）を生じさせるために、最大で１００マイクロ秒の総ストロボ継続時間を設けることが望ましい。
無論、これよりも速度を速める、または、これよりもブラーリング（像ぶれ）を小さくするには、可能な限り短い総ストロボ継続時間が望ましい。
【００２７】
図６〜図８は、望ましくないストロボ発光の例を示しており、ここでは、様々な光源の振幅または公称出力強度を調整することにより、正確な画像を提供するために必要な光度の混合を達成する。
５つのストロボ強度Ｍ＋１〜Ｍ＋５を図示しており、その各々が、ストロボ継続時間Ｔを有するストロボである。
それぞれのストロボ発光は、各々の画像の露光に適している。
ストロボ照明強度は任意の背景照明強度よりも高く、また、ストロボ継続時間Ｔは、光検出器１００の積分時間よりも短い場合に、関連する画像の有効露光時間になると仮定する。
【００２８】
光検出器１００が必要とする十分な光を、可能な限り短い露光時間において供給するために、全ての光源の光度を、エッジ形状の正確な測定に要する光度混合の必要性を満たすことができる最高レベルに設定する。
この例証のために、リング型照明１１０の光度を完全なストロボ継続時間Ｔの１００％に設定し、落射照明１３０を７５％の強度に設定し、ステージ照明１５０を５０％の強度に設定する。したがって、図６〜図８に示すように、リング照明１１０、落射照明１３０、ステージ照明１５０の光度は、ストロボの例Ｍ＋１〜Ｍ＋５の各々についてそれぞれ１００％、７５％、５０％である。
【００２９】
先述したように、落射照明１３０とステージ照明１５０を様々な強度レベルで動作させることにより、同一の周波数と目的の照明強度を予測的および/または一貫して生成するべくこれらの照明を制御する上で様々な困難が生じる。したがって、図６〜図８と反対に、１００％の強度、または少なくとも一貫した固定強度で動作し、さらに、光検出器１００の統合時間中に落射照明１３０とステージ照明１５０がオン状態にあり、光検出器１００の光散乱性質と平均時間性質に依存する正味時間を短縮することで、仕上がり画像においてそれぞれ所望の時間平均された光度レベルを得ることが好ましい。
そのため、図９〜図１１に示す例では、ストロボ強度Ｍ＋１〜Ｍ＋５のいずれについても、リング型照明１１０が１００％の強度でストロボ継続時間Ｔの間オン状態にし、その最大時間平均強度の１００％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じさせ、落射照明１３０が１００％の強度でストロボ継続時間Ｔの７５％であるｔ２継続時間の間オン状態にし、その最大時間平均強度の７５％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じさせ、ステージ照明１５０が１００％の強度でストロボ継続時間Ｔの５０％であるｔ１時間にかけてオン状態にし、最大時間平均強度の５０％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じさせる。
【００３０】
このストロボ照明手順が光検出器１００の符号ｐ１〜ｐ１０で示す画素の光蓄積値に与える影響を図１２に示す。先述したエッジ１４４は、最初、ほぼ画素ｐ１の位置にあり、ストロボ継続時間Ｔにかけ、図３〜図５に示した例と類似の方法で、一定の速度で移動する。時間増分ｎ＋１とｎ＋６の間で、全ての光源１１０、１３０、１５０が１００％の強度に設定されている。
したがって、画素ｐ１〜ｐ５は、図３に示すものと類似した増加する光蓄積値を連続的に示す。
光蓄積値は、画素ｐ１から画素ｐ５にかけて、傾斜Ｓ１を有する線に沿って直線的に増加する。
時間増分ｎ＋６の後、図８と同じだけの総照射エネルギーまたは露光エネルギーをそれぞれ供給するためには、ストロボ継続時間Ｔの間、ステージ照明１５０からの最大利用可能時間平均光度の５０％だけ使用することが望ましいため、ステージ照明１５０はオフにされる。
時間増分ｎ＋６とｎ＋９の間の照射は、リング型照明１１０と落射照明１３０のみによって供給され、光検出器１００に到達する総光度は時間増分ｎ＋６以前の光度よりも低い。そのため、エッジ１４４が画素ｐ６、ｐ７、さらにｐ８の中間を通り、これら画素について光蓄積の速度が低下し、さらに、それぞれの光蓄積値は、Ｓ１よりも緩い傾斜Ｓ２を有するラインと近接する。
図８と同じだけの総照射エネルギーまたは露光エネルギーをそれぞれ供給するべく、落射照明からの最大利用可能時間平均光度の７５％を供給するために、落射照明１３０が時間増分ｎ＋９の直前にオフにされる。
したがって、ｎ＋９とｎ＋１１のほぼ間の時間増分の最中に、画素ｐ９とｐ１０の光蓄積値が、傾斜Ｓ２よりも緩い傾斜Ｓ３を有するラインを形成する。
【００３１】
したがってこのストロボ照射技術は、図３〜図５に示した類似の例証と反対に、概して光源特性（落射照明１３０とステージ照明１５０）の制御性能を改善し、エッジ１４４が通った画素の画素値が、画素値（光蓄積値）の非直線的増加を形成する。
この単純な例証は、画像露光の最中に複数の光源を不均等な時間にかけてストロボ照射した場合、その結果得られるエッジ強度プロフィールは不鮮明であるだけでなく歪曲もしており（さらに、これに関連してエッジ位置の誤差が生じる）、この歪曲は純粋にストロボ時間が不均等である結果生じたアーティファクトである。先述の説明と同様に、ブラーリング（像ぶれ）が１つの画素よりも狭い範囲に制限されているとしても、精密画像検査システム内の隣接する画素の相対グレイレベル値にやはり照明により誘発されたこれと類似の歪みが生じているため、副画素補間工程では画像エッジ位置を的確に識別することができない。
【００３２】
概して、ワークは画像測定機の視域よりも大きい。
そこで、光検出器１００に対するステージ１０２またはワーク１４０の巨視的位置の測定結果を、光検出器１００にて取得された画像フレーム内における特徴的形状の位置決定に組み合わせることにより、特徴的座標または位置、例えばエッジ位置が決定される。
多くの場合、この巨視的位置の測定は、ステージ１０２と光検出器１００の間の相対移動を監視するエンコーダによって提供される。
先述したように、多くの用途において、画像化システムに対して移動していないワークの画像から得られるであろうストロボ照明画像から、可能な限り近くに、同じエッジ位置測定値を取得することが望ましい。
【００３３】
例えば、多くの自動画像測定検査プログラムがトレーニング・モードで作成および/または確認され、ここで、画像測定システムは多数の様々なプログラムステップに分かれており、さらに、作業者が各々の望ましい画像取得位置でステージを停止することで、検査画像が取得および/または確認される。
このような場合、期待しうる同等の測定結果を得るためには、プログラムを高速自動モードで実行し、ステージ移動中に画像取得を行う場合に、名目上同一の測定結果を得ることが望ましい。
これは、エンコーダ（単数または複数）の巨視的位置値(単数または複数)のラッチングと、画像露光の代表的な公称時間との間におけるステージ速度と時間差がわかっている場合に、精度レベルを向上させることで達成できる。
【００３４】
例えば、図３に示した理想的なエッジの例を見ると、露光時間の最中、最初、エッジは画素ｐ１付近に位置しており、その後露光中に均等に移動し、最後に画素ｐ４１付近で停止する。この理想的なエッジの例では、図３に対応する画像内において予想される最良のエッジ位置は、不鮮明なエッジ強度プロフィールの中間、つまり画素ｐ２１付近であってよい。以下が仮定される：
１） この中間画素はＸｐ２１のＸ座標値を有する；
２） ストロボ継続時間、つまりＸ Ｂｌｕｒ（Ｘ方向の不鮮明）に対応する時間はＴである。この仮定は、図１３〜図１６に関連して使用されているストロボ継続時間Ｔの記号と一致し；および、
３） 関連する画像露光の代表的な公称時間は、ストロボ継続時間の中間点、つまりＴ/２である。
【００３５】
ストロボ継続時間Ｔの最初に相対位置エンコーダ値Ｘｅがラッチされる場合には、エッジの移動補正された測定座標が次式（１）から求められる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここで、Ｖはワーク１４０が移動している速度である。
【００３８】
図２に示す理想的なエッジ強度プロフィールに基づく先行の例および図３の対応する不鮮明な理想のエッジ強度プロフィールと比較して、実際のエッジ強度プロフィールはＳ字曲線に近く、このＳ字曲線は、極少数または数個以上の画素スパンの長さにわたってのび、また、このスパンの中心付近に位置するその最大傾斜または最大勾配を備えている。多くの場合、画像の不鮮明性を、極小数よりも少ない画素個数、または副画素レベルに都合よく制限することができる。このような場合、適切なストロボ照射を行うことで、結果生じる不鮮明なエッジ強度プロフィールは、スパンと、このスパンの中心付近に位置する最大傾斜または勾配とを備えたＳ字曲線となる。
【００３９】
多くの周知のエッジ検出アルゴリズムは、エッジ強度プロフィールに沿った最大勾配の位置を求めることにより（例えば、Ｓｏｂｅｌオペレータ・アルゴリズム、その他）、および/または、基準ワークの特徴に基づいて事前定義あるいは「学習」された閾値、もしくは他の「学習」された基準を満たす閾値を超える勾配の位置を求めることにより、エッジ位置を副画素レベルで決定する。この場合、式（１）と、関連する示唆とを適用することが有効である。このような場合には、式（１）から、完全に固定された鮮明な画像、またはワーク移動なしで取得した画像のものとほぼ等しいエッジ位置測定値が得られる。
【００４０】
上述の工程の精度は、不鮮明なエッジ強度プロフィールの形状をほぼ維持する鮮明なエッジ強度プロフィールに依存するため、勾配ベースのエッジ検出アルゴリズムは、やはり、不鮮明画像スパンのほぼ中間にエッジ位置を決定する。
より一般的には、不鮮明画像内にさらに複雑な不鮮明エッジ強度プロフィールが存在する場合、勾配ベースのエッジ検出アルゴリズムは、エッジ強度プロフィールスパンの長さに沿った同一の比率位置または正規化された位置にあるエッジを、不鮮明であるか否かに係わらず、検出する傾向にある。これには、概して画像の不鮮明部分の長さが、明瞭なエッジ強度プロフィールスパンと比較して比較的短いか、あるいは、エッジ強度プロフィールの不鮮明部分が、その元の形状に関係なく、直線的になる傾向を有する必要がある。
【００４１】
この場合、適切な画像処理を用いることで、エッジ強度プロフィールスパンの長さにおける検出されたエッジ位置の割合を、上述したトレーニングモードの最中に取得される不鮮明でない画像内に求めることができ、さらに、これを自動検査プログラム内に、そのエッジのエッジ測定オペレーションと共に記憶することができる。次に、検査プログラムの自動実行中に、その同じ割合を式（１）の０．５の代わりに用いて、適切に補正された測定結果を得る。
無論、画像不鮮明性の程度が、鮮明な画像強度プロフィールスパンよりも比較的短い場合であっても、様々な光源間の不正確なストロボ・タイミング関係により、図９〜図１２の説明にある光源１１０、１３０、１５０について先に例証したように、不鮮明強度プロフィールを人工的に歪曲することができる。
【００４２】
図１３〜図１６は、光源１１０、１３０、１５０の各々についてのストロボパルスが、総ストロボ継続時間Ｔの中間点周囲で公称的に中心決めされる光ストロボ配置を示す。
この配置を用いて得た画素ｐ１〜ｐ１０の光蓄積値が５つのラインセグメントを形成し、この５つのラインセグメントのうち、第１ラインセグメントが傾斜Ｓ３を備え、第２ラインセグメントがＳ２の傾斜を備え、第３ラインセグメントがＳ１の傾斜を備え、第４ラインセグメントがＳ２の傾斜を備え、第５のラインセグメントがＳ３の傾斜を備える。Ｓ１の傾斜はＳ２、Ｓ３のいずれよりも大きい。これにより、Ｓ字型曲線である鮮明なエッジ強度プロフィールが、このようなパルス技術を使用した場合にもＳ字型曲線を維持し、また、上述の方程式（１）および関連する技術を用いることで、適切に補正された測定結果が得られる。しかしながら、より不規則なエッジ強度プロフィールはこのようなストロボパルス技術によって歪曲されてしまうため、対応する不鮮明画像から誤った測定結果を生じてしまう。
【００４３】
前述した技術のうちどれを使用しようと、任意の光源が画像露光時間中に個別にオフにされている際には、異なるシャドー効果により、概して光源が異なれば画像内に位置するエッジの場所も若干異なってくるため、不鮮明画像内で概してさらなるエッジシフト効果が生じる。このような効果によって、エッジ強度プロフィールと明確なエッジ位置が歪曲されてしまう。
【００４４】
前述した効果のいずれか、または全てによるエッジ位置の誤差は、図１７〜図２０に示す例で例証するように様々なマイクロストロボ発光の光源で減少させることができ、この場合、図１７〜図２０の例では、エッジ１４４は、最初に画素ｐ１の位置に適切に位置しており、ストロボ継続時間Ｔにかけて、図３〜図５に示す例証と類似の方法で、一定の速度で移動する。図１７は、図１３と同様に、統合時間Ｔ全体にかけて１００％の強度でストロボ発光され、最大時間平均強度の１００％である時間平均強度をストロボ継続時間Ｔにかけて生じるリング型照明１１０を示している。落射照明１３０とステージライト１５０を１００％の強度でストロボ発光する代わりに、ストロボ継続時間Ｔのそれぞれ７５％、５０％にかけて連続的にストロボ発光を行うことで、これらの照明１３０、１５０が、図１８、図１９に示すように、１００％の強度で、それぞれ７５％、５０％のデューティサイクルにて、ストロボ継続時間Ｔ全体にかけてマイクロストロボ発光され、その結果、ストロボ継続時間Ｔにかけて、各々の最大時間平均強度の７５％、５０％である時間平均強度が生じる。これにより、落射照明１３０とステージ照明１５０が、均一な光パルスパターンで、統合時間Ｔにかけて比較的均等にワーク１４０を照明するため、不鮮明なエッジ強度プロフィールを歪曲せずに維持することができる。
【００４５】
例えば、画素ｐ１〜ｐ１０によって表される不鮮明なエッジ強度プロフィールによって、図２０に示すように、図２に示した理想的な鮮明エッジ強度プロフィール１４８に予想される不鮮明エッジ強度プロフィールであるＳ字型の傾斜を有する理想的な直線伝播が形成される。より一般的には、Ｓ字型のエッジ強度プロフィール、またさらに複雑なエッジ強度プロフィールにこのようなマイクロストロボ発光技術を用いることで、不鮮明な画像内で不鮮明でないエッジ強度プロフィールの形状が維持され、また、勾配ベースのエッジ検出アルゴリズムが、エッジ強度プロフィールスパンの長さに沿って、同じ比率位置または正規位置の付近にエッジを、これが不鮮明であるか否かにかかわらず検出する傾向にあり、これによって、正確に照明されたストロボ発光された画像と同様に、反復性と精度がより高く、補正されたエッジ位置測定結果が得られる。
【００４６】
落射照明１３０とステージ照明１５０をマイクロストロボ発光する周波数は、照明ハードウェア特性および制御要求により許される最高の周波数であってよい。
マイクロストロボ周波数は、短く設定されることが好ましく、例えば、移動するワークを撮像した場合に、一つのオンオフサイクルの時間におけるワーク移動量が１画素幅以下に対応することが好ましい。
この方法により、総ての画素が、各光源１１０、１３０、１５０の光蓄積の平均値を受光する。
【００４７】
上述の例では、望ましい光度の混合には、リング型照明１１０が最長の時間にかけて最高強度を有することが必要であると仮定されているため、リング型照明１１０は、光検出器１００の統合時間全体の間、１００％の強度でストロボ発光されると仮定している。光度の混合は、ワークの特性および/または光源構成によって異なる。
さらに、上記では、マイクロストロボ発光は統合時間全体にかけて均一に分布しており、各光源のそれぞれの光パルスが同量の照明エネルギーを提供すると示したが、このような分布は必須ではない。
より一般には、マイクロストロボ発光の分布は、望ましいレベルのエッジ検出の精度およびロバスト性が得られるだけ均一に行うだけでよい。
例えば、好ましくはないが、光源のマイクロストロボ発光されたパルスを全体ストロボ継続時間のうちのわずか７５％にかけて分布させてもよく、さらに、精度が比較的低くてよい用途のためには、先述した利点の手段のうち適切なものを提供してもよい。
さらに、より一般的には、各マイクロストロボ発光のデューティサイクルを先述したとおりに設定し、先述のパルス継続時間と共に使用するマイクロストロボ発光繰り返し数を設定することにより、またはこれ以外にも、光パルスパターンを、総ストロボ継続時間中に、時間平均光度および/または総照明エネルギーの望ましい度数と均等性を提供するように構成する何らかの方法を用いることにより、各々の光源のマイクロストロボ光パルスパターンを制御することができる。
【００４８】
図２１は、上述のマイクロストロボ発行技術を採用した例証的なシステム５００（例えば、画像検査システム）を示す。
システム５００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２００、照明同期・タイミング制御ユニット（ＬＳＴＵ）２２０、画像取込装置２４０、動作制御装置２６０、カメラ２８０、ステージ３０２、リング型照明３００、ステージ照明３２０、ハーフシルバー可動式反射鏡３６０を具備した落射照明３４０を採用している。
リング型照明３００は、光量が個別に制御が可能であって部分的な照明を行う部分照明の組み合わせとして形成してもよい。
しかし、ここでは説明を容易化するために、リング型照明３００を制御された１つの照明として扱う。ワーク３８０のようなワークをステージ３０２上の特定位置に配置できる。システム５００は、ステージ３０２および/またはワークの巨視的な位置を検出することで、検査動作を実施するためにワーク画像の取得を始める瞬間を正確に決定できる。
【００４９】
作業者は、１つまたはそれ以上のワークを手作業、半自動、自動的に検査するために、ＰＣ２００を使って、ワーク位置、光源強度混合等の制御パラメータを入力することができる。
入力できるパラメータタイプの一例を以下の表１に示す。
ワーク画像取得位置、ステージ速度、倍率、統合時間、効率的な露光時間、ストロボ継続時間、光度、マイクロストロボ発光周波数、ワーク画像１つについての光源ごとのストロボパルスの総数等のパラメータの入力が可能である。
表１内のパラメータは単なる例証であり、特定の状況においては、異なる装置デザインと互換させるために、より多くの、より少ない、あるいは異なるパラメータを使用する必要があるかもしれない。
例えば、マイクロストロボ発光周波数は、光制御装置ハードウェアによって決定され、様々な光源の性質に基づき特定の周波数に設定することができる。
制御パラメータの決定は、サンプルワークをステージ３０２上に配置し、最良の結果を得るべく画像取得の実行に使用されるサンプルワーク最良の位置、倍率、照明等を決定する作業者が行うことができる。
作業者は、様々なパラメータを組み合わせてサンプルワークを画像化し、取得した画像をカメラ２８０で観察し、エッジの決定が正確であるか否かを査定することができる。
作業者は、動作可能なパラメータの組を取得すると、これらのパラメータ値をプログラムされた制御パラメータとして入力できる。
【００５０】
【表１】
【００５１】
ＰＣ２００は、トレーニングモードの静止画像化調整の最中に取得され、作業者によって確立された制御パラメータを処理し、さらにこれらを、自動検査モードの連続動作調整の最中に、動的な画像取得のための適切な制御命令に変換することができる。
例えば、作業者は、トレーニングモードの最中に、連続的な画像取得位置、および関連する各光源より供給される総照射エネルギーを確立することができ、さらに、ＰＣ２００内で適切な処理および/または分析を行うことにより、測定経路、速度、ストロボ継続時間、デューティサイクルを最適化し、これにより、自動検査プログラム実行中に最高のスループットまたは最高の精度等を生ずることができる。
自動検査プログラムで使用する動的な画像取得制御命令が生成されたら、制御命令（および制御パラメータ）をメモリ２１０に保存し、後に取得し、使用することができる。
【００５２】
制御パラメータおよび/またはメモリ２１０から制御命令を取得した後に、ＰＣ２００が画像取得位置パラメータと関連する光制御命令情報、その他適切な情報をＬＳＴＵ２２０にダウンロードし、検査工程を実行するために他のシステムコンポーネントを制御する。様々な用途では、ＬＳＴＵ２２０の専用の処理と決定論的なタイミングを使用することによって、複数の光源の高速光パルスパターンを、十分な正確性をもって、高速移動経路に沿った望ましい位置において同時に制御する。
例えば、動作制御装置２６０は、ＬＳＴＵ２２０から位置情報を受信した後に、ワーク３８０を移動するために、ステージ速度情報と命令ステージ３０２を受信する。
ＬＳＴＵ２２０は、ＰＣ２００から制御命令を受信し、この制御命令を個別データに処理して、画像取得動作を制御する。
例えば、ＬＳＴＵ２２０は、光源３００、３２０、３４０について制御装置を初期化するか、または、制御命令から抽出した位置情報を動作制御装置２６０に送信することができる。
【００５３】
動作制御装置２６０は、ＬＳＴＵ２２０から位置パラメータを受信すると、ワーク３８０の移動を開始し、ワーク３８０の位置が指定の画像取得位置に到達するとトリガ信号を生成する。例えば、画像取込装置２４０が、パルス継続時間としてコード化された積分時間を含んでいてよいリセット信号を生成する際に、動作制御装置２６０からのトリガ信号を受信し、画像取込装置２４０がリセット信号をＬＳＴＵ２２０とカメラ２８０に送信する。カメラ２８０は、リセット信号を受信すると、例えば残余電荷をクリアし、積分時間を設定することにより、ＣＣＤアレイのような光検出器を初期化する。
初期化工程が完了すると、カメラ２８０が、画像取得サイクルを有効にするために、ＬＳＴＵ２２０に有効信号を発行する。
【００５４】
ＬＳＴＵ２２０は、有効信号を受信すると、（リセット信号から導出した）光検出器統合時間中の１つのストロボ継続時間について、光源３００、３２０、３４０のマイクロストロボ発光を開始し、さらに、動作制御装置２６０からのエンコーダ位置値が、関連する時間においてラッチされるようにする。
積分時間が終了すると、カメラ２８０が、例えば先述したような移動に起因する画像不鮮明の補正を含むビデオ信号を、画像取込装置２４０に送信するが、この画像取込装置２４０は、カメラ２８０から送信される全ての画素値を受信し、ＰＣ２２０に画像を出力して、この画像を画像処理回路２０５に処理させる。
次に、ＬＳＴＵ２２０が、別の画像取得サイクルを開始するために、別の位置信号を動作制御装置２６０に送信する。画像取得サイクルは、各ワークのための検査画像フレームの総数が終了し、ＰＣ２００またはＬＳＴＵ２２０が次のワーク（在る場合のみ）に関連した次の位置信号を発信するまで繰り返される。
【００５５】
図２２は、高速クロック（図示せず）、ＬＳＴＵメモリ４０２、リング型照明制御装置４０４、落射照明制御装置４０６、ステージ照明制御装置４０８を備えたＬＳＴＵプロセッサ/制御装置４００を備えるＬＳＴＵ２２０の例証的なブロック線図を示す。
ＬＳＴＵ制御装置４００は、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれ以外の要求された処理を実行するマイクロプロセッサであってよい。
ＬＳＴＵ制御装置４００は、ＰＣ２００から処理制御パラメータを受信し、また、ＬＳＴＵ制御装置４００は、これらのパラメータを各照明制御装置４０４〜４０８の特定の動作命令に送り、さらに、位置パラメータを動作制御装置２６０に送る。
【００５６】
各光制御装置４０４、４０６、４０８は、特定のマイクロストロボ発行周波数専用になっていてもよい。このような場合には、ＬＳＴＵ制御装置４００は、デューティサイクル制御信号とオン/オフ信号を出力して、光源３００、３２０、３４０の各々のマイクロストロボ発光を制御することができる。
光制御装置４０４、４０６、４０８の各々は、特定のマイクロストロボ発光パルス継続時間を提供するようになっていてもよい。その場合には、総ストロボ継続時間、つまり、効率的な画像露光時間の最中に各々の光源３００、３２０、３４０によって出力されるマイクロストロボ発光パルス出力の数を制御するために、ＬＳＴＵ制御装置４００が反復速度信号を出力できる。光制御装置４０４、４０６、４０８がドライバのような単純な装置である場合には、ＬＳＴＵ制御装置４００は、光源３００、３２０、３４３０を直接制御するために、適切な周波数およびデューティサイクル等においてオン/オフ信号を生成できる。
【００５７】
ＬＳＴＵ制御装置４００は、ＰＣ２００から受信した制御命令をＬＳＴＵメモリ４０２に保存し、後の使用に備えることができる。
ＬＳＴＵメモリ４０２は、ＰＣ２００からロードした多数の異なる制御命令の組を含んでいてよく、これにより、ＰＣ２００が、ＬＳＴＵ制御装置４００をＬＳＴＵメモリ４０２に既に保存されている所望の制御命令の組に導くためだけの理由で指数を提供できるようになる。
【００５８】
上述したように、画像取込装置２４０から受信したリセット信号は、統合時間に特化した情報を含んでいてよく、ＬＳＴＵ制御装置４１０がこの信号をＬＳＴＵメモリ４０２に保存してよい。ＬＳＴＵ制御装置４００は、画像取込装置２４０からリセット信号を受信すると、要求された光源制御装置の全てを初期化して、カメラ２８０から有効信号を受信するとマイクロストロボ発光動作を開始できるようにすることができる。
【００５９】
ＬＳＴＵ制御装置４００は、制御命令から、必要なストロボの各々に対応した位置情報を抽出する。次のマイクロストロボ発光サイクルの開始準備ができると、ＬＳＴＵ制御装置４００は、マイクロストロボ発光工程を開始するべく次のトリガ信号を生成するために、次の位置パラメータを動作制御装置２６０に送信する。ＰＣ２００からの制御命令は、検査されるべき多数のワークとその位置を含むこともできる。したがって、ＬＳＴＵ制御装置４００は、この情報をＬＳＴＵメモリ４０２に保存して、マイクロストロボ発光工程を制御する際に取得できるようにすることができる。
【００６０】
図２３は、先述のマイクロストロボ発光動作を含む自動ビデオ画像の取得および検査工程を作成および実行する方法の例証的なフローチャートである。
ステップ１０００にて作業者入力が受信され、１００２へ進む。
ステップ１００２にて、受信した作業者入力が完全な新規制御パラメータを含んでいるか否かを決定する。新規の制御パラメータを含んでいる場合には１００８へ進む；含んでいない場合にはステップ１００４へ進む。
ステップ１００８にて、新規の制御パラメータを、自動検査動作の最中に、動的な画像取得に適した制御命令に変換する。
【００６１】
上述したように、作業者によって入力された制御パラメータは静止条件に依存してよく、ワークが動作中であるダイナミック条件への変換を要する。
ワークの移動速度、取得するビデオ画像とフレームの数、統合継続時間、総ストロボ継続時間、使用可能な光源からの適切な光度の混合、その他に関連した決定を行うことができ、また、これらの決定に基づく制御命令を、要求されたワーク検査を実行するために動作可能な形式およびシーケンスで生成および保存できる。
制御パラメータを適切な制御命令に変換し、これらを動作可能な形式およびシーケンスで保存し、その後ステップ１０１０へ進む。
【００６２】
ステップ１００４にて、作業者が既存の制御パラメータの取り出しおよび変更を要求しているか否かの決定を行う。既存の制御パラメータの変更が要求されている場合には１００８へ進む；要求されていない場合にはステップ１００６へ進む。ステップ１００６にて、メモリから制御命令を取得し、これらを、作業者入力に基づいて、動作可能な形式およびシーケンスにて保存し、その後ステップ１０１０へ進む。
【００６３】
ステップ１０１０にて、新規に変換した制御命令、または、動作可能な形式およびシーケンス（例えばパートプログラムの形式）で保存されていたメモリから取り出した制御命令のいずれかを、画像取得を実行する様々な動作ユニットにロードする。
例えば、所望の光高度混合を達成するためのマイクロストロボ発光、マイクロストロボ発光を実施するワーク位置、取得するビデオ画像の数に関連した制御命令を、一連の画像取得動作を準備する際にＬＳＴＵにロードすることができる。
さらに、カメラおよびＬＳＴＵのような光検出器に積分時間をロードして、光検出器およびＬＳＴＵをその動作実行時に同期することも可能である。制御命令を動作ユニット内にロードし、その後ステップ１０１２へ進む。
【００６４】
ステップ１０１２にて、マイクロストロボ発光技術によって、ワークの検査画像が取得され、その後ステップ１０１４へ進む。
ステップ１０１４では、ワークのエッジを識別するために、取得された画像が画像処理され、検査の目的で、その座標が決定され、その後ステップ１０１６へ進む。ステップ１０１６にて、要求されたワークの全て（例えば、ワークのバッチ又はトレイ内のもの）が検査済みか否かを決定する。全てのワークが検査済みであれば、ステップ１０１８へ進んで工程が終了し；検査済みでなければ、ステップ１０１２へ戻り、次のワークについてこれを繰り返す。
【００６５】
図２４は、最新のワークについて１組の検査画像を取得するために使用できるマイクロストロボ発光画像取得工程の例証的なフローチャートである。
ステップ１１００では、各光源にそれぞれ対応する光源命令を、例えばストロボ継続時間、デューティサイクル、マイクロストロボ発光周波数のための命令パラメータの形式、またはこれ以外の、最新の検査画像に使用される各光源に望ましいマイクロストロボ発光パルスパターンを確立するべく動作可能な形式で生成し、その後ステップ１１０２へ進む。ステップ１１０２では、ワーク位置および速度命令を、ワークを移動させる動作制御装置へ送信し、その後ステップ１１０４へ進む。ステップ１１０４では、ワークが最新の画像取得位置に在るか否かが決定される。
ワークが最新の画像取得位置に在る場合にはステップ１１０６へ進み；ワークが最新の画像取得位置にない場合には、工程は、ワークが画像取得位置へ移動し続ける間、一定の時間長だけ待ち、その後ステップ１１０４へ戻るか、ステップ１１０４を繰り返す。ステップ１１０６にて、画像取得工程を開始するためにトリガ信号を生成し、その後ステップ１１０８へ進む。
【００６６】
ステップ１１０８では、新規画像取得フレームの準備段階において全ての残余電荷を除去できるようにするために、ＣＣＤアレイのような光検出器がリセットされる。さらに、このリセット工程は、光検出器に統合時間を、制御装置に光源を通信することで、ワークのビデオ画像を取得するために光検出器と光源ストロボ発光制御装置が同期できるようにすることも可能である。工程は次にステップ１１１０へ進む。ステップ１１１０では、光検出器のリセットが成功するとストロボ有効信号が生成され、その後ステップ１１１２へ進む。ステップ１１１２にて、各光源について所望のマイクロストロボ光パルスパターンを確立するべく動作可能な命令に基づいて、光源がマイクロストロボ発光され、検査画像が生成され、保存される。その後、ステップ１１１４へ進む。
【００６７】
ステップ１１１４にて、望ましい検査画像が全て生成されたか否かが決定される。生成されている場合はステップ１１１６へ進み；生成されていない場合には、ステップ１１００へ戻り、新規または次の最新画像のために画像取得工程が開始される。ステップ１１１６にて、保存された検査画像の組は、最新のワークを検査するために処理および分析された画像である。所望であれば、画像の処理および分析に、動作により誘発された不鮮明性のエッジ検出および補正についてここで略述した様々な方法のうち任意のものを含めることができる。次に、工程はステップ１１１８へ進む。ステップ１１１８では、図２３のステップ１０１６に示すフローチャートへ戻る。
【００６８】
本発明を、上述の例証的な実施形態と共に説明してきたが、当業者には多くの代案、変更、応用が明白となるだろう。このマイクロストロボ発光技術は、上述した精密な画像検査システムに特に有効であるが、しかしこれは限定されるものではない。また、このマイクロストロボ発光技術は、概して、移動中の物体を画像化するために複数の照明源を使用しており（照明源が可視であるか不可視であるかは関係ない）、また、様々な画像特徴の位置がこの照明技術によって歪曲されない場合には常に有効である。このような用途には、例えば、医療診断画像、高速動作研究、さらには従来のビデオスタジオの画像化が含まれる。これは、ストロボ発光される照射源として発光ダイオードを使用する用途に特に利用されている。したがって、上で説明した本発明の例証的な実施形態は例証のみを目的としており、限定を目的としたものではない。本発明の趣旨および範囲から逸脱しない限り、様々な変更を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、画像検査システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】照明システムの例証的な線図。
【図２】光検出器および関連する光度プロフィールによって観察された例証的なワークの頂面図。
【図３】ワーク移動によるブラー効果（像ぶれ）を示す図。
【図４】ワーク移動によるブラー効果（像ぶれ）を示す図。
【図５】ワーク移動によるブラー効果（像ぶれ）を示す図。
【図６】例証的なストロボ発光を示す図。
【図７】例証的なストロボ発光を示す図。
【図８】例証的なストロボ発光を示ず図。
【図９】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１０】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１１】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１２】光源の時間平均光度を設定するための光ストロボ回数の相対継続時間を調整する技術を示す図。
【図１３】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１４】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１５】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１６】エッジ検出の精度を向上するべく光源のストロボ時間を真ん中にあつめるための技術を示す図。
【図１７】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図１８】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図１９】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図２０】エッジ検出の精度を向上させるためのマイクロストロボ光源を示す図。
【図２１】マイクロストロボ発光を採用した画像検査システムの例証的な線図。
【図２２】図２１に示した照明同期・タイミング制御ユニットの例証的な詳細線図。
【図２３】マイクロストロボ発光動作を含む自動ビデオ画像取得および検査工程を作成/実行するための例証的なフローチャート。
【図２４】マイクロストロボ発光工程を含むワーク画像化シーケンスの例証的なフローチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１００…光検出器、１０２…透明ステージ、１１０…リング型照明、１２０…ハーフミラー、１３０…落射照明、１４０…ワーク、１５０…ステージ照明、２０５…画像処理回路、２１０…メモリ、２４０…画像取込装置、２６０…動作制御装置、２８０…カメラ、３００…リング型照明、３２０…ステージ照明、３４０…落射照明、３８０…ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の画像を取得するためのストロボ照明方法であって、
少なくとも一つ以上の光パルスを含み、最初のパルスの開始と最後のパルスの終了とで定義される総ストロボ継続時間を有する第１光パルスパターンにて画像取得中に第１光源を動作させる工程と、
前記第１光パルスパターンよりも少なくとも一つは多くの光パルスを含み、前記ストロボ継続時間の一部分にかけて光パルスが分布する第２パルスパターンにて少なくとも第２光源を動作させる工程と、を備え、
前記第１および第２光パルスパターンによって、画像取得中に第１および第２光源にて提供される光の時間平均強度を少なくとも部分的に規定する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項２】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
前記総ストロボ継続時間の一部分は、前記ストロボ継続時間の少なくとも７５％である
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項３】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
前記第２光パルスパターンの光パルスが、前記総ストロボ継続時間にかけてほぼ均一に分布している
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項４】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
光パルスパターンは、複数の光パルスを含み、それぞれの光パルスは略同一のピーク強度を提供する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項５】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
光パルスパターンは、複数の光パルスを含み、それぞれの光パルスが略同量の照射エネルギーを供給する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項６】
請求項５に記載のストロボ照明方法において、
光パルスパターンは複数の光パルスを含み、
前記光パルスパターンはデューティサイクルに対応する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項７】
請求項５に記載のストロボ照明方法において、
前記複数の光パルスの各々が所定量の照明エネルギーを供給し、
各光パルスパターンは光パルス周波数に対応する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項８】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
前記総ストロボ継続時間が最大で１００マイクロ秒である
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項９】
ワークの画像取得方法であって、
少なくとも一つ以上の光パルスを含み、光の時間平均強度を少なくとも部分的に規定し、最初のパルスの開始と最後のパルスの終了とで定義される総ストロボ継続時間を有する第１光パルスパターンにて画像取得中に第１光源を動作させる工程と、
前記第１光パルスパターンよりも少なくとも一つは多くの光パルスを含み、光の時間平均強度を少なくとも部分的に規定する第２パルスパターンを提供するために少なくとも第２光源をマイクロストロボ発光させる工程と、を備え、
前記総ストロボ継続時間と重複するカメラの画像積分時間において前記ワークの画像を取得する工程と、を備える
ことを特徴とするワークの画像取得方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のワークの画像取得方法において、
少なくとも前記第２光源のマイクロストロボ発光が、実質的に前記総ストロボ継続時間の略全体にわたって実施される
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のワーク画像取得方法において、
少なくとも前記第２光源をマイクロストロボ発光させる工程は、
画像取得中に、第１出力レベルと第２出力レベルとの間の出力値であって、時間平均強度を選択された値に規定するパルス幅およびパルス数で、総ストロボ継続時間において実質的に均一に分布した１かそれ以上のパルスを第２光源に発光させる
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のワーク画像取得方法において、
さらに、前記ワークが前記カメラに対して移動している最中に、前記ワークの画像を複数の画素の画像強度値の組として取得する工程と、
前記画像を画像処理し、前記画像内のワークエッジに対応する強度勾配の位置に基づいて前記画像内における少なくとも１つのワークエッジの位置を決定する工程と、を備える
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のワーク画像取得方法において、
画像取得中のワークの移動速度に基づいて前記少なくとも１つのワークエッジの位置を修正する
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のワーク画像取得方法において、
前記ワークの移動速度Ｖに基づく前記エッジ位置の修正は、次式に従って実行されることを特徴とするワーク画像取得方法。
【数１】
ここで、Ｘは修正されたエッジ位置である。Ｘｅは画像取得の開始時に保存されたワークの座標位置である。Ｘｐ２１は画像内において求められたエッジの位置である。Ｋはデフォルト値であって、対応するエッジの不動の画像に基づいて決定された比率であり、不動画像内のエッジ強度プロフィールのはじまりに対応する位置と前記不動画像内の前記ワークエッジに対応する画像強度勾配の位置との間の長さを前記不動画像内のエッジ強度プロフィールの全長で割って求められる。Ｔは総ストロボ継続時間である。
【請求項１５】
請求項１４に記載のワーク画像取得方法において、
Ｋ＝０．５である
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１６】
請求項９に記載のワーク画像取得方法において、
さらに、前記ワークの画像取得に関する位置情報を得る受け取る工程と、
前記ワークを移動させる工程と、
前記ワークの位置が前記位置情報に基づいて決定された値に到達したときに前記ワークを照明する工程と、
前記ワークの照明中に、その画像を取得する工程と、を備える
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１７】
対象物の画像を取得するために使用できる照明装置であって、
複数の光源と、
光源制御装置と、
前記光源制御装置および前記光源と結合している複数の光源ドライバと、を備え、
マイクロストロボ光パルスパターンに対応して各光源をマイクロストロボ発光させるように前記光源制御装置が前記光源ドライバに信号送信可能である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の照明装置において、
マイクロストロボ光パルスパターンは、前記画像取得中に前記光源によって提供される時間平均強度を少なくとも部分的に規定する１またはそれ以上のパルスを有する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の照明装置において、
制御装置と、
前記制御装置と接続した入力インターフェースと、を備え、
前記制御装置が、前記入力インターフェースを介して、ａ）前記光源の各々の時間平均強度値およびｂ）前記各光源の総照射エネルギーの少なくとも一方の値を受信し、
前記受信した値に基づいて前記各光源のマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の照明装置において、
前記光源制御装置が、対応する照明デューティサイクルに基づいて前記各光源の対応するマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の照明装置において、
マイクロストロボ光パルスパターンは、ストロボ照明時間全体にかけてほぼ均一に分布している
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２２】
ワーク画像取得装置であって、
複数の光源と、
カメラと、
複数の光源ドライバと、
前記光源ドライバと結合した光源制御装置と、を備え、
前記光源制御装置は、前記各光源のマイクロストロボ光パルスパターンを生成し、
前記光源ドライバは、ワークの画像取得中に、ワークを照明するマイクロストロボ光パルスパターンに基づいて前記各光源を駆動させる
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載のワーク画像取得装置において、
前記マイクロストロボ光パルスパターンは、前記各光源の所定の時間平均照明強度を提供するパルス幅のパルスを有する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載のワーク画像取得装置において、
入力インターフェースと、
前記光源制御装置および前記入力インターフェースと結合している制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ワークの画像取得を開始する所定位置に対応する位置情報を受信する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載のワーク画像取得装置において、
前記制御装置は、前記入力インターフェースを介して、ａ）前記光源の各々の時間平均強度値およびｂ）前記各光源の総照射エネルギーの少なくとも一方の値を受信し、
前記受信した値に基づいて前記各光源のマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２６】
請求項２２に記載のワーク画像取得装置において、
マイクロストロボ光パルスパターンは、ストロボ照明時間の全体にかけてほぼ均一に分布している
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載のワーク画像取得装置において、
前記制御装置と結合している移動制御装置を備え、
前記移動制御装置が、所定の開始位置へ向けた前記ワークの移動を制御し、かつ、前記光源制御装置へトリガ信号を送信し、
前記光源制御装置は、前記トリガ信号の受信後にマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載のワーク画像取得装置において、
前記光源制御装置は、照明同期・タイミング制御ユニットを備える
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載のワーク画像取得装置において、
前記移動制御装置が画像取込装置に向けてトリガ信号を発信し、
前記画像取込装置は、前記移動制御装置から前記トリガ信号を受信した後に、画像を取得するために、前記照明同期・タイミング制御ユニットとカメラとに向けてリセット信号を発信する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項３０】
ワーク画像取得装置であって、
画像を取得するための複数の光源の照明エネルギーレベルを設定する手段と、
照明エネルギーレベルに対応したストロボ光パターンを前記複数の各光源について決定する手段と、
前記決定されたストロボ光パターンに従って前記ワークを照明する手段と、
前記ストロボ光パターンの少なくとも１つは、マイクロストロボ光パルスパターンを有し、
前記各ストロボ光パターンは、ストロボ照明時間全体にかけてほぼ均一である
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項１】
対象物の画像を取得するためのストロボ照明方法であって、
少なくとも一つ以上の光パルスを含み、最初のパルスの開始と最後のパルスの終了とで定義される総ストロボ継続時間を有する第１光パルスパターンにて画像取得中に第１光源を動作させる工程と、
前記第１光パルスパターンよりも少なくとも一つは多くの光パルスを含み、前記ストロボ継続時間の一部分にかけて光パルスが分布する第２パルスパターンにて少なくとも第２光源を動作させる工程と、を備え、
前記第１および第２光パルスパターンによって、画像取得中に第１および第２光源にて提供される光の時間平均強度を少なくとも部分的に規定する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項２】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
前記総ストロボ継続時間の一部分は、前記ストロボ継続時間の少なくとも７５％である
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項３】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
前記第２光パルスパターンの光パルスが、前記総ストロボ継続時間にかけてほぼ均一に分布している
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項４】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
光パルスパターンは、複数の光パルスを含み、それぞれの光パルスは略同一のピーク強度を提供する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項５】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
光パルスパターンは、複数の光パルスを含み、それぞれの光パルスが略同量の照射エネルギーを供給する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項６】
請求項５に記載のストロボ照明方法において、
光パルスパターンは複数の光パルスを含み、
前記光パルスパターンはデューティサイクルに対応する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項７】
請求項５に記載のストロボ照明方法において、
前記複数の光パルスの各々が所定量の照明エネルギーを供給し、
各光パルスパターンは光パルス周波数に対応する
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項８】
請求項１に記載のストロボ照明方法において、
前記総ストロボ継続時間が最大で１００マイクロ秒である
ことを特徴とするストロボ照明方法。
【請求項９】
ワークの画像取得方法であって、
少なくとも一つ以上の光パルスを含み、光の時間平均強度を少なくとも部分的に規定し、最初のパルスの開始と最後のパルスの終了とで定義される総ストロボ継続時間を有する第１光パルスパターンにて画像取得中に第１光源を動作させる工程と、
前記第１光パルスパターンよりも少なくとも一つは多くの光パルスを含み、光の時間平均強度を少なくとも部分的に規定する第２パルスパターンを提供するために少なくとも第２光源をマイクロストロボ発光させる工程と、を備え、
前記総ストロボ継続時間と重複するカメラの画像積分時間において前記ワークの画像を取得する工程と、を備える
ことを特徴とするワークの画像取得方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のワークの画像取得方法において、
少なくとも前記第２光源のマイクロストロボ発光が、実質的に前記総ストロボ継続時間の略全体にわたって実施される
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のワーク画像取得方法において、
少なくとも前記第２光源をマイクロストロボ発光させる工程は、
画像取得中に、第１出力レベルと第２出力レベルとの間の出力値であって、時間平均強度を選択された値に規定するパルス幅およびパルス数で、総ストロボ継続時間において実質的に均一に分布した１かそれ以上のパルスを第２光源に発光させる
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のワーク画像取得方法において、
さらに、前記ワークが前記カメラに対して移動している最中に、前記ワークの画像を複数の画素の画像強度値の組として取得する工程と、
前記画像を画像処理し、前記画像内のワークエッジに対応する強度勾配の位置に基づいて前記画像内における少なくとも１つのワークエッジの位置を決定する工程と、を備える
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のワーク画像取得方法において、
画像取得中のワークの移動速度に基づいて前記少なくとも１つのワークエッジの位置を修正する
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のワーク画像取得方法において、
前記ワークの移動速度Ｖに基づく前記エッジ位置の修正は、次式に従って実行されることを特徴とするワーク画像取得方法。
【数１】
ここで、Ｘは修正されたエッジ位置である。Ｘｅは画像取得の開始時に保存されたワークの座標位置である。Ｘｐ２１は画像内において求められたエッジの位置である。Ｋはデフォルト値であって、対応するエッジの不動の画像に基づいて決定された比率であり、不動画像内のエッジ強度プロフィールのはじまりに対応する位置と前記不動画像内の前記ワークエッジに対応する画像強度勾配の位置との間の長さを前記不動画像内のエッジ強度プロフィールの全長で割って求められる。Ｔは総ストロボ継続時間である。
【請求項１５】
請求項１４に記載のワーク画像取得方法において、
Ｋ＝０．５である
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１６】
請求項９に記載のワーク画像取得方法において、
さらに、前記ワークの画像取得に関する位置情報を得る受け取る工程と、
前記ワークを移動させる工程と、
前記ワークの位置が前記位置情報に基づいて決定された値に到達したときに前記ワークを照明する工程と、
前記ワークの照明中に、その画像を取得する工程と、を備える
ことを特徴とするワーク画像取得方法。
【請求項１７】
対象物の画像を取得するために使用できる照明装置であって、
複数の光源と、
光源制御装置と、
前記光源制御装置および前記光源と結合している複数の光源ドライバと、を備え、
マイクロストロボ光パルスパターンに対応して各光源をマイクロストロボ発光させるように前記光源制御装置が前記光源ドライバに信号送信可能である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の照明装置において、
マイクロストロボ光パルスパターンは、前記画像取得中に前記光源によって提供される時間平均強度を少なくとも部分的に規定する１またはそれ以上のパルスを有する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の照明装置において、
制御装置と、
前記制御装置と接続した入力インターフェースと、を備え、
前記制御装置が、前記入力インターフェースを介して、ａ）前記光源の各々の時間平均強度値およびｂ）前記各光源の総照射エネルギーの少なくとも一方の値を受信し、
前記受信した値に基づいて前記各光源のマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の照明装置において、
前記光源制御装置が、対応する照明デューティサイクルに基づいて前記各光源の対応するマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の照明装置において、
マイクロストロボ光パルスパターンは、ストロボ照明時間全体にかけてほぼ均一に分布している
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２２】
ワーク画像取得装置であって、
複数の光源と、
カメラと、
複数の光源ドライバと、
前記光源ドライバと結合した光源制御装置と、を備え、
前記光源制御装置は、前記各光源のマイクロストロボ光パルスパターンを生成し、
前記光源ドライバは、ワークの画像取得中に、ワークを照明するマイクロストロボ光パルスパターンに基づいて前記各光源を駆動させる
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載のワーク画像取得装置において、
前記マイクロストロボ光パルスパターンは、前記各光源の所定の時間平均照明強度を提供するパルス幅のパルスを有する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載のワーク画像取得装置において、
入力インターフェースと、
前記光源制御装置および前記入力インターフェースと結合している制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ワークの画像取得を開始する所定位置に対応する位置情報を受信する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載のワーク画像取得装置において、
前記制御装置は、前記入力インターフェースを介して、ａ）前記光源の各々の時間平均強度値およびｂ）前記各光源の総照射エネルギーの少なくとも一方の値を受信し、
前記受信した値に基づいて前記各光源のマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２６】
請求項２２に記載のワーク画像取得装置において、
マイクロストロボ光パルスパターンは、ストロボ照明時間の全体にかけてほぼ均一に分布している
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載のワーク画像取得装置において、
前記制御装置と結合している移動制御装置を備え、
前記移動制御装置が、所定の開始位置へ向けた前記ワークの移動を制御し、かつ、前記光源制御装置へトリガ信号を送信し、
前記光源制御装置は、前記トリガ信号の受信後にマイクロストロボ光パルスパターンを生成する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載のワーク画像取得装置において、
前記光源制御装置は、照明同期・タイミング制御ユニットを備える
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載のワーク画像取得装置において、
前記移動制御装置が画像取込装置に向けてトリガ信号を発信し、
前記画像取込装置は、前記移動制御装置から前記トリガ信号を受信した後に、画像を取得するために、前記照明同期・タイミング制御ユニットとカメラとに向けてリセット信号を発信する
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【請求項３０】
ワーク画像取得装置であって、
画像を取得するための複数の光源の照明エネルギーレベルを設定する手段と、
照明エネルギーレベルに対応したストロボ光パターンを前記複数の各光源について決定する手段と、
前記決定されたストロボ光パターンに従って前記ワークを照明する手段と、
前記ストロボ光パターンの少なくとも１つは、マイクロストロボ光パルスパターンを有し、
前記各ストロボ光パターンは、ストロボ照明時間全体にかけてほぼ均一である
ことを特徴とするワーク画像取得装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００６−５９３４２（Ｐ２００６−５９３４２Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２１２２６（Ｐ２００５−２２１２２６）
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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