以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Further, not all of the combinations of features described in the embodiments are essential to the solving means of the invention.
図1は、本発明の一つの実施形態に係る撮像装置10の一例を示す模式図である。撮像装置10は、対象物12に光を照射して、対象物12の内部を通過した光を受光する。これにより、撮像装置10は、対象物12の内部構造を示す画像を撮像する。対象物12は、一例として果物等の農作物であるが、これに限定されない。対象物12は、内部構造の形状等が個体によって異なる植物または動物を含んでよく、植物または動物の少なくとも一部を加工したものを含んでよい。さらに、対象物12は、樹脂成型品等の工業生産物を含んでもよい。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an imaging device 10 according to one embodiment of the present invention. The imaging device 10 irradiates the object 12 with light and receives the light that has passed through the inside of the object 12. Thereby, the imaging device 10 captures an image showing the internal structure of the object 12. The target 12 is, for example, a crop such as a fruit, but is not limited to this. The object 12 may include a plant or an animal whose internal structure is different in shape and the like depending on an individual, and may include a processed product of at least a part of the plant or the animal. Further, the object 12 may include an industrial product such as a resin molded product.
撮像装置10は、光照射部40および撮像部20を備える。撮像装置10は、処理装置30を更に備えてもよい。光照射部40は、対象物12を照明する光を照射する発光部として機能する。また光照射部40は、対象物12の外形の外側を通過する光束を制限する制限部として機能する。本例の光照射部40は、対象物12に光を照射する光照射面44を含む。光照射部40は、光照射面44において光を照射する発光領域の形状が可変である。本例の光照射部40は、対象物12の外形に基づいて発光領域の形状を制御することで、対象物12の外側を通過する光束を制限する。なお、図1において、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸を定義している。光照射面44は、XY平面と平行な面である。
The imaging device 10 includes a light irradiation unit 40 and an imaging unit 20. The imaging device 10 may further include a processing device 30. The light irradiation unit 40 functions as a light emitting unit that irradiates light that illuminates the object 12. The light irradiation unit 40 also functions as a restriction unit that restricts the light flux that passes outside the outer shape of the object 12. The light irradiation unit 40 of this example includes a light irradiation surface 44 that irradiates the object 12 with light. In the light irradiation unit 40, the shape of the light emitting region that irradiates the light on the light irradiation surface 44 is variable. The light irradiation unit 40 of the present example controls the shape of the light emitting region based on the outer shape of the target object 12 to limit the light flux passing outside the target object 12. Note that in FIG. 1, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined. The light irradiation surface 44 is a surface parallel to the XY plane.
例えば光照射部40は、複数の発光素子を備えており、それぞれの発光素子の発光を独立に制御可能な面光源である。光照射部40は、LEDや有機EL等の発光素子が2次元に配列された光源であってよい。また光照射部40は、一様に発光する面光源と、面光源が発光した光を通過させるか否かを、面光源の領域毎に制御する制御部とを有していてもよい。制御部は、液晶を用いて、領域毎に光を通過させるか、遮光するかを制御してよい。光照射部40は、射出する光の強度も、領域毎に制御可能であってよい。
For example, the light irradiation unit 40 is a surface light source that includes a plurality of light emitting elements and can independently control the light emission of each light emitting element. The light irradiation unit 40 may be a light source in which light emitting elements such as LEDs and organic EL are two-dimensionally arranged. The light irradiation unit 40 may include a surface light source that uniformly emits light, and a control unit that controls whether or not the light emitted by the surface light source passes, for each area of the surface light source. The control unit may use liquid crystal to control whether light is allowed to pass or blocked for each region. The light irradiation unit 40 may also be capable of controlling the intensity of emitted light for each region.
光照射部40は、観察対象の内部構造に対応する波長帯域の光を照射する。光照射部40は、対象物12の内部構造のうち、観察対象の内部構造と、他の内部構造との吸光度の差異が大きい波長帯域の光を照射してよい。光照射部40は、近赤外帯域の波長の光を照射してよく、可視帯域の波長の光を照射してもよく、他の帯域の波長の光を照射してもよい。
The light irradiation unit 40 irradiates light in a wavelength band corresponding to the internal structure of the observation target. The light irradiation unit 40 may irradiate light in a wavelength band having a large difference in absorbance between the internal structure of the observation target and other internal structures of the internal structure of the object 12. The light irradiation unit 40 may emit light having a wavelength in the near infrared band, may emit light having a wavelength in the visible band, or may emit light having a wavelength in another band.
光照射部40が対象物12に照射した光は、対象物12の内部を通過して射出する。撮像部20は、対象物12を透過して射出された光を受光する。これにより、撮像部20は対象物12の内部構造に関する情報を含む画像を撮像する。本例の撮像部20は、光照射部40の光照射面44と対向して配置されている。撮像部20は、2次元に配列された複数の画素を備え、対象物12の2次元画像を撮像してよい。撮像部20に含まれるセンサは、CCDまたはCMOS等のイメージセンサであってよい。
The light with which the light irradiation unit 40 irradiates the object 12 passes through the inside of the object 12 and is emitted. The imaging unit 20 receives the light emitted through the object 12. As a result, the image capturing unit 20 captures an image including information about the internal structure of the object 12. The imaging unit 20 of this example is arranged to face the light irradiation surface 44 of the light irradiation unit 40. The imaging unit 20 may include a plurality of pixels arranged two-dimensionally and may capture a two-dimensional image of the object 12. The sensor included in the imaging unit 20 may be an image sensor such as CCD or CMOS.
対象物12は、撮像部20と光照射面44との間に配置される。光照射部40は、対象物12が光照射面44に載置された状態で、光を照射してよい。なお、光照射面44と撮像部20との間に対象物12が配置されるとは、光照射面44から照射した光が対象物12の一方の面に入射し、且つ、対象物12の他の面から射出した光が撮像部20に受光されるような配置を指す。光照射面44、撮像部20および対象物12は、直線上に配置されていてもよいが、直線上に配置されていなくともよい。
The target object 12 is arranged between the imaging unit 20 and the light irradiation surface 44. The light irradiation unit 40 may irradiate light with the object 12 placed on the light irradiation surface 44. Note that the object 12 is arranged between the light irradiation surface 44 and the imaging unit 20 means that the light emitted from the light irradiation surface 44 is incident on one surface of the object 12 and It indicates an arrangement in which the light emitted from the other surface is received by the imaging unit 20. The light irradiation surface 44, the imaging unit 20, and the object 12 may be arranged on a straight line, but may not be arranged on a straight line.
処理装置30は、撮像部20が撮像した画像の画像データを取得する。処理装置30は、画像データに基づいて光照射部40を制御する。処理装置30は、光照射部40の一部であってよい。処理装置30は、一例としてCPU、メモリおよびインターフェース等を備えるコンピュータである。本例の処理装置30は、取得した画像データに基づいて、光照射部40における発光領域を制御する。また、処理装置30は、記憶部に記憶された、対象物12と同じ種類の物体の内部構造の状態ごとの画像データと、撮像部20から取得した画像データとを比較して、対象物12の内部構造の状態を判別する判別部を有してもよい。
The processing device 30 acquires image data of an image captured by the image capturing unit 20. The processing device 30 controls the light irradiation unit 40 based on the image data. The processing device 30 may be a part of the light irradiation unit 40. The processing device 30 is, for example, a computer including a CPU, a memory, an interface, and the like. The processing device 30 of the present example controls the light emitting area in the light irradiation unit 40 based on the acquired image data. Further, the processing device 30 compares the image data stored in the storage unit for each state of the internal structure of the object of the same type as the target object 12 with the image data acquired from the image capturing unit 20, and compares the target object 12 with the image data. You may have a discrimination|determination part which discriminate|determines the state of the internal structure of.
図2は、光照射部40における発光領域の制御を説明する図である。本例の撮像部20は、第1の撮像段階S201において第1の画像101を取得し、第2の撮像段階S202において第2の画像102を取得する。第2の撮像段階S202は、第1の撮像段階S201の後に実行される。第1の画像101における対象物12の形状に基づいて第2の撮像段階S202における発光領域の形状を制御することで、第2の撮像段階S202において対象物12を通過せずに撮像部20に到達する非透過光(迷光とも称する)を低減できる。
FIG. 2 is a diagram illustrating control of the light emitting area in the light irradiation unit 40. The imaging unit 20 of the present example acquires the first image 101 in the first imaging step S201 and acquires the second image 102 in the second imaging step S202. The second imaging step S202 is performed after the first imaging step S201. By controlling the shape of the light emitting region in the second imaging step S202 based on the shape of the target object 12 in the first image 101, the imaging unit 20 is prevented from passing through the target object 12 in the second imaging step S202. Non-transmitted light (also referred to as stray light) that reaches can be reduced.
光照射部40は、第1の画像101における対象物12の形状に基づいて、第2の撮像段階S202における発光領域の形状を定める。処理装置30は、第1の撮像段階S201において、対象物12の形状を取得する。処理装置30は、第2の撮像段階S202における発光領域の形状を、対象物12の形状に合わせる。例えば処理装置30は、光照射面44のうち、対象物12の下方の領域だけを発光させる。これにより、第2の撮像段階S202において、対象物12を透過していない光が、撮像部20に到達することを抑制できる。より具体的には、対象物12を透過していない光によって、フレアが発生して対象物12の内部構造のコントラストが低下したり、ゴーストが発生したりすることを抑制できる。このため、対象物12の内部構造を精度よく観察できる。
The light irradiation unit 40 determines the shape of the light emitting region in the second imaging step S202 based on the shape of the object 12 in the first image 101. The processing device 30 acquires the shape of the object 12 in the first imaging step S201. The processing device 30 matches the shape of the light emitting region in the second imaging step S202 with the shape of the object 12. For example, the processing device 30 causes only the region below the object 12 on the light irradiation surface 44 to emit light. As a result, in the second imaging step S202, it is possible to prevent light that has not passed through the object 12 from reaching the imaging unit 20. More specifically, it is possible to suppress the occurrence of flare, which lowers the contrast of the internal structure of the target object 12 and the generation of ghosts, due to the light that does not pass through the target object 12. Therefore, the internal structure of the object 12 can be accurately observed.
本例の光照射部40は、第1の撮像段階S201において第1の発光領域41で発光し、第2の撮像段階S202において第2の発光領域42で発光する。図2においては、第1の発光領域41および第2の発光領域42を破線で示している。第2の発光領域42は、第1の発光領域41よりも小さい。一例として第1の発光領域41は、光照射面44の全面である。つまり、第1の発光領域41は、光照射面44において発光可能な最大の領域である。第2の発光領域42の面積を小さくすることで、第2の撮像段階S202において、対象物12を透過していない光が、撮像部20に到達する割合を低減できる。
The light irradiation unit 40 of the present example emits light in the first light emitting area 41 in the first imaging step S201 and emits light in the second light emitting area 42 in the second imaging step S202. In FIG. 2, the first light emitting region 41 and the second light emitting region 42 are indicated by broken lines. The second light emitting region 42 is smaller than the first light emitting region 41. As an example, the first light emitting region 41 is the entire light irradiation surface 44. That is, the first light emitting region 41 is the largest region on the light irradiation surface 44 that can emit light. By reducing the area of the second light emitting region 42, it is possible to reduce the proportion of light that has not passed through the target 12 and reaches the imaging unit 20 in the second imaging step S202.
処理装置30は、第1の画像101に基づいて、光照射面44において対象物12により遮光された遮光領域111を検出する。処理装置30は、第1の画像101において、画素値(輝度値)が予め定められた値より小さい領域を遮光領域111として検出してよい。遮光領域111の形状は、対象物12の平面形状を示している。
The processing device 30 detects, based on the first image 101, the light-shielded region 111 shielded by the object 12 on the light irradiation surface 44. The processing device 30 may detect, in the first image 101, a region where the pixel value (luminance value) is smaller than a predetermined value as the light shielding region 111. The shape of the light shielding area 111 indicates the planar shape of the object 12.
処理装置30は、遮光領域111の位置および形状に基づいて、第2の発光領域42の位置および形状を制御する。第2の発光領域42は、遮光領域111の少なくとも一部が含まれる。処理装置30は、第2の発光領域42の範囲を、遮光領域111と同一か、または、遮光領域111よりも小さくする。光照射面44において、第2の発光領域42以外の領域は発光しない。図2では、光照射面44において、発光しない領域に斜線のハッチングを付している。これにより、第2の撮像段階S202における第2の発光領域42を、対象物12と重なる領域に限定できる。
The processing device 30 controls the position and shape of the second light emitting region 42 based on the position and shape of the light shielding region 111. The second light emitting region 42 includes at least a part of the light shielding region 111. The processing device 30 makes the range of the second light emitting region 42 equal to or smaller than the light shielding region 111. On the light irradiation surface 44, areas other than the second light emitting area 42 do not emit light. In FIG. 2, in the light irradiation surface 44, a region that does not emit light is hatched. As a result, the second light emitting area 42 in the second imaging step S202 can be limited to an area overlapping the object 12.
第2の画像102には、画像要素114が含まれる。画像要素114は、対象物12の内部構造に関する情報を含む。上述したように、第2の撮像段階S202では、光照射面44において対象物12と重ならない領域は発光しない。このため、対象物12を透過していない光が撮像部20に受光されることを抑制でき、画像要素114は、対象物12の内部構造を高いコントラストで表示できる。
The second image 102 includes the image element 114. The image element 114 contains information about the internal structure of the object 12. As described above, in the second imaging step S202, the region of the light irradiation surface 44 that does not overlap the target 12 does not emit light. For this reason, it is possible to prevent light that has not transmitted through the object 12 from being received by the imaging unit 20, and the image element 114 can display the internal structure of the object 12 with high contrast.
図3は、第2の発光領域42の他の例を説明する図である。本例の撮像装置10は、複数の対象物12の内部構造を同時に観察する。本例の光照射面44には、複数の対象物12が載置されている。処理装置30は、図2において説明した第1の撮像段階S201において、それぞれの対象物12の遮光領域111を検出する。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the second light emitting region 42. The imaging device 10 of this example simultaneously observes the internal structure of a plurality of objects 12. A plurality of objects 12 are placed on the light irradiation surface 44 of this example. The processing device 30 detects the light shielding area 111 of each target 12 in the first imaging step S201 described in FIG.
光照射部40は、第2の撮像段階S202において、それぞれの遮光領域111に対応する第2の発光領域42で発光する。処理装置30は、遮光領域111毎に独立して、第2の発光領域42の形状、大きさ、位置を制御する。これにより、複数の対象物12の内部構造を同時に観察できる。
The light irradiation unit 40 emits light in the second light emitting regions 42 corresponding to the respective light shielding regions 111 in the second imaging step S202. The processing device 30 independently controls the shape, size, and position of the second light emitting region 42 for each light shielding region 111. Thereby, the internal structures of the plurality of objects 12 can be simultaneously observed.
図4は、第2の発光領域42の他の例を説明する図である。図4においては、第2の撮像段階S202において発光しない領域のハッチングを省略している。本例の撮像装置10は、光照射面44の上方を、第1の方向(X軸方向)に移動する対象物12の画像を撮像する。第1の撮像段階S201における対象物12のX軸における位置をx1、第2の撮像段階S202における対象物12のX軸における位置をx2とする。対象物12の位置は、対象物12の中心の位置であってよい。
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the second light emitting region 42. In FIG. 4, hatching of a region that does not emit light in the second imaging step S202 is omitted. The imaging device 10 of the present example captures an image of the object 12 moving in the first direction (X-axis direction) above the light irradiation surface 44. The position of the object 12 on the X axis in the first imaging step S201 is x1, and the position of the object 12 on the X axis in the second imaging step S202 is x2. The position of the object 12 may be the position of the center of the object 12.
対象物12が移動する場合、遮光領域111と、第2の発光領域42との位置は一致しない。本例の処理装置30は、第2の撮像段階S202における対象物12の位置x2に基づいて、光照射面44における第2の発光領域42の位置を定める。これにより、移動する対象物12についても、内部構造を精度よく観察できる。処理装置30には、位置x2を示す情報が予め入力されてよい。処理装置30には、対象物12の移動方向、移動速度、第2の撮像段階S202のタイミングに関する情報が入力されてもよい。処理装置30は、これらの情報に基づいて、位置x2を算出してよい。撮像装置10は、対象物12の位置を取得するべく、対象物12の画像を撮像してもよい。
When the object 12 moves, the positions of the light blocking area 111 and the second light emitting area 42 do not match. The processing device 30 of the present example determines the position of the second light emitting region 42 on the light irradiation surface 44 based on the position x2 of the object 12 in the second imaging step S202. As a result, the internal structure of the moving object 12 can be accurately observed. Information indicating the position x2 may be input in advance to the processing device 30. Information regarding the moving direction, moving speed, and timing of the second imaging step S202 of the object 12 may be input to the processing device 30. The processing device 30 may calculate the position x2 based on these pieces of information. The imaging device 10 may capture an image of the object 12 in order to acquire the position of the object 12.
図5は、第2の発光領域42の一例を示す図である。図5は、対象物12をZ軸方向から見た図である。本例の第2の発光領域42は、遮光領域111よりも小さい。第2の発光領域42は、遮光領域111の外周から、縮小量L1だけ内側に縮小した領域であってよい。縮小量L1は、第2の発光領域42の外周全体において一定であってよく、一定でなくてもよい。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the second light emitting region 42. FIG. 5 is a diagram of the object 12 viewed from the Z-axis direction. The second light emitting region 42 of this example is smaller than the light shielding region 111. The second light emitting region 42 may be a region that is reduced inward from the outer periphery of the light shielding region 111 by the reduction amount L1. The reduction amount L1 may or may not be constant over the entire outer circumference of the second light emitting region 42.
第2の発光領域42を、遮光領域111と同じ大きさにした場合、第2の発光領域42の外周近傍において照射された光が、対象物12を通過せずに、撮像部20に到達する場合がある。この場合、第2の画像102において、対象物12の内部構造のコントラストが低下してしまう。本例では、第2の発光領域42を遮光領域111よりも小さくしているので、対象物12を通過していない光が、撮像部20に到達することを抑制できる。
When the second light emitting area 42 has the same size as the light shielding area 111, the light emitted in the vicinity of the outer periphery of the second light emitting area 42 reaches the imaging unit 20 without passing through the object 12. There are cases. In this case, in the second image 102, the contrast of the internal structure of the object 12 is reduced. In the present example, the second light emitting area 42 is made smaller than the light shielding area 111, so that light that has not passed through the object 12 can be suppressed from reaching the imaging unit 20.
図6は、第2の発光領域42から照射された光を説明する図である。図6は、対象物12及び撮像装置10をY軸方向から見た図である。図6においては、第2の発光領域42を、遮光領域111(すなわち、対象物12の平面形状)と同じ大きさにしている。
FIG. 6 is a diagram illustrating light emitted from the second light emitting region 42. FIG. 6 is a diagram of the object 12 and the imaging device 10 as viewed from the Y-axis direction. In FIG. 6, the second light emitting region 42 has the same size as the light shielding region 111 (that is, the planar shape of the object 12 ).
本例の撮像部20は、撮像素子21、絞り24および撮像光学系26を有する。撮像素子21は、受光面22を有する。撮像素子21は、半導体基板を有するチップであってよい。撮像光学系26は、光照射部40からの光を、受光面22に結像させる。撮像光学系26は、撮像レンズを有してよい。絞り24は、光束が通過する開口の幅W(物体側NA)を調整することで、受光面22に入射する光を制限する。つまり絞り24は、撮像レンズの絞り値を調整する。
The image pickup unit 20 of this example includes an image pickup device 21, a diaphragm 24, and an image pickup optical system 26. The image sensor 21 has a light receiving surface 22. The image sensor 21 may be a chip having a semiconductor substrate. The imaging optical system 26 forms an image of the light from the light irradiation unit 40 on the light receiving surface 22. The image pickup optical system 26 may include an image pickup lens. The diaphragm 24 limits the light incident on the light receiving surface 22 by adjusting the width W (the object side NA) of the opening through which the light flux passes. That is, the diaphragm 24 adjusts the diaphragm value of the imaging lens.
第2の発光領域42の端部から照射した光のうちの一部は、対象物12の内部を通過して、透過光46として対象物12から射出する。透過光46は、撮像光学系26により、受光面22に収束する。
A part of the light emitted from the end of the second light emitting region 42 passes through the inside of the object 12 and is emitted from the object 12 as the transmitted light 46. The transmitted light 46 is converged on the light receiving surface 22 by the imaging optical system 26.
また、第2の発光領域42の端部から照射した光のうちの一部は、対象物12の内部を通過しない非透過光48となる。非透過光48のうちの一部は、撮像光学系26を通過して、受光面22に到達する。
Further, a part of the light emitted from the end portion of the second light emitting region 42 becomes the non-transmissive light 48 that does not pass through the inside of the object 12. A part of the non-transmissive light 48 passes through the imaging optical system 26 and reaches the light receiving surface 22.
これに対して、図5に示したように、第2の発光領域42を、遮光領域111よりも小さくすることで、撮像光学系26を通過する非透過光48の割合を小さくできる。これにより、第2の画像102において、対象物12の内部構造のコントラストを向上できる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the ratio of the non-transmissive light 48 passing through the imaging optical system 26 can be reduced by making the second light emitting region 42 smaller than the light shielding region 111. Thereby, in the second image 102, the contrast of the internal structure of the object 12 can be improved.
なお、撮像光学系26を通過する非透過光48の割合は、絞り24の絞り値(つまり幅W)により変化する。幅Wが大きいほど、非透過光48が撮像光学系26を通過しやすくなる。本例の絞り24の幅Wは可変である。処理装置30は、絞り24の幅W(すなわち、物体側NA)が大きいほど、縮小量L1を大きくしてよい。
The ratio of the non-transmissive light 48 passing through the imaging optical system 26 changes depending on the aperture value of the aperture 24 (that is, the width W). The larger the width W, the easier the non-transmissive light 48 passes through the imaging optical system 26. The width W of the diaphragm 24 in this example is variable. The processing device 30 may increase the reduction amount L1 as the width W of the diaphragm 24 (that is, the object side NA) increases.
図7は、図5に示したA−A線における、発光強度分布の一例を示す図である。A−A線は、第2の発光領域42の平面形状の中心Cを通る直線である。図7において、横軸は光照射面44内の位置を示し、縦軸は光照射面44における発光強度を示す。本例では、遮光領域111の外周の位置をP1、第2の発光領域42の外周の位置をP2、第2の発光領域42の中央部の位置をPcとする。本例において中央部とは、第2の発光領域42の平面形状の中心Cである。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the emission intensity distribution along the line AA shown in FIG. The line AA is a straight line passing through the center C of the second light emitting region 42 in the plan view. In FIG. 7, the horizontal axis represents the position within the light irradiation surface 44, and the vertical axis represents the emission intensity on the light irradiation surface 44. In this example, the position of the outer periphery of the light shielding region 111 is P1, the position of the outer periphery of the second light emitting region 42 is P2, and the position of the central portion of the second light emitting region 42 is Pc. In the present example, the central portion is the center C of the planar shape of the second light emitting region 42.
第2の発光領域42の外周位置P2は、遮光領域111の外周位置P1よりも、遮光領域111の内側に縮小量L1だけ離れている。位置P2と位置P1の間の領域における発光強度は、ゼロであってよい。位置P2よりも内側の第2の発光領域42では、光照射面44は所定の発光強度で発光する。
The outer peripheral position P2 of the second light emitting region 42 is separated from the outer peripheral position P1 of the light shielding region 111 by the reduction amount L1 inside the light shielding region 111. The emission intensity in the area between the position P2 and the position P1 may be zero. In the second light emitting region 42 inside the position P2, the light irradiation surface 44 emits light with a predetermined light emission intensity.
第2の発光領域42が、遮光領域111よりも小さい場合、対象物12の端部に照射される光量が少なくなり、対象物12の端部の観測精度が劣化することも考えられる。本例の光照射部40は、第2の発光領域42の端部43における単位面積当たりの第1の発光強度I1を、第2の発光領域42の中央部(本例では中心Pc)における単位面積当たりの第2の発光強度I2よりも大きくする。
When the second light emitting region 42 is smaller than the light shielding region 111, the amount of light irradiated to the end portion of the target object 12 decreases, and the observation accuracy of the end portion of the target object 12 may deteriorate. In the light irradiation unit 40 of the present example, the first emission intensity I1 per unit area at the end 43 of the second light emitting region 42 is a unit in the central portion (center Pc in the present example) of the second light emitting region 42. It is made larger than the second emission intensity I2 per area.
端部43は、第2の発光領域42のうち、外周P2に接する領域である。端部43は、外周P2から予め定められた距離(または画素数)内の領域であってよい。例えば、均一な物質である対象物12を撮像部20が撮像した際に、第1の発光強度I1で照射された対象物12の端部43の輝度と、第2の発光強度I2で照射された対象物12の中央部の輝度とが等しくなるような距離を予め定めてよい。端部43の第1の発光強度I1を大きくすることで、対象物12の端部に入射する光量を増大させることができる。このため、第2の発光領域42を小さくして非透過光48を低減することと、対象物12の端部への入射光の光量維持とを両立できる。
The end portion 43 is a region of the second light emitting region 42 that is in contact with the outer circumference P2. The end portion 43 may be an area within a predetermined distance (or the number of pixels) from the outer circumference P2. For example, when the image capturing unit 20 captures an image of the target object 12 that is a uniform substance, the brightness of the end portion 43 of the target object 12 irradiated with the first emission intensity I1 and the second emission intensity I2 are applied. A distance may be set in advance so that the brightness of the central portion of the target object 12 becomes equal. By increasing the first emission intensity I1 of the end portion 43, the amount of light incident on the end portion of the object 12 can be increased. Therefore, it is possible to reduce the size of the second light emitting region 42 to reduce the non-transmitted light 48 and to maintain the light amount of the incident light on the end portion of the object 12.
処理装置30は、縮小量L1に基づいて、第1の発光強度I1を制御してよい。処理装置30は、縮小量L1が大きいほど、第1の発光強度I1を大きくしてよい。処理装置30は、縮小量L1が小さいほど、第1の発光強度I1を小さくしてよい。処理装置30は、縮小量L1が大きいほど、端部43の幅を大きくしてもよい。処理装置30は、縮小量L1が小さいほど、端部43の幅を小さくしてもよい。縮小量L1が大きいほど対象物12の端部に入射する光量は減少するが、第1の発光強度I1を縮小量L1に基づいて制御することで、対象物12の端部に入射する光量を適切に制御できる。図7においては、端部43における発光強度を第1の発光強度I1と第2の発光強度I2の2段階に変化させているが、端部43における発光強度は、3段階以上のステップで変化してよく、連続的に変化してもよい。
The processing device 30 may control the first emission intensity I1 based on the reduction amount L1. The processing device 30 may increase the first emission intensity I1 as the reduction amount L1 is larger. The processing device 30 may reduce the first emission intensity I1 as the reduction amount L1 is smaller. The processing device 30 may increase the width of the end portion 43 as the reduction amount L1 is larger. The processing device 30 may reduce the width of the end portion 43 as the reduction amount L1 is smaller. The larger the reduction amount L1 is, the smaller the light amount incident on the edge of the object 12 is. However, by controlling the first emission intensity I1 based on the reduction amount L1, the light amount incident on the edge of the object 12 is reduced. It can be controlled appropriately. In FIG. 7, the light emission intensity at the end portion 43 is changed in two steps of the first light emission intensity I1 and the second light emission intensity I2, but the light emission intensity at the end portion 43 is changed in three or more steps. Or may change continuously.
処理装置30は、図6において説明したように、絞り24の幅Wに応じて縮小量L1を制御した場合に、第1の発光強度I1を合わせて制御してよい。処理装置30は、他の理由で縮小量L1を制御してもよい。この場合も、処理装置30は、第1の発光強度I1を合わせて制御してよい。
As described in FIG. 6, the processing device 30 may also control the first emission intensity I1 when the reduction amount L1 is controlled according to the width W of the diaphragm 24. The processing device 30 may control the reduction amount L1 for other reasons. Also in this case, the processing device 30 may also control the first emission intensity I1.
図8は、撮像部20の受光面22、対象物12、および、光照射面44の配置例を示す図である。図8は、対象物12及び撮像装置10をY軸方向から見た図である。受光面22は、光を受光する面である。本例においては、受光面22と対象物12とが、光学的に共役の位置に配置されている。なお対象物12の位置は、対象物12の厚みの中心としてよい。なお、受光面22と対象物12とは、厳密に共役な配置でなくてもよい。例えば、対象物12の位置が、共役点に対して、対象物12の厚みの10%以内の誤差を有する場合、対象物12は共役点に配置されているとしてよい。なお、受光面22と対象物12の表面とが、光学的に共役の位置に配置されてもよい。
FIG. 8 is a diagram showing an arrangement example of the light receiving surface 22, the object 12, and the light irradiation surface 44 of the imaging unit 20. FIG. 8 is a diagram of the object 12 and the imaging device 10 as viewed from the Y-axis direction. The light receiving surface 22 is a surface that receives light. In this example, the light receiving surface 22 and the object 12 are arranged at optically conjugate positions. The position of the object 12 may be the center of the thickness of the object 12. The light-receiving surface 22 and the object 12 do not have to be strictly conjugate with each other. For example, when the position of the object 12 has an error within 10% of the thickness of the object 12 with respect to the conjugate point, the object 12 may be placed at the conjugate point. The light receiving surface 22 and the surface of the object 12 may be arranged at optically conjugate positions.
対象物12を、受光面22に対して共役点に配置することで、撮像画像におけるモアレを低減できる。ただし、光照射面44と受光面22とは共役ではない位置に配置される。このため、撮像画像において、光照射面44のボケ量が増大する。撮像画像におけるボケ量が増大すると、より内側の発光領域からの非透過光48が、受光面22に到達する場合がある。
By arranging the object 12 at a conjugate point with respect to the light receiving surface 22, it is possible to reduce moire in the captured image. However, the light irradiation surface 44 and the light receiving surface 22 are arranged at positions that are not conjugate. Therefore, the blur amount of the light irradiation surface 44 increases in the captured image. When the amount of blurring in the captured image increases, the non-transmissive light 48 from the inner light emitting region may reach the light receiving surface 22.
処理装置30は、光照射面44における画像ボケ量に基づいて、第2の発光領域42の縮小量L1を制御してよい。光照射面44における画像ボケ量は、処理装置30に予め設定されていてよく、キャリブレーション動作により処理装置30が決定してもよい。
The processing device 30 may control the reduction amount L1 of the second light emitting region 42 based on the image blur amount on the light irradiation surface 44. The image blur amount on the light irradiation surface 44 may be preset in the processing device 30, and may be determined by the processing device 30 by a calibration operation.
図9は、画像ボケ量を決定するキャリブレーション動作に用いる第1のキャリブレーション用画像104の一例を説明する図である。図9は、撮像部20が光照射部40を撮像した画像である。光照射部40は、対象物12が配置されていない状態で、光照射面44において予め定められた第1のキャリブレーション用パターンで光を照射する。本例の光照射面44には、予め設定された発光強度および形状のドット50が、予め定められた配列パターンで配置されている。それぞれのドット50の間隔は、光照射面44における画像ボケ量より大きい。それぞれのドット50は、画像ボケ量の2倍以上の間隔で、光照射面44内に一様に分布していてよい。それぞれのドット50の発光強度は、撮影画像の画素値が飽和しない発光強度であればよい。それぞれのドット50の発光強度は、図7において説明した第1の発光強度I1と同じであってよく、第2の発光強度I2と同じであってもよい。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the first calibration image 104 used in the calibration operation for determining the image blur amount. FIG. 9 is an image in which the imaging unit 20 images the light irradiation unit 40. The light irradiation unit 40 irradiates the light with a predetermined first calibration pattern on the light irradiation surface 44 in a state where the object 12 is not arranged. On the light irradiation surface 44 of the present example, dots 50 having a preset emission intensity and shape are arranged in a predetermined array pattern. The interval between the dots 50 is larger than the image blur amount on the light irradiation surface 44. The dots 50 may be uniformly distributed in the light irradiation surface 44 at intervals of twice or more the amount of image blur. The emission intensity of each dot 50 may be any emission intensity at which the pixel value of the captured image is not saturated. The emission intensity of each dot 50 may be the same as the first emission intensity I1 described with reference to FIG. 7, or may be the same as the second emission intensity I2.
撮像部20は、第1のキャリブレーション用パターンで光を照射している光照射面44を撮像して、第1のキャリブレーション用画像104を取得する。撮像部20は、第2の撮像段階S202と同一の撮像条件で、光照射面44を撮像してよい。また撮像部20は、互いに異なる複数の撮像条件で、光照射面44を撮像してもよい。この場合、処理装置30は、撮像条件ごとに、画像ボケ量を決定する。撮像条件とは、例えば絞り値、撮像部20と光照射面44との距離等を含む。
The image capturing unit 20 captures the first calibration image 104 by capturing an image of the light irradiation surface 44 that irradiates light with the first calibration pattern. The image capturing section 20 may capture the light irradiation surface 44 under the same image capturing conditions as in the second image capturing step S202. The image capturing section 20 may capture the light irradiation surface 44 under a plurality of mutually different image capturing conditions. In this case, the processing device 30 determines the image blur amount for each imaging condition. The imaging conditions include, for example, the aperture value, the distance between the imaging unit 20 and the light irradiation surface 44, and the like.
処理装置30は、第1のキャリブレーション用画像104に基づいて、光照射面44における画像ボケ量を算出する。本例の処理装置30は、第1のキャリブレーション用パターンにおけるドット50の配列パターンに基づいて、第1のキャリブレーション用画像104における各ドット50を検出する。処理装置30は、第1のキャリブレーション用画像104において、それぞれのドット50の周囲に現れる画像ボケ部52を検出する。本例では、画像ボケ部52に斜線のハッチングを付している。画像ボケ部52は、ドット50の周囲において、ドット50の輝度値に対して予め定められた割合以上の輝度値を有する画素領域であってよい。
The processing device 30 calculates the image blur amount on the light irradiation surface 44 based on the first calibration image 104. The processing device 30 of the present example detects each dot 50 in the first calibration image 104 based on the array pattern of the dots 50 in the first calibration pattern. The processing device 30 detects the image blur portion 52 that appears around each dot 50 in the first calibration image 104. In this example, the image blur portion 52 is hatched. The image blur portion 52 may be a pixel area around the dot 50 having a luminance value equal to or higher than a predetermined ratio with respect to the luminance value of the dot 50.
図10は、画像ボケ部52の拡大図である。処理装置30は、検出したそれぞれの画像ボケ部52に基づいて、画像ボケ量を決定する。画像ボケ量は、ドット50と、画像ボケ部52の外周端との距離L2であってよい。処理装置30は、それぞれのドット50および画像ボケ部52に対して、画像ボケ量を決定してよい。これにより、光照射面44の面内の複数の位置における画像ボケ量の分布を算出できる。処理装置30は、取得した画像ボケ量に関する情報を記憶する。
FIG. 10 is an enlarged view of the image blur portion 52. The processing device 30 determines the image blur amount based on each of the detected image blur units 52. The image blur amount may be the distance L2 between the dot 50 and the outer peripheral edge of the image blur portion 52. The processing device 30 may determine the image blur amount for each of the dots 50 and the image blur portion 52. Thereby, the distribution of the image blur amount at a plurality of positions within the light irradiation surface 44 can be calculated. The processing device 30 stores information about the acquired image blur amount.
処理装置30は、取得した画像ボケ量の分布に基づいて、第2の発光領域42における縮小量L1を決定する。処理装置30は、第2の発光領域42の位置に対応する画像ボケ量を用いて、第2の発光領域42の縮小量L1を決定してよい。また、処理装置30は、光照射面44の複数の位置における縮小量L1を決定してもよい。例えば処理装置30は、第2の発光領域42の外周を複数の部分に分割して、各部分の位置に対応する画像ボケ量を用いて、各部分における縮小量L1をそれぞれ決定してもよい。
The processing device 30 determines the reduction amount L1 in the second light emitting region 42 based on the acquired distribution of the image blur amount. The processing device 30 may determine the reduction amount L1 of the second light emitting area 42 by using the image blur amount corresponding to the position of the second light emitting area 42. Further, the processing device 30 may determine the reduction amount L1 at a plurality of positions on the light irradiation surface 44. For example, the processing device 30 may divide the outer circumference of the second light emitting region 42 into a plurality of parts, and use the image blur amount corresponding to the position of each part to determine the reduction amount L1 in each part. ..
図11、図12および図13は、第2の発光領域42の他の制御例を説明する図である。本例の処理装置30は、第2の撮像段階S202における対象物12の画角θに基づいて、対象物12に対する第2の発光領域42の相対位置、または、第2の発光領域42の大きさを制御する。
11, 12, and 13 are diagrams for explaining another control example of the second light emitting region 42. The processing device 30 of the present example, based on the angle of view θ of the object 12 in the second imaging step S202, the relative position of the second light emitting area 42 with respect to the object 12 or the size of the second light emitting area 42. Control
なお対象物12の画角θは、撮像部20の光軸18と、撮像部20および対象物12の端部P3を結ぶ直線とがなす角度である。端部P3は、対象物12の端部のうち、撮像部20に最も近い端部である。また本例では、対象物12の端部のうち、撮像部20に最も遠い端部をP4とする。撮像部20および光照射面44の相対位置が既知の場合、画角θとして、光照射面44における対象物12の端部P3の位置を用いることもできる。
The angle of view θ of the object 12 is an angle formed by the optical axis 18 of the imaging unit 20 and a straight line connecting the imaging unit 20 and the end P3 of the object 12. The end P3 is the end of the object 12 that is closest to the imaging unit 20. Further, in the present example, among the end portions of the object 12, the end portion farthest from the imaging unit 20 is P4. When the relative position between the imaging unit 20 and the light irradiation surface 44 is known, the position of the end P3 of the object 12 on the light irradiation surface 44 can be used as the angle of view θ.
図11は、画角θによらず第2の発光領域42の相対位置および大きさを一定にした例を示す。図11から図13においては、第2の発光領域42の縮小量L1をゼロとしているが、第2の発光領域42は、図1から図10において説明した縮小量L1を有していてよい。
FIG. 11 shows an example in which the relative position and size of the second light emitting region 42 are constant regardless of the angle of view θ. Although the reduction amount L1 of the second light emitting region 42 is zero in FIGS. 11 to 13, the second light emitting region 42 may have the reduction amount L1 described in FIGS. 1 to 10.
図11に示すように、対象物12の画角θがゼロの場合、すなわち、撮像部20の直下に対象物12が配置されている場合、第2の発光領域42が対象物12に覆われていれば、第2の発光領域42からの非透過光48が撮像部20に到達する割合は小さい。これに対して画角θが大きくなると、撮像部20に対して対象物12により遮蔽されない、第2の発光領域42の面積が増加する。例えば端部P3の近傍においては、第2の発光領域42が撮像部20に直接観察されてしまう。このため、非透過光48が撮像部20に受光される割合が増大する。
As shown in FIG. 11, when the angle of view θ of the target object 12 is zero, that is, when the target object 12 is arranged immediately below the imaging unit 20, the second light emitting region 42 is covered by the target object 12. If so, the ratio of the non-transmissive light 48 from the second light emitting region 42 reaching the imaging unit 20 is small. On the other hand, when the angle of view θ increases, the area of the second light emitting region 42 that is not shielded by the object 12 with respect to the imaging unit 20 increases. For example, in the vicinity of the end P3, the second light emitting region 42 is directly observed by the imaging unit 20. Therefore, the ratio of the non-transmissive light 48 received by the imaging unit 20 increases.
図12は、画角θに基づいて、対象物12に対する第2の発光領域42の相対位置を制御する例を示す。本例の処理装置30は、画角θに基づいて、第2の発光領域42の位置を、端部P3から端部P4に向かう方向にシフトする。本例の処理装置30は、第2の発光領域42の形状および大きさは変更しない。
FIG. 12 shows an example of controlling the relative position of the second light emitting region 42 with respect to the object 12 based on the angle of view θ. The processing device 30 of the present example shifts the position of the second light emitting region 42 in the direction from the end P3 to the end P4 based on the angle of view θ. The processing device 30 of this example does not change the shape and size of the second light emitting region 42.
これにより、端部P3の近傍において、第2の発光領域42が撮像部20に直接観察されてしまうことを抑制できる。従って、非透過光48が撮像部20に受光される割合を低減できる。なお、端部P4の近傍においては、光照射面44と垂直な方向において、第2の発光領域42が対象物12に覆われていない部分が生じる。当該領域は、撮像部20からは直接観察されない。ただし、当該領域からの非透過光49が、周囲の壁、仕切り等で反射して、迷光となり撮像部20に受光されることも考えられる。
This can prevent the second light emitting region 42 from being directly observed by the imaging unit 20 in the vicinity of the end P3. Therefore, the ratio of the non-transmissive light 48 received by the imaging unit 20 can be reduced. In addition, in the vicinity of the end P4, a portion in which the second light emitting region 42 is not covered by the object 12 occurs in the direction perpendicular to the light irradiation surface 44. The area is not directly observed from the image capturing unit 20. However, it is also conceivable that the non-transmissive light 49 from the area is reflected by surrounding walls, partitions, and the like to become stray light and is received by the imaging unit 20.
図13は、画角θに基づいて、第2の発光領域42を、遮光領域111よりも縮小させる例を示す。図13において説明する第2の発光領域42の縮小は、図1から図10において説明した縮小とは独立して行ってよい。本例の処理装置30は、図12において説明した第2の発光領域42の位置シフトに伴い、端部P4の近傍において生じる第2の発光領域42のはみだしを縮小する。
FIG. 13 shows an example in which the second light emitting region 42 is made smaller than the light shielding region 111 based on the angle of view θ. The reduction of the second light emitting region 42 described in FIG. 13 may be performed independently of the reduction described in FIGS. 1 to 10. The processing device 30 of the present example reduces the protrusion of the second light emitting region 42 that occurs in the vicinity of the end P4 due to the position shift of the second light emitting region 42 described in FIG.
処理装置30は、第2の発光領域42を第1の方向にシフト量L3でシフトさせる場合に、第2の発光領域42の第1の方向における幅をシフト量L3に応じて縮小してよい。縮小量は、シフト量L3と同一であってよい。これにより、第2の発光領域42をシフトさせた場合に、非透過光49が撮像部20に受光される割合を低減できる。
When the processing device 30 shifts the second light emitting region 42 in the first direction by the shift amount L3, the width of the second light emitting region 42 in the first direction may be reduced according to the shift amount L3. .. The reduction amount may be the same as the shift amount L3. Thereby, when the second light emitting region 42 is shifted, the ratio of the non-transmissive light 49 received by the imaging unit 20 can be reduced.
図14、図15および図16は、光照射部40における発光方式の一例を説明する図である。図14は、対象物12及び光照射部40をY軸方向から見た図である。本例の光照射部40は、一つの対象物12に対して、互いに位置の異なる複数の第2の発光領域42−1、42−2を設定する。本例における複数の第2の発光領域42−1、42−2は、図1から図13において説明した第2の発光領域42を複数に分割した領域であってよい。
14, FIG. 15 and FIG. 16 are diagrams illustrating an example of a light emitting method in the light irradiation unit 40. FIG. 14 is a diagram of the object 12 and the light irradiation unit 40 viewed from the Y-axis direction. The light irradiation unit 40 of the present example sets a plurality of second light emitting regions 42-1 and 42-2 at different positions for one object 12. The plurality of second light emitting regions 42-1 and 42-2 in this example may be regions obtained by dividing the second light emitting region 42 described in FIGS. 1 to 13 into a plurality of parts.
光照射部40は、いずれかの第2の発光領域42(例えば第2の発光領域42−1)を発光させて第2の撮像段階S202を実行した後、他の第2の発光領域42(例えば第2の発光領域42−2)を発光させて、第3の撮像段階S203を実行する。このような方式により、対象物12の内部構造14の3次元形状に関する3次元情報を取得できる。内部構造14は、例えば対象物12に生じたクラック等である。
The light irradiation unit 40 causes one of the second light emitting areas 42 (for example, the second light emitting area 42-1) to emit light and performs the second imaging step S202, and then the other second light emitting area 42 ( For example, the second light emitting area 42-2) is caused to emit light, and the third imaging step S203 is executed. With such a method, it is possible to acquire three-dimensional information regarding the three-dimensional shape of the internal structure 14 of the object 12. The internal structure 14 is, for example, a crack generated in the object 12.
図15は、第2の撮像段階S202で取得した第2の画像102の一例を示す図である。第2の撮像段階S202においては、第2の発光領域42−1を発光させて、第2の画像102を撮像する。本例において第2の発光領域42−1は、内部構造14とは重ならない領域である。この場合、図15に示すように、第2の画像102においては、内部構造14に隣接して影部16が現れる。影部16は、内部構造14に対して、第2の発光領域42−1とは逆側に配置されている。影部16の幅は、内部構造14の深さ方向における長さ等に応じて大きくなる。
FIG. 15 is a diagram showing an example of the second image 102 acquired in the second imaging step S202. In the second image capturing step S202, the second light emitting region 42-1 is caused to emit light to capture the second image 102. In this example, the second light emitting region 42-1 is a region that does not overlap with the internal structure 14. In this case, as shown in FIG. 15, in the second image 102, the shadow portion 16 appears adjacent to the internal structure 14. The shadow portion 16 is arranged on the side opposite to the second light emitting region 42-1 with respect to the internal structure 14. The width of the shadow portion 16 increases according to the length of the internal structure 14 in the depth direction.
図16は、第3の撮像段階S203で取得した第3の画像103の一例を示す図である。第3の撮像段階S203においては、第2の発光領域42−2を発光させて、第3の画像103を撮像する。本例において第2の発光領域42−2は、内部構造14と重なる領域である。この場合、図16に示すように、第3の画像103においては、内部構造14に隣接する影部が存在しないか、または、第2の画像102よりも影部が小さくなる。
FIG. 16 is a diagram showing an example of the third image 103 acquired in the third imaging step S203. In the third image capturing step S203, the second light emitting region 42-2 is caused to emit light and the third image 103 is captured. In the present example, the second light emitting region 42-2 is a region overlapping with the internal structure 14. In this case, as shown in FIG. 16, in the third image 103, there is no shadow adjacent to the internal structure 14, or the shadow is smaller than that in the second image 102.
処理装置30は、第2の画像102および第3の画像103における内部構造14と影部16の位置および大きさ、ならびに、それぞれの第2の発光領域42と内部構造14および影部16との相対位置とに基づいて、内部構造14の3次元情報を算出してよい。本例では、2つの第2の発光領域42を順番に発光させたが、他の例では、より多くの第2の発光領域42を順番に発光させて、より多くの画像を取得してもよい。なお、処理装置30は、複数の第3の画像103と、それぞれに対応する内部構造14の3次元情報とを取得して、画像と3次元情報との関係を機械学習する学習部を有してもよい。
The processing device 30 determines the position and size of the internal structure 14 and the shadow portion 16 in the second image 102 and the third image 103, and the second light emitting region 42 and the internal structure 14 and the shadow portion 16 of the respective images. The three-dimensional information of the internal structure 14 may be calculated based on the relative position. In the present example, the two second light emitting areas 42 are made to emit light in order, but in another example, even if more second light emitting areas 42 are made to emit light in order and more images are acquired. Good. The processing device 30 has a learning unit that acquires a plurality of third images 103 and three-dimensional information of the internal structure 14 corresponding to each of the third images 103 and machine-learns the relationship between the images and the three-dimensional information. May be.
それぞれの第2の発光領域42の形状は、第1の画像101における遮光領域111の形状に基づいて定められてよい。本例においては、それぞれの第2の発光領域42の形状は、遮光領域111を複数に分割した領域の形状から定められる。
The shape of each second light emitting area 42 may be determined based on the shape of the light shielding area 111 in the first image 101. In this example, the shape of each of the second light emitting regions 42 is determined from the shape of the region obtained by dividing the light shielding region 111 into a plurality of regions.
図17は、光照射面44の各位置における発光強度の調整例を説明する図である。撮像部20の光学系の特性等により、光照射面44の面内で一様な発光強度で発光した場合でも、撮像画像における光照射面44の輝度は一様にならない場合がある。本例の処理装置30は、撮像部20の光学系の特性等によって生じる撮像画像の輝度分布を補償するように、各発光領域における発光強度の分布を制御する。処理装置30は、第1の発光領域41および第2の発光領域42の一方の発光強度分布を調整してよく、両方の発光強度分布を調整してもよい。本例の発光強度の調整は、図1から図16において説明した各態様と組み合わせてよい。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of adjusting the emission intensity at each position on the light irradiation surface 44. Due to the characteristics of the optical system of the imaging unit 20, even if light is emitted with a uniform emission intensity within the light irradiation surface 44, the brightness of the light irradiation surface 44 in the captured image may not be uniform. The processing device 30 of the present example controls the distribution of the light emission intensity in each light emitting region so as to compensate the brightness distribution of the captured image caused by the characteristics of the optical system of the imaging unit 20 and the like. The processing device 30 may adjust the emission intensity distribution of one of the first emission region 41 and the second emission region 42, or may adjust both emission intensity distributions. The adjustment of the light emission intensity in this example may be combined with each aspect described in FIGS. 1 to 16.
本例の光照射部40は、光照射面44に対象物12が配置されていない状態で、光照射面44において予め定められた第2のキャリブレーション用パターン106で光を照射する。第2のキャリブレーション用パターン106は、例えば光照射面44の全面における発光強度が一様なパターンである。第2のキャリブレーション用パターン106は、撮影画像の画素値が飽和しない発光強度であればよい。第2のキャリブレーション用パターン106は、単位面積当たりの発光強度が、第1の発光領域41または第2の発光領域42における単位面積当たりの発光強度と同一であってよい。
The light irradiation unit 40 of the present example irradiates light with the second calibration pattern 106 that is predetermined on the light irradiation surface 44 in a state where the object 12 is not arranged on the light irradiation surface 44. The second calibration pattern 106 is, for example, a pattern in which the light emission intensity is uniform over the entire light irradiation surface 44. The second calibration pattern 106 may have any emission intensity that does not saturate the pixel values of the captured image. The emission intensity per unit area of the second calibration pattern 106 may be the same as the emission intensity per unit area in the first emission region 41 or the second emission region 42.
撮像部20は、第2のキャリブレーション用パターン106を撮像して、第2のキャリブレーション用画像108を取得する。処理装置30は、第2のキャリブレーション用画像108における輝度分布に基づいて、各発光領域における各位置の発光強度を調整する。例えば第2のキャリブレーション用画像108においては、画像の中心(つまり、撮像部20の光軸に対応する位置)から離れるほど輝度値が減少する場合がある。図17の例においては、第2のキャリブレーション用画像108は、中心領域116、中間領域112および外側領域110を有する。中心領域116は、画像の中心を含む領域であり、輝度値の平均が他の領域よりも高い。中間領域112は、中心領域116を囲む領域であり、輝度値の平均が中心領域116より低く、外側領域110よりも高い。外側領域110は、中間領域112を囲む領域であり、輝度値の平均が他の領域よりも低い。
The imaging unit 20 images the second calibration pattern 106 to obtain the second calibration image 108. The processing device 30 adjusts the emission intensity at each position in each emission region based on the luminance distribution in the second calibration image 108. For example, in the second calibration image 108, the brightness value may decrease as the distance from the center of the image (that is, the position corresponding to the optical axis of the imaging unit 20) increases. In the example of FIG. 17, the second calibration image 108 has a central region 116, a middle region 112, and an outer region 110. The central region 116 is a region including the center of the image, and has an average luminance value higher than that of the other regions. The intermediate region 112 is a region that surrounds the central region 116, and has an average luminance value lower than that of the central region 116 and higher than that of the outer region 110. The outer region 110 is a region that surrounds the intermediate region 112, and has an average luminance value lower than that of the other regions.
光照射部40は、第1の発光領域41または第2の発光領域42において、外側領域110に位置する部分の発光強度を、中心領域116および中間領域112に位置する部分の発光強度よりも高くしてよい。同様に光照射部40は、第1の発光領域41または第2の発光領域42において、中心領域116に位置する部分の発光強度を、外側領域110および中間領域112に位置する部分の発光強度よりも低くしてよい。
The light irradiation unit 40 makes the emission intensity of a portion located in the outer region 110 in the first emission region 41 or the second emission region 42 higher than the emission intensity of portions located in the central region 116 and the intermediate region 112. You can do it. Similarly, in the light emitting unit 40, in the first light emitting region 41 or the second light emitting region 42, the light emission intensity of the portion located in the central region 116 is made smaller than the light emission intensity of the portions located in the outer region 110 and the intermediate region 112. May be lower.
このような処理により、撮像部20の光学系の特性等による輝度分布を補償できる。図17の例では、複数の領域で段階的に発光強度を制御している。他の例では、光照射部40の発光素子単位で、発光強度を調整してもよい。
By such processing, the brightness distribution due to the characteristics of the optical system of the imaging unit 20 can be compensated. In the example of FIG. 17, the emission intensity is controlled stepwise in a plurality of regions. In another example, the light emission intensity may be adjusted for each light emitting element of the light irradiation unit 40.
また、撮像部20における撮像レンズの絞り値が可変の場合、処理装置30は、撮像レンズの絞り値毎に、発光領域の発光強度分布を調整してよい。この場合、撮像部20は、撮像レンズの絞り値毎に、第2のキャリブレーション用画像108を撮像する。処理装置30は、撮像レンズの絞り値毎に、発光強度を調整するための情報を予め取得して記憶する。
When the aperture value of the image pickup lens in the image pickup unit 20 is variable, the processing device 30 may adjust the light emission intensity distribution of the light emitting region for each aperture value of the image pickup lens. In this case, the imaging unit 20 captures the second calibration image 108 for each aperture value of the imaging lens. The processing device 30 previously acquires and stores information for adjusting the emission intensity for each aperture value of the imaging lens.
図18は、第2の発光領域42における発光強度の調整例を説明する図である。本例の処理装置30は、対象物12の厚みに応じた光の減衰を補償するように、第2の発光領域42における発光強度分布を調整する。なお、この対象物12は、均一な物質で構成されているものとする。本例の発光強度の調整は、図1から図17において説明した各態様と組み合わせてよい。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of adjusting the light emission intensity in the second light emitting region 42. The processing device 30 of the present example adjusts the light emission intensity distribution in the second light emitting region 42 so as to compensate for the attenuation of light according to the thickness of the object 12. The object 12 is assumed to be composed of a uniform substance. The adjustment of the light emission intensity of this example may be combined with each aspect described in FIGS.
処理装置30は、第1の画像101における遮光領域111の複数の画像位置121、122の画素値(例えば輝度値)を取得する。画素値が小さいほど、対象物12の当該画像位置における光の減衰が大きいので、厚みが大きいと推測される。図18の例では、2つの画像位置121、122を例示しているが、処理装置30は、より多くの画像位置の画素値を取得してよい。処理装置30は、遮光領域111を複数の領域に分割した各領域について、画素値の平均を算出してよい。
The processing device 30 acquires pixel values (for example, brightness values) of the plurality of image positions 121 and 122 of the light shielding area 111 in the first image 101. The smaller the pixel value, the larger the attenuation of light at the image position of the target object 12, so it is estimated that the thickness is larger. In the example of FIG. 18, two image positions 121 and 122 are illustrated, but the processing device 30 may acquire the pixel values of more image positions. The processing device 30 may calculate the average of the pixel values for each of the areas obtained by dividing the light blocking area 111 into a plurality of areas.
処理装置30は、第2の発光領域42の複数の発光位置131、132の発光強度を、複数の画像位置121、122の画素値に基づいて制御する。発光位置131は、画像位置121に対応しており、発光位置132は、画像位置122に対応している。処理装置30は、画像位置における画素値が小さいほど、対応する発光位置の発光強度を大きくしてよい。これにより、対象物12が一様な厚みでない場合であっても、対象物12から射出される光の強度を一様にできる。
The processing device 30 controls the light emission intensity of the plurality of light emitting positions 131 and 132 of the second light emitting area 42 based on the pixel values of the plurality of image positions 121 and 122. The light emitting position 131 corresponds to the image position 121, and the light emitting position 132 corresponds to the image position 122. The processing device 30 may increase the emission intensity of the corresponding emission position as the pixel value at the image position is smaller. Thereby, even if the target object 12 does not have a uniform thickness, the intensity of light emitted from the target object 12 can be made uniform.
図19は、本発明の他の実施形態に係る撮像装置210の一例を示す模式図である。撮像装置210は、対象物12に光を照射して、対象物12の内部を通過した光を受光する。これにより、撮像装置210は、対象物12の内部構造を示す画像を撮像する。本例の撮像装置210も、図1から図18において説明した撮像装置10と同様に、第1の撮像段階と、第2の撮像段階とを実行する。ただし、第1の撮像段階および第2の撮像段階の具体的な内容は、撮像装置10と相違する。撮像装置210は、第1の撮像段階において対象物12の形状を取得する。撮像装置210は、対象物12の形状に基づいて、第2の撮像段階における迷光を抑制する。
FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of an imaging device 210 according to another embodiment of the present invention. The imaging device 210 irradiates the object 12 with light and receives the light that has passed through the inside of the object 12. Thereby, the imaging device 210 captures an image showing the internal structure of the object 12. The imaging device 210 of the present example also executes the first imaging stage and the second imaging stage, similarly to the imaging device 10 described in FIGS. 1 to 18. However, the specific contents of the first imaging stage and the second imaging stage are different from those of the imaging device 10. The imaging device 210 acquires the shape of the target object 12 in the first imaging stage. The imaging device 210 suppresses stray light in the second imaging stage based on the shape of the object 12.
撮像装置210は、制限部の構造が、図1において説明した撮像装置10と相違する。制限部以外の構造および機能は、撮像装置10と同様である。例えば、撮像装置210の撮像部20および処理装置30は、撮像装置10の撮像部20および処理装置30と同様の構造および機能を有する。
The imaging device 210 is different from the imaging device 10 described in FIG. 1 in the structure of the limiting unit. The structure and functions other than the restriction unit are the same as those of the imaging device 10. For example, the imaging unit 20 and the processing device 30 of the imaging device 210 have the same structure and function as the imaging unit 20 and the processing device 30 of the imaging device 10.
撮像装置210は、光照射部240および減光部241を有する。本例においては、減光部241が、対象物12の外側を通過する光束を制限する制限部として機能する。光照射部240は、対象物12に光を照射する照明部として機能する。光照射部240は、光照射部40と同様に面光源であってよく、面光源でなくともよい。光照射部240が面光源の場合、光照射面における発光領域の形状は可変でなくてよい。本例の光照射部240は、発光面の大きさが、対象物12よりも小さい光源であってよい。これにより、撮像部20に、対象物12を透過していない非透過光が到達するのを抑制できる。
The imaging device 210 has a light irradiation unit 240 and a light reduction unit 241. In this example, the dimming unit 241 functions as a limiting unit that limits the light flux that passes through the outside of the object 12. The light irradiation unit 240 functions as an illumination unit that irradiates the object 12 with light. The light irradiation unit 240 may be a surface light source like the light irradiation unit 40, and need not be a surface light source. When the light irradiation unit 240 is a surface light source, the shape of the light emitting region on the light irradiation surface may not be variable. The light irradiation unit 240 in this example may be a light source whose light emitting surface has a size smaller than that of the object 12. As a result, it is possible to prevent non-transmissive light that has not transmitted through the object 12 from reaching the imaging unit 20.
減光部241は、撮像部20と、第2の撮像段階における対象物12との間に配置される。なお、対象物12と撮像部20との間に減光部241が配置されるとは、対象物12を通過した光が、減光部241を通過して、撮像部20に受光されるような配置を指す。対象物12、第2の撮像段階における対象物12および撮像部20は、直線上に配置されていてもよいが、直線上に配置されていなくともよい。
The dimming unit 241 is arranged between the imaging unit 20 and the object 12 in the second imaging stage. Note that the light reduction unit 241 is disposed between the object 12 and the imaging unit 20 means that light that has passed through the object 12 passes through the light reduction unit 241 and is received by the imaging unit 20. Refers to a simple arrangement. The object 12, the object 12 and the imaging unit 20 in the second imaging stage may be arranged on a straight line, but may not be arranged on a straight line.
本例の撮像装置210は、対象物12をX軸方向に搬送する搬送部140を備えている。搬送部140は例えばベルトコンベアを有する。この場合、減光部241は、搬送部140と撮像部20との間に配置されている。減光部241は、搬送部140と撮像部20とを結ぶ直線上に配置されてよい。
The imaging device 210 of this example includes a transport unit 140 that transports the object 12 in the X-axis direction. The transport unit 140 has, for example, a belt conveyor. In this case, the dimming unit 241 is arranged between the transport unit 140 and the imaging unit 20. The dimming unit 241 may be arranged on a straight line connecting the transport unit 140 and the imaging unit 20.
光照射部240は、観察対象の内部構造に対応する波長帯域の光を照射する。光照射部240は、対象物12の内部構造のうち、観察対象の内部構造と、他の内部構造との吸光度の差異が大きい波長帯域の光を照射してよい。光照射部240が照射する光のスペクトルは、光照射部40が照射する光のスペクトルと同様であってよい。光照射部240が照射した光は、対象物12を通過して、減光部241に入射する。減光部241は、対象物12からの光を透過させて、撮像部20に受光させる。減光部241は、光を透過させる透過領域242と、光を減光させる減光領域220とを有する。減光領域220は、照明された対象物12を透過した光束の周囲の光束(つまり、対象物12を透過しない光束)を減光する。減光領域220は、光照射部240が照射する光の透過率が、透過領域242に比べて10%以下の領域であってよく、1%以下の領域であってもよい。
The light irradiation unit 240 irradiates light in the wavelength band corresponding to the internal structure of the observation target. The light irradiation unit 240 may irradiate light in a wavelength band in which the difference in absorbance between the internal structure of the observation target and other internal structures of the internal structure of the object 12 is large. The spectrum of the light emitted by the light irradiation unit 240 may be the same as the spectrum of the light emitted by the light irradiation unit 40. The light emitted by the light irradiator 240 passes through the object 12 and enters the dimming unit 241. The dimming unit 241 transmits the light from the target 12 and causes the image capturing unit 20 to receive the light. The dimming unit 241 includes a transmissive region 242 that transmits light and a dimming region 220 that diminishes light. The dimming region 220 dims the light flux around the light flux that has passed through the illuminated object 12 (that is, the light flux that does not pass through the object 12). The dimming region 220 may have a transmittance of light emitted by the light irradiation unit 240 of 10% or less, or 1% or less, as compared with the transmission region 242.
減光部241は、透過領域242の形状が可変である。透過領域242の形状とは、撮像部20の光軸と垂直な面(本例ではXZ面)における形状を指してよい。なお、減光部241において、透過領域242以外の領域は減光領域220であってよい。つまり、透過領域242の形状を定めることで、減光領域220の形状も定まる。減光部241は、光の透過率を独立して制御可能な光学素子が2次元に配置されていてよい。処理装置30は、減光部241の領域毎に、光を通過させるか、減光するかを制御してよい。処理装置30は、光の透過率も、領域毎に制御してよい。一例として減光部241は、液晶パネルを有している。処理装置30は、対象物12の形状に基づいて、第2の撮像段階における透過領域242の形状を制御する。例えば処理装置30は、透過領域242の形状を、対象物12の形状と同一に制御する。他の例では、処理装置30は、透過領域242の形状を、対象物12の形状を所定の割合で縮小した形状にしてもよい。
The shape of the transmission region 242 of the light reduction unit 241 is variable. The shape of the transmissive region 242 may refer to the shape in a plane (XZ plane in this example) perpendicular to the optical axis of the imaging unit 20. It should be noted that in the dimming unit 241, a region other than the transmissive region 242 may be the dimming region 220. That is, by determining the shape of the transmissive area 242, the shape of the dimming area 220 is also determined. The dimming unit 241 may have two-dimensionally arranged optical elements capable of independently controlling the light transmittance. The processing device 30 may control, for each region of the dimming unit 241, whether light is transmitted or dimmed. The processing device 30 may also control the light transmittance for each region. As an example, the dimming unit 241 has a liquid crystal panel. The processing device 30 controls the shape of the transmissive region 242 in the second imaging stage based on the shape of the object 12. For example, the processing device 30 controls the shape of the transparent region 242 to be the same as the shape of the object 12. In another example, the processing device 30 may make the shape of the transparent region 242 a shape obtained by reducing the shape of the object 12 at a predetermined rate.
このような制御により、第2の撮像段階において、対象物12を透過していない非透過光を遮光して、撮像部20に到達することを抑制できる。このため、対象物12の内部構造を精度よく観察できる。
By such control, in the second imaging stage, it is possible to block the non-transmissive light that has not transmitted through the target object 12 and suppress the reaching of the imaging unit 20. Therefore, the internal structure of the object 12 can be accurately observed.
図20は、第1の撮像段階S201および第2の撮像段階S202の一例を示す図である。本例では、第1の撮像段階S201および第2の撮像段階S202を実行する間、対象物12は静止している。他の例では、対象物12は動いていてもよい。
FIG. 20 is a diagram showing an example of the first imaging step S201 and the second imaging step S202. In this example, the object 12 is stationary while the first imaging step S201 and the second imaging step S202 are executed. In other examples, the object 12 may be moving.
撮像部20は、第1の撮像段階S201において第1の画像101を取得する。第1の撮像段階S201においては、光照射部240が対象物12に光を照射してよく、他の光源から対象物12に光を照射してもよい。
The imaging unit 20 acquires the first image 101 in the first imaging step S201. In the first imaging step S201, the light irradiation unit 240 may irradiate the object 12 with light, or may irradiate the object 12 with light from another light source.
本例の第1の撮像段階S201においては、減光部241は、全面が透過領域242となるように制御される。撮像部20は、第1の画像101上における、減光部241に対する対象物12の位置が判別可能なように、第1の画像101を取得してよい。例えば撮像部20は、減光部241の全体を含む第1の画像101を取得してよく、減光部241に設けられたマーカーを含む第1の画像101を取得してもよい。これにより、減光部241に対する対象物12の位置を判別できる。
In the first imaging step S201 of this example, the dimming unit 241 is controlled so that the entire surface becomes the transmissive region 242. The imaging unit 20 may acquire the first image 101 so that the position of the target object 12 with respect to the dimming unit 241 on the first image 101 can be determined. For example, the imaging unit 20 may acquire the first image 101 including the entire light reducing unit 241, or may acquire the first image 101 including the marker provided in the light reducing unit 241. As a result, the position of the object 12 with respect to the dimming unit 241 can be determined.
第2の撮像段階S202において、減光部241は、第1の画像101における対象物12の位置および形状に基づいて、第2の撮像段階S202における透過領域242の位置および形状を定める。透過領域242の位置および形状は、第1の画像101における対象物12の位置および形状と同一か、小さくてよい。このような構成によっても、撮像装置10と同様に、第2の撮像段階S202において、対象物12を透過していない光が、撮像部20に到達することを抑制できる。
In the second imaging step S202, the dimming unit 241 determines the position and shape of the transmissive area 242 in the second imaging step S202 based on the position and shape of the object 12 in the first image 101. The position and shape of the transparent region 242 may be the same as or smaller than the position and shape of the object 12 in the first image 101. With such a configuration as well, similar to the image capturing apparatus 10, in the second image capturing step S202, it is possible to suppress light that has not transmitted through the target 12 from reaching the image capturing unit 20.
本例では、第1の撮像段階S201における透過領域242よりも、第2の撮像段階S202における透過領域242の方が小さい。第2の撮像段階S202における透過領域242の面積を小さくすることで、第2の撮像段階S202において、対象物12を透過していない光が、撮像部20に到達する割合を低減できる。
In this example, the transparent area 242 in the second imaging step S202 is smaller than the transparent area 242 in the first imaging step S201. By reducing the area of the transmissive region 242 in the second imaging step S202, it is possible to reduce the proportion of the light that has not passed through the target object 12 reaching the imaging unit 20 in the second imaging step S202.
なお、第1の撮像段階S201において第1の画像101を撮像する撮像部20の画角θと、第2の撮像段階S202において第2の画像102を撮像する撮像部20の画角θとは、同一であることが好ましい。これにより、第1の画像101から取得した対象物12の形状に基づいて、第2の撮像段階S202における透過領域242の形状を適切に設定しやすくなる。図20においては、Z軸方向の画角θzが、第1の撮像段階S201および第2の撮像段階S202において同一である例を示しているが、X軸方向の画角も、第1の撮像段階S201および第2の撮像段階S202において同一であることが好ましい。第1の撮像段階S201および第2の撮像段階S202においては、同一の撮像部20を用いて、撮像部20の画角を変更しないことが好ましい。
Note that the angle of view θ of the image capturing unit 20 that captures the first image 101 in the first image capturing step S201 and the angle of view θ of the image capturing unit 20 that captures the second image 102 in the second image capturing step S202 are , And preferably the same. This makes it easy to appropriately set the shape of the transparent region 242 in the second imaging step S202 based on the shape of the target object 12 acquired from the first image 101. FIG. 20 shows an example in which the angle of view θz in the Z-axis direction is the same in the first imaging step S201 and the second imaging step S202, but the angle of view in the X-axis direction is also the first imaging step. It is preferably the same in step S201 and the second imaging step S202. In the first imaging step S201 and the second imaging step S202, it is preferable that the same imaging unit 20 is used and the angle of view of the imaging unit 20 is not changed.
図21は、比較例に係る撮像装置310を説明する図である。本例の撮像装置310は、撮像装置210に比べて、減光部241を備えていない点で相違する。光照射部240が照射した照射光47の一部は、対象物12の表面で反射する。対象物12の表面で反射した光は、搬送部140等の周囲環境で反射して、対象物12を透過しない非透過光48として、撮像部20に到達する場合がある。なお図21においては、非透過光48と対象物12とを重ねて表示しているが、非透過光48は、X軸方向において対象物12とは異なる位置を通過している。
FIG. 21 is a diagram illustrating an imaging device 310 according to a comparative example. The image pickup apparatus 310 of this example is different from the image pickup apparatus 210 in that it does not include the light reduction unit 241. A part of the irradiation light 47 irradiated by the light irradiation unit 240 is reflected on the surface of the object 12. The light reflected on the surface of the object 12 may reach the imaging unit 20 as non-transmissive light 48 that does not pass through the object 12 by being reflected by the surrounding environment such as the transport unit 140. Note that, in FIG. 21, the non-transmitted light 48 and the target 12 are displayed in an overlapping manner, but the non-transmitted light 48 passes through a position different from the target 12 in the X-axis direction.
非透過光48が撮像部20に到達すると、撮像部20が撮像する第1の画像101には、対象物12に加えて、非透過光48が含まれてしまう。非透過光48は対象物12による光強度の減衰が無いので、第1の画像101において、非透過光48は対象物12よりも明るくなってしまう場合が多い。このため、非透過光48が第1の画像101に含まれると、対象物12の内部構造を精度よく観察することが困難になってしまう。
When the non-transmissive light 48 reaches the imaging unit 20, the first image 101 captured by the imaging unit 20 includes the non-transmissive light 48 in addition to the target object 12. Since the non-transmissive light 48 is not attenuated in light intensity by the object 12, the non-transmissive light 48 is often brighter than the object 12 in the first image 101. Therefore, if the non-transmitted light 48 is included in the first image 101, it becomes difficult to accurately observe the internal structure of the target object 12.
これに対して、図19および図20において説明した撮像装置210によれば、減光部241により、非透過光48が撮像部20に到達することを抑制できる。従って、対象物12の内部構造を精度よく観察できる。
On the other hand, according to the imaging device 210 described with reference to FIGS. 19 and 20, the dimming unit 241 can prevent the non-transmissive light 48 from reaching the imaging unit 20. Therefore, the internal structure of the object 12 can be accurately observed.
図22は、第1の撮像段階S201の一例を説明する図である。本例の撮像装置210は、図19および図20において説明した撮像装置210の構成に加えて、光源244を備える。他の構造は、図19および図20において説明した例と同一である。
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of the first imaging step S201. The imaging device 210 of this example includes a light source 244 in addition to the configuration of the imaging device 210 described with reference to FIGS. 19 and 20. The other structure is the same as the example described in FIGS. 19 and 20.
光源244は、減光部241と、第1の撮像段階S201における対象物12との間に配置される。本例においては、光源244は、搬送部140と、減光部241との間に配置される。なお、対象物12(または搬送部140)と、減光部241との間とは、対象物12(または搬送部140)と減光部241とを結ぶ直線上の領域に限定されない。撮像部20の光軸方向(本例ではY軸方向)において、光源244の位置が、対象物12(または搬送部140)の位置と、減光部241の位置との間であればよい。
The light source 244 is arranged between the dimming unit 241 and the object 12 in the first imaging step S201. In this example, the light source 244 is arranged between the transport unit 140 and the dimming unit 241. Note that the space between the object 12 (or the transport unit 140) and the dimming unit 241 is not limited to the area on the straight line connecting the object 12 (or the transport unit 140) and the dimming unit 241. In the optical axis direction of the imaging unit 20 (Y-axis direction in this example), the position of the light source 244 may be between the position of the object 12 (or the transport unit 140) and the position of the dimming unit 241.
本例の減光部241は、第1の撮像段階S201において、光源244が照射した光の対象物12からの反射光を透過する。本例の減光部241は、第1の撮像段階S201において、全面が透過領域242となるように動作してよい。なお減光部241の全面とは、透過領域242と減光領域220を切り替えられる領域の全体を指す。
The dimming unit 241 of the present example transmits the reflected light from the object 12 of the light emitted by the light source 244 in the first imaging step S201. The dimming unit 241 of this example may operate so that the entire surface becomes the transmissive region 242 in the first imaging step S201. The entire surface of the dimming part 241 refers to the entire region where the transmissive region 242 and the dimming region 220 can be switched.
撮像装置210は、複数の光源244を備えていてもよい。複数の光源244は、異なる方向から、対象物12に光を照射してよい。
The imaging device 210 may include a plurality of light sources 244. The plurality of light sources 244 may irradiate the object 12 with light from different directions.
光源244は、光照射部240とは異なる波長の光を照射してよい。光照射部240が照射する光は、対象物12の内部を観察するために用いられるので、対象物12の表面における反射が小さいことが好ましい。これに対して、光源244が照射する光は、反射光により対象物12の外形を観察するために用いられるので、対象物12の表面における反射が大きいことが好ましい。このため、光源244が照射する光は、光照射部240が照射する光よりも、対象物12の表面における反射率が大きいことが好ましい。対象物12の表面における反射率とは、光源から対象物12の表面に照射した光の強度に対する、対象物12の表面で反射される光の強度の比率を指す。当該比率は、撮像部20が感度を有する全ての波長帯域における光の強度を積算して算出してよく、特定の波長帯域における光の強度を用いて算出してもよい。
The light source 244 may emit light having a wavelength different from that of the light emitting section 240. The light emitted by the light irradiator 240 is used for observing the inside of the object 12, and therefore it is preferable that the light reflected by the surface of the object 12 is small. On the other hand, the light emitted from the light source 244 is used for observing the outer shape of the target object 12 by the reflected light, and therefore it is preferable that the surface of the target object 12 is largely reflected. Therefore, it is preferable that the light emitted from the light source 244 has a higher reflectance on the surface of the object 12 than the light emitted from the light irradiation unit 240. The reflectance on the surface of the object 12 refers to the ratio of the intensity of the light reflected on the surface of the object 12 to the intensity of the light emitted from the light source to the surface of the object 12. The ratio may be calculated by integrating light intensities in all wavelength bands in which the imaging unit 20 has sensitivity, or may be calculated using light intensities in a specific wavelength band.
また、光源244が照射する光は、対象物12の表面における反射スペクトルに応じた波長成分を有することが好ましい。反射スペクトルとは、光の各波長に対する反射率を示すスペクトルである。光源244は、対象物12の表面における反射率が極大となる波長成分を含むことが好ましい。
The light emitted by the light source 244 preferably has a wavelength component according to the reflection spectrum on the surface of the object 12. The reflection spectrum is a spectrum showing the reflectance for each wavelength of light. The light source 244 preferably contains a wavelength component that maximizes the reflectance on the surface of the object 12.
図23は、対象物12の表面における反射スペクトルの一例を示す図である。本例の反射スペクトルは、3つの極大ピーク250−1、250−2、250−3を有しているが、反射スペクトルの形状はこれに限定されない。本例では、極大ピーク250−1、250−2、250−3の各頂点の波長を、n1、n2、n3とする。なお、それぞれの極大ピーク250は、撮像部20が感度を有する波長帯域内に配置されたピークである。
FIG. 23 is a diagram showing an example of a reflection spectrum on the surface of the object 12. The reflection spectrum of this example has three maximum peaks 250-1, 250-2, and 250-3, but the shape of the reflection spectrum is not limited to this. In this example, the wavelengths at the vertices of the maximum peaks 250-1, 250-2, and 250-3 are n1, n2, and n3. The respective maximum peaks 250 are peaks arranged in the wavelength band in which the imaging unit 20 has sensitivity.
光源244は、いずれかの極大ピーク250の、半値全幅内の波長を含む光を照射してよい。光源244が照射する光のスペクトルにおいて、強度が最大となる波長が、いずれかの極大ピーク250の半値全幅内に配置されていてもよい。図23の例では、光源244の照射光において強度が最大となるピーク波長Nが、極大ピーク250−3の半値全幅R3内に配置されている。極大ピーク250−3は、複数の極大ピーク250のうち、強度P3が最大となる極大ピーク250であってよい。
The light source 244 may emit light including a wavelength within the full width at half maximum of any of the maximum peaks 250. In the spectrum of the light emitted from the light source 244, the wavelength having the maximum intensity may be arranged within the full width at half maximum of any of the maximum peaks 250. In the example of FIG. 23, the peak wavelength N that maximizes the intensity of the irradiation light from the light source 244 is arranged within the full width at half maximum R3 of the maximum peak 250-3. The maximum peak 250-3 may be the maximum peak 250 having the maximum intensity P3 among the plurality of maximum peaks 250.
光源244は、照射光の波長特性が可変であってよい。例えば光源244は、異なる波長の光を照射できる複数の発光デバイスを有していてよい。この場合、光源244は、対象物12の表面における反射率が極大となる波長に基づいて、照射光の波長特性を制御してよい。対象物12の表面における反射率が極大となる波長は、光源244に予め設定されてよい。他の例では、処理装置30には、対象物12の種類を示す情報が入力されてよい。処理装置30には、対象物12の反射スペクトルに関する情報が、対象物12の種類毎に予め記録されていてよい。この場合、処理装置30は、対象物12の種類に対応する反射スペクトルに基づいて、光源244の照射光の波長特性を制御する。
The light source 244 may have variable wavelength characteristics of irradiation light. For example, the light source 244 may include a plurality of light emitting devices capable of emitting light of different wavelengths. In this case, the light source 244 may control the wavelength characteristic of the irradiation light based on the wavelength at which the reflectance on the surface of the target object 12 is maximized. The wavelength at which the reflectance on the surface of the object 12 is maximized may be preset in the light source 244. In another example, information indicating the type of the object 12 may be input to the processing device 30. Information about the reflection spectrum of the object 12 may be recorded in the processing device 30 in advance for each type of the object 12. In this case, the processing device 30 controls the wavelength characteristic of the irradiation light of the light source 244 based on the reflection spectrum corresponding to the type of the object 12.
図24は、第1の撮像段階S201の他の例を示す図である。本例においては、ラインスキャンにより、対象物12のXZ面における2次元画像(第1の画像)を取得する。本例の撮像装置210は、スキャン部23を備える。本例のスキャン部23は、X軸方向の各位置における、Z軸方向の対象物12の長さを検出することで、対象物12の2次元画像を取得する。第1の撮像段階S201においては、対象物12と、スキャン部23における測定位置とが、X軸方向に相対的に移動する。第1の撮像段階S201においては、対象物12が移動していてよく、スキャン部23における測定位置が移動していてもよい。
FIG. 24 is a diagram showing another example of the first imaging step S201. In this example, a two-dimensional image (first image) on the XZ plane of the object 12 is acquired by line scanning. The imaging device 210 of this example includes a scanning unit 23. The scanning unit 23 of this example acquires a two-dimensional image of the object 12 by detecting the length of the object 12 in the Z axis direction at each position in the X axis direction. In the first imaging step S201, the object 12 and the measurement position in the scanning unit 23 move relatively in the X-axis direction. In the first imaging step S201, the object 12 may be moving and the measurement position in the scanning unit 23 may be moving.
図25は、第2の撮像段階S202の一例を説明する図である。本例においては、対象物12は、第2の撮像段階S202の間に、光照射部240と撮像部20との間を通過するように移動する。つまり、対象物12は、撮像部20の露光時間中も移動している。
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of the second imaging step S202. In this example, the object 12 moves so as to pass between the light irradiation unit 240 and the imaging unit 20 during the second imaging step S202. That is, the object 12 is moving even during the exposure time of the imaging unit 20.
本例の減光部241は、対象物12の移動速度と、第2の撮像段階S202における露光時間に基づいて、透過領域242の形状を制御する。本例では、第2の撮像段階S202の露光開始時における対象物12の位置を開始位置252−1とし、露光終了時における対象物12の位置を終了位置252−2とする。露光時間中に対象物12が移動している場合、開始位置252−1と終了位置252−2とは一致しない。このため、開始位置252−1に合わせて透過領域242を設定すると、露光終了時には、透過領域242と終了位置252−2とが一致せずに、非透過光48が撮像部20に到達しやすくなる。
The dimming unit 241 of the present example controls the shape of the transmissive region 242 based on the moving speed of the object 12 and the exposure time in the second imaging step S202. In this example, the position of the object 12 at the start of exposure in the second imaging step S202 is the start position 252-1 and the position of the object 12 at the end of exposure is the end position 252-2. When the object 12 is moving during the exposure time, the start position 252-1 and the end position 252-2 do not match. Therefore, if the transmissive area 242 is set in accordance with the start position 252-1, the non-transmissive light 48 easily reaches the imaging unit 20 at the end of the exposure without the transmissive area 242 and the end position 252-2 matching each other. Become.
本例の減光部241は、対象物12の移動方向(本例ではX軸方向)において、透過領域242の長さを、対象物12の長さよりも小さくする。なお、Z軸方向においては、透過領域242の長さは、対象物12の長さと同一であってよい。つまり、透過領域242のZ軸方向の長さに対するX軸方向の長さの比は、対象物12のZ軸方向の長さに対するX軸方向の長さの比よりも小さい。これにより、非透過光48が撮像部20に到達するのを抑制できる。減光部241は、X軸方向における、透過領域242の長さと対象物12の長さとの差分Dを、対象物12の移動速度と、露光時間とに基づいて設定する。差分Dは、移動速度と、露光時間との積により定められてよい。つまり、移動速度および露光時間の積が大きくなるほど、差分Dは大きくなる。
The dimming unit 241 of this example makes the length of the transmission region 242 smaller than the length of the target 12 in the moving direction of the target 12 (X-axis direction in this example). In addition, in the Z-axis direction, the length of the transmissive region 242 may be the same as the length of the object 12. That is, the ratio of the length of the transmissive region 242 in the X axis direction to the length of the Z axis direction is smaller than the ratio of the length of the object 12 in the Z axis direction to the length in the Z axis direction. This can prevent the non-transmitted light 48 from reaching the imaging unit 20. The light reduction unit 241 sets a difference D between the length of the transmissive region 242 and the length of the object 12 in the X-axis direction based on the moving speed of the object 12 and the exposure time. The difference D may be determined by the product of the moving speed and the exposure time. That is, the difference D increases as the product of the moving speed and the exposure time increases.
減光部241は、開始位置252−1における対象物12と、終了位置252−2における対象物12とが重なる領域に、透過領域242を設定してもよい。これにより、露光時間中に常に対象物12が存在する領域に透過領域242を設定できる。このため、非透過光48が撮像部20に到達するのを抑制できる。
The dimming unit 241 may set the transmissive region 242 in a region where the object 12 at the start position 252-1 and the object 12 at the end position 252-2 overlap each other. Thereby, the transmissive area 242 can be set in the area where the object 12 is always present during the exposure time. Therefore, it is possible to prevent the non-transmissive light 48 from reaching the imaging unit 20.
図26は、第2の撮像段階S202の他の例を説明する図である。本例においても、対象物12は、第2の撮像段階S202の間に、光照射部240と撮像部20との間を通過するように移動する。
FIG. 26 is a diagram illustrating another example of the second imaging step S202. Also in this example, the object 12 moves so as to pass between the light irradiation unit 240 and the imaging unit 20 during the second imaging step S202.
本例の減光部241は、撮像部20が露光している間、透過領域242の位置を対象物12の移動速度に応じて、開始位置242−1から終了位置242−2まで移動させる。本例では、透過領域242のX軸方向の長さを短くしなくてよい。つまり、透過領域242のX軸方向における長さと、Z軸方向における長さの比は、対象物12のX軸方向における長さと、Z軸方向における長さの比と同一であってよい。
The dimming unit 241 of this example moves the position of the transmissive region 242 from the start position 242-1 to the end position 242-2 according to the moving speed of the object 12 while the imaging unit 20 is exposing. In this example, the length of the transmission region 242 in the X-axis direction need not be shortened. That is, the ratio of the length of the transmission region 242 in the X axis direction to the length of the Z axis direction may be the same as the ratio of the length of the object 12 in the X axis direction to the length in the Z axis direction.
本例によれば、透過領域242が、対象物12の移動に追従するので、露光時間中に対象物12が移動する場合であっても、非透過光48が撮像部20に到達するのを抑制できる。また、透過領域242を縮小しないので、対象物12の全体を容易に観察できる。
According to this example, since the transmissive region 242 follows the movement of the target object 12, it is possible to prevent the non-transmissive light 48 from reaching the imaging unit 20 even when the target object 12 moves during the exposure time. Can be suppressed. Further, since the transmissive area 242 is not reduced, the entire object 12 can be easily observed.
図27は、第2の撮像段階S202の他の例を説明する図である。本例の撮像装置210は、図25において説明した透過領域242の制御と、図26において説明した透過領域242の制御とを使い分ける。図25において説明した制御においては、X軸方向において、透過領域242が対象物12よりも差分Dだけ小さくなる。図26において説明した制御においては、透過領域242を移動させるので、減光部241の応答速度に応じて、透過領域242の端部の透過率と、透過領域242の中央部の透過率との間でバラツキが生じる場合がある。
FIG. 27 is a diagram illustrating another example of the second imaging step S202. The imaging apparatus 210 of this example uses the control of the transparent area 242 described in FIG. 25 and the control of the transparent area 242 described in FIG. In the control described in FIG. 25, the transmissive region 242 is smaller than the object 12 by the difference D in the X-axis direction. In the control described in FIG. 26, since the transmissive area 242 is moved, the transmissivity of the end portion of the transmissive area 242 and the transmissivity of the central portion of the transmissive area 242 are set according to the response speed of the light reduction unit 241. There may be variations between them.
本例においては判定段階S203において、減光部241が、第2の撮像段階S202における露光時間が基準値以下であるか否かを判定する。露光時間が長いほど、図25に示した差分Dが大きくなる。減光部241は、差分Dが基準値以下であるか否かを判定してよい。つまり、撮像部20の露光時間と、対象物12の移動速度との積が、所定の基準値以下であるか否かを判定してもよい。減光部241は、露光時間と比較する基準値を、対象物12の移動速度で除算して用いてもよい。一例として減光部241は、図25において示した差分Dが、対象物12のX軸方向の長さの5%以下の場合に、露光時間が基準値以下と判定してよい。
In this example, in the determination step S203, the light reduction unit 241 determines whether the exposure time in the second imaging step S202 is equal to or less than the reference value. The longer the exposure time, the larger the difference D shown in FIG. The dimming unit 241 may determine whether the difference D is equal to or less than the reference value. That is, you may determine whether the product of the exposure time of the imaging part 20 and the moving speed of the target object 12 is below a predetermined reference value. The dimming unit 241 may be used by dividing the reference value to be compared with the exposure time by the moving speed of the object 12. For example, when the difference D shown in FIG. 25 is 5% or less of the length of the object 12 in the X-axis direction, the light reduction unit 241 may determine the exposure time to be the reference value or less.
露光時間が基準値以下の場合、減光部241は、図25において説明したように、透過領域242をX軸方向に縮小し、且つ、透過領域242の位置を固定する(S204)。また、露光時間が基準値より大きい場合、減光部241は、図26において説明したように、透過領域242を対象物12の移動に追従させる(S205)。これらの制御を行い、撮像装置210は、第2の画像102を取得する(S206)。これにより、第2の撮像段階S202が終了する。
When the exposure time is less than or equal to the reference value, the light reduction unit 241 reduces the transmissive region 242 in the X-axis direction and fixes the position of the transmissive region 242 as described in FIG. 25 (S204). If the exposure time is longer than the reference value, the light reduction unit 241 causes the transmission area 242 to follow the movement of the object 12 as described with reference to FIG. 26 (S205). By performing these controls, the imaging device 210 acquires the second image 102 (S206). This ends the second imaging step S202.
本例によれば、撮像部20の露光時間に基づいて、図25の制御と、図26の制御を使い分ける。このため、撮像部20の露光時間に応じた適切な第2の画像102を取得できる。本例においては、各段階の演算等の処理を減光部241が行っているが、各処理は処理装置30が行ってもよい。
According to this example, the control of FIG. 25 and the control of FIG. 26 are selectively used based on the exposure time of the imaging unit 20. Therefore, it is possible to acquire the appropriate second image 102 according to the exposure time of the imaging unit 20. In the present example, the dimming unit 241 performs processing such as calculation at each stage, but each processing may be performed by the processing device 30.
他の例においては、判定段階S203において、減光部241の応答速度に基づいて判定を行ってよい。減光部241の応答速度とは、減光部241の所定の領域を減光領域220から透過領域242に変更するのに要する時間である。減光部241が液晶パネルの場合、応答速度はリフレッシュレートとも称される。一例として減光部241は、第2の撮像段階S202における露光時間が、減光部241の応答速度の2倍以上の場合にS205の処理を選択し、2倍より小さい場合にS204の処理を選択してよい。
In another example, in the determination step S203, the determination may be performed based on the response speed of the dimming unit 241. The response speed of the dimming unit 241 is the time required to change a predetermined region of the dimming unit 241 from the dimming region 220 to the transmissive region 242. When the light reduction unit 241 is a liquid crystal panel, the response speed is also referred to as a refresh rate. As an example, the dimming unit 241 selects the process of S205 when the exposure time in the second imaging step S202 is twice or more the response speed of the dimming unit 241 and selects the process of S204 when it is less than twice. You may choose.
図28は、減光部241の他の例を説明する図である。本例の減光部241は、撮像部20に向かう光の配向角αが異なる領域を有する。配向角αは、減光部241にY軸と平行な光が入射したときに減光部241が射出する光の、撮像部20の光軸に対する角度である。配向角αは、YZ面における角度であってよい。
FIG. 28 is a diagram illustrating another example of the dimming unit 241. The dimming unit 241 of this example has regions in which the orientation angles α of the light traveling toward the imaging unit 20 are different. The orientation angle α is an angle of light emitted from the dimming unit 241 when light parallel to the Y axis enters the dimming unit 241 with respect to the optical axis of the imaging unit 20. The orientation angle α may be an angle in the YZ plane.
本例の減光部241は、Z軸方向における位置に応じて、配向角αが異なっている。より具体的には、減光部241の光射出面において、撮像部20の光軸と交差する位置に近い領域256の配向角は、光軸と交差する位置から遠い領域254の配向角よりも小さい。つまり、減光部241は、撮像部20に射出光が集光するように、それぞれの位置の配向角αが設定されていてよい。このような構成により、対象物12を透過しない非透過光が、撮像部20に到達することを更に抑制できる。配向角αの絶対値は、20度以下であってよく、10度以下であってよく、5度以下であってもよい。また、図28においては、YZ面における配向角αを説明したが、XZ面における配向角もX軸方向の位置毎に異なっていてよい。
The dimming part 241 of this example has a different orientation angle α depending on the position in the Z-axis direction. More specifically, on the light exit surface of the dimming unit 241, the orientation angle of the region 256 near the position intersecting the optical axis of the imaging unit 20 is larger than the orientation angle of the region 254 far from the position intersecting the optical axis. small. That is, the dimming unit 241 may be set with the orientation angle α at each position so that the emitted light is focused on the imaging unit 20. With such a configuration, non-transmissive light that does not pass through the target 12 can be further suppressed from reaching the imaging unit 20. The absolute value of the orientation angle α may be 20 degrees or less, 10 degrees or less, or 5 degrees or less. Further, although the orientation angle α in the YZ plane has been described with reference to FIG. 28, the orientation angle in the XZ plane may be different for each position in the X axis direction.
減光部241の光射出面と、撮像部20との間には、減光部241の各領域の配向角を調整する光学部材が設けられてよい。光学部材は、例えばレンチキュラーレンズである。減光部241のZ軸方向における画素周期と、レンチキュラーレンズのZ軸方向におけるレンズ周期とをずらすことで、Z軸方向の各位置における配向角を異ならせることができる。
An optical member that adjusts the orientation angle of each region of the dimming unit 241 may be provided between the light exit surface of the dimming unit 241 and the imaging unit 20. The optical member is, for example, a lenticular lens. By shifting the pixel cycle of the light reduction unit 241 in the Z-axis direction and the lens cycle of the lenticular lens in the Z-axis direction, the orientation angle at each position in the Z-axis direction can be made different.
なお、図1から図18において説明した光照射部40の制御を、図19から図28において説明した減光部241の制御に適宜適用してよい。この場合、光照射部40の発光領域を透過領域に読み替え、遮光領域を減光領域に読み替え、発光強度を透過率に読み替え、発光位置を透過位置に読み替え、発光素子を透過画素に読み替え、光照射面を光透過面に読み替えてよい。
Note that the control of the light irradiation unit 40 described in FIGS. 1 to 18 may be appropriately applied to the control of the light reduction unit 241 described in FIGS. 19 to 28. In this case, the light emitting region of the light irradiation unit 40 is read as a transmissive region, the light shielding region is read as a dimming region, the light emission intensity is read as a transmittance, the light emitting position is read as a transmissive position, the light emitting element is read as a transmissive pixel, and The irradiation surface may be read as a light transmitting surface.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
Although the present invention has been described using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.