JPH1155461A - 照度調節撮像方式および画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 撮像範囲内全域において輝度レベルのばらつ
きがなくノイズレベルの一定な画像を撮像できる低コス
トな画像撮像装置を提供する。 【解決手段】 撮像対象物１を一定の照度で照明する主
照明装置２と照度を調整できる補助照明装置30の組み合
わせによる照明手段と、光を電気信号に変換する撮像素
子４と、撮像対象物からの反射光ａを撮像素子４上に結
像させるレンズ５により対象物のアナログ画像信号ｂを
求め、そのアナログ画像信号ｂを信号処理装置６により
増幅，Ａ／Ｄ変換し、ディジタル画像信号ｃを求めて記
憶する画像記憶装置７を有する。画像記憶装置７に記憶
された画像信号に対して画像処理装置80で画像処理を行
いさらに画像信号の輝度のばらつきを求めて、輝度の低
い部分を照明する補助照明装置30に電源を供給し照度を
高くするように照度指令値ｆを出し、撮像範囲内におい
て一様な輝度レベルをもつ画像信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置の光学系
の特性を照明により補正して画像を取り込む照度調節撮
像方式および画像撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の撮像方式による撮像装置の
構成を示すブロック図である。図６において、１は撮像
対象物、２は一定の照度で撮像対象物１を照明する主照
明装置、３は補助照明装置、４は光電変換を行なう撮像
素子(ＣＣＤ)、５は撮像対象物１からの反射光ａを撮像
素子４の素子面に結合するレンズ、６は撮像素子４から
出力されるアナログ画像信号ｂを増幅やＡ／Ｄ変換等の
信号処理を行ないディジタル画像信号ｃに変換する信号
処理装置、７は信号処理装置６により変換されたディジ
タル画像信号ｃを記憶する画像記憶装置、８は画像記憶
装置７に記憶されたディジタル画像信号ｃに対して画像
処理を行う画像処理装置、13は補助照明装置３の照明電
源である。

【０００３】この構成により撮像対象物１を一様に主照
明装置２が、また四隅を補助照明装置３にて照明し、そ
の反射光ａをレンズ５を介して撮像素子４に結像する。
この撮像素子に結像された反射光ａはアナログ画像信号
ｂとして信号処理装置６に入力され、必要により一定の
レベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換してディジタル画像信号
ｃを画像記憶装置７に出力する。画像記憶装置７に記憶
されたディジタル画像信号ｃは画像処理装置８で画像処
理されて出力される。

【０００４】以上のような構成の画像撮像装置の光学系
による輝度の変化を図７に示す。すなわち、撮像対象物
１に対して一様な照度で主照明装置２から照射される。

【０００５】このときレンズ５により撮像素子４上に結
合される画像の輝度はレンズの特性により決定される。
すなわち、レンズの周辺部分を通過して撮像素子上に結
像される画像の輝度は、レンズの中央付近を通過して撮
像素子上に結像される画像の輝度よりも低くなり、画面
の四隅が暗くなる。そのため、なるべくレンズ５の中央
付近を通過する画像だけで撮像が行えるようにレンズ５
を選定し、撮像素子４上に結像される画像信号の輝度レ
ベルがほぼ一定となるようにする必要がある。

【０００６】しかし、実際には画素数の多い撮像素子を
用いて広い範囲を撮像しようとした場合、特にラインセ
ンサＣＣＤを用いる場合には、レンズの周辺部分までを
撮像に用いなければならない。また、視野の広い広角の
レンズほど結像される画像の周辺部分の輝度の低下が大
きい。そのため撮像範囲の広い撮像系を実現しようとし
た場合には、視野内での輝度のばらつきが発生する。こ
のような場合、 (１) 必要な範囲内で輝度のあまり低下しないレンズを
設計する。

【０００７】(２) 主照明装置２だけで照明した場合に
撮像対象範囲の輝度が低下する部分対して補助照明装置
３を用いて、あらかじめ照度を他の部分より高くしてお
くことにより得られる画像の輝度を均一にする。

【０００８】(３) 一様な輝度の撮像対象物を撮像した
ときに撮像素子４から得られた画像の輝度情報を記憶さ
せておき、各位置において全体の画像信号の輝度レベル
が均一になる補正係数を求めて、実際の対象物を撮像さ
せたときの画像信号をその補正係数に従って補正する、
いわゆるシェーディング補正を行う。などの方法が採用
されている。

【０００９】図８はラインセンサＣＣＤを用いた場合の
シェーディング補正の概念図を示し、左側(1)が撮像素
子毎の特性のばらつき(白レベル信号ｄと画像信号ｅ)を
示し、右側(2)が補正後の画像信号Ｅを示し、ほぼ平坦
化した輝度レベルとなっている。このときのシェーディ
ング補正量を図９に示し、横軸が撮像素子４の直径寸法
であり、縦軸が撮像素子の中心部から周辺部にかけての
補正量であり、撮像素子の周辺を中央部分より大きくシ
ェーディング補正して、輝度レベルの均一化を図ってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の輝度のばらつきを均一化する法では、次に示すよ
うな問題点がある。

【００１１】(１) 撮像系に対してレンズを設計する場
合、市販のレンズを採用するときに比べて、レンズコス
トが高くなり、結果として装置全体のコストが上がって
しまうという問題がある。

【００１２】(２) 補助照明装置を用いる場合、主照明
装置の照明変動(経時変化や周囲温度の変動，電源変動
等)に対する保証がないという問題がある。特に蛍光灯
照明などは電極に近い部分とそうでない部分では、経時
変化に伴う照度の低下の割合が異なるため、照明の使用
時間に伴い補助の部分の輝度が高くなることもある。

【００１３】(３) シェーディング補正では、輝度の低
い部分の画像信号を輝度の高い部分の信号と同程度まで
増幅するが、このとき画像信号中に含まれるノイズ成分
も含めて増幅するため、その結果補正される割合の高い
(増幅率の高い)部分の画像情報の劣化が生じる。

【００１４】本発明は、上記問題点に鑑み撮像した画像
に対して画像処理装置を用いて輝度レベルを求め、輝度
レベルの低い部分を照明する照明装置の照度を上げるよ
うに制御することにより、撮像範囲内全域において輝度
レベルのばらつきがなくノイズレベルの一定な画像を撮
像できる照度調節撮像方式および低コストな画像撮像装
置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、撮像対象物を一定の照度で照明する主照明
と照度を調整できる補助照明の組み合わせによる照明手
段、または照度を調整できる照明装置を複数個用いて撮
像対象物全体を照明する照明手段と、光を電気信号に変
換する撮像手段と、撮像対象物からの反射光を撮像手段
の素子上に結像させる光学手段と、撮像手段により得ら
れた画像信号に対して画像処理を行いさらに画像信号の
輝度のばらつきを求める画像処理手段と、画像処理手段
からの指令により照明手段の照度を調節する照度調節手
段を有するものである。

【００１６】本発明によれば、光学系により画像信号の
輝度が低くなる部分に補助照明を配置し、一様な輝度を
もつ対象物を撮像した画像信号の輝度のばらつきを画像
処理装置により求め、その値から輝度の低い部分を照明
している補助照明の輝度、もしくは複数照明のうちの一
部の照明装置の照度を制御することにより、光学系の特
性を照明の照度により補正して撮像素子の全域において
一様な輝度の画像を得るものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
１から図５を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
照度調節撮像方式による画像撮像装置の構成を示すブロ
ック図でる。

【００１８】図１において、前記従来例の図６に示す同
じ機能のブロックには同じ符号を付し、その説明を省略
する。ここで、80は、画像記憶装置７に記憶されたディ
ジタル画像信号ｃに対して画像処理を行なうとともに、
ディジタル画像信号のばらつきを求めて補助照明装置30
の照度指令値ｆを出力する画像処理装置、９は画像処理
装置80からの照度指令値ｆに従い補助照明装置30の照度
を制御する調光機能を有する照度制御装置であり、信号
線14を介して画像処理装置80と接続されている。

【００１９】上記主照明装置２は常に一定の照度で撮像
対象物１を照明する。また補助照明装置30はレンズ５の
特性により得られる画像信号の輝度が低くなる部分を照
明するように配置されている。この場合のラインセンサ
およびエリアセンサを用いた場合の補助照明装置30の配
置例を図２および図３にそれぞれ示す。ここで、図２は
側面側からみた配置例を示し、図３は上面側からみた配
置例を示している。

【００２０】図４はラインセンサを用いた場合の画像撮
像装置の構成を示すブロック図であり、１個の主照明装
置２に固定の照明電源12を備え、撮像対象物１の周辺部
に補助照明装置30が配置された構成となっている。また
図４の右側に画像信号(1)と照度(2)の関係を示し、照度
の制御は画像信号の大きさに対して相反関係にある。

【００２１】次に本実施の形態の動作を説明すると主照
明装置２による撮像対象物１からの反射光ａをレンズ５
と撮像素子４でアナログ画像信号ｂに変換する。信号処
理装置６は撮像素子４から出力されたアナログ画像信号
ｂのダイナミックレンジが小さい場合には信号を増幅し
た上でＡ／Ｄ変換を行いディジタル画像信号ｃに変換し
て画像記憶装置７に入力する。画像処理装置80は、画像
記憶装置７に記憶されたディジタル画像信号ｃのうち、
撮像素子４の中央部分から出力された信号の輝度と撮像
素子４の周辺部分から出力された信号の輝度との差を求
め、その差が小さくなるように補助照明装置30の照度指
令値ｆを信号線14を介して出力する。照度制御装置９
は、画像処理装置80の出力する照度指令値ｆに従い補助
照明装置30の照度を制御する。これにより撮像対象物の
視野内での輝度のばらつきがなくなり、均一化される。

【００２２】本実施の形態における画像撮像装置は上記
の構成に限らず種々の様態が可能である。例えば、レン
ズ５と撮像素子４をアナログカメラで実現することがで
きる。また、レンズ５と撮像素子４と信号処理装置６を
ディジタルカメラで実現してもよい。

【００２３】また画像検査装置などに適用する場合に
は、検査のための画像処理装置として画像メモリと画像
処理用のＣＰＵを備えているものが多く、それらを利用
して画像記憶装置７と画像処理装置80を実現することが
できる。

【００２４】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２における照度調節撮像方式による画像撮像装置の構
成を示すブロック図である。図５において、前記実施の
形態１の図４と異なる部分のみを説明するが、図４と同
様にラインセンサを用いた場合である。

【００２５】本実施の形態２の複数照明装置10は照度の
調整が可能な複数個の照明装置の集合により構成されて
いる。この複数個の照明装置全体により撮像対象物１全
体を照明する。11は複数照明装置10のそれぞれの照度を
個別に制御する複数照明制御装置である。画像処理装置
80は画像信号を複数照明装置10の各照明装置の個数に対
応した一定サイズの複数の区間に分離し、一様な色を持
つ対象物を撮像し、それぞれの区間での照度を測定し、
撮像範囲全体において得られる画像信号の輝度が一様に
なるような複数照度指令値ｇを複数照明制御装置11に出
力する。複数照明制御装置11は画像処理装置80から与え
られた複数照度指令値ｇに従い各照明装置の照度を調整
する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像した画像の輝度レベルをフィードバックして輝度レベ
ルの低い部分を照明する照明装置の照度を上げるように
制御することにより、撮像範囲内全域において光学系に
よる輝度レベルのばらつきを抑制し、かつ照明手段の照
度変動の影響が少なく、また、撮像領域全域においてノ
イズレベルの一定な画像を撮像できる画像撮像装置を低
コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における照度調節方式に
よる画像撮像装置の構成を示すブロック図である。

【図２】ラインセンサを用いた場合の補助照明装置の配
置例図である。

【図３】エリアセンサを用いた場合の補助照明装置の配
置例図である。

【図４】本発明の実施の形態１における画像撮像装置の
構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の実施の形態２における画像撮像装置の
構成を示すブロック図である。

【図６】従来の画像撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図７】画像撮像装置の光学系による輝度の変化を示す
図である。

【図８】ラインセンサＣＣＤを用いた場合のシェーディ
ング補正の概念図である。

【図９】図８のシェーディング補正量を示す図である。

【符号の説明】

１…撮像対象物、 ２…主照明装置、 ３，30…補助照
明装置、 ４…撮像素子、 ５…レンズ、 ６…信号処
理装置、 ７…画像記憶装置、 ８，80…画像処理装
置、 ９…照度制御装置、 10…複数照明装置、 11…
複数照明制御装置、12，13…照明電源、 14…信号線、
ｂ…アナログ画像信号、 ｃ…ディジタル画像信号、
ｆ…照度指令値、 ｇ…複数照度指令値。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像対象物を照明装置により照明し、撮
   像対象物からの反射光をレンズ等の光学系を用いて光を
   電気信号に変換する光電変換素子上に結像することによ
   り撮像対象物の画像信号を得る画像撮像方式において、
   常に一定の照度で撮像対象物を照明する主照明と照度を
   可変とした補助照明を用いて、一様な輝度をもつ対象物
   を撮像したときに得られる画像信号の輝度レベルに従
   い、前記補助照明の照度を制御することにより、光学系
   の特性を前記補助照明の照度により補正し、得られる画
   像信号の輝度レベルが撮像素子の位置に関係なく常に一
   定となるようにしたことを特徴とする照度調節撮像方
   式。
2. 【請求項２】 撮像対象物を一定の照度で照明する主照
   明と照度を調整できる補助照明からなる照明手段と、光
   を電気信号に変換する撮像手段と、前記撮像対象物から
   の反射光を前記撮像手段の素子上に結合させる光学手段
   と、前記撮像手段により得られた画像信号に対して増幅
   ・Ａ／Ｄ変換等を行う信号処理手段と、前記信号処理手
   段からの画像信号に対して各種画像処理を行い、同時に
   画像信号の輝度のばらつきを求める画像処理手段と、前
   記画像処理手段からの指令により前記補助照明手段の照
   度を調節する照度調節手段を有することを特徴とする画
   像撮像装置。
3. 【請求項３】 撮像対象物を照明装置により照明し、撮
   像対象物からの反射光をレンズ等の光学系を用いて光を
   電気信号に変換する光電変換素子上に結合することによ
   り撮像対象物の画像信号を得る画像撮像方式において、
   複数の照度制御可能な照明により撮像対象物全体を照明
   する照明装置を用いて、一様な輝度をもつ対象物を撮像
   したときに得られる画像信号の輝度レベルに従い、補助
   照明の照度を個別に制御することにより、光学系の特性
   を照明照度により補正し、得られる画像信号の輝度レベ
   ルが撮像素子の位置に関係なく常に一定となるようにし
   たことを特徴とする照度調節撮像方式。
4. 【請求項４】 照明手段において画像処理手段からの指
   令により照度を調整できる複数の照明装置により撮像対
   象物全体を照明することを特徴とする請求項３記載の照
   度調節撮像方式。