特許 6187584 マシンビジョンシステムのための最小コントラストを保証するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6187584

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】マシンビジョンシステムのための最小コントラストを保証するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20170821BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20170821BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20170821BHJP

   B25J 19/04 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

   H04N5/225

   G06T1/00 280

   B25J19/04

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-512713(P2015-512713)

(86)(22)【出願日】2013年5月13日

(65)【公表番号】特表2015-528891(P2015-528891A)

(43)【公表日】2015年10月1日

(86)【国際出願番号】US2013040715

(87)【国際公開番号】WO2013173209

(87)【国際公開日】20131121

【審査請求日】2016年4月6日

(31)【優先権主張番号】61/646,491

(32)【優先日】2012年5月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木下 航一

(72)【発明者】

【氏名】ティアギ，アンブリッシュ

(72)【発明者】

【氏名】ドリンカード，ジョン

(72)【発明者】

【氏名】谷 喜東

【審査官】 三好 貴大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８６０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２８８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２７５８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ −１１／３０

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｂ２５Ｊ １９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マシンビジョンシステムの１つ以上の撮像センサによって見られる視野内の最小物体コントラストを確認する方法であって、
検査物体が前記視野内の最小コントラスト位置にある間に前記１つ以上の撮像センサにより取得された画像データを処理することであって、前記画像データは強度画像データまたは３Ｄレンジデータである、処理することと、
前記処理に基づいて前記検査物体についてのコントラスト値を計算することと、
前記コントラスト値が予め定義されたしきい値によって表現される最小コントラスト要求を満たすかどうかを判定することと
を備える方法。

【請求項2】

ガンマ、γが、シーンライティングに応じてテクスチャのない球形の検査片の表面上に作り出されるコントラストを表現し、

【数1】

として定義され、ＩｍａｘおよびＩｍｉｎはそれぞれ前記画像データにおける前記検査片の最大および最小の強度値を示し、前記コントラスト値を計算することは、前記検査物体についてのガンマを計算することを備え、さらに、前記最小コントラスト要求を満たすかどうかを判定することは、ガンマを前記予め定義されたしきい値と比較することを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

３Ｄレンジデータが使用されるケースにおいて、前記検査物体についての前記コントラスト値の計算には、前記最小コントラスト位置にある前記検査物体に対応する３Ｄレンジデータの有無と、前記検査物体の表面の広がりに対応する画素位置での前記３Ｄレンジデータの密度および／または統計的特性と、の少なくとも１つが考慮される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

マシンビジョンシステムの１つ以上の撮像センサによって見られる視野内の最小物体コントラストを確認するように構成された装置であって、
検査物体が前記視野内の最小コントラスト位置にある間の前記１つ以上の撮像センサによる前記視野の撮像に対応する画像データを処理し、前記画像データは強度画像データまたは３Ｄレンジデータであり、
前記処理に基づいて前記検査物体についてのコントラスト値を計算し、
前記コントラスト値が予め定義されたしきい値によって表現される最小コントラスト要求を満たすかどうかを判定する
ように構成された１つ以上の処理回路
を備える装置。

【請求項5】

ガンマ、γが、シーンライティングに応じてテクスチャのない球形の検査片の表面上に作り出されるコントラストを表現し、

【数2】

として定義され、ＩｍａｘおよびＩｍｉｎはそれぞれ前記画像データにおける前記検査片の最大および最小の強度値を示し、前記１つ以上の処理回路は、前記検査物体についてのガンマを計算して前記コントラスト値を計算するように構成され、さらに、前記最小コントラスト要求を
満たすかどうかを判定することは、ガンマを前記予め定義されたしきい値と比較することを備える、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

３Ｄレンジデータが使用されるケースにおいて、前記検査物体についての前記コントラスト値の計算には、前記最小コントラスト位置にある前記検査物体に対応する３Ｄレンジデータの有無と、前記検査物体の表面の広がりに対応する画素位置での前記検査物体についての前記３Ｄレンジデータの密度および／または統計的特性と、の少なくとも１つが考慮される、請求項４または５に記載の装置。

【請求項7】

前記画像データを受信するように構成された１つ以上のインターフェース回路をさらに備える、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

前記１つ以上のインターフェース回路はさらに、前記最小コントラスト要求が満たされるかどうかを表示する１つ以上の信号を記録またはそうでなければ出力するように構成される、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記１つ以上の撮像センサと、関連づけられた制御および処理ユニットとを備える前記マシンビジョンシステムに統合された１つ以上の機能処理回路を備える、請求項４〜８のいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本願は、２０１２年５月１４日に出願された米国仮出願第６１／６４６，４９１の優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

本発明は、たとえば機械類の安全防護において使用される、画像ベースの（マシンビジョン）監視システムに関する。

【背景技術】

【0003】

一般的に、ビジョンシステムは、画素の明度のコントラストに依拠して物体を検出する。コントラストは、物体上のテクスチャ、物体と背景との間の異なる色、または物体表面の陰影、等によって引き起こされ得る。物体がその上に何のテクスチャも有しないこともあり、その色が背景の色と同様であることもあり、またはその形状および／またはライティング条件に依存して物体上に陰影が存在しないこともあるので、ある特定の仮説を立てることなしに、コントラストは保証されない。したがって、いくつかの特別なケースでは、ビジョンシステムは、コントラストの欠如に起因して物体を検出できないであろう。この問題は特に、機械の安全防護の分野での用途を有するビジョン監視システムのケースで顕著になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

安全性用途のために、センサが指定されたその検出能力をあらゆる状況化で維持することが保証されなくてはならない。この保証は、最小サイズの物体が、しばしば「保護ゾーン」または「監視ゾーン」と呼ばれる、ユーザ定義のエリアまたは体積に入った場合に、それがある特定の最小確率でマシンビジョンシステムにより検出されることを意味する。最悪のケースにおいてさえも最小検出能力を保証するために、環境および／または物体に対しいくらかの制限を強いることが要求される。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様において、この開示は、マシンビジョンシステムによって監視される体積を表現する領域内で最小物体コントラスト要求が満たされることを確認するための方法および装置を提示する。補完的に、本開示はまた、床からある最低高さにある監視される体積を照明するために使用されるライティング源の位置を制約し、監視される体積を撮像するために使用されるカメラに対し監視される体積内で非対称的なライティングを提供する主光源を使用するための方法を提示する。それに対応して、本開示はまた、主光源の適切な動作を監視し、不適切な動作に応答するための方法および装置を提示する。最小コントラストの確認および主光源の監視の動作は、スタンドアロンの装置を使用して実現され得るか、または、マシンビジョンシステムに組み込まれ得る。

【0006】

かくして、一実施形態において、装置は、マシンビジョンシステムの１つ以上の撮像センサによって見られる視野内の最小物体コントラストを確認するように構成される。この装置は、検査物体が視野内の最小コントラスト位置にある間の１つ以上の撮像センサによる視野の撮像に対応する画像データを処理するように構成された１つ以上の処理回路を備える。ここで、画像データは、強度画像データまたは３Ｄレンジデータであり、１つ以上の処理回路は、強度または３Ｄレンジデータを処理することに基づいて検査物体についてのコントラスト値を計算し、コントラスト値が予め定義されたしきい値によって表現される最小コントラスト要求を満たすかどうかを判定するように構成される。少なくとも１つの実施形態において、この装置は機能的に、マシンビジョンシステム内で統合され、それは、１つ以上の画像センサと、関連づけられた制御および処理ユニットとを備える。

【0007】

別の実施形態において、装置は、主光源としての役割を果たす照明源を監視するように構成され、主光源からの照明は、マシンビジョンシステムの視野内の物体コントラストを向上させる。例示的な構成において、この装置は、マシンビジョンシステムの動作中、主光源の１つ以上の動作パラメータを監視するように構成された１つ以上のセンサと、１つ以上の監視されたパラメータが予め定義された動作要求を満たすかどうかを判定するように構成された評価ユニットと、制御ユニットとを備える。制御ユニットは、主光源からの照明の損失を検出することと、監視されたパラメータの１つ以上が予め定義された動作要求を満たさないと判定することとの少なくとも１つに応答して、１つ以上の情報または制御信号を生成するように構成される。

【0008】

当然ながら、本発明は、上記の特徴および利点に限定されない。実際、当業者は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照することにより、追加の特徴および利点を認識するだろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、主光源からの照明を監視するために構成された装置であって、マシンビジョンシステムによって監視される、監視される体積内での最小物体コントラストを保証するために、光が使用される、一実施形態のブロック図である。

【図2】図２は、図１の照明監視装置についての例示的な詳細を示すブロック図である。

【図3】図３は、図１の照明監視装置についての例示的な詳細を示すブロック図である。

【図4】図４は、主光源に関する照明監視の方法の一実施形態の論理流れ図である。

【図5】図５は、マシンビジョンシステムの監視される体積内で最小物体コントラスト要求が満たされることを確認するための装置の一実施形態のブロック図である。

【図6】図６は、最小物体コントラスト要求が満たされることを確認する方法の一実施形態の論理流れ図である。

【図7】図７は、主光源の照明を監視し、最小物体コントラストを確認するための装置を機能的に組み込んだマシンビジョンシステムの一実施形態のブロック図である。

【図8】図８は、監視される体積内の照明および物体コントラストを特徴づけ、評価するのに使用される検査片のブロック図である。

【図9】図９は、たとえば危険な機械の周りの体積を監視するためのカメラおよびライティング源の潜在的に問題のある据え付けを示すブロック図である。

【図10】図１０は、異なるライティング間隔についての、カメラの視野内の物体コントラストに関連するコントラスト関連分布曲線を示す図である。

【図11】図１１は、監視される体積を照明するために使用される光源に対し非対称的に撮像センサを設置することに基づいて、監視される体積内の最小物体コントラストを保証するための、本明細書において教示される１つの技法を示すブロック図である。

【図12】図１２は、撮像カメラによって監視される体積に対するライティングの非対称性を導入するために、撮像カメラの近傍に追加の光源を追加することに基づいて、監視される体積内の最小物体コントラストを保証するための、本明細書において教示される１つの技法を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

この開示は、（１）物体についてのコントラストを保証するためのライティングレイアウト、（２）ライティング条件を監視するための方法および装置、（３）コントラストを測定するための方法および装置を含む、いくつかの分野における有利な教示を提供する。これらのおよび他の利点が、少なくとも部分的には図１に示すような例示的な照明監視装置１０の構成および動作によって、実現され得る。

【0011】

１つ以上の実施形態における照明監視装置１０は、主光源１２としての役割を果たす照明源を監視するように構成され、主光源１２からの照明は、マシンビジョンシステム１４の視野内の物体コントラストを向上させる。視野は、一般的に「監視される体積１６」と呼ばれる、監視されるエリアまたは体積１６を定義する。監視される体積１６は、非限定的な例において、危険な機械またはエリア１８の周りの領域またはゾーンとして理解されることができ、マシンビジョンシステム１４は、たとえば機械の停止または他の防護関連動作をトリガするために、監視される体積１６への人間または他の物体による侵入を検出するように構成される。その体積監視の役割を果たすために、マシンビジョンシステム１４は、例示的な実施形態において、監視される体積１６の三次元（３Ｄ）撮像のために構成された立体カメラのような１つ以上の画像センサ２０を含む。

【0012】

それに対応して、主光源１２の監視におけるその役割を果たすために、例示的な実例における照明監視装置１０は、マシンビジョンシステム１４の動作中、主光源１２の１つ以上の動作パラメータを監視するように構成された１つ以上のセンサユニット２２を含む。このように、照明監視装置１０は、監視される体積１６内の任意の物体のコントラストを向上させる照明を提供するその役割に影響する主光源１２の故障または障害を検出するための機構として理解され得る。次に、１つ以上の実施形態において、主光源１２は、視野を撮像するためにマシンビジョンシステム１４によって使用される画像センサ２０の最も近くに設置された照明源として理解され得る。

【0013】

図２は、さらに例示的な詳細にわたり照明監視装置１０を示す。ここで、照明監視装置１０は、評価ユニット３０、制御ユニット３２を含み、任意で検査および通信回路３４を含む。評価ユニット３０は、主光源１２の１つ以上の監視されたパラメータが予め定義された動作要求を満たすかどうかを判定するように構成される。それに対応して、制御ユニット３２は、主光源１２からの照明の損失を検出することと、監視されたパラメータの１つ以上が予め定義された動作要求を満たさないと判定することとの少なくとも１つに応答して、１つ以上の情報または制御信号を生成するように構成される。

【0014】

上記機能をサポートする上で、センサユニット２２が、評価ユニット３０による評価のために、検知された照明パラメータについての１つ以上の信号を提供する、ということが理解されるだろう。さらに、評価ユニット３０は、主光源１２が監視されたパラメータのいずれについて仕様を満たしていないかを表示する、離散信号、デジタルデータ、等であり得る１つ以上の評価信号を、制御ユニット３２に出力する。かくして、制御ユニット３２は、評価ユニット３０からの表示に応答して動作を起こすものとして理解され得る。それは、「機械停止」信号、アラーム信号、保全信号、ステータス表示、等といった、制御および／または通信信号を出力し得る。

【0015】

任意の検査および通信回路３４は、制御ユニット３２から、１つ以上のそのような信号または関連する内部信号を受信し得、それは、評価ユニット３０および／またはセンサユニット２２とインターフェース接続し得る。少なくとも１つの実施形態において、検査および通信回路３４は、照明監視装置１０にネットワーク通信能力を提供する。たとえば、照明ステータス情報が、ネットワーク通信によって提供され得る。

【0016】

主光源１２の監視されたパラメータに関し、１つ以上の実施形態において、センサユニット２２は、主光源１２の照明強度と、主光源１２の変調位相または周波数と、の１つ以上を監視する。主光源１２の変調位相または周波数が監視されたパラメータの１つである場合において、１つ以上の実施形態における制御ユニット３２は、その画像の取得を主光源１２の変調周波数または位相と同期させるためにマシンビジョンシステム１４により使用され得る、主光源１２の監視された変調周波数または位相に追従する周波数表示または位相表示信号を生成するように構成される。対応する例示的な構成において、マシンビジョンシステム１４は、マシンビジョンシステム１４の１つ以上の画像センサ２０の露光を制御するために、周波数表示または位相表示信号を使用することによってその画像の取得を同期させるように構成される。たとえば、マシンビジョンシステム１４は、画像センサ２０が主光源１２の変調サイクルの高位相中に露光するよう画像センサ２０を制御するために、照明監視装置１０からの周波数表示または位相表示信号を使用する。

【0017】

照明監視装置１０が制御ユニット３２によって出力される情報または制御信号の１つ以上として機械停止信号または他のセーフティクリティカル信号を生成するように構成される実施形態において、制御ユニット３２は、評価ユニット３０が主光源１２の照明強度が予め定義された照明強度しきい値を下回っていることを検出することに応答して、そうするように構成される。照明監視装置１０が制御ユニット３２によって出力される情報または制御信号の１つ以上として１つ以上の保全または警告タイプの信号を生成するように構成される実施形態において、制御ユニット３２は、評価ユニット３０が主光源１２の１つ以上の監視されたパラメータの１つ以上が正常限界外であることを検出することに応答して、そうするように構成される。

【0018】

図３は、評価ユニット３０および制御ユニット３２を実装するデジタル処理回路４０の使用といった、照明監視装置１０についてのさらなる例示的な実装の詳細を示す。一例において、デジタル処理回路３０は、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、等といった１つ以上のデジタルプロセッサを備え、監視プログラム命令４４および評価パラメータしきい値またはレンジ４６を記憶するプログラムおよびデータメモリ４２または何らかの他のコンピュータ可読媒体を含むか、またはそれらに関連づけられる。かくして、１つ以上の実施形態におけるデジタル処理回路４０は、記憶されたコンピュータプログラム命令４４のその実行に基づいて、本明細書に開示される主光源監視動作を実行するように構成され、それは、記憶された測定しきい値またはレンジ４６に対し測定された主光源パラメータを評価し得る。

【0019】

それが図３に示すように実装されるにせよそうでないにせよ、図４は、照明監視装置１０が実行するように構成され得る例示的な方法４００を示す。方法４００は、主光源１２としての役割を果たす照明源を監視することを提供し、主光源１２からの照明は、マシンビジョンシステム１４の視野内の物体コントラストを向上させる。方法４００の例示された実施形態は、マシンビジョンシステム１４の動作中、主光源１２の１つ以上の動作パラメータを監視すること（ブロック４０２）と、１つ以上の監視されたパラメータが予め定義された動作要求を満たすかどうかを判定すること（ブロック４０４）と、主光源１２からの照明の損失を検出することと監視されたパラメータの１つ以上が予め定義された動作要求を満たさないと判定することとの少なくとも１つに応答して、１つ以上の情報または制御信号を生成すること（ブロック４０６）とを含む。

【0020】

したがって、照明監視装置１０は、監視される体積１６の不適切な照明が検出されることを保証し、少なくとも１つのそのような実施形態において、適切な対応する動作が照明の検出に応答して起動されることを保証するように構成されるものとして、広く理解され得る。１つの例示的なケースにおいて、主光源１２は、主光源１２の適切な動作が、監視される体積１６における物体が最悪のケースの検出シナリオにおいてさえ十分なコントラストを有することを保証するように、非対称的なライティングを提供するか、またはそうでなければ、監視される体積１６を撮像するためにマシンビジョンシステム１４によって使用される１つ以上の画像センサ２０の相対的近くに設置される。

【0021】

たとえば、評価ユニット３０は、主光源１２によって出力された光の１つ以上の監視された特徴が所望のパラメータ内にあるかどうかを判定するために、デジタルまたはアナログかつ比例的または階段状／非線形的であり得るセンサユニット２２からの単数または複数の出力信号を評価するように構成される。非限定的な例は、光強度に比例したアナログ信号を最小許容照明に対応する定義されたしきい値電圧と比較することを含む。同様に、センサユニット２２または評価ユニット３０は、最小強度レベルに対応するデジタルワードとの比較のために、強度信号をデジタル化する。周波数カウンタ、フィルタ回路、位相検出回路、等が、主光源１２の１つ以上の他の特徴を監視するために、評価ユニット３０の１つ以上の実施形態にさらに含まれる。

【0022】

特定の例において、評価ユニット３０は、変調周波数が正常な目標変調周波数の指定されたレンジ内にあることを保証するために、主光源１２の変調周波数を監視する。少なくとも１つのそのような実施形態では、測定された周波数および位相情報が、マシンビジョンシステム１４によって使用されるカメラベースの画像センサ２０のための露光タイミングをトリガするために使用される。そのようにすることは、監視される体積１６を照明する１つ以上の変調光源によってもたらされ得るコントラストの劣化を制限する。

【0023】

照明監視装置１０のコア照明監視特徴に関し、制御ユニット３２は、評価ユニット３０からの評価結果、たとえば、離散論理信号、またはデジタルワード、またはアナログ信号、または何らかの他のインジケータを受信するように構成される。制御ユニット３０は、主光源１２が故障していること、またはそうでなければ定義された動作レンジ外で動作していることを評価ユニット１６から認識するように構成される。複数の故障タイプ、たとえば、非常に低い光強度、レンジ外の変調周波数、等が存在し得る。

【0024】

一実施形態における制御ユニット３０は、評価ユニット３０によって表示されたイベントの重大度を、たとえば、監視された光強度が第１のしきい値まで下がると保全アラートをトリガし、続いて、監視された光強度がより低い第２のしきい値まで下がるとアラームおよび／または機械停止制御信号を起動することにより差別化することができるほど、高性能化されている。この点について、１つ以上の実施形態における評価ユニット３０がマルチしきい値監視を使用するように構成されることが理解されるだろう。

【0025】

照明監視装置１０のデュアルチャネルの実施形態において、安全性の完全性を保証するために、評価ユニット３０および／または制御ユニット３２からの冗長な出力が使用される。安全性および体積監視設備の全体的な完全性をさらに改善するために、照明監視装置１０はさらに、最小コントラスト確認能力を含み得る。すなわち、その処理およびセンサ回路は、監視される体積１６内で最小物体コントラスト要求が満たされることを確認するために必要とされる検知および処理能力を含み（または、マシンビジョンシステム１４から借用し）得る。

【0026】

当然ながら、そのような機能は、照明監視装置１０とは別個に実装され得、および／または、照明監視装置１０がマシンビジョンシステム１４に統合されるか否かに関わらず、マシンビジョンシステム１４内に統合され得る。かくして、議論の明確性のために、図５は、スタンドアロンか、照明監視装置１０の一部か、および／または、マシンビジョンシステム１４の一部であり得る、最小コントラスト確認装置５０の例示的な実施形態を示す。簡潔性のために、最小コントラスト確認装置５０は、「コントラスト確認装置５０」と呼ばれる。

【0027】

それらが統合されるにせよそうでないにせよ、照明監視装置１０およびコントラスト確認装置５０は共に、監視される体積１６をマシンビジョンシステム１４によって監視するために使用されるライティング構成を初期化し、確認するための方法を実行する。すなわち、上述した主光源監視方法４００および照明監視装置１０の関連づけられた例示的な実施形態に加え、マシンビジョンシステム１４の１つ以上の撮像センサ２０によって見られる視野内の最小物体コントラストを確認することもまた、本明細書において意図される。

【0028】

注意されるように、図５は、画像処理ユニット５４を実装するデジタル処理回路５２を含む、コントラスト確認装置５０についての例示的な実装の詳細を提供する。デジタル処理回路５２はさらに、インターフェースおよび通信ユニット５６と、デジタル処理回路５２による実行のためのコントラスト確認プログラム命令６０を記憶するプログラムおよびデータメモリ５８または何らかの他のコンピュータ可読媒体とを含むか、またはそれらに関連づけられる。

【0029】

確認装置５０はかくして、検査物体が視野内の最小コントラスト位置にある間の、１つ以上の撮像センサ２０、たとえばカメラ、による視野の撮像に対応する画像データを処理するように構成された１つ以上の処理回路を備えるものとして理解され得る。すなわち、処理されている画像データが、監視される体積１６の「ライブ」供給を表現するにせよ、または以前に取り込まれた画像データを表現するにせよ、画像データは、監視される体積１６内の最小コントラスト位置に位置する検査物体を取り込む。

【0030】

その点について、画像データは、強度画像データまたは３Ｄレンジデータを備える。それに対応して、確認装置５０の１つ以上の処理回路は、画像データ処理に基づいて検査物体についてのコントラスト値を計算し、そのコントラスト値が、プログラムおよびデータメモリ５８に記憶され得る予め定義されたしきい値６２によって表現された最小コントラスト要求を満たすかどうかを判定するように構成される。

【0031】

画像処理ユニット５４による処理のために３Ｄレンジデータが使用されるケースにおいて、検査物体についてのコントラスト値は、最小コントラスト位置にある検査物体に対応する３Ｄレンジデータの有無と、たとえば検査物体の表面の広がりに対応する画素位置での３Ｄレンジデータといった検査物体についての３Ｄレンジデータの密度および／または統計的特性（たとえば、分散）と、の少なくとも１つに基づいて判定される。

【0032】

マシンビジョンシステム１４の撮像センサから画像ストリームを受信することに加えて、または代えて、インターフェースおよび通信ユニット５６は、最小コントラスト確認処理のための画像データを受信するように構成された１つ以上のインターフェース回路を含み得る。そのような配列は、たとえば、コントラスト確認装置５０がマシンビジョンシステム１４と別個に実装されることを可能にし、または少なくとも、コントラスト確認装置５０が必ずしも画像センサ２０から流れてくる撮像データへの直接的なアクセスを必要としない場合にコントラスト確認装置５０がよりフレキシブルに実装されることを可能にする。さらに、インターフェースおよび通信ユニット５６は、最小コントラスト要求が満たされるかどうかを表示する１つ以上の信号を記録またはそうでなければ出力するように構成され得る。

【0033】

図６は、コントラスト確認装置５０によって実行される、対応する確認方法６００を示す。実例において、方法６００は、検査物体が視野内の最小コントラスト位置にある間に１つ以上の撮像センサによって取得された画像データを処理すること（ブロック６０２）を含み、さらに、そのような処理に基づいて検査物体についてのコントラスト値を計算すること（ブロック６０４）を含む。さらにまた、方法６００は、コントラスト値が予め定義されたしきい値によって表現される最小コントラスト要求を満たすかどうかを判定すること（ブロック６０６）を含む。加えて、その実現に依存して、方法６００は、最小コントラスト要求が満たされるかどうかに依存した１つ以上の信号を生成すること（ブロック６０８）を含み得る。

【0034】

一実施形態では、ガンマ、γが、シーンライティングに応じてテクスチャのない球形の検査片の表面上に作り出されるコントラストを表現し、

【0035】

【数1】

【0036】

として定義され、ここで、Ｉ＿ｍａｘおよびＩ＿ｍｉｎはそれぞれ、検査片の画像における最大および最小の強度値であり、コントラスト値を計算すること（ブロック６０４）は、検査物体についてのガンマを計算することを備え、最小コントラスト要求が満たされるかどうかを判定すること（ブロック６０６）は、ガンマを予め定義されたしきい値と比較することを備える。

【0037】

照明監視装置１０について注意したように、コントラスト確認装置５０は、マシンビジョンシステム１４に統合された１つ以上の機能処理回路として実装され得る。この配列は、多数の点で有利である。たとえば、マシンビジョンシステム１４はすでに、１つ以上の画像センサ２０を含むか、またはそれらに関連づけられ、それは、関連づけられた制御および処理ユニット、たとえば、視野についての画像センサデータを処理し、対応する画素の強度および／または３Ｄレンジデータを判定するようにすでに適合した画像処理回路、を含む。

【0038】

実際、照明監視装置１０および確認装置５０は、共に実装されることができ、それらの一方または両方が、マシンビジョンシステム１４全体に機能的に組み込まれることができ、そのケースを例として図７に示す。ここで、マシンビジョンシステム１４は、主光源監視のための上述した照明監視装置１０（図では「ＩＭＡ１０」と示されている）とコントラスト確認装置５０（図では「ＣＶＡ５０」と示されている）とを含む。例示的なマシンビジョンシステム１４はさらに、主光源監視のためのセンサユニット２２と、たとえば監視される体積１６の立体的な３Ｄ撮像のための、図ではカメラ７０−１および７０−２として示された、１つ以上の画像センサ２０とを含むか、またはそれらに関連づけられる。

【0039】

ＩＭＡ１０およびＣＶＡ５０の動作を実行するための処理は、マシンビジョン制御／処理ユニット７２内で実現され得、それ自身は、マイクロコントローラおよび／またはＤＳＰ、ＦＰＧＡ、等といったデジタル処理回路と、サポート回路とを備え得る。そのような回路はさらに、カメラ７０からの生の画像データを処理するために構成された画像取得回路７４を含み、それは、処理された画像データをマシンビジョンシステム１４の動作の確認モード中に最小コントラスト確認のためにＣＶＡ５０に供給し得、それはまた、監視される体積１６についての画像データを画像処理および３Ｄレンジング回路７６に供給する。回路７６は、監視される体積１６に関する物体検出処理を提供するものとして理解され、機械制御および通信回路７８は、物体検出、主光源監視、および最小コントラスト確認の文脈において、制御および通信シグナリング、たとえば、アラーム、機械停止制御、等を提供するように構成されるものとして理解されるだろう。

【0040】

少なくとも１つのそのような実施形態では、監視される体積１６を照明するために使用されるライトが、それらの意図された場所に設置され、３Ｄ検査片、たとえば、低テクスチャの球形が、監視される体積１６のさまざまな場所へと移動させられる間に、少なくともコントラスト確認装置５０を統合したマシンビジョンシステム１４が、監視される体積１６を撮像し、検出されたコントラストレベルを評価する。

【0041】

代替例であるが同様の実施形態では、図８に示すような「検査片」８０が、特に、コントラスト確認における使用のために構成される。たとえば、検査片８０は、光センサ８２のアレイを保持し、それは、監視される体積１６の中に設置されたときにそれが受ける照明に対応する光測定信号を提供するか、または、それは、そのような光測定から導出された信号を提供する。この点について、検査片８０は、処理された出力を提供し得るか、または、光センサ８２のアレイによって生成された照明信号についての前処理を少なくとも提供し得る、処理回路８４を含むか、またはそれに関連づけられる。

【0042】

次に、コントラスト確認装置の画像処理ユニット５４は、検査片からの光測定情報を評価することによってコントラストを推定するように構成される。同様に、１つ以上の実施形態における照明監視装置１０の評価回路３０は、検査片８０とインターフェース接続するように構成される。かくして、ライトが、監視される体積１６に対し最小コントラスト確認のために配置されると、確認装置５０または照明監視装置１０が、オペレータによって使用され得る。

【0043】

別の実施形態では、同一の機能がマシンビジョンシステム１４に統合され、マシンビジョンシステム１４は、マシンビジョンシステム１４が、監視される体積１６内のさまざまなまたは少なくとも最悪のケースの場所からの検査片８０の画像を処理し、検出されたコントラストを定義された最小コントラストレベルと比較する、「構成」または「確認」モードを含むように構成され得る。

【0044】

そのような統合は、特に、マシンビジョンシステム１４が、セーフティクリティカル動作のために構成され、デュアルチャネル監視および処理、および／または、照明監視装置１０によって提供される照明監視機能のセルフチェック／セルフ検査、および／または、最小コントラスト確認を可能にする、他の形態の動作確認検査を含む、ケースにおいて、ある特定の利点を有する。別の実施形態において、照明監視装置１０は、物体の侵入について監視される体積１６を監視することを担うマシンビジョンシステム１４と別個に実装されるが、機械の停止または他の動作をトリガするためにマシンビジョンシステム１４によって使用される、マシンビジョンシステム１４へのシグナリング、たとえば、主光源故障および／または警告シグナリングを提供する。そのような実施形態において、照明監視装置１０は一般的に、機械の停止および／または他の制御動作のためのそれ独自の制御出力を有するだろう。

【0045】

上記緩和および確認をよりよく理解するために、強度Ｉを有する点光源によって照明された、均一拡散（ランバートの）反射率を有する任意の凸状の本体の表面素子の明度が、式１によって与えられることを考慮する。

【0046】

Ｉ（φ）＝Ｉ×ｃｏｓ（φ） （１）
ここで、φは、光源と表面素子とを結ぶ線によって作られる、表面素子の法線ベクトルに対する角度を表す。式から理解されるように、明度は、表面素子上の照明の方向に依存する。

【0047】

当然ながら、マシンビジョンシステム１４のために、検査物体上に作り出されるコントラストは、検出精度を決定する際の重要なファクターである。本明細書において前述したように、メトリックのガンマ、γが、シーンライティングに応じてテクスチャのない球形の検査片の表面上に作り出されるコントラストの概念を取り込むために使用され得る。前出のごとく、

【0048】

【数2】

【0049】

であり、ここで、Ｉ_ｍａｘおよびＩ_ｍｉｎはそれぞれ、検査片の画像上の最大および最小強度値である。なお、上記式の分子は、コントラストを表す。メトリックγは、検査片の２Ｄ投影エリア全体にわたって定義される。すなわち、γは、所与の検査片の投影された表面全体にわたって測定された最大および最小の強度から計算される。

【0050】

直観的に、球形の検査片について、メトリックγは、光源の指向性の尺度として理解され得る。たとえば、検査片がすべての側面から均等かつ一様に照明された場合、検査片上の最小および最大の強度は、極めて類似するだろう。これは、極めて小さなコントラスト、また、極めて低いγ値、という結果を生じるだろう。それゆえに、γは、一様または均一なライティング条件では低い。もう一方で、球形の検査片が指向的な光源（たとえば、スポットライト）によって照明された場合、検査片上の測定されるコントラストは、（検査片上の最も明るいおよび最も暗い可視部間の差が大きいであろうから）極めて高いだろう。結果として、測定されるγ値は、極めて高いだろう。

【0051】

したがって、より大きな割合の指向的なライティングコンポーネントを一般的に有するライティング構成が、より高いγという結果を生じるだろう。さらに、メトリックγは照明条件に依存するので、それは、大きな監視される体積１６にわたって大幅に変化し得る。しかしながら、γの局所的な変化は一般的に滑らかである。典型的なライティング状況は十分なコントラストを生み出すので、テクスチャのない球形の検査片上にほとんどのケースについて許容できるγを提供する。

【0052】

しかしながら、最悪のケースの検査片が、あらゆる側面から一様に照明されるのみである一方で、上部からの照明を全く欠如している（画像センサ２０もまた上部から検査片を臨むと想定）、異常なライティングのケースが考えられ得る。このライティング構成下では、球形の検査片のより暗い部分（境界）は、より明るく見え、典型的により明るい表面（上部）は、より暗く見え得るので、低コントラスト状況、それゆえに、許容できないほど低いγ、を作り出す。そのような条件は、実世界の状況において滅多にありそうもなく、本開示の目的の１つは、そのような異常なケースを定義し、排除することである。

【0053】

検査物体９０についてのメトリックγが空間にわたって変化する照明について、図９を参照する。γの分布は、カメラから検査片までの距離の関数である。カメラ７０が、２つの同様の強度の光源９２−１および９２−２の中間にセットされる。検査片９０についてのγの値は、物体の距離ｚに応じて変化する。検査片９０が相対的にカメラ７０の近くにある（そして、光源９２から等距離である）場合、その側面は、その上部と同じくらい明るく、それは、検査片９０を通る水平な中心線上で測定した場合にγの小さな値という結果を生じる。かくして、本明細書における教示の一態様は、監視システムの保護体積がそのような低γ領域を包含しないことを保証するための条件および／または要求を定義する。ここで、当業者は、「保護体積」という用語が、たとえば、物体の存在または侵入が所与の監視システムによって監視される体積のことを言うものであることを認識するだろう。

【0054】

以下のセクションにおいて、この開示は、適切なライティングについてのこれらのおよび他の要求を完全に取り込んだ構成の具体的な方法を提示する。特に、とりわけ、この開示は、（ａ）低コントラスト（ガンマ）状況の回避を保証するためのライティングレイアウトについての要求、（ｂ）（ａ）における要求が満足され、適切なコントラストが監視される体積において利用可能であることを保証するためのセットアップ中の構成ステップ（および関連する装置）、（ｃ）主光源１２を監視することによって保護体積がランタイム中（据え付け後）に十分なコントラストを維持することを保証するための方法および装置を提供する。

【0055】

危険な機械またはエリアの周りの監視される体積１６において床の高さまたは床の近傍の高さで良好な物体コントラストを維持することが特に重要である。それに対応して、低ガンマγの領域が主に２つの理由のために床の近傍で生じることが本明細書において観察される。すなわち、床により近い、より低い高さの監視される体積１６のための光源９２の据え付け、または、最も近傍の光源９２からの相対的に長い距離におけるカメラ７０の配置である。

【0056】

光源９２の最低の高さについての制限を設けることは、一つ目の問題を有効に防止する。しかしながら、ライティングの高さの制限は、不適切なカメラの配置という二つ目の問題に対応しない。ライト９２とカメラ７０との間のより大きな隔たりは、相対的に床により近い距離での低γ領域という結果を生じる。そのようなケースにおいて、検査片９０の上部は、検査片９０の側面よりも暗くなるであろうし、それゆえに低コントラスト条件を作り出すだろう。

【0057】

図１０は、いくつかの異なるライティング間隔についてのγの分布を示し、ここで、「ライティング間隔」は、規則的な格子上に配置された２つの隣接するライト９２間の直線（またはシティブロックまたはマンハッタンまたはミンコフスキーＬ_１）距離を意味する。ライティング間隔が増加すると、危険な低γ領域が、カメラ７０から離れたところへ、かつ、安全防護される必要のある（床の近傍の）よりクリティカルな体積のより近くへと移動することが図面から理解される。

【0058】

上記問題への１つの対応策は、監視される体積１６のカメラの撮像に対し対称なライティングを乱すことを含む。非対称性は、ライト９２の１つのより近くに、たとえば、ライト９２−１と比較してライト９２−２のより近くに、カメラ７０を据え付けることによって導入され得る。この配列は、図１１に示され、そうでなければ床の近傍で生じたであろう低ガンマ領域を防止するための１つの有効な対応策である。すなわち、ライト９２についての対称軸から離れたところにカメラ位置をセットすることにより、カメラ７０は、この軸上に配置された検査片９０を斜方向の見晴らしのきく点から臨むだろう。

【0059】

そのようなケースにおいて、カメラ７０は、球体の上部および下部の側面を同時に見ることができる。しかしながら、球体のより低い側面は普通、上部よりもはるかに暗いので、結果として生じる画像は、カメラ７０がライティング対称軸上に配置された場合と比較してより高いコントラストを有するだろう。あるいは、同一の効果が、図１２に示すようにカメラ７０の隣に追加のライト９２を据え付けることによって達成され得る。この新たなライト９２は、ライティングの対称性を乱すとともに良好なコントラストをもたらし、それは、「主光源１２」の前述した役割を果たすものとして理解され得る。

【0060】

それゆえに、本明細書において教示されるイノベーションの中で、ライティングおよびカメラのレイアウトを制約することに基づいて監視される体積１６における低コントラスト状況を防止するための方法が提示される。制約は、（ａ）据え付けられたライトの床からの最低の高さを保証すること、（ｂ）監視される体積１６を照明するために使用されるライト９２の１つのより近くにカメラ７０を据え付けること、または、カメラ７０のより近くに１つ以上の追加のライトを据え付けること、に基づいて、監視される体積１６を撮像するために使用されるカメラ７０に対し非対称的なライティングを導入することを含む。カメラ７０の最も近くに設置されるライト９２、すなわち、ライティングの非対称性をもたらすライト９２は、主光源１２と呼ばれ、監視される体積１６を監視するために使用されるマシンビジョンシステム１４のライブ動作中に監視され得る。

【0061】

すなわち、主光源１２の使用が監視される体積１６内の最小検出能力を維持するために不可欠であることが本明細書において認識され、したがって、任意の低下または故障について主光源１２をアクティブに監視する必要があることがさらに認識される。かくして、先に詳述したように、主光源１２を監視し、それが許容できる動作条件におけるものであることを保証し、それによって監視される体積１６内の物体についての良好なコントラストを保証するために、照明監視装置１０またはそのような機能を組み込んだマシンビジョンシステム１４を使用することが、本明細書における教示の別の態様である。

【0062】

主光源監視のために使用される、図１〜３に示すセンサユニット２２は、主光源１２の近傍に設置され、その光出力をアクティブに監視するために使用される、ＣＭＯＳまたはＣＣＤ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、または他の感光性素子であることができる。光監視装置１０の先の議論において注意したように、センサユニット２２は、その光監視信号または他のそのような検出出力を、図２および図３に示すような評価ユニット３０に提供する。次に、評価ユニット３０は、たとえば光パワーの低下（たとえば、トリガ点または定義されたしきい値を下回る）を検出することによって、主光源１２の光出力の顕著な低下を検出し、それに対応して制御ユニット３２に信号を送るように構成される。例示的な構成において、制御ユニット３２は、たとえば、危険な機械を停止すること、または、事故を防止するようユーザにアラームを発することによる、適切な応答を行う。

【0063】

センサユニット２２、評価ユニット３０、および制御ユニット３２は、それらの間のシグナリング接続を伴って別個に実装され得るか、または、これらのユニットの２つ以上が共に統合されることができ、たとえば、評価および制御ユニットが、主光源１２に適度に近接して配置された検知ユニット２２への有線または無線接続を伴って共に統合されることができる。統合のレベルとは無関係に、さまざまなユニットが照明監視装置１０とみなされることができ、機能が、離散回路、固定処理回路、プログラマブル処理回路、またはそれらの任意の組み合わせを使用して実現され得る。

【0064】

セーフティクリティカルの態様がまた、照明監視装置１０の１つ以上の実施形態において対処される。たとえば、照明監視装置１０は、主光源１２が適切に監視されていることを保証するために、検知ユニット２２（およびそれへの接続）の動作条件を検査またはそうでなければ識別するように構成され得る。さらに、先に注意したように、照明監視装置１０の１つ以上の実施形態は、位相および周波数といった主光源１２の他の特性を測定するように構成される。これらの他の主光源の特徴の監視は、監視される体積１６を照明するために使用されるライト９２がある特定の周波数および振幅で変調される状況において有用である。

【0065】

照明監視装置１０およびその使用に伴ういくつかの利点およびイノベーションの中には以下の項目がある。（１）潜在的に低コントラスト状況が生じることを防止し、または、低コントラスト状況がいつ生じたのかを少なくとも検出するために、主光源１２がアクティブに監視されるので、適切な動作（たとえば、保全信号、アラーム信号、機械停止起動信号をアサートにすること、機械停止リレーを制御すること、等）が行われることができ、（２）本明細書に開示された主光源監視のための技法は、たとえば、放射照度および光の位相（該当する場合）のライブ監視のために主光源１２の近くにセンサを配置することに基づいて、コスト効率が良く、信頼性が高い。

【0066】

危険な低コントラスト領域が初期設定時に存在しないことを保証するために、保護体積の照明および監視のためのセットアップ中、実際のシーンにおいてコントラストおよびγを測定可能であることが重要である。セットアップ時のコントラストおよびγのレベルが十分である場合には、それらは、主光源１２が存在し、適切に機能している限り、任意の光源の追加または除去によって維持または改善されるだろう。

【0067】

主光源１２以外のライトをオフにすることは、初期の条件と比較してライティングの真指向性を増大させ、それゆえにγの増大を有効にもたらすだろう。よって、初期のシーンライティングが最小γ要求を満たす限り、危険な状況（すなわち、低コントラスト）は、既存の光源の除去により、結果として生じないだろう。しかしながら、なおも、光源の除去（またはスイッチオフ）は、シーン明度を最小レベルよりも下に減じ得る。そのような低明度条件は、単純な方法（たとえば、撮像カメラ７０についての画素明度レベルを監視すること）によって検出され得る。最小（だが、クリティカルではない）γ領域は、監視される体積１６内の他の場所に移動し得、いくらかの程度までのγの低減をもたらし得るが、主光源１２がオンである限り、異常なライティング構成は現れないであろうし、新たなクリティカルなγ領域は監視される体積１６において出現しないだろう。

【0068】

もう一方で、追加の光源を追加することは、いくつかのケースにおいてγを低減し得、それは、極限の状況において危険な状況をもたらし得る。異常なライティング条件と呼ばれるこれらの条件は、カメラ７０に対し監視される体積１６の外に対称的に配置された複数の強い光源を追加する結果として生じ得る。そのようなケースは滅多に起こりそうにないが、ユーザがそのような構成を回避することが要求される。このセクションにおいて説明されたセットアップ確認方法は、この条件が構成時に生じないことを保証する。さらに、上述した異常なライティング条件とは対照的に、監視される体積１６の周りにライトを追加することは、それらがライティングの真指向性を追加するであろうから、γを増大させる傾向があるであろうし、それゆえに、危険な（低γまたはコントラストの）状況をもたらさないであろう。

【0069】

前述したように、コントラストは、ライティング条件、照明される物体の３Ｄ形状、およびカメラ７０の見晴らしのきく点によって影響される。３Ｄの球体上でのコントラスト測定値を得るために、同一の外形を有する検査片９０、すなわち３Ｄの球体が用いられ得る。

【0070】

例示的な測定処理は以下のように説明される。
１）γの測定が必要とされる位置に検査片を配置する。

【0071】

２）所望のまたは計画された位置に取り付けられたカメラを使用して画像を取り込む。

【0072】

３）検査片の画像投影を表す領域が手動または自動のいずれかで選択される。
４）最大および最小の強度（Ｉ_ｍａｘおよびＩ_ｍｉｎ）が選択された領域内で得られる。

【0073】

５）γの値が式（２）に従って計算される。
さらに、ライティングのレイアウトおよび物体の形状によってのみもたらされる真のコントラストの変化を得るために、検査片９０の表面は拡散するものでなくてはならない。

【0074】

γを測定するための別の方法は、光検知素子８２のそのアレイを有する図８に示す検査片８０のような球形の検査片上に分布した、センサアレイを作り出すことを含む。これらの複数の光検知素子８２は、球形の検査片８０の表面上にアラインメントされ、複数の方向からの光を受け取り、光パワーに依存して処理ユニット８４に適切な信号を送る。入来信号は、光照射野の分布を包含するであろうし、球体上の有効コントラストを算出するために処理ユニット８４によってさらに処理され得る。そのような装置はまず入来信号を、それらが入来放射照度、すなわち、球体上に落ちる光、に対する関係を維持するように変換する。続いて、γが以下の式によって計算される。

【0075】

【数3】

【0076】

ここで、Ｓ_ｍａｘおよびＳ_ｍｉｎはそれぞれ、光検知素子８２からの最大および最小の変換信号である。この方法において、球形の検査片８０の上部は、γの正しい測定値を得るためにカメラ７０のほうに向けられるべきである。

【0077】

かくして、さらなる態様において、この開示は、体積監視のために使用されるライティング構成の初期化および確認のための方法および装置を提示する。本開示のこの態様のための革新的なエレメントは、以下の項目、すなわち、（１）３Ｄ形状の検査片と据え付けられたカメラからの取り込まれた画像とを使用することによってγを測定する方法、および／または、（２）特に適合した球形の「検査物体」の表面上に分布した光センサのアレイによってγを測定するための方法および装置を含むが、これらに限定されない。

【0078】

ステレオ相関が良好に機能し、撮像されているシーン内のダイナミックレンジバイオレーションを回避するために、マシンビジョンシステム１４は、シーン画像を取得するために使用されるカメラ７０のダイナミックレンジを超えるハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像を要求し得る。要求されたダイナミックレンジを達成するために、マシンビジョンシステム１４は、２つ以上のカメラの露光を組み合わせてハイダイナミックレンジ画像を生成するように構成され得る。この処理は、ＨＤＲ融合と呼ばれる。

【0079】

実施形態の一例において、ＨＤＲ画像融合のための主なステップは、製造段階時に要求される逆カメラ応答関数（ＣＲＦ）、ｇ：Ｚ→Ｒを回復するためのキャリブレーション特徴づけステップを含む。非限定的な例として、ｇの領域は、（Ｚによって表される）０−１０２３からの１０ビット（画像データ解像度）整数レンジングである。レンジは、実数の集合Ｒである。ＨＤＲ画像融合はさらに、異なる（既知の）露出で撮られた画像を組み合わせて放射照度画像Ｅを作り出すためにＣＲＦが使用される、ランタイム融合ステップと、回復された放射照度画像が対数演算子を使用してトーンマッピングされる、トーンマッピングステップとを含む。トーンマッピングステップは、融合ステップの自然な結果として理解されることができ、トーンマッピングされた画像は、たとえば、マシンビジョンシステム１４のための図７に示す画像処理および３Ｄレンジング回路７６に実装され得るステレオ画像プロセッサ（ＳＶＰ）への供給のために、１２ビット強度画像に再マッピングされる。

【0080】

ＣＲＦを回復するためのいくつかの異なるキャリブレーション／特徴づけアルゴリズムが、Ｐ．Ｄｅｂｅｖｅｃ ａｎｄ Ｊ．Ｍａｌｉｋ，“Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｒａｄｉａｎｃｅ Ｍａｐｓ ｆｒｏｍ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ”，ＳＩＧＧＲＡＰＨ １９９８およびＴ．Ｍａｔｓｕｎａｇａ ａｎｄ Ｓ．Ｎａｙａｒ，“Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｅｌｆ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ”，ＣＶＰＲ １９９９の著作を含む文献において提案されている。

【0081】

各画素について、有効放射照度は、

【0082】

【数4】

【0083】

として算出される。ここで、ｗ：Ｚ→Ｒは、重み付け関数（たとえば、ガウシアン、ハット、等）であり、ｇ：Ｚ→Ｒは、逆カメラ応答関数であり、Ｉ_Ｌ、ｔ_Ｌ、Ｉ_Ｈ、およびｔ_Ｈはそれぞれ、低露光および高露光フレームについての、測定された１０ビット強度および露出時間である。

【0084】

球形の検査片の表面からの放射輝度マップを考慮する。Ｌ_ｍａｘおよびＬ_ｍｉｎが、球体の最も明るい部分および最も暗い部分からの放射輝度を表すものとすると、単一の露光におけるコントラストは、Ｃ＝Ｌ_ｍａｘ−Ｌ_ｍｉｎとして定義される。メトリックγは、この放射輝度マップを結果として生じるシーンにおけるライティング分布を取り込み、先に説明したように、光の分布および検査片の形状の関数であるのみである。また、放射輝度Ｌを有するシーン素子を臨む画素上の放射照度（入来光）の量ＥはＬに比例し、すなわち、Ｅ＝ηＬである。

【0085】

取り込まれたＨＤＲ対数放射照度画像ｌｎＥにおける明示されたコントラストＣ_Ｅは、

【0086】

【数5】

【0087】

である。ここで、シーンが、ある変調周波数、たとえば１２０Ｈｚの、変調光源によって照明されると想定する。また、振幅減衰係数αが変調サイクルにわたる任意の点での光強度の変化の割合を定義するものとする。最悪のケースにおいて、特定のシーン素子は、異なる露光による２つの連続したフレームにおける放射輝度ＬおよびαＬを明示し得る。検査片の上部に対応する低露光フレームおよび高露光フレームで測定された放射照度をそれぞれＥ_ｍａｘおよびαＥ_ｍａｘとすると、融合後、対応する放射照度は、（対数放射照度領域において）

【0088】

【数6】

【0089】

によって与えられる。同様に、検査片の側面に対応する低露光フレームおよび高露光フレームで測定された放射照度をそれぞれＥ_ｍｉｎおよびαＥ_ｍｉｎとして表す。かくして、融合後、対応する放射照度は、（対数放射照度領域において）

【0090】

【数7】

【0091】

によって与えられる。
それゆえに、対数領域におけるコントラストは、

【0092】

【数8】

【0093】

および

【0094】

であるので、

【0095】

【数9】

【0096】

として書かれることができる。
したがって、

【0097】

【数10】

【0098】

であり、ここで、

【0099】

【数11】

【0100】

である。
式４によって示されるごとく、βｌｎα＞０を保つことにより、物体についての有効コントラストを増大させることができる。有効コントラストが劣化しないことを保証するために、マシンビジョンシステム１４は、低露光フレームの露光時間を光の位相に同期させ、高い（すなわち、放射照度がサイクルの平均放射照度よりも大きい）変調サイクル期間中のみに露光するように構成され得る。この技法はまた、（異なる位相を有する）２つ以上の変調光源が存在するケースにおいて最小コントラストを維持するのにも有効である。この点について、主光源１２の変調位相および周波数は、本明細書の他の箇所で教示したように監視され得る。

【0101】

特に、開示された発明の変更および他の実施形態が、上述した説明および関連づけられた図面に提示された教示の恩恵を有する当業者によって想起されるだろう。したがって、発明が開示された特定の実施形態に限定されないこと、変更および他の実施形態がこの開示の範囲内に含まれるように意図されることが理解されるべきである。特定の用語が本明細書において用いられ得るが、それらは、一般的かつ説明的な意味で使用されたものにすぎず、限定を目的としたものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】