(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】
(24)【登録日】2024-01-04
(45)【発行日】2024-01-15
(54)【発明の名称】複数タイプの光を用いるビジョン検査のためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/24 20060101AFI20240105BHJP
G01B 11/30 20060101ALI20240105BHJP
【ＦＩ】
G01B11/24 K
G01B11/30 A
【請求項の数】
17
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021010501
(22)【出願日】2021-01-26
(65)【公開番号】P2021117232
(43)【公開日】2021-08-10
【審査請求日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】62/966,323
(32)【優先日】2020-01-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】504382671
【氏名又は名称】コグネックス・コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100134832
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100165308
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100115048
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 康弘
(72)【発明者】
【氏名】トルステン ケンプフ
(72)【発明者】
【氏名】イェンス リュッテン
(72)【発明者】
【氏名】ミヒャエル ハールトゥ
(72)【発明者】
【氏名】ローレンス ヌニンク
【審査官】飯村 悠斗
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２１／１１７６３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－２１７１７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１６８３８２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体の表面の表面特徴の画像を取得する方法であって、少なくとも３つのタイプの光で少なくとも３つの方向から前記表面を同時に照らす工程と、
１つ又は複数のイメージングセンサを含む単一イメージング装置を用いて、照らされた前記表面の単回画像取得を実行する工程であって、少なくとも３つのサブ画像を取得することを含む工程と、
前記少なくとも３つのサブ画像に基づいて、３次元検査のための前記表面特徴を含む前記表面の画像を生成する工程と、を有し、
前記同時に照らす工程において、前記少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、前記少なくとも３つの方向のうちの別々の方向から前記表面を照らし、
前記単回画像取得を実行する工程において、前記少なくとも３つのサブ画像はそれぞれ、前記少なくとも３つのタイプの光のうちの別々のタイプの光を用いてかつ他の少なくとも２つのタイプの光を少なくとも部分的に除外して、取得され、
前記単一イメージング装置の複数の光源のセットと、前記単一イメージング装置のカバー上に設けられかつ前記複数の光源のセットを覆う複数のフィルタのセットと、を用いて、前記表面が前記少なくとも３つのタイプの光で同時に照らされる、方法。
【請求項2】
前記少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、異なる偏光方向を有し、
前記少なくとも３つのタイプの光は、直線偏光、楕円偏光又は円偏光のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記少なくとも３つのタイプの光は、それぞれが異なる偏光方向を有する少なくとも４つのタイプの光を含み、前記単回画像取得は、少なくとも４つのサブ画像の取得を含み、
前記少なくとも４つのサブ画像はそれぞれ、前記少なくとも４つのタイプの光のうちの別々のタイプの光を用いて取得され、
前記表面の前記画像を生成する工程は、前記少なくとも４つのサブ画像に基づいて行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記少なくとも４つのタイプの光で前記表面を同時に照らす工程は、第１の偏光方向の光、第２の偏光方向の光、第３の偏光方向の光及び第４の偏光方向の光で、第１の側、第２の側、第３の側及び第４の側から、それぞれ、前記表面を照らすことを含み、
前記第１の側は前記第３の側の反対にあり、前記第２の側は前記第４の側の反対にある、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の偏光方向と前記第３の偏光方向は９０度異なり、前記第２の偏光方向と前記第４の偏光方向は９０度異なる、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記少なくとも３つのサブ画像は、１つのイメージングセンサにおいて、前記表面から受け取った光に基づき取得され、前記サブ画像のうちの第１のサブ画像は、前記１つのイメージングセンサのピクセル検出器のうちの第１のサブセットに対して、第２のタイプの光及び第３のタイプの光を少なくとも部分的に除外することに基づいて取得され、
前記サブ画像のうちの第２のサブ画像は、前記１つのイメージングセンサのピクセル検出器のうちの第２のサブセットに対して、第１のタイプの光及び第３のタイプの光を少なくとも部分的に除外することに基づいて取得され、
前記サブ画像のうちの第３のサブ画像は、前記１つのイメージングセンサのピクセル検出器のうちの第３のサブセットに対して、第１のタイプの光及び第２のタイプの光を少なくとも部分的に除外することに基づいて取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記少なくとも３つのサブ画像は、３つ以上のイメージングセンサにおいて、前記表面から受け取った光に基づき取得され、前記サブ画像のうちの第１のサブ画像は、前記イメージングセンサのうちの第１のイメージングセンサに対して、第２のタイプの光及び第３のタイプの光を少なくとも部分的に除外することに基づいて取得され、
前記サブ画像のうちの第２のサブ画像は、前記イメージングセンサのうちの第２のイメージングセンサに対して、第１のタイプの光及び第３のタイプの光を少なくとも部分的に除外することに基づいて取得され、
前記サブ画像のうちの第３のサブ画像は、前記イメージングセンサのうちの第３のイメージングセンサに対して、第１のタイプの光及び第２のタイプの光を少なくとも部分的に除外することに基づいて取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
物体の表面の表面特徴の画像を取得するためのイメージングシステムであって、少なくとも３つのタイプの光で少なくとも３つの方向から前記表面を同時に照らすよう構成された１つ又は複数の光源と、
照らされた前記表面の単回画像取得を実行するよう構成された１つ又は複数のイメージングセンサと、
カバーと、
１つ又は複数の処理装置と、を有し、
前記少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、前記少なくとも３つのタイプの光のうちの他のタイプの光とは異なるとともに、前記少なくとも３つの方向のうちの別々の方向から前記表面を照らすものであり、
前記単回画像取得には少なくとも３つのサブ画像の取得が含まれ、当該少なくとも３つのサブ画像はそれぞれ、前記少なくとも３つのタイプの光のうちの異なるタイプの光を用いてかつ他の少なくとも２つのタイプの光を少なくとも部分的に除外して取得されるものであり、
前記１つ又は複数の処理装置は、前記表面特徴を含む前記表面の画像であって、前記表面特徴の表面傾斜の差異を当該画像内のグレー値の差異として表している画像を、前記少なくとも３つのサブ画像に基づいて生成するよう構成され、
前記１つ又は複数の光源は、照明アタッチメントに含まれる複数の光源を含み、
前記１つ又は複数のイメージングセンサは、単一イメージング装置内にあり、前記照明アタッチメントに取り付けられており、
前記カバーは前記照明アタッチメントに取り付けられており、前記複数の光源を覆うように構成された複数のフィルタを含む、イメージングシステム。
【請求項9】
前記少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、異なる偏光方向を有し、
前記少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、直線偏光である、請求項８に記載のイメージングシステム。
【請求項10】
前記少なくとも３つのタイプの光は、少なくとも４つのタイプの光を含み、前記単回画像取得は少なくとも４つのサブ画像の取得を含み、
前記少なくとも４つのサブ画像はそれぞれ、前記少なくとも４つのタイプの光のうちの別々のタイプの光を用いてかつ他の少なくとも３つのタイプの光を少なくとも部分的に除外して取得されるものであり、
前記１つ又は複数の処理装置は、前記少なくとも４つのサブ画像に基づいて前記表面の前記画像を生成するよう構成されている、請求項８に記載のイメージングシステム。
【請求項11】
前記少なくとも４つのタイプの光はそれぞれ、異なる偏光方向を有する、請求項１０に記載のイメージングシステム。
【請求項12】
前記１つ又は複数の光源は、第１の偏光方向の光、第２の偏光方向の光、第３の偏光方向の光及び第４の偏光方向の光で、第１の側、第２の側、第３の側及び第４の側から、前記表面を同時に照らすよう構成されている、請求項１１に記載のイメージングシステム。
【請求項13】
前記第１の側は前記第３の側の反対にあり、前記第２の側は前記第４の側の反対にあり、前記第１の偏光方向と前記第３の偏光方向は９０度異なり、
前記第２の偏光方向と前記第４の偏光方向は９０度異なる、請求項１２に記載のイメージングシステム。
【請求項14】
前記３つのタイプの光に対応する少なくとも３つの偏光配向を提供するよう構成された１つ又は複数の表面前フィルタと、前記少なくとも３つのサブ画像のそれぞれの取得のために、前記少なくとも３つの偏光配向の各々を選択的に通過させるよう構成された１つ又は複数の表面後フィルタと、をさらに備える、請求項８に記載のイメージングシステム。
【請求項15】
前記１つ又は複数のイメージングセンサは、前記少なくとも３つのサブ画像の各々を、それぞれが取得するよう構成された少なくとも３つのイメージングセンサであり、
前記イメージングシステムは、前記表面からの光を前記少なくとも３つのイメージングセンサの各々に向けるよう配置された１つ又は複数のビームスプリッタをさらに備える、請求項１４に記載のイメージングシステム。
【請求項16】
前記１つ又は複数のイメージングセンサは、前記少なくとも３つのサブ画像の各々を取得するよう構成された１つのイメージングセンサである、請求項１４に記載のイメージングシステム。
【請求項17】
物体の表面特徴を分析するためのイメージングシステムであって、前記イメージングシステムは、単一イメージング装置を備え、
前記単一イメージング装置は、
画像取得のための光軸を画定するレンズ構成体と、
前記レンズ構成体及び前記光軸と整列した１つ又は複数のイメージングセンサと、
前記単一イメージング装置内に組み込まれた照明システムであって、前記光軸の第１の側に位置する第１の照明アレイと、前記光軸の第２の側に位置する第２の照明アレイと、前記光軸の第３の側に位置する第３の照明アレイと、を有する照明システムと、
前記照明システムに取り付けられたカバーであって、前記第１の照明アレイを覆うように構成された第１のフィルタと、前記第２の照明アレイを覆うように構成された第２のフィルタと、前記第３の照明アレイを覆うように構成された第３のフィルタと、を含むカバーと、
１つ又は複数の処理装置と、を有し、
前記１つ又は複数の処理装置は、
前記照明システムを制御して、前記第１の照明アレイによって第１のタイプの光で前記物体を照らすことと、前記第２の照明アレイによって第２のタイプの光で前記物体を照らすことと、前記第３の照明アレイによって第３のタイプの光で前記物体を照らすことと、を同時に行わせ、
前記１つ又は複数のイメージングセンサから、第１のサブ画像データ、第２のサブ画像データ及び第３のサブ画像データを受け取り、
前記表面特徴を分析するために、前記第１のサブ画像、前記第２のサブ画像及び前記第３のサブ画像をまとめて分析し、これにより、前記表面特徴を分析するよう構成され、
前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちのそれぞれのタイプの光は、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの他のタイプの光とタイプが異なっており、
前記第１のサブ画像データ、前記第２のサブ画像データ及び前記第３のサブ画像データは、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの各タイプの光を用いて、かつ、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの前記各タイプの光以外を少なくとも部分的に除外することで、前記１つ又は複数のイメージングセンサによって取得される、イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０２０年１月２７日に出願された「複数タイプの光を用いるビジョン検査のためのシステム及び方法」と称される米国仮出願第６２／９６６，３２３号の利益を主張し、当該仮出願の全内容はここに引用することにより盛り込まれているものとする。
本出願は、２０２０年１月２７日に出願された「複数タイプの光を用いるビジョン検査のためのシステム及び方法」と称される米国仮出願第６２／９６６，３２３号の利益を主張し、当該仮出願の全内容はここに引用することにより盛り込まれているものとする。
【0002】
＜連邦政府の支援による研究に関する言明＞
該当無し。
該当無し。
【背景技術】
【0003】
本技術は、画像を取得及び分析するように構成されたマシンビジョンシステムを含むイメージングシステムに関する。いくつかの実例は、表面特徴によって与えられるマーキング又は構造物の分析に有用であり得るものを含む、物体の表面特徴の画像を取得するように構成されたイメージングシステムに特に関連する。
【0004】
マシンビジョンシステムは、一般に、物体又はシンボルの画像を取り込み、画像を分析して物体を識別したりシンボルをデコードしたりするために使用されるように構成されている。したがって、マシンビジョンシステムは、一般に、画像取得及び画像処理のための１つ又は複数の装置を含む。従来の用途では、これらの装置を使用して画像を取得したり、取得した画像を分析したりすることができ、これには、部品のコンプライアンスの評価又は画像内のバーコード、テキスト若しくはその他の記号のデコードを目的とするものも含まれる。状況によっては、マシンビジョン及びその他のイメージングシステムを使用し、物体の画像を取得して、製造された輪郭、表面の欠陥、隆起、凹み又は他のシンボルマーキングを含む物体の表面の特徴を識別又は分析することができ、あるいはそのような表面の特徴に対処することができる。
【発明の概要】
【0005】
一部の用途では、ターゲットの画像、特にターゲット（例えば、箱又は製造された部品などの物体）の表面上の特徴の画像を取得することが有用である場合がある。但し、照明に関する考慮事項及びその他の要因により、表面特徴の適切なレベルの詳細を含む画像を取得することが困難な場合がある。例えば、工場内の設定における照明条件が悪いと、物体の表面上の特定の構造の輪郭について詳細のレベルが比較的低い画像が生成される可能性がある。これに関して、特定の表面特徴が、適切な高コントラストで画像に示されなかったり、画像内で見られなかったり、あるいは画像に対し所望の分析を完了することができる程度に適切に表現されなかったりする場合がある。
【0006】
いくつかの従来のアプローチは、複数の画像取得を介して（即ち、異なる時間間隔にわたって実行されるように）物体の複数の画像を取得することによってこの問題に対処してきた。これらのアプローチは、場合によっては適切なレベルの表面詳細を含む画像が得られるものの、いくつかの点で制限される場合がある。例えば、（例えば、コンベヤ上で）移動している物体に対する複数の画像取得の実行は、さまざまな角度から取得される画像を組み合わせる際に計算の複雑さが増す点と、複数の画像を組み合わせても一部の表面特徴が依然として適切に示されない可能性がある点とにおいて困難な場合がある。
【0007】
開示された技術の実施形態は、上記の及び他の問題に対処して、ターゲット（例えば、ターゲット物体）の表面特徴の画像の改善された取得を提供することができる。例えば、いくつかの実施形態は、画像化されるターゲットに異なる方向から投射される（例えば、物体の異なる側から同時に投射される）異なるタイプの光を使用して単回画像取得を実行できるシステム及び対応する方法を提供する。その結果、単回画像取得から得られたデータをさまざまなタイプの光について分析して、画像化されるターゲットの表面特徴を高レベルで詳細に示す１つの画像を生成することができる。いくつかの実施形態では、異なるタイプの光は、異なる偏光方向（例えば、３つ又は４つの角度的にオフセットされた偏光方向）の光であってもよいが、他のアプローチも可能である。いくつかの実施形態では、システムは、単回画像取得から詳細な表面画像を生成するために、検査の種類又は他の所望の分析に応じて、２つ、３つ、４つ又はそれ以上のタイプの光を対応する数の方向から投射するように構成されてもよい。
【0008】
したがって、開示された技術のいくつかの実施形態を使用して、物体の表面特徴に関する非常に高レベルの詳細を有する物体の画像を迅速かつ効率的に生成することができる。場合によっては、本明細書に詳細に記載するような異なるタイプの光の革新的な使用により、本技術の実施形態は、比較的安価なフィルタ及び照明装置を使用して実施することができる。さらに、多くの場合、詳細な表面画像を単回画像取得のみで生成することができる。したがって、いくつかの実施形態は、静止ターゲットに対する実施と比べて計算負荷又は必要とされる機器を実質的に（例えば、全く）増やさずに、移動しているターゲットに対して容易かつ効率的に適用することができる。
【0009】
本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、表面検査装置、並びにイメージングセンサ及び照明構成体を備えたイメージング（例えば、マシンビジョン）システムなどのシステムとして主に提示される。当業者であれば、対応する実施形態（及び他のもの）を、関連するシステムの性能に応じて、画像取得の自動制御及び必要に応じて画像分析を伴うコンピュータ実行方法などの方法として実行できることを認識するであろう。これに関して、特に明記しない限り、開示されたシステムについての本明細書での説明は、開示されたシステムを使用して意図された機能を実行する対応する方法の開示を本質的に含む。
【0010】
同様に、当業者であれば、本明細書に方法として主に提示される実施形態がシステムとして実施され得ることを認識するであろう。例えば、本明細書に開示されるさまざまな方法は、関連する方法の１つ又は複数の動作を実施するように構成されたイメージングハードウェアを備えたマシンビジョンシステムを使用して実施することができ、これは、異なるタイプの光で異なる方向から表面を照らす照明構成体の電子制御を介して行うこと、ターゲットから反射された光のそれぞれを利用する単回画像取得を１つの時点で実行するためのイメージング装置の電子制御を介して行うことを含む。
【0011】
上記の議論と一貫して、本技術のいくつかの実施形態は、物体の表面の表面特徴の画像を取得する方法を含む。表面は、少なくとも３つのタイプの光で少なくとも３つの方向から同時に照らすことができ、それぞれのタイプの光は、少なくとも３つの方向のうちの異なる方向から（例えば、物体の異なる側から）表面を照らすよう構成されている。照らされた表面の単回画像取得を実行することができ、これは、少なくとも３つのサブ画像を取得することを含み、少なくとも３つのサブ画像はそれぞれ、少なくとも３つのタイプの光のうちの異なるタイプの光を使用して、かつ、他の少なくとも２つのタイプの光を少なくとも部分的に除外して（例えば、少なくとも部分的にフィルタで除去して）、取得される。その後、３次元検査のために、少なくとも３つのサブ画像に基づいて、表面特徴を含む表面の画像を生成することができる。
【0012】
本技術のいくつかの実施形態は、物体の表面の表面特徴の画像を取得するためのイメージングシステムを含む。１つ又は複数の光源は、少なくとも３つのタイプの光で少なくとも３つの方向から表面を同時に照らすように構成することができ、少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、少なくとも３つのタイプの光のうちの他のタイプの光とはタイプが異なるものであり、少なくとも３つの方向のうちの異なる方向から表面を照らすものである。１つ又は複数のイメージングセンサを、照らされた表面の単回画像取得を実行するよう構成することができ、これは、少なくとも３つのサブ画像を取得することを含む。少なくとも３つのサブ画像はそれぞれ、少なくとも３つのタイプの光のうちの別々のタイプの光を使用し、かつ、少なくとも２つの他のタイプの光を（例えば、適切な光フィルタを使用することによって）少なくとも部分的に除外して、取得することができる。また、１つ又は複数の処理装置を、少なくとも３つのサブ画像に基づいて表面特徴を含む表面の画像を生成するように構成することができる。
【0013】
本技術のいくつかの実施形態は、物体の表面の表面特徴の画像を取得する別の方法を含む。表面は、第１の方向からの第１のタイプの光と第２の方向からの第２のタイプの光とで同時に照らすことができ、第１のタイプの光と第２のタイプの光は互いに異なり、第１の方向と第２の方向は互いに異なる。照らされた表面の単回画像取得は、以下の工程を含んで実行することができ、即ち、第１のサブ画像を、第１のタイプの光を使用してかつ第２のタイプの光を少なくとも部分的に除外して、取得することと、第２のサブ画像を、第２のタイプの光を使用してかつ第１のタイプの光を少なくとも部分的に除外して、取得することと、を含んで、実行することができる。表面特徴を含む表面の画像は、第１のサブ画像及び第２のサブ画像に基づいて生成することができる。
【0014】
本技術のいくつかの実施形態は、物体の表面の表面特徴の画像を取得するためのイメージングシステムを含む。１つ又は複数の光源を、第１の方向からの第１のタイプの光及び第２の方向からの第２のタイプの光を用いて表面を同時に照らすように構成することができ、第１のタイプの光と第２のタイプの光は互いに異なっており、第１の方向と第２の方向は互いに異なっている。１つ又は複数のイメージングセンサは、表面の第１のサブ画像及び第２のサブ画像を同時に取得するように構成することができ、第１のサブ画像は、第１のタイプの光を使用してかつ第２のタイプの光を少なくとも部分的に除外して、取得され、第２のサブ画像は、第２のタイプの光を使用してかつ第１のタイプの光を少なくとも部分的に除外して、取得される。１つ又は複数の処理装置を、第１のサブ画像及び第２のサブ画像に基づいて表面特徴を含む表面の画像を生成するように構成することができる。
【0015】
本技術のいくつかの実施形態は、表面検査装置を含む。イメージング装置は、ピクセル検出器の少なくとも３つのサブセットを含む１つ又は複数のイメージングセンサを含むことができる。照明構成体は、少なくとも３つの方向から少なくとも３つのタイプの光でターゲット領域を照らすように配置された１つ又は複数の光源を含むことができ、少なくとも３つのタイプの光はそれぞれ、少なくとも２つの他のタイプの光に対して異なる偏光方向を有するとともに、少なくとも３つの方向のうち、少なくとも２つの他のタイプの光とは異なる別の方向からターゲット領域に向けられる。フィルタ構成体は、ピクセル検出器の少なくとも３つのサブセットのうちの対応する１つに対して、少なくとも３つのタイプの光のそれぞれを選択的にフィルタリングするように配置することができる。１つ又は複数の処理デバイスは、ターゲット領域内の物体の単回取得を実行するように構成することができ、これは、ピクセル検出器の少なくとも３つのサブセットに対応する少なくとも３つのサブ画像を取得することを含む。
【0016】
本技術のいくつかの実施形態は、物体の表面特徴を分析するためのイメージングシステムを含む。レンズ構成体は、画像取得のための光軸を画定することができる。１つ又は複数のイメージングセンサは、レンズ構成体及び光軸と整列させることができる。照明システムは、光軸の第１の側に位置する第１の照明アレイと、光軸の第２の側に位置する第２の照明アレイと、光軸の第３の側に位置する第３の照明アレイと、を有することができる。１つ又は複数の処理装置は以下のようにして表面特徴を分析するよう構成することができ、即ち、照明システムを制御して、同時に、第１の照明アレイによって第１のタイプの光で物体を照らし、第２の照明アレイによって第２のタイプの光で物体を照らし、第３の照明アレイによって第３のタイプの光で物体を照らし、１つ又は複数のイメージングセンサから、第１のサブ画像データ、第２のサブ画像データ及び第３のサブ画像データを受け取り、表面特徴を分析するために、第１のサブ画像、第２のサブ画像及び第３のサブ画像をまとめて分析し、これにより、表面特徴を分析するよう構成され、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの光の各タイプは、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの光の他のタイプと異なっており、前記第１のサブ画像データ、前記第２のサブ画像データ及び前記第３のサブ画像データは、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの各タイプの光を用いて、かつ、前記第１のタイプの光、前記第２のタイプの光及び前記第３のタイプの光のうちの前記各タイプの光以外を少なくとも部分的に除外することで、１つ又は複数のイメージングセンサによって取得される。
【0017】
上記の及び関連する目的を達成するために、本技術の実施形態は、以下で十分に説明される特徴を含む。以下の記載及び添付の図面は、本技術の特定の例示的な態様を詳細に説明している。しかしながら、これらの態様は、本技術の原理を採用可能なさまざまな方法を示すものであるが、ほんの一部を示すものである。本技術の他の態様、利点及び新規の特徴が、本技術の以下の詳細な説明から図面と併せて考慮することで明らかになるであろう。
【0018】
本技術は、さまざまな変更及び代替形態の影響を受けやすいが、その特定の実施形態は、例として図面に示され、本明細書で詳細に説明されている。しかしながら、特定の実施形態についての本明細書の説明は、開示された特定の形態に本技術を限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲によって定義される本技術の精神及び範囲内にある全ての変更物、同等物及び代替物を網羅することを意図することは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本技術のいくつかの実施形態に係る、照明構成体及びイメージング装置を備えるイメージングシステムの略図である。
【図2】本技術のいくつかの実施形態に基づきそれぞれ生成及び取得された、物体の表面特徴の画像の例と３つの関連するサブ画像の例を示す。
【図3A】従来のイメージングシステムを用いて取得及び生成された複数の画像の例を示す。
【図4】本技術のいくつかの実施形態に係る、照明構成体及びイメージング装置を含む別のイメージングシステムの略図である。
【図5A】本技術のいくつかの実施形態に係るシステム（及び方法）において使用されるイメージングセンサの態様の略図である。
【図5B】本技術のいくつかの実施形態に係る照明アタッチメントを有するイメージング装置の正面図である。
【図6】本技術のいくつかの実施形態に係る照明構成体及びイメージング装置を含むシステム（及び方法）において使用されるさらに別のイメージングシステムの略図である。
【図7】本技術のいくつかの実施形態に係る、画像の取得及び分析の方法の略図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
主題技術のさまざまな態様について添付の図面を参照して説明する。ここで、複数の図において同様の参照符号は同様の要素に対応する。しかしながら、特定の方法の動作の特定の順序を示す図面における描写を含む以下の図面及びこれに関連する詳細な説明は、請求された技術的事項を開示された特定の形態に限定することを意図しないことは理解されるであろう。むしろ、その意図は請求された技術的事項の精神及び範囲に含まれる全ての改良物、同等物及び代替物を網羅する。
【0021】
いくつかの実施形態では、本開示に係る方法のコンピュータ化された実現を含む本開示の態様は、処理装置（例えば、直列若しくは並列汎用チップ又は専用プロセッサチップ、シングルコア又はマルチコアチップ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、制御ユニットの任意のさまざまな組み合わせ、算術論理ユニット、プロセッサレジスタなど）、コンピュータ（例えば、メモリに動作可能に接続された処理装置）又は本明細書に詳しく記載した態様を実現するための別の電子操作コントローラを制御するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はこれらの任意の組み合わせを製造するための標準的なプログラミング又はエンジニアリング技術を用いて、システム、方法、装置又は製造品として実現することができる。したがって、例えば、本開示の実施形態は、処理装置がコンピュータ可読媒体からの命令を読み取ることで命令を実行できるように、非一時的なコンピュータ可読媒体において実体的に具現化される一組の命令として実現することができる。本開示のいくつかの実施形態は、以下の記載と一致するように、自動化装置などの制御装置、さまざまなコンピュータハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアなどを含む専用又は汎用コンピュータなどを含む（又は利用する）ことができる。具体的な例として、制御装置は、プロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックコントローラ、ロジックゲートなど、及び適切な機能の実装について当該技術分野で知られている他の典型的なコンポーネント（例えば、メモリ、通信システム、電源、ユーザインターフェイス及びその他のインプットなど）。
【0022】
本明細書で使用される「製造品」という用語は、任意のコンピュータ可読装置からアクセス可能なコンピュータプログラム、キャリア（例えば、非一時的信号）、又は媒体（例えば、非一時的媒体）を包含することを意図している。例えば、コンピュータ可読媒体には、磁気記憶装置（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップなど）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）など）、スマートカード及びフラッシュメモリ装置（例えば、カード、スティックなど）が含まれるが、これらに限定されない。さらに、搬送波を使用して、電子メールの送受信又はインターネットやローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などのネットワークへのアクセスに使用されるようなコンピュータ可読電子データを伝送できることは、理解されるであろう。当業者であれば、請求された主題の範囲又は精神から逸脱することなく、これらの構成に多くの修正を加えることができることを認識するであろう。
【0023】
本開示に係る方法の特定の動作又はそれらの方法を実行するシステムの特定の動作は、図面において概略的に表されている場合があり、あるいは本明細書において説明されている。特に明記又は限定されていない限り、特定の空間的順序での特定の動作についての図面での表現は、必ずしもそれらの動作が特定の空間的順序に対応する特定のシーケンスで実行されなければならないわけではない。同様に、図面に示される又は本明細書に開示される特定の動作は、本開示の特定の実施形態に適切なように、明示的に図示又は記載されているものとは異なる順序で実行することができる。さらに、いくつかの実施形態では、特定の動作は、専用の並列処理装置又は大規模システムの一部として相互運用するように構成された別個のコンピューティングデバイスによって並列で実行することができる。
【0024】
コンピュータによる実現の文脈で本明細書において使用される場合、特に明記又は限定されていない限り、「コンポーネント」、「システム」、「モジュール」などの用語は、ハードウェア、ソフトウェア、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせ又は実行中のソフトウェアを含むコンピュータ関連システムの一部又は全部を包含することを意図する。例えば、コンポーネントは、処理装置、処理装置によって実行されている（又は実行可能な）プロセス、物体、実行可能ファイル、実行スレッド、コンピュータプログラム又はコンピュータであり得るが、これらに限定されない。例として、コンピュータ上で実行されているアプリケーションとコンピュータの両方をコンポーネントとすることができる。１つ又は複数のコンポーネント（又はシステム、モジュールなど）は、プロセス又は実行スレッド内に存在してもよく、又は１つのコンピュータにローカライズされてもよく、又は２つ以上のコンピュータ若しくは他の処理装置間で分散していてもよく、又は別のコンポーネント（又はシステム、モジュールなど）に含まれていてもよい。
【0025】
本明細書で使用する場合、特に明記又は限定されていない限り、「単回画像取得」は、１つの時点で（例えば、１つのイメージング装置又はイメージング装置のグループについての１回の露光に対応する１つの時間間隔にわたって）実行されるターゲットの画像取得を指す。いくつかの実施形態では、単回画像取得は、単一画像が１回の露光で取得されるように、１つのイメージングセンサを使用して実行することができる。いくつかの実施形態では、単回画像取得は、複数のイメージングセンサを使用して、各イメージングセンサが１回の露光でそれぞれのサブ画像を取得するようにして実行することができる。この後者のシナリオに関して、例えば、物体からの光は、１回の露光の一部としてイメージングシステムに入射することができるが、（例えば、ビームスプリッタを使用して）ルーティングされるか又は選択的にフィルタリングされて、違う方法で複数のイメージングセンサに当たってもよい。
【0026】
本明細書で使用する場合、特に明記又は限定されていない限り、特定の「タイプ」の光についての説明は、公知の技術を使用して別のタイプの光からフィルタリングで取り出す又は分離できる区別可能な特性を示す光を指す。例えば、（例えば、第１の偏光フィルタを使用して）第１の偏光方向の偏光状態とされた光は、（例えば、第２の偏光フィルタを使用して）第２の異なる偏光方向の偏光状態とされた光とは異なるタイプである。同様に、第１の波長（例えば、可視色）の光は、第２の異なる波長（例えば、近赤外）の光とは異なるタイプである。場合によっては、非重複タイプ（つまり、共通の定義特性を共有しないタイプ）の光を提供するように異なる光源を構成することができる。例えば、第１の偏光方向を有する光源は、第２の異なる偏光方向を有する光源に対して非重複タイプの光を提供することができる。同様に、重複しない波長帯域内の光を提供する異なる光源も、非重複タイプの光を提供することができる。いくつかの実施形態では、光のタイプは実質的に非重複である場合があり、即ち、互いに比較したときに関連する特性が９０％異なる場合がある。例えば、実質的に重複しない波長帯域は、それらの帯域幅の１０％未満については重複してもよい。
【0027】
本明細書で使用する場合、特に明記又は限定されていない限り、「サブ画像」は、単回画像取得中に取得されるピクセルデータのアレイを指すが、単回画像取得中に取得される全てのピクセルデータを表すわけではない。例えば、単回画像取得の場合、ターゲットを照らす光をさまざまな偏光方向の偏光状態としたり、さまざまな色を通過させるようにフィルタリングしたり、さまざまなタイプの光を提供するように制御したりすることができる。ターゲットで反射した後、特定のタイプの光を選択的にフィルタリング又は通過させてからイメージングセンサ（又は異なるイメージングセンサ）のさまざまな部分に当てることができるため、さまざまなタイプの光を使用してさまざまなサブ画像を取得することができる。いくつかの実施形態では、１つの画像化チップが、（例えば、統合フィルタアレイ又は他のフィルタのアレイによって）ピクセル検出器のサブセットに細分されたピクセル検出器を含んでもよく、ピクセル検出器の各サブセットが、単回画像取得の一部として各サブ画像についてのデータを提供することができる。いくつかの実施形態では、サブ画像は、単回画像取得における関連するフィールド・オブ・ビュー全体に及ぶピクセルデータを含んでもよく、これは、１つの画像チップが、各々が異なるサブ画像を取得するピクセル検出器のサブセットに分割された場合も含む。
【0028】
一般に、上にも記載したように、本開示の実施形態は、物体の表面特徴の詳細な分析に使用できる画像を含む物体の画像を取得するためのシステム及び方法を含むことができる。いくつかの実施形態では、取得された画像は、取得された画像のグレー値の差異として表面特徴の表面傾斜の差異を正確に表すことなどによって、高度のコントラスト及び精度で３次元表面特徴を表すことができる。したがって、いくつかの実施形態は、同じように有用な画像を提供するために複数の画像取得を必要とし得る従来のイメージングシステム及び方法に対する改善を提供することができる。
【0029】
特に、いくつかの実施形態は、異なる方向からの異なるタイプの光でターゲット物体を照らすように構成された装置（又はその工程を含む方法）を含む。単回画像取得を用いて（即ち、単回で）、光をイメージングシステムで受信してターゲット物体の複数のサブ画像を取得することができ、それぞれのサブ画像は、光タイプ間の区別可能な非重複（光タイプ同士が区別可能で重複していない）を伴って取得される。換言すれば、それぞれのサブ画像の取得に使用される特定の光のタイプは、単回画像取得に使用される他の光のタイプと完全に又は実質的に重複しなくてもよく、これを達成するやり方としては、１つ又は複数の特定のタイプの光を、１つ又は複数の他の特定の光のタイプの光よりも大きな程度、少なくとも部分的に除外することを含む。場合によっては、光タイプ間の区別可能な非重複は、特定のサブ画像の光の強度の少なくとも３０％が、同じ単回画像取得において照明に使用された他の光タイプと重複しない特定の光タイプによってもたらされることを示す。場合によっては、光タイプ間の区別可能な非重複は、特定のサブ画像が、特定のタイプの光を主に（例えば、７０％を超えて、８０％を超えて又は９０％を超えて）使用して取得されることを示す。しかしながら、特に明記又は限定されていない限り、以下の説明において特定の光のタイプを主に使用する実例を参照している場合、これはより広義に区別可能な非重複の特定の光のタイプが使用される代替形態が本質的に含まれるものと理解すべきである。
【0030】
光のタイプ間の区別可能な非重複を伴って（例えば、主に１つの光のタイプで）取得されると、次にサブ画像をまとめて（例えば、画像差し引き、画像足し合わせ、フォトメトリックステレオ分析などの公知の手法を使用して）順番に処理することができ、これにより単回画像取得からターゲット物体の単一画像が生成される。関連する特定の光タイプ及び照明方向が使用されて異なるサブ画像が取得されることから、サブ画像はそれぞれ、特定の表面特徴を特定のかたちで表し得る。同様に、複数のサブ画像に基づいて単一画像を生成すると、ターゲット物体の表面特徴のコントラスト、解像度及びその他の表現品質を、生成された単一画像において特に高いコントラスト、解像度及び一般的品質（例えば、単一画像のグレー値の差異として表される傾きの差異）で表すことができる。
【0031】
本明細書で使用する場合、単一画像の「生成」はさまざまな方法で実施することができる。いくつかの実例では、複数のサブ画像からのピクセルデータを組み合わせて（例えば、ピクセルの値を足し合わせて）、別々に保存された画像ファイル又は物体とすることができ、これにより、別々に保存された画像ファイル又は物体の任意の所与のピクセルが、サブ画像の対応するピクセルの組み合わせからのデータを表すことができる。いくつかの実例では、複数のサブ画像からのピクセルデータは、必ずしも別々の画像ファイル又は物体を保存しなくても、画像分析作業中にまとめて考慮されてもよい。例えば、画像化イベントの分析の際に、サブ画像の対応するピクセルの組み合わせの値を考慮することによって、画像化されたシーンの任意の所与のピクセルの分析を行うことができる。これに関して、サブ画像とは別に別個の画像ファイル又は物体が全体として保存されていない場合でも、画像分析のために複数のサブ画像から単一画像が生成されたと見なすことができる。
【0032】
図１は、本技術の実施形態による画像取得のために構成されたマシンビジョンシステム１００の概略図である。図示の実施形態では、マシンビジョンシステム１００は、ターゲット領域１０４の画像を取得するように構成されたイメージング装置１０２を含む。通常、イメージング装置１０２を含む本明細書で説明するイメージング装置は、少なくとも１つのイメージングセンサ（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ又は他の公知のセンサ）と、少なくとも１つのイメージングセンサと光学的に整列した少なくとも１つのレンズ構成体と、イメージングセンサに対して計算動作を実行する（例えば、照明、画像露光時間若しくは他のコンポーネントを制御するため又は関連するデータ処理タスクを実行するため）ように構成された少なくとも１つの制御装置（例えば、処理装置１０６）と、を備える。いくつかの実施形態では、レンズ構成体は固定焦点レンズを含むことができる。いくつかの実施形態では、レンズ構成体は、液体レンズ又は公知のタイプの機械調整レンズなどの可変焦点レンズを含むことができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、イメージング装置は画像処理装置として構成することができ、画像処理装置は、関連する（例えば、統合された）イメージングセンサ及びレンズ構成体によって取得された画像を処理するように動作することができる。例えば、イメージング装置１０２は、画像の取得を制御し、関連するイメージングセンサから受信した画像データを処理するための（例えば、シンボルを識別及び復号するための）コンピューティングデバイスとして構成される。いくつかの実施形態では、イメージング装置は、さらなる処理のために、画像データ（例えば、バイナリピクセル値）を（例えば、クラウドコンピューティングシステム又はローカルネットワークシステム内の）リモート処理装置に通信するように構成することができる。これに関して、場合によっては照明、画像取得又は取得後の画像処理の任意の組み合わせを制御することができる処理装置１０６は、イメージング装置１０２の本体部の中に完全に収容することができ、あるいは全体又は一部を遠隔配置して、イメージング装置１０２にリンクされているネットワーク又は通信チャネルの一部として含むことができる。
【0034】
物体の表面の高品質の画像を提供するために、マシンビジョンシステム１００は、異なる方向からターゲット領域１０４に投射される異なるタイプの光でターゲット領域１０４を照らすように構成された照明構成体１０８を含む。特に、図示の例では、照明構成体１０８は、ターゲット領域１０４の４つの異なる側から４つの異なるタイプの光１１０ａ～１１０ｄをターゲット領域１０４に同時に投射することができるリングライトとして構成される。このように、ターゲット領域１０４内のボックス１１２又は他の物体を、ボックス１１２の４つの異なる側から４つのタイプの光１１０ａ～１１０ｄで同時に照らすことができる。
【0035】
いくつかの実施形態では、異なるタイプの光を比較的大きな入射角で投射することにより、リングライト構成体又は他の同様の構成体（例えば、制御可能なミラーシステム）によって容易に提供され得るように、高品質の画像を得ることができる。しかしながら、他の実施形態では、細かい表面の詳細を示す画像を取得するために物体の照明を改善することもできる構成体を含む他の構成体も可能である。例えば、実例におけるいくつかの照明構成体又は方法は、照明構成体１０８として、異なる（又は同じ）タイプの光又は多数のタイプの光を（例えば、少なくとも３つの光のタイプを）同時に投射するように構成することができる。同様に、実例におけるいくつかの照明構成体又は方法は、異なる（又は同じ）タイプの光を異なる（又は同じ）数の方向（例えば、少なくとも３つの異なる方向）から同時に投射するように構成することができる。いくつかの実施形態では、照明構成体１０８について図示したものとは異なる構成の光源を使用することができる。例えば、リングライトの代わりに、いくつかの実施形態では、照明構成体１０８と同様に設置される非リングライト、イメージング装置用の照明アタッチメント、イメージング装置に統合された照明構成体、１つ又は複数の固定又は可動ミラーを備えた照明構成体などを含むことができる。いくつかの実施形態では、イメージング装置又はより大きなマシンビジョンシステムは、物体を複数の側から照らすように構成された複数の照明アレイを備えた照明システムを含むことができる。例えば、照明システムは、画像化のために光軸の第１の側、第２の側及び第３の側に配置された１つ又は複数の光源の第１のアレイ、第２のアレイ及び第３のアレイ（例えば、アレイごとに複数の光源を有する）を含むことができる。
【0036】
さまざまな照明構成体及び制御アプローチが可能であるが、いくつかの構成体又はアプローチが特定のコンテキスト又は目標に特に適している場合がある。例えば、３次元（３Ｄ）分析が望まれる場合には、通常、少なくとも４つのタイプの光を少なくとも４つの異なる方向から投射されるように使用する必要がある。対照的に、２次元（２Ｄ）又は１次元（１Ｄ）分析が望まれる場合には、通常、少なくとも３つ又は少なくとも２つの異なる方向から投射されるように少なくとも３つ又は少なくとも２つのタイプの光を使用する必要がある。
【0037】
画像取得中、処理装置１０６は、照明構成体１０８及びイメージング装置１０２を制御して、１つのイメージング方向から（即ち、光軸１１４に沿って）、ターゲット領域１０４の単回画像取得を実行することができる。例えば、イメージング装置１０２は、その中の１つ又は複数のイメージングセンサが、照明構成体１０８によってボックス１１２の４つのそれぞれの側からボックス１１２に投射された４つのタイプの光１１０ａ～１１０ｄにさらされるよう、制御することができる。
【0038】
場合によっては、図１に示すように、照明構成体１０８は、単回画像取得のためにボックス１１２が４つの異なる側から４つの異なるタイプの光で照らされるように（ボックス１１２は１箇所にある）、ボックス１１２の４つの垂直に対向する側から、ボックス１１２に、４つのタイプの光１１０ａ～１１０ｄを同時に投射するように制御されてもよい。これに対応して、異なるタイプの光１１０ａ～１１０ｄを選択的に除外（例えば、フィルタリング）することにより、イメージング装置１０２は、単回画像取得の一部としてボックス１１２の４つの異なるサブ画像を取得することができ、各サブ画像は、ボックス１１２を、対応する照明方向から主に投射されたように、上記のタイプの光１１０ａ～１１０ｄのうちの特定の１つのタイプの光によって、主に照らされた（例えば、全強度の５０％～７０％以上で照らされた）ように表現する。（上で大まかに記載したように、図１に関して説明した実例と同様の実例又は本明細書で一般に開示された実例を含むいくつかの実例では、異なるサブ画像を、単に異なるタイプの光で主に照らして取得するのではなく、異なる光タイプ間の区別可能な非重複を伴って取得することができる。）画像分析の公知の技術を使用して、単回画像取得で取得されたように、それぞれのサブ画像からのピクセルデータに基づいて表面の単一画像を生成することができる。
【0039】
通常、異なるタイプの光は、公知の種類の光源及びフィルタ材料若しくは構造を含むさまざまな方法で生成することができる。いくつかの実施形態は、異なる種類の光源（例えば、異なる波長に調整されたＬＥＤ）を含むことができる。いくつかの実施形態は、一種類の光源からなる光アレイを含む、１つ又は複数の光アレイに関連する１つ又は複数のフィルタの構成体を含むことができる。いくつかの実施形態は、異なる偏光方向の光を提供することによって異なるタイプの光を提供するように構成することができる。
【0040】
これに関して、例えば、照明構成体１０８は、照明構成体１０８が４つの異なる偏光方向（例えば、約１８０度若しくは他の間隔にわたる範囲で均等に又は任意に配される方向）の複数のタイプの光１１０ａ～１１０ｄ、又は他の態様で区別可能な複数のタイプの光を投射することを可能にすることができるフィルタ（図示せず）を含み得る。いくつかの実施形態では、偏光の使用が特に有用となる場合があり、これは、このアプローチが、画像化されたターゲットの特定の表面上の色的な特徴によるサブ画像データのコンタミ又は他の品質の低下（例えば、損失）を回避し得るからである。しかしながら、他の実施形態では他のタイプの光を有益に使用することができ、このような他のタイプの光としては、任意に配された区別可能な非重複偏光方向で異なる方向から投射される光、主に（例えば、７０％以上）異なる波長帯域内にある光（例えば、主に赤、主に青及び主に緑の可視光）、又は波長帯域に対して区別可能な非重複を示す光を含む。さらに、以下でも説明するように、別の実施形態では、さまざまな異なる数の光タイプ（例えば、任意の数の異なる偏光方向のセットを有する、異なる数のタイプの偏光状態）を、使用することができる。
【0041】
通常、異なるタイプの光を、好ましくは（例えば、主に）、さまざまな手法を使用して関連する異なるサブ画像の取得に利用することができる。例えば、物体と関連するイメージングセンサとの間に１つ又は複数の適切なフィルタを（例えば、フィルタリング層として）配置、構成することによって、適切なサブ画像の取得のために異なるタイプの光をフィルタリングすることができる。以下でも説明するように、さまざまな異なるフィルタ配置が可能である。例えば、異なる光タイプを提供するためのフィルタのセットを、イメージング装置に統合でき、又はより大きなイメージングシステムの別個のコンポーネントとして配置することができる。いくつかの実施形態では、フィルタは定置式でもよく、イメージング装置又は照明構成体に永久的又は取り外し可能に固定することができる。
【0042】
いくつかの実施形態では、特殊な光又はイメージングセンサを使用して、異なるタイプの光のサブ画像を提供及び取得することができる。いくつかの実施形態では、異なるタイプの光を提供するために別個の（又は統合された）フィルタと併用するために配置されるものを含む、画像化のための汎用照明構成体を使用することができる。例えば、取り外し可能な（又は他の）フィルタの第１のセットを従来の光源とターゲット領域との間に配置することができるとともに、取り外し可能な（又は他の）フィルタの第２のセットをターゲット領域と従来のイメージングセンサ（又は複数のセンサ）との間に配置することができる。場合によっては、フィルタを汎用照明構成体とともに使用して、さまざまな偏光状態（例えば、さまざまな方向の線形偏光、楕円偏光又は円偏光）、さまざまな色又はその他のさまざまな特性の光を投射することができる。
【0043】
上で示唆したように、異なる光タイプに関連する異なるサブ画像は、関連するターゲットの組み合わされた（例えば、足し合わせ又は差し引きにより組み合わされた）画像を生成するために、さまざまな方法で処理することができる。通常、ピクセル検出器の集合アレイを備えた１つ又は複数のイメージングセンサは、ピクセル検出器の対応するサブセットで、異なるかたちでフィルタリングされた入射光を受け取ることができる。ピクセルデータの対応する混合ストリームを提供するイメージングセンサによる場合を含め、必要に応じて、ピクセル検出器のサブセットのそれぞれのピクセルデータは、対応するサブ画像として識別する（例えば、対応するサブ画像に分離する）ことができ、このサブ画像はそれぞれ主に（あるいはそうでなければ、例えば、区別可能な非重複の光に基づき）、特定のタイプの光及び特定の照明方向との関連でターゲットを表す。サブ画像が識別（例えば、分離）されると、１つ又は複数のサブ画像のピクセルデータを、１つ又は複数の他のサブ画像の空間的に対応するピクセルデータから、さまざまな組み合わせで差し引くことなどによって、サブ画像の対応するピクセルを組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、「複数の画像から表面配向を決定するための測光法」（Ｗｏｏｄｈａｍ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｊ．、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、１９（１）、１９１１３９（１９８０））に記載されているものを含む、測光ステレオ分析から引き出された技術をこの目的に使用することができ、当該文献は参照により本明細書に盛り込まれているものとする。
【0044】
図１に示す例では、イメージング装置１０２は、移動物体の画像が取得される動作に使用できるような固定位置イメージング装置として示されている。例えば、ターゲット領域１０４は、コンベヤ（図示せず）上に配置されてもよく、あるいは「提示」モードスキャンのための領域であってもよく、当該スキャンではユーザが物体をターゲット領域に移動させることでスキャンするために物体を提示する。いくつかの実施形態では、マシンビジョンシステム１００は、ポータブル（例えば、ハンドヘルド）ビジョン装置を含むことができる。例えば、イメージング装置１０２及び照明構成体１０８を、移動物体又は静止物体に使用することができるハンドヘルドリーダの一部として含めることができる。いくつかの実施形態では、照明構成体（例えば、照明構成体１０８）は、ハンドヘルド装置又は他の装置のための取り外し可能なアタッチメントとして構成することができる。
【0045】
上でも説明したように、いくつかの実施形態は、特に、移動物体が画像化される（あるいは、同等に、移動イメージング装置が使用される）コンテキストに関連して、従来のアプローチに対する改善を提供し得る。例えば、対応する１つの視点からの単回画像取得でサブ画像を取得する能力（例えば、上で説明したようなもの）により、いくつかの実施形態は、移動物体の複数の画像取得を必要とする従来のアプローチに固有の困難を回避することができる。場合によっては、上でも説明したように、これらの困難には、異なる時間での複数の画像取得に必然的に関連する、物体に対する異なるイメージング角度を計算で調整する必要があることを含む場合があり、一部の表面特徴の正確な表現がかなり複雑になる場合がある。対照的に、本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、表面の詳細を単純に抽出又は強調するために、単回画像取得から複数のサブ画像をまとめて分析することができ、この際、各サブ画像は同じイメージング角度(imaging perspective)から（即ち、サブ画像間で物体の相対的な移動なしで）ターゲットを表現する。
【0046】
図２は、本発明のいくつかの実施形態に基づきそれぞれ取得及び生成された、物体のサブ画像１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの例示的なセットと、例示的な画像１２２とを示す。例えば、マシンビジョンシステム１００を使用して、サブ画像１２０ａ～１２０ｃのそれぞれを取得することができ、これらはそれぞれ、上記のタイプの光１１０ａ～１１０ｃの１つに対応している（図１参照）。次に、サブ画像１２０ａ～１２０ｃに基づき、処理装置１０６（図１参照）によって画像１２２を生成することができる。画像１２２内における物体上の表面特徴１２４の解像度は、サブ画像１２０ａ～１２０ｃのいずれか１つと比べかなり改善されていることが分かる。
【0047】
上記したように、生成画像１２２は、場合によっては、別個の画像ファイル又は物体として（例えば、メモリに）独立して格納されてもよい。場合によっては、図２に示すような生成画像１２２は、単純に、サブ画像１２０ａ～１２０ｃによって集合的に提供された画像データの表現であり得、必ずしも１つのファイル又は物体として格納されることなく分析され得る。例えば、上でも説明したように、サブ画像１２０ａ～１２０ｃの対応するピクセルは、生成画像１２２のピクセルのアレイ全体を個別のファイル又は物体として集合的に保存することなく、生成画像１２２のピクセルとして集合的に（例えば、足し合わされて）分析されてもよい。これに関して、例えば、サブ画像１２０ａ～１２０ｃからの画像データの集合的な分析の結果は、場合によっては生成画像１２２の可視表現で提示することができ、場合によっては１つ又は複数のサブ画像の可視表現で提示することができ、場合によっては他のかたちで（例えば、画像化された物体の態様を特徴付ける統計的又は絶対的パラメータとして）提示することができる。
【0048】
場合によっては、１つ又は複数の追加のサブ画像（図示せず）を取得し使用して、画像１２２を、光タイプ１１０ｄ（図１参照）に基づく第４のサブ画像（図示せず）などとして、生成することができる。場合によっては、より少ない数のサブ画像を取得し使用して、画像１２２を生成することができるが、これは解像度又は３次元的な詳細を正確に表現する能力の相対的な損失に対応し得る。
【0049】
上でも説明したように、いくつかの実施形態で使用される異なるタイプの光は、異なるタイプの偏光状態に対応することができる。例えば、マシンビジョンシステム１００（図１参照）では、照明構成体１０８を、光タイプ１１０ａ，１１０ｄを、互いに対して垂直な向きの偏光として提供するように構成してもよい。したがって、表面特徴１２４の対向側から主に照らされたサブ画像１２０ｂ及び１２０ｃは、主に垂直に偏光された光を使用して取得することができる。同様に、光タイプ１１０ｂ，１１０ｃは、互いに垂直でかつ光タイプ１１０ａ，１１０ｄに対して４５度回転された偏光方向を有する偏光として提供することができる。したがって、サブ画像１２０ｂ，１２０ｃについて主に利用される光に対して４５度回転され、さらに必要に応じて別の反対の角度からのサブ画像（図示せず）についての光に対して垂直に偏光された、主に偏光された光を使用して、サブ画像１２０ａを取得することができる。以下でも説明するように、いくつかの実施形態では、この構成は、反対の照明方向から特定のサブ画像への（例えば、光タイプ１１０ｃからサブ画像１２０ｂへの）光の漏れを最小限に抑えることができ、これによって、表面の特徴の解像度を最大化することができる。しかしながら、他の実施形態では他の構成が可能である。
【0050】
上でも説明したように、異なる方向から投射された異なる偏光状態の光を使用する単回画像取得を含む本明細書に記載のシステム及び方法は、従来のアプローチに対して顕著な改善をもたらすことができる。この改善の例を、図３Ａ及び図３Ｂに示す。図３Ａは、従来のイメージングシステムを使用して取得された、物体１３４のサブ画像１３０ａ～１３０ｃのセット及び関連する生成画像１３２を示す。これに対して、図３Ｂは、開示された実施形態に係るイメージングシステム（例えば、マシンビジョンシステム１００）を使用して取得された、物体のサブ画像１４０ａ～１４０ｃのセット及び関連する生成画像１４２を示す。いくつかの実施形態では、サブ画像１４０ａ～１４０ｃは、異なる方向から投射された、異なる偏光方向又は異なる波長帯域を有する光を使用してそれぞれ取得することができるが、他のアプローチ（例えば、他の異なるタイプの光を使用するアプローチ）も可能である。
【0051】
生成画像１３２，１４２を参照すると、物体１３４の表面特徴は、画像１４２においてかなりより大きなコントラスト及び細かさで表現されていることが分かる。特に、物体１３４の表面特徴の表面傾斜が、生成画像１４２において、高レベルの細かさで、画像内のグレー値の差異として（例えば、より明るいグレー値が、より大きな表面傾斜に対応）、表現されているが、他の実施形態では他のアプローチが使用されてもよい。同様に、画像内で表現された３Ｄ表面特徴の検査を含む、マシンビジョン手法を使用する表面特徴の分析は、画像１３２に関してよりも、画像１４２に関してより効率的かつ首尾よく進む場合がある。
【0052】
いくつかの実施形態では、上でも説明したように、複数のタイプの光が複数の方向から投射されて複数のサブ画像を提供する単回画像取得は、１つのイメージング装置を備える固定体又は可動体イメージング装置を使用して行うことができる。そのような構成の例を図４に示す。特に、マシンビジョンシステム１５０は、リングライト１５８として構成された照明構成体によって照らされるようなターゲット領域１５４の画像を取り込むように構成された１つの（例えば、固定位置の）イメージング装置１５２を含む。リングライト１５８は、イメージング領域１５４内の物体１６２の４つの側から４つの異なるタイプの光１６０ａ～１６０ｄを提供するように構成され、これは、光源のアレイ（図示せず）と、光源とターゲット領域１５４との間のリングライト１５８のそれぞれの側に配置された４つの別個の表面前フィルタ１６６ａ～１６６ｄと、によって提供される。さらに、１つ又は複数の表面後フィルタ１６８の構成体が、ターゲット領域１５４と１つのイメージングセンサ１７０との間の光軸１６４に沿って配置される。特に、１つ又は複数の表面後フィルタ１６８は、それぞれのタイプの光１６０ａ～１６０ｄを、イメージングセンサ１７０のピクセル検出器（図示せず）のそれぞれのサブセットに当てるために選択的に主に通過させるように構成される。したがって、イメージング装置１５２は、１つの光軸１６４に沿った単回画像取得を介して、物体１６２の表面の４つの異なるサブ画像（図示せず）を取得することができ、これらはそれぞれ、異なるタイプの光及び異なる照明方向によって主に情報が与えられる。次に、（例えば、上記のように）物体１６２の表面特徴の１つの詳細画像を生成するために、サブ画像をまとめて処理することができる。
【0053】
いくつかの実施形態では、複数のイメージングセンサをイメージング装置１５２の一部として提供することができる。いくつかの実施形態では、異なる偏光状態又は異なる波長の光タイプを使用することができ、又は異なる数の光タイプ若しくは関連する照明方向を使用することができる。いくつかの実施形態では、異なる光タイプの数は、照明方向の数に正確に対応しなくてもよい。いくつかの実施形態では、照明構成体は、イメージング装置１５２に統合されることなどによって、リングライト１５８とは構造的に異なったものとされてもよい。いくつかの実施形態では、イメージング装置１５２、及び適当な場合にはリングライト１５８又は他の照明構成体を、ハンドヘルド表面検査装置に含むなどして、移動可能に構成することができる。いくつかの実施形態では、（複数の）表面後フィルタ１６８を、イメージングセンサ１７０のピクセル検出器サブセットのそれぞれに対応する異なるフィルタリング領域を有する単層フィルタとして構成することができる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の表面後フィルタを、他のかたちで構成することができ、これには、特定のピクセル検出器のサブセットを主に照らすための特定のタイプの光を通過させるためにアレイに配置された複数のフィルタのセットとして、又は多層単一フィルタとして構成することなどが含まれる。
【0054】
図５Ａは、本技術の実施形態に係るマシンビジョンシステム１５０、マシンビジョンシステム１００又は他のイメージングシステムの一部として使用することができる例示的なイメージングセンサ１８０を示す。特に、イメージングセンサ１８０は、複数のスーパーピクセル検出器アレイ１８２のアレイを含む。さらに、スーパーピクセル検出器アレイ１８２はそれぞれ、関連する（例えば、統合された）フィルタアレイ１８４を有する複数のピクセル検出器（例えば、少なくとも３つのピクセル検出器）を含み、フィルタアレイ１８４は、主に特定の別個のタイプの光を選択的に通過させて、各検出器アレイ１８２内のピクセル検出器の各１つ（又は２つ以上）によって感知されるように配置されたフィルタを含む。（上で大まかに説明したように、いくつかのフィルタ構成体は、光タイプ間の区別可能な非重複を伴うサブ画像の取得を可能にするように構成することができ、これには、主に１つのタイプの光が特定のピクセル検出器のセットを照らすこととなるもの以外の構成が含まれる）。
【0055】
図示の実施形態では、各検出器アレイ１８２は、４つのピクセル検出器サブセット１８２ａ～１８２ｄを含み、各ピクセル検出器サブセットは、特定の単回画像取得のための関連するサブ画像（図示せず）の各ピクセルのデータを提供するように構成されているが、他の構成も可能である。同様に、各フィルタアレイ１８４は４つの異なるフィルタ１８６ａ～１８６ｄを含み、フィルタはそれぞれ、異なるタイプの光を主に通過させるように構成されているが、他の構成も可能である（区別可能に重複していない光タイプを通過させる他の構成を含む）。したがって、単回画像取得動作が、４つの異なる照明方向から画像化されるターゲットに投射された可能性があるものを含む４つの異なるタイプの光を受け付ける場合、イメージングセンサ１８０は、ターゲットの４つの異なるサブ画像のデータを取得及び出力することができ、各サブ画像は主に特定のタイプの光及び照明方向を使用して取得される。次に、サブ画像をさまざまな方法で（例えば、上で説明したような方法で）一緒に処理して、ターゲットの表面特徴の詳細を適切に表現する１つの結合画像を生成することができる。
【0056】
さまざまなフィルタタイプが可能であるが、図示の例では、フィルタアレイ１８４は、異なる偏光方向の光をフィルタリングするように構成される。特に、フィルタアレイ１８４は、４つの異なる直線偏光方向のそれぞれを有する光を選択的に主に通過させて、４つの異なるピクセル検出器のサブセット１８２ａ～１８２ｄにそれぞれ当てるようにし、同時に他の偏光方向の光をフィルタリングするように構成されているが、他の構成も可能である。さらに、フィルタアレイ１８４は、約１８０度にわたる範囲に配された（例えば、図示するように、４５度の差で規則的に配された）偏光方向を有する光を主に通過させるように構成される。繰り返しではあるが他の構成も可能であるものの、この種の配置は、あるタイプの光（例えば、特定の偏光方向の光）が、別のタイプの光（例えば、別の偏光方向の光）に主に関連するサブ画像に漏れることを最小限にとどめるために有用である場合がある。よって、これは、サブ画像に基づき生成される、結果として得られる画像の品質を改善するのに役立つ場合がある。
【0057】
さらに、上でも説明したように、異なる偏光状態の光の使用は、関連データの損失又はターゲットの表面色による誤ったデータの包含を回避するのに役立つ場合がある。しかしながら、他の実施形態では他の構成が可能である。例えば、フィルタアレイ１８４が偏光フィルタアレイとして示されているものの、異なる色（即ち、波長帯域）又は他のタイプの光のための同様な構成を有するベイヤーフィルタ（例えば、フィルタアレイごとに３つのピクセル検出器サブセットを有するもの）などの他のフィルタタイプも可能である。
【0058】
図示したように、検出器アレイ１８２は、それ自体が、イメージングセンサ１８０全体にわたって規則的なインターリーブパターンで配列されている。しかしながら、他の実施形態では他の構成が可能である。例えば、いくつかの構成は、特定のタイプの光のための複数のピクセル検出器が互いにすぐ隣に隣接して配置されている、ピクセル検出器のサブセットのアレイを含み得る。いくつかの実施形態では、ピクセル検出器サブセットアレイの考え得るパターンは、使用される光のタイプの数に基づき制限され得る。いくつかの実施形態では、特定の画像取得に使用できる光のタイプの数よりも多くのピクセル検出器のサブセット（例えば、関連するフィルタを備えたもの）を含むことができる。例えば、検出器アレイ１８２は、４つの異なるタイプの光を別々に検出するように構成されるが、イメージングセンサ１８０は、いくつかの実施形態において、異なる数の光タイプ（例えば、少なくとも３つのタイプの光）を用いて画像（及びサブ画像）を取得することができる。
【0059】
図５Ｂは、（例えば、上でも大まかに説明した）単一の生成画像を生成するための単回画像取得の一部として、物体の異なるサブ画像を取得するために、イメージングセンサ及び適切なフィルタ（例えば、図５Ａに示すようなもの）と組み合わせて使用できる統合照明アタッチメント１９２を備えた例示的なイメージング装置１９０を示す。特に、照明装置１９２は統合光源１９４（例えば、単色又は多色ＬＥＤアレイ）のセットを含み、統合光源１９４のセットは、イメージング装置１９０の画像取得開口部１９６及びレンズ構成体１９８（これらは共に非図示のイメージング軸を画定する）の周囲の異なるそれぞれの側に配置されている。さらに、イメージング装置１９０の取り外し可能なカバー２００はフィルタ２０２ａ～２０２ｄのセットを含み、フィルタ２０２ａ～２０２ｄのセットは、カバー２００がイメージング装置１９０に取り付けられたときに光源１９４を覆うように構成されている。したがって、イメージング装置１９０は、４つの異なる方向から（例えば、物体の４つの異なる側から）投射される４つの異なるタイプの光で特定の物体（図５Ｂには示していない）を照らすことができる。したがって、イメージングセンサ１８０（図５Ａを参照）を用いて、単回画像取得からの入射光がフィルタリングされて、４つのサブ画像を提供することができ、サブ画像はそれぞれ、４つのフィルタ２０２ａ～２０２ｄのうちの別々のフィルタからの光とそれぞれ主に関連付けられる。その後、４つのサブ画像をまとめて処理して、詳細な表面表現を含む画像を生成することができる。
【0060】
図示の実施形態では、離散的な光源の４つの離散的なセットの４つのフィルタ２０２ａ～２０２ｄが、カバー２００の４つの離散的な部分の上に４つの離散的な四分儀を伴うアレイに配置される。同様に、４つのフィルタ２０２ａ～２０２ｄはそれぞれ、異なる偏光方向を有する離散的フィルタリング領域を提供し、対向するフィルタ２０２ａ，２０２ｄ及び２０２ｂ，２０２ｃは、互いに対して垂直な偏光方向を提供する。いくつかの実施形態では、上でも説明したように、この配置は、表面特徴の特に高品質の画像をもたらす場合があり、これには、対向方向からターゲットへの最も相対的に区別可能な光タイプ（例えば、垂直偏光方向の光）の投射に起因する、対向方向からの光の特定のサブ画像へ漏れが可能限り最小限となる結果としてもたらされる場合が含まれる。
【0061】
しかしながら、他の実施形態では、他のタイプのフィルタ又は他の数若しくは他の構成のフィルタリング領域が可能である。例えば、いくつかの構成では、垂直に配向された偏光フィルタを、互いに隣接して配置するか、あるいは他のかたちで、結果として得られる光タイプが隣接する方向からターゲットに投射されることを可能にするように配置してもよい。場合によっては、そのような構成は特定の表面タイプ、特徴又は配向について有用となる場合がある。さらに、別の例として、いくつかの実施形態では、角度範囲の周りで任意に配される偏光方向を含む、異なる偏光方向の任意のセットを効果的に有する複数の光タイプを使用することができる。
【0062】
図５Ａと図５Ｂの比較において示すように、フィルタアレイ１８４の偏光方向（又は方向）は、フィルタ２０２ａ～２０２ｄの偏光方向と実質的に同一であり、それぞれが１８０度にわたる範囲で４５度相対的に分離している（即ち、業界内で一般に許容される製造公差と同一である）。さらに、ピクセル検出器のサブセット１８２ａ～１８２ｄのそれぞれに対するフィルタアレイ１８４の偏光方向は、フィルタ２０２ａ～２０２ｄのうちの対応する１つの偏光方向と実質的に同相であるように構成される。いくつかの実施形態では、これにより、関連するサブ画像のそれぞれについて、特定のタイプの入射光を最大限使用することが可能となり得る。しかしながら、他の実施形態では他の構成が可能である。例えば、イメージングセンサ（又は複数のイメージングセンサ）についてのフィルタの偏光方向は、対応する入射光のタイプの偏光方向と位相がずれるように回転させることができる。これに関して、イメージングセンサ（又は複数のイメージングセンサ）についての偏光方向間の相対的な分離が入射光のタイプの偏光方向間の相対的分離と同じである限り、いくつかの構成において、適切に良好な画質を維持することができる。同様の考慮事項は、直線偏光ではなく楕円偏光又は円偏光を利用する実施形態であって、この点以外は図５Ａ及び図５Ｂに示すものと同様の構成を含む実施形態における、他のタイプの光に関しても適用することができる。
【0063】
場合によっては、上でも示唆したように、サブ画像を取得するために異なるタイプの光を主に使用して（又は区別可能な非重複を伴って）いるにもかかわらず、異なるサブ画像間で共通のデータがいくらかある場合がある。例えば、フィルタアレイ１８２（図５Ａ参照）の偏光フィルタは、特定の偏光方向の光を主に通過させるように配置され、類似した方向（例えば、４５度異なる）の偏光状態とされた光も特定のフィルタをいくらか通過することができる。したがって、特定の方向の偏光状態とされ、特定の方向から物体に投射される一部の光は、物体で反射し、異なる偏光方向及び異なる投射方向を有する光に主に関連するサブ画像の一部としてピクセル検出器によって取得され得る。メインのタイプの光（例えば、特定の偏光方向）がサブ画像内で優勢である場合を含め、場合によっては、上述のサブ画像の処理を、別のタイプの追加の光を効果的に無視しながら（例えば、ピクセル検出器のサブセットに当たる全ての光が１つのタイプのみであると仮定することによって）行うことができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、これに関して追加の処理ステップを設けることができる。
【0064】
また、上で説明したように、いくつかの実施形態では、複数のイメージングセンサでサブ画像を取得するように構成することができる。例えば、いくつかの実施形態は複数のイメージング装置を含むことができ、各イメージング装置は、少なくとも１つのタイプの光及び少なくとも１つの対応する照明方向に主に関連付けられる少なくとも１つのサブ画像を取得するように構成された少なくとも１つのイメージングセンサを有する。同様に、いくつかの実施形態は、複数のイメージングセンサを備えた単一イメージング装置を含むことができ、各イメージングセンサは、少なくとも１つのタイプの光及び少なくとも１つの対応する照明方向に関連付けられる少なくとも１つのサブ画像を取得するように構成される。
【0065】
図６は、開示された技術の一実施形態による例示的なマシンビジョンシステム２２０を示し、マシンビジョンシステム２２０は、別個のイメージングセンサ２２４ａ～２２４ｄをそれぞれが有する複数のイメージング装置２２２ａ～２２２ｄを備えている。またマシンビジョンシステム２２０はリングライト２２６を含み、リングライト２２６は、４つの異なるタイプの光２２８ａ～２２８ｄを４つの対応する方向からターゲット領域２３０に投射するように構成されるが、他の照明構成体も可能である。この構成により、単回画像取得のために投射されるような上記のタイプの光２２８ａ～２２８ｄは、ターゲット領域２３０内の物体２３２で反射して、最初に１つの光軸２３４に沿ってイメージング装置２２２ａ～２２２ｄに向かって進むことができる。光軸２３４に沿って配置され、あらゆるさまざまな公知のタイプのビームスプリッタとして構成することができる第１のビームスプリッタ２３６に光が到達すると、光を２つの別個の（例えば、垂直な）経路に分割することができる。次に、これらの経路はそれぞれ別のビームスプリッタ２３８，２４０と交差し、その結果、光が合計４つの別個の光軸にさらに分割され、それぞれが、イメージング装置２２２ａ～２２２ｄそれぞれのレンズ構成体及びイメージングセンサ２２４ａ～２２４ｄと整列している。
【0066】
さらに、４つの別個のフィルタ２４２ａ～２４２ｄのそれぞれが、これらの４つの光軸のそれぞれに沿って配置されている。したがって、単回画像取得の一部としてマシンビジョンシステムへの組み込みが認められているような４つ（又はそれ以下）の特定のタイプのうちの各タイプの光は、イメージングセンサ２２４ａ～２２４ｄのうちの特定の関連する１つのイメージングセンサによる特定のサブ画像の取得のために主に通過することができる。次に、電子コントローラ（図示せず）が、単回集合画像取得においてイメージング装置２２２ａ～２２２ｄによって別個に取得されて得られたサブ画像をまとめて処理して、物体２３２の表面特徴の高品質表現を有する結合画像を生成することができる。
【0067】
別の実施形態では、図６に示す原理は、複数の（例えば、少なくとも３つの）サブ画像を取得するために、複数の（例えば、少なくとも３つの異なる）タイプの光を１つ又は複数のイメージングセンサに向けるためのビームスプリッタの使用を含み、この原理を、本明細書に記載の他の例示的な構成と組み合わせて又はこれに代えて、実施することができる。同様に、図６ではイメージング装置２２２ａ～２２２ｄは別個の装置として示されているものの、いくつかの実施形態は同様の内部構成を有するより大きなイメージング装置を含むことができ、このイメージング装置においては、複数のイメージングセンサのそれぞれ又は１つのイメージングセンサの複数のサブセクションのそれぞれが、単回画像取得のために、それぞれのタイプの光及び関連するそれぞれの照明方向を使用してそれぞれのサブ画像を取得するように構成されている。同様に、フィルタ２４２ａ～２４２ｄはイメージング装置２２２ａ～２２２ｄの外側に配置されるように示されているが（例えば、取り外し可能なカバーを使用する結果そうなる可能性がある）、他の構成のフィルタは、特定のサブ画像を取得するために特定のタイプの光を選択的に主に通過させるために（そして選択的に他のタイプの光を主に除外するために）、さまざまなイメージング軸に沿ってさまざまな他の位置に配置することができる。他の実施形態ではビームスプリッタの他の構成も使用することができ、そして、光シールド２４４ａ～２４４ｄなどの遮蔽構成体を含む他のコンポーネントを、必要に応じて特定のビームスプリッタ又は他のイメージング装置に関連付けることができ、これによりサブ画像取得のための関連情報を確実に伝えることができる。
【0068】
上での議論と一致して、いくつかの実施形態は、開示されたマシンビジョンシステム１００，１５０，２２０（又は他のシステム）の１つ又は複数を使用して実施し得るものを含む、物体の表面の表面特徴の画像を取得する方法を含むことができる。図６に概略的に示すように、例えば、異なるそれぞれの方向からの複数のタイプの光、例えば、第１の方向からの第１のタイプの光及び第２の異なる方向からの第２の異なるタイプの光で、表面を同時に照らすことができる（３００）。次に、照らされた表面の単回画像取得を実行することができ（３１０）、これは例えば、第１のタイプの光を使用し、第２のタイプの光を少なくとも部分的に除外して、第１のサブ画像を取得し、そして、第２のタイプの光を使用し、第１のタイプの光を少なくとも部分的に除外して、第２のサブ画像を取得することを含む。第１のサブ画像及び第２のサブ画像に基づいて、関心のある表面特徴を含む表面の画像を生成することができる（３２０）。最後に、必要に応じて、生成された（３２０）画像を、任意のさまざまな公知の画像分析手法を使用して分析することができる（３３０）。
【0069】
いくつかの実例では、以下でさらに詳細に説明するように、上記方法は他の態様を含むことができる。
【0070】
いくつかの実例では、第１のサブ画像を取得することは、第２のタイプの光をフィルタリングして第２のタイプの光を少なくとも部分的に第１のサブ画像から除外することを含んでもよく、
第２のサブ画像を取得することは、第１のタイプの光をフィルタリングして第１のタイプの光を少なくとも部分的に第２のサブ画像から除外することを含んでもよい。
第２のサブ画像を取得することは、第１のタイプの光をフィルタリングして第１のタイプの光を少なくとも部分的に第２のサブ画像から除外することを含んでもよい。
【0071】
いくつかの実例では、単回画像取得は、１つ又は複数のイメージングセンサを使用して実行することができる。第１のサブ画像は、第２のタイプの光が１つ又は複数のイメージングセンサに到達する前に、第２のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。第２のサブ画像は、第１のタイプの光が１つ又は複数のイメージングセンサに到達する前に、第１のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。
【0072】
いくつかの実例では、第１のタイプの光は第１の偏光方向で偏光されてもよく、第２のタイプの光は、第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向で偏光されてもよい。
【0073】
いくつかの実例では、第１のタイプの光及び第２のタイプの光は直線偏光の偏光状態とすることができる。
【0074】
いくつかの実例では、第１のタイプの光及び第２のタイプの光は円偏光の偏光状態とすることができる。
【0075】
いくつかの実例では、第１のタイプの光及び第２のタイプの光は、楕円偏光の偏光状態とすることができる。
【0076】
いくつかの実例では、第１の偏光方向は、第２の偏光方向に対して少なくとも４５度オフセットされていてもよい。
【0077】
いくつかの実例では、第１のタイプの光は、第１の偏光フィルタを使用して表面に到達する前に偏光されてもよく、第２のタイプの光は、第２の偏光フィルタを使用して表面に到達する前に偏光されてもよく、第１の偏光フィルタ及び第２の偏光フィルタは、互いに対して第１の角度偏光分離を有する。
【0078】
いくつかの実例では、第１のサブ画像は、第２のタイプの光が表面を離れた後、第３の偏光フィルタを用いて第２のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができ、第２のサブ画像は、第１のタイプの光が表面を離れた後、第４の偏光フィルタを用いて第１のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。第３の偏光フィルタ及び第４の偏光フィルタは、互いに対して、第１の角度偏光分離と同じ（又は異なる）第２の角度偏光分離を有することができる。
【0079】
いくつかの実例では、第３の偏光フィルタ及び第４の偏光フィルタは、第１の偏光フィルタ及び第２の偏光フィルタに対してそれぞれ位相シフトされていてもよい。
【0080】
いくつかの実例では、第１のタイプの光は、主に第１の波長帯域内であってもよく、第２のタイプの光は、主に、第１の波長帯域と重複しない第２の波長帯域内にあってもよい。
【0081】
いくつかの実例では、第１のタイプの光及び第２のタイプの光で表面を照らすと同時に、第３の方向から第３のタイプの光で表面を照らすことができる。第３のタイプの光は、第１のタイプの光及び第２のタイプの光とは異なってもよく、第３の方向は第１の方向及び第２の方向とは異なってもよい。これに関して、単回画像取得を実行することは、第３のタイプの光を使用して第３のサブ画像を取得することをさらに含むことができる。表面の画像の生成は、さらに第３のサブ画像に基づくことができる。
【0082】
いくつかの実例では、第１のタイプの光、第２のタイプの光及び第３のタイプの光で表面を照らすと同時に、第４の方向から第４のタイプの光で表面を照らすことができる。第４のタイプの光は、第１のタイプの光、第２のタイプの光及び第３のタイプの光とは異なってもよく、第４の方向は、第１の方向、第２の方向及び第３の方向とは異なってもよい。これに関して、単回画像取得の実行は、第４のタイプの光を使用して第４のサブ画像を取得することを含むことができる。表面の画像の生成は、さらに第４のサブ画像に基づくことができる。
【0083】
いくつかの実例では、第１のタイプの光及び第２のタイプの光は、リングライトを使用して提供することができる。
【0084】
いくつかの実例では、第１のサブ画像及び第２のサブ画像は、１つのイメージングセンサで受信された光に基づいて取得することができる。第１のサブ画像は、１つのイメージングセンサのピクセル検出器の第１のサブセットに対して第２のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。第２のサブ画像は、センサのピクセル検出器の第２のサブセットに対して第１のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。
【0085】
いくつかの実例では、第１のサブ画像及び第２のサブ画像は、第１のイメージングセンサ及び第２のイメージングセンサで受信された光にそれぞれ基づいて取得することができる。
【0086】
いくつかの実例では、第１のサブ画像は、第２のタイプの光が第１のイメージングセンサに到達する前に第２のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。第２のサブ画像は、第１のタイプの光が第２のイメージングセンサに到達する前に第１のタイプの光をフィルタリングすることに基づいて取得することができる。
【0087】
いくつかの実施形態は、物体の表面の表面特徴の画像を取得するためのイメージングシステムを含むことができ、その例は、本明細書に開示されるマシンビジョンシステム１００，１５０，２２０（又は他のシステム）のうちの１つ又は複数によって表現されているか、あるいはその変形形態に適用可能である。１つ又は複数の光源は、第１の方向からの第１のタイプの光と第２の方向からの第２のタイプの光で同時に表面を照らすように構成することができる。第１のタイプの光と第２のタイプの光、第１の方向と第２の方向は、互いに異なる可能性がある。１つ又は複数のイメージングセンサは、表面の第１のサブ画像及び第２のサブ画像を同時に取得するように構成することができる。第１のサブ画像は、第１のタイプの光を使用し、第２のタイプの光を少なくとも部分的に除外して取得することができ、第２のサブ画像は、第２のタイプの光を使用し、第１のタイプの光を少なくとも部分的に除外して取得することができる。１つ又は複数の処理装置は、第１のサブ画像及び第２のサブ画像に基づいて表面特徴を含む表面の画像を生成するように構成することができる。
【0088】
いくつかの実施形態では、イメージングシステムは、以下でさらに詳細に説明するように、他の態様を含むことができる。
【0089】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の光源は、第１の偏光方向を有する第１のタイプの光を提供し、そして第１の偏光方向とは異なり得る第２の偏光方向を有する第２のタイプの光を提供するように構成することができる。
【0090】
いくつかの実施形態では、トーン又は複数のフィルタを、１つ又は複数のイメージングセンサと表面との間に配置することができる。１つ又は複数のフィルタは、第２のサブ画像及び第１のサブ画像に対して第１のタイプの光及び第２のタイプの光をそれぞれフィルタリングするように構成することができる。
【0091】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のフィルタは、第１のサブ画像を取得するための第１の偏光方向の光を通過させるように構成された第１の表面後偏光フィルタと、第２のサブ画像を取得するための第２の偏光方向の光を通過させるように構成された第２の表面後偏光フィルタと、を含むことができる。
【0092】
いくつかの実施形態では、第１の偏光方向は、第２の偏光方向に対して少なくとも４５度オフセットされてもよい。
【0093】
いくつかの実施形態では、第１の偏光方向は、第２の偏光方向に対して９０度オフセットされてもよい。
【0094】
いくつかの実施形態では、第１の偏光フィルタ又は第２の偏光フィルタのうちの少なくとも１つは直線偏光フィルタとしてもよい。
【0095】
いくつかの実施形態では、第１の偏光フィルタ又は第２の偏光フィルタのうちの少なくとも１つは円形偏光フィルタとしてもよい。
【0096】
いくつかの実施形態では、第１の偏光フィルタ又は第２の偏光フィルタのうちの少なくとも１つは楕円偏光フィルタとしてもよい。
【0097】
いくつかの実施形態では、第１の表面前フィルタ及び第２の表面前フィルタは、１つ又は複数の光源からの光に第１の偏光方向及び第２の偏光方向をそれぞれ与えるように構成することができる。
【0098】
いくつかの実施形態では、第１の表面前フィルタ及び第２の表面前フィルタは、それぞれ、第１の表面後フィルタ及び第２の表面後フィルタに対して位相シフトされたものとすることができる。
【0099】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のフィルタは、第１のサブ画像の取得のために第１の波長帯域の光を通過させるように構成された第１の表面後偏光フィルタと、第２のサブ画像の取得のために第２の波長帯域の光を通過させるように構成された第２の表面後偏光フィルタと、を含むことができる。
【0100】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の光源は、第３の方向からの第３のタイプの光及び第４の方向からの第４のタイプの光で、同時に、表面をさらに照らすように構成することができる。また、１つ又は複数のイメージングセンサは、表面の第３のサブ画像及び第４のサブ画像を同時に取得するよう構成することができる。第３のサブ画像は第３のタイプの光を使用して取得することができ、第４のサブ画像は第４のタイプの光を使用して取得することができる。１つ又は複数の処理装置は、第３のサブ画像及び第４のサブ画像にも基づいて表面の画像を生成するように構成することができる。
【0101】
いくつかの実施形態では、第１のタイプの光、第２のタイプの光、第３のタイプの光及び第４のタイプの光は、第１の偏光方向、第２の偏光方向、第３の偏光方向及び第４の偏光方向をそれぞれ有することができる。第１の方向、第２の方向、第３の方向及び第４の方向は、物体の第１の側、第２の側、第３の側及び第４の側に対応することができる。
【0102】
いくつかの実施形態では、第１の側は第３の側の反対にあってもよく、第１の偏光方向は第３の偏光方向に垂直でもよい。
【0103】
いくつかの実施形態では、第２の側は第４の側の反対にあってもよく、第２の偏光方向は第４の偏光方向に垂直でもよい。
【0104】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のイメージングセンサは、ピクセル検出器の第１のサブセット及び第２のサブセット上で第１のサブ画像及び第２のサブ画像を取得するように構成された１つのイメージングセンサを含むことができる。
【0105】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のフィルタは、ピクセル検出器の第１のサブセットに対して第２のタイプの光をフィルタリングし、ピクセル検出器の第２のサブセットに対して第１のタイプの光をフィルタリングするように構成することができる。
【0106】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のイメージングセンサは、第１のサブ画像を取得するように構成された第１のイメージングセンサと、第２のサブ画像を取得するように構成された第２のイメージングセンサと、を含むことができる。
【0107】
いくつかの実施形態では、ビームスプリッタは、表面から受け取った光を第１のイメージングセンサ及び第２のイメージングセンサに向けるように構成することができる。第１のフィルタは、第１のイメージングセンサに対して第２のタイプの光をフィルタリングするように構成することができる。第２のフィルタは、第２のイメージングセンサに対して第１のタイプの光をフィルタリングするように構成することができる。
【0108】
いくつかの実施形態は表面検査装置を含むことができ、その例は、本明細書に開示されるマシンビジョンシステム１００，１５０，２２０（又は他のシステム）のうちの１つ若しくは複数を利用することができる、又はそれにより表現できる、又はそれのバリエーションに適用することができる。イメージング装置は、ピクセル検出器の少なくとも３つのサブセットを含む１つ又は複数のイメージングセンサを含むことができる。照明構成体は、少なくとも３つの方向から少なくとも３つのタイプの光でターゲット領域を照らすように配置された１つ又は複数の光源を含むことができる。少なくとも３つのタイプの光のうちの各々は、他の少なくとも２つのタイプの光とは異なる偏光方向を有することができるとともに、少なくとも３つの方向のうち、上記他の少なくとも２つのタイプの光とは異なる別の方向からターゲット領域に向けられてもよい。フィルタ構成体は、少なくとも３つのタイプの光の各々を、ピクセル検出器の少なくとも３つのサブセットのうちの対応する１つに対して選択的にフィルタリングするように配置することができる。１つ又は複数の処理装置は、ターゲット領域内の物体の単回取得を実行するように構成することができ、これにはピクセル検出器の少なくとも３つのサブセットに対応する少なくとも３つのサブ画像の取得が含まれる。
【0109】
いくつかの実施形態では、表面検査装置は、以下でさらに詳しく説明するように、他の態様を含むことができる。
【0110】
いくつかの実施形態では、イメージング装置は、少なくとも３つのサブ画像の各々に基づいて物体の表面の画像を生成するように構成することができる１つ又は複数の処理装置をさらに含むことができる。画像を生成することは、少なくとも１つのサブ画像のうちの１つにおけるピクセル値を、少なくとも１つのサブ画像のうちの別の１つにおけるピクセル値から差し引くことを含むことができる。
【0111】
いくつかの実施形態では、照明構成体はライトリングであってもよい。
【0112】
いくつかの実施形態では、照明構成体は、１つ又は複数のイメージングセンサを囲むイメージング本体部に取り外し可能に固定されるように構成され得る照明アタッチメントであってもよい。
【0113】
いくつかの実施形態では、照明アタッチメントは、画像取得開口部の周囲に配置された光源のアレイと、光源のアレイと整列された少なくとも３つの偏光フィルタと、を含むことができる。
【0114】
いくつかの実施形態では、照明アタッチメントは、４つのタイプの偏光を提供することができるよう光源のアレイと整列した４つの偏光フィルタを含むことができる。１つ又は複数のイメージングセンサは、ピクセル検出器の４つのサブセットを含むことができる。ターゲット領域内の物体の単回取得の実行は、ピクセル検出器の４つのサブセットに対応する４つのサブ画像を取得することを含むことができる。
【0115】
いくつかの実施形態では、アタッチメントである偏光フィルタはそれぞれ、異なる偏光方向を有することができる。
【0116】
いくつかの実施形態では、アタッチメントである偏光フィルタの第１のアタッチメント偏光フィルタ及び第２のアタッチメント偏光フィルタは、画像取得開口部の対向する第１の側及び第２の側に配置することができ、互いに対して垂直な偏光方向を有することができる。
【0117】
いくつかの実施形態では、アタッチメントである偏光フィルタの第３のアタッチメント偏光フィルタ及び第４のアタッチメント偏光フィルタは、画像取得開口部における、対向する第１の側及び第２の側とは別の、対向する第３の側及び第４の側に配置することができ、互いに対して垂直な偏光方向を有することができる。
【0118】
いくつかの実施形態では、イメージング装置は、ピクセル検出器の４つのサブセットを含むことができ、フィルタ構成体は、アタッチメントである偏光フィルタからの偏光を通過させるようにそれぞれが構成された４つのセンサ偏光フィルタを含むことができる。
【0119】
いくつかの実施形態では、センサ偏光フィルタの各々は、アタッチメントである偏光フィルタの各々と同相であってもよい。
【0120】
いくつかの実施形態では、アタッチメントである偏光フィルタは照明アタッチメントから取り外し可能であり、これにより光源のアレイからの光について、偏光状態を再設定可能とすることができる。
【0121】
いくつかの実施形態では、ピクセル検出器の４つのサブセットを１つのイメージングセンサに含めることができる。
【0122】
いくつかの実施形態では、ピクセル検出器の４つのサブセットそれぞれを、異なるイメージングセンサに含めることができる。複数のビームスプリッタを配置して、物体から反射された光をピクセル検出器の４つのサブセットのそれぞれに向けることができる。
【0123】
上に開示された特定の実施形態は単なる例にすぎず、本技術は、本明細書において教示された内容の利益を得る当業者に明らかな、異なる、しかし同等のかたちで修正及び実施され得る。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されている場合を除き、本明細書に示されている構造又は設計の詳細は、限定を意図していない。したがって、上に開示された特定の実施形態が変更又は修正され得、そのようなバリエーションは全て、本技術の範囲内であり精神に含まれるものと考えられることは明らかである。したがって、本明細書で求める保護は以下の特許請求の範囲に記載される通りのものである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
