专利名称：光学式计量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在检查计量对像物体的断面轮廓形状等情况下利用适合的光切断法的光学式计量装置，特别是涉及对因表面特性等引起浓度不均匀的光切断的轮廓线像难于计量对像物体也能进行高精计量的光学式计量装置。
背景技术：
具有下述构成的利用光切断法的光学式计量装置(也称为“位移检测器”)是公知的，该装置具有把来自光源的光整形成窄断面光并以规定的角度照射在计量对像物体表面上的照明装置、从与窄断面光照射角度不同的角度使用二维摄像元件对计量对像物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而取得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄像装置、就由该摄影装置获得的光切断面轮廓线图像通过进行规定的处理来生成计量值和/或判定值的计量装置。在此，窄断面光的断面构成的直线方向在二维摄影元件的视野中与垂直扫描方向对应。另外，当计量装置(一般称检测头)与计量对像物体的距离变化时，窄断面光构成的断面轮廓线像在计量对像物体表面上移动的方向在二维摄像元件的视野中与水平扫描方向对应。因此在二维摄像元件的受光面上形成光切断面的断面轮廓像。
按照该光学式计量装置，由于采用具有直线形断面的窄断面光作为切断光，所以如采用具有点状断面的斑点光作为切断光那样，即使不使切断光和计量对像物体相对移动，也可以成批取得沿一确定直线一连串计量点的信息。因此，如果例如应用在流水生产线上的工业制品的检查时，则可以根据这些一连串的计量点的信息，精确测量计量物体表面各部分的尺寸，迅速而准确地判断制品是否优良。
在这种工业制品的检查等中，如果设想具有各种表面特性的计量对像物体就不行。在工业制品中因为表面特性(例表面的粗糙度，色彩等)不是一样的，所以反射率在局部上是不同的。
在这样的情况下，如设反射率高的部分为A部，设反射率低的部分为B部，在照射在计量对像物体上的窄断面的光中，当以照射在A部上的窄断面光部分像映出成鲜明的摄影条件用二维摄影元件进行摄影时，照射在B部上的窄断面的光部分的像辉度就不足。反之当以照射在B部上的窄断面的光部分的像映出成鲜明的摄影条件利用二维摄影元件进行摄影时，往往因A部的图像辉度饱和而不能进行正常的计量。
在图41(a)和(b)中示出了这种情况。在图41(a)中，在左侧示出了沿窄断面光的照射位置的计量对像物体的侧断面，在右侧示出被二维摄像元件得到的图像。该计量对像物体存在图中用空白表示的左半份区域和用全部涂黑表示的右半份区域。左半份区域的反射率大，图中用两个粗而长的箭头表示，右半份区域的反射率�。贾杏孟付痰募繁硎�。另外，如果看被二维摄像元件得到的图像，则作为横方向长的长方形描绘的是二维摄像元件的一个画面份的图像。图中左方向相当于窄断面元的断面光线方向，而上下方向相当于计量物体的高度方向。在一画面份的图像内左下描绘的并向左右方向延伸的粗直线是照射在计量对像物体上的窄断面光的照射光的像。这个粗直线本应大致沿伸到画面左右方的整个宽度。在这个例子中，因为计量对像物体的右半份区域的反射率�。嗟庇谟野敕莸牟糠植荒艿玫匠浞值幕远龋虼嗽谕贾腥鄙儆眯橄弑硎镜挠野敕�。如果根据这样的图样进行计量，虽然能计量计量对像物体的左半份区的一连串的高度(断面轮廓线)，但对右半份区域完全不能计量该一连串的高度。
在图40(b)中，该计量对像物体具有占据左侧大部分的左侧区域和占据右侧大部分的右侧区域，以及被这两个区域夹着的凹槽。左侧区域和右侧区域的反射率，图中用粗而长的两个箭头表示，被虚线包围的区域的反射率�。贾杏孟付痰囊桓黾繁硎�。另外，如果看被二维摄像元件得到的图像，则在一部画面份图像内的部的下部描绘的并且向左右方向延伸的中央中间断开的粗直线是照射在计量对像物体上的窄断面光的照射光的像。在这个例子中，因为对像物体的凹槽区域的反射率�。嗟庇诎疾矍虻牟糠植荒艿玫匠浞值幕远龋虼嗽谕贾斜蛔笥曳较蜓由斓拇种毕叩男橄甙У闹醒氩糠秩笔�。如果根据这样的图像进行计量，虽然能计量除对像物体的凹槽区域以外的左侧区域和右侧区域的一连串的高度(断面轮廓线)，但对凹槽区域却不能计量所述的一连串的高度。
另外，在工业制品中，因为表面局部倾斜而使引起反射率局部不同，在这种情况下，因反射光量不足而使图像变暗，往往也不能进行正常计量。
在图42(a)中示出了这种情况。图中记载的约束事项与上述相同。该计量对像物体具有左侧水平低区域、中央水平高区域、右侧水平低区域、连接左侧水平低区域和中央水平高区域的左侧倾斜区域、和连接中央水平高区域和右侧水平低区域的右侧倾斜区域。左右的水平低区域和中央水平高区域的反射率是大的，如图中用粗而长的向上的箭头所示那样，被虚线包围的左右倾斜区域的反射率是小的。另外如果看被二维摄像元件得到的图像，则在一画面份的图像内描绘的并向左侧、中央、右侧的左右方向延伸的三条直线和连接它们的左右的倾斜直线是照射在计量对像物体上的窄断面光的照射光的像。在这个例子中，因为计量对像物体的左右倾斜区域的反射率�。瓜嗟庇谡饬礁銮阈鼻虻谋话У牟糠植荒艿玫匠浞值幕远龋虼嗽谕贾邢嗟庇谧笥仪阈辈糠值挠眯橄甙У那虮浒�。如果根据这样的图像进行计量，虽然能计量除计量对像物体的左右倾斜区域的左右水平低区域和中央水平高区域的一连串高度(断面轮廓线)，但对左右的倾斜区域则因辉度不足而不能进行正常的计量。
另外，在工业制品中，因为表面的局部为曲面而反射率局部不同。在这种情况下，因反量光量不足，使图像变暗，往往不能进行正常计量。
在图42(b)中示出了这种情况。图中记载上的约束事项与上述的相同，该计量对像物体具有左右平面区域和中央的曲面区域。左右的平面区域的反射率是大的，如图中用粗而长的箭头所示那样，被虚线包围的中央曲面区域的反射率是小的。另外如看二维摄像元件得到的图像，在一画面份的图像内描绘的并向左侧和右侧的左右方向延伸的直线是照射在计量物体上的窄断面光的照射光的像。在这个例子中，因计量对像物体的曲面部分的反射率小，而使相当于该曲面部分的部分不能得到充分的辉度，因此使图中被虚线包围的中央区域辉度显著变低而图像缺失。如根据这样的图像进行计量，虽然能计量除计量对像物体的中央曲面区域外的左右平面区域的一连串的高度(断面轮廓线)，但对中央因辉度不足却不能进行计量。
发明内容
本发明是鉴于上述的现有技术中的问题而提出的，其目的是提供一种具有下述优点的光学式计量装置即使例如对表面反射率不同、在表面上存在凹槽、在表面上存在倾斜面或在表面上存在曲面等的计量对像物体也能使用进行高精度的断面轮廓线计量的窄断面光切断法。
本发明的另一目的是，提供一种在因干扰引起断面轮廓像的一部分局部缺失的情况也能适宜地对其修复的光电式计量装置。
本发明的又一个目的是，提供一种在以计量对像物体表面上的窄断面的光照射的部分中部分为目标通过设定计量对像区域进行计量的情况下能自动地修正上述特定部分和计量对像区域的偏差的光学式计量装置。
关于本发明的其它目的和作用效果，通过参照以下说明书的记载，对本技术领域的普通技术人员来说将不难理解。
本发明的光学式测定装置装备有多图像取得装置，图像合成装置和计量装置。
多图像取得装置包括把来自光源的光整形为窄断面光并以规定角度照射到计量对像物体表面上的照明装置，利用二维摄像元件从与上述窄断面光的照射角度不同的角度对上述计量对像物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而获得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄影装置，通过改变规定影响由上述摄影装置得到的图像的辉度的摄影条件的参数中至少一个值来改变可扫描图像辉度的参数值的改变装置，并取得与上述摄影条件不同的多幅图像；图像合成装置在每个预先设定的划分的区域从通过多图像取得装置取得的多幅图像中抽出满足规定的最大辉度条件的划分的区域图像，并通过收集这些抽出的各划分的区域图像生成包含一连串的断面轮廓线部分像的合成图像；计量装置根据包含在通过上述图像合成装置生成的合成图像中的一连串的断面轮廓线部分像并通过进行规定的计量处理生成计量值和/或判定值。
在此，也可以通过一连串的“计量值”生成有关沿着窄断面光照射位置的上述计量对像物体表面的离开上述多图像取得装置的距离分布。
按照这样的构成，一边改变规定影响断面轮廓线像的辉度的摄影条件的参数中的至少一个值扫描图像的辉度，一边从在该状态下利用多图像取得装置得到的多幅图像的中心收集满足在预先设定的划分的区域抽出的规定的最大辉度条的划分的区域图像，借此生成包含一连串的断面轮廓线部分像的合成图像，从而在计量处理中，根据收集组成一连串的断面轮廓线部分像的鲜明的图像进行规定的计量处理，借此可以生成高精度的计量值和/或料定值。
可以采用各种参数作为规定影响断面轮廓线像的辉度的摄影条件。光源的光量和/或二维摄影元件的快门时间在容易控制方面是特别有效的。作为其它的参数可以举出照明侧的放大器增益和受光侧的放大增益等。在采用CCD像检测器作二维摄像元件的情况下，作为上述的参数可以举出(1)CCD像检测器的快门时间，(2)脉冲的占空比，(3)视频信号的放大率，(4)照明脉冲的峰值光量等。
在按每规定的改变单位量改变参数值的情况下，也可以改变单位改变量。并且也可以改变参数值的最大改变范围。从而能在窄断面光照射位置上的各个区域的每个上取得最适合辉度的图像。另外，参数值的改变范围也可以根据试验结果自动地设定。这样一来，因为在设定参数值的改变范围时不用人的判断，所以即使在每个计量对像物体上其表面特性差别大的情况下，也能容易准确而迅速地设定最佳的参数值的最大改变范围。并且还能根据划分的划分的区域中的断面轮廓线部分的辉度自动地修正参数值改变单位量和/或最大改变范围。这样一来，可以极大地节省改变单位量和/或改变范围的设定手续。
作为为了划分的区域图像而预先设定的区域，可以根据整定摄影的视野和断面轮廓线像的位置和大小等设定成各种。如果把用由二维摄像元件取得的图像中的一个或两个以上的水平扫描线构成的区域作为划分区域，则因图像取得单位和图像处理单位整合而使控制容易。
作为图像合成装置，可以包括可写入上述二维摄影元件的一画面份的图像的图像存储器；在每个适合地划分上述图像存储器而形成的各划分的区域中存储写入许可或写入禁止的写入控制标志存储器；在包含满足在上述图像存储器的各划分的区域内规定的最大辉度条件的断面轮廓线部分的划分的区域图像写入的时刻，把与该划分的区域对应的写入控制标志存储器设定为写入禁止的标志控制装置。
这样一来，可以同时几乎同时进行被多图像取得单元取得图像的动作和合成该取得的图像的动作，从而谋求缩短处理时间。
这时，在图像存储器的各划分的区域的全部或预定的全部上写入满足规定的最大辉度条件的划分的区域时，如果使多图像取得装置中的图像结束，则因省略无用的图像取得动作而可以谋得进一步缩短处理时间。再有，这时如果把图像存储器在每个由一个或相邻接的两个以上的水平扫描线构成的区域上划分，并且把这个区域作为划分的区域，则因为使来自构成多图像取得装置的摄像元件的图像取得单位和写入到图像存储器的图像的单位一致，而使写入控制容易，从而可以谋求缩短处理时间。如上所述，窄断面光的位断面构成的直线方向在二维摄像元件的受光面上与垂直扫描线方向相对应。并且在计量装置计量对像物体的距离变化时，窄断面光构成的断面轮廓线像在计量对像物体表面上移动的方向在二维摄像元件的受光面上与水平扫描线方向相对应。
在一个优选的实施方式中，多图像取得装置收容在第一壳体中并构成检测器单元，而同时图像合成装置和计量装置收容在第二壳体中并构成信号处理单元。并且图像监视器可与信号处理单元在外部连接。
如果利用这样的构成，关于检测器单元以容易计量的方式安装在计量对像物体附近，而关于信号处理单元配置在操作者容易处理的地方，通过把图像监视器连接在其上面、而可以适当能进行计量和各种监视。
使用在以上说明的光学式计量装置中的多图像取得装置也能本身独立地变成多图像取得装置。这时，多图像取得装置包括把来自光源的光整形为窄断面光并以规定角度照射到计量对像物体表面上的照明装置；使用二维摄像元件从与窄断面光照射角度不同的角度对上述计量物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而获得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄影装置；通过改变规定影响由上述摄影装置得到的辉度的摄影条件的参数中至少一个值来可扫描地改变图像辉度的参数值的改变装置；借此能取得上述摄影条件不同的多幅图像。一般说来，这样的多图像取得装置可以作具有单一的壳体的检测头单元构成。
另外，包含在上述光学式计量装置中的图像合成装置可以作为独立的信号处理装置构成。
这时，信号处理装置具有图像合成装置，该图像合成装置在每个预先设定的划分的区域从通过多图像取得装置取得的多幅图像中抽出满足规定的最大辉度条件的划分的区域图像，并通过收集这些抽出的各划分的区域图像生成包含一连串的断面轮廓线部含像的合成图像；根据包含在通过上述图像合成装置生成的合成图像中的一连串的断面轮廓线部分像并通过进行规定的计量处理生成计量值和/或判定值的计量装置；并按照以能进行关于上述计量对像的断面计量的方式构成。
一般说来，这样的信号处理装置可以作为具有单一壳体的信号处理单元构成。
在以上说明的光学式计量装置中也可以不设置有修正由图像合成装置生成的合成图像中的断面轮廓线像的部分的缺失的图像修正装置。
这样一来，即使通过改变参数值在合成图像中的任何的划分区域中产生断面轮廓线像的缺失等场合下，可以通过在合成图像取得后的阶段修正该缺少，防止因这样的局部缺失而引起的计量不良和不能的危险。
可以采用各种算法作为用于实现上述图像合成装置的算法。作为第一种方法可以举出一边对构成合成图像的各水平扫描线的图像按线顺次核查断面轮廓线部分像的有无，一边对断面轮廓线部分像有缺失的水平扫描线用与附近的水平扫描线相同的图像置换。另外，作为第二种方法可以举出一边就构成合成图像的各水平扫描线的图像按线顺次核查断面轮廓线部分像的有无，一边就断面轮廓线部分像缺失的水平线的图像使其前后的水平行的图像进行内插。作为第三种方法一边就构成合成像的各水平扫描线的图像按线顺次核查断面轮廓线部分像的有无偏离基准值的辉度的大�。槐呔投厦媛掷卟糠窒袢笔У乃较叩耐枷窀萜淝昂蟮南叩亩厦媛掷糠窒竦幕远攘越心诓寤蛑弥焕�。
如上述所述，就本发明的光学式计量装置，也还可以设置用于在另外设置的图像监视器的画面上映出规定的映像的监测器输出的监视器输出生成装置。这时，作为能在图像监视器的画面上映出的规定映像，可以举出多种。第一可以举出通过图像合成装置生成的合成图像的装置，第二可以举出表示被合成图像中选择的水平扫描线的光标和由上述光标选择的水平扫描线的辉度分布曲线(线亮度波形)。第三可举出表示上前述合成图像中选择的水平扫描线的光标和表示由上述光标选择的水平扫描线的摄影条件的显示。第四可以举出对每条构成合成图像的各水平扫描线，显示在其水平扫描线上断面轮廓线部分像的无的标记。第五可以举出对每条构成上述合成图像的各扫描水平行显示在其水平行上有断面轮廓线部分上有的标记。
在本发明的光学式计量装置中设置用于通过图像监视器的画面和指示器件与操作者进行对像的图解·用户·接口。
具有以上说明的特征的本发明的光学计量装置可以应用在工厂等的生产流水线的工业制品的各种形状检查等上。这时在窄断面光照射的直线上区域内设定计量对像区域，集中在包含在该计量对像区域中的特定部上并运行从计量直到监视的是通例。载置在传送带上被运送的工业制品在每个上都存在制品的与运送方向垂直的方向和与运送面垂直高度方向有一些偏离的危险。在这种情况下，如果计量区域固定，则有发生不能正确检测作为B的特定像部的危险。
因此在本发明的光学式计量装置中，也可以设置用于针对与计量对像物体的相对移追踪计量位置的跟踪控制装置。
图1是适用于本发明的位移检测系统全体外观图。
图2是表示检测头单元和光学系统和检测对像物体关系的说明图。
图3是表示检测头单元的内部构成的图。
图4是信号处理单元的硬件构成图。
图5是从图像取入到计量处理的定时图。
图6是表示FPGA和CPU的细节的方框图。
图7是表示多图像取得·合成处理的流程图(之一)。
图8是表示多图像取得·合成处理的流程图(之二)。
图9是表示逐行处理的流程图。
图10是表示数据确定处理的流程图。
图11是说明行数据寄存器的数据更新内容的图。
图12是表示映像输入与图像存储器的内容关系的说明图(之一)。
图13是表示映像输入与图像存储器的内容关系的说明图(之二)。
图14是表示映像输入与图像存储器的内容关系的说明图(之三)。
图15是用于受光条件限定的指导处理的说明图。
图16是表示监视器的一般显示器的说明图。图17是用于对存在不能计量区域的处理的说明图(之一)。图18是用于对存在不能计量区域的处理的说明图(之二)。图19是表示计量用图像处理的流程图(之一)。图20是表示计量用图像处理的流程图(之二)。图21是对用于受光条件改变的指导处理的说明图。图22是表示受光条件改变处理的流程图。图23是说明表改写处理的图。图24是不能计量情况发生原因的说明图(之一)。图25是横向摆动对策(高度计量)的动作流程图。图26是表示段分割处理的流程图。图27是阶级高度差计量时的横向摆动对策的说明图(之一)。图28是阶级高度差计量时的横向摆动对策的说明图(之二)。图29是利用微分的门限值计算处理的说明图。图30是凹部的高度计量时的横向摆动对策的说明图。图31是不能计量情况发生原因的说明图(之二)。图32是纵向摆动对策(宽度计量)动作流程图。图33是宽度计量时的纵向摆动对策的说明图(之一)。图34是宽度计量时的纵向摆动对策的说明图(之二)。图35是高度计量时的纵、横不稳的对策的说明图(之一)。图36是高度计量时的纵、横不稳的对策的说明图(之二)。图37是纵、横不稳对策的动作流程图。图38是对高度分布不能计量的区域处理的说明图(之一)。图39是对高度分布不能计量的区域处理的说明图(之二)。图40是对高度分布不能计量的区域处理的说明图(之三)。图41是不良图像出现原因的说明图(之一)。图42是不良图像出现原因的说明图(之二)。
具体实施例方式
下面参照
本发明的优选实施例。图1示出了作为本发明的一实施方式的位移检测系统的整体概略外观图的一例。如图中所示，该位移检测系统包括检测头单元1、用于处理从该检测头单元得到的映像信号的信号处理单元2、用于对信号处理单元2供给各种指令的便于使用式控制台单元3、用于表示在信号处理单元2中生成的计量结果和其它各种操作向导等的图像监视器4等。
如后面详细说明那样，在检测头单元1中具有把来自光源的光整形为窄断面光并以规定角度照射到计量对像物体表面上的照明装置，利用二维摄像元件从与上述窄断面光的照射角度不同的角度对上述计量对像物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而获得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄影装置，通过改变规定影响由上述摄影装置得到的图像的辉度的摄影条件的参数中至少一个值来改变可扫描图像辉度的参数值的改变装置；取得上述参数值不同的多幅图像的多图像取得装置几乎全部内装在该检测头单元1中。
另外，在信号处理单元2中，包括图像合成装置，该图像合成装置在每个预先设定的划分的区域从通过多图像取得装置取得的多幅图像中抽出满足规定的最大辉度条件的划分的区域图像，并通过收集这些抽出的各划分的区域图像生成包含一连串的断面轮廓线部分像的合成图像；和根据包含在通过上述图像合成装置生成的合成图像中的一连串的断面轮廓线部分像并通过进行规定的计量处理生成计量值和/或判定值的计量装置。
也就是说，检测头部1通过把窄断面光6照射在计量物体5上并用作为二维摄像元件的CCD像检测器接收该反射光7而生成包含计量对像物体5的表面位移的映像信号。另外，符号8是代表通过光窄断面光6的照射在上计量对像物体5的表面上生成的线状光像(直线状亮线)。
在图2中示出了表示检测头单元1的光学系统和检测对像物体的关系的说明图。如图2(b)所示，在检测头单元1内包括窄断面光源112、通过把从窄断面光源112发出的光适当会聚整形而生成窄断面光6的照明用光学系统113、用于将窄断面光6的反射光7引导到二维CCD像检测器122的受光用光学系统121。如图2(a)所示，在该例中，把窄断面光6变成具有宽W的比较宽的窄断面光，并且在计量对像物体5的上面上形成台阶部5a。因此在阶梯部5a的宽度比窄断面光6的宽度W窄的情况下，不进行检测头单元1与计量对像物体5的相对移动，从而可以直接计量阶梯部5a的高度。
在图3中示出了检测头单元1的内部电路构成的图。检测头单元1通过把作为计量光的窄断面光6从正上方照射到计量对像物体5的表面上，并在该状态下用CCD像检测器122从另外的角度摄影计量物体的表面，而生成包含窄断面光的照射光像8的计量对像物体表面的映像信号Vs。
在检测头单元1的内部包括用于把窄条光6照射到计量对像物体5的照明系统元件(激光二极管(LD)驱动电路111、激光二极管(LD)112、照明透镜113)、和用于接收从计量对像物体5的反射光7的接收光学系统的元件(受光透镜121、CCD像检测器122、放大电路123、高通滤波器(HPF)124、采样保持S/H)电路125、AGC放大电路126)。
现在进一步说明照明系统元件。定时信号发生电路101发生用于使激光二极管121的LD驱动脉冲信号P1。驱动电路111响应LD驱动脉冲信号P1使LD112发射脉冲光。而定时信号发生电路101通过LD驱动电路111控制脉冲状激光的峰功率。从LD112射出的脉冲状光通过照明透镜113变成窄断面光6照射到计量对像物体5的表面上。从而在计量对像物体5的表面上形成由窄截面光照射的直线状的光像。
在上述的构成中，脉冲驱动LD112时的占空比和脉冲激光的峰功率等相当于对包含通过CCD像检测器122得到的图像中的断面轮廓线像的辉度产生影响的参数之一。
现在进一步说明受光系元件，被计量对像物体5反射的窄断面光的反射光通过受光透镜121入射到作为二维摄像元件的CCD像检测器(以下简称为CCD)122上。也就是说，计量对像物体5的表面被CCD122摄影，被变换成包含窄断面光的照射光像的映像信号。
CCD122的受光面上的窄断面光照射光像的位置以能响应作为目标的位移(例如检测头单元与计量对像物体5的距离)的方式确定LD112、CCD122、照明透镜121的位置关系。
从CCD122输出的映像信号按各像素被放大电路123放大后，通过高通滤波器(HPF)除去在各像素之间出现的零电平信号的波动，再通过采样保持(S/H)电路125进行像素间的连续性修正，以便通过连接相邻像素的间隙以使各像素信号正确地代表受光量。然后通过AGC放大电路126适当地控制信号值的大�。魑诚裥藕臯s输送给信号处理单元2。另外，在图2中，SYNC是作为定时信号基准的同步信号，PWR是供给电源。
利用定时信号发生电路101发送出的脉冲信号P2通过CCD控制电路131控制包含快门时间的CCD122的驱动状态。同样，利用脉冲信号P3和P4控制采样保持电路(S/H)12的峰保持定时、AGC放大电路128的增益等的切换定时。
在上述的构成中，CCD122的快门时间，AGC放大电路126的增益相当于规定对包含通过CCD像检测器122得到的图像中的断面轮廓线像的辉度产生影响的摄影条件的参数之一。
在计量条件存储部141中存储由CCD快门时间、LD发光时间LD峰功率、AGC放大电路的增益等参数规定的摄影条件多个参数，利用来自信号处理单元2的控制信号CONT可以选择各种摄影条件。更具体地说，作为影响该图像辉度的摄影条件，例如可以准备从状态0到31的32种状态。各状态的摄影条件的内容通过使先描述的各种参数(CCD快门时间、LD发光时间、LD峰功率、AGC放大电路增益)中的至少两个以上的组合确定。
也就是说，只用CCD快门时间、LD发光时间、LD峰功率、AGC放大电路增益等的参数中的一种把值改变为32种，也可以通过分别适当改变两个以上的参数来构成32种摄影条件。然后使准备的这32种摄影条件响应从信号处理单元2到来的控制信号CONT自动地切换，从而可以边使摄影条件最大切换为32种，边进行利用CCD像检测器122的摄影。另外，如后面详细说明那样，按照本发明，这时的参数改变单位量和最大改变范围与计量对像物体配合或根据计量对像物体的摄影结果可以改变。从而实现在取入图像时确定的细的摄影条件改变控制。
在图4中示出了信号处理单元2的硬件构成。如图中所示，在信号处理单元2中，包括FPGA(滤波器·可编程序·选通·阵列)201、CPU202、图像存储器203、显示存储器204、A/D变换器205、D/A变换器206、检测头驱动用的接口207、控制输出用的外部接口208。
在FPGA201中包括图像存储控制部201a和特征抽出部201b。图像存储控制部201a控制与图像存储器203对应的数据(例如通过从检测头单元的映像信号Vs取入的图像数据等)的写入和读出等，后述的特征抽出部201b进行特征抽出计算时，具有支援上述的写入和读出控制的功能。另外，即使对该图像存储控制部201a也可由专用的硬件电路构成。特征抽出部201b从各水平扫描线上的图像数据中检出峰像素或检出峰浓度，并由专用的硬件电路构成。
然后参照图6详细说明以上的图像存储控制部201a和特征抽出部201b的细节。
CPU202以微处理器为主体构成，如果从功能上考虑，则显示控制部202a、计量部202b、控制部202c和数据判定部202d可以由软件实现。
显示控制部202a控制与显示存储器204对应的显示数据写入和读出等，写入在显示存储器204中的数据通过D/A变换器206的作用变成为模拟的显示图像信号输送给图像监视器(未示出)。
计量部202b用于实现作为原来目的位移计量，按照本发明，待合成图像完成后，以该合成图像为基础通过计算求出高度、宽度和长度的位移。在本发明中，虽然省去了关于计量处理的内容的详细说明，但是众所周知，在计量处理中，包括(1)沿着窄断面光照射的直线计量检测头单元1与计量对像物体2的距离，(2)根据由一连串计量值组成的断面轮廓线像计量阶梯部的深度和阶梯部的宽度等，(3)计量沿窄断面光照射的直线一连串的计量值的平均值、峰值、底部值等，(4)根据沿着窄断面光照射的直线的一连串的计量值计量倾斜角度。
数据判定部202d进行各种数据判定，对例如由计量部202b得到的计量值进行是比基准值大或小或一致的数据进行判定，生成切换信号作为该判定值并输出。这样得到的切换信号通过外部接口208作为输出out输送到外部。
另外，A/D/变换器205用于变换从检测头单元1得到的模拟图像信号Vs并输入给信号处理单元2，D/A变换器206把存储在显示存储器204中的显示数据变换成模拟信号后输出给图像监视器。
接着说明本发明的主要部分功能构成。如先前说明那样，按照该光学式计量装置，可以一边以规定的改变单位量和规定的变化范围改变规定对包含在通过CCD像检测器122得到的图像的断面轮廓线(窄断面光照射光线)的辉度产生影响的摄影条件的参数中至少一个值，一边伴随该改变从二维像检测器122取得多幅图像数据并通过适宜地收集包含这些图像的各个断面轮廓线像的辉度良好的部分图像生成合成图像，根据该合成图像进行各种计量处理。
在图6中示出了构成关于本发明的多图像取得和图像合成所必要的硬件构成。如图所示，该硬件全体如前面已说明的那样，以FPGA 201、CPU 202和图像存储器203为中心构成。
在PFGA201中包括图像存储控制部201a、特征抽出部201b、行缓冲存储器201、地址存储器201d和行计数器201e。
行缓冲存储器201c暂时存储从检测头单元(未示出)通过放大器(AMP)205a和A/D变换器205到来的一行份的图像数据，这样存储在行缓冲存储器201c中的一行份的图像数据利用地址生成部201d、行计数器201e的作用被顺次存储在图像存储器203各行区域中。也就是说，行计数器201e每存储一行份的图像数据一次就步进+1，与行计数器201e的记数数据相对应，图像存储器230的地址被地址生成部201d生成。由图像存储控制部201a使存储在行存储器201c中的一行份图像数据传送给并存储被地址生成部201d中生成的址址指定的行区域中。
在本例中，图像存储器203具有能存储例如126行分的图像数据的容量。与此相对应，像检测器122的视场也应设定为126行。如本申请人在先前的申请中所述，就具有这样的细长的视场的像检测器而言，可能通过在可买到统一风格机和摄像机用CCD的视场中留下126行份的区域域并遮蔽其周围作为视频黑色来低成本地制作。
再参看图6，特征抽出部201b与从检测器单元把1行份图像数据传送存储到行缓冲器201c中的处理连动，并确定从相当一行份的图像数据中利用峰位置(辉度变为峰值的像素位置)和根据该峰位置的计算的计量对像物体的高度。也就是说，在利用这种光切断法的位移检测器中，计量对像物体的高度方向与二维像检测器的行方向相对应，窄断面光的断面线方向变成与像检测器的行方向垂直的关系，因此就各行数据而言，可以通过计算与峰位置对应的一行上的图像位置得到计量对像物体的高度信息。
在CPU202内设置运算控制部202c、行数据寄存器202e。计算控制部202c以微处理器为主体构成，管理与行寄存器202e的各种数据的写入和读出的控制。在行数据寄存器202内设置0到125的126个存储区域。在各行的存储区域内设置由确定“标识”区域、“峰值”区域、“峰值位置”区域和“摄影条件”区域组成的四个区域。
在此，“确定标识”区域如以后所说明那样，作为用于决定图像存储器203相应的行的图像数据和行数据寄存器202e相应的行的数据是确定还是未确定的标识区域使用。另外，在此所谓相应的行是指由行计数器201e指定的行。而“峰值”区域作为用于存储相应的行中的辉度的峰值的区域使用，“峰值位置”区域首先为存储由特征抽出部201b确定的峰位置而使用。另外，“摄影条件”如后面详细说明那样，在直至合成图像完成的途中，为存储每次摄中使用的摄影条件而使用，在合成图像确定后，为存储在关于该确定行的摄影中采用的摄影条件而使用。
下面参照图7～图11的流程图，系统地说明在以上说明的图6中示出的硬件的动作。
当图7的处理开始时，首先进行状态M的初始化(步骤701)。在此显示所谓状态M的摄影条件。如前面所说明那样，在本实施方式中，可以选择例如从状态0至状态31的32种摄影条件。各摄影条件根据对包含在摄影图像中的断面轮廓线像的辉度产生影响的摄影条件的一个或两个以上的参数的组合的一致来确定。如前面说明那样，作为该参数可以举出例如CCD快门时间、LD发光时间、LD峰功率、AGC放大电路的增益。从状态0至状态31的32种摄影条件可以就规定的范围改变。在此，在初始化处理(步骤701)中，在这32种摄影条件中进行预先确定的最初的摄影条件的初始设定。
接着进行初次标识的设定(步骤702)。所谓该初次标识是表示连续地从CCD像检测器122中取入多幅画面份的图像数据的情况下最初取入的次数的标志。
如上所述，如初始化处理(步骤701、702)已完成，然后转移到例行程序的处理。在例形程序处理的最初输出通过放大器205a和A/D变换器205取入从CCD像检测器122输出的一画面份的视频信号的指令(步骤703)，然后转移到逐行的处理(步骤704)。
图9示出了逐行处理(步骤704)的细节。在当该图中处理开始时，首先进行初始化处理(步骤901)。在该初始化处理(步骤901)中，进行行计数器(L)的设定、行数据寄存器(R)内的确定标志、峰值和峰位置的清除、再进行请求写入禁止标志的设定。在此行计数器(L)是用于指定图像存储器203和行数据寄存器202e的行的计数器。并且行数据寄存器如前面说明那样是就0～125的126行用于存储确定标志、峰值、峰位置和摄影条件的寄存器。另外，摄影条件如前面所说明那样，是用于确定从CCD像检测器取入一画面份数据时的摄影条件的摄影条件，构成标志的确定请求写禁止标志是确定是允许还是禁止相应的行的图像存储器203和行数据寄存器的写替换的标志。
如果初始化处理已完成，则就由行计数器(L)指定的行把来自A/D变换器205的数据从行的头至尾存储在缓冲器201c中，同时进行行内的峰位置。高度的计算(步骤902)接着进行数据确定处理(步骤903)，然后，使行计数器L的值增加+1，重复进行步骤902和903，直到行计数器L的内容达到其最大值Lmax(步骤905YES)逐行处理完成后，转移到数据确定处理(步骤903)。
图10和图11示出了数值确定处理的细节。在图中处理开始时，首先参照确定标志的状态(步骤1001)。在此，如果确定标志的状态是“确定”则不进行任何处理，而转移进行下一个处理。与此相反，如果确定标志是“未确定”则转移进行步骤1002以下的处理。
在步骤1002中，进行由特征抽出部201b确定的辉度峰值与预先相对最佳测试条件确定的基准值TH-OK的比较(步骤1002NO)，进行行数据寄存器的数据更新1(步骤1003)。在此，如图11(a)所示，在行数据寄存器数据更新1(步骤1003)中，确定标志的内容更新为“未确定”，峰值的内容更新为“这次已求出的峰值”，峰值位置的内容更新为“这次已求出的峰值位置”，而摄影条件更新“这次摄影条件”。
再参看图10，当行数据寄存器的数据更新1(步骤1003)完成时，接着就进行存储控制的更新(步骤1004)，还应注意的是，这时不能进行请求禁止标志的设定。因此，虽然行数据220的数据被更新，但与行的请求禁止标志仍维持在复位状态。也就是说，在该状态下相应的行的请求仍处在许可写的状态。
另外，一边切换摄影条件，一边通过例如增加快门时间使受光峰值的值上升，当该值超过作为基准值的TH-OK时(步骤1002YES)，接着转移到步骤1005，进行这次已求出的峰值与行数据寄存器202e中保持的峰值相比是否接近基准值TH-OK的判定(步骤1005)。在此，判断为相近的情况下(步骤1005YES)，执行数据寄存器的数据更新2(步骤1006)，在该行数据寄存器的数据更新2(步骤1006)中，如图11(b)所示，将确定标志的内容更新为“确定”，将峰值的内容更新为“这次已求出的峰值”、将峰值位置的内容更新为“这次已求出的峰值位置”，并将摄影条件更新为“这次的摄影条件”。
再参看图10，当行数据寄存器的数据更新2(步骤1006)完成后，接着进行存储控制标志的更新(步骤1008)。在该存储控制标志更新中，设定请求禁止标志，因此，以后与相应行相对应的行数据寄存器202e的内容和图像存储器203的内容禁止写替换，保持以后的内容。
另外，在步骤1005的处理中，当判定为远离基准值TH-OK时(步骤1005NO)，则进行数据寄存器的数据更新3(步骤1007)。在该数据寄存器的数据更新3(步骤1007)中，如图11(c)所示，将确定标志的内容更新为“确定”，将峰值的内容更新为“保持在寄存器中的峰值”将峰值位置的内容更新为“保持在寄存器中的峰值位置”并将摄影条件更新为“保持在寄存器中的摄影条件”。因此峰值和峰值位置的内容被确定为没有超过基准值TH-OK的状态值的原样。
再参看图7，如果逐行的处理(步骤704)完成后，则接着转移到逐幅图像的处理(步骤705)。在该逐幅图像的处理(步骤705)中，进行(1)关于图像控制的处理，(2)判定计量结果的处理，(3)其它计量结果的处理。在此，在关于图像控制的处理中，进行取入下一幅图像时的条件(快门速度和视频信号的放大率)的设定和判定在全部条件下取入图像是否结束。在判定结果处理中，进行判定在全部行上计量结果是否已确定。而在其它的计量结果中，进行例如对这时的图像进行滤波处理等，和行方向的计算处理。
然后使状态M增加+1，反复进行以上说明的步骤703～705的处理。但在这时进行初次标志是否设定的判断(步骤707)和这时的状态M是否登录在行数据寄存器中的判断(步骤708)。在此之所以进行这些判断的理由是，就第二次以后的多图像取入和图像合成而言，通过只采用在初次的多图像取入和图像合成中已变成有效的摄影条件。而跳过其它的摄影条件，以便图谋缩短图像的取入时间和使对其连续图像的合成处理的缩短化。
也就是说，在最初的多图像取入和图像合成处理中，是采用预先准备的摄影条件的全部(例如32种)，而第二次以后的多图像的取入和图像合成处理中，只利用在初次处理中变为有效的摄影条件。这是通过下述步骤进行的在前面说明的图9的流程中的初始化行处理(步骤901)中，在不清除摄影条件时原封不动地保持该摄影条件，在图7中的流程图中，在初次以外的状态下(步骤707NO)，只在摄影条件M登录在行数据寄存器中的情况下(步骤708YES)，相对进行图像取入处理(步骤703)、逐行的处理(步骤704)和逐幅图像的处理(步骤705)，就在初次的多图像取入和合成图像处理中没有采用的摄影条件(步骤708NO)是进行摄影条件状态的更新(步骤706)，就上述的一连串的处理(步骤703～705)通过跳过来实现。
这样一来，当条件状态M达到预定的最大值时(步骤709YES)，转移到图8，根据在图像存储器203中的合成图像进行规定的计量处理。当然，因为在摄影状态M的值达到最大值Mmax时刻保存在图像存储器203中的图像是在到那时取得的某幅图像中收集断面轮廓线像近似于规定的基准值TH-OK的断面轮廓线图像的图像，因为即使变成摄影对像的计量对像物的表面的反射率不均匀，存在倾斜面和曲面，还存在凹槽，也能在切换摄影条件中即使就反射率低的部分也能最适合的鲜明度乃至辉度的像，所以使最后的合成图像作为整体变成鲜明乃至辉度均匀的适合于计量的优良的图像。
关于一次份的计量处理(步骤801)。虽然没有详细说明，但可以采用公知的各种计量方式。不用说可以包括例如阶梯计量、宽度计量、倾斜量、曲面计量、曲面的曲率计量等。
当1次份的计量处理(步骤801)完成时，接着进行步骤802，首先在步骤707中说明的初次标志被解除(步骤802)，变成等待以后新的摄影指令(摄影触发)的到来的状态(步骤803、804NO)。在该状态下，如果新的摄影触发到来(步骤804YES)，再参看图7，转移到步骤703以后的处理，同样地进行下次的多图像的取入、合成处理和一次份的计量处理。
下面参照图5和图12～图23举具体的例子详细说明以上说明过的多图像取入处理、图像合成处理和计量处理。
如先前说明那样，在本发明中，通过一边将摄影条件进行例如从状态0到状态31 32种切换(扫描)，一边取入多幅图像并将它们合成来生成最佳计量的图像，根据该图像进行所希望的计量处理。实际上虽然各摄影条件是采用多个参数(例如CCD像检测器快门时间、LD发光时间、LD峰功率、AGC放大电路增益)的组合，但简单的或极端的对它们的说明必竟不是容易的事。因此，在以下的说明中，为了方便而设想摄影条件只由CCD快门的快门时间确定。
在图5中示出根据这样的设想描述的定时图。正如从图中可以清楚知道那样，该定时间由(a)图像取入处理、(b)逐行处理、(c)逐幅图像的处理、(d)1次份计量处理构成。就这些处理首先利用流程图详细说明如下。在图中，在最上段描述的图像取入处理中，横向宽不同的空白四边形通过其宽度表示快门时间。另外，在该例中，摄影条件M设定为由快门0～快门9组成的10种。在相继的图像取入处理(步骤703)之间的期间中，进行逐行的处理(步骤704)，并在各次逐行的处理完成时刻，进行逐幅图像的处理(步骤705)。在最后的逐幅图像的处理完成后，立即进行1次份的计量处理(步骤801)。
图12～图14示出了表示映像输入与图像存储器的内容关系的说明图(之一)～(之4)。如前面说明那样，在本发明中，在从CCD像检测器122取入一个画面的图像数据的情况下，使构成该图像数据的各行的断面轮廓线部分像的峰与最适合于计量的基准值(TH-OK)相对照，把两者近似作为条件，将该1行份图像确定为最终的合成图像的一部分，通过使以上动作就各行重复进行，最后生成一幅份的合成图像。
现在假设一画面由0～7组成的8行构成，摄影条件的快门时间选为规定的快门时间是0～9的十种情况下的上述多图像取入和合成处理示在图12～图14中。
在12(a)中示出了快门时间1的摄影条件中的映像输入的状态，在12(b)中示出了相同状态中的图像存储器的保存内容，在图12(c)中示出了计量对像物体的断面形状。
如图12(a)所示，在快门时间1的摄影条件下映像输入的状态，仅在行0、6、7得到断面轮廓线部分像。这时如图12(b)所示，在图像存储器中取入行0、6、7的状态的像并保存。由于该保存的像与最适合计量的基准值TH-OK近似，而以在图中各行的右端用黑三角表示的方式作为确定图像。
在图13(a)中示出了快门时间3的摄影条件下映像输入的状态，在图13(b)示出了在相同状态下的图像存储器保存的内容，在图13(c)中示出了计量对像物体的断面形状。
如图13(a)所示，在快门时间3的摄影条件下，映像输入的状态，仅在行0、3、4、6、7中得到断面轮廓线部分像。在这些像中行0、6、7的像的峰大大超过适合的值。与此相反，行3、4的像的峰与计量的最佳基准值TH-OK近似。这时如图13(b)所示，在图像存储器中取入行3、4的状态像并保存。因为该保存的像与最佳的基准值近似而以在图中各行的右端用黑三角表示的方式作为确定图像，这时关于行0、6、7因已是确定图像，不必通过映像输入更新。
在图14(a)中示出了在快门时间8的摄影条件下的映像输入的状态，在图14(b)中示出了在相同状态下的图像存储器的保存内容，在图14(c)中示出了计量对像物体的断面形状。
如图14(a)所示，在快门时间8的摄影条件下，映像输入的状态在行0～7的全部都得到断面轮廓线部分像。在这些像中，行0、3、4、6和7的像的峰大大超过适合的值。与此相反，行1、2和5的像的峰与最佳计量的基准值TH-OK相近似。这时如图14(b)所示，在图像存储器中取入行1、2、5的状态像并保存。因为该保存的像与计量最佳的基准值TH-OK相近似，而以在图中各行的右端用黑三角示出的方式作为确定图像。这时关于行0、3、4、6和7因为已是确定的图像而不必通过映像输入更新。
在图15中示出了用于受光条件限定的指导处理的说明图。首先如参照图7的流程图所说明那样，在本发明中，在第二次以后多图像取入和图像合成处理时，把在初次的或其以后的多图像取入处理采用的摄影条件作为指导数据保存起来，在以后的多图像取入和图像合成处理时，关于到那时没有采用的摄影条件，通过在摄影条件扫描时使其跳过而不需要进行无用的图像取入处理和必要的合成处理，从而可图谋处理的简单化和处理时间缩短化。图15示出了该状态。
如图15所示，在该例中，在快门1的摄影条件下，行0、6、7作为确定图像保存，在快门3的摄影条件下，行3、4作为确定图像保存。在快门8的摄影条件下，行1、2、5作为确定图像保存。这时在相当于图中快门8的图像存储器中，在各行的右端分别表示出该行的确定中利用的摄影条件。这相当于行数据寄存器202e的摄影条件区域的内容。也就是说，在行数据寄存器的各行0、1、2、3、4、5、6、7的摄影条件区域中保存表示摄影条件的数值1、8、8、3、3、8、1、1。这时在下次以后的多图像取入处理时，就表示这些已保存的摄影条件的数值1、8、8、3、3、8、1、1以外摄影条件被跳过，因此相对机械地适用初次0～9的10种摄影条件，就下次以后可以跳过摄影条件1、3、8以外的条件，只用三次摄影条件就能得到包含具有适当辉度的断面轮廓线部分像的合成图像，这一点大概是不难理解吧。
在图16中示出了表示信号处理单元2与连接部连接的图像监视器4的一般显示例。如图16所示，在监视器画面上的左上几乎大部分区域的横轴上表示计量值，纵轴表示行号。显示一画面份的合成图像。另外，在该合成图像上如向图中左右方延伸的虚线所示，表示光标线，该光标线通过光标线单元3和键操作可向上下方向移动。而光标线所位于的水平行的信息分别显示在包围图像显示区域的周围。
也就是说，在一画面份的合成图像的右侧表示出快门时间LV、峰值(PEAK)和计量结果(Z)。在一画面份的合成图像的下侧表示出沿着由光标指定的水平行的光量分布线，并在其下面表示画面全体的计量结果为XXX，XXXX。因此，如用这样的监视器画面，则操作者通过在合成图像上一边使光标上下移动，一边定位在适当的水平行上，可以容易地确认该光线上的光量分布、快门时间、峰值和计量结果等。另外，如前面所说明那样，在构成合成图像的各地的右端上描写的数字1、8、8、3、3、8、1、1是作为一行份的图像数据确定时的摄影条件的快门时间。
在图17中示出了用于有不能计量区域的图像的处理说明图(之一)，在图19中示出了表示计量用图像显示处理的流程图(之一)。如从这些图中所看到那样，即使全部采用预先准备的摄影条件，在该期间没有得到最佳的峰值的情况下，就其水平行，如果图像不能登录，则不能得到图像。在这种情况下，如果对操作者不进行任何通知，则发生根据这个不能计量这样的情况，并存在弄不清其原因的困惑。为此，在本实施方式中，这样的情况下，在监视器画面上，就合成图像的相应的水平行通过不显示断面轮廓线部分线来向操作通知这种情况。也就是说，如图17所示，在该例中行4变成为不能计量区域，这时在行4上不能显示任何断面轮廓线部分像，另外，就在各线的右端描写的摄影条件特定值图中也用不完全的杠线表示，变成无显示，因此操作者因就行4没有取得图像而预先知道不能计量这种情况。
就这样的不显示图像的处理，通过进行在图19的流程图中所示的处理可以容易完成。也就是说，在该图中当处理开始时，首先在把行计数器L的值复位为0后(步骤1901)，从被行计数器L指定的行中读出行数据(步骤1902)。接着判定摄影条件是否登记在摄影条件区域M上(步骤1903)。在此在摄影条件M中存在数据的情况下(步骤1903YES)，则将该行的图像数据输出到图中未示出的缓冲存储器(步骤1904)。与此相反，如不存在摄影条件(步骤1903NO)，则该一行份的数据跳过对显示用缓冲存储器的输出(步骤1905)。以上的显示数据输出处理或显示数据跳过处理使行计数器L的值逐次增加+1(步骤1906)，重复进行，在达到最后的行号值的时刻(步骤1907YES)，处理完成。结果只把行数据已确定的图像数据传送给显示用缓冲存储器，在图像监视器4的画面上如图17所示，显示只包含已确定的行的断面轮廓线部分像的合成像，对不确定的行不显示任何图像数据。因此操作者可以容易根据图像数据的画面上的缺失而知道该行不能计量。
在图18中示出了用于不能计量区域存在的图像处理的说明图(其2)，图20示出了表示计量用图像处理的流程图(其2)。在该例中，就水平行图像未确定的行，如图18所示，通过在合成图像相应的行的右端表示特别的记号(在图中用X字表示)来积极警告相应的行。
就带有这样特别的记号的处理，通过进行在图20的流程图中所示的处理可以容易地实现。也就是说，在图20中当处理开始时，首先将行地址计数器L的值复位零后(步骤2001)，进行从被行计数器L指定的行中读出行数据。接着判定摄影条件是否登录在行数据的摄影条件区域M中(步骤2003)。在此，在摄影条件M区域中存在数据的情况下(步骤2003YES)则将该行的图像数据输出到图中未示出的缓冲存储器(步骤2004)。与此相反，如摄影条件不存在(步骤2003NO)。则对该一行份的数据进行向显示用缓冲存储器输出不能计量记号的处理(步骤2005)。以上的显示数据输出处理或不能计量的记号输出处理，使行计数器L的值逐次+1(步骤2006)，重复进行，在最后的行数值达到的时刻(步骤2007YES)，处理完成。结果因为只把行数据已确定的图像数据传送给显示用缓冲存储器，此外，关于行数据不确定的图像数据输出不能检测记号，所以在监视器4的画面上如图18所示，只增加在已确定的行的断面轮廓线部分像上，就未确定的行显示含有在该行的右面不能计量记号(在图中用X字表示)的合成图像。因此操作者根据在图像数据的画面上显示的不能计量的记号可以容易地认识该行不能计量。
在图21示出了用受光条件改变的指导的处理说明图，在图22中示出了表示受光条件改变的流程图，在图23中示出了说明表改写处理的图。
如图21所示，在该例中在初次多图像取入处理和图像合成处理完成时刻，设想使用摄影条件Mk～Mk+n的区域，不过虽然在该条件下进行多图像的取得和合成而超出，但从计量值或画面上的显示状态上，未必能设想到所谓得到最佳对比度乃至辉度的合成像是难的这一点。
在这样的情况下，在本实施方式中，通过图中未示出的光标操作或键操作，可以把摄影条件Mk、Mk+n分作为下限值和上限值登录。
这样，如图22的流程图所示，在进行下限值设定处理(步骤2201)和上限值设定处理(步骤2202)后，进行按发明的新设置的表改写处理(步骤2203)。这样如图23所示，将在图23(a)中所示的标准表变换成图23(b)所示的用户表。
如进一步详细说明，在图23(a)所示的标准表中0～31的32种快门时间按每0.1单位递增确定，与此相对应，在图23(b)中示出的用户表中，定义把作为操作者指定的下和上限的0.3和0.6的间隔分割成32个等级的各个快门时间。因此作为先前得到的摄影条件的快门时间区域Mk～Mk+n，如图21所示那样细分成α0～α31的32级，在以后的多图像取得和合程处理中，用这32级的摄影条件，边精细地改变摄影条件，边进行多图像的取入和图像合成，可以实现比较高精度的图像合成处理和计量处理。
这样，在本实施方式中，即使在初次或任何次中的某个摄影条件区域中得到多图像，在实际计量中还会发生精度不足等不合适的情况，通过进行规定的上限值设定处理和下限值设定处理，也能设定更精细化的摄影条件。
如上述那样，按照本发明的光学式计量装置，即使在计量对像物体的表面上存在表面状态偏差、倾斜面、曲面、凹槽等，而引起局部反射光量的偏差，也因通过进行上多图像取得和图像构修正这些局部的反射光量的偏差后进行行计量处理，而可以得到经常稳定的高精度的计量结果。另外，按照本发明的光学式计量装置，如果在检测头单元与计量对像物体之间产生各种原因引起的相对的偏差，则通过计量对像区域的改变或许可避免不能计量情况发生。
在图24中示出这样的不能计量情况发生原因的说明图(其一)。图24是表示在阶级高度差计量中，制品水平移动发生不能计量的情况。也就是说，如图24(a)所示，在进行计量对像制品表面的阶梯的情况下，在二维摄影元件的视场内，在大概是基准面Lref到来的位置上设定规定宽度的计量对像区域1，并在大概是计量对像面Ls到来的位置上设定规定宽度的计量对像区域2。然而分别求出这两个区域1和区域2的平均高度，通过求出这两个差来进行阶级高度差计量。
在图24(b)中在设定区域1和区域2的状态显示制品水平移动的情况下，这时区域1与基准面Lref不一致，区域2与计量对像面Ls不一致。这样一来，这两个区域1、2中的平均高度变成不代表作为目的基准面Lref和计量对像面Ls的高度。其结果是，即使选择这样得到的平均高度的差也不能计量正确的阶级高度差。
另外，这样的制品的水平移动被设想下述的情况在制品本身经传送带运送中使位置向与运送方向垂直的方向发生偏离的情况和制品的运送位置其本身虽然没有弯曲但由于时效老化等而使窄断面光照射方向窄断面方向偏移的情况等。
按照本发明，对这样的制品的水平移动的不能计量情况的发生可通过适用横向摆动对策来回避。下面参照图25～图30说明该横向摆动对策处理。
在图25中示出了横向摆动对策(高度计量)动作流程。当在该图中的处理开始时，首先进行基准门限值的设定处理(步骤2501)。该基准门限值的设定处理(步骤2501)如图29所示，可以用微分处理计算出门限值。也就是说，如图25(a)所示，可以通过与在CCD像检测器的视场内显露出台状的断面轮廓线的同时，通过对其进行微分处理，如图21(b)所示那样确定对应台形波形的左右两端部的边缘位置E11、E12。如果这样确定边缘位置E11、E12，则接着用以下的两个公式中的任何一个，可以确定门限值。
门限值＝(底部)+(峰底部)×a％…(1)门限值＝平均值+β…(2)再参看图25，如果基准门限值的设定已完成(步骤2501)，接着利用基准门限值Lth，进行制品的段的分割(步骤2502)。
在图26中示出了表示段分割处理的流程图。如图26所示，在段分割处理中，首先使最初指定一画面份的图线水平行的行记数器L值初始化(L＝0)(步骤2061)。
接着计算出由行计数器L指定的水平行上的峰高度(步骤2602)、进行判定算出的峰值高度是否超过门限值Lth(步骤2603)在此如判断为峰值高度超过门限值Lth(步骤2603YES)，该行上的峰位置被作为“H”存储相对应(步骤2604)，当判断为峰高度没超过门限值时(步骤2603NO)，则该峰位置被作为L存储(步骤2605)。另外，因此作为峰位置表示该水平扫描线上的物体高度。
然后边使行计数器L值逐次增加+1(步骤2606)、反复进行峰值高度计算处理(步骤2602)、峰值位置的“H”或“L”的存储处理(步骤2603、2604、2605)直到行计数器的值达到最大值Lmax(步骤2607YES)，处理完成。这样的段分割处理完成时，如图27(b)所示，就比门限值Lth低的区域作为LOW段认定，而就高的区域把作为HI段认定。
接着再参看图25，如段分割处理完成(步骤2502)，则接着如图28(a)所示，进行关于LOW段的边缘位置和边缘中心的计算、关于HI段的边缘位置和边缘中心的计算(步骤2503)。
接着如图28(b)所示，根据先求出的边缘位置，通过确保在其左右方向有一定宽度，进行计算变成基准面的LOW段的计量区域和变成凸部的面即HI段的计量区域的计算(步骤2504)。
然后与以前相同，进行LOW段的平均高度(Hst)的计算处理(步骤2505)和HI段的平均高度(Hmeg)的计算处理(步骤2506)，然后通过测定两者的差完成阶梯段的计算(步骤2507)。
这样，按照以上说明的横向摆动对策处理，根据通过二维摄像元件得到的断面轮廓线像的结果，求出LOW段和HI段的中心位置，进行以此作为基准设定计量区域的所谓跟踪处理，因此即使在计量中检测头单元和计量对像物体向水平向移，也能对其追踪使计量区域也水平移，而可以防止由于计量区域作为目标的计量区域的偏离而引起不能测量的情况发生。
另外，以上的高度计量时的横向摆动对策也可以如图30所示，作为按其原凹部的原样的高度计量时的横向摆动对策进行实施。也就是说，在该例中，在同样地求出LOW段和HI段的中心位置后，把各段的边缘位置与边缘位置之间认定为凹槽区域，通过在该凹槽区域上设定计量区域，可以防止伴随计量对像物体的水平移动而使计量区域从凹槽区域离开。
接着说明在进行制品的宽度计量中因制品垂直移动产生的不能计量的情况，如图31(a)所示，在进行制品的宽度计量的情况下，通过在作为宽度计量对像的凸部的下面(基准面)Lref与上面(计量对像面)Ls之间设定门限值Lth，进行凸部左右两边缘位置E1、E2的检测，把这两个边缘间的长度作为凸部的宽认定。
在这样的情况下，当计量对像制品进行垂直移动时，如图31(b)所示，门限值Lth的高度从制品的凸部向上下方向离开，由于不能进行边缘位置E1、E2的检测，而产生不能计量的情况。
关于起因于这个原因的不能计量的情况，按照本发明，可以通过进行在图32～图34中示的纵向摆动对策处理来回避。在图32中示出了该纵向摆动对策(宽度计量)的动作流程图。当在图23的处理开始时，首先，最出如图33a所示，即使制品移动也把通常不能计量的区域作为基准计量区域规定(步骤3201)。
接着进行包含在基准计量区域内的所有行的平均高度(HsI)的计算(步骤3202)。
接着，如图33(b)所示，使平均高度(Hst)和预先设定的偏移Δth相加，计算出相对无的门限值Lth(步骤3203)。
接着如图34(a)所示，利用计算出的相对无的门限值Lth进行制品的段分割(步骤3204)。
最后如图34(b)所示，根据HI段的开始边缘位置和结束边缘位置进行作为目标的宽度计算(3205)。
按照这样的纵向摆动对策处理，因为相对门限值(Lth)通常通过把基准测定值与一定的偏移Δth相后确定，而如作为计量对像的制品向垂直方向移动，则因为跟踪这个移动，相对门限值Lth也向垂直方向移动，所以可以防止因基准门限值从阶梯高度差区域向高度方脱离而引起不能计量的情况发生。
接着，参照图35～37说明与以上说明纵向摆动和横向摆动两者相对应的对策。在图35中示出了这样的纵·横摆动对策的动作流程。当在图35中的处理开始时，首先，最出开始如图36(a)所示，即使制品移动也把通�？赡芗屏康那蜃魑技屏壳蛉范�(步骤3501)。
接着进行包含计量区域内的所有行的平均高度(Hst)的计算(步骤3502)。
接着如图36(b)所示，通过对已计算出的平均高度和预先设定的偏差Δth的相加计算，进行相对无的门限值L’th的计算(步骤3503)。
接着如图37(a)所示，利用已计算出的相对无的门限值L’th进行制品的段分割处理(步骤3504)。
接着如图37(b)所示，进行关于LOW段的边缘位置和边缘中心的计算，并进行关于HI段的边缘位置和边缘中心位置的计算(步骤3505)。
接着如图37(c)则以进行作为基准面的low段的计量区域和相当于凸部的面HI段的计量区域的计算。
然后，在LOW段的高度(Hst)的计算处理(步骤3507)，HI段的高度(Hmeg)的处理(步骤3508)之后，通过求出这两个计算值的差完成阶级高度差的计算(步骤3509)。
按照这样的纵·横摆动对策处理，因为计量区域即使在计量对像物体向水平方向和垂直方向偏移也跟踪移动，所以可以回避计量区域相对制品向任何方向移动而使其从作为目标的区域偏离的情况，从而可以防止因由此引起的不能计量的情况发生。
本发明的光学式计量装置通过在合成图像生成后对其进行修复的这样后处理可以防止上述不能计量区域的发生，即不仅由检测头单元与制品的相对移动引起的，也包括把干扰作为原因在合成图像上的几行的上图像数据因不能确定而引起的不能计量区域的发生，都能预先防止。
在图38中示出对高度分布不能计量区域的处理说明图(其一)。按照该例，如图38(a)所示，在原来的高度分布中，而对在某个水平行上存在不能计量区域，如图38(a)所示，可以通过用当前的数据置换这个不能计量区域的数据，可以防止在合成图像上发生不能计量区域。
在图39中示出了对高度分布不能计量区域的处理说明图(之二)。按照这个例子，如图39(a)所示，在原来的高度分布中，而对着在某个水平行上存在不能计量区域，如图38(b)所示，可以就这些不能计量区域，通过采用将位于其前后的数据内插这样的处理来防止不能计量区域的发生。
在图40中示出了对高度分布不能计量区域的处理说明图(之三)。按照该例，如图40(a)所示，在原来的高度分布中，面对在某个水平行上存在不能计量区域，如图40(b)所示，在干扰等引起的错误数据加在图像上的情况下，就这样的错误数据通过以规定的门限值为基准辨别电平判定辉度的连续性，在具有连续性的情况下，通过使该行的数据与当前的数据和相同的段置换，可以防止因干扰等影响的不能计量区域的发生。
如以上所说明中所清楚表明那样，按照本发明，即使对例如表面反射率不同、在表面上存在凹槽、在表面上存在倾斜面、在表面上存在曲面这样的计量对像物体，也能提高使用能高精度进行计量断面轮廓线的窄断面光切断法的光学式计量装置。
另外，按照本发明，可以提供在因干扰等原因引起的断面轮廓线像的一部分局部缺失这样的情况提供可适宜修复该缺失部分的光学式计量装置。
另外，按照本发明，可以提供在通过把计量对像表面上的窄断面光照射的部分中的特定像部分作为目标设定计量对像区域进行计量中，能自动地修正上述特定部分像部分和计量对像区域的偏移的光学式计量装置。
权利要求
1.一种光学式计量装置，其特征在于，装备有多图像取得装置，该多图像取得装置包括把来自光源的光整形为窄断面光并以规定角度照射到计量对像物体表面上的照明装置，利用二维摄像元件从与上述窄断面光的照射角度不同的角度对上述计量对像物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而获得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄影装置，通过改变规定影响由上述摄影装置得到的图像的辉度的摄影条件的参数中至少一个值来改变可扫描图像辉度的参数值的改变装置，所述多图像是与上述摄影条件不同的多幅图像；图像合成装置，该图像合成装置在每个预先设定的划分的区域从通过多图像取得装置取得的多幅图像中抽出满足规定的最大辉度条件的划分的区域图像，并通过收集这些抽出的各划分的区域图像生成包含一连串的断面轮廓线部分像的合成图像；根据包含在通过上述图像合成装置生成的合成图像中的一连串的断面轮廓线部分像并通过进行规定的计量处理生成计量值和/或判定值的计量装置。
2.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述计量值是有关沿着窄断面光照射位置的上述计量对像物体表面的离开上述多图像取得装置的距离分布。
3.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于在规定影响上述画面的辉度的摄影条件的参数中包含上述光源的光量和/或上述二维摄像元件的快门时间。
4.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述参数值的单位改变量为可变的。
5.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述参数值的最大改变范围是可变的。
6.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述参数值的最大改变范围根据检测计量结果自动设定。
7.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述参数值的单位改变量和/或最大改变范围根据取得的划分的区域图像中的断面轮廓线部分像的辉度自动修正。
8.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于为抽出上述划分的区域图像而预先设定的划分的区域相当于由通过上述二维摄像元件取得的图像的一条或相邻的两条以上的水平扫描线构成的区域。
9.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述图像合成装置包括可写入上述二维摄影元件的一个画面份的图像的图像存储器；在每个通过适合划分上述图像存储器形成的各划分的区域存储写入许可或写入禁止的写入控制标志存储器；根据写入控制标志存储器的内容在上述图像存储器中以各划分的区域为单位写入由上述多图像取得装置取得的图像的图像写入装置；在包含满足在上述图像存储器的各划分的区域内规定的最大辉度条件的断面轮廓线部分的划分的区域图像写入的时刻把与该划分的区域对应的写入控制标志存储器设定为写入禁止的标志控制装置。
10.如权利要求9所述的光学式计量装置，其特征在于在上述图像存储器的各划分的区域的全部或预定的全部满足规定的最大辉度条件的划分的区域图像写入完了时，使在多图像取得装置中的图像取得结束。
11.如权利要求9或10所述的光学式计量装置，其特征在于上述图像划分存储器在每个由一个或邻近的两个以上的水平扫描线构成的区域中进行划分；并把每个划分的区域变成上述划分的区域。
12.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于上述多图像取得装置被第一壳体收容并构成检测头单元，而上述图像合成装置和上述计量装置被收容在第二壳体中并构成信号处理单元。
13.如权利要求12所述的光学式计量装置，其特征在于在上述信号处理单元中图像监测器能连接到外部。
14.一种多图像取得装置，包括把来自光源的光整形为窄断面光并以规定角度照射到计量对像物体表面上的照明装置；使用二维摄像元件从与窄断面光照射角度不同的角度对上述计量物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而获得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄影装置；通过改变规定对影响由上述摄影装置得到的图像辉度的摄影条件的参数中至少一个值来可扫描地改变图像辉度的参数值的改变装置；借此能取得上述摄影条件不同的多幅图像。
15.如权利要求14所述的多图像取得装置，其特征在于以具有单一壳体的检测头单元构成。
16.一种信号处理装置，其特征在于，装备有多图像取得装置，该多图像取得装置包括把来自光源的光整形为窄断面光并以规定角度照射到计量对像物体表面上的照明装置，利用二维摄像元件从与上述窄断面光的照射角度不同的角度对上述计量对像物体表面的窄断面光照射位置进行摄影而获得包含光切断面的断面轮廓线像的图像的摄影装置，通过改变规定影响由上述摄影装置得到的图像的辉度的摄影条件的参数中至少一个值来改变可扫描图像辉度的参数值的改变装置；所述信号处理装置是与取得与上述摄影条件不同的多幅图像的多幅图像取得装置连接使用的装置；图像合成装置，该图像合成装置在每个预先设定的划分的区域从通过多图像取得装置取得的多幅图像中抽出满足规定的最大辉度条件的划分的区域图像，并通过收集这些抽出的各划分的区域图像来生成包含一连串的断面轮廓线部分像的合成图像；根据通过上述图像合成装置生成的合成图像并通过进行规定的计量处理生成计量值和/或判定值的计量装置；借此能进行关于上述计量对像物体的断面积计量。
17.如权利要求16所述的信号处理装置，其特征在于以具有单一的壳体的信号处理单元构成。
18.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于还具有校正利用上述图像合成装置生成的合成图像中的断面轮廓线像的缺失的图像校正装置。
19.如权利要求18所述的光学式计量装置，其特征在于上述图像校正装置一边对构成合成图像的各水平扫描线的图像按线顺次核查断面轮廓线部分像的有无，一边对断面轮廓线部分像有缺失的水平扫描线用与附近的水平扫描线相同的图像置换。
20.如权利要求18所述的光学式计量装置，其特征在于上述图像校正装置一边就构成合成图像的各水平扫描线的图像按线顺次核查断面轮廓线部分像的有无，一边就断面轮廓线部分像欠失的水平行行的图像使用其前后的水平行的图像进行内插。
21.如权利要求18所述的光学式计量装置，其特征在于上述图像校正装置一边就构成合成像的各水平扫描线的图像按行顺次核查断面轮廓线部分像的有无和偏离基准值的辉度的大�。槐呔投厦媛掷卟糠窒袢笔У乃叫械耐枷窀萜淝昂蟮男械亩厦媛掷卟糠窒竦幕远攘阅诓寤蛑弥焕�。
22.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于还具有生成用于在图像监视器的画面上映出规定映像的监视器输出的生成装置。
23.如权利要求22所述的光学式计量装置，其特征在于在上述规定的映像中包含上述合成图像。
24.如权利要求23所述的光学式计量装置，其特征在于在上述规定的映像中还包含表示从上述合成图像中选择的水平扫描线的光标和被上述光标选择的水平扫描线的辉度分布曲线。
25.如权利要求23所述的光学式计量装置，其特征在于在上述规定的映像中还包括显示从上述合成图像中选择的水平扫描线的光标和被上述光标选择的水平扫描线的摄影条件的表示。
26.如权利要求23所述的光学式计量装置，其特征在于在上述规定的映像中还包含对每个构成上述合成图像的各水平扫描线显示在该水平扫描线上断面轮廓部分像的无的标记。
27.如权利要求23所述的光学式计量装置，其特征在于在上述规定的映像中还包含对每个构成上述合成图像的各水平扫描线显示在该水平扫描线上断面轮廓线部分像有的标记。
28.如权利要求22所述的光学式计量装置，其特征在于还具有用于通过图像监视器的画面和点位设计与操作者进行对话的曲线·用户·界面。
29.如权利要求1所述的光学式计量装置，其特征在于还具有用于使计量装置跟踪相对上述计量对像物体的相对移动的跟踪控制装置。
30.如权利要求29所述的光学式计量装置，其特征在于上述计量位置是从上述多图像取得装置到上述计量对像物体表面的距离的计量位置，上述相对移动是向与上述距离变化方向垂直的方向的移动。
31.如权利要求29所述的光学式计量装置，其特征在于上述计量位置是从上述多图像取得装置到上述计量对像物体表面的距离的计量位置，上述相对移动是向上述距离变化的方向的移动。
32.如权利要求29所述的光学式计量装置，其特征在于上述计量位置是从上述多图像取得装置到上述计量对像物体表面的距离的计量位置，上述相对移动包括向与上述距离的变化的方向垂直方向移动和向上述距离变化方向移动两者。
全文摘要
本发明提供一种即使对例如表面反射率不同、在表面上存在凹槽、在表面上存在倾斜面、在表面上存在曲面的这样的计量对像物体上也能使用能高精度的计量断面轮廓线的窄断面光切断法的光学式计量装置。该装置具有:取得摄影条件不同的多幅图像的多图像取得装置、图像合成装置,该图像合成装置在每个预先设定的划分的区域从通过多图像取得装置取得的多幅图像中抽出包含满足规定的鲜明度条件的断面轮廓线部分的图像,并通过收集这些抽出的各划分的区域图像而生成包含一连串的断面轮廓部分像;还包括根据包含在由图像合成装置生成的合成图像中的一连串断面轮廓线图像部分像通过进行规定的计量处理而生成计量值和/或判定值。
文档编号G01B11/25GK1376895SQ0210796
公开日2002年10月30日 申请日期2002年3月25日 优先权日2001年3月25日
发明者冈田道俊, 松永达也, 河内雅弘, 真野光治 申请人:欧姆龙株式会社
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