JPH02183215A - 入力像中の選択された特徴部分を光学的に強化する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、画像処理方法および装置に関するものであ
り、より具体的には、入力像中の、ある特徴部分が明ら
かに認められるか、または入力像の残部から、より容易
に区別される出力像を作るための方法および装置に関す
るものである。

例えば１９８７年１０月３０日出願の米国特許出願筒１
１５．４２８号（これは引用の上、本明細書中に組み入
れる）に述べられているように、光学画像処理は、高速
光学製品検査のような応用において多くの利点を提供す
る。上記のカサセントの特許出願に採用されている方法
および装置は、例えばすべての入力像情報を線または一
次元出力像に焦点を合わせるご七により二次元入力像を
処理する。これは入力像中に輝線を生じ、それは出力像
中の非常に明るい個所として現れるように出力像の縦軸
に対して垂直である。出力像中のこの明るい個所の存在
もしくは不在、場所および／または強度は、その存在ま
たは不在、出力像軸に対して垂直な、適当な整列、場所
、輝度などのような入力像輝線の特性を検出するために
使用することができる。

上記型式の技術を使用する際に頻繁に、隣接区域よりは
明るくない線、または隣接区域はど明るくない線をテス
トするのが望ましい。例えば、矩形製品の表面のエツジ
を置くことが望ましいかもしれない、このようなエツジ
はしばしば、製品の外部がエツジで曲がっているか、ま
たは折り曲げられているために、表面の残りのものほど
強（は光を反射しない傾向がある。他の例として、製品
の表面上のきわ立つレタリングまたは他の装飾のエツジ
をテストするのが望ましいかもしれないがこのようなエ
ツジは非常にしばしば、輝線よりもむしろ像の明るい部
分から暗い部分への遷移により定められる。

上記から、入力像の、ある特徴部分に関して、像の後の
検査または他の処理を容易にするために、その特徴部分
を強化することを可能にすることが望ましいことは明ら
かである。

それゆえに、この発明の目的は、入力像の選択された特
徴部分を光学的に強化する方法および装置を提供するこ
とである。

この発明の、より特定的な目的は、（例えば中間光レベ
ルであってもよい）特定の光レベルを有する像部分がそ
れによって通過され（または代わりに減衰され）、他の
光レベルを有する他の部分がそれによって減衰される（
または代わりに通過される）ように入力像をフィルタリ
ングする方法および装置を提供することである。

本発明のこれらの、および他の目的は、入力像を、従来
のものであってもよい液晶ディスプレイ（“’ＬＣＤ”
）または液晶テレビ（”ＬＣＴＶ”）スクリーン上の表
示（ディスプレイ）に変換することにより、発明の原理
に従って達成される。

（ここでは便宜上、ＬＣＤおよびＬＣＴＶは総称的にＬ
ＣＤと呼ぶ、）ＬＣＤスクリーンは、従来の入力光偏光
軸からＬＣＤの光軸の囲りで回転される偏光軸を有する
偏光で照らされる。ＬＣＤディスプレイにより伝達され
る入力光は、従来の出力光偏光軸からＬＣＤの光軸の囲
りで同様に回転される偏光軸を有する出力偏光子を介し
て通過される。出力光偏光軸は典型的には、（正の強化
のために）入力光偏光軸に対してほぼ垂直であるか、ま
たは（負の評価のために）入力光偏光軸に対してほぼ平
行であるかいずれかである。出力偏光子は、（正の強化
の場合）実質上、特定の輝度レベルを有するＬＣＤスク
リーン部分から、より容易に光を通過させるか、または
（負の強化の場合）ＬＣＤスクリーンのこのような部分
からの光をより強く抑制する傾向がある。入力像の輝度
全体および／またはＬＣＤスクリーン上の像の輝度のよ
うな変量をコントロールすることにより、入力像の特定
部分が強化のために選択され得る。

本発明のさらなる特徴部分、その性質および種々の利点
は、添付の図面および好ましい実施例の以下の詳細な説
明から、より明らかとなるであろう。

ＬＣＤスクリーン２０を採用する典型的な先行技術の作
像システムが、第１図に示されている。

入力像１０（例えば、光学的に検査されるべき製品の表
面）は、従来の光源１４からの光によって照らされ、従
来のビデオカメラ１２により“撮影される”　カメラ１
２の出力信号は（ＬＣＤを駆動する際に使用するのに適
した形に変換された後）、従来のしＣＤスクリーン２０
に適用される。

この発明者はＬＣＤの構造と動作の専門家ではないが、
彼の理解するように、ＬＣＤは典型的には、液晶分子が
その間にはさまれた状態の、２つの平行で横方向に間隔
を置いた、実質上透明なプレートを含む。一方のプレー
トは１つの軸（例えば水平軸）に平行にエツチングされ
るが、または摩擦され、他方のプレートは他の軸（例え
ば垂直軸）に平行にエツチングされるか、またはＷ！擦
され、そのため液晶分子構造は、一方のプレートから他
方のプレートへ巻付けられる傾向がある。各々のプレー
トは電極グリッド（ｘ−ｙ座標）構造も保持しているの
で、画素ごとに液晶分子構造を横切って電圧を印加する
ことができる。このように各画素に印加された電圧は、
カメラ１２の出力信号の対応部分と、ＬＣＤ上のバイア
ス電圧コントールにより決定される。この型式のＬ　Ｃ
Ｄの例は、カリフォルニア州９０５０５、トランスのエ
プソン・アメリカ・インコーホレーテッドから入手可能
なモデルＥＴ−１ｏ液晶テレビである。　　（ＬＣＴＶ
に関してさらに情報が欲しいならば、引用の上、本明細
書中に組入れられている、１９８８年６月１５ないし１
７日の、ネバダ州、南ターホー湖での米国光学学会の空
間光変調器協議会で発表された、ファーカン・リュウ他
の１液晶テレビ室間光変調器の発達について”を参照さ
れたい。

ＬＣＤ２０の一方側は、入力光偏光子２４を介する通過
の後、光源２２からの光によって照らされる。矢印２６
で示されるように、入力偏光子２４の偏光軸は典型的に
は、ＬＣＤ２０のエツジと一直線である〔例えば、偏光
軸２６は典型的には、垂直か水平のいずれかである）。

これは、例えば上記エプソン製品に当てはまる。（当然
のことながら、光源２２が、適当に配向された偏光を生
じる場合、入力偏光子２４を除去することができる。）
ＬＣＤ２０は、各画素に印加された電圧に反比例した量
だけ、その画素に支えられた光の偏光軸を回転させる傾
向がある。特に、ＬＣＤ２０は、はとんど、または全く
電圧が印加されていない画素に支えられる光の偏光軸を
およそ９０’回転させる。印加電圧が増加するにつれて
、偏光回転量が減少する。

ＬＣＤ２０から出る光は、出力光偏光子２８に支えられ
、その偏光軸３０は典型的には、入力光偏光軸２６に対
して垂直である。再度これは、例えば上記エプソン製品
に当てはまる。従って、その偏光軸がＬＣＤ２０により
、はぼ９０″回転された光は実質上、出力偏光子２日に
よって通過され、その偏光軸が実質上９０″以上または
９０″′以下、回転された光は実質上、減衰される。（
従来、商業的に入手可能なＬＣＤ（例えば上記エプソン
製品）に関するこの説明を、上記リュウ他による論文の
第１図に示されたものと比較する際に、商業的に入手可
能な装置がオンである時、常にバイアス電圧が存在する
ことに注目されたい。商業的に人手可能な装置はそれゆ
えに、バイアス電圧を局部的に増減させ、それによって
、伝達される光の量を局部的に増減させるために、ビデ
オカメラ出力信号がその電圧上で重畳された状態でオン
になると、光を伝達する傾向がある。）伝達光偏光軸回
転量は、印加電圧の強度により決定されるので、出力偏
光子２８により通過される光は、入力像ＩＯの、信頼で
きる再生部３４である。（負の出力像は、偏光軸２６お
よび３０を、実質上圧いに垂直にすることにより作成さ
れ得る。）従来の露光および輝度コントロール３６は、
入力像１０の照度、カメラ１２の感度、および／または
ＬＣＤ２０の“輝度”　（バイアス電圧）のようなシス
テム変量をコントロールするために使用できる。

前述のように、上記従来のシステムにおいて、偏光軸２
６および３０は、ＬＣＤ２０から成るプレートが、その
製作の一部として、それに沿ってエツチングさせるか、
またはすり合わされる軸に対して平行または垂直のいず
れかであると考えられる。いずれにしても、上記エプソ
ンＥＴ−１０のような製品においては、偏光軸２６およ
び３０は、ＬＣＤ２０の周辺エツジに対して実質上平行
であるか、または垂直であることがわかる。

第１図に示された型式の像を検分するか、または別の方
法で分析するために、前記カサセント特許出願に示され
た型式の装置を使用することを試みる際に、例えば、そ
の像中の文字Ｈが実際に垂直であり、かつ／またはその
文字の左手エツジが像の左手エツジから一定の距離にあ
ることを確立するのが望ましいかもしれない。しかしな
がら、第１図に示された像でのように、検査されるべき
像の特徴部分が、よりずっと大きい特徴部分（例えば、
幅広のレタリング線画およびかなり幅広の製品エツジ領
域）の一部であり、かつそれゆえに、必要な精度で分離
して調べることが不可能であるということが頻繁に起こ
る。例えば、文字Ｈはレタリング線画の幅より狭いが、
それにもかかわらず今なお受入れられない量だけ傾けら
れてもよい。この欠陥は、レタリングのエツジをレタリ
ングの残りのものから分離して調べることができないな
らば、カサセント出願に示された装置で検出するのが困
難であるかもしれない。この発明の主題は、後述のよう
に、これを可能にする。

偏光軸２６および３０が、例えば第２図に示されるよう
に、光軸３２の囲りで回転される場合、エレメント２０
．２４および２８を含む光学システムが、第３図に示さ
れるもののような光伝達特性をもつことを、この発明者
は発見した。特に、エレメント２０．２４および２８は
実質上、第３図における比較的狭い範囲Ａ内の輝度を有
する入力像１０部分に関連の画素でのみ光を通過させる
（偏光軸３０が、偏光軸２６に対して、より平行になる
ように偏光子２８が回転される場合、または軸２６が軸
３０に対して、より平行になるように偏光子２４が回転
される場合、エレメント２０．２４および２８を含む光
学システムは、第４図に示されるもののような光伝達特
性をもち、この特性は第３図の特性の負である。特に、
その場合、エレメント２０．２４および２８は、他のす
べてのＬＣＤ画素からの光を通過させながら、第４図に
おける比較的狭い範囲Ａ内の輝度を有する入力像１０部
分に関連のＬＣＤ画素により伝達される光を実質上、減
衰させる傾向がある。）これらの現象は、出力像３４゛
に含むために入力像中の、ある特徴部分を見分けるよう
に、この発明に従って用いることができるが、他の入力
像特徴部分は、出力像から効果的に省かれる。例えば第
２図に示されるように、従来の露光および輝度コントロ
ール３６が、光源１４を介する入力像１０の照度、カメ
ラ１２の感度、および／またはＬＣＤ２０の“輝度”　
（バイアス電圧）をコントロールするために用いられる
ので、入力像中のレタリングのエツジに関連の画素は、
光源２２からの光が、その画素でエレメント２０．２４
および２８を介して通過するのに必要な正味の、または
平均の輝度（第３図の領域Ａ）を有する。他の隣接する
、より明るい画素（純粋背景画素）またはあまり明るく
ない画素（純粋レタリング線画画素）は第３図の領域Ａ
外に輝度を有するので、エレメント２０．２４および２
８は、その画素で光を通過させない。その結果、第２図
に示されるような出力像３４゛　（または恐らく、より
正確にはその像の負）になる。特に、文字のエツジのみ
が入力像３４゛中に現れる。これは、文字のエツジに関
連の画素が、一部は背景に、かつ一部はレタリングにな
る傾向があり、かつそれゆえに、純粋背景または純粋レ
タリング画素の中間の輝度を有するためである。中間の
正味の輝度のこれらの画素は、第３図で表されたフィル
タリング機能により選択される。文字のエツジはそれに
よって、出力像３４゛において“強化される°′。出力
像３４゜はそれから、入力像特徴部分のエツジのような
かなりの細部または隣接する入力像特徴部分間の遷移に
基づいて、入力像を、よりずっと正確に分析するために
、例えば前記カサセント出願に示されるような技術を用
いて容易に処理されることが可能である。第２図に示さ
れるように、入力像エツジもまた、上記理由のために、
上記のように強化され、かつより良く定義づけられるこ
とが可能である。

偏光軸２６および３０が、この発明に従って光軸３２の
囲りで回転され得る量が、幾分変化しやすい。軸２６が
、ＬＣＤスクリーンの垂直エツジから右回りにおよそ３
０°からおよそ５５°まで回転され得ることがわかった
。（右回り方向は、光がそれを介して通過するのと同方
向にＬＣＤを見ることにより確立される。）軸３０は、
正の強化のために、ＬＣＤスクリーンの垂直エツジから
左回りにおよそ４５°からおよそ６５″′まで、または
負の強化のために、これらの角度から９０″に位置決め
可能である。（左回り方向は、光がそれを介して通過す
るのと同方向にＬＣＤを見ることにより再度確立される
。）第５図は、正の強化のための入力および出力軸の回
転位置を例示し、第６図は、負の強化のためのそれらの
軸の位置を例示している。（第６図においては、明瞭に
するために、軸３０が軸２６から離れた方向を指して示
されているが、それは反対方向の矢印３０と同じである
ことに注目されたい。）第７図および第８図は、ＬＣＤ
スクリーンスクリーンの、垂直というよりもむしろ水平
なエツジに関連する、第５図および第６図の出力偏光軸
３０の角度をそれぞれ示す。従って、軸３０の回転角度
は、第７図においては右回りにおよそ２５＠からおよそ
４５’まで、第８図−においては左回りにおよそ４５°
からおよそ６５゛までである。人力軸２６の回転量は、
第３図および第４図における曲線の形および強化を生じ
る出力軸角度の範囲に影響を与える傾向がある。例えば
、入力軸の、およそ４５″の回転は、最も広範囲の利用
可能な出力軸回転角度を与える傾向があり、かつ第５図
における、およそ５２’　　（または第７図においては
３８°）の出力軸角度と組み合わされて、第３図に最も
鋭いピークを与える傾向がある。第４図の最も鋭い谷は
、およそ４５°の入力軸回転および第６図におけるおよ
そ１４２＠　（または第８図においては３８゜）の出力
軸角度から生じる傾向がある。軸２６および３０が（第
３図により示唆されるように正の像強化のために）実質
上、互いに垂直であるか、または（第４図により示唆さ
れるように負の像強化のために）実質上、互いに平行で
あるかのいずれかであるのが好ましいことに注目された
い。

前述のバラグラフにおいて（かつ第５図ないし第８図に
おいて）明瞭にし、かつ簡単にするために、軸２６およ
び３０の特定の回転方向（右回りまたは左回り）が仮定
されているが、軸２６は、その回転に対して上で明記さ
れた量だけ、選択的に反対方向に回転されることが可能
であり、かつ軸３０は、その回転に対して上で明記され
た量だけ、反対方向に同時に回転されることが可能であ
る。これは第９図ないし第１２図により示され、第９図
ないし第１２図は、軸２６および３０の各々が、第５図
ないし第８図の対応するものにおいて示されるものと反
対方向に回転される場合、それぞれ第５図ないし第８図
に等しいものとなる。

前記は、この発明の原理を単に例示していて、発明の範
囲および精神を逸脱することなく、当業者により様々な
変更がなされ得ることが理解されるであろう。例えば、
光源２２が、適当に配向された偏光源であるなれば、第
２図において人力偏光子２６を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＬＣＤ画像処理システムの簡単なブロ
ック図である。 第２図は、第１図のシステムが、この発明の原理に従っ
ていかにして変更され得るかを示す、第１図と同じ図で
ある。 第３図は、この発明のシステムの１つの可能な（正の）
像強化特性を示す図である。 第４図は、この発明のシステムの、伯の可能な（負の）
像強化特性を示す図である。 第５図ないし第１２図は、この発明の原理に従って偏光
軸方向を例示する図である。 Ｆ／Ｇ、４ し−、Ｗ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、／２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学出力像を作る方法であって、そこでは入力像の
   選択された部分が、前記入力像の他の部分に関して前記
   出力像中で光学的に強化され、前記選択された部分は、
   強化されるべきではない前記入力像部分の輝度とは実質
   上異なる、予め定められた輝度を、前記入力像中に有し
   、前記方法は標準的には、その光軸に対して垂直な、第
   １の予め定められた偏光軸を有する偏光によって照らさ
   れ、かつ標準的には、それによって伝達される光を偏光
   させるために、前記光軸に対して垂直な、第２の予め定
   められた偏光軸を有する、関連の伝達先偏光子を有する
   液晶ディスプレイ上に前記入力像の表示を形成する段階
   と、 前記第１の予め定められた偏光軸から、前記光軸の囲り
   で、第１の予め定められた角度だけ回転される第３の予
   め定められた偏光軸を有する偏光で前記ディスプレイを
   照らす段階と、 前記出力像を作るために、前記第２の偏光軸から、前記
   光軸の囲りで、第２の予め定められた角度だけ回転され
   る第４の予め定められた偏光軸を有する偏向子を介して
   、前記ディスプレイにより伝達される光を通過させる段
   階と、 前記入力像の前記選択された部分が、前記入力像の他の
   部分に関して前記出力像中で光学的に強化されるように
   前記表示を調整する段階とから成る、光学出力像を作る
   方法。 ２、前記第１の予め定められた角度が、およそ３０°か
   ら、およそ５５°までの範囲内にある、請求項１記載の
   方法。 ３、前記第２の予め定められた角度が、およそ２５°か
   ら、およそ４５°までの範囲内にあり、かつ正の強化の
   ために、前記第１の予め定められた角度の回転方向と同
   じである回転方向を有する、請求項１記載の方法。 ４、前記第２の予め定められた角度が、およそ４５°か
   ら、およそ６５°までの範囲内にあり、かつ負の強化の
   ために、前記第１の予め定められた角度の回転方向と逆
   の回転方向を有する、請求項１記載の方法。 ５、前記第４の偏光軸が、正の強化のために、前記第３
   の偏光軸に対して実質上垂直である、請求項１に記載の
   方法。 ６、前記第４の偏光軸が、負の強化のために、前記第３
   の偏光軸に対して実質上平行である、請求項１記載の方
   法。 ７、前記第１の予め定められた角度が、およそ４５°で
   ある、請求項１記載の方法。 ８、前記第２の予め定められた角度が、およそ３８°で
   あり、かつ正の強化のために、前記第１の予め定められ
   た角度の回転方向と同じ回転方向を有する、請求項１記
   載の方法。 ９、前記入力像の前記選択された部分が、前記出力像の
   他のすべての部分よりも明るくされることにより、前記
   出力像中で光学的に強化される、請求項１記載の方法。 １０、前記入力像の前記選択された部分が、前記出力像
   の他のすべての部分より暗くされることにより、前記出
   力像中で光学的に強化される、請求項１記載の方法。 １１、前記表示を調整するための前記段階が、前記入力
   像の輝度全体を調整する段階から成る、請求項１記載の
   方法。 １２、前記表示を調整する前記段階が、前記液晶ディス
   プレイ上のバイアス電圧を調整する段階から成る、請求
   項１記載の方法。 １３、前記予め定められた輝度が、強化されるべきでは
   ない前記入力像のいくらかの部分の輝度よりも大きいが
   、強化されるべきではない前記入力像の他のいくらかの
   部分の輝度よりも小さい、請求項１記載の方法。 １４、光学出力像を作るための装置であって、そこでは
   入力像の選択された部分が、前記入力像の他の部分に関
   して前記出力像中で光学的に強化され、前記選択された
   部分は、強化されるべきではない前記入力像部分の輝度
   とは実質上異なる、予め定められた輝度を、前記入力像
   中に有し、前記装置は、 標準的には、その光軸に対して垂直な、第１の予め定め
   られた偏光軸を有する偏光により照らされ、かつ標準的
   には、それによって伝達される光を偏光させるために、
   前記光軸に対して垂直な、第２の予め定められた偏光軸
   を有する、関連の伝達光偏光子を有する型式の液晶ディ
   スプレイと、前記液晶ディスプレイが、前記入力像の表
   示を形成するようにされるための手段と、 前記第１の予め定められた偏光軸から、前記光軸の囲り
   で、第１の予め定められた角度だけ回転される第３の予
   め定められた偏光軸を有する偏光で前記ディスプレイを
   照らすための手段と、前記出力像を作るために前記ディ
   スプレイにより伝達される光を偏光させるための手段と
   から成り、前記偏光手段は、前記第２の偏光軸から、前
   記光軸の囲りで、第２の予め定められた角度だけ回転さ
   れる第４の予め定められた偏光軸を有し、さらに 前記入力像の前記選択された部分が、前記入力像の他の
   部分に関して、前記出力像中で光学的に強化されるよう
   に、前記表示を調整するための手段から成る、光学出力
   像を作るための装置。 １５、前記第１の予め定められた角度が、およそ３０°
   から、およそ５５°までの範囲内にある、請求項１４記
   載の装置。 １６、前記第２の予め定められた角度が、およそ２５°
   から、およそ４５°までの範囲内にあり、かつ正の強化
   のために、前記第１の予め定められた角度の回転方向と
   同じ回転方向を有する、請求項１４記載の装置。 １７、前記第２の予め定められた角度が、およそ４５°
   から、およそ６５°までの範囲内にあり、かつ負の強化
   のために、前記第１の予め定められた角度の回転方向と
   逆の回転方向を有する、請求項１４記載の装置。 １８、前記第４の偏光軸が、前記第３の偏光軸に対して
   実質上垂直である、請求項１４記載の装置。 １９、前記第４の偏光軸が、前記第３の偏光軸に対して
   実質上平行である、請求項１４記載の装置。 ２０、前記第１の予め定められた角度が、およそ４５°
   である、請求項１４記載の装置。 ２１、前記第２の角度が、およそ３８°であり、かつ正
   の強化のために、前記第１の予め定められた角度の回転
   方向と同じ回転方向を有する、請求項１４記載の装置。 ２２、前記入力像の前記選択された部分が、前記出力像
   の他のすべての部分よりも明るくされることにより、前
   記出力像中で光学的に強化される、請求項１４記載の装
   置。 ２３、前記入力像の前記選択された部分が、前記出力像
   の他のすべての部分よりも暗くされることにより、前記
   出力像中で光学的に強化される、請求項１４記載の装置
   。 ２４、前記表示を調整するための前記手段が、前記入力
   像の輝度全体を調整するための手段から成る、請求項１
   ４記載の装置。 ２５、前記表示を調整するための前記手段が、前記液晶
   ディスプレイ上のバイアス電圧を調整するための手段か
   ら成る、請求項１４記載の装置。 ２６、前記予め定められた輝度が、強化されるべきでは
   ない前記入力像のいくらかの部分の輝度よりも大きいが
   、強化されるべきではない前記入力像の他のいくらかの
   部分の輝度よりも小さい、請求項１４記載の装置。