JPH073324B2

JPH073324B2 - 干渉縞測定方法

Info

Publication number: JPH073324B2
Application number: JP1205087A
Authority: JP
Inventors: 一雄東浦; 秀俊葉玉
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPH0368804A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、干渉対物レンズによって発生する干渉縞の形
状を測定する干渉縞測定方法に関するもので、例えば、
磁気ヘッドの姿勢調整等に利用可能なものである。

（従来の技術）例えば、VTRやDAT（デジタルオーディオテープレコー
ダ）における磁気ヘッドの姿勢調整には、顕微鏡を用い
て目視しながら調整する方法が用いられている。即ち、
磁気ヘッドの円弧状先端部に向けて顕微鏡を対向配置し
て干渉縞を発生させ、この干渉縞を顕微鏡を通して拡大
してテレビカメラで撮像し、これをモニタに表示する。
磁気ヘッドの姿勢が変化すると、顕微鏡に固定されてい
て参照光を反射する平面ミラーとの相対位置関係が変化
して干渉縞が変化する。磁気ヘッドとの距離が変化する
と干渉縞の次数が変化して、縞が大きくなって発散した
り、小さくなって消えたりし、また、光軸に対して磁気
ヘッドが垂直方向に移動すると、これに応じて縞全体も
移動する。磁気ヘッドが正しい姿勢になっていれば干渉
縞の中心が所定の位置になる。そこで、モニタの画面上
に縦横直交方向に引かれたヘアライン（カーソル線）の
中心に干渉縞の中心が合うように磁気ヘッドを調整して
磁気ヘッドの姿勢を調整する。

（発明が解決しようとする課題）上記のように、人が顕微鏡とモニタを通じて目視により
観測し調整する場合、所要時間が長くなるとか、個人差
によって調整位置がばらつくというような問題がある。
いま、仮りに、磁気ヘッドの姿勢や位置を目視によるこ
となく自動的に測定できれば、上記問題点を解消できる
はずである。その手段として画像処理技術を導入して干
渉縞の形状を測定することが考えられる。しかしなが
ら、干渉縞には明縞と暗縞とがあるため、明縞か暗縞か
に関係なく干渉縞の形状を正しく測定することは難し
い。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、干渉縞の明縞か暗縞かに関係なく干渉縞
の形状を測定することができるようにした干渉縞測定方
法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、干渉対物レンズによって発生する干渉縞を画
像入力し、この干渉縞の画像データから干渉縞の明縞と
暗縞との境界を抽出した画像データを作成し、この干渉
縞の明縞と暗縞の境界の画像データを反転させ、反転さ
れた画像データにより区分された領域にラベリング処理
をした画像データを作成し、このラベリング処理をした
画像データに上記干渉縞の明縞と暗縞との境界の画像デ
ータを反転させた画像データを加算し濃度ヒストグラム
を作成することを特徴とする。

（作用）干渉縞の明縞と暗縞の境界の画像データを反転させた画
像データにより区分された領域にラベリング処理をした
画像データを作成し、このラベリング処理をした画像デ
ータに干渉縞の明縞と暗縞との境界の画像データを反転
させた画像データを加算することにより、明縞か暗縞か
にかかわらず干渉縞の明縞と暗縞との境界が区分され
る。区分された領域ごとに濃度ヒストグラムを作成すれ
ば、明縞か暗縞かにかかわらず干渉縞の形状を測定する
ことができる。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明にかかる干渉縞測定方
法の実施例について説明する。

まず、第１図によって本発明の方法に用いられる画像処
理装置の例について説明する。第１図において、磁気ヘ
ッド１は円弧状先端面の中央部にギャップを有してお
り、このギャップ部に向けてテレビカメラ３の干渉対物
レンズ２が所定の間隔をおいて配置されている。干渉対
物レンズ２は干渉縞を発生させるのに必要な参照光を透
過させまた遮断するシャッタを有している。このシャッ
タを閉じた状態では干渉縞が発生せず、テレビカメラ３
によって磁気ヘッド１の先端面の画像のみが得られる。
上記シャッタを開いた状態では磁気ヘッド１の先端面の
画像と干渉縞の画像とが得られる。

カメラ３によって得られた磁気ヘッド１の先端面の画像
及び干渉縞の画像はアナログ・デジタル変換器４でデジ
タル信号に変換され画像メモリ５に入力される。アナロ
グ・デジタル変換器４は、例えば１画素を８ビット、25
6階調の多値に処理し、また、２値に処理することがで
きる。上記画像メモリ５は、デジタル変換後の多値画像
及び２値画像を記憶することができ、記憶した画像をデ
ジタル・アナログ変換器６を通じてモニタ７に表示させ
ることができる。

画像メモリ５は画像処理プロセッサ８との間でデータの
授受が行われる。画像処理プロセッサ８は、画像データ
の２値化、後述の各種局所演算等総ての画像処理機能を
有する。画像メモリ５及び画像処理プロセッサ８は画像
制御プロセッサ９によって制御される。画像制御プロセ
ッサ９は、画像メモリ５の選択、画像入出力選択、画像
処理機能選択等を行う。また、以上述べた画像処理装置
全体をシステムプロセッサ10が制御する。

次に、上記画像処理装置の動作、特に画像処理プロセッ
サ８の動作を第２図ないし第４図を参照しながら説明す
ることによって本発明にかかる方法の実施例について説
明する。

まず、ステップ（１）で、被測定物である磁気ヘッド１
をカメラ３の撮像位置に手動又は自動でセットする。シ
ステムプロセッサ10から画像制御プロセッサ９に信号が
入力され、計測がスタートする。

ステップ（２）で磁気ヘッド１のギャップ11の画像を入
力し、画像メモリ５に記憶する。ここでは、まず磁気ヘ
ッド１のギャップ11にピントを合わせる。また、干渉対
物レンズ２のシャッタを閉じて干渉縞が発生しない状態
にしておき、この状態でカメラ３から磁気ヘッド１のギ
ャップ11部の画像を入力する。カメラ３からの画像信号
はアナログ信号であり、これをアナログ・デジタル変換
器４でデジタル信号に変換して画像メモリ５に記憶す
る。このデジタル信号は多値の信号であり、例えば、１
画素を８ビット、256階調に処理する。上記のように干
渉縞は発生しないから、ここでは第２図（２）に示すよ
うに磁気ヘッド１のギャップ部の画像のみが入力され記
憶される。

ステップ（３）で干渉縞12の画像を入力し、画像メモリ
５に記憶する。ここでは、干渉対物レンズ２のシャッタ
を開いて干渉縞を発生させ、この干渉縞にピントを合わ
せる。そして、カメラ３から干渉縞を画像入力し、デジ
タル信号に変換し、画像メモリ５に記憶する。入力され
た画像データには第２図（３）に示すように干渉縞12と
磁気ヘッド１のギャップ部の画像とが含まれており、こ
の画像データがそのまま画像データメモリ５に記憶され
る。

ステップ（４）で干渉縞の画像データからギャップ部の
画像データを差し引いて干渉縞だけの画像データを作成
する。画像メモリ５には干渉縞とギャップ部の両方を含
んだ画像データとギャップ部だけの画像データとが記憶
されているが、ギャップ部が明るく、画像処理には好ま
しくない。そこで、「干渉縞とギャップ部の両方を含ん
だ画像メモリ」の画素に対する「ギャップ部の画像メモ
リ」の画素についてそれぞれ引き算し、「干渉縞だけの
画像データ」を作成する。第２図（４）はこのようにし
て作成された干渉縞を示しており、この干渉縞を１本の
走査ラインＱ−Ｑに沿って取りだした波形を第３図
（４）に示す。

ステップ（５）でノイズを除去する。ステップ（３）で
取り出された干渉縞の画像データにはノイズが含まれて
いるので、平滑化してノイズを除去する。具体的には、
各画素において、その画素の濃度と周囲の画素の濃度と
をそれぞれ比較し、類似した濃度を持つ画素の数が少な
い場合、即ち周囲から突出した濃度を持つ画素の場合に
はノイズを持っているものと考えて、その画素の濃度を
周囲の画素の平均濃度に置き換えて記憶していく。この
ようにしてノイズが除去された干渉縞を第２図（５）
に、その波形を第３図（５）に示す。

ステップ（６）で上記多値の画像データを２値化する。
即ち、干渉縞の明縞（白の部分）には「１」を記憶し、
暗縞（黒の部分）には「０」を記憶する。第３図（６）
はこうして２値化した波形を示しており、多値画のデー
タを２値化処理することによって干渉縞の輪郭を明確に
する。

ステップ（７）で干渉縞の明縞と暗縞との境界を抽出す
る。「１」が記憶された明縞の画素において、暗縞の画
素と接する明縞の画素には「１」をそのまま記憶し、そ
れ以外の画素には「０」を記憶する。また、暗縞につい
てもそのまま「０」を記憶する。このように干渉縞の明
縞と暗縞との境界を抽出する理由は、明縞であるか暗縞
であるかに関係なく画像処理を可能にするためである。
即ち、暗縞の部分である「０」が記憶されている画素を
持つ領域は、このままでは後述のラベリング処理ができ
ないので、干渉縞の明縞と暗縞との境界を抽出する。上
記の例では、暗縞の画素と接する明縞の画素に「１」を
記憶したが、明縞に接する暗縞の画素に「１」を記憶
し、その他の画素には「０」を記憶してもよい。第２図
（７）、第３図（７）は、上記のようにして抽出処理し
た干渉縞及びその波形を示す。

ステップ（８）で「１」の領域と「０」の領域とを反転
する。上記ステップ（７）で「０」が記憶されている画
素では後述のラベリング処理ができないので、ラベリン
グ処理を可能にするため、ステップ（７）で「０」が記
憶された画素については「１」を記憶し、「１」が記憶
された画素については「０」を記憶する。第２図、第３
図の（８）は反転された干渉縞及びその波形を示す。

ステップ（９）でラベリングする。ここでは、「１」が
記憶されている領域を多値画で分割処理する。例えば、
画面上の左上端の画素から右下端の画素のデータについ
て、「１」が記憶されかつ連続している領域は同じ領域
と判断し、この領域を例えばＡ領域としてこのＡ領域の
画素に「１」を記憶する。次に、ステップ（７）で抽出
し、ステップ（８）で反転した干渉縞の境界の画素で
は、一旦「０」に変化しそれから再び「１」に変化する
ので、「０」の境界によって区分され「１」が記憶され
た領域は、前のＡの領域とは違う領域と仮りに決め、こ
の「１」が続く領域を例えばＢ領域とし、このＢ領域の
画素には「２」を記憶する。同様に、Ｂ領域が「０」の
境界によって区分され「１」が続く別の領域はＣ領域と
して「３」を記憶する。このようにして、１本目の走査
が終わったら、次の走査線からは、走査済みの隣接した
４画素のうち、既に領域が決められた画素が一つでも含
まれていればその領域に属するものとする。ただし、上
記走査済みの隣接した４画素のうち、前の走査で決めた
領域とは違った領域の点が二つ含まれていれば、この二
つの点は同じ領域に属するものとして覚えておき、１回
の画面走査が終了後同じ領域に統一して領域分割を完成
する。例えば、本実施例では、「０」「１」「２」
「３」を記憶した４つの領域に分割されている。第２
図、第３図の（９）は、ラベリングされた干渉縞及びそ
の波形を示す。

ステップ（９′）では、ステップ（８）で反転された干
渉縞のデータについて「１」の領域と「０」の領域との
境界を抽出する。処理の仕方はステップ（７）と同じで
あり、これによって各領域の外周を明確にする。ここで
は２値画で記憶する。第２図、第３図の（９′）は、こ
うして境界が抽出された干渉縞及びその波形を示す。ス
テップ（９）とステップ（９′）は画像処理プロセッサ
８によって処理される。ステップ（９）とステップ
（９′）の処理は何れが先であってもよい。

ステップ（10）で濃度ヒストグラムを作成する。ここで
は、ステップ（９）で得られたデータを２倍にし、これ
に（９′）で得られたデータを加算する。即ち、（９）
×２＋（９′）を行う。第２図、第３図の（10）は、こ
うして得られる干渉縞及びその波形を示す。なお、ステ
ップ（９）で得られたデータを２倍にするのは、ステッ
プ（９）により分割された各領域の濃度及びその外周の
濃度とが、他の領域の濃度及びその外周の濃度と同じ濃
度にならないようにするためである。従って２以外の倍
数であってもよい。

ステップ（11）で濃度ヒストグラムを計算する。ここで
は、各濃度ごとの頻度を画素数で計算する。第３図（1
0）に示すように、各領域の面積部分と境界部分とでは
それぞれ濃度が異なるので、同一濃度ごとにその画素数
を計算する。また、一つの領域の面積部分の両側にその
境界部分が同一濃度で存在しているので、それぞれの領
域の面積部と外周部とを明確に区別することもできる。
従って、同一領域に属する同一の濃度の画素数を計算す
ることにより、各領域ごとの面積及び各領域ごとの外周
の長さを求めることができる。第４図はこのようにして
濃度ヒストグラムを計算した例を示すもので、l₁，l₂，
l₃はそれぞれ領域１、領域２、領域３の外周の画素数、
S₁，S₂，S₃は上記各領域の面積の画素数を示す。

ステップ（12）では、上記各領域の外周と面積から、最
も円らしい形状を捜す。円らしさを示す値をＰとする
と、Ｐ＝（面積）／（外周）² の式によって求めることができる。Ｐの値は円の場合に
最も大きく、Ｐ＝1/4πとなる。従って、Ｐ＝1/4πに最
も近い値となる領域を捜す。

ステップ（13）では、ステップ（12）で求めた最も円ら
しい形状のものから、その中心を求める。又は、最も円
らしい形状のものから、その重心を求めてもよい。外周
側の干渉縞はリング状をなしていて、外周の長さの割に
は面積が小さいので、最も円らしい形状は、通常は中心
部分にある非リング状の干渉縞ということになる。ま
た、仮りにノイズが完全に除去されていないとしても、
中心部分の干渉縞は面積が小さいので、ノイズによる孤
立点は除去することができる。

ステップ（14）で、円の中心を干渉縞の中心として出力
する。厳密には、外周部は面積の中に含まれるものであ
るが、ここでは、面積と外周とを分けても求める値には
大した影響はないから、上記の式に基づいて中心を求め
ている。

ステップ（15）で画像制御プロセッサ９からシステムプ
ロセッサ10に信号が送られ、計測動作が終了する。

上記のようにして出力された干渉縞の中心を示す信号
は、磁気ヘッド１の位置調整機構にフィードバックさ
れ、上記干渉縞の中心を示す信号が所定の範囲内に入っ
た状態で磁気ヘッド１を位置決めし固定するなどして、
自動的に磁気ヘッドの位置を調整して固定することがで
きる。

上記実施例によれば、干渉縞の明縞と暗縞の境界の画像
データを反転させた画像データにより区分された領域に
ラベリング処理をした画像データを作成し、このラベリ
ング処理をした画像データに干渉縞の明縞と暗縞との境
界の画像データを反転させた画像データを加算し、濃度
ヒストグラムを作成することにより、干渉縞が明縞か暗
縞かに関係なく干渉縞の形状を測定することができる。
また、ラベリング後の画像濃度を数倍にしてこれに外周
の値を加え、一度のヒストグラム計算で各領域の面積と
周囲長とを求めることができるようにしたため、処理時
間を短縮化できるという効果がある。

なお、本発明にかかる方法は、VTR用磁気ヘッド、DAT用
磁気ヘッド、その他各種の磁気ヘッドのギャップ部の姿
勢測定に利用することができるし、その他干渉縞を利用
した各種の測定に利用することができる。

前記実施例では、干渉縞の中心を測定したが、干渉縞の
形状を測定してもよい。

（発明の効果）本発明によれば、干渉縞の明縞と暗縞の境界の画像デー
タを反転させた画像データにより区分された領域にラベ
リング処理をした画像データを作成し、このラベリング
処理をした画像データに干渉縞の明縞と暗縞との境界の
画像データを反転させた画像データを加算し、濃度ヒス
トグラムを作成することにより、干渉縞が明縞か暗縞か
に関係なく干渉縞の形状を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に適用可能な画像処理装置の例を
示すブロック図、第２図は本発明にかかる干渉縞測定方
法の実施例を示すフローチャート、第３図は同上実施例
の各ステップごとに得られる信号波形の例を示す線図、
第４図は上記実施例での濃度ヒストグラム計算結果の例
を示す線図である。２……干渉対物レンズ、12……干渉縞。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】干渉対物レンズによって発生する干渉縞の
形状を測定する干渉縞測定方法において、上記干渉縞を
画像入力し、この干渉縞の画像データから干渉縞の明縞
と暗縞との境界を抽出した画像データを作成し、この干
渉縞の明縞と暗縞の境界の画像データを反転させ、反転
された画像データにより区分された領域にラベリング処
理をした画像データを作成し、このラベリング処理をし
た画像データに上記干渉縞の明縞と暗縞との境界の画像
データを反転させた画像データを加算し濃度ヒストグラ
ムを作成することを特徴とする干渉縞測定方法。