陰影校正方法、陰影校正值測定裝置、圖像捕獲裝置的製作方法

2023-09-22 23:35:35

專利名稱：陰影校正方法、陰影校正值測定裝置、圖像捕獲裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及陰影校正方法、陰影校正值測定裝置、圖像捕獲裝置及光束輪廓測定 裝置，具體地，涉及一種用於以非常高的精度執行陰影校正的技術。
背景技術：
已提出了用於測定光束輪廓(beam profile)(諸如雷射束的光束強度)的多種類 型裝置(被稱為光束輪廓測定裝置)，並且這些裝置都商業上可用的。在日本未審查專利申請公開第2002-316364號中，記載了光束輪廓測定裝置的一 個構成實例。在日本未審查專利申請公開第2002-316364號記載的光束輪廓測定裝置中， 設置有面向光束的小孔，並且在小孔前設置有光電轉換元件。光束輪廓測定裝置通過沿著 光束的橫截面掃描小孔和光電轉換元件來測定輪廓。在日本未審查專利申請公開第7-113686號中，描述了通過掃描刀口(knife edge)使刀口橫切光束，以及通過對從設置在刀口前的光電轉換元件獲得的信號進行諸如 微分的計算處理，獲得諸如光束強度的輪廓。此外，儘管通過沿著光束的橫截面掃描狹縫而獲得諸如光束強度的光束輪廓的裝 置在任何文獻中都沒有記載，但是這樣的裝置是存在的。作為與上述採用光束執行掃描和採用光電轉換元件接收光束不同的方法，存在將 雷射的圖像直接形成在用於圖像捕獲的固態圖像捕獲元件的圖像捕獲面上的方法。而且在 理論上，使用該方法可以測定諸如光束強度的輪廓。下面將描述採用固態圖像捕獲元件直 接捕獲雷射的圖像的方法。圖15是示出了由光束輪廓測定裝置檢測到的雷射束的光斑的實例的示圖，其中 對該實例進行了放大。在圖15所示的實例中，對於垂直位置和水平位置中的每一個，在激 光束的光斑中心測得了最高強度，而在雷射束的光斑的外圍部測得的強度減小。

發明內容
如在日本未審查專利申請公開第2002-316364號和第7-113686號中所描述的，在 現有技術中，已提出了各種類型的光束輪廓測定裝置，並且這些裝置是商業上可用的。能夠 以一定程度的精度來測定諸如雷射束的光束。然而，存在這樣的問題，即。通過現有技術中 已提出的光束輪廓測定裝置測定的光束強度的精度不是一定高。更具體地，測定精度受到對小孔、狹縫或刀口進行加工時的加工精度的限制。例 如，對於沿著光束的橫截面掃描狹縫的方法，假定了這樣一種構造，即，其中設置有寬度為 5 μ m的狹縫，並利用該對角移動的狹縫來執行測定。採用此構造，甚至當狹縫的加工精度為士 0.1 ym時，測定誤差最大為士 4%。為了測定從用於精密測定和精密加工的雷射光源發 射的雷射的光束輪廓，要求以下的測定精度。因此，現有技術的這種光束輪廓測定裝置 的測定精度是不夠的。為此，考慮了在固態圖像捕獲元件的圖像捕獲面上直接形成光束的圖像並直接 觀察和測定光束的光束輪廓的方法。作為固態圖像捕獲元件，例如，可應用電荷耦合器件 (CCD)圖像傳感器或互補金屬氧化物半導體(CM0Q圖像傳感器。在如上述將光束的圖像直接形成在固態圖像捕獲元件上的情況下，空間解析度受 到固態圖像捕獲元件的像素數量的限制。然而，近年來，因為諸如CCD圖像傳感器或CMOS 圖像傳感器的固態圖像捕獲元件的像素數量已經增加到數百萬像素，因此像素數量不成為 問題。而且，採用半導體工藝來製造這種圖像傳感器。因此，對於幾微米的像素尺寸，圖像 傳感器具有0.01 μ m量級的精度。因而，空間誤差(spatial error)幾乎可以忽略。相比之下，當使用在固態圖像捕獲元件上直接形成光束的圖像的構造時，由於與 光學系統(該光學系統用於採用圖像捕獲裝置等來形成光束的圖像)相關聯的因素的存 在，會導致產生造成測定精度降低的因素。更具體地，會造成用以測定輪廓的測定精度降低 的因素如下與用於採用圖像捕獲裝置來形成光束的圖像的光學系統相關聯的光學像差和 塗層分布；與CMOS處理相關聯的四次方定律；採用設置在固態圖像捕獲元件上的微透鏡聚 集光束的不一致性；以及固態圖像捕獲元件固有的每個像素的感光度的不一致性。在本說 明中包括上述給出的所有因素的感光度的不一致性被稱為「陰影」。陰影還取決於光學系統 或圖像傳感器的類型。但是，造成感光度不一致的陰影通常被表示為在從幾個百分比量級 到幾十個百分比量級範圍內的值。當以以下的測定精度執行測定時，需要消除陰影。下 述說明中將用於消除陰影的圖像校正稱為「陰影校正」。注意，在現有技術中，已提出了用於執行陰影校正的各種類型的技術，並且這些技 術是商業上可用的。然而，在現有技術中，對於如上所述以以下的測定精度進行的光強 度的測定，陰影校正的精度是不夠的。例如，如果能使具有均勻強度的光入射到設置在圖 像捕獲元件的所有像素中，則可根據光強度的檢測狀態來計算各像素的陰影校正值。然而， 事實上，難以製作能夠使具有光強度的分布百分比等於或小於且分布均勻的特性的光 入射的高精度光源。而且，在上述說明中，為了便於描述以高精度執行陰影校正的必要性，以實例的方 式描述了光束輪廓測定裝置。陰影校正在採用圖像捕獲裝置以高精度執行圖像捕獲中是重 要的技術。因此，甚至使用其中採用固態圖像捕獲元件的圖像捕獲裝置(諸如攝像機或照 相機)，但是為了以高精度執行圖像捕獲，類似的陰影校正也是必要的。鑑於這樣的情況，作出了本發明。期望在採用固態圖像捕獲元件執行圖像捕獲時 以高精度執行陰影校正。根據本發明的實施方式，提供了一種陰影校正方法。在該陰影校正方法中，將其中 設置了包括光接收元件的像素的固態圖像捕獲元件的光接收區分割為多個區域。用從作 為基準的光源發射的光，經由圖像形成光學系統，照射每個分割區域，以使光的光斑的尺寸 與所述區域尺寸相當。根據存儲在區域特定感光度存儲器中的感光度值，計算固態圖像捕 獲元件的所有像素的陰影校正值。將所算出的所有像素的陰影校正值存儲在校正值存儲器 中。利用通過固態圖像捕獲元件進行圖像捕獲來獲得各像素的信號，並利用存儲在校正值存儲器中的像素的相應陰影校正值對這些信號進行校正。在陰影校正方法中，從用作基準的光源發射的光被接收到每個區域中，使得光的 光斑尺寸與區域的尺寸相當。獲得每個區域的感光度值。因此，在各個區域檢測到的光的 強度是相同的。檢測反映出現在區域中的陰影的狀態的感光度值。然後，基於檢測到的各 區域的感光度值獲得所有像素的陰影校正值。因此，基於檢測到的感光度值，可以以高精度 獲得陰影校正值。根據本發明的實施方式，基於檢測到的各區域的感光度值可以以高精度獲得各像 素的陰影校正值。可對通過固態圖像捕獲元件獲得的圖像捕獲信號以高精度執行陰影校正。因此，例如，陰影校正方法應用於圖像捕獲裝置的陰影校正，從而能夠獲得全部進 行陰影校正的圖像捕獲信號。而且，例如，陰影校正方法應用於包括在光束輪廓測定裝置中的圖像捕獲元件的 陰影校正，從而可以以非常高的精度測定束輪廓。


圖1是示出本發明實施方式中的整體構造的實例的構造圖；圖2是示出在本發明實施方式中將固態圖像捕獲元件的圖像捕獲區分割成區域 的實例的示例圖；圖3是示出本發明實施方式中在測定陰影時執行信號處理的概述的示例圖；圖4是示出本發明實施方式中在捕獲圖像時執行信號處理的概述的示例圖；圖5是示出本發明實施方式中生成陰影校正值的處理的概述的示例圖；圖6是示出本發明實施方式中具體區域設置的實例的示例圖；圖7是示出本發明實施方式中對區域進行測定的順序實例的示例圖；圖8是示出採用圖6中示出的區域設置來生成陰影校正值的處理的示例圖；圖9A 9D是示出本發明實施方式中計算感光度值的處理的狀態的特性實例的示 例圖；圖IOA IOC是示出本發明實施方式中計算感光度值的處理的狀態的詳細實例的 示例圖；圖11是示出本發明實施方式中對端部執行計算感光度值的處理的實例的示例 圖；圖12A 12C是示出本發明實施方式中推定列方向上的感光度值的實例的示例 圖；圖13是示出雷射束的光斑尺寸大於分割區域尺寸的情況下的測定狀態的實例 (實例1)的示例圖；圖14是示出雷射束光斑尺寸大於分割區域尺寸的情況下的測定狀態的實例(實 例2)的示例圖；圖15示出現有技術中光束輪廓的測定實例的原理圖。
具體實施例方式將以如下段落標題的順序描述本發明實施方式的實例。
1. 一個實施方式的描述1. 1系統的整體構造(圖1)1. 2獲得陰影校正值的處理的概述(圖2和3)1. 3執行陰影校正的處理的概述(圖4)1. 4生成陰影校正值的處理的詳細描述(圖5)1. 5基於區域的具體設置的處理狀態的描述(圖6 8)1. 6計算感光度值和陰影校正值的處理的描述(圖9A 9D、圖IOA IOC和圖 11)1. 7推定列方向上的感光度值的處理的實例(圖12A-12C)1. 8修正感光度值的處理的實例2.變形實例的描述(圖13和圖14)以下，參考圖1 圖8、圖9A 圖9D、圖IOA 圖10C、圖11和圖12A 圖12C說 明本發明一個實施方式的實例。1. 一個實施方式的描述下文中，將參照圖1 圖8、圖9A 圖9D、圖IOA 圖10C、圖11以及圖12A 圖 12C來描述本發明的一個實施方式的實例。1. 1系統的整體構造首先，將參照圖1來描述根據本發明實施方式執行處理的裝置的整體構造的實 例。在本發明的實施方式中，準備配置為數位照相機的圖像捕獲裝置100，並且在進行 圖像捕獲時執行陰影校正。圖像分析裝置301和顯示裝置302連接至圖像捕獲裝置100，並 且圖像捕獲裝置100被配置為用作光束輪廓測定裝置(測定系統)。圖像分析裝置301利 用圖像對用於捕獲圖像的光束的強度分布進行分析，並測定光束輪廓。顯示裝置302使顯 示器顯示所捕獲的圖像(通過用光束照射所獲得的圖像)。圖1中示出的構造是用以獲得用於執行陰影校正的陰影校正值的構造。控制部 200和用於執行陰影校正的外圍部連接至圖像捕獲裝置100。例如，使用個人計算機裝置和 在個人計算機裝置中執行的程序，來配置控制部200和用來執行陰影校正的外圍部。個人 計算機裝置連接至圖像捕獲裝置100。在圖像捕獲裝置100中，使用透鏡21和23、濾光片22等構成的光學系統20配置 在固態圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(其上形成圖像的面)111的前面。將從基準光源 10的雷射輸出部11輸出的雷射輸入至光學系統20。僅需要基準光源10是具有穩定雷射 輸出的光源。只要光的輸出量是穩定的，可使用輸出除雷射之外的光的其它任何光源。注 意，在當執行光束輪廓測定時測定對象是雷射的情況下，優選地，使由基準光源10輸出的 雷射的波長和固態圖像捕獲元件110的形成圖像的面上的數值孔徑與測定對象的那些相 一致。將圖像捕獲裝置100放置於XY工作檯230上。提供能夠在包含在圖像捕獲裝置 100中的固態圖像捕獲元件110的圖像捕獲區111的水平方向(X方向)和垂直方向(Y方 向)移動圖像捕獲裝置100的結構。使用XY工作檯230移動圖像捕獲裝置100，從而能夠 改變固態圖像捕獲元件110的圖像捕獲區111上的受到從基準光源10發射的雷射照射的7圖像捕獲區111的位置。換言之，XY工作檯230用作從基準光源10發射的光的移動部件。 工作檯驅動部231根據由控制部200提供的指令對XY工作檯進行驅動，XY工作檯230在X 方向和Y方向上移動。驅動機構的詳情不作說明。然而，可以應用具有各種構造類型的驅 動機構，只要該驅動機構能夠實現以區域為單位的移動。關於包含在圖像捕獲裝置100中的固態圖像捕獲元件110，在圖像捕獲區111中的 水平方向和垂直方向上配置預定數量的像素(光接收元件)。例如，可將CCD圖像傳感器或 CMOS圖像傳感器用作固態圖像捕獲元件110。關於固態圖像捕獲元件110，經由光學系統20將圖像光接收在圖像捕獲區111中。 將圖像光以像素為單位轉換成圖像捕獲信號，並且該圖像捕獲信號從輸出電路130輸出。 將從輸出電路130輸出的圖像捕獲信號提供至圖像捕獲處理部140。圖像捕獲處理部140 對圖像捕獲信號執行各種類型的校正和轉換以獲得預定的圖像信號。所獲得的圖像信號經 由圖像信號輸出端子151從圖像輸出部150輸出至外部。圖像分析裝置301和顯示裝置 302連接至圖像信號輸出端子151。在固態圖像捕獲元件110中執行的圖像捕獲操作同步於從驅動電路120提供至固 態圖像捕獲元件110的驅動脈衝來執行。驅動脈衝從驅動電路120的輸出根據由圖像捕 獲處理部140執行的控制來執行。校正值存儲器160連接至圖像捕獲處理部140。以像素為單位進行的圖像捕獲信 號的校正處理利用存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值來執行。陰影校正值存儲在校 正值存儲器160中。陰影校正值在校正值存儲器160中的存儲根據由控制部200執行的控 制來執行。在圖像捕獲處理部140中，從固態圖像捕獲元件110提供的圖像捕獲信號的每 個像素值與相應一個像素的陰影校正值相乘，由此將每個圖像捕獲信號轉換成具有經過陰 影校正的像素值的圖像捕獲信號。接下來，將描述設置在控制部200側的用於執行陰影校正的構造。控制部200可以讀取提供至圖像捕獲處理部140的圖像捕獲信號。根據讀取的圖 像捕獲信號生成各區域特定的感光度值。圖像捕獲處理部140使區域特定感光度存儲器 220存儲這些感光度值。校正值計算處理部210利用存儲在區域特定感光度存儲器220中 的各區域的感光度值，以像素為單位生成陰影校正值。控制部200使設置在圖像捕獲裝置 100側的校正值存儲器160根據由控制部200執行的控制存儲所生成的陰影校正值。1. 2獲得陰影校正值的處理的概述接下來，將參照圖2和圖3描述要存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值的生 成處理。在該實例中，如圖2中所示，固態圖像捕獲元件110的圖像捕獲區111以預定數量 的像素為單位被分割成多個區域，使得分割區域具有網格形式。換言之，圖像捕獲區111在 水平方向(圖2中的橫向方向)上被分割成預定數量的區域，並且在垂直方向(圖2的縱 向方向)上被分割成預定數量的區域，從而圖像捕獲區111被分割成η個區域(其中η為 任意整數)。各分割區域中的像素數量是相同的。以下將描述分割數量的具體實例。注意， 每個分割區域具有與從基準光源10發射的併到達圖像捕獲區111的雷射的光斑尺寸相當 的尺寸。更具體地，每個分割區域的尺寸是在一個區域內可實現接收雷射的尺寸。然而，如 下所述，所有雷射並不都必須進入一個區域內。
在如上所述地將圖像捕獲區111分割成多個區域之後，如採用圖3中所示的概圖 所示，對從設置在各區域中的像素檢測到的圖像捕獲信號以區域為單位進行積分，從而獲 得積分值。這些積分值作為各區域特定的感光度值存儲在區域特定感光度存儲器220中。 當區域數量被設定為η時，區域特定感光度存儲器220是具有η個存儲區的存儲器。在利用隨著XY工作檯230的移動各區域受到從基準光源10發射的雷射照射的狀 態下，對各區域特定的感光度值執行檢測處理。換言之，當將圖像捕獲區111分割成η個區 域時，照射位置(在該位置的區域受到從基準光源10發射的雷射的照射)被移動(η-1)次， 從而用從基準光源10發射的雷射依次照射各區域的中心。例如，照射位置的設定處理根據 由控制部200執行的控制來執行。然後，區域中已經位於照射位置的一個區域受到雷射的 照射。得到區域中已獲得的圖像捕獲信號的積分值。將積分值除以例如區域中所設置的 像素數，從而得到一個值，該值作為該區域的感光度值被存儲在區域特定感光度存儲器220 的相應的存儲區中。注意，在圖像捕獲裝置100沒有出現陰影的理想狀態下，圖像捕獲在所有區域受 到相同雷射照射的狀態下被執行。因此，存儲在區域特定感光度存儲器220中的所有感光 度值對所有區域而言是相同的。實際上，由於與光學系統等相關聯的各種因素，是會產生陰 影的，且存儲在區域特定感光度存儲器220中的各區域的感光度值是彼此不同的。在該實 例中，校正了感光度值之間的差異，並執行了陰影校正。當感光度值存儲在區域特定感光度存儲器220的所有存儲區中時，由校正值計算 處理部210根據以區域為單位的方式獲得的感光度值，以像素為單位執行陰影校正值的計 算處理。在以像素為單位計算陰影校正值的處理中，各區域的值採用直線或曲線彼此相互 連接，且基於將各區域的值相互連接的直線或曲線，推定各像素的值。在下述的具體實例 中，採用了用直線將各區域的值相互連接且基於直線推定各像素值的處理。以這種方式獲 得的各像素的陰影校正值存儲在校正值存儲器160中，並用於校正圖像捕獲信號。假定配 置在固態圖像捕獲元件110的圖像捕獲區111中的像素數為m，則校正值存儲器160具有m 個存儲區。各像素的陰影校正值存儲在各自的存儲區中。注意，各像素的陰影校正值中的 每一個是相應像素的感光度值的倒數。1. 3執行陰影校正的處理的概述圖4是示出使用存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值執行陰影校正的狀態的 概要的示圖；通過設置在圖像捕獲處理部140中的感光度校正計算處理單元141，將存儲在輸 入圖像捕獲信號存儲器131中的圖像捕獲信號的各像素值與以像素為單位存儲在校正值 存儲器160中的陰影校正值相乘，從而獲得已進行感光度校正的圖像捕獲信號。將已進行 感光度校正的圖像捕獲信號存儲在校正圖像存儲器142中，並且從校正圖像存儲器142提 供給設置在該校正圖像存儲器的下一級的處理系統。1. 4生成陰影校正值的處理的詳細描述接下來，將參照圖5描述生成陰影校正值的處理(該處理的概述已參照圖3進行 了描述)的詳細流程。此處，將在假定區域數為如圖2所示的η的情況下對流程進行描述。 如圖5中所示，校正值計算處理部210包括校正值推定計算處理單元211、區域特定校正誤 差存儲器213和感光度校正誤差修正處理單元214。
如已描述的，如在圖2中所示以區域為單位對圖像捕獲信號進行積分，從而獲得 圖像捕獲信號的積分值。將各區域的圖像捕獲信號的積分值除以包括在每個區域中的像素 數，從而獲得各區域的感光度值。將各區域的感光度值存儲在區域特定感光度存儲器220 中。校正值推定計算處理單元211讀取每個區域的感光度值(步驟Si)，並以像素為單位執 行推定感光度值的處理，從而獲得陰影校正值。將獲得的陰影校正值存儲在校正值存儲器 160中(步驟S2)。對於推定感光度值的處理，使用了用直線或曲線將各區域的值相互連接 並基於將各區域的值連接的直線或曲線來推定各像素的值的處理。下面將詳細描述推定感 光度值的處理。將存儲於校正值存儲器160中的陰影校正值提供至感光度校正計算處理單元 141 (步驟S； )。還將各區域特定的圖像數據項(圖像捕獲數據項)提供至感光度校正計算 處理單元141 (步驟S4)。然後，通過將各像素的所捕獲的圖像數據項與相應的陰影校正值 相乘來執行校正處理。根據感光度校正計算處理單元141獲得的校正狀態，將校正誤差存 儲在區域特定校正誤差存儲器213中(步驟S5)。然後，通過感光度校正誤差修正處理單元214使用存儲在區域特定感光度存儲器 220中的各區域的感光度值(步驟S7)，和存儲在區域特定校正誤差存儲器213中的校正誤 差(步驟S6)，來執行修正感光度值的處理，從而獲得經修正的感光度值。之後，使用經修正 的感光度值來更新存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值(步驟S8)。多次重複執行修正陰影校正值的處理，直到獲得合適的陰影校正值。提高陰影校 正值的精度，使得可以認為各區域特定的感光度值在期望的測定精度下是彼此相同的。可 選地，在對陰影校正值修正一次的處理性能允許得到合適的陰影校正值的情況下，可只執 行一次修正陰影校正值的處理。1. 5基於具體區域設置的處理狀態的描述接下來，參考圖6 圖8詳細描述設定了圖像捕獲面的具體區域設置的狀態和利 用該區域設置的處理狀態。此處，假定如圖6中所示的將固態圖像捕獲元件110的圖像捕獲區111在水平方 向上分割成八個區域，在垂直方向上分割成六個區域，從而將圖像捕獲區111總共分割成 48個區域。假定此處所使用的固態圖像捕獲元件110在水平方向上具有1280個像素，在垂 直方向上具有960個像素。因此，一個區域具有160像素X 160像素。此處，例如，假定一個像素的尺寸為例如3. 75平方微米。在這種情況下，圖像拍攝 系統具有在水平方向上1600 μ m和在垂直方向上1200 μ m的視場。採用這種尺寸設置，當 如圖6中所示視場在水平方向上被分割成八個區域，在垂直方向上被分割成六個區域時， 每個區域的視場的尺寸為200平方微米。作為基準光源10，例如，使用半導體雷射器，該半導體雷射器連接至芯半徑為 100 μ m的光纖並輸出波長為635nm、功率約為3mW的雷射。設置透鏡，以使從半導體雷射器 的光纖的端部發射的雷射的圖像形成在由固態圖像捕獲元件110觀察的物鏡21的焦點位 置上。固態圖像捕獲元件110在其中執行圖像捕獲的每個區域的視場受到基本均勻的具有 100 μ m直徑的雷射照射。在這種情況下，選擇不會造成攝像機信號飽和的透射率作為濾光 片22的透射率。圖7示出每個區域受到雷射照射時的狀態。10
在該實例中，在水平方向上以區域Illa(左上區域)、lllb、lllc、…，的順序執行 改變要受雷射照射的區域的掃描處理XI。在每個區域受到雷射照射的狀態下讀取圖像捕 獲信號，且利用圖像捕獲信號獲得每個區域的感光度值。在圖7中，示出了區域Illc受到 雷射照射的狀態。注意，可只利用一個幀的圖像捕獲信號來獲得一個區域的感光度值。可 選地，可使用通過將利用預定的多個幀的圖像捕獲信號獲得的感光度值彼此相加所獲得的 值。然後，當一行的掃描處理Xl完成後，開始下一行的掃描處理X2。之後，依次執行掃 描處理X3、X4、X5和X6，由此所有的區域都受到雷射的照射。如圖8所示，通過將每個區域的圖像捕獲信號的積分值除以區域中所含的像素數 而獲得的值存儲於區域特定感光度存儲器220的48個存儲區中相應的一個。換言之，當 作為第一區域的區域Illa受到雷射照射時，只有包括在區域Illa中的像素的圖像捕獲信 號被提取。對圖像捕獲信號進行積分以獲得積分值，並將該積分值除以像素數以獲得感光 度值。將該感光度值存儲在區域特定感光度存儲器220的第一存儲區中。在改變照射位置 (在該位置的區域受到雷射的照射)後，依次對所有的區域執行將從包括在正受到雷射照 射的區域中的像素的圖像捕獲信號所檢測到的感光度值存儲的處理。之後，執行參照圖5已描述的處理。換言之，校正值推定計算處理單元211讀取各 區域的感光度值(要被用作區域的平均值)(步驟Si)，並以像素為單位執行感光度推定處 理。將獲得的陰影校正值提供至具有存儲區的校正值存儲器160並將其存儲(步驟S2)，存 儲區數等於像素數(1280X960)。將存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值提供至感光度校正計算處理單元 141(步驟S3)。將包括在48個區域中的每個區域中的像素(160像素X 160像素)的圖像 數據項(所捕獲的圖像數據項)也提供至感光度校正計算處理單元141(步驟S4)。然後， 通過將各像素的所捕獲的圖像數據項與相應的陰影校正值相乘來執行校正處理。根據由感 光度校正計算處理單元141所獲得的校正狀態，將校正誤差存儲在區域特定校正誤差存儲 器213中(步驟S5)。然後，通過感光度校正誤差修正處理單元214使用存儲在區域特定感光度存儲器 220中的各區域的感光度值(步驟S7)和存儲在區域特定校正誤差存儲器213中的校正誤 差(步驟S6)，來執行修正感光度值的處理，從而獲得修正後的感光度值。之後，執行使用修 正後的感光度值更新存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值的更新處理(步驟S8)。多 次重複步驟S8中的更新處理，從而最終獲得具有高精度的陰影校正值。1. 6計算感光度值和陰影校正值的處理的描述接下來，將參照圖9A 圖9D、圖IOA 圖IOC和圖11描述利用各區域的感光度 值獲得所有像素的感光度值和陰影校正值的處理的實例。在圖9A 圖9D、圖IOA 圖IOC 和圖11中，示出了利用在一個水平方向上布置的區域的感光度值來獲得配置在該水平方 向上的像素的感光度值的處理。在圖9A 圖9D的每個圖中，假定水平軸表示像素位置，且1280個像素被設置在 一條水平線上，像素位置範圍為從第一個像素的位置至第1280個像素的位置。垂直軸表示 與感光度值對應的水平。這裡，如圖9A中所示，在該實例中，存儲在區域特定感光度存儲器220中的感光度11值是以區域為單位檢測到的值。將以區域為單位檢測到的每個感光度值用作包括在圖9B 所示的多個區域中的相應一個區域中的像素的感光度值的平均值。如圖9B中所示，感光度值是以區域為單位逐漸變化的值。因此，當根據感光度值 計算陰影校正值而不對感光度值執行任何處理時，陰影校正值具有較大的誤差。為此，如圖 9C中所示，用與檢測到的感光度值的平均值一致的直線將位於各區域中心的像素的感光度 值彼此相連。利用由直線組成的線圖示出的感光度值(如圖9C所示)來計算各像素位置 處的感光度值。這裡，將參照圖IOA 圖IOC描述將在由直線組成的線圖上示出的感光度值調整 至合適值的處理。例如，假定所獲得的區域的感光度分布如圖IOA中所示。在圖IOB中，示出並放大 圖IOA中所示的區域之一(本文中為從左的第四個區域)及其相鄰區域。如圖IOB中所示，在執行線性插值的情況下，位於每個區域中心的感光度值與包 括在該區域中的像素的感光度值的平均值不相同。其原因在於，當執行線性插值時，確定位 於每個區域中心的感光度值，以使面積al、a2和a3(表示圖IOB中的直線和平均值之間的 差異)中的面積al+面積a3等於面積a2。下面將描述設定面積al、a2和a3以使面積al+面積a3等於面積a2的計算處理。如圖IOC中所示，中心區域檢測到的感光度值由I' i表示，執行線性插值後所獲 得的感光度值由Ii表示。此外，所檢測到的左鄰區域的感光度值由I' H表示，執行線性 插值後所獲得的感光度值由Ip1表示。所檢測到的右鄰區域的感光度值由Γ 表示，執 行線性插值後所獲得的感光度值由Iw表示。此外，還定義了位於表示中心區域與左鄰區域之間的分界的直線上的值Xi和位於 表示中心區域與右鄰區域之間的分界的直線上的值xi+1，此外，每個區域的寬度由W表示。當如圖IOC中所示定義上述給出的值時，在圖IOC所示的中心區域執行線性插值 後所獲得的左半的積分值由式1表示
權利要求
1.一種陰影校正方法，包括以下步驟將固態圖像捕獲元件的光接收區分割成多個區域，其中包括光接收元件的像素配置在 所述固態圖像捕獲元件中；用從用作基準的光源發射的光經由圖像形成光學系統照射每個分割區域，以使所述光 的光斑的尺寸與所述區域的尺寸相當；將已經受到所述光照射的每個所述區域的感光度值存儲在區域特定感光度存儲器中；根據存儲在所述區域特定感光度存儲器中的所述感光度值，計算所述固態圖像捕獲元 件的所有所述像素的陰影校正值；將所有所述像素的所計算出的陰影校正值存儲在校正值存儲器中；以及 利用存儲在所述校正值存儲器中的所述像素的相應陰影校正值，校正各像素的信號， 所述各像素的信號利用由所述固態圖像捕獲元件進行的圖像捕獲來獲得。
2.根據權利要求1所述的陰影校正方法，其中，在存儲在所述區域特定感光度存儲器中的各區域的感光度值之間，或在利用各 區域的感光度值所獲得的所述陰影校正值之間進行直線插值或曲線插值，以及其中，基於通過所述插值所獲得的所述直線或曲線，推定設置在所述固態圖像捕獲元 件的光接收區中中各像素的陰影校正值，並且將所述陰影校正值存儲在所述校正值存儲器 中。
3.根據權利要求2所述的陰影校正方法，其中，重複所述陰影校正值的計算，直到所述 各區域的校正誤差分布百分比變得等於或小於預定百分比，所述校正誤差存儲在所述區域 特定感光度存儲器中。
4.根據權利要求2或3所述的陰影校正方法，其中，一次或多次執行用來減小已經由所 述差值所得的直線或曲線之間的誤差的計算。
5.根據權利要求4所述的陰影校正方法，其中，所述區域是通過在二維方向上分割所 述固態圖像捕獲元件的所述光接收區而獲得的區域，在所述二維方向上的所有所述像素的 陰影校正值在計算陰影校正值的步驟中獲得，並存儲在所述校正值存儲器中。
6.根據權利要求4所述的陰影校正方法，其中，所述區域是通過在一維方向上分割所 述固態圖像捕獲元件的所述光接收區而獲得的區域，在所述一維方向上的所有所述像素的 陰影校正值在計算陰影校正值的步驟中獲得，並存儲在所述校正值存儲器中。
7.根據權利要求5或6所述的陰影校正方法，其中，每個所述區域由使所述區域的一部 分與相鄰於所述區域的區域的一部分疊加而形成。
8.一種陰影校正值測定裝置，包括圖像形成光學系統，被配置為用光照射每個區域以使所述光的光斑的尺寸與所述區域 的尺寸相當，通過分割其中配置有包括光接收元件的像素的固態圖像捕獲元件的光接收區 來獲得所述區域，所述光由作為基準的光源發射；照射光移動部件，被配置為使要受到從所述光源發射的光的照射的區域從所述區域中 的一個移動到所述區域的另一個；區域特中的所述感光度值，計算所述固態圖像捕獲元件的所有像素的陰影校正值。
9.一種圖像捕獲裝置，包括固態圖像捕獲元件，其中設置有包括光接收元件的像素，設置所述固態圖像捕獲元件， 以便在所述固態圖像捕獲元件的前面設置使圖像光進入光接收區的光學系統；校正值存儲器，被配置為存儲所述固態圖像捕獲元件的所有所述像素的陰影校正值；以及校正處理單元，被配置為利用存儲在所述校正值存儲器中的各像素的陰影校正值來校 正所述各像素的信號，所述各像素的信號利用由所述固態圖像捕獲元件所進行的圖像捕獲 來獲得並由所述固態圖像捕獲元件來輸出，其中，存儲在所述校正值存儲器中的所述陰影校正值是根據已受所述圖像光照射的各 區域的感光度值所算出的所有所述像素的陰影校正值，所述區域通過分割所述固態圖像捕 獲元件的所述光接收區來獲得，每個所述分割區域經由所述光學系統受到從用作基準的光 源發射的所述圖像光的照射，以使所述圖像光的光斑的尺寸與所述區域的尺寸相當。
10.一種光束輪廓測定裝置，包括固態圖像捕獲元件，其中設置有包括光接收元件的像素，設置所述固態圖像捕獲元件， 以便在所述固態圖像捕獲元件的前面設置使作為測定對象的光束進入光接收區的光學系 統；校正值存儲器，被配置為存儲所述固態圖像捕獲元件的所有所述像素的陰影校正值；以及校正處理單元，被配置為利用存儲在所述校正值存儲器中的各像素的陰影校正值來校 正所述各像素的信號，所述各像素的信號利用由所述固態圖像捕獲元件所進行的圖像捕獲 來獲得並由所述固態圖像捕獲元件來輸出，光束分析單元，被配置為利用已經被所述校正處理單元校正的捕獲的圖像來分析作為 測定目標的光束，其中，存儲在所述校正值存儲器中的所述陰影校正值是根據已受所述光束照射的各區 域的感光度值所算出的所有所述像素的陰影校正值，所述區域通過分割所述固態圖像捕獲 元件的所述光接收區來獲得，每個所述分割區域經由所述光學系統受到從用作基準的光源 發射的所述光束的照射，以使所述光束的光斑的尺寸與所述區域的尺寸相當。
全文摘要
本發明提供了陰影校正方法、陰影校正值測定裝置和圖像捕獲裝置，該陰影校正方法包括將固態圖像捕獲元件的光接收區分割成多個區域，其中包括光接收元件的像素配置在所述固態圖像捕獲元件中；用從用作基準的光源發射的光經由圖像形成光學系統照射每個區域，以使所述光的光斑的尺寸與區域的尺寸相當；將每個區域的感光度值存儲在區域特定感光度存儲器中；根據感光度值計算固態圖像捕獲元件的所有所述像素的陰影校正值；將所有所述像素的陰影校正值存儲在校正值存儲器中；以及利用各像素的相應陰影校正值，校正各像素的信號，所述各像素的信號利用由所述固態圖像捕獲元件進行的圖像捕獲來獲得。
文檔編號G01J1/00GK102055902SQ20101051901
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月21日 優先權日2009年10月28日
發明者堀田慎 申請人:索尼公司