【画像処理マスターへの道】
ライブラリ新機能のご紹介
～ピント合わせのお悩み解決～

画像処理に関連するさまざまな情報をお届けする連載です。
今回は、2025年11月末にリリースされたライブラリの新機能の中から、全焦点画像生成機能をご紹介します。

はじめに

カメラで画像を撮るには被写界深度の制約があります。高さの違いが大きい対象物に対して全体にピントの合った画像を撮るためには、離れた位置から撮るなどの工夫が必要です。しかし、装置の中での設計上、カメラ取付位置の自由度には限度があります。

また、近年ではイメージセンサのピクセルサイズの微細化も進み、主流は3.45um/pixelから2.5um/pixelなどに移り変わってきています。ピントの合う範囲は許容錯乱円の大きさ、つまりイメージセンサのピクセルサイズで決まりますので、被写界深度は浅くなってきています。

これらの課題に対して、ピントの位置を変えた複数枚の画像を撮像しておいて、全体にピントの合った画像を合成するという手法が知られています。
当社のライブラリでも今回のアップデートでこの機能を追加しましたので、いくつかのサンプルワークを撮像、処理した画像をご紹介します。

撮像画像例

高さの違いが大きくて全面にピントを合わせるのが難しいものとして、6個のサンプルワークを準備しました。

液体レンズ搭載カメラを使用して手前側にピントが合っている状態から奥側にピントが合っている状態までの10枚の画像を撮り、ライブラリの新機能を使用して全焦点画像を生成します。

各サンプルワークの実物画像、手前側または奥側にピントが合っている状態、生成した全焦点画像を掲載します。

1. 　円筒形
2. 　三角錐
3. 　複雑形状
4. 　パッケージ
5. 　基板側面
6. 　リレー

1.円筒形

円筒形の形状では、頂点部分と側面部分で高低差が大きく、両方にピントを合わせることが難しいです。
回転させてラインスキャンで撮像することが多いですが、断面が真円でなくて楕円のときや側面から見て台形のときなどには更に工夫が必要になってきます。
画像の歪みを許容できるかと機構・制御の難易度とのバランスによっては1方向からの撮像も有用です。

評価対象

調整のポイント

全焦点画像生成のパラメータは最もピントの合っている画像の推定方法を2種類から選択して、それぞれの手法に応じたパラメータを調整します。パラメータは多くはありませんが、サンプル画像を撮って試している中での感覚的な調整方針もご紹介します。

手法はDoA（Difference of Average）またはLoG（Laplacian of Gaussian）から選択できます。LoGの方が調整するパラメータは1つだけであるのに対して、DoAの方が調整の自由度は高い印象です。

左図：LoG（パラメータ：1.0）のとき、右図：DoA（パラメータ：25、1）のとき

それぞれの手法でのパラメータの内容と、これまでの体感での調整指針のイメージです。

• LoGのパラメータ：Gaussianフィルタのカーネルサイズ（σの値）
  • 含まれるボケ具合をガウシアンフィルタで平滑化したと考えたときのカーネルサイズを想像すると良さそうな印象です
• DoAのパラメータ：2つのAverageフィルタのサイズ
  • 一方の大きい方のフィルタサイズを大きくしていくと、大域的な模様のエッジの乱れを抑制できる印象です
  • 他方の小さい方のフィルタサイズを小さくしていくと、細かな模様を残しやすくなる印象です

LoGのパラメータを変更した様子：左から 0.6、1.0、3.0

DoAのパラメータを変更した様子：左から 5、9、25（小さい方のフィルタサイズは1で共通）

DoAのパラメータを変更した様子：左から 1、3、5（大きい方のフィルタサイズは25で共通）

まとめ

今回はライブラリ新機能の全焦点画像生成を使用したサンプル画像をご紹介しました。

これまでの撮像の課題であった高さの違いの大きい対象物に対して、ピント位置を変えた複数枚を撮像して合成することで全体にピントの合った画像を合成できるようになりました。今回は液体レンズ搭載カメラを使用しましたが、固定焦点のレンズで撮像距離（Working Distance）を変える方法も考えられます。

今後、計測・検査・位置決めにおいて求められる精度が一段と高まる中、またイメージセンサの画素サイズの微細化によって被写界深度が不足しやすくなる状況に対し、本機能は必ずお役に立てるものと考えております。

また、全焦点画像生成のアルゴリズムの改善も引き続き検討を進めています。お気づきの点がございましたら、どうぞお気軽にお申し付けいただけますと幸いです。
今後とも、皆様のお役に立てる機能を追加、ブラッシュアップするべく開発を続けてまいりますので、何卒よろしくお願い申し上げます。