光学測定システムにおいて、倍率はしばしば「画像を大きく見せる」だけであると誤解されています。実際には、ビデオ測定機であれ視覚測定システムであれ、測定結果に影響を与える重要な要素は、表示サイズではなく、光学システムがワークの物理的形状を画像センサー上にどのようにマッピングしてサンプリングするかです。ビデオ測定機をはじめとするあらゆる光学測定装置は、視覚的な外観ではなく、適切な撮像条件とサンプリング条件に基づいて測定性能を決定します。たとえディスプレイ上で画像をデジタルズームしたとしても、光学的なサンプリング条件が不十分であれば、測定の不確かさは改善されません。そのため、ハイエンドVMMは光学倍率を中核パラメータとして設計されています。
光学的拡大により空間サンプリング密度が向上
あらゆる光学測定システムにおいて、イメージセンサーのピクセルサイズは固定されています。光学倍率は、ピクセルと実際のワークピースサイズの比率を変化させます。倍率を上げると、同じ物理的な長さで結像面上のピクセル数が増え、各ピクセルが表す物理的なサイズが縮小します。ワークピースのエッジはより高密度にサンプリングされるため、システムは物体側でより高い空間サンプリング密度を実現します。画像測定機とビデオ測定機の両方において、この高密度サンプリングは寸法データの離散化誤差を低減し、測定の不確実性を直接的に低減します。
ピクセル量子化の不確実性が圧縮される
ピクセル量子化は、画像ベース測定において避けられない不確実性の原因となります。光学倍率が低い場合、エッジはわずか数ピクセルにしか及ばず、測定されたエッジ位置は個々のピクセルの状態に非常に敏感になります。照明、フォーカス、センサーノイズのわずかな変化が測定結果に大きな影響を与える可能性があります。光学倍率を上げると、エッジがより多くのピクセルに及ぶようになり、単一ピクセルの影響が減少し、再現性と安定性が向上します。この原理こそが、VMM設計において倍率が慎重に考慮される理由です。
エッジサンプリングにより測定安定性が向上
ワークピースのエッジは理想的な線になることは稀で、通常は画像上でグレースケールの遷移として現れます。光学倍率を上げることで、これらの遷移をより多くのピクセルでサンプリングできるようになり、正確なエッジ検出に十分なデータが得られます。小型プレス部品、精密プラスチック、電子部品などに使用されるビデオ測定機や画像測定システムでは、このサンプリングの改善により、繰り返し測定の一貫性が大幅に向上します。エンジニアリングの経験から、複雑なソフトウェアアルゴリズムよりも、適切な光学サンプリング条件の方が測定の安定性に大きく貢献することが分かっています。
サブピクセル測定は光学的基盤に依存する
サブピクセル測定はピクセル制限を回避する方法ではなく、複数のピクセルのグレースケール分布に基づいてエッジ位置を推定します。光学的な拡大は単位長さあたりのピクセル数を増加させ、グレースケールの遷移をより連続的にし、サブピクセルの信頼性を向上させます。拡大が不十分な場合、最も高度なアルゴリズムを用いても測定の不確実性を大幅に低減することはできません。デジタル拡大は、有効なサンプリングポイントを追加することなく、表示される画像を拡大するだけなので、視覚測定機やVMMにおける測定精度に影響を与えません。
工学的観点から見ると、光学倍率の価値は、空間サンプリング密度を物理的に高め、物体レベルでの寸法情報取得を向上させることにあります。そのため、光学倍率は測定の不確かさを制御する上で不可欠であり、デジタルズームや後処理だけでは実現できません。ハイエンドのビデオ測定機や画像測定システムでは、光学倍率、サンプリング密度、サブピクセル処理が連携して、全体的な測定精度と安定性を決定づけています。
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