私は20年以上画像測定業界に携わっており、検査中に様々なワークに遭遇し、多くの予期せぬ「現象」に遭遇してきました。よくある問題の一つは、ワークの表面が比較的粗い場合や特殊なコーティングが施されている場合、画像測定装置のエッジ認識が不安定になり、測定結果に明らかな偏差が生じることです。これは特定のメーカーの機器に問題があるわけではなく、光学原理と材料特性の両方に起因するものです。

理想的には、画像内のワークピースのエッジは、明から暗へ、または暗から明へと、明確なグレースケールの遷移として現れ、急激なグラデーションを形成する必要があります。これにより、ソフトウェアのエッジ検出アルゴリズムは安定した信号を捕捉し、境界を正確に抽出できます。しかし、現実は理想からは程遠いことがよくあります。例えば、アルミニウム部品をサンドブラスト加工すると、表面には微細な不規則な凹凸が多数存在します。入射光は拡散散乱し、カメラが捉えるグレースケールの分布は混沌とします。明るい領域と暗い領域が交互に現れ、曲線は大きく変動します。本来は明確な「境界線」であるはずのものが、不安定なグレースケールのプロファイルになってしまいます。

かつて、表面に酸化皮膜のある精密金型部品を検査した時のことを思い出します。反射率は領域によって大きく異なり、一部は過度に明るく、他の部分は非常に暗く見えました。その結果、エッジの遷移が途切れ、勾配が不安定になり、抽出された境界はぼやけ、あるいは途切れ途切れになっていました。お客様は当時、機器の精度不足が原因だと勘違いされていましたが、根本的な原因は複雑な表面反射でした。

粗い表面がもたらすもう一つの問題はノイズです。以前、自動車部品工場でサンドブラスト加工された鋳物の検査を手伝ったことがあります。画像を拡大すると、明るい斑点と粒状の模様が目立ちました。アルゴリズムが誤って多くの斑点をエッジ点と認識し、数十ミクロンの測定誤差が生じていました。精密部品の場合、このような誤差は絶対に許容できません。

金属コーティングが施されると、状況はさらに複雑になります。コーティングは微小反射を引き起こしやすく、隣接するピクセル間に大きな輝度差が生じます。その結果、画像は微細な明暗の斑点で埋め尽くされます。これらの干渉信号が実際のエッジと混ざり合い、ソフトウェアが真の境界を判別することが困難になります。多くの場合、システムはギャップを検出できなかったり、「偽のエッジ」を作成したりします。

スマートフォンのフレームでも同じような状況に遭遇したのを覚えています。陽極酸化処理された表面が画像に多数の微細な反射点を作り出し、ソフトウェアはそれらをエッジの一部と解釈してしまい、計算された長さは実際の寸法よりも大幅に長くなっていました。この事例から、ノイズ干渉が測定精度に及ぼす影響は、多くの人が認識しているよりもはるかに大きいことがはっきりと分かりました。

この分野で20年以上の経験を積み、私はあることに気づきました。粗い表面や特殊コーティングにおける最大の課題は、機器の品質ではなく、光学画像そのものの限界にあるのです。グレースケールの分布が不均一だとエッジ信号が不安定になり、ノイズ干渉によってアルゴリズムが「混乱」します。これが認識率が低下する本当の原因です。このような状況に直面した場合、機器のせいだけにすることはできません。照明設計、材料特性、ソフトウェア処理という3つの側面から解決策を模索する必要があります。これらの原理を理解することでのみ、画像測定機器の真の性能を引き出すことができるのです。