JP2007108835A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像手段により撮影された画像データに基づいて被写体の輪郭としての円を検出する際の操作性を向上させた画像処理装置を提供する。
【解決手段】 処理対象エリアを指定する処理対象エリア指定部２２と、処理対象エリア内における輪郭円の周方向を指定する周方向指定部２３と、処理対象エリア及び周方向に基づいて、処理対象エリア内に周方向の位置を異ならせた３以上の領域をエッジ検出領域として指定するエッジ検出領域指定部２４と、エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて、径方向に関するエッジ位置を識別するエッジ位置識別部２５と、各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する輪郭円決定部２６により構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像処理装置及び画像処理方法に係り、さらに詳しくは、撮像手段により撮影された画像データに基づいて被写体の輪郭としての円の検出を行う画像処理装置の改良に関する。

一般に、ワーク（検査対象物）の自動識別などでは、ワークの撮影画像から被写体の輪郭を抽出する画像処理が行われる。例えば、撮影画像に基づくエッジ検出により被写体の輪郭としての円（以下、輪郭円と呼ぶことにする）が検出される。この輪郭円の検出では、撮像手段によって撮影された画像データについて、ユーザが指定した複数の矩形領域を処理単位としてエッジ検出が行われ、輪郭円が決定される。

図１８は、従来の画像処理における動作例を示した図であり、被写体１０２について撮影画像の画像領域１０１内でユーザが指定した複数の矩形領域１０３の様子が示されている。エッジ検出における処理単位としての矩形領域１０３は、縦長の長方形からなり、長手方向をエッジ検出の方向としてエッジ検出が行われる。このエッジ検出では、矩形領域１０３の位置と、エッジ検出の向き１０４、すなわち、矩形領域１０３の向きをユーザが指定する必要があり、ユーザによって指定されたエッジ検出の方向に関してエッジ位置が判別される。また、エッジ位置の判別結果から輪郭円を決定するためには、少なくとも位置の異なる３つの矩形領域１０３について、エッジ位置を特定する必要がある。この例では、円周上の３箇所に矩形領域１０３が配置され、エッジ検出の向き１０４が輪郭円の中心を向くように、各矩形領域１０３の向きが指定される。

円周上の３箇所に配置された各矩形領域１０３について判別されたエッジ位置に基づいて輪郭円を決定する場合、ノイズなどの影響によってエッジ位置に大きなずれが生じた矩形領域が１つでも存在すると、中心位置や半径に大きなずれが生じるので、輪郭円の検出結果が安定しないことがあるという問題があった。また、輪郭円の検出結果を安定させて検出精度を向上させるために、より多くの矩形領域を配置して輪郭円を決定させようとすると、ユーザは、より多くの矩形領域についてその位置及び向きを指定しなければならず、位置や向きを指定するための操作入力がより煩雑となってしまうという問題があった。

なお、処理対象エリアとして矩形のウィンドウを指定し、ウィンドウ内の複数の矩形領域をそれぞれ処理単位としてエッジ検出を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の画像処理装置は、単に、被写体の輪郭の一部分としてのエッジ点の位置を検出し、或いは、隣接する矩形領域についてエッジ点間を曲線で補完するものである。従って、矩形領域ごとに検出された複数のエッジ位置に基づいて、適切な輪郭円を決定しようとするものではない。
特開２００４−１４５５０５号公報

上述した通り、従来の画像処理では、ノイズなどの影響により輪郭円の検出結果が安定しないことがあるという問題があった。また、エッジ検出の処理単位としての矩形領域に関し、輪郭円の検出結果を安定させて検出精度を向上させるために、より多くの矩形領域を配置して輪郭円を決定させようとすると、より多くの矩形領域についてその位置及び向きを指定しなければならず、位置や向きを指定するための操作入力が煩雑化するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、撮像手段により撮影された画像データに基づいて被写体の輪郭を検出する際の操作性を向上させた画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。特に、被写体の輪郭としての円を適切に安定して検出することができる画像処理装置を提供することを目的とする。また、外乱の影響により被写体の撮影画像に歪が生じている場合であっても、輪郭としての円を正しく決定することができる画像処理装置を提供することを目的とする。

第１の本発明による画像処理装置は、撮像手段により撮影された画像データに基づいて、被写体の輪郭としての輪郭円の検出を行う画像処理装置であって、処理対象エリアを指定する処理対象エリア指定手段と、上記処理対象エリア内における上記輪郭円の周方向を指定する周方向指定手段と、上記処理対象エリア及び上記周方向に基づいて、処理対象エリア内に周方向の位置を異ならせた３以上の領域をエッジ検出領域として指定するエッジ検出領域指定手段と、上記エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて、上記輪郭円の径方向に関するエッジ位置を識別するエッジ位置識別手段と、上記各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する輪郭円決定手段とを備えて構成される。

この画像処理装置では、エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて径方向に関するエッジ位置が識別され、各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて被写体の輪郭としての輪郭円が決定される。その際、処理対象エリア内における輪郭円の周方向の位置を異ならせた複数の領域がエッジ検出領域として自動的に指定される。この様な構成により、従来技術に比べてエッジ検出の処理単位ごとに位置や向きを指定する必要がないので、操作性を向上させることができる。特に、エッジ検出の処理単位としてのエッジ検出領域をより多く指定する場合であっても、各エッジ検出領域が自動的に指定されるので、操作性を低下させることなく、輪郭円の検出を安定化させ検出精度を向上させることができる。また、処理対象エリアとして輪郭円の一部分を含む矩形領域をユーザに指定させるようにすれば、矩形領域内に輪郭円の中心が含まれているか否かに関わらず輪郭円を適切に決定することができるので、ユーザは、処理対象エリアを指定する際、輪郭円の中心位置を意識することなく、処理対象エリアの指定を行うことができる。

第２の本発明による画像処理装置は、上記構成に加え、上記輪郭円決定手段が、最小２乗法に基づいて上記エッジ検出領域ごとのエッジ位置から基準円を定める基準円算出手段と、上記エッジ検出領域ごとのエッジ位置について上記基準円からの距離に応じた重み付けを行うエッジ位置重み付け手段と、重み付けされた各エッジ位置に基づいて輪郭円を算出する輪郭円算出手段とからなるように構成される。この様な構成によれば、基準円からの距離に応じて重み付けされた各エッジ位置に基づいて輪郭円が算出されるので、外乱の影響により被写体の撮影画像に歪が生じている場合であっても、輪郭円を正しく決定することができる。

第３の本発明による画像処理装置は、上記構成に加え、上記エッジ検出領域指定手段が、互いに重複する各エッジ検出領域を指定するように構成される。

第４の本発明による画像処理装置は、上記構成に加え、上記処理対象エリアが上記輪郭円を含む円形領域であり、上記各エッジ検出領域が上記円形領域の中心を頂点とする扇形領域であるように構成される。第５の本発明による画像処理装置は、上記構成に加え、上記処理対象エリア指定手段が、径の異なる２つの同心円で挟まれた環状領域を処理対象エリアとして指定するように構成される。

第６の本発明による画像処理装置は、上記構成に加え、上記処理対象エリアが上記輪郭円の中心を含まず周の一部分を含む矩形領域であるように構成される。この様な構成によれば、輪郭円の一部分としての円弧を含む矩形領域を処理対象エリアとして指定することにより、当該円弧の中心位置又は曲率を求めることができる。

本発明による画像処理方法は、撮像手段により撮影された画像データに基づいて、被写体の輪郭としての輪郭円を検出する画像処理方法であって、処理対象エリアを指定する処理対象エリア指定ステップと、上記処理対象エリア内における上記輪郭円の周方向を指定する周方向指定ステップと、上記処理対象エリア内に上記周方向の位置を異ならせた３以上の領域をエッジ検出領域として指定するエッジ検出領域指定ステップと、上記エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて、上記輪郭円の径方向に関するエッジ位置を識別するエッジ位置識別ステップと、上記各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する輪郭円決定ステップとからなる。

本発明による画像処理装置及び画像処理方法によれば、エッジ検出の処理単位ごとに位置や向きを指定する必要がないので、操作性を向上させることができる。特に、処理対象エリア内にエッジ検出の処理単位としてのエッジ検出領域が自動的に指定されるので、被写体の輪郭としての輪郭円を適切に安定して検出することができる。また、基準円からの距離に応じて重み付けされた各エッジ位置に基づいて輪郭円が算出されるので、外乱の影響により被写体の撮影画像に歪が生じている場合であっても、輪郭円を正しく決定することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による画像処理装置を含む自動識別システムの概略構成の一例を示した図である。この自動識別システム１００は、撮影画像に基づいてワークＡ２の識別を行う画像処理システムであり、撮像装置１０、画像処理装置２０、表示装置３０及び操作入力装置４０からなる。

本実施の形態による画像処理装置２０では、ワークＡ２を撮影して得られる静止画像に基づいて、被写体の輪郭としての円（以下、輪郭円と呼ぶことにする）を検出する処理が行われる。検査対象物としてのワークＡ２には、半導体ウエハ、Ｏリング、缶蓋、キャップなどの製品の他、プレスによる打ち抜き穴などの構造物が考えられる。ここでは、円環状の製品がワークＡ２として検査され、その２次元位置及びサイズの識別が行われるものとする。ここで、検出目標とする円は、必ずしも真円である必要はなく、楕円であっても良い。

撮像装置１０は、撮影エリアＡ１内のワークＡ２を撮影し、その撮影画像を画像データとして画像処理装置２０へ出力する動作を行っている。この撮像装置１０は、可視光線や赤外線を利用して被写体を撮影する小型のデジタルカメラであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）などの撮像素子からなる。

表示装置３０は、撮影画像や各種入力情報を画面表示する出力装置であり、例えば、液晶ディスプレイなどの表示素子からなる。操作入力装置４０は、各種操作キーを備え、オペレータによる操作入力に基づく入力処理を行っている。

画像処理装置２０は、撮像装置１０により撮影された画像データに基づいて、被写体の輪郭の一部分としてのエッジ位置の識別を行い、輪郭円を検出する処理を行っている。

図２は、図１の自動識別システムの要部における構成を示したブロック図であり、画像処理装置２０内部における機能構成の一例が示されている。この画像処理装置２０は、表示制御部２１、処理対象エリア指定部２２、周方向指定部２３、エッジ検出領域指定部２４、エッジ位置識別部２５及び輪郭円決定部２６からなる。

表示制御部２１は、撮像装置からの画像データに関する各種入力情報を表示する制御を行っている。処理対象エリア指定部２２は、オペレータによる操作入力に基づいて、輪郭円検出のための処理対象エリアを指定する動作を行っている。ここでは、外郭としての円（以下、外郭円と呼ぶことにする）で囲まれた領域（円形領域）が処理対象エリアとして指定されるものとする。また、この円形領域は、検出目標とする輪郭円を含む領域として指定されるものとする。特に、エッジ位置の識別処理を容易化するという観点から、輪郭円内に中心を有する円形領域が指定されるものとする。

具体的には、表示装置の画面上に被写体の撮影画像が表示され、この撮影画像に重ね合わせて外郭円が表示される。オペレータは、この画面表示に基づいて、外郭円の中心位置や外郭円のサイズを指定するための操作入力を行う。例えば、中心位置の座標や直径が入力される。

周方向指定部２３は、処理対象エリア指定部２２により指定された処理対象エリアについて、オペレータによる操作入力に基づいてエリア内における輪郭円の周方向を指定する動作を行っている。この周方向指定部２３により指定される周方向は、エッジ検出の処理単位としてのエッジ検出領域の配列方向を規定する。ここでは、処理対象エリアとして円形領域が指定されるので、円の周方向として自動的に指定されるものとする。

エッジ検出領域指定部２４は、処理対象エリア指定部２２により指定された円形領域を区分する複数の領域をエッジ検出領域として指定する動作を行っている。このエッジ検出領域は、エッジ検出の処理単位であり、ここでは、輪郭円の周方向に関する幅の等しい３以上の領域がエッジ検出領域として指定される。各エッジ検出領域は、円形領域内に周方向の位置を異ならせて自動的に配置される。また、各エッジ検出領域は、互いに間隔をおいて配置される。或いは、輪郭円の検出精度を向上させるという観点から、互いに重複させて配置しても良い。

具体的には、処理対象エリアとしての円形領域の中心を頂点とする扇形領域がエッジ検出領域として指定される。例えば、頂角（中心角）を指定することにより、エッジ検出領域としての扇形領域の周方向に関する幅が定められる。或いは、扇形領域に含まれる画素数を指定することにより扇形領域のサイズを定めても良い。エッジ検出領域としての扇形領域のサイズや、隣接する扇形領域間の間隔、円形領域内に配置させる扇形領域の数は、オペレータによる操作入力に基づいて指定される。

ここでは、この様にして指定されるエッジ検出の処理単位としてのエッジ検出領域をセグメントと呼ぶことにする。また、エッジ検出の処理、すなわち、エッジ位置の識別処理における負荷を低減させるという観点から、処理対象エリアとして、径の異なる２つの同心円（ここでは、外側の円を外郭円と呼び、内側の円を内郭円と呼ぶことにする）で挟まれた環状領域が指定されるものとする。この環状領域内に扇形領域の一部分としてセグメントが形成される。なお、輪郭円内に含まれる円が内郭円として指定されるものとする。また、セグメントのサイズは、頂角の大きさや画素数を直接に指定する以外に、「大」、「中」、「小」などのように、デフォルトで定められている複数のサイズからオペレータに選択させて指定するようにしても良い。

エッジ位置識別部２５は、セグメント内における輝度分布に基づいて、輪郭円の径方向に関するエッジ位置を識別する処理を行っている。例えば、セグメント内の各画素について、周方向に輝度レベルが加算され、加算処理後の輝度データに基づいて、周方向に垂直な径方向に関するエッジ強度が求められる。扇形領域の頂点に関する周方向の加算処理は、被写体の輪郭を強調してノイズ成分を目立たなくするためのフィルター処理であり、輝度データの投影と呼ばれている。エッジ強度は、隣接する画素に関する輝度レベルの変化率であり、扇形領域の径方向に関するエッジ強度の分布に基づいて、被写体の輪郭としてのエッジ位置が識別される。

ここでは、扇形領域の径方向に関して外側から内側へ向けてエッジ強度の解析処理が行われるものとし、所定の閾値を超えるエッジ強度のうち、最初にピークとなる位置がエッジ位置として定められる。これにより、被写体の輪郭が外側及び内側に存在する場合に、外側の輪郭を求めることができる。また、番号Ｎを指定し、エッジ検出の検出方向に関してＮ番目に存在するエッジのエッジ位置を検出するようにしても良い。なお、扇形領域の径方向に関して内側から外側へ向けてエッジ強度の解析処理を行っても良い。この様にすれば、被写体の輪郭が外側及び内側に存在する場合に、内側の輪郭を適切に求めることができる。また、この場合、セグメントの内側の境界線を規定する内郭円を指定することにより、内郭円よりも内側のノイズによる影響を除去することができる。

輪郭円決定部２６は、各セグメントについて識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する処理を行っている。例えば、最小２乗法を利用してセグメントごとのエッジ位置にフィッティングする最適な円が輪郭円として求められる。具体的には、輪郭円の中心位置やサイズが算出される。この様な輪郭円の検出結果は、表示装置や他の機器へ出力される。

図３は、図１の自動識別システムにおける撮影画像の一例を示した図である。この撮影画像Ｂ１は、ワークＡ２を上方から撮影することによって得られた静止画像であり、ワークＡ２に相当するリング状の被写体Ｂ２が濃淡によって示されている。

図４は、図３の撮影画像について指定された処理対象エリアの一例を示した図であり、外郭円Ｃ１及び内郭円Ｃ２で挟まれた環状領域が示されている。この処理対象エリアとしての環状領域は、外郭円Ｃ１及び内郭円Ｃ２の中心Ｃ３を中心とする円環状の領域であり、画面内における被写体Ｂ２の位置及びサイズに合わせてその位置及びサイズが指定される。

図５は、図４の処理対象エリアについて指定されるセグメントの一例を示した図であり、外郭円Ｃ１及び内郭円Ｃ２で挟まれた扇形領域Ｃ４が示されている。この扇形領域Ｃ４は、中心Ｃ３を頂点とする円弧状の領域の一部分である。扇形領域Ｃ４の頂角θ１は、０°<θ１≦１２０°の範囲で指定される。また、ｎ（ｎは、３以上の整数）個の扇形領域Ｃ４を周方向に配置させる際、隣り合う扇形領域Ｃ４間の間隔、すなわち、領域間のなす角度をθ２とすると、角度θ２は、θ１≦θ２≦３６０°／ｎの範囲で指定される。

ここで、角度θ２を０°<θ２<θ１の範囲で指定すれば、隣り合う扇形領域Ｃ４の一部分を重複させて配置することができる。この場合には、頂角θ１を１２０°<θ１<３６０°の範囲で指定することができる。この様にすれば、セグメント同士をオーバーラップさせることにより、処理対象エリア内に配置されるセグメントの数が増えるので、輪郭円の検出精度を向上させることができる。

図６は、図５のセグメントごとに行われるエッジ検出の一例を示した図であり、扇形領域Ｃ４について求められた径方向に関するエッジ強度Ｅが中心Ｃ３からの距離ｒごとに示されている。このエッジ強度Ｅは、図３の撮影画像について、扇形領域Ｃ４内の輝度データから求められたものである。

エッジ強度Ｅは、隣接する画素の輝度レベルの変化量に対応するので、輝度レベルが大きく変化しているところでは、エッジ強度Ｅも大きくなる。この例では、被写体がリング状であることから、外側の輪郭及び内側の輪郭にそれぞれ対応付けられる２つのピークが検出されている。エッジ位置は、閾値Ｅ_０を超えるエッジ強度Ｅについて、強度が極大となる位置（ピーク位置）を判別することにより定められる。ここでは、扇形領域Ｃ４の径方向に関して外側から内側へ向けてエッジ強度Ｅの解析処理が行われるので、被写体の外側の輪郭位置としてのエッジ位置ｒ１が識別結果として得られる。

図７は、図３の撮影画像について検出された輪郭円の一例を示した図であり、セグメントごとに識別されたエッジ位置を示す多数の検出点Ｄ１と、各検出点Ｄ１から定められた輪郭円Ｄ２の様子が示されている。この様に多数の検出点Ｄ１から輪郭円Ｄ２を決定することにより、ノイズなどによる検出点Ｄ１の変動による影響を抑制することができ、安定した円検出を行うことができる。

図８のステップＳ１０１〜Ｓ１０８は、図２の画像処理装置における輪郭検出処理の一例を示したフローチャートである。まず、表示制御部２１は、オペレータによる操作入力に基づいて撮像装置から画像データを取り込み、撮影画像を表示装置に表示させる（ステップＳ１０１）。処理対象エリア指定部２２は、撮影画像が表示された際、処理対象エリアとしての環状領域を指定する（ステップＳ１０２）。

次に、エッジ検出領域指定部２４は、セグメントを環状領域内に配置し、エッジ位置識別部２５は、環状領域内に配置された各セグメントについてエッジ検出を行う（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。このエッジ位置の検出は、全てのセグメントについて完了するまで、解析対象とするセグメントを他のセグメントに移動させながら行われる（ステップＳ１０５，Ｓ１０８）。

輪郭円決定部２６は、全てのセグメントについてエッジ検出が完了すると、検出されたセグメントごとのエッジ位置に基づいて輪郭円が決定され、検出結果として出力される（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。

本実施の形態によれば、従来の輪郭円検出に比べてエッジ検出の処理単位ごとに位置や向きを指定する必要がないので、エッジ検出の処理単位を指定する際の操作性を向上させることができる。特に、エッジ検出の処理単位としてのエッジ検出領域をより多く指定する場合であっても、各エッジ検出領域が自動的に指定されるので、操作性を低下させることなく、輪郭円の検出を安定化させ検出精度を向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、処理対象エリアとして輪郭円を含む環状領域が指定される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、処理対象エリアとして輪郭円の周の一部分を含む矩形領域を指定する場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２による画像処理装置における動作の一例を示した図であり、被写体Ｂ２の輪郭における周の一部分を含む矩形領域Ｃ１１が処理対象エリアとして指定される場合が示されている。この矩形領域Ｃ１１は、輪郭円の中心を含まない矩形領域として指定される。例えば、被写体Ｂ２の輪郭に沿った方向を長手方向とする長方形領域が矩形領域Ｃ１１として指定される。

具体的には、オペレータが矩形領域Ｃ１１の頂点を指示することにより、画面内における矩形領域Ｃ１１の位置及びサイズが指定される。

図１０は、図９の処理対象エリアについて指定されるセグメントの一例を示した図であり、矩形領域Ｃ１１の一辺に平行な矩形領域Ｃ１２が示されている。このセグメントとしての矩形領域Ｃ１２は、例えば、輪郭円の径方向を長手方向とする長方形領域であり、処理対象エリアとしての矩形領域Ｃ１１内に周方向の位置を異ならせて多数配置される。ここでは、各矩形領域Ｃ１２が輪郭円の周方向に関する幅の等しい領域であるものとする。

矩形領域Ｃ１２の周方向に関する幅や、隣り合う矩形領域Ｃ１２間の間隔（ピッチ）は、オペレータによる操作入力に基づいて指定される。ここで、矩形領域Ｃ１２を配置する際のピッチを領域の幅よりも小さくすれば、隣り合う矩形領域Ｃ１２の一部分を重複させて配置することができる。

図１１は、図９の処理対象エリアについて検出された輪郭円の一例を示した図であり、セグメントごとに識別されたエッジ位置を示す多数の検出点Ｄ１１と、各検出点Ｄ１１から定められた輪郭円Ｄ１２の様子が示されている。この様に多数の検出点Ｄ１１から輪郭円Ｄ１２を決定することにより、ノイズなどによる検出点Ｄ１１の変動による影響を抑制することができ、安定した円検出を行うことができる。特に、半導体ウエハなどの円形状ワークの位置決めを行う際、輪郭の一部分を処理対象エリアとする場合であっても、適切に安定して輪郭円を検出することができる。具体的には、輪郭円の特徴量として、輪郭円の中心位置や曲率が求められる。

図１２は、撮影画像における被写体の他の一例を示した図である。この撮影画像Ｂ１１には、円形の切り欠きＢ１３を有する被写体Ｂ１２の輪郭が濃淡により示されている。この様な被写体Ｂ１２における切り欠きＢ１３は、例えば、金属加工によってワーク上に形成された切り欠きに相当する。この様な切り欠きＢ１３の中心位置やサイズの自動識別にも、本発明を適用することができる。この他、Ｏリングの外径測定や、プレスによる打ち抜き穴の位置決め、缶蓋、キャップの位置決め及び外径測定にも適用することができる。

本実施の形態によれば、エッジ検出の処理単位としてのエッジ検出領域Ｃ１２をより多く指定する場合であっても、各エッジ検出領域Ｃ１２が自動的に指定されるので、操作性を低下させることなく、輪郭円の検出を安定化させ検出精度を向上させることができる。特に、処理対象エリア内に輪郭円の中心が含まれているか否かに関わらず輪郭円を適切に決定することができるので、ユーザは、処理対象エリアとしての矩形領域Ｃ１１を指定する際、輪郭円の中心位置を意識することなく、矩形領域Ｃ１１の指定を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、各セグメントについて識別されたエッジ位置に基づいて輪郭円が決定される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、セグメントごとのエッジ位置を示す各検出点から異常点を除外して輪郭円を算出する場合について説明する。

図１３は、本発明の実施の形態３による画像処理装置の要部における構成例を示したブロック図であり、輪郭円決定部２６ａが示されている。この輪郭円決定部２６ａは、グループ化処理部１０１、異常点除去部１０２及び輪郭円算出部１０３からなる。一般に、多数の検出点から最小２乗法などを利用して輪郭円を決定する際、検出目標とする輪郭円から大きく外れた点（異常点という）が検出点に含まれていると、異常点の影響によって適切な輪郭円を得ることができない。従って、この様な異常点を輪郭円の算出のための演算対象から除外するのが望ましい。

グループ化処理部１０１は、セグメントごとの検出点をグループ化する処理を行っている。具体的には、各検出点について、径方向に関するセグメントの端からの距離を調べ、隣接する検出点間で差分が求められる。この距離の差分情報に基づいて検出点群がグループ化される。

異常点除去部１０２は、各グループについて、グループに属する検出点の数を調べ、この検出点の数に基づいて異常点（群）を除去する動作を行っている。輪郭円算出部１０３は、異常点除去後の検出点群に基づいて輪郭円を算出する動作を行っている。

図１４は、処理対象エリアとしての矩形領域Ｃ２１においてセグメントごとに識別された検出点Ｄ２１の様子を示した図である。この例では、セグメントとしての矩形領域Ｃ２２ごとの検出点Ｄ２１に、異常点が含まれている。

この様な構成によれば、検出点群から異常点を除外して輪郭円が算出されるので、ノイズなどの影響によって検出点の位置に大きなずれが生じた場合であっても、適切な輪郭円を検出することができる。

実施の形態４．
実施の形態３では、セグメントごとの検出点から異常点を除外して輪郭円が算出される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、異常点除去後の各検出点について重み付けを行って輪郭円を算出する場合について説明する。

図１５は、本発明の実施の形態４による画像処理装置の要部における構成例を示したブロック図であり、輪郭円決定部２６ｂが示されている。この輪郭円決定部２６ｂは、グループ化処理部１０１、異常点除去部１０２、基準円算出部１１１、重み付け処理部１１２及び輪郭円算出部１１３からなる。一般に、多数の検出点から最小２乗法などを利用して輪郭円を決定する際、外乱などの影響により、被写体の輪郭に歪が生じていると、適切な輪郭円を得ることができない。従って、輪郭円を算出する際、ロバスト推定法を利用して歪による影響を抑制するのが望ましい。

基準円算出部１１１は、最小２乗法を利用してセグメントごとのエッジ位置を示す検出点から基準円を定める動作を行っている。この基準円は、各検出点について、検出目標とする輪郭円からのずれを判別するための基準となる円である。重み付け処理部１１２は、セグメントごとの検出点について、基準円からの距離に応じた重み付けを行う処理を行っている。

具体的には、各検出点について基準円からの距離を調べ、検出点群に関する標準偏差σが求められる。そして、基準円からの距離がＡσ（Ａは、係数）以上の検出点について、重みをゼロとする重み付けが行われる。つまり、基準円からの距離がＡσ以上である検出点は、検出点群から除外される。輪郭円算出部１１３は、重み付け後の検出点群に基づいて輪郭円を算出する動作を行っている。ここでは、この様に基準とする値から大きく外れた検出値（例外値という）による影響を抑制して統計処理することを、ロバスト推定と呼んでいる。

図１６は、処理対象エリアとしての円形領域Ｃ３１においてセグメントごとに識別された検出点Ｄ３１の様子を示した図である。この例では、セグメントとしての扇形領域ごとの検出点Ｄ３１の一部Ｄ３２が、外乱などの影響による被写体輪郭の歪によって位置にずれが生じている。

図１７は、各検出点Ｄ３１に付与される重みを示した図である。各検出点Ｄ３１に付与される重みは、基準円からの距離がＡσ以上となる検出点についてゼロとし、距離がＡσ未満となる検出点については、距離が小さくなるほど大きな重みが付与される。基準円からの距離がゼロとなる検出点の重みは、最大値１となっている。この様な構成によれば、基準円からの距離に応じて重み付けされた検出点群に基づいて輪郭円が算出されるので、外乱の影響により被写体の撮影画像に歪が生じている場合であっても、輪郭円を正しく決定することができる。

本発明の実施の形態１による画像処理装置を含む自動識別システムの概略構成の一例を示した図である。 図１の自動識別システムの要部における構成を示したブロック図であり、画像処理装置２０内部における機能構成の一例が示されている。 図１の自動識別システムにおける撮影画像の一例を示した図である。 図３の撮影画像について指定された処理対象エリアの一例を示した図であり、外郭円Ｃ１及び内郭円Ｃ２で挟まれた環状領域が示されている。 図４の処理対象エリアについて指定されるセグメントの一例を示した図であり、外郭円Ｃ１及び内郭円Ｃ２で挟まれた扇形領域Ｃ４が示されている。 図５のセグメントごとに行われるエッジ検出の一例を示した図であり、径方向に関するエッジ強度Ｅが中心Ｃ３からの距離ｒごとに示されている。 図３の撮影画像について検出された輪郭円の一例を示した図であり、検出点Ｄ１及び各検出点Ｄ１から定められた輪郭円Ｄ２の様子が示されている。 図２の画像処理装置における輪郭検出処理の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態２による画像処理装置における動作の一例を示した図であり、矩形領域Ｃ１１が処理対象エリアとして指定される場合が示されている。 図９の処理対象エリアについて指定されるセグメントの一例を示した図であり、矩形領域Ｃ１１の一辺に平行な矩形領域Ｃ１２が示されている。 図９の処理対象エリアについて検出された輪郭円の一例を示した図であり、検出点Ｄ１１及び各検出点Ｄ１１から定められた輪郭円Ｄ１２の様子が示されている。 撮影画像における被写体の他の一例を示した図である。 本発明の実施の形態３による画像処理装置の要部における構成例を示したブロック図であり、輪郭円決定部２６ａが示されている。 処理対象エリアとしての矩形領域Ｃ２１においてセグメントごとに識別された検出点Ｄ２１の様子を示した図である。 本発明の実施の形態４による画像処理装置の要部における構成例を示したブロック図であり、輪郭円決定部２６ｂが示されている。 処理対象エリアとしての円形領域Ｃ３１においてセグメントごとに識別された検出点Ｄ３１の様子を示した図である。 各検出点Ｄ３１に付与される重みを示した図である。 従来の画像処理における動作例を示した図である。

符号の説明

１０ 撮像装置
２０ 画像処理装置
２１ 表示制御部
２２ 処理対象エリア指定部
２３ 周方向指定部
２４ エッジ検出領域指定部
２５ エッジ位置識別部
２６，２６ａ，２６ｂ 輪郭円決定部
３０ 表示装置
４０ 操作入力装置
１００ 自動識別システム
１０１ グループ化処理部
１０２ 異常点除去部
１０３ 輪郭円算出部
１１１ 基準円算出部
１１２ 重み付け処理部
１１３ 輪郭円算出部
Ａ１ 撮影エリア
Ａ２ ワーク

Claims (7)

1. 撮像手段により撮影された画像データに基づいて、被写体の輪郭としての輪郭円の検出を行う画像処理装置において、
   処理対象エリアを指定する処理対象エリア指定手段と、
   上記処理対象エリア内における上記輪郭円の周方向を指定する周方向指定手段と、
   上記処理対象エリア及び上記周方向に基づいて、処理対象エリア内に周方向の位置を異ならせた３以上の領域をエッジ検出領域として指定するエッジ検出領域指定手段と、
   上記エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて、上記輪郭円の径方向に関するエッジ位置を識別するエッジ位置識別手段と、
   上記各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する輪郭円決定手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 上記輪郭円決定手段は、最小２乗法に基づいて上記エッジ検出領域ごとのエッジ位置から基準円を定める基準円算出手段と、
   上記エッジ検出領域ごとのエッジ位置について上記基準円からの距離に応じた重み付けを行うエッジ位置重み付け手段と、
   重み付けされた各エッジ位置に基づいて輪郭円を算出する輪郭円算出手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 上記エッジ検出領域指定手段は、互いに重複するエッジ検出領域を指定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 上記処理対象エリアが上記輪郭円を含む円形領域であり、上記各エッジ検出領域が上記円形領域の中心を頂点とする扇形領域であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 上記処理対象エリア指定手段は、径の異なる２つの同心円で挟まれた環状領域を処理対象エリアとして指定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
6. 上記処理対象エリアが上記輪郭円の中心を含まず周の一部分を含む矩形領域であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
7. 撮像手段により撮影された画像データに基づいて、被写体の輪郭としての輪郭円を検出する画像処理方法において、
   処理対象エリアを指定する処理対象エリア指定ステップと、
   上記処理対象エリア内における上記輪郭円の周方向を指定する周方向指定ステップと、
   上記処理対象エリア内に上記周方向の位置を異ならせた３以上の領域をエッジ検出領域として指定するエッジ検出領域指定ステップと、
   上記エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて、上記輪郭円の径方向に関するエッジ位置を識別するエッジ位置識別ステップと、
   上記各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する輪郭円決定ステップとからなることを特徴とする画像処理方法。
   
   
   

Images