JP2009259036A - Image processing device, image processing method, image processing program, recording medium, and image processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、撮像装置等の画像入力装置から入力された画像データに対して、図形処理を行う画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、及び画像処理システムに関し、特に、画像データに含まれる円形画像の中心位置を決定する画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、記録媒体、及び画像処理システムに関する。 The present invention relates to an image processing device, an image processing method, an image processing program, and an image processing system that perform graphic processing on image data input from an image input device such as an imaging device. The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method, an image processing program, a recording medium, and an image processing system that determine a center position of a circular image included.
製品組み立ての自動化及び検査作業の自動化、並びに製品組み立ての位置調整等を高精度で実現するために、製品及び部品等をカメラで撮像し、得られた画像データに対して各種画像処理を行う画像処理装置が必要となっている。 An image that images products and parts with a camera and performs various image processing on the obtained image data in order to realize automation of product assembly, automation of inspection work, position adjustment of product assembly, etc. with high accuracy A processing device is required.
特に製品の筐体や部品が円形状の部分を有し、この部分を組み立て時の位置合わせ用マークや検査部品として用いる場合は、画像処理によって円形状の中心を決定し、決定した中心位置を基準として部品の移動や調整、及び検査を行うようになっている。 In particular, when the product casing or part has a circular part and this part is used as an alignment mark or inspection part during assembly, the center of the circle is determined by image processing, and the determined center position is determined. As a reference, parts are moved, adjusted, and inspected.
しかしながら、筐体や部品には、欠けやバリが存在する。したがって、撮像された画像データにおいて、例えば、図24(a)に示すように、円の一部が欠けたり、図24(b)に示すように、円周上に異物、キズ又はノイズ等F101が存在したり、図24(c)に示すように、円が途切れ途切れとなる場合がある。また、照明と筐体や部品との相対的な位置の関係で、図24(d)に示すように、明るさのムラが発生し、円の一部が欠けた画像データとなる場合がある。これらの場合、円の中心位置の決定精度が大きく低下してしまう。そこで、画像データの円中心位置を高精度で決定する技術が種々開発されている。 However, there are chips and burrs in the housing and parts. Therefore, in the captured image data, for example, as shown in FIG. 24A, a part of the circle is missing, or as shown in FIG. 24B, foreign matter, scratches, noise, etc. on the circumference F101. May exist or the circle may be interrupted as shown in FIG. In addition, due to the relative positional relationship between the illumination and the casing or components, as shown in FIG. 24D, unevenness in brightness may occur, and image data with a part of a circle missing may be obtained. . In these cases, the accuracy of determining the center position of the circle is greatly reduced. Therefore, various techniques for determining the center position of the circle of the image data with high accuracy have been developed.
例えば、特許文献1では、画像データの注目画素に対して、微分処理を行い、エッジ強度及びエッジベクトルを算出する。このエッジベクトルの算出に際しては、注目画素を中心とする3×3画素に対する水平方向エッジ強度及び垂直方向エッジ強度を用いて行う。
For example, in
そして、エッジ強度が所定の閾値よりも大きい注目画素を円周上画素であると仮定すると共に、その円周上画素の注目画素に対してはエッジベクトルから円の仮中心を算出する。次いで、注目画素を中心とし、仮中心を通る円周上に存在する画素の数をカウントする。これらの処理を所定の閾値よりも大きい注目画素全てについて行い、最大となる円を仮決定する。仮決定された円の所定の幅内にある画素を含めた重心の座標を円中心座標とすることによって、円の決定精度を向上させている。 Then, it is assumed that a pixel of interest whose edge intensity is greater than a predetermined threshold is a pixel on the circumference, and for the pixel of interest of the pixel on the circumference, a temporary center of the circle is calculated from the edge vector. Next, the number of pixels present on the circumference passing through the temporary center with the target pixel as the center is counted. These processes are performed for all pixels of interest that are larger than a predetermined threshold, and a maximum circle is provisionally determined. By determining the coordinates of the center of gravity including the pixels within the predetermined width of the tentatively determined circle as the circle center coordinates, the accuracy of determining the circle is improved.
また、特許文献2では、カメラで撮像した画像データについて微分フィルタ処理によってエッジ点を検出し、求めたエッジ点の集合から、平均四乗誤差最小法により円弧近似を行い、円中心位置を推定し、推定された円周から離れた点を除いたエッジ点の集合について、再度、平均四乗誤差最小法により円弧近似を行い、円中心位置を推定している。
しかしながら、上記従来の画像処理装置及び画像処理方法では、以下の問題点を有している。 However, the conventional image processing apparatus and image processing method have the following problems.
まず、特許文献1に開示された技術を用いると、全ての注目画素に対して、微分処理とエッジ方向の算出とを行い、さらに所定の閾値以上となる全ての画素について、同一円周上にあるかの判定を行う必要があるため、計算処理時間が非常に長くなるという問題点を有している。また、微分処理はノイズ等の影響を受け易いため、処理後のエッジ方向の算出値の精度がでないという問題点も有している。
First, using the technique disclosed in
また、特許文献2では、誤差の影響を受け易い微分処理データに対して、円近似を2回行っているため、ノイズ等の影響が大きく、検出精度がでないという問題点を有している。
Moreover, in
さらに、特許文献1及び特許文献2のいずれも、単純な直行座標系での微分処理を行っているため、異物等の影響により、円の一部が欠けている場合や、照明のムラ(シェーディング)が出現している場合に、検出精度を確保できない。
Furthermore, since both
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、画像データの円中心を求める場合に、円の中心を精度良く、短時間で決定し得る画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、記録媒体、及び画像処理システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus, an image, and an image processing apparatus capable of accurately determining the center of a circle in a short time when determining the center of the circle of image data. A processing method, an image processing program, a recording medium, and an image processing system are provided.
本発明の画像処理装置は、上記課題を解決するために、画像データで表示される円の中心位置を求める画像処理装置であって、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定手段と、上記仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換手段と、上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影手段と、上記1次元投影手段による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出手段と、上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定手段とが設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an image processing apparatus according to the present invention is an image processing apparatus that obtains the center position of a circle displayed by image data, which is detected by performing a Hough transform on the image data. A circle center temporary setting means for temporarily setting the center position of the circle and a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the temporarily set circle are set, and each of the coordinates existing in the predetermined range is detected as the origin. Polar coordinate conversion means for converting the circle obtained into polar coordinates, and one-dimensional projection means for one-dimensionally projecting the radius r of the circle obtained when the detected circle is converted into polar coordinates using the coordinates as the origin in the direction of the central angle θ axis, respectively. An evaluation value for obtaining an evaluation value indicating linearity of the radius r of the circle with respect to the direction of the central angle θ-axis from the distribution in the direction of the central angle θ-axis at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection by the one-dimensional projection means. Calculation means and above Among the evaluation values from the distribution of the radius r of the circle obtained by performing polar coordinate conversion on the detected circle with the coordinates existing in a fixed range as the origin, the coordinate of the origin where the evaluation value is highest is the center of the circle. A circle center determining means for determining the position is provided.
本発明の画像処理方法は、上記課題を解決するために、画像データで表示される円の中心位置を求める画像処理方法であって、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定工程と、上記仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換工程と、上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影工程と、上記1次元投影工程による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出工程と、上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定工程とを含むことを特徴としている。 An image processing method according to the present invention is an image processing method for obtaining a center position of a circle displayed by image data in order to solve the above-described problem, and the image data is detected by performing a Hough transform on the image data. The circle center temporary setting step for temporarily setting the center position of the circle, and a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the temporarily set circle are set, and each of the coordinates existing in the predetermined range is detected as the origin. A polar coordinate conversion step of converting the circle that has been converted into polar coordinates, and a one-dimensional projection step of performing one-dimensional projection of the radius r of the circle obtained when the detected circle is converted into polar coordinates using the coordinates as the origin in the direction of the central angle θ. An evaluation value for obtaining an evaluation value indicating linearity with respect to the central angle θ-axis direction of the radius r of the circle from the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection in the one-dimensional projection step. Calculation process and above Among the evaluation values from the distribution of the radius r of the circle obtained by performing polar coordinate conversion on the detected circle with the coordinates existing in a fixed range as the origin, the coordinate of the origin where the evaluation value is highest is the center of the circle. And a circle center determining step for determining the position.
上記の発明によれば、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定するので、異物等の影響により、画像データの円の一部が欠けている場合や、照明のムラ(シェーディング)が出現している画像データの場合でも、ハフ(Hough )変換によりノイズの影響受けず、円の中心を精度よく求めることができる。 According to the above invention, the Hough transform is performed on the image data, and the center position of the detected circle is temporarily set. Therefore, when a part of the circle of the image data is missing due to the influence of a foreign object or the like. Even in the case of image data in which uneven illumination (shading) appears, the center of the circle can be accurately obtained without being affected by noise by the Hough transformation.
また、本発明では、仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する。そして、各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する。 In the present invention, a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the temporarily set circle is set, and the detected circle is subjected to polar coordinate conversion with each coordinate existing in the predetermined range as the origin. Then, the radius r of the circle obtained when the detected circle is converted into polar coordinates with each coordinate as the origin is projected one-dimensionally in the direction of the central angle θ axis.
すなわち、円の中心を中心とした極座標変換のための原点候補領域を設定し、この領域全てについて極座標変換を行い、1次元投影処理を行うことによって、円検出に適している極座標系を用いて、画像処理を精度良く行い、また、設定された原点候補領域に存在する全ての画素を原点として検出した円の極座標変換を行うので、データ量が増し、非常に精度よく、円中心を求めることができる。さらに、原点候補領域を限定することによって、効率良く円の中心位置を決定することができる。したがって、1次元投影処理以降の処理時間を短縮することができる。 That is, by setting an origin candidate region for polar coordinate conversion centered on the center of the circle, performing polar coordinate conversion on all the regions, and performing a one-dimensional projection process, a polar coordinate system suitable for circle detection is used. , Image processing is performed with high accuracy, and polar coordinate conversion of the circle detected with all pixels existing in the set origin candidate area as the origin is performed, so the amount of data increases and the center of the circle is obtained with very high accuracy. Can do. Furthermore, by limiting the origin candidate area, the center position of the circle can be determined efficiently. Therefore, the processing time after the one-dimensional projection process can be shortened.
また、1次元投影処理を行うことによって、円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求めるので、SN比を高めることができる。さらに、評価値という定量的指標により、全ての原点候補から最適の円中心を選定することができる。 Further, by performing the one-dimensional projection processing, an evaluation value indicating linearity with respect to the central angle θ axis direction of the radius r of the circle is obtained, so that the SN ratio can be increased. Furthermore, an optimal circle center can be selected from all origin candidates by a quantitative index called an evaluation value.
この結果、画像データの円中心を求める場合に、円の中心を精度良く、短時間で決定し得る画像処理装置及び画像処理方法を提供することができる。 As a result, when obtaining the circle center of the image data, it is possible to provide an image processing apparatus and an image processing method capable of accurately determining the center of the circle in a short time.
また、本発明の画像処理装置では、前記画像データに対して、ハフ(Hough )変換を行う前に平滑化処理を行う平滑化処理手段が設けられていることが好ましい。 In the image processing apparatus of the present invention, it is preferable that a smoothing processing means for performing a smoothing process on the image data before performing a Hough transform is provided.
また、本発明の画像処理方法では、前記画像データに対して、ハフ(Hough )変換を行う前に平滑化処理を行う平滑化処理工程を含むことが好ましい。 The image processing method of the present invention preferably includes a smoothing process step of performing a smoothing process on the image data before performing a Hough transform.
この結果、平滑化処理を追加することによって、ハフ(Hough )変換の精度を高めることができる。 As a result, the accuracy of the Hough transform can be improved by adding a smoothing process.
また、本発明の画像処理装置では、前記極座標変換で得られた円に対して、1次元投影する前に、半径r軸方向のエッジ検出を行い、所定の値で2値化処理してエッジを抽出するエッジ処理手段が設けられていることが好ましい。 In the image processing apparatus according to the present invention, the edge obtained in the radius r-axis direction is detected before the one-dimensional projection is performed on the circle obtained by the polar coordinate transformation, and binarization processing is performed with a predetermined value to perform edge processing. It is preferable that an edge processing means for extracting is provided.
また、本発明の画像処理方法では、前記極座標変換で得られた円に対して、1次元投影する前に、半径r軸方向のエッジ検出を行い、所定の値で2値化処理してエッジを抽出するエッジ処理工程を含むことが好ましい。 Further, in the image processing method of the present invention, the edge obtained in the radius r-axis direction is detected before one-dimensional projection is performed on the circle obtained by the polar coordinate transformation, and binarization processing is performed with a predetermined value to perform edge processing. It is preferable to include an edge processing step for extracting.
この結果、エッジ検出によってエッジの候補がいくつかでてきたものに対して、所定の値で2値化処理することにより、はっきりとしているエッジ、つまり特定の強度があり、ある程度強いエッジを特定することができる。逆に、はっきりしないエッジをノイズとみなすことができる。 As a result, binarization processing with a predetermined value is performed on a number of edge candidates that have been detected by edge detection, so that a clear edge, that is, an edge that has a specific strength and is somewhat strong is specified. be able to. Conversely, an unclear edge can be regarded as noise.
また、極座標変換後に、例えば微分処理を行うことによって、エッジ検出精度を高めることができる。 In addition, the edge detection accuracy can be increased by performing, for example, a differentiation process after the polar coordinate conversion.
また、本発明の画像処理装置では、前記評価値算出手段は、前記1次元投影手段による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、閾値を用いた2値化処理により前記評価値を求めることが好ましい。 In the image processing apparatus of the present invention, the evaluation value calculation means uses a threshold value from a distribution in the central angle θ-axis direction at a radius r of a circle obtained by one-dimensional projection by the one-dimensional projection means. It is preferable to obtain the evaluation value by a crystallization process.
また、本発明の画像処理方法では、前記評価値算出工程では、前記1次元投影工程での1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、閾値を用いた2値化処理により前記評価値を求めることが好ましい。 In the image processing method of the present invention, in the evaluation value calculation step, a threshold is used from the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection in the one-dimensional projection step. The evaluation value is preferably obtained by a valuation process.
これにより、1次元投影以降において、閾値を用いた2値化処理により、円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値の計算精度を高めることができる。 Thereby, after the one-dimensional projection, the calculation accuracy of the evaluation value indicating the linearity of the radius r of the circle with respect to the central angle θ-axis direction can be improved by the binarization process using the threshold value.
また、本発明の画像処理装置では、前記評価値算出手段は、前記1次元投影手段による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、統計的データ処理による閾値を用いて前記評価値を求めることが好ましい。 In the image processing apparatus according to the present invention, the evaluation value calculation means may calculate a threshold value based on statistical data processing from a distribution in the central angle θ-axis direction at a radius r of a circle obtained by one-dimensional projection by the one-dimensional projection means. It is preferable to obtain the evaluation value using.
また、本発明の画像処理方法では、前記評価値算出工程では、前記1次元投影工程での1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、統計的データ処理による閾値を用いて前記評価値を求めることが好ましい。 In the image processing method of the present invention, in the evaluation value calculation step, statistical data processing is performed from the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection in the one-dimensional projection step. It is preferable to obtain the evaluation value using a threshold value.
これにより、2値化処理するための閾値を、1次元投影工程での1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、1次元画像データの例えば標準偏差等の統計的データ処理による閾値とし、動的に決定することができる。 As a result, the threshold for binarization processing is obtained from the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection in the one-dimensional projection process, such as the standard deviation of the one-dimensional image data. The threshold value can be determined dynamically by statistical data processing.
すなわち、動的に決定することにより、照明条件等により画像データが変化したときに、追従することができる。 That is, by dynamically determining, it is possible to follow when image data changes due to illumination conditions or the like.
また、本発明の画像処理装置では、前記評価値算出手段は、前記閾値以下の画像データの輝度値の総和における逆数を、前記直線性を示す評価値とすることが好ましい。 In the image processing apparatus according to the aspect of the invention, it is preferable that the evaluation value calculation unit uses an inverse of the sum of luminance values of image data equal to or less than the threshold as an evaluation value indicating the linearity.
また、本発明の画像処理方法では、前記評価値算出工程では、前記閾値以下の画像データの輝度値の総和における逆数を、前記直線性を示す評価値とすることが好ましい。 In the image processing method of the present invention, it is preferable that, in the evaluation value calculating step, an inverse number in the sum of luminance values of image data equal to or less than the threshold value is an evaluation value indicating the linearity.
これにより、処理速度の速い単純処理で、直線性を示す評価値を得ることができる。また、例えば、円の一部が欠けた画像、円周上に異物のある画像、途切れ円画像、照明ムラのある画像等の違う条件で撮像されたときにも、本発明の評価値で、定量的に評価することができる。 Thereby, the evaluation value which shows linearity can be obtained by simple processing with a high processing speed. In addition, for example, when the image is captured under different conditions such as an image with a part of a circle missing, an image with a foreign object on the circumference, a broken circle image, an image with uneven illumination, etc., the evaluation value of the present invention, It can be evaluated quantitatively.
また、本発明の画像処理装置では、前記所定の範囲に存在する各座標を原点として検出した円を極座標変換したときの円に対して、評価値を求める前に、該途切れ途切れになっている円を繋ぐ膨張処理を行うと共に、上記極座標変換したときの円に対してノイズを削除する収縮処理を行う膨張・収縮処理手段が設けられていることが好ましい。 Further, in the image processing apparatus of the present invention, before the evaluation value is obtained with respect to a circle obtained by performing polar coordinate conversion on a circle detected using each coordinate existing in the predetermined range as an origin, the interruption is interrupted. It is preferable to provide expansion / contraction processing means for performing expansion processing for connecting the circles and performing contraction processing for removing noise from the circle when the polar coordinates are converted.
また、本発明の画像処理方法では、前記所定の範囲に存在する各座標を原点として検出した円を極座標変換したときの円に対して、評価値を求める前に、該途切れ途切れになっている円を繋ぐ膨張処理を行うと共に、上記極座標変換したときの円に対してノイズを削除する収縮処理を行う膨張・収縮処理工程を含むことが好ましい。 Further, in the image processing method of the present invention, before obtaining an evaluation value for a circle obtained by performing polar coordinate conversion on a circle detected with each coordinate existing in the predetermined range as an origin, the interruption is interrupted. It is preferable to include an expansion / contraction process step of performing an expansion process for connecting the circles and performing a contraction process for removing noise from the circle when the polar coordinates are converted.
これにより、評価値を求める前に、中心角θ軸方向に対する膨張・収縮処理を追加することによって、膨張処理により途切れている直線を繋げるができ、また、収縮処理によりノイズを削除できるので、1次元投影した工程以降において精度を高めることができる。 Thus, by adding expansion / contraction processing with respect to the central angle θ-axis direction before obtaining the evaluation value, it is possible to connect a straight line interrupted by the expansion processing, and noise can be deleted by the contraction processing. The accuracy can be increased after the two-dimensional projection process.
また、本発明の画像処理プログラムは、上記課題を解決するために、上記記載の画像処理装置としてコンピュータを機能させるための画像処理プログラムであって、コンピュータを前記の各手段として機能させることを特徴としている。 An image processing program of the present invention is an image processing program for causing a computer to function as the above-described image processing apparatus in order to solve the above-described problem, and causes the computer to function as each of the above-described means. It is said.
上記の発明によれば、画像データの円中心を求める場合に、円の中心を精度良く、短時間で決定し得る画像処理プログラムを提供することができる。 According to the above invention, it is possible to provide an image processing program that can determine the center of a circle with high accuracy in a short time when determining the center of a circle of image data.
また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記課題を解決するために、上記記載の画像処理プログラムを記録したことを特徴としている。 The computer-readable recording medium of the present invention is characterized in that the above-described image processing program is recorded in order to solve the above-described problems.
上記の発明により、上記記録媒体から読み出された画像処理プログラムによって、上記画像処理装置を、プログラムをハードウェアで実行可能なLSI等のコンピュータ上に実現することができる。 According to the above invention, the image processing apparatus can be realized on a computer such as an LSI capable of executing the program by hardware by the image processing program read from the recording medium.
また、本発明の画像処理システムは、上記課題を解決するために、対象物を撮像装置にて撮像することにより画像データを生成し、該画像データを画像処理する画像処理システムにおいて、対象物と撮像装置との間に、多重同心円の凸レンズからなるフレネルレンズが設けられると共に、上記フレネルレンズの光軸が、対象物の撮像目的位置上に配置されるように、上記フレネルレンズの光軸の位置を算出する上記記載の画像処理装置と、上記画像処理装置による上記フレネルレンズの光軸の位置の算出結果に基づいて、上記フレネルレンズの光軸が対象物の撮像目的位置上に配置されるように上記フレネルレンズを移動させる駆動手段とが設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an image processing system according to the present invention generates image data by capturing an image of an object with an imaging device, and performs image processing on the image data. The position of the optical axis of the Fresnel lens is provided between the imaging device and a Fresnel lens made up of multiple concentric convex lenses, and the optical axis of the Fresnel lens is disposed on the imaging target position of the object. And calculating the position of the optical axis of the Fresnel lens by the image processing apparatus so that the optical axis of the Fresnel lens is arranged on an imaging target position of the object. And a drive means for moving the Fresnel lens.
上記の発明によれば、レンズの中心を円とした円周上に同心円の形状変化のあるフレネルレンズを使用して対象物に平行光を集光させたい場合、フレネルレンズの中心位置と、対象物の撮像目的位置との位置合わせに、本発明の円の中心位置の決定方法を適用することができる。 According to the above-described invention, when it is desired to collect parallel light on an object using a Fresnel lens having a concentric shape change on the circumference with the center of the lens as a circle, the center position of the Fresnel lens and the object The method for determining the center position of a circle according to the present invention can be applied to alignment of an object with an imaging target position.
本発明の画像処理装置は、以上のように、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定手段と、上記仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換手段と、上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影手段と、上記1次元投影手段による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出手段と、上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定手段とが設けられているものである。 As described above, the image processing apparatus of the present invention performs a Hough transform on image data and temporarily sets the center position of the detected circle, and the center of the temporarily set circle. A predetermined range centered on the coordinates of the position is set, polar coordinate conversion means for converting the detected circle into a polar coordinate with each coordinate existing in the predetermined range as an origin, and the detected circle with each coordinate as an origin One-dimensional projection means for one-dimensionally projecting the circle radius r obtained by polar coordinate conversion in the direction of the central angle θ axis, respectively, and the central angle θ at the radius r of the circle obtained by one-dimensional projection by the one-dimensional projection means Evaluation value calculation means for obtaining an evaluation value indicating linearity of the radius r of the circle with respect to the central angle θ axis direction from the distribution in the axial direction, and the detected circle with the coordinates existing in the predetermined range as the origin as polar coordinates Yen obtained by conversion Among the evaluation values from the distribution of the radius r, in which the circle center determining means for determining the origin of coordinates evaluation value is highest as the center position of the circle is provided.
また、本発明の画像処理方法は、以上のように、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定工程と、上記仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換工程と、上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影工程と、上記1次元投影工程による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出工程と、上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定工程とを含む方法である。 In addition, as described above, the image processing method of the present invention performs a Hough transform on the image data, temporarily sets the center position of the detected circle, and the temporarily set circle. A polar range conversion step of setting a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the center and converting the detected circle into a polar coordinate with each coordinate existing in the predetermined range as the origin, and the above-described detection with each coordinate as the origin A one-dimensional projection step for one-dimensionally projecting a circle radius r obtained by converting the circle into polar coordinates in the direction of the central angle θ axis, and a center at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection by the one-dimensional projection step An evaluation value calculation step for obtaining an evaluation value indicating linearity of the radius r of the circle with respect to the central angle θ axis direction from the distribution in the angle θ axis direction, and the circle detected using the coordinates existing in the predetermined range as the origin Is obtained by transforming Among the evaluation values from the distribution of the radius r of the circle was, the method comprising the circle center determining step of determining the origin of coordinates evaluation value is highest as the center position of the circle.
また、本発明の画像処理プログラムは、以上のように、上記記載の画像処理装置としてコンピュータを機能させるための画像処理プログラムであって、コンピュータを前記の各手段として機能させるものである。 As described above, the image processing program of the present invention is an image processing program for causing a computer to function as the above-described image processing apparatus, and causes the computer to function as each of the above-described means.
また、本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、以上のように、上記記載の画像処理プログラムを記録したものである。 The computer-readable recording medium of the present invention records the above-described image processing program as described above.
また、本発明の画像処理システムは、以上のように、対象物と撮像装置との間に、多重同心円の凸レンズからなるフレネルレンズが設けられると共に、上記フレネルレンズの光軸が、対象物の撮像目的位置上に配置されるように、上記フレネルレンズの光軸の位置を算出する上記記載の画像処理装置と、上記画像処理装置による上記フレネルレンズの光軸の位置の算出結果に基づいて、上記フレネルレンズの光軸が対象物の撮像目的位置上に配置されるように上記フレネルレンズを移動させる駆動手段とが設けられているものである。 In addition, as described above, the image processing system of the present invention is provided with a Fresnel lens made up of multiple concentric convex lenses between the object and the imaging device, and the optical axis of the Fresnel lens is used to image the object. Based on the calculation result of the position of the optical axis of the Fresnel lens by the image processing apparatus and the image processing apparatus described above for calculating the position of the optical axis of the Fresnel lens so as to be placed on a target position, Drive means for moving the Fresnel lens is provided so that the optical axis of the Fresnel lens is disposed on the imaging target position of the object.
それゆえ、画像データの円中心を求める場合に、円の中心を精度良く、短時間で決定し得る画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、記録媒体、及び画像処理システムを提供するという効果を奏する。 Therefore, it is possible to provide an image processing apparatus, an image processing method, an image processing program, a recording medium, and an image processing system that can accurately determine the center of a circle in a short time when determining the circle center of image data. Play.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図9、及び図23に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 9 and FIG.
本実施の形態の画像処理装置は、撮像装置等の画像入力装置から入力された画像データに対して図形処理を行うものであり、詳細には、画像データに含まれる円形画像の中心位置を決定する画像処理を行うものである。尚、本発明においては、画像データは、必ずしも撮像装置等の画像入力装置から入力されたものに限らない。 The image processing apparatus according to the present embodiment performs graphic processing on image data input from an image input apparatus such as an imaging apparatus. Specifically, the center position of a circular image included in the image data is determined. Image processing to be performed. In the present invention, the image data is not necessarily input from an image input device such as an imaging device.
上記画像処理装置を備えた本実施の形態の画像処理システム1aは、図2に示すように、撮像装置2と画像処理システム本体10とからなっている。
An image processing system 1a according to the present embodiment including the image processing device includes an
撮像装置2は、例えば、CCD(Charge Coupled Device )カメラ等の画像入力装置からなっており、対象物3を撮像することにより、この撮像した画像データを画像処理システム本体10に転送するようになっている。尚、撮像装置2は、必ずしもCCDカメラに限らず、他の撮像センサを備えたカメラでもよく、さらに、カメラに限らず、スキャナ等の画像入力装置でもよい。また、画像データの入手先は、必ずしも撮像装置2に限らず、予め画像データが蓄積されたデータベースであってもよい。
The
また、本実施の形態では、画像処理システム1aは、例えば、製品組み立ての自動化及び検査作業の自動化、並びに製品組み立ての位置調整等を高精度で実現するために、製品及び部品等をカメラで撮像し、得られた画像データに対して各種画像処理を行うものであることから、上記対象物3は、製品組み立てに使用される製品及び部品である。ただし、必ずしもこれに限らず、本発明においては、他の分野の対象物3であってもよい。 In the present embodiment, the image processing system 1a captures products and parts with a camera in order to realize, for example, automation of product assembly, automation of inspection work, position adjustment of product assembly, and the like with high accuracy. In addition, since various image processing is performed on the obtained image data, the object 3 is a product and a part used for product assembly. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and in the present invention, the object 3 in another field may be used.
上記画像処理システム本体10は、画像処理装置20と、制御装置11と、記録装置12と、出力装置13とを備えている。
The image processing system
上記制御装置11、記録装置12、及び出力装置13は、画像処理システム本体10の一般的な全体の制御に関するものの他、後述する実施の形態3に記載する機能を有している。
The
上記画像処理装置20は、図3に示すように、円中心決定手段としての円中心仮設定部21と、極座標変換手段としての極座標変換部22と、1次元投影手段としての1次元投影部23と、評価値算出手段としての評価値算出部24と、円中心仮設定手段としての円中心決定部25とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
上記円中心仮設定部21は、撮像装置2にて撮像された画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、円の中心位置を仮設定する。また、極座標変換部22は、円中心仮設定部21で仮設定した円の中心位置を中心とする所定の範囲の各々の座標を原点として極座標変換を行うものである。1次元投影部23は、上記極座標変換で得られた各々の画像データについてθ軸方向に1次元投影する。さらに、評価値算出部24は、各々の1次元投影したデータから直線性を示す評価値を求める。そして、円中心決定部25は、上記所定の範囲の座標のうち評価値が最も高くなる座標を円の中心位置と決定する。
The circle center
上記構成の画像処理装置20による画像処理方法について、図1及び図4に基づいて説明する。図1は、本実施の形態の円の中心位置を決定するための画像処理方法を示すフローチャートであり、図4は撮像装置2にて取り込まれた画像データを示す図である。
An image processing method by the
ここで、図4に示すように、本実施の形態では、画像データは、例えば、照明のムラがあり、かつ円が途切れ途切れとなっているものとする。尚、画像データのムラとしては、必ずしもこれに限らず、例えば、図23(a)〜(d)に示すものもある。すなわち、図23(a)に示すように、円の一部が欠けたり、図23(b)に示すように、円周上に異物、キズ又はノイズ等F1が存在したり、図23(c)に示すように、円が途切れ途切れとなっていたり、照明と筐体や部品との相対的な位置の関係で、図23(d)に示すように、明るさのムラが発生し、円の一部が欠けた画像データとなる場合である。尚、これらは一例であって、必ずしもこれに限らない。そして、本実施の形態では、これらの画像データに適用することも可能である。 Here, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, it is assumed that the image data has, for example, uneven illumination and the circle is interrupted. Note that the unevenness of the image data is not necessarily limited to this, and for example, there are also those shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 23A, a part of the circle is missing, or as shown in FIG. 23B, foreign matter, scratches, noise, or the like F1 exists on the circumference, or FIG. ), As shown in FIG. 23 (d), the unevenness of the brightness occurs due to the circle being discontinuous or due to the relative positional relationship between the illumination and the casing or parts. This is a case where part of the image data is missing. These are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto. In this embodiment, the present invention can be applied to these image data.
図1に示すフローチャートにおいては、まず、画像データを入力する(S1)。次いで、この画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、円を検出する(S2)。円の検出において、円を複数検出した場合は、半径から特定の円に限定してもよいし、或いは、全ての円についてS3以降の処理を行い、複数円の中心位置を決定してもよい。 In the flowchart shown in FIG. 1, first, image data is input (S1). Next, the image data is subjected to Hough transform to detect a circle (S2). In detecting a circle, when a plurality of circles are detected, the circle may be limited to a specific circle, or the processing after S3 may be performed for all the circles to determine the center positions of the plurality of circles. .
ここで、ハフ(Hough )変換とは、1962年にP.V.C.Houghが提唱した技法であり、直線の検出や円の検出に用いられる。直線の検出の場合、元になる直角座標上の点(x,y)を中心角θと距離ρの極座標二次元空間に変換し、中心角θと距離ρ毎に、その個数をメモリ配列上に加算していく。そして、個数が最大になった中心角θと距離ρとの組み合わせを元の直角座標に戻したものが、最も直線らしい点の集まりとなる。個数を下げていくと、次の候補が順次得られる。中心角θと距離ρとを細かく分けると、精度が上がる。円の検出の場合には、元になる直角座標上の点(x,y)を、円の中心点(X,Y)と半径rとの三次元空間に変換し、同様の処理を行う。 Here, the Hough transform is a P.V. V. C. This is a technique proposed by Hough, and is used to detect straight lines and circles. In the case of detecting a straight line, a point (x, y) on the original rectangular coordinate is converted into a polar coordinate two-dimensional space having a central angle θ and a distance ρ, and the number of the points is stored in the memory array for each central angle θ and the distance ρ. Add to. Then, the combination of the center angle θ and the distance ρ, which has the largest number, is returned to the original rectangular coordinates to form a collection of points that are most likely to be straight. If the number is lowered, the next candidate is obtained sequentially. If the central angle θ and the distance ρ are subdivided, the accuracy increases. In the case of detecting a circle, the original point (x, y) on the rectangular coordinates is converted into a three-dimensional space of the circle center point (X, Y) and the radius r, and the same processing is performed.
このハフ(Hough )変換による直線検出又は円検出の原理は、仮想した一本の直線上又は円周上に載る点の数を数え、数が多ければ直線又は円と見なすので、点がランダムに多数あると、直線又は円が複数検出されることがある。 The principle of straight line detection or circle detection by this Hough transform is to count the number of points on a virtual straight line or circumference, and if there are many, it is regarded as a straight line or circle, so the points are randomly If there are many, a plurality of straight lines or circles may be detected.
上記ハフ(Hough )変換による円の検出方法について、図5を用いて説明する。図5は円の検出方法を示す説明図である。 A circle detection method based on the Hough transform will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a circle detection method.
図5に示すように、直交座標上の点(x,y)を通る全ての円は、円の中心点(中心X,中心Y)と半径(r)にて表わされる。ハフ(Hough )変換は、中心Xと中心Yとを変化させながら、
r2 =(x−中心X)2 +(y−中心Y)2
の関係により、半径rを求める。
As shown in FIG. 5, all the circles passing through the point (x, y) on the Cartesian coordinates are represented by the center point (center X, center Y) and radius (r) of the circle. The Hough transform changes the center X and center Y,
r 2 = (x−center X) 2 + (y−center Y) 2
From the relationship, the radius r is obtained.
上式を用いて、直角座標上の点(x,y)を新しい三次元空間(中心X,中心Y,r)上に変換すると、直角座標上の一点は三次元空間上の1枚の面に対応する。直角座標上の点が多数あると、空間上に多数の曲面が得られる。それらの曲面が共有する点があれば、それは元のx−y直角座標上では一個の円上に並ぶことになる。 Using the above equation, when a point (x, y) on a rectangular coordinate is transformed onto a new three-dimensional space (center X, center Y, r), one point on the rectangular coordinate is a plane in the three-dimensional space. Corresponding to If there are many points on the rectangular coordinates, a large number of curved surfaces can be obtained in space. If there are points shared by these curved surfaces, they will be arranged on a circle on the original xy rectangular coordinates.
このようにして、図1のS2に示すように、ハフ(Hough )変換により円を検出する。 In this way, as shown in S2 of FIG. 1, a circle is detected by Hough transform.
次いで、円の中心位置座標を求めると共に(S3)、求めた中心位置座標を中心とする所定の幅を持つ所定の範囲を中心位置の候補点の範囲として設定する。そして、上記所定の範囲の内部に存在する座標を、中心位置座標Pを原点として、上記検出された円の極座標変換を行う(S5)。 Next, the center position coordinates of the circle are obtained (S3), and a predetermined range having a predetermined width centered on the obtained center position coordinates is set as a range of candidate points for the center position. Then, the polar coordinates of the detected circle are converted from the coordinates existing within the predetermined range with the center position coordinate P as the origin (S5).
すなわち、図6(a)に示すように、中心位置座標Pを中心とする所定の幅を持つ所定の範囲である原点候補領域Dを設定する。そして、原点候補領域Dの内部の座標としては、中心位置座標をP(i,j)とした場合、図6(b)に示すように、P(i+n,j+m)(n=−2〜2、m=−2〜2)が候補点の座標となる。 That is, as shown in FIG. 6A, an origin candidate region D that is a predetermined range having a predetermined width centered on the center position coordinate P is set. And as a coordinate inside the origin candidate area | region D, when a center position coordinate is set to P (i, j), as shown in FIG.6 (b), P (i + n, j + m) (n = -2-2). , M = −2 to 2) are the coordinates of the candidate points.
このように、この所定の範囲としての原点候補領域Dの設定は、例えば、直交座標系に対して例えば円の中心位置座標Pのx方向においてn=±2画素以内、y方向においてm=±2画素以内というように予め設定しておく。これらの設定の値については、統計データにより存在頻度の高い範囲の抽出により行うことができる。 As described above, the origin candidate region D as the predetermined range is set, for example, with respect to the orthogonal coordinate system, for example, within n = ± 2 pixels in the x direction of the center position coordinate P of the circle, and m = ± in the y direction. It is set in advance such that it is within 2 pixels. About the value of these settings, it can carry out by extraction of the range with high presence frequency by statistical data.
尚、所定の範囲としての原点候補領域Dは、必ずしも矩形でなく、ひし形であってもよく、円形であってもよい。また、n=±2画素以内、m=±2画素以内は例示であって必ずしもこれに限らない。さらに、原点候補領域Dとして、直交座標系を採用したが、必ずしもこれに限らず、極座標系を採用することも可能である。極座標系を採用する場合には、半径rを予め定めた範囲に設定することになる。 Note that the origin candidate region D as the predetermined range is not necessarily rectangular, and may be a rhombus or a circle. Further, n = ± 2 pixels or less and m = ± 2 pixels or less are examples, and are not necessarily limited thereto. Furthermore, although the orthogonal coordinate system is adopted as the origin candidate region D, the present invention is not necessarily limited to this, and a polar coordinate system can also be adopted. When the polar coordinate system is adopted, the radius r is set to a predetermined range.
また、本実施の形態では、原点候補領域Dの内部に存在する座標として、P(i+n,j+m)(n=−2〜2、m=−2〜2)として、格子状に順序よく並んだ座標を採用している。そして、これにより、原点候補領域Dの内部に存在する座標の全てを候補点として採用する。この結果、より高精度に円中心を求めることができる。また、候補点が少ない場合には、それらの集合の中に、必ずしも、真の円中心に該当するものがあるとは限らない。これに対して、本実施の形態では、円中心候補の周囲について、くまなく精査するので、より精度高い真の円中心を求めることができる。 Further, in the present embodiment, as coordinates existing inside the origin candidate region D, P (i + n, j + m) (n = −2 to 2, m = −2 to 2) are arranged in a grid in order. Is adopted. And thereby, all the coordinates which exist in the origin candidate area | region D are employ | adopted as a candidate point. As a result, the center of the circle can be obtained with higher accuracy. In addition, when there are few candidate points, there is not always a case in which the set corresponds to the true circle center. On the other hand, in this embodiment, since the circumference of the circle center candidate is thoroughly examined, a true circle center with higher accuracy can be obtained.
尚、原点候補領域Dの内部に存在する座標の選択は、本発明においては、必ずしもこれに限らず、複数画素おきやその他のランダムの座標を採用することも可能である。これによっても、例えば、広範囲の原点候補領域Dについて、その内部を一様に調査することができる。 The selection of the coordinates existing inside the origin candidate area D is not necessarily limited to this in the present invention, and every other pixel or other random coordinates can be adopted. Also by this, for example, the inside of a wide range of origin candidate regions D can be uniformly investigated.
また、上記図1のS5において、極座標変換とは、図4に示すように、直交座標系をr軸とθ軸との極座標系に変換することをいう。 In S5 of FIG. 1, the polar coordinate conversion means that the orthogonal coordinate system is converted to a polar coordinate system of r-axis and θ-axis as shown in FIG.
次いで、θ軸方向に対して1次元投影処理と正規化とを行う(S6)。正規化は、例えば、投影したデータの数で割ることが望ましい。 Next, one-dimensional projection processing and normalization are performed with respect to the θ-axis direction (S6). Normalization is desirably divided by the number of projected data, for example.
次いで、評価値を算出する(S7)。この評価値は、図7(a)(b)及び図8(a)(b)に示すように、閾値TH以下となる1次元データの総和の逆数としている。すなわち、評価値は、1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す値である。本実施の形態では、図9(a)に示すように、閾値TH以下の斜線部の面積をS1とする場合、評価値=1/S1とする。このように、1次元データの総和の逆数とすることにより、図8(a)に示すように、半径rが中心角θ軸方向に対して略直線となる場合には、図8(b)に示すように、円の半径rの中心角θ軸方向への1次元投影データはシャープになり、その結果、評価値が高くなる。 Next, an evaluation value is calculated (S7). As shown in FIGS. 7A and 7B and FIGS. 8A and 8B, this evaluation value is the reciprocal of the sum of the one-dimensional data that is equal to or less than the threshold value TH. That is, the evaluation value is a value indicating linearity with respect to the central angle θ-axis direction of the radius r of the circle from the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by one-dimensional projection. In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, when the area of the hatched portion below the threshold TH is S1, the evaluation value = 1 / S1. In this way, when the radius r is substantially a straight line with respect to the central angle θ-axis direction as shown in FIG. 8A by using the reciprocal of the sum of the one-dimensional data, FIG. As shown, the one-dimensional projection data in the direction of the central angle θ axis of the radius r of the circle becomes sharp, and as a result, the evaluation value increases.
尚、評価値は、図8(b)に示すようなピークが細く高いプロファイルを高い評価値で示すものであればよいので、図9(b)に示すように、半値幅W×ピーク値Hを用いても構わない。しかし、処理時間を要することを考慮すると、上記で説明したように、閾値TH以下となる1次元データの総和の逆数する方が望ましい。また、図9(c)に示すように、本実施の形態では、閾値THは、1次元データの標準偏差σの3倍とし、動的に変化させる閾値が望ましい。静的な閾値であると、状況に応じて閾値THを再設定する必要があるためである。すなわち、画像が明るいときにはばらつきが大きくなり、暗いときにはばらつきが小さくなる傾向がある。したがって、3σを閾値とすることによって、画像が明るいとき又は画像が暗いときのいずれであっても正確な半径rが求まる。一方、閾値THを固定にしてしまうと、画像の明るさには対応できない。 Note that the evaluation value only needs to be a profile with a narrow peak as shown in FIG. 8B and a high evaluation value as a high evaluation value. Therefore, as shown in FIG. 9B, the half-value width W × peak value H May be used. However, considering that processing time is required, as described above, it is desirable to reciprocate the sum of the one-dimensional data that is equal to or less than the threshold value TH. Further, as shown in FIG. 9C, in the present embodiment, the threshold value TH is preferably set to three times the standard deviation σ of the one-dimensional data and dynamically changed. This is because if the threshold value is a static threshold value, the threshold value TH needs to be reset according to the situation. That is, the variation tends to increase when the image is bright, and the variation decreases when the image is dark. Therefore, by setting 3σ as a threshold value, an accurate radius r can be obtained whether the image is bright or the image is dark. On the other hand, if the threshold value TH is fixed, the brightness of the image cannot be handled.
次いで、図1に示すS5で設定した候補点の各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値の全てを算出したかを判断し(S8)、候補点が残っていれば、S5に戻る。このようにして、S5で設定した候補点全てについて、S5〜S8の処理を繰り返し行う。 Next, circles obtained by one-dimensional projection in the central angle θ-axis direction with respect to the radius r of the circle obtained when the coordinates of the detected circle set in S5 shown in FIG. Whether or not all evaluation values indicating linearity with respect to the central angle θ axis direction of the radius r of the circle are calculated from the distribution in the central angle θ axis direction at the radius r of the circle (S8), and candidate points remain. Then, the process returns to S5. In this way, the processes in S5 to S8 are repeated for all candidate points set in S5.
S8において、S5で設定した全ての評価値を算出したと判断されると、最も評価値の高い候補点を円の中心位置として決定する(S9)。本フローチャートでは、特に、S6以降、1次元データを扱うことになるので、処理時間を短くすることができる。 If it is determined in S8 that all the evaluation values set in S5 have been calculated, the candidate point with the highest evaluation value is determined as the center position of the circle (S9). In this flowchart, since one-dimensional data is handled particularly after S6, the processing time can be shortened.
このように、本実施の形態の画像処理装置20及び画像処理方法では、画像データで表示される円の中心位置を求める画像処理装置20及び画像処理方法である。そして、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定工程と、仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換工程と、上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影工程と、上記1次元投影工程による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出工程と、上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定工程とを含んでいる。
As described above, the
これにより、画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定するので、異物等の影響により、画像データの円の一部が欠けている場合や、照明のムラ(シェーディング)が出現している画像データの場合でも、ハフ(Hough )変換によりノイズの影響受けず、円の中心を求めることができる。また、極座標によるハフ(Hough )変換により円を検出するので、例えば、円弧上にある点列の任意の2点を選んで垂直2等分線を引いて中心を求める方法に比べて、精度よく求めることができる。すなわち、円弧上にある点列の任意の2点を選んで垂直2等分線を引いて中心を求める方法では、ノイズの影響を強く受ける。また、この影響を回避するために、適当な数だけサンプルを増やして最も確からしい中心を求めても十分といえない。 As a result, the Hough transformation is performed on the image data, and the center position of the detected circle is temporarily set. Therefore, when a part of the circle of the image data is missing due to the influence of a foreign object or the like, Even in the case of image data in which unevenness (shading) appears, the center of the circle can be obtained without being influenced by noise by the Hough transform. In addition, since a circle is detected by Hough transformation based on polar coordinates, for example, it is more accurate than a method in which an arbitrary two points on a circular arc are selected and a vertical bisector is drawn to obtain a center. Can be sought. That is, the method of selecting an arbitrary two points in a point sequence on an arc and drawing a vertical bisector to obtain the center is strongly influenced by noise. In order to avoid this effect, it is not sufficient to find the most probable center by increasing the number of samples by an appropriate number.
また、本実施の形態では、仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する。そして、各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する。 In the present embodiment, a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the temporarily set circle is set, and the detected circle is subjected to polar coordinate conversion with each coordinate existing in the predetermined range as the origin. Then, the radius r of the circle obtained when the detected circle is converted into polar coordinates with each coordinate as the origin is projected one-dimensionally in the direction of the central angle θ axis.
すなわち、円の中心を中心とした極座標変換のための原点候補領域Dを設定し、この領域全てについて極座標変換を行い、1次元投影処理を行うことによって、円検出に適している極座標系を用いて、画像処理を精度良く行い、また、設定された原点候補領域Dに存在する全ての画素を原点として検出した円の極座標変換を行うので、データ量が増し、非常に精度よく、円中心を求めることができる。さらに、原点候補領域Dを限定することによって、効率良く円の中心位置を決定することができる。したがって、1次元投影処理以降の処理時間を短縮することができる。 That is, an origin candidate region D for polar coordinate conversion centered on the center of a circle is set, polar coordinate conversion is performed for all the regions, and a one-dimensional projection process is performed, thereby using a polar coordinate system suitable for circle detection. Thus, the image processing is performed with high accuracy, and the polar coordinate conversion of the circle detected using all the pixels existing in the set origin candidate region D as the origin is performed. Can be sought. Furthermore, by limiting the origin candidate region D, the center position of the circle can be determined efficiently. Therefore, the processing time after the one-dimensional projection process can be shortened.
また、1次元投影処理を行うことによって、円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求めるので、SN比を高めることができる。さらに、評価値という定量的指標により、全ての原点候補から最適の円中心を選定することができる。 Further, by performing the one-dimensional projection processing, an evaluation value indicating linearity with respect to the central angle θ axis direction of the radius r of the circle is obtained, so that the SN ratio can be increased. Furthermore, an optimal circle center can be selected from all origin candidates by a quantitative index called an evaluation value.
この結果、画像データの円中心を求める場合に、円の中心を精度良く、短時間で決定し得る画像処理装置20及び画像処理方法を提供することができる。
As a result, it is possible to provide the
また、本実施の形態の画像処理装置20及び画像処理方法では、評価値算出工程では、前記1次元投影工程での1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、閾値THを用いた2値化処理により前記評価値を求める。
Further, in the
これにより、1次元投影以降において、閾値THを用いた2値化処理により、円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値の計算精度を高めることができる。 Thereby, after one-dimensional projection, the calculation accuracy of the evaluation value indicating the linearity of the radius r of the circle with respect to the central angle θ-axis direction can be increased by the binarization process using the threshold value TH.
また、本実施の形態の画像処理装置20及び画像処理では、評価値算出工程では、1次元投影工程での1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、統計的データ処理による閾値THを用いて評価値を求める。
In the
これにより、2値化処理するための閾値THを、1次元投影工程での1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、1次元画像データの例えば標準偏差σ等の統計的データ処理による閾値THとし、動的に決定することができる。 As a result, the threshold TH for binarization processing is determined from, for example, the standard deviation σ of the one-dimensional image data from the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection in the one-dimensional projection step. The threshold value TH can be determined dynamically by statistical data processing such as
すなわち、動的に決定することにより、照明条件等により画像データが変化したときに、追従することができる。また、本実施の形態では、仮円中心から設定した候補点について、定量的な比較判断をするので、円中心の設定の精度が高いものとなる。 That is, by dynamically determining, it is possible to follow when image data changes due to illumination conditions or the like. Further, in the present embodiment, since the comparison point is quantitatively determined for the candidate point set from the provisional circle center, the accuracy of setting the circle center is high.
また、本実施の形態の画像処理装置20及び画像処理では、評価値算出工程では、閾値TH以下の画像データの輝度値の総和における逆数を、直線性を示す評価値とする。尚、本実施の形態では、画像データの輝度値を採用しているが、必ずしも輝度値に限らず、画像データの濃度、階調値、明度、濃淡値等でもよい。
In the
これにより、処理速度の速い単純処理で、直線性を示す評価値を得ることができる。また、例えば、円の一部が欠けた画像、円周上に異物のある画像、途切れ円画像、照明ムラのある画像等の違う条件で撮像されたときにも、本発明の評価値で、定量的に評価することができる。 Thereby, the evaluation value which shows linearity can be obtained by simple processing with a high processing speed. In addition, for example, when the image is captured under different conditions such as an image with a part of a circle missing, an image with a foreign object on the circumference, a broken circle image, an image with uneven illumination, etc., the evaluation value of the present invention, It can be evaluated quantitatively.
また、本実施の形態の画像処理装置20及び画像処理では、所定の範囲に存在する各座標を原点として検出した円を極座標変換したときの円に対して、評価値を求める前に、該途切れ途切れになっている円を繋ぐ膨張処理を行うと共に、上記極座標変換したときの円に対してノイズを削除する収縮処理を行う膨張・収縮処理工程を含む。
Further, in the
これにより、評価値を求める前に、中心角θ軸方向に対する膨張・収縮処理を追加することによって、膨張処理により途切れている直線を繋げるができ、また、収縮処理によりノイズを削除できるので、1次元投影した工程以降において精度を高めることができる。 Thus, by adding expansion / contraction processing with respect to the central angle θ-axis direction before obtaining the evaluation value, it is possible to connect a straight line interrupted by the expansion processing, and noise can be deleted by the contraction processing. The accuracy can be increased after the two-dimensional projection process.
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図10ないし図16基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.
本実施の形態の画像処理装置30は、上記実施の形態1の画像処理装置20の構成に加えて、図10に示すように、平滑化処理手段としての平滑化処理部31、エッジ処理手段としてのエッジ処理部32、膨張・収縮処理手段としての膨張・収縮処理部33を備えている。
In addition to the configuration of the
上記平滑化処理部31は、ハフ(Hough )変換を行う前に、画像データの平滑化処理を行うものである。また、エッジ処理部32は、θ軸方向に1次元投影する工程の前に、r軸方向のエッジ処理行うものである。さらに、膨張・収縮処理部33は、θ軸方向に対して、所定のサイズの膨張・収縮処理を行う。
The smoothing
上記構成の画像処理装置30による画像処理方法について、図11に基づいて説明する。図11は、本実施の形態の円の中心位置を決定するための画像処理方法を示すフローチャートであり、図1と同じ処理については同じステップ番号を付している。尚、画像データは、前記図4に示す画像データと同じである。
An image processing method by the
図11に示すように、画像データを入力する(S1)。次いで、この画像データに対して平滑化処理を行う。 As shown in FIG. 11, image data is input (S1). Next, smoothing processing is performed on the image data.
ここで、平滑化処理について詳述する。ここでは、一番単純な3×3画素の範囲の原画像の画素値を平均して、中心の画素値として出力する場合について説明する。この平滑化処理は、一種の移動平均を取る操作であり、画像は平滑化されることによって「ぼけ」た状態となる。 Here, the smoothing process will be described in detail. Here, the case where the pixel values of the original image in the simplest 3 × 3 pixel range are averaged and output as the central pixel value will be described. This smoothing process is a kind of operation for taking a moving average, and the image is “blurred” by being smoothed.
例えば、図12(a)に示すように、無処理の3×3画素の画像データがあるとする。無処理の3×3画素の画像データにおける中心の画素の値が「1」であり、他の画素が「0」となっている場合、これを平滑化オペレータとして平均化を用いて平滑化処理すると、例えば、図12(b)のようにすることができる。また、図12(c)に示すように、中心の画素の値に大きな比重を与えることにより、図12(b)よりも「ぼけ」の程度を弱めたものとすることができる。尚、いずれも、各要素を合計すると1になるようになっている。 For example, assume that there is unprocessed 3 × 3 pixel image data as shown in FIG. When the value of the center pixel in the unprocessed 3 × 3 pixel image data is “1” and the other pixels are “0”, smoothing processing is performed using averaging as a smoothing operator. Then, for example, it can be as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 12C, by giving a large specific gravity to the value of the center pixel, the degree of “blur” can be made weaker than that in FIG. In each case, the sum of each element is 1.
このように、平滑化処理は、周りの画素の階調又は輝度に対して中心の画素が異なる場合に、中心の画素を平滑化する。これにより、例えば、ノイズにより周りの画素と異なる値となっている場合に、そのノイズを平滑化することができるものとなる。そして、平滑化オペレータを種々のものを使用することによって、平滑化の程度を適切なものとすることが可能となる。平滑化の程度を適切なものにするものとしては、例えば、ガウス分布を用いて、「ぼけ」の範囲をσ(シグマ)で調整することが可能である。ガウス分布を用いる場合には、例えば、7×7〜15×15画素のマトリクスフィルタで平滑化される。 As described above, the smoothing process smoothes the center pixel when the center pixel is different from the gradation or luminance of the surrounding pixels. Thereby, for example, when the noise has a value different from that of the surrounding pixels, the noise can be smoothed. Then, by using various smoothing operators, it is possible to make the degree of smoothing appropriate. In order to make the degree of smoothness appropriate, for example, the range of “blur” can be adjusted by σ (sigma) using a Gaussian distribution. When a Gaussian distribution is used, for example, smoothing is performed using a matrix filter of 7 × 7 to 15 × 15 pixels.
本実施の形態では、ハフ(Hough )変換との組み合わせの関係により、例えば、9×9画素のガウシアンフィルタによるガウス分布を用いて平滑化するようになっている。ガウシアンフィルタによるガウス分布を用いて平滑化する場合、画像をI、ガウス分布をG(σ)としたとき、平滑化画像L(σ)は、以下の式で計算される。 In the present embodiment, smoothing is performed using, for example, a Gaussian distribution by a 9 × 9 pixel Gaussian filter due to the combination with the Hough transform. When smoothing using a Gaussian distribution by a Gaussian filter, when the image is I and the Gaussian distribution is G (σ), the smoothed image L (σ) is calculated by the following equation.
L(σ)=G(σ)*I
本実施の形態では、図11に示すように、S11において、以上の平滑化処理を行った後、ハフ(Hough )変換を行い、円を検出する(S2)。そして、前述したように、円を複数検出した場合は、半径から特定の円に限定してもよいし、全ての円についてS3以降の処理を行い、複数円の中心位置を決定してもよい。
L (σ) = G (σ) * I
In this embodiment, as shown in FIG. 11, after performing the above smoothing process in S11, Hough transform is performed to detect a circle (S2). As described above, when a plurality of circles are detected, the radius may be limited to a specific circle, or the processing after S3 may be performed for all the circles to determine the center positions of the plurality of circles. .
次いで、円の中心座標を求め(S3)、前記図6(a)(b)に示すように、求めた中心位置座標Pを中心とする所定の幅を持つ候補点の領域である原点候補領域Dを設定する。この原点候補領域Dは、真の中心位置座標Pが存在する可能性のある領域を示している。 Next, the center coordinates of the circle are obtained (S3). As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), an origin candidate area that is a candidate point area having a predetermined width centered on the obtained center position coordinates P. Set D. This origin candidate area D indicates an area where the true center position coordinate P may exist.
次いで、上記求められた候補点である中心位置座標Pを原点とした極座標変換を行った後(S5)、本実施の形態では、半径r軸方向のエッジ検出を行う(S12)。例えば、r方向のゾーベル(Sobel )フィルタ処理でエッジを検出することができる。このように、本実施の形態では、極座標変換後に半径r軸方向のエッジ検出を行っているので、異物等ノイズの影響を受け難いものとなっている。すなわち、直交座標系ではエッジが曲線の場合、エッジ検出が旨くできない。これに対して本実施の形態では、検出対象物は円を前提にしており、極座標後に半径r軸方向でエッジ検出することによりノイズの影響を最小限に抑えることができる。 Next, after performing polar coordinate conversion with the center position coordinate P, which is the obtained candidate point, as the origin (S5), in this embodiment, edge detection in the radius r-axis direction is performed (S12). For example, an edge can be detected by r-direction Sobel filtering. As described above, in the present embodiment, since edge detection in the radius r-axis direction is performed after polar coordinate conversion, it is difficult to be affected by noise such as foreign matter. That is, in an orthogonal coordinate system, when an edge is a curve, edge detection cannot be performed successfully. On the other hand, in the present embodiment, the detection target is assumed to be a circle, and the influence of noise can be minimized by detecting the edge in the radius r-axis direction after polar coordinates.
ここで、ゾーベル(Sobel )フィルタ処理によるエッジ検出について詳述する。 Here, edge detection by Sobel filter processing will be described in detail.
まず、エッジ検出オペレータには、一次微分を用いるものと二次微分を用いるものとがある。一次微分は方向性があり、垂直方向、水平方向等に分けて検出する必要がある。一次微分方式で有名なものには、プレビィット(Prewitt )とゾーベル(Sobel )とがあるが、両者の差は殆どない。 First, there are edge detection operators that use primary differentiation and those that use secondary differentiation. The first derivative has directionality and needs to be detected separately in the vertical direction, the horizontal direction, and the like. Among the famous first-order differential methods are Prewitt and Sobel, but there is little difference between the two.
一方、二次微分はラプラシアン(Laplacian )を用いる。ラプラシアン(Laplacian )を用いる二次微分は、方向性はないが感度が高いために、雑音に弱い欠点がある。したがって、これを単独で用いることは少なく、ガウスぼかし(平滑化)と併用することが多い。 On the other hand, Laplacian is used for the second derivative. The second derivative using Laplacian is not directional but has high sensitivity, so it has a weakness to noise. Therefore, this is rarely used alone and often used together with Gaussian blurring (smoothing).
本実施の形態では、一次微分の中では一般的なゾーベル(Sobel )オペレータを用いている。ゾーベル(Sobel )オペレータでは、図13(a)に示す縦方向エッジ検出用フィルタと、図13(b)に示す横方向エッジ検出用フィルタとの各3×3マトリクスのエッジ検出フィルタを使用する。このフィルタは、一次微分として、縦方向及び横方向の隣接している画素の輝度の差分を算出するフィルタである。画像のエッジの部分では、この差分の絶対値が大きな値になり、それによってエッジが検出できるという原理となっている。つまり、画像のエッジの部分では、隣接している画素の色が例えば黒から白に、白から黒にと、急激に変化して、輝度の差分が大きくなるという考え方である。 In the present embodiment, a general Sobel operator is used in the first-order differentiation. The Sobel operator uses 3 × 3 matrix edge detection filters, each of which is a vertical edge detection filter shown in FIG. 13 (a) and a horizontal edge detection filter shown in FIG. 13 (b). This filter is a filter that calculates a difference in luminance between adjacent pixels in the vertical direction and the horizontal direction as a first derivative. In the edge portion of the image, the absolute value of this difference becomes a large value, and this is based on the principle that the edge can be detected. In other words, in the edge portion of the image, the color of adjacent pixels changes abruptly, for example, from black to white and from white to black, and the difference in luminance increases.
具体的に、例えば縦方向エッジ検出用フィルタを用いてエッジを検出する方法について、図14(a)〜(d)に基づいて説明する。図14(a)〜(d)は、それぞれ縦方向エッジ検出用フィルタと各種の画像とを掛け合わせたときの出力について、イメージ的に示したものであり、図14(a)〜(d)の各左側にある3×3マトリクスが縦方向エッジ検出用フィルタであり、各右側にある3×3マトリクスが実際の画像データである。尚、ここでは、説明の簡略化のために、黒い部分の輝度値を0、白い部分の輝度値を1とする。 Specifically, for example, a method for detecting an edge using a vertical edge detection filter will be described with reference to FIGS. FIGS. 14A to 14D conceptually show the outputs when the vertical edge detection filter and various images are multiplied, and FIGS. 14A to 14D. The 3 × 3 matrix on the left side of each is a vertical edge detection filter, and the 3 × 3 matrix on each right side is actual image data. Here, for simplification of explanation, the luminance value of the black portion is 0, and the luminance value of the white portion is 1.
すなわち、図14(a)に示すように、3×3の縦方向エッジ検出用フィルタと右側に黒い部分がある3×3の画像とを掛け合わせると出力として「4」が得られ、図14(b)に示すように、3×3の縦方向エッジ検出用フィルタと左側に黒い部分がある3×3の画像とを掛け合わせると出力として「−4」が得られる。一方、図14(c)に示すように、上下に黒い部分がある場合や、図14(d)に示すように、黒い部分又は白い部分の変化がない場合は、エッジ検出結果は「0」になる。この結果、出力の絶対値が大きい場合には、その部分にエッジが存在しているということになる。また、図14(a)(b)に示すように、縦方向に黒い部分があるときに出力が大きくなることから、このフィルタでは、垂直方向のエッジを検出できることが分かる。さらに、右が黒か、左が黒かは、出力の符号で分かるようになっている。尚、本実施の形態では、エッジの方向は問題とならないので、絶対値で扱う。 That is, as shown in FIG. 14A, when a 3 × 3 vertical edge detection filter is multiplied by a 3 × 3 image having a black portion on the right side, an output of “4” is obtained. As shown in (b), when a 3 × 3 vertical edge detection filter is multiplied by a 3 × 3 image having a black portion on the left side, “−4” is obtained as an output. On the other hand, as shown in FIG. 14C, when there are black portions above and below, or when there is no change in the black portion or white portion as shown in FIG. 14D, the edge detection result is “0”. become. As a result, when the absolute value of the output is large, it means that an edge exists in that portion. Further, as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), the output becomes large when there is a black portion in the vertical direction, so that it is understood that this filter can detect the edge in the vertical direction. Further, whether the right side is black or the left side is black can be recognized by the sign of the output. In this embodiment, the direction of the edge is not a problem and is handled as an absolute value.
以上のようにして、図11のS12に示すように、半径r方向のエッジを検出する。尚、上記の説明では、縦方向及び横方向というように、直交座標系における説明であったが、本実施の形態では、例えば上記横方向を半径r軸方向とし、この半径r軸方向に垂直な方向を縦方向に置き換えてエッジ検出を行っている。 As described above, the edge in the radius r direction is detected as shown in S12 of FIG. In the above description, the description has been made in the orthogonal coordinate system such as the vertical direction and the horizontal direction. However, in the present embodiment, for example, the horizontal direction is the radial r-axis direction, and the vertical direction is perpendicular to the radial r-axis direction. Edge detection is performed by replacing the correct direction with the vertical direction.
次いで、所定の値としての閾値で2値化処理を行い(S13)、エッジが強く出ているものに限定する。すなわち、前述した図14(a)〜(d)の例においては、例えば、閾値を「3」とすると、出力として「3」以上になるものを、エッジとして抽出する。具体的には、図4(a)及び図4(b)をエッジとして抽出する。 Next, binarization processing is performed with a threshold value as a predetermined value (S13), and the threshold value is limited to those with strong edges. That is, in the example of FIGS. 14A to 14D described above, for example, when the threshold is “3”, an output that is “3” or more is extracted as an edge. Specifically, FIG. 4A and FIG. 4B are extracted as edges.
次いで、θ軸方向に対して、膨張・収縮処理を行う(S14)。これにより、図15(a)(b)に示すように、膨張処理により、途切れている円を繋ぐことができると共に、図16(a)(b)についても、途切れている円を繋ぐことができる。尚、上記極座標変換したときの円に、中心角θ軸方向の以外のノイズが存在するときには該ノイズを削除することができる。 Next, expansion / contraction processing is performed in the θ-axis direction (S14). Thereby, as shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), it is possible to connect the broken circles by the expansion process, and also to connect the broken circles in FIGS. 16 (a) and 16 (b). it can. Note that when noise other than the direction of the central angle θ-axis exists in the circle when the polar coordinates are converted, the noise can be deleted.
次いで、中心角θ軸方向に対して1次元投影処理と正規化を行う(S6)。例えば、正規化は投影したデータの数で割ることが望ましい。この結果、図7(b)及び図8(b)を得る。 Next, one-dimensional projection processing and normalization are performed with respect to the central angle θ-axis direction (S6). For example, normalization is preferably divided by the number of projected data. As a result, FIG. 7B and FIG. 8B are obtained.
次いで、評価値を算出する(S7)。この評価値は、図7(a)(b)及び図8(a)(b)に示すように、閾値TH以下となる1次元データの総和の逆数としている。この評価値は、図8(b)に示すようなピークが細く高いプロファイルを高い評価値で示すものであればよいので、半値幅×ピーク値を用いても構わないが、処理時間を要することを考慮すると、上記で説明したように、閾値TH以下となる1次元データの総和の逆数する方が望ましい。また、ここでの閾値THは、1次元データの標準偏差σの3倍とし、動的に変化させる閾値が望ましい。静的な閾値であると、状況に応じて閾値THを再設定する必要があるためである。 Next, an evaluation value is calculated (S7). As shown in FIGS. 7A and 7B and FIGS. 8A and 8B, this evaluation value is the reciprocal of the sum of the one-dimensional data that is equal to or less than the threshold value TH. Since this evaluation value only needs to show a high profile with a thin peak and a high profile as shown in FIG. 8 (b), half-value width × peak value may be used, but processing time is required. In consideration of the above, as described above, it is desirable to reciprocate the sum of the one-dimensional data that is equal to or less than the threshold value TH. Further, the threshold TH here is preferably a threshold that is three times the standard deviation σ of the one-dimensional data and dynamically changes. This is because if the threshold value is a static threshold value, the threshold value TH needs to be reset according to the situation.
そして、S5で設定した全ての評価値を算出したかを判断し(S8)、候補点が残っていれば、S5に戻る。このようにして、S5で設定した候補点全てについて、S5〜S8の処理を繰り返し行う。 Then, it is determined whether all the evaluation values set in S5 have been calculated (S8), and if candidate points remain, the process returns to S5. In this way, the processes in S5 to S8 are repeated for all candidate points set in S5.
S8において、S5で設定した全ての評価値を算出したと判断されると、最も評価値の高い候補点を円の中心位置として決定する(S9)。本フローチャートでは、特に、S6以降、1次元データを扱うことになるので、処理時間を短くすることができる。 If it is determined in S8 that all the evaluation values set in S5 have been calculated, the candidate point with the highest evaluation value is determined as the center position of the circle (S9). In this flowchart, since one-dimensional data is handled particularly after S6, the processing time can be shortened.
このように、本実施の形態の画像処理装置30及び画像処理方法では、画像データに対して、ハフ(Hough )変換を行う前に平滑化処理を行う平滑化処理工程を含む。
As described above, the
この結果、平滑化処理を追加することによって、ハフ(Hough )変換の精度を高めることができる。 As a result, the accuracy of the Hough transform can be improved by adding a smoothing process.
また、本実施の形態の画像処理装置30及び画像処理方法では、極座標変換で得られた円に対して、1次元投影する前に、半径r軸方向のエッジを抽出するエッジ処理工程を含む。
Further, the
これにより、極座標変換後に、微分処理を行うことによって、エッジ検出精度を高めることができる。 Thereby, edge detection accuracy can be improved by performing a differentiation process after polar coordinate conversion.
〔実施の形態3〕
本発明の他の実施の形態について図17ないし図22に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1及び実施の形態と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態1及び実施の形態2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. Note that configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment and the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of
本実施の形態の画像処理システム1bは、図17に示すように、撮像装置2と対象物3との間に集光型レンズである多重同心円が形成されたシート状のフレネルレンズ4を設けることが可能となっている。撮像装置2は、対象物3の画像を、フレネルレンズ4を通すことにより拡大して撮像できるものとなっている。
As shown in FIG. 17, the
すなわち、上記フレネルレンズ4には駆動手段としての駆動装置5が設けられており、退避状態のフレネルレンズ4を、駆動装置5にて水平に平行移動して、撮像装置2と対象物3との間に挿入可能になっている。尚、駆動装置5は、フレネルレンズ4及びその図示しない保持部材を側方から把持してフレネルレンズ4を駆動するか、又はフレネルレンズ4やその保持部材の周囲を水平移動自在に支持するXYZステージにてなっていることが好ましい。また、駆動装置5は、さらに、フレネルレンズ4を平行配置させるためにチルト角度調整が付いているのが好ましい。
That is, the
ところで、フレネルレンズ4を撮像装置2と対象物3との間に挿入する場合には、平行光を集光させたい対象物3の撮像目的位置とフレネルレンズ4の中心とを同一軸上に設置する必要がある。
By the way, when the
しかしながら、フレネルレンズ4は表面に円周上に沿って形状変化が生じたレンズであり、図18に示すように、同心円が複数表れるが、照明がフレネルレンズ4に一様に照射されていない場合、途切れる場合もある。そこで、この同心円から、円の中心を求める必要がある。
However, the
すなわち、基本的な考え方として、本実施の形態では、フレネルレンズ4の中心と、対象物3の撮像目的位置とが同一位置(x座標及びy座標が一致)となるように、フレネルレンズ4を動かして設置することが目的となる。
That is, as a basic idea, in the present embodiment, the
フレネルレンズ4を動かす手段として例えばXYZステージがあり、フレネルレンズ4の中心座標を求める手段として、実施の形態1及び実施の形態2で説明した技術を用いる。対象物3は固定され、動かさないので、一度、撮像装置2で画像を取得し、公知の技術等を用いて座標を求めるか、又は画像に基づいて人が座標を入力する等を行い、対象物3の座標を求める。
For example, there is an XYZ stage as means for moving the
具体的には、
(1)対象物3の位置座標を求める(x0,y0)。
In particular,
(1) The position coordinates of the object 3 are obtained (x0, y0).
(2)フレネルレンズ4を挿入し、撮像を行う。
(2) The
(3)フレネルレンズ4の中心位置を求める(x1,y1)。
(3) The center position of the
(4)フレネルレンズ4の中心位置と対象物3の撮像目的位置との位置ずれから、XYZステージの移動量(x0−x1,y0−y1)を決定し、XYZステージを動かす。場合によっては、再度、撮像を行い、(3)〜(4)を繰り返し行う。
という手順で、フレネルレンズ4の中心と、対象物3の撮像目的位置とが同一位置(x座標及びy座標が一致)となるように、フレネルレンズ4を動かして、フレネルレンズの設置固定を行う。
(4) The amount of movement (x0-x1, y0-y1) of the XYZ stage is determined from the positional deviation between the center position of the
In this procedure, the
上記構成の画像処理システム1bにおける対象物3の撮像目的位置とフレネルレンズ4の中心とを同一軸上に設置する方法について以下に詳述する。
A method of setting the imaging target position of the object 3 and the center of the
まず、撮像装置2の視野内にフレネルレンズ4が入らない位置へこのフレネルレンズ4を移動する。そして、撮像装置2で対象物3を撮像し、画像処理装置20・30で、対象物3が存在する部分の座標を求め、記録装置12に保存する。ここでの対象物3の座標は、例えば、単純2値化の画像処理を用いれば簡単に求めることができる。
First, the
次に、撮像装置2と画像処理装置20・30とを用いて、実施の形態1又は実施の形態2で説明した円の中心位置決定方法を用いて、フレネルレンズ4の中心位置を求める。そして、求めた中心位置と記録装置12に保存された対象物3の位置との位置差(位置の違い量)を求める。
Next, the center position of the
この位置差に基づいて、フレネルレンズ4を駆動装置5にて挿入することにより、平行光を集光させたい対象物3の中心とフレネルレンズ4の中心とを同一軸上に設置することができる。
Based on this positional difference, by inserting the
尚、駆動装置5を制御装置11で動かすことによって自動でフレネルレンズ4の位置を調整してもよいし、出力装置13で表示された値(位置の違いの量)を元に、人が手動でフレネルレンズ4の位置を調整しても構わない。
Note that the position of the
上記のフレネルレンズ4における同心円の中心位置決定方法について、以下に詳述する。
A method for determining the center position of the concentric circles in the
前記実施の形態1及び実施の形態2でも行っていたように、2段階の処理を行う。すなわち、1回目の粗探索で、極座標変換に使用する円の中心をハフ(Hough )変換で求め、2回目の密探索で、極座標変換し、エッジを検出し、円の中心を特定する。 As in the first and second embodiments, a two-stage process is performed. That is, in the first coarse search, the center of the circle used for the polar coordinate transformation is obtained by the Hough transformation, and in the second dense search, the polar coordinate transformation is performed, the edge is detected, and the circle center is specified.
まず、1回目の粗探索について、図19に示すフローチャート、及び図20に基づいて説明する。 First, the first coarse search will be described based on the flowchart shown in FIG. 19 and FIG.
図19に示すように、まず、前処理として平滑化を行う(S21)。この場合、例えば、9×9マトリクスのガウシアンフィルタを用いる。次いで、ハフ(Hough )変換による円検出を行い(S22)、円候補群の絞り込みを行う(S23)。すなわち、円候補群の絞り込みは、円が複数検出された場合の処理であり、本実施の形態では、フレネルレンズ4の同心円に関する中心を求めているので、円が複数検出されることになる。
As shown in FIG. 19, first, smoothing is performed as preprocessing (S21). In this case, for example, a 9 × 9 matrix Gaussian filter is used. Next, circle detection by Hough transformation is performed (S22), and circle candidate groups are narrowed down (S23). That is, the narrowing of the circle candidate group is processing when a plurality of circles are detected, and in the present embodiment, the center of the
その後、円の中心座標を計算する(S24)。これにより、図20に示すように、粗探索で検出された中心位置が求まる。 Thereafter, the center coordinates of the circle are calculated (S24). Thereby, as shown in FIG. 20, the center position detected by the rough search is obtained.
尚、この粗探索での重要な設定パラメータは、平滑化サイズ、ハフ(Hough )変換のパラメータである検出円間の最小距離(小さくすると誤検出が多くなる)、エッジ検出の閾値、及び円中心の検出閾値、並びに検出円候補選定のための条件である円の許容半径、中心位置の許容範囲等である。尚、これらの設定パラメータは、例示であり、異なる場合もある。 The important setting parameters in this rough search are the smoothing size, the minimum distance between detection circles that are parameters of the Hough transform (decreasing the number of false detections), the threshold for edge detection, and the center of the circle Detection threshold, circle allowable radius, and center range allowable range, which are conditions for selecting a detection circle candidate. Note that these setting parameters are examples and may be different.
次に、2回目の密探索について、図21に示すフローチャート、及び図22(a)(b)に基づいて説明する。 Next, the second dense search will be described based on the flowchart shown in FIG. 21 and FIGS. 22 (a) and 22 (b).
まず、図21に示すように、粗探索で求めた座標群の一つを極座標変換中心にし(S31)、極座標変換を行う(S32)。これにより、図22(a)(b)を得る。すなわち、円中心から離れている場合には、図22(a)に示すように、前述した図7(a)と同様に、中心角θ軸方向に伴って半径rが波打っている。これに対して、円中心の近傍の場合には、図22(b)に示すように、前述した図8(a)と同様に、中心角θ軸に伴って半径rが直線状になっている。 First, as shown in FIG. 21, one of the coordinate groups obtained by the coarse search is set as the polar coordinate conversion center (S31), and polar coordinate conversion is performed (S32). Thereby, FIGS. 22A and 22B are obtained. That is, when away from the center of the circle, as shown in FIG. 22A, the radius r undulates along the central angle θ-axis direction as in FIG. 7A described above. On the other hand, in the case of the vicinity of the center of the circle, as shown in FIG. 22 (b), the radius r becomes linear along with the central angle θ-axis as in FIG. 8 (a). Yes.
次いで、エッジ(Y方向)検出を行う(S33)。このエッジ(Y方向)検出では、ゾーベル(Sobel )フィルタ処理にて行う。 Next, edge (Y direction) detection is performed (S33). This edge (Y direction) detection is performed by a Sobel filter process.
次いで、閾値=3σにて2値化する(S34)。これにより、強いエッジを残し、ノイズを除去することができる。尚、画像データは、「0」と「1」との情報ではなく、8ビット画像では256階調(0−255)、又は10ビット画像では1024階調(0−1023)のデータとなっている。したがって、前記図14に示したエッジ処理演算とは異なり、単純な閾値を用いることはできず、ここでは、閾値=3σを用いて2値化している。尚、σは標準偏差である。 Next, binarization is performed with threshold = 3σ (S34). Thereby, a strong edge can be left and noise can be removed. The image data is not information of “0” and “1”, and is data of 256 gradations (0-255) for an 8-bit image or 1024 gradations (0-1023) for a 10-bit image. Yes. Therefore, unlike the edge processing calculation shown in FIG. 14, a simple threshold cannot be used, and here, binarization is performed using threshold = 3σ. Here, σ is a standard deviation.
次いで、膨張・収縮処理、つまり線を繋げる処理を行う(S34)。 Next, expansion / contraction processing, that is, processing for connecting lines is performed (S34).
次いで、1次元(X方向)射影及び正規化を行い(S36)、射影成分閾値処理を行い(S36)、積算値算出(評価値)を行う(S38)。これから閾値TH以下の値の総和を正規化し、評価値にする。 Next, one-dimensional (X direction) projection and normalization are performed (S36), projection component threshold processing is performed (S36), and integrated value calculation (evaluation value) is performed (S38). From this, the sum of the values below the threshold TH is normalized to obtain an evaluation value.
次いで、粗探索で求めた座標群の全てを極座標変換中心にしたかについて判定を行い(S39)、粗探索で求めた座標群の一つが残っていれば、極座標変換中心座標の更新を行った後(S40)、再度、S33に戻る。そして、S33〜S40を粗探索で求めた座標群の全てが終わるまで繰り返し、S33〜S40を粗探索で求めた座標群の全てが終わったと判定されると、評価値最小の極座標変換中心座標が密探索の解であるとして決定する(S41)。 Next, it is determined whether or not all the coordinate groups obtained by the coarse search have been set as the polar coordinate conversion center (S39). If one of the coordinate groups obtained by the coarse search remains, the polar coordinate conversion center coordinates are updated. After (S40), the process returns to S33 again. Then, S33 to S40 are repeated until all of the coordinate groups obtained by the coarse search are completed, and when it is determined that all of the coordinate groups obtained by the coarse search are finished, the polar coordinate conversion center coordinates having the smallest evaluation value are obtained. It is determined that the solution is a dense search solution (S41).
尚、図21のフローチャートにおいて、設定されるパラメータは、例えば、探索領域の範囲・分解能〔pix〕、二値化閾値、膨張・収縮処理回数、エッジの細線化の回数、一次元射影後の閾値である。 In the flowchart of FIG. 21, parameters to be set include, for example, search area range / resolution [pix], binarization threshold, number of expansion / contraction processes, number of edge thinning, threshold after one-dimensional projection It is.
このように、本実施の形態の画像処理システム1bでは、対象物3を撮像装置2にて撮像することにより画像データを生成し、該画像データを画像処理する。そして、対象物3と撮像装置2との間に、多重同心円の凸レンズからなるフレネルレンズ4が設けられると共に、上記フレネルレンズ4の光軸が、対象物3の撮像目的位置上に配置されるように、フレネルレンズ4の光軸の位置を算出する画像処理装置20・30と、画像処理装置20・30によるフレネルレンズ4の光軸の位置の算出結果に基づいて、フレネルレンズ4の光軸が対象物3の撮像目的位置上に配置されるようにフレネルレンズ4を移動させる駆動装置5とが設けられている。
As described above, in the
これにより、レンズの中心を円とした円周上に同心円の形状変化のあるフレネルレンズ4を使用して対象物3に平行光を集光させたい場合、フレネルレンズ4の中心位置と、対象物3の撮像目的位置との位置合わせに、本実施の形態の円の中心位置の決定方法を適用することができる。
Accordingly, when it is desired to collect parallel light on the object 3 using the
ところで、実施の形態1〜3で述べた画像処理装置20・30は、この画像処理装置20・30の各機能を実現するプログラム(制御プログラム、記録条件設定プログラム)の命令を実行する演算手段であるCPU(Central Processing Unit )、上記プログラムを格納した記憶手段であるROM(Lead Only Memory)、上記プログラムを展開する記憶手段であるRAM(Random Access Memory)、上記プログラム及び各種データを格納する記憶手段であるメモリ等の図示しない記憶装置(記憶媒体)等を備えている。
By the way, the
そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウエアである制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能にした記録媒体を、上記画像処理装置20・30に供給し、そのコンピュータ(又はCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。この場合、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した機能を実現することにより、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
An object of the present invention is to provide a recording medium in which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program, which is software that realizes the functions described above, can be read by a computer, the image processing apparatus This can also be achieved by supplying the
これにより、画像データの円中心を求める場合に、円の中心を精度良く、短時間で決定し得る画像処理プログラム、及び記録媒体を提供することができる。 Accordingly, it is possible to provide an image processing program and a recording medium that can accurately determine the center of a circle in a short time when determining the center of the image data.
本発明は、撮像装置等の画像入力装置から入力された画像データに対して、図形処理を行う画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、記録媒体、及び画像処理システムに関するものであり、特に画像データに含まれる円形画像の中心位置を決定する画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、記録媒体、及び画像処理システムに利用可能である。 The present invention relates to an image processing device, an image processing method, an image processing program, a recording medium, and an image processing system that perform graphic processing on image data input from an image input device such as an imaging device. The present invention is applicable to an image processing apparatus, an image processing method, an image processing program, a recording medium, and an image processing system that determine the center position of a circular image included in image data.
1a 画像処理システム
1b 画像処理システム
2 撮像装置
3 対象物
4 フレネルレンズ
5 駆動装置(駆動手段)
10 画像処理システム本体
11 制御装置
12 記録装置
13 出力装置
20 画像処理装置
21 円中心仮設定部(円中心仮設定手段)
22 極座標変換部(極座標変換手段)
23 1次元投影部(1次元投影手段)
24 評価値算出部(評価値算出手段)
25 円中心決定部(円中心決定手段)
30 画像処理装置
31 平滑化処理部(平滑化処理手段)
32 エッジ処理部(エッジ処理手段)
33 膨張・収縮処理部(膨張・収縮処理手段)
D 原点候補領域
TH 閾値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a
DESCRIPTION OF
22 Polar coordinate converter (polar coordinate converter)
23 One-dimensional projection unit (one-dimensional projection means)
24 evaluation value calculation unit (evaluation value calculation means)
25 circle center determination unit (circle center determination means)
30
32 Edge processing unit (edge processing means)
33 Expansion / contraction processing unit (expansion / contraction processing means)
D Origin candidate area TH threshold
Claims (17)
画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定手段と、
上記仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換手段と、
上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影手段と、
上記1次元投影手段による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出手段と、
上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定手段とが設けられていることを特徴とする画像処理装置。 An image processing apparatus for obtaining a center position of a circle displayed by image data,
A circular center temporary setting means for performing a Hough transform on the image data and temporarily setting the center position of the detected circle;
A polar coordinate conversion means for setting a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the temporarily set circle, and converting the detected circle into a polar coordinate with each coordinate existing in the predetermined range as an origin;
One-dimensional projection means for one-dimensionally projecting the radius r of the circle obtained when the detected circle is converted into a polar coordinate with each coordinate as the origin in the direction of the central angle θ axis;
From the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection by the one-dimensional projection means, an evaluation value calculation for obtaining an evaluation value indicating linearity of the radius r of the circle with respect to the central angle θ-axis direction is calculated. Means,
Among the evaluation values from the distribution of the radius r of the circle obtained by performing polar coordinate conversion on the detected circle with the coordinates existing in the predetermined range as the origin, the coordinates of the origin where the evaluation value is highest are the coordinates of the circle. An image processing apparatus comprising: a circle center determining unit that determines a center position.
画像データに対してハフ(Hough )変換を行い、検出した円の中心位置を仮設定する円中心仮設定工程と、
上記仮設定した円の中心位置の座標を中心とする所定の範囲を設定し、該所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換する極座標変換工程と、
上記各座標を原点として上記検出した円を極座標変換したときに得られる円の半径rを中心角θ軸方向にそれぞれ1次元投影する1次元投影工程と、
上記1次元投影工程による1次元投影にて得られる円の半径rにおける中心角θ軸方向の分布から、該円の半径rの中心角θ軸方向に対する直線性を示す評価値を求める評価値算出工程と、
上記所定の範囲に存在する各座標を原点として上記検出した円を極座標変換して求めた円の半径rの分布からの各評価値のうち、該評価値が最も高くなる原点の座標を円の中心位置として決定する円中心決定工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 An image processing method for obtaining a center position of a circle displayed by image data,
A circle center temporary setting step for performing a Hough transform on the image data and temporarily setting the center position of the detected circle;
A polar coordinate conversion step of setting a predetermined range centered on the coordinates of the center position of the temporarily set circle, and converting the detected circle into a polar coordinate with each coordinate existing in the predetermined range as an origin;
A one-dimensional projection step of one-dimensionally projecting the radius r of the circle obtained when the detected circle is converted into a polar coordinate with the respective coordinates as the origin in the direction of the central angle θ axis;
From the distribution in the central angle θ-axis direction at the radius r of the circle obtained by the one-dimensional projection in the one-dimensional projection step, evaluation value calculation for obtaining an evaluation value indicating linearity of the radius r of the circle with respect to the central angle θ-axis direction is calculated. Process,
Among the evaluation values from the distribution of the radius r of the circle obtained by performing polar coordinate conversion on the detected circle with the coordinates existing in the predetermined range as the origin, the coordinates of the origin where the evaluation value is highest are the coordinates of the circle. And a circle center determining step for determining the center position.
コンピュータを前記の各手段として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。 An image processing program for causing a computer to function as the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 7,
An image processing program for causing a computer to function as each of the above means.
対象物と撮像装置との間に、多重同心円の凸レンズからなるフレネルレンズが設けられると共に、
上記フレネルレンズの光軸が、対象物の撮像目的位置上に配置されるように、上記フレネルレンズの光軸の位置を算出する請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
上記画像処理装置による上記フレネルレンズの光軸の位置の算出結果に基づいて、上記フレネルレンズの光軸が対象物の撮像目的位置上に配置されるように上記フレネルレンズを移動させる駆動手段とが設けられていることを特徴とする画像処理システム。 In an image processing system that generates image data by imaging an object with an imaging device, and performs image processing on the image data,
Between the object and the imaging device, a Fresnel lens consisting of a convex lens of multiple concentric circles is provided,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the position of the optical axis of the Fresnel lens is calculated so that the optical axis of the Fresnel lens is disposed on an imaging target position of the object. ,
Based on the calculation result of the optical axis position of the Fresnel lens by the image processing device, driving means for moving the Fresnel lens so that the optical axis of the Fresnel lens is disposed on the imaging target position of the object. An image processing system characterized by being provided.
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