CN102401636A - 图像测量装置和图像测量方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种图像测量装置和图像测量方法。所述图像测量装置，包括：捕捉测量对象的图像的图像捕捉单元，输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像的输入单元，将由输入单元输入的图像二进制化的二进制化单元，识别被二进制化单元二进制化的图像中的图形信息并且检测图形信息的轮廓的轮廓检测单元，基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角的角检测单元，在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上分别设置边缘检测工具的设置单元以及通过被设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息的测量单元。

Description

图像测量装置和图像测量方法
技术领域
本发明涉及一种图像测量装置和图像测量方法。
背景技术
传统地，已知一种图像测量装置，其通过CCD(电荷耦合器件)照相机等捕捉工件的测量位置的图像并且在捕捉的图像上执行边缘检测、图案匹配等(例如，参见JPH8-247719)。
边缘检测是一种例如通过基于如图11所示的由操作者设置的边缘检测工具T获得捕捉的图像中包括的测量目标图形的边缘信息(位置坐标等)以及通过测量如图12中所示的测量目标图形的位置、宽度、高度等来确定工件是否是所期望的工件等的技术。
此外，图案匹配是一种通过将在捕捉的图像中包括的测量目标图形与事先注册的模板图像相比较、通过例如测量工件的位置像差、角度像差等来确定工件是否是所期望的工件等的技术。
然而，传统图像测量装置是困难的，这是因为需要通过操作者手动地将边缘检测工具T设置到多个位置以便实现边缘检测。
此外，传统图像测量装置难以实现图案匹配，这是因为需要根据测量目标图形的形状来注册模板图像。此外，当测量目标图形的方向、尺寸等与模板图像的方向、尺寸等不同时，存在不方便使得处理需要更多时间并且不能执行图案匹配。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种对于操作者不困难的并且其中可以迅速并稳妥地执行测量的图像测量装置和图像测量方法。
为了实现上述目的中的至少一个，反映本发明的一个方面的图像测量装置包括：拾取测量对象的图像的图像捕捉单元，输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像的输入单元，将由输入单元输入的图像二进制化的二进制化单元，识别被二进制化单元二进制化的图像中的图形信息并且检测图形信息的轮廓的轮廓检测单元，基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角的角检测单元，在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上分别设置边缘检测工具的设置单元以及通过设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息的测量单元。
进一步，为了实现上述目的中的至少一个，一种通过反映本发明的一个方面的图像测量装置执行的图像测量方法包括：输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像，二进制化由输入单元输入的图像，识别由二进制化单元二进制化的图像中的图形信息，检测图形信息的轮廓，基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角，在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上设置边缘检测工具以及通过由设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息。
附图说明
从下文中给出的具体描述和附图，将更加充分地理解本发明的以上和其它目的，优点和特征，所述附图仅以图示方式给出，并且因此不旨在作为对本发明的限制的定义，并且其中：
图1为示出了根据本发明的图像测量装置的整体结构的外部示图；
图2为示出了图1的图像测量装置的控制结构的框图；
图3为要被图1的图像测量装置输入的原始图像的示例；
图4为其中原始图像被二进制化的二进制化图像的示例；
图5为其中在二进制化图像中检测到轮廓的图像的示例；
图6为其中在图形信息中检测到角的图像的示例；
图7为其中设置边缘检测工具的图像的示例；
图8为示出了设置的边缘检测工具要测量的图形信息中的测量位置的示意图；
图9为示出了根据本发明的图像测量处理的流程图；
图10为示出了图形信息的修改的示意图；
图11为用于阐述传统技术的示意图；以及
图12为用于阐述传统技术的示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来具体描述根据本发明的图像测量装置。
图像测量装置100是一种这样的装置，其捕捉放置于测量工作台13上的工件(测量对象)12的图像，并且通过处理该图像以测量图形信息的值(诸如线宽等)来检测图像中预定图形(图形信息)的边缘。
如图1和2所示，图像测量装置100包括装置主体10、显示部分20、操作部分30、控制部分40等。
装置主体10包括用于放置工件12的测量工作台13，用于捕捉工件12的图像的图像捕捉单元17等。
测量工作台13安装在台面11上并且通过Y轴驱动机构(在图中未示出)在Y轴方向上驱动。在台面11的边缘的中心部分，分别固定向上延伸的支撑臂14和15，并且固定X轴导向装置16从而接合支撑臂14和15的上端部分。通过X轴导向装置16支撑图像捕捉单元17。
图像捕捉单元17通过X轴驱动机构(在图中未示出)沿X轴导向装置16驱动。在图像捕捉单元17的下端部分，安装CCD照相机18从而面向测量工作台13。
此外，在图像捕捉单元17中，除了图中未示出的照明设备和聚焦机构以外还嵌入在Z轴方向上移动CCD照相机18的位置的Z轴驱动机构。
显示部分20包括例如液晶显示面板，并且根据从控制部分40输入的控制信号显示各种类型的图像和设置屏幕。
具体地，例如，在显示部分20中显示捕捉单元17捕捉并输入的图像(原始图像：见图3)、同时经历图像测量处理的例程的转换图像(图4至图8)等。
在此，将描述原始图像。
原始图像是包括一个或多个图形信息的黑白灰度图像。
图形信息是要作为用于测量的目标的原始图像中的区域，并且如图3所示，图形信息是例如以诸如四边形(正方形、矩形)、十二边形(十字图形)等的多边形形状，并且在原始图像中作为白色部分示出。
此外，在原始图像中，除了图形信息以外的其他区域是背景信息，其变成图形信息的背景并且被指示为其中黑色比图形信息更浓的黑色部分。
图3是包括十二边形的图形信息S1、四边形的图形信息S2和其中切掉中间部分的四边形的图形信息S3的原始图像的示例。
操作部分30包括例如诸如键盘的一组操作按键，诸如鼠标的指向设备等，并且当操作者对操作部分30进行操作时，操作部分30根据对控制部分40的操作来输出操作信号。
当指定原始图像中的图形信息中要测量的图形信息的形状时，操作部分30用作指定单元。
具体地，操作者通过使用在显示部分20中显示的设置屏幕、通过操作部分30指定角的数目来指定要测量的图形信息的形状。
例如，当操作者指定“4”时，在原始图像中的图形信息中选择四边形(正方形、矩形)图形信息，而不选择除了四边形图形信息以外的诸如十二边形(十字图形的图形信息)的图形信息。
以该方式，当操作者通过操作部分30指定角的数目时，通过选择在原始图像中的图形信息中具有指定的角的数目的图形信息来执行边缘检测。
因此，操作者可以任意地指定要执行边缘检测的图形信息。即，当在输入的原始图像中存在多个不同形状的图形信息时，操作者可以通过操作部分30指定图形信息的形状而仅测量期望形状的图形信息。
此外，当实现工件的图像捕捉指令操作以及开始图像测量处理的指令操作等等时对操作部分30进行操作。
控制部分40包括CPU(中央处理单元)41、RAM(随机存取存储器)42、存储部分43等等。进一步，控制部分40经由系统总线与测量工作台13、图像捕捉单元17、显示部分20、操作部分30等相连接。
例如，CPU 41执行与存储在存储部分43中用于图像测量设备的各种类型的处理程序一致的各种类型的控制处理。
例如，RAM 42包括用于开发CPU 41执行的处理程序等的程序存储区域以及用于存储在执行处理程序时生成的输入数据和处理结果等的数据存储区域。
例如，存储部分43存储可以被图像测量装置100执行的系统程序，可以被系统程序执行的各种类型的处理程序，在执行各种类型的处理程序时使用的数据，由CPU 41对其执行算法处理的各种类型的处理结果的数据等。在此，在存储部分43中以可以被计算机处理的程序码的格式存储程序。
具体地，在存储部分43中存储例如输入程序431、图像存储部分432、二进制化程序433、轮廓检测程序434、选择程序435、角检测程序436、设置程序437、测量程序438等等。
例如，输入程序431是使CPU 41实现输入由图像捕捉单元17捕捉的工件12的图像的功能的程序。
具体地，当操作者通过操作部分30执行工件的图像捕捉指令操作，由图像捕捉单元17的CCD照相机18捕捉工件12的图像时，CPU 41执行输入程序431以便输入如图3所示的原始图像并且在图像存储部分432中存储原始图像。
通过执行输入程序431，CPU 41用作输入单元。
图像存储部分432存储通过CPU 41执行输入程序431而输入的原始图像(黑白灰度图像)。
二进制化程序433是使CPU 41实现对例如通过输入程序431的执行而输入的图像进行二进制化功能的程序。
具体地，当操作者通过操作部分30执行图像测量处理的开始指令操作时，CPU 41执行二进制化程序433并且将作为黑白灰度图像的原始图像转换成二色调黑白图像。
即，例如，CPU 41设置某个阈值，并且关于每个像素，在像素的灰度值(亮度)超过阈值时CPU 41将该像素转换成白色而在像素的灰度值(亮度)低于该阈值时CPU 41将像素转换成黑色。以此方式，原始图像变成其中二进制化的黑色部分比原始图像的该部分更黑并且二进制化的白色部分比原始图像的该部分更白的二进制化的图像。
因此，如图4所示，作为白色部分的图形信息S1至S3关于作为黑色部分的背景是鲜明的。
通过执行二进制化程序433，CPU 41用作二进制化单元。
轮廓检测程序434是例如使得CPU 41实现识别通过执行二进制化程序433被二进制化的图像中的图形信息以及检测图形信息的轮廓的程序。
具体地，通过执行轮廓检测程序434，CPU 41将二进制化的图像的白色部分识别为图形信息并且如图5所示以白线显示识别的图形信息的轮廓。
因此，如图5所示，将图形信息S1以白线显示为十二边形(十字图形)并且将图形信息S2以白线显示为四边形。此外，将图形信息S3以白线显示为大四边形和小四边形。
通过执行轮廓检测程序434，CPU 41用作轮廓检测单元。
选择程序435是使得CPU 41实现例如在通过执行轮廓检测程序434检测到轮廓的图形信息中选择操作部分30指定的形状的图形信息的功能的程序。
例如当操作者通过操作部分30指定“4”时，在图5的示例的图形信息S1至S3中选择图形信息S2和图形信息S3。
通过执行选择程序435，CPU 41用作选择单元。
角检测程序436是使得CPU 41实现例如基于通过执行轮廓检测程序434所检测的轮廓来检测通过执行选择程序435所选择的图形信息的角的功能的程序。
具体地，CPU 41近似操作部分30所指定的形状中的图形信息的轮廓线并且通过利用白色圆圈来指示作为角的近似直线的端点而对它们进行显示。
例如，当指定四边形时，如图6所示，将在总共八个点显示白色圆圈，所述八个点是在图形信息S2的四边形的四个点和在图形信息S3的大小四边形的四个点。
通过执行角检测程序436，CPU 41用作角检测单元。
设置程序437是使得CPU 41实现在包括通过执行角检测程序436所检测的角的轮廓上设置边缘检测工具T的功能的程序。
具体地，CPU 41从每条近似直线的两个端点的位置坐标获得作为近似直线的中心的位置并且设置边缘检测工具T使得检测工具T(方块工具)的中心分别重叠于近似直线的中心。
因此，例如，当如图6所示检测到四边形的图形信息S2和S3的角时，如图7所示，在图形信息S2的四边的中心分别设置边缘检测工具T并且在图形信息S3的大小四边形的四边的中心分别设置边缘检测工具T。
通过执行设置程序437，CPU 41用作设置单元。
测量程序438是使得CPU 41实现通过执行设置程序437所设置的边缘检测工具T来测量图形信息的功能的程序。
具体地，CPU 41在图像内扫描并且基于边缘检测工具T检测边缘的位置。然后，CPU 41在由一个边缘检测工具T检测的边缘位置和由面向所述一个边缘检测工具T的边缘检测工具T检测的边缘位置之间进行测量以便获得多边形形状的宽度和高度。
以此方式，例如，如图8所示，可以获得图形信息S2的水平和竖直尺寸，图形信息S2的水平和竖直尺寸，图形信息S3的切掉部分的尺寸。
通过执行测量程序438，CPU 41用作测量单元。
下一步，将使用图9的流程图来描述图像测量装置100的图像测量处理。
首先，在步骤S11，当操作者执行工件的图像捕捉指令操作并且通过图像捕捉单元17捕捉工件12的图像时，CPU 41输入被捕捉的工件12的图像作为原始图像(见图3)(输入处理)。
下一步，在步骤S12，操作者通过操作部分30指定角的数目来指定要测量的图形信息的形状，而执行图像测量处理的开始指令操作。
其后，在步骤S13，CPU 41将原始图像二进制化(见图4)(二进制化处理)。
下一步，在步骤S14，CPU 41在二进制化的图像中识别图形信息并且检测图形信息的轮廓(见图5)(轮廓检测处理)。
下一步，在步骤S15，CPU 41在被检测到轮廓的图形信息中选择包括在步骤S12指定的角数目的图形信息，即，CPU 41选择指定形状的图形信息(选择处理)。
下一步，在步骤S16，CPU 41检测所选择的图形信息的角(见图6)(角检测处理)。
其后，在步骤S17，CPU 41在包括角的轮廓线上分别设置边缘检测工具T(见图7)(设置处理)。
下一步，在步骤S18，CPU 41通过边缘检测工具T测量图形信息(见图8)(测量处理)，并且处理结束。
如上所描述的，根据本实施例的图像测量装置100和图像测量方法，CPU41输入并且二进制化由图像捕捉单元17捕捉的工件12的图像，识别二进制化的图像中的图形信息并且检测图形信息的轮廓。进一步，CPU 41基于检测到的轮廓来检测图形信息的角，在包括角的轮廓线上分别设置边缘检测工具T并且通过边缘检测工具T测量图形信息。
因此，操作者不需要手动设置边缘检测工具，这是因为自动地检测图形信息的轮廓和角并且设置边缘检测工具T。
此外，不需要注册用于比较的模板图像，这是因为通过二进制化的图像的黑色和白色来识别作为测量目标的图形信息。
此外，可以不管作为测量的目标的图形信息的条件(诸如方向和尺寸)而设置边缘检测工具，这是因为要作为测量目标的图形信息的轮廓线被近似成直线以及直线的端点被设置为角，并且在包括角的轮廓线上分别设置边缘检测工具。
因此，对于操作者是不困难的并且可以迅速并稳妥地执行测量。因此，改进了图像测量装置的可用性。
此外，根据本实施例的图像测量装置100和图像测量方法，可以优选地测量作为多边形形状的测量对象，这是因为图形信息是多边形。
进一步，根据本实施例的图像测量装置100和图像测量方法，CPU 41在检测到轮廓的图形信息中选择操作部分30指定的形状的图形信息并且CPU41检测所选择的图形信息的角。
因此，因为仅选择了由操作者有意的图形信息并且执行边缘检测，可以高效地执行测量。
在此，在以上的实施例中，作为示例描述了操作者指定要测量的图形信息的形状并且仅选择性地测量指定的形状的图形信息的情况。然而，可以不指定要测量的图形的形状。
在这种情况下，操作者不指定要测量的图形信息的形状并且执行图像测量处理的开始指令操作。此外，当检测到图形信息的轮廓时，CPU 41基于检测到的所有轮廓来检测图形信息的角。即，即便在原始图像中混合多个不同形状的图形信息时，也要测量所有图形信息。
此外，例如，作为测量目标的图形信息可以是如图10所示的多边形形状的图形信息的一部分。即便在这种情况下，因为要在包括角的轮廓上设置边缘检测工具T，所以可以执行边缘位置的测量等等。
根据本发明的优选实施例的第一方面，图像测量装置包括：拾取测量对象的图像的图像捕捉单元，输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像的输入单元，将由输入单元输入的图像二进制化的二进制化单元，识别被二进制化单元二进制化的图像中的图形信息并且检测图形信息的轮廓的轮廓检测单元，基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角的角检测单元，在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上分别设置边缘检测工具的设置单元以及通过设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息的测量单元。
优选地，图形信息是多边形形状。
优选地，图像测量装置还包括：指定要测量的图形信息的形状的指定单元，以及在由轮廓检测单元检测到轮廓的图形信息中选择由指定单元指定的形状的图形信息的选择单元，并且所述角检测单元基于轮廓检测单元所检测的轮廓来检测由选择单元所选择的图形信息的角。
根据本发明的优选实施例的第二方面，一种由图像测量装置执行的图像测量方法，包括：输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像，二进制化由输入单元输入的图像，识别由二进制化单元二进制化的图像中的图形信息，检测图形信息的轮廓，基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角，在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上设置边缘检测工具以及通过由设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息。
优选地，图形信息是多边形形状。
优选地，图像测量方法还包括：在轮廓的检测中检测到轮廓的图形信息中选择由指定单元指定的形状的图形信息，并且在角的检测中检测在基于轮廓检测中所检测的轮廓的选择中所选择的图形信息的角。
虽然已经示出并描述了各种示例性实施例，但本发明不限于所示实施例。因此，本发明的范围旨在唯一地限制于以下的权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种图像测量装置，包括：
图像捕捉单元，捕捉测量对象的图像；
输入单元，输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像；
二进制化单元，将由输入单元输入的图像二进制化；
轮廓检测单元，识别被二进制化单元二进制化的图像中的图形信息并且检测图形信息的轮廓；
角检测单元，基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角；
设置单元，在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上分别设置边缘检测工具；以及
测量单元，通过设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息。
2.如权利要求1所述的图像测量装置，其中，图形信息是多边形形状。
3.如权利要求1或2所述的图像测量装置，还包括：
指定单元，指定要测量的图形信息的形状；以及
选择单元，在由轮廓检测单元检测到轮廓的图形信息中选择由指定单元指定的形状的图形信息，其中
所述角检测单元基于由轮廓检测单元所检测的轮廓来检测由选择单元所选择的图形信息的角。
4.一种由根据权利要求1的图像测量装置执行的图像测量方法，包括：
输入由图像捕捉单元捕捉的测量对象的图像；
二进制化由输入单元输入的图像；
识别由二进制化单元二进制化的图像中的图形信息；
检测图形信息的轮廓；
基于由轮廓检测单元检测的轮廓来检测图形信息的角；
在包括由角检测单元检测的角的轮廓线上设置边缘检测工具；以及
通过由设置单元设置的边缘检测工具测量图形信息。
5.如权利要求4所述的图像检测方法，其中，图形信息是多边形形状。
6.如权利要求4或5所述的图像检测方法，还包括：
在轮廓的检测中检测到轮廓的图形信息中选择由指定单元指定的形状的图形信息，其中
在角的检测中，检测在基于轮廓检测中所检测的轮廓的选择中所选择的图形信息的角。
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