JP2000161917A

JP2000161917A - パターン自動検出方法及びその装置

Info

Publication number: JP2000161917A
Application number: JP10341872A
Authority: JP
Inventors: Masao Nagamoto; 正雄長本; Yasushi Mizuoka; 靖司水岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】視覚認識による任意形状パターンの教示を行
う場合に、マッチングに適さない細いパターン，輝度が
ブツブツしたテクスチャーパターン，真っ白なパター
ン，真っ黒なパターンを避けて類似パターンのない特徴
的なパターンを高速に検出できるようにする。【解決手段】撮像した画像の処理範囲５２内におい
て、窓枠１１の位置を矢印Ａ方向へ移動させながら、窓
枠１１内画像と窓枠内の画像を除いた処理範囲に対して
パターンマッチングを行い、前記パターンマッチング結
果の一致度を保存するまでを繰り返し行い、前記処理を
繰り返し行った結果のパターンマッチングの一致度の中
で、一致度が最も低くなる窓枠の位置Ｂを特徴的なパタ
ーンの位置として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板等に電子
部品を実装する工程で、画像処理技術により電子部品の
位置，有無，形状等の検出及び検査等を行うパターン認
識を行うためのパターン自動検出方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子部品やプリント基板等の
任意形状パターンに対して、パターンマッチングで認識
を行うための教示方法としては、人手による方法があ
る。

【０００３】図８は人手によるパターン認識方法を説明
する図であり、目視によって背景部、例えばプリント基
板１に対してパターンの輝度差が最も大きく、かつ類似
パターンのない特徴的なパターンを探して窓枠２を教示
していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人手に
よるこの方法は、例えば、図９（ａ）に示すように同一
視野内に類似した十字形パターン３ａ，３ｂがあるとき
人は、輝度差が最も大きい一方の正しいパターン３ｂの
窓枠２を教示すべきところを誤って他方の十字形パター
ン３ａの窓枠２を教示してしまう場合がある。この場合
には、類似パターンの方を認識してしまうという問題が
ある。

【０００５】また図１０（ａ）に示すようにマッチング
に適さない真っ黒なパターン３ｃや図１０（ｂ）に示す
ように真っ白なパターン３ｄを誤って窓枠を教示してし
まう場合がある。この場合には認識できないという問題
がある。

【０００６】また図９（ｂ）に示すように細いパターン
３ｅや図９（ｃ）に示すように輝度がブツブツしたテク
スチャーパターン３ｆは、マッチングに適さないパター
ンであり、これらのパターンに誤って窓枠を教示した場
合には、認識精度がばらつき、認識できない場合も発生
するという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決し、特徴
あるパターンを検出することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、パターン自動検出方法は、任意形状パター
ンの視覚認識を行う際、類似したパターンを避けて他に
ない特徴的なパターンを教示する場合に、撮像した画像
の処理範囲内において、窓枠の位置を移動させながら、
窓枠内画像と窓枠内の画像を除いた処理範囲に対してパ
ターンマッチングを行い、前記パターンマッチング結果
の一致度が最も高くなる値を保存するまでを繰り返し行
い、前記処理を繰り返し行った結果のパターンマッチン
グの一致度の中で、一致度が最も低くなる窓枠の位置
を、特徴的なパターンの位置として検出することを特徴
とする。

【０００９】また、本発明のパターン自動検出装置は、
任意形状パターンの視覚認識を行う際、類似したパター
ンを避けて他にない特徴的なパターンを教示する場合
に、対象パターンを照明する照明手段と、前記照明手段
によって照明された対象パターンを撮像する撮像手段
と、前記撮像された画像を保存する画像保存手段と、前
記画像保存手段によって保存された画像において、特徴
的なパターンの位置を検出する請求項１ないし３記載の
パターン自動検出方法を行う画像処理手段と、前記手段
を制御する制御手段からなることを特徴とする。

【００１０】そして、本発明によれば撮像した画像の処
理範囲において、設定された窓枠内の画像の輝度を検出
し、この輝度情報の演算結果によってパターンマッチン
グを行うか否かを判定し、前記判定結果によってパター
ンマッチングを行わずに次の窓枠の位置へ移動させる処
理を行う。

【００１１】さらに、撮像した画像の処理範囲におい
て、設定された窓枠内を格子状に分割し、前記の各格子
毎に、格子内の輝度を平滑化し、平滑化された複数の輝
度情報の演算結果によってパターンマッチングを行うか
否かを判定し、前記判定結果によってパターンマッチン
グを行わずに次の窓枠の位置へ移動させる処理を行う。

【００１２】本発明によれば、誤って類似したパターン
を検出することなく特徴的なパターンを検出できる。

【００１３】また、繰り返し行うパターンマッチングの
前に、窓枠内の輝度情報によって、マッチングを行うか
否かの判定処理を行うため、マッチングに適さない真っ
黒なパターンや真っ白なパターンを検出しないように対
策でき、類似パターンを避けて特徴的なパターンを検出
できる。また、画像によっては繰り返しのマッチング処
理を行う回数を減らすことができるため、より高速な検
出処理も実現できる。

【００１４】さらに、真っ黒なパターンや真っ白なパタ
ーンだけでなく、形状ばらつきが大きくマッチングに適
さない細いパターンや輝度がブツブツしたテクスチャー
パターンも検出することなく、類似パターンを避けて特
徴的なパターンを検出できる。また、画像によっては繰
り返しのマッチング処理を行う回数を減らすことができ
るため、より高速な検出処理も実現できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
１から図７を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
パターン自動検出方法を実施するパターン認識装置の構
成を示す図である。

【００１６】図１において、４はプリント基板などの認
識対象物５を照明する手段、６は撮像手段、７はＡ／Ｄ
変換部、８は画像メモリ部、９は画像処理部、１０はＡ
／Ｄ変換部７，画像メモリ部８及び画像処理部９の制御
部である。

【００１７】また、図２は図１の認識対象物５と窓枠の
関係を示し、図２において５１は画像、５２は画像５１
の処理範囲であり、窓枠１１が処理範囲５２に設定され
ている状態を示す。

【００１８】図１において、照明手段４で照明される認
識対象物５の図２に示す画像５１が存在する処理範囲５
２に窓枠１１を設定し、撮像手段６で撮像した映像信号
を、Ａ／Ｄ変換部７でデジタル化して画像データに変換
し、画像メモリ部８に格納する。ただし、撮像した映像
信号がすでに、デジタル化されている場合には、Ａ／Ｄ
変換部７は不要である。画像メモリ部８に格納された画
像データについて、画像処理部９が画像処理を行う。こ
のとき制御部１０は、Ａ／Ｄ変換部７，画像メモリ部
８，画像処理部９を制御する。

【００１９】図３は図１および図２の実施の形態１の動
作を説明するフローチャートであり、まず、準備として
図２に示すように画像５１に対して処理する処理範囲５
２と窓枠１１の大きさを設定する（Ｓ１）。次に図４に
示すように、画像の処理範囲５２の中で左上から矢印Ａ
方向へ順に窓枠１１を移動させながら設定していき、窓
枠１１を設定した位置Ｂで窓枠内の画像と、窓枠内の画
像を除いた処理範囲に対してパターンマッチングを行い
（Ｓ２）、このパターンマッチングの結果の一致度を保
存するまでを繰り返し行い、処理範囲５２の右下の位置
まで、処理続ける（Ｓ３）。ただし、このパターンマッ
チング結果の一致度とは、処理範囲内でマッチングの一
致度が最も高くなる値である。

【００２０】次に、（Ｓ２）で保存した複数の一致度の
中で最も一致度が低くなる窓枠の位置を、特徴パターン
として検出する（Ｓ４）。この検出した位置を窓枠の位
置とする。

【００２１】本実施の形態１は、類似パターンを避けて
特徴的なパターンを検出し、この特徴パターンに窓枠を
設定するために有効である。

【００２２】（実施の形態２）本実施の形態２における
パターン自動検出方法を実施するパターン認識装置の構
成は、実施の形態１で説明した図１と同様であるので、
その説明は省略する。

【００２３】図５は本実施の形態２の動作を説明するフ
ローチャートであり、まず、準備として図２に示すよう
に、画像５１に対して処理範囲５２と、窓枠１１の大き
さを設定する（Ｓ５）。次に図４に示すように、処理範
囲５２の中で左上から矢印Ａ方向へ順に窓枠１１を移動
させながら設定していき、窓枠１１を設定した位置Ｂで
下記の輝度情報検出（Ｓ６）及び判定処理（Ｓ７）を行
い、この輝度情報及び判定処理の結果がパターンマッチ
ング処理を行うと判定した場合のみ、すなわち設定した
窓枠内の画像と、窓枠内の画像を除いた処理範囲に対し
てパターンマッチングを行い（Ｓ８）、マッチング結果
の一致度を保存する。また、輝度情報検出（Ｓ６）及び
判定処理（Ｓ７）の結果がマッチングを行う必要なしと
判定した場合は、次の窓枠の位置においての処理を行う
（Ｓ９）。ただし、このパターンマッチング結果の一致
度とは、処理範囲内でマッチングの一致度が最も高くな
る値である。

【００２４】（Ｓ６）〜（Ｓ９）の処理は、窓枠が処理
範囲の右下に設定されるまで繰り返し行う。

【００２５】次に（Ｓ９）で移動しながら設定した各窓
枠の位置でマッチングした結果の複数一致度の中で、最
も一致度が低くなる窓枠の位置を特徴パターンとして検
出する（Ｓ１０）。この検出した位置を窓枠の位置とす
る。

【００２６】ここで、輝度情報検出及び判定処理につい
て説明する。窓枠内で輝度を検出し、検出された輝度か
ら分散を検出する。この分散の値が予め設定された判定
値以下であれば、設定された窓枠位置でのマッチング処
理を行わなくてよいと判定し、判定値以上であれば、設
定された窓枠位置でのマッチング処理を行ってよいと判
定する。

【００２７】

【数１】輝度分散値＜判定値であれば、類似度検出処理を行わなくてよいと判定す
る。

【００２８】なお、（Ｓ６），（Ｓ７）及び（Ｓ８），
（Ｓ９）で、窓枠を移動させながら設定する場合におい
て、画素を飛ばしながら移動，設定すれば、さらに高速
に処理できる。

【００２９】また、（Ｓ８），（Ｓ９）で画素を飛ばし
ながらマッチングを行えば、さらに高速に処理できる。

【００３０】本実施の形態２は、マッチングに適さない
真っ黒なパターンや真っ白なパターンを検出しないよう
な対策をし、類似パターンを避けて窓枠を高速に設定す
るのに有効である。

【００３１】（実施の形態３）本実施の形態３における
パターン自動検出方法を実施するパターン認識装置の構
成は、実施の形態１で説明した図１と同様であるので、
その説明は省略する。

【００３２】図６は本実施の形態３の動作を説明するフ
ローチャートであり、まず準備として図２に示すよう
に、画像５１に対して処理範囲５２と窓枠１１の大きさ
を設定する（Ｓ１１）。次に図４に示すように、処理範
囲５２の中で左上から矢印Ａ方向の順に窓枠１１を移動
させながら設定していき、窓枠１１を設定した位置で、
下記の格子状窓枠内で輝度平均化した後、輝度分散値検
出を行い（Ｓ１２）、その輝度分散値が判定値以上であ
るかの判定処理を行い（Ｓ１３）、パターンマッチング
処理を行うと判定した場合のみ設定した窓枠内の画像
と、窓枠内の画像を除いた処理範囲に対してパターンマ
ッチングを行い（Ｓ１４）、マッチング結果の一致度を
保存する。また、（Ｓ１３）の輝度分散値の判定値がマ
ッチングを行う必要なしと判定した場合は、次の窓枠の
位置において（Ｓ１２）の処理を行う。ただし、このパ
ターンマッチング結果の一致度とは、処理範囲内でマッ
チングの一致度が最も高くなる値である。

【００３３】（Ｓ１２）〜（Ｓ１５）の処理は、窓枠１
１が処理範囲５２の右下に設定されるまで繰り返し行う
（Ｓ１５）。

【００３４】（Ｓ１４）で移動しながら設定した各窓枠
の位置でマッチングした結果の複数一致度の中で、最も
一致度が低くなる窓枠の位置を特徴パターンとして検出
する（Ｓ１６）。この検出した位置を窓枠の位置とす
る。

【００３５】ここで、格子状窓枠内で輝度平均化した後
の輝度分散値の判定処理（Ｓ１３）について説明する。
図７に例示するように、窓枠１１内を格子状に分割し、
この格子内の小さい窓枠１１Ａ毎に輝度平均を検出し、
この各窓枠毎に検出された輝度平均から窓枠全体の分散
Ｄを検出する。

【００３６】

【数２】Ｄ＝｛ΣΙ²−（（ΣΙ）²／ｎ）｝／ｎ Ι：検出した輝度平均値、ｎ：格子の数この格子のサイズは、特徴パターンとして検出すべきで
ない細いパターンサイズの約２倍程度とする。この検出
された分散の値が、予め設定された判定値以下であれ
ば、設定された窓枠位置でのマッチング検出処理を行わ
なくてよいと判定し、判定値以上であれば、設定された
窓枠位置でのマッチング処理を行ってよいと判定する。

【００３７】

【数３】輝度分散値＜判定値であれば、マッチング処理を行わなくてよいと判定す
る。

【００３８】なお、さらに処理の高速化を行うため、こ
の格子内の小さい窓枠毎に輝度平均を検出し、この小さ
い窓枠のすべてにおいて検出された輝度平均の値が、予
め設定された判定下限レベル以下であれば真っ黒なパタ
ーンと判定し、また小さい窓枠のすべてにおいて検出さ
れた輝度平均の値が、予め設定された判定上限レベル以
上であれば真っ白なパターンと判定し、次の分散検出処
理を行わないとする。

【００３９】一方、この検出された輝度平均の値が前記
以外の場合にのみ、各窓枠毎に検出された輝度平均から
窓枠全体の分散を検出する。上記のように、輝度平均の
値による前判定によって分散検出処理を必要最小限の回
数を行うことによって、処理を高速化できる。

【００４０】なお、（Ｓ１２）〜（Ｓ１４）で、窓枠１
１を移動させながら設定する場合において、画素を飛ば
しながら移動，設定すればさらに高速に処理できる。

【００４１】また、（Ｓ１４）で、画素を飛ばしながら
マッチングを行えば、さらに高速に処理できる。

【００４２】本実施の形態３は、マッチングに適さない
真っ黒なパターンや真っ白なパターンだけでなく、細い
パターンや輝度がブツブツしたテクスチャーパターンも
検出しないような対策をし、類似パターンを避けて窓枠
を高速に設定するのに有効である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、誤って類
似したパターンを検出することなく特徴的なパターンを
検出できるという効果を有する。

【００４４】また、繰り返し行うパターンマッチングの
前に窓枠内の輝度情報によって、マッチングを行うか否
かの判定処理を行うため、マッチングに適さない真っ白
なパターンや真っ黒なパターンを検出しないような対策
ができ、類似パターンを避けて特徴的なパターンを検出
できるという効果を有する。また、画像によっては繰り
返しのマッチング処理を行う回数を減らすことができる
ため、より高速な検出処理も実現できるという効果を有
する。

【００４５】さらに、真っ黒なパターンや真っ白なパタ
ーンだけでなく、形状のばらつきが大きくマッチングに
適さない細いパターンや輝度がブツブツしたテクスチャ
ーパターンも検出することなく、類似パターンを避けて
特徴的なパターンを検出できる。また、画像によっては
繰り返しのマッチング処理を行う回数を減らすことがで
きるため、より高速な検出処理も実現できるという効果
を有する。

【００４６】また、本発明のパターン自動検出方法及び
その装置は、電子部品及びプリント基板のパターン自動
検出を行う視覚認識装置に利用して特徴的なパターンを
検出でき高精度な動作を行うことができる。

【００４７】さらに、この視覚認識装置を搭載した製造
装置を用いて高精度な電子機器の製作を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１，２，３におけるパター
ン自動検出方法を実施するパターン認識装置の構成図

【図２】本発明の実施の形態１，２，３における認識対
象物と窓枠の関係を示す図

【図３】本発明の実施の形態１の動作を説明するフロー
チャート

【図４】画像の処理範囲を移動させる窓枠の説明図

【図５】本発明の実施の形態２の動作を説明するフロー
チャート

【図６】本発明の実施の形態３の動作を説明するフロー
チャート

【図７】本発明の実施の形態３における窓枠内を格子状
に分割した一例図

【図８】従来の人手によるパターン認識方法の説明図

【図９】従来例の問題点を示すパターン例図

【図１０】従来例の問題点を示すパターン例図

【符号の説明】

１プリント基板２，１１窓枠３ａ，３ｂ十字形パターン３ｃ真っ黒なパターン３ｄ真っ白なパターン３ｅ細いパターン３ｆテクスチャーパターン４照明手段５認識対象物６撮像装置７Ａ／Ｄ変換部８画像メモリ部９画像処理部１０制御部１１Ａ小さな窓枠５１画像５２処理範囲

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意形状パターンの視覚認識を行う際、
類似したパターンを避けて他にない特徴的なパターンを
教示する場合に、撮像した画像の処理範囲内において、
窓枠の位置を移動させながら、窓枠内画像と、窓枠内の
画像を除いた処理範囲に対してパターンマッチングを行
い、前記パターンマッチング結果の一致度が最も高くな
る値を保存するまでを繰り返し行い、前記処理を繰り返
し行った結果のパターンマッチングの一致度の中で、一
致度が最も低くなる窓枠の位置を、特徴的なパターンの
位置として検出することを特徴とするパターン自動検出
方法。
【請求項２】前記撮像した画像の処理範囲において、
設定された窓枠内の画像の輝度を検出し、この輝度情報
の演算結果によってパターンマッチングを行うか否かを
判定し、前記判定結果によって、パターンマッチングを
行わずに次の窓枠位置へ移動させる処理を行うことを特
徴とする請求項１記載のパターン自動検出方法。
【請求項３】前記撮像した画像の処理範囲において、
設定された窓枠内を格子状に分割し、前記の各格子毎に
格子内の輝度を平滑化し、平滑化された複数の輝度情報
の演算結果によってパターンマッチングを行うか否かを
判定し、前記判定結果によって、パターンマッチングを
行わずに次の窓枠位置へ移動させる処理を行うことを特
徴とする請求項１記載のパターン自動検出方法。
【請求項４】任意形状パターンの視覚認識を行う際、
類似したパターンを避けて他にない特徴的なパターンを
教示する場合に、対象パターンを照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された対象パターンを撮像す
る撮像手段と、前記撮像された画像を保存する画像保存
手段と、前記画像保存手段によって保存された画像にお
いて、特徴的なパターンの位置を検出する請求項１記載
のパターン自動検出方法を行う画像処理手段と、前記手
段を制御する制御手段からなることを特徴とするパター
ン自動検出装置。
【請求項５】任意形状パターンの視覚認識を行う際、
類似したパターンを避けて他にない特徴的なパターンを
教示する場合に、対象パターンを照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された対象パターンを撮像す
る撮像手段と、前記撮像された画像を保存する画像保存
手段と、前記画像保存手段によって保存された画像にお
いて、特徴的なパターンの位置を検出する請求項２記載
のパターン自動検出方法を行う画像処理手段と、前記手
段を制御する制御手段からなることを特徴とするパター
ン自動検出装置。
【請求項６】任意形状パターンの視覚認識を行う際、
類似したパターンを避けて他にない特徴的なパターンを
教示する場合に、対象パターンを照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された対象パターンを撮像す
る撮像手段と、前記撮像された画像を保存する画像保存
手段と、前記画像保存手段によって保存された画像にお
いて、特徴的なパターンの位置を検出する請求項３記載
のパターン自動検出方法を行う画像処理手段と、前記手
段を制御する制御手段からなることを特徴とするパター
ン自動検出装置。