JP2002140713A

JP2002140713A - 画像処理方法およびその装置

Info

Publication number: JP2002140713A
Application number: JP2000335627A
Authority: JP
Inventors: Shiro Fujieda; 紫朗藤枝
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】輪郭形状が円形の物体について、高精度かつ
高速の位置計測処理や欠陥の有無判別を行う。【解決手段】画像入力部２より入力されたディジタル
濃淡画像データが画像メモリ３に格納されると、制御部
７は、一次処理により画像上の円の仮中心を設定する。
ついで制御部７は、濃淡画像上のエッジを抽出しつつ、
抽出されたエッジにつき仮中心とエッジとの距離、なら
びにエッジにおける濃度勾配の方向に直交する方向とエ
ッジから仮中心を見た方向とのなす角度に基づき、円周
の構成点となるエッジを特定する。さらに特定された各
エッジの座標を円の近似式に代入することにより、円の
中心点を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータに
より濃淡画像データを処理する分野に属するもので、特
に、輪郭形状が円形となる物体を観測対象として、その
位置を計測したり、輪郭形状の真円度を判別したり、輪
郭形状に欠けやバリなどの欠陥が生じていないかを判別
するための技術に関連する。

【０００２】

【従来の技術】濃淡画像上で円形状の対象物の位置を観
測する場合、従来では、２値化処理により対象物に相当
する画像領域を抽出し、その領域の重心位置を計測する
方法や、正規化相関演算により対象物のモデルに最も近
い画像領域を抽出して、その領域の重心やモデルの中心
点に対応する位置を計測する方法がとられている。

【０００３】またこの種の円形物体の輪郭に生じた欠陥
を抽出する場合に、２値輪郭追跡法、濃淡微分法などの
方法が用いられる。２値輪郭追跡法では、濃淡画像を２
値化した後、その２値画像上の白画素領域と黒画素領域
との境界位置において、周囲近傍の画素を比較しつつ境
界線（輪郭線）を構成する画素を順に追跡する。そして
これら境界線を構成する画素の連結パターンが円状のパ
ターンとは異なる場合に、欠陥が発生していると判断す
る。濃淡微分法では、対象物の濃淡画像上に、対象物の
適正な輪郭形状に沿うドーナツ状の計測領域を設定した
後、この計測領域を輪郭線を横切る方向に切り分けて複
数の小領域を設定し、隣接する小領域間の濃度差に基づ
き欠陥の有無を判断する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】２値画像を用いて中心
点の計測や輪郭追跡を行う処理は、背景部分と対象物と
の濃度差が小さい画像など、２値化による対象物の切分
けが困難な画像には適用できない。また２値化が可能で
あっても、照明条件などの外部環境によって２値画像の
状態が変動するので、正確な計測を行いたい用途には不
向きである。特に輪郭線については、量子化による誤差
が大きくなる上、周囲８近傍の画像間での輪郭線のつな
がりしか抽出できないので、エッジの傾きを４５度より
小さい単位で抽出するのは不可能であり、図７のよう
に、わずかな凹みや突出部分があっても、その欠陥を抽
出することができない、という問題が生じる。

【０００５】パターンマッチング処理は、モデルの画像
との相関が高い画像領域を抽出する方法であるから、対
象物の大きさが種々に変化するような場合は、想定され
る大きさ毎にモデルを登録する必要がある。しかも計測
処理時には、各モデル毎に相関演算処理を実施しなけれ
ばならないため、処理時間が長くなり、多数の対象物を
検査するような用途に適用するのは困難である。またこ
の方法において、たとえばモデルとのマッチングが得ら
れた画像領域の中心点を対象物の中心位置として特定す
ると、図８に示すように、対象物の輪郭の一部が欠けて
いたり、反対に輪郭の一部に突出する欠陥がある場合に
は、たとえば実際の対象物とは異なる大きさのモデルに
対する相関値が高くなるなど、相関演算結果に狂いが生
じ、中心位置の計測精度が著しく低下してしまう。

【０００６】濃淡微分法による欠陥の抽出は、大きな欠
陥が生じている場合には有効であるが、微小な欠陥につ
いては、小領域間の濃度差に顕著な差が生じないので、
欠陥を抽出するのは困難になる。また対象物が位置ずれ
していたり、大きさが変わったり、変形していたりする
と、計測領域が適切に設定されなくなり、欠陥の有無を
正確に識別できなくなる、という問題がある。

【０００７】また出願人は、以前に、円形物体を含む濃
淡画像上において、画像上の各エッジ毎に、そのエッジ
における濃度の勾配方向を表す線分を設定し、各線分の
交わり状態によって画像上の円形物体の位置を特定する
方法を提案した（国際公開公報ＷＯ９９／５２０７２
号）。この方法では、円形物体の輪郭線上の各点におけ
る濃度変化は円の接線に直交する方向で最大値を示すも
のと仮定して、各エッジにおいて濃度勾配の方向を示す
線分を設定し、多数の線分が重なる位置を円の中心とし
て認識するので、画像上の円形物体を簡単かつ高速に抽
出することが可能である。しかしながらこの方法におい
ても、輪郭線に欠けやバリなどの欠陥が生じていたり、
輪郭線に歪みがある場合は、線分の重なり状態が変わっ
てしまい、円形物体の中心位置を高精度に特定するのが
難しくなる。

【０００８】この発明は上記問題点に着目してなされた
もので、輪郭形状が円形の物体の位置の計測や欠陥の有
無判別を、高速かつ高精度に行うことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記国際公開特許ＷＯ
９９／５２０７２号公報によれば、画像上の円形物体の
中心点や輪郭線を構成するエッジの位置が既知であると
すると、中心点からエッジを見た方向は、前記エッジに
おける濃度勾配の方向を示し、各エッジにおける接線に
直交することになる。

【００１０】この発明は上記原理に着目し、観測対象物
を撮像して得た濃淡画像上に円の仮中心を設定するとと
もに、この濃淡画像上のエッジを抽出し、各エッジにお
ける濃度勾配の方向に直交する方向と前記仮中心に対す
るエッジの方向とがなす角度に基づき、前記エッジが観
測対象物の輪郭を表す円の円周を構成する点か否かを判
別するようにしている。

【００１１】前記した円の中心点を求める従来の方法
は、精度は悪いが、中心点の仮決めに用いることができ
る。すなわち前記円の仮中心は、従来の２値化処理やパ
ターンマッチング処理などにより対象物に相当する画像
領域を抽出する方法、または国際公開特許ＷＯ９９／
５２０７２号公報に示した各エッジの濃度勾配方向を示
す点の交点を計測する方法などにより計測された中心点
に相当する。

【００１２】濃淡画像上のエッジ抽出処理とは、エッジ
抽出用フィルタを用いた微分処理によって、画像上の濃
淡に所定レベル以上の変動（濃度勾配）が生じている画
素を抽出する処理をいう。なおここでは、濃度勾配が生
じた各画素を１画素単位で「エッジ」と呼んでいる。

【００１３】「エッジにおける濃度勾配の方向」とは、
エッジを境にして明るい方から暗い方へと向かう方向、
または暗い方から明るい方へと向かう方向、のいずれか
をいう。また「仮中心に対するエッジの方向」とは、仮
中心から見たエッジの方向またはエッジから見た仮中心
の方向として表される。なお「濃度勾配の方向に直交す
る方向」「仮中心に対するエッジの方向」のいずれも、
ベクトルとして数値化することができるが、所定の方向
（たとえばｘ軸の正方向）を基準にした角度として表す
のが望ましい。

【００１４】エッジが円周の構成点であれば、エッジに
おける濃度勾配の方向に直交する方向は、円の接線の方
向に相当することになる。したがって、この濃度勾配の
方向に直交する方向と仮中心に対するエッジの方向とが
なす角度は、９０度または２７０度に近似すると考えら
れるから、濃淡画像上で抽出されたエッジの中から上記
要件を満たすエッジを円周上の構成点として抽出するこ
とにより、濃淡画像上の観測対象物の輪郭を精度良く抽
出することが可能となる。

【００１５】好ましい態様によれば、前記濃淡画像上で
抽出された各エッジにつき、それぞれ前記仮中心からエ
ッジまでの距離を求め、対象物の輪郭を構成するエッジ
の候補を抽出する。候補の抽出は、たとえば仮中心から
の距離が近似する複数のエッジを抽出することによって
行われる。また観測対象物のおよその大きさがわかって
いる場合は、仮中心からの距離が画像上に現れる対象物
の半径に近似するエッジを候補として抽出するのが望ま
しい。

【００１６】このように円周を構成する点の候補を求め
た上で、各候補について、前記濃度勾配の方向に直交す
る方向と前記仮中心に対するエッジの方向とがなす角度
に基づき円の円周を構成する点か否かを判別すれば、観
測対象物の輪郭をより精度良く抽出することが可能とな
る。また画像上に、同心円のような大きさの異なる複数
の円が存在する場合も、各円毎の構成点を切り分けて精
度良く認識することができる。

【００１７】さらに上記の方法により所定数のエッジが
円周の構成点と判別されると、これらエッジの座標を用
いて観測対象物の真の中心点や半径を高精度に計測する
ことが可能となる。この計測は、具体的には、円周の構
成点であると判別された各エッジの座標やエッジの強度
を円の近似式に代入することによって実現する。この場
合に、前記図８に示すように観測対象物の輪郭が欠けて
いたり、反対にバリが生じていても、欠陥部分を取り除
いて円周の構成点となるエッジのみを抽出することがで
きるから、中心点を正確に求めることが可能となる。

【００１８】また上記円周の構成点と判別されたエッジ
を用いて、観測対象物の輪郭の真円度を求めることも可
能である。この処理は、具体的には、円周の構成点と判
別されたエッジの座標と、これら座標から求められた円
の中心点の座標とを用いて、各エッジと中心点との距離
のばらつき（偏差）を算出することによって実現する。
（各エッジによる輪郭が真円に近いほど距離のばらつき
は小さくなる。）前記の方法によれば、多数の円周の構
成点を高精度かつ高速に抽出できるので、観測対象物の
輪郭に歪みが生じていないか否かを精度良く判別でき
る。

【００１９】さらに仮中心より所定距離範囲内に円周の
構成点ではないと判別されたエッジがあるとき、このエ
ッジを観測対象物における欠陥として検出することによ
り、輪郭形状に生じた欠陥を高精度で検出することが可
能となる。すなわち円周の構成点以外のエッジにおいて
は、濃度勾配の方向を示す線分は、円の中心点を通過し
ないから、濃度勾配の方向に直交する方向と中心点から
みたエッジの方向とは直交する関係にはない。したがっ
て前記仮中心から観測対象物の半径に相当する距離範囲
に近い位置にあるエッジにおいて、濃度勾配の方向に直
交する方向と仮中心から見たエッジの方向とのなす角度
が９０度または２７０度から大きくずれる場合、このエ
ッジは、観測対象物の輪郭に生じた欠陥であると考える
ことができる。

【００２０】たとえば前記図７に示したような微小な欠
陥であっても、この欠陥部分におけるエッジの濃度勾配
の方向を示す線分は、円の中心を通過しないから、濃度
勾配の方向に直交する方向と仮中心から見たエッジの方
向とは直交する関係になく、これらの方向のなす角度か
ら欠陥を検出することが可能となる。このように、この
発明によれば、微小な欠陥であっても、精度良く検出で
きるから、高精度かつ高速の欠陥検査を実現することが
可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施例にか
かる画像処理装置の構成を示す。この画像装置１は、デ
ィジタル濃淡画像（以下単に「画像」という。）上にお
いて、プリント基板上のＢＧＡのように、画像上に現れ
る輪郭形状が円形となる物体の位置や大きさを計測する
ためのもので、画像入力部２，画像メモリ３，画像出力
部４，タイミング制御部５，文字メモリ６，制御部７，
モニタ８，Ｉ／Ｏポート９などにより構成される。

【００２２】画像入力部２は、図示しないアナログカメ
ラからの濃淡画像信号を取り込むためのインターフェイ
ス回路，前記濃淡画像信号をディジタル変換するための
Ａ／Ｄ変換回路，ノイズカット用のフィルタ回路などに
より構成される。なお前記カメラはアナログカメラに限
らず、ディジタルカメラを用いてもよい。

【００２３】前記画像メモリ３は、画像入力部２により
取り込まれたディジタル量の濃淡画像データを取り込ん
で保存する。文字メモリ６には、検査結果などの文字情
報を表示するためのテキストデータやその表示位置など
が格納される。各メモリ３，６は、それぞれアドレス／
データバス１０を介して制御部７に接続され、制御部７
からの指示に応じたデータを、タイミング制御部５から
のタイミング信号に応じて画像出力部４またはアドレス
／データバス１０に出力する。

【００２４】前記制御部７は、ＣＰＵ１１，ＲＯＭ１
２，ＲＡＭ１３を主体とし、このほかに検査のための処
理手順を示す制御プログラムがインストールされたハー
ドディスク１４を具備する。ＣＰＵ１１は、ハードディ
スク１４内の制御プログラムに基づき、アドレス／デー
タバス１０を介して各メモリに対する情報の読書きを行
いつつ目的とする計測処理を実行する。

【００２５】前記画像出力部４は、モニタ８に対し、前
記円形物体の画像データを与えるほか、一連の検査が終
了した時点で検査結果を示す文字情報などを単独または
前記画像に合成した状態で与え、画面上に表示させる。
またＩ／Ｏポート９は、キーボード，マウスなどの入力
部や、外部記憶装置，伝送部のような出力部に接続さ
れ、入力部からの各種設定データを入力したり、検査結
果を外部に出力する際に用いられる。

【００２６】この実施例の画像処理装置１では、まず画
像メモリ３に入力された画像に対し、一次、二次の二段
階の処理を実行することにより、対象物の輪郭を表す円
（以下、単に「円」という。）の中心点を精度良く求め
るようにしている。まず一次処理では、前記画像上にお
いて前記円の仮の中心点（以下、「仮中心」という。）
を求める。なおこの一次処理は、円のおよその中心を計
測するものであるが、この計測処理は公知の方法（例え
ば、画像を２値化処理して円形の画像領域を抽出し、そ
の中心を算出する方法）を用いて実施可能であるので、
ここでは詳細な説明は省略する。

【００２７】つぎに二次処理では、まず前記画像に微分
処理を施してエッジを抽出した後、これらエッジの中か
ら前記円の円周の構成点となるエッジを特定し、これら
エッジの座標を後記する円の近似式にあてはめて、円の
中心点の座標を求める。前記円周を構成するエッジの特
定処理は、各エッジの前記仮中心との距離、およびエッ
ジにおける濃度勾配の方向に直交する方向とエッジから
見た仮中心の方向とのなす角度を用いて行われる。

【００２８】以下、この二次処理の詳細を説明する。エ
ッジの抽出処理では、画像上に図２に示すような３×３
マスクを走査しつつ、走査位置毎に、マスク内の各画素
の濃度値Ｉをつぎの（１）〜（３）式にあてはめること
により、中央の画素ｇ（座標位置（ｘ，ｙ）にある画
素）について、ｘ，ｙの各軸方向毎の濃度勾配Ｅｘ
（ｘ，ｙ），Ｅｙ（ｘ、ｙ）、およびその濃度勾配の強
さ（以下「エッジ強度」という。）Ｅｉ（ｘ，ｙ）を算
出する。

【００２９】

【数１】

【００３０】

【数２】

【００３１】

【数３】

【００３２】前記濃度勾配Ｅｘ（ｘ，ｙ），Ｅｙ（ｘ，
ｙ）は、着目画素ｇを境にした濃度の変化量をｘ，ｙの
各軸方向毎に示したものである。エッジ強度Ｅｉ（ｘ，
ｙ）は、これら濃度勾配Ｅｘ（ｘ，ｙ），Ｅｙ（ｘ，
ｙ）の示すベクトルの合成ベクトルの長さに相当するも
ので、このエッジ強度Ｅｉ（ｘ，ｙ）が所定値を越える
とき、着目画素ｇはエッジとして認定される。またこの
合成ベクトルの示す方向によって、着目画素ｇを境とし
て濃度が変化する方向（すなわち濃度勾配の方向）が示
されることになる。

【００３３】なおこの実施例では、後記するように、ソ
フトウェア処理によりマスクを走査してエッジ抽出処理
を行っているが、これに限らず、専用の微分回路により
画像メモリ３への画像入力と平行させてエッジ抽出処理
を行い、生成されたエッジ画像を用いて以下の処理を行
うようにしてもよい。

【００３４】図３は、前記濃度勾配の方向およびこの方
向に直交する方向の表し方を示す。この実施例では、濃
度の高い方から低い方へと向かう方向をエッジにおける
濃度勾配の方向としている。図３は、対象物の濃度が背
景よりも小さい場合（すなわち対象物が背景よりも暗い
場合）の輪郭形状の一部を拡大して示している。図中、
Ｅは、前記（１）〜（３）式により抽出されたエッジで
あり、Ｆは、このエッジＥにおける濃度勾配の方向を示
すベクトル、ＣはベクトルＦに直交する方向（エッジＥ
が円周の構成点であれば、円の接線を示す方向とな
る。）を、それぞれ示す。

【００３５】この実施例では、エッジＥからｘ軸の正方
向に向かうベクトルＢを基準として、ベクトルＣをベク
トルＢから半時計回り方向に見たときの角度Ｅｃ（ｘ，
ｙ）により、ベクトルＣの方向を表すようにしている。
（以下角度Ｅｃ（ｘ，ｙ）を「エッジコード」とい
う。）

【００３６】前記ベクトルＦは、前記（１）（２）式に
より得た濃度勾配Ｅｘ（ｘ，ｙ），Ｅｙ（ｘ，ｙ）の合
成ベクトルであり、ベクトルＣはベクトルＦに直交する
ベクトルであるから、エッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）は、
濃度勾配Ｅｘ（ｘ，ｙ），Ｅｙ（ｘ，ｙ）の値に応じて
下記〜のいずれかの式によって求められる。

【００３７】Ｅｘ（ｘ，ｙ）＞０およびＥｙ（ｘ，ｙ）≧０
のとき、Ｅｃ（ｘ，ｙ）＝ａｔａｎ（Ｅｙ（ｘ，ｙ）／Ｅｘ
（ｘ，ｙ））Ｅｘ（ｘ，ｙ）＞０およびＥｙ（ｘ，ｙ）＜０
のとき、Ｅｃ（ｘ，ｙ）＝３６０＋ａｔａｎ（Ｅｙ（ｘ，ｙ）／
Ｅｘ（ｘ，ｙ））Ｅｘ（ｘ，ｙ）＜０のとき、Ｅｃ（ｘ，ｙ）＝１８０＋ａｔａｎ（Ｅｙ（ｘ，ｙ）／
Ｅｘ（ｘ，ｙ））Ｅｘ（ｘ，ｙ）＝０およびＥｙ（ｘ，ｙ）＞０
のとき、Ｅｃ（ｘ，ｙ）＝０Ｅｘ（ｘ，ｙ）＝０およびＥｙ（ｘ，ｙ）＜０
のとき、Ｅｃ（ｘ，ｙ）＝１８０

【００３８】さらにこの実施例では、エッジＥから見た
仮中心の方向を、エッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）と同様
に、ベクトルＢから半時計回り方向に見た角度によって
示す。（以下、この角度を「エッジ方向コードＥａ
（ｘ，ｙ）」という。）この場合に、仮中心の座標を
（ｘ１，ｙ１）、エッジＥの座標を（ｘ，ｙ）とし、Ｘ
＝ｘ−ｘ１、Ｙ＝ｙ１−ｙとおくと、エッジ方向コード
Ｅａ（ｘ，ｙ）は、Ｘ，Ｙの値に応じて、つぎのａ〜ｅ
のいずれかの式によって求められる。

【００３９】ａ．Ｘ＞０およびＹ≧０のときＥａ（ｘ，ｙ）＝ａｔａｎ（Ｙ／Ｘ）ｂ．Ｘ＞０およびＹ＜０のときＥａ（ｘ，ｙ）＝３６０＋ａｔａｎ（Ｙ／Ｘ）ｃ．Ｘ＜０のときＥａ（ｘ，ｙ）＝１８０＋ａｔａｎ（Ｙ／Ｘ）ｄ．Ｘ＝０およびＹ＞０のときＥａ（ｘ，ｙ）＝０ｅ．Ｘ＝０およびＹ＜０のときＥａ（ｘ，ｙ）＝１８０

【００４０】図４は、エッジＥが円周の構成点である場
合の前記エッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コー
ドＥａ（ｘ，ｙ）との関係を示す。図中、Ｐは前記円の
仮中心であり、Ａは、エッジＥから見た仮中心Ｐの方向
を示すベクトルである。なおその他のベクトルＢ，Ｃに
ついては、前記図３と同様である。

【００４１】いま仮にこの仮中心Ｐが、円の実際の中心
点に一致するものとすると、ベクトルＡは、エッジＥに
おける濃度勾配の方向（図３のベクトルＦ）に重なるこ
とになり、ベクトルＡとベクトルＣとがなす角度、言い
換えればエッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コー
ドＥａ（ｘ，ｙ）との差分値は、９０度となる。なお対
象物の濃度が背景よりも高い場合（対象物が背景よりも
明るい場合）は、ベクトルＣの向きが反転するから、エ
ッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コードＥａ
（ｘ，ｙ）との差分値は、２７０度となる。

【００４２】この実施例では、上記原理に基づき、円周
の構成点の候補として抽出した各エッジにつき、それぞ
れエッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コードＥａ
（ｘ，ｙ）とを算出した後に両コード間の差分をとる。
そしてこの差分値が９０度（または２７０度）に近似す
る場合に、前記エッジが円周の構成点であると判断して
いる。

【００４３】一般に、円の中心点の座標を（−ａ，−
ｂ）とすると、円の方程式は、ｘ²＋ｙ²＋２ａｘ＋２ｂ
ｙ＋ｃ＝０と表される。このことから、円周上の複数
点の座標（ｘ_n，ｙ_n）が抽出されている場合に、これら
の点を通る円の中心点はつぎの（４）〜（１１）式を順
に実行することによって求めることができる。

【００４４】

【数４】

【００４５】

【数５】

【００４６】

【数６】

【００４７】

【数７】

【００４８】

【数８】

【００４９】

【数９】

【００５０】

【数１０】

【００５１】

【数１１】

【００５２】図５は、上記した二次処理の詳細な手順を
示す。なお入力画像上に複数の対象物が存在する場合
は、各対象物毎にこの手順が実行されることになる。ま
ず最初のＳＴ１では、この二次処理に先だって行われた
一時処理により設定された円の仮中心の位置、および対
象物の想定される大きさに基づき、画像上に所定大きさ
の矩形の計測領域を設定する。

【００５３】図中の（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）
は、前記計測領域の左上および右下の頂点に相当する座
標を示す。ＳＴ２，３では、まず最初の着目画素を計測
領域の左上頂点の画素に設定し、以下、着目画素を１つ
ずつずらしながら、各画素につきＳＴ４〜１３の処理を
順に実行する。

【００５４】着目画素について、ＳＴ４では、前記
（１）（２）式により濃度勾配Ｅｘ（ｘ，ｙ），Ｅｙ
（ｘ，ｙ）を算出し、さらにつぎのＳＴ５では、（３）
式によりエッジ強度Ｅｉ（ｘ，ｙ）を算出する。つぎの
ＳＴ６では、算出されたエッジ強度Ｅｉ（ｘ，ｙ）を所
定のしきい値ＬＶと比較する。ここでエッジ強度Ｅｉ
（ｘ，ｙ）がしきい値ＬＶを上回る場合は、着目画素が
エッジであると判断してＳＴ７に進み、前記仮中心Ｐか
ら着目画素までの距離Ｌを算出する。

【００５５】つぎにＳＴ８では、前記距離Ｌを対象物の
大きさの想定値から割り出される半径ｒと比較する。こ
こで距離Ｌの半径ｒに対する差が所定の誤差ｄの範囲内
であれば、着目画素を円周を構成する点の候補と判断
し、ＳＴ９でエッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）を、ＳＴ１０
でエッジ方向コードＥａ（ｘ，ｙ）を、それぞれ算出す
る。

【００５６】さらにＳＴ１１では、前記エッジコードＥ
ｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コードＥａ（ｘ，ｙ）との差
を算出する。この差分値ｄθと９０度との差異が所定の
しきい値ＴＨ以内であれば、つぎのＳＴ１２が「ＹＥ
Ｓ」となってＳＴ１３に進み、着目画素の座標（ｘ，
ｙ）およびそのエッジ強度Ｅｉ（ｘ，ｙ）を、前記
（４）〜（１０）式の各Σ演算のｎ番目の要素として設
定する。なお対象物が背景より明るい場合は、ＳＴ１２
では、ｄθと２７０度との差分値をしきい値ＴＨと比較
することになる。

【００５７】計測領域内のすべての画素に対する処理が
終了すると、ＳＴ１８へと進み、前記ＳＴ２〜１７のル
ープにおいて設定された各要素を用いて（４）〜（１
０）式を実行する。さらにこれら演算式により得られた
Ｓｘｘ，Ｓｙｙ，Ｓｘｙ，Ｓｙｘ，Ａ，Ｂの各値を（１
１）式にあてはめることにより、円の中心点の座標（−
ａ，−ｂ）を求める。

【００５８】なお、上記の手順では、画像上の対象物の
およその大きさを想定し、ＳＴ７，８において、仮中心
Ｐから対象物の半径ｒに近似する距離を隔てた地点に位
置するエッジを円周の構成点の候補として抽出してい
る。しかしながら対象物の大きさの想定が困難な場合
は、まず画像上のすべてのエッジについて仮中心Ｐから
の距離Ｌを算出した後に、距離Ｌの算出値が近似する複
数のエッジを抽出し、さらにエッジコードＥｃ（ｘ，
ｙ）およびエッジ方向コードＥａ（ｘ，ｙ）を用いて、
円周の構成点となるエッジを絞り込むとよい。

【００５９】このように、各エッジについての仮中心Ｐ
からの距離、および前記エッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）と
エッジ方向コードＥａ（ｘ，ｙ）との差分値により円周
を構成するエッジを抽出するので、仮に対象物の輪郭形
状に欠けやバリなどの欠陥があっても、その欠陥部分に
相当するエッジを抽出することなく、円周の構成点とな
るエッジを精度良く抽出することができる。したがって
これらのエッジの座標を上記（４）〜（１１）式にあて
はめることにより、円の中心点を精度良く計測すること
ができるので、たとえばプリント基板上の各ＢＧＡの装
着位置を高い精度で抽出するような用途に適した計測を
実現することができる。また計測された中心点の座標と
各エッジの座標とを用いて、円の半径を求めることによ
り、対象物の大きさを正確に計測することも可能とな
る。

【００６０】さらに上記した円周の構成点の抽出方法
は、対象物の位置や大きさの計測に限らず、対象物の輪
郭形状の真円度を判別したり、欠けやバリなどの欠陥を
抽出する処理にも適用することができる。

【００６１】真円度を判別する場合、前記図５の手順に
より算出された中心点Ｐの座標（ｘ ₀，ｙ₀）（ｘ₀＝−
ａ，ｙ₀＝−ｂ）と、円周の構成点として抽出された各
エッジの座標（ｘ_n，ｙ_n）とを（１２）式にあてはめ
て、各エッジ毎に中心点からの距離Ｒ_nを算出した後、
各距離Ｒ_nを（１３）式にあてはめることにより、評価
値Ｓを算出する。

【００６２】

【数１２】

【００６３】

【数１３】

【００６４】前記評価値Ｓは、距離Ｒ_nの標準偏差に相
当する。各エッジによる輪郭線が真円に近いほど、各距
離Ｒ_n間のばらつきは小さくなると考えられるから、評
価値Ｓの値が小さいほど高い真円度が示されることにな
る。

【００６５】また輪郭形状の欠陥の抽出は、前記エッジ
コードＥｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コードＥａ（ｘ，
ｙ）との差ｄθを用いて行うことができる。図６は、欠
陥を抽出する場合の手順を示す。なおこの手順では、前
記図５の手順と区別するために、各ステップを「ｓｔ」
と示す。

【００６６】この手順でも、前記図５の手順と同様に、
ｓｔ１で一次処理によって抽出された仮中心Ｐに基づき
計測領域が設定された後、ｓｔ２〜１７のループにおい
て計測領域内の各画素に対する処理が実行される。なお
ここでは図示していないが、ｓｔ２〜１７のループを実
行するに先立ち、計測領域内の各画素につき、それぞれ
後記するフラグデータＤ（ｘ，ｙ）を初期値の「０」に
設定する処理が実行される。

【００６７】ｓｔ２〜１７のループにおいては、ｓｔ１
１までは前記図５と同様の処理が実行される。すなわち
着目画素がエッジであり、かつ仮中心Ｐからの距離Ｌに
よって円周を構成する点の候補であると判別した場合
に、エッジコードＥｃ（ｘ，ｙ）およびエッジ方向コー
ドＥａ（ｘ，ｙ）を算出し、両コードの差ｄθを算出す
る。

【００６８】つぎのｓｔ１２では、前記エッジコードＥ
ｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コードＥａ（ｘ，ｙ）との差
分値ｄθを９０度と比較する。この実施例では、９０度
に対するｄθの差がしきい値ＴＨより大きく異なる場合
にｓｔ１３に進み、フラグデータＤ（ｘ，ｙ）を「１」
に設定することにより、着目画素が欠陥であることを記
憶する。

【００６９】上記ＳＴ２〜１７のループが終了すると、
ｓｔ１８では、前記計測領域内においてフラグデータＤ
（ｘ，ｙ）が１となる画素を抽出する。さらにｓｔ１９
では、前記モニタ８やＩ／Ｏポート９に対し、ｓｔ１８
で抽出された画素の個数や各画素の座標位置などを出力
する。（ただしＤ（ｘ，ｙ）＝１となる画素がない場合
は、ｓｔ１９の処理をスキップ、または「欠陥なし」を
示す所定のデータを出力する。）

【００７０】従来の２値輪郭追跡法では、周囲８近傍の
画素間での輪郭線のつながりしか抽出できないので、４
５度より小さい単位でエッジの傾きを抽出することは不
可能であった。これに対し、上記の手順によれば、欠け
や凹みの角度が４５度より緩やかであったり、微小な欠
陥であっても、欠陥に対応するエッジにおけるエッジコ
ードＥｃ（ｘ，ｙ）とエッジ方向コードＥａ（ｘ，ｙ）
との間に直交する関係が成立しないから、両コード間の
差分値により欠陥を簡単かつ高い精度で抽出することが
可能となる。

【００７１】

【発明の効果】この発明によれば、濃淡画像上に円の仮
中心を設定するとともに、画像上のエッジを抽出し、仮
中心からエッジまでの距離、ならびにエッジにおける濃
度勾配の方向に直交する方向と仮中心に対するエッジの
方向とがなす角度に基づき、各エッジが観測対象物の輪
郭を表す円の円周を構成する点か否かを判別するように
した。したがって、円周の構成点を高速かつ高い精度で
抽出して、対象物の位置や大きさ、真円度などを精度良
く計測することが可能となる。また対象物の円状の輪郭
に生じた欠陥を精度良く抽出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる画像処理装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】エッジ抽出処理に用いるマスクを示す説明図で
ある。

【図３】濃度勾配を示す方向、およびその方向に直交す
る方向、およびエッジコードの関係を示す説明図であ
る。

【図４】円周の構成点におけるエッジコードとエッジ方
向コードとの関係を示す説明図である。

【図５】対象物の輪郭形状の中心点を求めるための二次
処理の手順を示すフローチャートである。

【図６】対象物の輪郭形状の欠陥を検出するための二次
処理の手順を示すフローチャートである。

【図７】対象物の輪郭に微小な欠陥が生じた場合を示す
説明図である。

【図８】対象物の輪郭に欠けが生じた場合を示す説明図
である。

【符号の説明】

１画像処理装置２画像入力部３画像メモリ７制御部１１ＣＰＵ

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA17 AA48 AA49 BB05 DD03 FF04 FF42 HH02 JJ03 JJ26 QQ03 QQ13 QQ17 QQ21 QQ24 QQ33 QQ34 2G051 AA65 AB03 CA03 CA04 EA08 EA11 EA14 EB01 ED05 ED23 5B057 DA03 DB02 DB09 DC02 DC03 DC08 DC16 5L096 BA03 DA02 FA04 FA06 FA62 FA65 FA66 FA67 GA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】輪郭形状が円形の物体を観測するための
方法であって、観測対象物を撮像して得た濃淡画像上に円の仮中心を設
定するとともに、前記濃淡画像上のエッジを抽出し、各
エッジにおける濃度勾配の方向に直交する方向と前記仮
中心に対するエッジの方向とがなす角度に基づき、前記
エッジが前記観測対象物の輪郭を表す円の円周を構成す
る点か否かを判別することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】輪郭形状が円形の物体を観測するための
方法であって、観測対象物を撮像して得た濃淡画像上に円の仮中心を設
定するとともに、前記濃淡画像上のエッジを抽出し、各
エッジにつきそれぞれ前記仮中心からエッジまでの距
離、ならびにそのエッジにおける濃度勾配の方向に直交
する方向と前記仮中心に対するエッジの方向とがなす角
度に基づき、前記エッジが前記観測対象物の輪郭を表す
円の円周を構成する点か否かを判別することを特徴とす
る画像処理方法。
【請求項３】請求項１または２に記載された画像処理
方法において、前記円周を構成する点であると判別された各エッジを用
いて観測対象物の中心点または半径の少なくとも一方を
求めることを特徴とする画像処理方法。
【請求項４】請求項１または２に記載された画像処理
方法において、前記円周を構成する点であると判別された各エッジを用
いて観測対象物の輪郭の真円度を求めることを特徴とす
る画像処理方法。
【請求項５】請求項４に記載された画像処理方法にお
いて、前記真円度として、前記円周を構成する点であると判別
されたエッジの座標とこれら座標から求められた円の中
心点の座標とを用いて、各エッジと中心点との距離の偏
差を算出することを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】請求項１または２に記載された画像処理
方法において、前記仮中心より所定距離範囲内に円周を構成する点では
ないと判別されたエッジがあるとき、このエッジを前記
観測対象物における欠陥として検出することを特徴とす
る画像処理方法。
【請求項７】輪郭形状が円形の物体を観測するための
装置であって、前記観測対象物を撮像して得た濃淡画像を取り込む画像
入力手段と、前記濃淡画像上のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、前記エッジ抽出手段により抽出された各エッジが、観測
対象物の輪郭を表す円の円周を構成する点であるか否か
をエッジ毎に判別する判別手段と、前記判別手段による判別結果を用いて所定の認識処理を
行う認識処理実行手段とを具備し、前記判別手段は、前記濃淡画像上の所定位置に円の仮中
心を設定し、前記エッジ抽出手段により抽出された各エ
ッジにつき、それぞれそのエッジにおける濃度勾配の方
向に直交する方向と前記仮中心に対するエッジの方向と
がなす角度に基づき、前記エッジが前記円周を構成する
点であるか否かを判別して成る画像処理装置。
【請求項８】輪郭形状が円形の物体を観測するための
装置であって、前記観測対象物を撮像して得た濃淡画像を取り込む画像
入力手段と、前記濃淡画像上のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、前記エッジ抽出手段により抽出された各エッジが、観測
対象物の輪郭を表す円の円周を構成する点であるか否か
をエッジ毎に判別する判別手段と、前記判別手段による判別結果を用いて所定の認識処理を
行う認識処理実行手段とを具備し、前記判別手段は、前記濃淡画像上の所定位置に円の仮中
心を設定し、前記エッジ抽出手段により抽出された各エ
ッジにつき、それぞれ前記仮中心からエッジまでの距
離、ならびにそのエッジにおける濃度勾配の方向に直交
する方向と前記仮中心に対するエッジの方向とがなす角
度に基づき、前記エッジが前記円周を構成する点である
か否かを判別して成る画像処理装置。
【請求項９】前記認識処理実行手段は、前記円周を構
成する点であると判別された各エッジを用いて観測対象
物の中心点または半径の少なくとも一方を求める請求項
７または８に記載された画像処理装置。
【請求項１０】前記認識処理実行手段は、前記円周を
構成する点であると判別された各エッジを用いて観測対
象物の輪郭の真円度を求める請求項７または８に記載さ
れた画像処理装置。
【請求項１１】前記認識処理実行手段は、前記真円度
として、前記円周を構成する点であると判別されたエッ
ジの座標とこれら座標から求められた円の中心点の座標
とを用いて、各エッジと中心点との距離の偏差を算出す
る請求項１０に記載された画像処理装置。
【請求項１２】前記認識処理実行手段は、前記仮中心
より所定距離範囲内において円周を構成する点ではない
と判別されたエッジがあるとき、このエッジを前記観測
対象物における欠陥として検出する請求項７または８に
記載された画像処理装置。