JP2004070394A - ワークの良否識別用カラーパターンマッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】良品と不良品の差異が小さい場合(例えば、ワークが同じで色違いのカプセル錠剤の場合)であっても、ワークの良・不良を正確に区別することができるカラーパターンマッチング方法を提供する。
【解決手段】カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像との間のマッチング率を求めてワークの良否を判断するカラーパターンマッチング処理において、ターゲット画像およびマスタ画像を各々R,G,B3枚のカラープレーンから構成し、ターゲット画像の各プレーンとマスタ画像の各プレーンとの間のマッチング率kを特定の演算により一括して直接求め、最大マッチング率Kからワークの良否を識別する。
【選択図】 図4
【解決手段】カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像との間のマッチング率を求めてワークの良否を判断するカラーパターンマッチング処理において、ターゲット画像およびマスタ画像を各々R,G,B3枚のカラープレーンから構成し、ターゲット画像の各プレーンとマスタ画像の各プレーンとの間のマッチング率kを特定の演算により一括して直接求め、最大マッチング率Kからワークの良否を識別する。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明はワーク(検査対象物)の良否の識別に有効なカラーパターンマッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワーク、例えば医薬品や医療機器を包装する直前または包装直後に、指定された薬品や機器が正規の位置に正しく入っているかどうかを検査することは、医薬品や医療機器の安全上きわめて重要である。従来は検査員が目視で検査していたが、人為的ミスが発生する、全数検査が処理能力的に難しく抜き取り検査しかできないという問題があった。従来、これを画像処理で行う試みは以下のごとくである。
【0003】
図1は、コンベア上を移動するカプセル錠剤を画像処理で検査する検査装置1を示している。検査装置1は、カプセル錠剤2を搬送するコンベア3、検査ポジションでカプセル錠剤2を撮像するモノクロTVカメラ4、検査ポジションでカプセル錠剤2を検出する光電センサ5および画像処理装置29から構成されている。コンベア3上をカプセル錠剤2が流れ、これらを検査ポジションiの位置で画像処理するものとする。
【0004】
図2は、画像処理装置29における画像処理を示している。あらかじめ正規のカプセル錠剤2を撮像しておき、この撮像画像の一部を切り出してマスタ画像6とし、画像処理装置29に記憶させておく。カプセル錠剤2が検査ポジションiにくると、モノクロTVカメラ4はカプセル錠剤2を撮像し、ターゲット画像7を得る。画像の取得タイミングは、光電センサ5からの信号により得る。ターゲット画像7と、マスタ画像6との間でパターンマッチングを行い、ターゲット画像中の最大マッチング率とそのときの位置を獲得する。
【0005】
通常、マスタ画像6は、ターゲット画像7より小さいので、画像処理装置29は、まず最初にマスタ画像6をターゲット画像7の左上隅に合わせその位置でのマッチング率を取得し、マスタ画像6を左右上下に動かしながらそれらの位置ごとに順次マッチング率を取得する。この処理を右下隅にマスタ画像6を合わせるまで行い、この中で一番大きいマッチング率が最大マッチング率で、そのときの位置がマッチング位置である。
【0006】
このときに使用されるパターンマッチング手法にはいろいろあるが、S/N比が最も高い手法としてよく用いられるのが正規化相関法である。上の例では、各ポジションのワークが検査ポジションiにきた時に正規化相関法によるパターンマッチングを行うと、ターゲット画像7とマスタ画像6との最大マッチング率は下表のようになる。
【0007】
【表1】
【0008】
ポジションbやfのカプセル錠剤2は最大マッチング率が低くなるので、良品と不良品とのマッチング率の識別境界を50%〜80%におけば、良品と不良品を分類できそうである。しかし、形が同じで色違いのカプセル錠剤2は識別できず、ポジションhのカプセル錠剤2は良品となってしまう。そこでカラーTVカメラを用いてカラー情報を用いたパターンマッチングを行えば、色違いも識別できそうである。
【0009】
図3は医薬品や医療機器の検査に限らず、一般にカラーのパターンマッチングとして知られている方法を示す。ターゲット画像8とマスタ画像9のR,G,Bの各プレーンのパターンマッチングは、ターゲット画像8のRプレーンとマスタ画像9のRプレーンとのパターンマッチングを行い、そのプレーン間マッチング率の最大値をKR とし、同様にターゲット画像8のGプレーンとマスタ画像9のGプレーンとの間パターンマッチングを行い、そのプレーン間マッチング率の最大値をKG とし、ターゲット画像8のBプレーンとマスタ画像9のBプレーンとのパターンマッチングを行い、そのプレーン間マッチング率の最大値をKBとし、その得られた各プレーン間マッチング率の最大値KR ,KG ,KB を用いて最大マッチング率Kを求めるものである。
【0010】
これは、特開平10−228318号公報「位置ずれ計測の方法と位置決め装置」などに記載されるように、K=max(KR ,KG ,KB )としてもよい。また、色違いの識別では、マスタ画像9との色の違いをより際だたせるために、最もプレーン間マッチング率の最大値が低い値を指標とするのがよいとも考えられ、K=min(KR ,KG ,KB )としてもよい。また、K=(KR +KG +KB )/3やK=(KR ・KG ・KB )1/3という識別指標も考えられる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
さて,モノクロの正規化相関法によるパターンマッチングでは識別できないポジションhのカプセル錠剤2に対して、カラーの、すなわち各R,G,Bの3枚のプレーン毎に上記の正規化相関法によるパターンマッチングを行った場合、マッチング率の最大値KR ,KG ,KB は図3のようになった。KR ,KG ,KB を用いて最大マッチング率Kを求めると、K=min(KR ,KG ,KB )やK=(KR +KG +KB )/3、およびその他いずれの手法を用いてもKは94〜98%の値となり、正規化相関法を各R,G,Bプレーンに適用したカラーパターンマッチングを行った場合でもポジションhのカプセル錠剤2を不良品としてうまく識別できない。
【0012】
これは、正規化相関値が、ターゲット画像8やその各R,G,Bプレーンの明るさの変化の影響を全く受けない性質による。上記の例では、Rプレーンのターゲット画像8とマスタ画像9の模様のついた部分は白や黒ではない濃度値があることを示し、ターゲット画像8とマスタ画像9とは、この図中の模様部分の濃度値は互いに異なるが正規化相関法では単に明るさの変化の影響としてとらえるため、最大正規化相関値を求めると94%という高い値になってしまう。これはGプレーン、Bプレーンにおいても同様である。特に医薬品において錠剤は単純な形が多く、各プレーンの部分領域同士では濃淡の差があっても、各プレーン同士の最大正規化相関値は100%に近い値となり、正規化相関法を各R,G,Bプレーンに適用したカラーパターンマッチングでは良品と不良品の識別が困難である。
【0013】
なお各プレーン毎の正規化相関値を求めるのではなく、各プレーン毎の濃度差の絶対値の総和を求める手法があり、これを用いれば上記ポジションhのカプセル錠剤2では、各プレーン毎の濃度差の絶対値の総和は大きいので識別は可能である。ただこの手法をモノクロパターンマッチングに用いた場合、ターゲット画像の明るさが変わると濃度差の総和が大きくなってマッチングミスを起こしてしまうとういう問題があり、これを改善するために提案されたのが前述の正規化相関法である。これは、カラーパターンマッチングでも同様であり、ターゲット画像の明るさの変化の影響を受けてはならない。よって各プレーン毎の濃度差の絶対値の総和を求め、これをマッチング率の指標として用いる手法は使えない。
【0014】
したがって、本発明の目的は、カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像との間のマッチング率を求めてワークの良否を判断するパターンマッチング処理において、良品と不良品の差異が小さい場合(例えば、形が同じで色違いのカプセル錠剤の場合)であっても、ワークの良・不良を正確に区別することができるカラーパターンマッチング方法を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的のもとに本発明は、カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像との間のマッチング率を求めてワークの良否を判断するカラーパターンマッチング処理において、ターゲット画像およびマスタ画像を各々R,G,B3枚のカラープレーンから構成し、ターゲット画像の各プレーンとマスタ画像の各プレーンとの間のマッチング率kを以下の演算により一括して直接求め、最大マッチング率Kからワークの良否を識別している。
【0016】
【数2】
【0017】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明を用いた検査装置10を示している。検査装置10は、カラーTVカメラ11、光源としての照明12、カプセル錠剤等のワーク13、ワーク13を搬送するコンベア14および画像処理装置15から構成されている。画像処理装置15は、カラーTVカメラ11で撮像したワーク13のカラー映像信号をA/D変換部17により変換した後、ターゲット画像16として記憶する画像メモリ18、本発明のワークの良否識別用カラーパターンマッチング方法を記述したプログラム記憶媒体19、プログラムを実行するCPU20およびメモリ21、マスター画像Fのデジタルデータを記憶するマスタ画像記憶部22、マウス等の入出力機器23を接続する入出力部24、D/A変換部25を介して接続される画像表示部としてのディスプレイ26から構成されている。
【0018】
図5は、本発明の具体例を示している。マスタ画像Fは、あらかじめマスタとするワーク13をカラーTVカメラ11で撮像しておき、その部分画像をディスプレイ26に表示された画像を見ながら、マウス等の入出力機器23を用いて人手で切り出す。マスタ画像Fはマスタ画像記憶部22に記憶される。なお、マスタ画像Fの総画素数は、N個とする。
【0019】
画像処理装置15は、ターゲット画像16中の部分画像fとマスタ画像Fとのマッチングを行い、マッチング率を得、この部分画像fをターゲット画像16中で縦横に動かしながら、最もマッチング率が高くなる位置をマッチング位置とする。ここに部分画像fの大きさはマスタ画像Fと同じ大きさである。
【0020】
カラーTVカメラ11からのワーク13のカラー映像信号は、A/D変換部17を通って画像メモリ18に入り、ターゲット画像16となる。ここにA/D変換部17はR,G,Bそれぞれの色用の3つのA/D変換手段を並列に備える。RはRed(赤色)、GはGreen(緑色)、BはBlue(青色)である。画像メモリ18もRプレーン、Gプレーン、Bプレーンの3枚ある。通常は8bitの連続したメモリ空間からなるプレーン3枚で構成されるが、24bitの連続したメモリ空間1枚で構成される場合もある。この場合は1バイトづつの画素3バイトがR,G,Bの順に連続したものであるが、これもRプレーン、Gプレーン、Bプレーンの3枚のプレーンから構成されると考える。
【0021】
なお、入出力部24は、カラーTVカメラ11からの撮像タイミングを決める光電センサ27や、不良品を振り分けるNG排出コンベア28にも接続されている。マスタ画像Fとターゲット画像fとの間でのカラーパターンマッチングは、プログラム記憶媒体19内のプログラムにしたがって、CPU20により実行される。
【0022】
さて、本発明によるワークの良否識別用カラーパターンマッチング方法において、マッチング率は以下のように求める。
【0023】
【数3】
【0024】
なお従来法における各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB は以下のとおりである。
【0025】
【数4】
【0026】
従来法では各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB を求めた上で、これら3つのプレーン毎最大マッチング率の相互演算によってマッチング率を求めていた。このためワークの色が違っていても各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB が100%に近い値となる場合があり、相互演算で得られる総合マッチング率も100%に近い値になってしまう。これに対し、提案手法ではこのような影響はない。たとえば、形が同じで色違いのカプセル錠剤2(図1のポジションh )は、表2に示すようにマッチング率34%となる。これに対し、形が同じで色違い以外のケースでは、マッチング率はモノクロ画像の正規化相関による場合の表1とほとんど変わらない。そこで良品と不良品との識別境界を50%〜80%におけば、良品と不良品を正しく分類できるようになる。
【0027】
【表2】
【0028】
なお、本発明は医薬品や医療品の検査だけではなく、電子部品や機械部品などの工業製品中の部品検査、また印刷業界におけるカラー印刷パターンのチェックにも応用できる。
【0029】
ちなみに、本発明の提案手法は、いわばカラー正規化相関法とよぶべきものであるが、階層化によって高速化できる。すなわち、このカラー正規化相関法の階層化による高速化では、各R,G,Bプレーン各々において、縦横1/2サイズのターゲット画像とマスター画像を作って、その得られた縮小画像(ターゲット画像とマスター画像)においてカラー正規化相関係数が最大となる画素を求める粗探索と、その画素に対応する縮小元の画像の対応画素の近傍の中からカラー正規化相関係数が最大になる画素を求める精探索からなる処理を数階層組み合わせることにより高速化を図ることができる。1階層あがることにより処理速度は16倍になる。
【0030】
なお、このような階層化処理というのは、ターゲット画像およびマスター画像(テンプレート)をそれぞれ縦横1/2づつに縮小し、その縮小した画像同士で正規化相関を行って、得られた候補点に対応する元の大きさの画像の対応点近傍画素で詳細な正規化相関を行うものである。通常この縦横1/2に縮小されたターゲットとマスターの画像で正規化相関を行うことを、1階層あがって粗探索を行うという。また、粗探索により得られた候補点(画素)から、縦横2倍の元の画像の対応点近傍で詳細な正規化相関を行って詳細な候補点を求めることを1階層さがって精探索を行うという。実用化時は1階層だけでなく、通常は2〜5階層程度の階層化を行う。これは、ピラミッドの階層に似ているのでピラミッド階層化ともいう。1つの階層化により処理速度は16倍になり、3階層化では4096倍になる。通常3階層では処理速度は数ミリ秒から数十ミリ秒で十分に実用的であるが(2002年現在、VGAサイズモノクロ画像に対する128×128サイズマスタ画像を用いたCPUによる正規化相関処理)、逆に言えば、階層処理なしには数十秒〜数分かかることになる。
【0031】
ところが、今から10年以上前では、CPUの性能が今よりも100倍以上遅く、CPUを用いての正規化相関の実用的な処理を行うことは難しかった。このため正規化相関の高速化は、階層化手法の適用だけでなく、その階層化手法を含めた正規化相関処理自体を論理回路で作ったハードウェアを採用して初めて実現化した。このため正規化相関法は1つのハードウェア資産となっており、従来技術のカラーのパターンマッチング(段落番号0011)で、各プレーン毎の正規化相関によるマッチング率の最大値KR ,KG ,KB を求め、これらの各プレーン毎のマッチング率の最大値から最大マッチング率Kをもとめていたのは、この正規化相関法のハードウェア資産を利用するためである。ところが今日ではCPUの処理能力向上に伴い、正規化相関自体が階層化処理を用いて実時間で処理できるようになったため、本提案のカラー正規化相関法もCPUを用いて階層化処理を併用することにより、十分に実用的な時間で処理できる。本提案手法では、VGAサイズカラー画像に対し、128×128画素サイズマスタ画像を用いて3階層高速化を図ると、CPU処理で、0.1秒以内で処理できる。
【発明の効果】
本発明では、カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像のマッチング率を求め、このマッチング率によりワークの良否を判断するパターンマッチング処理において、ターゲット画像およびマスタ画像が各々R,G,B3枚のカラープレーンから構成され、ターゲット画像とマスタ画像との間の各プレーン間のマッチング率を求めてから、それらプレーン間マッチング率の相互演算によりマッチング率を得る手順を踏まず、3枚のプレーン間どうしのマッチング率を直接求めるから、従来方法の欠点つまりワークの色が違っていても各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB が100%に近い値となることがなくなり、この結果、良品と不良品とを確実に区別できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンベア上を移動するカプセル錠剤を画像処理で検査する検査装置の説明図である。
【図2】画像処理装置における画像処理を示す説明図である。
【図3】一般的な、カラーのパターンマッチングとして知られている方法を示す説明図である。
【図4】本発明を用いた検査装置10の説明図である。
【図5】本発明の具体例である。
【符号の説明】
1 検査装置
2 カプセル錠剤
3 コンベア
4 モノクロTVカメラ
5 光電センサ
6 マスタ画像
7 ターゲット画像
8 ターゲット画像
9 マスタ画像
10 検査装置
11 カラーTVカメラ
12 照明
13 ワーク
14 コンベア
15 画像処理装置
16 ターゲット画像
17 A/D変換部
18 画像メモリ
19 プログラム記憶媒体
20 CPU
21 メモリ
22 マスタ画像記憶部
23 入出力機器
24 入出力部
25 D/A変換器
26 ディスプレイ
27 光電センサ
28 NG排出コンベア
29 画像処理装置
【発明が属する技術分野】
本発明はワーク(検査対象物)の良否の識別に有効なカラーパターンマッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワーク、例えば医薬品や医療機器を包装する直前または包装直後に、指定された薬品や機器が正規の位置に正しく入っているかどうかを検査することは、医薬品や医療機器の安全上きわめて重要である。従来は検査員が目視で検査していたが、人為的ミスが発生する、全数検査が処理能力的に難しく抜き取り検査しかできないという問題があった。従来、これを画像処理で行う試みは以下のごとくである。
【0003】
図1は、コンベア上を移動するカプセル錠剤を画像処理で検査する検査装置1を示している。検査装置1は、カプセル錠剤2を搬送するコンベア3、検査ポジションでカプセル錠剤2を撮像するモノクロTVカメラ4、検査ポジションでカプセル錠剤2を検出する光電センサ5および画像処理装置29から構成されている。コンベア3上をカプセル錠剤2が流れ、これらを検査ポジションiの位置で画像処理するものとする。
【0004】
図2は、画像処理装置29における画像処理を示している。あらかじめ正規のカプセル錠剤2を撮像しておき、この撮像画像の一部を切り出してマスタ画像6とし、画像処理装置29に記憶させておく。カプセル錠剤2が検査ポジションiにくると、モノクロTVカメラ4はカプセル錠剤2を撮像し、ターゲット画像7を得る。画像の取得タイミングは、光電センサ5からの信号により得る。ターゲット画像7と、マスタ画像6との間でパターンマッチングを行い、ターゲット画像中の最大マッチング率とそのときの位置を獲得する。
【0005】
通常、マスタ画像6は、ターゲット画像7より小さいので、画像処理装置29は、まず最初にマスタ画像6をターゲット画像7の左上隅に合わせその位置でのマッチング率を取得し、マスタ画像6を左右上下に動かしながらそれらの位置ごとに順次マッチング率を取得する。この処理を右下隅にマスタ画像6を合わせるまで行い、この中で一番大きいマッチング率が最大マッチング率で、そのときの位置がマッチング位置である。
【0006】
このときに使用されるパターンマッチング手法にはいろいろあるが、S/N比が最も高い手法としてよく用いられるのが正規化相関法である。上の例では、各ポジションのワークが検査ポジションiにきた時に正規化相関法によるパターンマッチングを行うと、ターゲット画像7とマスタ画像6との最大マッチング率は下表のようになる。
【0007】
【表1】
【0008】
ポジションbやfのカプセル錠剤2は最大マッチング率が低くなるので、良品と不良品とのマッチング率の識別境界を50%〜80%におけば、良品と不良品を分類できそうである。しかし、形が同じで色違いのカプセル錠剤2は識別できず、ポジションhのカプセル錠剤2は良品となってしまう。そこでカラーTVカメラを用いてカラー情報を用いたパターンマッチングを行えば、色違いも識別できそうである。
【0009】
図3は医薬品や医療機器の検査に限らず、一般にカラーのパターンマッチングとして知られている方法を示す。ターゲット画像8とマスタ画像9のR,G,Bの各プレーンのパターンマッチングは、ターゲット画像8のRプレーンとマスタ画像9のRプレーンとのパターンマッチングを行い、そのプレーン間マッチング率の最大値をKR とし、同様にターゲット画像8のGプレーンとマスタ画像9のGプレーンとの間パターンマッチングを行い、そのプレーン間マッチング率の最大値をKG とし、ターゲット画像8のBプレーンとマスタ画像9のBプレーンとのパターンマッチングを行い、そのプレーン間マッチング率の最大値をKBとし、その得られた各プレーン間マッチング率の最大値KR ,KG ,KB を用いて最大マッチング率Kを求めるものである。
【0010】
これは、特開平10−228318号公報「位置ずれ計測の方法と位置決め装置」などに記載されるように、K=max(KR ,KG ,KB )としてもよい。また、色違いの識別では、マスタ画像9との色の違いをより際だたせるために、最もプレーン間マッチング率の最大値が低い値を指標とするのがよいとも考えられ、K=min(KR ,KG ,KB )としてもよい。また、K=(KR +KG +KB )/3やK=(KR ・KG ・KB )1/3という識別指標も考えられる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
さて,モノクロの正規化相関法によるパターンマッチングでは識別できないポジションhのカプセル錠剤2に対して、カラーの、すなわち各R,G,Bの3枚のプレーン毎に上記の正規化相関法によるパターンマッチングを行った場合、マッチング率の最大値KR ,KG ,KB は図3のようになった。KR ,KG ,KB を用いて最大マッチング率Kを求めると、K=min(KR ,KG ,KB )やK=(KR +KG +KB )/3、およびその他いずれの手法を用いてもKは94〜98%の値となり、正規化相関法を各R,G,Bプレーンに適用したカラーパターンマッチングを行った場合でもポジションhのカプセル錠剤2を不良品としてうまく識別できない。
【0012】
これは、正規化相関値が、ターゲット画像8やその各R,G,Bプレーンの明るさの変化の影響を全く受けない性質による。上記の例では、Rプレーンのターゲット画像8とマスタ画像9の模様のついた部分は白や黒ではない濃度値があることを示し、ターゲット画像8とマスタ画像9とは、この図中の模様部分の濃度値は互いに異なるが正規化相関法では単に明るさの変化の影響としてとらえるため、最大正規化相関値を求めると94%という高い値になってしまう。これはGプレーン、Bプレーンにおいても同様である。特に医薬品において錠剤は単純な形が多く、各プレーンの部分領域同士では濃淡の差があっても、各プレーン同士の最大正規化相関値は100%に近い値となり、正規化相関法を各R,G,Bプレーンに適用したカラーパターンマッチングでは良品と不良品の識別が困難である。
【0013】
なお各プレーン毎の正規化相関値を求めるのではなく、各プレーン毎の濃度差の絶対値の総和を求める手法があり、これを用いれば上記ポジションhのカプセル錠剤2では、各プレーン毎の濃度差の絶対値の総和は大きいので識別は可能である。ただこの手法をモノクロパターンマッチングに用いた場合、ターゲット画像の明るさが変わると濃度差の総和が大きくなってマッチングミスを起こしてしまうとういう問題があり、これを改善するために提案されたのが前述の正規化相関法である。これは、カラーパターンマッチングでも同様であり、ターゲット画像の明るさの変化の影響を受けてはならない。よって各プレーン毎の濃度差の絶対値の総和を求め、これをマッチング率の指標として用いる手法は使えない。
【0014】
したがって、本発明の目的は、カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像との間のマッチング率を求めてワークの良否を判断するパターンマッチング処理において、良品と不良品の差異が小さい場合(例えば、形が同じで色違いのカプセル錠剤の場合)であっても、ワークの良・不良を正確に区別することができるカラーパターンマッチング方法を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的のもとに本発明は、カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像との間のマッチング率を求めてワークの良否を判断するカラーパターンマッチング処理において、ターゲット画像およびマスタ画像を各々R,G,B3枚のカラープレーンから構成し、ターゲット画像の各プレーンとマスタ画像の各プレーンとの間のマッチング率kを以下の演算により一括して直接求め、最大マッチング率Kからワークの良否を識別している。
【0016】
【数2】
【0017】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明を用いた検査装置10を示している。検査装置10は、カラーTVカメラ11、光源としての照明12、カプセル錠剤等のワーク13、ワーク13を搬送するコンベア14および画像処理装置15から構成されている。画像処理装置15は、カラーTVカメラ11で撮像したワーク13のカラー映像信号をA/D変換部17により変換した後、ターゲット画像16として記憶する画像メモリ18、本発明のワークの良否識別用カラーパターンマッチング方法を記述したプログラム記憶媒体19、プログラムを実行するCPU20およびメモリ21、マスター画像Fのデジタルデータを記憶するマスタ画像記憶部22、マウス等の入出力機器23を接続する入出力部24、D/A変換部25を介して接続される画像表示部としてのディスプレイ26から構成されている。
【0018】
図5は、本発明の具体例を示している。マスタ画像Fは、あらかじめマスタとするワーク13をカラーTVカメラ11で撮像しておき、その部分画像をディスプレイ26に表示された画像を見ながら、マウス等の入出力機器23を用いて人手で切り出す。マスタ画像Fはマスタ画像記憶部22に記憶される。なお、マスタ画像Fの総画素数は、N個とする。
【0019】
画像処理装置15は、ターゲット画像16中の部分画像fとマスタ画像Fとのマッチングを行い、マッチング率を得、この部分画像fをターゲット画像16中で縦横に動かしながら、最もマッチング率が高くなる位置をマッチング位置とする。ここに部分画像fの大きさはマスタ画像Fと同じ大きさである。
【0020】
カラーTVカメラ11からのワーク13のカラー映像信号は、A/D変換部17を通って画像メモリ18に入り、ターゲット画像16となる。ここにA/D変換部17はR,G,Bそれぞれの色用の3つのA/D変換手段を並列に備える。RはRed(赤色)、GはGreen(緑色)、BはBlue(青色)である。画像メモリ18もRプレーン、Gプレーン、Bプレーンの3枚ある。通常は8bitの連続したメモリ空間からなるプレーン3枚で構成されるが、24bitの連続したメモリ空間1枚で構成される場合もある。この場合は1バイトづつの画素3バイトがR,G,Bの順に連続したものであるが、これもRプレーン、Gプレーン、Bプレーンの3枚のプレーンから構成されると考える。
【0021】
なお、入出力部24は、カラーTVカメラ11からの撮像タイミングを決める光電センサ27や、不良品を振り分けるNG排出コンベア28にも接続されている。マスタ画像Fとターゲット画像fとの間でのカラーパターンマッチングは、プログラム記憶媒体19内のプログラムにしたがって、CPU20により実行される。
【0022】
さて、本発明によるワークの良否識別用カラーパターンマッチング方法において、マッチング率は以下のように求める。
【0023】
【数3】
【0024】
なお従来法における各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB は以下のとおりである。
【0025】
【数4】
【0026】
従来法では各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB を求めた上で、これら3つのプレーン毎最大マッチング率の相互演算によってマッチング率を求めていた。このためワークの色が違っていても各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB が100%に近い値となる場合があり、相互演算で得られる総合マッチング率も100%に近い値になってしまう。これに対し、提案手法ではこのような影響はない。たとえば、形が同じで色違いのカプセル錠剤2(図1のポジションh )は、表2に示すようにマッチング率34%となる。これに対し、形が同じで色違い以外のケースでは、マッチング率はモノクロ画像の正規化相関による場合の表1とほとんど変わらない。そこで良品と不良品との識別境界を50%〜80%におけば、良品と不良品を正しく分類できるようになる。
【0027】
【表2】
【0028】
なお、本発明は医薬品や医療品の検査だけではなく、電子部品や機械部品などの工業製品中の部品検査、また印刷業界におけるカラー印刷パターンのチェックにも応用できる。
【0029】
ちなみに、本発明の提案手法は、いわばカラー正規化相関法とよぶべきものであるが、階層化によって高速化できる。すなわち、このカラー正規化相関法の階層化による高速化では、各R,G,Bプレーン各々において、縦横1/2サイズのターゲット画像とマスター画像を作って、その得られた縮小画像(ターゲット画像とマスター画像)においてカラー正規化相関係数が最大となる画素を求める粗探索と、その画素に対応する縮小元の画像の対応画素の近傍の中からカラー正規化相関係数が最大になる画素を求める精探索からなる処理を数階層組み合わせることにより高速化を図ることができる。1階層あがることにより処理速度は16倍になる。
【0030】
なお、このような階層化処理というのは、ターゲット画像およびマスター画像(テンプレート)をそれぞれ縦横1/2づつに縮小し、その縮小した画像同士で正規化相関を行って、得られた候補点に対応する元の大きさの画像の対応点近傍画素で詳細な正規化相関を行うものである。通常この縦横1/2に縮小されたターゲットとマスターの画像で正規化相関を行うことを、1階層あがって粗探索を行うという。また、粗探索により得られた候補点(画素)から、縦横2倍の元の画像の対応点近傍で詳細な正規化相関を行って詳細な候補点を求めることを1階層さがって精探索を行うという。実用化時は1階層だけでなく、通常は2〜5階層程度の階層化を行う。これは、ピラミッドの階層に似ているのでピラミッド階層化ともいう。1つの階層化により処理速度は16倍になり、3階層化では4096倍になる。通常3階層では処理速度は数ミリ秒から数十ミリ秒で十分に実用的であるが(2002年現在、VGAサイズモノクロ画像に対する128×128サイズマスタ画像を用いたCPUによる正規化相関処理)、逆に言えば、階層処理なしには数十秒〜数分かかることになる。
【0031】
ところが、今から10年以上前では、CPUの性能が今よりも100倍以上遅く、CPUを用いての正規化相関の実用的な処理を行うことは難しかった。このため正規化相関の高速化は、階層化手法の適用だけでなく、その階層化手法を含めた正規化相関処理自体を論理回路で作ったハードウェアを採用して初めて実現化した。このため正規化相関法は1つのハードウェア資産となっており、従来技術のカラーのパターンマッチング(段落番号0011)で、各プレーン毎の正規化相関によるマッチング率の最大値KR ,KG ,KB を求め、これらの各プレーン毎のマッチング率の最大値から最大マッチング率Kをもとめていたのは、この正規化相関法のハードウェア資産を利用するためである。ところが今日ではCPUの処理能力向上に伴い、正規化相関自体が階層化処理を用いて実時間で処理できるようになったため、本提案のカラー正規化相関法もCPUを用いて階層化処理を併用することにより、十分に実用的な時間で処理できる。本提案手法では、VGAサイズカラー画像に対し、128×128画素サイズマスタ画像を用いて3階層高速化を図ると、CPU処理で、0.1秒以内で処理できる。
【発明の効果】
本発明では、カラーTVカメラで撮像したターゲット画像の中からマスタ画像に最もよく類似する部分画像の位置を検出し、検出した部分画像とマスタ画像のマッチング率を求め、このマッチング率によりワークの良否を判断するパターンマッチング処理において、ターゲット画像およびマスタ画像が各々R,G,B3枚のカラープレーンから構成され、ターゲット画像とマスタ画像との間の各プレーン間のマッチング率を求めてから、それらプレーン間マッチング率の相互演算によりマッチング率を得る手順を踏まず、3枚のプレーン間どうしのマッチング率を直接求めるから、従来方法の欠点つまりワークの色が違っていても各プレーン毎の最大マッチング率KR ,KG ,KB が100%に近い値となることがなくなり、この結果、良品と不良品とを確実に区別できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンベア上を移動するカプセル錠剤を画像処理で検査する検査装置の説明図である。
【図2】画像処理装置における画像処理を示す説明図である。
【図3】一般的な、カラーのパターンマッチングとして知られている方法を示す説明図である。
【図4】本発明を用いた検査装置10の説明図である。
【図5】本発明の具体例である。
【符号の説明】
1 検査装置
2 カプセル錠剤
3 コンベア
4 モノクロTVカメラ
5 光電センサ
6 マスタ画像
7 ターゲット画像
8 ターゲット画像
9 マスタ画像
10 検査装置
11 カラーTVカメラ
12 照明
13 ワーク
14 コンベア
15 画像処理装置
16 ターゲット画像
17 A/D変換部
18 画像メモリ
19 プログラム記憶媒体
20 CPU
21 メモリ
22 マスタ画像記憶部
23 入出力機器
24 入出力部
25 D/A変換器
26 ディスプレイ
27 光電センサ
28 NG排出コンベア
29 画像処理装置
Claims (1)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2002224611A JP2004070394A (ja) | 2002-08-01 | 2002-08-01 | ワークの良否識別用カラーパターンマッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=32012523
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2004070394A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013257219A (ja) * | 2012-06-13 | 2013-12-26 | Nisshin Seifun Group Inc | 表面形状測定装置及び方法 |
-
2002
- 2002-08-01 JP JP2002224611A patent/JP2004070394A/ja active Pending
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