JP2004078360A

JP2004078360A - エッジ抽出装置および方法

Info

Publication number: JP2004078360A
Application number: JP2002234962A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yoda; 依田　保志
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出装置および方法において、ノイズ成分を含んだ検査画像であっても、安定して対象物のエッジを抽出することができるエッジ抽出装置および方法を実現する。
【解決手段】対象物Ｐに対して任意の位置に仮設定された矩形エリアＱにおいて、矩形エリアＱ内の第１の辺方向に亘って積算された輝度投影値を第１の辺方向に直角な第２の辺方向に亘って微分して微分値を得て、矩形エリアＱの位置をずらして得られた複数の微分値のうち、最大の微分値を示すときの矩形エリアｑの第１の辺方向を、対象物Ｐのエッジの方向として抽出する。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品もしくは製造中の製品の部品の位置を特定する場合に、検査領域の輝度分布に基づいて部品のエッジを抽出する方法がある。この方法では、製品の検査領域内の輝度投影値の輝度変化がおよそ最大となるような点の集合をもってエッジとしている。
【０００３】
図５は、従来例によるエッジ抽出方法を説明する図である。
【０００４】
ここでは、図５（ａ）に示すような検査画像中のエッジ抽出の対象物の直線エッジを抽出する例について説明する。なお、説明を簡明にするために、図５（ａ）においては、直線エッジのおおよその方向がｘ軸となるようにｘｙ座標軸をとる。
【０００５】
まず、検査画像中の対象物Ｐについて、その直線エッジＬが存在すると思われるおおよその位置に、この直線エッジＬが含まれるようなある程度の大きさを有するエッジ検出領域Ｒを設定する。
【０００６】
次に、エッジ検出領域Ｒ内において、直線エッジＬのおよその方向（すなわちｘ軸方向）に対して直角の方向（すなわちｙ軸方向）の輝度分布を測定する。図５（ａ）に示す例では、図５（ｂ）　に示すような明暗の輝度分布が得られる。
【０００７】
そして、図５（ｂ）に示した輝度分布を、ｙ軸方向に亘って微分する。図５（ｂ）に示す例では、図５（ｃ）　に示すよう微分値が得られる。このとき、微分値が最大をとる位置、つまり輝度変化が最大である位置が、対象物Ｐの直線エッジＬ上の１点を意味する。
【０００８】
上記の処理をエッジ検出領域Ｒ内のｘ軸方向に亘って複数実行し、微分値が最大となる点の集合を得る。そして得られた複数の点の集合から最小ニ乗法を用いて直線エッジＬを抽出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の方法は、検査画像の輝度分布が比較的安定し、ノイズ成分が存在しない場合には有効である。
【００１０】
しかし、例えば検査対象の製品に傷があったり、明暗のコントラストが弱かったりもしくは反射輝度のムラが大きい場合は、本来のエッジ以外の位置で輝度変化が異常に大きくなることがある。このとき、輝度分布を微分したときに現れる微分値の最大値が、本来あるべき傾向とは極端にずれた位置に異常点として現れてしまう場合がある。この場合、上述のように最小ニ乗法を適用すると、誤差を多く含んだエッジが抽出されてしまうことになる。またこのとき、例えばロバスト推定を用いたとしても、ノイズの影響が大きい場合は誤差を除去するのが困難である。
【００１１】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出装置および方法において、ノイズ成分を含んだ検査画像であっても、安定して対象物のエッジを抽出することができるエッジ抽出装置および方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明においては、検査画像中の対象物に対して任意の位置に仮設定された矩形エリアにおいて、この矩形エリア内の第１の辺方向に亘って積算された輝度投影値を第１の辺方向に直角な第２の辺方向に亘って微分して微分値を得る。そして、矩形エリアの相対的な位置をずらして複数の微分値を得て、最大の微分値を示すときの矩形エリアを特定し、このときの第１の辺方向を、エッジの方向として抽出する。
【００１３】
そして、エッジの方向を含む矩形エリアについて、この矩形エリア内の輝度勾配が最大となる点の集合をエッジとして抽出する。
【００１４】
図１は、本発明によるエッジ抽出装置の基本ブロック図である。
【００１５】
本発明によるエッジ抽出装置１は、対象物に対して任意の位置に、所定の大きさを有する矩形エリアを仮設定する第１の手段１１と、第１の手段１１で仮設定された矩形エリア内において、この矩形エリアの第１の辺方向に亘って輝度投影値を積算する第２の手段１２と、輝度投影値を、第１の辺方向に直角な第２の辺方向に亘って微分して微分値を得る第３の手段１３と、第１の手段１１で仮設定する矩形エリアの位置を切り替えて第２の手段１２および第３の手段１３によって得られる複数の微分値の中から、最大の微分値を示すときの矩形エリアを特定する第４の手段１４と、第４の手段１４で特定された最大値のときの矩形エリアにおいて、この矩形エリアの第１の辺方向をエッジの方向として抽出する第５の手段１５と、を備える。
【００１６】
そして、本発明によるエッジ抽出装置は、エッジの方向を含む矩形エリアについて、この矩形エリア内の輝度勾配が最大となる点の集合をエッジとして抽出する第６の手段１６をさらに備えるのが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、ノイズ成分を含んだ検査画像であっても、安定して対象物のエッジを抽出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
ここでは、検査画像中のエッジ抽出の対象物の直線エッジを抽出する例について説明する。なお、以下に説明する各処理は、コンピュータ上のソフトウェア上で実現可能である。
【００１９】
図２は、本発明によるエッジ抽出方法のフローチャート（その１）である。
【００２０】
まず、ステップＳ１０１において、検査画像中のエッジ抽出対象物に対して任意の位置に、所定の大きさを有する矩形エリアを仮設定する。本実施例では矩形エリアを長方形とする。
【００２１】
次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で仮設定された矩形エリア内において、この矩形エリアの第１の辺方向に沿う各微小領域の輝度投影値を積算する。
【００２２】
次いで、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で得られた輝度投影値を、上述の第１の辺方向に直角である第２の辺方向に亘って微分する。
【００２３】
上記の各ステップを、ステップＳ１０１で仮設定する矩形エリアの位置を切り替えながら繰り返し、複数の微分値を得る。得られた微分値はメモリに順次記憶する。
【００２４】
図３は、本発明によるエッジ抽出方法のフローチャート（その２）である。
【００２５】
ステップＳ１０４では、図２のステップＳ１０１で仮設定する矩形エリアの位置を切り替えてステップＳ１０２およびＳ１０３によって得られた複数の微分値の中から、最大の微分値を示す矩形エリアを特定する。
【００２６】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で特定された最大の微分値のときの矩形エリアについて、この矩形エリアの第１の辺方向をエッジの方向として抽出する。
【００２７】
図４は、本発明の実施例によるエッジ抽出を例示する説明図である。
【００２８】
ここでは、検出画像中の対象物Ｐに対し、図４（ａ−１）、（ｂ−１）および（ｃ−１）にそれぞれ例示するような位置に、矩形エリアＱを仮設定する場合について説明する。図４（ａ−２）、（ｂ−２）および（ｃ−２）は輝度の積算値、図４（ａ−３）、（ｂ−３）および（ｃ−３）は輝度積算値の微分値をそれぞれ表す。
【００２９】
また、図４においては、矩形エリアＱ上からみた座標系をｘｙ座標系とし、矩形エリアＱの第１の辺方向にｘ軸、第２の辺方向にｙ軸を取るものとする。すなわち、静止座標系から見れば、矩形エリアＱの移動に伴い、ｘｙ座標系も移動する。なお、矩形エリアＱのｙ軸方向の長さをｍとし、対象物Ｐの内側の輝度は外側の輝度に比べて暗いとする。
【００３０】
まず、矩形エリアＱを、対象物Ｐに対して図４（ａ−１）に示すような位置関係になるように仮設定した場合について考える。矩形エリアＱ内の第１の辺方向（ｘ軸方向）に積算した輝度は、ｙ軸方向の関数として図４（ａ−２）に示すようになる。すなわち、位置ａ１を境界として、輝度積算値に変化が現れる。このときの輝度積算値を微分すると図４（ａ−３）のようになる。
【００３１】
次に、矩形エリアＱを、図４（ａ−１）に示す状態から図４（ｂ−１）に示す状態へ相対的に位置をずらして仮設定した場合について考える。矩形エリアＱ内の第１の辺方向（ｘ軸方向）に積算した輝度は、ｙ軸方向の関数として図４（ｂ−２）に示すようになる。すなわち、位置ｂ１およびｂ２を境界として、輝度積算値に変化が現れる。このときの輝度積算値を微分すると図４（ｂ−３）のようになる。
【００３２】
さらに、矩形エリアＱを、図４（ｂ−１）に示す状態から図４（ｃ−１）に示す状態へ相対的に位置をずらして仮設定した場合について考える。矩形エリアＱ内の第１の辺方向（ｘ軸方向）に積算した輝度は、ｙ軸方向の関数として図４（ｃ−２）に示すようになる。すなわち、位置ｃ１を境界として、輝度積算値に変化が現れる。このときの輝度積算値を微分すると図４（ｃ−３）のようになる。
【００３３】
このように、仮設定する矩形エリアを相対的に位置をずらしていき、できるだけ多くの輝度微分値を得る。そして、得られた数多くの微分値の中から最大の微分値を探し出し、このときの矩形エリアの位置を見つけ出す。
【００３４】
図４の実施例では、図４（ｃ−３）が最大の微分値であるので、矩形エリアが図４（ｃ−１）に示された位置にあるときに、この矩形エリアの第１の辺方向が対象物の直線エッジに並行であるといえる。従ってこのこのときの矩形エリアの第１の辺方向を、対象物の直線エッジの方向とすればよい。
【００３５】
このように本実施例によれば、従来例のように最小ニ乗法を用いずにエッジの方向を特定するので、検査画像内に大きなノイズがあったとしてもその影響を受けることはない。
【００３６】
なお、図４（ｃ−１）に示す例では、直線エッジがｙ座標上のｃ１付近に存在することが分かる。したがって、静止座標系に対するｘｙ座標の位置およびｙ座標上の直線エッジのおおよその位置が特定できていることになるので、この段階をもって対象物の直線エッジそのものを抽出したということにしてもよい。
【００３７】
しかし、さらに本実施例では、図３のステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で得られたエッジの方向と直角な方向に、矩形エリア内の輝度分布を測定する。なお、この矩形エリアを、エッジの方向を含む、より微小な領域に限定してもよい。そして、この輝度分布について公知のサブピクセル処理を施すことで、対象物の直線エッジを抽出する。これにより、対象物の境界近傍の輝度勾配を利用することにより１画素以下の分解能でエッジ座標を得ることができる。
【００３８】
ここで重要なのは、本発明では、サブピクセル処理を施す前にエッジの方向を既に明確に特定してあり、したがって直線エッジの位置をかなりの精度で推定できるので、サブピクセル処理を実行する検査領域を従来に比べて狭くすることができるということである。したがって、従来例に比べて格段にノイズの影響を受けにくくなるので、エッジ抽出の際の誤差を低減することができる。また、コントラストの少ない画像に対しても安定してエッジ抽出が可能である。
【００３９】
なお、矩形エリアを仮設定する際の矩形エリアの対象物に対する位置決めはどのように決めてもよく、例えば、ある基準点に対して矩形エリアを少しずつ回転させるようにして位置決めしてもよい。このとき、例えば処理装置の分解能に応じて回転の割合を決めてもよい。
【００４０】
また、本発明における矩形エリアは好ましくは長方形であるが、検査対象物のエッジの形状もしくは目的に応じて正方形、正六角形、多角形、平行四辺形、台形など適宜変更してもよい。例えば、本実施例では直線エッジ抽出を例にとって説明したが、曲線エッジ抽出の場合は、輝度を積算する方向のエリアの長さを短くするのがより好ましい。
【００４１】
また、本実施例では輝度積算値を計算した後すぐに微分値を計算したが、複数の輝度積算値をメモリに蓄積しておき、後でまとめてそれぞれの微分値を計算してエッジ抽出に用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出装置および方法において、大きなノイズ成分を含んだ検査画像であっても、安定して対象物のエッジを抽出することができる。
【００４３】
また、本発明においては、サブピクセル処理を施す前にエッジの方向を既に明確に特定してあるので、サブピクセル処理を実行する領域を、従来に比べて狭くすることができるので、従来例に比べて格段にノイズの影響を受けにくくなり、エッジ抽出の際の誤差を低減することができる。また、コントラストの少ない画像に対しても安定してエッジ抽出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエッジ抽出装置の基本ブロック図である。
【図２】本発明によるエッジ抽出方法のフローチャート（その１）である。
【図３】本発明によるエッジ抽出方法のフローチャート（その２）である。
【図４】本発明の実施例によるエッジ抽出を例示する説明図である。
【図５】従来例によるエッジ抽出方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…エッジ抽出装置
１１…第１の手段
１２…第２の手段
１３…第３の手段
１４…第４の手段
１５…第５の手段
１６…第６の手段
Ｐ…検査画像中の対象物
Ｑ…矩形エリア

Claims

検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出方法であって、
前記対象物に対して任意の位置に仮設定された矩形エリアにおいて、該矩形エリア内の第１の辺方向に亘って積算された輝度投影値を前記第１の辺方向に直角な第２の辺方向に亘って微分して微分値を得て、
前記矩形エリアの位置をずらして得られた複数の前記微分値のうち、最大の微分値を示すときの矩形エリアの第１の辺方向を、前記エッジの方向として抽出することを特徴とするエッジ抽出方法。
前記エッジの方向を含む前記矩形エリアについて、該矩形エリア内の輝度勾配が最大となる点の集合を前記エッジとして抽出するステップをさらに備える請求項１に記載のエッジ抽出方法。
検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出装置であって、
前記対象物に対して任意の位置に、所定の大きさを有する矩形エリアを仮設定する第１の手段と、
該第１の手段で仮設定された前記矩形エリア内において、該矩形エリアの第１の辺方向に亘って輝度投影値を積算する第２の手段と、
前記輝度投影値を、前記第１の辺方向に直角な第２の辺方向に亘って微分して微分値を得る第３の手段と、
前記第１の手段で仮設定する前記矩形エリアの位置を切り替えて前記第２および第３の手段によって得られる複数の前記微分値の中から、最大の微分値を示すときの矩形エリアを特定する第４の手段と、
該第４の手段で特定された前記最大値のときの前記矩形エリアにおいて、該矩形エリアの第１の辺方向を前記エッジの方向として抽出する第５の手段と、
を備えることを特徴とするエッジ抽出装置。
前記エッジの方向を含む前記矩形エリアについて、該矩形エリア内の輝度勾配が最大となる点の集合を前記エッジとして抽出する第６の手段をさらに備える請求項３に記載のエッジ抽出装置。
検査画像中の対象物のエッジを抽出するエッジ抽出方法であって、
前記対象物に対して任意の位置に、所定の大きさを有する矩形エリアを仮設定する第１のステップと、
該第１のステップで仮設定された前記矩形エリア内において、該矩形エリアの第１の辺方向に亘って輝度投影値を積算する第２のステップと、
前記輝度投影値を、前記第１の辺方向に直角な第２の辺方向に亘って微分して微分値を得る第３のステップと、
前記第１のステップで仮設定する前記矩形エリアの位置を切り替えて前記第２および第３のステップによって得られる複数の前記微分値の中から、最大の微分値を示すときの矩形エリアを特定する第４のステップと、
該第４のステップで特定された前記最大値のときの前記矩形エリアにおいて、該矩形エリアの第１の辺方向を前記エッジの方向として抽出する第５のステップと、
を備えることを特徴とするエッジ抽出方法。
前記エッジの方向を含む前記矩形エリアについて、該矩形エリア内の輝度勾配が最大となる点の集合を前記エッジとして抽出する第６のステップをさらに備える請求項５に記載のエッジ抽出方法。