JP2004297641A

JP2004297641A - 撮像方法

Info

Publication number: JP2004297641A
Application number: JP2003089688A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Katsuta; 大輔勝田; Mineo Nomoto; 峰生野本; Michiaki Kurosaki; 通明黒崎; Tetsuo Taguchi; 哲夫田口; Shihei Yamashita; 司平山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】本発明は、画像の撮像時において発生しやすい、手ぶれや焦点ずれを無くし、画像に解像度などの撮像時の情報を付加した高信頼性の画像を提供する。
【解決手段】デジタルカメラやデジタルビデオなどにおいて、撮像対象物との撮像距離を距離一定手段にて固定し、同時に距離一定手段先端に解像度表示手段などを有することで、画像の解像度など撮像時の情報を画像内に付加でき、画像の信頼性を高め、目視で行われていた欠陥検査を画像に置き換えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静止画像や動画像などを撮影する撮像方法に係り、特に画像の解像度を保証できる高い信頼性の情報を持つ画像を提供する撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像の撮像にはＴＶカメラやデジタルカメラ、銀塩カメラ、一眼レフカメラ、コンパクトカメラなど、多様なカメラが用いられている。これらカメラでは三脚等に固定して撮像することもあるが、一般的には手持ちで撮像している。手持ちでの撮像は狭隘な場所でも撮像でき、また持ち運びに優れるという利点がある。その機動性の高い反面、手ぶれなどによって撮像画像がぼけて解像度が低下してしまい再撮像が必要なことがある。同様のことが、カメラで撮像した画像にて工業製品の外観検査を行う場合に生じる。
【０００３】
欠陥検査や自動検査などで用いる画像は、欠陥とされる検査対象物の大きさを判別できる解像度が必要となる。従って、欠陥検査で用いる画像は、解像度を保障しなければならない。しかしながら、画像が所定の解像度を満たしているかを簡易に確認する手段がなく、多くは画像を表示して目視で確認していた。目視による解像度の確認では、評価基準があいまい、個人差などの原因から画像の解像度評価に信頼性を得られず、画像を欠陥検査などの分野に応用する妨げとなっていた。また、目視の解像度確認では、信頼性を得られるまで、撮像を繰り返さなければならず、さらにＰＴ（浸透探傷）検査やＭＴ（磁紛探傷）検査などの非破壊検査の場合は撮像準備に手間がかかり検査に長時間を要することになる。
【０００４】
従来、解像度が低下する原因は手ぶれによるものとされ、カメラ撮像時の手ぶれによる画像のみだれを防ぐ方法が考案されている。例えば、光学的手法を用いた特開平５−６６４５０号公報、特開平７−１２８６１９号公報がある。また、撮像中に解像度低下の警告を発する特開２００１−１５９７６８号公報などの例がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６６４５０号公報
【特許文献２】
特開平７−１２８６１９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１５９７６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの手ぶれ防止方法では、光学的、電子的いずれも、複雑な技術の装置をカメラに搭載するために、カメラが高価のものとなってしまう。また、これらの手ぶれ防止方法を用いた場合でも、画像の解像度は表示した画像を目視で定性的に確認するため、工業製品などの欠陥検査で要求される信頼性は得られず、画像での欠陥検査、自動検査は困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、特に外観検査に好適な、画像解像度の確認容易な画像を、安定して撮像する撮像方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、カメラなどの撮像器に、撮像対象物との距離を固定する撮像距離一定手段を設け、さらに撮像距離一定手段の他方の先端に解像度測定用のラインペアパターンを設定することで、手ぶれのない撮像画像を得られ、撮像画像の解像度も容易に確認できるようにした。この様に容易に画像の解像度確認が可能となり、画像が高信頼性を得ることによって種々の目視検査などを、画像を用いた自動検査に置き換えることができ、あらゆる分野で大幅に検査工程の合理化が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の一例を、配管部品の表面検査の例で示したものである。
【００１１】
本例では、配管部品１０５の溶接部の表面状態をデジタルカメラ１０１で撮像し、撮像した画像データにて、表面欠陥の有無を検査するものである。
【００１２】
デジタルカメラ１０１には三脚穴とＬ型金具１０６を使って、撮像距離一定手段１０２が固定されている。撮像距離一定手段１０２は伸縮して任意の長さに設定できる様になっており、撮像範囲や倍率によって変わる撮像距離の変更が可能である。撮像距離一定手段１０２の他端には支持プレート１０３が固定されている。支持プレート１０３は、対象物接触手段１０７にて検査対象の配管部品１０５上に接触している。本発明の対象物接触手段１０７は１点であるが、対象物の形状に応じて対象物接触手段１０７の接触点数を変えてもよい。例えば球面形状の対象物には保持しやすい３点にするなどである。支持プレート１０３を検査対象へ押し付けながら撮像することで、検査距離は一定となってデジタルカメラ１０１の焦点距離は固定され、常時、合焦点の画像を得ることができる。
【００１３】
支持プレート１０３上には解像度表示パターン１０４が表示されている。支持プレート１０３をデジタルカメラ１０１側から見たのが図２（ａ）である。支持プレート１０３上には、解像度表示パターン１０４である水平方向解像度測定用の水平方向ＬＰパターン２０２の白黒３本線と、垂直方向解像度測定用の垂直方向ＬＰパターン２０１の白黒３本線、さらに撮像順表示カウンタ２０４、位置表示十字パターン２０３を有する。
【００１４】
解像度表示パターンの形状は、白黒３本線のＬＰパターン２０１、２０２の他、複数の色を用いてもよい。また他の例では、図２（ｂ）解像度ドットパターン２０５の様な形状でもよい。
【００１５】
撮像順表示カウンタ２０４は十進数の手動式カウンタであり、撮像する毎にカウントアップすることで画像内に撮像順序を入れ込むことができる。これによって、例えば、配管部品の溶接部を連続撮像した場合、撮像する画像は同様の形状物であるので順序の区別は困難だが、画面内の撮像順表示手段によって、容易に撮像順序と配管部の撮像位置とが判別できる。撮像順表示手段は、撮像順表示カウンタ２０４の他、例えば時間や温度、照度などの、撮像時に関する情報を入れ込んでもよい。
【００１６】
位置表示パターン２０３は画像処理などを用いた自動解像度測定する際に処理を簡単にできるものである。画像処理を用いた位置表示パターン２０３の使用例を図３の位置検出処理手順フローチャートに従い説明する。
【００１７】
パターンマッチング処理にてマークの位置を検出する（３０１）。
【００１８】
位置表示十字パターン２０３と同じテンプレートを用意し、パターンマッチング処理にて画面内の位置表示十字パターン２０３の位置を検出する。位置表示十字パターンは２０３の様な十字パターンだが、図２（ｂ）のハート型パターン２０６の様な特徴あるパターンでもよい。パターンマッチング照合の例としては、ユークリッド距離や、安居院猛、長尾智晴著／「画像の処理と認識」（昭晃堂）記載のパターン間最小距離法などがある。
【００１９】
マーク位置から解像度パターン位置を計算する（３０２）。
【００２０】
位置表示十字パターン２０３と水平方向ＬＰパターン２０１、垂直方向ＬＰパターン２０２との位置関係は既知であるので、（３０１）で検出した位置表示十字パターン２０３の位置データから画像内のＬＰパターン２０１、２０２の位置を計算する。
【００２１】
解像度パターンにウインドウを設定する（３０３）。
【００２２】
水平方向ＬＰパターン２０１の位置に解像度測定のための処理範囲である解像度測定ウインドウ２０７を画像内に設定する。垂直方向ＬＰパターン２０２についても同様に設定する。
【００２３】
水平、垂直の解像度を算出する（３０４）。
【００２４】
（３０３）にて設定した解像度測定ウインドウ２０７内の画像データを演算処理して水平、垂直それぞれの解像度を算出する。解像度の算出手順は後述の図６、図７にて一例を説明する。
【００２５】
図４は、図１の構成で撮像した撮像画像の一例である。
【００２６】
溶接検査画像４０１は支持プレート１０３を配管部品１０５に押し付けながら撮像したもので、画面横方向には溶接痕４０２が撮像されており、この溶接痕４０２に異常がないかの検査を行うものである。溶接検査画像４０１の下部には支持プレート１０３と解像度表示パターン１０４が写し込まれている。支持プレート１０３を配管部品１０５に押し付けながら撮像しているので、解像度表示パターン１０４は配管表面の解像度を表していることになる。
【００２７】
これは、支持プレート１０３が画像内の検査に支障がない領域に写し込まれる様に撮像位置を決定したものである。溶接検査画像４０１では検査対象が溶接痕４０２で、検査画像領域は画像中央部のため、画像下部の非検査領域に支持プレート１０３の撮像位置を設定した。この様に撮像する画像には個々に解像度表示パターン１０４が写し込まれており、解像度表示パターン１０４によって画像毎に解像度を保証することができる。
【００２８】
図５は本発明の撮像手順をフローチャートで表したものである。
【００２９】
以下、フローチャートに従い説明する。
【００３０】
撮像対象物を用意する（５０１）。
【００３１】
検査対象物を撮像できる様に設置する。または、撮像対象物の設置場所へデジタルカメラ１０１、撮像距離一定手段１０２を移動させる。大型配管のなどがその例である。
【００３２】
撮像距離一定手段の長さを固定する（５０２）。
【００３３】
撮像画像が任意の撮像範囲と倍率になる様に、撮像距離一定手段１０２を伸縮させて任意の撮像距離に調節する。調整後は撮像距離一定手段１０２の長さが変わらない様に固定する。
【００３４】
解像度表示パターン１０４が画面内にあることを確認する（５０３）。
【００３５】
カメラのファインダーやモニターなどから、視野内に解像度表示パターン１０４があるか確認する。
【００３６】
解像度表示パターン１０４が画面内にある場合は（５０６）の処理を行う（５０４）。
【００３７】
画像内に解像度表示パターンが無い場合は（５０５）の処理を行う。
【００３８】
支持プレートの位置を調節する（５０５）。
【００３９】
画像内に解像度表示パターンが無い場合に行う処理である。撮像範囲と倍率の違いによって支持プレート１０３の画像内に写る位置は変わってくる。支持プレート１０３と撮像距離一定手段１０２とは可動接続になっているので、支持プレート１０３の撮像距離一定手段１０２取りつけ位置を動かして、画面内の検査に支障のない位置に支持プレート１０３が写るように変更する。再撮像後は（５０３）の処理を行う。
【００４０】
撮像対象に撮像距離一定手段１０２を押し付けながらシャッターを押す（５０６）。
【００４１】
撮像距離一定手段１０２押し付けながらシャッターを押すことによって、撮像対象物とカメラを一体化させ、手ぶれを無くすことができる。
【００４２】
以上の手順にて撮像することで、手ぶれが無く、解像度を保証できる画像を撮像することができる。
【００４３】
図６は本発明の解像度表示パターンと画像処理による解像度測定の一例である。また、図７は図６の解像度表示パターンを用いた解像度測定手順をフローチャートで表したものである。以下、フローチャートに従い説明する。
【００４４】
ＬＰパターン長手方向の投影分布を計算する（７０１）。
【００４５】
図６に示す水平方向ＬＰパターン２０２の長手方向の投影分布６０１は、白黒３本線の明るさを定量的に表す波形である。８ビット階調の画像ならば、投影分布６０１の値は０〜２５５の範囲にある。０は最低輝度で、２５５が最高輝度である。投影分布６０１の凸部分は白色部分を示し、凹分は黒ライン部分を表している。手ぶれや非合焦点などの場合は解像度が低下するため、水平方向ＬＰパターン２０２の白黒の区別がつきにくくなり、投影分布６０１は波形の起伏が小さくなる。
【００４６】
投影分布の最大値Ａ、最小値Ｂを求める（７０２）。
【００４７】
図６の投影分布６０１での最大値Ａは水平方向ＬＰパターン２０２の白ライン部の最も明るいところである。最小値Ｂは水平方向ＬＰパターン２０２の黒ライン部の最も暗いところを示している。実際の画像では、デジタルカメラ１０１などの撮像機器の電気的特性により最小値Ｂは０にはならない。
【００４８】
Ａ，ＢからＭＴＦを算出する（７０３）。
【００４９】
解像度を表す指標としてＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）値を用いる。計算式は以下の通りである。
【００５０】
ＭＴＦ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）×１００［％］
最もコントラストよくＬＰパターン２０２が分離している場合、Ｂは０に近くなるので、ＭＴＦ≒１００％となる。また、ＬＰパターンが分離していない場合はＡ＝Ｂであり、ＭＴＦ＝０％となる。従って、ＭＴＦが大きい程、解像度がよいということを示している。
【００５１】
ＭＴＦが２０％以上ならば（７０６）の処理を行い、２０％未満の場合は（７０５）の処理を行う（７０４）。本実施例ではＭＴＦが２０％以上ならば欠陥を検査するのに十分の解像度とし、設定した。
【００５２】
再撮像する（７０５）。
【００５３】
解像度が不十分のため、当画像は欠陥検査に使用できない。よって、同じ撮像対象物を再び撮像し、再撮像画像にて（７０１）の処理を行う。解像度が不十分の原因にはデジタルカメラ１０１の焦点がずれていること等が考えられるので、これらの確認を行う。
【００５４】
欠陥検査処理（７０６）。
【００５５】
必要な解像度を満たした画像なので、画像に写された検査対象物の欠陥の有無を検査する処理を行う。
【００５６】
以上の手順の処理を欠陥検査の前処理とすることで、画像の解像度を保証でき、検査結果に信頼性をもたせることができる。
【００５７】
また、以上のような手順の前処理を行うことで、解像度が保証された画像を得ることができるが、撮像位置を順次移動させて複数の箇所を撮像した場合、得られた複数の画像間の解像度及び／又は倍率が全て一致するとは限らない。このような場合、画像処理を行うことにより、一つの画像を基準として、他の画像の解像度及び／又は倍率がこの基準とした画像に合わせ込むことが可能である。
【００５８】
このように、複数の画像の解像度及び／又は倍率を合わせ込むことにより、複数の画像間で同一の規準を用いて欠陥の検査を行うことができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の次の様な問題点を解決できる。
（１）画像内に解像度情報を付加することにより、信頼性、付加価値の高い画像となり、画像を使っての非破壊検査、各種製造工程のモニタやプロセス監視情報として活用することができる。
（２）デジタルカメラなどの映像取得手段において、カメラと撮像対象物との距離を固定することにより、手ぶれや焦点のずれを防止することができ、画像不良による再撮像などをなくすことができ、作業の効率化になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である撮像方法の構成を示した一実施例である。
【図２】本発明である解像度表示手段の一実施例である。
【図３】本発明である位置表示手段を用いた位置検出処理手順の一例を示したフローチャートである。
【図４】本発明である撮像方法にて撮像した画像の一実施例である。
【図５】本発明である撮像方法処理手順の一例を示したフローチャートである。
【図６】本発明である解像度表示手段にて解像度測定方法を示した一実勢例である。
【図７】本発明である解像度表示手段にて解像度測定手順の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０１…デジタルカメラ、１０２…撮像距離一定手段、１０３…支持プレート、１０４…解像度表示パターン、１０５…配管部品、１０６…Ｌ型金具、１０７…対象物接触手段、２０１…水平方向ＬＰパターン、２０２…垂直方向ＬＰパターン、２０３…位置表示十字パターン、２０４…撮像順表示カウンタ、２０５…解像度表示ドットパターン、２０６…位置表示ハート型パターン、２０７…解像度測定ウインドウ、４０１…溶接検査画像、４０２…溶接痕、６０１…ＬＰパターン長手方向の投影分布。

Claims

撮像対象物を撮像手段を用いて撮像する方法であって、撮像対象物と撮像手段との間隔を一定に維持する手段を用いて前記撮像対象物と前記撮像手段との撮像距離を一定に維持し、該一定の距離を維持した状態で前記撮像手段の同一視野内に前記撮像対象物の所望の箇所と解像度表示手段とが入るように前記撮像手段の視野を設定し、前記撮像対象物の所望の箇所と前記解像度表示手段とに前記撮像手段の焦点を合わせ、該焦点が合った状態で該撮像手段で前記同一視野内の前記撮像対象物の所望の箇所と前記解像度表示手段とを撮像することを特徴とする撮像方法。
前記解像度表示手段が複数色のパターンであることを特徴とする請求項１記載の撮像方法。
前記解像度表示手段が２色のパターンであることを特徴とする請求項１記載の撮像方法。
前記解像度表示手段に、該解像度表示手段の位置を特定するパターンを表示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の撮像方法。
前記解像度表示手段に、撮像時の情報を表示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の撮像方法。
前記撮像時の情報として、撮像順を特定するパターンを表示することを特徴とする請求項５記載の撮像方法。
前記撮像順を特定するパターンが英数字であることを特徴とする請求項６記載の撮像方法。
前記撮像して得た画像から解像度表示手段の画像を抽出し、該抽出した解像度表示手段の画像から前記撮像対象物の所望の箇所の画像の解像度を評価することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の撮像方法。
前記撮像して得た複数の画像間の解像度及び／又は倍率の違いを、画像処理により合わせこむことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像方法。