JP2011100223A

JP2011100223A - 画像処理装置および画像処理方法

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Publication number: JP2011100223A
Application number: JP2009253407A
Authority: JP
Inventors: Yuji Torimaru; 裕二鳥丸; Norio Ishida; 規雄石田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-19

Abstract

【課題】外形線の検出精度が比較的高く、また、外形線の直径を精度よく求めることができる画像処理装置および画像処理方法を提供する。
【解決手段】エッジ抽出部は、検査対象４０付近の検査領域５０と、検査領域５０の中心Ｃｐ０から放射状に延びた複数本のセルＣｅ１〜Ｃｅ１２とを設定し、各セルＣｅ１〜Ｃｅ１２の幅方向の中心を通る直線と検査対象４０のエッジとの交点をそれぞれエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２とする。対象検出部は、エッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２を用いて検査対象４０の外形線１０２を求める。領域補正手段は、求まった外形線１０２の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０とを一致させるように検査領域５０の位置を補正する。エッジ抽出部では、補正後の検査領域５０を用いてエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２を再度抽出し、対象検出部では、当該エッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２から外形線１０２を求め直す。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像から円形状の検査対象を検出することができる画像処理装置および画像処理方法に関するものである。

従来、画像から円形状の検査対象を検出する場合、当該検査対象（円周）上の複数のエッジ点の座標（以下、「エッジ座標」という）から、最小二乗法により検査対象のエッジに相当する外形線の中心座標および半径を求める画像処理方法が一般に用いられている（たとえば特許文献１参照）。

この方法で外形線を求める画像処理装置では、まず、エッジ検出オペレータを用いて濃淡画像から急な濃淡変化を検出することで、検査対象のエッジ上に複数のエッジ点を抽出する。

具体的には、図３に示すように検査対象４０付近の検査領域５０（破線で示す）と、検査領域５０の中心から放射状に延びた複数本（ここでは周方向に等間隔で１２本）の短冊状のセルＣｅ１〜Ｃｅ１２（以下、各々を特に区別しないときには単に「セルＣｅ」とする）とを画像に設定する。その上で、各セルＣｅ１〜Ｃｅ１２で抽出したエッジ上でセルＣｅ１〜Ｃｅ１２の幅方向において中点となる点をそれぞれエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２（以下、各々を特に区別しないときには単に「エッジ点Ｐｅ」とする）とする。これにより、検査対象４０のエッジ上には周方向に複数のエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２が抽出される。上述のようにして定まる複数のエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２を用いることにより、外形線の中心座標および半径を求めることができる。

画像処理装置は、求まった外形線の特徴量（中心座標、直径等）を抽出し、当該特徴量を閾値と比較することにより、検査対象４０の良否を判定する。このとき、検査対象４０の中心Ｃｐ２と検査領域５０の中心Ｃｐ０とが一致するものと仮定すれば、検査領域５０の周方向に１８０度離れたセル（たとえばＣｅ１２とＣｅ６）を一対としたときに、当該一対のセルＣｅにてそれぞれ検出されたエッジ点Ｐｅ間を結ぶ直線は外形線の中心を通ることになる。そのため、当該エッジ点Ｐｅ間の距離を計測することで外形線の直径を求めることができる。

特開平７−２２５８４３号公報

ところで、画像内での検査対象４０の位置が一定でない場合には、図９のように検査対象４０の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０とがずれることがある。この場合、外形線の周方向においてエッジ点Ｐｅの間隔が密になる箇所と、粗になる箇所とが存在することになる。つまり、外形線の周方向においてエッジ点Ｐｅの間隔は均一ではなく、エッジ点Ｐｅが偏って存在するため、エッジ点Ｐｅが等間隔で点在する場合に比べると、エッジ点Ｐｅを用いて最小二乗法により求まる外形線の検出精度が低くなるという問題がある。

また、検査対象４０の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０とがずれていると、上述したように１８０度離れた一対のセルＣｅにてそれぞれ検出されたエッジ点Ｐｅ間を結ぶ直線は外形線の中心を通らないため、当該エッジ点Ｐｅ間の距離Ｄを計測したところで、外形線の直径を精度よく求めることはできない。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、外形線の検出精度が比較的高く、また、外形線の直径を精度よく求めることができる画像処理装置および画像処理方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、画像から円形状の検査対象を検出する画像処理装置であって、画像上の検査対象を含む範囲に検査領域を設定するとともに検査領域の中心から放射状に延び検査対象の周方向に等間隔で並ぶ複数本の検出線を設定し、各検出線と検査対象のエッジとの交点をそれぞれエッジ点として抽出するエッジ抽出部と、抽出された複数のエッジ点から検査対象に相当する形状の外形線を求める対象検出部とを備え、対象検出部が、外形線を一旦求めた後、当該外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正する領域補正手段を有し、エッジ抽出部では、領域補正手段にて補正された検査領域を用いてエッジ点を抽出し直し、対象検出部では、抽出し直されたエッジ点から外形線を求め直すことを特徴とする。

この構成によれば、対象検出部は、外形線を一旦求めた後、領域補正手段にて当該外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正するので、検査対象の中心と検査領域の中心とを一致させることができる。ここで、補正後の検査領域を用いてエッジ点が抽出し直されることでエッジ点が等間隔となり、当該エッジ点から外形線が求め直されるので、エッジ点を用いて求まる外形線の検出精度が高くなるという利点がある。また、検査対象の中心と検査領域の中心とが一致するため、検査対象の周方向に１８０度離れた一対のエッジ点間を結ぶ直線は外形線の中心を通ることとなり、当該エッジ点間の距離を計測することで外形線の直径を精度よく求めることが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記対象検出部が、複数の前記エッジ点を用いて前記外形線の候補となる仮想線を求める前処理手段と、前処理手段で求めた仮想線の周囲に有効領域を設定し、前記エッジ抽出部で抽出された複数のエッジ点のうち有効領域内にあるエッジ点を有効、有効領域外にあるエッジ点を無効と評価することにより、無効と評価されたエッジ点は外れ値として除外し、残りの有効と評価されたエッジ点から外形線を求める推定手段とを有することを特徴とする。

この構成によれば、推定手段が、無効と評価されたエッジ点は外れ値として除外し、残りの有効と評価されたエッジ点から外形線を求めるので、外れ値の影響を受けることなく外形線を検出することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記前処理手段が、複数の前記エッジ点を用いて最小二乗法により前記仮想線を求めた後、各エッジ点ごとに仮想線との誤差が大きいものほど重みが小さくなるように重み付けを行った上で最小二乗法により仮想線を求め直す処理を１回以上行い、前記推定手段が、無効と評価されたエッジ点は外れ値として除外した後、各エッジ点ごとに仮想線との誤差が大きいものほど重みが小さくなるように重み付けを行った上で最小二乗法により前記外形線を求める処理を１回以上行うことを特徴とする。

この構成によれば、最小二乗法を用いた１回の処理のみで仮想線や外形線を求める場合に比べ、仮想線との誤差が大きい外れ値の影響を小さくして、精度よく仮想線や外形線を求めることができる。

請求項４の発明は、画像から円形状の検査対象を検出する画像処理方法であって、画像上の検査対象を含む範囲に検査領域を設定するとともに検査領域の中心から放射状に延び検査対象の周方向に等間隔で並ぶ複数本の検出線を設定し、各検出線と検査対象のエッジとの交点をそれぞれエッジ点として抽出するエッジ抽出過程と、抽出された複数のエッジ点から検査対象に相当する形状の外形線を求める対象検出過程と、対象検出過程で求めた外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正する領域補正過程とを有し、領域補正過程で検査領域の位置が補正された場合に、補正後の検査領域を用いてエッジ抽出過程および対象検出過程を繰り返すことを特徴とする。

この発明によれば、対象検出過程で求めた外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正するので、検査対象の中心と検査領域の中心とを一致させることができる。ここで、補正後の検査領域を用いてエッジ点が抽出し直されることでエッジ点が等間隔となり、当該エッジ点から外形線が求め直されるので、エッジ点を用いて求まる外形線の検出精度が高くなるという利点がある。また、検査対象の中心と検査領域の中心とが一致するため、検査対象の周方向に１８０度離れた一対のエッジ点間を結ぶ直線は外形線の中心を通ることとなり、当該エッジ点間の距離を計測することで外形線の直径を精度よく求めることが可能になる。

本発明は、外形線を一旦求めた後、領域補正手段にて当該外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正するので、外形線の検出精度が比較的高く、また、外形線の直径を精度よく求めることができるという利点がある。

本発明の実施形態の画像処理装置を用いた画像処理の例を示す説明図である。同上の画像処理装置の概略構成を示すブロック図である。同上のエッジ抽出部で行われる処理を示す説明図である。同上のエッジ抽出部で行われる処理を示す説明図である。同上の画像処理装置の動作を示すフローチャートである。同上の対象検出部で行われる処理を示す説明図である。同上の推定手段で行われる処理を示す説明図である。同上のエッジ抽出部および対象検出部の動作を示すフローチャートである。従来例の処理を示す説明図である。

本実施形態の画像処理装置は、略円筒状あるいは略円柱状の物体を撮像することにより得られる略円形状の検査対象を含む画像から、当該検査対象の特徴量を抽出し、その良否を判定するものである。

画像処理装置は、図２に示すように、画像から検査対象のエッジを抽出するエッジ抽出部１０と、抽出されたエッジの座標に基づいて検査対象のエッジに相当する形状の外形線を求める対象検出部２０と、求めた外形線を用いて検査対象の良否判定を行う良否判定部３０とを備えている。

エッジ抽出部１０は、周知のエッジ検出オペレータを用いて濃淡画像から急な濃淡変化を検出することで当該検査対象（円周）上の複数のエッジ点を抽出する機能を有する。具体的には、図３に示すように検査対象４０付近の検査領域５０（破線で示す）と、検査領域５０の中心Ｃｐ０から放射状に延びた複数本（ここでは周方向に等間隔で１２本）の短冊状のセルＣｅ１〜Ｃｅ１２（以下、各々を特に区別しないときには単に「セルＣｅ」とする）とを画像に設定し、各セルＣｅ１〜Ｃｅ１２で抽出したエッジ上でセルＣｅ１〜Ｃｅ１２の幅方向において中点となる点をそれぞれエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２（以下、各々を特に区別しないときには単に「エッジ点Ｐｅ」とする）とする。これにより、検査対象４０のエッジ上には周方向に複数のエッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２が抽出される。エッジ抽出部１０では、上述したように定まる各エッジ点Ｐｅ１〜Ｐｅ１２のそれぞれの座標（以下、「エッジ座標」という）を求め、これらをメモリ（図示せず）に記憶する。なお、各セルＣｅ１〜Ｃｅ１２の幅方向の中心を通る直線が検出線を構成する。

対象検出部２０は、エッジ抽出部１０で求めたエッジ座標に基づき外形線の中心座標および半径を計算する。対象検出部２０の構成および機能については後に詳しく説明する。

ここにおいて、検査対象４０が真円ではなく、たとえば自動車用部品、電子部品、各種成型品等で、その周縁の一部に凹凸を有するような形状の検査対象４０の場合、凹凸を除く円を構成する部位のエッジ点のみから外形線を求めることが望ましい。たとえば図４に示すような突起４１を有する形状の場合、この突起４１部分を除いてエッジ点Ｐｅを求めることにより、外形線を精度よく求めることができる。

そこで、本実施形態では、検査領域５０を設定した際に設定されるセルＣｅ１〜Ｃｅ１２の中から、エッジの検出を行わないセルを任意に選択可能な構成とする。図４の例では、周縁上の突起４１部分に対応するセルＣｅ１，Ｃｅ２をマスクする（エッジ検出を行わないセルとする）ことで、当該突起４１部分のエッジ検出を行わないようにする。また、周縁に凹凸があるものだけでなく、円環の一部を切り欠いた略Ｃ字状の検査対象４０などに対しても、当該切欠部分に対応するセルをマスクすることにより、切欠の影響を受けずに外形線の中心座標および半径を求めることができる。

ここに、画像処理装置は、画像の検査を行う検査モードの他、各種設定を行う設定モードでの動作が可能であり、当該設定モードにおいては上記検査領域５０の設定等を行うことができる。設定モードにおいては、検査領域５０の中心Ｃｐ０位置の設定、検査領域５０のＸ方向（図３の横方向）の設定、Ｙ方向（図３の縦方向）の幅の設定、セルＣｅのサイズの設定、マスクするセルＣｅの設定、セルＣｅの角度ピッチの設定等が、ユーザの操作により行われる。また、セルＣｅの形状は短冊状に限らず、直線状、扇形等、様々な形状を採用することができる。

一方、良否判定部３０は、対象検出部２０で求めた外形線の特徴量（中心座標、直径等）を抽出し、当該特徴量を閾値と比較することにより、検査対象４０の良否を判定する。たとえば、エッジ抽出部１０で抽出された各エッジ点Ｐｅから外形線の中心座標までの距離と外形線の半径との差、或いはその偏差が閾値以内であるか否かを判断し、閾値以内に収まっていれば良品と判定する。

次に、上述した構成の画像処理装置を用いた画像処理方法について、図５のフローチャートを参照して簡単に説明する。

まず、エッジ抽出部１０にて、画像上に検査領域５０を設定するとともに、エッジを抽出するためのセルＣｅの座標位置を決定し、各セルＣｅ内のエッジをそれぞれエッジ点Ｐｅとして抽出する。エッジ点Ｐｅが抽出されると、その座標（エッジ座標）に基づき、対象検出部２０が外形線の中心座標および半径を計算する（Ｓ１）。その後、良否判定部３０では、対象検出部２０で得られた結果（外形線の中心座標、半径）から、外形線の特徴量を求め（Ｓ２）、その結果から検査対象４０の良否を判定する（Ｓ３）。

ところで、対象検出部２０は、エッジ抽出部１０で求めたエッジ座標について、ロバスト推定により仮想線を求める前処理手段２１と、前処理手段２１で求めた仮想線を用いて外形線を求める推定手段２２と、検査領域５０を補正する領域補正手段２３とを有している。

ここで、理想的には、全てのエッジ点Ｐｅを通る仮想線が検査対象４０のエッジと一致するはずであるが、通常、エッジ抽出部１０で検出されるエッジ点は検査対象４０のエッジに対してばらついている。たとえば画像にノイズが含まれている場合など、エッジ点の一部が仮想線から大きく外れた値（外れ値）となり、このような外れ値の影響で、単なる最小二乗法で求まる仮想線は検査対象４０のエッジから大きくずれることがある。そこで、前処理手段２１では、最小二乗法ではなくロバスト推定法（Ｂｉｗｅｉｇｈｔ推定法）を用いることにより、ある程度の精度で仮想線を求めることを可能とする。以下、ロバスト推定を用いた前処理手段２１での仮想線の設定処理について、図６を参照して説明する。

前処理手段２１は、まず図６（ａ）に示すようにエッジ抽出部１０で求めたエッジ座標を用いて最小二乗法にて仮想線候補１００を推定する。推定される仮想線候補１００は、その中心座標（ａ，ｂ）と半径ｒとで表されるものとする。このとき、図６（ａ）のように、エッジ抽出部１０にて求めたエッジ点Ｐｅのうち、いくつか（ここでは２点）のエッジ点Ｐｅ３，Ｐｅ４が検査対象４０のエッジから大きく外れた外れ値を示すものと仮定すると、これらの外れ値の影響により、求まる仮想線候補１００は実際のエッジから大きくずれることになる。

次に、前処理手段２１は、上述のようにして推定した仮想線候補１００に基づいて、より精度を高めるべく、各エッジ座標に対して重み付けを行い再度最小二乗法により仮想線候補１００を求める。すなわち、１回目の最小二乗法を用いて求めた仮想線候補１００を使用して、エッジ点Ｐｅごとに仮想線候補１００に対する誤差を求め、当該誤差が大きいものほど重みが小さくなるように重み付けを行う。誤差ｄは、各エッジ座標（Ｘｉ，Ｙｉ）および仮想線候補１００の中心座標（ａ，ｂ）並びに半径ｒを用いて、以下の数式で表される。

上記数１で表される誤差ｄが大きければ大きいほど、その後の最小二乗法にて求まる仮想線候補１００への影響が小さくなるように、重み付けを行うことになる。具体的には、誤差の許容範囲０〜Ｗａを予め設定しておき、誤差ｄが許容範囲０〜Ｗａ外（つまり、ｄ＞Ｗａ）であれば重みＷｉ（ｄ）＝０とし、誤差ｄが許容範囲０〜Ｗａ内（つまり、ｄ≦Ｗａ）にあれば重みＷｉ＝（１−（ｄ／Ｗａ）^２）^２とする。このような重み付けが全てのエッジ点Ｐｅについて行われる。しかして、誤差ｄ＝０のエッジ点Ｐｅでは重みＷｉは最大の「１」となり、誤差が大きくなるほど重みＷｉが小さくなる。

その後、前処理手段２１は、重み付け後のエッジ座標を用いて、最小二乗法により仮想線候補１００を再度求める。つまり、重みの小さいエッジ点Ｐｅに関しては、仮想線候補１００に対する影響が小さくなるようにして、最小二乗法を適用する。このようにして求まる仮想線候補１００は、図６（ｂ）に示すように１回目の最小二乗法により求めた仮想線候補１００’（図中破線で表す）に比べて外れ値の影響を受け難く、そのため、実際の検査対象４０のエッジに近づくことになる。

前処理手段２１では、以上説明した重み付けの処理および最小二乗法により仮想線候補１００を求める処理を必要回数繰り返すことにより、図６（ｃ）に示すように外れ値の影響をより小さくして仮想線１０１を求めることができる。このとき、重み付けの処理に関し、１回目、２回目、・・・と回数を重ねる度に誤差の許容範囲０〜Ｗａを狭めていくようにすれば、外れ値の影響を一層小さくすることも可能である。なお、重み付けの処理および仮想線候補１００を求める処理は、仮想線１０１の演算結果が収束するまで繰り返すようにしてもよいし、予め決められている繰り返し回数（たとえば５回）だけ繰り返すようにしてもよい。

ところで、本実施形態の画像処理装置においては、前処理手段２１で求められる仮想線１０１は、あくまで推定手段２２にて外形線１０２を求めるために用いられるものに過ぎず、実際にその後の処理（良否判定）で用いられるのは外形線１０２である。

推定手段２２では、複数のエッジ点Ｐｅについて、仮想線１０１に基づき所定のルールに従って評価を行う。具体的には、各エッジ点Ｐｅが仮想線１０１に対してどの程度ずれているのかを評価し、仮想線１０１からのずれが大きいエッジ点については、ノイズ成分（外れ値）とみなして、外形線１０２を求める際のデータから除外する。言い換えれば、仮想線１０１から大きく離れたところにあるエッジ点Ｐｅに関しては、検出されなかったものと同等の扱いにする。

ここでは、画像上において、図６（ｄ）に示すように仮想線１０１の中心からの距離が仮想線１０１の半径±許容値となる範囲に円環状の有効領域Ａ１を設定し、有効領域Ａ１内にあるエッジ点Ｐｅについては有効なものとみなし、有効領域Ａ１内にないエッジ点Ｐｅについては無効とみなす。なお、このとき、仮想線１０１および各エッジ点Ｐｅの座標（エッジ座標）が極座標表示されるように座標変換を施すことにより、各エッジ点Ｐｅが有効領域Ａ１内にあるか否かの判断が容易になる。

有効領域Ａ１を決めるための前記許容値は、たとえば仮想線１０１たる円弧からの距離で表すものとする。あるいは、仮想線１０１の円弧から各エッジ点Ｐｅまでの距離についての標準偏差σを計算し、当該標準偏差σの定数倍を前記許容値としてもよい。さらに、仮想線１０１の円弧との誤差が小さいエッジ点Ｐｅから順に、予め指定した比率の個数のエッジ点Ｐｅが有効領域Ａ１に含まれるような距離を許容値としてもよい。これにより、仮想線１０１の円弧からある一定範囲（許容値の範囲）に定めた有効領域Ａ１に属するか否かによって、エッジ点Ｐｅについて有効か否かの判断が可能となる。

さらに、推定手段２２は、上述のようにして各エッジ点Ｐｅについて有効か否かの判断を行った後、有効と判断されたエッジ点（つまり、有効領域Ａ１内にあるエッジ点）Ｐｅのみを用いて、改めて外形線１０２を求める。このとき、有効な全エッジ点Ｐｅを用いて最小二乗法により求まる外形線をそのまま外形線１０２としてもよいし、前処理手段２１と同様にロバスト推定を行う（つまり、重み付けの処理および最小二乗法による演算を繰り返し行う）ことでより一層高精度に外形線１０２を求めるようにしてもよい。

また、推定手段２２は、外形線１０２を一旦求めた後、当該外形線１０２に基づいて有効領域Ａ１を設定し、各エッジ点Ｐｅが有効か否かの判断を再度行い、有効と判断されたエッジ点Ｐｅに基づいて再度外形線１０２を求めるものとする。すなわち、推定手段２２では、一度求めた外形線１０２をそのまま外形線として出力するのではなく、外形線１０２から再度エッジ点Ｐｅの有効・無効を判断し、その結果を用いて改めて外形線１０２を求める。推定手段２２で行われる外形線１０２の計算処理の繰り返し回数については、予め最大回数のみが設定されるものとするが、最大回数まで達しなくても、外形線１０２が前回の処理結果と略一致する場合には、収束したものと判断して繰り返しを終了する。

これにより、１回目の処理にて仮想線１０１に基づいて設定された有効領域Ａ１からエッジ点Ｐｅの有効・無効を判断しただけでは、一部の外れ値とすべきエッジ点Ｐｅが有効と判断されても、２回目以降の処理にて、当該エッジ点Ｐｅについても無効とすることができる。たとえば、図７（ａ）に示すように、１回目のエッジ点Ｐｅの有効・無効の判断では、無効とすべき一部のエッジ点Ｐｅ４が有効領域Ａ１内に入ることで有効と判断される場合がある。このような場合でも、２回目以降の処理にて、図７（ｂ）に示すように、より実際のエッジに近い外形線１０２に基づいて設定された有効領域Ａ１からエッジ点Ｐｅの有効・無効を判断することで、前述の無効とすべきエッジ点Ｐｅ４についても確実に無効とすることができる。

ところで、領域補正手段２３は、推定手段２２にて求めた外形線１０２の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０とを一致させるように検査領域５０の位置を補正する機能を有する。すなわち、図１（ａ）に示すように外形線１０２の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０との間にずれが生じていれば、図１（ｂ）に示すように外形線１０２と補正後の検査領域５１とが同心円状となるように検査領域５０をシフトさせる処理を行う。なお、図１（ｂ）では、補正前の検査領域を「５０」、補正後の検査領域を「５１」で表している。

具体的な処理の一例としては、検査領域５０の中心Ｃｐ０から、各セルＣｅ１〜Ｃｅ１２の幅方向の中心を通る直線と外形線１０２との交点までの距離が、全てのセルＣｅで均一となるように、検査領域５０をシフトさせることが考えられる。ただし、この方法に限らず、たとえば外形線１０２と検査領域５０との中心座標の差分を求め、当該差分を埋めるように検査領域５０をシフトさせることも考えられる。検査領域５０の位置補正が完了すれば、補正後の検査領域５１を用いてエッジ抽出部１０によるエッジ点の抽出から検出対象部２０による外形線１０２の検出の処理が再度行われるものとする。

次に、上記構成の画像処理装置における外形線を求める際の処理（つまり、図５のステップＳ１の処理）について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、エッジ抽出部１０にて、画像上に検査領域５０を設定するとともに、検査領域５０の位置からエッジを抽出するためのセルＣｅの座標位置を決定し、各セルＣｅ内のエッジをそれぞれエッジ点Ｐｅとして抽出する（Ｓ１０：エッジ抽出過程）。それから、エッジ抽出過程において求めたエッジ点Ｐｅを用いて、前処理手段２１が、最小二乗法にて仮想線候補１００を求める（Ｓ１１）。

その後、ロバスト推定を行うか否かの判断を行い（Ｓ１２）、ロバスト推定を行う場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、前処理手段２１は、各エッジ点Ｐｅごとに仮想線候補１００からの誤差の計算（Ｓ１３）、重み付けを行い（Ｓ１４）、重み付け後のエッジ座標を用いて最小二乗法にて仮想線候補１００を再度求める（Ｓ１５）。ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理は、仮想線候補１００の検出結果（中心座標、半径）が収束（つまり、前回求めたものと一致）するか（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、あるいは所定の繰返回数に達する（Ｓ１７：Ｙｅｓ）まで繰り返され、最終的に得られた仮想線候補１００を仮想線１０１とする（Ｓ１８）。ここで、ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が前処理過程を構成する。

なお、ロバスト推定を行うか否かは予めユーザにより設定されており、ロバスト推定を行わない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１３〜Ｓ１７の処理を飛ばしてステップＳ１８に移行する。

仮想線１０１が確定した後は、推定手段２２にて有効領域Ａ１を設定し（Ｓ１９）、各エッジ点Ｐｅについて有効領域Ａ１内か否かによって外れ値（ノイズ成分）の除去を行い（Ｓ２０）、外れ値を除いた状態で外形線１０２候補を求める（Ｓ２１〜Ｓ２４）。この際、ロバスト推定を行うか否かの判断を行い（Ｓ２１）、ロバスト推定を行う場合（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、各エッジ点Ｐｅごとに仮想線１０１からの誤差の計算（Ｓ２２）、重み付けを行い（Ｓ２３）、重み付け後のエッジ座標を用いて最小二乗法にて外形線１０２候補を求める（Ｓ２４）。ロバスト推定を行わない場合（Ｓ２１：Ｎｏ）、ステップＳ２２〜Ｓ２３の処理を飛ばしてステップＳ２４に移行する。

ステップＳ１９〜Ｓ２４の処理は、外形線１０２候補の検出結果（中心座標、半径）が収束するか（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、あるいは所定の繰返回数に達する（Ｓ２７：Ｙｅｓ）まで繰り返され、最終的に得られた外形線１０２候補を外形線１０２とする（Ｓ２８）。なお、ステップＳ２０にて有効と判断されたエッジ点Ｐｅが３点未満である場合や、これらのエッジ点Ｐｅが直線状に並んでいる場合などで外形線１０２候補が定まらないときには、エラーと判断して（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、外形線の計算処理を終了してその旨（エラー発生）を報知する。ここで、ステップＳ１９〜Ｓ２８の処理が推定過程を構成する。

さらに、領域補正手段２３が、推定過程にて求めた外形線１０２と検査領域５０とで中心位置にずれがあるか否かを判断し（Ｓ２９）、所定値以上のずれが生じていれば（Ｓ２９：Ｙｅｓ）検査領域５０の位置補正を行い（Ｓ３０）、ステップＳ１０のエッジ抽出過程に戻って以降の処理を繰り返す。一方、中心位置に所定値以上のずれが生じていなければ（Ｓ２９：Ｎｏ）、検査領域５０の位置は収束したものと判断し、そのまま処理を終了する。

以上説明した構成によれば、画像内での検査対象４０の位置が一定でなく、図１（ａ）に示すように外形線１０２の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０との間にずれが生じても、領域補正手段２３にて検査領域５０の位置を補正することができる。すなわち、図１（ａ）の状態では、外形線１０２の周方向においてエッジ点Ｐｅの間隔が密になる箇所と、粗になる箇所とが存在するため、最小二乗法を適用する際に偏りが生じ、エッジ点Ｐｅを用いて求まる外形線１０２の検出精度が低くなるという問題がある。これに対し、検査領域５０の位置補正後においては、図１（ｂ）に示すように外形線１０２の周方向においてエッジ点Ｐｅの間隔が均等になるため、これらのエッジ点Ｐｅを用いて外形線１０２を精度よく求めることができる。

また、外形線１０２の中心Ｃｐ１と検査領域５０の中心Ｃｐ０とが一致していると、検査領域５０の周方向に１８０度離れたセル（たとえばＣｅ１２とＣｅ６）を一対としたときに、当該一対のセルＣｅにてそれぞれ検出されたエッジ点Ｐｅ間を結ぶ直線は外形線１０２の中心Ｃｐ１を通ることになる。そのため、図１（ｂ）のように当該エッジ点Ｐｅ間の距離Ｄを計測することで外形線１０２の直径を精度よく求めることができる。

さらに、仮想線１０１に基づいて定まる有効領域Ａ１内か否かによってエッジ点Ｐｅの有効・無効を判断し、有効と判断されたエッジ点Ｐｅのみから外形線１０２が求められるので、外れ値の影響を受けることなく外形線１０２を求めることが可能である。すなわち、ロバスト推定を用いることにより外れ値の影響を小さくして仮想線１０１を求めた後、さらに当該仮想線１０１に基づいて有効と判断されたエッジ点Ｐｅのみから外形線１０２を求めるので、外形線１０２については外れ値の影響を受けることなく求めることができる。しかも、本実施形態では、推定手段２２にてエッジ点Ｐｅの有効・無効の判断を繰り返し行うことで、１回の判断でエッジ点Ｐｅの有効・無効を決める場合に比べてより信頼性の高い判断を可能としている。

ところで、良否判定部３０においては、必要に応じて種々の特徴量を用いて良否を判定するものとする。たとえば、外形線の円形度（４π×（面積）／（周囲長）^２で求まる値であって、真円で１となり歪みが大きくなるほど小さくなる）、有効と判断されたエッジ点Ｐｅの真円度（外形線の中心Ｃｐ１から最も近いエッジ点Ｐｅまでの距離と、最も遠いエッジ点Ｐｅまでの距離との差）を特徴量として良否判定することができる。さらに、有効と判断されたエッジ点Ｐｅの外形線からの距離のばらつき具合（標準偏差）、全エッジ点Ｐｅの外形線の中心Ｃｐ１からの距離の平均値、外形線からの距離が最大（あるいは最小）のエッジ点Ｐｅから外形線の中心Ｃｐ１までの距離、外形線からの距離が最大（あるいは最小）のエッジ点Ｐｅの外形線の中心Ｃｐ１からみた方向、エッジ点Ｐｅを検出できなかったセルＣｅの数等も、適宜特徴量として用いることができる。

なお、推定手段２２にて無効と判断されたエッジ点Ｐｅは、外形線１０２を求める際には使用されないものの、良否判定部３０にて特徴量の抽出を行う際には使用することができる。たとえば、各エッジ点Ｐｅの外形線からのばらつきを特徴量とする場合に、有効・無効の別に関係なく、全てのエッジ点Ｐｅについて外形線からのばらつきを求めたり、無効とされたエッジ点Ｐｅの数を特徴量として用いたりすることが考えられる。これにより、無効とされたエッジ点Ｐｅについても、どの程度の不良であるのかを判定し、管理することができる。

また、上記実施形態では、対象検出部２０がロバスト推定法を用いて仮想線１０１を求める例を示したが、これに限らず、最小二乗法で仮想線１０１を求める構成としてもよい。さらにまた、対象検出部２０が仮想線１０１からエッジ点Ｐｅの有効・無効を判断し、有効と判断されたエッジ点Ｐｅを用いて改めて外形線１０２を求めることは、本発明に必須の構成ではなく、仮想線１０１をそのまま外形線１０２として用いてもよい。

１０エッジ抽出部
２０対象検出部
２１前処理手段
２２推定手段
４０検査対象
５０検査領域
５１補正後の検査領域
１０１仮想線
１０２外形線
Ａ１有効領域
Ｃｅ１〜Ｃｅ１２セル
Ｃｐ０検査領域の中心
Ｃｐ１外形線の中心
Ｐｅ１〜Ｐｅ１２エッジ点

Claims

画像から円形状の検査対象を検出する画像処理装置であって、画像上の検査対象を含む範囲に検査領域を設定するとともに検査領域の中心から放射状に延び検査対象の周方向に等間隔で並ぶ複数本の検出線を設定し、各検出線と検査対象のエッジとの交点をそれぞれエッジ点として抽出するエッジ抽出部と、抽出された複数のエッジ点から検査対象に相当する形状の外形線を求める対象検出部とを備え、対象検出部は、外形線を一旦求めた後、当該外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正する領域補正手段を有し、エッジ抽出部では、領域補正手段にて補正された検査領域を用いてエッジ点を抽出し直し、対象検出部では、抽出し直されたエッジ点から外形線を求め直すことを特徴とする画像処理装置。
前記対象検出部は、複数の前記エッジ点を用いて前記外形線の候補となる仮想線を求める前処理手段と、前処理手段で求めた仮想線の周囲に有効領域を設定し、前記エッジ抽出部で抽出された複数のエッジ点のうち有効領域内にあるエッジ点を有効、有効領域外にあるエッジ点を無効と評価することにより、無効と評価されたエッジ点は外れ値として除外し、残りの有効と評価されたエッジ点から外形線を求める推定手段とを有することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記前処理手段は、複数の前記エッジ点を用いて最小二乗法により前記仮想線を求めた後、各エッジ点ごとに仮想線との誤差が大きいものほど重みが小さくなるように重み付けを行った上で最小二乗法により仮想線を求め直す処理を１回以上行い、前記推定手段は、無効と評価されたエッジ点は外れ値として除外した後、各エッジ点ごとに仮想線との誤差が大きいものほど重みが小さくなるように重み付けを行った上で最小二乗法により前記外形線を求める処理を１回以上行うことを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
画像から円形状の検査対象を検出する画像処理方法であって、画像上の検査対象を含む範囲に検査領域を設定するとともに検査領域の中心から放射状に延び検査対象の周方向に等間隔で並ぶ複数本の検出線を設定し、各検出線と検査対象のエッジとの交点をそれぞれエッジ点として抽出するエッジ抽出過程と、抽出された複数のエッジ点から検査対象に相当する形状の外形線を求める対象検出過程と、対象検出過程で求めた外形線の中心に検査領域の中心が一致するように検査領域の位置を補正する領域補正過程とを有し、領域補正過程で検査領域の位置が補正された場合に、補正後の検査領域を用いてエッジ抽出過程および対象検出過程を繰り返すことを特徴とする画像処理方法。