JP2011164061A - Transparent object detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透明体検出システムに関する。さらに詳しくは、画像処理により透明体の検出を簡易かつ高精度に実施可能とする透明体検出システムに関する。 The present invention relates to a transparent body detection system. More specifically, the present invention relates to a transparent body detection system that can easily and accurately detect a transparent body by image processing.
透明なプラスチック成形品(以下、透明体)は、食品包装手段や、家電機器や、自動車部品など様々な分野で使用されている。しかしながら、透明体を撮像対象とする場合、透明体は反射率が低く透過率が高く、背景とのコントラストがとれないため、通常の輝度情報のみを利用したカメラを用いて透明体を検出することは、困難であった。 Transparent plastic molded products (hereinafter referred to as transparent bodies) are used in various fields such as food packaging means, home appliances, and automobile parts. However, when a transparent object is an object to be imaged, the transparent object has low reflectance and high transmittance and cannot be contrasted with the background. Therefore, the transparent object is detected using a camera that uses only normal luminance information. Was difficult.
このような問題に対し、特許文献1には、図16に示すように、投光側偏光板95で光を特定の方向に偏光して、透明体90を含む所定領域に投光する投光装置91と、その所定領域を透過した光のうち特定の偏光のみを透過させる受光側偏光板96を有する偏光機器92と、受光側偏光板96を透過した光を受光して得られる像を、2次元の画像で撮像するテレビカメラ93と、テレビカメラ93から得られる画像における明暗分布を利用して、透明体90を検出する画像処理装置94とを備え、特定の方向に偏光された光を、透明体90を含む所定領域に投光し、この所定領域を透過した光を、特定の偏光のみを透過させるようにした受光側偏光板96を透過させた上でテレビカメラ93内のCCDに受光させ、このCCDから得られる画像における明暗分布を利用して、透明体90を検出する透明体検出方法が開示されている。 For such a problem, as shown in FIG. 16, Patent Document 1 discloses a light projecting method in which light is polarized in a specific direction by a light projection side polarizing plate 95 and then projected onto a predetermined region including the transparent body 90. An apparatus 91, a polarizing device 92 having a light receiving side polarizing plate 96 that transmits only specific polarized light out of the light transmitted through the predetermined region, and an image obtained by receiving the light transmitted through the light receiving side polarizing plate 96, A television camera 93 that captures a two-dimensional image, and an image processing device 94 that detects a transparent body 90 using a brightness / darkness distribution in the image obtained from the television camera 93, and that is configured to emit light polarized in a specific direction. Then, light is projected onto a predetermined area including the transparent body 90, and the light transmitted through the predetermined area is transmitted through a light-receiving side polarizing plate 96 that transmits only specific polarized light, and then is transmitted to the CCD in the TV camera 93. Received light and obtained from this CCD Using the brightness distribution in the image, the transparent object detection method for detecting a transparent body 90 is disclosed.
(課題1:照明装置の配置)
特許文献1に記載の技術では、テレビカメラ93に対して透明体90の下側に、照明装置97と、投光側偏光板96を配置する必要がある。しかしながら、実際のライン等では透明体を洗浄する工程もあり、下側に水滴が落ちる場合があるため、安全面の考慮等により、照明装置97を透明体の下側に配置することが困難な場合がある。
(Problem 1: Arrangement of lighting device)
In the technique described in Patent Document 1, it is necessary to dispose the illumination device 97 and the light projecting side polarizing plate 96 below the transparent body 90 with respect to the television camera 93. However, in an actual line or the like, there is a process of washing the transparent body, and water drops may fall on the lower side. Therefore, it is difficult to arrange the lighting device 97 below the transparent body in consideration of safety. There is a case.
(課題2:トレーから検出装置への再配置)
また、特許文献1に記載の技術は、トレー、或いは載置台とトレーとを一体で工程を進めていくような場合、一度、透明体検出装置上に載せなおす必要があるという問題があった。
(Problem 2: Relocation from tray to detector)
In addition, the technique described in Patent Document 1 has a problem in that when the process is performed integrally with the tray or the mounting table and the tray, it is necessary to mount the process once on the transparent body detection device.
(課題3:回転機構およびキャリブレーションの必要性)
さらに、特許文献1に記載の技術は、投光側偏光板95と受光側偏光板96との透過偏光方向を一致もしくは直交させる必要があり、そのために受光側偏光板96を所定の回転ピッチで回転させ、その各画像に基づく計測を行う必要があった。これは透明体90の種別変更などに応じて行う場合は、工程ライン上の時間ロスに繋がる。また、このような回転機構を設けることは装置を大型化させる要因となる。さらに、このような回転機構は工場のような振動を伴う機構自体の経時変化(中心位置のズレなど)が生じやすく、可動部の消耗に起因した故障などのメンテナンスが必要となるという問題があった。
(Problem 3: Necessity of rotation mechanism and calibration)
Furthermore, the technique described in Patent Document 1 requires that the transmission polarization directions of the light-projecting side polarizing plate 95 and the light-receiving side polarizing plate 96 coincide with each other or be orthogonal to each other. It was necessary to rotate and measure based on each image. When this is performed according to a change in the type of the transparent body 90, etc., this leads to a time loss on the process line. In addition, providing such a rotation mechanism is a factor in increasing the size of the apparatus. Furthermore, such a rotating mechanism is prone to change over time (center position deviation, etc.) of the mechanism itself with vibration as in a factory, requiring maintenance such as failure due to wear of moving parts. It was.
そこで本発明は、透明体の検出を簡易かつ高精度に実施可能とする透明体検出システム、詳しくは、照明装置を下側に配置することなく、また透明体の載置状態を問わずその検出を可能とし、さらに、キャリブレーション作業や回転機構を伴わない透明体検出システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention relates to a transparent body detection system that enables simple and highly accurate detection of a transparent body, and more specifically, without detecting an illumination device on the lower side and regardless of the mounting state of the transparent body. It is another object of the present invention to provide a transparent body detection system that does not involve calibration work or a rotation mechanism.
かかる目的を達成するため、請求項1に記載の透明体検出システムは、透過光の偏光方向が変化する特性を有する透明体を含む第一領域を撮像して、垂直偏光画像および水平偏光画像を撮像する画像撮像手段と、透明体を載置する載置台と、画像撮像手段から載置台を挟んで、第一領域のうち少なくとも透明体を含んで撮影される第二領域の範囲を含む位置に設置された偏光フィルタと、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて透明体を検出する画像処理装置とを備えるものである。 In order to achieve such an object, the transparent body detection system according to claim 1 captures a first region including a transparent body having a property of changing a polarization direction of transmitted light, and obtains a vertically polarized image and a horizontally polarized image. At a position including the range of the second area to be imaged including at least the transparent body among the first area, with the image capturing means for imaging, the mounting table for mounting the transparent body, and the mounting table from the image imaging means. An installed polarizing filter and an image processing device that detects a transparent body based on a distribution of vertical and horizontal polarization degrees of a vertical and horizontal polarization degree image based on a vertical polarization image and a horizontal polarization image.
したがって、縦横偏光度画像を取り込めるようにしたので透明体下地の偏光フィルタの方向に依存せずに透明体の偏光変化を検出することが可能となり、キャリブレーション作業が不要となる。また、回転機構も不要となる(課題3)。また、透明体を透過する光は、偏光フィルタを透過した光(特定の偏光方向に偏った光)であればよく、偏光フィルタ直下に照明装置を配置する必要はない(課題1)。さらに、トレー上に載置台を設置されたものであっても、トレーと載置台との間に偏光フィルタがあればよく、載置台から透明体検出装置に載せかえるような作業は不要となる(課題2)。 Therefore, since the vertical and horizontal polarization degree images can be taken in, it becomes possible to detect the polarization change of the transparent body without depending on the direction of the polarizing filter on the transparent base, and the calibration work becomes unnecessary. In addition, a rotating mechanism is not required (Problem 3). Moreover, the light which permeate | transmits a transparent body should just be the light (light biased in the specific polarization direction) which permeate | transmitted the polarizing filter, and it is not necessary to arrange | position an illuminating device directly under a polarizing filter (issue 1). Furthermore, even if a mounting table is installed on the tray, it is sufficient if there is a polarizing filter between the tray and the mounting table, and an operation for replacing the mounting table with the transparent body detection device is not necessary ( Problem 2).
また、請求項2に記載の透明体検出システムは、透過光の偏光方向が変化する特性を有する透明体を含む第一領域を撮像して、垂直偏光画像および水平偏光画像を撮像する画像撮像手段と、透明体を載置し、第一領域のうち、透明体を含まずに撮影される第三領域の偏光方向と略同一の偏光方向の光を反射する載置台と、画像撮像手段から載置台を挟んだ位置に設けられる、垂直偏光画像もしくは水平偏光画像の一方の階調値が他方より強くなる下地と、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて透明体を検出する画像処理装置とを備えるものである。 In addition, the transparent body detection system according to claim 2 is an image capturing unit that captures a first region including a transparent body having a characteristic of changing a polarization direction of transmitted light and captures a vertically polarized image and a horizontally polarized image. And a mounting table that reflects light having a polarization direction substantially the same as the polarization direction of the third area of the first area that is photographed without including the transparent body. The distribution of the vertical and horizontal polarization degree of the vertical and horizontal polarization degree image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image, which is provided at a position across the pedestal and where the gradation value of one of the vertical polarization image or the horizontal polarization image is stronger than the other. And an image processing device that detects a transparent body based on the image processing apparatus.
したがって、縦横偏光度画像を取り込めるようにしたので透明体下地の偏光フィルタの方向に依存せずに透明体の偏光変化を検出することが可能となり、キャリブレーション作業が不要となる。また、回転機構も不要となる(課題3)。また、偏光フィルタを配置しないためシステムの簡素化、低コスト化に繋がる。 Therefore, since the vertical and horizontal polarization degree images can be taken in, it becomes possible to detect the polarization change of the transparent body without depending on the direction of the polarizing filter on the transparent base, and the calibration work becomes unnecessary. In addition, a rotating mechanism is not required (Problem 3). In addition, since no polarizing filter is disposed, the system is simplified and the cost is reduced.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずれかに記載の透明体検出システムにおいて、画像処理装置は、検出した透明体の位置および姿勢を検出するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the transparent body detection system according to the first or second aspect, the image processing device detects the position and orientation of the detected transparent body.
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の透明体検出システムにおいて、ロボットハンドおよび該ロボットハンドを制御するロボットコントローラを備え、ロボットコントローラは、ロボットハンドを、検出された透明体の位置に基づいて移動させ、検出された透明体の姿勢に基づいて透明体をピックアップさせるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the transparent body detection system according to the third aspect, the robot hand includes a robot hand and a robot controller that controls the robot hand, and the robot controller detects the robot hand by detecting the transparent body. The transparent body is picked up based on the detected posture of the transparent body.
また、請求項5に記載の発明は、請求項3または4のいずれかに記載の透明体検出システムにおいて、画像処理装置は、検出した透明体の位置および姿勢に基づいて透明体の存在領域を決定し、2以上の透明体の存在領域を比較して、透明体の形状的欠陥を検出するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the transparent body detection system according to any one of the third or fourth aspect, the image processing device determines the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body. It determines and compares the existence area | region of two or more transparent bodies, and detects the geometrical defect of a transparent body.
また、請求項6に記載の発明は、請求項3から5までのいずれかに記載の透明体検出システムにおいて、画像処理装置は、検出した透明体の位置および姿勢に基づいて透明体の存在領域を決定し、かつ、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づくモノクロ輝度画像の輝度分布に基づいて透明体の外観的欠陥を検出するものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the transparent body detection system according to any one of the third to fifth aspects, the image processing apparatus is configured to detect the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body. And the appearance defect of the transparent body is detected based on the luminance distribution of the monochrome luminance image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image.
また、請求項7に記載の発明は、請求項3から6までのいずれかに記載の透明体検出システムにおいて、画像処理装置は、検出した透明体の位置および姿勢に基づいて透明体の存在領域を決定し、かつ、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づくモノクロ輝度画像の輝度分布に基づいて透明体表面に記された文字および/または図柄情報を検出するものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the transparent body detection system according to any one of the third to sixth aspects, the image processing apparatus is configured to detect the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body. And character and / or symbol information written on the surface of the transparent body is detected based on the luminance distribution of the monochrome luminance image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image.
また、請求項8に記載の発明は、請求項3から7までのいずれかに記載の透明体検出システムにおいて、透明体は、空瓶または透明な液体の入った瓶中に混入しうる透明異物であって、画像処理装置は、検出した透明体の位置および姿勢に基づいて透明体の存在領域を決定し、かつ、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて空瓶または透明な液体の入った瓶中に透明異物が混入しているか否かを判定するものである。 The invention according to claim 8 is the transparent body detection system according to any one of claims 3 to 7, wherein the transparent body is a transparent foreign substance that can be mixed into an empty bottle or a bottle containing a transparent liquid. The image processing apparatus determines the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body, and the distribution of the vertical and horizontal polarization degrees of the vertical and horizontal polarization degree images based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image. Based on the above, it is determined whether or not a transparent foreign matter is mixed in an empty bottle or a bottle containing a transparent liquid.
本発明によれば、透明体の検出を簡易かつ高精度に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily and accurately detect a transparent body.
以下、本発明に係る構成を図1から図15に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a configuration according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
(透明体検出システム)
本実施形態に係る透明体検出システム1は、透過光の偏光方向が変化する特性を有する透明体114を含む第一領域を撮像して、垂直偏光画像および水平偏光画像を撮像する画像撮像手段(カメラ12)と、透明体114を載置する載置台113と、画像撮像手段から載置台113を挟んで、第一領域のうち少なくとも透明体114を含んで撮影される第二領域の範囲を含む位置に設置された偏光フィルタ112と、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて透明体を検出する画像処理装置13とを備えるものである。
(Transparent object detection system)
The transparent body detection system 1 according to the present embodiment captures a first region including a transparent body 114 having a characteristic that the polarization direction of transmitted light changes, and captures a vertically polarized image and a horizontally polarized image. Including a range of a second area to be photographed including at least the transparent body 114 in the first area, with the camera 12), the mounting table 113 on which the transparent body 114 is mounted, and the mounting table 113 from the image capturing means. A polarizing filter 112 installed at a position, and an image processing device 13 that detects a transparent body based on a distribution of vertical and horizontal polarization degrees of a vertical and horizontal polarization degree image based on a vertical polarization image and a horizontal polarization image.
図1は透明体検出システム1の概略構成図である。透明体検出システム1は、透明体載置部11と、モノクロ輝度画像と縦横偏光度画像が撮像可能なカメラ12と、画像処理装置13と、モニタ14と、ロボットコントローラ15と、ロボットハンド16から構成されている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a transparent body detection system 1. The transparent body detection system 1 includes a transparent body placement unit 11, a camera 12 capable of capturing monochrome luminance images and vertical and horizontal polarization degree images, an image processing device 13, a monitor 14, a robot controller 15, and a robot hand 16. It is configured.
透明体検出システム1は、例えば、工場等の屋内に設置されるものであり、蛍光灯101等の室内照明下に配置される。また、透明体載置部11の載置台113と地面とが平行となるように配置され、カメラ12は載置台113の法線方向から透明体114を撮像するように配置されている。さらに、透明体114への室内照明が直接照射されないようにカメラ12と室内照明(蛍光灯101)との間には遮光板102が配置されている。但し、真上の蛍光灯101については部分遮光で良い。なお、遮光板102としては、例えば、着色されたプラスチック板などを用いればよいが、遮光性を有していればこれに限られるものでない。遮光板102を配置することにより、透明体114の表面での不要反射光が除去され、透明体114の検出精度が向上する。 For example, the transparent body detection system 1 is installed indoors in a factory or the like, and is placed under room illumination such as a fluorescent lamp 101. Further, the mounting table 113 of the transparent body mounting unit 11 and the ground are arranged in parallel, and the camera 12 is arranged to image the transparent body 114 from the normal direction of the mounting table 113. Further, a light shielding plate 102 is disposed between the camera 12 and the room lighting (fluorescent lamp 101) so that the room lighting on the transparent body 114 is not directly irradiated. However, partial light shielding is sufficient for the fluorescent lamp 101 directly above. For example, a colored plastic plate may be used as the light shielding plate 102, but the light shielding plate 102 is not limited to this as long as it has a light shielding property. By disposing the light shielding plate 102, unnecessary reflected light on the surface of the transparent body 114 is removed, and the detection accuracy of the transparent body 114 is improved.
透明体載置部11は、透明体114を載置する載置台113とカメラ12側から見て載置台113の向こう側のうち少なくとも透明体114を含んで撮影される領域(第二領域)の範囲を含むように設置された偏光フィルタ112を配置している。偏光フィルタ112の下側にはトレー111が配置されている。トレー111は、洗浄工程などを経た透明体114からの雫などを受ける役目を有するものである。 The transparent body placement unit 11 is an area (second area) in which at least the transparent body 114 is photographed among the placement stage 113 on which the transparent body 114 is placed and the other side of the placement stage 113 when viewed from the camera 12 side. A polarizing filter 112 is disposed so as to include the range. A tray 111 is disposed below the polarizing filter 112. The tray 111 has a role of receiving soot from the transparent body 114 that has undergone a cleaning process.
また、載置台113は、網目状の構成となっており、トレー111で反射された光が、偏光フィルタ112を透過後、透明体114を十分に透過するだけの網目占有率を有するものである。具体的には、透明体領域の5%程度の占有率が望ましい。また、一本一本の網目も細いほうが望ましく、透明体114の大きさに対して5%以下の細さが望ましい。このようなサイズとすることにより、偏光した光が通過する透明体114の領域が増えるとともに、背景領域も増えるため、透明体114のエッジ検出精度が向上する。 Further, the mounting table 113 has a mesh structure, and has a mesh occupation ratio that allows the light reflected by the tray 111 to sufficiently pass through the transparent body 114 after passing through the polarizing filter 112. . Specifically, an occupation ratio of about 5% of the transparent body region is desirable. In addition, it is desirable that each mesh is thin, and it is desirable that the mesh be 5% or less with respect to the size of the transparent body 114. By setting it as such a size, since the area | region of the transparent body 114 through which the polarized light passes increases, the background area | region also increases, Therefore The edge detection accuracy of the transparent body 114 improves.
また、偏光フィルタ112としては、例えば、有機フィルム状のものを用いるのが好ましい。有機フィルムは、大面積かつ安価であるため、透明体検出システム1の低コスト化を図れる。また、弾性があるため、緩やかな凹凸構造があってもシール材などによりトレー111に貼り付けることも可能である。 Moreover, as the polarizing filter 112, for example, an organic film-shaped one is preferably used. Since the organic film has a large area and is inexpensive, the cost of the transparent body detection system 1 can be reduced. Further, since it has elasticity, it can be attached to the tray 111 with a sealing material or the like even if it has a gentle uneven structure.
なお、本実施形態では、トレー111を配置した例について説明したが、偏光フィルタ112が載置台113の下側にあれば足り、偏光フィルタ112の下側は、例えば床であってもよい。また、偏光フィルタ112は、特定偏光の光を透明体に照射することを目的としたものであり、その機能を果たすものであれば特に限られるものではない。例えば、透過型偏光フィルタでなく、反射型偏光フィルタを用いてもよい。なお、反射型偏光フィルタとしては、例えば、樹脂状のワイヤグリッドタイプなどが知られている。 In the present embodiment, an example in which the tray 111 is disposed has been described. However, it is sufficient that the polarizing filter 112 is below the mounting table 113, and the lower side of the polarizing filter 112 may be, for example, a floor. The polarizing filter 112 is intended to irradiate the transparent body with light of a specific polarization, and is not particularly limited as long as it fulfills its function. For example, a reflective polarizing filter may be used instead of the transmissive polarizing filter. As the reflective polarizing filter, for example, a resinous wire grid type is known.
また、本実施形態においては、ポリカーボネイト樹脂を射出成形して作られる半球体状の透明体114を例に説明する。透明体114には、ガラスなどの偏光特性が変化しないものや樹脂でも作り方によっては偏光特性が変化するものや、しないものがあるが、ポリカーボネイト樹脂などは、射出成形などによって偏光方向が変化する特性を有するため、これを利用するものである。 Further, in the present embodiment, a hemispherical transparent body 114 made by injection molding of polycarbonate resin will be described as an example. There are transparent bodies 114 that do not change the polarization characteristics, such as glass, and some resins that do or do not change the polarization characteristics depending on how they are made. Polycarbonate resins have the characteristics that the polarization direction changes due to injection molding or the like. Therefore, this is used.
カメラ12は、輝度モノクロ画像と縦横偏光度画像が撮影可能なカメラである。それぞれの2次元の画像を形成する各画素信号はカメラ12内のセンサ側から画像処理装置13に出力される。 The camera 12 is a camera that can capture a luminance monochrome image and a vertical / horizontal polarization degree image. Each pixel signal forming each two-dimensional image is output from the sensor side in the camera 12 to the image processing device 13.
画像処理装置13は、カメラ12からの各画素信号をA/D変換して2値化または多値化するA/D変換部131と、このA/D変換部131でデジタルに変換されて2値化または多値化されたデータを記憶するメモリ132と、モニタ14の表示制御用の表示制御部133と、ロボットコントローラ15に対する制御信号の通信制御を行う不図示の通信制御部と、CPU135等とにより構成されている。このCPU135は、図示しないROMなどに格納されたプログラムに従って種々の画像処理および演算を行う。 The image processing apparatus 13 converts each pixel signal from the camera 12 into A / D conversion by binarizing or multileveling the A / D converter 131, and digitally converting the A / D converter 131 into 2 Memory 132 for storing data that has been digitized or multi-valued, a display control unit 133 for display control of the monitor 14, a communication control unit (not shown) that performs communication control of control signals to the robot controller 15, a CPU 135, etc. It is comprised by. The CPU 135 performs various image processing and calculations according to a program stored in a ROM (not shown) or the like.
また、画像処理装置13は、カメラ12から得られる画像、つまりメモリ132に記憶されたデータの画像における明暗分布を利用して、透明体114の位置、姿勢および大きさ(存在領域)などを検出する処理を行う。 Further, the image processing device 13 detects the position, posture, size (existing region), and the like of the transparent body 114 using the light / dark distribution in the image obtained from the camera 12, that is, the image of the data stored in the memory 132. Perform the process.
また、得られた透明体114の位置および姿勢などの結果を、表示制御部133を通してモニ14に表示する処理を行う。さらに、透明体114の位置および姿勢などの結果から得られる制御信号を、ロボットコントローラ15に送信する処理を行う。 In addition, a process for displaying the result such as the position and posture of the obtained transparent body 114 on the monitor 14 through the display control unit 133 is performed. Further, a process of transmitting a control signal obtained from the result of the position and posture of the transparent body 114 to the robot controller 15 is performed.
モニタ14は、例えばLCDまたはCRTなどの表示装置であり、ロボットコントローラ15は、画像処理装置13からの制御信号に従って、ロボットハンド16の駆動制御を行うものである。ロボットハンド16は、ロボットコントローラ15の駆動制御に従って、載置台113の上面に載置された透明体114をピックアップし、不図示のトレー等の収納部に整列して収納していくものである。 The monitor 14 is a display device such as an LCD or a CRT, and the robot controller 15 performs drive control of the robot hand 16 in accordance with a control signal from the image processing device 13. The robot hand 16 picks up the transparent body 114 mounted on the upper surface of the mounting table 113 according to the drive control of the robot controller 15 and stores it in a storage unit such as a tray (not shown).
(画像撮像手段)
次に、縦横偏光度画像を撮像する画像撮像手段としてのカメラの構成について説明する。カメラ12は、受光素子としてCCD(charge-coupled device)やCMOS(complementary metal oxide semiconductor)等の撮像素子により、例えばメガピクセルサイズの画素を有する透明体114を含む周囲画像を取得する。本実施形態にかかる透明体検出システム1におけるカメラ12は、輝度画像に加えて、偏光画像を取得できるものである。この偏光画像を形成するためのカメラ12について以下に述べる。
(Image capturing means)
Next, a configuration of a camera as an image capturing unit that captures a vertical / horizontal polarization degree image will be described. The camera 12 acquires an ambient image including a transparent body 114 having pixels of, for example, a megapixel size by using an image sensor such as a CCD (charge-coupled device) or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) as a light receiving element. The camera 12 in the transparent body detection system 1 according to the present embodiment can acquire a polarization image in addition to the luminance image. The camera 12 for forming this polarized image will be described below.
<画像撮像手段の第一実施形態>
カメラ12は、図2に示すように、縦方向の偏光を透過する位置に偏光フィルタ20aを配置し縦偏光画像を撮影するカメラと、横方向の偏光を透過する位置に偏光フィルタ20bを配置し横偏光画像を撮影するカメラとを備えたものである。このカメラ12によれば、従来のカメラのように、偏光フィルタを回転させる時間のズレはなく、縦偏光画像と横偏光画像が同時に撮影することが可能となる。
<First Embodiment of Image Imaging Unit>
As shown in FIG. 2, the camera 12 has a polarizing filter 20a disposed at a position where the vertically polarized light is transmitted and takes a vertically polarized image, and a polarizing filter 20b disposed at a position where the horizontally polarized light is transmitted. And a camera for taking a horizontally polarized image. According to this camera 12, there is no time lag for rotating the polarization filter as in the conventional camera, and a vertically polarized image and a horizontally polarized image can be taken simultaneously.
また、ステレオ方式とは異なり、2台のカメラは近接配置可能である。近年、機器の小型化のニーズが高いため、図2に示したカメラ12をさらに小型化する構成として、図3に示すようにレンズアレイ、偏光子のフィルタアレイを介して、一つの受光素子で撮像する構成を有するカメラ12を用いることも好ましい。 In addition, unlike the stereo system, two cameras can be arranged close to each other. In recent years, there is a high need for miniaturization of equipment, so that the camera 12 shown in FIG. 2 is further reduced in size by using a single light receiving element via a lens array and a polarizer filter array as shown in FIG. It is also preferable to use a camera 12 having a configuration for imaging.
図3は、カメラ12の光学系21の概略構成図を示している。この光学系21は、垂直偏光画像と水平偏光画像を撮影する2系統の光学系を有するものであり、レンズアレイ22と遮光スペーサ23と偏光フィルタ24とスペーサ25及び固体撮像ユニット26が積層されて形成されている。 FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the optical system 21 of the camera 12. The optical system 21 has two optical systems for capturing a vertically polarized image and a horizontally polarized image. A lens array 22, a light shielding spacer 23, a polarizing filter 24, a spacer 25, and a solid-state imaging unit 26 are laminated. Is formed.
レンズアレイ22は、2つのレンズ28a,28bを有する。この2つのレンズ28a,28bは互いに独立した同一形状の例えば非球面レンズ等からなる単レンズで形成され、光軸27a,27bを平行にして同一平面上に配置している。ここでレンズ28a,28bの光軸27a,27bと平行な方向をZ軸、Z軸に垂直な一方向をX軸、Z軸とX軸に垂直な方向をY軸とすると、レンズ28a,28bは、同一のXY平面上に配置されている。 The lens array 22 has two lenses 28a and 28b. The two lenses 28a and 28b are formed of a single lens made of, for example, an aspheric lens having the same shape independent from each other, and are arranged on the same plane with the optical axes 27a and 27b being parallel. Here, assuming that the direction parallel to the optical axes 27a and 27b of the lenses 28a and 28b is the Z axis, the direction perpendicular to the Z axis is the X axis, and the direction perpendicular to the Z axis and the X axis is the Y axis, the lenses 28a and 28b. Are arranged on the same XY plane.
遮光スペーサ23は、2つの開口部29a,29bを有し、レンズアレイ22に対して被写体側とは反対側に設けられている。2つの開口部29a,29bは光軸27a,27bをそれぞれ中心として所定の大きさで貫通され、内壁面には黒塗りや粗面やつや消しなどにより光の反射防止処理がされている。 The light-shielding spacer 23 has two openings 29a and 29b, and is provided on the side opposite to the subject side with respect to the lens array 22. The two openings 29a and 29b are penetrated with a predetermined size centering on the optical axes 27a and 27b, respectively, and the inner wall surface is subjected to antireflection treatment of light by blacking, roughing or matting.
偏光フィルタ24は、偏光面が90度異なる2つの偏光子領域30a,30bを有し、遮光スペーサ23に対してレンズアレイ22とは反対側に設けられている。2つの偏光子領域30a,30bはそれぞれ光軸27a,27bを中心としてXY平面と平行に設けられている。この偏光子領域30a,30bは、不特定の方向に電磁界が振動する無偏光を、偏光面に沿った方向の振動成分だけを透過させて直線偏光にする。 The polarizing filter 24 includes two polarizer regions 30a and 30b having different polarization planes by 90 degrees, and is provided on the side opposite to the lens array 22 with respect to the light shielding spacer 23. The two polarizer regions 30a and 30b are provided in parallel with the XY plane around the optical axes 27a and 27b, respectively. The polarizer regions 30a and 30b convert non-polarized light whose electromagnetic field vibrates in an unspecified direction into linearly polarized light by transmitting only vibration components in the direction along the polarization plane.
スペーサ25は、偏光フィルタ24の偏光子領域30a,30bに対応する領域が貫通した開口部31を有する矩形枠状に形成され、偏光フィルタ24に対して遮光スペース23とは反対側に設けられている。 The spacer 25 is formed in a rectangular frame shape having an opening 31 through which regions corresponding to the polarizer regions 30 a and 30 b of the polarizing filter 24 pass, and is provided on the opposite side of the light shielding space 23 with respect to the polarizing filter 24. Yes.
固体撮像ユニット26は、信号処理部を有する基板32上に搭載された2つの固体撮像素子33a,33bを有し、スペーサ25に対して偏光フィルタ24とは反対側に設けられている。2つの固体撮像素子33a,33bの実際に被写体像が結像する撮像領域はそれぞれ光軸27a,27bを中心としてXY平面と平行な同一平面上に設けられている。この固体撮像素子33a,33bは白黒のセンシングを行う場合は内部にカラーフィルタを有しなく、カラー画像のセンシングを行う場合は、カラーフィルタを前段に配置してやれば良い。 The solid-state image pickup unit 26 has two solid-state image pickup elements 33 a and 33 b mounted on a substrate 32 having a signal processing unit, and is provided on the opposite side of the polarization filter 24 with respect to the spacer 25. The imaging areas where the subject images are actually formed by the two solid-state imaging devices 33a and 33b are provided on the same plane parallel to the XY plane with the optical axes 27a and 27b as the centers. The solid-state imaging devices 33a and 33b do not have a color filter when performing monochrome sensing, and may be disposed at the previous stage when sensing a color image.
<画像撮像手段の第二実施形態>
また、図4に示すように、一つの撮像レンズ(レンズは同軸に複数枚でもよい)で画像を撮像し、レンズ後段で垂直偏光画像と水平偏光画像を分離し、それぞれの画像から縦横偏光度画像を形成する構成を有するカメラ12を用いることも好ましい。
<Second Embodiment of Image Imaging Unit>
In addition, as shown in FIG. 4, an image is picked up by one imaging lens (a plurality of lenses may be coaxially arranged), and a vertical polarization image and a horizontal polarization image are separated at the rear stage of the lens, and the degree of vertical and horizontal polarization from each image. It is also preferable to use a camera 12 having a configuration for forming an image.
このカメラ12は、縦偏光画像および横偏光画像を撮像するために、図4に示すように、1:1の透過性を備えるハーフミラーボックス34と、ミラー35と、垂直偏光フィルタ36と、水平偏光フィルタ37と、垂直偏光フィルタ36を介して視野像を撮像するCCD38と、水平偏光フィルタ37を介して視野像を撮像するCCD39を有するものである。上記第一実施形態のカメラ12では、縦偏光画像と横偏光画像の同時撮影が可能であるが、視差が生じる。一方、第二実施形態のカメラ12は、同一の撮像光学系(レンズ)を介して撮影するために視差が生じない。よって、検出領域が小さくてすみ、また視差ずれ補正などの処理が不要となる。 This camera 12, as shown in FIG. 4, captures a vertically polarized image and a horizontally polarized image, as shown in FIG. 4, a half mirror box 34 having 1: 1 transparency, a mirror 35, a vertical polarization filter 36, and a horizontal A CCD 38 that captures a field image through a polarizing filter 37, a vertical polarization filter 36, and a CCD 39 that captures a field image through a horizontal polarization filter 37 are provided. In the camera 12 of the first embodiment, it is possible to simultaneously capture a vertically polarized image and a horizontally polarized image, but parallax occurs. On the other hand, since the camera 12 according to the second embodiment captures images through the same imaging optical system (lens), no parallax occurs. Therefore, the detection area can be small, and processing such as parallax deviation correction is not necessary.
なお、ハーフミラーに替えて、横偏光を反射し、縦偏光を透過するプリズムである偏光ビームスプリッタを用いても良い。偏光ビームスプリッタを用いた場合は、垂直偏光フィルタ36および水平偏光フィルタ37が不要となるため、光学系の簡素化が図れるとともに、光利用効率も向上させることができる。 Instead of the half mirror, a polarization beam splitter that is a prism that reflects laterally polarized light and transmits longitudinally polarized light may be used. When the polarizing beam splitter is used, the vertical polarizing filter 36 and the horizontal polarizing filter 37 are not necessary, so that the optical system can be simplified and the light utilization efficiency can be improved.
<画像撮像手段の第三実施形態>
また、図5に示すように、一つの撮像レンズ(レンズは同軸に複数枚でもよい)で撮像し、レンズ後段に縦偏光のみを通す偏光子領域と横偏光の光のみを通す偏光子領域を有する領域分割型のフィルタ24を配置した構成を有するカメラ12を用いることも好ましい。ここで、偏光子領域としては、金属の微細凹凸形状で形成されたワイヤグリッド方式や、オートクローニング型のフォトニック結晶方式により境界部が明瞭な領域分割型の偏光子フィルタを形成できる。
<Third embodiment of image pickup means>
In addition, as shown in FIG. 5, a single imaging lens (a plurality of lenses may be coaxially arranged) is used, and a polarizer region that passes only vertically polarized light and a polarizer region that allows only horizontally polarized light to pass through the rear of the lens. It is also preferable to use the camera 12 having a configuration in which the region-divided filter 24 is disposed. Here, as the polarizer region, a region-divided polarizer filter with a clear boundary can be formed by a wire grid method formed with a metal fine concavo-convex shape or an auto-cloning photonic crystal method.
上記第二実施形態のカメラ12では、縦偏光画像と横偏光画像をプリズム分岐するために光学系が大型化し、2つの受光素子が必要である。一方、第三実施形態のカメラ12は、撮像レンズの同軸上の光学系で横偏光画像と縦偏光画像の取得が可能である。 In the camera 12 of the second embodiment, the optical system is enlarged in order to split the vertically polarized image and the horizontally polarized image into prisms, and two light receiving elements are required. On the other hand, the camera 12 of the third embodiment can acquire a laterally polarized image and a longitudinally polarized image with an optical system coaxial with the imaging lens.
ここで、領域分割型のフィルタの構成としては、受光素子の画素に1:1対応させるものに限られず、例えば、図6に示すような構成であることも好ましい。図6において、縦横に並ぶ正方形が各受光素子の受光部(受光素子アレイ40)を示しており、2種類の斜めの帯が縦横方向2種類の偏光フィルタ領域41,42を示す。各フィルタ領域41,42は、幅1画素、つまり横方向に受光素子一個分の幅を持ち、領域の境界線の傾きは2、つまり横方向に1画素分進む間に縦方向に2画素分変化する角度を持つ斜めの帯の形状をとなっている。 Here, the configuration of the area division type filter is not limited to the one corresponding to the pixels of the light receiving element, and for example, a configuration as shown in FIG. 6 is also preferable. In FIG. 6, squares arranged in the vertical and horizontal directions indicate the light receiving portions (light receiving element array 40) of the respective light receiving elements, and two types of diagonal bands indicate two types of polarizing filter regions 41 and 42 in the vertical and horizontal directions. Each of the filter regions 41 and 42 has a width of one pixel, that is, a width of one light receiving element in the horizontal direction, and the inclination of the boundary line of the region is 2, that is, two pixels in the vertical direction while proceeding by one pixel in the horizontal direction. It has the shape of an oblique band with a changing angle.
このような特殊なフィルタ配置パターンと信号処理を組み合わせることによって、撮像素子配列と領域分割フィルタを接合する際の位置合せの精度が十分でなくとも画面全体で各フィルタ透過画像を再現することを可能とし、低コストにこのような画像撮像装置を実現できる。 By combining such a special filter arrangement pattern and signal processing, it is possible to reproduce each filter transmission image on the entire screen even if the alignment accuracy when joining the image sensor array and the area division filter is not sufficient Such an image pickup apparatus can be realized at low cost.
以上説明したように、本実施形態にかかる透明体検出システム1におけるカメラ12は、偏光画像を取得可能である。また、カメラ12は、好ましくはリアルタイムに透明体画像を取得し、取得された透明体画像は、画像処理装置13に供給される。 As described above, the camera 12 in the transparent body detection system 1 according to the present embodiment can acquire a polarization image. The camera 12 preferably acquires a transparent image in real time, and the acquired transparent image is supplied to the image processing device 13.
(透明体検出)
本実施形態にかかる透明体検出システム1におけるカメラ12は、特に、プラスチック透明体で発生する複屈折を利用するものである。フィルムや基板には歪みや応力により複屈折が発生したり、構造上の僅かな異方性などによって光学異方性が発現し、位相差が生じることもある。このような特性のものに特定方向の偏光した光が入射した場合、その透過光の偏光方向に変化が生じる。カメラ12は、この変化を検出するものである。
(Transparent object detection)
The camera 12 in the transparent body detection system 1 according to the present embodiment particularly uses birefringence generated in a plastic transparent body. A film or substrate may be birefringent due to strain or stress, or may exhibit optical anisotropy due to slight structural anisotropy, resulting in a phase difference. When polarized light in a specific direction is incident on such a characteristic, the polarization direction of the transmitted light changes. The camera 12 detects this change.
[偏光フィルタの偏光透過方向がP方向の場合]
上述のようにカメラ12は、縦横偏光度画像が撮影可能であり、水平成分(S成分)から垂直成分(P成分)の偏光方向に対して階調を有するものである(例えば、256階調)。S成分の光が入射した場合は明部、P成分の光が入射した場合は暗部というように表示される。
[When polarization transmission direction of polarizing filter is P direction]
As described above, the camera 12 can shoot a vertical / horizontal polarization degree image, and has gradation in the polarization direction from the horizontal component (S component) to the vertical component (P component) (for example, 256 gradations). ). When S component light is incident, it is displayed as a bright portion, and when P component light is incident, it is displayed as a dark portion.
偏光フィルタ112の透過方向がP成分となるように配置した場合における、カメラ12による撮影結果の一例を図7に示す。なお、図7(a)はモノクロ輝度画像、図7(b)は縦横偏光度画像の例である。 FIG. 7 shows an example of the result of photographing by the camera 12 when the polarizing filter 112 is arranged so that the transmission direction is the P component. 7A shows an example of a monochrome luminance image, and FIG. 7B shows an example of a vertical and horizontal polarization degree image.
図7(b)に示すように、透明体114を通過しない背景部分の縦横偏光度は暗部となる。これに対して透明体114を通過した領域の縦横偏光度は、複屈折により透過光の偏光方向に変化が生じるため、この場合は明部になって見える。一方、図7(a)に示すように、モノクロ輝度画像では透明体114のエッジ部だけがわずかに白くなり、画像処理上、載置台113との切り分けが難しい。このように、縦横偏光度画像を用いると、透明体領域とその他の部分とのコントラストが明瞭にとれるため、以下に述べる画像処理フローによって透明体領域の抽出が可能となる。 As shown in FIG. 7B, the vertical and horizontal polarization degrees of the background portion that does not pass through the transparent body 114 are dark portions. On the other hand, the degree of vertical and horizontal polarization in the region that has passed through the transparent body 114 changes in the polarization direction of transmitted light due to birefringence, and in this case, it appears as a bright portion. On the other hand, as shown in FIG. 7A, in the monochrome luminance image, only the edge portion of the transparent body 114 is slightly white, and it is difficult to separate from the mounting table 113 in image processing. As described above, when the vertical and horizontal polarization degree images are used, the contrast between the transparent body region and other portions can be clearly obtained, and therefore the transparent body region can be extracted by the image processing flow described below.
[偏光フィルタの偏光透過方向がS方向の場合]
偏光フィルタ112の透過方向がS成分となるように配置した場合における、カメラ12による撮影結果の一例を図8に示す。なお、図8(a)はモノクロ輝度画像、図8(b)は縦横偏光度画像の例である。
[When polarization transmission direction of polarizing filter is S direction]
FIG. 8 shows an example of the result of photographing by the camera 12 when the polarizing filter 112 is arranged so that the transmission direction is the S component. 8A is an example of a monochrome luminance image, and FIG. 8B is an example of a vertical and horizontal polarization degree image.
図8(b)に示すように、透明体114を通過しない背景部分の縦横偏光度は明部となる。これに対して透明体114を通過した領域の縦横偏光度は、複屈折により透過光の偏光方向に変化が生じるため、この場合はわずかに暗部にずれる。一方、図8(a)に示すように、モノクロ輝度画像では透明体114のエッジ部だけがわずかに白くなり、画像処理上、載置台113との切り分けが難しい。このように、縦横偏光度画像を用いると、透明体領域とその他の部分とのコントラストが明瞭にとれるため、以下に述べる画像処理フローによって透明体領域の抽出が可能となる。 As shown in FIG. 8B, the vertical and horizontal polarization degrees of the background portion that does not pass through the transparent body 114 are bright portions. On the other hand, the degree of vertical and horizontal polarization of the region that has passed through the transparent body 114 changes in the polarization direction of transmitted light due to birefringence, and in this case, it slightly shifts to the dark part. On the other hand, as shown in FIG. 8A, in the monochrome luminance image, only the edge portion of the transparent body 114 is slightly white, and it is difficult to separate from the mounting table 113 in the image processing. As described above, when the vertical and horizontal polarization degree images are used, the contrast between the transparent body region and other portions can be clearly obtained, and therefore the transparent body region can be extracted by the image processing flow described below.
以上のように、縦横偏光度画像を用いることにより、撮像で得られるメモリの各画素値で形成される画像上における透明体の存在領域に対応する部分が、明部または暗部となって背景部分とのコントラストが高くなることから、透明体の位置、姿勢および大きさなどを検出することが可能となる。 As described above, by using the vertical and horizontal polarization degree images, the portion corresponding to the transparent region existing area on the image formed by each pixel value of the memory obtained by imaging becomes a bright portion or a dark portion as a background portion. Therefore, the position, posture and size of the transparent body can be detected.
[輝度画像による領域抽出との併用]
また、上述のような縦横偏光度画像による領域抽出に併せて、輝度画像による領域抽出を行うことで検出精度を向上することができる。この場合、輝度画像での領域抽出精度を上げるために、例えば、載置台113と偏光フィルタ112との間に光源を配置し、光源は偏光フィルタを照射するものであってもよい。すなわち、このような配置とすると、載置台113の網部分が光の影となり暗部となるため透明体との切り分けがしやすくなる。
[Combination with region extraction by luminance image]
Further, detection accuracy can be improved by performing region extraction using a luminance image in addition to region extraction using a vertical / horizontal polarization degree image as described above. In this case, in order to improve the region extraction accuracy in the luminance image, for example, a light source may be disposed between the mounting table 113 and the polarizing filter 112, and the light source may irradiate the polarizing filter. That is, with such an arrangement, the net portion of the mounting table 113 becomes a shadow of light and becomes a dark part, so that it is easy to separate from the transparent body.
この場合における、カメラ12による撮影結果の一例を図9に示す。なお、図9(a)はモノクロ輝度画像、図9(b)は縦横偏光度画像の例である。 An example of the result of photographing by the camera 12 in this case is shown in FIG. 9A shows an example of a monochrome luminance image, and FIG. 9B shows an example of a vertical and horizontal polarization degree image.
図9(b)に示すように、透明体114を通過しない背景部分の縦横偏光度は暗部となる。これに対して透明体114を通過した領域の縦横偏光度は、複屈折により透過光の偏光方向に変化が生じるため、この場合は明部にずれる。また、図9(a)に示すように、モノクロ輝度画像では図7(a)とは異なり、載置台113の部分が暗くなり、透明体114のエッジ部が強調されるようになる。 As shown in FIG. 9B, the vertical and horizontal polarization degrees of the background portion that does not pass through the transparent body 114 are dark portions. On the other hand, the vertical and horizontal polarization degrees of the region that has passed through the transparent body 114 change in the polarization direction of the transmitted light due to birefringence. Further, as shown in FIG. 9A, unlike the case of FIG. 7A, in the monochrome luminance image, the part of the mounting table 113 becomes dark and the edge part of the transparent body 114 is emphasized.
[偏光フィルタを備えない構成]
また、本発明に係る透明体検出システムは、偏光フィルタ112を備えない構成であっても良い。この透明体検出システムは、透過光の偏光方向が変化する特性を有する透明体114を含む第一領域を撮像して、垂直偏光画像および水平偏光画像を撮像する画像撮像手段(カメラ12)と、透明体114を載置し、第一領域のうち、透明体114を含まずに撮影される第三領域の偏光方向と略同一の偏光方向の光を反射する載置台113と、画像撮像手段から載置台113を挟んだ位置に設けられる、垂直偏光画像もしくは水平偏光画像の一方の階調値が他方より強くなる下地(トレー111)と、垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて透明体114を検出する画像処理装置13とを備えるものである。
[Configuration without polarizing filter]
In addition, the transparent body detection system according to the present invention may be configured not to include the polarizing filter 112. The transparent body detection system captures a first region including a transparent body 114 having a characteristic that the polarization direction of transmitted light changes, and captures a vertically polarized image and a horizontally polarized image (camera 12); From the image pickup means, which mounts the transparent body 114 and reflects light having a polarization direction substantially the same as the polarization direction of the third area that is imaged without including the transparent body 114 in the first area. A ground (tray 111) provided in a position sandwiching the mounting table 113 in which one of the gradation values of the vertically polarized image or the horizontally polarized image is stronger than the other, and the longitudinal and transverse polarization degree image based on the vertically polarized image and the horizontally polarized image. And an image processing device 13 that detects the transparent body 114 based on the distribution of the vertical and horizontal polarization degrees.
このような偏光フィルタ112を備えない透明体検出システムにおいては、載置台113の下側(下地)からの光が特定の偏光方向が強くなるような状況であれば良い。例えば、トレー111の反射光として特定の偏光方向が強くなるものを用いることとすれば良い。この場合、トレー111と載置台113の材料は同じであることが好ましい。 In such a transparent body detection system that does not include the polarizing filter 112, it is only necessary that the light from the lower side (base) of the mounting table 113 has a specific polarization direction. For example, the reflected light of the tray 111 may be a light whose specific polarization direction is strong. In this case, the materials of the tray 111 and the mounting table 113 are preferably the same.
偏光フィルタ112を備えない場合における、カメラ12による撮影結果の一例を図10に示す。なお、図10(a)はモノクロ輝度画像、図10(b)は縦横偏光度画像の例である。 FIG. 10 shows an example of the result of photographing by the camera 12 when the polarizing filter 112 is not provided. 10A is an example of a monochrome luminance image, and FIG. 10B is an example of a vertical and horizontal polarization degree image.
図10(b)に示すように、わずかに暗部を有する背景光に対して、透明体114を透過した光は明部にずれる。このように、偏光フィルタ112を用いない場合でも、透明体領域とその他の部分とのコントラストを出すことが可能である。このような偏光フィルタ112を配置しない構成の場合、システムの簡素化および低コスト化を図ることができる。 As shown in FIG. 10B, the light transmitted through the transparent body 114 is shifted to the bright portion with respect to the background light having a slightly dark portion. Thus, even when the polarizing filter 112 is not used, it is possible to obtain contrast between the transparent body region and other portions. In the case of such a configuration in which the polarizing filter 112 is not disposed, the system can be simplified and the cost can be reduced.
(透明体領域抽出フローの第一実施形態)
図11に、図7に示したような偏光フィルタの偏光方向がP成分の場合に、透明体検出システム1の画像処理装置14が実行する処理フローを示す。
(First embodiment of transparent body region extraction flow)
FIG. 11 shows a processing flow executed by the image processing apparatus 14 of the transparent body detection system 1 when the polarization direction of the polarizing filter as shown in FIG. 7 is the P component.
先ず、カメラ12により縦横偏光度撮像が行われ(ステップS101)、撮像で得られた各画素の縦横偏光度信号がA/D変換部141によりA/D変換されてデジタル化される(ステップS102)。 First, the vertical and horizontal polarization degree imaging is performed by the camera 12 (step S101), and the vertical and horizontal polarization degree signals of each pixel obtained by the imaging are A / D converted and digitized by the A / D conversion unit 141 (step S102). ).
次に、2値化処理がなされ(ステップS103)、この2値化された各画素値が画像データとしてメモリ132に記憶される(ステップS104)。 Next, binarization processing is performed (step S103), and each binarized pixel value is stored in the memory 132 as image data (step S104).
次に、各明部の識別のために明部の塊についてラベリングを行い(ステップS105)、所定の面積以上の明部の塊を検出する。さらに、所定の面積以上の明部の塊について、重心および2次モーメントを計算し、得られた明部の塊の重心を透明体114の位置として求め、2次モーメントの方向を透明体114の姿勢として求める処理がCPU135により実行される(ステップS106)。 Next, for identification of each bright part, labeling of the bright part block is performed (step S105), and a bright part block having a predetermined area or more is detected. Further, the center of gravity and the second moment are calculated for the bright part lump having a predetermined area or more, and the center of gravity of the obtained bright part lump is obtained as the position of the transparent body 114, and the direction of the second moment is determined for the transparent body 114. The CPU 135 executes processing for obtaining the posture (step S106).
このように、先ず、所定の面積以上の明部の塊を検出することで、透明体114を画像処理において検出することができる。さらに、検出した所定の面積以上の明部の塊について、重心および2次モーメントを計算することにより、透明体114の位置および姿勢を求めることができる。 Thus, first, the transparent body 114 can be detected in the image processing by detecting a cluster of bright portions having a predetermined area or more. Furthermore, the position and orientation of the transparent body 114 can be obtained by calculating the center of gravity and the second moment for the detected bright portion block having a predetermined area or more.
以上の検出処理の後、透明体114の位置および姿勢のデータから得られる制御信号をロボットコントローラ15に送信する処理がCPU135により実行され、ロボットコントローラ15が駆動制御されることにより、透明体114が、上記姿勢に合わせてロボットハンド16によりピックアップされて、不図示のトレーに整列して詰め込まれる(ステップS107)。この詰込みは検出された各透明体114の全てについて終了するまで繰り返される(ステップS108及びS109)。 After the above detection process, the CPU 135 executes a process of transmitting a control signal obtained from the position and orientation data of the transparent body 114 to the robot controller 15, and the robot controller 15 is driven and controlled. Then, it is picked up by the robot hand 16 in conformity with the above-mentioned posture, and aligned and packed in a tray (not shown) (step S107). This clogging is repeated until completion for all the detected transparent bodies 114 (steps S108 and S109).
なお、上記の処理における縦横偏光度の算出は以下のとおり行われる。カメラ12にて垂直偏光成分(P)と水平偏光成分(S)、およびこれを包含した偏光RAW画像データを取得する。縦横偏光度情報処理部は取得された縦偏光成分(P偏光成分、P成分とも呼ぶ)と横偏光成分(S偏光成分、S成分とよぶ)を用いて、縦横偏光度画像の作成および縦横偏光度の算出を行う。ここで、縦横偏光度画像データは、次式(1)により得られる。
縦横偏光度=(P偏光成分−S偏光成分)/(P偏光成分+S偏光成分) …(1)
Note that the vertical and horizontal polarization degrees in the above processing are calculated as follows. The camera 12 acquires the vertical polarization component (P), the horizontal polarization component (S), and polarized RAW image data including the vertical polarization component (P) and horizontal polarization component (S). The vertical / horizontal polarization degree information processing unit uses the acquired vertical polarization component (also referred to as P polarization component or P component) and the horizontal polarization component (referred to as S polarization component or S component) to create a vertical / horizontal polarization degree image and vertical / horizontal polarization. Calculate the degree. Here, the vertical and horizontal polarization degree image data is obtained by the following equation (1).
Vertical / horizontal polarization degree = (P-polarized component−S-polarized component) / (P-polarized component + S-polarized component) (1)
また、位置および姿勢を算出する際、あらかじめテンプレートを用意しておき、そのテンプレートに基づいて位置および姿勢を算出するようにしても良い。例えば、透明体は図7に示したような球状のものに限定されるものではなく、あらかじめ、例えば1度おきに回転した画像を予めテンプレートとして用意しておき、そのテンプレートに基づいて回転状態に応じた姿勢を算出するものであってもよい。 Further, when calculating the position and orientation, a template may be prepared in advance, and the position and orientation may be calculated based on the template. For example, the transparent body is not limited to the spherical shape as shown in FIG. 7. For example, an image rotated every other degree is prepared in advance as a template, and the rotation state is set based on the template. A corresponding posture may be calculated.
なお、画像処理装置13によるその他の画像処理、すなわち、2値化処理、ラベリング処理、重心および2次モーメント算出処理等の各画像処理は、公知または新規のアルゴリズムによれば良く、特に限られるものではないため、詳細な説明は省略する。また、各画像処理に用いる閾値は、透明体114の大きさ、形状等に応じて設定するものであれば良い。 Note that other image processing by the image processing device 13, that is, each image processing such as binarization processing, labeling processing, center of gravity and second moment calculation processing, may be based on a known or new algorithm, and is particularly limited. Therefore, detailed description is omitted. Moreover, the threshold value used for each image process should just be set according to the magnitude | size, shape, etc. of the transparent body 114. FIG.
以上説明したように、本実施形態に係る透明体検出システム1によれば、透明体114の存在する部分のコントラストを上げることができ、透明体114を検出することができる。これにより縦横偏光度画像を取り込めるようにしたので透明体下地の偏光フィルタ112の方向に依存せずに透明体の偏光変化を検出することが可能となり、キャリブレーション作業が不要となる。また、回転機構も不要となる(課題3)。また、透明体114を透過する光は、偏光フィルタ112を透過した光であればよく、偏光フィルタ112直下に照明装置を配置する必要はない(課題1)。さらに、トレー111上に載置台113を設置されたものであっても、トレー111と載置台113との間に偏光フィルタ12があればよく、載置台113から透明体検出装置に載せかえるような作業は不要となる(課題2)。 As described above, according to the transparent body detection system 1 according to the present embodiment, the contrast of the portion where the transparent body 114 exists can be increased, and the transparent body 114 can be detected. As a result, since the longitudinal and lateral polarization degree images can be taken in, it becomes possible to detect the polarization change of the transparent body without depending on the direction of the polarizing filter 112 on the transparent base, and the calibration work becomes unnecessary. In addition, a rotating mechanism is not required (Problem 3). Moreover, the light which permeate | transmits the transparent body 114 should just be the light which permeate | transmitted the polarizing filter 112, and it is not necessary to arrange | position an illuminating device directly under the polarizing filter 112 (issue 1). Further, even if the mounting table 113 is installed on the tray 111, the polarizing filter 12 may be provided between the tray 111 and the mounting table 113, and the transparent object detecting device can be mounted from the mounting table 113. No work is required (Problem 2).
また、画像処理により検出した透明体114の位置および姿勢を簡易かつ精度良く求めることができる。さらに、求めた透明体114の位置および姿勢に基づいて、ロボットハンド16により精度よく透明体114のピックアップが可能となる。 In addition, the position and orientation of the transparent body 114 detected by image processing can be obtained easily and accurately. Furthermore, the transparent body 114 can be accurately picked up by the robot hand 16 based on the obtained position and orientation of the transparent body 114.
(欠陥検査)
また、透明体検出システム1は、透明体114の位置および姿勢の検出と合わせて、欠け、ばりなどの欠陥の有無を検査することも好ましい。
(Defect inspection)
Moreover, it is also preferable that the transparent body detection system 1 inspects for the presence or absence of defects such as chipping and flashing in conjunction with the detection of the position and orientation of the transparent body 114.
先ず、上記同様、透明体114の存在領域を特定する。ここで、透明体114に欠け43の欠陥があると、図12に示すように、得られた(2値の)縦横偏光度画像における明部は、良品の場合の透明体の存在領域よりも小さくなる。また、透明体114にばり44の欠陥があると、図13に示すように、透明体の存在領域をはみ出す。 First, similarly to the above, the existence area of the transparent body 114 is specified. Here, when the transparent body 114 has a defect of a chip 43, as shown in FIG. 12, the bright portion in the obtained (binary) vertical and horizontal polarization degree image is larger than the existing area of the transparent body in the case of a non-defective product. Get smaller. Further, when the transparent body 114 has a defect of the flash 44, as shown in FIG.
そこで、良品の場合の透明体114の存在領域の画素数は既知であるから、その画素数から欠陥の有無を判別するための基準として、画素数の上限値および下限値で規定される正常範囲を設定し、透明体114の存在領域を特定した後、透明体114の明部の画素数をカウントし、このカウント値が正常範囲内であれば、欠陥無しと判定し、カウント値が正常範囲の上限値より大きければ、ばり44欠陥有りと判定し、カウント値が正常範囲の下限値より小さければ、欠け43欠陥有りと判定することができる。これにより、透明体114に生じうる欠け、ばりなどの形状的欠陥の検出が可能となり、良品/不良品の判別等が可能となる。 Therefore, since the number of pixels in the existing region of the transparent body 114 in the case of a non-defective product is known, the normal range defined by the upper limit value and the lower limit value of the number of pixels is used as a reference for determining the presence or absence of a defect from the number of pixels. Is set, and the region where the transparent body 114 is present is specified, and the number of pixels in the bright portion of the transparent body 114 is counted. If this count value is within the normal range, it is determined that there is no defect, and the count value is within the normal range. If the count value is smaller than the lower limit value of the normal range, it can be determined that there is a defect 43 defect. As a result, it is possible to detect a shape defect such as chipping or flashing that may occur in the transparent body 114, and it is possible to discriminate between non-defective products and defective products.
(透明体異物検査)
また、透明体検出システム1は、透光性の瓶の内部における透明異物の有無を検査する瓶内の透明異物検査に用いることも好ましい。すなわち、透明異物が存在すると、縦横偏光度画像は、透明異物が暗いもしくは明るい塊となって映ったものとなる。よって、画像に塊となって映る部分の有無に応じて、透明異物の有無を判定することができる。これにより、空瓶または透明な液体の入った瓶中に残った透明異物の検出が可能となる。
(Transparent object inspection)
Moreover, it is also preferable that the transparent body detection system 1 is used for the inspection of the transparent foreign matter in the bottle for inspecting the presence or absence of the transparent foreign matter inside the translucent bottle. That is, when there is a transparent foreign matter, the vertical and horizontal polarization degree image is a dark or bright block of the transparent foreign matter. Therefore, the presence / absence of a transparent foreign object can be determined according to the presence / absence of a portion that appears as a lump in the image. This makes it possible to detect transparent foreign matters remaining in an empty bottle or a bottle containing a transparent liquid.
(透明体領域抽出フローの第二実施形態)
透明体検出システム1の画像処理装置14が実行する他の処理フローについて説明する。透明体領域抽出フローの第二実施形態は、第一実施形態と異なり、縦横偏光度画像に加えて、輝度画像を用いて、汚れ、傷、クラックなどの欠陥や、ロゴやマークなどの文字情報、画像情報を検出して詰め込み時の分類方法を増やすものである。
(Second embodiment of transparent body region extraction flow)
Another processing flow executed by the image processing apparatus 14 of the transparent body detection system 1 will be described. The second embodiment of the transparent body region extraction flow is different from the first embodiment in that, in addition to the longitudinal and transverse polarization degree images, the brightness image is used to detect defects such as dirt, scratches, and cracks, and character information such as logos and marks. The image information is detected and the classification method at the time of packing is increased.
カメラ12からの偏光情報を用いたモノクロ輝度情報の生成について説明する。モノクロ輝度処理部は、取得されたP成分とS成分を用い、モノクロ画像の作成と輝度情報の算出を行う。また、モノクロ輝度は、次式(2)により、輝度情報画像データも生成し、出力することにより得られる。
モノクロ輝度=P偏光成分+S偏光成分 …(2)
Generation of monochrome luminance information using polarization information from the camera 12 will be described. The monochrome luminance processing unit creates a monochrome image and calculates luminance information using the acquired P component and S component. Further, the monochrome luminance is obtained by generating and outputting luminance information image data according to the following equation (2).
Monochrome brightness = P polarization component + S polarization component (2)
透明体114に生じる汚れ、傷、クラックなどの欠陥の有無を検査する場合、上記処理フロー1により、透明体114の位置および姿勢を求め、透明体114の存在領域を特定する。 When inspecting the presence or absence of defects such as dirt, scratches, and cracks generated on the transparent body 114, the position and orientation of the transparent body 114 are obtained by the processing flow 1 and the existence area of the transparent body 114 is specified.
ここで、透明体114に欠陥が無い場合、モノクロ輝度画像で得られた画像上の上記存在領域内は、図14に示すように、コントラストの低い画像になる。これに対し、透明体に欠陥(例えば、汚れ45)があると、図15に示すように、その汚れ45に対応する部分が周囲よりも暗くなり、汚れ部分に対応する領域内は、一部コントラストの高い画像になる。 Here, when there is no defect in the transparent body 114, the existing area on the image obtained by the monochrome luminance image is an image having a low contrast as shown in FIG. On the other hand, if there is a defect (for example, dirt 45) in the transparent body, as shown in FIG. 15, the part corresponding to the dirt 45 becomes darker than the surroundings, and the area corresponding to the dirt part is partially High contrast image.
そこで、輝度画像上のその存在領域内において、モノクロ輝度画像の輝度分布の変化部分の大きさや変化の程度が正常な範囲内であるかを判定する、すなわち、所定の明るさ以下の画素数の計測を行い、この計測結果に応じて欠陥の有無を判定すればよく、例えば、計測結果の画素数が所定の検査しきい値以上であれば欠陥有りと判定し、そうでなければ欠陥無しと判定することができる。これにより、透明体上に生じうる汚れ、傷、クラックなどの外観上の欠陥の検出が可能となり、良品/不良品の判別等が可能となる。 Therefore, in the existence area on the luminance image, it is determined whether the size and degree of change of the luminance distribution of the monochrome luminance image are within a normal range, that is, the number of pixels equal to or less than a predetermined brightness. Measurement may be performed, and the presence or absence of a defect may be determined according to the measurement result.For example, if the number of pixels of the measurement result is equal to or greater than a predetermined inspection threshold, it is determined that there is a defect; Can be determined. As a result, it is possible to detect defects in appearance such as dirt, scratches, and cracks that may occur on the transparent body, and it is possible to discriminate between non-defective products and defective products.
また、縦横偏光度画像で透明体114の位置や姿勢を特定した後に、モノクロ輝度画像の輝度分布の変化部分の大きさや変化の程度に基づいて、透明体表面に記入されたロゴやマークなどの文字情報や図柄情報も検知することも好ましい。これにより、外形判断と合わせて、文字情報や図柄情報に基づく透明体114のピッキングなども可能となる。 In addition, after specifying the position and orientation of the transparent body 114 in the vertical and horizontal polarization degree images, based on the size and degree of change of the luminance distribution changing portion of the monochrome luminance image, logos and marks written on the transparent body surface, etc. It is also preferable to detect character information and symbol information. Accordingly, it is possible to pick the transparent body 114 based on the character information and the symbol information together with the outer shape determination.
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 透明体検出システム
11 透明体載置部
12 カメラ(画像撮像手段)
13 画像処理装置
14 モニタ
15 ロボットコントローラ
16 ロボットハンド
20a,20b 偏光フィルタ
21 光学系
22 レンズアレイ
23 遮光スペーサ
24 偏光フィルタ
25 スペーサ
26 固体撮像ユニット
27a,27b 光軸
28a,28b レンズ
29a,29b 開口部
30a,30b 偏光子領域
31 開口部
32 基板
33a,33b 固体撮像素子
34 ハーフミラーボックス
35 ミラー
36 垂直偏光フィルタ
37 水平偏光フィルタ
38,39 CCD
40 受光素子アレイ
41 偏光フィルタ領域(縦)
42 偏光フィルタ領域(横)
43 欠け
44 ばり
45 汚れ
101 蛍光灯
102 遮光板
111 トレー
112 偏光フィルタ
113 載置台
114 透明体
131 A/D変換部
132 メモリ
133 表示制御部
135 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent body detection system 11 Transparent body mounting part 12 Camera (image imaging means)
13 Image processing device 14 Monitor 15 Robot controller 16 Robot hand 20a, 20b Polarizing filter 21 Optical system 22 Lens array 23 Light blocking spacer 24 Polarizing filter 25 Spacer 26 Solid imaging unit 27a, 27b Optical axis 28a, 28b Lens 29a, 29b Opening 30a , 30b Polarizer region 31 Opening 32 Substrate 33a, 33b Solid-state imaging device 34 Half mirror box 35 Mirror 36 Vertical polarization filter 37 Horizontal polarization filter 38, 39 CCD
40 Light-receiving element array 41 Polarizing filter region (vertical)
42 Polarizing filter area (horizontal)
43 chip 44 beam 45 dirt 101 fluorescent lamp 102 light shielding plate 111 tray 112 polarizing filter 113 mounting table 114 transparent body 131 A / D converter 132 memory 133 display controller 135 CPU
Claims (8)
前記透明体を載置する載置台と、
前記画像撮像手段から前記載置台を挟んで、前記第一領域のうち少なくとも前記透明体を含んで撮影される第二領域の範囲を含む位置に設置された偏光フィルタと、
前記垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて前記透明体を検出する画像処理装置と
を備えることを特徴とする透明体検出システム。 An image imaging means for imaging a first region including a transparent body having a property of changing a polarization direction of transmitted light, and imaging a vertically polarized image and a horizontally polarized image;
A mounting table for mounting the transparent body;
A polarizing filter installed at a position including a range of a second region photographed including at least the transparent body in the first region across the mounting table from the image capturing unit,
A transparent body detection system comprising: an image processing device that detects the transparent body based on a distribution of vertical and horizontal polarization degrees of a vertical and horizontal polarization degree image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image.
前記透明体を載置し、前記第一領域のうち、前記透明体を含まずに撮影される第三領域の偏光方向と略同一の偏光方向の光を反射する載置台と、
前記画像撮像手段から前記載置台を挟んだ位置に設けられる、前記垂直偏光画像もしくは水平偏光画像の一方の階調値が他方より強くなる下地と、
前記垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて前記透明体を検出する画像処理装置と
を備えることを特徴とする透明体検出システム。 An image imaging means for imaging a first region including a transparent body having a property of changing a polarization direction of transmitted light, and imaging a vertically polarized image and a horizontally polarized image;
Placing the transparent body, and a mounting table that reflects light having a polarization direction substantially the same as the polarization direction of the third area that is photographed without including the transparent body in the first area;
A ground on which one gradation value of the vertically polarized image or horizontally polarized image is stronger than the other, provided at a position sandwiching the mounting table from the image capturing means;
A transparent body detection system comprising: an image processing device that detects the transparent body based on a distribution of vertical and horizontal polarization degrees of a vertical and horizontal polarization degree image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image.
前記ロボットコントローラは、前記ロボットハンドを、検出された前記透明体の位置に基づいて移動させ、検出された前記透明体の姿勢に基づいて前記透明体をピックアップさせることを特徴とする請求項3に記載の透明体検出システム。 A robot hand and a robot controller for controlling the robot hand;
The robot controller moves the robot hand based on the detected position of the transparent body and picks up the transparent body based on the detected posture of the transparent body. The transparent body detection system described.
2以上の前記透明体の存在領域を比較して、前記透明体の形状的欠陥を検出することを特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の透明体検出システム。 The image processing device determines the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body,
The transparent body detection system according to claim 3, wherein a shape defect of the transparent body is detected by comparing existing regions of two or more transparent bodies.
かつ、前記垂直偏光画像および水平偏光画像に基づくモノクロ輝度画像の輝度分布に基づいて前記透明体の外観的欠陥を検出することを特徴とする請求項3から5までのいずれかに記載の透明体検出システム。 The image processing device determines the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body,
6. The transparent body according to claim 3, wherein an appearance defect of the transparent body is detected based on a luminance distribution of a monochrome luminance image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image. Detection system.
かつ、前記垂直偏光画像および水平偏光画像に基づくモノクロ輝度画像の輝度分布に基づいて前記透明体表面に記された文字および/または図柄情報を検出することを特徴とする請求項3から6までのいずれかに記載の透明体検出システム。 The image processing device determines the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body,
The character and / or symbol information written on the surface of the transparent body is detected based on a luminance distribution of a monochrome luminance image based on the vertical polarization image and the horizontal polarization image. The transparent body detection system in any one.
前記画像処理装置は、検出した前記透明体の位置および姿勢に基づいて前記透明体の存在領域を決定し、
かつ、前記垂直偏光画像および水平偏光画像に基づく縦横偏光度画像の縦横偏光度の分布に基づいて前記空瓶または透明な液体の入った瓶中に前記透明異物が混入しているか否かを判定することを特徴とする請求項3から7までのいずれかに記載の透明体検出システム。 The transparent body is a transparent foreign substance that can be mixed in an empty bottle or a bottle containing a transparent liquid,
The image processing device determines the presence area of the transparent body based on the detected position and orientation of the transparent body,
In addition, it is determined whether or not the transparent foreign matter is mixed in the empty bottle or the bottle containing the transparent liquid based on the distribution of the vertical and horizontal polarization degrees of the vertical and horizontal polarization degree images based on the vertical and horizontal polarization images. The transparent body detection system according to any one of claims 3 to 7, wherein:
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