JP2013246632A - 記号読取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】刻印等の記号とその背景部とのコントラストが高い記号読取域の画像を得て、記号読取率を高める。
【解決手段】刻印（記号）の撮像画像でその刻印を自動読取りする方法であって、刻印背景部からの正反射光による画像撮像を主目的とした第１光照射・撮像状態において、刻印及び背景部を含む刻印読取域の画像を撮像して刻印黒画像を取得し（１０１）、及び／又は、刻印からの正反射光による画像の撮像を主目的とした第２光照射・撮像状態において、刻印読取域の画像を撮像して刻印白画像を取得し（１０３）、取得された両画像に基づいて刻印を自動読取りする（１０２、１０４、１０６、１０８、２０１、２０２）。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品や製品等に対して、文字、数字、マーク等の記号が打刻、切削、成形等によって刻み記されてなる刻印や、上記文字等の記号がエンボス、成形等によって、背景をなす面より立体的に浮き上げ、記されてなる浮彫り記号を、画像処理を用いて自動的に読み取る記号読取方法に関するものである。

刻印は経年変化が小さく、素材に容易に記せることから各種の加工や生産工程等において、素材に文字、数字、マーク等を記す手法として広く使用されている。同時に、このような刻印を自動的に読み取る技術も開発されている。
従来のこの種の技術としては特許文献１に記載するようなものがあった。
これは、焦点合わせ用カメラ移動機構と、カメラ移動量検出器と、刻印打刻素材の搬送方向水平位置へのカメラ昇降機構と、素材情報によって切り換える照明装置と、カメラ装置を備えた刻印文字の読取技術である。
この刻印読取技術は、光の照射方向により刻印の一部が認識できない、したがって読取欠損部分が発生するという課題を、刻印（刻印読取域）への光の照射方向を切り換えて複数の画像を撮像し、それらを重ね合わせることにより解決するというものである。

特開平０９−２０３６２２号公報（段落［００１１］、［００１８］）

しかしながら上記従来技術では、刻印の読取欠損部分を補完するが、刻印とその背景部とのコントラストが低下する。このため、刻印の角度や形状、あるいは刻印を打刻した素材表面の光反射率や加工痕の有無、量のバラツキ等によって、照射光の反射状態（刻印読取域の画像の明暗）が安定せず、刻印読取率の向上に限界がある。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、刻印とその背景部とのコントラストが高い刻印読取域（記号読取域）の画像を得て、刻印読取率（記号読取率）を高めることのできる記号読取方法を提供することを課題とする。
また本発明は、浮彫りにより記された記号（浮彫り記号）とその背景部とのコントラストが高い浮彫り記号読取域（記号読取域）の画像を得て、浮彫り記号読取率（記号読取率）を高めることのできる記号読取方法を提供することを課題とする。

上記課題は、記号読取方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（４）項が請求項４に、各々対応する。

（１） 刻印又は浮彫りにより記された記号を撮像した画像に基づいてその記号を自動読取りする記号読取方法であって、前記記号の背景部からの正反射光による画像の撮像を主目的とした第１光照射・撮像状態において、前記記号及び前記背景部を含む記号読取域の画像を撮像して第１画像を取得し、及び／又は、前記記号からの正反射光による画像の撮像を主目的とした第２光照射・撮像状態において、前記記号読取域の画像を撮像して第２画像を取得し、取得された前記第１画像及び／又は前記第２画像に基づいて前記記号を自動読取りすることを特徴とする記号読取方法。
（２） 前記第１画像と前記第２画像との間で画像合成処理を行い、その合成処理結果像を用いて前記記号を自動読取りすることを特徴とする（１）項に記載の記号読取方法。
（３） 前記画像合成処理は、前記第１画像及び前記第２画像間の減算処理、乗算処理又は除算処理であることを特徴とする（２）項に記載の記号読取方法。
（４） 前記記号の自動読取りは、前記第１画像及び／又は前記第２画像か、前記合成処理結果像を、各々予め登録されたマスター画像と比較対照して行なうことを特徴とする（２）項又は（３）項に記載の記号読取方法。

（１）項に記載の発明によれば、刻印とその背景部とのコントラストが高い刻印読取域の画像を得て、刻印読取率を高めることのできる記号読取方法を提供できる。また、浮彫りにより記された記号（浮彫り記号）とその背景部とのコントラストが高い浮彫り記号読取域の画像を得て、浮彫り記号読取率を高めることのできる記号読取方法を提供できる。
（２）項に記載の発明によれば、画像演算処理手段を用いて容易に（１）項に記載の記号読取方法を実現できる。
（３）項に記載の発明によれば、記号とその背景部とのコントラストが特に高い記号読取域の画像を得て、記号読取率を高めることができる。
（４）項に記載の発明によれば、迅速な記号読取りが可能となる。

本発明方法が適用された刻印読取方法の一実施形態を示すフローチャートである。 刻印角度がある特定な角度である場合の刻印黒画像及び刻印白画像の撮像の様子を説明するための図である。 刻印角度が鈍角である場合の刻印黒画像及び刻印白画像の撮像の様子を説明するための図である。 刻印の背景部に切削痕が残っている場合の刻印黒画像及び刻印白画像の撮像の様子を説明するための図である。 本実施形態における図２〜図４に示す光照射・撮像状態で撮像された画像及び本実施形態による合成画像を示す一覧図である。 本実施形態が適用されてなる刻印読取装置の一例を示すブロック図である。 刻印黒画像の撮像の様子を基本的な反射光の様子と共に示す説明図である。 刻印白画像の撮像の様子を基本的な反射光の様子と共に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明方法が適用された刻印読取方法の一実施形態を示すフローチャートである。
本発明は、各種の加工や生産工程等において、部品や製品等に文字、数字、マーク等を刻印又は浮彫りにより記された記号を読み取る記号読取方法であり、本実施形態は、記号が刻印である場合に本発明を適用した記号読取方法である。

例えば、自動車エンジンのクランクやコンロッド等の部品の組付けにおいては、その組付け・加工ラインでそれらの部品に記された刻印を読み取り、部品の選別や選択を行っている。
本実施形態は、このような部品等の選別や選択等のために記された刻印をその背景部と共に撮像し、得られた画像（刻印読取域の画像）に基づき、画像処理によって自動的にその刻印を読み取る方法の一実施形態である。
本実施形態では、部品の所定箇所、平面部に記された刻印、ここでは数字の「５」を例にとって説明する。この場合、刻印の背景部とは刻印周囲の部品表面部分を指す。

図１に示すように、ステップ１０１では、第１光照射・撮像状態において、刻印及びその背景部を含む刻印読取域の画像（刻印黒画像と記す。）を撮像する。
ここで第１光照射・撮像状態とは、刻印の背景部からの正反射光による画像の撮像を主目的とした光照射・撮像状態を指す。
例えば、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）に各々示すように、刻印１及びその刻印１の背景部２を含む刻印読取域３の上方には、その刻印読取域３と正対して直射光リング照明器具４を配置すると共に、同照明器具４の上方にはカメラ５を配置する。この場合、直射光リング照明器具４の中心軸に交差するように刻印１を位置させると共に、同照明器具４の中心軸にカメラ５の光軸を合わせて、第１光照射・撮像状態を形成する。
上記直射光リング照明器具４に代えて面発光同軸照明器具を用いてもよい。この場合、面発光同軸照明器具の中心軸に交差するように刻印１を位置させる。
なお、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）において、刻印１、背景部２及び刻印読取域３の符号１〜３は、本来、ワーク（刻印打刻部品）Ｗの表面側に付すところであるが、図の錯綜を避けるためにその反対側に付した。

図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）に示す第１光照射・撮像状態では、基本的には刻印１の背景部２（ワークＷ表面）からの正反射光はカメラ５に入光し、刻印１からの正反射光はカメラ５に入光せず、あるいは入光し難く、したがって背景部２が白色で、刻印１が黒色の刻印黒画像１４が撮像される。
このような第１光照射・撮像状態において撮像された刻印読取域３の画像（刻印黒画像）１４を、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）中、各々カメラ５近傍に例示する。各図において、１１は刻印１の画像（刻印画像）、１２は背景部２の画像（背景部画像）、１３は刻印読取域３の画像（刻印読取域画像）、ここでは刻印黒画像１４である。例示の刻印黒画像１４は後述する課題を有する画像である。

ステップ１０２では、ステップ１０１で撮像された刻印黒画像１４につき、マスター画像との間でパターンマッチング（比較対照）処理を行なう。
このパターンマッチング処理で上記刻印黒画像１４と一致するマスター画像があれば刻印読取「ＯＫ」と判定して、ステップ２０１に処理を移す。
同上パターンマッチング処理で上記刻印黒画像１４と一致するマスター画像がなければ刻印読取「ＮＧ」と判定して、次ステップ１０３に処理を移す。
なお、上記マスター画像は、ワークＷに応じて記される全種類の刻印１の画像について予め記憶手段に登録されている。後述する刻印白画像１５、減算処理結果像及び乗算処理結果像についても同様である。
上記の「一致」とは、完全一致の他、予め設定された許容範囲（記号の形状、記号を表す線の太さ、記号を表す画素の輝度値等における許容範囲）内での一致を含む。後述する刻印白画像１５、減算処理結果像及び乗算処理結果像のパターンマッチング（比較対照）処理においても同様である。

ステップ１０３では、第２光照射・撮像状態において、刻印読取域３の画像（刻印白画像と記す。）を撮像する。
ここで第２光照射・撮像状態とは、刻印１からの正反射光による画像の撮像を主目的とした光照射・撮像状態を指す。
例えば、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）に各々示すように、光軸を水平方向側に適宜倒し刻印１に向けて刻印読取域３をローアングルで側方から照明可能にスポット照明器具６を配置する。また、刻印読取域３を撮像可能に刻印１の真上にカメラ５を配置して第２光照射・撮像状態を形成する。
本実施形態では、刻印読取域３の面方向に対するカメラ５の位置は第１光照射・撮像状態と同様である。したがって本実施形態では、カメラ５の位置を変えることなく（照明器具の種類及び位置を変えるだけで）、第１光照射・撮像状態及び第２光照射・撮像状態における刻印読取域３の画像の撮像が可能である。

図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示す第２光照射・撮像状態では、基本的には刻印１からの正反射光はカメラ５に入光し、あるいはし易く、刻印１の背景部２（ワークＷ表面）からの正反射光はカメラ５に入光せず、したがって背景部２が黒色で、刻印１が白色の刻印白画像１５が撮像される。
このような第２光照射・撮像状態において撮像された刻印読取域３の画像（刻印白画像）１５を、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）中、各々カメラ５近傍に例示する。各図において、１１は刻印画像、１２は背景部画像、１３は刻印読取域画像、ここでは刻印白画像１５である。例示の刻印白画像１５は後述する課題を有する画像である。

次ステップ１０４では、ステップ１０３で撮像された刻印白画像１５につき、マスター画像との間でパターンマッチング（比較対照）処理を行なう。
上記パターンマッチング処理で上記刻印白画像１５と一致するマスター画像があれば刻印読取「ＯＫ」と判定して、ステップ２０１に処理を移す。
上記パターンマッチング処理で上記刻印白画像１５と一致するマスター画像がなければ刻印読取「ＮＧ」と判定して、次ステップ１０５に処理を移す。

ステップ１０５では、ステップ１０１で撮像された刻印黒画像１４とステップ１０３で撮像された刻印白画像１５との間で画像合成処理、ここでは減算処理を行なう。減算処理は、両画像１４、１５の同じ画素位置における輝度値の減算により行なわれる。
次ステップ１０６では、ステップ１０５で得られた減算処理結果像につき、マスター画像との間でパターンマッチング（比較対照）処理を行なう。
上記パターンマッチング処理で上記減算処理結果像と一致するマスター画像があれば刻印読取「ＯＫ」と判定して、ステップ２０１に処理を移す。
上記パターンマッチング処理で上記減算処理結果像と一致するマスター画像がなければ刻印読取「ＮＧ」と判定して、次ステップ１０７に処理を移す。

ステップ１０７では、ステップ１０１で撮像された刻印黒画像１４とステップ１０３で撮像された刻印白画像１５との間で画像合成処理、ここでは乗算処理を行なう。
次ステップ１０８では、ステップ１０７で得られた乗算処理結果像につき、マスター画像との間でパターンマッチング（比較対照）処理を行なう。
上記パターンマッチング処理で上記乗算処理結果像と一致するマスター画像があれば刻印読取「ＯＫ」と判定して、ステップ２０１に処理を移す。
上記パターンマッチング処理で上記乗算処理結果像と一致するマスター画像がなければ刻印読取「ＮＧ」と判定して、ステップ２０２に処理を移す。

ステップ２０１では、ステップ１０２、１０４、１０６、１０８における刻印読取「ＯＫ」との判定結果を受けて、読取結果、つまり読み取った刻印１が数字の「５」である旨を出力手段に出力する。例えば、表示装置に刻印１（数字の「５」）を表示し、あるいは刻印１（数字の「５」）を表すデータを制御手段に与える。これにより、自動読取りできたことと、刻印１が数字の「５」であることが分かる。
ステップ２０２では、ステップ１０８における刻印読取「ＮＧ」との判定結果を受けて、読取結果が得られなかった、つまり刻印１が不明である旨を出力手段に出力する。例えば、表示装置に「刻印読取不可」なる表示を行ない、あるいは「刻印読取不可」なる旨を表すデータを制御手段に与える。これにより、自動読取りできなかったことが分かる。

本実施形態では、ステップ１０６におけるパターンマッチング処理で刻印読取「ＯＫ」との判定結果が得られた例について述べる。この例によれば、ステップ１０５において、刻印黒画像１４と刻印白画像１５との間で減算処理した結果像（減算処理結果像）について、ステップ１０６でパターンマッチング処理を行なったときに、上記減算処理結果像と一致するマスター画像が見つかる。ステップ１０６で減算処理結果像と一致するマスター画像が見つかると、ステップ２０１で、読み取った刻印１が数字の「５」である旨を出力手段に出力、ここでは表示装置に刻印１（数字の「５」）を表示し、自動読取りできたことと、刻印１が数字の「５」であることが分かる。

本実施形態において、刻印黒画像１４と刻印白画像１５との間で減算処理して得られた減算処理結果像を用いて読取判定する理由は、これら刻印黒画像１４や刻印白画像１５においては以下のような課題Ａ〜Ｃを有するからである。
課題Ａは次の通りである。
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、刻印角度が９０°や６０°等の特定な角度であると、第１光照射・撮像状態における刻印黒画像１４の撮像時、光が２重、３重に反射してカメラ５に入射することがある。このため、本来黒色であるべき刻印画像１１が白色に寄った画像となってしまうことがある（図２（ａ）中の刻印画像１１参照）。
課題Ｂは次の通りである。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、刻印角度が鈍角であると、第１光照射・撮像状態における刻印黒画像１４の撮像時、刻印１からの反射光がカメラ５に入射してしまい、刻印画像１１が黒色にならないことがある。また、第２光照射・撮像状態における刻印白画像１５の撮像時、刻印１からの反射光がカメラ５に入射しないことがあり、刻印画像１１が白色にならないことがある（図３（ｂ）中の刻印画像１１参照）。
課題Ｃは次の通りである。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、刻印１の背景部２に切削痕４１が残っていると、その切削目の角度によっては、第２光照射・撮像状態における刻印白画像１５の撮像時、背景部２からの反射光がカメラ５に入射することがある。このため、本来黒色であるべき背景部画像１２が白色に寄った画像となってしまうことがある（図４（ｂ）中の背景部画像１２参照）。

発明者等は、このような課題Ａ〜Ｃを有する刻印黒画像１４及び刻印白画像１５に基づいて、刻印１を読取率高く読み取るべく実験、研究等を行なったところ、図２〜図４に各々示す刻印黒画像１４及び刻印白画像１５間で減算処理を行なうことが有効であるとの知見を得た。
図５に、減算処理を行なって得られた減算処理結果像１６の一覧を、減算元の上記課題Ａ〜Ｃを有する刻印黒画像１４及び刻印白画像１５（図２〜図４参照）と共に示す。
この図５中の上記課題Ａ〜Ｃを有する刻印黒画像１４及び刻印白画像１５別の減算処理結果像１６を見て分かるように、いずれの減算処理結果像１６も背景部画像１２とは輝度が明確に区別可能な（コントラストの高い）黒色の刻印画像１１が現われていて、刻印読取率が高められることが分かる。

以上述べたように本実施形態によれば、図５の減算処理結果像１６に例示するように、刻印読取りする場合、背景部画像１２とのコントラストが高い刻印画像１１が得られる。したがって、刻印１の背景部２（ワークＷ表面）の光反射率や加工痕の有無、量のバラツキ等があっても、刻印１を高い読取率で読取りできる。
また、パターンマッチング処理を行なって一致するマスター画像が見つかった時点で読取り処理を終了するので、迅速な刻印読取りが可能となる。

図６は、上述実施形態が適用された装置の一例を示すブロック図である。
この図から分かるように、装置は、第１画像撮影部５１及び第２画像撮影部５２を備え、また、画像演算処理部６１、入力部６２、表示部６３及び外部記憶部６４と、外部記憶部６４に格納された上述実施形態の実行用プログラムとを備えてなる。図示するように、第１、第２画像撮影部５１、５２、入力部６２、表示部６３及び外部記憶部６４は、画像演算処理部６１に接続されている。画像演算処理部６１は、画像演算部６１Ａ及び画像処理部６１Ｂを備える。

第１画像撮影部５１は、図７に示すようにカメラ５及び照明器具、図示例では直射光リング照明器具４を備える。この第１画像撮影部５１は、刻印１の背景部２からの正反射光７１による画像（背景部画像１２）の撮像を主目的とした第１光照射・撮像状態において、刻印１及びその背景部２を含む刻印読取域３の画像（刻印黒画像１４）を撮像する装置部である。
基本的には、刻印１の背景部２（ワークＷ表面）からの正反射光７１はカメラ５に入光し、刻印１からの正反射光７２は入光せず、したがって、背景部２が白色で刻印１が黒色の刻印黒画像（刻印読取域画像）１４を撮像できる。図７において、１１は刻印１の画像（刻印画像）である。

第２画像撮影部５２は、図８に示すようにカメラ５及び照明器具、図示例ではスポット照明器具６を備える。この第２画像撮影部５２は、刻印１からの正反射光７３による画像（刻印画像１１）の撮像を主目的とした第２光照射・撮像状態において、刻印１及びその背景部２を含む刻印読取域３の画像（刻印白画像１５）を撮像する装置部である。
基本的には、刻印１からの正反射光７３はカメラ５に入光し、刻印１の背景部２（ワークＷ表面）からの正反射光７４はカメラ５に入光せず、したがって背景部２が黒色で刻印１が白色の刻印白画像（刻印読取域画像）１５を撮像できる。図８において、１２は背景部２の画像（背景部画像１２）である。

入力部６２は、操作者が手動で初期値等のデータを画像演算処理部６１に入力したり、画像演算処理部６１に指令を与えて上記プログラムを実行させる等、所望の処理をさせる装置部である。
表示部６３は、画像演算処理部６１によるプログラムの実行結果等、種々の処理結果、あるいはそれらの中間結果について表示する装置部である。表示部６３は、撮像された刻印黒画像１４、刻印白画像１５や画像合成処理の結果像、上述実施形態では減算処理結果像１６を表示し、また読取ＮＧである旨や読取結果（刻印）の表示を行なう。
外部記憶部６４は、上記プログラムや刻印黒画像１４、刻印白画像１５、減算処理結果像１６等を格納する装置部である。

このような構成において、画像演算処理部６１は、入力部６２からの指令により、同入力部６２により入力されたデータや外部記憶部６４に格納されたプログラム、データを読み込んで図１に示す処理を実行する。
すなわち、ステップ１０１において第１画像撮影部５１により撮像した刻印黒画像１４及びステップ１０３において第２画像撮影部５２により撮像した刻印白画像１５を用いて、ステップ１０２、１０４〜１０８、２０１、２０２を実行し、刻印１の読取りを行ない、その結果（刻印１が数字の「５」である旨）又は読取ＮＧである旨を表示部６３に表示する。
刻印黒画像１４及び刻印白画像１５を予め撮像して外部記憶部６４に格納しておき、ステップ１０１では刻印黒画像１４を、ステップ１０３では刻印白画像１５を、各々外部記憶部６４から読み出し、ステップ１０２、１０４〜１０８、２０１、２０２を実行して刻印１の読取りを行なうようにしてもよい。

なお上述実施形態では、刻印が数字である場合について説明したが、文字、マーク等、数字以外の記号であってもよい。複数の文字、数字、マーク等からなる記号であってもよい。画像合成処理も減算処理や乗算処理又は除算処理に限らない。
また上述実施形態では、読み取る記号が打刻、切削、成形等によって刻み記されてなる刻印である場合について説明したが、これのみに限らない。本発明方法は、上記文字等の記号がエンボス、成形等によって、背景部をなす面から立体的に浮き上げ、記されてなる浮彫り記号の読取りにも適用でき、これによっても上述実施形態と同様の効果が得られる。
更に本発明方法を用いて、部品や製品等の表面の傷検知も可能である。すなわち、上述実施形態の刻印黒画像及び刻印白画像と同様に、傷を黒色に撮像する光照射・撮像状態と白色に撮像する光照射・撮像状態とにおいて、傷黒画像及び傷白画像を取得する。そして傷黒画像及び傷白画像に対して上述実施形態と同様の処理を行なう。これによれば、部品等の表面状態にバラツキがあっても、その表面の傷を高い検知率で検知できる。

１０１：刻印黒画像（第１画像）撮像ステップ、１０２、１０４、１０６、１０８：パターンマッチング処理ステップ、１０３：刻印白画像（第２画像）撮像ステップ、２０１：読取結果出力ステップ、２０２：刻印読取不可出力ステップ、１：刻印（記号）、２：背景部、３：刻印読取域（記号読取域）、４：直射光リング照明器具、５：カメラ、６：スポット照明器具、１１：刻印画像、１２：背景部画像、１３：刻印読取域画像、１４：刻印黒画像、１５：刻印白画像、Ｗ：ワーク（刻印打刻部品）。

Claims (4)

1. 刻印又は浮彫りにより記された記号を撮像した画像に基づいてその記号を自動読取りする記号読取方法であって、
   前記記号の背景部からの正反射光による画像の撮像を主目的とした第１光照射・撮像状態において、前記記号及び前記背景部を含む記号読取域の画像を撮像して第１画像を取得し、及び／又は、前記記号からの正反射光による画像の撮像を主目的とした第２光照射・撮像状態において、前記記号読取域の画像を撮像して第２画像を取得し、
   取得された前記第１画像及び／又は前記第２画像に基づいて前記記号を自動読取りすることを特徴とする記号読取方法。
2. 前記第１画像と前記第２画像との間で画像合成処理を行い、その合成処理結果像を用いて前記記号を自動読取りすることを特徴とする請求項１に記載の記号読取方法。
3. 前記画像合成処理は、前記第１画像及び前記第２画像間の減算処理、乗算処理又は除算処理であることを特徴とする請求項２に記載の記号読取方法。
4. 前記記号の自動読取りは、前記第１画像及び／又は前記第２画像か、前記合成処理結果像を、各々予め登録されたマスター画像と比較対照して行なうことを特徴とする請求項２又は３に記載の記号読取方法。