JP3007927B2 - 画像処理システム - Google Patents

画像処理システム

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JP3007927B2
JP3007927B2 JP2314791A JP31479190A JP3007927B2 JP 3007927 B2 JP3007927 B2 JP 3007927B2 JP 2314791 A JP2314791 A JP 2314791A JP 31479190 A JP31479190 A JP 31479190A JP 3007927 B2 JP3007927 B2 JP 3007927B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、カメラの取付角度を対象物に対して垂直
に設定することが可能な画像処理システムに関する。
<従来の技術> 例えば工場などに導入される画像処理システムは、ワ
ークの搬送ライン上にカメラを真下に向けて取り付け、
そのカメラで撮像したワークの画像によりワークの形状
や向きなどを計測するものである。この場合にカメラが
ワークに対して垂直でないとき、ワークの画像が歪んで
正確な計測が困難となるため、従来はカメラの取付金具
などの取付部品の精度を規定することによりカメラの垂
直度を確保している。
<発明が解決しようとする問題点> しかしながら取付金具などの取付部品の精度がばらつ
くと、カメラの取付角度にもばらつきが生じ、またカメ
ラの取付角度が実際にどの程度であるのかを確認できな
いため、カメラの取付角度の調整が困難である。また高
精度な計測が要求される場合は、取付部品の精度のみな
らず、カメラのレンズの取付精度やレンズ取付面とカメ
ラ内部の受光素子との平行度などの精度も高めることが
必要であり、カメラのコストが著しく高価となる。
そこで出願人は、先般、第7図に示すような構成の画
像処理システムを開発した。
図中、1はカメラであって、撮像素子としてCCDが用
いられている。2はカメラ1の取付角度を調整するのに
用いられる治具であり、この治具2の真上位置に前記カ
メラ1が下方に向けて配置されている。3は表示部4を
備えた画像処理装置であって、前記カメラ1と電気接続
されている。この画像処理装置3はカメラ1からの画像
信号を処理してカメラ1の垂直度合を判断することが可
能である。
前記治具2は、透明かつ厚みが均一な平板であって、
表裏面には平面的に見たとき互いに連続する2対の直線
パターンa1,b1,a2,b2がそれぞれ描かれている。
第8図は、治具2を平面的に見た状態の図であり、表
面側の直線パターンa1と裏面側の直線パターンb1とが一
直線状をなし、表面側の他の直線パターンa2と裏面側の
他の直線パターンb2とが一直線状をなす。また表面側の
2本の各直線パターンa1,a2は互いに垂直をなし、裏面
側の2本の各直線パターンb1,b2を互いに垂直をなすも
のである。
上記構成の治具2を光源5による背後照明下で上方よ
りカメラ1で撮像した場合、カメラ1が垂直であれば、
例えば直線パターンa1,b1の画像は一直線状に連続する
が、もし垂直でなければ、両直線パターンa1,b1の画像
は境目で位置ずれするもので、前記画像処理装置3にお
いて、このずれ量を計測することによりカメラ1の取付
角度を算出する。
第9図は、鉛直線6に対しカメラ1の向きが角度αだ
け傾いている状態を示しており、このカメラ1では治具
2の表面の直線パターンa1と裏面の直線パターンb1とが
距離Dだけ位置ずれして観測される。
しかしながら上記の画像処理システムにおいて、各直
線パターンa1,b1とカメラ1のCCD配列との位置関係によ
っては、たとえカメラ1の取付角度が垂直であっても、
表裏の直線パターンa1,b1の画像間にずれが生ずる場合
がある。
すなわち直線パターンa1,b1がカメラ1のCCD配列と平
行しておれば、第10図に示すように、各直線パターンの
画像A1,B1は一直線状となってずれは発生しないが、直
線パターンa1,b1とカメラ1のCCD配列との間が角度θだ
けずれると、各直線パターンの画像A1,B1の境目で2値
化の変換点Cが発生し、第11図に示すように、各直線パ
ターンの画像A1,B1間にずれが生じ、恰もカメラ1が傾
いているような結果が得られる。なお第10図および第11
図中、各枡目は画素を示し、画像を構成する黒画素は斜
線で、背景を構成する白画素は白地で、それぞれ表して
ある。
いま仮にカメラ1の視野が35mm角で倍率が70μm/画素
の場合には、tanθ=0.07/35より前記角度θはθ=0.11
度となる。このようなわずかな角度(θ=0.11度)のず
れがあれば、第11図に示すような直線パターンの画像
A1,B1間に1画素分のずれが生ずる虞がある。ところが
この角度θがゼロとなるように治具2を配置することは
実際上困難であり、カメラ1の垂直姿勢を高精度に調整
できないという問題がある。
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、カ
メラの取付角度を対象物に対して垂直に設定することが
可能な画像処理システムを提供することを目的とする。
<問題点を解決するための手段> この発明にかかる画像処理システムは、撮像素子とし
てCCDが用いられたカメラと、カメラの取付角度の調整
に用いられる治具と、カメラからの画像信号を処理する
画像処理装置とを有している。前記カメラは、前記治具
の真上位置に下方に向けて配置される。前記治具は、透
明かつ平板状であって、表裏面には平面的に見たとき互
いに連続する対をなす直線パターンがそれぞれ形成され
ている。前記画像処理装置は、前記カメラで得た各直線
パターンの画像に対し複数のウィンドウを設定して各ウ
ィンドウ内の画像の重心位置を求めると共に、その重心
位置の配列状態に基づきカメラの垂直度合を判断する。
そして前記治具は、各ウィンドウ内の画像の重心位置が
順次変位するようカメラのCCD配列に対して各直線パタ
ーンを所定の角度だけ傾けて配置される。
<作用> カメラのCCD配列に対し直線パターンを傾けてあるの
で、両直線パターンの画像の全域にわたり規則的に2値
化の変換点が現れることになり、表裏の直線パターンの
画像間にずれが生じない。このためカメラの取付角度の
傾きと直線パターンの画像間のずれ量とが正確に対応
し、カメラの傾きを高精度に調整することが可能であ
る。
<実施例> 第1図および第2図は、この発明の画像処理システム
に用いられるカメラ1の取付角度調整用の治具11の一例
を示している。
この発明の画像処理システムは、この治具11と第7図
に示すカメラ1および画像処理装置3とで構成されるも
ので、カメラ1および画像処理装置3の各構成は従来例
と同様であり、ここではその説明を省略する。
前記治具11は、透明かつ厚みが均一な平板であって、
平面形状が正方形状に形成されている。この治具11の表
裏面には平面的にみたとき互いに連続する2対の直線パ
ターンa1,b1およびa2,b2がそれぞれ描かれており、表面
側の直線パターンa1,a2と裏面側の直線パターンb1,b2
がそれぞれ一直線状をなし、表面側の直線パターンa1,a
2間および裏面側の直線パターンb1,b2間はいずれも互い
に垂直をなす。
第2図中、X,Yは治具11上に仮想設定されたX軸およ
びY軸であって、X軸は2辺12,13と、Y軸は他の2辺1
4,15と、それぞれ直交する。対をなす一方の各直線パタ
ーンa1,b1はY軸に対し、他の対をなす直線パターンa2,
b2はX軸に対し、それぞれ所定の角度β(β=2〜3
度)だけ傾けてあり、カメラのCCD配列が前記X軸およ
びY軸に対応するようカメラに対して治具11を位置決め
したとき、カメラのCCD配列に対して各直線パターンa1,
b1,a2,b2が前記の角度βだけ傾くようになっている。
第3図は、上記構成の治具11を真上からカメラ1で撮
像した得た2値画像16を示している。図中、A1,A2が表
面側の直線パターンの画像、B1,B2が裏面側の直線パタ
ーンの画像であって、これら画像は背景の白画素に対し
て黒画素で構成されている。画像処理装置3は、これら
各直線パターンの画像A1,B1,A2,B2に対し複数のウィン
ドウW0〜W3,W4〜W7,W8〜W11,W12〜W14を所定の位置に等
間隔に設定して、各ウィンドウ内の画像につき重心位置
を求めると共に、その重心位置の配列状態に基づきカメ
ラ1の垂直度を判断する。
第4図は、対をなす直線パターンの各画像A1,B1を拡
大して示してある。図中、各枡目は横幅xdが1画素分
に、縦幅ydが50〜100画素分に、それぞれ対応する。各
画像A1,B1はY軸に対して前記の角度βだけ傾いてお
り、一方の画像A1にウィンドウW0〜W3が、他方の画像B1
にウィンドウW4〜W7が、それぞれ設定されている。
前記の角度βが2〜3度に設定されると、2値化の変
換点が多く現れ、各ウィンドウ内の画像の重心位置G0
G3、G4〜G7のX座標が順次変化する。各画像A1,B1につ
き重心位置G0〜G3、G4〜G7を通る直線lA,lBを求める
と、各直線lA,lBはずれることなく一直線状に連続す
る。
第5図および第6図は、前記の角度βが小さいときの
各直線パターンの画像A1,B1を拡大して示している。
第5図中、G0〜G3,G4〜G7は各画像A1,B1の所定位置に
複数のウィンドウW0〜W3,W4〜W7を設定したときの各ウ
ィンドウ内の画像の重心位置を示している。これら重心
位置のうち、G0とG1、G2とG3、G4とG5、G6とG7とはX座
標が一致しており、このため各画像A1,B1につき重心位
置G0〜G3,G4〜G7を通る直線1A,1Bを求めると、各直線
1A,1B間にはずれが生じることとなる。
そこでウィンドウW0〜W3,W4〜W7の設定位置を第6図
のように変更すると、各重心位置G0〜G3,G4〜G7のX座
標はウィンドウ毎に順次変化し、各直線1A,1Bはずれる
ことなく一直線状に連続する。各ウィンドウの位置は固
定されるから、ウィンドウ毎に重心位置が変化するよう
に前記の角度βを設定する。
例えばウィンドウの間隔を50画素とすると、少なくと
も50画素毎に2値化の変換点が存在するようにすれば良
い。前記カメラ1の視野が35mm角で倍率が70μm/画素で
あれば、カメラ1のCCD配列の画素数を500とすると、変
換点の数は500/50=10となり、余裕を見て20程度存在す
れば良い。そのために各直線パターンA1,B1の傾きが20
画素以上必要となり、従って前記の角度βはβ=tan-1
(20×0.07/35)=2.29度となる。この角度βは必要最
小限の値、2〜3度に設定されるのが望ましい。
上記構成の画像処理システムにおいて、カメラ1の取
付角度を調整するには、まずカメラ1の真下に治具11を
置き、光源5による背後照明下でこの治具11を撮像す
る。カメラ1による画像信号は画像処理装置3へ送られ
て2値化され、各直線パターンa1,b1,a2,b2は黒画素
に、背景は白画素に、それぞれ変換され、その2値画像
は表示部4に表示される。
この2値画像を見て各直線パターンの画像A1,B1,A2,B
2が各ウィンドウW0〜W15内に入るように治具11のおおま
かな位置決めを行う。
つぎに画像処理装置3では、すべてのウィンドウW0
W15内の画像の重心位置G0〜G15を計測する。この重心位
置の計測データより画像処理装置3は治具11の設定位置
からの位置ずれ量を算出して表示部4に表示し、操作者
はそれを見ながら直線パターンの交点がカメラ1の光軸
上に位置するよう治具11を位置決めする。
いま画面の中心点を座標の原点とし、各ウィンドウ内
の重心位置の座標を(xi,yi)(i=0〜15)とする
と、画像処理装置3は、各重心位置の座標を用いて最小
二乗法により直線パターンの画像A1,B1の直線の方程式
をつぎの式により、また他の直線パターンの画像A2,B
2の直線の方程式をつぎの式により、それぞれ算出す
る。
x=py+q ‥‥ y=p′x+q ‥‥ なお、上式中、p,q,p′,q′は定数であって、次の
〜式で与えられる。
なお上記式、Σは各直線パターンの画像についての4
個のウィンドウ内の重心データの和を表している。
いま各直線パターンの画像A1,B1,A2,B2についての定
数p,q,、p′,q′をp1,q1、p2,q2、p3′,q3′、p4′,
q4′とすると、治具11のX軸方向のずれ量はq1、Y軸方
向のずれ量はq3′であり、カメラ1の取付角度のずれに
よるX軸方向のずれ量は、q2−q1、Y軸方向のずれ量は
q4′−q3′である。
操作者は、治具11のX軸方向およびY軸方向のずれ量
q1,q3′をゼロとした上で、q2−q1およびq4′−q3′が
いずれもゼロとなるようカメラ1の取付角度αを調整す
ることになる。
なおカメラ1のX軸方向の取付角度αは、治具11の
厚みをd、q2−q1をキャリブレーション倍率を用いて実
際の距離に換算した値をD(第9図参照)とすると、つ
ぎの式で与えられる。
α=tan-1(D/d) ‥‥ なお上記実施例では、各直線パターンa1,b1,a2,b2
X軸およびY軸に対して所定の角度βだけ傾けて形成し
た治具11が用いてあるが、これに限らず、各直線パター
ンa1,b1,a2,b2を第8図のようにX軸およびY軸を一致
させた治具2を角度βだけ傾けて用いるようにしてもよ
い。
<発明の効果> この発明は上記の如く、対をなす直線パターンを透明
かつ平板状の治具の表裏面に形成し、カメラのCCD配列
に対して各直線パターンを所定の角度だけ傾けて治具を
配置して、各直線パターンの撮像を行うようにしたか
ら、カメラの取付角度の傾きと直線パターンの画像間の
ずれ量とを正確に対応させることができ、カメラの垂直
度を高精度に調整できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にかかる画像処理システムに用いられ
る治具の斜面図、第2図は第1図の治具の平面図、第3
図は直線パターンの画像とウィンドウの設定状態を示す
説明図、第4図〜第6図は直線パターンの画像を拡大し
て示す説明図、第7図は画像処理システムの構成を示す
斜面図、第8図は従来の治具を示す平面図、第9図はカ
メラが傾いた状態を示す説明図、第10図および第11図は
直線パターンの画像を拡大して示す説明図である。 1……カメラ、2,11……治具 3……画像処理装置 a1,b1,a2,b2……直線パターン A1,B1,A2,B2……直線パターンの画像
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/232 G01B 11/24 G06F 15/64

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像素子としてCCDが用いられたカメラ
    と、カメラの取付角度の調整に用いられる治具と、カメ
    ラからの画像信号を処理する画像処理装置とを有する画
    像処理システムであって、 前記カメラは、前記治具の真上位置に下方に向けて配置
    され、 前記治具は、透明かつ平板状であって、表裏面には平面
    的に見たとき互いに連続する対をなす直線パターンがそ
    れぞれ形成され、 前記画像処理装置は、前記カメラで得た各直線パターン
    の画像に対し複数のウィンドウを設定して各ウィンドウ
    内の画像の重心位置を求めると共に、その重心位置の配
    列状態に基づきカメラの垂直度合を判断しており、 前記治具は、各ウィンドウ内の画像の重心位置が順次変
    位するようカメラのCCD配列に対して各直線パターンを
    所定の角度だけ傾けて配置されて成る画像処理システ
    ム。
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