JP3039241B2 - リング状ワークの特徴点抽出方法 - Google Patents

リング状ワークの特徴点抽出方法

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JP3039241B2 JP5322189A JP32218993A JP3039241B2 JP 3039241 B2 JP3039241 B2 JP 3039241B2 JP 5322189 A JP5322189 A JP 5322189A JP 32218993 A JP32218993 A JP 32218993A JP 3039241 B2 JP3039241 B2 JP 3039241B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像処理に係わり、特に
リング状ワークを撮影してその特徴点を抽出するための
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば自動車部品等の製造工程や検査工
程において自動化を図る場合には、対象となるワークの
形状、姿勢等を正確に認識する必要がある。このために
は、一般に、撮像カメラでワークを撮影して取得した画
像データに適当な処理を施してワークの特徴量を抽出
し、ワークの姿勢等を判定する方法が行われている。
【0003】このような方法の一つとして、例えば特開
昭62−11979号公報には、テレビカメラで撮像さ
れた撮像信号を画像処理してワークの方向を判定する方
法が示されている。この公報では、画像データから線分
を抽出後、2次元平面上の形状に着目して特徴領域を表
すモデルを作成し、線分抽出結果とモデルとのマッチン
グを行うことにより特定領域の位置を算出するようにし
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、例えば図5に示すような変形し易いリング状
の柔物体について特徴量の抽出を行う場合には、マッチ
ングが正確に行われないという問題があった。すなわ
ち、ワークが柔らかで変形し易いため、予め用意したマ
ッチング用の特徴部分モデルが、実際のワークの該当部
分の変形によりその特徴部分とうまくマッチングせず、
誤認識する可能性が高くなるのである。
【0005】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、リング状の柔物体の特徴点の抽出を正
確に行うことができる特徴点抽出方法を得ることを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
リング状ワークを撮像して得られた画像データからリン
グ状ワークの重心位置を算出する工程と、得られた重心
位置を中心として、撮像された画像領域を等角度に分割
する工程と、分割された各画像領域ごとにワーク部分を
構成する線分を分類する工程と、分類された各線分と重
心との距離を算出する工程と、分割された各領域のう
ち、重心から最小距離にある線分を抽出し、これをワー
クの内周として認識する工程と、リング内周からリング
厚み以上の一定距離にある仮想線を求める工程と、重心
Gからみて前記仮想線より遠い位置にあるすべての線分
を抽出する工程と、抽出された線分が連続した分割領域
にわたって存在している場合に、その分割領域を特徴部
分として認識する工程と、特徴部分と認識された分割領
域からワークの各特徴点を特定する工程と、を含むこと
を特徴とするものである。
【0007】請求項2記載の発明は、請求項1におい
て、さらに、撮像データから得られた線分に欠落がある
場合に、その欠落部分を、隣接する分割領域における線
分との近似により補間する工程、を有することを特徴と
するものである。
【0008】
【作用】請求項1記載の発明では、得られた画像領域が
ワークの重心位置を中心として等角度の領域に分割し、
分割領域内で重心から最短距離にある線分をリング内周
として認識する。そして、リング内周から求めた仮想線
の範囲外にある線分が、連続した分割領域にわたって存
在する場合にその分割領域をワークの特徴部分として認
識し、さらに各特徴部分の特定を行う。
【0009】請求項2記載の発明では、撮像データ中に
欠落したデータがあっても、これが補間され、その後の
特徴点抽出に供される。
【0010】
【実施例】以下図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【0011】図1は本発明の一実施例におけるリング状
ワークの特徴点抽出方法を実施するための画像処理シス
テムを表わしたものである。このシステムは、画像処理
部12、メモリ13及びインタフェース14等を備えた
画像処理装置11と、ワークを撮像するための撮像カメ
ラ15と、撮像した画像やその他のデータを表示するた
めのディスプレイ装置16から構成される。画像処理部
12はインタフェース14を介して撮像カメラ15より
入力された画像データから、後述する所定の処理によっ
てワークの特徴点を抽出し、ワークの姿勢(配置された
方向)やワークの変形量を判定するためのものである。
メモリ13は、画像処理装置11による画像処理の内容
を記述した処理プログラムや、画像処理における各種演
算に必要なデータ等を記憶するためのものである。
【0012】以上のような構成の画像処理システムの動
作を図2とともに説明する。ここでは図5に示したリン
グ状ワークの特徴点を抽出する場合について説明する。
ここで示したリング状ワークは、例えば自動車のドライ
ブシャフトジョイント部のブーツを固定するためのブー
ツバンドであり、バンド部21、カシメレバー部22及
びカシメ部23からなるものである。
【0013】画像処理装置11は、ワークの撮像に先立
ち、ワークが配置される背景画像の撮像、取り込みを行
う(図2ステップS101)。具体的には、撮像カメラ
15で撮像した画素データをA/D変換して多値のディ
ジタルデータとし、例えば256×256ドットの画素
データを得る。これにより、例えば図3(A)に示すよ
うな背景画像が得られる。
【0014】次に画像処理装置11は、背景とともにワ
ーク画像を撮像し、取り込む(ステップS102)。こ
の場合の画素データの変換処理は上記と同様である。こ
れにより、例えば図3(B)に示すような背景付きのワ
ーク画像が得られる。
【0015】次に画像処理装置11は、ステップS10
1で得られた背景画像とステップS102で得られた背
景付きのワーク画像から、差分処理によりワーク画像の
みを抽出する(ステップS103)。具体的には次のよ
うにして差分処理を行う。すなわち、背景画像の画素デ
ータ(明度値)aijと背景付きのワーク画像の画素デー
タ(明度値)bijとを比較し、bij>aijの場合(すな
わち、bijの方が明るい場合)はそのbijの値を差分画
像の画素値として用い、それ以外の場合(すなわち、a
ij≧bijの場合)には、差分画像の画素値を“0”とす
る。これにより、図3(C)に示すような差分画像が得
られる。
【0016】次に画像処理装置11は、差分画像に対し
て平滑化処理を施す(ステップS104)。これは、ワ
ークが金属のように光沢があり、しかも図5のリング状
ワークのように厚みがない場合には、照明の具合によっ
てワーク表面の照度にムラが生じ、後述する線分抽出時
に線分が途切れ易いため、このような弊害を除去する必
要があるからである。例えば、図4(A)に示す断面に
ついての明度分布が同図(B)のようであったとする
と、明度の傾きが急激に変化するP1 〜P4 の部分で線
分抽出が行われてしまう可能性がある。これを平滑化処
理によって同図(C)のようにすることで、本来のエッ
ジ(境界部)でのみ線分抽出が行われるようにすること
ができる。
【0017】次に、こうして得られた画像データから、
ワークと背景との境界を表わす線分を抽出し(ステップ
S105)、さらに、抽出されたすべての線分の重心G
(図5)を算出する(ステップS106)。
【0018】次に画像処理装置11は、抽出したすべて
の線分を、重心Gを中心とした一定角度ごとの範囲に分
類する(ステップS107)。ここでは、図5のx方向
を基準方向とし、この基準方向から反時計周りに等角度
(例えば1度)で範囲を刻み、上記した抽出線分を分類
していく。そして、各角度θi (i=0,1,……)に
ついて、その角度範囲に分類された線分の中点と重心G
との距離を算出し(ステップS108)、これらの各距
離データをその角度範囲内で小さい順にソーティングす
る(ステップS109)。そして、その角度範囲内にお
ける最小の距離をもつ線分を抽出し、これをリング状ワ
ークの内周として認識する(ステップS110)。例え
ば、図5において、角度θi に対応する範囲には4つの
線分が存在するが、このうち、重心Gから最短距離にあ
る線分Si1が内周として抽出される。
【0019】図6は、このようにして抽出された線分に
ついて、各角度θi と重心Gからの距離をプロットした
ものである。この図に示すように、バンド部21に対応
する部分21′、カシメレバー部22に対応する部分2
2′及びカシメ部23に対応する部分23′が表され
る。
【0020】次に画像処理装置11は、カシメレバー部
22とカシメ部23の抽出認識を行う(ステップS11
1)。これは、次のようにして行う。すなわち、リング
内周からリングの厚みと同じかあるいはやや大きい一定
距離にある仮想線25を想定し、重心Gからみて仮想線
25より遠い位置にあるすべての線分を抽出する。そし
て、抽出された線分が連続した角度範囲にわたって存在
している場合に、それをカシメレバー部22またはカシ
メ部23として認識する。また、カシメレバー部22と
カシメ部23との判別は、連続した角度範囲内に存在す
る線分の数を基準として行う。すなわち、カシメレバー
部22における線分数はカシメ部23における線分数よ
りも多いことが判っているので、その線分数の多少によ
り両者を特定することができる。
【0021】このようにしてカシメレバー部22及びカ
シメ部23が特定されたのち、画像処理装置11は、リ
ング状ワークの表裏の判定とワークの変形量の判定を行
う(ステップS112)。表裏の判定は次のようにして
行う。すなわち、まず、重心Gからカシメレバー部22
として特定された部分の中央部へのベクトルAと、重心
Gからカシメ部23として特定された部分の中央部への
ベクトルBを求める。そして、両ベクトルの外積ベクト
ル(A×B)を求め、その外積ベクトルの係数の正負に
よりカシメレバー部22とカシメ部23との位置関係を
求めてワークの表裏を判定する。
【0022】ここで、重心Gを原点とした場合のベクト
ルA及びBの終点座標をそれぞれ(Ax ,Ay )、(B
x ,By )とすると、外積ベクトル(A×B)は(Ax
By−Ay Bx )kで表される。ただし、kはベクトル
A及びBの双方に直交する単位ベクトルである。従っ
て、例えば図7に示す場合には、外積ベクトル(A×
B)は紙面に垂直で上向きのベクトルとなる。一方、図
8に示す場合には、外積ベクトル(A×B)は紙面に垂
直で下向きのベクトルとなる。従って、外積ベクトルの
係数(Ax By −Ay Bx )が正の場合には“裏”、負
の場合には“表”と判定することができる。
【0023】また、リング状ワークの変形量は、次のよ
うにして行う。すなわち、予め変形のないリング状ワー
クについて図6に示したような基準データを取得してお
く。そして、この基準データと判定対象のワークから得
られたデータとを比較することにより、容易に変形量を
判定することができる。比較されるべき各特徴部分が上
記のようにして特定されているからである。
【0024】このようにして本発明では、変形し易いリ
ング状ワークであっても、その特徴点を誤りなく抽出す
ることができ、ワークの姿勢や変形量を正確に判定する
ことができる。
【0025】また、本実施例で示したブーツバンドにお
いては、その変形を修正する必要があるが、この修正
は、所定の集積回路修正用チャックをブーツバンド内に
通すことによって行う。この場合、ブーツバンドの変形
量が大きすぎるとチャックがブーツバンドに入らないた
め、これを予め上記の方法を用いて判定する。具体的に
は、図9(A)に示すようなモデルデータを用意してお
き、同図(B)に示すように対象となるブーツバンドか
ら抽出した先端点A´と基準点B´にモデルの点A,B
をそれぞれ重ね合わせることによりチャック中心が重な
るべき位置C´を求める。そして、点C´を中心とする
所定半径の干渉円Rの円内にブーツバンドの構成線分
(抽出された線分)が含まれていなければ、変形OKと
判定する。一方、干渉円R内にブーツバンドの構成線分
が含まれている場合、あるいは干渉円Rがブーツバンド
構成線分外に位置する場合は、変形NGと判定する。
【0026】なお、照明等の具合により、撮像カメラ1
5によって撮像された画像データのうち、リングを構成
する線分の一部が途切れている場合には、その途切れが
小さい限り、その部分を角度θi と重心Gからの距離の
関数で近似することができ、補間可能である。この補間
は、リング内周を決定した後、欠落した角度部分に対応
する線分データを例えば直線補間によって作成すること
で行うことができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明では、得られた画像領域がワークの重心位置を中心と
して等角度の領域に分割し、分割領域内で重心から最短
距離にある線分をリング内周として認識するとともに、
リング内周から求めた仮想線の範囲外にある線分が、連
続した分割領域にわたって存在する場合にその分割領域
をワークの特徴部分として認識することとしたので、ワ
ークに変形があっても特徴点を確実に抽出することがで
きる。従って、肉厚が薄く取扱い上で容易に変形するよ
うなリング状ワークであっても、従来のようなパターン
マッチングによる方法と異なり、誤認識を回避できると
いう効果がある。
【0028】請求項2記載の発明では、撮像データ中に
欠落したデータがあっても、これが補間され、その後の
特徴点抽出に供されるため、特徴点抽出をより正確に行
うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるリング状ワークの特
徴点抽出方法を適用した画像処理システムを示すブロッ
ク図である。
【図2】図1の画像処理システムによるリング状ワーク
の特徴点抽出方法を示す流れ図である。
【図3】差分画像を抽出する工程を説明するための図で
ある。
【図4】画像平滑化処理の工程を説明するための図であ
る。
【図5】対象となるリング状ワークを示す図である。
【図6】重心を中心とした角度と重心からの距離との関
係を示す図である。
【図7】リング状ワークが表向きに配置された状態を示
す図である。
【図8】リング状ワークが裏向きに配置された状態を示
す図である。
【図9】リング上ワークを変形修正用チャックによって
修正可能か否かを判定する処理を説明する図である。
【符号の説明】
11 画像処理装置 12 画像処理部 13 メモリ 15 撮像カメラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 宣修 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−45954(JP,A) 特開 平1−287787(JP,A) 特開 平5−205055(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G06T 7/00 G06T 7/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リング状ワークを撮像して得られた画像
    データからリング状ワークの重心位置を算出する工程
    と、 得られた重心位置を中心として、撮像された画像領域を
    等角度に分割する工程と、 分割された各画像領域ごとにワーク部分を構成する線分
    を分類する工程と、 分類された各線分と重心との距離を算出する工程と、 分割された各領域のうち、重心から最小距離にある線分
    を抽出し、これをワークの内周として認識する工程と、 リング内周からリング厚み以上の一定距離にある仮想線
    を求める工程と、 重心Gからみて前記仮想線より遠い位置にあるすべての
    線分を抽出する工程と、 抽出された線分が連続した分割領域にわたって存在して
    いる場合に、その分割領域を特徴部分として認識する工
    程と、 特徴部分と認識された分割領域からワークの各特徴点を
    特定する工程と、 を含むことを特徴とするリング状ワークの特徴点抽出方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、さらに、 撮像データから得られた線分に欠落がある場合に、その
    欠落部分を、隣接する分割領域における線分との近似に
    より補間する工程、を有することを特徴とするリング状
    ワークの特徴点抽出方法。
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