JP3175946B2 - 物体位置計測方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、対象物を撮像して得
た濃淡画像を処理して、前記対象物の位置を計測するた
めの物体位置計測方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のその種物体位置計測装置は、図１
０に示す如く、カメラ１と画像処理装置２と表示装置３
とから成るもので、前記画像処理装置２はカメラ１より
濃淡画像信号を入力して２値化し、その２値画像に対し
て所定のウィンドウを設定し、そのウィンドウ内の２値
画像につき重心位置を求めて対象物の位置を計測してい
る。

【０００３】図１０に示す具体例では、前記カメラ１を
対象物４の搬送路５上に配置し、対象物４が検知位置に
到達したとき、光電センサ６でこれを検知して対象物４
を撮像している。検査位置の上方には照明装置７が配備
され、この照明装置７による光で検査位置の対象物４に
照明を施す。対象物４の撮像タイミングは前記光電セン
サ６からの検知信号に基づき決定されるが、必ずしも常
に同一位置で対象物４が撮像されるとは限らず、対象物
４の位置をその都度計測して位置ずれ修正を行う必要が
ある。

【０００４】図１１は、前記濃淡画像を２値化して得た
２値画像８を示す。図中、斜線部分が対象物の画像部分
である黒画素領域９を、その他は背景部分である白画素
領域１０を、それぞれ示す。また１１，１２はこの２値
画像８に対し、対象物と背景との境界位置に設定された
ウィンドウであって、各ウィンドウ１０，１１内の２値
画像８につき重心位置Ｇ１，Ｇ２を求めて対象物の位置
を計測する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の物
体位置計測方法では、照明装置７の光源むらやカメラ１
のレンズ歪などに起因して濃淡画像に明るさの不均一
（これを「シェーディング」という）があったり、照明
装置７の劣化などにより撮像時の照明状態が変動したり
すると、濃淡画像を固定のしきい値で２値化した場合、
適正な２値画像が得られず、正確な位置計測が困難であ
る。

【０００６】図１２は、シェーディングを有する濃淡画
像を２値化して得られた２値画像１３を示している。図
中、斜線部分が黒画素領域１４、その他の部分が白画素
領域１５であって、適正な２値画像（図中、細線１６で
示す）が生成されていない。

【０００７】図１３は、図１２の水平線１７に沿う濃淡
画像の濃度分布１８を示している。この濃度分布１８は
シェーディングの影響により一方へ傾いており、これを
固定の２値化しきい値ＴＨで２値化すると、図１２に示
すような２値画像１３となる。従ってこの２値画像１３
について前記ウィンドウ１１，１２を設定して重心位置
の計測を行っても適正な位置情報は得られない。なお図
１３中、１９は適正な濃淡画像についての濃度分布であ
る。

【０００８】図１４は、照明劣化時に対象物を撮像して
得られた２値画像２０を示している。図中、斜線部分が
対象物の画像部分である黒画素領域２１を、その他は背
景部分である白画素領域２２を、それぞれ示すもので、
この２値画像２０は適正な２値画像（図中、細線２３で
示す）に対し輪郭が四方へ広がり面積が拡大している。

【０００９】図１５は、図１４の水平線２４に沿う濃淡
画像の濃度分布２５と、適正な照明下で得られた濃淡画
像の濃度分布２６とを対比して示してある。前記濃度分
布２５は適正時と比較して濃度レベルが全体的に変化し
ており、これを固定の２値化しきい値ＴＨで２値化する
と、図１４に示すような２値画像２０となる。従ってこ
の２値画像２０について前記ウィンドウ１１，１２を設
定して重心位置の計測を行っても適正な位置情報は得ら
れない。

【００１０】この発明は、上記問題に着目してなされた
もので、シェーディングや照明変動の影響を受けず、対
象物の位置を常に正確に計測できる物体位置計測方法お
よび装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、対象
物を撮像して得られた濃淡画像を処理して前記対象物の
位置を計測する方法であって、前記濃淡画像を微分処理
して画像上のエッジを抽出した後、このエッジ抽出処理
により得られたエッジ画像の所定位置にウィンドウを設
定してウィンドウ内のエッジ画像の重心位置を計測し、
計測された重心位置を前記対象物のエッジ位置として対
象物の位置を計測することを特徴とする。請求項２の発
明は、対象物を撮像して濃淡画像信号を出力する撮像装
置と、前記撮像装置からの濃淡画像信号を入力して画像
処理し、対象物の位置を計測する画像処理装置とから成
り、前記画像処理装置は、前記濃淡画像を微分処理し
て、画像上のエッジが抽出されたエッジ画像を生成する
エッジ抽出手段と、前記エッジ画像の所定位置にウィン
ドウを設定するウィンドウ設定手段と、前記ウィンドウ
内のエッジ画像の重心位置を計測する重心位置計測手段
と、前記重心位置計測手段により計測された重心位置を
前記対象物のエッジ位置として、対象物の位置計測処理
を実行する計測処理実行手段とを具備している。さらに
請求項３の発明では、前記計測処理実行手段は、前記重
心位置計測手段により計測された重心位置をあらかじめ
用意された基準位置と比較することにより、対象物の位
置ずれ量を算出するようにしている。

【００１２】

【作用】濃淡画像を微分処理してエッジを抽出する場
合、たとえ濃淡画像にシェーディングや照明変動による
ノイズが現れていても、対象物のエッジより内側と外側
との間には明らかな濃度勾配が現れるから、前記エッジ
の抽出処理により、対象物のエッジが精度良く抽出され
る。したがってこのエッジ画像上の所定位置にウィンド
ウを設定して、そのウィンドウ内のエッジ画像の重心位
置を求めて対象物のエッジ位置とすることにより、画像
上の対象物のエッジ位置が正確に特定され、そのエッジ
位置から対象物の位置を計測することが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる物体位
置計測装置の回路構成例を示すもので、カメラ３０と画
像処理装置３１とを含んでいる。前記カメラ３０は図示
しない照明装置による照明下で対象物を撮像して、アナ
ログ量の濃淡画像信号ＶＤｉを画像処理装置３１へ出力
する。

【００１４】前記画像処理装置３１は、カメラ３０から
の濃淡画像信号ＶＤｉを入力して画像処理し対象物の位
置を計測するためのもので、Ａ／Ｄ変換器３２，エッジ
抽出部３３，同期信号発生部３４，ウィンドウメモリ３
５，３６，重心計測部３７，３８，Ｄ／Ａ変換器３９，
マイクロコンピュータ４０を構成として含んでいる。

【００１５】前記Ａ／Ｄ変換器３２はアナログ量の濃淡
画像信号ＶＤｉを入力してディジタル量の濃淡画像信号
ＶＤに変換する。エッジ抽出部３３はＡ／Ｄ変換器３２
より濃淡画像信号ＶＤを入力して微分処理を施すことに
より濃淡画像のエッジを抽出し、エッジ画像を生成す
る。同期信号発生部３４は同期信号Ｓを発生してカメラ
３０，Ａ／Ｄ変換器３２，エッジ抽出部３３へ出力す
る。ウィンドウメモリ３５，３６はエッジ画像に対して
所定のウィンドウを設定し、重心計測部３７，３８はウ
ィンドウ内のエッジ画像につき重心位置を計測する。Ｄ
／Ａ変換器３９はディジタル量の濃淡画像信号ＶＤをア
ナログ量の濃淡画像信号に変換して表示装置４１へ出力
する。

【００１６】前記マイクロコンピュータ４０は制御・演
算の主体であるＣＰＵ４２と、プログラムやデータを格
納するためのＲＯＭ４３およびＲＡＭ４４と、入出力イ
ンターフェイス４５とを含むもので、ウィンドウメモリ
３５，３６に対するウィンドウデータの読み書きや重心
計測部３７，３８による計測結果の取込みを行う他、物
体位置計測に関する各種制御や処理を実行する。

【００１７】図２は、前記エッジ抽出部３３の具体的な
回路構成例を示している。このエッジ抽出部３３は、後
記する式で表されるマスク演算をハード的に実行し
て、Ａ／Ｄ変換器３２の出力を微分処理するためのもの
である。

【００１８】いま濃淡画像の座標（ｉ，ｊ）で表される
画素位置の濃度値をｆ（ｉ，ｊ）とすると、その画素の
微分濃度値ｆ′（ｉ，ｊ）はつぎの式で与えられる。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここでΔｘ・ｆ（ｉ，ｊ）およびΔｙ・ｆ
（ｉ，ｊ）は、図３に示すような縦３画素×横３画素の
マスク４６を考え、その中心画素の座標を（ｉ，ｊ）と
してその周囲画素の濃度値を用いてつぎの式で求め
られる。

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】図２中、４７ａ〜４７ｉは前記マスク４６
内の各画素ａ〜ｉの濃度値をセットするためのレジスタ
であって、１段目のレジスタ４７ａ〜４７ｃにはＡ／Ｄ
変換器３２が出力するディジタル量の濃淡画像信号ＶＤ
を１ビットずつシフトさせたデータが、また２段目のレ
ジスタ４７ｄ〜４７ｆには遅延回路４８により１水平走
査期間分だけ遅延させた濃淡画像信号ＶＤを１ビットず
つシフトさせたデータが、さらに３段目のレジスタ４７
ｇ〜４７ｉには遅延回路４９によりさらに１水平走査期
間分だけ遅延させた濃淡画像信号ＶＤを１ビットずつシ
フトさせたデータが、それぞれセットされる。各レジス
タ４７ａ〜４７ｉのセット値をサンプリングクロックで
シフトさせれば、入力画像に対して前記マスク４６を走
査する動作が実現される。

【００２４】ビットシフタ５０〜５３は、レジスタ４７
ｂ，４７ｆ，４７ｈ，４７ｄのセット値をそれぞれ１ビ
ットだけ上位の桁へシフトさせるためのもので、これに
より式における２ｆ（ｉ−１，ｊ），２ｆ（ｉ＋
１，ｊ），２ｆ（ｉ，ｊ−１），２ｆ（ｉ，ｊ＋１）の
各値を求めている。

【００２５】４個の加算器５４〜５７と２個の減算器５
８，５９とは式中に含まれる加算および減算の各演
算を実行する部分であり、絶対値回路６０，６１は各減
算器５８，５９の出力、すなわちΔｘ・ｆ（ｉ，ｊ）お
よびΔｙ・ｆ（ｉ，ｊ）の絶対値をとる回路である。最
終の加算器６２は式の加算を行う部分である。なお図
２中、７７は前記同期信号発生部３４が発生する同期信
号Ｓより数クロック分遅れた遅延信号Ｔをウィンドウメ
モリ３５，３６および重心計測部３７，３８へ出力して
エッジ画像と同期させるためのものである。

【００２６】図４は、上記エッジ抽出部３３による微分
処理で得られたエッジ画像６３を示すもので、６４がエ
ッジ部分、６５がその他の部分である。６６，６７はこ
のエッジ画像６３に対し、エッジ部分６４の隣合う２辺
の位置に設定されたウィンドウであって、各ウィンドウ
６６，６７内のエッジ画像につき重心位置Ｇ１，Ｇ２が
求められて対象物の位置が計測される。

【００２７】上記の各ウィンドウ６６，６７の設定デー
タ、すなわちウィンドウ６６，６７の内側を「１」、外
側を「０」とするウィンドウデータはＣＰＵ４２により
２個のウィンドウメモリ３５，３６に書き込まれるもの
で、各重心計測部３７，３８は、各ウィンドウメモリ３
５，３６からの出力データを処理して各ウィンドウ６
６，６７内のエッジ画像につき重心位置を計測する。な
お各重心計測部３７，３８はＸＹカウンタ，乗算器，除
算器，ラッチ回路などから成る公知のハード構成により
構成されるもので、ここでは図示およびその説明を省略
する。

【００２８】図５は、上記の画像処理装置３１の処理手
順を示すもので、同図のステップ１（図中「ＳＴ１」で
示す）でカメラ３０よりアナログ量の濃淡画像信号ＶＤ
ｉを入力してＡ／Ｄ変換し、つぎのステップ２でエッジ
抽出部３３はディジタル量の濃淡画像信号ＶＤを入力し
て微分処理を施し、エッジ画像を生成する。

【００２９】つぎにステップ３で、ＣＰＵ４２はウィン
ドウメモリ３５，３６にウィンドウデータを書き込んで
ウィンドウの設定を行い、つぎのステップ４で重心計測
部３７，３８はエッジ抽出部３３よりエッジ画像の信号
を、対応するウィンドウメモリ３５，３６よりウィンド
ウデータを、それぞれ入力して、各ウィンドウ６６，６
７内のエッジ画像につき重心位置を計測する。

【００３０】これら重心位置の計測値はＣＰＵ４２に取
り込まれ、ＣＰＵ４２は基準値と計測値とを比較するこ
とにより対象物の位置ずれ量を算出する。なお上記実施
例では、エッジ画像に対し２個のウィンドウ６６，６７
を設定して２個の位置情報を得ているが、ウィンドウの
設定数は２個に限らず、１個または３個以上であっても
よい。この場合にウィンドウ数に応じて重心計測部の個
数を増減することはいうまでもない。

【００３１】図６は、撮像時の照明状態が変化して濃淡
画像の濃度分布が６８，６９で示すように上下した場合
を示す。ところがこれら濃度分布６８，６９の濃淡画像
をエッジ抽出部３３で微分処理すると、同じ位置に微分
濃度のピーク７０，７１が現れてエッジが抽出されるた
め、エッジ画像に照明変動の悪影響は現れない。

【００３２】図７は、濃淡画像にシェーディングが発生
した場合であって、適正時の濃度分布７３に対し、その
濃度分布７２にシェーディングの影響が現れている。と
ころがこの濃淡画像を微分処理すると、所定位置にピー
ク７４，７５が現れるのみで、エッジ画像にシェーディ
ングの悪影響は現れない。

【００３３】図８は、この発明の他の実施例を示す。こ
の実施例では、エッジ抽出部３３の出力に２値化部７６
を接続してエッジ画像を２値化処理し、その２値画像信
号をＤ／Ａ変換器３９や重心計測部３７，３８へ出力し
ている。

【００３４】図９は、図８の実施例の処理手順を示すも
ので、ステップ１で画像処理装置３１に濃淡画像を入力
し、ステップ２でエッジ抽出部３３によりエッジ画像を
生成し、ステップ３でそのエッジ画像の２値画像を生成
している。ステップ４では前記２値画像に対しウィンド
ウが設定され、ステップ５でウィンドウ内の２値画像に
つき重心位置が計測される。

【００３５】

【発明の効果】この発明は上記の如く、濃淡画像を微分
処理して得たエッジ画像に対し、所定位置にウィンドウ
を設定してそのウィンドウ内のエッジ画像の重心位置を
算出し、算出された重心位置を対象物のエッジの位置と
して、対象物の位置を計測するようにしたから、シェー
ディングや照明変動の影響を受けず、対象物の位置を常
に正確に計測することが可能となる。 加えて請求項３の
発明では、ウィンドウ内のエッジ画像につき算出された
重心位置を基準位置と比較することにより、対象物の位
置ずれ量を算出するようにしたから、複数の対象物を同
一の撮像条件により観測する必要がある場合に、対象物
の位置ずれ修正を簡単かつ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる物体位置計測装置
の回路構成例を示すブロック図である。

【図２】エッジ抽出部の具体例を示すブロック図であ
る。

【図３】エッジ抽出に用いられるマスクの構成を示す説
明図である。

【図４】エッジ画像に対するウィンドウの設定状態を示
す説明図である。

【図５】画像処理装置の処理手順を示すフローチャート
である。

【図６】照明変動による濃淡画像の濃度分布の変化およ
び濃度分布と微分濃度との関係を示す説明図である。

【図７】シェーディング発生時の濃淡画像の濃度分布お
よび濃度分布と微分濃度との関係を示す説明図である。

【図８】この発明の他の実施例の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】図８の実施例の処理手順を示すフローチャート
である。

【図１０】物体位置計測装置の全体の概略構成を示す説
明図である。

【図１１】２値画像に対するウィンドウの設定状態を示
す説明図である。

【図１２】シェーディングを有する濃淡画像を２値化し
て得られた２値画像を示す説明図である。

【図１３】図１２の２値画像についての濃度分布を示す
説明図である。

【図１４】照明劣化時に対象物を撮像して得られた２値
画像を示す説明図である。

【図１５】適正時と照明劣化時の２値画像の濃度分布を
示す説明図である。

【符号の説明】

３０ カメラ ３１ 画像処理装置 ３３ エッジ抽出部 ３５，３６ ウィンドウメモリ ３７，３８ 重心計測部 ４０ マイクロコンピュータ ４２ ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−143903（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−172206（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−310249（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−28503（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187651（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−29063（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物を撮像して得られた濃淡画像を処
   理して前記対象物の位置を計測する方法であって、前記濃淡画像を微分処理して画像上のエッジを抽出した
   後、このエッジ抽出処理により得られたエッジ画像上の
   所定位置にウィンドウを設定してウィンドウ内のエッジ
   画像の重心位置を計測し、計測された重心位置を前記対
   象物のエッジ位置として 対象物の位置を計測することを
   特徴とする物体位置計測方法。
2. 【請求項２】 対象物を撮像して濃淡画像信号を出力す
   る撮像装置と、前記撮像装置からの濃淡画像信号を入力
   して画像処理し、対象物の位置を計測する画像処理装置
   とから成り、 前記画像処理装置は、前記濃淡画像を微分処理して、画像上のエッジが抽出さ
   れた エッジ画像を生成するエッジ抽出手段と、 前記エッジ画像上の所定位置にウィンドウを設定するウ
   ィンドウ設定手段と、前記ウィンドウ内のエッジ画像の重心位置を計測する重
   心位置計測手段と、 前記重心位置計測手段により計測された重心位置を前記
   対象物のエッジ位置として、対象物の位置計測処理を実
   行する計測処理実行手段 とを備えて成る物体位置計測装
   置。
3. 【請求項３】 前記計測処理実行手段は、前記重心位置
   計測手段により計測された重心位置をあらかじめ用意さ
   れた基準位置と比較することにより、対象物の位置ずれ
   量を算出する請求項２に記載された物体位置計測装置。