JP3243916B2 - 円形状パターン計測・位置認識装置 - Google Patents

円形状パターン計測・位置認識装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気製品等のメカ部品組
立における部品挿入のための穴位置認識やネジ穴位置認
識、あるいは精密穴加工、円形部品加工等における精密
加工寸法測定等をTVカメラを利用した画像処理により
非接触に測定する円形状パターン計測・位置認識装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、基幹メカ部品、製品の組立作業の
自動化、加工部品等の加工制度の測定自動化等が加速さ
れ、またより高精度、信頼性の高い自動化装置の要求が
増大しており、非接触でTVカメラ等を用いた画像処理
による円形状パターン計測・位置認識装置が開発されて
いる。
【0003】以下図面を参照しながら、上述した従来の
円形状パターン計測・位置認識装置の一例について説明
する。
【0004】図4は従来の画像処理による円形状パター
ン計測・位置認識装置の高製図である。位置決めテーブ
ル21の上に置かれた認識すべき対象物22を入力する
ために照明装置23が設置され、可動テレビカメラ支持
部24にテレビカメラ25が設置されている。ここで、
テレビカメラ25はテレビカメラ制御手段26により制
御されている。
【0005】テレビカメラ24により入力された映像信
号は、アナログディジタル変換(以後、A/D変換とい
う)手段27に入り、画像の濃度により0〜255(2
56階調)等の画像データに数値化され、CPU,RO
M,RAM等からなる画像処理部に入力される。画像処
理部としては、主コントローラあるいは操作盤より指令
が与えられる判定制御手段(CPU)28と、処理する
エリアを指定する処理エリア設定手段29と、該処理エ
リア内の円のエッジを検出するエッジ検出手段30と、
該検出したエッジ点(X,Y)の平均座標
【0006】
【外1】
【0007】,
【0008】
【外2】
【0009】を円の中心として検出する円中心検出手段
31と、該検出した中心エッジ点までの距離の平均を半
径として検出する半径検出手段32とから構成されてい
る。
【0010】以上のように構成された装置において、以
下その動作について説明する。まず、図5のフローチャ
ートに示すように、位置決めテーブル21の上に置かれ
た認識すべき対象物22をテレビカメラ24で撮像しA
/D変換後画像処理装置に入力し(ステップ1)、該入
力された画像に対して処理する範囲内でエッジ検出を行
うラインを設定し(ステップ2)、各ラインの濃度デー
タを2値化し、白から黒、または黒から白に変化する点
をエッジとして検出し(ステップ3)、該検出されたエ
ッジ点(X,Y)の平均座標(外1),(外2)を円の
中心として検出し(ステップ4)、該検出した中心とエ
ッジ点までの距離の平均を半径として検出し(ステップ
5)、円形状パターンの位置認識を行う。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような装置構成では、例えば、エッジ検出の際にノイズ
等エッジ候補になり得ない部分をエッジ点として検出し
てしまい、該誤って検出したデータにより円の式を算出
し、計測・位置認識を行うと精度が大幅に低下する場合
があるため、円の式算出においては信頼性の高いエッジ
のみを利用して円の式を算出、位置認識を行う必要があ
った。
【0012】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、認識対象物の状態が悪くエッジ検出の際にノイズ等
の影響で部分的にエッジ検出の信頼性が低い場合でも、
有効なエッジを検出し利用し、円の式を算出することに
より、高精度に計測・位置認識を行う高精度円形状パタ
ーン計測・位置認識装置を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の第1の発明の円形状パターン計測・位置認識
装置は、認識対象物の状態が悪くエッジ検出の際にノイ
ズ等の影響で、部分的にエッジ検出の信頼性の低い場合
でも、多数決の原理を用いて有効なエッジのみを利用し
て円の式を算出することを目的とし、対象物の形状に合
わせて処理エリアを設定する処理エリア設定手段と、該
処理エリア内において円形状の境界点を複数検出するエ
ッジ点検出手段と、該検出した複数のエッジ点から円の
近似式を算出する近似式算出手段と、該算出された近似
式による円の中心から所定の範囲内で基準点を設ける基
準点移動設定手段と、該各々の基準点から円のエッジ点
までの距離を算出し、距離と度数のヒストグラムを作成
するヒストグラム作成手段と、該各々のヒストグラムに
おける最頻度数のうち最も最頻度数の高い最頻度数を検
出する最頻度数算出手段と、該最も高い最頻度数をもつ
ヒストグラムを構成した基準点を改めて円の中心とし、
また、そのときの最頻度距離を半径とする円の式を算出
する円の式算出手段とを備えることを特徴としたもので
ある。
【0014】また、本発明の第2の発明の円形状パター
ン計測・位置認識装置は、本発明の第1の発明において
検出した最頻度距離を基準に所定範囲外の距離のエッジ
点ノイズとして除去するノイズ除去手段と、ノイズ除去
した残りのエッジ点から再度円の近似式を算出する円の
式算出手段を備えることを特徴としたものである。
【0015】また、本発明の第3の発明の円形状パター
ン計測・位置認識装置は、本発明の第1及び第2の発明
において、ノイズ除去手段においてノイズとするエッジ
点が検出されなくなるまで処理を繰り返す、繰り返し近
似手段を備えることを特徴とするものである。
【0016】
【作用】本発明によれば、例えば、認識対象物の状態が
悪くエッジ検出の際にノイズ等の影響で、部分的にエッ
ジ検出の信頼性の低い場合でも、多数決の原理をもちい
て有効なエッジのみを利用して、円の式を算出するた
め、高精度に円形状パターンの計測・位置認識を行うこ
とができる。
【0017】
【実施例】以下本発明の一実施例について図1から図3
を参照しながら説明する。
【0018】図1は円形状パターン計測・位置認識装置
の構成図である。位置決めテーブル1の上に置かれた認
識すべき対象物2を入力するために照明装置3が設置さ
れ、可動テレビカメラ支持部4にテレビカメラ5が設置
されている。ここで、テレビカメラ5はテレビカメラ制
御手段6により制御されている。
【0019】テレビカメラ5により入力された映像信号
は、アナログディジタル変換(以後、A/D変換とい
う)手段7に入り、画像の濃度により0〜255(25
6階調)等の画像データに数値化され、CPU,RO
M,RAM及び入出力等から構成される画像処理部に入
力される。
【0020】画像処理部としては、主コントローラある
いは操作盤より指令が与えられる判定制御手段(CP
U)8と、対象物形状に合わせて処理する範囲を設定
し、放射状または、水平垂直方向にエッジ検出ラインを
設定する処理エリア設定手段9と、該エッジ検出ライン
(複数ラインを加算する場合もある)で円のエッジを検
出するエッジ検出手段10と、該検出した複数のエッジ
点から円の近似式を算出する円の近似式算出手段11
と、該算出された近似式による円の中心から所定の範囲
内で基準点を設ける基準点移動設定手段12と、該各々
の基準点から算出した円のエッジ点までの距離を算出
し、距離と度数のヒストグラムを作成するヒストグラム
作成手段13と、該各々のヒストグラムにおける最頻度
数のうち最も高い最頻度数を検出する最頻度数算出手段
14と、該最も高い最頻度数をもつヒストグラムを構成
した基準点を改めて円の中心とし、また、そのときの最
頻度距離を半径とする円の式を算出する円の式算出手段
15とから構成されている。
【0021】また、第2の実施例の構成は、第1の実施
例の構成において、検出した最頻度距離を基準に±Lの
所定範囲外の距離のエッジ点をノイズとして除去するノ
イズ除去手段16と、ノイズ除去した残りのエッジ点か
ら再度円の近似式を算出する円の式算出手段15とを備
えている。
【0022】また、第3の実施例の構成は、第2の実施
例におけるノイズ除去手段において、ノイズとするエッ
ジ点が検出されるまで本実施例及び第2実施例における
処理を繰り返す、繰り返し近似手段17が追加構成され
ている。
【0023】以上のように構成された円形状パターン計
測・位置認識装置について、以下その動作について図2
のフローチャートを用いて説明する。位置決めテーブル
1の上に置かれた図3(a)のような円形状部品等の認
識すべき対象物2をテレビカメラ5で撮像しA/D変換
後画像処理部に入力し(ステップ1)、該入力された画
像に対して図3(a)のように円形状に合わせて認識処
理を行うエリアを配置し、図3(b)に示すようにエッ
ジ検出を行う走査ライン(帯データを加算する場合もあ
る)を放射状に設定し(ステップ2)、該各走査ライン
上で所定の濃度変化部分をエッジとして検出する(ステ
ップ3)。ここで、エッジ検出方式について説明する
と、図3(c)のような1次元濃度データに対して微分
処理を施し図3(d)しきい値以上の極大極小点を検出
し、エッジ点とする。次に該検出したエッジ点から円の
式を求めるために、まず、検出された全エッジ点の座標
X,Yから平均値(外1),(外2)を求め仮の円の中
心とし(最小2乗誤差近似により円の近似式を算出する
場合もある)(ステップ4)、次に該円の仮中心に対し
て図3(a)のようにX,Y座標の±Kの範囲で基準点
を移動させ(仮の中心に対して半径Rの同心円内の範囲
で基準点を移動させる場合もある)(ステップ5)、各
基準点に対して、各エッジ点までの距離を算出し距離と
度数のヒストグラムを図3(e)のように作成し(ステ
ップ6)、全基準点に対するヒストグラムの各々の最頻
度の中で最も度数の高い最頻度をもつ基準点を算出し
(ステップ7)、該基準点を円の中心とし、このときの
距離を半径として円の式を算出する(ステップ8)。
【0024】第2の実施例の動作としては、図3(e)
のように上述した第1の実施例のヒストグラム最頻度の
距離を基準に所定の範囲外の点をノイズとして処理から
除外し(ステップ9)、残ったエッジ点のみを用いて平
均座標を求め円の中心とし、該中心と各エッジまでの距
離の平均を半径として(最小2乗誤差近似により中心、
半径を算出する場合もある)円の式を算出する(ステッ
プ10)。
【0025】第3の実施例の動作としては第1及び第2
の実施例の動作で説明したノイズ除去と円の式算出のス
テップをノイズ除去がなくなるまで繰り返し演算し精度
向上を図る(ステップ11)。
【0026】最後に、複数のエッジ点から最小2乗誤差
近似により円の近似式を算出する方法を説明する。エッ
ジ点列を{Xi、Yi|i=1、2、……、n−1}と
すると、点列の近似円の中心座標(a,b)と、半径r
は、それぞれ(数1),(数2),(数3)によって求
められる。
【0027】
【数1】
【0028】
【数2】
【0029】
【数3】
【0030】但し、(数1),(数2),(数3)中の
各項は以下のように与えられる。
【0031】
【数4】
【0032】
【数5】
【0033】
【数6】
【0034】
【数7】
【0035】
【数8】
【0036】
【数9】
【0037】
【数10】
【0038】
【数11】
【0039】また、zは次式に示す通りであり、M
(z),V(z),Cov(x,z),Cov(y,
z)等は(数1)から(数11)までの式と同様に計算
する。
【0040】
【数12】
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、例えば、認識対象物の
状態が悪くエッジ検出の際にノイズ等の影響で、部分的
にエッジ検出の信頼性の低い場合でも、多数決の原理を
もちいて有効なエッジのみを利用して、円の式を算出す
るため、高精度に円形状パターンの計測・位置認識を行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の円形状パターン計測・位置
認識装置の構成を示すブロック図
【図2】図1に示す円形状パターン計測・位置認識装置
の動作のフローチャート
【図3】(a)検査対象物の画像の一例と処理エリア設
定、検出エッジ、及び基準点移動設定の説明図 (b)処理エリア設定の説明図 (c)エッジ検出ラインの濃度データの説明図 (d)エッジ検出方法の説明図 (e)各基準点からの距離−度数のヒストグラムの説明
【図4】従来の円形状パターン計測・位置認識装置の構
成図
【図5】図4に示す従来例の動作を説明するフローチャ
ート
【符号の説明】
9 処理エリア設定手段 10 エッジ点検出手段 11 近似式算出手段 12 基準点移動設定手段 13 ヒストグラム作成手段 14 最頻度数算出手段 15 円の式算出手段 16 ノイズ除去手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G06T 7/60 150 G06T 7/60 200C 200 G01B 11/24 K (56)参考文献 特開 昭56−121172(JP,A) 特開 昭56−155804(JP,A) 特開 昭63−170783(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 1/00 305 G01B 11/00 G01B 11/08 G01B 11/24 G06T 7/60 150 G06T 7/60 200

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円形部品やネジ穴の形状、位置認識を画
    像処理を用いて行う装置において、対象物の形状に合わ
    せて処理エリアを設定する処理エリア設定手段と、該処
    理エリア内において円形状の境界点を複数検出するエッ
    ジ点検出手段と、該検出した複数のエッジ点から円の近
    似式を算出する近似似式算出手段と、該算出された近似
    式による円の中心から所定の範囲内で基準点を設ける基
    準点移動設定手段と、該各々の基準点から円のエッジ点
    までの距離を算出し、距離と度数のヒストグラムを作成
    するヒストグラム作成手段と、該各々のヒストグラムに
    おける最頻度数のうち最も最頻度数の高い最頻度数を検
    出する最頻度数算出手段と、該最も高い最頻度数をもつ
    ヒストグラムを構成した基準点を改めて円の中心とし、
    また、そのときの最頻度距離を半径とする円の式を算出
    する円の式算出手段とを備えること特徴とした円形状パ
    ターン計測・位置認識装置。
  2. 【請求項2】 検出した最頻度距離を基準に所定範囲外
    の距離のエッジ点をノイズとして除去するノイズ除去手
    段と、ノイズ除去した残りのエッジ点から再度円の近似
    式を算出する円の式算出手段を備えることを特徴とした
    請求項1記載の円形状パターン計測・位置認識装置。
  3. 【請求項3】 ノイズ除去手段においてノイズとするエ
    ッジ点が検出されなくなるまで、検出した最頻度距離を
    基準に所定範囲外の距離のエッジ点をノイズとして除去
    し、ノイズ除去した残りのエッジ点から再度円の近似式
    を算出する動作を繰り返す、繰り返し近似手段を備える
    ことを特徴とする請求項1または2記載の円形状パター
    ン計測・位置認識装置。
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