JP3685596B2 - 物体傾斜角計測方法及び装置並びに記憶媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の2値画像を処理して物体傾斜角を計測する方法及び装置並びにこの方法を実施するためのプログラムが記憶された記憶媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来の半導体チップ姿勢調整装置の概略構成を示す。
この装置は、半導体チップ10をロボットで搬送する途中において、その姿勢を調整するものである。ハンド11及び回転駆動装置12は搬送ロボットの一部であり、半導体チップ10は、ハンド11の下端に吸着され、ハンド11の回転角が回転駆動装置12で調整可能になっている。半導体チップ10は、撮像装置13で撮像され、その画像のビデオ信号VSが撮像装置13から出力される。画像入力回路14は、ビデオ信号VSに含まれている同期信号に基づいてアドレスを生成し、ビデオ信号VSに含まれている輝度信号を2値化して、画像メモリ15のこのアドレスへ書き込む。画像メモリ15に格納された半導体チップ10の2値画像が画像処理装置16で処理されて、半導体チップ10の傾斜角θが測定される。回転角制御回路17は、1回の操作で傾斜角θを0にするため、回転駆動装置12を介しハンド11を−θだけ回転させる。
【0003】
画像処理装置16は、図7(A)に示す如く、画像メモリ15内の2値画像10Gに対しラスタースキャンし、2値画像10Gの角の点P1及びP2の座標(X1,Y1)及び(X2,Y2)を検出する。傾斜角θは、
θ=tan-1{(Y2−Y1)/(X1−X2)} ・・・(1)
で算出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、傾斜角θが小さい場合には、画像入力回路14での2値化における量子化誤差により、図7(B)に示す如く、点P1の候補が走査線SL1上に複数画素存在し、測定精度が低くなる。また、ノイズで画素値が反転して‘1’になっているものが点P1又は点P2の候補になる場合もあり、測定精度がさらに低くなる。
【0005】
このような問題は、サーキットボード上に搭載されている電子部品の傾き欠陥を画像処理により検出するパターン検査装置や任意の物体の微小傾斜角を画像処理により測定する装置においても生ずる。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、画像処理により微小傾斜角をより高精度に測定可能な物体傾斜角計測方法及び装置並びに記憶媒体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
請求項1では、物体の2値画像を処理して該物体の所望の姿勢に対する傾斜角θを測定する物体傾斜角計測方法において、
該物体の2値画像の外接長方形の面積Sと該物体の2値画像の面積S0と該傾斜角θとの関係を予め求めておき、
該物体の2値画像について該面積S及び該面積S0を測定し、
該関係に基づいて該傾斜角θを求める。
【0007】
この物体傾斜角計測方法によれば、上記面積S0及びSに基づいて物体の傾斜角θを測定しているので、2値化の量子化誤差及びノイズによる画素値反転の影響が小さくなり、2値画像に対し2角の点を結んだ直線の傾きを直接測定する場合よりも高い精度で傾斜角θを測定することができるという効果を奏する。
請求項2の物体傾斜角計測方法では、請求項1において、上記物体の2値画像は長方形であり、
上記関係は実質的に式S0=XY−(X2+Y2)(sin2θ)/2で表され、ここに、X及びYは長方形の隣り合う2辺の長さである。
【0008】
実質的にとは、この式を変形した式を用いる場合を含む意味である(以下同様)。
この物体傾斜角計測方法によれば、計算が簡単になり容易迅速に傾斜角θを測定することができるという効果を奏する。
請求項3の物体傾斜角計測方法では、請求項2において、実質的に、面積比XY/S0が所定値より小さい場合には上記関係の式に基づき該面積比XY/S0が所定値以上の場合には式tanθ=(Y2−Y1)/(X1−X2)に基づいて、傾斜角θを算出する。
【0009】
この物体傾斜角計測方法によれば、さらに計算が簡単になるという効果を奏する。
請求項4の物体傾斜角計測方法では、請求項1において、上記物体の2値画像は長方形であり、
上記関係は実質的に式S0={XY−(X2+Y2)cosθsinθ}/{cos4θ(1−tan2θ)2}で表され、ここに、X及びYは長方形の隣り合う2辺の長さである。
【0010】
この物体傾斜角計測方法によれば、請求項2及び3の場合よりも正確に傾斜角θを求めることができるという効果を奏する。
請求項5では、請求項2乃至4のいずれか1つにおいて、上記物体の2値画像の2角以上の点の座標に基づいて、上記傾斜角θの正負を判定する。
この物体傾斜角計測方法によれば、傾斜角θの正負を容易に判定することができるという効果を奏する。
【0011】
請求項6の物体傾斜角計測方法では、請求項2乃至4のいずれか1つにおいて、上記外接長方形の端部所定領域に上記物体の2値画像の画素が存在するか否かに基づいて上記傾斜角θの正負を判定する。
この物体傾斜角計測方法によれば、物体画素を計数して上記面積S0を求める際に並行して傾斜角正負判定処理を行うことができるという効果を奏する。
【0012】
請求項7の物体傾斜角計測方法では、請求項2において、上記外接長方形の端部の一方の角側所定領域と他方の角側所定領域とに存在する上記物体の2値画像の画素数の差に基づいて上記傾斜角θの正負を判定する。
この物体傾斜角計測方法によれば、ノイズによる画素値反転の影響が殆ど無くなり、傾斜角が微小であっても判定結果が請求項6の場合よりも正確になるという効果を奏する。
【0013】
請求項8の記憶媒体では、請求項1乃至7のいずれか1つに記載の関係に基づいて上記傾斜角θを求めるプログラムが記憶されている。
請求項9では、物体の2値画像を処理して該物体の所望の姿勢に対する傾斜角θを測定する物体傾斜角計測装置において、
該物体の2値画像の面積S0及び該物体の2値画像の外接長方形の面積Sを測定し、該面積S0と該面積Sと該傾斜角θとの関係に基づいて該傾斜角θを求める。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の傾斜角測定手順を示す。図1の処理は、画像処理装置、例えば図6の画像処理装置16で実行される。この画像処理装置は、例えばコンピュータを備えている。以下の括弧内の数値は、図1中のステップ識別番号である。
【0015】
(20)図2(A)に示す如く、画像メモリ15内のフレーム画像に対しラスタースキャンして2値画像10Gの4角の点P1〜P4の座標(X1,Y1)〜(X4,Y4)を検出する。点P1〜P4は、ラスタースキャンしたときの‘0’から‘1’及び‘1’から‘0’の変化点のX座標及びY座標の極値に対応している。2値画像10Gの微分画像からこれらの座標を検出してもよい。
【0016】
(21)図2(B)に示す2値画像10Gの外接長方形Q1Q2Q3Q4の辺の長さX及びYを測定する。この外接長方形は、点P1を通りX軸に平行な直線と、点P2を通りY軸に平行な直線と点P3を通りX軸に平行な直線と、点P4を通りY軸に平行な直線とで囲まれる長方形として求められる。
辺の長さX及びYを測定できればよいので、外接長方形Q1Q2Q3Q4自体は求めなくてもよい。傾斜角θが正の場合には、図2(A)から明らかなように、
X=X4−X2、Y=Y3−Y1 ・・・(2)
として求められる。傾斜角θが負の場合には、
X=X1−X3、Y=Y4−Y2 ・・・(3)
として求められる。式(2)及び(3)と関係して、次のDX及びDY、
DX=(X4−X2)−(X1−X3) ・・・(4)
DY=(Y3−Y1)−(Y4−Y2) ・・・(5)
を定義すると、傾斜角θが正のときには、DX>0かつDY>0が成立し、傾斜角θが負のときには、DX<0かつDY<0が成立する。
【0017】
傾斜角θの正負判定にはDXとDYとの一方を用いてもよいが、傾斜角θが微小角の場合には、量子化誤差やノイズによる画素反転によりこれらのことが成立しない場合も考えられる。そこで、量子化誤差やノイズによる画素反転の影響を低減するために、
D=DX+DY・・・(6)
の正負により傾斜角θの正負を判定して、上記(2)又は(3)によりX及びYを求める。
【0018】
(22)2値画像10Gの面積S0を測定する。面積S0は、上記ステップ20でのラスタースキャンにおいて、‘1’の画素を計数することにより、容易にかつ精度よく求めることができる。精度がよい理由は、‘1’の累積加算により正負の量子化誤差が平均化され、かつ、ノイズの割合が極めて小さくなるからである。
【0019】
(23)外接長方形Q1Q2Q3Q4の面積S=XYと2値画像10Gの面積S0との比S/S0が大きくなるほど、傾斜角θが大きくなる。傾斜角θがある程度大きい場合には、上述の従来法で求めた傾斜角θの測定精度は比較的高く、かつ、短時間で傾斜角θを算出することができる。
そこで、予め定められた後述の比較定数Kに対し、XY/S0≧Kであればステップ24へ進み、そうでなければステップ25へ進む。
【0020】
(24)傾斜角θを、上式(1)で算出して、傾斜角測定処理を終了する。
(25〜27)D>0であれば傾斜角θを次の近似式、
θ=0.5sin-1{2(XY−S0)/(X2+Y2)} ・・・(7)
で算出し、そうでなければ次の近似式、
θ=−0.5sin-1{2(XY−S0)/(X2+Y2)} ・・・(8)
で算出する。
【0021】
上記近似式は、以下のようにして求められる。
X0=P1P2=P3P4、ΔX=P1Q1=P3Q3 ・・・(9)
Y0=P2P3=P4P1、ΔY=P2Q2=P4Q4 ・・・(10)
とおくと、次式が成立する。
X0=ΔY/sinθ ・・・(11)
Y0=ΔX/sinθ ・・・(12)
tanθ=ΔY/(X−ΔX)=ΔX/(Y−ΔY)・・・(13)
この式(13)から、ΔX及びΔYは次式で表される。
【0022】
ΔX=tanθ(Y−Xtanθ)/(1−tan2θ) ・・・(14)
ΔY=tanθ(X−Ytanθ)/(1−tan2θ) ・・・(15)
これらΔY及びΔXをそれぞれ式(11)及び(12)へ代入すると、次式が得られる。
X0=(X−Ytanθ)/cosθ(1−tan2θ) ・・・(16)
Y0=(Y−Xtanθ)/cosθ(1−tan2θ) ・・・(17)
式(16)及び(17)の右辺の分母及び分子にcosθを乗ずると、次式が得られる。
【0023】
X0=(Xcosθ−Ysinθ)/{cos2θ(1−tan2θ)} ・(18)
Y0=(Ycosθ−Xsinθ)/{cos2θ(1−tan2θ)} ・(19)
よって、2値画像10Gの面積S0=X0・Y0は、次式で表される。
【0024】
S0=(Xcosθ−Ysinθ)(Ycosθ−Xsinθ)/{cos4θ(1−tan2θ)2}
={XY−(X2+Y2)cosθsinθ}/{cos4θ(1−tan2θ)2} ・・・(20)
ここで、傾斜角θが充分小さいときには、
cos4θ≒1、tan2θ≒0 ・・・(21)
とみなせるので、式(20)は、以下のように近似することができる。
【0025】
S=XY−(X2+Y2)cosθsinθ
=XY−(X2+Y2)(sin2θ)/2 ・・・(22)
この式(22)から、上記近似式(7)及び(8)が得られる。
ステップ23の比較定数Kは、画像のノイズの程度や上式(21)の近似をどの程度の誤差まで認めるかを考慮して決定する。傾斜角θと、式(7)の式(20)に対する近似誤差との関係は、次のようになる。
【0026】
θ=5゜のとき、COS4θ(1−tan2θ)2=0.96984(約3.1%)
θ=10゜のとき、COS4θ(1−tan2θ)2=0.88303(約11.7%)
本第1実施形態では、2値画像10Gの面積S0と2値画像10Gの外接長方形の面積S=XYと面積の次元のX2及びY2に基づいて物体の傾斜角θを測定しているので、傾斜角θが小さくても、従来技術の欄で述べた量子化誤差及びノイズの影響が小さくなり、より高い精度で傾斜角θを測定することができる。
[第2実施形態]
上述のDを用いずに物体傾斜角θの正負を判定することも可能であり、これを第2実施形態として以下に説明する。
【0027】
図3(A)〜(C)は、図2(A)の2値画像10Gの上部拡大図である。
図3(A)に示す如く、点Q1と点Q2の中点Cを通り、傾きが|θ|の直線と、直線Q2Q3との交点をR2とする。|θ|は、上式(7)から求められる。三角形CQ2R2内に2値画像10Gの画素が存在しなければ、すなわち、‘1’の画素が存在しなければ、傾斜角θが正であると判定し、‘1’の画素が存在すれば、傾斜角θが負であると判定する。
【0028】
他の正負判定方法を、図3(B)に示す。この方法では、点Q1と点Q2の中点Cを通り、傾きが−|θ|の直線と、直線Q1Q4との交点をR1とする。そして、三角形CQ1R1内に‘1’の画素が存在すれば、傾斜角θが正であると判定し、‘1’の画素が存在しなければ、傾斜角θが負であると判定する。
さらに他の正負判定方法を、図3(C)に示す。この方法は、上記2つの考え方を用いており、三角形CR1Q1内に存在する‘1’の画素数と、三角形CQ2R2内に存在する‘1’の画素数との差が正であれば傾斜角θが正であると判定し、そうでなけば傾斜角θが負であると判定する。この方法によれば、ノイズによるビット反転の影響が殆ど無くなる。
【0029】
[第3実施形態]
上記第1及び第2の実施形態では、2値画像が長方形である場合を説明したが、2値画像の外接長方形の面積Sと2値画像の面積S0との比が物体傾斜角θの関数であることに着目すれば、任意の形状の物体の微小傾斜角θを測定することが可能である。
【0030】
図4(A)は2値画像10AGが三角形である場合を示しており、図4(B)は2値画像10BGがボトル形状である場合を示している。
2値画像10AGの場合には、面積比S/S0と傾斜角θの関係を理論的に算出することもできる。2値画像10BGの場合には、図5に示すような傾斜角θと面積比S/S0との関係を画像処理により予め求めて、これをテーブル化し又は近似式で表す。傾斜角測定の際には、面積比S/S0を画像処理で求め、該関係から傾斜角θを求める。
【0031】
本第3実施形態では、面積比S/S0に基づいて物体傾斜角θを測定しているので、傾斜角θが小さくても、従来技術の欄で述べた量子化誤差及びノイズの影響が小さくなり、2値画像に対し2角の点を結んだ直線の傾きを直接測定する場合よりも高い精度で、傾斜角θを測定することができる。
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【0032】
例えば、上記近似式(7)及び(8)を用いる替わりに、近似前の上式(20)の右辺から左辺を引いた関数
f(θ)={XY−(X2+Y2)cosθsinθ}/{cos4θ(1−tan2θ)2}−S0 ・・・(23)
を用い、右辺のX、Y及びS0に数値を代入し、方程式f(θ)=0を満たす解θを1/2探索法又はニュートンラプソン法等で求める構成であってもよい。この場合、図1のステップ23及び24の処理は不要である。
【0033】
また、傾斜角θの正負判定式には、上記DX、DY又はD以外にも考えられる。例えば、傾斜角θが正の場合にはX4>X1、X3>X2、Y2>Y1及びY3>Y4が成立し、傾斜角θが負の場合にはこれらの不等号を逆にした関係が成立するので、これらのいずれか又は結合、例えば、X4−X1+Y2−Y1又は(X4−X1)/X+(Y2−Y1)/Y等の正負により傾斜角θの正負を判定してもよい。
【0034】
さらに、傾斜角θの正負判定に用いる図3中の領域は三角形に限定されない。例えば図3(C)において、直線R1R2の中点をDとしたとき、長方形DCQ1R1内に存在する‘1’の画素数と、長方形DCQ2R2内に存在する‘1’の画素数との差が正であれば傾斜角θが正であると判定し、そうでなけば傾斜角θが負であると判定してもよい。この場合、点R1及びR2の位置はそれぞれ、点Q1及びQ2から等距離であれば任意でよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の物体傾斜角測定手順を示すフローチャートである。
【図2】図1の処理で用いられる物体傾斜角計測方法の説明図である。
【図3】本発明の第2実施形態の物体傾斜角正負判定方法説明図である。
【図4】本発明の第3実施形態の物体傾斜角計測方法説明図である。
【図5】物体の傾斜角と面積比との関係を示す線図である。
【図6】従来の半導体チップ姿勢調整装置の概略構成図である。
【図7】従来の物体傾斜角計測方法説明図である。
【符号の説明】
10 半導体チップ
10G、10AG、10BG 2値画像
11 ハンド
12 回転駆動装置
13 撮像装置
14 画像入力回路
15 画像メモリ
16 画像処理装置
17 回転角制御回路
SL1〜SL4 走査線
θ 傾斜角
Claims (9)
- 物体の2値画像を処理して該物体の所望の姿勢に対する傾斜角θを測定する物体傾斜角計測方法において、
該物体の2値画像の外接長方形の面積Sと該物体の2値画像の面積S0と該傾斜角θとの関係を予め求めておき、
該物体の2値画像について該面積S及び該面積S0を測定し、
該関係に基づいて該傾斜角θを求める、
ことを特徴とする物体傾斜角計測方法。 - 上記物体の2値画像は長方形であり、
上記関係は実質的に式S0=XY−(X2 +Y2)(sin2θ)/2で表され、ここに、X及びYは長方形の隣り合う2辺の長さである、
ことを特徴とする請求項1記載の物体傾斜角計測方法。 - 実質的に、面積比XY/S0が所定値より小さい場合には上記関係の式に基づき該面積比XY/S0が所定値以上の場合には式tanθ=(Y2−Y1)/(X1−X2)に基づいて、傾斜角θを算出する、
ことを特徴とする請求項2記載の物体傾斜角計測方法。 - 上記物体の2値画像は長方形であり、
上記関係は実質的に式S0={XY−(X2+Y2)cosθsinθ}/{cos4θ(1−tan2θ)2}で表され、ここに、X及びYは長方形の隣り合う2辺の長さである、
ことを特徴とする請求項1記載の物体傾斜角計測方法。 - 上記物体の2値画像の2角以上の点の座標に基づいて、上記傾斜角θの正負を判定することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載の物体傾斜角計測方法。
- 上記外接長方形の端部所定領域に上記物体の2値画像の画素が存在するか否かに基づいて上記傾斜角θの正負を判定することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載の物体傾斜角計測方法。
- 上記外接長方形の端部の一方の角側所定領域と他方の角側所定領域とに存在する上記物体の2値画像の画素数の差に基づいて上記傾斜角θの正負を判定することを特徴とする請求項2記載の物体傾斜角計測方法。
- 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の関係に基づいて上記傾斜角θを求めるプログラムが記憶されていることを特徴とする記憶媒体。
- 物体の2値画像を処理して該物体の所望の姿勢に対する傾斜角θを測定する物体傾斜角計測装置において、
該物体の2値画像の面積S0及び該物体の2値画像の外接長方形の面積Sを測定し、該面積S0と該面積Sと該傾斜角θとの関係に基づいて該傾斜角θを求めることを特徴とする物体傾斜角計測装置。
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