JP3853500B2 - エッジ検出方法及び画像測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、顕微鏡測定装置や非接触三次元測定機等の画像測定装置に関し、特に撮像手段で撮像された被測定対象の画像にエッジ検出用のツールを重ねて表示してツール内のエッジを検出しながら形状測定などの画像計測を行う際のエッジ検出方法及び画像測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の画像測定装置では、被測定対象であるワークについて形状測定等を行う際、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で撮像されたワーク画像に重ねて測定範囲を示すエッジ検出ツールを表示させ、このツール上でワークの画像に含まれるエッジを検出している。
【０００３】
図１０は、このようなエッジ検出に用いられるツールの一例を示す図である。
このツール６１は、例えば画像計測装置に備えられたマウス等の入力装置を介して表示手段であるＣＲＴディスプレイの画面上の任意の位置に設定され、このツール６１に沿って矢印方向に画像情報を探索することにり、エッジ点Ｐを検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなエッジ検出用のツールは、検出しようとするエッジに対して直交する方向に設定することが検出精度を高める上で肝要である。しかし、従来は作業者がマウスを使用してエッジと直交すると思われるだいたいの方向を指定しているので、エッジに対するツールの設定方向が作業者によってまちまちとなり、測定精度に差が生じるという問題があった。また、エッジに対してツールを精度良く直交させようとすると、ツール設定操作に手間がかかってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、エッジ検出のためのツール設定操作を簡単にすると共に、エッジ検出精度に作業者による差が生じないようにすることができるエッジ検出方法及び画像測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエッジ検出方法は、被測定対象を撮像した画像上にエッジ検出の処理を行う範囲を示す円形ツールを表示し、この円形ツールによって指定された範囲内の画像情報を当該円形ツールの中心を通る複数の方向から探索して、それぞれの探索方向について前記画像のエッジ点を検出したのち、これら検出されたエッジ点からエッジを推定し、前記円形ツールの中心を通り、且つ前記推定されたエッジに対して直交する方向に探索して得られたエッジ点を最終的に検出されたエッジ点とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る画像測定装置は、被測定対象を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された画像を表示する表示手段と、この表示手段に前記被測定対象の画像に重ねてエッジ検出の範囲を示す円形ツールを表示させると共に当該円形ツールで指示された範囲内の画像情報からエッジ点を検出して計測に必要な情報を抽出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記円形ツール内でその中心を通り、探索方向を順次変えながら複数のエッジ点を検出し、これら検出されたエッジ点からエッジを推定し、推定されたエッジに対して直交する方向に探索して得られたエッジ点を最終的に検出されたエッジ点とするものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るエッジ検出方法によれば、円形ツールを用いて検出すべきエッジの範囲を指定すると、円形ツールの中心を通る複数の方向から探索が行われて画像上の複数のエッジ点が検出され、これらエッジ点からエッジが推定されると共に、推定されたエッジと直交する方向の探索して得られたエッジ点が最終的に検出されたエッジ点として抽出される。このため、オペレータは単に検出すべき範囲を指定するだけで良く、範囲が指定されたら、指定範囲内でエッジへの最適な探索方向が求められて、高精度にエッジが求められることになる。
【０００９】
この発明によれば、エッジ検出のためのツールが円形であるため、どのような形及び方向のエッジに対しても容易に適合して範囲指定が容易になり、しかも探索方向を指定しなくても良いため、指定時の操作性は格段に向上する。
【００１０】
また、本発明に係る画像測定装置によれば、制御手段が、円形ツール内でその中心を通り、探索方向を順次変えながら複数のエッジ点を検出し、これら検出されたエッジ点からエッジを推定し、推定されたエッジに対して直交する探索方向の探索で得られたエッジ点を検出されたエッジ点とする。このため、作業者によって検出点がばらつくことがなく、常に高い精度でエッジを検出することができ、測定精度も向上させることができる。
【００１１】
円形ツールは、例えば画像表示ウィンドウの中央部に固定的に配置され、被測定対象の画像上のエッジ検出すべき位置を画像表示ウィンドウの中央部に移動させることによりエッジ検出が行われる。
【００１２】
また、制御手段は、例えば撮像手段で撮像された画像を表示するための画像表示ウィンドウを表示手段に表示させると共に円形ツールを画像表示ウィンドウの中央部に固定的に表示させ、被測定対象の画像上のエッジ検出すべき位置が画像表示ウィンドウの中央部に移動されたことによりエッジ検出を行うものである。
【００１３】
このような構成とすると、被測定対象の測定したい箇所を中央に移動させるという操作だけで、必要な部分のエッジ点が検出されて、測定効率が更に向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るマニュアル操作型の画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。
この装置は、非接触画像計測型の測定機本体１と、この測定機本体１のステージ移動操作をアシストする処理を実行すると共に必要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム２と、測定機本体１に対して必要な測定指令を与える指令入力部３と、これら各部に安定した電力を供給する電源ユニット４とにより構成されている。
【００１５】
測定機本体１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、Ｘ軸駆動つまみ１４、Ｙ軸駆動つまみ１５及び微動つまみ１６に対する手動操作によってＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動されるようになっている。架台１１の後端部には上方に延びるフレーム１７が固定されており、このフレーム１７にＣＣＤカメラユニット１８が支持されている。ＣＣＤカメラユニット１８は、Ｚ軸駆動つまみ１９によってフレーム１７に形成されたガイドレールに沿ってＺ軸方向に移動可能になっている。ＣＣＤカメラユニット１８の内部には、測定テーブル１３を上部から臨むようにＣＣＤカメラ２０が取り付けられている。ＣＣＤカメラ２０の下端には、ワーク１２に照明光を照射するためのリング状の照明装置２１が備えられている。
【００１６】
コンピュータシステム２は、コンピュータ本体３１、キーボード３２、マウス３３及びＣＲＴディスプレイ３４を備えて構成されている。
コンピュータ本体３１を中心とするこのシステムは、例えば図２に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ２０で捉えたワーク１２の画像信号は、ＡＤ変換部３５で多値画像データに変換され、多値画像メモリ３６に格納される。多値画像メモリ３６に格納された多値画像データは、表示制御部３７の動作によってＣＲＴディスプレイ３４に表示される。ＣＰＵ３８は、オペレータの指令又はプログラムメモリ３９に格納されたプログラムに従ってエッジ検出処理等の各種の処理を実行する。ワークメモリ４０は、ＣＰＵ３８の各種処理のための作業領域を提供する。
【００１７】
また、測定テーブル１３に対するＣＣＤカメラ１６のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向位置（以下、これをステージ位置と呼ぶ）をそれぞれ検出するためのＸ軸エンコーダ４１、Ｙ軸エンコーダ４２及びＺ軸エンコーダ４３が設けられ、これらエンコーダ４１〜４３からの出力はＣＰＵ３８に取り込まれる。ＣＰＵ３８は、取り込まれた各軸位置の情報と多値画像メモリ３６に格納された多値画像データとで、各画素の位置座標を算出する。更に、照明制御部４４は、ＣＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ量の指令電圧を生成し照明装置２１に印加する。
【００１８】
次に、このように構成された画像測定装置におけるエッジ検出動作について説明する。
図３は、この画像測定装置の測定時のＣＲＴディスプレイ３４の表示画面を示す図である。
表示画面には、ＣＣＤカメラ１６で撮像されたカラー画像が表示されるビデオウィンドウ５１が設けられており、このビデオウィンドウ５１内にワーク画像５２が表示される。ビデオウィンドウ５１の中央部には、ワーク画像５２の任意のエッジを検出するための探索方向及び探索長さを示す矢印からなる探索ツール５３を内部に含む円形ツール５４が固定的に表示される。この円形ツール５４は、エッジ検出処理の範囲を明確にするものである。また、この例では、円形ツール５４の中心、即ちビデオウィンドウ５１の中心を示す中心線５５，５６が更に表示されている。
【００１９】
図４は、この探索ツール５３及び円形ツール５４を用いてワーク画像５２のエッジを検出するためのフローチャート、図５は同じくエッジ検出処理を説明するための図である。
まず、オペレータがＸ軸駆動つまみ１４、Ｙ軸駆動つまみ１５及び微動つまみ１６、又はマウス３３等を操作して、ワーク画像５２のエッジ検出したい位置（ｘ0，ｙ0）を円形ツール５４内に収まるように移動させることにより、エッジ検出すべき位置及び範囲を指定する（Ｓ１）。次に、探索ツール５３の傾きθの初期値を０にして（Ｓ２）、指定位置（ｘ0，ｙ0）を通り、長さｈ、傾きθの探索ツール５３を生成し（Ｓ３）、探索ツール５３に沿ってエッジを検出する（Ｓ４）。次にθをΔθだけ回転させて（Ｓ５）、θがπを超えない範囲で同様の処理を繰り返す（Ｓ６）。
【００２０】
これにより、図５（ａ）に示すように、ツール５３が指定位置（ｘ0，ｙ0）を中心として傾き０〜πの範囲で回転され、同図（ｂ）に示すように、各傾き（探索方向）におけるエッジ点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎが検出される。
ここで、ワーク画像５２のエッジに対してツール５３が緩やかに交差する場合には、図６（ａ）に示すように、エッジ付近での輝度値の変化も緩やかになり、ワーク画像５２のエッジに対してツール５３がほぼ直角に近い角度で交差する場合には、図６（ｂ）に示すように、エッジ付近での輝度値の変化は急峻になる。このような輝度値が変化する位置、具体的には輝度値があるしきい値Ｖthを横切る位置をエッジ点と認定するが、この場合、エッジ点の検出精度は、ツール５３の向きがエッジに対して直角であるほど上がる。
【００２１】
そこで、求めたエッジ点列Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎから最小二乗法等を用いてエッジを示す曲線ｆ（ｘ，ｙ）を推定する（Ｓ７）。このように複数のエッジ点からエッジを推定するのは、エッジの連続性を確認することにより、エッジとノイズとを判別可能だからである。従って、エッジ曲線の推定に当たっては、不連続な点はノイズとして除くようにしても良い。そして、求められた曲線ｆ（ｘ，ｙ）と直交し、且つ（ｘ0，ｙ0）を通るツール５７を新たに生成する（Ｓ８）。そして、このツール５７を用いて最終的なエッジ点Ｐを求める（Ｓ９）。
【００２２】
以上の処理を実行することにより、位置指定操作が容易になるうえ、エッジ検出精度が作業者によってばらつくことなく向上する。
なお、顕微鏡や投影機等の測定の場合、レチクルやエッジセンサによって測定ワークを視野内の中央部に移動させて測定を行うことが多い。この画像測定機によれば、このような操作を実現することができる。即ち、ワーク画像５２の測定したい部位がビデオウィンドウ５１の中央部の円形ツール５４内に収まるようにワークを移動させ、図示しないエッジ検出用の指示ボタン等を押す操作だけで、何らツールを設定するという操作を行わずに、エッジが検出され、更に必要な他の測定を行うことができる。このため、測定時の操作性が格段に向上する。
【００２３】
なお、上記実施例では手動操作型の画像測定装置に本発明を適用したが、例えばＣＮＣ（Computer Numerical Control）画像測定装置に本発明を適用すると、更に操作性は向上する。
図７は、ＣＮＣ画像測定装置の要部のブロック図である。
図２に示した手動操作型に比べて、テーブル及び光学系を駆動するためのＸ軸駆動系４５、Ｙ軸駆動系４６及びＺ軸駆動系４７が設けられ、これらがキーボード３２及びマウス３３からインタフェース４８を介してＣＰＵに入力された移動指示に基づいてステージをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ駆動するように構成されている。
【００２４】
このような装置において、図８に示すように、ワーク画像５２の測定したい部位をマウスのポインタ５８等で指示してクリック操作すると、そのクリックした部位がビデオウィンドウ５１の中央部に移動するようにＣＰＵ３８がＸ，Ｙ駆動系４５，４６を駆動制御する。これにより、ワーク画像５２の位置が５２′の位置に移動する。これにより円形ツール５４内に収容されたエッジの向きはステージ移動前のエッジの向きとは大幅に異なった向きとなるが、エッジ検出を指示すると、上述したように最適な方向でのエッジ検出動作が実行されるので、不都合は全くなくなる。
このように、画面をクリックすることによるステージ中央移動機能と本発明のエッジ検出機能とを併用した場合、更に操作性が向上する。
【００２５】
なお、以上の処理では、複数のエッジ点から推定されたエッジ曲線に基づいて、最適な探索方向を再度算出して新たなツール５７を生成し、このツール５７上で最終的なエッジ点Ｐを検出したが、複数のエッジ点のうちから、推定されたエッジに対して最も直交関係に近い方向からの探索で求められたエッジ点を最終的なエッジ点として選択するようにしても良い。この場合、最後の探索処理を行わないため、処理が簡便になるという利点がある。
【００２６】
また、円形ツール５４の位置や直径等はワークやその測定方法等に合わせて任意に可変できることが望ましい。
例えば、上記実施例では、円形ツールは５４は、ビデオウィンドウ５１の中心に固定したが、図９に示すように、マウスのポインタ５８のクリック・アンド・ドラッグ操作により、円形ツール５４を画像ウィンドウ５１に対して任意の位置に移動させるようにすると、ステージ移動操作を伴わずに、表示画面を固定したまま、必要な複数箇所のエッジを簡単な操作で検出することが可能になる。
【００２７】
また、円形ツールを座標系の特定位置に貼り付ける場合、円形ツールは、ワーク座標系の指定された位置に貼り付けても良いし、画像ウィンドウ座標系の指定された位置に貼り付けても良い。
ワーク座標系に貼り付ける場合には、ツールはワークの常に決められた部位に位置することになるので、例えばパートプログラムによって同種ワークの繰り返し測定を行う場合に有効である。
【００２８】
また、画像ウィンドウ座標系に貼り付ける場合には、ツールとワークの相対位置を自由に変えられるので、例えば同一ワークの複数箇所を測定する場合等に有効である。画像ウィンドウの中心にツールを固定する場合などに使用される。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、エッジ検出の範囲を指定するだけで指定範囲内のエッジに対して最適な探索方向が求められ、常に高い精度でエッジを検出することができ、測定精度も向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係るマニュアル型画像測定装置の斜視図である。
【図２】 同装置におけるコンピュータシステム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】 同装置におけるＣＲＴディスプレイの表示画面の一部を示す図である。
【図４】 同装置におけるエッジ検出動作を示すフローチャートである。
【図５】 同エッジ検出動作を説明するための図である。
【図６】 同エッジに対するツールの角度とエッジ位置検出のための信号との関係を示す図である。
【図７】 本発明の他の実施例に係るＣＮＣ型画像測定装置のブロック図である。
【図８】 同実施例におけるビデオウィンドウを示す図である。
【図９】 本発明の他の実施例に係るビデオウィンドウを示す図である。
【図１０】 従来のエッジ検出用のツールを示す図である。
【符号の説明】
１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…指令入力部、４…電源ユニット、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４…Ｘ軸駆動つまみ、１５…Ｙ軸駆動つまみ、１６…微動つまみ、１７…フレーム、１８…ＣＣＤカメラユニット、１９…Ｚ軸駆動つまみ、２０…ＣＣＤカメラ、２１…照明装置、３１…コンピュータ本体、３２…キーボード、３３…マウス、３４…ＣＲＴディスプレイ、３５…ＡＤ変換部、３６…多値画像メモリ、３７…表示制御部、３８…ＣＰＵ、３９…プログラムメモリ、４０…ワークメモリ、４１…Ｘ軸エンコーダ、４２…Ｙ軸エンコーダ、４３…Ｚ軸エンコーダ、４４…照明制御部。

Claims (4)

1. 被測定対象を撮像した画像上にエッジ検出の処理を行う範囲を示す円形ツールを表示し、
   この円形ツールによって指定された範囲内の画像情報を当該円形ツールの中心を通る複数の方向から探索して、それぞれの探索方向について前記画像のエッジ点を検出したのち、
   これら検出されたエッジ点からエッジを推定し、
   前記円形ツールの中心を通り、且つ前記推定されたエッジに対して直交する方向に探索して得られたエッジ点を最終的に検出されたエッジ点とする
   ことを特徴とするエッジ検出方法。
2. 前記円形ツールは、画像表示ウィンドウの中央部に固定的に配置され、
   前記被測定対象の画像上のエッジ検出すべき位置を前記画像表示ウィンドウの中央部に移動させることによりエッジ検出を行う
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出方法。
3. 被測定対象を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段で撮像された画像を表示する表示手段と、
   この表示手段に前記被測定対象の画像に重ねてエッジ検出の範囲を示す円形ツールを表示させると共に当該円形ツールで指示された範囲内の画像情報からエッジ点を検出して計測に必要な情報を抽出する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記円形ツール内でその中心を通り、探索方向を順次変えながら複数のエッジ点を検出し、これら検出されたエッジ点からエッジを推定し、推定されたエッジに対して直交する方向に探索して得られたエッジ点を最終的に検出されたエッジ点とする
   ものであることを特徴とする画像測定装置。
4. 前記制御手段は、前記撮像手段で撮像された画像を表示するための画像表示ウィンドウを前記表示手段に表示させると共に前記円形ツールを前記画像表示ウィンドウの中央部に固定的に表示させ、
   前記被測定対象の画像上のエッジ検出すべき位置が前記画像表示ウィンドウの中央部に移動されたことによりエッジ検出を行うものである
   ことを特徴とする請求項３記載の画像測定装置。

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