JP4251005B2 - 画像処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理方法及びその装置に関し、詳しくはパターンマッチングによって物品の円形部分の中心位置を検出する画像処理方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物品の円形部分の画像から円形の中心位置を検出する画像処理方法として、所定半径の円のエッジ部分（円周部分）を４分割した登録モデルを準備し、この登録モデルを用いて対象とする円画像の９０°ずつ異なる円弧部分をパターンマッチングを行い、マッチングした４つの登録モデルの間の離れた部分若しくは重合部分の位置に基づいて、対象とする円画像の中心位置を求めることが知られている。（特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２６０５２７号公報（第００３２欄〜００３４欄）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、パターンマッチングによる所定位置の特定では、基準とする登録モデルと対象とする画像の形状が全くの同一ではないので、誤差を含むことは避けられない。
特に円画像に対するパターンマッチングの場合、実際に撮影して得られた円画像と使用する登録モデルの円弧では、微妙に曲率が異なるために円周方向にずれを生じやすく、特許文献１の方法によれば、円周方向に隣り合う登録モデルの離れた部分若しくは重合部分の位置に基づいて中心位置を求めるようにしているため、登録モデルの円周方向へのずれが大きいと、その結果得られる中心位置には当該ずれが含まれ、中心位置の精度が低くなる。
このような問題に鑑み，本発明はパターンマッチングの技術を利用しながらも、高精度に円形の中心位置を検出する画像処置方法およびその装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の画像処理方法によれば、撮影手段が撮影した物品の円形部分の画像から、画像処理部がパターンマッチングにより円形の中心位置を左右方向に伸びるＸ座標とこれに直交する上下方向に伸びるＹ座標とのＸ−Ｙ座標系の座標値として求める画像処理方法において、
上記画像処理部には、Ｘ−Ｙ座標系における円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部に対応させて、最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を示した基準円弧からなる登録モデルが設定され、
上記撮影手段が物品の円形部分を撮影すると、
上記画像処理部は、物品の円形部分の画像に対して上記登録モデルにより各々パターンマッチングを複数回ずつ行って、画像上に最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置をそれぞれ定め、これら最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を上記Ｘ−Ｙ座標系で認識し、
さらに上記画像処理部は、最小となる最左端位置のＸ座標値と、最大となる最右端位置のＸ座標値と、最大となる最上端位置のＹ座標値と、最小となる最下端位置のＹ座標値とを選択して、最左端位置のＸ座標値と最右端位置のＸ座標値との中間値を求めるとともに、最上端位置のＹ座標値と最下端位置のＹ座標値との中間値を求め、これら中間値からなる座標値を円形の中心位置とすることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項４に記載の画像処理装置によれば、物品の円形部分を撮影する撮影手段と、この撮影手段を物品の円形部分に対し同一平面内で相対移動させる移動手段と、物品の円形部分の画像からパターンマッチングにより円形の中心位置を左右方向に伸びるＸ座標とこれに直交する上下方向に伸びるＹ座標とのＸ−Ｙ座標系の座標値として求める画像処理部とを備えた画像処理装置において、
上記画像処理部は、
上記撮影手段が撮影した画像上の位置をＸ−Ｙ座標系の座標値として認識する認識手段と、
Ｘ−Ｙ座標系における円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部に対応させて、最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を示した基準円弧からなる登録モデルを備え、物品の円形部分の画像に対して各々パターンマッチングを複数回ずつ行って、画像上に最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を定める比較手段と、
上記比較手段が定めた画像上の各位置を上記認識手段が座標値として認識すると、その結果の中から最小となる最左端位置のＸ座標値と、最大となる最右端位置のＸ座標値と、最大となる最上端位置のＹ座標値と、最小となる最下端位置のＹ座標値とを選択して、最左端位置のＸ座標値と最右端位置のＸ座標値との中間値を求めるとともに、最上端位置のＹ座標値と最下端位置のＹ座標値との中間値を求めて、これら中間値からなる座標値を円形の中心位置とする計算手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１の画像処理方法及び請求項４の画像処理装置によれば、対象とする円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部に対応させた基準円弧に、最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を示した登録モデルを設定し、この登録モデルによって円形部分の画像に対してパターンマッチングを行って、画像上に最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置をそれぞれ定め、それらの座標値のうち最左端位置と最右端位置については、ずれの生じにくい左右方向となるＸ座標値だけを参照し、最上端位置と最下端位置についてはずれの生じにくい上下方向となるＹ座標値だけを参照して、これらの座標値から円形の中心位置を求めるようにしているので、当該中心位置にはずれが含まれないことになる。
このように、登録モデルが円形部分の画像に沿って円周方向にずれることを考慮し、このずれが含まれないようにしているので、従来に比べ円形の中心位置を高精度に検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について説明すると、図１はワークを基盤に位置合わせしてから接合するボンディング装置１を示しており、本実施例ではその円形をした物品としてのワーク２を基板３にボンディングするものとなっている。
図１において、ボンディング装置１は、ワーク２を保持して基板３にボンディングするボンディングヘッド４と、ボンディングヘッド４に対して水平面内でワーク２や基板３を移動させる移動手段としてのＸＹテーブル５と、ボンディングヘッド４と一体的に設けられてワーク２の円形部分を正面から撮影する撮影手段としてのカメラ６と、ボンディングヘッド４およびカメラ６を鉛直方向に昇降させる昇降手段７とを備えている。
そしてカメラ６で撮影された画像は画像処理部８に取り込まれて処理されるようになっており、本実施例においては、ＸＹテーブル５、カメラ６、画像処理部８によって画像処理装置が構成されている。
また上記ＸＹテーブル５にはワーク２を収容するトレイ９と、基板３の載置されるボンディングテーブル１０が設けられ、上記ＸＹテーブル５と一体的に水平面内で移動するようになっている。
【０００９】
そしてボンディング装置１には、ＸＹテーブル５のＸ方向移動機構５ａとＹ方向移動機構５ｂの各々の移動方向をＸ座標軸、Ｙ座標軸として、それらの移動幅の各中間位置を原点とした機械座標系が設定されている。
一方画像処理部８には同じＸ方向とＹ方向をＸ座標軸、Ｙ座標軸として、カメラ６の視野の中心を原点とした視野座標系が設定されているとともに、カメラ６が撮影した画像上の所定位置を、これら各座標系の座標値として認識する認識手段１１が備えられている。
また、画像処理部８には予め設定されて記憶された登録モデルにより、カメラ６から取り込まれた画像に対してパターンマッチングを行う比較手段１２と、比較手段１２で求められて認識手段１１に認識された各登録モデルの位置に関する座標値に基づいて円形の中心位置の座標値を求める計算手段１３が備えられている。
【００１０】
比較手段１２に記憶された登録モデルは、機械座標系のＸ座標軸を左右方向、Ｙ座標軸を上下方向としてワーク２の円形部分を認識した場合に、その左端部、右端部、上端部、下端部に位置する円弧部分の、それぞれに対して対応させた所定長さを有する４つの基準円弧からなり、各基準円弧における円周側を上方に向けた時の最上方端となる位置を、それぞれ最左端位置１４Ａ、最右端位置１４Ｂ、最上端位置１４Ｃ、最下端位置１４Ｄとしている。（図２参照）
このような登録モデルは、検査対象とするワーク２の画像を用いて基準円を作成し、上記機械座標系で認識した場合の、この基準円と基準円の中心を通るＸ方向の直線との交点のうち、左方側の交点を最左端位置１４Ａ、右方側の交点を最右端位置１４Ｂとし、基準円の中心を通るＹ方向の直線との交点のうち、上方側の交点を最上端位置１４Ｃ、下方側の交点を最下端位置１４Ｄとし、これら交点を中心とする所定長さの円弧部分を基準円弧として設定する。
よって、機械座標系および視野座標系で認識されるワーク２の円形の画像に対して、これら基準円弧からなる登録モデルでパターンマッチングを行うことで、ワーク２の画像の円周上に最左端位置１４Ａ、最右端位置１４Ｂ、最上端位置１４Ｃ、最下端位置１４Ｄを定めることができる。
【００１１】
以下において、本発明に係る画像処理方法について図２により説明する。
まず、ＸＹテーブル５を作動させて今回対象とするワーク２の左端部上方にカメラ６を相対移動させて、図２で示すワーク２の左端部を含む撮影領域Ａの画像を取り込む。
この場合、上述した本実施例の構成では、機械座標系の原点に対するカメラ６の視野中心とトレイ９の中心位置との座標位置は予め認識されているので、トレイ９の中心位置をカメラ６の視野中心の座標位置に位置するようＸＹテーブル５を作動させ、さらにここから所定量だけ右方側（Ｘ座標軸の正の方向）へトレイ９を移動させて、カメラ６をワーク２の左端部の上方に位置させるよう制御している。
次に画像処理部８では、撮影領域Ａの画像が取り込まれると、比較手段１２に記憶された登録モデルのうち、ワーク２の左端部に対応した登録モデルを用い、画像に対して複数回のパターンマッチングを行って複数個の最左端位置１４Ａを定め、認識手段１１は各回毎に最左端位置１４Ａを座標値として認識する。
この際、認識手段１１は視野座標系によりカメラ６の視野の中心、すなわち撮影領域Ａの中心位置を原点として各回の最左端位置１４Ａの座標値を求めることで、機械座標系の原点に対する座標値を認識するようにしている。
【００１２】
そして計算手段１３は認識された複数回分の最左端位置１４Ａの座標値よりＸ座標値だけを比較して、最小となるＸ座標値を選択して記憶する。
以上のような撮影領域Ａに対する画像処理部８での処理に並行して、図２に示す撮影領域Ｂ、撮影領域Ｃ、撮影領域Ｄについても撮影領域Ａと同様に順に画像を取り込み、比較手段１２が右端部、上端部、下端部に対応した登録モデルで各々複数回のパターンマッチングを行ってそれぞれ複数個の最右端位置１４Ｂ、最上端位置１４Ｃ、最下端位置１４Ｄを順次定める。
そして認識手段１１により各回毎に最右端位置１４Ｂ、最上端位置１４Ｃ、最下端位置１４Ｄを座標値として認識するとともに、計算手段１３が最右端位置１４Ｂの座標値からＸ座標値だけを比較して最大となるＸ座標値を、最上端位置１４Ｃの座標値からＹ座標値だけを比較して最大となるＹ座標値を、最下端位置１４Ｄの座標値からＹ座標値だけを比較して最小となるＹ座標値をそれぞれ選択してその値を記憶する。
次に、計算手段１３はこれら左右方向となる最左端位置１４ＡのＸ座標値と最右端位置１４ＢのＸ座標値との中間値と、上下方向となる最上端位置１４ＣのＹ座標値と最下端位置１４ＤのＹ座標値との中間値とを計算して求め、Ｘ座標の中間値をＸ座標値とし、Ｙ座席の中間値をＹ座標値とする座標値をワーク２の中心位置の座標値として認識する。
以上のようにして中心位置が求められると、ボンディング装置１はＸＹテーブル５を作動させて、ボンディングヘッド５の中心を求めたワーク２の中心位置に位置合わせすることができるので、昇降手段７によりボンディングヘッド５を下降させてワーク２を吸着保持し、精度良く基板３の所定位置にボンディングすることができる。
【００１３】
このように、ワーク２の左端部と右端部については、パターンマッチングによってずれを生じやすい円周方向すなわち上下方向の結果を除いて、左右方向となるＸ座標値だけを採用し、上端部と下端部については、ずれを生じやすい左右方向の結果を除いて上下方向となるＹ座標値だけを採用しているので、パターンマッチングによるずれが含まれなくなり、高精度にワーク２の中心位置を検出可能となる。
さらに、各登録モデル毎に複数回ずつパターンマッチングを行って、Ｘ座標値とＹ座標値における最端となる座標値を選択するようにしているので、最もずれの小さな登録モデルを採用することとなり、さらに高精度にワーク２の中心位置を検出可能となる。
【００１４】
なお、上記画像処理方法の実施例によれば、ワーク２の左端部、右端部、上端部、下端部のそれぞれに対応させて、撮影領域Ａ、撮影領域Ｂ、撮影領域Ｃ、撮影領域Ｄを設定し、各領域にカメラ６を位置させて撮影した画像に対してパターンマッチングを行うようにしたが、ワーク２の全体を撮影した画像における左端部、右端部、上端部、下端部に対してそれぞれ検査領域Ａ、検査領域Ｂ、検査領域Ｃ、検査領域Ｄを設定し、これらの検査領域のそれぞれにパターンマッチングを行うようにしても良い。
また上記実施例ではワーク２の左端部、右端部、上端部、下端部のそれぞれに対応させて４つの登録モデルを設定していたが、共通で１つの登録モデルを設定して、この登録モデルを左もしくは右に９０°または１８０°回転させることで、ワーク２の左端部、右端部、上端部、下端部のそれぞれに対応させることもできる。
この場合は、例えばワーク２の左端部に対応した登録モデルによってパターンマッチングが終了したら、登録モデルを１８０°回転させて右端部に対応させ、さらにそこから９０°回転させて上端部もしくは下端部に対応させるようにすれば良く、パターンマッチングを行う順序は任意であり、登録モデルを回転させる方向も自由に設定することができる。
また、図示実施例のボンディング装置１の構成ではボンディングヘッド５にカメラ６を取り付けて、トレイ９に載置されたワーク２を撮影して画像処理する場合について説明したが、これに限らずカメラ６をＸＹテーブル５上に配置して、ボンディングヘッド４に保持された状態のワーク２を対象としても良く、さらには、ボンディングヘッド４に取り付けたカメラ６により円形をした基板３を撮影して、同様に円形部分の中心位置を求めることもできる。
【００１５】
【発明の効果】
従来のパターンマッチングの技術を使用しながら、登録モデルが円形部分の画像に沿って円周方向にずれることを考慮することで、従来に比べ円形の中心位置を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例におけるボンディング装置を示す該略図。
【図２】本実施例における画像処理方法を示す説明図。
【符号の説明】
１ ボンディング装置 ２ ワーク
５ ＸＹテーブル ６ カメラ
８ 画像処理部 １１ 認識手段
１２ 比較手段 １３ 計算手段
１４Ａ 最左端位置 １４Ｂ 最右端位置
１４Ｃ 最上端位置 １４Ｄ 最下端位置
Ａ〜Ｄ 撮影範囲

Claims (4)

1. 撮影手段が撮影した物品の円形部分の画像から、画像処理部がパターンマッチングにより円形の中心位置を左右方向に伸びるＸ座標とこれに直交する上下方向に伸びるＹ座標とのＸ−Ｙ座標系の座標値として求める画像処理方法において、
   上記画像処理部には、Ｘ−Ｙ座標系における円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部に対応させて、最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を示した基準円弧からなる登録モデルが設定され、
   上記撮影手段が物品の円形部分を撮影すると、
   上記画像処理部は、物品の円形部分の画像に対して上記登録モデルにより各々パターンマッチングを複数回ずつ行って、画像上に最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置をそれぞれ定め、これら最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を上記Ｘ−Ｙ座標系で認識し、
   さらに上記画像処理部は、最小となる最左端位置のＸ座標値と、最大となる最右端位置のＸ座標値と、最大となる最上端位置のＹ座標値と、最小となる最下端位置のＹ座標値とを選択して、最左端位置のＸ座標値と最右端位置のＸ座標値との中間値を求めるとともに、最上端位置のＹ座標値と最下端位置のＹ座標値との中間値を求め、これら中間値からなる座標値を円形の中心位置とすることを特徴とする画像処理方法。
2. 上記登録モデルは、上記円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部のそれぞれについて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
3. 上記登録モデルは、１つの登録モデルを回転させることにより、上記円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部のそれぞれに対応させることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
4. 物品の円形部分を撮影する撮影手段と、この撮影手段を物品の円形部分に対し同一平面内で相対移動させる移動手段と、物品の円形部分の画像からパターンマッチングにより円形の中心位置を左右方向に伸びるＸ座標とこれに直交する上下方向に伸びるＹ座標とのＸ−Ｙ座標系の座標値として求める画像処理部とを備えた画像処理装置において、
   上記画像処理部は、
   上記撮影手段が撮影した画像上の位置をＸ−Ｙ座標系の座標値として認識する認識手段と、
   Ｘ−Ｙ座標系における円形部分の左端部、右端部、上端部、下端部に対応させて、最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を示した基準円弧からなる登録モデルを備え、物品の円形部分の画像に対して各々パターンマッチングを複数回ずつ行って、画像上に最左端位置、最右端位置、最上端位置、最下端位置を定める比較手段と、
   上記比較手段が定めた画像上の各位置を上記認識手段が座標値として認識すると、その結果の中から最小となる最左端位置のＸ座標値と、最大となる最右端位置のＸ座標値と、最大となる最上端位置のＹ座標値と、最小となる最下端位置のＹ座標値とを選択して、最左端位置のＸ座標値と最右端位置のＸ座標値との中間値を求めるとともに、最上端位置のＹ座標値と最下端位置のＹ座標値との中間値を求めて、これら中間値からなる座標値を円形の中心位置とする計算手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。

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