JP4611708B2 - High-precision mark position / posture detection device - Google Patents

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Description

本発明は、例えばプリント基板上に半導体の如き電子部品をロボットにより正確に載置したり、一つのICパッケージに複数のICチップをロボットで載置する場合の如く、部品の組み立て精度を向上するために部品にあらかじめ記入されたマークの位置・ 姿勢を正確に検出する高精度マーク位置・ 姿勢検出装置に関する。   The present invention improves the assembly accuracy of components, for example, when an electronic component such as a semiconductor is accurately placed on a printed circuit board by a robot or a plurality of IC chips are placed on a single IC package by a robot. Therefore, the present invention relates to a high-accuracy mark position / orientation detection device that accurately detects the position / orientation of a mark pre-written on a part.

従来、プリント基板上に電子部品を正確に載置するための位置合わせつまり部品アライメントのためにカメラを使用してマークを撮影しその画像を解析する画像計測を行っている。この画像計測では、部品の位置・ 姿勢の計測精度の向上のために、150万画素程度の高解像度カメラを用いるため、画像計測装置のコストが増大していた。   2. Description of the Related Art Conventionally, image measurement is performed in which a mark is photographed using a camera for position alignment, that is, component alignment, for accurately placing an electronic component on a printed circuit board, and the image is analyzed. In this image measurement, a high-resolution camera having about 1.5 million pixels is used to improve the measurement accuracy of the position / orientation of the component, so the cost of the image measurement device has increased.

画像計測装置のコストを低減するためには、31万画素程度の低解像度のカメラの画像に対して、画素分解能以下(サブピクセル)の精度での画像処理技術が不可欠である。   In order to reduce the cost of the image measuring device, an image processing technique with an accuracy of less than the pixel resolution (sub-pixel) is indispensable for a low-resolution camera image of about 310,000 pixels.

入力画像中から特定のマーク(パターン)を検出する方式としては、画像相関によるテンプレートマッチングが一般的である。これは、例えばIC部品を載置されるプリント基板つまりワーク側に設けられたマークの画像をあらかじめテンプレートとして保持しておき、カメラで撮影した画像を走査して抽出したマーク部分とを比較するものである。この場合テンプレートとしてマークを例えば一度毎に回転させたもの、また大きさも例えば1%毎に変えたもの等を用意する。そしてマークより抽出したマーク画像と比較する。   As a method for detecting a specific mark (pattern) from an input image, template matching based on image correlation is generally used. For example, a printed circuit board on which an IC component is placed, that is, an image of a mark provided on the workpiece side is held in advance as a template, and a mark portion extracted by scanning an image taken with a camera is compared. It is. In this case, for example, a template in which the mark is rotated once every time and a size whose size is changed every 1%, for example, are prepared. And it compares with the mark image extracted from the mark.

このときマーク画像とテンプレートの各マークを比較して、一画素ずつ動かし差の最小のものを検索してワークの位置・ 姿勢を求める。   At this time, the mark image and each mark of the template are compared, and the position / posture of the workpiece is obtained by moving one pixel at a time and searching for the smallest difference.

このため正確に位置・ 姿勢を求めるため、テンプレートマッチングでは長時間を必要とするため、近年では、ハードウェアによる高速処理も実現されている(例えば特許文献1参照)。   For this reason, since template matching requires a long time in order to accurately determine the position and orientation, high-speed processing by hardware has also been realized in recent years (see, for example, Patent Document 1).

またテンプレートマッチングで得られる類似度分布より推定する手法がある(例えば特許文献2参照)。
特開平8−147477号公報 特開平7−120940号公報 このような手法でマークの概略位置を特定した後に、サブピクセル精度でのマーク位置計測を行う。
There is also a method of estimating from a similarity distribution obtained by template matching (see, for example, Patent Document 2).
JP-A-8-147477 After specifying the approximate position of the mark by such a method, the mark position is measured with sub-pixel accuracy.

サブピクセル処理技術としては、従来では、テンプレートマッチングで得られる類似度つまり画像相関値の分布に対して曲面をあてはめ、ピーク位置をサブピクセルで推定する手法、ワークやマークの直線部分のエッジ上の点を、輝度変化の関数近似によりサブピクセルで計測し、それらの計測点に対して直線を当てはめることで推定するという方法が用いられている。   Conventionally, as a sub-pixel processing technique, a curved surface is applied to the similarity obtained by template matching, that is, a distribution of image correlation values, and a peak position is estimated by sub-pixels. A method is used in which points are measured by subpixels by function approximation of luminance change and estimated by fitting a straight line to these measurement points.

しかし画像相関値の分布のピーク位置を推定する方法では、画像のノイズの影響で、画像相関値の分布のピーク位置とマーク位置との間にずれが発生しやすいという問題点があり、十分な計測精度が得られないという課題がある。   However, in the method of estimating the peak position of the image correlation value distribution, there is a problem that a deviation is likely to occur between the peak position of the image correlation value distribution and the mark position due to the influence of image noise. There is a problem that measurement accuracy cannot be obtained.

またエッジ位置の計測・ 直線あてはめを行う方法でも、ワークやマークの既知形状を拘束条件として利用しない場合には、十分な計測精度が得られない点、ワークやマークの既知形状を拘束条件として利用する場合には、繰り返し計算等が必要となるために膨大な処理時間を要する点に課題があった。   Even with edge position measurement and straight line fitting, if the known shape of the workpiece or mark is not used as a constraint, sufficient measurement accuracy cannot be obtained, and the known shape of the workpiece or mark is used as a constraint. In this case, there is a problem in that enormous processing time is required because iterative calculation is required.

精度のよい直線当てはめのためには、エッジ上の計測点を多く取ることが不可欠であるため、画像計測の処理量が多い点にも課題があった。   Since it is indispensable to take a large number of measurement points on the edge for accurate line fitting, there is a problem in that the amount of image measurement processing is large.

ワークの位置を決めるために必要な値は、パターンの2次元座標X−Yにおける中心の座標位置Xm、Ymとそのパターンの傾き、つまり姿勢を示す回転角θである。   The values necessary for determining the position of the workpiece are the coordinate positions Xm and Ym of the center in the two-dimensional coordinates XY of the pattern and the inclination of the pattern, that is, the rotation angle θ indicating the posture.

本発明では、例えば矩形の如き、4角形などの2組以上の方向の異なる平行な辺を有し、画面上での形状が既知であるマークをワークに設けこれについてカメラで撮影した画像を画像処理して得られるマーク上の全平行辺上の計測点と全平行辺の既知の位置関係との誤差の2乗和が最小となるようなマークの姿勢、つまり回転角θを求める。   In the present invention, for example, an image obtained by providing a mark with a known shape on the screen having two or more sets of parallel sides such as a quadrangular shape, such as a rectangle, on the screen. The posture of the mark, that is, the rotation angle θ, that minimizes the sum of squares of errors between the measurement points on all the parallel sides on the mark obtained by processing and the known positional relationship of all the parallel sides is obtained.

次に、前記マークの各平行辺の組において、カメラで撮影マークの画像を画像処理して得られるマーク上の全平行辺上の計測点と平行辺の幅方向の位置誤差の2乗和が最小となるような平行辺の位置Xm、Ymを、前記回転角θを使用して求める。   Next, in each set of parallel sides of the mark, the sum of squares of the position error in the width direction of the parallel sides and the measurement points on all the parallel sides on the mark obtained by image processing of the image of the photographed mark with the camera is obtained. The positions Xm and Ym of the parallel sides that are minimized are obtained using the rotation angle θ.

本発明によれば下記の如き効果が得られる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

(1)測定すべき辺の上の計測点の数は何点でもよく、測定し易い。またその順序とか間隔にはこだわらない。解析的にとけるので計算はかんたんに解ける。各辺の計測点の組み合わせの数だけサンプルがあるので、計測点の数が少なくとも最適解を求めることができ、精度が上がる。また回転角θが求められると、テンプレートをそれだけ回転することによりテンプレートマッチングが簡単にでき、画像処理上処理が容易になる。   (1) The number of measurement points on the side to be measured may be any number and is easy to measure. Also, I don't care about the order or interval. Since it can be solved analytically, calculations can be easily solved. Since there are as many samples as the number of combinations of measurement points on each side, an optimal solution can be obtained with at least the number of measurement points, and the accuracy is improved. Further, when the rotation angle θ is obtained, template matching can be easily performed by rotating the template accordingly, and the processing in image processing becomes easy.

(2)回転角θが求められていると、平行であること、幅の値がいくらという条件をあてはめ、幅を含めて拘束条件を使用できるので、計測精度を向上することができる。   (2) When the rotation angle θ is obtained, it is possible to use the constraint condition including the width by applying the condition that the rotation angle θ is parallel and the width value, and the measurement accuracy can be improved.

本発明では、マークの形成されたワークをテレビカメラで撮影した画像を入力し、あらかじめ用意された、マークを複数の角度で回転及び拡大・縮小したテンプレートと、テンプレートマッチングにより、マークの概略位置を検出する。   In the present invention, an image obtained by photographing a work on which a mark is formed with a television camera is input, and a rough template position is prepared by template prepared by rotating and enlarging / reducing the mark at a plurality of angles. To detect.

これによりマークの略中心位置を検出して、所定の角度でマークのエッジ点を検出する。そして極座標変換によりエッジ点を計測する。   Thereby, the approximate center position of the mark is detected, and the edge point of the mark is detected at a predetermined angle. Then, edge points are measured by polar coordinate conversion.

このようにして矩形の如き、4角形などの2組以上の異なる平行の辺をもつマークに対してマーク上の全平行辺上の計測点と全平行辺の既知の位置関係との誤差の2乗和が最小となるようなマークの姿勢θを画素分解能以下の精度で求める。   Thus, for a mark having two or more sets of different parallel sides, such as a rectangle, such as a rectangle, the error between the measurement point on all parallel sides on the mark and the known positional relationship of all parallel sides is 2 The posture θ of the mark that minimizes the sum of products is obtained with an accuracy equal to or lower than the pixel resolution.

次に、前記2組以上の方向の異なる平行な辺をもつマークに対して、各平行辺の組において、平行辺上の計測点と平行辺の幅方向の位置誤差の2乗和が最小となる平行辺の位置を求めることで、マークの位置を画素分解能以下の精度で求めることができる。   Next, for the marks having two or more sets of parallel sides different in direction, the sum of squares of the position errors in the width direction of the measurement points on the parallel sides and the width direction of the parallel sides is minimum in each set of parallel sides. By obtaining the position of the parallel side, the position of the mark can be obtained with an accuracy equal to or lower than the pixel resolution.

本発明の実施例を説明する前にマークの傾きと、マークの位置を求める手法について説明する。   Before describing the embodiment of the present invention, a method for obtaining the inclination of the mark and the position of the mark will be described.

図7に示す如く、x軸とθの傾きを有する直線L0 の原点からの垂線の長さをDとすると、直線L0 上の各点は直線の方程式を示す下記の数1により得られる。 As shown in FIG. 7, when the length of the perpendicular line from the origin of the straight line L 0 having an inclination of the x-axis and θ is D, each point on the straight line L 0 is obtained by the following equation 1 indicating a straight line equation. .

Figure 0004611708
本発明では、例えば矩形、平行四辺形の如き4角形、十字形等の2組以上の方向の異なる平行な辺をもつマークに対して、マーク上の全平行辺上の既知の位置関係との誤差の2乗和が最小となるマークの姿勢、つまり回転角θを画素分解能以下の精度で求める。
Figure 0004611708
In the present invention, for example, a mark having two or more sets of parallel sides in different directions such as a rectangle, a quadrangle such as a parallelogram, a cross, etc., and a known positional relationship on all parallel sides on the mark. The posture of the mark that minimizes the sum of squared errors, that is, the rotation angle θ is obtained with an accuracy equal to or less than the pixel resolution.

図1に示す如く、マークMの各辺をL1 ,L2 ,L3 ,L4 とし、L1 とL3 が平行であり、これと異なる方向にL2 とL4 が平行である。いまこれらの辺上の点の計測点をそれぞれP11〜P1i,P21〜P2j,P31〜P3k,P41〜P4lとする。なお各計測点P11〜P1i,P21〜P2j,P31〜P3k,P41〜P4lの座標をP11(X11、Y11)〜P1i(X1 i ,Y1i),P21(X21,Y21)〜P2j(X1j,Y2j),P31(X31,Y31)〜P3k(X3 K ,Y3k),P41(X41,Y41)〜P4l(X4l,Y4l)で示す。 As shown in FIG. 1, each side of the mark M is L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 1 and L 3 are parallel, and L 2 and L 4 are parallel in different directions. Now each P 11 to P 1i measurement points of the points on these sides, P 21 ~P 2j, P 31 ~P 3k, and P 41 to P 4l. Note each of the measurement points P 11 ~P 1i, P 21 ~P 2j, P 31 ~P 3k, the coordinates of P 41 ~P 4l P 11 (X 11, Y 11) ~P 1i (X 1 i, Y 1i) , P 21 (X 21, Y 21) ~P 2j (X 1j, Y 2j), P 31 (X 31, Y 31) ~P 3k (X 3 K, Y 3k), P 41 (X 41, Y 41 ) To P 4l (X 4l , Y 4l ).

また各辺L1 ,L2 ,L3 ,L4 と原点0との距離をそれぞれD1 ,D2 ,D3 ,D4 とする。そして平行辺の組のなす角をφ、マークMの傾きをθとすると、各辺の計測点に対して以下の数2〜数5で示す拘束条件式が得られる。 The distances between the sides L 1 , L 2 , L 3 and L 4 and the origin 0 are D 1 , D 2 , D 3 and D 4 , respectively. When the angle formed by the pair of parallel sides is φ and the inclination of the mark M is θ, the following constraint formulas are obtained with respect to the measurement points on each side.

マークMの辺L1 について About side L 1 of mark M

Figure 0004611708
マークMの辺L2 については、L1 をφだけ傾けたものであるから、
Figure 0004611708
For the side L 2 of the mark M, L 1 is inclined by φ.

Figure 0004611708
マークMの辺L3 については、L1 を180度回転したものであるから、
Figure 0004611708
Since the side L 3 of the mark M is obtained by rotating L 1 by 180 degrees,

Figure 0004611708
マークMの辺L4 については、L3 とφだけ傾けたものであるから、
Figure 0004611708
Since the side L 4 of the mark M is inclined by L 3 and φ,

Figure 0004611708
以上の関係式と、マークMの幅つまり平行線L2 とL4 の幅Wと、マークMの高さつまり平行線L1 とL3 の幅Hが既知であり、下記の数6に示す関係から、
Figure 0004611708
The above relational expression, the width of the mark M, that is, the width W of the parallel lines L 2 and L 4 , and the height of the mark M, that is, the width H of the parallel lines L 1 and L 3 are known. From the relationship

Figure 0004611708
以下の条件式が得られる。
Figure 0004611708
The following conditional expression is obtained.

マークMの幅Wについて、数7に示す如き条件式が得られる。   For the width W of the mark M, the conditional expression shown in Equation 7 is obtained.

Figure 0004611708
マークMの高さHについて
Figure 0004611708
About the height H of the mark M

Figure 0004611708
以上の条件式から、以下の数9が得られる。
Figure 0004611708
From the above conditional expression, the following formula 9 is obtained.

Figure 0004611708
従ってマークMの姿勢θの最適推定値は、数10で示す、以下の評価関数Jを最小にするθとして得られる。
Figure 0004611708
Therefore, the optimum estimated value of the posture θ of the mark M is obtained as θ that minimizes the following evaluation function J, which is expressed by Equation 10.

Figure 0004611708
このJを最小にするθ* については解析解が存在し、以下の数11のように容易に解を得ることができる。
Figure 0004611708
There is an analytical solution for θ * that minimizes J, and a solution can be easily obtained as shown in Equation 11 below.

Figure 0004611708
ただしA,Bは数12に示す通りである。
Figure 0004611708
However, A and B are as shown in Equation 12.

Figure 0004611708
次に、前記の如く、例えば矩形、平行四辺形の如き4角形、十字形などの2組以上の方向の異なる平行な辺をもつマークに対して、マークの姿勢つまり回転角θが得られた場合に、各平行辺の組において、平行辺上の計測点と平行辺の幅方向の位置誤差の2乗和が最小となる平行辺の位置を求めることで、マークの位置を画素分解能以下の精度で求める。
Figure 0004611708
Next, as described above, the posture of the mark, that is, the rotation angle θ is obtained for a mark having two or more sets of parallel sides such as a rectangle, a quadrangle such as a parallelogram, and a cross. In this case, in each pair of parallel sides, the position of the mark is less than or equal to the pixel resolution by obtaining the position of the parallel side that minimizes the sum of squares of the measurement points on the parallel side and the position error in the width direction of the parallel side. Calculate with accuracy.

図2に示す如く、マークMの各辺をL1 ,L2 ,L3 ,L4 とし、L1 とL3 が平行であり、これと異なる方向にL2 とL4 が平行である。いまこれらの辺上の点の計測点をそれぞれP11〜P1i,P21〜P2j,P31〜P3k,P41〜P4lとする。なお各計測点P11〜P1i,P21〜P2j,P31〜P3k,P41〜P4lの座標をP11(X11,Y11)〜P1i(X1 i ,Y1i),P21(X21,Y21)〜P2j(X1j,Y2j),P31(X31,Y31)〜P3k(X3 K ,Y3k),P41(X41,Y41)〜P4l(X4l,Y4l)で示す。 As shown in FIG. 2, each side of the mark M is L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 1 and L 3 are parallel, and L 2 and L 4 are parallel in different directions. Now each P 11 to P 1i measurement points of the points on these sides, P 21 ~P 2j, P 31 ~P 3k, and P 41 to P 4l. Note each of the measurement points P 11 ~P 1i, P 21 ~P 2j, P 31 ~P 3k, the coordinates of P 41 ~P 4l P 11 (X 11, Y 11) ~P 1i (X 1 i, Y 1i) , P 21 (X 21, Y 21) ~P 2j (X 1j, Y 2j), P 31 (X 31, Y 31) ~P 3k (X 3 K, Y 3k), P 41 (X 41, Y 41 ) To P 4l (X 4l , Y 4l ).

また各辺L1 ,L2 ,L3 ,L4 と原点0との距離をそれぞれD1 ,D2 ,D3 ,D4 とする。そして平行辺の組のなす角をφ、マークMの傾きをθとすると、各辺の計測点に対して、前記数2〜数5で示す拘束条件式が得られる。 The distances between the sides L 1 , L 2 , L 3 and L 4 and the origin 0 are D 1 , D 2 , D 3 and D 4 , respectively. When the angle formed by the pair of parallel sides is φ and the inclination of the mark M is θ, the constraint condition equations shown in the equations 2 to 5 are obtained for the measurement points on each side.

ここでマークMの中心位置を(Xm、Ym)とすると、下記の数13が得られる。   Here, if the center position of the mark M is (Xm, Ym), the following Expression 13 is obtained.

Figure 0004611708
ここで、前記U,VはマークMの中心位置の各平行辺の組の幅方向のずれ量であり、それぞれ下記の数14で示される。
Figure 0004611708
Here, U and V are deviation amounts in the width direction of the sets of parallel sides at the center position of the mark M, and are respectively expressed by the following Expression 14.

Figure 0004611708
各平行辺の組において、平行辺上の計測点と平行辺の幅方向の位置誤差の2乗和が最小となる平行辺の位置を数15により求める。
Figure 0004611708
For each set of parallel sides, the position of the parallel side that minimizes the sum of squares of the position error in the width direction of the measurement point on the parallel side and the width of the parallel side is obtained by Equation 15.

Figure 0004611708
U,Vの最適推定値は以下の数16、数17に示すように得られる。
Figure 0004611708
The optimal estimated values of U and V are obtained as shown in the following equations 16 and 17.

Figure 0004611708
Figure 0004611708

Figure 0004611708
これにより、マークMの中心位置の最適推定値(Xm* ,Ym* )は以下の数18により得られる。
Figure 0004611708
Thereby, the optimum estimated value (Xm * , Ym * ) of the center position of the mark M is obtained by the following equation (18).

Figure 0004611708
これにより明らかなように、本発明においてマークの姿勢θを算出するには、前記数11、数12より明らかなように既知の値である平行辺の組の間の角度φと計測点の値だけで得られ、D1 〜D4 を必要としない。
Figure 0004611708
As is clear from this, in order to calculate the posture θ of the mark in the present invention, the angle φ between the set of parallel sides and the value of the measurement point, which are known values, are clear from the equations 11 and 12. obtained simply and does not require D 1 to D 4.

またマークの中心位置の最適推定値も、前記数11、数12によりθが得られると、これまたφと計測点の値だけで得ることができ、D1 〜D4 を必要としない。 Further, the optimum estimated value of the center position of the mark can be obtained only by φ and the value of the measurement point when θ is obtained by the above equations 11 and 12, and D 1 to D 4 are not required.

本発明の実施例を図3〜図6に基づき、他図を参照して説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図3は本発明の一実施例構成図、図4は本発明の動作説明図、図5はテンプレートマッチングによるマーク概略位置探索説明図、図6はマーク画像の極座標展開によるエッジ位置計測説明図である。   FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram of mark approximate position search by template matching, and FIG. 6 is an explanatory diagram of edge position measurement by polar coordinate development of the mark image. is there.

図において、1はテレビカメラ、2は画像入力装置、3は画像処理計算機である。   In the figure, 1 is a television camera, 2 is an image input device, and 3 is an image processing computer.

テレビカメラ1は、プリント基板の如き部品が載置される部品載置体に形成されたマークを撮影して、この撮影した画像を画像入力装置2に送出するものである。   The television camera 1 captures a mark formed on a component mounting body on which a component such as a printed circuit board is mounted, and sends the captured image to the image input device 2.

画像入力装置2は、このテレビカメラ1から入力されたマーク画像をデジタル化して、これを画像処理計算機3に送出するものである。   The image input device 2 digitizes the mark image input from the television camera 1 and sends it to the image processing computer 3.

画像処理計算機3は、画像入力装置2より入力された画像信号に対し、エッジ検出、マーク検出、マーク姿勢の演算、マーク位置の演算等の画像処理を行うものであって、液晶の如き表示部3−1、演算部、記憶部、キーボードの如き入力部等を有する本体部3- 2を具備する。   The image processing computer 3 performs image processing such as edge detection, mark detection, mark attitude calculation, mark position calculation, etc., on an image signal input from the image input device 2, and includes a display unit such as a liquid crystal display. 3-1, a main unit 3-2 having an input unit such as a calculation unit, a storage unit, and a keyboard is provided.

本発明の動作を図4に示す動作状態説明フローチャートに基づき説明する。   The operation of the present invention will be described based on the operation state explanation flowchart shown in FIG.

S1.テレビカメラにてワークを撮影して得られたマーク画像を含むワーク画像を画像入力装置2に送出して、これをデジタル画像にA/D変換する。このA/D変換した画像処理計算機3の本体部3−2に送出する。   S1. A work image including a mark image obtained by photographing a work with a television camera is sent to the image input device 2 and A / D converted into a digital image. The data is sent to the main body 3-2 of the A / D converted image processing computer 3.

S2.画像処理計算機3の本体部3−2では、従来技術と同様にテンプレートマッチングによりマークMの概略位置を検出するため、この画像を、図5に示す如く、横方向に探索する。このようにして画面内を探索して、予め記録しておいた複数の姿勢のマークMのテンプレート画像TP1 ,TP2 ,TP3 ・・・と、入力されたマークMの画像との画像相関値、つまり類似度を計算し、もっとも相関値の高い位置のものを求めることで行う。この場合、テンプレート画像としてはあらかじめ記録していた複数の姿勢のもの、マークMを例えば1度とか2度とか規定された角度回転した画像、1%とか、2%拡大縮小した画像を使用することができる。これによりマークMの概略位置を検出し、次のエッジ点の計測を正確に行うことができる。 S2. The main body 3-2 of the image processing computer 3 searches for this image in the horizontal direction as shown in FIG. 5 in order to detect the approximate position of the mark M by template matching as in the prior art. In this manner, the image correlation between the template images TP 1 , TP 2 , TP 3 ... Of the plurality of marks M recorded in advance and the input image of the mark M is performed by searching the screen. This is done by calculating the value, that is, the similarity, and obtaining the one with the highest correlation value. In this case, a template image having a plurality of pre-recorded postures, an image obtained by rotating the mark M by a prescribed angle, for example, 1 degree or 2 degrees, or an image enlarged or reduced by 1% or 2% is used. Can do. As a result, the approximate position of the mark M can be detected and the next edge point can be accurately measured.

S3.次に、図6に示す如く、マークMの概略位置を中心とする周辺のマークMのエッジ部分の画像の極座標変換を行う。このためマークMの概略画像の中心点0より、マークMの各辺L1 ,L2 ,L3 ,L4 を検出するため、一定の角度θ毎にエッジ方向に探索を行い、その濃淡の変化よりエッジの計測を行う。マークMの中心点0の概略位置がわかっており、マークMの形状も既知のため、中心点0よりエッジ探索を行うとき、θの大きさにより検出される辺がL1 〜L4 のうちいずれであるか判別できる。このようにして、図6に示す如く、エッジ計測が行われたとき、マークMのエッジの位置と中心点0からの距離と角度θで極座標変換により表示することができる。そして本体部3−2では、更にこの極座標表示したものをX−Y座標表示に変換する。このようにして、下記のエッジ位置が得られる。 S3. Next, as shown in FIG. 6, polar coordinate conversion is performed on the image of the edge portion of the peripheral mark M around the approximate position of the mark M. Therefore, in order to detect each side L 1 , L 2 , L 3 , L 4 of the mark M from the center point 0 of the schematic image of the mark M, a search is performed in the edge direction at every constant angle θ and The edge is measured from the change. Since the approximate position of the center point 0 of the mark M is known and the shape of the mark M is also known, when an edge search is performed from the center point 0, the sides detected by the magnitude of θ are L 1 to L 4 . You can determine which one. In this way, as shown in FIG. 6, when the edge measurement is performed, the position of the edge of the mark M, the distance from the center point 0, and the angle θ can be displayed by polar coordinate conversion. And in the main-body part 3-2, what was further displayed by this polar coordinate is converted into an XY coordinate display. In this way, the following edge positions are obtained.

Figure 0004611708
S4.次に、前記辺L1 〜L4 について得られた前記各計測点のデータにもとづき、本体部3−2は先ず前記数12を演算してA,Bを得る。このとき、マークMの幅W、高さH、平行辺の組の間の角度φは既知であるので、これらA,Bを演算することができる。それから本体部3−2は、これらA,Bを用いて、前記数11を演算してマークMの姿勢θの最適推定値を得ることができる。
Figure 0004611708
S4. Next, based on the data of the respective measurement points obtained for the sides L 1 to L 4 , the main body 3-2 first calculates the formula 12 to obtain A and B. At this time, the width W of the mark M, the height H, and the angle φ between the pair of parallel sides are known, so these A and B can be calculated. Then, the main body section 3-2 can obtain the optimum estimated value of the posture θ of the mark M by calculating the equation 11 using these A and B.

S5.本体部3−2は、このようにマークMの姿勢θを演算した後に、前記数16、数17、数18によりマークMの中心位置の最適推定値を演算することができる。   S5. After calculating the posture θ of the mark M in this way, the main body unit 3-2 can calculate the optimum estimated value of the center position of the mark M according to the equations 16, 17, and 18.

S6.それからこれらマークMの姿勢θとマークMの中心値(Xm,Ym)を出力する。   S6. Then, the posture θ of the mark M and the center value (Xm, Ym) of the mark M are output.

このように、本発明によれば、マークMの姿勢を画像分解能以下の精度で求め、得られた姿勢情報をもとに、マークMの位置を画像分解能以下の精度で求める。   As described above, according to the present invention, the posture of the mark M is obtained with an accuracy less than the image resolution, and the position of the mark M is obtained with an accuracy less than the image resolution based on the obtained posture information.

本発明によれば、従来の輝度変化の関数近似を利用したサブピクセル計測よりも、マーク位置の計測精度が向上する。また収束計算などを用いないため、計算量が少なく、高速処理が可能である。特に従来の方式では直線当てはめを行うためにエッジ上の計測点を多く取ることが不可欠であり、画像計測の処理量が多い点にも課題があったが、本発明の場合には、各辺の計測点の組み合わせにより推定計算を行うために従来手法よりも少ない計測点でもよい推定値を得ることができる利点がある。   According to the present invention, the measurement accuracy of the mark position is improved as compared with the conventional sub-pixel measurement using the function approximation of the luminance change. In addition, since convergence calculation is not used, the amount of calculation is small and high-speed processing is possible. In particular, in the conventional method, it is indispensable to take a large number of measurement points on the edge in order to perform straight line fitting, and there is a problem in that the amount of processing of image measurement is large, but in the case of the present invention, each side Since the estimation calculation is performed by combining the measurement points, there is an advantage that it is possible to obtain an estimated value that requires fewer measurement points than the conventional method.

マークの傾き説明図である。It is inclination explanatory drawing of a mark. マークの位置説明図である。It is position explanatory drawing of a mark. 本発明の一実施例構成図である。It is one Example block diagram of this invention. 本発明の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of this invention. テンプレートマッチングによるマーク概略位置探索説明図である。It is explanatory drawing of a mark rough position search by template matching. マーク画像の極座標展開によるエッジ位置計測説明図である。It is edge position measurement explanatory drawing by polar coordinate expansion | deployment of a mark image. 直線方程式の説明図である。It is explanatory drawing of a linear equation.

符号の説明Explanation of symbols

1 テレビカメラ
2 画像入力装置
3 画像処理計算機
3−1 表示部
3−2 本体部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Television camera 2 Image input device 3 Image processing computer 3-1 Display part 3-2 Main part

Claims (2)

部品が載置される部品載置体に形成された、2組以上の方向の異なる平行な辺を有し、マークにおける平行辺の組の間の角度φとマークの幅W及びマークの高Hの画面上での形状が既知であるマークを撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された画像が入力され、前記入力データをアナログ・ディジタル変換する画像入力手段と、
前記画像入力手段から出力された画像データを処理する画像処理計算機を備えたマーク位置・姿勢検出装置において、
前記画像処理計算機には、
画像データを保持する記憶手段と、前記記憶手段の保持する画像データに対してマークの概略位置を検出する検出手段と、前記検出したマークの概略位置の中心点からの方向よりマークの各辺となるマークのエッジを検出するエッジ計測手段と、前記エッジ計測手段で検出した各辺の座標値(Y 1g ,X 1g )(Y 2e ,X 2e )(Y 3h ,X 3h )(Y 4f ,X 4f )から下記のマーク姿勢θをサブピクセル精度で演算する第1演算手段を具備したことを特徴とするマーク位置・姿勢検出装置。
Figure 0004611708
1gはマークの第1辺上のY座標値、Y2eはマークの第2辺上のY座標値、
3hはマークの第3辺上のY座標値、Y4fはマークの第4辺上のY座標値を示し、
1gは前記Y1gのX座標値、X2eは前記Y2eのX座標値、
3hは前記X3hのX座標値、X4fは前記Y4fのX座標値を示し、
φはマークにおける平行辺の組の間の角度を示し、
Wはマークの幅、Hはマークの高さを示す。
An angle φ between a pair of parallel sides in the mark, a width W of the mark, and a mark height H formed on the part mounting body on which the part is placed and having two or more sets of parallel sides having different directions. A camera that shoots a mark whose shape on the screen is known,
Is input image captured by the camera, an image input unit that performs analog-digital conversion of the input data,
In the mark position / attitude detection device including an image processing computer for processing the image data output from the image input means,
In the image processing computer,
Storage means for storing image data, a detecting means for detecting the approximate position of the mark on the image data stored in the storage means, and each side of the mark from the direction from the center point of the approximate position of the mark the detected an edge measuring means for detecting the mark edge made, the coordinate values of each side detected by the edge measuring means (Y 1g, X 1g) ( Y 2e, X 2e) (Y 3h, X 3h) (Y 4f, X 4f ) , a mark position / posture detection apparatus comprising first calculation means for calculating the following mark posture θ with sub-pixel accuracy .
Figure 0004611708
Y 1g is the Y coordinate value on the first side of the mark, Y 2e is the Y coordinate value on the second side of the mark,
Y 3h represents the Y coordinate value on the third side of the mark, Y 4f represents the Y coordinate value on the fourth side of the mark,
X 1g is the X coordinate value of Y 1g , X 2e is the X coordinate value of Y 2e ,
X 3h represents the X coordinate value of X 3h , X 4f represents the X coordinate value of Y 4f ,
φ indicates the angle between the pair of parallel sides in the mark,
W represents the width of the mark, and H represents the height of the mark.
請求項1におけるマーク位置・姿勢検出装置において、下記のマーク中心位置Xm、Ymを演算する第2演算手段を具備したことを特徴とするマーク位置・姿勢検出装置。
Figure 0004611708
2. The mark position / posture detection apparatus according to claim 1, further comprising second calculation means for calculating the following mark center positions Xm, Ym.
Figure 0004611708
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