JP5320216B2 - 画像処理装置、画像処理システムおよび画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物が撮像された濃淡画像を用いて対象物の検出対象エッジを検出する画像処理装置およびそれを用いた画像処理システムならびに画像処理方法に関する。

従来から、ある対象物の特定部分の座標をサブピクセル単位で求める画像処理装置が知られている（例えば特許文献１参照）。従来の画像処理装置は、図７（ａ）に示すように輝度値（濃度値）の分布が凸形状になっている場合に、最大輝度（最大濃度値）となる画素ｐ２とそれに隣接する２つの画素ｐ１，ｐ３との輝度（濃度値）を用いて線形演算することによって、真の最大輝度となる位置の座標をサブピクセル単位で求めることが可能である。

例えば図７（ａ）に示すような場合、画素ｐ１の座標を（ｘ１，ｙ１）、画素ｐ２の座標を（ｘ２，ｙ２）、画素ｐ３の座標を（ｘ３，ｙ３）、真の最大輝度となる位置をｐ０、直線ｐ１ｐ０の傾きをα（＞０）、直線ｐ０ｐ３の傾きを−αとすると、ｙ１＝αｘ１＋β、ｙ２＝−αｘ２＋γ、ｙ３＝−αｘ３＋γとなる。これらの式より、ｐ０の座標を求めることができる。

特開平５−２８２６４号公報

しかしながら、従来の画像処理装置には、最大濃度値となる画素とそれに隣接する画素との濃度値を用いて位置座標をサブピクセル単位で求めるため、図７（ｃ）に示すように濃度値のピークを持たないエッジの場合にエッジの座標をサブピクセル単位で求めることができないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、濃度値にピークを持たないエッジであってもエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができる画像処理装置、画像処理システムおよび画像処理方法を提供することにある。

請求項１に係る画像処理装置の発明は、対象物が撮像された濃淡画像を用いて当該対象物の検出対象エッジを検出する画像処理装置であって、前記濃淡画像内において前記検出対象エッジに関連するエッジ候補を画素単位で検出するエッジ候補検出部と、前記濃淡画像に前記エッジ候補および当該エッジ候補に対して当該エッジ候補の延長方向と交差する方向の両側に位置する複数の画素を含む検査領域を設定する検査領域設定部と、前記検査領域内の各画素に対してエッジ抽出フィルタを用いて濃度値の２次微分値を求める２次微分値算出部と、前記２次微分値算出部で算出された前記２次微分値を用いて前記検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求めるエッジ座標算出部とを備え、前記エッジ候補検出部は、前記エッジ候補の濃度勾配方向と交差する方向に並んだ複数のエッジ候補画素を前記エッジ候補として検出し、前記エッジ座標算出部は、前記エッジ候補に隣接し前記複数のエッジ候補画素が並んだ方向に複数の隣接画素が並ぶ２組の隣接画素群のそれぞれについて隣接同士の前記エッジ候補画素と前記隣接画素との組み合わせの中から前記２次微分値の符号が異なる組み合わせを計数し、前記２組の隣接画素群のうち前記２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補とし、前記複数のエッジ候補画素の２次微分値と前記第２のエッジ候補となる隣接画素群の２次微分値とを用いて前記エッジ座標をサブピクセル単位で求めることを特徴とする。

請求項２に係る画像処理装置の発明は、請求項１の発明において、前記エッジ抽出フィルタは、ラプラシアンフィルタであることを特徴とする。

請求項３に係る画像処理装置の発明は、請求項１または２の発明において、前記エッジ座標算出部は、前記エッジ候補の各エッジ候補画素の２次微分値の総和の絶対値と前記第２のエッジ候補の各隣接画素の２次微分値の総和の絶対値との比率で前記エッジ候補と前記第２のエッジ候補との間を分割する位置の座標を前記エッジ座標として求めることを特徴とする。

請求項４に係る画像処理装置の発明は、請求項１または２の発明において、前記エッジ座標算出部は、前記エッジ候補において前記第２のエッジ候補との間で前記２次微分値の符号が異なるエッジ候補画素のみの当該２次微分値の総和の絶対値と、前記第２のエッジ候補において前記エッジ候補との間で前記２次微分値の符号が異なる隣接画素のみの当該２次微分値の総和の絶対値との比率で前記エッジ候補と前記第２のエッジ候補との間を分割する位置の座標を前記エッジ座標として求めることを特徴とする。

請求項５に係る画像処理装置の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記エッジ候補検出部は、各画素における濃度勾配方向を示す微分方向値が規定範囲内の画素を追跡して前記エッジ候補を検出することを特徴とする。

請求項６に係る画像処理装置の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の発明において、前記濃淡画像に対して膨張収縮処理を行ってノイズを低減するノイズ低減部を備え、前記エッジ候補検出部は、前記膨張収縮処理が行われた濃淡画像を用いて前記エッジ候補を検出し、前記２次微分値算出部は、前記膨張収縮処理が行われた濃淡画像の前記検査領域内の各画素に対して前記エッジ抽出フィルタを用いて濃度値の２次微分値を求めることを特徴とする。

請求項７に係る画像処理装置の発明は、請求項２の発明において、前記ラプラシアンフィルタは、８方向フィルタであることを特徴とする。

請求項８に係る画像処理システムの発明は、請求項１〜７のいずれか１項の画像処理装置と、前記対象物を撮像し当該対象物が撮像された濃淡画像を前記画像処理装置に出力する撮像装置とを備えることを特徴とする。

請求項９に係る画像処理方法の発明は、対象物の検出対象エッジを検出する画像処理方法であって、前記対象物を撮像する第１のステップと、前記対象物が撮像された濃淡画像内において前記検出対象エッジに関連するエッジ候補を画素単位で検出する第２のステップと、前記濃淡画像に前記エッジ候補および当該エッジ候補に対して当該エッジ候補の延長方向と交差する方向の両側に位置する複数の画素を含む検査領域を設定する第３のステップと、前記検査領域内の各画素に対してエッジ抽出フィルタを用いて濃度値の２次微分値を求める第４のステップと、前記２次微分値を用いて前記検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求める第５のステップとを有し、前記第２のステップにおいて、前記エッジ候補の濃度勾配方向と交差する方向に並んだ複数のエッジ候補画素を前記エッジ候補として検出し、前記第５のステップにおいて、前記エッジ候補に隣接し前記複数のエッジ候補画素が並んだ方向に複数の隣接画素が並ぶ２組の隣接画素群のそれぞれについて隣接同士の前記エッジ候補画素と前記隣接画素との組み合わせの中から前記２次微分値の符号が異なる組み合わせを計数し、前記２組の隣接画素群のうち前記２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補とし、前記複数のエッジ候補画素の２次微分値と前記第２のエッジ候補となる隣接画素群の２次微分値とを用いて前記エッジ座標をサブピクセル単位で求めることを特徴とする。

請求項１，９の発明によれば、検出対象エッジが濃度値のピークを持たないエッジであっても、各画素の濃度値の２次微分値を用いることによって、検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができる。

また、請求項１，９の発明によれば、２次微分値を求める際にエッジ抽出フィルタを用いることによって、２次微分値を求める処理の高速化を図ることができる。
さらに、請求項１，９の発明によれば、エッジ候補（複数のエッジ候補画素）に隣接する２組の隣接画素群のうち、２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補とすることによって、検出対象エッジのエッジ座標を高速に求めることができる。

請求項２の発明によれば、エッジ抽出フィルタとして、各画素に対して２次微分処理を行うラプラシアンフィルタを用いることによって、２次微分値を求める処理の高速化をさらに図ることができる。

請求項３の発明によれば、複数画素の２次微分値の総和の絶対値の比率を用いて検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができるので、２次微分値を求める処理以外の追加処理が不要である。

請求項４の発明によれば、検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求める際に２次微分値の符号が異なる画素のみの２次微分値を用いることによって、検出対象エッジのエッジ座標を高精度に求めることができる。

請求項５の発明によれば、濃淡画像や微分画像においてエッジ候補が不鮮明であっても、各画素の微分方向値を用いることによって、エッジ候補を検出することができる。

請求項６の発明によれば、エッジ候補の検出や２次微分値の算出の前処理として濃淡画像に対して膨張収縮処理を行い、濃淡画像のノイズを低減することによって、検出対象エッジのエッジ座標を算出する際にノイズの影響を小さくすることができ、算出精度を高めることができる。

請求項７の発明によれば、エッジ抽出フィルタが８方向フィルタのラプラシアンフィルタであることによって、２方向フィルタまたは４方向フィルタのラプラシアンフィルタの場合に比べて、２次微分値を算出する際に多くの画素（９つの画素）が用いられるので、いずれかの画素にノイズが存在していたとしても、ノイズの影響を低減することができる。

請求項８の発明によれば、画像処理装置において、検出対象エッジが濃度値のピークを持たないエッジであっても、各画素の濃度値の２次微分値を用いることによって、検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができる。

また、請求項８の発明によれば、画像処理装置において、２次微分値を求める際にエッジ抽出フィルタを用いることによって、２次微分値を求める処理の高速化を図ることができる。

実施形態１に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）が対象物の濃淡画像を示す図、（ｂ）が主要部の拡大図である。 （ａ）が同上に係る濃淡画像においてラプラシアンフィルタを用いる場合の画素を示す図、（ｂ）が８方向フィルタを示す図、（ｃ）が２方向フィルタを示す図、（ｄ）が４方向フィルタを示す図である。 （ａ）が濃淡画像を示す図、（ｂ）が２次微分値画像を示す図、（ｃ）がエッジ条件と変化点の条件との関係を示す図である。 同上に係る画像処理装置においてエッジ候補および隣接画素群の各画素の２次微分値を示す図である。 同上に係る画像処理装置を用いた画像処理方法のフローチャートである。 濃度値の分布と２次微分値の分布との関係を示す図である。 実施形態２に係る画像処理装置においてエッジ候補および隣接画素群の各画素の２次微分値を示す図である。

（実施形態１）
実施形態１に係る画像処理システム１は、図２に示す対象物Ａの検出対象エッジＢの座標を検出する装置である。

図２に示す対象物Ａはコネクタソケットである。コネクタソケットに設けられた端子（コンタクト）Ｃは、曲点がコネクタヘッダの端子との接点であり、接点間距離が規格外であるとコネクタヘッダとの電気的導通がうまくいかず、絶縁状態となる可能性がある。したがって、接点間距離の計測は、コネクタ検査において重要な項目である。上記接点間距離の計測を行うには、コネクタソケットの端子のエッジ座標を精度よく検出する必要がある。以下、コネクタソケットの端子のエッジを検出対象エッジＢとして説明する。

本実施形態の画像処理システム１は、図１に示すように、撮像機能を有する撮像装置２と、画像処理機能を有する画像処理装置３と、表示機能を有する表示装置４と、ユーザが画像処理システム１を操作するときに用いられる操作入力装置５とを備えている。画像処理システム１は、コネクタソケット（対象物Ａ）の端子Ｃの接点間距離を計測するために、端子Ｃのエッジ（検出対象エッジＢ）の座標を検出する。

撮像装置２は、ＣＣＤエリアセンサであり、対象物Ａを撮像する。対象物Ａが撮像された濃淡画像２１（図２（ａ）参照）は、撮像装置２から画像処理装置３に出力される。対象物Ａの領域Ａ１に検出対象エッジＢが含まれている（図２（ｂ）参照）。

画像処理装置３は、画像取込部３１と、ノイズ低減部３２と、エッジ候補検出部３３と、検査領域設定部３４と、２次微分値算出部３５と、エッジ座標算出部３６と、記憶部３７と、画像出力部３８と、入力インタフェース３９とを備えている。画像処理装置３は、対象物Ａが撮像された濃淡画像２１を用いて、対象物Ａの検出対象エッジＢ（図２参照）を検出する。画像処理装置３のうちノイズ低減部３２とエッジ候補検出部３３と検査領域設定部３４と２次微分値算出部３５とエッジ座標算出部３６とは、コンピュータの演算装置で構成され、コンピュータに格納されているプログラムに基づいて動作する。

画像取込部３１は、撮像装置２の出力側に接続され、撮像装置２で撮像された濃淡画像２１（図２（ａ）参照）を取り込む。

ところで、濃淡画像２１には複数のノイズが含まれていることがある。後述のラプラシアンフィルタは、本質的には微分を繰り返すため、濃淡画像２１のノイズを強調することになる。したがって、ラプラシアンフィルタを用いた処理を行う際に、濃淡画像２１のノイズは可能な限り少ないほうがよい。

そこで、ノイズ低減部３２は、濃淡画像２１に対して膨張収縮処理を行ってノイズを低減する。膨張収縮処理とは、着目画素の濃度値を、着目画素の濃度値とこの着目画素の周囲にある各近傍画素の濃度値との平均値または加重平均値に変更して、急激な濃度変化を小さくする平滑化を行う処理をいう。例えば移動平均フィルタを用いる場合、ノイズ低減部３２は、着目画素の濃度値を着目画素および各近傍画素の平均濃度値に変更して平滑化することによって、濃淡画像２１のノイズを低減する。一方、加重平均フィルタを用いる場合、ノイズ低減部３２は、着目画素の濃度値の割合を高くした加重平均値に着目画素の濃度値を変更して平滑化することによって、濃淡画像２１のノイズを低減する。

なお、上記のほかにも、ノイズ低減部３２は、以下のメディアンフィルタを用いて濃淡画像２１のノイズを低減してもよい。メディアンフィルタとは、着目画素の濃度値と近傍画素の濃度値とを小さい順に並べたときの真ん中の濃度値を着目画素の濃度値とするフィルタである。

エッジ候補検出部３３は、濃淡画像２１の各画素の微分絶対値および微分方向値を求める算出機能と、微分方向値画像を生成する画像生成機能と、エッジ候補画素を追跡する追跡機能とを有している。

まず、算出機能について説明する。エッジ候補検出部３３は、微分フィルタを用いて以下の微分演算を行う。微分フィルタとしては、例えばプリューウィットフィルタ（Prewitt filter）やソーベルフィルタ（Sobel filter）などがある。本実施形態の微分フィルタは、図３（ａ）のような３×３フィルタである。エッジ候補検出部３３は、微分フィルタの中心画素Ｐ０を着目画素とし、中心画素Ｐ０に隣接する８画素（以下「８近傍」という）Ｐ１〜Ｐ８の濃度値を用いてＸ方向（横方向）の濃度変化ΔＸと縦方向（Ｙ方向）の濃度変化ΔＹとを以下の数１と数２とによって求める。数１および数２において、Ｐ１〜Ｐ８は、対応する画素の濃度値を示す。

また、エッジ候補検出部３３は、画素Ｐ０の近傍領域における濃度変化を表わす微分絶対値ａｂｓ（Ｐ０）と、画素Ｐ０の近傍領域における濃度値の最大変化の方向に直交する方向を表わす微分方向値ｄｉｒ（Ｐ０）とを数３と数４とによって求める。微分方向値は、各画素における濃度勾配方向を示す。

数３から明らかなように、微分絶対値ａｂｓ（Ｐ０）は、画素Ｐ０の近傍領域における濃度値の変化率を表わす。つまり、微分絶対値ａｂｓは、濃淡画像２１において濃度変化が大きい部位ほど大きくなる。

数４から明らかなように、微分方向値ｄｉｒ（Ｐ０）は、画素Ｐ０の近傍領域における濃度値の最大変化の方向に直交する方向、すなわち、エッジ（輪郭）に平行な方向（エッジの接線方向）を表わしている。なお、微分方向値としては、通常、数４で求められた値がそのまま用いられるのではなく、コード化（デジタル化）された値が用いられる。つまり、−π／８〜π／８、π／８〜３π／８、・・・、−３π／８〜−π／８の８個の角度範囲にそれぞれ異なるコード（１〜８）が付与され、そのコードが微分方向値として用いられる。

なお、本実施形態の微分フィルタは、３×３フィルタに限定されず、例えば５×５フィルタであってもよい。

エッジ候補検出部３３は、画像生成機能として、各画素の微分方向値をコードごとに例えば色分けなどを施して区別された微分方向値画像を生成する。

エッジ候補検出部３３は、追跡機能として、濃淡画像２１の画素を順次走査し、微分方向値が規定範囲内であって微分絶対値が規定値以上である画素をエッジ候補画素として抽出する。エッジ候補検出部３３は、抽出したエッジ候補画素から規定範囲内の微分方向値を有する画素を追跡してエッジ候補Ｌ１を検出する。このようにして、エッジ候補検出部３３は、それぞれの濃度勾配方向と交差する方向に並んだ複数のエッジ候補画素をエッジ候補Ｌ１として検出する。つまり、エッジ候補検出部３３は、濃淡画像２１（図２参照）内において検出対象エッジＢに関連するエッジ候補Ｌ１を画素単位で検出する。

検査領域設定部３４は、濃淡画像２１にエッジ候補Ｌ１の画素と、エッジ候補Ｌ１に対してエッジ候補Ｌ１の延長方向と交差する方向の両側に位置する複数列（少なくとも片側２列ずつ）の画素群とからなる検査領域（演算領域）Ｍ（図４参照）を設定する。

２次微分値算出部３５は、検査領域設定部３４で設定された検査領域Ｍ内の各画素に対してエッジ抽出フィルタ６を用いて濃度値の２次微分値を求める。積分値算出部３５で用いられる濃度値は、ノイズ低減部３２で膨張収縮処理が行われた濃淡画像２１の値である。

エッジ抽出フィルタ６は、図３（ｂ）に示すようなラプラシアンフィルタである。本実施形態のラプラシアンフィルタは、中心画素Ｐ０（図３（ａ）参照）と周囲にあるすべて（８個）の近傍画素Ｐ１〜Ｐ８（図３（ａ）参照）とを用いる８方向フィルタである。画素Ｐ０における２次微分値ｆ”（Ｐ０）は、数５にようにして求められる。数５において、Ｐａ，Ｐ０は、対応する画素の濃度値を示す。

図４（ａ）は濃淡画像２１を示し、図４（ｂ）は２次微分値画像を示している。図４（ｂ）において、各画素ごとにそれぞれ２次微分値が求められている。濃淡画像２１の濃度値が明から暗になる境界部分の２次微分値は、図４（ｃ）に示すように、負の値から正の値に変化する。反対に、濃淡画像２１の濃度値が暗から明になる境界部分の２次微分値は、正の値から負の値に変化する。したがって、２次微分値の符号が変化する部分に、サブピクセル単位で検出したいエッジが存在するといえる。

エッジ座標算出部３６は、図５に示すようにエッジ候補Ｌ１としての複数のエッジ候補画素が並んだ方向（図５ではｙ方向）においてエッジ候補Ｌ１（複数のエッジ候補画素）の両側に隣接する２組の隣接画素群Ｌａ，Ｌｂのそれぞれについて、隣接同士のエッジ候補画素と隣接画素との組み合わせの中から２次微分値の符号が異なる組み合わせを計数する。エッジ座標算出部３６は、２組の隣接画素群Ｌａ，Ｌｂのうち２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群Ｌａ（またはＬｂ）を第２のエッジ候補Ｌ２とする。各画素の２次微分値が図５に示す値である場合、エッジ候補Ｌ１と隣接画素群Ｌａとの間で２次微分値の符号が異なる組み合わせはｙ４〜ｙ１１であって９つである。一方、エッジ候補Ｌ１と隣接画素群Ｌｂとの間で２次微分値の符号が異なる組み合わせはｙ１のみであって１つである。したがって、第２のエッジ候補Ｌ２としては、隣接画素群Ｌａが選択される。なお、エッジ座標算出部３６が第２のエッジ候補Ｌ２を選択する際、２次微分値が０である画素は除かれる。

エッジ座標算出部３６は、エッジ候補Ｌ１の各エッジ候補画素の２次微分値と第２のエッジ候補Ｌ２の各隣接画素の２次微分値とを用いて、検出対象エッジＢ（図２参照）のエッジ座標をサブピクセル単位で求める。例えば、図５において、エッジ候補Ｌ１の各エッジ候補画素の座標を（ｘ１，ｙｊ）（ｊ＝１，２，・・・，１４）、２次微分値をａ（１，ｊ）とし、第２のエッジ候補Ｌ２の各隣接画素の座標を（ｘ２，ｙｊ）、２次微分値をａ（２，ｊ）とすると、エッジ座標算出部３６は、エッジ候補Ｌ１および第２のエッジ候補Ｌ２において、隣接するエッジ候補画素と隣接画素との組み合わせごとに、エッジ候補画素の２次微分値の絶対値｜ａ（１，ｋ）｜と隣接画素の２次微分値の絶対値｜ａ（２，ｋ）｜とを用いて、数６に示すような比率を求めることができる。ただし、ｘ１＞ｘ＞ｘ２とする。

検出対象エッジＢのｘ座標は、数６から数７のようになる。なお、検出対象エッジＢのｙ座標は、エッジ候補画素および隣接画素と同じ値ｙｋである。

例えば図５のｙ４の場合、数７から、ｘ＝（２９０／５２７）ｘ１＋（２３７／５２７）ｘ２＝０．５５０３ｘ１＋０．４４９７ｘ２となる。ｙ９の場合、ｘ＝（２１９／４２３）ｘ１＋（２０４／４２３）ｘ２＝０．５１７７ｘ１＋０．４８２３ｘ２となる。

記憶部３７は、画像取込部３１で取り込まれた濃淡画像２１（図２参照）を記憶したり、エッジ候補検出部３３で生成された微分方向値画像（図示せず）を記憶したりする。画像出力部３８は、濃淡画像２１または微分方向値画像を表示装置４に出力する。入力インタフェース３９には、操作入力装置５からユーザの指示が入力される。

次に、本実施形態に係る画像処理システム１を用いて対象物Ａの検出対象エッジＢ（図２参照）を検出する画像処理方法について図６を用いて説明する。まず、撮像装置２が対象物Ａを撮像する（図６のＳ１）。ステップＳ１は、本発明の第１のステップに相当する。続いて、ノイズ低減部３２が、前処理として濃淡画像２１のノイズを除去（低減）する（Ｓ２）。エッジ候補検出部３３は、ノイズが低減された濃淡画像２１内において、エッジ候補Ｌ１を画素単位で検出する（Ｓ３）。ステップＳ３は、本発明の第２のステップに相当する。その後、検査領域設定部３４は、エッジ候補Ｌ１が検出されている場合（Ｓ４）、検査領域Ｍを設定する（Ｓ５）。ステップＳ５は、本発明の第３のステップに相当する。その後、２次微分値算出部３５は、検査領域Ｍ内の各画素に対してエッジ抽出フィルタ６を用いて濃度値の２次微分値を求める（Ｓ６）。ステップＳ６は、本発明の第４のステップに相当する。その後、エッジ座標算出部３６は、２組の隣接画素群Ｌａ，Ｌｂのうち２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群Ｌａ（またはＬｂ）を第２のエッジ候補Ｌ２として選択する（Ｓ７）。エッジ座標算出部３６は、第２のエッジ候補Ｌ２を選択できた場合（Ｓ８）、エッジ候補Ｌ１の各エッジ候補画素の２次微分値と第２のエッジ候補Ｌ２の各隣接画素の２次微分値とを用いて、検出対象エッジＢのエッジ座標をサブピクセル単位で求める（Ｓ９）。ステップＳ９は、本発明の第５のステップに相当する。

一方、ステップＳ４においてエッジ候補Ｌ１が検出されなかった場合、検査領域設定部３４は、検出対象エッジＢが存在しないと判定する（Ｓ１０）。また、ステップＳ８において第２のエッジ候補Ｌ２が選択されなかった場合、エッジ座標算出部３６は、サブピクセル値なしと判定する（Ｓ１１）。つまり、エッジ座標算出部３６で求められたエッジ座標は、エッジ候補Ｌ１の座標（画素単位）となり、サブピクセル単位ではない。

上記より、図７（ａ）（ｂ）に示すように濃度値にピークがある場合だけではなく、図７（ｃ）に示すように濃度値にピークがない場合であっても、画像処理装置３で求められた２次微分値は、図７（ｄ）〜（ｆ）に示すように符号が変化する変化点を持つ。したがって、本実施形態の画像処理システム１は、検出対象エッジＢのエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができる。

以上、本実施形態によれば、検出対象エッジＢが濃度値のピークを持たないエッジであっても、各画素の濃度値の２次微分値を用いることによって、検出対象エッジＢのエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができる。

また、本実施形態によれば、エッジ候補Ｌ１（複数のエッジ候補画素）に隣接する２組の隣接画素群Ｌａ，Ｌｂのうち、２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群Ｌａ（またはＬｂ）を第２のエッジ候補Ｌ２とすることによって、符号が異なる画素の組み合わせを計数するという単純な手法を用いて、検出対象エッジＢのエッジ座標を高速に求めることができる。

さらに、本実施形態によれば、２次微分値を求める際にエッジ抽出フィルタ６を用いることによって、ルート演算などの複雑な処理がないので、２次微分値を求める処理の高速化を図ることができる。特に、本実施形態によれば、エッジ抽出フィルタ６として、各画素に対して２次微分処理を行うラプラシアンフィルタを用いているので、２次微分値を求める処理の高速化をさらに図ることができる。これに対して、数３のような微分演算を２回行って２次微分値を求める場合、ルート演算という複雑な演算が繰り返されることによって、演算処理時間が長くなるため、高速化を図ることは難しい。

また、本実施形態によれば、エッジ抽出フィルタ６が８方向フィルタのラプラシアンフィルタであることによって、２方向フィルタまたは４方向フィルタのラプラシアンフィルタの場合に比べて、２次微分値を算出する際に多くの画素（９つの画素）が用いられるので、いずれかの画素にノイズが存在していたとしても、ノイズの影響を低減することができる。なお、エッジ抽出フィルタ６が８方向フィルタのラプラシアンフィルタであっても、２次微分値を求めるための演算速度は、本実施形態では問題のないレベルである。

さらに、本実施形態によれば、濃淡画像２１や微分画像において検出対象エッジＢ付近の濃度差が不鮮明であっても、各画素の微分方向値を用いることによって、エッジ候補Ｌ１を検出することができる。

また、本実施形態によれば、エッジ候補Ｌ１の検出や２次微分値の算出の前処理として濃淡画像２１に対して膨張収縮処理を行い、濃淡画像２１のノイズを低減することによって、検出対象エッジＢのエッジ座標を算出する際にノイズの影響を小さくすることができ、算出精度を高めることができる。

なお、本実施形態の変形例として、エッジ抽出フィルタ６が２方向フィルタまたは４方向フィルタのラプラシアンフィルタであってもよい。上記変形例の場合、８方向フィルタのラプラシアンフィルタに比べて、上述のようにノイズの影響が大きくなるものの、２次微分値を求めるための演算速度をさらに高めることができる。

（実施形態２）
実施形態２では、エッジ座標算出部３６が実施形態１とは異なる手法で検出対象エッジＢのエッジ座標を算出する場合について説明する。

本実施形態のエッジ座標算出部３６は、エッジ候補Ｌ１の各エッジ候補画素の２次微分値の総和の絶対値（第１の絶対値）と、第２のエッジ候補Ｌ２の各隣接画素の２次微分値の総和の絶対値（第２の絶対値）とを求める。第１の絶対値および第２の絶対値を求めたエッジ座標算出部３６は、第１の絶対値と第２の絶対値との比率でエッジ候補Ｌ１と第２のエッジ候補Ｌ２との間を分割する位置の座標を検出対象エッジＢのエッジ座標として求める。

各画素の２次微分値が図８に示す値である場合、第１の絶対値は１５９９であり、第２の絶対値は３９９９である。第１の絶対値が数７の｜ａ（１，ｋ）｜に代入され、第２の絶対値が数７の｜ａ（２，ｋ）｜に代入されると、検出対象エッジＢのｘ座標は、ｘ＝（３９９９／５５９８）ｘ１＋（１５９９／５５９８）ｘ２＝０．７１４４ｘ１＋０．２８５６ｘ２となる。

以上、本実施形態によれば、複数画素の２次微分値の総和の絶対値の比率を用いて検出対象エッジＢのエッジ座標をサブピクセル単位で求めることができるので、２次微分値を求める処理以外の追加処理が不要である。

（実施形態３）
実施形態３では、エッジ座標算出部３６が実施形態１，２とは異なる手法で検出対象エッジＢのエッジ座標を算出する場合について説明する。

本実施形態のエッジ座標算出部３６は、エッジ候補Ｌ１において第２のエッジ候補Ｌ２との間で２次微分値の符号が異なるエッジ候補画素のみの２次微分値の総和の絶対値（第３の絶対値）と、第２のエッジ候補Ｌ２においてエッジ候補Ｌ１との間で２次微分値の符号が異なる隣接画素のみの２次微分値の総和の絶対値（第４の絶対値）とを求める。第３の絶対値および第４の絶対値を求めたエッジ座標算出部３６は、第３の絶対値と第４の絶対値との比率でエッジ候補Ｌ１と第２のエッジ候補Ｌ２との間を分割する位置の座標を検出対象エッジＢのエッジ座標として求める。

各画素の２次微分値が図８に示す値である場合、エッジ座標算出部３６は、エッジ候補画素と隣接画素の符号が異なるｙ２〜ｙ１１の画素のみを用いる。第３の絶対値は２５６２であり、第４の絶対値は３２６９である。第３の絶対値が数７の｜ａ（１，ｋ）｜に代入され、第４の絶対値が数７の｜ａ（２，ｋ）｜に代入されると、検出対象エッジＢのｘ座標は、ｘ＝（３２６９／５８３１）ｘ１＋（２５６２／５８３１）ｘ２＝０．５６０６ｘ１＋０．４３９４ｘ２となる。

以上、本実施形態によれば、検出対象エッジＢのエッジ座標をサブピクセル単位で求める際に２次微分値の符号が異なる画素のみの２次微分値を用いることによって、検出対象エッジＢのエッジ座標を高精度に求めることができる。

１ 画像処理システム
２ 撮像装置
２１ 濃淡画像
３ 画像処理装置
３２ ノイズ低減部
３３ エッジ候補検出部
３４ 検査領域設定部
３５ ２次微分値算出部
３６ エッジ座標算出部
６ エッジ抽出フィルタ
Ａ 対象物
Ｂ 検出対象エッジ
Ｌ１ エッジ候補
Ｌ２ 第２のエッジ候補
Ｌａ，Ｌｂ 隣接画素群
Ｍ 検査領域

Claims (9)

1. 対象物が撮像された濃淡画像を用いて当該対象物の検出対象エッジを検出する画像処理装置であって、
   前記濃淡画像内において前記検出対象エッジに関連するエッジ候補を画素単位で検出するエッジ候補検出部と、
   前記濃淡画像に前記エッジ候補および当該エッジ候補に対して当該エッジ候補の延長方向と交差する方向の両側に位置する複数の画素を含む検査領域を設定する検査領域設定部と、
   前記検査領域内の各画素に対してエッジ抽出フィルタを用いて濃度値の２次微分値を求める２次微分値算出部と、
   前記２次微分値算出部で算出された前記２次微分値を用いて前記検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求めるエッジ座標算出部とを備え、
   前記エッジ候補検出部は、前記エッジ候補の濃度勾配方向と交差する方向に並んだ複数のエッジ候補画素を前記エッジ候補として検出し、
   前記エッジ座標算出部は、前記エッジ候補に隣接し前記複数のエッジ候補画素が並んだ方向に複数の隣接画素が並ぶ２組の隣接画素群のそれぞれについて隣接同士の前記エッジ候補画素と前記隣接画素との組み合わせの中から前記２次微分値の符号が異なる組み合わせを計数し、前記２組の隣接画素群のうち前記２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補とし、前記複数のエッジ候補画素の２次微分値と前記第２のエッジ候補となる隣接画素群の２次微分値とを用いて前記エッジ座標をサブピクセル単位で求める
   ことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記エッジ抽出フィルタは、ラプラシアンフィルタであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記エッジ座標算出部は、前記エッジ候補の各エッジ候補画素の２次微分値の総和の絶対値と前記第２のエッジ候補の各隣接画素の２次微分値の総和の絶対値との比率で前記エッジ候補と前記第２のエッジ候補との間を分割する位置の座標を前記エッジ座標として求めることを特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
4. 前記エッジ座標算出部は、前記エッジ候補において前記第２のエッジ候補との間で前記２次微分値の符号が異なるエッジ候補画素のみの当該２次微分値の総和の絶対値と、前記第２のエッジ候補において前記エッジ候補との間で前記２次微分値の符号が異なる隣接画素のみの当該２次微分値の総和の絶対値との比率で前記エッジ候補と前記第２のエッジ候補との間を分割する位置の座標を前記エッジ座標として求めることを特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
5. 前記エッジ候補検出部は、各画素における濃度勾配方向を示す微分方向値が規定範囲内の画素を追跡して前記エッジ候補を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記濃淡画像に対して膨張収縮処理を行ってノイズを低減するノイズ低減部を備え、
   前記エッジ候補検出部は、前記膨張収縮処理が行われた濃淡画像を用いて前記エッジ候補を検出し、
   前記２次微分値算出部は、前記膨張収縮処理が行われた濃淡画像の前記検査領域内の各画素に対して前記エッジ抽出フィルタを用いて濃度値の２次微分値を求める
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記ラプラシアンフィルタは、８方向フィルタであることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像処理装置と、
   前記対象物を撮像し当該対象物が撮像された濃淡画像を前記画像処理装置に出力する撮像装置と
   を備えることを特徴とする画像処理システム。
9. 対象物の検出対象エッジを検出する画像処理方法であって、
   前記対象物を撮像する第１のステップと、
   前記対象物が撮像された濃淡画像内において前記検出対象エッジに関連するエッジ候補を画素単位で検出する第２のステップと、
   前記濃淡画像に前記エッジ候補および当該エッジ候補に対して当該エッジ候補の延長方向と交差する方向の両側に位置する複数の画素を含む検査領域を設定する第３のステップと、
   前記検査領域内の各画素に対してエッジ抽出フィルタを用いて濃度値の２次微分値を求める第４のステップと、
   前記２次微分値を用いて前記検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求める第５のステップとを有し、
   前記第２のステップにおいて、前記エッジ候補の濃度勾配方向と交差する方向に並んだ複数のエッジ候補画素を前記エッジ候補として検出し、
   前記第５のステップにおいて、前記エッジ候補に隣接し前記複数のエッジ候補画素が並んだ方向に複数の隣接画素が並ぶ２組の隣接画素群のそれぞれについて隣接同士の前記エッジ候補画素と前記隣接画素との組み合わせの中から前記２次微分値の符号が異なる組み合わせを計数し、前記２組の隣接画素群のうち前記２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補とし、前記複数のエッジ候補画素の２次微分値と前記第２のエッジ候補となる隣接画素群の２次微分値とを用いて前記エッジ座標をサブピクセル単位で求める
   ことを特徴とする画像処理方法。