JP5609459B2 - 二値化処理方法及び画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、二値化処理方法及び画像処理装置に関する。

従来から、ワークの外観検査や種類の判定を行う画像処理装置では、ワークが固定されておらず、ワークの位置が移動する場合には、まず始めに撮像画像のどこがワークでどこが背景かを認識する処理を行う。一般的には、ワークと背景の中間の輝度を閾値として二値化を行うことでワーク背景を分離する。

二値化を行う場合、閾値の取り方によって二値化後の結果、すなわち二値化画像が変わる。図７に示すようにワーク台１００上に載置されたワークＷを、モノクロカメラ１１０で、２５６階調で撮像した場合、図８（ａ）に示すように適正露出で撮影された画像を閾値１４０で二値化すると、図８（ｂ）に示すようにうまくワークと背景を分離できる。図８（ｂ）において、ハッチング領域は、二値化により輝度値が「０」（黒）となった領域を示し、非ハッチング領域は、二値化により輝度値が「２５５」（白）となった領域を示している。

一方、露出不足の状態で撮影された画像を同じ閾値１４０で二値化するとワークと背景を分離できない。図９（ａ）は露出不足で撮影された撮像画像を示している。図９（ｂ）は図９（ａ）の撮像画像を閾値１４０で二値化した結果の画像を示している。なお、説明の便宜上、図９（ｂ）では、背景の領域において、細かいハッチング領域の部分は、全体が、輝度値が「０」（黒）となった領域を示し、荒いハッチング領域の部分は、部分的に輝度値が「０」（黒）となった領域であって、黒点が点在している領域を示している。又、図９（ｂ）において、ワークのハッチング領域は全て輝度値が「０」（黒）となった領域となっており、実際には前記背景の一様に輝度値が「０」（黒）となった領域との境界はなくなっているものと理解されたい。なお、図９（ｃ）では、図９（ａ）の撮像画像を閾値１１０で二値化した結果、うまくワークと背景を分離できた画像を示している。

上記のように背景とワークとをうまく分離できない場合、主な従来の対処法としては次の２つがある。
＜対処法１＞
対処法１は撮像画像毎に最適な二値化を設定する方法である。撮像画像毎に最適な二値化を設定する方法はいくつか提案されており、例えば、ヒストグラム法がある。ヒストグラム法は、画像の輝度を調べてヒストグラムを図１０（ａ）に示すように作成し、ワークと背景の間の鞍部Ｋの輝度を閾値とすると、きれいにワークと背景とが分離できるとされている。なお、図１０（ａ）において、横軸は輝度、縦軸は度数を表す。

＜対象法２＞
対処法２は、外光を遮断する閉空間の中でワークを配置して照明条件を一定にすることにより、常に同じ明るさの画像を得られるようにする方法である。

又、特許文献１では、Ｋ−ｍｅａｎｓ法（Ｋ−平均法）を使用して、画像の輝度データを所定個数のグループに分割するようにしている。そして、各グループの代表値を取得し、輝度レベルが隣り合う前記代表値の差が最大となる最大距離区間の中点を閾値に設定して、該閾値で画像を二値化処理する。

特開２００２−３１９０２１号公報

ところが、対処法１のヒストグラム法では、図１０（ｂ）に示すようにいつも明確な鞍部Ｋができるとは限らず、画像処理装置が自動で判断するのは困難な場合がある。このように撮像画像に合わせた最適な閾値設定で二値化処理を行う方法は、常に適切に設定できるとは限らず、コンピュータで自動処理するには非常に高度な技術が要求される。

又、一般に産業用カメラは、露出計や自動露出制御機構を持たないため、照明の明るさの変動や外乱光の影響で、ワークと背景を分離する二値化処理に失敗することがある。
又、対処法２では、ワークを撮像する場合、閉空間が必要であるため、閉空間の設置場所などの制約が発生し、又、照度を一定にするための照明条件を維持するために、一定期間毎に照明ランプ等の光源を交換しなければならない等、照明に係るコストも大きくなる問題がある。

又、特許文献１のＫ−ｍｅａｎｓ法では、最初のグループ（すなわち、クラスタ）を設定するときの初期値によって、結果が依存することが知られており、異なる初期値設定により異なる結果の二値化画像となってしまう問題がある。又、前記初期値の設定には、確実な方法がない。

本発明の目的は、上記課題を解決することができるとともに、照明環境が変動しても、背景の輝度が常に規定の輝度に制御された画像を得ることができるとともに、前記画像は背景とワークとのコントラストが高い状態とすることができるので、二値化により背景とワークを安定的に分離できる二値化処理方法及び画像処理装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、所定シャッタ時間で撮影されたカメラの撮像画像における輝度をｐとし、任意のシャッタ時間Ｔｖのときの輝度をＶとしたとき、下記式（イ）、式（ロ）が成立することを利用して、
Ｖ＝Ａ・Ｔｖ＋Ｉ_０ ……（イ）、Ａ＝ｍ・ｐ＋ｎ ……（ロ）
（なお、Ｉ_０は、カメラの撮像画像における暗電流時の輝度、Ａは係数であり、ｍ，ｎは前記所定シャッタ時間において定まる定数である。）
前記カメラの撮像画像における暗電流時の輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎをカメラ固有値として第１記憶手段に記憶する第１段階と、前記カメラのシャッタ速度を変えて第１撮影対象物としてのワークを載置するワーク台と第２撮影対象物としての前記ワークとを同時に複数回撮影した複数の撮像画像に基づき、第１撮影対象物に設けられた基準部位の特定画素領域の目標背景輝度と、第２撮影対象物の輝度との中間値を二値化閾値として第２記憶手段に記憶する第２段階と、前記所定シャッタ時間で、前記カメラにより第１撮影対象物と第２撮影対象物とを同時に撮影して得られた撮像画像における基準部位の特定画素領域のプレ撮影輝度を取得する第３段階と、前記プレ撮影輝度を前記ｐとし、前記目標背景輝度を前記Ｖとし、かつ、輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎを使用して、式（イ）、式（ロ）から得られる下記式（ハ）に基づいて、
Ｖ＝（ｍ・ｐ＋ｎ）・Ｔｖ＋Ｉ _０ ……（ハ）
シャッタ時間Ｔｖを算出する第４段階と、第４段階で算出したシャッタ時間Ｔｖで前記カメラで第１撮影対象物と第２撮影対象物とを撮像する第５段階と、第５段階で取得した撮像画像を前記二値化閾値で二値化する第６段階を含む二値化処理方法を要旨としている。

請求項２の発明は、所定シャッタ時間で撮影されたカメラの撮像画像における輝度をｐとし、任意のシャッタ時間Ｔｖのときの輝度をＶとしたとき、下記式（イ）、式（ロ）が成立することを利用して、
Ｖ＝Ａ・Ｔｖ＋Ｉ_０ ……（イ）、Ａ＝ｍ・ｐ＋ｎ ……（ロ）
（なお、Ｉ_０は、カメラの撮像画像における暗電流時の輝度、Ａは係数であり、ｍ，ｎは前記所定シャッタ時間において定まる定数である。）
前記カメラの撮像画像における暗電流時の輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎをカメラ固有値として記憶する第１記憶手段と、前記カメラのシャッタ速度が変えられて第１撮影対象物としてのワークを載置するワーク台と第２撮影対象物としての前記ワークとを同時に複数回撮影された複数の撮像画像に基づいて得られた基準部位の特定画素領域の目標背景輝度と、第２撮影対象物の輝度との中間値を二値化閾値として記憶する第２記憶手段と、前記所定シャッタ時間で、前記カメラにより前記第１撮影対象物と第２撮影対象物とを同時に撮影して得られた撮像画像における前記基準部位の特定画素領域のプレ撮影輝度を取得する第１取得手段と、前記プレ撮影輝度を前記ｐとし、前記目標背景輝度を前記Ｖとし、かつ、輝度Ｉ _０ 、定数ｍ，ｎを使用して、式（イ）、式（ロ）から得られる下記式（ハ）に基づいて、
Ｖ＝（ｍ・ｐ＋ｎ）・Ｔｖ＋Ｉ _０ ……（ハ）
シャッタ時間Ｔｖを算出する算出手段と、前記シャッタ時間Ｔｖで前記カメラを撮像させて第１撮影対象物と第２撮影対象物との撮像画像を取得する第２取得手段と、前記第２取得手段が取得した撮像画像を前記二値化閾値で二値化する二値化手段を含む画像処理装置を要旨としている。

請求項１の発明によれば、照明環境が変動しても、背景の輝度が常に規定の輝度に制御された画像を得ることができるとともに、前記画像は背景とワークとのコントラストが高い状態とすることができるので、二値化によりワークとワーク台との撮像画像を安定的に分離できる二値化処理方法を提供できる。

請求項２の発明によれば、照明環境が変動しても、背景の輝度が常に規定の輝度に制御された画像を得ることができるとともに、前記画像は背景とワークとのコントラストが高い状態とすることができるので、二値化によりワークとワーク台との撮像画像を安定的に分離できる画像処理装置を提供できる。

本実施形態の画像処理装置の全体概略図。 二値化処理のフローチャート。 画像処理装置のブロック図。 カメラのシャッタ時間と輝度とが一次式で表されることを示す特性図。 特定シャッタ時間において、前記一次式の傾きと輝度の関係を示す特性図。 二値化閾値の設定の説明図。 カメラとワーク、ワーク台 （ａ）は適正露出で撮影された画像の説明図、（ｂ）は（ａ）を二値化した画像の説明図。 （ａ）は適正露出で撮影されなかった画像の説明図、（ｂ）は（ａ）を不適正な閾値により二値化した画像の説明図、（ｃ）は適正な閾値により二値化した画像の説明図。 （ａ）、（ｂ）は、ヒストグラム法により得られたヒストグラム。

以下、本発明を具体化した二値化処理方法及び画像処理装置の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。図１は、本実施形態の画像処理装置１０を示している。
本実施形態の画像処理装置１０は、ワーク台６０上に載置されたワークＷをカメラ３０で撮像した撮像画像に対して画像処理を行う。

カメラ３０は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像デバイスを有するモノクロビデオカメラからなり、カメラ３０から出力された画像信号に基づき所定のフレームレート（例えば、１秒間に３０フレーム）での動画像の撮像が可能である。カメラ３０はカラーカメラ或いはモノクロカメラのいずれでもよい。本実施形態のカメラ３０は、２５６階調で撮像が可能であるが、２５６階調に限定するものではなく、他の数値の階調であってもよい。又、カメラ３０は、図示しない支持手段により支持されてワーク台６０上方に配置されている。本実施形態では、ワーク台６０上に、ワークＷの置く範囲を規定する載置板６２が置かれ、載置板６２上にワークＷが載置される。ワーク台６０及び載置板６２は、第１撮影対象物に相当する。なお、載置板６２は、ワーク台６０と同色とする。ワークＷは第２撮影対象物に相当する。

画像処理装置１０は、カメラ３０から出力された画像信号に基づいて、撮像範囲内（撮像して画像取り込みが行われる撮像対象となる範囲）の画像に応じた画像データを生成する。すなわち、前記ビデオカメラより得られた画像信号は、画像処理装置１０によりコンピュータでの処理が可能なＲＧＢのカラー画像（或いはモノクロ画像）からなるフレーム画像（Ｍ×Ｎの画素からなる）に変換される。なお、撮像画像の解像度は、例えば水平方向画素数をＭ＝６４０画素、垂直方向画素数をＮ＝４８０画素としている。尚、フレームレート、変換される画像及び解像度は、上記の例に限定するものではない。

画像処理装置１０は、コンピュータからなり、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、画像メモリ１５、カメラインターフェイス１４、モニタインターフェイス１６、及び入力インターフェイス１７を備えている。ＣＰＵ１１と前記各部はバス１８を介して入力出力が可能である。

ＣＰＵ１１は、第１取得手段、第２取得手段、及び二値化手段、及び算出手段に相当する。又、ＲＡＭ１３は、第１記憶手段及び第２記憶手段に相当する。
ＲＯＭ１２は、ＣＰＵ１１が画像処理プログラムを含む各種処理プログラムが格納されている。

ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１の処理により各種データを格納するワークエリアである。カメラインターフェイス１４は、カメラ３０から出力された画像信号を入力するとともに、ＣＰＵ１１から出されたシャッタ時間をコントロールする制御指令を出力し、カメラ３０のシャッタ時間の制御が可能である。画像メモリ１５は、ＣＰＵ１１が、前記画像信号に基づいて処理して生成された各フレーム画像（画像データ）を格納する。画像処理装置１０は、液晶表示装置等からなるディスプレイ２０がモニタインターフェイス１６を介して接続されている。ディスプレイ２０は、モニタインターフェイス１６を介して、ＣＰＵ１１による各種処理における所定の表示を行うとともに、画像メモリ１５に格納された撮像画像（画像データ）を表示する。又、入力インターフェイス１７は、ＣＰＵ１１による各種処理に必要な各種データの入力を行う入力装置２１との接続を行う。

（実施形態の作用）
上記のように構成された画像処理装置１０の作用及び二値化処理を説明する。
＜１．第１事前準備作業＞
第１事前準備作業は、カメラ３０で被写体（ワークＷ、載置板６２及びワーク台６０）を撮影するときの、露出と被写体の色と撮像画像上での被写体領域の輝度の関係を調べ、画像処理装置１０に登録する作業である。

一般的な産業用カメラは、絞りが手動式であり、絞りは固定して使用する。本実施形態のカメラ３０も一般的な産業用カメラであり、ここでは、ＣＰＵ１１からの制御指令でシャッタ時間を変更することで、露出を変え、絞りは、実際の装置で使用したい値に固定されているとする。

露出（本実施形態では、シャッタ時間Ｔｖ）を変えた時の被写体の輝度Ｖの変化は線形性があり、輝度Ｖは、
Ｖ＝Ａ・Ｔｖ＋Ｉ_０ ……（イ）
の形で表現できる。

Ａは係数であり、被写体の色に依存し、カメラによって異なる。輝度Ｉ_０は、露出ゼロ（すなわち、シャッタ時間Ｔｖが０）の時の輝度（平均輝度）であり、カメラの撮像素子の暗電流によって発生し、カメラにより異なるカメラ固有値である。以下では、Ｉ_０を暗電流輝度とする。

本実施形態では、図４に示すように、異なる４種類の色をそれぞれ有する物体（被写体）を、異なるシャッタ時間でカメラ３０で撮影し、そのときの、シャッタ時間とＣＰＵ１１が取得した撮像画像の輝度との関係を示す。被写体の色は限定するものではないが、反射率が大きく異なる４色を選択した方が好ましい。又、４種類ではなく、４種類未満の複数の色、或いは５種類以上の色の被写体に対しそれぞれカメラ３０で撮影してもよい。

図４の例では、反射率０％（黒）、２５％、５０％、７５％の４色のグレーの被写体を異なるシャッタ時間で撮影し、そのときの輝度をオペレータはプロットとして各色の線形近似式を求めた。以下、反射率０％（黒）、２５％、５０％、７５％のそれぞれを色１〜４とする。なお、ここでの輝度は、フレーム画像の平均輝度である。

この例では、４色の一次式の係数（傾き）Ａは、色１：４．６２、色２：３．０４、色３：１．５６、色４：０．４７であり、Ｉ_０が１６であることが求められた。
この暗電流輝度Ｉ_０を、オペレータは入力装置２１により入力し、ＲＡＭ１３に記憶する。

次に、図４においてある特定条件（すなわち、所定シャッタ時間）における、各色別の輝度を図５に示すような輝度ｐと係数（傾き）Ａの関係のグラフにプロットする。
図５は一例を示している。この例では、図４におけるシャッタ時間Ｔｖ＝２０（ｍｓ）の時の各色の輝度ｐを、それぞれ係数Ａを横軸にしてプロットしたものである。

具体的には、係数Ａが４．６２である色１のＴｖ＝２０（ｍｓ）における輝度が１０８．４であるから、図５では、横軸１０８．４、縦軸４．６２の位置にプロットする。このようにしてプロットして得られるグラフも線形性があり下記式（ロ）の一次式が成立する。

Ａ＝ｍ・ｐ＋ｎ ……（ロ）
ｍ，ｎは、所定シャッタ時間において、定まる定数である。
図５では、所定シャッタ時間である２０ｍｓ時の場合、ｍ＝０．０５、ｎ＝−０．８３となる。なお、本実施形態では、所定シャッタ時間を２０ｍｓとしているが、所定シャッタ時間は２０ｍｓに限定するものではなく、他の異なる数値であってもよい。

ここで、式（イ）に式（ロ）を代入すると、
Ｖ＝（ｍ・ｐ＋ｎ）・Ｔｖ＋Ｉ_０ ……（ハ）
となる。ここで、上記のように求められた暗電流輝度Ｉ_０，定数ｍ，ｎを式（ハ）に代入すると、
Ｖ＝（０．０５・ｐ−０．８３）・Ｔｖ＋１６ ……（ニ）
となる。これは、所定シャッタ時間２０ｍｓで撮影すると、輝度ｐとなる色はシャッタ時間をＴｖにして撮影すると、輝度がＶとなることを表している。

上記のようにして得られた定数ｍ，ｎ（上記の例では、ｍ＝０．０５，ｎ＝−０．８３）を、オペレータは入力装置２１により入力し、ＲＡＭ１３に記憶する。
ここで、定数ｍ，ｎは、カメラのアンプのゲイン等により決まるカメラ固有値である。第１事前準備作業は、請求項１の第１段階に相当する。

＜２．第２事前準備作業＞
第２事前準備作業は、目標背景輝度と二値化閾値の設定作業である。なお、ワーク台６０には、基準部位としての背景基準計測点Ｒを有する（図１参照）。背景基準計測点Ｒは、カメラ３０の撮影時にワーク台６０及び載置板６２により隠れない部位であって、カメラ３０の視野に入る位置に位置している。なお、背景基準計測点Ｒは、ワークＷの置き位置を規制した上で、計測点を設けるようにしてもよい。

具体的には、図１に示すようにワークＷ、ワーク台６０、及び載置板６２を撮像範囲（視野）内に入るようにした状態で、カメラ３０によりワークＷ、ワーク台６０、及び載置板６２を、ＣＰＵ１１からの制御指令でシャッタ時間を変えながら撮影する。これにより、ＣＰＵ１１は、シャッタ時間を変えた撮像画像、すなわち、撮像画像の中のワーク領域と背景領域を有する撮像画像（Ｍ×Ｎの画素からなる）を取得する。オペレータは、各シャッタ時間における前記撮像画像において、背景基準計測点Ｒの領域における背景輝度並びにワーク領域のワーク輝度をそれぞれ求め、図６に示すようにプロットする。図６中、横軸がシャッタ時間、縦軸が輝度である。図６において、□は背景基準計測点Ｒのプロット、△はワーク領域のプロットである。

図６において、シャッタ時間が短いと、ワーク色と背景色（ワーク台の色）のコントラストが小さく、シャッタ時間が長いと前記コントラストが大きくなり、二値化による分離が容易になる。なお、過度に長いシャッタ時間は、撮影時間も長くなるため、適切なシャッタ時間になるように、かつ、背景が飽和しないレベルで、かつ、背景とワークが十分なコントラストを持つときの値をオペレータは目標背景輝度Ｖとして決定し、オペレータは入力装置２１を使用してＲＡＭ１３に登録する。

前記のように目標背景輝度Ｖが決定されると、その時のシャッタ時間は一義的に決まるため、撮像画像のワーク領域のワーク輝度も決まることになる。二値化閾値は目標背景輝度とワーク輝度の間にとればよいため、オペレータはこのときの目標背景輝度（すなわち、背景色）とワーク色の中間値を二値化閾値として入力装置２１を使用してＲＡＭ１３に登録する。背景輝度とワーク輝度はそれぞれバラツキを有するため、前記中間値を選択することが好ましい。

なお、求めたい背景が、画像上ではいくらの輝度で写っていると良いかということであるため、計測中の照明の明るさや、カメラのレンズの絞り等の条件は任意の値で問題ない。第２事前準備作業は第２段階に相当する。

＜３．運用時の処理＞
次に、図２のフローチャートを参照して、画像処理装置１０の運用時の処理を説明する。なお、この処理は、ＲＯＭ１２に格納した画像処理プログラムにより実行される。

Ｓ１０ではワーク台６０、載置板６２及びワークＷを図１に示す状態で配置した状態で、カメラ３０により、カメラ固有値を調べたときの所定シャッタ時間（本実施形態では２０ｍｓ）でプレ撮影を行い、ＣＰＵ１１は、取得した撮像画像を画像メモリ１５に格納する。

Ｓ２０では、ＣＰＵ１１は、Ｓ１０で取得した撮像画像から、輝度を一定に制御したい箇所、すなわち、背景領域における背景基準計測点Ｒの現在の輝度ｐを計測し、この値をＲＡＭ１３に登録する。

Ｓ２０は第３段階に相当する。撮像画像における背景基準計測点Ｒの領域は基準部位の特定画素領域に相当する。又、背景領域における背景基準計測点Ｒの現在の輝度ｐは、撮像画像における基準部位の特定画素領域のプレ撮影輝度に相当する。

Ｓ３０では、ＣＰＵ１１は、適正シャッタ時間を算出する。具体的には、ＣＰＵ１１は、式（ハ）を変形した下式（ホ）に、予めＲＡＭ１３に登録（記憶）したカメラ固有値（暗電流輝度Ｉ_０，定数ｍ，ｎ）、及びＳ２０で登録した背景輝度の現在の輝度ｐ、目標背景輝度Ｖを代入して適正シャッタ時間Ｔｖを算出する。

Ｔｖ＝（Ｖ−Ｉ_０）／（ｍ・ｐ＋ｎ） ……（ホ）
なお、この適正シャッタ時間Ｔｖで撮像すると、背景基準計測点Ｒにおける背景領域の輝度を目標背景輝度Ｖとすることができることになる。Ｓ３０は、第４段階に相当する。

Ｓ４０では、Ｓ３０で算出された適正シャッタ時間Ｔｖで、カメラ３０を駆動して本撮影を行う。Ｓ４０は、第５段階に相当する。
Ｓ５０では、Ｓ４０でカメラ３０から取得した本撮影の撮像画像を、ＲＡＭ１３に登録した二値化閾値で二値化処理し二値化処理した画像を画像メモリ１５に格納し、このフローチャートを終了する。Ｓ５０は、第６段階に相当する。

＜具体例＞
Ｓ１０〜Ｓ５０の処理において、具体的な数値を入れて説明する。
なお、ワーク台６０に設定された背景基準計測点の輝度、すなわち、目標背景輝度を一定値「１４０」に制御するものとする。又、第２事前準備作業において、目標背景輝度を「１４０」としたとき、ワーク色の平均輝度は「６０」であるとし、二値化閾値である中間値は「１００」に設定されたものとする。又、第１事前準備作業、及び第２事前準備作業において、Ｉ_０＝１６、ｍ＝０．０５，ｎ＝−０．８３がＲＡＭ１３に登録されていたとする。

Ｓ１０では、所定シャッタ時間（本実施形態では２０ｍｓ）でプレ撮影を行う。
Ｓ２０でのプレ撮影では背景基準計測点の現在の輝度ｐは「８０」であったとする。
Ｓ３０では、式（ホ）に、予め登録済みのＩ_０＝１６、ｍ＝０．０５，ｎ＝−０．８３）、Ｓ２０で登録されたｐ＝８０、目標背景輝度Ｖ＝１４０を代入すると、
Ｔｖ＝（１４０−１６）／（０．０５＊８０−０．８３）
≒３９
となり、シャッタ時間３９ｍｓが得られる。

Ｓ４０では、このシャッタ時間３９ｍｓで撮影する。
Ｓ５０では、本撮影で取得した撮像画像は背景領域の平均輝度が「１４０」、ワーク色領域の平均輝度が「６０」になっているので、二値化閾値としての中間値「１００」で二値化すると、ワークと背景（ワーク台６０及び載置板６２）をうまく分離できる。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１） 本実施形態の二値化処理方法は、第１事前準備作業（第１段階）で、所定シャッタ時間で得た撮像画像を基に得られた輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎをカメラ固有値としてＲＡＭ（第１記憶手段）に記憶する。

又、第２事前準備作業（第２段階）では、カメラ３０のシャッタ速度を変えてワーク台６０、載置板６２（第１撮影対象物）とワークＷ（第２撮影対象物）とを同時に複数回撮影した複数の撮像画像に基づき、ワーク台６０に設けられた背景基準計測点Ｒ（基準部位）の領域（特定画素領域）の目標背景輝度Ｖと、ワークＷ（第２撮影対象物）の輝度との中間値を二値化閾値としてＲＡＭ１３（第２記憶手段）に記憶する。又、Ｓ２０（第３段階）では、所定シャッタ時間で、カメラ３０によりワーク台６０、載置板６２（第１撮影対象物）とワークＷ（第２撮影対象物）とを同時に撮影して得られた撮像画像における背景領域における背景基準計測点Ｒの現在の輝度ｐ（プレ撮影輝度）を取得する。又、Ｓ３０（第４段階）では、背景基準計測点Ｒの現在の輝度ｐ、目標背景輝度Ｖ、輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎを使用して、式（イ）、式（ロ）から得られる式（ハ）に基づいてシャッタ時間Ｔｖを算出する。そして、Ｓ４０（第５段階）では、Ｓ３０で算出したシャッタ時間Ｔｖでカメラ３０によりワーク台６０、載置板６２及びワークＷを撮像する。Ｓ５０（第６段階）でＳ４０で取得した撮像画像を二値化閾値で二値化する。

この結果、本実施形態では、照明環境が変動しても、背景の輝度が常に規定の輝度に制御された画像を得ることができるとともに、前記画像は背景とワークとのコントラストが高い状態とすることができるので、二値化により背景とワークを安定的に分離できる。

又、露出計により、画面全体の明るさを制御する方法では、全体の明るさは一定になるものの、ワークや背景の輝度はカメラ視野内のワークの割合に依存して変わってしまう問題がある。それに対して、本実施形態によれば、直接背景の輝度を目標背景輝度として固定化しているため、常に同じ結果の二値化画像が得られる。

従来、二値化閾値を最適化する方法もあるが、画像がコントラストの低い状態で撮影されてしまうと、ワークと背景をうまく分離できない虞がある。それに対して、本実施形態では、撮像画像自体を二値化に適した高コントラストな画像に最適化しているため、安定してワークと背景とを分離できる。

又、本実施形態では、撮影時には、閉空間を必要としないため、閉空間の設置場所などの制約がなく、又、照度を一定にするための照明条件を維持する必要もないために、照明に係るコストを低減できる。

（２） 本実施形態の二値化処理方法は、第１撮影対象物として、ワークＷを載置するワーク台６０及び載置板６２とし、第２撮影対象物はワークＷとしている。この結果、ワークと、ワーク台６０及び載置板６２とをきれいに分離できる。

（３） 本実施形態の画像処理装置のＲＡＭ１３は、第１記憶手段として、所定シャッタ時間で得た撮像画像を基に得られた輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎをカメラ固有値としてに記憶する。画像処理装置のＲＡＭ１３は、第２記憶手段として、カメラ３０のシャッタ速度を変えてワーク台６０、載置板６２（第１撮影対象物）とワークＷ（第２撮影対象物）とを同時に複数回撮影した複数の撮像画像に基づき、ワーク台６０に設けられた背景基準計測点Ｒ（基準部位）の領域（特定画素領域）の目標背景輝度Ｖと、ワークＷ（第２撮影対象物）の輝度との中間値を二値化閾値として記憶する。又、画像処理装置のＣＰＵ１１は、第１取得手段として、所定シャッタ時間で、カメラ３０によりワーク台６０、載置板６２（第１撮影対象物）とワークＷ（第２撮影対象物）とを同時に撮影して得られた撮像画像における背景領域における背景基準計測点Ｒの現在の輝度ｐ（プレ撮影輝度）を取得する。画像処理装置のＣＰＵ１１は、算出手段として、背景基準計測点Ｒの現在の輝度ｐ、目標背景輝度Ｖ、輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎを使用して、式（イ）、式（ロ）から得られる式（ハ）に基づいてシャッタ時間Ｔｖを算出する。画像処理装置のＣＰＵ１１は、第２取得手段として、シャッタ時間Ｔｖでカメラ３０を撮像させてワーク台６０、載置板６２（第１撮影対象物）とワークＷ（第２撮影対象物）との撮像画像を取得するとともに、二値化手段として、取得した撮像画像を中間値（二値化閾値）で二値化する。

この結果、本実施形態では、上記（１）の作用効果を奏する画像処理装置を提供できる。
（４） 本実施形態の画像処理装置は、第１撮影対象物として、ワークＷを載置するワーク台６０及び載置板６２とし、第２撮影対象物はワークＷとしている。この結果、ワークと、ワーク台６０及び載置板６２とをきれいに分離できる画像処理装置を提供できる。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・ 前記実施形態では、第１記憶手段及び第２記憶手段は、共通のＲＡＭ１３としたが、第１記憶手段及び第２記憶手段は異なる記憶手段としてもよい。例えば第１記憶手段をＲＡＭ１３として、第２記憶手段を図示しないハードディスク等の記憶装置としてもよい。

・ 前記実施形態では、カメラ３０はモノクロビデオカメラとしたが、カラービデオカメラに変更してもよい。
・ 前記実施形態において載置板６２を省略し、ワークＷを直接ワーク台６０上に載置するようにしてもよい。この場合、第１撮影対象物は、ワーク台のみとなる。

・ 前記実施形態では、第１撮影対象物として、ワークＷを載置するワーク台６０及び載置板６２とし、第２撮影対象物はワークＷとしたが、これに限定するものではない。カメラの撮像範囲内に、複数の撮像対象物がある場合に、その１つを第１撮影対象物とし、残りの１つ又は複数の撮像対象物を第２撮影対象物とするようにしてもよい。この場合、第２撮影対象物は、第１撮影対象物とは異なる色（明度）を有するようにする。例えば、第１撮影対象物が明るい色（明度）を有するものであれば、第２撮影対象物は暗い色（明度）を有するものとする。

１０…画像処理装置、
１１…ＣＰＵ（算出手段、第１取得手段、第２取得手段及び二値化手段）、
１３…ＲＡＭ（第１記憶手段、第２記憶手段）、
３０…カメラ、６０…ワーク台（第１撮影対象物）、
６２…載置板（第１撮影対象物）、Ｗ…ワーク（第２撮影対象物）。

Claims (2)

1. 所定シャッタ時間で撮影されたカメラの撮像画像における輝度をｐとし、任意のシャッタ時間Ｔｖのときの輝度をＶとしたとき、下記式（イ）、式（ロ）が成立することを利用して、
   Ｖ＝Ａ・Ｔｖ＋Ｉ_０ ……（イ）、Ａ＝ｍ・ｐ＋ｎ ……（ロ）
   （なお、Ｉ_０は、カメラの撮像画像における暗電流時の輝度、Ａは係数であり、ｍ，ｎは前記所定シャッタ時間において定まる定数である。）
   前記カメラの撮像画像における暗電流時の輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎをカメラ固有値として第１記憶手段に記憶する第１段階と、前記カメラのシャッタ速度を変えて第１撮影対象物としてのワークを載置するワーク台と第２撮影対象物としての前記ワークとを同時に複数回撮影した複数の撮像画像に基づき、第１撮影対象物に設けられた基準部位の特定画素領域の目標背景輝度と、第２撮影対象物の輝度との中間値を二値化閾値として第２記憶手段に記憶する第２段階と、前記所定シャッタ時間で、前記カメラにより第１撮影対象物と第２撮影対象物とを同時に撮影して得られた撮像画像における基準部位の特定画素領域のプレ撮影輝度を取得する第３段階と、前記プレ撮影輝度を前記ｐとし、前記目標背景輝度を前記Ｖとし、かつ、輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎを使用して、式（イ）、式（ロ）から得られる下記式（ハ）に基づいて、
   Ｖ＝（ｍ・ｐ＋ｎ）・Ｔｖ＋Ｉ _０ ……（ハ）
   シャッタ時間Ｔｖを算出する第４段階と、第４段階で算出したシャッタ時間Ｔｖで前記カメラで第１撮影対象物と第２撮影対象物とを撮像する第５段階と、第５段階で取得した撮像画像を前記二値化閾値で二値化する第６段階を含む二値化処理方法。
2. 所定シャッタ時間で撮影されたカメラの撮像画像における輝度をｐとし、任意のシャッタ時間Ｔｖのときの輝度をＶとしたとき、下記式（イ）、式（ロ）が成立することを利用して、
   Ｖ＝Ａ・Ｔｖ＋Ｉ_０ ……（イ）、Ａ＝ｍ・ｐ＋ｎ ……（ロ）
   （なお、Ｉ_０は、カメラの撮像画像における暗電流時の輝度、Ａは係数であり、ｍ，ｎは前記所定シャッタ時間において定まる定数である。）
   前記カメラの撮像画像における暗電流時の輝度Ｉ_０、定数ｍ，ｎをカメラ固有値として記憶する第１記憶手段と、前記カメラのシャッタ速度が変えられて第１撮影対象物としてのワークを載置するワーク台と第２撮影対象物としての前記ワークとを同時に複数回撮影された複数の撮像画像に基づいて得られた基準部位の特定画素領域の目標背景輝度と、第２撮影対象物の輝度との中間値を二値化閾値として記憶する第２記憶手段と、前記所定シャッタ時間で、前記カメラにより前記第１撮影対象物と第２撮影対象物とを同時に撮影して得られた撮像画像における前記基準部位の特定画素領域のプレ撮影輝度を取得する第１取得手段と、前記プレ撮影輝度を前記ｐとし、前記目標背景輝度を前記Ｖとし、かつ、輝度Ｉ _０ 、定数ｍ，ｎを使用して、式（イ）、式（ロ）から得られる下記式（ハ）に基づいて、
   Ｖ＝（ｍ・ｐ＋ｎ）・Ｔｖ＋Ｉ _０ ……（ハ）
   シャッタ時間Ｔｖを算出する算出手段と、前記シャッタ時間Ｔｖで前記カメラを撮像させて第１撮影対象物と第２撮影対象物との撮像画像を取得する第２取得手段と、前記第２取得手段が取得した撮像画像を前記二値化閾値で二値化する二値化手段を含む画像処理装置。

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