JP6506914B2 - Three-dimensional image processing apparatus, three-dimensional image processing method, three-dimensional image processing program, computer readable recording medium, and recorded apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、三次元画像処理装置、三次元画像処理方法及び三次元画像処理プログラム、並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image processing apparatus, a three-dimensional image processing method, a three-dimensional image processing program, a computer readable recording medium, and a recorded apparatus.
工場等数多くの生産現場では、人の目視に頼っていた検査を自動化・高速化する画像処理装置が導入されている。画像処理装置は、ベルトコンベア等の生産ラインを流れてくるワークをカメラによって撮像し、得られた画像データを用いて所定領域のエッジ検出や面積計算等の計測処理を実行する。そして、計測処理の処理結果に基づいて、ワークの欠け検出やアライメントマークの位置検出等の検査を行い、ワークの欠けや位置ずれの有無を判定する判定信号を出力する。このように、画像処理装置は、FAセンサの一つとして利用されることがある。 At many production sites such as factories, image processing apparatuses have been introduced that automate and speed up inspections that have relied on human vision. The image processing apparatus captures an image of a workpiece flowing on a production line such as a belt conveyor with a camera, and executes measurement processing such as edge detection and area calculation of a predetermined area using the obtained image data. Then, based on the processing result of the measurement processing, inspections such as chipping detection of a workpiece and position detection of an alignment mark are performed, and a determination signal that determines the presence or absence of a chipping or displacement of a workpiece is output. Thus, the image processing apparatus may be used as one of the FA sensors.
FAセンサとして用いられる画像処理装置が計測処理の対象とする画像は、主に、高さ情報を含まない輝度画像である。そのため、上述したワークの欠け検出についていえば、欠けた部分の二次元形状を安定的に検出することは得意であるが、傷の凹み具合等、輝度画像としては現れ難い三次元形状を安定的に検出することは困難である。例えば、検査時にワークを照らす照明の種類や照明方向を工夫して、傷の凹みに起因する陰影を検出して、間接的に三次元形状を検出することも考えられるが、輝度画像の中で常に明瞭な陰影が検出されるとは限らない。不明瞭な陰影が検出されたときに不良品を良品と誤って判定する誤判定を防ぐために、例えば判定閾値を安全側に偏らせると、良品を大量に不良品として判定し、歩留まりの悪化を招く虞がある。 Images targeted for measurement processing by the image processing apparatus used as an FA sensor are mainly luminance images that do not include height information. Therefore, when it comes to the above-mentioned chipping detection of the work, it is good at stably detecting the two-dimensional shape of the chipped part, but it stably stabilizes the three-dimensional shape which hardly appears as a luminance image It is difficult to detect. For example, it is conceivable to detect a shadow caused by the dent of a flaw by devising the type and direction of illumination that illuminates a workpiece at the time of inspection, and indirectly detect a three-dimensional shape, but in a luminance image Clear shadows are not always detected. For example, if the judgment threshold value is biased to the safety side to prevent a false determination of a defective product as a non-defective product when an unclear shadow is detected, for example, a large number of non-defective products are judged as a defective product and the yield is deteriorated. There is a risk of
そこで、カメラの受光光量に応じた濃淡値を画素値とする輝度画像だけでなく、カメラとワークまでの距離に応じた濃淡値を画素値とすることで、高さを二次元的に表現した距離画像(例えば特許文献1参照)を用いた外観検査が考えられる。 Therefore, the height is expressed two-dimensionally by using not only the brightness image having the gray value corresponding to the amount of light received by the camera as the pixel value but also the gray value corresponding to the distance between the camera and the work as the pixel value. An appearance inspection using a distance image (see, for example, Patent Document 1) can be considered.
三次元画像処理装置の一例を、図160の模式図に示す。この三次元画像処理装置は、受光素子等の撮像手段を備えたヘッド部と、ヘッド部と接続され、ヘッド部で撮像した画像データを送られて、取得した画像データから距離画像を生成するコントローラ部で構成される。 An example of the three-dimensional image processing apparatus is shown in a schematic view of FIG. This three-dimensional image processing apparatus is connected to a head unit including an imaging unit such as a light receiving element and the head unit, and a controller that receives image data captured by the head unit and generates a distance image from the acquired image data It consists of parts.
ここで三角測距の原理を、図160に基づいて説明する。ヘッド部は、投光部110から出射される入射光の光軸と、受光部120に入射する反射光の光軸(受光部120の光軸)との間の角度αが予め設定されている。ここでワーク上にワークが載置されない場合には、投光部110から出射される入射光は、ワークの載置面の点Oにより反射され、受光部120に入射される。一方、ワーク上にワークが載置される場合、投光部110から出射される入射光は、ワークの表面の点Aにより反射され、反射光となって受光部120に入射される。そして点Oと点Aとの間のX方向における距離dを測定し、この距離dに基づいてワークの表面の点Aの高さhを算出する。 Here, the principle of triangular distance measurement will be described based on FIG. In the head unit, an angle α between the optical axis of incident light emitted from the light projecting unit 110 and the optical axis of the reflected light incident on the light receiving unit 120 (the optical axis of the light receiving unit 120) is set in advance . Here, when the workpiece is not placed on the workpiece, the incident light emitted from the light projecting unit 110 is reflected by the point O of the placement surface of the workpiece and is incident on the light receiving unit 120. On the other hand, when the work is placed on the work, the incident light emitted from the light projecting unit 110 is reflected by the point A on the surface of the work and becomes reflected light and is incident on the light receiving unit 120. Then, the distance d in the X direction between the point O and the point A is measured, and the height h of the point A on the surface of the work is calculated based on the distance d.
上述した三角測距の計測原理を応用して、ワークの表面の全ての点の高さを算出することにより、ワークの三次元的な形状が測定される。パターン投影法はワークの表面の全ての点に入射光を照射するために、投光部110からは所定の構造化パターンに従って入射光が出射され、ワーク表面で反射した反射光を受光し、受光した複数のパターン画像に基づいてワークの三次元形状を効率よく測定する。 The three-dimensional shape of the workpiece is measured by calculating the heights of all the points on the surface of the workpiece by applying the measurement principle of triangular distance measurement described above. In the pattern projection method, in order to irradiate incident light to all points on the surface of the workpiece, the light emitting unit 110 emits incident light according to a predetermined structured pattern, receives reflected light reflected on the workpiece surface, and receives light. The three-dimensional shape of the workpiece is efficiently measured based on the plurality of pattern images.
このようなパターン投影法には、位相シフト法や空間コード化法、マルチスリット法等が知られている。パターン投影法を用いた三次元計測処理によって、投影パターンを変化させて複数回の撮像をヘッド部で繰り返し、コントローラ部に送出する。コントローラ部では、ヘッド部から送られるパターン投影画像に基づいて演算を行い、ワークの高さ情報を有する距離画像を得ることができる。 As such a pattern projection method, a phase shift method, a space coding method, a multi-slit method and the like are known. The projection pattern is changed by three-dimensional measurement processing using a pattern projection method, the imaging is repeated plural times by the head unit, and is sent to the controller unit. The controller unit can perform calculation based on the pattern projection image sent from the head unit, and obtain a distance image having workpiece height information.
一方、既存の画像処理装置では、主に輝度を画素値とした輝度画像が使用されている。例えば、ライン上を搬送されるワークに対して、モノクロのカメラでワークの外観を光学的な濃淡で表現した輝度画像を撮像して、画像処理によって検査を行うシステムが存在する。このような状況において、新たに三次元計測装置、及びそこから出力される三次元データ(ポイントクラウドデータ)を処理する処理装置を導入しようとすると、相当コストがかかる。 On the other hand, in the existing image processing apparatus, a luminance image mainly having luminance as a pixel value is used. For example, there is a system in which an inspection is performed by image processing by capturing a luminance image in which the appearance of a workpiece is represented by optical shading with a monochrome camera with respect to a workpiece transported on a line. Under such circumstances, if it is attempted to introduce a three-dimensional measuring device and a processing device that processes three-dimensional data (point cloud data) output from the new three-dimensional measuring device, considerable costs are incurred.
そこで、高さ情報を画像の濃淡として表現した距離画像として表現すれば、扱う画像データ自体は既存の輝度画像と同等となるため、既存の輝度画像を用いた画像処理装置の設備においても、距離画像を扱えることとなる。 Therefore, if the height information is expressed as a distance image representing the lightness and darkness of the image, the image data itself to be handled becomes equivalent to the existing luminance image, and therefore, even in the equipment of the image processing apparatus using the existing luminance image It will be able to handle images.
この場合において、従来の輝度画像においては、比較的低い階調数の画像が利用されていた。例えば一画素当たりの情報を8階調で表現した画像が多く利用されている。一方で、高さ情報を有する画像データについては、高さ情報を表現するため、多くの階調数(例えば16階調)を要する。このため、距離画像を既存の低階調の画像を扱う画像処理装置にて処理できるようにするには、多階調の距離画像を、比較的低階調の距離画像に変換する必要がある。(以下、多階調の距離画像を低階調の距離画像に変換した画像を「低階調距離画像」と呼び、従来の、輝度情報を有する輝度画像を「輝度画像」と呼ぶ。) In this case, in the conventional luminance image, an image with a relatively low number of gradations was used. For example, an image in which information per pixel is expressed by eight gradations is often used. On the other hand, for image data having height information, a large number of gradations (for example, 16 gradations) are required to express the height information. For this reason, in order to be able to process distance images with an image processing apparatus that handles existing low-gradation images, it is necessary to convert multi-gradation distance images into relatively low-gradation distance images. . (Hereinafter, an image obtained by converting a multi-gradation distance image into a low-gradation distance image is referred to as a "low-gradation distance image", and a conventional luminance image having luminance information is referred to as a "luminance image".
このように、従来から利用されている輝度画像に加えて、階調変換された低階調距離画像を利用することで、ワークの正常・異常を判定する検査に際して、従来の形状の抽出といった画像処理のみならず、高さ情報を利用した高さの測定等の処理を、三次元画像処理装置において利用することが可能となる。 Thus, in addition to the conventionally used luminance image, by using a low gradation distance image subjected to gradation conversion, an image such as extraction of a conventional shape in an inspection to determine normality / abnormality of a work Not only the processing but also processing such as measurement of height using height information can be used in the three-dimensional image processing apparatus.
この場合において、高階調(例えば16階調)の高さ情報を、既存の輝度画像と同じ階調数(例えば8階調)に変換する階調変換が必須になる。このとき、階調変換パラメータが適切に設定されないと、検査に必要な高さ情報が欠落してしまい、検査に適した画像を取得できない場合がある。 In this case, it is necessary to perform gradation conversion to convert height information of high gradation (for example, 16 gradations) into the same gradation number (for example, 8 gradations) as that of the existing luminance image. At this time, if the gradation conversion parameter is not set appropriately, height information necessary for the inspection may be lost, and an image suitable for the inspection may not be obtained.
そこで、検査対象のワークの高さ情報を用いて、階調変換パラメータを適切に設定し、階調変換の基準高さを決定することが考えられる。 Therefore, it is conceivable to appropriately set the gradation conversion parameter and determine the reference height for gradation conversion using the height information of the work to be inspected.
しかしながら、使用者の検査対象ワークに高さ方向のばらつきが存在する場合、当初指定した階調変換パラメータにより階調変換を行うだけでは、検査に適した画像を取得できないことがあった。 However, when there is variation in the height direction in the inspection target work of the user, it may not be possible to acquire an image suitable for inspection only by performing gradation conversion using the gradation conversion parameter initially specified.
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、距離画像を低階調距離画像に変換する際に、高さ情報の欠落を抑制して精度の低下を抑えた三次元画像処理装置、三次元画像処理方法及び三次元画像処理プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。 The present invention has been made to solve such conventional problems. The main object of the present invention is to provide a three-dimensional image processing apparatus, a three-dimensional image processing method, and a third-order image processing method that suppress loss of height information and suppress deterioration of accuracy when converting distance images into low gradation distance images. An original image processing program and a computer readable recording medium are provided.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る三次元画像処理装置によれば、検査対象物の高さ情報を含む距離画像を取得すると共に、該距離画像に基づいて画像処理を行うことが可能な三次元画像処理装置であって、検査対象物の画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、距離画像を生成可能な距離画像生成手段と、前記距離画像生成手段により生成された距離画像を表示させるための表示手段と、必要な設定を行うための設定モードにおいて、ユーザからの操作を受け付け、各種の設定を行うための設定手段と、前記設定モードの後に前記三次元画像処理装置で三次元画像処理を行う運用モードにおいて、前記距離画像を、該距離画像の階調数よりも低い階調数の、該距離画像が有する高さ情報を画像の濃淡値に置き換えた低階調距離画像に階調変換するための階調変換手段と、前記低階調距離画像に対して、所定の検査処理を実行するための検査実行手段とを備え、前記設定手段は、前記距離画像生成手段で生成された距離画像を階調変換する際の階調変換条件を構成する階調変換パラメータとして、該階調変換を行う基準となる基準面を設定するための基準面設定手段と、静的変換又は動的変換のいずれかの選択を受け付ける抽出方法選択手段とを備え、前記運用モード時に、前記階調変換手段は、前記抽出方法選択手段により静的変換が選択されている場合は、前記設定モードで設定された基準面の高さを基準として、新たに入力された距離画像に対して前記階調変換手段による階調変換を実行し、前記抽出方法選択手段により前記動的変換が選択されている場合は、新たに入力された距離画像に基づいて、新たに設定された基準面の高さを基準として、前記階調変換手段による階調変換を実行するよう構成できる。上記構成により、単純に高階調の距離画像を低階調の距離画像に変換するのでなく、基準面を設定した上で、この基準面の高さを基準として階調変換を行うことで、基準面近傍の高さ情報が階調変換で損なわれる事態を回避して、精度の高い検査が実現できる。
In order to achieve the above object, according to a three-dimensional image processing apparatus according to a first aspect of the present invention, a distance image including height information of an inspection object is obtained, and an image based on the distance image A three-dimensional image processing apparatus capable of performing processing, comprising: an imaging unit configured to capture an image of an inspection object; and a distance image generating unit configured to generate a distance image based on the image captured by the imaging unit A display unit for displaying the distance image generated by the distance image generation unit; and a setting unit for receiving an operation from the user and performing various settings in a setting mode for performing necessary settings. In the operation mode in which the three-dimensional image processing is performed by the three-dimensional image processing apparatus after the setting mode, a height of the distance image, the number of gradations lower than the number of gradations of the distance image, in the distance image information It provided the low tone range image by replacing the density value of the image and the gradation conversion means for gradation conversion, the relative low tone range image, and a test execution means for executing a predetermined inspection process , the setting means, the distance image generated by the distance image generating means as a gradation conversion parameters constituting the gradation conversion conditions for gradation conversion, setting a reference plane serving as a reference for performing grayscale conversion And an extraction method selection unit for receiving selection of either static conversion or dynamic conversion, and in the operation mode, the gradation conversion unit is configured to When the objective conversion is selected, the tone conversion unit performs tone conversion on the newly input distance image with reference to the height of the reference plane set in the setting mode, and By extraction method selection means If serial dynamic translation is selected, based on the newly inputted range image, based on the height of the newly set reference plane, to perform the gradation conversion by the gradation conversion means It can be configured. According to the above-described configuration, a high-gradation distance image is not simply converted to a low-gradation distance image, but after the reference plane is set, the gradation conversion is performed on the basis of the height of the reference plane. It is possible to realize a high-accuracy inspection by avoiding the case where height information in the vicinity of the surface is lost in gradation conversion.
また、第2の側面に係る三次元画像処理装置によれば、前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の点を指定することで、該指定された点の高さ情報を基準面として設定するよう構成できる。
Further, according to the three-dimensional image processing apparatus according to the second aspect, the point wherein the reference plane setting means, by specifying an arbitrary point of the distance in the image displayed on the display means, which is the designated It can be configured to set the height information of as a reference plane.
さらに、第3の側面に係る三次元画像処理装置によれば、前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の一点を指定することで、該指定された点の高さ情報を基準面として設定するよう構成できる。
Further, according to the three-dimensional image processing apparatus according to the third aspect, the point wherein the reference plane setting means, by designating a desired point of the distance in the image displayed on the display means, which is the designated It can be configured to set the height information of as a reference plane.
さらにまた、第4の側面に係る三次元画像処理装置によれば、前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の面を指定することで、該指定された面の高さ情報を基準面として設定するよう構成できる。
Furthermore, according to the three-dimensional image processing device pertaining to the fourth aspect, the reference surface setting unit is specified by specifying an arbitrary surface in the distance image displayed on the display unit. The height information of the surface can be set as the reference surface.
さらにまた、第5の側面に係る三次元画像処理装置によれば、前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の三点を指定することで、該指定された三点を含む面の高さ情報を基準面として設定するよう構成できる。
Furthermore, according to the three-dimensional image processing device pertaining to the fifth aspect, the reference surface setting unit is specified by specifying any three points in the distance image displayed on the display unit. The height information of the surface including the three points can be set as the reference surface.
さらにまた、第6の側面に係る三次元画像処理装置によれば、前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像から、曲面を演算し、該演算された曲面を基準面として設定するよう構成できる。
Furthermore, according to the three-dimensional image processing device pertaining to the sixth aspect, the reference surface setting means calculates a curved surface from the distance image displayed on the display means, and the calculated curved surface is used as a reference surface Can be configured to set as
さらにまた、第7の側面に係る三次元画像処理装置によれば、さらに撮像手段の光軸に対して斜め方向から入射光を所定の投影パターンの構造化照明として投光するための投光手段を備えており、前記撮像手段は、前記投光手段で投光され、検査対象物で反射された反射光を取得して複数のパターン投影画像を撮像し、前記距離画像生成手段は、前記撮像手段で撮像された複数のパターン投影画像に基づいて、距離画像を生成するよう構成できる。上記構成により、パターン投影を利用した距離画像を用いた高さ計測等の検査処理を実現できる。
Furthermore, according to the three-dimensional image processing apparatus according to the seventh aspect, a light projection unit for projecting incident light as structured illumination of a predetermined projection pattern from a direction oblique to the optical axis of the imaging unit The imaging means acquires the reflected light that is projected by the light projecting means and reflected by the inspection object to capture a plurality of pattern projection images, and the distance image generating means performs the imaging The distance image may be generated based on the plurality of pattern projection images captured by the means. According to the above configuration, inspection processing such as height measurement using a distance image using pattern projection can be realized.
さらにまた、第8の側面に係る三次元画像処理装置によれば、さらに検査対象物に対して光切断法で投光するための投光手段を備えており、前記撮像手段は、前記投光手段で投光された画像を撮像し、前記距離画像生成手段は光切断法で得られたプロファイルを合成して距離画像を生成するよう構成できる。
Furthermore, according to the three-dimensional image processing apparatus according to the eighth aspect, the image pickup device further includes a light projection unit for projecting light to the inspection object by a light cutting method, The image projected by the means may be captured, and the distance image generating means may be configured to combine the profiles obtained by the light cutting method to generate a distance image.
さらにまた、第9の側面に係る三次元画像処理プログラムによれば、検査対象物の高さ情報を含む距離画像を取得すると共に、該距離画像に基づいて画像処理を行うことが可能な三次元画像処理プログラムであって、コンピュータに、撮像手段の光軸に対して斜め方向から入射光を所定の投影パターンの構造化照明として投光し、検査対象物で反射された反射光を取得して撮像された複数のパターン投影画像に基づいて、距離画像を生成可能な距離画像生成機能と、前記距離画像生成機能で生成された距離画像を表示させる機能と、必要な設定を行うための設定モードにおいて、ユーザからの操作を受け付け、各種の設定を行う設定機能として、前記距離画像生成機能で生成された距離画像を階調変換する際の階調変換条件を構成する階調変換パラメータとして、該階調変換を行う基準となる基準面を設定するための基準面設定機能と、静的変換又は動的変換のいずれかの選択を受け付ける抽出方法選択機能と、前記設定モードの後に三次元画像処理を行う運用モードにおいて、前記距離画像を、該距離画像の階調数よりも低い階調数の、該距離画像が有する高さ情報を画像の濃淡値に置き換えた低階調距離画像に階調変換するための画像階調変換機能と、前記低階調距離画像に対して、所定の検査処理を実行するための検査実行機能とを実現させ、前記運用モード時に、前記階調変換機能は、前記抽出方法選択機能により静的変換が選択されている場合は、前記設定モードで設定された基準面の高さを基準として、新たに入力された距離画像に対して前記階調変換機能による階調変換を実行し、前記抽出方法選択機能により前記動的変換が選択されている場合は、新たに入力された距離画像に基づいて、新たに設定された基準面の高さを基準として、前記階調変換機能による階調変換を実行することができる。上記構成により、単純に高階調の距離画像を低階調の距離画像に変換するのでなく、基準面を設定した上で、この基準面の高さを基準として階調変換を行うことで、基準面近傍の高さ情報が階調変換で損なわれる事態を回避して、精度の高い検査が実現できる。
Furthermore, according to the three-dimensional image processing program according to the ninth aspect, while obtaining a distance image including height information of the inspection object, it is possible to perform image processing based on the distance image. An image processing program, which projects incident light as structured illumination of a predetermined projection pattern from a direction oblique to the optical axis of the imaging means to a computer, and acquires reflected light reflected by an inspection object A range image generation function capable of generating a range image based on a plurality of captured pattern projection images, a function to display the range image generated by the range image generation function, and a setting mode for performing necessary settings In the above, as a setting function for receiving an operation from the user and performing various settings, it is possible to use gradation conversion conditions that constitute gradation conversion conditions when performing gradation conversion on the distance image generated by the distance image generation function. A reference plane setting function for setting a reference plane serving as a reference for performing the gradation conversion as a parameter, an extraction method selection function for receiving selection of either static conversion or dynamic conversion, and after the setting mode In an operation mode for performing three-dimensional image processing, a low gradation distance obtained by replacing height information of the distance image with a gradation value of the image, the number of gradations lower than the number of gradations of the distance image An image tone conversion function for tone conversion to an image and an inspection execution function for performing a predetermined inspection process on the low tone distance image are realized, and in the operation mode, the tone When static conversion is selected by the extraction method selection function, the conversion function performs the gradation on the newly input distance image with reference to the height of the reference plane set in the setting mode. Gradation by conversion function When the dynamic conversion is selected by the extraction method selection function, the floor is selected based on the height of the newly set reference plane based on the newly input distance image. Gradation conversion can be performed by the tonal conversion function. According to the above-described configuration, a high-gradation distance image is not simply converted to a low-gradation distance image, but after the reference plane is set, the gradation conversion is performed on the basis of the height of the reference plane. It is possible to realize a high-accuracy inspection by avoiding the case where height information in the vicinity of the surface is lost in gradation conversion.
さらにまた、第10の側面に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記憶した機器は、上記三次元画像処理プログラムを格納するものである。記録媒体には、CD−ROM、CD−R、CD−RWやフレキシブルディスク、磁気テープ、MO、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD+R、DVD−RW、DVD+RW、Blu−ray(登録商標)、HD DVD(AOD)等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記憶した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ(FPGA、ASIC)等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。 Furthermore, the computer-readable recording medium or the stored device according to the tenth aspect stores the three-dimensional image processing program. Recording media include CD-ROM, CD-R, CD-RW, flexible disk, magnetic tape, MO, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD + R, DVD-RW, DVD + RW, Blu-ray (registration The media includes magnetic disks such as HD DVD (AOD), optical disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, and other media capable of storing programs. The program also includes programs distributed by downloading through a network line such as the Internet, in addition to those stored and distributed in the recording medium. The stored devices include general-purpose or dedicated devices in which the above-described program is implemented in an executable state such as software or firmware. Furthermore, each process or function included in the program may be executed by program software that can be executed by a computer, or the process of each part may be hardware such as a predetermined gate array (FPGA, ASIC) or program software. And a partial hardware module that implements some elements of hardware may be implemented in a mixed form.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元画像処理装置、三次元画像処理方法及び三次元画像処理プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を例示するものであって、本発明は三次元画像処理装置、三次元画像処理方法及び三次元画像処理プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. However, the embodiments described below are a three-dimensional image processing apparatus, a three-dimensional image processing method, a three-dimensional image processing program, a computer readable recording medium, and a recorded device for embodying the technical concept of the present invention. The present invention does not specify the three-dimensional image processing apparatus, the three-dimensional image processing method, the three-dimensional image processing program, the computer readable recording medium, and the recorded apparatus as follows. Further, the present specification does not in any way specify the members described in the claims to the members of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to the scope of the present invention unless otherwise specified. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for the sake of clarity. Further, in the following description, the same names and reference numerals indicate the same or the same members, and the detailed description will be appropriately omitted. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and one member is used in common as a plurality of elements, or conversely, the function of one member is realized by a plurality of members It can be shared and realized.
また本明細書において「距離画像(高さ画像)」という場合には、高さ情報を含む画像の意味で使用し、例えば距離画像に光学的な輝度画像をテクスチャ情報として貼り付けた三次元の合成画像も、距離画像に含む意味で使用する。また、本明細書において距離画像の表示形態は二次元状に表示されるものに限られず、三次元状に表示されるものも含む。
(実施の形態1)
Further, in the present specification, “distance image (height image)” is used in the sense of an image including height information, for example, a three-dimensional image in which an optical luminance image is attached as texture information The composite image is also used in the meaning included in the distance image. Further, in the present specification, the display form of the distance image is not limited to that displayed in a two-dimensional form, but also includes that displayed in a three-dimensional form.
Embodiment 1
本発明の実施の形態1に係る三次元画像処理装置の構成を図1に示す。この三次元画像処理装置100は、ヘッド部1と、コントローラ部2とを備える。ヘッド部1は、検査対象物(ワーク)Wを照らす投光手段20と、ワークWの画像を撮像する撮像手段10と、コントローラ部2と接続するためのヘッド側通信手段36を備える。 The configuration of the three-dimensional image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. The three-dimensional image processing apparatus 100 includes a head unit 1 and a controller unit 2. The head unit 1 includes a light projecting unit 20 that illuminates the inspection target (work) W, an imaging unit 10 that captures an image of the work W, and a head communication unit 36 for connecting to the controller unit 2.
一方コントローラ部2は、撮像された画像に基づいて、エッジ検出や面積計算等の計測処理を実行する。またコントローラ部2には、液晶パネル等の表示手段4、ユーザが表示手段4上で各種操作するためのコンソール等の入力手段3、PLC(Programmable Logic Controller)等を着脱自在に接続できる。 On the other hand, the controller unit 2 executes measurement processing such as edge detection and area calculation based on the captured image. The controller unit 2 can be detachably connected with display means 4 such as a liquid crystal panel, input means 3 such as a console for the user to perform various operations on the display means 4, PLC (Programmable Logic Controller), and the like.
以上の三次元画像処理装置100は、ヘッド部1の投光手段20でワークWに測定光を投光し、測定光がワークWに入射されて反射された反射光を、撮像手段10でパターン投影画像として撮像する。またパターン投影画像に基づいて距離画像を生成し、さらにこの距離画像を、各画素が有する高さ情報を輝度に置き換えた低階調距離画像に変換する。コントローラ部2は、変換された低階調距離画像に基づいて、エッジ検出や面積計算等の計測処理を実行する。 The above three-dimensional image processing apparatus 100 projects measurement light onto the work W by the light projecting means 20 of the head unit 1 and the reflected light reflected by the measurement light incident on the work W is patterned by the imaging means 10 Capture as a projection image. Further, a distance image is generated based on the pattern projection image, and this distance image is converted into a low gradation distance image in which the height information of each pixel is replaced with luminance. The controller unit 2 executes measurement processing such as edge detection and area calculation based on the converted low gradation distance image.
なお検査対象物であるワークWは、例えばライン上を順次搬送される物品であり、移動又は静止している。また移動するワークは、コンベア等による平行移動の他、回転するものも含まれる。
(投光手段20)
The workpiece W to be inspected is, for example, an article sequentially transported on the line, and is moving or stationary. The moving workpieces include those that rotate as well as parallel displacements by a conveyor or the like.
(Lighting means 20)
投光手段20は、距離画像を生成するためにワークWを照らす照明として用いられる。したがって投光手段20は、距離画像を取得するための光切断法やパターン投影法に応じて、例えばワークに対してライン状のレーザ光を投光する光投影器、ワークに正弦波縞模様パターンを投影するためのパターン投影器等とすることができる。また投光手段以外に、明視野照明や暗視野照明を行うための一般的な照明装置を別途設けてもよい。あるいは投光手段20に、一般的な照明装置としての機能を持たせることも可能である。 The light projecting means 20 is used as illumination to illuminate the work W in order to generate a distance image. Therefore, the light projection means 20 is, for example, a light projector for projecting a linear laser beam to a work according to a light cutting method or a pattern projection method for acquiring a distance image, a sinusoidal stripe pattern on the work Can be a pattern projector or the like for projecting the In addition to the light emitting means, a general illumination device for bright field illumination or dark field illumination may be separately provided. Alternatively, it is possible to give the light emitting means 20 a function as a general lighting device.
コントローラ部2は、ヘッド部1から取得した距離画像データを用いて画像処理を実行し、外部接続されたPLC70等の制御機器に対し、ワークの良否等の判定結果を示す信号として判定信号を出力する。 The controller unit 2 executes image processing using the distance image data acquired from the head unit 1 and outputs a determination signal as a signal indicating the determination result such as the quality of the work to a control device such as the PLC 70 connected externally. Do.
撮像手段10は、PLC70から入力される制御信号、例えば撮像手段10から画像データを取り込むタイミングを規定する撮像トリガ信号に基づいて、ワークの撮像を行う。 The imaging unit 10 captures an image of a work based on a control signal input from the PLC 70, for example, an imaging trigger signal that defines a timing of capturing image data from the imaging unit 10.
表示手段4は、ワークを撮像して得られた画像データや、その画像データを用いた計測処理の結果を表示するための表示装置である。一般に、ユーザは、表示手段4を視認することによって、コントローラ部2の動作状態を確認することができる。入力手段3は、表示手段4上でフォーカス位置を移動させたり、メニュー項目を選択したりするための入力装置である。なお、表示手段4にタッチパネルを使用する場合は、表示手段と入力手段を兼用できる。 The display means 4 is a display device for displaying image data obtained by imaging a workpiece and the result of measurement processing using the image data. In general, the user can confirm the operation state of the controller unit 2 by visually recognizing the display means 4. The input unit 3 is an input device for moving the focus position on the display unit 4 or selecting a menu item. In addition, when using a touch panel for the display means 4, it can be used as a display means and an input means.
またコントローラ部2は、コントローラ部2の制御プログラムを生成するためのパーソナルコンピュータPCを接続することもできる。またパーソナルコンピュータPCには、三次元画像処理に関する設定を行う三次元画像処理プログラムをインストールして、コントローラ部2で行う処理の各種設定を行うこともできる。あるいは、このパーソナルコンピュータPC上で動作するソフトウェアによって、画像処理の処理順序を規定する処理順序プログラムを生成することができる。コントローラ部2では、その処理順序に沿って各画像処理が順次実行される。パーソナルコンピュータPCとコントローラ部2とは、通信ネットワークを介して接続されており、パーソナルコンピュータPC上で生成された処理順序プログラムは、例えば表示手段4の表示態様を規定するレイアウト情報等と共に、コントローラ部2に転送される。また逆に、コントローラ部2から処理順序プログラムやレイアウト情報等を取り込んで、パーソナルコンピュータPC上で編集することもできる。なお、この処理順序プログラムは、パーソナルコンピュータPCだけでなく、コントローラ部2においても生成できるようにしてもよい。
(変形例)
The controller unit 2 can also connect a personal computer PC for generating a control program of the controller unit 2. In addition, a three-dimensional image processing program for performing settings relating to three-dimensional image processing can be installed in the personal computer PC, and various settings for processing performed by the controller unit 2 can be performed. Alternatively, a processing order program that defines the processing order of image processing can be generated by software operating on the personal computer PC. The controller unit 2 sequentially executes each image processing in accordance with the processing order. The personal computer PC and the controller unit 2 are connected via a communication network, and the processing order program generated on the personal computer PC is, for example, a controller unit together with layout information and the like defining the display mode of the display means Transferred to 2 Also, conversely, the processing order program, layout information and the like can be fetched from the controller unit 2 and edited on the personal computer PC. The processing order program may be generated not only by the personal computer PC but also by the controller unit 2.
(Modification)
なお、以上の例ではコントローラ部2として専用のハードウェアを構築しているが、本発明はこの構成に限定されるものでない。例えば図2に示す変形例に係る三次元画像処理装置100’のように、汎用のパーソナルコンピュータやワークステーション等に専用の検査プログラムや三次元画像処理プログラムをインストールしたものをコントローラ部2’として機能させ、ヘッド部1に接続して利用することもできる。この三次元画像処理装置は、三次元画像処理プログラムで画像処理等、必要な設定を行った上で、ヘッド部1で撮像されたパターン投影画像に従って低階調距離画像を画像処理して、必要な検査を行う。
(ヘッド側通信手段36)
In the above example, dedicated hardware is constructed as the controller unit 2, but the present invention is not limited to this configuration. For example, as a 3D image processing apparatus 100 'according to the modification shown in FIG. 2, a general-purpose personal computer or workstation etc. with a dedicated inspection program or 3D image processing program installed functions as a controller unit 2' Can be connected to the head unit 1 and used. This three-dimensional image processing apparatus performs necessary settings such as image processing using a three-dimensional image processing program, and then performs image processing on a low gradation distance image according to the pattern projection image captured by the head unit 1 Perform an inspection.
(Head side communication means 36)
また、これに応じてヘッド部1側に、ヘッド側通信手段36として、専用のコントローラ部2や、コントローラ部2として機能するパーソナルコンピュータのいずれにも接続できるようなインターフェースを設けることもできる。例えばヘッド部1に、ヘッド側通信手段36として、図1に示すようにコントローラ部2と接続するためのコントローラ接続用インターフェース36Aを設けたり、あるいは図2に示すように、パーソナルコンピュータと接続するためのPC接続用インターフェース36Bを設ける。またこのようなインターフェースをユニット式に交換可能とすることで、ヘッド部の他の構成をある程度共通化して、共通のヘッド部でコントローラ部やパーソナルコンピュータのいずれにも接続可能とできる。あるいは、専用のコントローラ部2と、パーソナルコンピュータのいずれにも接続可能なインターフェースを備えた一のヘッド側通信手段を設けてもよい。またこのようなインターフェースは、既存の通信規格、例えばイーサーネット(商品名)やUSB、RS−232C等が利用できる。また、必ずしも規格化された、あるいは汎用の通信方式によらず、専用の通信方式としてもよい。
(PC接続モード)
Further, in accordance with this, an interface can be provided on the head unit 1 side so that it can be connected to either the dedicated controller unit 2 or the personal computer functioning as the controller unit 2 as the head side communication means 36. For example, the head unit 1 is provided with a controller connection interface 36A for connecting to the controller unit 2 as shown in FIG. 1 as the head side communication means 36, or to be connected to a personal computer as shown in FIG. Interface 36B for PC connection is provided. Further, by making such an interface unitary exchangeable, the other configuration of the head unit can be made common to a certain extent, and the common head unit can be connected to either the controller unit or the personal computer. Alternatively, one head-side communication unit having a dedicated controller unit 2 and an interface connectable to any of the personal computer may be provided. As such an interface, existing communication standards, such as Ethernet (product name), USB, RS-232C, etc. can be used. Also, the communication system may be a dedicated communication system, not necessarily based on a standardized or general communication system.
(PC connection mode)
さらに三次元画像処理プログラムに、ヘッド部1に接続するコントローラ部2’としてパーソナルコンピュータを使用する場合の設定を行うPC接続モードを備えることもできる。すなわちコントローラ部が専用ハードウェアであるか、パーソナルコンピュータであるかに応じて、設定可能な項目や設定内容を変化させることで、いずれの場合にも三次元画像処理に関する設定を適切に行うことが可能となる。さらに、コントローラ部2’として機能するパーソナルコンピュータに、ヘッド部1の動作確認用途、及び簡易的な計測機能を持たせたビューワプログラムをインストールして、接続されたヘッド部の動作や機能を確認できるようにしてもよい。 Furthermore, the three-dimensional image processing program can also be provided with a PC connection mode for setting when using a personal computer as the controller unit 2 'connected to the head unit 1. That is, by changing the settable items and setting contents in accordance with whether the controller unit is a dedicated hardware or a personal computer, appropriate settings regarding three-dimensional image processing can be made in any case. It becomes possible. Furthermore, the operation check application of the head unit 1 and a viewer program having a simple measurement function can be installed on a personal computer functioning as the controller unit 2 'to check the operation and function of the connected head unit. You may do so.
なお図1に示す撮像手段10と投光手段20を利用することで得られる「距離画像」とは、ワークWを撮像する撮像手段10から、ワークWまでの距離に応じて各画素の濃淡値が変化する画像をいう。換言すれば、撮像手段10からワークWまでの距離に基づいて濃淡値が決定される画像ともいえるし、ワークWまでの距離に応じた濃淡値を有する多値画像ともいえるし、或いはワークWの高さに応じた濃淡値を有する多値画像ともいえる。さらに、輝度画像の画素ごとに、撮像手段10からの距離を濃淡値に変換した多値画像ともいえる。 The “distance image” obtained by using the image pickup means 10 and the light projection means 20 shown in FIG. 1 corresponds to the gray value of each pixel according to the distance from the image pickup means 10 for picking up the workpiece W to the workpiece W Refers to an image that changes. In other words, it can be said that it is an image whose gray level is determined based on the distance from the imaging means 10 to the work W, it can also be said as a multi-valued image having gray levels corresponding to the distance to the work W It can be said that the image is a multi-valued image having gray values according to the height. Furthermore, it can also be said that it is a multi-valued image in which the distance from the imaging unit 10 is converted to a gray value for each pixel of the luminance image.
距離画像を生成する手法としては、大きく分けて2つの方式があり、一つは、通常の画像を得るための照明条件で撮像した画像を用いて距離画像を生成するパッシブ方式(受動計測方式)、もう一つは、高さ方向の計測をするための光を能動的に照射して距離画像を生成するアクティブ方式(能動計測方式)である。パッシブ方式の代表的な手法は、ステレオ計測法である。これは、撮像手段10を2台用意し、これら2台のカメラを所定の位置関係で配置するだけで距離画像を生成できることから、輝度画像を生成するための一般的な画像処理システムを利用して距離画像を生成でき、システム構築コストを抑制することができる。しかし、ステレオ計測法では、一方のカメラによって得られる画像中の一点が、他方のカメラによって得られる画像中のどの点に対応しているのかを決定しなければならず、いわゆる対応点の決定処理に時間が掛かるという問題がある。また、計測位置は対応点のみであり、全画素ではないことから、この点においても外観検査の高速化には向かない。 There are two major methods for generating a distance image, and one is a passive method (passive measurement method) that generates a distance image using an image captured under illumination conditions for obtaining a normal image. The other is an active method (active measurement method) in which a distance image is generated by actively emitting light for measurement in the height direction. A representative method of the passive method is stereo measurement. This is because a distance image can be generated only by preparing two imaging units 10 and arranging these two cameras in a predetermined positional relationship, so a general image processing system for generating a luminance image is used. The distance image can be generated and the system construction cost can be suppressed. However, in stereo measurement, it is necessary to determine which point in the image obtained by one camera corresponds to which point in the image obtained by the other camera, so-called decision processing of corresponding points Has the problem of taking time. In addition, since the measurement position is only the corresponding point and not all the pixels, this point is not suitable for speeding up the appearance inspection.
一方で、アクティブ方式の代表的な手法は、光切断法とパターン投影法である。光切断法とは、表面の形状や粗さ等を光学的に測定する方法であり、検査対象物の面に対し、約45°の角度で細いスリット像を投影し、その像を正反射方向から観察する方法や、細いスリット状の光線束で検査対象物を切断するように照射し、表面に生じる切断線の形状を側方から観測する方法が知られている。また、光切断法では一ライン分のプロファイル(切断面)のみが得られるが、光切断を行う位置を連続的に変化させて、各位置で得られたプロファイルを合成することで、距離画像を構成することもできる。 On the other hand, representative techniques of the active method are light cutting and pattern projection. The light cutting method is a method of optically measuring the shape, roughness, etc. of the surface, and a thin slit image is projected at an angle of about 45 ° to the surface of the inspection object, and the image is reflected in the specular reflection direction There is known a method of observing from the side or a method of irradiating a test object with a thin slit-like light bundle so as to cut it and observing the shape of a cutting line generated on the surface from the side. Moreover, although the profile (cut surface) of only one line can be obtained by the light cutting method, the distance image can be obtained by continuously changing the position where the light cutting is performed and combining the profiles obtained at each position. It can also be configured.
ここでの光切断法は、上述したステレオ計測法において、一方のカメラを光投影器に置き換えて、ワークに対してライン状のレーザ光を投光し、物体表面の形状に応じたライン光の像の歪み具合からワークの三次元形状を復元する。光切断法は、対応点の決定が不要であるので安定した計測が可能である。しかし、1回の計測で1ライン分しか計測できないため、全画素の計測値を得ようとすると、対象物又はカメラを走査しなければならない。これに対し、パターン投影法は、ワークに投影された所定パターンの形状や位相等をずらして複数枚の画像を撮像し、撮像した複数枚の画像を解析することでワークの三次元形状を復元するものである。パターン投影法には幾つか種類があり、正弦波縞模様パターンの位相をずらして複数枚(最低3枚以上)の画像を撮像し、複数枚の画像から画素ごとに正弦波の位相を求め、求めた位相を利用してワーク表面上の三次元座標を求める位相シフト法や、2つの規則的なパターンが合成されるときに生じる一種の空間周波数のうねり現象を利用して三次元形状を復元するモアレポトグラフィ法、ワークに投影するパターン自体を撮影毎に異ならせ、例えば白黒デューティ比50%で縞幅が画面半分、4分の1、8分の1、、、と細くなっていく縞パターンを順次投影し、それぞれのパターンにてパターン投影画像の撮影を行い、ワークの高さの絶対位相を求める空間コード化法、ワークに複数の細線状のパターン照明(マルチスリット)を投影し、スリット周期より狭いピッチでパターンを移動させ、複数回撮影を行うマルチスリット法等が代表的である。 Here, in the above-described stereo measurement method, one of the cameras is replaced with a light projector, and a line-like laser beam is projected to the work, and the line light corresponding to the shape of the object surface is The three-dimensional shape of the work is restored from the degree of distortion of the image. The photo-cleavage method enables stable measurement because determination of corresponding points is unnecessary. However, since only one line can be measured in one measurement, it is necessary to scan an object or a camera to obtain measurement values of all pixels. On the other hand, in the pattern projection method, the three-dimensional shape of the workpiece is restored by imaging a plurality of images while shifting the shape, phase or the like of the predetermined pattern projected onto the workpiece and analyzing the plurality of images captured It is There are several types of pattern projection methods. A plurality of (at least three) images are captured by shifting the phase of the sinusoidal stripe pattern, and the phase of the sine wave is determined for each pixel from the plurality of images. A three-dimensional shape is restored using a phase shift method that finds three-dimensional coordinates on the workpiece surface using the determined phase, or a kind of spatial frequency undulation that occurs when two regular patterns are combined. Moiré topography method, the pattern itself to be projected on the work is made different for every photography, for example, the stripe width becomes narrow with screen half, 1/4, 1/8, etc., with black and white duty ratio 50% A space coding method in which a pattern is sequentially projected, a pattern projection image is photographed in each pattern, and an absolute phase of the height of the workpiece is obtained, and a plurality of thin line pattern illuminations (multislits) are projected on the workpiece Moving the pattern with a narrow pitch than the slit cycle, multi-slit method of performing a plurality of times imaging is typical.
本実施形態に係る三次元画像処理装置100では、上述した位相シフト法と空間コード化法を組み合わせて距離画像を生成する。これにより、ワーク又はヘッドを相対的に動かすことなく、距離画像を生成することができる。本発明は、位相シフト法及び空間コード化法によって距離画像を生成することに限られず、他の方法によって距離画像を生成しても構わない。また、上述した方法以外の方法、例えば光レーダ法(タイムオブフライト)、合焦点法、共焦点法、白色光干渉法等、距離画像を生成するために考え得る如何なる手法を採用しても構わない。 The three-dimensional image processing apparatus 100 according to the present embodiment generates a distance image by combining the above-described phase shift method and space coding method. Thereby, the distance image can be generated without relatively moving the work or the head. The present invention is not limited to the generation of the distance image by the phase shift method and the space coding method, and the distance image may be generated by other methods. Also, any method other than the above-described method may be adopted, for example, optical radar method (time-of-flight), in-focus method, confocal method, white light interferometry, etc., to generate a distance image. Absent.
なお図1に示す撮像手段10と投光手段20の配置レイアウトは、ワークWに対して斜め方向から投光し、ワークWからの反射光をほぼ垂直な方向で受光できるよう、投光手段20を斜めに、撮像手段10を鉛直姿勢に保持するように配置している。このように投光方向と撮像方向とを一致させず、傾斜させることで、ワークWの表面形状の凹凸に起因する陰影を捉えたパターン投影画像を撮像できる。
(実施の形態2)
The arrangement layout of the imaging means 10 and the light emitting means 20 shown in FIG. 1 is such that the light emitting means 20 can project light from an oblique direction to the work W and receive reflected light from the work W in a substantially perpendicular direction. Of the image pickup means 10 in the vertical posture. As described above, it is possible to capture a pattern projection image capturing a shadow resulting from the unevenness of the surface shape of the workpiece W by inclining the light projection direction and the imaging direction without matching them.
Second Embodiment
ただ本発明は、この配置例に限定されるものでなく、例えば図3に示す実施の形態2に係る三次元画像処理装置200のように、撮像手段10側をワークWに対して傾斜姿勢に、投光手段20側を鉛直姿勢に保持する配置例としてもよい。このような配置のヘッド部1Bによっても、同様に投光方向と撮像方向とを傾斜させて、ワークWの陰影を捉えたパターン投影画像を撮像できる。
(実施の形態3)
However, the present invention is not limited to this arrangement example. For example, as in the three-dimensional image processing apparatus 200 according to the second embodiment shown in FIG. Alternatively, the projection unit 20 may be arranged in the vertical posture. Also by the head unit 1B of such arrangement, it is possible to pick up a pattern projection image in which the shadow of the work W is captured by similarly tilting the light projection direction and the imaging direction.
Third Embodiment
さらに、投光手段や撮像手段の一方又は両方を複数配置することもできる。例えば、実施の形態3として図4Aに示す三次元画像処理装置300のように、撮像手段10をワークWに対して鉛直姿勢に保持する一方、撮像手段10を中心に2つの投光手段20を両側に配置して、左右からそれぞれ投光するヘッド部1Cとして構成することもできる。このように投光の方向が異なるパターン投影画像をそれぞれ撮像することで、一方向からの投光ではワークW自体で陰影パターンが隠れてしまう等、パターン投影画像を部分的に撮像できない状態が生じて高さ計測が不正確又は不可能となる事態を低減できる。特に、ワークに対して相対する方向(例えば左右や前後)から投光するように投光手段20を配置すれば、ワーク自体で遮られて撮像できない可能性を大幅に低減できる。
(実施の形態4)
Furthermore, one or both of the light emitting means and the imaging means can be arranged in plural. For example, as in the three-dimensional image processing apparatus 300 shown in FIG. 4A as the third embodiment, while holding the imaging unit 10 in a vertical posture with respect to the work W, two light projection units 20 centering on the imaging unit 10 It can also be arranged on both sides and configured as a head unit 1C that emits light from the left and right respectively. As described above, by imaging the pattern projection images different in the direction of light projection, there is a state where the pattern projection image can not be partially imaged, such as the shadow pattern is hidden by the work W itself when light projection from one direction It is possible to reduce the situation where height measurement becomes inaccurate or impossible. In particular, by disposing the light projection means 20 so as to emit light from a direction (for example, left and right or front and back) facing the workpiece, the possibility of being blocked by the workpiece itself and being unable to image can be significantly reduced.
Embodiment 4
また、以上の例では撮像手段を一台、投光手段を二台とする構成について説明したが、逆に撮像手段を二台、投光手段を一台とする構成とすることもできる。このような例を実施の形態4に係る三次元画像処理装置400として図4Bに示す。この例に示すヘッド部1Dでは、投光手段20をワークWに対して鉛直姿勢に保持し、図においてその左右に撮像手段10をそれぞれ、ワークWに対して傾斜姿勢に配置させている。この構成でも、ワークWを異なる傾斜角度から撮像できるので、実施の形態3と同様にパターン投影画像が部分的に撮像困難となる事態を抑制できる。またこの方法であれば、一回の投光で2枚のパターン投影画像を同時に撮像できるため、処理時間を短縮化できる利点も得られる。 Further, in the above example, the configuration in which one imaging unit is one and two projection units is described, but conversely, two imaging units and one projection unit may be used. Such an example is shown in FIG. 4B as a three-dimensional image processing apparatus 400 according to the fourth embodiment. In the head portion 1D shown in this example, the light projecting means 20 is held in a vertical posture with respect to the work W, and the imaging means 10 is disposed in an inclined posture with respect to the work W on the left and right in the figure. Even in this configuration, since the workpiece W can be imaged from different inclination angles, it is possible to suppress a situation in which the pattern projection image is partially difficult to be imaged similarly to the third embodiment. Further, according to this method, it is possible to simultaneously capture two pattern projection images by one light projection, so that an advantage that processing time can be shortened can be obtained.
その反面、2つの撮像手段で異なる角度から同じワークを撮像しても、撮像している部位や視野等が異なるため、各画素の位置を一致させる作業が必要となり、誤差も発生する可能性がある。これに対し、上述した実施の形態3によれば、撮像手段を共通化したことで、いずれの投光手段から測定光を投光しても、同一の視野の画像を撮像できるため、このような統合作業を不要とでき、また統合作業に伴う誤差の発生も回避して、処理を簡素化できる利点が得られる。 On the other hand, even if the same work is imaged from different angles by two imaging means, since the site being imaged, the field of view, etc. are different, it is necessary to match the position of each pixel, which may cause errors. is there. On the other hand, according to the third embodiment described above, by making the imaging means common, images of the same field of view can be taken regardless of which of the light emitting means emits the measurement light. It is possible to eliminate the need for various integration tasks, and to avoid the occurrence of errors associated with integration tasks, thus providing the advantage of simplifying processing.
なお以上の例では、各ヘッド部において撮像手段10と投光手段20とを一体的に構成した例を説明したが、本発明はこの構成に限られない。例えば、撮像手段10と投光手段20とを別個の部材で構成したヘッド部とすること可能である。また、撮像手段や投光手段を3以上設けることも可能である。
(ブロック図)
In the above example, the example in which the imaging unit 10 and the light projection unit 20 are integrally configured in each head unit has been described, but the present invention is not limited to this configuration. For example, the imaging unit 10 and the light projection unit 20 can be a head unit configured by separate members. Moreover, it is also possible to provide three or more imaging means and light projection means.
(Block Diagram)
次に、本発明の実施の形態3に係る三次元画像処理装置300の構成を示すブロック図を図5に示す。三次元画像処理装置300は、図5に示すように、ヘッド部1と、コントローラ部2とを備える。
(ヘッド部1)
Next, FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional image processing apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 5, the three-dimensional image processing apparatus 300 includes a head unit 1 and a controller unit 2.
(Head part 1)
このヘッド部1は、投光手段20と、撮像手段10と、ヘッド側制御部30と、ヘッド側演算部31と、記憶手段38と、ヘッド側通信手段36等を備えている。投光手段20は、測定光源21、パターン生成部22及び複数のレンズ23、24、25を含む。撮像手段10は、図示しないがカメラ及び複数のレンズを含む。
(投光手段20)
The head unit 1 includes a light projecting unit 20, an imaging unit 10, a head side control unit 30, a head side operation unit 31, a storage unit 38, a head side communication unit 36, and the like. The light projector 20 includes a measurement light source 21, a pattern generator 22, and a plurality of lenses 23, 24, 25. The imaging means 10 includes a camera and a plurality of lenses (not shown).
(Lighting means 20)
投光手段20は、撮像手段の光軸に対して斜め方向から入射光を所定の投影パターンの構造化照明として投光するための部材である。この投光手段20には、プロジェクタが利用でき、光学部材であるレンズやパターン生成部22等が含まれる。投光手段20は、静止若しくは移動するワークの位置の斜め上方に配置される。なおヘッド部1は、複数の投光手段20を含むこともできる。図5の例においては、ヘッド部1は2つの投光手段20を含む。ここでは、第一の方向からワークに対して測定用照明光を照射可能な第一プロジェクタ20A(図5において右側)と、第一の方向とは異なる第二の方向からワークに対して測定用照明光を照射可能な第二プロジェクタ20B(図5において左側)を、それぞれ配置している。第一プロジェクタ20A、第二プロジェクタ20Bは撮像手段10の光軸を挟んで対称に配置される。第一プロジェクタ20A、第二プロジェクタ20Bからワークに対し、交互に測定光を投光して、それぞれの反射光のパターンを撮像手段10で撮像する。 The light projection means 20 is a member for projecting incident light as structured illumination of a predetermined projection pattern from an oblique direction with respect to the optical axis of the imaging means. The projector 20 can be used as the light projector 20, and includes a lens as an optical member, a pattern generator 22 and the like. The light projecting means 20 is disposed obliquely above the position of the stationary or moving workpiece. The head unit 1 can also include a plurality of light projecting means 20. In the example of FIG. 5, the head unit 1 includes two light projecting means 20. Here, the first projector 20A (right side in FIG. 5) capable of emitting measurement illumination light to the work from the first direction and the measurement for the work from the second direction different from the first direction The second projectors 20B (left side in FIG. 5) capable of emitting illumination light are respectively disposed. The first projector 20A and the second projector 20B are disposed symmetrically with respect to the optical axis of the imaging unit 10. The measurement light is alternately projected to the work from the first projector 20A and the second projector 20B, and the pattern of each reflected light is imaged by the imaging unit 10.
各第一プロジェクタ20A、第二プロジェクタ20Bの測定光源21は、例えば白色光を出射するハロゲンランプや白色光を出射する白色LED(発光ダイオード)等が利用できる。測定光源21から出射された測定光は、レンズにより適切に集光された後、パターン生成部22に入射する。 For example, a halogen lamp that emits white light or a white LED (light emitting diode) that emits white light can be used as the measurement light source 21 of each of the first projector 20A and the second projector 20B. The measurement light emitted from the measurement light source 21 is appropriately condensed by a lens, and then enters the pattern generation unit 22.
さらに、距離画像を生成するためのパターン投影画像を取得する測定光を出射するための投光手段に加え、通常の光学画像(輝度画像)を撮像するための観察用照明光源を設けることもできる。観察用照明光源には、LEDの他、半導体レーザ(LD)やハロゲンライト、HID等を利用できる。特に撮像素子としてカラーで撮像可能な素子を用いた場合は、観察用照明光源に白色光源を利用できる。 Furthermore, in addition to the light projecting means for emitting measurement light for acquiring a pattern projection image for generating a distance image, an observation illumination light source for capturing a normal optical image (luminance image) can be provided. . As the observation illumination light source, in addition to the LED, a semiconductor laser (LD), a halogen light, an HID or the like can be used. In particular, when an element capable of imaging in color is used as the imaging element, a white light source can be used as the observation illumination light source.
測定光源21から出射された測定光は、レンズ113により適切に集光された後、パターン生成部112に入射する。パターン生成部22は、任意のパターンの照明を実現できる。例えば、白字に黒字、黒字に白字等、ワークや背景の色に応じてパターンを反転させ、見易い、あるいは測定し易い適切なパターンを表現できる。このようなパターン生成部22は、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)が利用できる。DMDは、画素毎に微小なミラーをON/OFFさせて任意のパターンを表現できる。これにより、白と黒を反転させたパターンを容易に照射できる。パターン生成部22にDMDを用いることで、任意のパターンを容易に生成でき、機械的なパターンマスクの準備やその入れ替え作業を不要とできるので、装置の小型化と迅速な計測ができる利点がある。また、DMDを用いたパターン生成部112は、すべての画素をONとする全照明パターンの照射によって、通常の照明と同様に利用できるので、輝度画像の撮像にも利用できる。またパターン生成部22は、LCD(液晶ディスプレイ)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)又はマスクとすることもできる。パターン生成部22に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度(明るさ)に変換されて出射される。パターン生成部22により出射された測定光は、複数のレンズにより撮像手段10の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、ワークに照射される。
(撮像手段10)
The measurement light emitted from the measurement light source 21 is appropriately condensed by the lens 113, and then enters the pattern generation unit 112. The pattern generation unit 22 can realize illumination of an arbitrary pattern. For example, the pattern can be inverted according to the color of the work or background, such as white for black, black for white, etc., so that an appropriate pattern that is easy to view or measure can be expressed. For example, a DMD (digital micro mirror device) can be used as such a pattern generation unit 22. The DMD can turn on / off a minute mirror for each pixel to express an arbitrary pattern. Thereby, it is possible to easily irradiate a pattern in which white and black are inverted. By using a DMD for the pattern generation unit 22, an arbitrary pattern can be easily generated, and the preparation of a mechanical pattern mask and the replacement operation thereof can be omitted, so that there is an advantage that the apparatus can be miniaturized and quick measurement can be performed. . In addition, since the pattern generation unit 112 using the DMD can be used in the same manner as normal illumination by irradiation of a full illumination pattern in which all pixels are turned ON, it can also be used for capturing a luminance image. The pattern generation unit 22 can also be an LCD (liquid crystal display), LCOS (Liquid Crystal on Silicon: reflective liquid crystal element) or a mask. The measurement light incident on the pattern generation unit 22 is converted into a preset pattern and a preset intensity (brightness) and emitted. The measurement light emitted by the pattern generation unit 22 is converted by the plurality of lenses into light having a diameter larger than the field of view that can be observed and measured by the imaging unit 10, and then the work is irradiated.
(Imaging means 10)
撮像手段10は、投光手段20で投光され、ワークWKで反射された反射光を取得して複数のパターン投影画像を撮像するためのカメラを備える。このようなカメラには、CCDやCMOS等が利用できる。この例では高解像度の得られるモノクロCCDカメラを利用している。なお、カラーで撮像可能なカメラを使用することも可能であることはいうまでも無い。また撮像手段は、パターン投影画像以外に、通常の輝度画像を撮像することも可能である。 The imaging unit 10 includes a camera for acquiring reflected light which is projected by the light projecting unit 20 and reflected by the work WK and captures a plurality of pattern projection images. For such a camera, a CCD, a CMOS or the like can be used. In this example, a monochrome CCD camera capable of obtaining high resolution is used. It goes without saying that it is also possible to use a camera capable of color imaging. In addition to the pattern projection image, the imaging unit can also capture a normal luminance image.
ヘッド側制御部30は、撮像手段10及び投光手段20である第一プロジェクタ20A、第二プロジェクタ20Bを制御するための部材である。例えば、投光手段20がワークに対して測定光を投光してパターン投影画像を得るための投光パターンの作成を、ヘッド部側制御部30で行う。これによって撮像手段10で、投光手段20から位相シフト用の投影パターンを投影させて位相シフト画像を撮像させ、また投光手段20から空間コード化用の投影パターンを投影させて空間コード画像を撮像させる。このようにヘッド側制御部30は、撮像手段10で位相シフト画像と空間コード画像を撮像するよう、投光手段を制御するための投光制御手段として機能する。 The head-side control unit 30 is a member for controlling the first projector 20A and the second projector 20B, which are the imaging unit 10 and the light projecting unit 20. For example, the head unit side control unit 30 creates a light projection pattern for the projection unit 20 to project measurement light onto the workpiece to obtain a pattern projection image. As a result, a projection pattern for phase shift is projected from the light projection means 20 by the imaging means 10 to pick up a phase shift image, and a projection pattern for space coding is projected from the light projection means 20 to obtain a space code image. Take an image. As described above, the head side control unit 30 functions as a light projection control unit for controlling the light projection unit so that the imaging unit 10 picks up the phase shift image and the space code image.
ヘッド側演算部31は、フィルタ処理部34と距離画像生成手段32を含む。距離画像生成手段32は、撮像手段10で撮像された複数のパターン投影画像に基づいて、距離画像を生成する。 The head side operation unit 31 includes a filter processing unit 34 and a distance image generation unit 32. The distance image generation unit 32 generates a distance image based on the plurality of pattern projection images captured by the imaging unit 10.
ヘッド側記憶手段38は、各種設定や画像等を保持するための部材であり、半導体メモリやハードディスク等の記憶素子が利用できる。例えば、撮像手段10で撮像されたパターン投影画像を保持するための輝度画像記憶部38b、及び距離画像生成手段32で生成された距離画像を保持するための距離画像記憶部38aを含む。 The head-side storage unit 38 is a member for holding various settings, images, and the like, and can use storage elements such as a semiconductor memory and a hard disk. For example, it includes a luminance image storage unit 38 b for holding a pattern projection image captured by the imaging unit 10 and a distance image storage unit 38 a for holding a distance image generated by the distance image generation unit 32.
ヘッド側通信手段36は、コントローラ部2と通信を行うための部材である。ここではコントローラ部2のコントローラ側通信手段42と接続されて、データ通信を行う。例えば、距離画像生成手段32で生成された距離画像を、コントローラ部2に対して送出する。
(距離画像生成手段32)
The head side communication means 36 is a member for communicating with the controller unit 2. Here, the controller side communication means 42 of the controller unit 2 is connected to perform data communication. For example, the distance image generated by the distance image generation unit 32 is sent to the controller unit 2.
(Distance image generating means 32)
距離画像生成手段32は、ワークWKを撮像する撮像手段10からワークWKまでの距離に応じて各画素の濃淡値が変化する距離画像を生成する手段である。例えば、位相シフト法で距離画像を生成する場合は、ワークに対して正弦波縞模様パターンを位相ずらして投影するように、ヘッド側制御部30が投光手段20を制御し、それに応じて正弦波縞模様パターンの位相がずれた画像を複数枚撮像するように、ヘッド側制御部30が撮像手段10を制御する。そしてヘッド側制御部30は、複数枚の画像から画素毎に正弦波の位相を求め、求めた位相を利用して距離画像を生成する。 The distance image generation unit 32 is a unit that generates a distance image in which the gray value of each pixel changes in accordance with the distance from the imaging unit 10 that images the workpiece WK to the workpiece WK. For example, in the case of generating a distance image by the phase shift method, the head side control unit 30 controls the light projecting means 20 so that the sinusoidal stripe pattern is projected on the workpiece with phase shift, The head-side control unit 30 controls the imaging unit 10 so as to capture a plurality of images in which the phase of the wave stripe pattern pattern is shifted. And the head side control part 30 calculates | requires the phase of a sine wave for every pixel from several sheets of image, and produces | generates a distance image using the calculated | required phase.
また空間コード化法を用いて距離画像を生成する場合は、光が照射される空間を、多数の断面略扇状の小空間に分け、この小空間には一連の空間コード番号を付す。このため、ワークの高さが高くても、言い換えると高低差が大きくても、光が照射される空間内にあれば、空間コード番号から高さが演算できる。したがって、高さの高いワークについても全体にわたって形状を計測できる。 When a space image method is used to generate a distance image, the space irradiated with light is divided into a large number of fan-shaped small spaces of a large number of cross sections, and a series of space code numbers are given to the small spaces. For this reason, even if the height of the work is high, in other words, even if the height difference is large, the height can be calculated from the space code number as long as it is in the space where the light is irradiated. Therefore, the shape can be measured over the entire height of the workpiece.
このようにしてヘッド部側で距離画像を生成し、コントローラ部側に送出することで、ヘッド部からコントローラ部側に送出すべきデータ量を低減でき、大量のデータ転送によって生じ得る処理の遅れを回避できる。 By thus generating a distance image on the head unit side and sending it to the controller unit side, the amount of data to be sent from the head unit to the controller unit side can be reduced, and processing delays that may occur due to a large amount of data transfer It can be avoided.
なお、本実施形態ではヘッド部1側で距離画像の生成処理を行うようにしているが、例えばコントローラ部2側で距離画像の生成処理を担うこともできる。また、距離画像から低階調距離画像への階調変換は、コントローラ部で行う他、ヘッド部側で行わせることもできる。この場合は、ヘッド側演算部31が階調変換手段の機能を実現する。
(コントローラ部2)
In the present embodiment, the generation process of the distance image is performed on the head unit 1 side, but for example, the generation process of the distance image may be performed on the controller unit 2 side. Further, gradation conversion from the distance image to the low gradation distance image may be performed by the head unit side in addition to the controller unit. In this case, the head side operation unit 31 implements the function of the gradation conversion unit.
(Controller part 2)
またコントローラ部2は、コントローラ側通信手段42と、コントローラ側制御部と、コントローラ側演算部と、コントローラ側記憶手段と、検査実行手段50と、コントローラ側設定手段41とを備えている。コントローラ側通信手段42は、ヘッド部1のヘッド側通信手段36と接続されてデータ通信を行う。コントローラ側制御部は、各部材の制御を行うための部材である。コントローラ側演算部は、画像処理部60の機能を実現する。画像処理部60は、画像サーチ手段64や階調変換手段46等の機能を実現する。
(階調変換手段)
The controller unit 2 further includes a controller communication unit 42, a controller control unit, a controller operation unit, a controller storage unit, a test execution unit 50, and a controller setting unit 41. The controller side communication unit 42 is connected to the head side communication unit 36 of the head unit 1 to perform data communication. The controller-side control unit is a member for controlling each member. The controller side operation unit realizes the function of the image processing unit 60. The image processing unit 60 implements the functions of the image search unit 64, the gradation conversion unit 46, and the like.
(Gradation conversion means)
階調変換手段46は、距離画像に基づいて、高階調の距離画像を、低階調の低階調距離画像に階調変換する(詳細な手順については後述する)。これによって、ヘッド部で生成された高さ情報を有する距離画像を、既存の設備でも扱える二次元の濃淡画像として表現することで、計測処理や検査処理に資することができる。また、距離画像の生成処理と、階調変換処理とを、ヘッド部とコントローラ部とで分担して、負荷を分散できる利点も得られる。なお、ヘッド部側で距離画像の生成に加え、低階調距離画像の生成も行わせてもよい。このような処理はヘッド側演算部で行うことができる。これによって、コントローラ部側の負荷を一層軽減して、効率のよい運用が可能となる。 The tone conversion means 46 tone converts the high tone distance image into a low tone low tone distance image based on the distance image (detailed procedures will be described later). In this way, the distance image having the height information generated by the head unit can be represented as a two-dimensional gray-scale image that can be handled by existing equipment, which can contribute to measurement processing and inspection processing. In addition, there is also an advantage that the load can be distributed by sharing the distance image generation processing and the gradation conversion processing between the head unit and the controller unit. In addition to the generation of the distance image on the side of the head unit, the generation of a low gradation distance image may also be performed. Such processing can be performed by the head side operation unit. As a result, the load on the controller unit side can be further reduced to enable efficient operation.
さらに階調変換手段は、距離画像のすべてを階調変換するのでなく、好ましくは、必要な部分のみを選択して、階調変換する。具体的には、予め検査対象領域設定手段(詳細は後述)で設定された検査対象領域と対応する部分のみを階調変換する。このようにすることで、多階調の距離画像を低階調の距離画像に変換する処理を、検査対象領域のみに限ることで階調変換に要する負荷を軽減できる。またこのことは処理時間の短縮化にも寄与する。すなわち、処理時間の短縮化を図ることで、FA用途の検査のような処理時間の限られた用途においても好適に利用でき、リアルタイム処理が実現される。 Furthermore, the tone conversion means does not perform tone conversion on the entire distance image, but preferably selects only necessary portions to perform tone conversion. Specifically, only the portion corresponding to the inspection target area set in advance by the inspection target area setting unit (details will be described later) is subjected to gradation conversion. By doing this, the processing required to convert a multi-gradation distance image into a low-gradation distance image can be limited to the inspection target area only, so that the load required for gradation conversion can be reduced. This also contributes to the shortening of the processing time. That is, by shortening the processing time, it can be suitably used even in an application with a limited processing time such as inspection of FA application, and real time processing is realized.
コントローラ側記憶手段は、各種設定や画像を保持するための部材であり、半導体記憶素子やハードディスク等が利用できる。 The controller-side storage unit is a member for holding various settings and images, and a semiconductor storage element, a hard disk or the like can be used.
コントローラ側設定手段41は、コントローラ部に対する各種設定を行うための部材であり、コントローラ部に接続されたコンソール等の入力手段3を介してユーザからの操作を受け付け、必要な条件等をコントローラ側に指示する。例えば、階調変換条件設定手段43や基準面設定手段44、空間コード化切替手段45、間隔均等化処理設定手段47、投光切替手段48、シャッタースピード設定手段49等の機能を実現する。 The controller-side setting unit 41 is a member for performing various settings for the controller unit, receives an operation from the user via the input unit 3 such as a console connected to the controller unit, and sends necessary conditions to the controller side. To direct. For example, the functions of the gradation conversion condition setting unit 43, the reference surface setting unit 44, the space coding switching unit 45, the interval equalizing processing setting unit 47, the light projection switching unit 48, the shutter speed setting unit 49, etc. are realized.
基準面設定手段44は、コントローラ側通信手段42で受信された距離画像を、二次元の低階調距離画像に変換する階調変換を行う際の階調変換条件を構成する階調変換パラメータとして、この階調変換を行う基準面を、該距離画像に基づいて設定する。階調変換手段46は、基準面設定手段44で設定された基準面を基準として、距離画像を、この距離画像の階調数よりも低い階調数の、高さ情報を画像の濃淡値に置き換えた低階調距離画像に階調変換する。 The reference plane setting means 44 is used as a tone conversion parameter constituting a tone conversion condition when performing tone conversion to convert the distance image received by the controller side communication means 42 into a two-dimensional low tone distance image. A reference plane to perform this gradation conversion is set based on the distance image. Based on the reference plane set by the reference plane setting means 44, the gradation conversion means 46 converts the distance image into height information of the number of gradations lower than the number of gradations of this distance image as the gray value of the image. The gradation conversion is performed to the replaced low gradation distance image.
検査実行手段50は、階調変換手段46で階調変換された低階調距離画像に対して、所定の検査処理を実行する。
(ハードウェア構成)
The inspection execution unit 50 performs predetermined inspection processing on the low gradation distance image subjected to gradation conversion by the gradation conversion unit 46.
(Hardware configuration)
次にコントローラ部2のハードウェア構成例を、図6のブロック図に示す。この図に示すコントローラ部2は、各種プログラムに基づき数値計算や情報処理を行うと共に、ハードウェア各部の制御を行う主制御部51を有している。主制御部51は、例えば、中央演算処理装置としてのCPUと、主制御部51が各種プログラムを実行する際のワークエリアとして機能するRAM等のワークメモリと、起動プログラムや初期化プログラム等が格納されたROM,フラッシュROM,又はEEPROM等のプログラムメモリとを有している。 Next, a hardware configuration example of the controller unit 2 is shown in a block diagram of FIG. The controller unit 2 shown in this figure has a main control unit 51 that performs numerical calculation and information processing based on various programs and controls each component of hardware. The main control unit 51 stores, for example, a CPU as a central processing unit, a work memory such as a RAM that functions as a work area when the main control unit 51 executes various programs, and a start program, an initialization program, etc. And a program memory such as a flash ROM or an EEPROM.
またコントローラ部2は、撮像手段10や投光手段20等を含むヘッド部1と接続して、ワークに対して正弦波縞模様パターンを、位相をずらして投影するよう投光手段20を制御し、撮像手段10での撮像により得られた画像データを取り込むためのコントローラ側接続部52と、入力手段3からの操作信号が入力される操作入力部53と、液晶パネル等の表示手段4に対して画像を表示させる表示用DSP等から構成される表示制御部54と、外部のPLC70やパーソナルコンピュータPC等と通信可能に接続される通信部55と、一時的なデータを保持するRAM56と、設定内容を保存するコントローラ側記憶手段57と、パーソナルコンピュータPCにインストールされた三次元画像処理プログラムで設定されたデータを保持するための補助記憶手段58と、エッジ検出や面積計算等の計測処理を実行する演算用DSP等から構成される画像処理部60と、画像処理部60での処理結果等に基づいて所定の検査を行った結果を出力するための出力部59等を備えている。これらの各ハードウェアは、バス等の電気的な通信路(配線)を介し、通信可能に接続されている。 In addition, the controller unit 2 is connected to the head unit 1 including the imaging unit 10, the light projection unit 20, etc., and controls the light projection unit 20 to project the sine wave stripe pattern on the workpiece with a phase shift. A controller-side connection unit 52 for capturing image data obtained by imaging with the imaging unit 10, an operation input unit 53 to which an operation signal from the input unit 3 is input, and a display unit 4 such as a liquid crystal panel And a communication control unit 55 communicably connected to an external PLC 70 or a personal computer PC, etc., a RAM 56 for holding temporary data, and settings Controller-side storage means 57 for storing contents and data set by a three-dimensional image processing program installed in the personal computer PC are held. Image processing unit 60 including an auxiliary storage means 58 for calculation, an arithmetic DSP for executing measurement processing such as edge detection and area calculation, and a predetermined inspection based on the processing result in the image processing unit 60 etc. An output unit 59 or the like for outputting the result of the operation is provided. These pieces of hardware are communicably connected via an electrical communication path (wiring) such as a bus.
主制御部51内のプログラムメモリには、コントローラ側接続部52、操作入力部53、表示制御部54、通信部55、及び画像処理部60の各部を、CPUのコマンド等により制御するための制御プログラムが格納されている。また、上述した処理順序プログラム、すなわちパーソナルコンピュータPCにおいて生成され、パーソナルコンピュータPCから転送された処理順序プログラムは、プログラムメモリに格納される。 In the program memory in the main control unit 51, control for controlling each unit of the controller side connection unit 52, the operation input unit 53, the display control unit 54, the communication unit 55, and the image processing unit 60 by a command of the CPU or the like The program is stored. Further, the above-described processing order program, that is, the processing order program generated by the personal computer PC and transferred from the personal computer PC is stored in the program memory.
通信部55は、外部のPLC70に接続されたセンサ(光電センサ等)でトリガ入力があったときに、PLC70から撮像トリガ信号を受信するインターフェース(I/F)として機能する。また、パーソナルコンピュータPCから転送されてくる三次元画像処理プログラムや表示手段4の表示態様を規定するレイアウト情報等を受信するインターフェース(I/F)としても機能する。 The communication unit 55 functions as an interface (I / F) that receives an imaging trigger signal from the PLC 70 when there is a trigger input by a sensor (such as a photoelectric sensor) connected to the external PLC 70. It also functions as an interface (I / F) that receives the three-dimensional image processing program transferred from the personal computer PC, layout information that defines the display mode of the display unit 4, and the like.
主制御部51のCPUは、通信部55を介してPLC70から撮像トリガ信号を受信すると、コントローラ側接続部52に対して撮像指令(コマンド)を送る。また、処理順序プログラムに基づいて、画像処理部60に対して、実行すべき画像処理を指示するコマンドを送信する。なお、撮像トリガ信号を生成する装置として、PLC70ではなく、光電センサ等のトリガ入力用のセンサを、通信部55に直接接続するように構成してもよい。 When the CPU of the main control unit 51 receives an imaging trigger signal from the PLC 70 via the communication unit 55, the CPU transmits an imaging command (command) to the controller side connection unit 52. Further, based on the processing order program, a command instructing image processing to be executed is transmitted to the image processing unit 60. As a device for generating an imaging trigger signal, not the PLC 70 but a sensor for trigger input such as a photoelectric sensor may be directly connected to the communication unit 55.
操作入力部53は、ユーザの操作に基づき入力手段3からの操作信号を受信するインターフェース(I/F)として機能する。表示手段4には、入力手段3を用いたユーザの操作内容が表示される。例えば入力手段3にコンソールを用いる場合は、表示手段4上に表示されるカーソルを上下左右に移動させる十字キー、決定ボタン、又はキャンセルボタン等の各部品を配置できる。これらの各部品を操作することによって、ユーザは表示手段4上で、画像処理の処理順序を規定するフローチャートを作成したり、各画像処理のパラメータ値を編集したり、基準領域の設定をしたり、基準登録画像を編集したりすることができる。 The operation input unit 53 functions as an interface (I / F) that receives an operation signal from the input unit 3 based on the user's operation. The display unit 4 displays the operation content of the user using the input unit 3. For example, in the case of using a console as the input means 3, components such as a cross key for moving the cursor displayed on the display means 4 up, down, left and right, an enter button, or a cancel button can be arranged. By operating each of these parts, the user can create a flowchart defining the processing order of image processing on the display means 4, edit parameter values of each image processing, and set a reference area. , And can edit the reference registration image.
コントローラ側接続部52は、画像データの取り込みを行う。具体的には、例えばCPUから撮像手段10の撮像指令を受信すると、撮像手段10に対して画像データ取り込み信号を送信する。そして、撮像手段10で撮像が行われた後、撮像して得られた画像データを取り込む。取り込んだ画像データは、一旦バッファリング(キャッシュ)され、予め用意しておいた画像変数に代入される。なお、「画像変数」とは、数値を扱う通常の変数と異なり、対応する画像処理ユニットの入力画像として割り付けることで、計測処理や画像表示の参照先となる変数をいう。 The controller side connection unit 52 captures image data. Specifically, for example, when an imaging command of the imaging unit 10 is received from the CPU, an image data capture signal is transmitted to the imaging unit 10. Then, after imaging is performed by the imaging unit 10, image data obtained by imaging is captured. The captured image data is temporarily buffered (cached) and substituted into an image variable prepared in advance. Note that “image variable” refers to a variable that is a reference destination of measurement processing and image display by being allocated as an input image of a corresponding image processing unit, unlike a normal variable that handles numerical values.
画像処理部60は、画像データに対する計測処理を実行する。具体的には、まずコントローラ側接続部52が上述した画像変数を参照しつつ、フレームバッファから画像データを読み出して、画像処理部60内のメモリへ内部転送を行う。そして、画像処理部60は、そのメモリに記憶された画像データを読み出して、計測処理を実行する。また画像処理部60には、階調変換手段46、異常点ハイライト手段62、画像サーチ手段64等が含まれる。 The image processing unit 60 executes measurement processing on image data. Specifically, the controller-side connection unit 52 first reads the image data from the frame buffer while referring to the above-described image variable, and performs internal transfer to the memory in the image processing unit 60. Then, the image processing unit 60 reads the image data stored in the memory and executes the measurement process. The image processing unit 60 further includes a gradation conversion unit 46, an abnormal point highlight unit 62, an image search unit 64, and the like.
表示制御部54は、CPUから送られてきた表示指令(表示コマンド)に基づいて、表示手段4に対して所定画像(映像)を表示させるための制御信号を送信する。例えば、計測処理前又は計測処理後の画像データを表示するために、表示手段4に対して制御信号を送信する。また、表示制御部54は、入力手段3を用いたユーザの操作内容を表示手段4に表示させるための制御信号も送信する。 The display control unit 54 transmits a control signal for causing the display unit 4 to display a predetermined image (video) based on the display command (display command) sent from the CPU. For example, in order to display image data before or after measurement processing, a control signal is transmitted to display means 4. The display control unit 54 also transmits a control signal for causing the display unit 4 to display the content of the user's operation using the input unit 3.
以上のようなハードウェアで構成されたヘッド部1やコントローラ部2は、各種プログラム等によって、図5の各手段や機能をソフトウェア的に実現可能な構成としている。この例では、図1のコンピュータに、三次元画像処理プログラムをインストールして、三次元画像処理に必要な設定を行う態様を採用している。
(階調変換)
The head unit 1 and the controller unit 2 configured by hardware as described above are configured such that each means and function of FIG. 5 can be realized as software by various programs and the like. In this example, a three-dimensional image processing program is installed in the computer shown in FIG. 1, and the setting necessary for three-dimensional image processing is performed.
(Gradation conversion)
以上の三次元画像処理装置は、ワークの距離画像を取得し、この距離画像に対して画像処理を行い、この結果に対して検査を行う。本実施の形態における三次元画像処理装置は、距離画像の画素値である高さ情報をそのまま用いて演算を行う高さ検査処理に加えて、既存のハードウェアを用いて面積やエッジ等の情報を用いた演算を行う画像検査処理の、2種類の検査を実施することができる。ここで、高さ検査処理の精度を維持するためには、多階調な距離画像を生成する必要がある。一方、既存のハードウェアではこのような多階調な距離画像に画像検査処理を実施することはできない。そのため、既存のハードウェアを用いて画像検査処理を行うために、多階調な距離画像に階調変換を施し、低階調距離画像を生成する。 The above three-dimensional image processing apparatus acquires a distance image of a workpiece, performs image processing on the distance image, and performs an inspection on the result. The three-dimensional image processing apparatus according to the present embodiment uses the existing hardware to add information such as an area, an edge, etc., in addition to the height inspection process that uses the height information that is the pixel value of the distance image as it is. Two types of inspections can be performed in image inspection processing that performs calculations using. Here, in order to maintain the accuracy of the height inspection process, it is necessary to generate a multi-tone distance image. On the other hand, existing hardware can not perform image inspection processing on such multi-gradation distance images. Therefore, in order to perform image inspection processing using existing hardware, gradation conversion is performed on a multi-gradation distance image to generate a low gradation distance image.
しかしながら、多階調の距離画像の高さ情報を、そのまま低階調の距離画像に変換したのでは、高さ情報の精度が損なわれるという問題がある。FA用途等で利用される一般的な画像は、モノクロで各画素の濃淡値を8階調で表現した画像が多い。これに対して距離画像は、16階調画像のような高階調の画像が用いられている。このため、多階調の距離画像を低階調距離画像に階調変換する際に、高さ情報が相当量損なわれることとなり、検査の精度に影響を与える。かといって、精度を高めるために既存の画像処理で扱う画像の階調数を上げるには導入コストが高騰するとともに、処理負荷が高くなり、利用に対するハードルが高くなる。 However, if the height information of the multi-gradation distance image is converted as it is into the low-gradation distance image, there is a problem that the accuracy of the height information is lost. Many common images used in FA applications and the like are monochrome images in which gray-scale values of each pixel are expressed by eight gradations. On the other hand, as the distance image, a high gradation image such as a 16 gradation image is used. For this reason, when performing gradation conversion of a multi-gradation distance image to a low-gradation distance image, the height information is considerably lost, which affects the inspection accuracy. However, in order to raise the number of gradations of the image handled in the existing image processing in order to improve the accuracy, the introduction cost rises, the processing load becomes high, and the hurdle to use becomes high.
そこで、このような階調変換に際して、必要な高さ情報が維持されるような階調変換の条件を設定することが必要となる。以下、その方法及び手順について詳述する。
(高さ検査又は画像検査)
Therefore, in the case of such gradation conversion, it is necessary to set conditions for the gradation conversion such that necessary height information is maintained. The method and procedure will be described in detail below.
(Height inspection or image inspection)
まず、三次元画像処理装置を用いて高さ検査処理を行う処理動作を、図7のフローチャートに基づいて説明する。この三次元画像処理装置は、計算処理を行うためのツールとして、距離画像に対して高さ検査を行う高さ検査処理ツールと、既存の輝度画像に対して画像検査を行う各種の画像検査処理ツールとを備えている。ここでは、高さ検査処理について説明する。 First, the processing operation of performing the height inspection process using the three-dimensional image processing apparatus will be described based on the flowchart of FIG. 7. The three-dimensional image processing apparatus uses a height inspection processing tool that performs height inspection on a distance image as a tool for performing calculation processing, and various image inspection processing that performs image inspection on an existing luminance image. Equipped with tools. Here, the height inspection process will be described.
最初に、距離画像を生成する(ステップS71)。具体的には、距離画像生成手段32が、撮像手段10と投光手段20とを用いて距離画像を生成する。次いで、所望の計算処理を選択する(ステップS72)。ここでは、計算処理に必要なツールを選択する。 First, a distance image is generated (step S71). Specifically, the distance image generation unit 32 generates a distance image using the imaging unit 10 and the light projection unit 20. Next, a desired calculation process is selected (step S72). Here, select the tools required for the calculation process.
画像検査処理ツールを選択する場合は、ステップS73に進み、上記ステップS71で得られた高階調の距離画像に対して、階調変換処理を行い、低階調の距離画像に変換する。これによって、既存の画像処理装置が備えている検査処理ツールでも、低階調距離画像を扱えるようになる。なお、階調変換処理は、高階調の距離画像の全域に対して行うのでなく、好ましくは画像検査処理のために設定された検査対象領域内でのみ行う。 When the image inspection processing tool is selected, the process proceeds to step S73, and the tone conversion process is performed on the high tone distance image obtained in step S71 to convert it into a low tone distance image. As a result, the inspection processing tool provided in the existing image processing apparatus can handle low gradation distance images. Note that the gradation conversion processing is not performed on the entire area of the high gradation distance image, but is preferably performed only in the inspection target area set for the image inspection processing.
一方、高さ検査ツールを選択する場合は、多階調距離画像が有する高さ情報をそのまま利用するため、階調変換を行うことなく、ステップS74に進む。 On the other hand, when the height inspection tool is selected, the process proceeds to step S74 without performing gradation conversion in order to use the height information of the multi-gradation distance image as it is.
さらに、検査実行手段50が、各種計算処理を行い(ステップS74)、次いでこの計算結果に基づいて、ワークが良品であるか否かを判定する(ステップS75)。判定信号出力手段160は、検査実行手段50によってワークが良品であると判定された場合には(ステップS75:YES)、判定信号としてOK信号をPLC70に出力し(ステップS76)、検査実行手段50によってワークが良品でない、すなわち不良品であると判定された場合には(ステップS75:NO)、判定信号としてNG信号をPLC70に出力する(ステップS77)。
(設定モード)
Further, the inspection execution means 50 performs various kinds of calculation processing (step S74), and then, based on the calculation result, determines whether or not the workpiece is a non-defective product (step S75). When the inspection execution means 50 determines that the work is non-defective (step S75: YES), the determination signal output means 160 outputs an OK signal as a determination signal to the PLC 70 (step S76), and the inspection execution means 50 If it is determined that the work is not a non-defective product, that is, a defective product (step S75: NO), an NG signal is output to the PLC 70 as a determination signal (step S77).
(Setting mode)
次に、このような高さ検査や画像検査の処理実行に先立ち、三次元画像処理装置に対して各種の設定を行う設定モードにおける手順の一例を、図8のフローチャートに基づいて説明する。最初にステップS81において、設定用の画像(設定用画像)を選択する。ここでは、予め検査処理の対象となる画像を入力して、登録画像として保存したものを呼び出したり、あるいは新たな入力画像を取得して、これに対して設定を行うこともできる。ここでは、運用時に逐次入力される入力画像を代替的に示すものとして、ワークを撮像して得られる入力画像を、登録画像として登録している。また、予め登録しておいた登録画像を呼び出してもよい。次にステップS82において、階調変換方法を選択させる。ここでは、静的変換又は動的変換のいずれかの選択をユーザに促す。次にステップS83において、階調変換パラメータを調整する。ここでは、ステップS82で静的変換を選択した場合は、ステップS81で取得された画像に対して階調変換パラメータを調整する。階調変換パラメータの調整方法については、後述する。なお、以上説明した手順は一例であり、異なる順序とすることもできる。例えば画像の取得は、階調変換方法の選択後に行わせてもよい。
(設定手順の詳細)
Next, prior to the execution of such height inspection and image inspection processing, an example of a procedure in a setting mode for performing various settings on the three-dimensional image processing apparatus will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S81, an image for setting (image for setting) is selected. Here, it is possible to input an image to be subjected to inspection processing in advance and to call an image stored as a registered image, or to acquire a new input image and perform setting on this. Here, the input image obtained by imaging a work is registered as a registered image, as an alternative showing the input image sequentially input at the time of operation. Alternatively, a registered image registered in advance may be recalled. Next, in step S82, the gradation conversion method is selected. Here, the user is prompted to select either static conversion or dynamic conversion. Next, in step S83, tone conversion parameters are adjusted. Here, when static conversion is selected in step S82, tone conversion parameters are adjusted with respect to the image acquired in step S81. The adjustment method of the gradation conversion parameter will be described later. In addition, the procedure demonstrated above is an example, and can also be made into a different order. For example, acquisition of an image may be performed after selection of the gradation conversion method.
(Details of setting procedure)
次に、設定時の手順の詳細について説明する。三次元画像処理装置においては、運用モードに先立ち、設定モードにおいて予め必要な設定を行う。このような設定を行うための各種設定手段は、例えばコントローラ部2側に設けることができる。例えば図1の例では、コントローラ部2に接続された入力手段3の一形態であるコンソールが利用できる。また、これに代えて、又はこれに加えて、上述の通りコントローラ部2に接続されたパーソナルコンピュータにインストールした三次元画像処理プログラムに、このような設定手段の機能を実現させることもできる。以下、ここでは図1に示すパーソナルコンピュータにインストールした三次元画像処理プログラムを用いて、各設定を行う手順の詳細を、図9〜図113に示す三次元画像処理プログラムのユーザインターフェース(GUI)画面に基づいて説明する。なお、これらのGUIの例では、距離画像を「高さ画像」、輝度画像を「濃淡画像」と、それぞれ表示している。
(距離画像、輝度画像の登録工程)
Next, details of the setting procedure will be described. In the three-dimensional image processing apparatus, prior to the operation mode, necessary settings are made in advance in the setting mode. Various setting means for performing such setting can be provided, for example, on the controller unit 2 side. For example, in the example of FIG. 1, a console which is one form of the input unit 3 connected to the controller unit 2 can be used. Also, instead of or in addition to this, the function of the setting means can be realized by the three-dimensional image processing program installed in the personal computer connected to the controller unit 2 as described above. Hereinafter, here, the user interface (GUI) screen of the 3D image processing program shown in FIG. 9 to FIG. It explains based on. In these examples of GUI, the distance image is displayed as “height image” and the luminance image is displayed as “grayscale image”.
(Registration process of distance image and luminance image)
まず、距離画像と輝度画像の登録を行う。ここでは、図9に示す三次元画像処理プログラムの初期画面260から、「撮像」処理ユニット263の設定を行う。具体的には「撮像」処理ユニットのボタン263のボタンを押下する。これにより、図10の撮像設定メニュー269に切り替わる。
(三次元画像処理プログラム)
First, the distance image and the luminance image are registered. Here, the “imaging” processing unit 263 is set from the initial screen 260 of the 3D image processing program shown in FIG. Specifically, the button of the button 263 of the “imaging” processing unit is pressed. This switches to the imaging setting menu 269 in FIG.
(Three-dimensional image processing program)
図10のGUI画面例では、画面の右側に画像を表示させる第一画像表示領域111を設け、左側には複数の設定項目を表すボタンを複数配置した設定項目ボタン領域112が設けられる。設定項目ボタン領域112には、「画像登録」ボタン113、「撮像設定」ボタン284、「カメラ設定」ボタン、「トリガ設定」ボタン、「フラッシュ設定」ボタン、「照明ボリューム」ボタン、「照明拡張ユニット」ボタン、「保存」ボタン等が設けられている。ユーザは設定項目ボタン領域112中から、所望の設定項目ボタンを選択して、必要な設定項目の設定ができる。 In the GUI screen example of FIG. 10, a first image display area 111 for displaying an image is provided on the right side of the screen, and a setting item button area 112 where a plurality of buttons representing a plurality of setting items are arranged is provided on the left. In the setting item button area 112, an "image registration" button 113, an "imaging setting" button 284, a "camera setting" button, a "trigger setting" button, a "flash setting" button, a "lighting volume" button, a "lighting expansion unit" Button, "save" button, etc. are provided. The user can select a desired setting item button from the setting item button area 112 and can set necessary setting items.
図10の撮像設定メニュー269において、設定項目ボタン領域112に設けられた「画像登録」ボタン113を押下すると、図11の画像登録画面270に切り替わる。この画面から登録対象、カメラ選択、登録先等、各種の設定を行うことができる。ここでは、操作領域に設けられた各種のボタン等によって所望の画像に調整した上で、登録すなわち画像データの保存を行う。ここでは、第二画像表示領域121に距離画像が表示されており、さらにこの画像に割り当てられた画像変数が操作領域122に表示される。図11の例では、撮像手段を選択する「カメラ選択」欄271で「カメラ1」が選択されており、この「カメラ1」で撮像された距離画像として、画像変数「&Cam1Img」が「カメラ選択」欄271の下方に表示される。 When an “image registration” button 113 provided in the setting item button area 112 in the imaging setting menu 269 in FIG. 10 is pressed, the screen is switched to the image registration screen 270 in FIG. From this screen, various settings such as registration target, camera selection, registration destination, etc. can be performed. Here, after adjustment to a desired image by various buttons and the like provided in the operation area, registration, that is, storage of image data is performed. Here, the distance image is displayed in the second image display area 121, and the image variable assigned to the image is displayed in the operation area 122. In the example of FIG. 11, "Camera 1" is selected in the "Camera selection" column 271 for selecting an imaging means, and the image variable "& Cam 1 Img" is "Camera selection" as the distance image captured by this "Camera 1". Is displayed below the column 271.
設定終了後に操作領域の下段に設けられた「登録」ボタン272を押下すると、図12に示すように現在第二画像表示領域121で表示中の距離画像の登録が開始され、進捗状況がグラフィカルに表示される。また、図13に示すように輝度画像の登録も併せて行われる。この例では、先に距離画像が距離画像記憶部38aに保存され、次に輝度画像が輝度画像記憶部38bに保存される。また、距離画像の画像変数「&Cam1Img」及び輝度画像の画像変数「&Cam1GrayImg」も、それぞれ記録される。これらの画像変数は、各画像に対して固有の変数が各々付与されているので、登録画像を呼び出す際の指標として利用できる。ただ、この例は一例であり、各画像の登録順序を逆にしたり、同時に登録してもよい。このように、登録画像として距離画像と輝度画像とを同時に保存することで、ユーザは各画像の登録の手間を省力化できる。ただ、距離画像と輝度画像とを登録画像として個別に登録する構成とすることも可能である。
(位相シフト法)
When setting is completed, pressing the “Register” button 272 provided at the lower part of the operation area starts registration of the distance image currently displayed in the second image display area 121 as shown in FIG. 12, and the progress is graphically displayed. Is displayed. In addition, as shown in FIG. 13, registration of a luminance image is also performed. In this example, the distance image is first stored in the distance image storage unit 38a, and then the luminance image is stored in the luminance image storage unit 38b. Further, the image variable “& Cam1Img” of the distance image and the image variable “& Cam1GrayImg” of the luminance image are also recorded. These image variables can be used as an index when calling up a registered image, since a unique variable is assigned to each image. However, this example is an example, and the registration order of each image may be reversed or registered simultaneously. Thus, the user can save labor of registration of each image by simultaneously storing the distance image and the luminance image as the registered image. However, it is also possible to separately register the distance image and the luminance image as the registration image.
(Phase shift method)
ここでワークの変位及び三次元形状を非接触で計測する手法の一として、位相シフト法について説明する。位相シフト法は格子パターン投影法、縞走査法等とも呼ばれる。この方法では、照度分布を正弦波状に変動させた格子パターンをもつ光線をワークに投影する。しかも、正弦波の位相の異なる3つ以上の格子パターンで投影し、高さ計測点の各明度値を光線の投影方向とは別の角度から各パターン毎に撮像し、各明度値より格子パターンの位相値を計算する。計測点の高さに応じて、計測点に投影され、格子パターンの位相が変化し、基準となる位置で反射された光線により観察される位相とは異なった位相の光線が観察される。そこで、計測点における光線の位相を計算し、三角測量の原理を利用して、光学装置の幾何関係式に代入することにより計測点(従って物体)の高さを計測し、三次元形状を求める方法である。位相シフト法によれば、ワークの高さを格子パターン周期を小さくすることにより高分解能で計測することができるが、測定できる高さの範囲が、位相のずれ量で2π以内となる低い高さのもの(高低差の小さいもの)しか計測できない。
(空間コード化法)
Here, a phase shift method will be described as one of methods for measuring the displacement and three-dimensional shape of a workpiece without contact. The phase shift method is also called grating pattern projection method, fringe scanning method or the like. In this method, a light beam having a lattice pattern in which the illuminance distribution is sinusoidally varied is projected onto a work. Moreover, the projection is performed with three or more lattice patterns having different phases of sine waves, and each brightness value of the height measurement point is imaged for each pattern from an angle different from the projection direction of the light beam, Calculate the phase value of Depending on the height of the measurement point, the phase of the grating pattern is projected onto the measurement point, and the light beam having a phase different from that observed by the light beam reflected at the reference position is observed. Therefore, the phase of the ray at the measurement point is calculated, and the height of the measurement point (that is, the object) is measured by substituting the geometric relationship of the optical device using the principle of triangulation, and the three-dimensional shape is determined. It is a method. According to the phase shift method, the height of the work can be measured with high resolution by reducing the grating pattern period, but the height range that can be measured is a low height within 2π in phase shift amount. It can measure only the thing (small thing of the height difference).
(Space coding method)
そこで、空間コード化法を兼用する。空間コード化法によれば、光が照射される空間を、多数の断面略扇状の小空間に分け、この小空間に一連の空間コード番号を付す。このため、ワークの高さが高くても、すなわち高低差が大きくても、光が照射される空間内にあれば、空間コード番号から高さが演算できる。したがって、高さの高いワークについても全体にわたって形状を計測できる。このように空間コード化法によれば、許容高さのレンジ(ダイナミックレンジ)が広く、高さの高いワークについても全体にわたって形状を計測できる。 Therefore, the space coding method is also used. According to the space coding method, a space to be irradiated with light is divided into a large number of substantially fan-shaped small spaces in cross section, and a series of space code numbers are assigned to the small spaces. For this reason, even if the height of the workpiece is high, that is, even if the height difference is large, the height can be calculated from the space code number as long as it is in the space where the light is irradiated. Therefore, the shape can be measured over the entire height of the workpiece. As described above, according to the space coding method, it is possible to measure the shape over the entire work even for a workpiece having a wide range (dynamic range) of the allowable height and a high height.
次に、撮像手段で距離画像を撮像する設定例を、図14〜図42に基づいて説明する。上述した画像の登録に先立ち、図10の撮像設定メニュー269から、「撮像設定」ボタン284を押下すると、図14の撮像設定画面280となる。撮像設定画面280では。撮像に関する基本的な設定を行える。例えば「撮像有効設定」ボタンを押下すると図15の撮像有効設定画面が表示され、三次元画像処理装置に接続されている撮像手段すなわちカメラを選択できる。例えば撮像手段として、通常の輝度画像を撮像するモノクロCCDカメラやカラーCCDカメラに代えて、あるいはこれに加えて、高さ情報を取得可能なカメラを接続することで、距離画像を三次元画像処理装置に取り込むことが可能となる。また、複数の撮像手段を三次元画像処理装置に接続している際に、いずれの撮像手段を使用するか、一以上を選択できる。 Next, a setting example for capturing a distance image by the imaging unit will be described based on FIGS. When the “imaging setting” button 284 is pressed from the imaging setting menu 269 of FIG. 10 prior to the registration of the image described above, the imaging setting screen 280 of FIG. 14 is displayed. In the imaging setting screen 280. Basic settings for imaging can be performed. For example, when the "image pickup valid setting" button is pressed, the image pickup valid setting screen of FIG. For example, in place of or in addition to a monochrome CCD camera or a color CCD camera that picks up a normal luminance image as an imaging unit, a camera capable of acquiring height information is connected to perform three-dimensional image processing of the distance image It can be incorporated into the device. In addition, when connecting a plurality of imaging units to the three-dimensional image processing apparatus, it is possible to select one or more imaging units to be used.
また、図14の撮像設定画面280から、操作領域に設けられた「詳細設定」ボタン282を押下すると、図16に示す三次元計測設定画面290となる。なお図16では説明の都合上、異なるワークを表示させている。図16の三次元計測設定画面290は、リアルタイム更新手段にあたる「連続更新で表示する」欄292、シャッタースピード設定手段49にあたるシャッタースピード設定欄294、濃淡レンジ設定欄296、前処理設定欄310、計測不能基準設定欄312、均等間隔処理設定欄314、空間コード設定欄316、プロジェクタ選択設定欄318、「表示画像」選択欄322等を備えている。
(リアルタイム更新手段)
Further, when the “detail setting” button 282 provided in the operation area is pressed from the imaging setting screen 280 in FIG. 14, a three-dimensional measurement setting screen 290 shown in FIG. 16 is obtained. In FIG. 16, different works are displayed for the convenience of description. The three-dimensional measurement setting screen 290 shown in FIG. 16 includes a "display with continuous update" field 292 corresponding to real time updating means, a shutter speed setting field 294 corresponding to shutter speed setting means 49, gray range setting field 296, pre-processing setting field 310 It is provided with a disabling standard setting field 312, a uniform interval process setting field 314, a space code setting field 316, a projector selection setting field 318, a "display image" selection field 322 and the like.
(Real time update means)
ここでは、操作領域において設定が変更された場合、第二画像表示領域121上で表示中の画像に対して変更後の設定に更新するリアルタイム更新手段を備えている。リアルタイム更新手段はON/OFFを切り替えることができる。図16の画面例において、リアルタイム更新手段の一形態として操作領域の上段に設けられた「連続更新で表示する」欄292をONとすることで、リアルタイム更新機能を動作させることができる。 Here, real-time updating means is provided for updating the image being displayed on the second image display area 121 to the setting after the change when the setting is changed in the operation area. The real time updating means can switch ON / OFF. In the screen example of FIG. 16, the real-time update function can be operated by setting “display in continuous update” column 292 provided in the upper stage of the operation area as one form of the real-time update unit to ON.
図16の例では、操作領域において設定可能な項目として、シャッタースピード、濃淡レンジ、前処理、計測不能基準、均等間隔処理、空間コード、プロジェクタ選択、表示画像等が挙げられる。以下、順次説明する。
(シャッタースピード設定手段49)
In the example of FIG. 16, the items that can be set in the operation area include shutter speed, gray range, pre-processing, non-measurable reference, equal interval processing, space code, projector selection, display image and the like. These will be sequentially described below.
(Shutter speed setting means 49)
撮像手段による撮像時のシャッタースピードを調整するためのシャッタースピード設定手段49の一態様として、図16の例では、シャッタースピード設定欄294を設けている。シャッタースピード設定欄294から、シャッタースピードをユーザが指定できる。ここでは、ドロップダウンボックスから、予め設定されたシャッタースピード、例えば1/15、1/30、1/60、1/120、1/240、1/500、1/1000、、、、1/20000を選択する。選択された数値に応じた秒数が、右側の数値表示欄295に表示される。また、任意のシャッタースピードを数値で直接指定することもできる。例えばドロップダウンボックスの選択肢として「数値入力」を選択すると、数値表示欄295のグレーアウトが解除され、直接数値を入力可能となる。このようにしてシャッタースピード設定欄294で指定された数値に基づき、撮像手段であるカメラ(撮像素子)の露光時間が調整される。なおシャッタースピードの調整に際しては、距離画像よりも輝度画像の濃淡画像を第二画像表示領域121に表示させた方が、確認作業が容易となる。さらに、上記リアルタイム更新機能によって、シャッタースピード設定欄294でシャッタースピードを変更した画像が、速やかに第二画像表示領域121に反映されることで、ユーザは現在の設定が妥当かどうかを視覚的に確認でき、調整作業を容易に行うことが可能となる。
(濃淡レンジ設定欄296)
A shutter speed setting field 294 is provided in the example of FIG. 16 as an aspect of the shutter speed setting unit 49 for adjusting the shutter speed at the time of imaging by the imaging unit. The shutter speed can be designated by the user from the shutter speed setting field 294. Here, the shutter speed set in advance from the drop-down box, for example 1/15, 1/30, 1/60, 1/120, 1/240, 1/500, 1/1000,, 1/20000 Choose The number of seconds corresponding to the selected numerical value is displayed in the numerical value display field 295 on the right. Also, any shutter speed can be directly specified by a numerical value. For example, when “input numerical value” is selected as the option of the drop-down box, the graying out of the numerical value display column 295 is canceled and it becomes possible to directly input a numerical value. Thus, based on the numerical value designated in the shutter speed setting field 294, the exposure time of the camera (image pickup element) which is the image pickup means is adjusted. Note that when the shutter speed is adjusted, it is easier to perform the confirmation operation if the gray image of the luminance image is displayed in the second image display area 121 rather than the distance image. Furthermore, the image whose shutter speed has been changed in the shutter speed setting field 294 is promptly reflected in the second image display area 121 by the above real time update function, so that the user can visually confirm whether the current setting is appropriate. It can be confirmed and adjustment can be easily performed.
(Light / dark range setting field 296)
濃淡レンジ設定欄296においては、濃淡画像である輝度画像のダイナミックレンジを調整する。ここではドロップダウンボックスから、「低い(−1)」、「普通(0)」、「高い(1)」のいずれかを選択することで、ダイナミックレンジが増減される。
(前処理設定欄310)
In the density range setting field 296, the dynamic range of the luminance image which is a density image is adjusted. Here, the dynamic range is increased or decreased by selecting any one of “low (−1)”, “normal (0)”, and “high (1)” from the drop-down box.
(Pre-processing setting column 310)
前処理設定欄310においては、ヘッド部で距離画像を生成する前に行う共通のフィルタ処理を規定する。共通フィルタ処理としては、例えば、平均化フィルタ、メディアンフィルタ、ガウシアンフィルタのフィルタ等が考えられる。ここではパターン投影画像に対するフィルタ処理として、図17の例では、ドロップダウンボックスにより、「なし」、「メディアン」、「ガウシアン」、「平均」のいずれかを選択する。なおフィルタ処理は、距離画像を生成する前に行う前処理の他、ヘッド部1側で得られた距離画像に対しても行うことができる。
(計測不能基準設定欄312)
In the pre-processing setting field 310, common filtering processing performed before the distance image is generated in the head unit is defined. As common filter processing, for example, filters of averaging filters, median filters, Gaussian filters, etc. can be considered. Here, as filter processing for the pattern projection image, in the example of FIG. 17, any one of “none”, “median”, “Gaussian” and “average” is selected by the drop-down box. The filter processing can be performed on the distance image obtained on the head unit 1 side as well as the pre-processing performed before generating the distance image.
(Unmeasurable standard setting column 312)
計測不能基準設定欄312では、ノイズ成分をカットするレベルを設定する。すなわち計測不能基準設定欄312で設定された量だけ、高さ計測を行わない。パターン投影画像を用いた三次元の高さ情報の計測においては、ある程度の光量がないと、正確な高さ情報を計測できない。その一方で、多重反射が生じている場合等は、明るすぎるため光量を落とす必要がある。このように、撮像されたパターン投影画像に応じてノイズ成分カット量を選択する。具体的には、各画素の高さ情報を演算するためデータに対して、ノイズによる無効データと見なす閾値を決定する。 In the measurement impossible reference setting column 312, the level at which the noise component is cut is set. That is, the height measurement is not performed by the amount set in the measurement impossible standard setting column 312. In the measurement of three-dimensional height information using a pattern projection image, accurate height information can not be measured without a certain amount of light. On the other hand, when multiple reflection occurs, it is necessary to reduce the light amount because it is too bright. As described above, the noise component cut amount is selected according to the captured pattern projection image. Specifically, in order to calculate height information of each pixel, a threshold value to be regarded as invalid data due to noise is determined.
ここでは図18に示すように、ドロップダウンボックスから、「高」、「中」、「低」、「なし」のいずれかを選択する。なお「なし」を選択すると、ノイズ成分カットを行わず、すべての画素について高さ計測を行う。例えば図19に示す例では、計測不能基準設定欄312で「なし」を選択しており、ノイズデータを含めたあらゆる点で高さデータを算出している。この画面からは判別し難いが、ワークの角の部分等で、ノイズデータによって不正な高さが計測されている。 Here, as shown in FIG. 18, “High”, “Medium”, “Low”, or “None” is selected from the drop-down box. If “none” is selected, noise component cutting is not performed, and height measurement is performed on all pixels. For example, in the example shown in FIG. 19, “None” is selected in the measurement impossibility criteria setting column 312, and height data is calculated at all points including noise data. Although it is difficult to distinguish from this screen, an incorrect height is measured by noise data at a corner portion of the work or the like.
一方、図20に示す例では、計測不能基準設定欄312で「低」を選択しており、ノイズデータに基づく高さ情報が不正な点が減少している。さらに図21に示す例では、計測不能基準設定欄312で「中」を選択しており、さらに高さ情報が不正な点が減少している。 On the other hand, in the example shown in FIG. 20, “Low” is selected in the measurement impossible standard setting column 312, and the point where the height information based on the noise data is incorrect decreases. Furthermore, in the example shown in FIG. 21, “Medium” is selected in the measurement impossibility criteria setting column 312, and the point of height information is further reduced.
その一方で、測定不能であることを示す黒点が特にワークの左下の領域で増大し、ノイズと見なされて高さ計測ができない位置が増えていることも、図21から確認できる。さらに、図22に示す例では、計測不能基準設定欄312で「高」を選択した状態を示しており、ノイズ成分の除去が効き過ぎている結果、本来残しておきたいデータまで失われていることが確認できる。このように、ノイズ除去の閾値を示す測定不能基準の設定が低すぎる場合は、ノイズを元に高さを計算することとなる。逆に高すぎると、本来残しておきたい箇所も無効と見なされてしまうことになる。このためユーザは、上記リアルタイム更新機能を利用することで、測定不能基準の設定を調整すると共に、調整後の画像を第二画像表示領域で確認し、設定の結果を直接画像で参照しながら、適切な値に調整することができる。
(均等間隔処理設定欄314)
On the other hand, it can also be confirmed from FIG. 21 that the black points indicating that measurement is impossible increase particularly in the lower left region of the workpiece, and the positions where it is considered as noise and height measurement can not be increased. Furthermore, the example shown in FIG. 22 shows a state in which “high” is selected in the measurement impossibility criteria setting column 312, and as a result of excessive removal of noise components, data that is originally intended to be left is lost. You can confirm that. As described above, when the setting of the unmeasurable reference indicating the noise removal threshold is too low, the height is calculated based on the noise. On the other hand, if it is too high, the part that you want to leave will be regarded as invalid. Therefore, the user adjusts the setting of the immeasurable reference by using the above-mentioned real time update function, confirms the adjusted image in the second image display area, and directly refers to the result of the setting by the image, It can be adjusted to an appropriate value.
(Equal interval processing setting column 314)
均等間隔処理設定欄314では、画角による誤差の補正を行う。均等間隔処理設定欄314は、間隔均等化処理設定手段47として機能する。均等間隔処理設定欄314では、図23に示すようにONとOFFを選択できる。均等間隔処理をONとすることで、xy方向に等ピッチに並んだ距離画像を取得する。ここではXY方向の位置が高さ(Z座標)によらず等間隔な等ピッチ画像を、第二画像表示領域121に表示させる。例えば、XY平面における寸法の検査を行うような用途では、均等間隔処理をONとする必要がある。なお、補正されてデータが無くなった部分は無効として扱う。図24、図25は、均等間隔処理をONとした状態を示している。図24の例では、「表示画像」選択欄322を「高さ画像」すなわち距離画像として第二画像表示領域121に表示させた例を、図25は「濃淡画像」を選択して輝度画像を表示させた例を、それぞれ示している。 In the uniform interval process setting field 314, the error due to the angle of view is corrected. The uniform interval process setting section 314 functions as an interval equalization process setting unit 47. In the uniform interval process setting field 314, ON and OFF can be selected as shown in FIG. By setting the uniform interval process to ON, distance images arranged at equal pitches in the xy direction are acquired. Here, the second image display area 121 displays an equal-pitch image in which the positions in the X and Y directions are equally spaced regardless of the height (Z coordinate). For example, in an application where inspection of dimensions in the XY plane is to be performed, it is necessary to turn on even spacing processing. In addition, the part which is corrected and loses data is treated as invalid. FIG. 24 and FIG. 25 show a state in which the uniform interval process is ON. In the example of FIG. 24, the example which made the "display image" selection column 322 be displayed on the 2nd image display area 121 as a "height image", ie, a distance image, FIG. 25 selects a "grayscale image" and selects a luminance image. The example displayed is shown respectively.
一方、均等間隔処理をOFFとすると、図26で示すように目で見たままの画像(Z画像)となり、画面の端部に進むに従ってXY方向に歪みが生じる。ただ、均等間隔処理を行わない分、画像の表示までに要する時間が短くて済む。なお図27は、表示画像欄で「濃淡画像」を選択して、第二画像表示領域121で輝度画像を表示させた例を示している。
(空間コード設定欄316)
On the other hand, when the uniform interval processing is turned off, an image (Z image) as viewed with eyes becomes as shown in FIG. 26, and distortion occurs in the X and Y directions as it proceeds to the edge of the screen. However, since the uniform interval processing is not performed, the time required to display the image can be shortened. FIG. 27 shows an example in which “brightness image” is selected in the display image column and the luminance image is displayed in the second image display area 121.
(Space code setting field 316)
空間コード設定欄316では、空間コード化法の使用の有無を選択する。すなわち空間コード設定欄316は、空間コード化切替手段45として機能する。この三次元画像処理装置では、距離画像の生成に位相シフト法を必須としており、位相シフト法に加えて、空間コード化法の適用の有無を空間コード設定欄316で選択できる。空間コード設定欄316では、図28に示すようにONとOFFを選択できる。空間コード設定欄316をONとすると、空間コード化法と位相シフト法の組み合わせで高さ計測を行う。この例を図29、図30に示す。これらの図において、図29は第二画像表示領域121に表示させる画像として距離画像を選択した状態を示している。具体的には、「表示画像」選択欄322で「高さ画像」を選択している。一方図30は第二画像表示領域121に輝度画像を表示させた状態を示しており、「表示画像」選択欄322で「濃淡画像」を選択している。位相シフト法に加えて、空間コード化法を用いることで、適切な距離画像を取得することができる。具体的には、空間コード化法によって、位相シフト法による位相ジャンプの補正(位相アンラップ)ができるので、高さのダイナミックレンジを広く確保しつつ、高分解能で計測できる。ただし、撮像時間はOFFの場合と比較して約2倍となる。 In the space code setting field 316, the use of the space coding method is selected. That is, the space code setting field 316 functions as the space coding switching means 45. In this three-dimensional image processing apparatus, the phase shift method is essential for the generation of the distance image, and in addition to the phase shift method, the presence or absence of application of the space coding method can be selected in the space code setting field 316. In the space code setting field 316, ON and OFF can be selected as shown in FIG. When the space code setting field 316 is turned on, height measurement is performed by a combination of the space coding method and the phase shift method. This example is shown in FIG. 29 and FIG. In these figures, FIG. 29 shows a state in which a distance image is selected as an image to be displayed in the second image display area 121. Specifically, the “height image” is selected in the “display image” selection field 322. On the other hand, FIG. 30 shows a state in which a luminance image is displayed in the second image display area 121, and "grayscale image" is selected in the "display image" selection column 322. By using the space coding method in addition to the phase shift method, an appropriate distance image can be obtained. Specifically, the spatial coding method can correct the phase jump (phase unwrapping) by the phase shift method, so that it is possible to measure with high resolution while securing a wide dynamic range of the height. However, the imaging time is approximately doubled as compared with the case of OFF.
一方、図31、図32に示すように、空間コード設定欄316でOFFを選択すると、位相シフト法のみで高さ計測を行う。この場合は、高さの計測ダイナミックレンジが狭くなるので、高さの相違が大きいワークの場合は、位相が1周期以上ずれてしまうと、正しく高さの計測ができない。逆に、高さの変化が少ないワークの場合は、空間コード化法による縞画像の撮像や合成を行わないので、その分だけ処理を高速化でき、撮像時間を約半分にできるメリットがある。例えば、高さ方向の差異が少ないワークを計測する際には、ダイナミックレンジを大きく取る必要がないため、位相シフト法のみでも高精度な高さ計測性能を維持しつつ、処理時間を短くすることができる。この場合は、高さの計測ダイナミックレンジが狭くなるので、高さの相違が大きいワークの場合は、位相が1周期以上ずれてしまうと、正しく高さの計測ができない。逆に、高さの変化が少ないワークの場合は、空間コードをOFFとすることで、撮像時間を半分にできるという利点が得られる。 On the other hand, as shown in FIGS. 31 and 32, when OFF is selected in the space code setting field 316, height measurement is performed only by the phase shift method. In this case, since the measurement dynamic range of the height is narrowed, in the case of a work having a large difference in height, the height can not be measured correctly if the phase is shifted by one or more cycles. On the contrary, in the case of a work having a small change in height, since imaging and combining of a fringe image by the space coding method are not performed, the processing can be speeded up by that amount, and the imaging time can be halved. For example, when measuring a workpiece with little difference in height direction, it is not necessary to take a large dynamic range, so shortening the processing time while maintaining high precision height measurement performance even with the phase shift method alone. Can. In this case, since the measurement dynamic range of the height is narrowed, in the case of a work having a large difference in height, the height can not be measured correctly if the phase is shifted by one or more cycles. On the other hand, in the case of a work having a small change in height, turning off the space code has the advantage that the imaging time can be halved.
図31の例では、「表示画像」選択欄322で「高さ画像」すなわち距離画像を表示させた状態を示しており、一方図32の例では、「表示画像」選択欄322で「濃淡画像」を表示させた状態を示している。 The example of FIG. 31 shows a state in which the “height image”, ie, the distance image is displayed in the “display image” selection column 322, while in the example of FIG. "" Is displayed.
なお、この例では位相シフト法を必須としているが、位相シフト法のON/OFFを選択可能としてもよい。
(プロジェクタ選択設定欄318)
Although the phase shift method is essential in this example, ON / OFF of the phase shift method may be selectable.
(Projector selection setting field 318)
プロジェクタ選択設定欄318は、第一プロジェクタと第二プロジェクタのON/OFFを切り替える投光切替手段48として機能する。ここでは、プロジェクタ選択設定欄318では、2つの投光手段である第一プロジェクタ、第二プロジェクタの内から、使用する投光手段(プロジェクタ)を選択する。このプロジェクタ選択設定欄318の例では、図33に示すように、ドロップダウンボックスから、「1」(第一プロジェクタ)、「2」(第二プロジェクタ)、「1+2」(第一プロジェクタと第二プロジェクタ)のいずれかを選択する。 The projector selection setting field 318 functions as a projection switching unit 48 that switches ON / OFF of the first projector and the second projector. Here, in the projector selection setting field 318, the projector (projector) to be used is selected from the two projectors, the first projector and the second projector. In the example of the projector selection setting column 318, as shown in FIG. 33, from the drop down box, “1” (first projector), “2” (second projector), “1 + 2” (first projector and second Select one of the projectors).
プロジェクタ選択設定欄318で「1」又は「2」を選択した場合、すなわち第一プロジェクタ又は第二プロジェクタのいずれか一方からの投光である片投光の場合は、投光で陰になる部分の高さ計測は行われない。図34の例では、プロジェクタ選択設定欄318で「1」を選択した例、図35の例では「2」を選択した例を、それぞれ示している。各画面において、影になる部分のデータが黒色で表示されており、ワーク上で高さの計測ができない領域が存在することが、それぞれの画面から確認できる。また、これらの図から明らかな通り、計測不能となる領域は、投光手段によって異なることが判る。いいかえると、一方の投光手段では測定不能領域となっても、他方の投光手段では投光が可能となり、よって高さ計測も可能な領域が多く存在する。そこで、これらを組み合わせることで、測定不能領域を低減できる。特に、第一プロジェクタと第二プロジェクタで、ワークを両側から挟み込むように配置することで、第一プロジェクタからの第一投光と第二プロジェクタからの第二投光とが相対する方向となってワークに照射されるため、いずれか一方の投光では影となる領域であっても、真逆の方向となる他方からの投光によって影となるリスクを低減できる。 When "1" or "2" is selected in the projector selection setting column 318, that is, in the case of a single light projection which is a light projection from either one of the first projector or the second projector, a portion to be shaded by the light Height measurement is not performed. In the example of FIG. 34, an example in which “1” is selected in the projector selection setting field 318 and an example in which “2” is selected in the example of FIG. 35 are shown. In each screen, the data of the part to be a shadow is displayed in black, and it can be confirmed from each screen that there is an area where measurement of height can not be performed on the work. Further, as is apparent from these figures, it can be seen that the area where measurement can not be made differs depending on the light projection means. In other words, even if it becomes an unmeasurable area by one of the light projecting means, the other light projecting means can emit light, and thus there are many areas where height measurement is also possible. Therefore, by combining these, the unmeasurable area can be reduced. In particular, the first projector and the second projector arrange the work so as to sandwich the work from both sides, so that the first light projection from the first projector and the second light projection from the second projector face each other. Since the workpiece is irradiated, even in a region that is a shadow in any one light projection, it is possible to reduce the risk of being a shadow by the light projection from the other in the opposite direction.
具体的には、図36に示すように、プロジェクタ選択設定欄318で「1+2」を選択すると、第一プロジェクタ及び第二プロジェクタの両方から投光させる両投光に切り替えられる。この状態で、いずれか一方のプロジェクタからの投光では陰になる部分であっても、他方のプロジェクタで投光可能であれば、これを補間することができる。ただしこの場合は、片投光に比べて約2倍の撮像時間を要する。ユーザは、検査対象のワークの凹凸の加減や、許容される撮像時間等に応じて、いずれの投光を用いるかを選択する。
(「表示画像」選択欄322)
Specifically, as shown in FIG. 36, when "1 + 2" is selected in the projector selection setting field 318, switching is made to both light projection to be made to emit light from both the first projector and the second projector. In this state, even if it is a portion which is a shadow by the light projection from one of the projectors, if the other projector can project the light, it can be interpolated. However, in this case, an imaging time of about twice as long as single projection is required. The user selects which light projection to use according to the degree of unevenness of the workpiece to be inspected, the allowable imaging time, and the like.
("Display image" selection column 322)
「表示画像」選択欄322では、第二画像表示領域121に表示される画像を選択する。例えば、検査の用途に応じて表示対象を選択することで、各設定の妥当性を実際に表示された画像から視覚的に確認することができる。特に、上述したリアルタイム更新手段をONとすることで、設定の変更を逐次更新して変化の前後で対比できるので、用途に即して意図した画像となるよう、イメージに基づいて設定を調整できる。また各設定パラメータの意味に習熟していない初心者であっても、画像を見ながら設定できる利点も得られる。この例では、図37に示すように「表示画像」選択欄322から、「高さ画像」、「濃淡画像」、「白とび・黒つぶれ画像」、「縞投光−プロジェクタ1」、「縞投光−プロジェクタ2」のいずれかを選択する。「高さ画像」は距離画像であり、高さ毎に等高線状に色分けして着色した画像を表示する。「濃淡画像」は輝度画像である。この例では、位相シフト法に基づいて撮像した複数のパターン投影画像を合成した画像を、輝度画像として利用している。ただ、ワークに照明を照射して撮像手段で光学的な画像を撮像し、輝度画像として利用することもできる。
(異常点ハイライト手段62)
In the “display image” selection field 322, an image to be displayed in the second image display area 121 is selected. For example, by selecting the display target according to the application of the inspection, the appropriateness of each setting can be visually confirmed from the actually displayed image. In particular, by setting the above-mentioned real-time updating means to ON, changes in the setting can be sequentially updated and compared before and after the change, so the setting can be adjusted based on the image to be an image intended according to the application. . In addition, even a beginner who is not familiar with the meaning of each setting parameter has an advantage of being able to set while looking at the image. In this example, as shown in FIG. 37, from the “display image” selection column 322, “height image”, “grayscale image”, “overexposure and overexposure image”, “stripe light projector 1”, “stripe light” Select either "Projector-Projector 2". The “height image” is a distance image, and displays an image in which colors are colored in contour lines for each height and colored. The "grayscale image" is a luminance image. In this example, an image obtained by combining a plurality of pattern projection images captured based on the phase shift method is used as a luminance image. However, it is also possible to illuminate the work and to capture an optical image by the imaging means and use it as a luminance image.
(Abnormal point highlight means 62)
さらに三次元画像処理装置は、図5に示すように異常点ハイライト手段62を備えている。例えば上述した「表示画像」選択欄322で選択可能な「白とび・黒つぶれ画像」は、輝度画像に対して、飽和して白とびした画素や光量が不足した黒つぶれ画素等を部分的に着色した画像である。このように、画像中で正確な値が得られていない、測定精度の信頼性が低いと思われる部位を、着色処理によってハイライトさせることで、ユーザに対して測定精度の低い部分を視覚的に告知し、所望の検査用途に応じた画像が得られているかどうかを確認しやすくしている。この例では、白とび画素を黄色、黒つぶれ画素を青色に、それぞれ着色している。これによりユーザは、色を手掛かりにして白つぶれした領域が画像中でどのように分布しているかを目視により確認できる。また第二画像表示領域121の下部には、白とび画素及び黒つぶれ画素の画素数をカウントして表示させている。これを参照しながら、これらの画素数が0に近づくよう、ユーザは各設定項目を調整する。 The three-dimensional image processing apparatus further includes an abnormal point highlight means 62 as shown in FIG. For example, the “overexposure and underexposure image” selectable in the “display image” selection column 322 described above partially includes saturated and overexposed pixels, underexposure light amounts of underexposed pixels, and the like with respect to a luminance image. It is a colored image. In this way, by highlighting the portion in the image where accurate values are not obtained or the measurement accuracy seems to be unreliable by coloring processing, the portion with low measurement accuracy can be visually identified for the user. To make it easy to check whether an image suitable for the desired inspection application is obtained. In this example, the overexposure pixels are colored yellow and the overexposed pixels are colored blue. As a result, the user can visually check how the white-crushed area is distributed in the image, using the color as a clue. In the lower part of the second image display area 121, the number of overexposure pixels and underexposure pixels is counted and displayed. While referring to this, the user adjusts each setting item so that the number of pixels approaches 0.
なお着色される色や態様はこれに限られず、他の色で表示させたり、点滅表示させる等、既知の様々な態様を適宜利用できる。また、白とび画素と黒つぶれ画素で着色する色を変更することで、測定の信頼性が低くなっている理由をユーザに対して告知でき、よって対応策も講じやすくなる。ただ、白とび画素と黒つぶれ画素に対して同様の色やハイライトを施してもよい。 The color and mode to be colored are not limited to this, and various known modes such as displaying in other colors or blinking may be used as appropriate. Also, by changing the color of the overexposed pixels and the overexposed pixels, it is possible to notify the user of the reason why the measurement reliability is low, and it is also easy to take measures. However, the same color or highlight may be applied to the overexposure pixels and the underexposure pixels.
「縞投光−プロジェクタ1」は、第一プロジェクタのみでパターン投影して得られる濃淡で表現されたパターン投影画像である。また「縞投光−プロジェクタ2」は、第二プロジェクタのみで得られるパターン投影画像である。図38に、「表示画像」選択欄322で「縞投光−プロジェクタ1」を選択して、第二画像表示領域121に第一プロジェクタのパターン投影画像を表示させた例、図39に、「縞投光−プロジェクタ2」を選択して、第二画像表示領域121に第二プロジェクタのパターン投影画像を表示させた例を、それぞれ示す。この画面から縞画像を確認することにより、ワークの高さが計測できない場合の原因の特定、例えばワークの材質が半透明であるため、投光した光が潜り込んでいる等、パターン投影を得ることが困難なワークであることが、距離画像を生成する前の元のパターン投影画像から確認できる。 The “stripe projection-projector 1” is a pattern projection image represented by shading obtained by pattern projection only with the first projector. Also, "stripe light projection-projector 2" is a pattern projection image obtained only by the second projector. 38 shows an example in which the pattern projection image of the first projector is displayed in the second image display area 121 by selecting “stripe light projector 1” in the “display image” selection column 322, as shown in FIG. The example which made the 2nd image display area 121 display the pattern projection image of a 2nd projector by selecting "stripe light projection-projector 2" is shown, respectively. Identifying the cause when the height of the work can not be measured by confirming the fringe image from this screen, for example, because the material of the work is translucent, to obtain a pattern projection, such as the projected light is embedded It can be confirmed from the original pattern projection image before generating the distance image that the work is difficult.
ユーザは、第二画像表示領域121に表示される画像を参照しながら、シャッタスピードと濃淡レンジが適切かをどうかを確認し、適切な値に調整する。具体的には、第二画像表示領域121に白とび・黒つぶれ画像を表示させた状態で、白とび画素や黒つぶれ画素が少なくなるように確認しながら調整する。例えば、シャッタースピード設定欄294でシャッタースピードを調整することによって、黒つぶれ画素、すなわち光量が足りず暗すぎる部位がなくなるようにする。また濃淡レンジを調整することで、白とび画素、すなわち明るすぎる部位がなくなるようにする。図16の例では、白とび・黒つぶれ画像中に、暗すぎるので黒つぶれ画素が多い。このため、シャッタースピードの調整を行う。 The user refers to the image displayed in the second image display area 121, confirms whether the shutter speed and the gray range are appropriate, and adjusts the values to appropriate values. Specifically, in a state where the overexposure and underexposure images are displayed in the second image display area 121, the adjustment is performed while confirming that the overexposure and underexposure pixels are reduced. For example, by adjusting the shutter speed in the shutter speed setting field 294, it is made possible to eliminate black-flooded pixels, that is, a portion where the light amount is insufficient and too dark. In addition, by adjusting the density range, it is possible to eliminate overexposure pixels, that is, parts that are too bright. In the example of FIG. 16, the overexposure and underexposure images are too dark and therefore there are many underexposure pixels. Therefore, the shutter speed is adjusted.
例えばシャッタースピード設定欄294を「1/120」に設定した図16の状態から、図40に示すように「1/15」に切り替えると、輝度画像が多少明るくなり、黒つぶれ画素数が0になったことが判る。ただし、白とび画素数は逆に増えてしまっている。そこで図41に示すようにシャッタースピードを「1/30」に切り替えると、黒つぶれ画素数が0のまま、白とび画素数も減少していることが判る。 For example, when the shutter speed setting field 294 is set to "1/120" and the state shown in FIG. 16 is switched to "1/15" as shown in FIG. It is understood that it has become. However, the number of overexposure pixels has increased conversely. Therefore, as shown in FIG. 41, when the shutter speed is switched to "1/30", it is understood that the number of overexposure pixels is also reduced while the number of blackout pixels is 0.
さらに濃淡レンジ設定欄296を「低い(−1)」に設定した図41の状態から、図42に示すように「普通(0)」に切り替えて一段階上げると、白とび画素が減少したことが判る。さらに図43に示すように「高い(1)」に切り替えると、白とび画素が0になったことが判る。これによって白とび画素数、黒つぶれ画素数が共に0となって、シャッタースピードと濃淡レンジの調整作業を終了する。 Furthermore, as shown in FIG. 42, when the lightness range setting column 296 is set to “low (-1)”, when switching to “normal (0)” and raising by one step as shown in FIG. Can be seen. Further, as shown in FIG. 43, when switching to “high (1)”, it can be understood that overexposure pixels become 0. As a result, the number of overexposure pixels and the number of overexposure pixels both become 0, and the adjustment of the shutter speed and the density range is completed.
以上のようにして、所望の撮像条件に設定した後、上述した図12〜図13に示すように、距離画像と輝度画像の登録を行い、画像登録作業を終了する。
(高さ計測設定手順)
As described above, after setting desired imaging conditions, as shown in FIGS. 12 to 13 described above, the distance image and the luminance image are registered, and the image registration operation is completed.
(Height measurement setting procedure)
次に、運用時に逐次入力される検査対象のワークの入力画像に対して、高さ計測を行う領域を設定する手順について、図44〜図55に基づいて説明する。ここでは、入力される複数のワークを代表する典型的なワークを、上述した手順によって予め登録画像として登録しておき、この登録画像に対して、高さ計測を行う領域を指定する。 Next, a procedure for setting an area in which height measurement is performed on an input image of a workpiece to be inspected which is sequentially input during operation will be described based on FIGS. Here, a typical workpiece representing a plurality of workpieces to be input is registered in advance as a registered image according to the above-described procedure, and an area for height measurement is designated for the registered image.
具体的には、図9の初期画面260から、図44〜図45に示すように「高さ計測」処理ユニット266の追加を行う。図44の例では、フロー表示領域261において「撮像」処理ユニット263の下部に、右クリック等で表示される第一サブメニュー370から「追加」を選択し、第二サブメニュー372中の「計測」を選択して表示される「計測」メニュー373でリストされる検査処理の内、「高さ計測」を行う「高さ計測」処理ユニット266を追加する。これによって、図45に示すように、フロー表示領域261において「撮像」処理ユニット263の下部に、新たに「高さ計測」処理ユニット266が追加される。このように、「計測」メニュー373は検査実行手段で実行される検査処理を選択するための検査処理選択手段として機能する。
(検査対象領域設定画面120)
Specifically, as shown in FIGS. 44 to 45, “height measurement” processing unit 266 is added from the initial screen 260 of FIG. In the example of FIG. 44, “Add” is selected from the first submenu 370 displayed by right clicking or the like in the lower part of the “imaging” processing unit 263 in the flow display area 261, and “measurement” in the second Among the inspection processes listed in the “Measurement” menu 373 displayed by selecting “,” a “height measurement” processing unit 266 for performing “height measurement” is added. As a result, as shown in FIG. 45, a “height measurement” processing unit 266 is newly added below the “imaging” processing unit 263 in the flow display area 261. Thus, the “measurement” menu 373 functions as an inspection process selection unit for selecting an inspection process to be executed by the inspection execution unit.
(Inspection area setting screen 120)
次に、「高さ計測」処理ユニット266で行うべき設定として、領域を設定する手順について、図46〜図49に基づいて説明する。まず図45の画面から、「高さ計測」処理ユニットの編集画面を呼び出すと、図46に示す高さ計測設定画面460に移行する。図46のGUI画面例でも、図10と同様、画面の右側に画像を表示させる第一画像表示領域111を設け、左側には設定項目ボタンを複数配置した設定項目ボタン領域112が設けられる。設定項目ボタン領域112には、「画像登録」ボタン113、「画像設定」ボタン114、「領域設定」ボタン115、「前処理」ボタン117、「検出条件」ボタン118、「詳細設定」ボタン119、「判定条件」ボタン、「表示設定」ボタン、「保存」ボタン等が設けられている。この画面から、ユーザは検査対象領域設定手段に相当する「領域設定」ボタン115を押下すると、図47に示す検査対象領域設定画面120に遷移する。検査対象領域設定画面120においては、検査を行う領域を指定することができる。図47の例では、画面の左に第二画像表示領域121を設け、画面の右側に各種の操作を行う操作領域122を配置している。操作領域122の上段には、第二画像表示領域121で表示される画像を選択するための「表示画像」選択欄124が設けられる。図47の例では、「表示画像」選択欄124で登録画像が選択されている。さらにその下方には、検査を実行する領域を指定する検査対象領域設定手段として、「計測領域」設定欄126が設けられている。 Next, a procedure for setting an area as the setting to be performed by the “height measurement” processing unit 266 will be described based on FIGS. First, when the editing screen of the “height measurement” processing unit is called from the screen of FIG. 45, the screen shifts to a height measurement setting screen 460 shown in FIG. Also in the GUI screen example of FIG. 46, as in FIG. 10, a first image display area 111 for displaying an image is provided on the right side of the screen, and a setting item button area 112 where a plurality of setting item buttons are arranged is provided on the left. The setting item button area 112 includes an "image registration" button 113, an "image setting" button 114, an "area setting" button 115, a "preprocessing" button 117, a "detection condition" button 118, and a "detail setting" button 119, A “determination condition” button, a “display setting” button, a “save” button, and the like are provided. From this screen, when the user presses the “area setting” button 115 corresponding to the examination target area setting unit, the screen changes to the examination target area setting screen 120 shown in FIG. In the inspection target area setting screen 120, an area to be inspected can be designated. In the example of FIG. 47, the second image display area 121 is provided on the left of the screen, and the operation area 122 for performing various operations is disposed on the right of the screen. In the upper stage of the operation area 122, a “display image” selection field 124 for selecting an image displayed in the second image display area 121 is provided. In the example of FIG. 47, the registered image is selected in the “display image” selection field 124. Further below that, a “measurement area” setting field 126 is provided as an inspection target area setting means for specifying an area to execute an inspection.
「計測領域」設定欄126では、予め規定された領域を選択できる。ここでは、「計測領域」設定欄126を選択すると、図48に示すようにドロップダウンボックスが表示され、所望の計測領域の形状を選択できる。この例では、選択可能な計測領域の形状の候補として、「なし」、「矩形」、「回転矩形」、「円」、「楕円」、「円周」、「円弧」、「多角形」、「複合領域」等が表示される。なお「なし」を選択すると、第二画像表示領域121に表示される画像の全体を検査対象領域として利用する。 In the “measurement area” setting column 126, a predetermined area can be selected. Here, when the “measurement area” setting field 126 is selected, a drop down box is displayed as shown in FIG. 48, and a desired measurement area shape can be selected. In this example, “None”, “Rectangle”, “Rotating rectangle”, “Circle”, “Ellipse”, “Circle”, “Circle”, “Polygon”, “No”, “Rectangle”, “Circle”, “Circle”, "Composition area" etc. are displayed. If “none” is selected, the entire image displayed in the second image display area 121 is used as the examination target area.
さらに、「計測領域」設定欄126において選択された形状に応じて、詳細な寸法等の設定が可能となる。図48の例では、ワークに消しゴムを用いており、また「計測領域」設定欄126においては、図49に示すように「回転矩形」を選択した例を示している。この状態で「編集」ボタン128を押下すると、図50に示す計測領域編集画面130が表示される。図50の例では、第二画像表示領域121において、回転矩形がワーク上に重ねて表示される。ここでは消しゴムのケースの部分に、矩形状の計測領域が描かれて、距離画像上に重ねて表示される。また回転矩形の基本ベクトルが回転矩形の枠状内に矢印で表示されると共に、計測領域編集画面130の画面で、回転矩形の幅、高さと、中心のXY座標、基本ベクトルの傾斜角度等が表示される。ユーザは計測領域編集画面130上から数値を直接入力するか、あるいは回転矩形に表示されたハンドルをマウス等で操作して、回転矩形の形状や位置等を任意に調整できる。 Further, in accordance with the shape selected in the “measurement area” setting field 126, setting of detailed dimensions and the like becomes possible. In the example of FIG. 48, an eraser is used for the work, and in the “measurement area” setting column 126, as shown in FIG. 49, an example in which “rotation rectangle” is selected is shown. When the “edit” button 128 is pressed in this state, a measurement area edit screen 130 shown in FIG. 50 is displayed. In the example of FIG. 50, in the second image display area 121, a rotation rectangle is displayed superimposed on the workpiece. Here, a rectangular measurement area is drawn on the portion of the case of the eraser, and is displayed superimposed on the distance image. Also, the basic vector of the rotation rectangle is displayed as an arrow in the frame shape of the rotation rectangle, and the width and height of the rotation rectangle, the XY coordinates of the center, the inclination angle of the basic vector, etc. Is displayed. The user can adjust the shape, position, and the like of the rotation rectangle as desired by directly inputting numerical values from the measurement area editing screen 130 or operating the handle displayed in the rotation rectangle with a mouse or the like.
なお計測領域編集画面130において設定可能な項目は、「計測領域」設定欄126において選択された形状に応じて変化する。例えば、「円周」を選択した場合は、図51に示すように、円周の外径や内径の寸法の指定等、円周に関するパラメータの設定が可能となる。さらに、図47の画面から、マスク領域を指定することも可能である。マスク領域としては、円形やドーナツ状、矩形状その他の多角形状、自由曲線等が指定できる。このようにして、検査対象のワークの形状に応じて、適切に検査対象領域を設定し、穴あき部分や背景等、検査に無用な領域を排除して、処理の効率化を図ることができる。
(第二計測表示領域)
The items that can be set in the measurement area editing screen 130 change according to the shape selected in the “measurement area” setting field 126. For example, when “circumference” is selected, as shown in FIG. 51, it is possible to set parameters related to the circumference, such as designation of the dimensions of the outer diameter and the inner diameter of the circumference. Furthermore, it is also possible to specify a mask area from the screen of FIG. As the mask area, a circular shape, a donut shape, a rectangular shape or another polygonal shape, a free curve, or the like can be designated. In this way, according to the shape of the workpiece to be inspected, the inspection target area can be appropriately set, and an area unnecessary for inspection such as a perforated portion or a background can be excluded to improve processing efficiency. .
(Second measurement display area)
このようにして計測領域が設定されると、図49に示すようにワーク上に設定済みの計測領域が重ねて表示される。続いて、他の計測領域を指定する場合は、同様の作業を繰り返す。すなわち、図52に示すように、フロー表示領域261において「高さ計測」処理ユニット266の下部に、さらに別の第二「高さ計測」処理ユニット266Bを追加する。そして図53、図54に示すように、新たな計測領域として回転矩形を、ここではワークである消しゴムの、ケースで覆われていない領域上に設定している。この結果、図55に示すように、新たに設定された第二計測領域がワーク上に重ねて表示される。 When the measurement area is set in this manner, the measurement area that has already been set is displayed superimposed on the workpiece as shown in FIG. Subsequently, when specifying another measurement area, the same operation is repeated. That is, as shown in FIG. 52, another second “height measurement” processing unit 266B is added to the lower part of the “height measurement” processing unit 266 in the flow display area 261. Then, as shown in FIGS. 53 and 54, a rotation rectangle is set as a new measurement area on an area not covered with the case of the eraser, which is a work here. As a result, as shown in FIG. 55, the newly set second measurement area is displayed superimposed on the workpiece.
なお、上記の例では、一の「高さ計測」処理ユニットで一の高さ計測処理が行われる。すなわち、複数の高さ計測処理を行うには、複数の「高さ計測」処理ユニットをそれぞれ追加する必要がある。ただ、一の「高さ計測」処理ユニットにおいて複数の高さ計測処理が行われるように構成することも可能であることはいうまでもない。
(計測処理)
In the above example, one height measurement process is performed by one “height measurement” processing unit. That is, in order to perform a plurality of height measurement processes, it is necessary to add a plurality of "height measurement" processing units. However, it goes without saying that a plurality of height measurement processes can be performed in one "height measurement" processing unit.
(Measurement process)
このようにして計測領域の設定が終了すると、次に実際に計測を行う処理を追加する。ここでは、図56に示すように、フロー表示領域261において第二「高さ計測」処理ユニット266Bの下部に、「演算」を行う「数値演算」処理ユニットを追加する。「数値演算」処理ユニットで実行される演算の内容として、数値演算や画像演算、キャリブレーション、画像連結等が選択できる。ここでは、図57に示すように数値演算を選択した「数値演算」処理ユニットを追加している。
(「数値演算」処理ユニット)
When the setting of the measurement area is completed in this way, processing for actually performing measurement is added next. Here, as shown in FIG. 56, a “numerical operation” processing unit that performs “operation” is added to the lower part of the second “height measurement” processing unit 266B in the flow display area 261. As the contents of the operation executed by the “numeric operation” processing unit, numerical operation, image operation, calibration, image connection, etc. can be selected. Here, as shown in FIG. 57, a "numerical operation" processing unit in which numerical operation is selected is added.
("Mathematical unit" processing unit)
「数値演算」処理ユニットにおいては、具体的な演算式を入力することができる。例えば図58に示すように、数式を直接入力可能な数値演算編集画面を表示させ、ユーザが演算式を規定する。ここでは、電卓状の入力パッドを用意し、またコピーや切り取り、貼り付け等の編集ボタンも用意して、演算式の作成を容易にしている。ユーザはこの画面から、所望の演算式を入力する。入力された演算式の例を、図59に示す。 In the "numerical operation" processing unit, specific arithmetic expressions can be input. For example, as shown in FIG. 58, a numerical operation editing screen on which a mathematical expression can be directly input is displayed, and the user defines an arithmetic expression. Here, a calculator-like input pad is prepared, and editing buttons for copying, cutting, pasting, and the like are also prepared to facilitate creation of an arithmetic expression. The user inputs a desired arithmetic expression from this screen. An example of the input arithmetic expression is shown in FIG.
このようにして数値演算処理の内容が規定されると、図60に示すように初期画面260において、第三画像表示領域262上に演算式が表示される。
(「エリア」処理ユニット)
When the contents of the numerical calculation process are defined in this manner, an arithmetic expression is displayed on the third image display area 262 on the initial screen 260 as shown in FIG.
("Area" processing unit)
さらにまた、図61の例では「数値演算」処理ユニットの下に、「エリア」処理ユニットを追加している。「エリア」処理ユニットでは、実際に合否判定等を行う条件を規定する。具体的には、登録画像や入力画像に応じて、距離画像を低階調距離画像に階調変換するための階調変換条件を適切に変化させるべく、階調変換パラメータ(詳細は後述)の基準となる情報を取得するための領域や、この領域から高さを抽出する条件、あるいは距離画像を生成する際に、フィルタ処理を行う条件等を設定する。すなわち、「エリア」処理ユニットでは、領域設定、高さ抽出、前処理、判定等を設定する。まず、領域設定を行う手順については、上述した登録画像と同様である。すなわち、図62に示すようなエリア設定画面620から、設定項目ボタン領域112に配置された「領域設定」ボタン115を押下すると、図63に示す領域設定画面となり、対象となる領域を指定する。ここでも回転矩形を選択し、さらに詳細な座標等を必要に応じて指定する。このようにして、「エリア」処理ユニットにおける領域が決定され、図64に示すように第二画像表示領域において回転矩形がワーク上に重ねて表示される。
(高さ抽出設定画面)
Furthermore, in the example of FIG. 61, the "area" processing unit is added under the "numerical operation" processing unit. In the "area" processing unit, conditions for actually performing pass / fail determination and the like are defined. Specifically, in order to appropriately change the gradation conversion condition for converting the distance image into a low gradation distance image according to the registered image and the input image, the gradation conversion parameter (details will be described later) An area for acquiring reference information, a condition for extracting a height from this area, a condition for performing a filter process when generating a distance image, and the like are set. That is, in the “area” processing unit, area setting, height extraction, pre-processing, determination and the like are set. First, the procedure for setting the area is the same as that of the registered image described above. That is, when the "area setting" button 115 arranged in the setting item button area 112 is pressed from the area setting screen 620 as shown in FIG. 62, the area setting screen shown in FIG. Here again, a rotation rectangle is selected, and further detailed coordinates and the like are designated as necessary. In this way, the area in the "area" processing unit is determined, and the rotation rectangle is superimposed and displayed on the work in the second image display area as shown in FIG.
(Height extraction setting screen)
次に高さ抽出の設定を行う。高さ抽出の設定とは、階調変換を行う際の階調変換パラメータを設定することである。すなわち図62の設定項目ボタン領域112中から、「高さ抽出」ボタン116を押下すると、図65に示す高さ抽出選択画面140に移行し、表示画像や抽出方法等が選択可能となる。高さ抽出選択画面140でも、図47等と同様、画面の左に第二画像表示領域121を設け、画面の右側に各種の操作を行う操作領域122を配置している。操作領域122の上段には、第二画像表示領域121で表示される画像を選択するための「表示画像」選択欄124が設けられる。図65の例では、「表示画像」選択欄124で登録画像が選択されている。さらにその下方には、高さ抽出機能の抽出方法を選択する抽出方法選択手段142が設けられる。 Next, set the height extraction. The setting of height extraction is to set tone conversion parameters at the time of tone conversion. That is, when the “height extraction” button 116 is pressed in the setting item button area 112 of FIG. 62, the screen shifts to the height extraction selection screen 140 shown in FIG. 65, and a display image, an extraction method, etc. can be selected. Also in the height extraction selection screen 140, the second image display area 121 is provided on the left of the screen and the operation area 122 for performing various operations is disposed on the right of the screen, as in FIG. In the upper stage of the operation area 122, a “display image” selection field 124 for selecting an image displayed in the second image display area 121 is provided. In the example of FIG. 65, the registered image is selected in the “display image” selection field 124. Further below that, extraction method selection means 142 for selecting an extraction method of the height extraction function is provided.
ここで「高さ抽出」ボタン116は、階調変換手段により距離画像の階調変換を行うための階調変換パラメータを設定する階調変換条件設定手段43として機能する。特に階調変換条件設定手段43は、画像の高さ情報を必要としない処理を、検査処理選択手段で選択した場合に表示される。逆に、画像の高さ情報を必要とする処理を検査処理選択手段で選択した場合は、この階調変換条件設定手段を表示させない。具体的には、検査処理ツールとして「高さ計測」処理ユニット266を選択した場合は、フロー表示領域261に「高さ抽出」ボタンが表示されない。これ以外の検査処理ツール、例えば「エリア」処理ユニットや「ブロブ」処理ユニット267、「色検査」処理ユニット267B、「Shapetrax2」処理ユニット264、「位置補正」処理ユニット265等に関しては、「高さ抽出」ボタン116が表示され、階調変換条件を設定可能としている。このようにすることで、階調変換が必要な場合には階調変換条件設定手段43を表示させて、ユーザに必要な設定を促す一方、階調変換が不要な場合は、階調変換の条件を設定する手段そのものを非表示として、ユーザが不要な設定で混乱することを回避し、使い勝手のよい環境が実現される。
(抽出方法選択手段142)
Here, the “height extraction” button 116 functions as a tone conversion condition setting unit 43 that sets a tone conversion parameter for performing tone conversion of the distance image by the tone conversion unit. In particular, the tone conversion condition setting unit 43 is displayed when the inspection process selection unit selects a process that does not require image height information. On the contrary, when the process requiring the height information of the image is selected by the inspection process selection means, the gradation conversion condition setting means is not displayed. Specifically, when the “height measurement” processing unit 266 is selected as the inspection processing tool, the “height extraction” button is not displayed in the flow display area 261. For other inspection processing tools, such as “area” processing unit or “blob” processing unit 267, “color inspection” processing unit 267B, “Shapetrax2” processing unit 264, “position correction” processing unit 265, etc. An “extract” button 116 is displayed, and the gradation conversion condition can be set. By doing this, the tone conversion condition setting means 43 is displayed when tone conversion is necessary, and the user is prompted to make necessary settings, while when the tone conversion is not necessary, the tone conversion By making the means for setting the conditions itself non-display, it is possible to prevent the user from being confused by unnecessary settings, and a user-friendly environment is realized.
(Extraction method selection means 142)
抽出方法選択手段142では、階調変換方法を指定する。例えば静的変換又は動的変換のいずれかをユーザに選択させる。図65の例では、予め選択肢として、静的変換に該当する「一点指定」又は「三点指定(平面)」、動的変換に該当する「リアルタイム抽出」のいずれかを、ドロップダウンボックスから選択させる。
(一点指定画面150)
The extraction method selection unit 142 specifies a gradation conversion method. For example, the user is made to select either static conversion or dynamic conversion. In the example of FIG. 65, either “one-point designation” or “three-point designation (plane)” corresponding to static conversion or “real-time extraction” corresponding to dynamic conversion is selected from the drop-down box as an option in advance. Let
(One point specification screen 150)
図65の画面で、抽出方法選択手段142から「一点指定」を選択すると、図66の一点指定画面150に移行する。なお、図66〜図96においては、説明のためワークとして50円玉を用いた例を示している。図66の一点指定画面150では、第二画像表示領域121上で指定した部位の高さを基準の高さ(基準高さ)として設定する。図66の例では、画面右の操作領域122中に設けられた「抽出」ボタン144を選択すると、図67に示す画面となり、画面左の第二画像表示領域121上の任意の位置を指定できるようになる。ここでは、高さ抽出手段を用いて、第二画像表示領域121に表示されたワーク中で、高さの中心となる位置を指定する。図67の例では、高さ抽出手段は、スポイト状のアイコンSIを表示した「抽出」ボタン144で構成されており、この「抽出」ボタン144を押下すると、第二画像表示領域121上に点状のポインタ146が表示される。このポインタ146で指定された位置が、距離レンジの中間の高さとして登録される。 When "one point designation" is selected from the extraction method selection means 142 on the screen of FIG. 65, the screen shifts to a one point designation screen 150 of FIG. In addition, in FIG. 66-FIG. 96, the example using 50 yen ball as a workpiece | work is shown for description. In the one-point specification screen 150 in FIG. 66, the height of the part specified on the second image display area 121 is set as the reference height (reference height). In the example of FIG. 66, when the “extract” button 144 provided in the operation area 122 at the right of the screen is selected, the screen shown in FIG. 67 is displayed, and an arbitrary position on the second image display area 121 at the left of the screen can be specified. It will be. Here, the height extraction unit is used to designate a position at the center of the height in the work displayed in the second image display area 121. In the example of FIG. 67, the height extraction means is constituted by an “extract” button 144 displaying a dropper-like icon SI. When the “extract” button 144 is pressed, a point on the second image display area 121 is displayed. Pointer 146 is displayed. The position designated by the pointer 146 is registered as an intermediate height of the distance range.
またポインタ146で指定された点の周辺の高さを求める範囲を、「抽出領域」指定欄145で指定できる。「抽出領域」指定欄145では、平均高さを求める領域の一辺を画素数で指定する。図67の例では「抽出領域」指定欄145で「16」を指定しており、ポインタ146で指定された点を中心とする16画素×16画素の領域内の、平均高さを抽出して、ポインタ146で抽出された高さとする。なお、第二画像表示領域121上においてポインタ146で指定される領域の大きさを、「抽出領域」指定欄145で指定される数値に連動させて変化させることもできる。 Further, a range for obtaining the height around the point designated by the pointer 146 can be designated by the “extraction area” designation column 145. In the “extraction area” designation column 145, one side of the area for which the average height is to be obtained is designated by the number of pixels. In the example of FIG. 67, “16” is specified in the “extraction area” specification column 145, and the average height within the area of 16 pixels × 16 pixels centered on the point specified by the pointer 146 is extracted , And the height extracted by the pointer 146. The size of the area designated by the pointer 146 on the second image display area 121 can be changed in conjunction with the numerical value designated in the “extraction area” designation column 145.
また「Z高さ」表示欄152には、指定された部位の高さ情報が数値として表示される(図68の例では「Z高さ」表示欄152に1.253と表示される)。例えば、距離レンジを28=256階調(0〜255)で表現する場合、高さ抽出手段で指定された高さを、その中心値としてゲイン(濃度値/mm;詳細は後述)が128となるように設定される。この構成により、ユーザは検査したい高さを直接画面上で指定することで、指定された高さを中心とする範囲で、低階調な距離画像に階調変換されるため、必要な高さ情報が損なわれる事態を回避できる。
(簡易表示機能)
Further, height information of the designated part is displayed as a numerical value in the “Z height” display field 152 (in the example of FIG. 68, “1.253” is displayed in the “Z height” display field 152). For example, when the distance range is expressed by 2 8 = 256 gradations (0 to 255), a height (density value / mm; details will be described later) is 128 with the height specified by the height extraction means as its center It is set to be With this configuration, the user directly designates on the screen the height to be inspected, so that gradation conversion is performed to a low gradation distance image within a range centered on the specified height. It is possible to avoid the situation where the information is lost.
(Simple display function)
以上のようにして階調変換に必要な階調変換パラメータとして、距離レンジとスパンが決定されると、高階調な距離画像を低階調距離画像に階調変換することが可能となる。また第二画像表示領域121上には、図68に示すように、現在操作領域122で設定されている階調変換条件で階調変換された低階調距離画像が、簡易的に表示される。また、操作領域122で階調変換条件を変更すると、これに応じて第二画像表示領域121上の階調変換後の低階調距離画像の簡易表示も、変更後の階調変換条件に応じて更新される。これにより、ユーザは階調変換条件の調整後の変化を視覚的に速やかに確認でき、試行錯誤による調整作業を容易に行うことが可能となる。このように第二画像表示領域121で表示される画像は、階調変換前の距離画像を表示させるモード、階調変換後の低階調距離画像を表示させるモード、及び通常の輝度画像を表示させるモードを切り替えることで、変更できる。
(ゲイン調整手段)
As described above, when the distance range and the span are determined as tone conversion parameters necessary for tone conversion, it becomes possible to tone convert a high tone distance image into a low tone distance image. Also, as shown in FIG. 68, a low gradation distance image having undergone gradation conversion under the gradation conversion conditions currently set in the current operation area 122 is simply displayed on the second image display area 121. . In addition, when the tone conversion condition is changed in the operation area 122, the simple display of the low tone distance image after the tone conversion in the second image display area 121 is accordingly made according to the tone conversion condition after the change. Will be updated. As a result, the user can visually confirm the change in the gradation conversion condition visually and promptly, and can easily perform the adjustment operation by trial and error. As described above, the image displayed in the second image display area 121 is a mode in which the distance image before gradation conversion is displayed, a mode in which the low gradation distance image after gradation conversion is displayed, and a normal luminance image You can change it by switching the mode.
(Gain adjustment means)
さらにユーザは、ゲイン調整手段を用いて、階調変換パラメータの一であるゲイン調整を行うことができる。図68の例では、操作領域122の中段に強調方法設定欄154が設けられており、ここにゲイン調整手段としてゲイン調整欄156が配置される。ゲイン調整欄156には、現在のゲインが数値で表示されている。ここでゲイン[階調/mm]とは、階調変換を行う際のスパンに該当するパラメータである。例えば16階調の距離画像を8階調に階調変換する際は、1mm当たりを8階調中の何階調として変換するかを設定する。ゲイン値を大きくすれば、コントラストがはっきりした階調変換となる。例えばゲイン値を100[階調/mm]に設定すると、1階調当たり0.010mmとなるような階調変換に設定される。また変換前の距離画像の高さ情報が、1階調当たり0.00025mmの分解能であったとすると、求めた基準面と入力高さデータとの差が、変換前にN階調であった場合、変換後はN[階調]×0.00025[mm/階調]×100[階調/mm]=N×0.025階調として算出できる。 Furthermore, the user can perform gain adjustment, which is one of the gradation conversion parameters, using the gain adjustment unit. In the example of FIG. 68, an emphasizing method setting field 154 is provided in the middle stage of the operation area 122, and a gain adjustment field 156 is disposed as a gain adjusting means here. The current gain is displayed numerically in the gain adjustment field 156. Here, the gain [gradation / mm] is a parameter corresponding to a span at the time of gradation conversion. For example, when converting a distance image of 16 gradations to 8 gradations, it is set as how many gradations out of 8 gradations are to be converted per 1 mm. If the gain value is increased, gradation conversion with clear contrast is obtained. For example, when the gain value is set to 100 [gradation / mm], gradation conversion is performed so as to be 0.010 mm per gradation. Also, assuming that the height information of the distance image before conversion has a resolution of 0.00025 mm per gradation, the difference between the obtained reference surface and the input height data is N gradations before conversion. After conversion, it can be calculated as N [tone] × 0.00025 [mm / tone] × 100 [tone / mm] = N × 0.025 tone.
ここで基準面とは、一点指定や後述する平均高さ基準、三点指定、平面基準、自由曲面基準等の方法で求めた面であり、階調変換時の基準となる面である。例えば、図69Aに示すように、16階調の変換前の距離画像(入力画像)の断面プロファイルが実線で示すような形状である場合、その基準面を波線で示す。このような入力画像を、16階調から8階調に階調変換した低階調距離画像のプロファイルは、図69Bに示すようになり、基準面からの差分に対してそのままゲイン(変換係数)がかかるような状態となる。 Here, the reference plane is a plane obtained by a method such as one-point specification, an average height reference described later, three-point specification, a plane reference, a free-form surface reference, etc. For example, as shown in FIG. 69A, when the cross-sectional profile of the distance image (input image) before conversion of 16 gradations has a shape shown by a solid line, the reference plane is indicated by a dashed line. A profile of a low tone distance image obtained by tone converting such an input image from 16 tones to 8 tones is as shown in FIG. 69B, and the gain (conversion coefficient) as it is with respect to the difference from the reference plane It will be in a state where it
また、上述したゲイン値に応じて1階調当たりの高さ(ゲイン値の逆数)も自動的に演算されて、併せて表示させることもできる。図68の例では、ゲイン値として250[階調/mm]、1階調あたりの高さとして0.0040mmが表示されている。ユーザはゲイン値を変更することで、ゲイン値の調整が可能となる。例えばゲイン値を増加させると、図68の画面から図70の画面に示すように、濃度差を強調して高さ情報を細かく検査できる反面、検査可能な高さ範囲が狭くなる。逆にゲイン値を低下させると、図71に示すように広い高さ範囲まで検査できる反面、細かな変化が損なわれる。このように、ゲイン調整手段でゲインを調整させると、その階調変換条件で得られる階調変換画像を第二画像表示領域121で確認できる。これによりユーザは、リアルタイムに更新される階調変換画像を確認しながら、検査目的等に応じて、適切なゲイン値に調整できる。
(抽出高さの設定)
Further, the height per gray level (reciprocal number of gain value) can be automatically calculated according to the above-described gain value, and can be displayed together. In the example of FIG. 68, 250 [gradation / mm] is displayed as the gain value, and 0.0040 mm is displayed as the height per gradation. The user can adjust the gain value by changing the gain value. For example, when the gain value is increased, as shown in the screen of FIG. 68 to the screen of FIG. 70, the height difference can be emphasized to finely inspect the height information, but the height range which can be inspected becomes narrow. Conversely, if the gain value is lowered, inspection can be performed to a wide height range as shown in FIG. 71, but fine changes are lost. As described above, when the gain is adjusted by the gain adjustment unit, the tone-converted image obtained under the tone conversion condition can be confirmed in the second image display area 121. As a result, the user can adjust to an appropriate gain value according to the inspection purpose etc. while checking the tone-converted image updated in real time.
(Setting extraction height)
さらに、強調方法の設定項目は、ゲイン値の他、抽出高さの設定も含めることができる。例えば図72の画面において、操作領域122の右下に設けられた「詳細設定」ボタン158を押下すると、図73の強調方法詳細設定画面160に切り替わり、強調方法設定欄154に上述したゲイン調整欄156に加えて、「抽出高さ」設定欄162が表示される。「抽出高さ」設定欄162では、高さ抽出手段で抽出すべき高さ情報として、領域内に含まれる高い高さ情報、低い高さ情報、高いものと低いものの両方の高さ情報のいずれかを選択できる。ここでは、図74に示すように、「抽出高さ」設定欄162に設けられたドロップダウンリストによって「高い側」、「低い側」、「高低両方」のいずれかを選択できる。例えば、「高い側」を選択すると、ポインタ146で指定された位置の高さが、距離レンジの下限となるように階調変換される。この結果、指定された高さよりも高い側のみが抽出された低階調距離画像が生成される。同様に「低い側」を選択すると、ポインタ146で指定された位置の高さが距離レンジの上限となるように階調変換される。この結果、指定された高さよりも低い側のみが抽出された低階調距離画像が生成される。さらに「高低両方」の場合は、ポインタ146で指定された位置の高さが上述した距離レンジの中間となるように階調変換される。なお、階調変換後に範囲外となった画素は、低い側が黒(8階調の場合、画素値0)に、高い側が白(画素値255)にクリッピングされる。 Furthermore, the setting method of the emphasizing method can include setting of the extraction height as well as the gain value. For example, in the screen of FIG. 72, when the “detail setting” button 158 provided at the lower right of the operation area 122 is pressed, the screen switches to the highlighting method detail setting screen 160 of FIG. In addition to 156, an "extraction height" setting field 162 is displayed. In the "extraction height" setting column 162, as height information to be extracted by the height extraction means, any of high height information, low height information, and height information of both high and low included in the area You can choose Here, as shown in FIG. 74, either “high side”, “low side”, or “both high and low” can be selected by the drop-down list provided in the “extraction height” setting field 162. For example, when “high side” is selected, gradation conversion is performed so that the height of the position designated by the pointer 146 becomes the lower limit of the distance range. As a result, a low gradation distance image is generated in which only the side higher than the specified height is extracted. Similarly, when “low side” is selected, gradation conversion is performed so that the height of the position designated by the pointer 146 becomes the upper limit of the distance range. As a result, a low gradation distance image is generated in which only the side lower than the specified height is extracted. Furthermore, in the case of “both high and low”, gradation conversion is performed so that the height of the position designated by the pointer 146 is in the middle of the above-described distance range. Pixels out of the range after gradation conversion are clipped to the low side at black (pixel value 0 in the case of eight gradations) and to the high side at white (pixel value 255).
さらに、図73の強調方法詳細設定画面160においては、ノイズを除去するためのノイズ除去設定欄164や、無効画素に与える値を指定するための無効画素指定欄166も設けられている。
(ノイズ除去設定欄164)
Further, in the emphasizing method detail setting screen 160 of FIG. 73, a noise removal setting field 164 for removing noise and an invalid pixel designation field 166 for designating a value to be given to invalid pixels are also provided.
(Noise removal setting field 164)
ノイズ除去設定欄164では、階調変換パラメータの一として、基準面から何mm分の差分をノイズとして除去するかを指定する。例えば、ノイズ除去パラメータを0.080mmと設定すると、基準面から0.080mm分の差分は除去される。ここで変換前の高さ情報が1階調あたり0.00025mmの分解能であるとすると、0.080[mm]÷0.00025[mm]=320[階調]の差分は、無視される動作となる。この様子を、図75A〜図75Cに基づいて説明する。これらの図において図75Aは、図69Aと同様、16階調の変換前の距離画像の断面プロファイルを実線で、その基準面を波線で示すと共に、さらにノイズ除去される範囲を一点鎖線で示している。このような入力画像に対し、基準面を基準にノイズ除去を行った結果、図75Bに示すプロファイルとなる。さらに図75Bの距離画像に対して、16階調から8階調に階調変換した低階調距離画像のプロファイルは、図75Cに示すようになり、残った成分に対してゲイン(変換係数)をかけた状態となる。 In the noise removal setting field 164, as one of the tone conversion parameters, it is specified how many mm of the difference from the reference surface should be removed as noise. For example, when the noise removal parameter is set to 0.080 mm, the difference of 0.080 mm from the reference surface is removed. Here, assuming that the pre-conversion height information has a resolution of 0.00025 mm per gradation, the difference of 0.080 [mm] /0.00025 [mm] = 320 [gradation] is ignored. It becomes. This situation will be described based on FIGS. 75A to 75C. In these figures, as in FIG. 69A, the cross-sectional profile of the distance image before conversion of 16 gradations is indicated by a solid line, its reference plane is indicated by a dashed line, and the noise removal range is indicated by an alternate long and short dash line. There is. As a result of performing noise removal on such an input image with reference to the reference plane, a profile shown in FIG. 75B is obtained. Furthermore, the profile of the low gradation distance image obtained by converting the gradation of 16 gradations to 8 gradations with respect to the distance image of FIG. 75B is as shown in FIG. 75C, and gains (conversion coefficients) for the remaining components. It will be in the state where it applied.
さらに、ゲイン調整とノイズ除去の効果を、図76A〜図76Fに基づいて説明する。まず図76Aに示すような輝度画像と、図76Bに示すような高階調(16階調)の距離画像を得たとする。ここで、図76Bの距離画像を、初期設定(ここでは、ゲインが100[階調/mm]、ノイズ除去が0.000[mm]とする。)のまま、低階調(8階調)に階調変換した低階調距離画像を、図76Cに示す。この低階調距離画像は、コントラストが比較的低い。そこで、この状態からゲインを上げると、図76Dに示すように、コントラストが高くなった低階調距離画像が新たに図76Bから階調変換されて、表示される。ただ、この画像ではノイズ成分も大きくなっている。図76Dの例では、ゲインが1000[階調/mm]、ノイズ除去が0.000[mm]に設定されている。そこで、図76Dからノイズ除去量を大きくした低階調距離画像を、図76Eに示す。ここでは、ゲインが1000[階調/mm]、ノイズ除去が0.080[mm]に設定されている。これによってノイズ成分は低減されたが、一方で左上の「E」の右上に、基準面よりも低い高さのノイズが存在することが確認できる。そこで、図74等に示す「抽出高さ」設定欄182において「高い側」に設定すると、基準面が最低値(画素値0)となるように変換されるため、基準面よりも低い部分は無視され、基準面よりも高い側のみが抽出される結果、図76Fに示すような低階調距離画像が得られる。例えば図77Aに示すようなプロファイルの距離画像(16階調)に対して、「抽出高さ」を「高い側」に設定すると、基準面からの高い側のみが抽出されるような結果となり、図77Bに示すような低階調距離画像(8階調)が得られる。このようにして、図76C等に比べてコントラストが高く、かつノイズ成分も少ない低階調距離画像を得ることができる。この例では、最終的な階調変換パラメータとして、ゲインを1000[階調/mm]、ノイズ除去を0.080[mm]、「抽出高さ」を「高い側」にそれぞれ設定して、図76Bの距離画像から図76Fの低階調距離画像に階調変換している。 Further, effects of gain adjustment and noise removal will be described based on FIGS. 76A to 76F. First, it is assumed that a luminance image as shown in FIG. 76A and a distance image of high gradation (16 gradations) as shown in FIG. 76B are obtained. Here, with the distance image of FIG. 76B, the low gradation (eight gradations) remains as it is initially set (here, the gain is 100 [gradation / mm] and the noise removal is 0.000 [mm]). FIG. 76C shows a low gradation distance image subjected to gradation conversion to. The low tone distance image has relatively low contrast. Therefore, when the gain is increased from this state, as shown in FIG. 76D, the low-gradation distance image with high contrast is newly gradation-converted from FIG. 76B and displayed. However, the noise component is also large in this image. In the example of FIG. 76D, the gain is set to 1000 [gradation / mm] and the noise removal is set to 0.000 [mm]. Accordingly, a low gradation distance image in which the noise removal amount is increased from FIG. 76D is shown in FIG. 76E. Here, the gain is set to 1000 [gradation / mm] and the noise removal is set to 0.080 [mm]. As a result, although the noise component was reduced, it can be confirmed that noise lower than the reference plane is present at the upper right of the upper left “E”. Therefore, if the “extraction height” setting column 182 shown in FIG. 74 and the like is set to “high side”, the reference surface is converted to the lowest value (pixel value 0), so the portion lower than the reference surface is As a result of being ignored and only the side higher than the reference plane being extracted, a low gradation distance image as shown in FIG. 76F is obtained. For example, when “extraction height” is set to “high side” for a distance image (16 tones) of a profile as shown in FIG. 77A, the result is that only the high side from the reference plane is extracted, A low gradation distance image (eight gradations) as shown in FIG. 77B is obtained. In this way, it is possible to obtain a low gradation distance image having high contrast and less noise components as compared to FIG. 76C and the like. In this example, as the final tone conversion parameters, set the gain to 1000 [tone / mm], the noise removal to 0.080 mm, and the “extraction height” to the “high side”, as shown in the figure. Gradation conversion is performed from the distance image 76B to the low gradation distance image in FIG. 76F.
このようにして、一点指定の実行に必要な条件が設定されると、指定された階調変換条件、すなわち基準高さ等に従って、入力画像が高階調な距離画像から低階調距離画像に階調変換され、図78に示すように、第一画像表示領域111に表示される。 In this manner, when the conditions necessary for performing one-point specification are set, the input image is shifted from the high-gradation distance image to the low-gradation distance image according to the designated gradation conversion condition, that is, the reference height. The tone is converted and displayed in the first image display area 111 as shown in FIG.
ここで、基準面を一点指定で指定する方法が有効なワークの例を、図79A〜図79Bに基づいて説明する。図79Aは、ワークの計測面において平面的な傾斜がない、又は多少の傾斜があっても検査処理に影響しないワークWK7を示している。ここでは、鋳物の表面に数字や文字列が立体的に形成されたワークWK7に対して、文字列が適切かどうかをOCRによって読み取る検査処理を行う。このような用途において、図67等に示した「抽出」ボタン144を押下することで、第二画像表示領域121上にスポイト状のアイコンSIを表示させる。そしてポインタ146で、図79Aに示すようにワークWK7上面の、文字列の形成されていない平面(背景面)の一点を指定する。これにより、ポインタ146で指定された抽出領域(図67の例では16画素)の高さを基準面として、階調変換が行われ、図79Bに示す低階調距離画像に変換される。この低階調距離画像では、ワークWK7の平面を背景として、ここから突出した文字列部分が綺麗に抽出されるので、正確なOCRを実行し易くできる。このように一点指定は、ワークに多少傾きがあっても検査処理には影響のないケースに有効に利用できる。また一点指定は低負荷で高速に処理できる利点も挙げられる。
(三点指定)
Here, an example of a work in which the method of designating the reference plane by one point designation is effective will be described based on FIGS. 79A to 79B. FIG. 79A shows a workpiece WK7 which has no flat inclination or slight inclination on the measurement surface of the workpiece and does not affect inspection processing. Here, an inspection process of reading whether the character string is appropriate or not is performed on the workpiece WK7 in which numbers and character strings are three-dimensionally formed on the surface of the casting. In such an application, pressing the “extract” button 144 shown in FIG. 67 or the like causes the dropper-like icon SI to be displayed on the second image display area 121. Then, as shown in FIG. 79A, one point of the flat surface (background surface) on which the character string is not formed is designated by the pointer 146 as shown in FIG. 79A. Accordingly, tone conversion is performed with the height of the extraction area (16 pixels in the example of FIG. 67) designated by the pointer 146 as a reference plane, and converted to the low tone distance image shown in FIG. 79B. In this low gradation distance image, since the character string portion protruding from here is clearly extracted with the plane of the work WK 7 as the background, accurate OCR can be easily performed. Thus, one-point specification can be effectively used in the case where there is no influence on inspection processing even if the work is slightly inclined. There is also an advantage that one point specification can be processed at low load and at high speed.
(3 points specified)
以上は、一点指定による階調変換条件の設定方法について説明した。次に三点指定による階調変換条件の設定方法について、図80〜図85のGUI画面に基づいて説明する。三点指定とは、ユーザが指定した三点から求められる平面を基準面として、距離画像を低階調距離画像に階調変換する方法である。基準面も、上述した一点指定の基準高さと同様、例えば距離画像の高さ情報の内、低階調距離画像に階調変換される高さ範囲(距離レンジ)の中間の高さとする。あるいは、距離レンジの上限(階調変換される最も高い位置)や下限(階調変換される最も低い位置)とすることもできる。 The above described the setting method of the gradation conversion conditions by one-point specification. Next, a method of setting gradation conversion conditions by three-point specification will be described based on the GUI screens of FIGS. The three-point specification is a method of performing gradation conversion of a distance image into a low gradation distance image using a plane obtained from three points specified by the user as a reference plane. The reference plane is also, for example, the height of the middle of the height range (distance range) in which the gradation conversion is performed to the low gradation distance image among the height information of the distance image, similarly to the reference height of one point designation. Alternatively, it may be set to the upper limit (the highest position where gradation conversion is performed) or the lower limit (the lowest position where gradation conversion is performed) of the distance range.
図62の三次元画像処理プログラムのGUI画面で「高さ抽出」ボタン116を押下し、図80に示す高さ抽出選択画面140に移行した状態で、抽出方法選択手段142で階調変換方法として、「三点指定(平面)」を選択する。これにより、図81に示す高さ抽出設定を行う三点指定画面170が表示される。
(三点指定画面170)
In the state of shifting to the height extraction selection screen 140 shown in FIG. 80 by pressing the “height extraction” button 116 on the GUI screen of the three-dimensional image processing program of FIG. , Select "Three points specified (plane)". As a result, a three-point designation screen 170 for setting height extraction shown in FIG. 81 is displayed.
(Three-point specification screen 170)
三点指定画面170では、階調変換の基準となる基準面を、第二画像表示領域121上で3点指定して設定する。このため図81の三点指定画面170では、高さ抽出手段が設けられる。具体的には、画面右の操作領域122中に設けられた「抽出」ボタン144を選択することで、図82に示す画面となり、画面左の第二画像表示領域121上で任意の位置を三点指定できるようになる。ここでは、高さ抽出手段として図67と同様に点状のポインタ146が表示されており、ユーザは所望の位置をマウスやトラックボール、あるいはタッチパネル等のポインティングデバイスで順次指定していく。まず一点目を第二画像表示領域121上で指定すると、指定された位置で図83のように矩形状が十字状に変化して、指定済みの位置を示すと共に、次の二点目を、同じくポインタ146でもって指定できるようになる。この時点で、図82に表示されているカラーの距離画像は、指定された一点目の高さを含む水平面を基準として階調変換を行い、階調変換後の低階調距離画像を濃淡画像として第二画像表示領域に表示する。さらに二点目を指定すると、図84に示すように二点目の位置が矩形状から十字状に変化すると共に、三点目が指定可能となる。この時点で、指定された2点の高さを含む傾斜面を基準として再度階調変換を行い、低階調距離画像を更新する。そして三点目を指定すると、これら指定済みの三点を含む平面でもって基準面が設定される。また、高さ抽出手段で各点を指定する際に、高さ抽出画面表示領域上で現在指定されている点の高さを、「Z高さ」表示欄152に表示させてもよい。 In the three-point specification screen 170, three reference planes as reference for tone conversion are specified and set on the second image display area 121. For this reason, in the three-point designation screen 170 of FIG. 81, height extraction means is provided. Specifically, by selecting the “extract” button 144 provided in the operation area 122 at the right of the screen, the screen shown in FIG. 82 is displayed, and three arbitrary positions are selected on the second image display area 121 at the left of the screen. You will be able to specify points. Here, a point-like pointer 146 is displayed as height extraction means as in FIG. 67, and the user sequentially designates a desired position with a pointing device such as a mouse, a track ball, or a touch panel. First, when the first point is designated on the second image display area 121, the rectangular shape changes into a cross shape at the designated position as shown in FIG. 83 to indicate the designated position, and the second point, Similarly, it can be designated by the pointer 146. At this point, the color distance image displayed in FIG. 82 is subjected to gradation conversion on the basis of the horizontal plane including the specified first point height, and the low gradation distance image after gradation conversion is converted to a gray scale image Is displayed in the second image display area as When the second point is further designated, the position of the second point changes from rectangular to cross as shown in FIG. 84, and the third point can be designated. At this point in time, tone conversion is performed again on the basis of the inclined surface including the heights of the two designated points, and the low tone distance image is updated. When a third point is specified, the reference plane is set with a plane including these specified three points. Further, when each point is specified by the height extraction means, the height of the point currently specified on the height extraction screen display area may be displayed in the “Z height” display field 152.
さらに、基準面の情報として、傾斜角を表示させることもできる。図84の例では、操作領域122に設けられた高さ抽出表示欄172において、基準面のX方向傾き、Y方向傾き、及び三点目のZ方向高さが表示されている。 Furthermore, an inclination angle can be displayed as the information of the reference surface. In the example of FIG. 84, in the height extraction display field 172 provided in the operation area 122, the X-direction inclination, the Y-direction inclination, and the third Z-direction height of the reference surface are displayed.
また、一点指定と同様、必要に応じて強調方法を指定することもできる。例えば、ゲイン調整手段を用いて、ゲイン調整を行ったり、三点指定「詳細設定」ボタン174を押下して図85に示すような三点指定詳細設定画面180を呼び出し、強調方法設定欄154にゲイン調整欄156に加えて「抽出高さ」設定欄182を表示させ、高さ抽出手段で抽出すべき高さ情報として、ドロップダウンリストから「高い側」、「低い側」、「高低両方」のいずれかを選択できる。 Also, as with single-point designation, it is also possible to designate an emphasis method as needed. For example, gain adjustment is performed using the gain adjustment means, or the three-point specification “detail setting” button 174 is pressed to call the three-point specification detail setting screen 180 as shown in FIG. In addition to the gain adjustment column 156, the "extraction height" setting column 182 is displayed, and as height information to be extracted by the height extraction means, "high side", "low side", "both high and low" from the drop down list You can choose one.
このようにして、指定された三点で規定される任意の平面を基準面として、距離画像の階調変換を行うことが可能となる。この結果、上述した一点指定のような水平な平面を基準とする階調変換のみならず、傾斜させた平面を基準面とした階調変換も可能となる。例えば、ワーク表面の傾斜面の傷や異物を検査する用途において、傾斜面のままでは距離レンジが狭くなるところ、傾斜面に沿って基準面を設定することで、傾斜面をキャンセルでき、効率よく傷や異物を検出できる。このようにして、ワークや検査目的に応じて高さ情報を活用した、柔軟な階調変換を実現できる。 In this way, it is possible to perform tone conversion of the distance image with an arbitrary plane defined by the specified three points as a reference plane. As a result, not only tone conversion based on a horizontal plane such as the one-point designation described above, but also tone conversion using an inclined plane as a reference plane becomes possible. For example, in an application where a flaw or foreign matter on a sloped surface of a work surface is inspected, the distance range narrows with the slope as it is, and the sloped surface can be canceled by setting the reference plane along the sloped surface. It can detect scratches and foreign matter. In this way, it is possible to realize flexible gradation conversion utilizing height information according to the work and inspection purpose.
ここで、基準面を三点指定で指定する方法が有効なワークの例を、図86A〜図86Dに基づいて説明する。図86Aは、ワークの計測面において平面的な傾斜が生じていたり、微小な平面傾斜が存在すると、検査処理の結果に影響するようなワークWK8を示している。ここでは、基板上に形成されたボールグリッドアレイ(BGA)を検出する検査処理を行う。このような用途において、図84等に示した「抽出」ボタン144を押下することで、第二画像表示領域121上にスポイト状のアイコンSIを表示させる。そしてポインタ146で、図86Aに示すように、ワークWK8上面の内、BGAが形成されていない点を三点指定する。これにより、指定された三点を含む平面が基準面として抽出されて、階調変換が行われ、図86Bに示す低階調距離画像に変換される。この低階調距離画像では、ワークWK8の平面を背景として、ここから突出したBGAが綺麗に抽出されるので、例えばこれを図86Cに示すように二値化してBGAの形状を確認できる。この方法であれば、ワークWK8の平面に傾きがあっても正確に検出できる利点が得られる。仮に図86Aに示すワークWK8に傾きがあると、例えば一点指定では二値化された画像が図86Dに示すようになって、正しく検出できない。これに対して、三点指定では上述の通り傾きを補正して正確な検出結果が得られる。このように三点指定は、平面の傾きが検査処理結果に影響するケースで有効である。 Here, an example of a work in which the method of designating the reference plane by three points designation is effective will be described based on FIGS. 86A to 86D. FIG. 86A shows a work WK8 that affects the result of the inspection process when there is a planar inclination or a slight planar inclination in the measurement surface of the work. Here, inspection processing for detecting a ball grid array (BGA) formed on a substrate is performed. In such an application, pressing the “extract” button 144 shown in FIG. 84 or the like causes the dropper-like icon SI to be displayed on the second image display area 121. Then, as shown in FIG. 86A, three points on the upper surface of the workpiece WK8 where the BGA is not formed are designated by the pointer 146. As a result, a plane including the three designated points is extracted as a reference plane, gradation conversion is performed, and a low gradation distance image shown in FIG. 86B is converted. In this low gradation distance image, the BGA protruding from the surface of the work WK 8 is clearly extracted with the background as a background, so that it can be binarized as shown in FIG. 86C to confirm the shape of the BGA. This method has an advantage that accurate detection can be performed even if the plane of the workpiece WK8 is inclined. If the workpiece WK8 shown in FIG. 86A has an inclination, for example, at one-point designation, a binarized image becomes as shown in FIG. 86D and can not be detected correctly. On the other hand, in the three-point specification, the inclination is corrected as described above to obtain an accurate detection result. Thus, three-point designation is effective in the case where the inclination of the plane affects the inspection processing result.
さらに、図87Aに示すような平面状のワークWK9の上面に緩やかな窪みを有する場合に、この窪みを検出する検査処理を考える。ここでは図87Aに示すように計測領域ROIを、窪みを含む領域に設定する。これにより、窪みを含んだ計測領域ROI内全体の高さデータから求めた平面を基準面として階調変換され、図87Bに示すような低階調距離画像が得られる。この例では最小二乗法で基準面を推定している。さらに得られた低階調距離画像を二値化して、図87Cに示す二値化画像を得る。これによって傾きを補正して、安定的に窪みの部分だけを抽出できる。仮に傾きがある状態で一点指定によって二値化画像を求めると、図87Dに示すような結果となって、傾斜面によって窪みの検出が困難となることが判る。このように、精度の高い基準面の推定に、三点指定が有効である。なお処理時間の面では、一点指定よりも処理時間がかかるものの、比較的高速に処理可能である。 Further, when there is a gentle depression on the upper surface of a planar work WK9 as shown in FIG. 87A, an inspection process for detecting this depression will be considered. Here, as shown in FIG. 87A, the measurement region ROI is set to a region including a depression. As a result, gradation conversion is performed using the plane obtained from height data of the entire measurement region ROI including the depression as a reference plane, and a low gradation distance image as shown in FIG. 87B is obtained. In this example, the reference plane is estimated by the method of least squares. Further, the obtained low gradation distance image is binarized to obtain a binarized image shown in FIG. 87C. By this, the inclination can be corrected and only the portion of the depression can be extracted stably. If a binarized image is obtained by designating one point in a state where there is inclination, the result is as shown in FIG. 87D, and it can be understood that detection of a depression becomes difficult due to the inclined surface. Thus, three-point designation is effective for highly accurate reference surface estimation. In terms of processing time, although processing time takes longer than one-point designation, processing can be performed relatively quickly.
以上は、設定段階で予め階調変換条件を指定して、運用時には指定された条件で階調変換を行う静的変換について説明した。いいかえると、静的変換では、階調変換パラメータは入力画像によらず一定値である。次に、検査対象の入力画像に応じて階調変換条件を調整する動的変換の具体例について、説明する。まず動的変換には、距離画像を低階調距離画像に階調変換する際に、残すべき高さ情報の基準を補正するため具体的な方法として、
(B1)入力画像に対して指定された平均抽出領域内の平均高さ(平均距離)を平均基準高さとして階調変換する平均高さ基準、
(B2)入力画像の指定領域内の推定平面を生成し、これを基準面として階調変換する平面基準、
(B3)入力画像から高周波成分を除いた自由曲面を生成し、これを基準面として階調変換する自由曲面基準
が含まれる。以下、各方法について順次説明する。
(B1:平均高さ基準)
The above has described static conversion in which tone conversion conditions are specified in advance at the setting stage, and tone conversion is performed under the conditions specified during operation. In other words, in static conversion, the gradation conversion parameter has a constant value regardless of the input image. Next, a specific example of dynamic conversion in which the gradation conversion condition is adjusted in accordance with the input image to be inspected will be described. First, in dynamic conversion, as a specific method for correcting the reference of height information to be left when performing gradation conversion of a distance image to a low gradation distance image,
(B1) an average height reference for performing gradation conversion using an average height (average distance) in an average extraction area designated for an input image as an average reference height;
(B2) A plane reference that generates an estimated plane in a designated area of an input image and performs tone conversion using this as a reference plane,
(B3) A free-form surface reference is included which generates a free-form surface obtained by removing high-frequency components from an input image and performs tone conversion using this as a reference surface. Each method will be sequentially described below.
(B1: average height standard)
平均高さ基準は、入力画像毎に、指定された平均抽出領域内の平均高さを演算し、これを平均基準高さとして階調変換する方法である。平均基準高さを規定するための平均抽出領域は、運用に先立って予め設定される(上述した図8のステップS83)。以下、図8のステップS83において、平均抽出領域を指定する手順の一例について、図62、図65、図88〜図92のGUIに基づいて説明する。まず、図62のGUI画面で「高さ抽出」ボタン116を選択して、図65の高さ抽出選択画面140に進み、抽出方法選択手段142で動的変換に該当する「リアルタイム抽出」を選択すると、図88の高さ動的抽出設定画面190となる。この例では、再びワークに消しゴムを用いた例を示している。次に抽出方法選択手段142の下方に設けられた「計算方法」選択欄192において、動的変換の基準を指定する。ここでは図89に示すようにドロップダウンボックスで、「平均高さ基準」、「平面基準」、「自由曲面基準」のいずれかを選択する。ここでは、「平均高さ基準」を選択する。これにより図90の平均高さ基準設定画面210に移行する。なお、図90、図91では説明の都合上、ワークに50円玉を用いた例を示している。 The average height reference is a method of calculating an average height within a designated average extraction area for each input image and performing tone conversion using this as the average reference height. The average extraction area for defining the average reference height is previously set prior to operation (step S83 in FIG. 8 described above). Hereinafter, an example of a procedure for specifying an average extraction area in step S83 of FIG. 8 will be described based on the GUIs of FIG. 62, FIG. 65, and FIG. 88 to FIG. First, select the “height extraction” button 116 on the GUI screen of FIG. 62, proceed to the height extraction selection screen 140 of FIG. 65, and select “real time extraction” corresponding to dynamic conversion by the extraction method selection means 142 Then, the height dynamic extraction setting screen 190 of FIG. 88 is displayed. In this example, an example using an eraser for the work is shown again. Next, in the “calculation method” selection column 192 provided below the extraction method selection means 142, the dynamic conversion criteria are specified. Here, as shown in FIG. 89, one of “average height reference”, “plane reference”, and “free-form surface reference” is selected in the drop-down box. Here, "average height reference" is selected. As a result, the screen moves to the average height reference setting screen 210 of FIG. In addition, in FIG. 90 and FIG. 91, the example which used the 50 yen coin for work is shown on account of description.
なお、動的変換に関する設定時には、実際の運用時に入力される距離画像とは異なる画像に対して、平均基準高さ等を設定する必要がある。このため、運用時のワークと対応する画像を事前に撮像し、これを登録画像として保存しておき、動的変換の設定に際しては登録画像を読み込んで、これを運用時のワーク画像に代用する形で各種の設定を行う。このため、図65等の画面において、「表示画像」選択欄124にて、該当する「登録画像」を指定する。 When setting for dynamic conversion, it is necessary to set the average reference height or the like for an image different from the distance image input during actual operation. Therefore, an image corresponding to the work at the time of operation is captured in advance and stored as a registered image, and the registered image is read in setting of the dynamic conversion, and this is substituted for the work image at the time of operation Make various settings in the form. Therefore, in the screen of FIG. 65 and the like, the corresponding “registered image” is designated in the “display image” selection field 124.
平均高さ基準設定画面210では、別途設定された検査対象領域をそのまま用いるか、必要に応じて任意の平均抽出領域を指定する。平均抽出領域の指定は、矩形状、あるいは四隅の指定、中心と半径の指定による円形、自由曲線等、任意の方式が利用できる。また、ワークの一点のみを指定したり、逆にワークの全体、あるいは第二画像表示領域121で表示される画像の全体を、平均抽出領域とすることもできる。あるいは、上述の通り別途指定された検査対象領域を、平均抽出領域として利用することもできる。これらの場合は、高さ抽出手段による平均抽出領域の指定作業を省略してもよい。
(マスク領域)
In the average height reference setting screen 210, an inspection target area set separately is used as it is, or an arbitrary average extraction area is specified as needed. For designation of the average extraction area, any method such as designation of a rectangular shape or designation of four corners, a circle by designation of a center and a radius, or a free curve can be used. Alternatively, only one point of the work may be designated, or conversely, the entire work or the entire image displayed in the second image display area 121 may be used as the average extraction area. Alternatively, the inspection target area separately designated as described above can also be used as the average extraction area. In these cases, the work of specifying the average extraction area by the height extraction means may be omitted.
(Mask area)
また、平均抽出領域に対して、平均高さを抽出しないマスク領域を指定することもできる。例えば図90の画面から、操作領域122に設けられた「抽出領域」ボタン194を押下すると、図91に示すマスク領域設定画面220に移行する。このマスク領域設定画面220上から、平均高さの抽出に不要なマスク領域を一以上指定できる。マスク領域の指定にも、上述の通り第二画像表示領域121上から、矩形状や円形状等、任意の領域を指定することで行える。 In addition, it is also possible to specify a mask area in which the average height is not extracted with respect to the average extraction area. For example, when the “extraction area” button 194 provided in the operation area 122 is pressed from the screen of FIG. 90, the screen shifts to a mask area setting screen 220 shown in FIG. From the mask area setting screen 220, one or more mask areas unnecessary for extraction of the average height can be designated. The mask area can also be specified by specifying an arbitrary area such as a rectangular shape or a circular shape from above the second image display area 121 as described above.
さらに、必要に応じてゲイン調整等を行うこともできる。例えば図90の画面から、操作領域122の右下に設けた「詳細設定」ボタン196を押下すると、図92に示す平均高さ基準詳細設定画面230に移行し、強調方法設定欄154にゲイン調整に加えて、抽出高さの指定やノイズ除去等の詳細な設定項目が表示される。 Furthermore, gain adjustment can be performed as needed. For example, when the "detailed setting" button 196 provided at the lower right of the operation area 122 is pressed from the screen of FIG. 90, the screen moves to the average height reference detailed setting screen 230 shown in FIG. In addition to, detailed setting items such as extraction height specification and noise removal are displayed.
このようにして平均抽出領域が規定されると、設定画面を終了する。階調変換の際には、この平均抽出領域に含まれる高さ情報の平均値(平均基準高さ)を、基準高さとして、階調変換を行う。例えば、平均基準高さが、距離レンジの中心値(28=256階調の場合は0〜255の距離レンジの中心値である128)となるようにして階調変換する。また、平均抽出領域に含まれるすべての点の高さ情報を必ずしもすべて利用する必要はなく、適宜間引く、あるいは平均化する等、処理を簡略化することもできる。 When the average extraction area is defined in this manner, the setting screen is ended. At the time of gradation conversion, gradation conversion is performed with the average value (average reference height) of the height information included in the average extraction area as a reference height. For example, tone conversion is performed so that the average reference height is the center value of the distance range (128 in the case of 2 8 = 256 tones, the center value of the distance range of 0 to 255). Further, it is not necessary to use all the height information of all the points included in the average extraction area, and the processing can be simplified by appropriately thinning out or averaging.
そして運用時において、後述する図133に示す手順で動的変換が行われる。例えばライン上を搬送されるワークを撮像して距離画像を生成し(ステップS13301)、上記で設定された平均抽出領域の平均高さを演算し(ステップS13302)、これに基づいて階調変換を実行して低階調距離画像を生成し(ステップS13303)、得られた低階調距離画像に対して検査を行う(ステップS13304)。この方法であれば、ワークの高さ方向にばらつきがある場合でも、ワーク毎に階調変換の基準面を毎回再設定できるため、ワークの高さ方向のばらつきによらず、正確な検査が実現できる。 At the time of operation, dynamic conversion is performed according to the procedure shown in FIG. 133 described later. For example, the workpiece conveyed on the line is imaged to generate a distance image (step S13301), the average height of the average extraction area set above is calculated (step S13302), and tone conversion is performed based thereon The low gradation distance image is generated to generate a low gradation distance image (step S13303), and the obtained low gradation distance image is inspected (step S13304). With this method, even if there is a variation in the height direction of the workpiece, the reference plane of gradation conversion can be reset each time for each workpiece, so that an accurate inspection is realized regardless of the variation in the height direction of the workpiece. it can.
ここで、基準面を平均高さ基準で指定する方法が有効なワークの例を、図93A〜図93Bに基づいて説明する。図93Aは、上述した図79Aと同様、ワークの計測面において平面的な傾斜がないか、多少の傾斜があっても検査処理に影響しないワークWK7であり、鋳物の表面に数字や文字列が立体的に形成されたワークWK7に対して、文字列が適切かどうかをOCRによって読み取る検査処理を行う。このような用途において、図92等に示した抽出領域設定画面で、第二画像表示領域121上に矩形状に平均高さ基準を決定する計測領域ROIを設定する。ここでは図93Aに示すように、ワークWK7上面で文字列を囲む平面を計測領域ROIとして指定する。これにより、計測領域ROIの高さを基準面として、階調変換が行われ、図93Bに示す低階調距離画像に変換される。この低階調距離画像でも、図79Bと同様、ワークWK7の平面を背景として、ここから突出した文字列部分が綺麗に抽出されるので、正確なOCRを実行し易くできる。また、上述した図79AではワークWK7上の一点のみを指定することから、選択した点がノイズの影響を受ける可能性があるのに対し、図93Aでは平面で指定することから、このようなのノイズの影響を低減できる利点が得られる。
(平面基準)
Here, an example of a work in which the method of designating the reference plane by the average height standard is effective will be described based on FIGS. 93A to 93B. FIG. 93A, like FIG. 79A described above, is a workpiece WK7 that does not affect the inspection processing even if there is no planar inclination or slight inclination on the measurement surface of the workpiece, and the numbers and character strings are on the surface of the casting An inspection process is performed to read whether the character string is appropriate or not by using the three-dimensionally formed workpiece WK7. In such an application, a measurement area ROI for determining an average height reference in a rectangular shape is set on the second image display area 121 on the extraction area setting screen shown in FIG. Here, as shown in FIG. 93A, a plane surrounding the character string on the upper surface of the workpiece WK7 is designated as the measurement region ROI. Thus, tone conversion is performed with the height of the measurement region ROI as a reference plane, and converted to a low tone distance image shown in FIG. 93B. Even in this low gradation distance image, as in the case of FIG. 79B, since the character string portion protruding from the flat surface of the work WK7 is clearly extracted as a background, accurate OCR can be easily performed. Also, since only one point on the workpiece WK7 is specified in FIG. 79A described above, the selected point may be affected by noise, whereas such a noise is specified because a plane is specified in FIG. 93A. It has the advantage of being able to reduce the effects of
(Plane reference)
以上は、平均高さ基準でもって動的変換を行う例について説明した。次に、別の動的変換として、入力画像に対して予め指定された基準面推定領域内に含まれる平面を推定し、この推定面を基準面として階調変換する平面基準について説明する。この方法では、例えばワークの表面が傾斜している場合等に、傾斜成分をキャンセルして階調変換を行えるため、上述した静的変換の三点指定と同様に活用できる利点が得られる。以下、平面基準の具体的な設定方法を説明する。平面基準においても、上述した平均高さ基準と同様、基準面を決定するための基準面推定領域は、運用に先立って予め設定される(上述した図8のステップS83)。以下、図8のステップS83において、基準面推定領域を指定する手順の一例について、図62、図88、図92〜図95のGUIに基づいて説明する。まず、図62のGUI画面で「高さ抽出」ボタン116を選択して、図80の高さ抽出選択画面140に進み、抽出方法選択手段142で動的変換に該当する「リアルタイム抽出」を選択すると、図88の高さ動的抽出設定画面190となる。次に「計算方法」選択欄192において、図89に示すように動的変換の基準として、「平面基準」を選択すると、図92の平面基準設定画面に移行する。 The above has described an example in which the dynamic conversion is performed on the basis of the average height. Next, as another dynamic conversion, a plane reference included in a reference surface estimation region designated in advance with respect to an input image is estimated, and a plane reference in which this estimation surface is used as a reference surface is described. In this method, for example, when the surface of the workpiece is inclined, since the inclination component can be canceled and gradation conversion can be performed, an advantage can be obtained which can be utilized similarly to the three-point designation of static conversion described above. Hereinafter, a specific setting method of the plane reference will be described. Also on the plane reference, as in the above-described average height reference, the reference surface estimation area for determining the reference surface is previously set prior to operation (step S83 in FIG. 8 described above). Hereinafter, an example of a procedure for specifying a reference surface estimation area in step S83 of FIG. 8 will be described based on the GUIs of FIG. 62, FIG. 88, and FIG. 92 to FIG. First, select the “height extraction” button 116 on the GUI screen of FIG. 62, proceed to the height extraction selection screen 140 of FIG. 80, and select “real time extraction” corresponding to dynamic conversion by the extraction method selection means 142 Then, the height dynamic extraction setting screen 190 of FIG. 88 is displayed. Next, in the “calculation method” selection column 192, when “plane reference” is selected as the reference of dynamic conversion as shown in FIG. 89, the screen is shifted to the plane reference setting screen of FIG.
平面基準設定画面では、上述した図80の高さ抽出選択画面140における高さ抽出手段と同様、別途設定された検査対象領域をそのまま用いるか、必要に応じて任意の基準面推定領域を指定する。基準面推定領域の指定は、矩形状、あるいは四隅の指定、中心と半径の指定による円形、自由曲線等、任意の方式が利用できる。また、ワークの一点のみを指定したり、逆にワークの全体、あるいは第二画像表示領域121で表示される画像の全体を、基準面推定領域とすることもできる。 In the plane reference setting screen, similarly to the height extraction means in the height extraction selection screen 140 of FIG. 80 described above, a separately set inspection target area is used as it is, or an arbitrary reference plane estimation area is designated as necessary. . For designation of the reference surface estimation area, any method such as a rectangular shape, designation of four corners, a circle by designation of a center and a radius, or a free curve can be used. Alternatively, only one point of the work may be designated, or the entire work or the entire image displayed in the second image display area 121 may be used as the reference surface estimation area.
また、基準面推定領域に対して、推定面を推定しないマスク領域を指定することもできることは、上述した図90等と同様である。さらに、必要に応じてゲイン調整や抽出高さの指定、ノイズ除去等を行うこともできるのも、上記と同様である。例えば、図92の画面において、操作領域122に設けられた「詳細設定」ボタン222を押下すると、図94の平面基準詳細設定画面240となり、強調方法設定欄154にはゲイン調整欄156に加え、抽出高さを指定する「抽出高さ」設定欄162やノイズ除去のためのノイズ除去設定欄164、無効画素を指定するための無効画素指定欄166が表示され、これらの詳細な設定が可能となる。また無効画素指定欄166においては、図95に示すように、距離を求められなかった無効な画素を指定された規定値の他、背景の画素値やユーザが指定する任意の値で埋めることができる。 Further, it is also possible to designate a mask area for which the estimated surface is not estimated with respect to the reference surface estimated area, as in the case of FIG. 90 and the like described above. Furthermore, it is also the same as described above that it is possible to perform gain adjustment, designation of extraction height, noise removal and the like as needed. For example, when the “detail setting” button 222 provided in the operation area 122 is pressed on the screen of FIG. 92, the plane reference detail setting screen 240 of FIG. 94 is displayed, and the emphasis method setting column 154 is added to the gain adjustment column 156, The “extraction height” setting column 162 for specifying the extraction height, the noise removal setting column 164 for noise removal, and the invalid pixel specification column 166 for specifying invalid pixels are displayed, and these detailed settings can be made. Become. Further, in the invalid pixel specification column 166, as shown in FIG. 95, in addition to the specified value, the invalid pixel for which the distance can not be obtained can be filled with the background pixel value or an arbitrary value specified by the user. it can.
このようにして基準面推定領域が規定されると、設定画面を終了する。階調変換の際には、この基準面推定領域に含まれる高さ情報から、平面状の推定面を演算する。基準面推定領域内に分布する高さ情報のフィッティングには、最小二乗法等、既知の方法が適宜利用できる。なお、基準面推定領域に含まれるすべての点の高さ情報を推定面の演算に利用する必要は必ずしもなく、適宜間引く、あるいは平均化する等、処理を簡略化することもできることは上述の通りである。 When the reference surface estimation area is defined in this manner, the setting screen is ended. At the time of gradation conversion, a planar estimation surface is calculated from the height information included in the reference surface estimation area. A known method such as the least squares method can be appropriately used for fitting the height information distributed in the reference surface estimation region. Note that the height information of all points included in the reference surface estimation area does not necessarily have to be used for calculation of the estimation surface, and the processing can be simplified, such as appropriately thinning out or averaging, as described above. It is.
このようにして推定面が決定されると、この推定面を基準として、階調変換を行う。例えば、推定面が距離レンジの中心値となるようにして階調変換する。また、演算された推定面の情報を表示させることもできる。例えば図92に示す例では、操作領域122に設けられた推定面表示欄において、推定面のX方向傾き、Y方向傾き、及び推定面のZ方向高さが表示されている。なお、この例では推定面を一枚の平面としたが、複数枚の平面を組み合わせた推定面とすることもできる。また、この例では推定面を平面としたが、推定面を球面等の単純な曲面として演算することも可能である。 When the estimated surface is determined in this way, tone conversion is performed on the basis of this estimated surface. For example, gradation conversion is performed such that the estimated surface is at the center value of the distance range. Also, it is possible to display information of the calculated estimated surface. For example, in the example shown in FIG. 92, in the estimated surface display field provided in the operation area 122, the X direction inclination of the estimated surface, the Y direction inclination, and the Z direction height of the estimated surface are displayed. In this example, the estimation surface is one plane, but it may be an estimation surface in which a plurality of planes are combined. Further, although the estimation surface is a plane in this example, it is also possible to calculate the estimation surface as a simple curved surface such as a spherical surface.
また基準面を平面基準で指定する方法が有効なワークの例として、上述した図86Aや図87Aが挙げられる。このようなワークに対して平面基準を設定することで、仮にワークの上面に傾斜があっても傾斜分を補正して基準面が検出されるため、上述した三点指定と同様、正確なBGAパターンの検出が実現される。
(B3:自由曲面基準)
Moreover, FIG. 86A and FIG. 87A which were mentioned above are mentioned as an example of a workpiece | work in which the method of designating a reference plane by plane reference is effective. By setting a plane reference to such a work, even if the upper surface of the work is inclined, the inclination is corrected and the reference plane is detected. Therefore, as with the three-point specification described above, an accurate BGA Pattern detection is realized.
(B3: free-form surface reference)
最後に、入力画像の所定の領域(自由曲面対象領域)から高周波成分を除いた自由曲面を生成し、これを基準面として階調変換する自由曲面基準について説明する。例えばワークが曲面を有する等、単純な平面では近似が困難な場合は、検査したい領域の高さ情報を精度よく抽出することが難しい。そこで、入力画像から高周波成分を除いて単純化した画像を生成して、この画像の表面形状(自由曲面)を基準面として利用することで、大まかな形状やなだらかな変化を無視し、急激な変化を生じている部分、すなわち細かな形状のみを残した検査を可能とできる。 Finally, a free-form surface reference will be described in which a free-form surface formed by removing high-frequency components from a predetermined area (free-form surface target area) of an input image is generated and is converted to a tone using this. For example, when approximation is difficult in a simple plane, such as when a workpiece has a curved surface, it is difficult to accurately extract height information of a region to be inspected. Therefore, by generating a simplified image by removing high-frequency components from the input image and using the surface shape (free-form surface) of this image as a reference plane, the rough shape and the gentle change are ignored, and an abrupt change is generated. It is possible to make an inspection that leaves only a part that is changing, that is, a fine shape.
以下、自由曲面基準の具体的な設定方法を、図62〜図96のGUIに基づいて説明する。自由曲面基準においても、上述した平均高さ基準等と同様、基準面を決定するための必要な条件は運用に先立って予め設定される(上述した図8のステップS83)。まず、図62のGUI画面で「高さ抽出」ボタン116を選択して、図80の高さ抽出選択画面140に進み、抽出方法選択手段142で動的変換に該当する「リアルタイム抽出」を選択すると、図88の高さ動的抽出設定画面190となる。次に「計算方法」選択欄192において、図89に示すように動的変換の基準として、「自由曲面基準」を選択する。これにより図96の自由曲面基準設定画面250に移行する。 Hereinafter, a specific setting method of the free-form surface reference will be described based on the GUIs of FIGS. Also in the free-form surface reference, as in the case of the average height reference described above, necessary conditions for determining the reference surface are set in advance prior to operation (step S83 in FIG. 8 described above). First, select the “height extraction” button 116 on the GUI screen of FIG. 62, proceed to the height extraction selection screen 140 of FIG. 80, and select “real time extraction” corresponding to dynamic conversion by the extraction method selection means 142 Then, the height dynamic extraction setting screen 190 of FIG. 88 is displayed. Next, in the “calculation method” selection column 192, as shown in FIG. 89, “free-form surface reference” is selected as a reference of dynamic conversion. As a result, the screen moves to the free curved surface reference setting screen 250 of FIG.
自由曲面基準設定画面250でも、任意の領域を自由曲面対象領域として指定することも可能であるが、好ましくは、第二画像表示領域121で表示される画像の全体、又は別途指定された検査対象領域を、そのまま自由曲面対象領域として利用する。自由曲面対象領域として指定された領域から、高調波成分を除去して自由曲面を生成する。そして第二画像表示領域121上で表示される自由曲面対象領域に、自由曲面を基準面として階調変換を行った階調変換画像を重ねて表示させる。また、階調変換に際して、必要に応じてゲイン調整や抽出高さの指定、ノイズ除去等を行うこともできるのも、上述した図90等と同様である。
(抽出サイズ調整手段)
Although it is possible to designate any area as the free curved surface target area also in the free curved surface reference setting screen 250, preferably, the whole of the image displayed in the second image display area 121 or the separately specified inspection target The area is used as a free-form surface target area as it is. A harmonic component is removed from the area designated as a free-form surface target area to generate a free-form surface. Then, the tone conversion image subjected to tone conversion using the free curved surface as a reference surface is superimposed and displayed on the free curved surface target region displayed on the second image display region 121. Further, at the time of gradation conversion, gain adjustment, designation of extraction height, noise removal and the like can also be performed as necessary, as in the above-mentioned FIG. 90 and the like.
(Extraction size adjustment means)
さらに、自由曲面基準で抽出される抽出面の細かさ(抽出サイズ)を調整する抽出サイズ調整機能も備えている。具体的には、図96において、操作欄の「抽出面の詳細設定」欄に、抽出サイズ調整手段として「抽出サイズ」指定欄252を設けている。「抽出サイズ」指定欄252の数値を増減させると、これに応じて自由曲面の曲率が変化し、抽出可能な欠陥のサイズが変動する。ここでは、設定されたサイズ以下の凹凸が抽出されるように、自由曲面画像が生成され、第二画像表示領域121に表示される。抽出サイズを大きくすると滑らかな自由曲面が生成され、設定された抽出サイズに応じた大きさの欠陥が抽出できる。一方、抽出サイズを小さくすると、ワークの表面形状に沿った自由曲面が生成されるようになり、設定された抽出サイズに応じた小さな欠陥のみが抽出される。例えば、抽出サイズを大きくすると図97に示すように自由曲面がワークの表面形状に対して滑らかとなるので、平滑化された基準面でもって抽出される凹凸が明瞭になる。逆に数値を小さくすると、図90に示すように自由曲面がワークの表面形状の凹凸に沿った詳細な形状に近づくため、結果としてこのような複雑な基準面でもって抽出される凹凸は不鮮明となる。また、「抽出サイズ」指定欄252の数値を増減させると、これにつれて第二画像表示領域121において表示されている自由曲面対象領域内の階調変換画像も、基準面として内部的に生成される自由曲面の状態が変化し、基準面からの差分として抽出・表示される対象物の大きさがリアルタイムに変化する。ユーザは、第二画像表示領域121を参照しながら、「抽出サイズ」指定欄252の数値を最適に調整できる。 Furthermore, it has an extraction size adjustment function for adjusting the fineness (extraction size) of the extraction surface extracted based on the free-form surface. Specifically, in FIG. 96, an “extraction size” designation column 252 is provided as an extraction size adjusting means in the “detail setting of extraction surface” column of the operation column. When the numerical value of the “extraction size” designation column 252 is increased or decreased, the curvature of the free-form surface changes accordingly, and the size of the extractable defect changes. Here, a free-form surface image is generated and displayed in the second image display area 121 so that the unevenness having a size equal to or less than the set size is extracted. When the extraction size is increased, a smooth free-form surface is generated, and defects having a size corresponding to the set extraction size can be extracted. On the other hand, when the extraction size is reduced, a free-form surface along the surface shape of the workpiece is generated, and only small defects corresponding to the set extraction size are extracted. For example, when the extraction size is increased, as shown in FIG. 97, the free-form surface becomes smooth with respect to the surface shape of the workpiece, so that the extracted unevenness becomes clear with the smoothed reference surface. Conversely, if the numerical value is reduced, as shown in FIG. 90, the free-form surface approaches a detailed shape along the unevenness of the surface shape of the workpiece, and as a result, the unevenness extracted with such a complex reference surface is unclear Become. In addition, when the numerical value in the “extraction size” designation column 252 is increased or decreased, the tone conversion image in the free curved surface target area displayed in the second image display area 121 is also internally generated as a reference plane accordingly. The state of the free-form surface changes, and the size of the object extracted and displayed as a difference from the reference surface changes in real time. The user can optimally adjust the numerical value of the “extraction size” designation field 252 while referring to the second image display area 121.
このようにして自由曲面対象領域が規定されると、設定画面を終了する。階調変換の際には、この自由曲面対象領域に含まれる画像の高さ情報から、自由曲面を演算する。自由曲面対象領域内に分布する高さ情報のフィッティングには、図161のフローチャートに示すように、設定された抽出サイズに応じた画像縮小処理(ステップS1611)とフィルタ処理(ステップS1612)と画像拡大処理(ステップS1613)を行って、自由曲面画像を生成する方法が利用できる。フィルタ処理には、例えばメディアンフィルタが利用できる。このようにして自由曲面が決定されると、元の画像から差分を取ることで(ステップS1614)、抽出される凹凸などを明確にできる。あるいは、上述の通り最小二乗法等、既知の方法が適宜利用できる。なお、自由曲面対象領域に含まれるすべての点の高さ情報を推定面の演算に利用する必要は必ずしもなく、適宜間引く、あるいは平均化する等、処理を簡略化できることは上述の通りである。このようにして自由曲面が決定されると、この自由曲面を基準として、階調変換を行う。例えば、自由曲面が距離レンジの中心値となるように階調変換する。 When the free-form surface target area is defined in this manner, the setting screen is ended. At the time of gradation conversion, a free-form surface is calculated from the height information of the image included in the free-form surface target area. As shown in the flowchart of FIG. 161, the image reduction processing (step S1611), the filter processing (step S1612), and the image enlargement are performed for the fitting of the height information distributed in the free curved surface target area, as shown in the flowchart of FIG. The method (step S1613) can be used to generate a free-form surface image. For example, a median filter can be used for the filtering process. When the free-form surface is determined in this manner, the unevenness and the like to be extracted can be clarified by taking the difference from the original image (step S1614). Alternatively, known methods such as the least squares method can be appropriately used as described above. Note that it is not necessary to use the height information of all points included in the free curved surface target area for the calculation of the estimation surface, and as described above, the processing can be simplified by appropriately thinning out or averaging. When the free-form surface is determined in this way, tone conversion is performed on the basis of the free-form surface. For example, gradation conversion is performed so that the free-form surface has the center value of the distance range.
ここで、基準面を自由曲面で指定する方法が有効なワークの例を、図98A〜図98Bに基づいて説明する。図98Aは、ワークの曲面状の面に含まれる突起物や窪み等の欠陥を検出する検査処理を示している。ここで計測領域ROIとして曲面から欠陥を含む領域を指定する。そして、指定された計測領域ROI内に含まれる高さ情報から自由曲面を求めて、得られた自由曲面を基準面として階調変換を行う。得られた低階調距離画像を図98Bに示す。この図に示すように、自由曲面を基準として、この面より高い部分を突起物(図98Bにおいて白点で表示される)、低い部分を窪み(図98Bにおいて黒点で表示される)として、それぞれ検出できる。このように、自由曲面による基準面の指定は、曲面形状のワークに対して有効に利用できる。なお、自由曲面の検出の処理負荷は、上述した一点指定や三点指定に比べて高い。
(欠陥抽出処理)
Here, an example of a work in which the method of designating the reference plane as a free-form surface is effective will be described based on FIGS. 98A to 98B. FIG. 98A shows an inspection process for detecting defects such as protrusions and depressions included in a curved surface of a workpiece. Here, a region including a defect is specified from the curved surface as a measurement region ROI. Then, a free-form surface is obtained from height information included in the designated measurement region ROI, and gradation conversion is performed using the obtained free-form surface as a reference surface. The obtained low gradation distance image is shown in FIG. 98B. As shown in this figure, with respect to the free-form surface, a portion higher than this surface is indicated as a protrusion (indicated by a white point in FIG. 98B) and a lower portion is indicated as a recess (indicated by a black point in FIG. It can be detected. As described above, the specification of the reference surface by the free curved surface can be effectively used for a workpiece having a curved surface shape. In addition, the processing load of detection of a free-form surface is high compared with one-point specification and three-point specification mentioned above.
(Defect extraction processing)
上述した自由曲面基準において、図161のステップS1611で示す画像縮小処理に際して、距離画像の縦横、すなわちXY方向に対して圧縮を行うと、検査対象物の曲面の状態によっては曲面と欠陥とを分離しきれず、思うように傷を抽出できない場合がある。例えば、図162に示すようなチューブ状の検査対象物を撮像した距離画像において、抽出対象1と抽出対象2を抽出しようとする例を考える。このような距離画像に対して、自由曲面基準を選択してXY方向に画像の圧縮を行うと、図163に示すように、チューブ状の長さ方向に沿って存在する山谷も抽出されてしまい、その一方で本来抽出したい抽出対象2は綺麗に抽出されていない状態となる。
(抽出方向指定手段)
Depending on the state of the curved surface of the inspection object, the curved surface and the defect are separated if compression is performed in the vertical and horizontal directions of the distance image, that is, in the XY direction in the image reduction processing shown in step S1611 of FIG. It may not be possible to extract scratches as expected. For example, consider an example in which extraction target 1 and extraction target 2 are to be extracted in a distance image obtained by imaging a tube-like inspection target as shown in FIG. If a free curved surface reference is selected for this distance image and the image is compressed in the X and Y directions, as shown in FIG. 163, peaks and valleys present along the tube-like longitudinal direction are also extracted. On the other hand, the extraction target 2 that is originally intended to be extracted is not in a state of being finely extracted.
(Extraction direction specification means)
そこで、このような場合でも正確な欠陥検出が実現できるように、検査対象面において特定の方向に連続して存在する形状を除外して、欠陥すなわち局所的な凹凸を抽出する抽出方向指定機能を設けることもできる。例えば、検査条件の指定時に抽出方向を指定可能な抽出方向指定手段を設ける。具体的には図89等に示すGUIの「計算方法」選択欄192において「自由曲面基準」を選択すると、上述した図96等に代えて、図164の自由曲面基準設定画面630のGUIを表示させる。図164の自由曲面基準設定画面630においては、「抽出サイズ」指定欄252の下方に、抽出方向指定手段の一形態として「抽出方向」指定欄632を追加する。「抽出方向」指定欄632においては、抽出すべき欠陥等の局所的な形状変化を抽出する方向を指定する。この例では予め設定された選択肢として、「X」,「Y」,「XY」のいずれかをドロップダウンリスト等により選択できる。また図164の画面において「詳細設定」ボタン222を押下すると、同様に図165に示す詳細設定画面640に切り替わり、強調方法設定欄154にはゲイン調整欄156、「抽出高さ」設定欄162、ノイズ除去設定欄164、無効画素指定欄166等が表示され、これらの詳細な設定が可能となる。 Therefore, in order to realize accurate defect detection even in such a case, an extraction direction designation function of extracting a defect, that is, a local unevenness by excluding shapes continuously present in a specific direction on the surface to be inspected is disclosed. It can also be provided. For example, extraction direction specification means capable of specifying the extraction direction when specifying the inspection condition is provided. Specifically, when "free curved surface reference" is selected in the "calculation method" selection column 192 of the GUI shown in Fig. 89 etc., the GUI of the free curved surface reference setting screen 630 of Fig. 164 is displayed instead of Fig. 96 etc. Let In the free curved surface standard setting screen 630 of FIG. 164, an “extraction direction” designation field 632 is added below the “extraction size” designation field 252 as one form of extraction direction designation means. In the "extraction direction" designation field 632, a direction for extracting a local shape change such as a defect to be extracted is designated. In this example, any one of “X”, “Y”, and “XY” can be selected as a preset option by a drop-down list or the like. Similarly, when the “detail setting” button 222 is pressed on the screen of FIG. 164, the screen changes to the detail setting screen 640 shown in FIG. 165, and the highlighting method setting column 154 has a gain adjustment column 156 and an “extraction height” setting column 162, The noise removal setting field 164, the invalid pixel designation field 166, and the like are displayed, and these detailed settings can be made.
例えば図164や図165の画面で「抽出方向」指定欄632において「Y」を選択すると、画像のY方向(図162において縦方向)における局所的な形状変化を抽出する。言い換えると、Y方向において変化しない形状、例えば縦方向に延びる溝等は無視されて、図166に示すような検出結果が得られる。同様にXを選択すると、画像のX方向(図162において横方向)における形状変化が抽出される。またXYを選択すると、図163に示したような、XY方向における局所的な形状変化が抽出される。これにより、検査対象物の形状に応じて抽出方向を指定することで、不要な形状をキャンセルして所望の形状を適切に抽出できる。例えば図167に示すような検査対象物において、文字列1、文字列2を抽出したい場合、XY方向に抽出しようとすると図168に示すように長手方向に存在する凹凸も検出されてしまうが、抽出方向としてY方向を指定することで、図169に示すようにY方向に一様な形状を除去して、所望の文字列を正確に抽出できる。 For example, when “Y” is selected in the “extraction direction” designation column 632 on the screen of FIGS. 164 and 165, a local shape change in the Y direction (vertical direction in FIG. 162) of the image is extracted. In other words, a shape which does not change in the Y direction, for example, a groove extending in the vertical direction is ignored, and a detection result as shown in FIG. 166 is obtained. Similarly, when X is selected, the shape change in the X direction (lateral direction in FIG. 162) of the image is extracted. When XY is selected, local shape change in the XY direction as shown in FIG. 163 is extracted. Thus, by designating the extraction direction according to the shape of the inspection object, it is possible to cancel an unnecessary shape and appropriately extract a desired shape. For example, in the inspection object as shown in FIG. 167, when it is desired to extract the character string 1 and the character string 2, when extracting in the XY direction, as shown in FIG. By designating the Y direction as the extraction direction, as shown in FIG. 169, it is possible to remove a uniform shape in the Y direction and accurately extract a desired character string.
ここで具体的な欠陥抽出処理等の形状抽出方法として、図166、図169に示したY方向の抽出処理を例として説明する。上述した画像縮小処理(図161のステップS1611)において、画像のY方向にのみ縮小を行う。この結果、フィルタ処理(ステップS1612)と画像拡大処理(ステップS1613)を得て得られた基準となる自由曲面画像は、Y方向の細かい凹凸が除去され、Y方向にのみ平滑化された自由曲面画像が生成されることとなる。いいかえると、Y方向に一様なキャンセル対象の形状のみが残された画像を得られる。このため、対象となる元画像に対して、この自由曲面画像との差分を取ると(ステップS1614)、Y方向に一様なキャンセル対象の形状が除去されることとなり、結果としてY方向に細かく凹凸した形状変化のみが残されることとなる。これにより、所望の方向における形状変化のみを抽出することが実現される。 Here, as a specific shape extraction method such as defect extraction processing, extraction processing in the Y direction shown in FIGS. 166 and 169 will be described as an example. In the above-described image reduction processing (step S1611 in FIG. 161), reduction is performed only in the Y direction of the image. As a result, the free-form surface image serving as a reference obtained by obtaining the filter processing (step S1612) and the image enlargement processing (step S1613) is free-form surface in which fine irregularities in the Y direction are removed and smoothed only in the Y direction. An image will be generated. In other words, it is possible to obtain an image in which only the shape to be canceled that is uniform in the Y direction is left. For this reason, if the difference with this free-form surface image is calculated with respect to the original image to be processed (step S1614), the shape of the cancellation target that is uniform in the Y direction is removed, and as a result, the shape is finely divided in the Y direction. Only the uneven shape change is left. This makes it possible to extract only the shape change in the desired direction.
このような処理は、特に一方向に長い検査対象物の検査に有効である。検査対象物の長手方向に沿って抽出方向を指定することで、長手方向に沿って連続した一様形状をキャンセルでき、正確な欠陥抽出が実現できる。 Such processing is particularly effective for inspection of a long inspection object in one direction. By specifying the extraction direction along the longitudinal direction of the inspection object, it is possible to cancel the continuous uniform shape along the longitudinal direction, and accurate defect extraction can be realized.
また、このような一方向に連続した検査対象物(例えばタイヤのような、一方向に一様な形状を持つ製品)の高さ情報を取得するには、構造化照明以外に、上述した光切断法を用いた検査が好適に適用できる。特に光切断法は、ライン状の切断面の形状(プロファイル)を取得する方法であるため、一方向に長い検査対象物に対して、切断位置を変化させながら連続的にプロファイルを取得し、得られたプロファイルを合成することで距離画像を取得できる。この方法であれば、検査対象物が移動する場合でも、いいかえると検査対象物を静止させなくとも検査できるため、例えば工場のライン上を搬送される製品の検査のような用途において、搬送される製品を停止させることなく不良品の検出を行うことが可能となる。 Moreover, in order to acquire height information of an inspection object (for example, a product having a uniform shape in one direction such as a tire) continuous in such one direction, in addition to the structured illumination, the light described above is used. An inspection using a cutting method can be suitably applied. In particular, since the light cutting method is a method of acquiring the shape (profile) of a linear cut surface, the profile is continuously acquired while changing the cutting position for a long inspection object in one direction. A range image can be acquired by combining the selected profiles. With this method, even when the inspection object moves, in other words, the inspection object can be inspected without stopping it, so it is transported, for example, in applications such as inspection of products transported on a factory line. It becomes possible to detect a defective product without stopping the product.
なお以上の例では、欠陥抽出処理を自由曲面基準に適用する例を説明したが、本発明は自由曲面基準に限らず、他の基準面に対しても適用できる。例えば、基準面として平均高さ基準を選択した際に、上述した欠陥抽出処理を適用することで、指定された方向に、ライン毎の平均高さを求めて、その平均高さからの差分を取ることができる。この方法によれば処理が単純なため、高速な処理が可能となる利点が得られる。
(抽出領域設定ダイヤログ148)
In the above example, the defect extraction process is applied to the free curved surface standard. However, the present invention is not limited to the free curved surface standard, but can be applied to other reference planes. For example, when the average height reference is selected as the reference surface, the above-described defect extraction process is applied to obtain the average height for each line in the designated direction, and the difference from the average height is obtained. Can be taken. According to this method, since the processing is simple, the advantage that high-speed processing can be obtained is obtained.
(Extraction area setting dialog 148)
さらに、高さ抽出を行うに際して、入力画像から基準平面を算出するための対象領域(抽出領域)は、検査処理を行う検査対象領域(計測領域)と同じ領域とする他、計測領域とは別個に設定することもできる。一例として、図90において、「抽出領域」ボタン147を押下すると、図99に示すように抽出領域を設定可能な抽出領域設定ダイヤログ148が表示される。この抽出領域設定ダイヤログ148には抽出領域選択欄149が設けられ、抽出領域選択欄149からユーザは「計測領域と同じ」、「矩形」、「円形」、「回転矩形」等を選択できる。「計測領域と同じ」を選択すると、上述の通り抽出領域が計測領域と同じとなる。一方、「計測領域と同じ」以外を選択することで、計測領域とは異なる領域を抽出領域として設定できる。例えば図100に示すように抽出領域選択欄149で「矩形」を選択すると、第二画像表示領域121において矩形状の枠が表示され、ユーザは所望の領域をマウスのドラッグ等によって指定できる。また図100の抽出領域選択欄149の右に設けられた「編集」ボタン324を押下すると、図101に示すように抽出領域編集ダイヤログ326が表示され、矩形状の抽出領域をxy座標で数値により指定できる。抽出領域編集ダイヤログ326で抽出領域が調整されると、その変更が第二画像表示領域121において反映される。
(マスク領域設定欄330)
Furthermore, when height extraction is performed, the target area (extraction area) for calculating the reference plane from the input image is the same as the area to be inspected (measurement area) to be subjected to inspection processing, and separately from the measurement area. It can also be set to As an example, in FIG. 90, when an “extraction area” button 147 is pressed, an extraction area setting dialogue 148 capable of setting an extraction area is displayed as shown in FIG. An extraction area selection field 149 is provided in the extraction area setting dialog 148, and the user can select "Same as measurement area", "rectangle", "circular", "rotational rectangle" or the like from the extraction area selection field 149. If “Same as measurement area” is selected, the extraction area becomes the same as the measurement area as described above. On the other hand, by selecting other than “same as measurement area”, an area different from the measurement area can be set as the extraction area. For example, as shown in FIG. 100, when “rectangle” is selected in the extraction area selection field 149, a rectangular frame is displayed in the second image display area 121, and the user can specify a desired area by dragging the mouse or the like. When the "edit" button 324 provided on the right of the extraction area selection field 149 in FIG. 100 is pressed, the extraction area editing dialog 326 is displayed as shown in FIG. 101, and the rectangular extraction area is numerically expressed by xy coordinates. It can be specified by. When the extraction area is adjusted in the extraction area editing dialog 326, the change is reflected in the second image display area 121.
(Mask area setting field 330)
さらに抽出領域設定ダイヤログ148から、抽出領域としない領域を指定するためのマスク領域も設定できる。図99の例では、抽出領域選択欄149の下部にマスク領域設定欄330が設けられている。マスク領域設定欄330では、複数のマスク領域を設定できる。ここでは0〜3の最大4つのマスク領域が指定でき、各マスク領域は独立して設定できる。例えば図102に示すようにマスク領域0として「円形」を選択すると、第二画像表示領域121上に円形のマスク領域0が表示される。さらにこの状態から「編集」ボタン332を押下すると、図103に示すように円形のマスク領域0の詳細を規定するためのマスク領域編集ダイヤログ334が表示される。ユーザは、円形のマスク領域0を、中心のxy座標と半径とで規定できる。マスク領域は、第二画像表示領域121において抽出領域とは異なる色の枠線で表示され、ユーザが抽出領域とマスク領域とを視覚的に区別し易くしている。図103の例では、抽出領域を緑色、マスク領域を黄色で表示している。ただ、この例に限らず、異なる色で区別したり、線の太さや線種(実線、破線等)、ハイライト(点滅や強調)等で区別することも可能であることはいうまでもない。 Further, from the extraction area setting dialog 148, a mask area for specifying an area not to be an extraction area can also be set. In the example of FIG. 99, a mask area setting field 330 is provided below the extraction area selection field 149. In the mask area setting field 330, a plurality of mask areas can be set. Here, a maximum of four mask regions 0 to 3 can be specified, and each mask region can be set independently. For example, when “circular” is selected as the mask area 0 as shown in FIG. 102, the circular mask area 0 is displayed on the second image display area 121. Further, when the "edit" button 332 is pressed in this state, a mask area edit dialog 334 for defining the details of the circular mask area 0 is displayed as shown in FIG. The user can define a circular mask area 0 by the xy coordinates of the center and the radius. The mask area is displayed by a frame line of a color different from that of the extraction area in the second image display area 121, and the user can easily distinguish the extraction area and the mask area visually. In the example of FIG. 103, the extraction area is displayed in green and the mask area is displayed in yellow. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this example, and it is possible to distinguish by different colors, by line thickness or line type (solid line, broken line etc.), highlight (flashing or highlighting) etc. .
このようにして、抽出領域を計測領域とは独立して設定することも可能となる。また、抽出領域の設定内容は、文字情報で表示させることもできる。例えば図90の例では、「抽出領域」ボタン147の下部にテキストで「計測領域と同じ」と表示しており、平面基準を算出する抽出領域が計測領域と同じであることを示している。またその下部には「マスク領域:無効」と表示し、抽出領域にマスク領域が設定されていないことを示している。これによってユーザは、「抽出領域」の概略をテキスト情報としても確認できる。
(前処理設定)
In this way, the extraction area can be set independently of the measurement area. Also, the setting contents of the extraction area can be displayed as text information. For example, in the example of FIG. 90, the text "Same as measurement area" is displayed below the "extraction area" button 147, indicating that the extraction area for calculating the plane reference is the same as the measurement area. Further, “mask area: invalid” is displayed at the lower part, indicating that no mask area is set in the extraction area. This allows the user to check the outline of the "extraction area" also as text information.
(Pre-processing setting)
以上のようにして、「エリア」処理ユニットで、高さ抽出の設定を終えると、図104に示すように第三画像表示領域において、「エリア」処理ユニットで設定された領域の矩形内では、抽出された高さに基づいて階調変換された低階調距離画像が重ねて表示される。次に、前処理の設定を行う。前処理とは、上述の通り距離画像を生成する前に行う共通のフィルタ処理であり、ここでは各種のフィルタを選択できる。具体的には、図104の画面から、設定項目ボタン領域112に設けられた「前処理」ボタンを選択すると、図105のフィルタ処理設定画面340となり、適用するフィルタを選択できる。ここで選択可能なフィルタとしては、平均化フィルタ、メディアンフィルタ、ガウシアンフィルタ等が挙げられる。さらに、このようなフィルタ以外にも、例えば二値化レベルの設定も可能である。例えば図106の二値化レベル設定画面350では、二値化を行う上限値や下限値、回数を設定できる。また二値化された画素の分布を示すヒストグラムを表示させたり、入力画像に連動してヒストグラムを更新する機能を持たせてもよい。このようにしてフィルタ処理設定が終了すると、図107に示すように第三画像表示領域において、設定された領域内でフィルタ処理を経て二値化された低階調距離画像が重ねて表示される。
(判定設定)
As described above, when the setting of height extraction is finished in the "area" processing unit, as shown in FIG. 104, in the third image display area, within the rectangle of the area set in the "area" processing unit, The low gradation distance image subjected to gradation conversion based on the extracted height is superimposed and displayed. Next, pre-processing settings are performed. The pre-processing is the common filter processing performed before generating the distance image as described above, and various filters can be selected here. Specifically, when the “pre-processing” button provided in the setting item button area 112 is selected from the screen of FIG. 104, the filter processing setting screen 340 of FIG. 105 is displayed, and a filter to be applied can be selected. As a filter which can be selected here, an averaging filter, a median filter, a Gaussian filter, etc. are mentioned. Furthermore, setting of a binarization level is also possible other than such a filter, for example. For example, in the binarization level setting screen 350 of FIG. 106, an upper limit value, a lower limit value, and the number of times for binarization can be set. In addition, a histogram indicating the distribution of binarized pixels may be displayed, or a function of updating the histogram in conjunction with the input image may be provided. Thus, when the filter processing setting is completed, as shown in FIG. 107, in the third image display area, the low gradation distance image binarized through filter processing is displayed overlappingly in the set area. .
(Judgment setting)
さらに「エリア」処理ユニットでは、設定された領域、高さ抽出、前処理等の条件にしたがって、入力画像を低階調距離画像に階調変換した後、この低階調距離画像に対して高さ検査や画像検査等の判定を行う条件についても規定する。例えば図107の画面から、設定項目ボタン領域112に設けられた「判定条件」ボタンを押下すると、図108の判定条件設定画面360となり、判定条件を設定する。この例では、二値化された低階調距離画像の画素をカウントして、その数値が所定の範囲内にあるときをOK、ないときをNGに設定している。図108の例では、判定条件が0〜30であり、現在値が166であるため、NGと判定され、図109に示すように、第三画像表示領域において「判定結果:NG」と赤文字で表示される。このように、判定結果がNGの場合は、文字を赤文字とする等、目立つ態様とすることで、運用時にユーザが認識し易くできる。
(「ブロブ」処理ユニット267)
Furthermore, in the “area” processing unit, the input image is converted to a low gradation distance image according to the set conditions, height extraction, pre-processing, etc. It also stipulates the conditions for making judgments such as examinations and image examinations. For example, when the “determination condition” button provided in the setting item button area 112 is pressed on the screen of FIG. 107, the determination condition setting screen 360 of FIG. 108 is displayed, and the determination condition is set. In this example, the pixels of the binarized low-gradation distance image are counted, and when the numerical value is within a predetermined range is set as OK, and when not present, as NG. In the example of FIG. 108, since the determination condition is 0 to 30, and the current value is 166, it is determined to be NG, and as shown in FIG. 109, “determination result: NG” and red characters in the third image display area Is displayed. As described above, when the determination result is NG, the user can easily recognize it at the time of operation by setting it as a prominent aspect, such as making the character red.
("Blob" processing unit 267)
また、以上は高さ情報を用いた高さ検査に基づく判定について説明したが、本発明はこれに限らず、従来の輝度画像に対する画像検査に基づいた判定処理を加えることも可能である。このような画像検査をブロブと呼ぶ。例えば図110に示すように、フロー表示領域261において「エリア」処理ユニットの下部に、ブロブ(画像検査)を行う「ブロブ」処理ユニット267を追加する。「ブロブ」処理ユニット267においても、上記と同様に、対象領域を設定し前処理を設定したり(図111)、検出条件を設定したりして(図112)、判定条件を設定して判定結果を出力させることができる(図113)。
(「色検査」処理ユニット267B)
Further, although the determination based on the height inspection using the height information has been described above, the present invention is not limited to this, and it is also possible to add the determination processing based on the image inspection on the conventional luminance image. Such image inspection is called a blob. For example, as shown in FIG. 110, a “blob” processing unit 267 which performs blob (image inspection) is added to the lower part of the “area” processing unit in the flow display area 261. In the “blob” processing unit 267, as in the above, the target area is set and the pre-processing is set (FIG. 111) or the detection condition is set (FIG. 112). The results can be output (FIG. 113).
("Color inspection" processing unit 267B)
さらに、撮像手段としてカラーCCDカメラを接続している場合等、カラーの光学画像を入力できる場合は、色検査を組み合わせることも可能である。例えば図114に示すように、フロー表示領域261において「ブロブ」処理ユニット267の下部に、計測処理として色検査を行う「色検査」処理ユニット267Bを追加する。「色検査」処理ユニット267Bにおいても、上記と同様に、対象領域を設定したり(図115、図116)、濃度平均等の詳細設定を行ったりして(図117)、判定条件を設定して判定結果を出力させることができる(図118)。 Furthermore, in the case where a color optical camera can be input, such as when a color CCD camera is connected as an imaging means, it is also possible to combine color inspection. For example, as shown in FIG. 114, a "color inspection" processing unit 267B for performing color inspection as measurement processing is added to the lower part of the "blob" processing unit 267 in the flow display area 261. In the “color inspection” processing unit 267B, as in the above, the target area is set (FIGS. 115 and 116) and detailed setting such as density averaging is performed (FIG. 117) to set the determination conditions. The determination result can be output (FIG. 118).
以上のようにして、設定モードにて各種の設定を行った後、運用モードにおいて実際にワークを撮像して入力画像を取得し、高さ検査や画像検査の結果に基づいて判定処理を行う。なお、上記の例では、設定モードにおいても判定結果を出力可能な構成とすることで、判定結果をイメージを設定段階でユーザに認識し易くしている。ただ、判定結果は運用モードにおいてのみ出力可能とすることも可能であることはいうまでもない。
(運用モード)
As described above, after various settings are performed in the setting mode, the workpiece is actually imaged in the operation mode to acquire an input image, and the determination processing is performed based on the result of the height inspection and the image inspection. In the above example, the determination result can be output in the setting mode, so that the user can easily recognize the determination result at the setting stage. However, it is needless to say that the judgment result can be output only in the operation mode.
(Operation mode)
次に、図4A、図4Bに示す三次元画像処理装置におけるヘッド部、コントローラ部内部での、運用時の処理について、図119、図120のフローチャートに基づいて説明する。まず、図4A、図5に示す実施の形態3に係る三次元画像処理装置のヘッド部での運用時の処理の流れを、図119のフローチャートに基づいて説明する。
(実施の形態3に係る処理の流れ)
Next, processing at the time of operation in the head unit and the controller unit in the three-dimensional image processing apparatus shown in FIGS. 4A and 4B will be described based on the flowcharts in FIGS. 119 and 120. First, the flow of processing at the time of operation of the head unit of the 3D image processing apparatus according to the third embodiment shown in FIGS. 4A and 5 will be described based on the flowchart of FIG.
(Flow of processing according to the third embodiment)
まず、外部からトリガが入力されると(ステップS11901)、第一プロジェクタ20Aから一の投光パターンがワークに投光され(ステップS11902)、撮像手段で撮像する(ステップS11903)。次に、すべての投光パターンについて撮像が終了したかどうかを判定し(ステップS11904)、未だの場合は投光パターンを切り替えて(ステップS11905)、ステップS11902に戻って処理を繰り返す。ここでは、位相シフト法を用いた投光パターンでパターン投影画像を8枚、さらに空間コード化法を用いた投光パターンでパターン投影画像を8枚の、計16枚のパターン投影画像を撮像する。 First, when a trigger is input from the outside (step S11901), one light projection pattern is projected onto a work from the first projector 20A (step S11902), and an image is taken by the image pickup means (step S11903). Next, it is determined whether or not imaging has been completed for all the light projection patterns (step S11904), and in the case where it is not yet received, the light projection patterns are switched (step S11905), and the process returns to step S11902 to repeat the processing. Here, a total of 16 pattern projection images, i.e., 8 pattern projection images with a light projection pattern using a phase shift method and 8 pattern projection images with a light projection pattern using a space coding method are taken. .
一方、ステップS11904においてすべての投光パターンを撮像し終えた場合は、ステップS11906とステップS11907に分岐する。まずステップS11906において三次元計測演算を実行し、距離画像Aを生成する。 On the other hand, if all the light projection patterns have been imaged in step S11904, the process branches to step S11906 and step S11907. First, in step S11906, a three-dimensional measurement operation is performed to generate a distance image A.
その一方でステップS11907において、位相シフト法で撮像した複数のパターン投影画像(パターン投影画像群)から、これを平均した平均画像A’を演算する。 On the other hand, in step S11907, an average image A 'is calculated by averaging the plurality of pattern projection images (pattern projection image group) captured by the phase shift method.
以上のステップS11902〜S11906は、第一プロジェクタ20Aからのパターン投光による三次元計測である。次に第二プロジェクタ20Bからのパターン投光による三次元計測を行う。ここでは、ステップS11906に続いてステップS11908において、ステップS11902〜S11905と同様に、第二プロジェクタ20Bから投光パターンがワークに投光され(ステップS11908)、撮像手段で撮像し、(ステップS11909)、すべての投光パターンについて撮像が終了したかどうかを判定する(ステップS11910)。未だの場合は投光パターンを切り替えて(ステップS11911)ステップS11902に戻り処理を繰り返し、一方すべての投光パターンを撮像し終えた場合は、ステップS11912とステップS11912に分岐する。ステップS11912においては三次元計測演算を実行し、距離画像Bを生成する。一方ステップS11913においては、位相シフト法で撮像したパターン投影画像群の平均画像B’を演算する。このようにして三次元距離画像A、Bが生成されると、ステップS11914において、三次元距離画像A、Bを合成して、距離画像を生成する。またステップS11915において、平均画像A’、B’を用いて、これらを合成した輝度画像(平均二次元濃淡画像)を生成する。このようにして、図5の三次元画像処理装置において、ワークの高さ情報を有する距離画像が取得される。なお輝度画像が不要の場合は、ステップS11907、S11913、S11915を省略できる。
(実施の形態4の処理の流れ)
The above steps S11902 to S11906 are three-dimensional measurement by pattern projection from the first projector 20A. Next, three-dimensional measurement by pattern light projection from the second projector 20B is performed. Here, in step S11908 following step S11906, the light projection pattern is projected onto the work from the second projector 20B as in steps S11902 to S11905 (step S11908), and is imaged by the imaging means (step S11909) It is determined whether the imaging has been completed for all the light projection patterns (step S11910). If not, the light projection pattern is switched (step S11911), and the process returns to step S11902 to repeat the processing. If all the light projection patterns have been captured, the process branches to step S11912 and step S11912. In step S11912, a three-dimensional measurement operation is performed to generate a distance image B. On the other hand, in step S11913, an average image B 'of the pattern projection image group imaged by the phase shift method is calculated. Thus, when the three-dimensional distance images A and B are generated, the three-dimensional distance images A and B are combined in step S11914 to generate a distance image. In step S11915, using the average images A ′ and B ′, a luminance image (average two-dimensional gray-scale image) combining these is generated. In this manner, in the three-dimensional image processing apparatus of FIG. 5, a distance image having workpiece height information is acquired. If the luminance image is unnecessary, steps S11907, S11913, and S11915 can be omitted.
(Flow of Processing of Fourth Embodiment)
以上は、図4Aに示す実施の形態3に係る三次元画像処理装置のヘッド部の処理の流れについて説明した。次に図4Bに示す実施の形態4に係る三次元画像処理装置のヘッド部の処理の流れについて、図120のフローチャートに基づいて説明する。説明する。まず、外部からトリガが入力されると(ステップS12001)、投光手段20から一の投光パターンがワークに投光され(ステップS12002)、第一撮像手段10Aで撮像し、(ステップS12003)、同時に第二撮像手段10Bでも撮像する(ステップS12004)。そしてすべての投光パターンについて撮像が終了したかどうかを判定する(ステップS12005)。未だの場合は投光パターンを切り替えて(ステップS12006)ステップS12002に戻り処理を繰り返し、一方すべての投光パターンを撮像し終えた場合は、ステップS12007〜ステップS12010に分岐する。ステップS12007においては三次元計測演算を実行し、距離画像Aを生成する。ステップS12008においては三次元計測演算を実行し、距離画像Bを生成する。一方、ステップS12009において、位相シフト法で撮像したパターン投影画像群の平均画像A’を演算し、またステップS12010において、位相シフト法で撮像したパターン投影画像群の平均画像B’を演算する。そしてステップS12011において、ステップS12007、S12008で得られた三次元距離画像A、Bを合成して、距離画像を生成する。またステップS12009、10で得られた平均画像A’、B’を合成した輝度画像を生成する。この方法によれば、同時に2枚の画像を撮像できるので、撮像時間の短縮化を図ることができる。
(検査対象領域設定手段)
The flow of processing of the head unit of the three-dimensional image processing apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 4A has been described above. Next, the process flow of the head unit of the three-dimensional image processing apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 4B will be described based on the flowchart of FIG. explain. First, when a trigger is input from the outside (step S12001), one light projection pattern is projected from the light projecting means 20 onto the work (step S12002), and the first imaging means 10A picks up an image (step S12003), At the same time, the second imaging unit 10B also captures an image (step S12004). Then, it is determined whether the imaging has been completed for all the light projection patterns (step S12005). If not, the light projection pattern is switched (step S12006), and the process returns to step S12002 to repeat the process. If all the light projection patterns have been captured, the process branches to step S10027 to step S12010. In step S12007, a three-dimensional measurement operation is performed to generate a distance image A. In step S12008, a three-dimensional measurement operation is performed to generate a distance image B. On the other hand, in step S12009, an average image A 'of the pattern projection image group imaged by the phase shift method is calculated, and in step S12010, an average image B' of the pattern projection image group imaged by the phase shift method is calculated. Then, in step S12011, the three-dimensional distance images A and B obtained in steps S12007 and S12008 are combined to generate a distance image. Also, a luminance image is generated by combining the average images A ′ and B ′ obtained in steps S12009 and S10. According to this method, since two images can be simultaneously captured, the imaging time can be shortened.
(Inspection area setting means)
実際の運用時の検査に際して、ワークに対して検査実行手段50で検査を実行する対象となる領域(検査対象領域)を、予め指定しておく必要がある。このような検査対象領域の設定は、設定段階において検査対象領域設定手段により行われる。検査対象領域設定手段は、上述の通りコントローラ部2側に設けたり、あるいは三次元画像処理プログラムにて実現させることもできる。具体的には、上述の通り図62に示す三次元画像処理プログラムの検査対象領域設定手段に相当する「領域設定」ボタン115を押下すると、図47に示す検査対象領域設定画面120に遷移し、この検査対象領域設定画面120において、検査を行う領域を指定することができる。 At the time of inspection in actual operation, it is necessary to designate in advance an area (inspection target area) which is an object on which the inspection execution means 50 executes an inspection on a workpiece. Such setting of the inspection target area is performed by the inspection target area setting means in the setting stage. The inspection target area setting means may be provided on the controller unit 2 side as described above, or may be realized by a three-dimensional image processing program. Specifically, when the “area setting” button 115 corresponding to the inspection object area setting means of the three-dimensional image processing program shown in FIG. 62 is pressed as described above, the screen transits to the inspection object area setting screen 120 shown in FIG. In the inspection target area setting screen 120, an area to be inspected can be designated.
このようにして検査対象領域を指定すると、この検査対象領域に対して三次元画像処理装置が画像処理を行い、さらに検査を実行する。すなわち図121のフローチャートに示すように、距離画像に対して検査対象領域を割り当て(ステップS12101)、この距離画像に基づいて階調変換パラメータを設定し(ステップS12102)、この階調変換パラメータに従って階調変換を行い(ステップS12103)、さらに階調変換画像に対して画像処理を行い、所定検査を行う(ステップS12104)。 When the inspection target area is designated in this manner, the three-dimensional image processing apparatus performs image processing on the inspection target area and further executes the inspection. That is, as shown in the flowchart of FIG. 121, the inspection target area is assigned to the distance image (step S12101), and the tone conversion parameter is set based on the distance image (step S12102). Tone conversion is performed (step S12103), and image processing is performed on the tone conversion image, and a predetermined inspection is performed (step S12104).
なお階調変換処理は、上述した検査対象領域設定手段で設定された検査対象領域に対して行われる。すなわちこの例では、検査対象領域設定手段を、階調変換対象領域を指定する階調変換対象領域指定手段と共通としている。ただ、階調変換処理のパラメータを決めるのに用いる領域を、検査対象領域とは独立して設定してもよい。例えば検査対象領域設定手段、あるいはこれとは別個に用意した階調変換パラメータ作成用領域指定手段を用いて、階調変換パラメータ作成用領域を指定する。
(運用時のコントローラ部の動作フロー)
The tone conversion processing is performed on the inspection target area set by the inspection target area setting unit described above. That is, in this example, the inspection target area setting unit is common to the gradation conversion target area specification unit that specifies the gradation conversion target area. However, the area used to determine the tone conversion processing parameter may be set independently of the area to be inspected. For example, using the inspection target area setting unit or the gradation conversion parameter generation area specification unit prepared separately from this, the gradation conversion parameter generation area is specified.
(Operation flow of controller unit during operation)
次に、ヘッド部側で得られた距離画像を、運用時にコントローラ部側で処理する手順を、図122のフローチャート、及び図123〜図127のGUIに基づいて説明する。ここで図123〜図126は三次元画像処理プログラムのGUIを示している。図123に示す三次元画像処理プログラムのGUIは初期画面260を示しており、画面の左側にフロー表示領域261を、右側に第三画像表示領域262を、それぞれ設けている。フロー表示領域261においては、三次元画像処理装置で行う各処理の内容を処理ユニット状に繋いだフロー図が表示される。ここでは処理ユニットとして、「撮像」処理ユニット263、「Shapetrax2」処理ユニット264、「位置補正」処理ユニット265、「高さ計測」処理ユニット266がフロー表示領域261に表示されている。また運用前の設定の段階では、各処理ユニットを選択して詳細な設定を行える。また第三画像表示領域262には、処理内容に応じて輝度画像や距離画像、あるいは検査結果等が表示される。図123の例では、ワーク(この例ではIC)を撮像した輝度画像が表示されており、後述するサーチ対象領域SAが緑色の枠状に表示されている。
(撮像ステップ)
Next, a procedure for processing the distance image obtained on the head unit side on the controller unit side at the time of operation will be described based on the flowchart of FIG. 122 and the GUIs of FIG. 123 to FIG. Here, FIGS. 123 to 126 show the GUI of the three-dimensional image processing program. The GUI of the 3D image processing program shown in FIG. 123 shows an initial screen 260, and a flow display area 261 is provided on the left side of the screen, and a third image display area 262 is provided on the right side. In the flow display area 261, a flow diagram in which the contents of each process performed by the three-dimensional image processing apparatus are connected in the form of processing units is displayed. Here, as a processing unit, an “imaging” processing unit 263, a “Shapetrax 2” processing unit 264, a “position correction” processing unit 265, and a “height measurement” processing unit 266 are displayed in the flow display area 261. In addition, in the setting stage before operation, each processing unit can be selected and detailed setting can be performed. Further, in the third image display area 262, a luminance image, a distance image, an inspection result or the like is displayed according to the processing content. In the example of FIG. 123, a luminance image obtained by imaging a work (IC in this example) is displayed, and a search target area SA described later is displayed in a green frame.
(Imaging step)
まず図122のステップS12201において、距離画像と輝度画像をヘッド部1から取得する。ここでは、ヘッド部側でパターン投影画像を撮像し、距離画像と輝度画像を生成する。図123のGUIの例では、フロー表示領域261に表示される「撮像」処理ユニット263が該当する。 First, in step S12201 in FIG. 122, the distance image and the luminance image are acquired from the head unit 1. Here, a pattern projection image is captured on the head unit side, and a distance image and a luminance image are generated. In the example of the GUI in FIG. 123, the “imaging” processing unit 263 displayed in the flow display area 261 corresponds.
画像データは、先に距離画像をヘッド部からコントローラ部に送信し、次いで輝度画像もコントローラ部に送信する。なお、逆に輝度画像を先に転送した上で距離画像を転送したり、これらの転送を同時に行ってもよい。
(サーチステップ)
In the image data, the distance image is first transmitted from the head unit to the controller unit, and then the luminance image is also transmitted to the controller unit. Conversely, after transferring the luminance image first, the distance image may be transferred, or these transfers may be performed simultaneously.
(Search step)
さらにステップS12202において、運用時に入力される入力画像に対し、コントローラ部でパターンサーチを行う。すなわち、撮像された輝度画像に含まれるワークの動きに追従するように、検査したい部位を特定する。図123の例では、フロー表示領域261に表示される「Shapetrax2」処理ユニット264がパターンサーチに該当する。ここではワークを撮像した輝度画像(入力画像)に対して、図5の画像サーチ手段64がパターンサーチを行い、位置決めを行う。具体的には、予め設定された検査対象領域が、入力された輝度画像中のどこに含まれるか、位置を特定する。パターンサーチを行うサーチ対象領域SAは、予め設定される。例えば図124の例では、第三画像表示領域に表示される輝度画像上で、サーチ対象領域SAが矩形状に指定されている。
(位置補正ステップ)
Further, in step S12202, the controller unit performs pattern search on the input image input during operation. That is, the part to be examined is specified so as to follow the movement of the workpiece included in the captured luminance image. In the example of FIG. 123, the “Shapetrax2” processing unit 264 displayed in the flow display area 261 corresponds to the pattern search. Here, the image search means 64 of FIG. 5 performs a pattern search on the luminance image (input image) obtained by imaging the workpiece, and performs positioning. Specifically, the position is specified where the inspection target area set in advance is included in the input luminance image. A search target area SA for performing a pattern search is set in advance. For example, in the example of FIG. 124, the search target area SA is designated in a rectangular shape on the luminance image displayed in the third image display area.
(Position correction step)
次にステップS12203において、パターンサーチの結果を用いて検査対象領域を位置補正する。図123の例では、フロー表示領域261に表示される「位置補正」処理ユニット265が該当する。検査対象領域は、検査対象領域設定画面において予め設定される。図125の例では、第三画像表示領域に表示された距離画像上で、検査対象領域が複数、設定されている。詳細には、図126に示すようにワークであるICの各ピンに対して矩形状の領域が設定されている。位置補正は、例えば正規化相関サーチにより位置ずれ量を算出する方法やパターンサーチの結果に基づく方法等によって行われる。このようにして位置補正により、次段で実行される検査処理の検査対象領域の位置が補正される。
(検査処理ステップ)
Next, in step S12203, the position of the inspection target area is corrected using the result of the pattern search. In the example of FIG. 123, the “position correction” processing unit 265 displayed in the flow display area 261 corresponds. The inspection target area is preset on the inspection target area setting screen. In the example of FIG. 125, a plurality of inspection target areas are set on the distance image displayed in the third image display area. Specifically, as shown in FIG. 126, a rectangular area is set for each pin of the IC which is a work. The position correction is performed by, for example, a method of calculating a positional shift amount by a normalized correlation search, a method based on a result of pattern search, or the like. In this manner, the position correction is performed to correct the position of the inspection target area of the inspection process performed in the next stage.
(Inspection processing step)
最後にステップS12204において、補正された位置にて距離画像を用いて検査を実行する。図123の例では、フロー表示領域261に表示される「高さ計測」処理ユニット266が該当する。また図127の例では、高さ計測を実行している。すなわち、補正された位置の検査対象領域でそれぞれ高さが計測され検査される。例えば平面高さが所定の基準値以内かどうかを判定して、判定結果を出力する。 Finally, in step S12204, an inspection is performed using the distance image at the corrected position. In the example of FIG. 123, the “height measurement” processing unit 266 displayed in the flow display area 261 corresponds. Further, in the example of FIG. 127, height measurement is performed. That is, the height is measured and inspected in the inspection target area at the corrected position. For example, it is determined whether or not the plane height is within a predetermined reference value, and the determination result is output.
なお以上の手順では、輝度画像を用いて位置補正を行った上で、距離画像に基づいて検査を行う例を説明した。ただ、本発明はこれに限らず、位置補正を行う画像、検査処理を行う画像を任意に設定できる。例えば上記と逆に、距離画像を用いて位置補正を行った上で、輝度画像を用いて検査処理を実行することもできる。一例として、白地の背景に白色のワークが置かれた場合のように、輝度画像では正確なパターンサーチが困難な例においては、距離画像を使用して高さ情報に基づいたパターンサーチが有効となる。また、検査処理についても、高さ情報に基づく判定処理のみならず、例えばワークに印字された文字列をOCRによって読み取る等、輝度画像を用いた画像処理結果によって判定することもできる。
(高さ情報の出力形式)
In the above procedure, after performing position correction using a luminance image, an example of performing inspection based on a distance image has been described. However, the present invention is not limited to this, and an image to be subjected to position correction and an image to be subjected to inspection processing can be set arbitrarily. For example, contrary to the above, after performing position correction using a distance image, inspection processing can also be performed using a luminance image. As an example, in a case where accurate pattern search is difficult in luminance images, such as when a white work is placed on a white background, it is considered that pattern search based on height information is effective using distance images. Become. The inspection process can also be performed not only by the determination process based on the height information, but also by the result of image processing using a luminance image, such as reading a character string printed on a work by using an OCR.
(Output format of height information)
計測した三次元の高さ情報はそれぞれX,Y,Zの値を持った三次元ポイントクラウドデータとして求められる。また実際に求められた値を、どのように出力するかについて、三次元ポイントクラウドデータ以外に、例えばZ画像、XY等ピッチZ画像に変換することもできる。
(1:Z画像)
The measured three-dimensional height information is obtained as three-dimensional point cloud data having values of X, Y, and Z, respectively. In addition to the three-dimensional point cloud data, for example, Z values and XY equal pitch Z images can also be converted as to how to output the values actually obtained.
(1: Z image)
Z画像とは、Z座標のみの高さ画像データである。例えば撮像手段で撮像されたワークの位置の凹凸が重要で、X,Y座標は正確でなくても良いような場合は、X,Y座標は不要なので、Z座標のみのデータであるZ画像を出力すれば足りる。この場合は伝送するデータ量が少なくなり、伝送時間を短縮することができる。また通常の二次元の撮像手段と同じく、画像としてデータを扱えるので、既存の二次元画像用の画像処理装置を用いて画像処理を行うこともできる。
(2:XY等ピッチZ画像)
The Z image is height image data of only the Z coordinate. For example, in the case where unevenness of the position of the work taken by the image pickup means is important and the X and Y coordinates do not have to be accurate, the X and Y coordinates are not necessary. It is enough if it outputs. In this case, the amount of data to be transmitted is reduced, and the transmission time can be shortened. Further, as in the case of ordinary two-dimensional imaging means, data can be handled as an image, so image processing can also be performed using an existing image processing apparatus for two-dimensional images.
(2: XY equal pitch Z image)
XY等ピッチZ画像とは、XY座標を高さによらず等ピッチとした高さ画像データである。具体的には、XY座標を等ピッチとした場合の位置におけるZ座標を、周辺のポイントクラウドデータから補間演算してXY等ピッチZ画像を求める。 The XY equal pitch Z image is height image data in which the XY coordinates are equal pitch regardless of the height. Specifically, the Z coordinate at a position where the XY coordinates are equal pitches is interpolated from peripheral point cloud data to obtain an XY equal pitch Z image.
一般に撮像手段のレンズが対物テレセントリックレンズではない場合は、撮像されたワークの高さ位置(Z座標)により、撮像手段で撮像される位置(X,Y座標)が異なる。このため、撮像素子上で同じ位置に写った物であっても、高さによって実際のXY座標位置は異なることになる。例えば体積のような、立体的な差異を検査したい場合は、カメラに対して近くにワークがあると値が大きくなり、遠くにあると値が小さくなってしまうので不都合となる。そこで、ポイントクラウドデータから、XY均等ピッチのZデータを求めることによって、高さに左右されないXY位置を持ったZ画像を得ることができる。
(3:XYZ(ポイントクラウドデータ))
Generally, when the lens of the imaging means is not an objective telecentric lens, the position (X, Y coordinates) imaged by the imaging means differs depending on the height position (Z coordinate) of the imaged work. For this reason, the actual XY coordinate position will differ depending on the height, even if the object appears at the same position on the imaging device. For example, when it is desired to examine a three-dimensional difference such as a volume, if the work is near the camera, the value becomes large, and if it is far, the value becomes small, which is disadvantageous. Therefore, by obtaining Z data of XY uniform pitch from the point cloud data, it is possible to obtain a Z image having an XY position that is not influenced by the height.
(3: XYZ (Point Cloud Data))
あるいは、ポイントクラウドデータを三次元情報としてそのまま出力することもできる。例えば、計測した三次元データをそのまま扱いたい場合に用いる。この場合はZ座標のみの場合に比べてデータ量は3倍になるが、生データであるため、三次元CADデータとの立体的な差分を求める等の用途に利用できる。
(等ピッチ画像の生成)
Alternatively, point cloud data can be output as it is as three-dimensional information. For example, it is used when it is desired to handle the measured three-dimensional data as it is. In this case, although the amount of data is tripled as compared with the case of only Z coordinate, since it is raw data, it can be used for applications such as finding a three-dimensional difference with three-dimensional CAD data.
(Generation of equal pitch image)
次に、距離画像と輝度画像に加え、画角を補正した等ピッチ画像を作成するデータフロー図を図128に示す。この図に示すように、まずヘッド部で撮像する空間コード化用パターン投光ワーク画像群から、空間コード化法に従い空間コード画像を生成する。一方、位相シフト用パターン投光ワーク画像群から、位相計算に従い位相画像を生成する。そしてこれら空間コード画像、位相画像から、位相拡張計算を行って、拡張位相画像を生成する。また、これら空間コード化用パターン投光ワーク画像群や位相シフト用パターン投光ワーク画像群に対して、フィルタをかける等、共通フィルタ処理を適用することもできる。共通フィルタ処理には、メディアンフィルタ、ガウシアンフィルタ、平均化フィルタ等の二次元フィルタの適用が挙げられる。その一方で、位相シフト用パターン投光ワーク画像群を平均化することで、輝度画像(平均濃淡画像)を生成する。
(均等間隔処理)
Next, FIG. 128 shows a data flow diagram for creating an equal pitch image in which the angle of view is corrected, in addition to the distance image and the luminance image. As shown in this figure, first, a space code image is generated according to a space coding method from a space coding pattern projection work image group imaged by the head unit. On the other hand, a phase image is generated from the phase shift pattern projection work image group according to the phase calculation. Then, phase expansion calculation is performed from these space code image and phase image to generate an expanded phase image. Also, common filter processing may be applied such as applying a filter to the space coding pattern projection work image group and the phase shift pattern projection work image group. Common filter processing includes application of a two-dimensional filter such as a median filter, a Gaussian filter, and an averaging filter. On the other hand, a luminance image (average gray-scale image) is generated by averaging the phase shift pattern projection work image group.
(Evenly spaced processing)
以上のようにして、ヘッド部で三次元データと輝度画像を生成した後、さらにZ画像、又は等ピッチZ画像等の距離画像を作成する。まず、距離画像をヘッド部1からコントローラ部2に転送して、位相情報を高さ情報に変換する階調変換を行う。ここでは、位相情報からX画像、Y画像、Z画像をそれぞれ求めた上で、これらXYを均等化してXY平面におけるXY等ピッチZ画像、XY等ピッチZ平均画像を取得する。このような均等間隔処理は、間隔均等化処理設定手段47にて行う。 As described above, after the three-dimensional data and the luminance image are generated by the head unit, a distance image such as a Z image or an equal pitch Z image is further generated. First, the distance image is transferred from the head unit 1 to the controller unit 2, and gradation conversion is performed to convert phase information into height information. Here, X, Y, and Z images are obtained from the phase information, and these XYs are equalized to obtain XY equal pitch Z images and XY equal pitch Z average images in the XY plane. Such uniform interval processing is performed by the interval equalization processing setting means 47.
なお、図128の例では距離画像の生成において位相シフト法と空間コード化法を組み合わせた例を説明したが、空間コード化法を使用しないで位相シフト法のみで距離画像を生成することもできる。空間コード化処理は、図5に示す空間コード化切替手段45によってON/OFFを切り替えることができる。このような例を図129のデータフロー図に示す。この図に示すように、空間コード化法を使用しない分、撮像枚数を削減でき、高速にて距離画像を生成できる。 Although an example in which the phase shift method and the spatial coding method are combined in the generation of the distance image is described in the example of FIG. 128, the distance image can also be generated only by the phase shift method without using the space coding method. . The space coding processing can be switched ON / OFF by the space coding switching means 45 shown in FIG. Such an example is shown in the data flow diagram of FIG. As shown in this figure, since the space coding method is not used, the number of imaging can be reduced, and a distance image can be generated at high speed.
一方で、XY等ピッチ化機能をOFFして、Z画像を得る際のデータフロー図を図130に示す。この例であれば、階調変換に際してX画像やY画像に分解する必要がないので、その分処理を簡素化できる。 On the other hand, FIG. 130 shows a data flow diagram when obtaining a Z image by turning off the XY equal pitching function. In this example, since it is not necessary to separate into an X image and a Y image at the time of gradation conversion, the processing can be simplified accordingly.
さらに、XYZの座標情報をそのまま出力するポイントクラウドデータを出力する例を、図131に示す。この例では、位相→高さ変換後のX画像、Y画像、Z画像をそのまま出力できるので、軽負荷で出力できる利点が得られる。
(階調変換方法)
Further, FIG. 131 shows an example of outputting point cloud data which directly outputs XYZ coordinate information. In this example, since it is possible to output the X image, the Y image, and the Z image after the phase → height conversion as they are, it is possible to obtain an advantage of being able to output with light load.
(Gradation conversion method)
次に、三次元画像処理装置の階調変換手段46が、距離画像に基づいて、高階調の距離画像を、低階調の低階調距離画像に自動的に階調変換する手順を説明する。ここでは、複数のワークが搬送されるライン上に設置される検査装置において、逐次入力される距離画像(入力画像)に対して、リアルタイムで低階調距離画像に階調変換する用途といった、複数の入力画像に対して階調変換を行う手順について説明する。この場合の階調変換処理は、大別して、(A)事前に階調変換パラメータを決定しておく方法(静的変換)と、(B)入力画像に応じて階調変換パラメータを決定する方法(動的方法)の2通りが挙げられる。以下、これらについて説明する。
(A:静的変換)
Next, a procedure will be described in which the tone conversion means 46 of the three-dimensional image processing device automatically performs tone conversion of a high tone distance image into a low tone low tone distance image based on the distance image. . Here, in an inspection apparatus installed on a line on which a plurality of workpieces are transported, there are a plurality of applications such as gradation conversion to a low gradation distance image in real time with respect to sequentially input distance images (input images) A procedure for performing gradation conversion on an input image of FIG. The tone conversion processing in this case is roughly divided into (A) a method of determining the tone conversion parameter in advance (static conversion) and a method of determining the tone conversion parameter according to the (B) input image. There are two ways (dynamic method). These will be described below.
(A: static conversion)
まず、予め階調変換パラメータを決定しておく静的変換について説明する。ここでは、設定時において入力画像や予め登録しておいた登録画像に対して、階調変換を行うための階調変換パラメータを調整する。そして運用時においては、設定時に設定された階調変換パラメータでもって、距離画像の階調変換を行い、階調変換後の低階調距離画像に対して検査を実行する。なお設定時における手順は、上述の図8のフローチャートに基づいて説明した通りである。
(運用時の手順)
First, static conversion in which tone conversion parameters are determined in advance will be described. Here, tone conversion parameters for tone conversion are adjusted with respect to an input image or a registered image registered in advance at the time of setting. Then, at the time of operation, the tone conversion of the distance image is performed by the tone conversion parameter set at the setting, and the inspection is performed on the low tone distance image after the tone conversion. The procedure at the time of setting is as described above based on the flowchart of FIG.
(Operational procedure)
階調変換パラメータが調整されると、この階調変換パラメータでもって運用時に入力される入力画像に対して、階調変換が行われる。ここで、運用時における静的変換の手順を、図132のフローチャートに基づいて説明する。まずステップS13201において、距離画像を取得する。ここでは、距離画像生成手段32が生成した距離画像を、コントローラ部2が取り込む。次にステップS13202において、入力された距離画像の階調変換処理を行う。ここでは、設定時に調整された階調変換パラメータに従って階調変換処理が実行され、距離画像の階調数すなわちダイナミックレンジを削減した低階調距離画像を生成する。最後に、ステップS13203において検査実行手段50により検査処理を実行する。この方法によれば、予め階調変換パラメータを設定しておくことにより、運用時は階調変換パラメータを演算する必要がなく、処理を軽負荷とできる。
(B:動的変換)
When the tone conversion parameter is adjusted, tone conversion is performed on the input image input at the time of operation using this tone conversion parameter. Here, the procedure of static conversion at the time of operation will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S13201, a distance image is acquired. Here, the controller unit 2 takes in the distance image generated by the distance image generation means 32. Next, in step S13202, tone conversion processing of the input distance image is performed. Here, tone conversion processing is executed according to the tone conversion parameter adjusted at the time of setting, and a low tone distance image is generated in which the number of tones of the distance image, that is, the dynamic range is reduced. Finally, in step S13203, the inspection execution unit 50 executes an inspection process. According to this method, by setting the tone conversion parameter in advance, it is not necessary to calculate the tone conversion parameter at the time of operation, and the processing can be made light load.
(B: Dynamic conversion)
次に、階調変換時の階調変換パラメータを、入力画像に基づいて算出する動的変換について説明する。まず設定時の手順については、上述の通り図8のフローチャートに従って、行われる。具体的には、ステップS81において、入力画像又は登録画像を取得し、次にステップS82において、階調変換方法を選択させる。ここでは、ユーザが動的変換を選択したものとする。そしてステップS83において、階調変換パラメータを調整する。ここでは、運用時において入力される入力画像に対して、どのような条件で階調変換パラメータを演算、あるいは調整するかを、ステップS81で取得された画像に基づいて設定する。 Next, dynamic conversion in which gradation conversion parameters at the time of gradation conversion are calculated based on an input image will be described. First, the setting procedure is performed according to the flowchart of FIG. 8 as described above. Specifically, in step S81, an input image or a registered image is acquired, and in step S82, a gradation conversion method is selected. Here, it is assumed that the user has selected dynamic conversion. Then, in step S83, the tone conversion parameter is adjusted. Here, with respect to the input image input at the time of operation, under what conditions the gradation conversion parameter is to be calculated or adjusted is set based on the image acquired in step S81.
このようにして階調変換パラメータの演算条件が設定されると、運用時においては、設定された階調変換パラメータ演算条件に従って、入力画像に応じた階調変換パラメータが個別に演算される。次に、動的変換によって距離画像を低階調距離画像に階調変換する運用時の手順を、図133のフローチャートに基づいて説明する。まずステップS13301において、距離画像を取得する。ここでも上述したステップS13201と同様、距離画像生成手段32が生成した距離画像を、コントローラ部2が取り込む。次にステップS13302において、入力画像である距離画像に基づいて、階調変換パラメータを決定する。階調変換パラメータの調整方法については、上述した方法が利用できる。さらにステップS13303において、階調変換を実行する。最後に、ステップS13304において検査処理を実行する。この方法によれば、入力画像に従って階調変換パラメータを変更できるので、異なるワークに対しても柔軟に階調変換を行って正確な検査が可能となる。例えば、高さにばらつきのあるワーク表面の検査も、精度を低下させることなく行うことができる。 Thus, when the calculation condition of the tone conversion parameter is set, in operation, the tone conversion parameter according to the input image is individually calculated according to the set tone conversion parameter calculation condition. Next, a procedure at the time of operation of converting a distance image into a low gradation distance image by dynamic conversion will be described based on a flowchart of FIG. First, in step S13301, a distance image is acquired. Here, as in step S13201 described above, the controller unit 2 takes in the distance image generated by the distance image generation means 32. Next, in step S13302, tone conversion parameters are determined based on the distance image which is the input image. The method described above can be used as a method of adjusting the gradation conversion parameter. Further, in step S13303, gradation conversion is performed. Finally, inspection processing is executed in step S13304. According to this method, since the tone conversion parameter can be changed according to the input image, the tone conversion can be flexibly performed even on different works, and accurate inspection can be performed. For example, inspection of the workpiece surface with variation in height can also be performed without reducing the accuracy.
ここで、動的変換の一例として、階調変換パラメータの調整によって、階調変換後の低階調距離画像を最適に作成する方法について、図134に基づいて説明する。ここでは、一の階調変換パラメータセットを動的に設定する方法と、予め複数の階調変換パラメータセットを準備しておき、動的に階調変換パラメータセットを選択する方法の二通りがある。
(1A一の階調変換パラメータセットを設定する方法)
Here, as an example of dynamic conversion, a method of optimally creating a low gradation distance image after gradation conversion by adjusting the gradation conversion parameter will be described based on FIG. Here, there are two methods, a method of dynamically setting one gradation conversion parameter set, and a method of preparing a plurality of gradation conversion parameter sets in advance and dynamically selecting the gradation conversion parameter set. .
(How to set 1A 1 gradation conversion parameter set)
まず、一の階調変換パラメータセットを動的に設定する方法について説明する。この方法では、入力画像である複数の距離画像の、予め定められた領域の画像情報に基づいて、階調変換に使用する階調変換パラメータの値を調整し、この調整された階調変換パラメータを用いて、階調変換手段46が距離画像の階調変換処理を実行する。ここでは、16階調の距離画像(階調変換前画像)を、8階調の低階調距離画像(階調変換後画像)に階調変換する例について説明する。また、検査対象のワークは、図134の斜視図に示すように、ワーク毎の計測面全体が上下にずれるものであり、その範囲は5mmである。また計測面全体の厚さや歪みを含めた高さ方向のレンジは0.5mmとする。このように表面高さが異なる各ワークに対して、それぞれの表面に傷を有していないかどうかを、画像処理によって検査する例を考える。距離画像を利用すると共に、距離画像を二次元の濃淡画像(低階調距離画像)に階調変換することで、既存の二次元画像用の画像処理装置でもって検査可能とできる。 First, a method of dynamically setting one tone conversion parameter set will be described. In this method, the value of the tone conversion parameter used for tone conversion is adjusted based on image information of a predetermined area of a plurality of distance images that are input images, and the adjusted tone conversion parameter is adjusted. The tone conversion means 46 executes tone conversion processing of the distance image using. Here, an example will be described in which a distance image of 16 gradations (image before gradation conversion) is gradation converted into a low gradation distance image of 8 gradations (image after gradation conversion). Further, as shown in the perspective view of FIG. 134, the workpiece to be inspected is such that the entire measurement surface of each workpiece is vertically shifted, and the range is 5 mm. In addition, the range in the height direction including the thickness and distortion of the entire measurement surface is 0.5 mm. In this way, for each workpiece having different surface heights, an example will be considered in which whether or not each surface has a flaw is inspected by image processing. By using the distance image and performing gradation conversion of the distance image into a two-dimensional gray-scale image (low gradation distance image), inspection can be performed with the existing image processing apparatus for two-dimensional images.
まず、予めワーク上の検査したい領域を、検査対象領域設定手段で検査対象領域として指定しておく。なお、検査対象領域を、入力画像である距離画像の一部を指定する他、距離画像の全体とすることもできる。この場合は、検査対象領域を指定する作業を省略してもよい。 First, an area to be inspected on the workpiece is designated in advance as an area to be inspected by the inspection area setting unit. In addition to specifying a part of the distance image which is the input image, the inspection target area may be the entire distance image. In this case, the work of specifying the inspection target area may be omitted.
最初に、検査対象領域の平均距離を求める。次に、検査対象領域の最大距離と最小距離の差(距離レンジ)を求める。さらに、距離レンジを1.2倍した数値を変換後画像の距離レンジとする。例えば、図134のワークの分布では、距離レンジが0.5mmであるとすると、これを1.2倍した0.6mmが階調変換後画像の距離レンジとして設定される。よって、平均距離を中心に±0.3mmの範囲が計測レンジとなる。 First, the average distance of the inspection area is determined. Next, a difference (distance range) between the maximum distance and the minimum distance of the inspection target area is obtained. Further, a numerical value obtained by multiplying the distance range by 1.2 is set as the distance range of the converted image. For example, in the distribution of workpieces in FIG. 134, assuming that the distance range is 0.5 mm, 0.6 mm obtained by multiplying this by 1.2 is set as the distance range of the image after gradation conversion. Therefore, the range of ± 0.3 mm around the average distance is the measurement range.
さらにまた、階調変換後画像の距離レンジである0.6mm(平均距離を中心に±0.3mm)の範囲が、256階調となるように、入力画像である距離画像に対するスパンを求める。なお、スパンは予め決めた定数とすることもできる。また、距離画像に対して、平均距離が−0.3mm以下のものは0とし、一方平均距離が+0.3mm以上のものは255とすることもできる。 Furthermore, the span for the distance image which is the input image is determined so that the range of 0.6 mm (± 0.3 mm around the average distance), which is the distance range of the image after gradation conversion, has 256 gradations. The span can also be a predetermined constant. Moreover, with respect to the distance image, it is also possible to set 0 for an average distance of −0.3 mm or less to 0, and set 255 for an average distance of +0.3 mm or more.
このようにして、入力される複数の距離画像から、検査に必要な範囲を定めて、この範囲の高さ情報が階調変換後の低階調距離画像においても維持されるように、適切に階調変換パラメータを設定できる。この結果、高さ方向に分散する各ワークの傷の有無や位置等を、既存の画像処理装置を用いて適切に検査することが可能となる。
(1B 予め複数の階調変換パラメータセットを準備しておく方法)
In this manner, a range necessary for inspection is determined from a plurality of distance images to be input, and height information in this range is appropriately maintained so as to be maintained in the low gradation distance image after gradation conversion. Gradation conversion parameters can be set. As a result, it becomes possible to appropriately inspect the presence or absence, the position, and the like of the flaws of the work dispersed in the height direction using the existing image processing apparatus.
(1B Method to prepare multiple tone conversion parameter sets in advance)
上記の実施例では、取得した距離画像の高さ情報を利用して、傷の検出に必要な高さ情報を損失しないように適切に階調変換パラメータセットを求める方法について説明した。一方で、予め複数の階調変換パラメータセットを準備しておく方法についても、以下説明する。この方法では、入力画像である複数の距離画像に対して、予め設定された複数の階調変換パラメータで階調変換された階調変換後画像をそれぞれ作成し、距離画像の予め指定された検査対象領域の画像情報に基づいて、検査に使用する階調変換後画像を選択する。 In the above embodiment, the method of obtaining the gradation conversion parameter set appropriately so as not to lose the height information necessary for the detection of a flaw is described using the acquired height information of the distance image. On the other hand, a method of preparing a plurality of tone conversion parameter sets in advance will also be described below. In this method, a tone-converted image is generated by performing tone conversion using a plurality of tone conversion parameters set in advance for a plurality of distance images that are input images, and a predetermined inspection of the distance image is performed. An image after tone conversion to be used for inspection is selected based on the image information of the target area.
このような具体例を図135の模式図、及び図136のフローチャートに基づいて説明する。この例でも、上述した図134と同様に、ワーク毎の計測面全体が5mmの範囲で上下にずれる場合を考える。このようなワークに対して、変換中心を0.5mm毎に変化させて階調変換した階調変換後画像を、9枚作成する。そして得られた各階調変換後画像を表示手段上に、好ましくは並べて表示させ、入力画像である距離画像の平均値に一番近い変換中心による変換画像を、ユーザに選択させる。そして、ユーザにより選択された画像に適用された階調変換パラメータセットを設定する。具体的な手順は、図136に示す通り、まずワークの距離画像を生成した上で(ステップS13601)、上述の通り階調変換パラメータを変化させながら階調変換処理を複数回行う(ステップS13602)。そして得られた階調変換画像である簡易的な低階調距離画像中から、ユーザに所望の画像を選択させ(ステップS13603)、必要に応じて階調変換パラメータを調整し、得られた低階調距離画像に対して検査を行う(ステップS13604)。
(静的変換、動的変換の詳細)
Such a specific example will be described based on the schematic view of FIG. 135 and the flow chart of FIG. Also in this example, as in the case of FIG. 134 described above, it is assumed that the entire measurement surface of each workpiece is vertically shifted within a range of 5 mm. For such a work, nine images after gradation conversion, in which gradation conversion is performed by changing the conversion center every 0.5 mm, are created. Then, the obtained after-gradation-converted images are preferably displayed side by side on the display means, and the user is allowed to select a converted image with a conversion center closest to the average value of the distance images which are input images. Then, the tone conversion parameter set applied to the image selected by the user is set. As a specific procedure, as shown in FIG. 136, first, a distance image of a work is generated (step S13601), and gradation conversion processing is performed multiple times while changing gradation conversion parameters as described above (step S13602) . Then, the user is made to select a desired image from the simple low gradation distance image which is the obtained gradation conversion image (step S13603), and the gradation conversion parameter is adjusted as necessary, and the obtained low value is obtained. An inspection is performed on the gradation distance image (step S13604).
(Details of static conversion, dynamic conversion)
次に、これら静的変換、動的変換の詳細について説明する。まず、静的変換について説明する。静的変換には、距離画像を低階調距離画像に階調変換する際に、残すべき高さ情報の基準を補正するため具体的な方法として、
(A1)指定した高さ(距離)で補正する一点指定と、
(A2)平面で補正する三点指定が利用できる。
(A1:一点指定)
Next, the details of the static conversion and the dynamic conversion will be described. First, static conversion will be described. In static conversion, as a specific method for correcting the reference of height information to be left when converting a distance image into a low gradation distance image,
(A1) One point designation to be corrected by the designated height (distance),
(A2) Three-point designation correcting on a plane can be used.
(A1: One point specified)
一点指定は、ユーザが指定した点又は領域の高さ(距離)を基準として、距離画像を低階調距離画像に階調変換する方法である。基準高さは、例えば距離画像の高さ情報の内、低階調距離画像に階調変換される高さ範囲(距離レンジ)の中間の高さとする。あるいは、距離レンジの上限(階調変換される最も高い位置)や下限(階調変換される最も低い位置)とすることもできる。一点指定の具体的な手順は、上記図66〜図78に基づいて説明した通りである。
(A2:三点指定)
One-point specification is a method of performing gradation conversion of a distance image to a low gradation distance image based on the height (distance) of a point or area specified by the user. The reference height is, for example, the height in the middle of the height range (distance range) in which gradation conversion is performed to the low gradation distance image among the height information of the distance image. Alternatively, it may be set to the upper limit (the highest position where gradation conversion is performed) or the lower limit (the lowest position where gradation conversion is performed) of the distance range. The specific procedure of one-point specification is as described based on FIGS. 66 to 78 above.
(A2: Three points specified)
三点指定とは、ユーザが指定した三点から求められる平面を基準面として、距離画像を低階調距離画像に階調変換する方法である。基準面も、上述した一点指定の基準高さと同様、例えば距離画像の高さ情報の内、低階調距離画像に階調変換される高さ範囲(距離レンジ)の中間の高さとする。あるいは、距離レンジの上限(階調変換される最も高い位置)や下限(階調変換される最も低い位置)とすることもできる。三点指定の具体例は、上記図81〜図85のGUI画面に基づいて説明した通りである。 The three-point specification is a method of performing gradation conversion of a distance image into a low gradation distance image using a plane obtained from three points specified by the user as a reference plane. The reference plane is also, for example, the height of the middle of the height range (distance range) in which the gradation conversion is performed to the low gradation distance image among the height information of the distance image, similarly to the reference height of one point designation. Alternatively, it may be set to the upper limit (the highest position where gradation conversion is performed) or the lower limit (the lowest position where gradation conversion is performed) of the distance range. A specific example of the three-point specification is as described based on the GUI screens of FIGS.
ここで、静的変換による基準面の指定が有効な例を、図137に基づいて説明する。この例では、同じ高さのワークWK7が、ベルトコンベアBCによって同一面上を搬送されている。この場合は、ワークWK7の高さの変動が殆どないため、ワークに応じて基準面を変化させる動的変換は不要であり、静的変換で対応できる。特に静的変換は動的変換よりも処理が高速であり、静的変換の利点を享受できる。 Here, an example in which designation of a reference plane by static conversion is effective will be described based on FIG. In this example, the workpiece WK7 having the same height is conveyed on the same surface by the belt conveyor BC. In this case, since there is almost no change in the height of the workpiece WK7, dynamic conversion for changing the reference surface according to the workpiece is unnecessary, and static conversion can be used. In particular, static conversion is faster than dynamic conversion and can take advantage of static conversion.
また図138Aは、高さの変動自体を抑制したいワークの例である。この例では、ベルトコンベアBCによって搬送されるワークWK10であるボトルのキャップに、「浮き」がある場合を異常として検出する検査処理を対象としている。この場合において、静的変換を採用することで、図138Bに示す低階調距離画像のように高さの変動分を検知できる。逆に動的変換を採用すると、変動分が補正されてしまう結果、異常の検出ができなくなる。よってこのような用途において、静的変換が好適に利用できる
(B:動的変換の具体例)
Further, FIG. 138A is an example of a work for which it is desired to suppress the height variation itself. In this example, an inspection process is detected in which a cap of a bottle, which is the work WK10 transported by the belt conveyor BC, has a "float" as an abnormality. In this case, by adopting static conversion, it is possible to detect the fluctuation in height as in the low gradation distance image shown in FIG. 138B. On the contrary, if dynamic conversion is adopted, as a result of the fluctuation being corrected, it becomes impossible to detect an abnormality. Therefore, static conversion can be suitably used in such applications (B: specific example of dynamic conversion)
以上は、設定段階で予め階調変換条件を指定して、運用時には指定された条件で階調変換を行う静的変換について説明した。次に、検査対象の入力画像に応じて階調変換条件を調整する動的変換の具体例について、説明する。まず動的変換には、距離画像を低階調距離画像に階調変換する際に、残すべき高さ情報の基準を補正するため具体的な方法として、
(B1)入力画像に対して指定された平均抽出領域内の平均高さ(平均距離)を平均基準高さとして階調変換する平均高さ基準、
(B2)入力画像の指定領域内の推定平面を生成し、これを基準面として階調変換する平面基準、
(B3)入力画像から高周波成分を除いた自由曲面を生成し、これを基準面として階調変換する自由曲面基準
が含まれる。
The above has described static conversion in which tone conversion conditions are specified in advance at the setting stage, and tone conversion is performed under the conditions specified during operation. Next, a specific example of dynamic conversion in which the gradation conversion condition is adjusted in accordance with the input image to be inspected will be described. First, in dynamic conversion, as a specific method for correcting the reference of height information to be left when performing gradation conversion of a distance image to a low gradation distance image,
(B1) an average height reference for performing gradation conversion using an average height (average distance) in an average extraction area designated for an input image as an average reference height;
(B2) A plane reference that generates an estimated plane in a designated area of an input image and performs tone conversion using this as a reference plane,
(B3) A free-form surface reference is included which generates a free-form surface obtained by removing high-frequency components from an input image and performs tone conversion using this as a reference surface.
平均基準高さを規定するための平均抽出領域は、運用に先立って予め設定される(上述した図8のステップS83)。図8のステップS83において、平均抽出領域を指定する手順の一例については、上記図88〜図92のGUIに基づいて説明した通りである。一方、運用時においては、図133で説明した手順で動的変換が行われる。例えばライン上を搬送されるワークを撮像して距離画像を生成し(ステップS13301)、上記で設定された平均抽出領域の平均高さを演算し(ステップS13302)、これに基づいて階調変換を実行して低階調距離画像を生成し(ステップS13303)、得られた低階調距離画像に対して検査を行う(ステップS13304)。この方法であれば、ワークの高さ方向にばらつきがある場合でも、ワーク毎に階調変換の基準面を毎回再設定できるため、ワークの高さ方向のばらつきによらず、正確な検査が実現できる。 The average extraction area for defining the average reference height is previously set prior to operation (step S83 in FIG. 8 described above). One example of the procedure for specifying the average extraction area in step S83 in FIG. 8 is as described based on the GUI in FIG. 88 to FIG. On the other hand, at the time of operation, dynamic conversion is performed according to the procedure described in FIG. For example, the workpiece conveyed on the line is imaged to generate a distance image (step S13301), the average height of the average extraction area set above is calculated (step S13302), and tone conversion is performed based thereon The low gradation distance image is generated to generate a low gradation distance image (step S13303), and the obtained low gradation distance image is inspected (step S13304). With this method, even if there is a variation in the height direction of the workpiece, the reference plane of gradation conversion can be reset each time for each workpiece, so that an accurate inspection is realized regardless of the variation in the height direction of the workpiece. it can.
次に、平面基準においても、上述した平均高さ基準と同様、基準面を決定するための基準面推定領域は、運用に先立って予め設定される(上述した図8のステップS83)。図8のステップS83において、基準面推定領域を指定する手順の一例については、上記図88、図92〜図95のGUIに基づいて説明した通りである。運用時においては、図133で説明した手順で動的変換が行われる。例えばライン上を搬送されるワークを撮像して距離画像を生成し(ステップS13301)、上記で設定された基準面推定領域を抽出して、推定面を演算し(ステップS13302)、得られた推定面を基準として階調変換を実行して低階調距離画像を生成し(ステップS13303)、得られた低階調距離画像に対して検査を行う(ステップS13304)。この方法であれば、ワークの表面に傾き等がある場合でも、これをキャンセルしてワークの傾きによらず、正確な検査が実現できる。 Next, in the plane reference, as in the above-described average height reference, the reference surface estimation area for determining the reference surface is previously set prior to operation (step S83 in FIG. 8 described above). One example of the procedure for specifying the reference surface estimation area in step S83 of FIG. 8 is as described above based on the GUIs of FIG. 88 and FIGS. At the time of operation, dynamic conversion is performed according to the procedure described in FIG. For example, the workpiece conveyed on the line is imaged to generate a distance image (step S13301), the reference surface estimation area set in the above is extracted, and the estimation surface is calculated (step S13302). Gradation conversion is performed on the basis of the surface to generate a low gradation distance image (step S13303), and the obtained low gradation distance image is inspected (step S13304). According to this method, even if the surface of the workpiece has an inclination or the like, this can be canceled and accurate inspection can be realized regardless of the inclination of the workpiece.
最後に、自由曲面基準の具体的な設定方法については、図126〜図32のGUIに基づいて説明した通りである。自由曲面基準においても、上述した平均高さ基準等と同様、基準面を決定するための必要な条件は運用に先立って予め設定される(上述した図8のステップS83)。また運用時においては、図133で説明した手順で動的変換が行われる。例えばライン上を搬送されるワークを撮像して距離画像を生成し(ステップS13301)、上記で設定された自由曲面対象領域に対して、自由曲面を演算し(ステップS13302)、得られた自由曲面を基準として階調変換を実行して低階調距離画像を生成し(ステップS13303)、得られた低階調距離画像に対して検査を行う(ステップS13304)。この方法であれば、曲面状のワークの表面検査等、従来の方法では正確な検査が困難であった作業も、高精度に行える利点が得られる。 Finally, the specific setting method of the free-form surface reference is as described based on the GUIs of FIGS. 126 to 32. Also in the free-form surface reference, as in the case of the average height reference described above, necessary conditions for determining the reference surface are set in advance prior to operation (step S83 in FIG. 8 described above). At the time of operation, dynamic conversion is performed according to the procedure described in FIG. For example, the workpiece conveyed on the line is imaged to generate a distance image (step S13301), a free-form surface is calculated for the free-form surface target area set above (step S13302), and the obtained free-form surface is obtained. The tone conversion is executed on the basis of to generate a low tone distance image (step S13303), and the obtained low tone distance image is inspected (step S13304). According to this method, it is possible to obtain an advantage that the work such as the surface inspection of a curved workpiece can be performed with high accuracy even in the work in which the accurate inspection is difficult with the conventional method.
ここで、動的変換による基準面の指定が有効な例を、図139に基づいて説明する。この例では、高さの異なるワークWK11が、ベルトコンベアBCによって同一面上を搬送されている。この場合は、ワークWK11の高さが個々に異なるため、平均高さ基準等を利用し、個体毎の高さに応じて基準面を変更し階調変換することで、ワークの高さに変動があっても最適な階調変換が可能となる。 Here, an example in which designation of a reference plane by dynamic conversion is effective will be described based on FIG. In this example, the workpieces WK11 having different heights are conveyed on the same surface by the belt conveyor BC. In this case, since the height of the work WK11 is individually different, the height of the work is changed by changing the reference surface according to the height of each individual and performing gradation conversion using an average height reference or the like. Even if there is an optimum gradation conversion is possible.
また図140は、平面に微小な傾斜面と打痕のあるワークWK12の例を示している。この例では、打痕DEに起因してワークWK12の表面に微小な傾斜面が存在しているため、傾きによって打痕の検出精度に影響がでる虞がある。そこで、平面基準等を利用し、ワーク個体毎に平面を動的に求めて基準面として階調変換することで、僅かな窪みや打痕の検出といった高精度な検査が可能となる。 Further, FIG. 140 shows an example of the work WK12 having a minute inclined surface and a dent on a plane. In this example, since a minute inclined surface exists on the surface of the work WK12 due to the dent DE, the inclination may affect the detection accuracy of the dent. Therefore, by using a plane reference or the like, a plane is dynamically obtained for each workpiece and gradation conversion is performed as a reference plane, so that a highly accurate inspection such as detection of a slight depression or dent can be performed.
さらに図141は、半径の異なる曲面状のワークWK13の例を示している。この例でも、自由曲面基準等を利用し、ワーク毎に曲面を求め、これを基準面として階調変換を行うことで、個体毎の形状のばらつきの影響を軽減した検査が可能となる。
(階調変換パラメータの自動調整)
Further, FIG. 141 shows an example of a curved workpiece WK13 having different radii. Also in this example, a free curved surface standard or the like is used to obtain a curved surface for each workpiece and gradation conversion is performed using this as a reference surface, thereby making it possible to perform an inspection in which the influence of variations in shape of each individual is reduced.
(Automatic adjustment of tone conversion parameters)
以上、階調変換パラメータを、階調変換後の画像イメージに基づいて手動で設定する手順について説明した。一方、階調変換パラメータを手動で設定する場合に、最初に設定した階調変換パラメータで階調変換した場合、ワークや環境の変化等によって、検査に適した画像が得られない場合がある。このような場合には、ユーザが画像を参照して微調整することなく、階調変換後のデータを用いて階調変換パラメータを補正し、再度変換を行うことにより検査に適した画像変換を行うこともできる。この方法では、階調変換の初期設定を行った上で、任意の階調変換パラメータを初期値としてまず階調変換を行い、その後、階調変換パラメータの調整を行う。 The procedure for manually setting the tone conversion parameters based on the image after tone conversion has been described above. On the other hand, when gradation conversion parameters are manually set, when gradation conversion is performed using the gradation conversion parameters set first, an image suitable for inspection may not be obtained due to changes in work or environment. In such a case, without the user making a fine adjustment with reference to the image, the tone conversion parameters are corrected using the data after tone conversion, and image conversion suitable for inspection is performed by performing conversion again. It can also be done. In this method, after performing initial setting of tone conversion, first, tone conversion is performed with an arbitrary tone conversion parameter as an initial value, and thereafter, tone conversion parameter adjustment is performed.
例えば階調変換条件自動設定手段を、階調変換条件自動設定手段と、階調変換条件手動設定手段として機能させることができる。すなわち、階調変換条件自動設定手段で、階調変換手段が距離画像を低階調距離画像に階調変換する際の簡易的な階調変換条件を設定する。また、階調変換条件自動設定手段で設定された簡易階調変換条件に基づき、階調変換された簡易低階調距離画像を表示手段に表示させた状態で、階調変換条件手動設定手段が、階調変換条件の手動調整を受け付ける。これにより、ユーザに対していきなり階調変換条件の設定を促すのでなく、暫定的な簡易階調変換条件を自動的に設定して階調変換を行った上で、得られた一以上の簡易低階調距離画像を参照しながら、所望の階調変換条件に設定できるため、ユーザが階調変換パラメータの意味を習熟していない場合や設定に不慣れな場合でも、ある程度自動化してこのような設定作業を行い易くすることができる。 For example, the tone conversion condition automatic setting unit can function as the tone conversion condition automatic setting unit and the tone conversion condition manual setting unit. That is, the gradation conversion condition automatic setting unit sets simple gradation conversion conditions when the gradation conversion unit converts the distance image into a low gradation distance image. Also, in a state where the simple low gradation distance image subjected to gradation conversion is displayed on the display unit based on the simple gradation conversion condition set by the gradation conversion condition automatic setting unit, the gradation conversion condition manual setting unit , Accepts manual adjustment of gradation conversion conditions. As a result, the user is not prompted to set the tone conversion condition suddenly, but one or more obtained simple after automatically setting the provisional simple tone conversion condition and performing tone conversion. Since desired tone conversion conditions can be set while referring to the low tone distance image, even if the user is not familiar with the meaning of the tone conversion parameter or is unfamiliar with the setting, such a degree of automation can be achieved to some extent This can facilitate setting work.
具体的な手順を、図142のフローチャートに基づいて説明する。まずステップS14201において、距離画像の作成処理を実行する。次にステップS14202において、階調変換パラメータの初期値を用いて、初期の階調変換処理を行う。さらにステップS14203において、得られた階調変換画像が適切かどうかを判定し、適切でない場合はステップS14204において再度、階調変換パラメータの調整を行った後、ステップS14202に戻って処理を繰り返す。一方、ステップS14203において適切な階調変換画像が得られていると判定された場合は、ステップS14205に進み、所定の検査を実行する。 A specific procedure will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S14201, a distance image creation process is performed. Next, in step S14202, initial tone conversion processing is performed using the initial value of the tone conversion parameter. Further, in step S14203, it is determined whether the obtained tone-converted image is appropriate. If not, the tone conversion parameter is again adjusted in step S14204, and the process returns to step S14202 to repeat the processing. On the other hand, if it is determined in step S14203 that an appropriate tone-converted image is obtained, the process advances to step S14205 to execute a predetermined inspection.
なお、以上の方法ではステップS14203において階調変換パラメータが適切かどうかの判定を行っているが、この手順を省略してもよい、この場合の手順を、図143に示す。各手順は上述した図142の例とほぼ同じであり、ステップS14301において、距離画像の作成処理を実行し、次にステップS14302において、初期の階調変換処理を行う。そしてステップS14303において階調変換パラメータの調整を行った後、ステップS14304において所定の検査を行う。 Although the above method determines in step S14203 whether the gradation conversion parameter is appropriate or not, this procedure may be omitted. A procedure in this case is shown in FIG. Each procedure is substantially the same as the example of FIG. 142 described above, and in step S14301, processing for creating a distance image is executed, and next, in step S14302, initial tone conversion processing is performed. Then, after adjusting the tone conversion parameter in step S14303, a predetermined inspection is performed in step S14304.
初期の階調変換方法としては、例えば入力画像に変換関数f(x,y,z)にかける方法、入力画像にシフト,スパンをかけ、その結果をn階調に圧縮する方法、又は任意の平面を基準平面として、入力画像と基準平面との差分をとり、シフト,スパンをかけ、その結果をn階調に圧縮する方法、あるいは入力画像と基準画像との差分をとり、シフト,スパンをかけ、その結果をn階調に圧縮する方法等が挙げられる。 As an initial gradation conversion method, for example, a method of applying the conversion function f (x, y, z) to the input image, a method of shifting or spanning the input image, and compressing the result into n gradations, or any method The difference between the input image and the reference plane is calculated with the plane as the reference plane, shift and span are applied, the result is compressed to n gradations, or the difference between the input image and the reference image is taken, shift and span are calculated. And the method of compressing the result into n gradations.
次に、階調変換後の階調変換パラメータを自動調整する具体例について説明する。階調変換パラメータの自動調整方法には、(C1)変換後の距離画像データのヒストグラムの中央値を用いる方法、(C2)ヒストグラムの最大値、最小値を用いる方法、(C3)C1とC2の組み合わせ、等が考えられる。
(C1:ヒストグラムの中央値を用いる方法)
Next, a specific example of automatically adjusting tone conversion parameters after tone conversion will be described. The method of automatically adjusting the gradation conversion parameters includes: (C1) using the median of the histogram of distance image data after conversion; A combination, etc. can be considered.
(C1: Method using median of histogram)
まず、ヒストグラムの中央値を用いる方法について、図144のフローチャートに基づいて説明する。最初に、ステップS14401において変換後の距離画像データのヒストグラムを計算する。次にステップS14402において、ヒストグラムの中央値を求める。そしてステップS14403において、中央値が予め定めた値になるよう、階調変換パラメータを変更する。ここで変更された階調変換パラメータを用いて、再度、階調変換処理を実行する。なお、中央の前後のn個を含めた2n+1の平均値を中央値としても良い。また、最大値,最小値はそれぞれ大きい方からn個,小さい方からm個をそれぞれ取り除いた後の中央値としてもよい。
(C2:ヒストグラムの最大値、最小値を用いる方法)
First, the method of using the median value of the histogram will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S14401, the histogram of the distance image data after conversion is calculated. Next, in step S14402, the median value of the histogram is obtained. Then, in step S14403, the tone conversion parameter is changed so that the median becomes a predetermined value. The tone conversion processing is executed again using the tone conversion parameter changed here. Note that an average value of 2n + 1 including n pieces before and after the center may be used as the median. In addition, the maximum value and the minimum value may be median values after removing n pieces from the larger one and m pieces from the smaller one.
(C2: Method using maximum and minimum values of histogram)
まず、変換後の距離画像データのヒストグラムを計算する。次にヒストグラムの最大値,最小値を求め、最大値−最小値の幅が予め定めた値になるよう、階調変換パラメータを変更する。そして変更した階調変換パラメータで再度、階調変換処理を実行する。ここで、最大値,最小値は、それぞれ大きい方からn個,小さい方からm個のそれぞれ平均値としてもよい。または最大値,最小値は、それぞれ大きい方からn個,小さい方からm個のそれぞれ取り除いた後の最大値、最小値とすることもできる。
(C3:C1とC2の組み合わせ)
First, the histogram of the distance image data after conversion is calculated. Next, the maximum value and the minimum value of the histogram are obtained, and the gradation conversion parameter is changed so that the width of the maximum value-minimum value becomes a predetermined value. Then, tone conversion processing is executed again using the changed tone conversion parameter. Here, each of the maximum value and the minimum value may be an average value of n pieces from the larger one and m pieces from the smaller one. Alternatively, the maximum value and the minimum value may be set to the maximum value and the minimum value after removing n pieces from the larger one and m pieces from the smaller one respectively.
(C3: combination of C1 and C2)
上記のC1とC2を組み合わせてもよい。すなわち、ヒストグラムの計算後、その中央値と最大値−最小値の幅に基づいて、階調変換パラメータを変更して、再度階調変換する。 The above C1 and C2 may be combined. That is, after the calculation of the histogram, the tone conversion parameter is changed based on the width of the median and the maximum value / minimum value, and tone conversion is performed again.
以上の方法では、ヒストグラムに予めローパスフィルタを適用することもできる。また、変換後の距離画像に予めローパスフィルタを適用した上で、ヒストグラムを求めても良い。 In the above method, a low pass filter can be applied to the histogram in advance. In addition, a low pass filter may be applied to the distance image after conversion in advance to obtain a histogram.
このような階調変換によって、高さ情報を含む階調数の高い距離画像を、低階調の低階調距離画像に変換できる。この低階調距離画像は二次元の画像として処理できるので、既存の二次元画像に対応した画像処理装置でも、低階調距離画像を扱うことが可能となる。例えば傷の有無を検査するためワークを撮像した距離画像に含まれる各画素の高さ情報を、濃淡値として16進数の2進数で表現する。ここで、距離画像と基準距離画像の差分を算出すると、ワークの表面に現れる浅くて小さな傷の欠陥情報は、下位8階調に集約される。このため、階調変換手段により、例えば上位8階調を削減することで、検出精度の低下を防ぎつつ、差分画像の情報量を大きく圧縮することができる。このように、階調変換手段が、差分画像の各画素の濃淡値を階調表現したときの階調のうち上位半分の階調を減らすことにより、検出精度の低下を防ぎつつ、差分画像の情報量を大きく圧縮することができる。
(階調変換処理の部分実行)
By such gradation conversion, a distance image with a high number of gradations including height information can be converted into a low gradation low gradation distance image. Since this low gradation distance image can be processed as a two-dimensional image, even an image processing apparatus corresponding to an existing two-dimensional image can handle low gradation distance images. For example, in order to inspect the presence or absence of a flaw, height information of each pixel included in a distance image obtained by imaging a workpiece is expressed as a gray value by a binary number in hexadecimal. Here, when the difference between the distance image and the reference distance image is calculated, the defect information of shallow and small flaws appearing on the surface of the work is aggregated into the lower eight gradations. For this reason, the amount of information of the difference image can be greatly compressed while preventing a decrease in detection accuracy by, for example, reducing the upper eight gradations by the gradation conversion means. As described above, the gray level conversion means reduces the gray level of the upper half of the gray levels of the gray level of each pixel of the difference image, thereby preventing the detection accuracy from being lowered. The amount of information can be greatly compressed.
(Partial execution of gradation conversion processing)
さらに階調変換処理は、距離画像のすべてに対して行うのでなく、一部においてのみ行うことができる。具体的には、階調変換手段は、距離画像の内で、指定された検査対象領域に対してのみ、階調変換処理を実行する。これにより、階調変換処理を軽減して、処理の負荷軽減、高速化が図られる。一例として、図145Aに示すような、径の異なる円柱が三重に重なった形状のワークWK14を用いて、高さ検査処理(第一検査処理)と画像検査処理(第二検査処理)を組み合わせた複数の検査処理を行う場合を考える。ここでは、高さ検査処理として、このワークWK14の円柱状の各面の高さを測定し、また画像検査処理として、ワークWK14の上から二段までの円柱状の部分で欠けや割れの検出を行う外観検査を行う。検査処理の選択は、検査処理選択手段で行う。さらに検査処理選択手段で選択された検査処理に対する具体的な設定は、検査処理設定手段で行う。
(検査処理選択手段)
Furthermore, gradation conversion processing can be performed not on all of the distance images but only on part of the distance images. Specifically, the gradation conversion unit executes the gradation conversion processing only on the designated inspection target area in the distance image. As a result, tone conversion processing can be reduced, and processing load can be reduced and speeded up. As an example, height inspection processing (first inspection processing) and image inspection processing (second inspection processing) are combined using work WK14 having a shape in which cylinders having different diameters overlap in a triple as shown in FIG. 145A. Consider the case where multiple inspections are performed. Here, the height of each cylindrical surface of the workpiece WK14 is measured as the height inspection processing, and as the image inspection processing, detection of chips or cracks in the cylindrical portions from the top of the workpiece WK14 up to the second stage Perform a visual inspection. Selection of inspection processing is performed by inspection processing selection means. Further, specific settings for the inspection process selected by the inspection process selection unit are performed by the inspection process setting unit.
(Inspection processing selection means)
検査処理選択手段は、距離画像に対して、検査実行手段で実行される検査処理を、複数の選択するための手段である。ここでは、図44、図56等に示すように、初期画面260から、処理ユニットの追加を行う際に、検査処理を選択する。具体的には、処理ユニットの「追加」のサブメニューから「計測」処理を選択して表示される、検査処理の一覧中から、所望の検査処理を選択する。この例では、「エリア」、「パターンサーチ」、「Shapetrax2」、「エッジ位置」、「エッジ幅」、「エッジピッチ」、「エッジ角度」、「ペアエッジ」、「傷」、「ブロブ」、「濃淡ブロブ」、「トレンドエッジ位置」、「トレンドエッジ幅」、「トレンドエッジ欠陥」、「濃淡検査」、「色検査」、「OCR」、「2Dコードリーダ」、「1Dコードリーダ」、「高さ計測」の中から、所望の検査処理を選択する。
(検査処理設定手段)
The inspection process selection means is a means for selecting a plurality of inspection processes to be executed by the inspection execution means on the distance image. Here, as shown in FIG. 44, FIG. 56, etc., inspection processing is selected from the initial screen 260 when adding a processing unit. Specifically, a desired inspection process is selected from a list of inspection processes displayed by selecting the “measurement” process from the “add” submenu of the processing unit. In this example, "area", "pattern search", "Shapetrax2", "edge position", "edge width", "edge pitch", "edge angle", "pair edge", "scratch", "blob", " Gray blob "," trend edge position "," trend edge width "," trend edge defect "," gray inspection "," color inspection "," OCR "," 2D code reader "," 1D code reader "," high Select the desired inspection process from “Measurement”.
(Inspection processing setting means)
一方、検査処理設定手段は、検査処理選択手段で選択された各検査処理について、その詳細を設定する。ここでは、図46、図63、図78等に示すように、設定項目ボタン領域112に配置された各ボタンから、各設定項目を個別に設定するよう構成している。この例では、具体的な設定項目が設定項目ボタンとして並べられており、例えば「画像登録」ボタン113、「画像設定」ボタン114、「領域設定」ボタン115、「高さ抽出」ボタン116、「前処理」ボタン117、「検出条件」ボタン118、「詳細設定」ボタン119、「判定条件」ボタン、「表示設定」ボタン、「保存」ボタン等が含まれる。このように設定項目ボタン領域112は、検査処理設定手段として機能する。
(高さ検査処理)
On the other hand, the inspection process setting unit sets details of each inspection process selected by the inspection process selection unit. Here, as shown in FIG. 46, FIG. 63, FIG. 78, etc., each setting item is configured to be set individually from each button arranged in the setting item button area 112. In this example, specific setting items are arranged as setting item buttons. For example, an "image registration" button 113, an "image setting" button 114, an "area setting" button 115, a "height extraction" button 116, " A pre-processing button 117, a "detection condition" button 118, a "detail setting" button 119, a "determination condition" button, a "display setting" button, a "save" button, and the like are included. Thus, the setting item button area 112 functions as inspection processing setting means.
(Height inspection process)
図145Aのようなワーク対し、得られた距離画像の例を図145Bに示す。この距離画像は、階調変換前の16階調で表現している。このような距離画像に対し、高さ計測(高さ検査処理)を行う場合は、階調変換を行うことなく、16階調の高い精度のままの高さ情報を利用することで、高精度な検査が実現できる。具体的には、図145Cに示すように、ワークの各面の高さを計測するために、検査対象領域をワークの3つの面上にそれぞれ設定し、各検査対象領域の高さを16階調のまま計測する。
(画像検査処理)
An example of a distance image obtained for a work as shown in FIG. 145A is shown in FIG. 145B. This distance image is expressed by 16 gradations before gradation conversion. When height measurement (height inspection processing) is performed on such a distance image, high accuracy is achieved by using height information with high accuracy with 16 gradations without performing gradation conversion. Inspection can be realized. Specifically, as shown in FIG. 145C, in order to measure the height of each surface of the workpiece, the inspection target area is set on each of the three surfaces of the workpiece, and the height of each inspection target area is 16 floors. Measure as it is.
(Image inspection process)
一方、検査処理の内で高さ情報を用いない計測(画像検査処理)を行う場合は、高階調の情報は不要で、より低階調の距離画像で処理を行う方が、負荷が少ない。このため、高階調の距離画像に階調変換を行って、低階調の距離画像を得た上で処理を行う。ここで、距離画像の全体を低階調距離画像に変換する必要はなく、あくまで画像検査処理を行う対象のみに限って階調変換を行えば足りる。すなわち、階調変換を行う領域とは、一以上設定された検査対象領域の内で、高さ情報を用いない画像検査処理用に設定された検査対象領域を対象とする。図145Dに示す例では、図145Bと同様、階調変換前の高階調距離画像に対して、画像検査処理用の検査対象領域を設定する。この例では、ワークの上から二段までで欠け等を検出するために、二段目の円柱状を囲むように検査対象領域を設定する。いいかえると、三段目の円柱状は外観検査対象外なので、この部分を検査対象領域から除外するように設定する。そして、この画像処理検査用対象領域に対して、階調変換を行う。この結果得られた低階調距離画像を、図145Eに示す。この図に示す階調変換後の低階調距離画像は、8階調で表現されており、高階調距離画像に比べ高さ情報は幾分失われているものの、欠けの有無等を検出する外観検査用途には十分な精度が維持されているので、画像検査処理に支障はない。一方で、階調変換が必要な領域は、図145B等に比べて大幅に削減されているので、処理の簡素化、高速化に寄与する。 On the other hand, when performing measurement (image inspection processing) not using height information in inspection processing, high gradation information is unnecessary, and the load is smaller if processing is performed with a lower gradation distance image. Therefore, gradation conversion is performed on a high gradation distance image to obtain a low gradation distance image, and then processing is performed. Here, it is not necessary to convert the entire distance image into a low gradation distance image, and it is sufficient to carry out the gradation conversion only to the target for image inspection processing. That is, the area to be subjected to gradation conversion is an area to be inspected which is set for image inspection processing without using height information among the areas to be inspected which are set one or more. In the example shown in FIG. 145D, as in the case of FIG. 145B, an inspection target area for image inspection processing is set for the high gradation distance image before gradation conversion. In this example, in order to detect a chipping or the like in two steps from the top of the workpiece, the inspection target area is set so as to surround the second stage cylindrical shape. In other words, since the cylindrical shape of the third row is not the object of the appearance inspection, this portion is set to be excluded from the region to be inspected. Then, tone conversion is performed on the image processing inspection target area. The resulting low tone distance image is shown in FIG. 145E. The low gradation distance image after gradation conversion shown in this figure is expressed by 8 gradations, and although the height information is somewhat lost compared to the high gradation distance image, the presence or absence of a chipping is detected. Since sufficient accuracy is maintained for appearance inspection applications, there is no problem in image inspection processing. On the other hand, the area requiring gradation conversion is greatly reduced as compared with FIG. 145B and the like, which contributes to simplification and speeding up of the processing.
このようにして、検査処理に応じて階調変換の有無が選択される。例えば図110のフロー表示領域261に表示される検査処理の内、「高さ計測」処理ユニット及び第二「高さ計測」処理ユニットにおいては、階調変換を行うことなく距離画像が有する16階調の高さ情報を利用し、高精度な高さ計測が実現される。一方で、それ以外の検査処理、例えば「数値演算」処理ユニットや「エリア」処理ユニット、「ブロブ」処理ユニット267においては、階調変換した8階調の低階調濃淡画像が使用される。なお、図示しないが輝度画像に対して検査処理(例えば、カラーの輝度画像に対する色検査)を行う場合は、高さ情報がそもそも不要であるため、当然階調変換も不要である。
(階調変換条件設定手段43の表示)
Thus, the presence or absence of tone conversion is selected according to the inspection process. For example, in the “height measurement” processing unit and the second “height measurement” processing unit among the inspection processing displayed in the flow display area 261 of FIG. 110, the 16th floor of the distance image does not perform tone conversion. Highly accurate height measurement is realized by using the key height information. On the other hand, in the other inspection processes, for example, in the “numerical operation” processing unit, the “area” processing unit, and the “blob” processing unit 267, a low gradation grayscale image of eight gradations after gradation conversion is used. Although not shown, when inspection processing (for example, color inspection on a color luminance image) is performed on a luminance image, height information is not necessary in the first place, and so gradation conversion is naturally also unnecessary.
(Display of gradation conversion condition setting means 43)
また、このような階調変換処理が必要な画像検査処理に関しては、適切な階調変換を行うための階調変換条件を、階調変換条件設定手段43から設定する。この際、階調変換条件設定手段43は、階調変換処理が必要な場合にのみ設定可能とし、逆に階調変換処理が不要な検査処理、例えば高さ検査処理においては、階調変換条件を設定不能とすることで、ユーザは余計な設定作業に惑わされることなく、必要な項目のみをスムーズに設定することが可能となる。そこで、本実施の形態においては、高さ検査処理以外の、画像の高さ情報を必要としない検査処理の設定に際しては、距離画像の階調変換を行うための階調変換パラメータを設定する階調変換条件設定手段43を表示させる一方で、高さ検査処理を設定する際には、階調変換条件設定手段43を表示させないようにしている。 Further, with regard to image inspection processing that requires such tone conversion processing, the tone conversion condition setting means 43 sets tone conversion conditions for performing appropriate tone conversion. At this time, the tone conversion condition setting unit 43 can be set only when the tone conversion process is necessary, and conversely, in the inspection process where the tone conversion process is unnecessary, for example, in the height inspection process, the tone conversion condition By making the setting impossible, the user can set only the necessary items smoothly without being confused by the extra setting work. Therefore, in the present embodiment, when setting inspection processing that does not require image height information other than height inspection processing, a floor for setting gradation conversion parameters for performing gradation conversion of the distance image While the tone conversion condition setting unit 43 is displayed, the tone conversion condition setting unit 43 is not displayed when setting the height inspection process.
具体的な設定時の手順を、図146のフローチャートに基づいて説明する。まずステップS14601において、検査処理を選択する。ここでは検査処理選択手段である「計測」メニューで、検査実行手段で実行される検査処理を選択する。次にステップS14602においては、ステップS14601で選択した検査処理が、階調変換を要するものか否かを判定し、階調変換を要する検査処理である場合はステップS14603に進み、階調変換を有効にすると共に、設定項目に階調変換設定手段を表示させる。 A specific setting procedure will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S14601, an inspection process is selected. Here, the inspection process to be executed by the inspection execution unit is selected in the “measurement” menu which is the inspection processing selection unit. In step S14602, it is determined whether the inspection process selected in step S14601 requires gradation conversion. If the inspection process requires gradation conversion, the process advances to step S14603 to validate the gradation conversion. The tone conversion setting means is displayed on the setting item.
例えば図145Aのワークに対して「エリア」処理ユニットで画像検査処理を行う際には、図147に示すように、検査処理設定手段である設定項目ボタン領域112に、階調変換条件設定手段43である「高さ抽出」ボタン116を表示させている。「高さ抽出」ボタン116を押下すると、図148に示すように、高さ抽出設定画面が表示される。ユーザはこの画面から、階調変換処理に必要な条件を各々設定できる。 For example, when the image inspection process is performed on the workpiece of FIG. 145A by the “area” processing unit, as shown in FIG. 147, the gradation conversion condition setting unit 43 is set in the setting item button area 112 which is inspection processing setting unit. "Height extraction" button 116 is displayed. When the “height extraction” button 116 is pressed, a height extraction setting screen is displayed as shown in FIG. The user can set the conditions necessary for the tone conversion processing from this screen.
なお図148の例においては、右側の操作領域で設定された階調変換条件に従い、階調変換された低階調距離画像が、画像表示領域上で表示されている。これによってユーザは、現在の階調変換条件で所望の検査結果が得られるかどうかを視覚的に確認でき、階調変換条件の調整作業を容易に行える利点が得られる。特に図148の例では、検査対象領域を円形に設定して、ワークの2番目の円柱状を囲むように配置している。また検出方法を動的変換(リアルタイム抽出)とし、計算方法として平面基準を設定することにより、ワークの中央の天面と、その外周面の2面が検出されて、これらを基準平面として、ワークの表面にある傷や窪みを検出している。また、階調変換条件に従い検出された基準平面のパラメータ表示は、コンソール操作による切り換えて表示させることも可能である。 In the example of FIG. 148, the low gradation distance image subjected to gradation conversion is displayed on the image display area in accordance with the gradation conversion condition set in the right operation area. As a result, the user can visually confirm whether or not the desired inspection result can be obtained under the current tone conversion condition, and there is obtained an advantage that the tone conversion condition can be easily adjusted. In particular, in the example of FIG. 148, the inspection target area is set to be circular and arranged so as to surround the second cylindrical shape of the workpiece. Also, by setting the detection method as dynamic conversion (real-time extraction) and setting a plane reference as the calculation method, two surfaces, the central top surface of the workpiece and its outer circumferential surface, are detected, and these are used as a reference plane. It detects scratches and pits on the surface of The parameter display of the reference plane detected according to the tone conversion condition can be switched and displayed by console operation.
さらに図148の例では、画像表示領域上に表示されるワークの全体を階調変換した低階調距離画像を表示させるのでなく、設定された検査対象領域の領域内でのみ、階調変換された低階調距離画像のイメージを表示させている。言い換えると、検査対象領域以外の画像は、元の距離画像をそのまま表示させている。これにより、階調変換が入力画像の全体で行われているのでなく、その一部である検査対象領域内でのみ実行されていることを、ユーザに対して視覚的に示すことができる。このようにして階調変換条件の設定が終了すると、ステップS14604に進む。 Further, in the example of FIG. 148, tone conversion is performed only within the area of the set inspection target area, instead of displaying a low tone distance image obtained by tone converting the entire work displayed on the image display area. The image of the low gradation distance image is displayed. In other words, the original distance image is displayed as it is for images other than the inspection target area. As a result, it is possible to visually indicate to the user that gradation conversion is not performed on the entire input image, but is performed only in a region to be inspected that is a part of the gradation. When the setting of the tone conversion conditions is completed as described above, the process proceeds to step S14604.
一方、階調変換を要しない検査処理の場合は、ステップS14603を経ることなくステップS14604にジャンプする。この場合は、検査処理の設定画面において階調変換条件設定手段は表示されない。例えば、「高さ計測」処理ユニットで高さ検査処理を行う場合は、図46等に示すように、検査処理設定手段である設定項目ボタン領域112には、階調変換条件設定手段43である「高さ抽出」ボタンが表示されない。これによってユーザは、高さ検査処理に不要な階調変換に関する条件設定を行う必要がないことを認識できる。あるいは、この検査処理に関しては階調変換条件の設定を行うことができないようにすることで、無用な設定に起因する混乱を回避することができる。 On the other hand, in the case of the inspection process which does not require tone conversion, the process jumps to step S14604 without passing through step S14603. In this case, the gradation conversion condition setting means is not displayed on the setting screen of the inspection process. For example, when the height inspection process is performed by the “height measurement” processing unit, as shown in FIG. 46 etc., the gradation conversion condition setting means 43 is provided in the setting item button area 112 which is the inspection process setting means. "Height extraction" button is not displayed. As a result, the user can recognize that it is not necessary to set conditions regarding gradation conversion unnecessary for the height inspection process. Alternatively, it is possible to avoid confusion caused by unnecessary settings by making it impossible to set the tone conversion conditions for this inspection process.
そしてステップS14604において、検査処理の設定を行う。最後にステップS14605において、すべての検査処理の設定が終了したか否かを判定し、未だの場合はステップS14601に戻って検査処理の選択から繰り返し、終了した場合は、処理を完了する。 Then, in step S14604, setting of inspection processing is performed. Finally, in step S14605, it is determined whether or not the setting of all inspection processes is completed. If it is not yet done, the process returns to step S14601 to repeat from selection of inspection processes, and when the process is completed, the process is completed.
一方、運転時の手順を、図149のフローチャートに基づいて説明する。まずステップS14901において、入力画像として距離画像を入力する。次にステップS14902において、初期化を行う。ここではnに1を設定する。さらにステップS14903において、n番目の検査処理を実行する。さらにステップS14904において、n<N(Nは設定された検査処理の数)か否かを判定し、YESの場合はステップS14905においてnを1インクリメントした上で、ステップS14903に戻り、次の検査処理を実行する処理を繰り返す。一方、n<Nでない場合は、すべての検査処理を終了したとして、処理を完了する。このようにして、すべての検査処理を順次実行していく。 On the other hand, the procedure at the time of operation will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S14901, a distance image is input as an input image. Next, in step S14902, initialization is performed. Here, n is set to 1. Further, in step S14903, the n-th inspection process is executed. In step S14904, it is determined whether n <N (N is the number of set inspection processes). If YES, n is incremented by 1 in step S14905, and the process returns to step S14903 to perform the next inspection process. Repeat the process to execute. On the other hand, if n <N, it is determined that all inspection processing has ended, and the processing is completed. In this way, all inspection processes are sequentially executed.
ここでステップS14903の検査処理の実行について詳述すると、まず検査処理で階調変換を要する場合は、図150のフローチャートに示すように、先にステップS15001において、距離画像の内、検査対象領域に対して、階調変換する。その上で、ステップS15002にて、階調変換後の低階調距離画像に対して、検査処理を実行する。一方、階調変換を行わない検査処理の場合は、図151のフローチャートに示すように、階調変換を経ることなく、高階調の距離画像のまま、検査対象領域内の検査処理を実行する(ステップS15101)。
(画像選択の非表示機能)
Here, if the execution of the inspection process in step S14903 is described in detail, first, if gradation conversion is required in the inspection process, as shown in the flowchart of FIG. In contrast, gradation conversion is performed. Then, in step S15002, inspection processing is performed on the low gradation distance image after gradation conversion. On the other hand, in the case of inspection processing in which gradation conversion is not performed, as shown in the flowchart in FIG. Step S15101).
(Hide function of image selection)
また、設定時においては、検査処理の種別に応じて、検査処理の設定を行う対象となる画像の選択に制限をかけることもできる。すなわち、検査処理選択手段で選択された検査処理が、距離画像又は輝度画像のいずれに対しても実行可能な場合は、これら距離画像又は輝度画像を登録画像として呼び出すことが可能である。その一方で、検査処理が距離画像に対しては実行可能であるものの、輝度画像に対して実行不可能なものがある。例えば高さ計測処理は、高精度な高さ情報を有する距離画像に対して実行されるものである。高さ情報を有しない通常の輝度画像に対しては、行うことができない。そこで、高さ計測処理のような、高さ情報を有する画像、すなわち距離画像に対してのみ実行可能な検査処理は、設定時に登録画像を呼び出す時点において、距離画像のみを選択可能とし、逆に輝度画像については選択できないようにする。これによって、誤って輝度画像に対して高さ計測処理に関する設定を行うような、本来不可能な設定作業を禁止又は排除し、設定の無駄を省き、ユーザの操作性を向上させることができる。 Further, at the time of setting, it is possible to limit the selection of an image to be set as the inspection process according to the type of the inspection process. That is, when the inspection process selected by the inspection process selection means can be executed on any of the distance image or the luminance image, it is possible to call out the distance image or the luminance image as a registered image. On the other hand, although inspection processing can be performed on distance images, some can not be performed on luminance images. For example, the height measurement process is performed on a distance image having highly accurate height information. It can not be performed on normal luminance images that do not have height information. Therefore, inspection processing that can be performed only on an image having height information, such as height measurement processing, that is, only on the distance image, enables selection of only the distance image at the time of calling the registered image at the setting, and conversely It is not possible to select a luminance image. In this way, it is possible to prohibit or eliminate the setting operation which can not be originally performed, such as setting the height image with respect to the luminance image by mistake, to eliminate waste of setting and to improve the operability of the user.
以下、検査処理条件を設定する手順を、図152のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS15201において、検査処理を選択する。次にステップS15202において、ステップS15201で選択した検査処理が、距離画像と輝度画像のいずれかを指定可能な検査処理か、あるいは距離画像のみを指定可能な検査処理かを判定する。ここで距離画像と輝度画像のいずれかを指定可能な検査処理の場合は、ステップS15203に進み、距離画像又は輝度画像のいずれかを選択する。 Hereinafter, the procedure for setting the inspection processing condition will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S15201, an inspection process is selected. Next, in step S15202, it is determined whether the inspection process selected in step S15201 is an inspection process that can specify either the distance image or the luminance image or an inspection process that can specify only the distance image. Here, in the case of inspection processing capable of designating either the distance image or the luminance image, the process proceeds to step S15203, and either the distance image or the luminance image is selected.
例えば、図61に示すように、検査処理として「エリア」処理ユニットを選択した場合を考える。この場合は、距離画像、輝度画像のいずれでも指定可能である。そこで、「エリア」処理ユニットでの検査処理設定項目として、例えば図62において「画像設定」ボタン114を押下して、図153に示す画像設定画面380を表示させる場合は、操作欄122から画像を選択できる。ここでは、画像選択欄382に設けられた「表示画像」選択欄124で、第二画像表示領域121に表示される画像を選択できる。また画像設定欄384では、入力画像と登録画像を選択できる。この画像設定欄384から、入力画像を画像変数で指定できる。ここでは、「入力画像」選択欄386を選択すると、図154の画像変数選択画面390が表示され、選択可能な画像の一覧が表示される。画像変数選択画面390では、三次元画像処理装置に接続されている複数の撮像手段(カメラ)で撮像された画像のいずれかを選択できる。ここでは、撮像手段毎に異なる画像変数が付与されており、撮像手段と画像変数とが関連付けられている。例えばカメラ1で撮像した距離画像には画像変数「&Cam1Img」が、カメラ2の距離画像には画像変数「&Cam2Img」が、カメラ3の距離画像には画像変数「&Cam3Img」が、カメラ4の距離画像には画像変数「&Cam4Img」が、それぞれ付与されている。さらにカメラ1で撮像した輝度画像には画像変数「&Cam1GrayImg」が付与されている。ユーザは画像変数選択画面390中から、所望の画像を選択する。このように、「エリア」処理ユニットでは距離画像と輝度画像のいずれでも指定可能であるため、距離画像のみならず輝度画像も、選択肢の候補に含めて表示させている。 For example, as shown in FIG. 61, consider the case where an "area" processing unit is selected as inspection processing. In this case, either a distance image or a luminance image can be specified. Therefore, for example, when the image setting screen 380 shown in FIG. 153 is displayed by pressing the “image setting” button 114 in FIG. 62 as an inspection processing setting item in the “area” processing unit, an image is displayed from the operation field 122 It can be selected. Here, in the “display image” selection field 124 provided in the image selection field 382, the image displayed in the second image display area 121 can be selected. In the image setting field 384, an input image and a registered image can be selected. From the image setting field 384, an input image can be designated by an image variable. Here, when the “input image” selection field 386 is selected, the image variable selection screen 390 of FIG. 154 is displayed, and a list of selectable images is displayed. In the image variable selection screen 390, any of the images captured by a plurality of imaging means (cameras) connected to the 3D image processing apparatus can be selected. Here, different image variables are assigned to each imaging means, and the imaging means and the image variables are associated. For example, the image variable "& Cam1Img" is for the distance image captured by the camera 1, the image variable "& Cam2Img" is for the distance image of the camera 2, the image variable "& Cam3Img" is for the distance image of the camera 3, and the distance image for the camera 4 The image variable “& Cam4Img” is assigned to each of the above. Further, an image variable “& Cam 1 Gray I mg” is attached to the luminance image captured by the camera 1. The user selects a desired image from the image variable selection screen 390. As described above, in the “area” processing unit, since either a distance image or a luminance image can be specified, not only the distance image but also the luminance image is included in the options candidate and displayed.
さらに必要に応じて、画像変数選択画面390で一覧表示される画像変数を、ソートして表示することもでき、ユーザが所望の画像を選択し易いようにしている。 Furthermore, as necessary, the image variables displayed in a list on the image variable selection screen 390 can be sorted and displayed, so that the user can easily select a desired image.
一方、検査処理が距離画像のみを指定可能な処理の場合は、ステップS15204に進み、距離画像を選択する。すなわち、輝度画像の選択ができないようにする。例えば、図45に示すように、検査処理として「高さ計測」処理ユニット266を選択した場合は、距離画像のみを選択できる。よって、図46に示すように、「高さ計測」処理ユニットにおける検査処理設定項目として、「画像設定」ボタン114を選択すると、同様に画像設定画面380が表示され、画像を選択できるようになる。ここで、同様に「入力画像」選択欄386を選択すると、図155の画像変数選択画面390が表示され、選択可能な画像の一覧が表示される。この画像変数選択画面390では、図154と異なり、輝度画像が選択肢に表示されず、距離画像のみが選択肢として表示される。この構成によって、ユーザは高さ計測に際して、誤って高さ情報を有さない輝度画像を選択する事態を回避でき、混乱の少ない操作環境が提供される。 On the other hand, if the inspection process is a process that can specify only the distance image, the process advances to step S15204 to select a distance image. That is, it is made impossible to select a luminance image. For example, as shown in FIG. 45, when the “height measurement” processing unit 266 is selected as the inspection processing, only the distance image can be selected. Therefore, as shown in FIG. 46, when the “image setting” button 114 is selected as the inspection processing setting item in the “height measurement” processing unit, the image setting screen 380 is similarly displayed, and an image can be selected. . Here, when the “input image” selection field 386 is similarly selected, the image variable selection screen 390 of FIG. 155 is displayed, and a list of selectable images is displayed. In this image variable selection screen 390, unlike in FIG. 154, the luminance image is not displayed as an option, and only the distance image is displayed as an option. With this configuration, it is possible to avoid a situation in which the user erroneously selects a luminance image having no height information in height measurement, and an operation environment with less confusion is provided.
このようにして、画像が選択されると、ステップS15205に進み、選択された画像に対して、検査処理条件を設定する。このように検査処理毎に、距離画像と輝度画像のいずれかを指定可能な検査処理か、あるいは距離画像のみを指定可能な検査処理かが決まっていることを利用して、検査処理毎に、選択可能な画像の種別を規定することで、設定ミスを回避し、ユーザの利便性に資する。
(検査処理の非表示機能)
Thus, when an image is selected, the process proceeds to step S15205, and inspection processing conditions are set for the selected image. As described above, it is determined for each inspection process whether the inspection process can specify either the distance image or the luminance image or the inspection process can specify only the distance image for each inspection process By defining the types of selectable images, setting errors can be avoided, which contributes to the convenience of the user.
(Invisible function of inspection process)
以上は、先に検査処理をユーザに選択させた上で、選択された検査処理の種別に応じて、検査処理の設定を行う対象となる画像の選択に際して、選択可能な画像に制限をかける例について説明した。逆に、先に画像を選択させた上で、この画像に対して実行可能な検査処理の種別に制限をかけることもできる。すなわち、まず画像選択手段で距離画像又は輝度画像を選択させ、次に検査処理選択手段でもって、検査実行手段で実行した検査処理を一以上選択する際に、選択された画像が距離画像か輝度画像かに応じて、各画像に対して実行可能な検査処理のみを選択可能とする。この構成であれば、選択された画像に対して、誤って設定不可能な検査処理を選択したり、この検査処理に関する検査処理条件を設定してしまう事態を回避できる。 The above is an example of restricting selectable images when selecting an image to be subjected to setting of inspection processing according to the type of inspection processing selected after having the user select the inspection processing first. Explained. Conversely, after selecting an image first, it is also possible to limit the types of inspection processing that can be performed on this image. That is, first, a distance image or a luminance image is selected by the image selection unit, and then, when one or more inspection processes executed by the inspection execution unit are selected by the inspection processing selection unit, the selected image is the distance image or the luminance Only the inspection process that can be performed on each image can be selected according to the image. With this configuration, it is possible to avoid selecting an inspection process that can not be set by mistake for the selected image or setting an inspection process condition related to this inspection process.
以下、この方法で検査処理条件を設定する手順を、図156のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS15601において、画像を選択する。ここでは、距離画像か輝度画像かを選択する。次にステップS15602において、ステップS15601で選択した画像が、距離画像と輝度画像のいずれかであるかを判定する。距離画像の場合はステップS15603に進み、距離画像に対して実行可能な検査処理を、検査処理選択手段でもってユーザに選択させる。一方輝度画像の場合はステップS15604に進み、輝度画像に対して実行可能な検査処理を、検査処理選択手段でもってユーザに選択させる。このようにして検査処理が選択されると、ステップS15605に進み、選択された検査処理に対する検査処理条件を検査処理条件設定手段から設定する。 Hereinafter, the procedure for setting the inspection processing condition by this method will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S15601, an image is selected. Here, it is selected whether the distance image or the luminance image. Next, in step S15602, it is determined whether the image selected in step S15601 is either a distance image or a luminance image. In the case of the distance image, the process proceeds to step S15603, and the user is made to select an inspection process that can be performed on the distance image by the inspection process selection unit. On the other hand, in the case of a luminance image, the process proceeds to step S15604, and the inspection processing selection unit allows the user to select an inspection process that can be performed on the luminance image. When the inspection process is selected as described above, the process proceeds to step S15605, and the inspection process condition for the selected inspection process is set from the inspection process condition setting unit.
例えば、図157に示すように、ワークに対して輝度画像と距離画像を取得する場合を考える。上述の通り、画像登録を行うと輝度画像と距離画像とが同時に登録される。ユーザは、この内いずれかの画像を選択して、次に選択した画像に対する検査処理を選択し、さらにその検査処理条件の設定を行う。例えば輝度画像を選択した場合は、図158に示すように、輝度画像に対して行う検査処理に対応するツールを追加する。ここでは、上述した図44、図56等と同様に、画像を選択して表示されるサブメニューから追加を選択すると、輝度画像に対して実行可能な検査処理の一覧が表示される。例えば「計測」処理として、「エリア」処理ユニットや「傷」処理ユニット、「ブロブ」処理ユニット267が選択肢として表示される。この段階で、輝度画像に対して実行できない検査処理、例えば「高さ計測」処理ユニットは表示されない。これによって、ユーザが誤って輝度画像に設定できない検査処理を選択してしまう事態を回避できる。なお、すべての計測処理を一覧表示させつつ、グレーアウトさせる等して選択不能とすることもできる。検査処理が選択されると、処理ユニットが確定され、次にこの検査処理に対して必要な検査処理条件の設定を検査処理条件設定手段から行う。 For example, as shown in FIG. 157, consider the case of acquiring a luminance image and a distance image for a workpiece. As described above, when the image registration is performed, the luminance image and the distance image are simultaneously registered. The user selects one of the images, selects the inspection process for the next selected image, and sets the inspection process conditions. For example, when a luminance image is selected, as shown in FIG. 158, a tool corresponding to the inspection process performed on the luminance image is added. Here, as in the case of FIG. 44, FIG. 56, etc. described above, when addition is selected from the submenu displayed by selecting the image, a list of inspection processes that can be performed on the luminance image is displayed. For example, as an “measurement” process, an “area” processing unit, a “scratch” processing unit, and a “blob” processing unit 267 are displayed as options. At this stage, the inspection process that can not be performed on the luminance image, for example, the “height measurement” processing unit is not displayed. As a result, it is possible to avoid the situation where the user erroneously selects an inspection process that can not be set as a luminance image. Note that while all the measurement processes are displayed in a list, it may be grayed out to make it impossible to select. When the inspection process is selected, the processing unit is determined, and the setting of the inspection process condition necessary for the inspection process is performed from the inspection process condition setting unit.
また、距離画像を選択した場合は、図159に示すように距離画像に対して実行可能な検査処理に対応するツールを追加する。ここでも、距離画像を選択して表示されるサブメニューから追加を選択すると、輝度画像に対して実行可能な検査処理の一覧が表示される。例えば「計測」処理として、「エリア」処理ユニットや「傷」処理ユニット、「ブロブ」処理ユニット267に加えて、「高さ計測」処理ユニットも選択肢として表示される。ユーザは所望の検査処理を選択すると、処理ユニットが確定されて、この検査処理に対して必要な検査処理条件の設定を検査処理条件設定手段から行う。 When a distance image is selected, a tool corresponding to inspection processing that can be performed on the distance image is added as shown in FIG. Also here, if addition is selected from the displayed submenu by selecting the distance image, a list of inspection processes that can be performed on the luminance image is displayed. For example, in addition to the “area” processing unit, the “scratch” processing unit, and the “blob” processing unit 267 as the “measurement” processing, the “height measurement” processing unit is also displayed as an option. When the user selects a desired inspection process, the processing unit is determined, and setting of the inspection process conditions necessary for the inspection process is performed from the inspection process condition setting means.
このように、画像に対して検査処理ツールを紐付けることで、選択不可能な画像と検査処理との組み合わせを物理的に排除し、ユーザによる設定ミスを容易に回避できる。 As described above, by linking the inspection processing tool to the image, it is possible to physically exclude the combination of the non-selectable image and the inspection processing, and to easily avoid the setting error by the user.
本発明の三次元画像処理装置、三次元画像処理方法及び三次元画像処理プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器は、三角測距の原理を利用した検査装置等に利用できる。 The three-dimensional image processing apparatus, the three-dimensional image processing method, the three-dimensional image processing program, the computer readable recording medium, and the recorded apparatus of the present invention can be used for an inspection apparatus etc. using the principle of triangular ranging.
100、100’、200、300、400…三次元画像処理装置
1、1B、1C、1D…ヘッド部
2、2’…コントローラ部
3…入力手段
4…表示手段
10、10A、10B…撮像手段
20…投光手段;20A…第一プロジェクタ;20B…第二プロジェクタ
21…測定光源
22…パターン生成部
23、24、25…レンズ
30…ヘッド側制御部
31…ヘッド側演算部
32…距離画像生成手段
34…フィルタ処理部
36…ヘッド側通信手段;36A…コントローラ接続用インターフェース;36B…PC接続用インターフェース
38…記憶手段;38a…距離画像記憶部;38b…輝度画像記憶部
41…コントローラ側設定手段
42…コントローラ側通信手段
43…階調変換条件設定手段
44…基準面設定手段
45…空間コード化切替手段
46…階調変換手段
47…間隔均等化処理設定手段
48…投光切替手段
49…シャッタースピード設定手段
50…検査実行手段
51…主制御部
52…コントローラ側接続部
53…操作入力部
54…表示制御部
55…通信部
56…RAM
57…コントローラ側記憶手段
58…補助記憶手段
59…出力部
60…画像処理部
62…異常点ハイライト手段
64…画像サーチ手段
66…リアルタイム更新手段
70…PLC
110…三次元画像処理プログラムGUI画面
111…第一画像表示領域
112…設定項目ボタン領域
113…「画像登録」ボタン
114…「画像設定」ボタン
115…「領域設定」ボタン
116…「高さ抽出」ボタン
117…「前処理」ボタン
118…「検出条件」ボタン
119…「詳細設定」ボタン
120…検査対象領域設定画面
121…第二画像表示領域
122…操作領域
124…「表示画像」選択欄
126…「計測領域」設定欄
128…「編集」ボタン
130…計測領域編集画面
140…高さ抽出選択画面
142…抽出方法選択手段
144…「抽出」ボタン
145…「抽出領域」指定欄
146…点状ポインタ
147…「抽出領域」ボタン
148…抽出領域設定ダイヤログ
149…抽出領域選択欄
150…一点指定画面
152…「Z高さ」表示欄
154…強調方法設定欄
156…ゲイン調整欄
158…「詳細設定」ボタン
160…強調方法詳細設定画面
162…「抽出高さ」設定欄
164…ノイズ除去設定欄
166…無効画素指定欄
170…三点指定画面
172…高さ抽出表示欄
174…三点指定「詳細設定」ボタン
180…三点指定詳細設定画面
182…「抽出高さ」設定欄
190…高さ動的抽出設定画面
192…「計算方法」選択欄
194…「マスク領域」ボタン
196…「詳細設定」ボタン
210…平均高さ基準設定画面
220…マスク領域設定画面
222…「詳細設定」ボタン
230…平均高さ基準詳細設定画面
240…平面基準詳細設定画面
250…自由曲面基準設定画面
252…「抽出サイズ」指定欄
260…初期画面
261…フロー表示領域
262…第三画像表示領域
263…「撮像」処理ユニット
264…「Shapetrax2」処理ユニット
265…「位置補正」処理ユニット
266…「高さ計測」処理ユニット;266B…第二「高さ計測」処理ユニット
267…「ブロブ」処理ユニット;267B…「色検査」処理ユニット
268…「編集」ボタン
269…撮像設定メニュー
270…画像登録画面
271…「カメラ選択」欄
272…「登録」ボタン
280…撮像設定画面
282…「詳細設定」ボタン
284…「撮像設定」ボタン
290…三次元計測設定画面
292…「連続更新で表示する」欄
294…シャッタースピード設定欄
295…数値表示欄
296…濃淡レンジ設定欄
310…前処理設定欄
312…計測不能基準設定欄
314…均等間隔処理設定欄
316…空間コード設定欄
318…プロジェクタ選択設定欄
322…「表示画像」選択欄
324…「編集」ボタン
326…抽出領域編集ダイヤログ
330…マスク領域設定欄
332…「編集」ボタン
334…マスク領域編集ダイヤログ
340…フィルタ処理設定画面
350…二値化レベル設定画面
360…判定条件設定画面
370…第一サブメニュー
372…第二サブメニュー
373…「計測」メニュー
380…画像設定画面
382…画像選択欄
384…画像設定欄
386…「入力画像」選択欄
390…画像変数選択画面
460…高さ計測設定画面
620…エリア設定画面
630…自由曲面基準設定画面
632…「抽出方向」指定欄
640…詳細設定画面
WK、WK7、WK8、WK9、WK10、WK11、WK12、WK13、WK14…ワーク
PC…パーソナルコンピュータ
SA…サーチ対象領域
SI…スポイト状アイコン
ROI…計測領域
BC…ベルトコンベア
DE…打痕
100, 100 ', 200, 300, 400 ... three-dimensional image processing apparatus 1, 1B, 1C, 1D ... head unit 2, 2 ... ... controller unit 3 ... input unit 4 ... display unit 10, 10A, 10B ... imaging unit 20 20A: first projector 20B: second projector 21: measurement light source 22: pattern generation unit 23, 24, 25: lens 30: head side control unit 31: head side operation unit 32: distance image generation means 34: filter processing unit 36: head side communication means; 36A: interface for controller connection; 36B: interface for PC connection 38: storage means; 38a: distance image storage unit; 38b: luminance image storage unit 41: controller side setting means 42 Controller side communication means 43 Gradation conversion condition setting means 44 Reference plane setting means 45 Space coding switching means 4 ... gradation conversion means 47 ... interval equalization processing setting means 48 ... light projection switching means 49 ... shutter speed setting means 50 ... inspection execution means 51 ... main control unit 52 ... controller side connection unit 53 ... operation input unit 54 ... display control Unit 55: Communication unit 56: RAM
57 Controller side storage means 58 Auxiliary storage means 59 Output unit 60 Image processing portion 62 Abnormal point highlight means 64 Image search means 66 Real time update means 70 PLC
110 ... 3D image processing program GUI screen 111 ... first image display area 112 ... setting item button area 113 ... "image registration" button 114 ... "image setting" button 115 ... "area setting" button 116 ... "height extraction" Button 117 ... "preprocessing" button 118 ... "detection condition" button 119 ... "detailed setting" button 120 ... inspection object area setting screen 121 ... second image display area 122 ... operation area 124 ... "display image" selection column 126 ... "Measurement area" setting field 128 ... "Edit" button 130 ... Measurement area editing screen 140 ... Height extraction selection screen 142 ... Extraction method selection means 144 ... "Extraction" button 145 ... "Extraction area" specification field 146 ... Point-like pointer 147 ... "extraction area" button 148 ... extraction area setting dialog 149 ... extraction area selection field 150 ... one-point specification screen 152 ... "Z height""Display column 154 ... Emphasis method setting column 156 ... Gain adjustment column 158 ..." Detailed setting "button 160 ... Highlight method detail setting screen 162 ..." Extraction height "setting column 164 ... Noise removal setting column 166 ... Invalid pixel specification column 170 ... Three-point specification screen 172 ... Height extraction display column 174 ... Three-point specification "Detailed setting" button 180 ... Three-point specification detail setting screen 182 ... "Extraction height" setting field 190 ... Height dynamic extraction setting screen 192 ... "Calculation method" selection column 194 ... "Mask area" button 196 ... "Detailed setting" button 210 ... Average height reference setting screen 220 ... Mask area setting screen 222 ... "Detailed setting" button 230 ... Average height reference detailed setting screen 240 ... plane standard detailed setting screen 250 ... free curved surface standard setting screen 252 ... "extraction size" designation column 260 ... initial screen 261 ... flow display area 262 ... third image Display area 263 ... "imaging" processing unit 264 ... "Shapetrax2" processing unit 265 ... "position correction" processing unit 266 ... "height measurement" processing unit; 266B ... second "height measurement" processing unit 267 ... "blob" Processing unit: 267B: “color inspection” processing unit 268 ... “edit” button 269 ... imaging setting menu 270 ... image registration screen 271 ... “camera selection” column 272 ... “registration” button 280 ... imaging setting screen 282 ... “detailed setting Button 284 ... "imaging setting" button 290 ... three-dimensional measurement setting screen 292 ... "display with continuous update" field 294 ... shutter speed setting field 295 ... numerical value display field 296 ... density range setting field 310 ... preprocessing setting field 312 ... Measurement impossible standard setting column 314 ... Even interval processing setting column 316 ... Space code setting column 318 ... Projector selection setting column 322 ... "display image" selection column 324 ... "edit" button 326 ... extraction area editing dialog 330 ... mask area setting column 332 ... "edit" button 334 ... mask area editing dialog 340 ... filter processing setting screen 350 Binary level setting screen 360 Judgment condition setting screen 370 First sub menu 372 Second sub menu 373 "Measurement" menu 380 Image setting screen 382 Image selection column 384 Image setting column 386 ... " Input image "selection column 390 ... image variable selection screen 460 ... height measurement setting screen 620 ... area setting screen 630 ... free curved surface standard setting screen 632 ..." extraction direction "specification field 640 ... detail setting screen WK, WK7, WK8, WK9 , WK10, WK11, WK12, WK13, WK14 ... Work PC ... Personal computer Data SA ... searched area SI ... eyedropper tool icon ROI ... measured region BC ... belt conveyor DE ... dents
Claims (10)
検査対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、距離画像を生成可能な距離画像生成手段と、
前記距離画像生成手段により生成された距離画像を表示させるための表示手段と、
必要な設定を行うための設定モードにおいて、ユーザからの操作を受け付け、各種の設定を行うための設定手段と、
前記設定モードの後に前記三次元画像処理装置で三次元画像処理を行う運用モードにおいて、前記距離画像を、該距離画像の階調数よりも低い階調数の、該距離画像が有する高さ情報を画像の濃淡値に置き換えた低階調距離画像に階調変換するための階調変換手段と、
前記低階調距離画像に対して、所定の検査処理を実行するための検査実行手段とを備え、
前記設定手段は、
前記距離画像生成手段で生成された距離画像を階調変換する際の階調変換条件を構成する階調変換パラメータとして、該階調変換を行う基準となる基準面を設定するための基準面設定手段と、
静的変換又は動的変換のいずれかの選択を受け付ける抽出方法選択手段と
を備え、
前記運用モード時に、前記階調変換手段は、
前記抽出方法選択手段により静的変換が選択されている場合は、前記設定モードで設定された基準面の高さを基準として、新たに入力された距離画像に対して前記階調変換手段による階調変換を実行し、
前記抽出方法選択手段により前記動的変換が選択されている場合は、新たに入力された距離画像に基づいて、新たに設定された基準面の高さを基準として、前記階調変換手段による階調変換を実行するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 A three-dimensional image processing apparatus capable of acquiring a distance image including height information of an inspection object and performing image processing based on the distance image,
An imaging unit that captures an image of an inspection object;
Distance image generation means capable of generating a distance image based on the image taken by the imaging means;
Display means for displaying the distance image generated by the distance image generation means;
In a setting mode for performing necessary settings, setting means for receiving an operation from the user and performing various settings;
In an operation mode in which three-dimensional image processing is performed by the three-dimensional image processing apparatus after the setting mode, height information of the distance image, the number of gradations lower than the number of gradations of the distance image, Tone conversion means for performing tone conversion to a low tone distance image in which
An inspection execution unit for executing a predetermined inspection process on the low gradation distance image;
The setting means is
Reference plane setting for setting a reference plane serving as a reference for performing gradation conversion as a gradation conversion parameter that constitutes a gradation conversion condition when performing gradation conversion on the distance image generated by the distance image generation unit Means,
An extraction method selection unit that receives selection of either static conversion or dynamic conversion;
In the operation mode, the gradation conversion unit
When static conversion is selected by the extraction method selection means, the floor by the tone conversion means is applied to the newly input distance image with reference to the height of the reference plane set in the setting mode. Perform key conversion,
When the dynamic conversion is selected by the extraction method selection means, the floor by the tone conversion means is set based on the height of the newly set reference plane based on the newly input distance image. A three-dimensional image processing apparatus characterized in that it is configured to perform tonal conversion.
前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の点を指定することで、該指定された点の高さ情報を基準面として設定するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to claim 1, wherein
The reference plane setting means is configured to set height information of the designated point as a reference plane by designating an arbitrary point in the distance image displayed on the display means. Three-dimensional image processing device characterized by
前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の一点を指定することで、該指定された点の高さ情報を基準面として設定するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to claim 1, wherein
The reference plane setting means is configured to set height information of the designated point as a reference plane by specifying an arbitrary point in the distance image displayed on the display means. Three-dimensional image processing device characterized by
前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の面を指定することで、該指定された面の高さ情報を基準面として設定するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to claim 1, wherein
The reference surface setting means is configured to set height information of the specified surface as a reference surface by specifying an arbitrary surface in the distance image displayed on the display means. Three-dimensional image processing device characterized by
前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像中の任意の三点を指定することで、該指定された三点を含む面の高さ情報を基準面として設定するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to claim 1, wherein
The reference surface setting unit is configured to set height information of a surface including the designated three points as a reference surface by specifying any three points in the distance image displayed on the display unit. A three-dimensional image processing apparatus characterized in that
前記基準面設定手段が、前記表示手段上に表示された距離画像から、曲面を演算し、該演算された曲面を基準面として設定するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to claim 1, wherein
Three-dimensional image processing apparatus characterized in that the reference surface setting means calculates a curved surface from the distance image displayed on the display means, and sets the calculated curved surface as a reference surface. .
撮像手段の光軸に対して斜め方向から入射光を所定の投影パターンの構造化照明として投光するための投光手段を備えており、
前記撮像手段は、前記投光手段で投光され、検査対象物で反射された反射光を取得して複数のパターン投影画像を撮像し、
前記距離画像生成手段は、前記撮像手段で撮像された複数のパターン投影画像に基づいて、距離画像を生成するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6 , further comprising: projecting incident light as structured illumination of a predetermined projection pattern from an oblique direction with respect to the optical axis of the imaging means. It is equipped with light emitting means,
The imaging unit acquires reflected light which is projected by the light projecting unit and reflected by the inspection object and captures a plurality of pattern projection images.
The three-dimensional image processing apparatus, wherein the distance image generation unit is configured to generate a distance image based on a plurality of pattern projection images captured by the imaging unit.
検査対象物に対して光切断法で投光するための投光手段を備えており、
前記撮像手段は、前記投光手段で投光された画像を撮像し、前記距離画像生成手段は光切断法で得られたプロファイルを合成して距離画像を生成するよう構成してなることを特徴とする三次元画像処理装置。 The three-dimensional image processing apparatus according to claim 6 , further comprising: a projection unit for projecting a light onto the inspection object by a light cutting method,
The imaging unit is configured to capture an image projected by the projection unit, and the distance image generating unit is configured to combine the profiles obtained by the light cutting method to generate a distance image. Three-dimensional image processing device.
撮像手段の光軸に対して斜め方向から入射光を所定の投影パターンの構造化照明として投光し、検査対象物で反射された反射光を取得して撮像された複数のパターン投影画像に基づいて、距離画像を生成可能な距離画像生成機能と、
前記距離画像生成機能で生成された距離画像を表示させる機能と、
必要な設定を行うための設定モードにおいて、ユーザからの操作を受け付け、各種の設定を行う設定機能として、
前記距離画像生成機能で生成された距離画像を階調変換する際の階調変換条件を構成する階調変換パラメータとして、該階調変換を行う基準となる基準面を設定するための基準面設定機能と、
静的変換又は動的変換のいずれかの選択を受け付ける抽出方法選択機能と、
前記設定モードの後に三次元画像処理を行う運用モードにおいて、前記距離画像を、該距離画像の階調数よりも低い階調数の、該距離画像が有する高さ情報を画像の濃淡値に置き換えた低階調距離画像に階調変換するための画像階調変換機能と、
前記低階調距離画像に対して、所定の検査処理を実行するための検査実行機能と
を実現させ
前記運用モード時に、前記階調変換機能は、
前記抽出方法選択機能により静的変換が選択されている場合は、前記設定モードで設定された基準面の高さを基準として、新たに入力された距離画像に対して前記階調変換機能による階調変換を実行し、
前記抽出方法選択機能により前記動的変換が選択されている場合は、新たに入力された距離画像に基づいて、新たに設定された基準面の高さを基準として、前記階調変換機能による階調変換を実行することを特徴とする三次元画像処理プログラム。 A three-dimensional image processing program capable of acquiring a distance image including height information of an inspection object and performing image processing based on the distance image, the computer comprising
Based on a plurality of pattern projection images captured by projecting incident light as structured illumination of a predetermined projection pattern from a direction oblique to the optical axis of the imaging means and acquiring reflected light reflected by the inspection object And a distance image generation function capable of generating a distance image,
A function of displaying a distance image generated by the distance image generation function;
In the setting mode for performing necessary settings, as a setting function that accepts operations from the user and performs various settings,
Reference plane setting for setting a reference plane serving as a reference for performing gradation conversion as a gradation conversion parameter constituting a gradation conversion condition when performing gradation conversion on a distance image generated by the distance image generation function Function,
An extraction method selection function that accepts selection of either static conversion or dynamic conversion;
In the operation mode in which three-dimensional image processing is performed after the setting mode, the distance image is replaced with the gray level value of the image of the distance image having a gradation number lower than that of the distance image. An image tone conversion function for tone conversion to a low tone distance image;
An inspection execution function for executing a predetermined inspection process on the low gradation distance image is realized, and the gradation conversion function operates in the operation mode,
When static conversion is selected by the extraction method selection function, the floor by the gradation conversion function is applied to the newly input distance image with reference to the height of the reference plane set in the setting mode. Perform key conversion,
When the dynamic conversion is selected by the extraction method selection function, the floor by the gradation conversion function is referenced based on the height of the newly set reference plane based on the newly input distance image. A three-dimensional image processing program characterized by performing tone conversion.
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