JPH02132567A

JPH02132567A - ２値化回路

Info

Publication number: JPH02132567A
Application number: JP28561988A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Miyagawa; 宮川　道明
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1990-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、パターン認識技術を利用して各種部品（ワー
ク）の傷，形状を検査する自動外観検査装置、特にその
２直化回路に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の回路としては、二次元撮像装置（例えば
ＴＶカメラ）の出力を適宜に増幅したのち、ＴＶカメラ
からの信号を固定のしきい値で比較する固定２値化回路
と、カメラからの信号をＣＲ不完全積分回路を介して得
た信号をしきい値とし、ζれをカメラ信号と比較する浮
動２直化回路が代表的なものとして知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、傷検査等ではワークがベルトコンベア等で連
続的に搬送されるのが一般的であシ、また憂検啼岬慰欠
陥部分が小さく、かつ欠陥部分と正常部分とのコントラ
ストが小さいものが多い。

したがって、ＴＶカメラから得られる信号も正常部分と
欠陥部分とのコントラストが小さく、従来の２値化回路
では、これらの傷の検出が困難な場合が多いと云う大き
な問題があった。なお、従来から検出困難な傷不良の代
表的なものとして、食品や薬品容器に付着した髪の毛、
または金属等の引っ掻き傷などがある。

したがって、本発明は従来から検出困難とされていた傷
を、ワークが連続的に移動する場合でも高精度に検出す
ることが可能な２値化回路を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕こ〜では主として移動物体を対象とすることから、ワー
クがＴＶカメラの視野内に入ったときの１フレームの信
号のみを有効とし、判定の対象とする。すなわち，ＴＶ
カメラの信号を画素分割し、各画素に対してＴＶカメラ
の信号をＡ／Ｄ変換（例えばｓｂｉｔ）１，て洟淡画像
として捉え、この濃淡画像に対し信号強調演算を行なっ
て、傷等のコントラストを強調する。信号強調の方法と
しては、従来検出困難であった傷の代表的なものが線状
の特徴をもつこと、即ち方向性をもつことに着目し、線
状の濃淡があればこれを強調する手法としている。この
ため、着目画素ｉｊの濃淡ＩｉｉＳｏとｍＸｍの２次近
傍周辺の画素の濃淡値Ｓ，〜Ｓｍに対し、４方向の（線
状）複数画素の組合せに分割し、各方向に対して積和演
算を行ない、４方向の演算値の中で最も濃淡値の小さい
（ｔたは大きい）直を検出し、その値を着目点ｉ３の鏝
淡として強調する。この操作を全ての画像につき実行し
てコントラスト強調画像とする。

このように、二次元局部面ｍＸｍの４方向別の濃淡の積
和をとシ、その内の最小濃淡値（黒キズ対象のときで、
白キズのときは最大濃淡値とする。）をとるので、キズ
が存在したときキズの方向に油って午ズ濃度を積分する
効果を有し、無欠陥部にはノイズを減少させる効果を有
するので、Ｓ／Ｎが向上してコントラスト強調が行なわ
れる。このコントラスト強調された画像（信号強調画像
）データをベースにして、キズ検出のための二次元空間
演算を行ない、高精度にキズの検出を行なう。

この信号強調後のキズ検査の空間演算としては、キズ個
所が正常個所に比べて谷（黒キズの場合）または山（白
キズの場合）を形成することに着目し、二次元局部面ｎ
Ｘｎに対して着目点ｉＪの濃度が、点ｉｊを挾む周辺２
画素の濃度に比べて共に低い（谷）か高い（山）かを調
べ、谷または山があったらキズと検出する。

〔作用〕

（１）撮像装置を介して得られる濃淡画像に対し、ｍＸ
ｍの二次元局部メモリによる二次元局部空間について、
着目点を中心として複数方向に分割し、その各々の方向
について、複数画素Ｎの濃淡値の積和をとる。したがっ
て、キズがあればキズの濃淡はＮ倍の深さでコントラス
ト強調され、無欠陥部であればノイズは１／Ｖ『となシ
、信号強調と同時にノイズ除去がなされ、高Ｓ／Ｎとな
る。

（２）方向別Ｋ複数画素の積和をとるので、従来検出困
難であった線状のキズに沿ってコントラストが拡大され
、単一画素の濃度のみに頼る従来方式よシも著しく検出
感度が向上する。

（３）画素の方向を複数（４つ）方向にとるので、発生
するキズの方向に無関係にコントラスト強調される。

（４）着目点画素のデータとして、方向別に求めた積和
濃淡直に対し、最小濃淡直（黒キズ）または最大濃淡値
（白キズ）を与える濃淡値を着目点ｌｊの強調濃淡値と
するので、キズのコントラスト強調が高精度にできる。

（５）以上のコントラスト強調を、２次元局部メモリを
使用して有効画面全体に掛けるので、有効画面全体にコ
ントラスト強調ができる。

（６）信号強調（コントラスト強調）した濃淡画像デー
タＫ対し、ｎｘｎの２次元濃淡局部メモリによシ二次元
局部空間に対して空間濃度演算を行ない、キズ検出゛を
するので、有効画面全域にわたり精度の高い検出ができ
る。

（７）キズ検出演算として、着目点を挾む両側の画素と
の関係から谷または山検出を行ない、これを各方向の成
分について実行するので、線状のキズに対しても高精度
の検出ができる（一方向に濃度が傾斜しているものは検
出しないので、検出精度が著しく向上する。）。

（８）以上の処理を、ＴＶカメラ内にワークが入った１
フレームの信号のみを使って実行するので、移動物体に
対しても充分に対処できる。

（９）高速処理向きの手法なので、検出処理時間が短く
てすむ。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、１はコンベア、２はワーク（物品）、３は
位置センサ、４は判定タイミング回路、５はＴＶ，ｌ？
、６は増幅器（ＡＭＰ）、７は画面分割回路、８はアナ
ログ／ディジタル（Ａ／Ｄ　）変換器、９，９人は濃淡
２次元局部メモリ、１０は方向別積和演算回路、１１は
最小／最大濃淡値検出回路、１２は空間微分２値化回路
、１３は着目点濃淡検出回路、１４は固定２筺化回路、
１５はタイミング調整回路、１６は論理積回路、１７は
認識回路である。

まず、ＴＶカメラ５でコンベア１上を常時撮像し、ワー
ク（物品）２がＴＶカメラ５の視野内の適切な位置に到
着したことを、位置センサ３で検知する。ＴＶカメラの
信号（撮像信号）は増幅器６を介して常時適切な値に増
幅される。画面分割回路７では、ＴＶの走査線とそれに
同期した例えば１２ＭＨｚの高周波クロツクにより、Ｔ
Ｖ信号を空間的に多数の画素（例えば５１２Ｘ５１２）
に離散化すると同時に、各画素に対応するアナログ信号
をサンプルホールドする。判定タイミング回路４は、位
置センサ３の信号を受けてワーク２がＴＶカメラ視野内
に入ったことを知り、ＴＶカメラとのタイミングをとっ
て１フレーム期間だけ有効期間信号として出力する。回
路７はこの指令を受けて、１フレーム期間だけ信号を出
力する。Ａ／Ｄ変換回路８はＴＶカメラからの画像信号
を例えば８ビットに多値化し、濃淡画像を得る。この多
［［１１像データをｍＸｍ（ｅｘ．３Ｘ５）の８ビット
の濃淡２次元局部メモリ９に入力し、二次元局部面の濃
度を並列に出力する。第２因に３×３の場合の局部空間
の例を示す。なお、同図のＳ。−８８は各画素の濃淡直
を示している。

次に、方向別積和演算回路１０と最小／最大濃淡値検出
回路１１によシ、着目点画素ｉｊの濃度Ｓｏと周辺画素
の濃度８１〜Ｓ８とから所定の演算を行ない、コントラ
スト強調画像を得る。この操作を有効画面領域全域につ
いて行なう。これは、公知の２次元局部メモリを使うこ
とによシ自動的に実行される。この考え方を図示したの
が第３図で、オリジナル画像Ｉ。に対し、工。の着目点
１ｊと周辺画素（点線）の濃度に対して川数Ｆをかけ、
コントラスト強調画像ＩＣを得る様子を示している。具
体的な】η数として、こ〜では、まず第２図のｍ　Ｘ　
ｍの局部空間を第４図のＡ−Ａ’ｅ　Ｂ−Ｂ’，Ｃ−Ｃ
’，Ｄ−Ｄ’のように着目点を中心とする４方向に分割
する。この４方向の（線状）画素について、方向別に複
数画素（３×３の実例では３画素）の濃度について積和
演算を行なう。積和の式としては、例えば次式がある。

Ａ−Ａ’方向について、Ｓ１＋ｋＳｏ＋Ｓ５−ＳｉｊＡＢ−Ｂ’方向について、Ｓ　＋ｋＳｏ＋Ｓ６腐ＳｉｊＢｃ−ｃ’方向について、Ｓ　＋ｋＳｏ＋Ｓ，＝ＳＢ。

ＳＤ−Ｄ’方向について、Ｓ　＋ｋＳｏ＋Ｓ８−ＳｉｊＤ・・・・・・（１）なお、ｋは重み係数であシ、１または２が採用される。

方向が予め定められているので、画素の組み合わせも一
義的に決定される。よって、例えば第５図のように、濃
淡２次元局部メモリ９の濃度値を濃淡抽出部２１Ａ〜２
１Ｄによυ方向別にラッチし、積和演算部２２Ａ〜２２
Ｄによシ方向別に積和演算することによシ、（１）式の
演算を容易に行なうことができる。このように、濃度演
算した４組の濃度随に対し、回路１１でその最小（黒キ
ズの場合）ｉたは最大（白キズの場合）濃度値を検出し
、着目点目のコントラスト強調画像とする。

こうして方向別の複数（腺状）囮素Ｎ画素の積和をとる
ことにより、もしキズがあればキズに沿って濃度が積分
されることから、キズ濃度はＮ倍に拡大し、無欠陥部の
ノイズは１／ＶＷに縮少する。よって、高Ｓ／Ｎとなシ
、コントラストが強調されると同時Ｋ低ノイズ画面が形
成されることになる。この方向別（線状）画素の積和を
４方向で行ないその最小またＶｉ最大濃度をとることに
ょυ、キズの方向性とは無関係にコントラスト強調がで
きる。以上はｍ　Ｘ　ｍとして３×６の場合を例示した
が、５×５とすればＮが大きくなる分だけ更に良い効果
が得られる。５×５の空間の分割例を第６図に示す。

このようにしてコントラスト強調した画像が回路１１よ
シ出力されるので、以下はこの画像データを使ってキズ
ニ直化をする。

９人はキズ検出のためのｍ　Ｘ　ｍ　（例えば３×５）
の１２ビツ｝ｆｌ淡２次元局部メモリ（■）で、回路１
１の出力をうけて、コントラスト強調画像に対して二次
元局部空間の並列データを出力する。

この出力は空間徴分２値化回路１２で空間徴分され、そ
の微分濃度値がしきい値よシも大きければ、キズ候補と
して２値化される。

一方、淡淡２次元局部メモ！Ｊ（Ｉ）９よりの着目点濃
度を回路１３でラッチし、回路１４にょシ２値化する。

回路１４の２値化出力はタイミング調整回路１５によシ
制御され、回路１２からの出力と同期がとられるように
する。即ち、回路１４はキズを検知せず物体領域だけを
検知するようにセットしているので、論理積回路１６で
は回路１２の出力のうち物体中のキズを示すものだけを
検知することができる。

第７図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。

こ一に、符号１〜１１および１７は第１図に示すものと
同じであり、したがって３１〜３９なる構成要素を付加
した点が特徴でおる。なお、３１は濃淡イメージメモリ
、３２はメモリ読出回路、３３は続出スタート回路、３
４はメモリ書込回路、３５は離散形濃淡２次元局部メモ
リ、３６は着目点一近傍園素差分回路、３７は比較（ロ
）路、５８は谷検出回路、３９はしきい値設定回路をそ
れぞれ示す。

こ工では、回路１１の出力は有効画面の全領域について
濃淡イメージメモリ（１２ｂｉｔｘｓ１２ｘ５１２）回
路５１に、書込回路３４の制御をうけて書込まれる。全
領域書込完了後はメモリの読出スタート回路３３が動作
し、読出回路３２の制御をうけて、メモリ回路３１の情
報を読出す。ｎ×ｎ（５Ｘ５）の離散形濃淡２次元局部
メモリ３５はこの情報をうけて、例えば第８図に示す着
目点ｉＪの濃度Ｓ。′と、周辺近傍画素の内から８画素
について離散的に抽出した画素の濃度Ｂ，ｌ〜８８′を
出力する。この出力から着目点一近傍画素差分回路３６
では差分濃度を各近傍画素について求め、それらがしき
い値αよシ大きいか否かを比較回路３７でチェックし、
αよシ大きければ論理１１＃が出力される。つぎに、谷
（または山）検出回路５８によシ、着目点をはさむ画素
について共にα以上の濃度差があれば、キズであるとし
、それらが４方向のいずれにあるかをチェックする。４
方向のいずれか１方向に谷が存在すれば、回路３８よ）
キズ２直化信号として認識回路１７に出力される。以上
の演算を概念的に示すと第９因のようになる。なお、こ
の谷検出は黒キズに対して有効であるが、白キズのとき
は、第９図に示す演算式の左辺の順序を入れ替えて山検
出をすればよい。

こうして、キズがｎＸｎ空間の着目画素Ｓ。′を挾む両
側の２ｍ素、例えばＳ′とＳ，′を用いて谷（または山
）が形成されたときのみ、キズとして出力される。よっ
て、シエーデイングのように局部的には１方向にしか濃
度が傾斜しないものには作用しない。よって、キズの検
知感度１Ｅさらに上げることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来では検出困難とされていた低コン
トラストの傷（たとえば細い髪の毛，金属の引っ掻きキ
ズ）の検出精度が大幅に向上し、従来品の致命的欠陥を
解消することができる。また、刻印文字などの低コント
ラストの文字も高精度に検出可能となシ、線図形の２値
化も容易となる。

また、ＴＶカメラの１画面（１フレーム）の信号だけを
使用しているので、移動している物体についても全く同
様の効果が得られる。さらに、二次元局部演算を主体と
しているので高速動作が可能であシ、処理能力も実用的
に元分高速なものが製作可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
３×３の二次元局部空間を説明するための説明図、第３
図は本発明におけるコントラスト強調演算の概念を説明
するための説明図、第４図は第２図に示す局部空間の方
向割付例を説明するための説明図、第５図は第１図に示
す積和演算回路の具体例を示すブロック図、第６図は５
×５の局部空間と方向割付例を説明するための説明図、
第７図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第８因
は第７図に示す離散形濃淡二次元局部メモリの内容例を
説明するための説明図、第９図は第７図に示す回路３６
〜３９による動作内容を説明するための概念図である。符号説明１・・・・・・コンベア、２・・・・・・ワーク、３・
・・・・・位置センサ、４・・・・・・判定タイミング
回路、５・・・・・・ＴＶカメラ、６・・・・・・増幅
器（ＡＭＰ）、７・・・・・・画面分割回路、８・・・
・・・アナログ／ディジタル（　Ａ／Ｄ　）変換器、？
，９Ａ，３５・・・・・・２次元局部メモリ、１０・・
・・・・積和演算回路、１１・・・・・・最小／最大濃
淡値検出回路、１２・・・・・・空間微分２値化回路、
１３・・・・・・着目点濃度検出回路、１４・・・・・
・固定２値化回路、１５・・・・・・タイミング調整回
路、１６・・・・・・論理積回路、１７・・・・・・認
識回路、２１Ａ〜２１Ｄ・・・・・・濃淡抽出部、２２
Ａ〜２２Ｄ・・・・・・積和演算部、３１・・・・・・
濃淡イメージメモリ、３２・・・・・・メモリ読出回路
、５３・・・・・・読出スタート回路、３４・・・・・
・メモリ書込回路、３６・・・・・・着目点一近傍画素
差分回路、３７・・・・・・比較回路、３８・・・・・
・谷検出回路、３９・・・・・・しきい値設定回路。第２　図１　図代理人　弁理士　並　木　昭　夫

Claims

【特許請求の範囲】１）対象物を撮像する撮像手段と、対象物が該撮像手段の視野内に入つたとき撮像信号を有
効とするタイミング制御手段と、該撮像信号を画素単位
でアナログ／ディジタル変換して原濃淡画像を得る原画
像抽出手段と、原濃淡画像に対し着目点の濃淡情報と着
目点近傍周辺画素の濃淡情報とから二次元局部空間を複
数方向に分割してそれぞれ積和演算をし方向別積和値の
内で最も小さいかまたは大きい濃度を着目点のコントラ
スト強調濃度とする処理を原濃淡画像の全画素について
行ないコントラスト強調画像を得る強調画像抽出手段と
、該コントラスト強調画像に対し二次元局部空間毎に濃度
演算を行なう演算手段と、を備え、該演算値を予め設定されたしきい値と比較して
２値化することを特徴とする２値化回路。２）請求項１）に記載の２値化回路において、前記コン
トラスト強調画像について二次元局部空間の複数方向に
対し着目点が谷または山であることを検出する検出手段
を設け、少なくともいずれか１つの方向で谷または山が
検出されたとき着目点を有意画素とすることを特徴とす
る２値化回路。