JPH02199590A - 画像処理装置 - Google Patents

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】 （発明の分野） この発明は、撮像装置から得られる複数対象物の重心位
置検出に好適な画像処理装置に関する。

（発明の概要） この発明では、撮像装置の視野内に設定された複数の処
理領域をあらかじめ記憶する。そして、撮像装置からの
画像信号に同期して該処理領域を現す領域信号を発生さ
せる。

そしてＪ各水平走査線上の領域信号中に現゛れる処理領
域の順序をあらかじめ記憶しておく。

そして、各水平走査線上において、処理領域中の対象画
像を示す画素数、水平座標アドレスに関する一時モーメ
ント、垂直座標アドレスに関する一時モーメントを各水
平線上の処理領域毎に算出する。

そして、この算出値を上記の順序を参照して各処理領域
毎に累積加算する。

そして、こうして得られた１フイ一ルド操作期間終了後
の累積加算値に基づき対象物の重心座標を求める。

このため処理領域が多数の場合でも、処理領域毎の対象
物の重心座標を極めて迅速に算出できることになる。

（従来技術とその問題点） 撮像装置（ＴＶカメラ等）を用いた目視検査装置、ロボ
ット用視覚センサ等においては、撮像された対象物の重
心位置等をいかに高速に演算するかが課題となっている
。また、この場合、撮像装置の視野内に複数の対象物が
ある場合、これらの対象物ごとに重心位置等を演算する
必要がある。

ところで、従来は、上記の如く複数の対象物の重心位置
を演算する場合、個々の対象物が存在する領域毎に順次
重心位置演算を行い、これによって複数の対象物の重心
位置を求めるようなされていた。

しかしながら、上記の如き方式では、個々の処理領域毎
に順次演算するので、対象物の数が多くなるとこれに伴
って演算時間が増大し、対象物の数が一定以上の場合、
実用化の可能性は皆無になるという問題点があった。す
なわち、対象物の個数をｍ、一つの処理領域の演算時間
をｔｏとすると、演算終了までにｍＸｔｏの時間を要し
、対象物の個数ｍが多い場合、実時間処理を要求される
この種の装置において実用化に耐え得ないという問題点
があった。

（発明の目的） この発明は、上記問題点に鑑み、処理領域の数が多い場
合でも迅速に重心位置の演算が行える画像処理装置を提
供することを目的とする。

（発明の構成と効果） この発明は、上記問題点を解決するために、撮像装置の
視野内に設定された複数の処理領域をあらかしめ記憶す
る第１の記憶手段と、 上記第１の記憶手段に記憶されている処理領域を撮像装
置の走査と同期して読みだし、かつ処理領域を現す領域
信号を発生する手段と、上記第１の記憶手段に設定され
た複数の処理領域が水平走査線毎に現れる順序をあらか
じめ記憶する第２の記憶手段と、 撮像装置から読み出された画像信号に基づいて上記領域
信号を参照し、各水平走査線上の処理領域毎に所定の特
徴画像を示す対象画像の画素数。

水平座標アドレスに関する一時モーメント、垂直座標ア
ドレスに関する一時モーメントを算出する手段と、 上記複数の処理領域毎に、それらの領域における上記算
出結果を累積演算し、それぞれの演算結果を記憶する第
３の記憶手段と、 水平走査線上に現れる処理領域毎に、上記第２の記憶手
段に記憶されている順序を参照して、１記第３の記憶手
段に記憶されている対応処理領域のそれぞれの累積演算
結果に上記算出手段によるそれぞれの演算値を加算して
、上記第３の記憶手段に記憶されているそれぞれの演算
結果を更新する手段と、 撮像装置の一画面走査後に、上記第３の記憶手段に記憶
されている演算結果を読みだし、これにより複数の処理
領域内の対象物の重心位置を算出する手段と、 を備えるよう構成されている。

このような構成によれば、複数の処理領域における重心
位置演算処理は、長くても撮像装置における１フイール
ド走査期間（一般に１／６０ｓｅｃ＝１６．７ｍ５）で
完了する。従って、この発明によるときは極めて迅速な
処理が可能であり、実時間処理を要求されるファクトリ
ーオートメージョンにおける自動目視検査等に極めて有
効である。また、処理領域の数が増大しても、第２．第
３の記憶手段における記憶領域が増大する程度で、全体
的な回路構成に影響を与えることはなく、構成を比較的
簡素に保つことができる。また、処理領域の数は極めて
多数（例えば数百側でも十分可能）に設定することが可
能であり、−画面中に極めて多数の処理領域を設定でき
るので、複数の対象物の重心位置等を迅速に検出できる
等の効果を有する。

（実施例の説明） 以下、本発明の好的な実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図は撮像装置の視野と、そこに設定されたウィンド
ウ（処理領域）とを示１ている。

この実施例では、撮像装置の画面は横２５６゜縦２４２
の画素から構成されている。そして、横方向に並んだ２
５６の画素が水平方向の走査線を構成する。

このような画面上において、任意の位置に任意の形状の
ウィンドウが任意の個数設定される。第１図では説明の
便宜上３つのウィンドウＷ、、Ｗ２、Ｗ３が設定され、
これらのウィンドウはいずれも方形である。ウィンドウ
についての条件は極めて僅かである。たとえば、ウィン
ドウの大きさは２×２画素以上であること、ウィンドウ
の水平方向の間隔は１または２画素以上あけること（垂
直方向についてはウィンドウは重ならない限り接してい
てもよい）等である。水平方向のウィンドウ間隔は後述
する高速メモリ等に置ける動作速度に依存して決定され
る。従って、最大１万個以上のウィンドウを１画面に設
定することも可能である。なお、ウィンドウの形は方形
に限らず任意の形に設定できる。

各ウィンドウ内にはハツチングで示すような（第１図に
おいては、作図の便宜上２値化されている）画像が含ま
れている。この実施例は、これらの画像の重心位置をウ
ィンドウ毎に演算して求めようとするものである。

ここで、重心位置を（Ｘｃ　、　ＹＧ　）とすると、Ｘ
、、Ｙｏは、次式（１）、　　（２）で表されることが
知られている。

ここで、ｆ　（ｉ、　　Ｄは、濃度の重み関数で、この
例では２値画像のためｆ　（ｉ、　　Ｄは次式％式％ すなわち、座標（ｉ、　　ｊ）に画像が存在するときは
、 ｆ　（ｉ、　　ｊ）　＝０　　　　　　　　　　　　　
（３）座標（ｉ、　　ｊ）に画像が存在しないときは、
ｆ　　（ｉ、ｊ）＝１　　　　　　　　　　　　　　（
４）となる。

また、Ｎ、は水平走査線がｊの場合の各ウィンドウ内の
画素数を示す。

ここで、上記（１）、　　（２）式の実行手順は以下の
ようにまとめることができる。

■　１水平走査線毎に、その水平走査線」二のウィンド
ウに置ける次の３つの値（Ｎｊ、　　Σｆ　（ｉ。

ｊ）・ＬＮｊ−ｊ）を、ウィンドウ毎、個別に計測する
。

■　■で求めた合価を水平走査線毎に累積加算する。

（これにより上記（１）、　　（２）式の分母１分子が
求められる） ■　−画面走査後、■により求まった合価に基づいて、
（１）、　　（２）式の演算を行うことにより（Ｘａ　
、　ＹＧ　）が求められる。

ところで、第１図に示す如く、複数のウィンドウを区別
するために、各ウィンドウにＷ、、Ｗ２゜Ｗ３と番号が
付けられている。

撮像装置からの画像信号の読み出しは、水平走査線ｊに
沿って行われ、読み出される水平走査線は垂直方向（同
図において下方方向）に順次移動していく。

第１図においては、−水平走査線上に複数のウィンドウ
が存在する。上記手順■において、各演算値は各ウィン
ドウ毎に算出するため、−水平走査線上にあるウィンド
ウを相互に区別しなければならない。そのため、第２図
（ａ）に示すようなウィンドウテーブルが設けられる。

このウィンドウテーブルは１、各水平走査線にしたがっ
て現れるウィンドウ（具体的には後述のようにそのウィ
ンドウの累積演算値テーブルアドレス）をその順序で記
憶するものである。

そして、各ウィンドウ毎の演算値（Ｎｊ、　　Σｆ（ｉ
、ｊ）　　・ｉ、Ｎｊ−ｊ）をウィンドウ毎に個別に累
積加算するという上記手順■を実行するために、第２図
（ｂ）に示すように、各ウィンドウ１）＋　Σ（Ｎｊ−
ｊ））をストアするために累積演算値テーブルが設けら
れる。

このテーブルにおいて、アドレス値ＷＡ、にはウィンド
ウＷ１の累積演算値（ｍ、、）、）＝ΣＮｊ。

ｊ）・ｊ）がストアされる。同様に、アドレス値ＷＡ２
．ＷＡ３上１とはそれぞれウィンドウＷ２゜Ｗ３の累積
演算値（ＷＡ２にはｍ２．）、）　、　ｍ２１．）　。

ｍ２ｏｔ　、ＷＡ　３にはｍ３ｏ０　、　ｍ３１０　、
　ｍ３ｏｔ　）がストアされる。

そして、再び第２図（ａ）の説明に戻ると、ウィンドテ
ーブルには走査の順に現れるウィンドウに対応する累積
演算値テーブルのアドレス（ＷＡ、、ＷＡ２等）がスト
アされる。

次に、１フイ一ルド画像における処理の全体を概説する
。

第３図には、１フイ一ルド期間における垂直同期信号Ｖ
Ｄ、水平同期信号ＨＤ、およびウィンドウ信号ＷＤを示
されている。ウィンドウ信号ＷＤは、撮像装置における
操作と同期して、後述するウィンドウメモリから出力さ
れ、ウィンドウの設定されている位置を表わすものであ
る。

第１水平走査期間（走査線ｊ＝１）において、この第１
水平走査線上に存在するウィンドウ内の対象画像につい
て、上記３種の値が演算される。

そして、この実施例では、第１図に示すように第１水平
走査線上にウィンドウは存在しないので演算されない。

次に第２水平走査期間（走査線ｊ−２）においては、ウ
ィンドウ信号ＷＤの立ち上がりによりウィンドウテーブ
ルのアドレスＷＴ、が参照され、その結果、このウィン
ドウはアドレスＷＡ、に累積演算値を格納すべきウィン
ドウ（すなわちＷ＋）であることがわかる。従って、ウ
ィンドウ信号ＷＤが立ち上がっている間、各演算値が演
算され、この信号が立ち下がった時に累積演算値テーブ
ルのアドレスＷＡ、にストアされている累積演算値（最
初は０）に上記各演算値が加算されてストアされる。

次に、ウィンドウ信号ＷＤが再度立ち上がることにより
、ウィンドウテーブルのアドレスＷＴ。

＋１が参照され、このウィンドウはＷ３であることがわ
かる。そして、上記と同様にウィンドウ信号ＷＤの立ち
上がっている間、各演算値が演算され、ウィンドウ信号
が立ち下がった時にアドレスＷＡ３の累積演算値にこの
演算値が加算されてストアされる。

第３水平走査期間（走査線ｊ−３）においても、同様に
ウィンドウ信号ＷＤの立ち上がりによりウィンドウテー
ブルが参照され、このウィンドウがＷ、であることが認
識される。そして、ウィンドウ信号ＷＤが上がっている
間、各演算値が演算され、立ち下がった時に累積演算値
テーブルのアドレスＷＡ、にストアされている各累積演
算値に上記各演算値が加算されてストアされる。

さらに、同様にウィンドウ信号ＷＤのそれぞれの立ち上
がりにより、ウィンドウテーブルからウィンドウＷ２．
Ｗ３であることがわかり、上記と同様の処理が行われる
。

こうして、第４〜第２４２水平走査期間まで上記の処理
が繰り返され、累積演算値テーブルの所定のアドレスに
各ウィンドウ毎の各演算値が累積加算される。

そして、第２４２走査期間終了後、累積慎算値テーブル
にストアされている各累積演算値を読みだし、前記■の
演算処理を各ウィンドウ毎に行うことにより各ウィンド
ウ内の画像の重心座標が求められる。

第４図は画像処理装置の１例である。カメラ１は撮像管
または固体撮像素子（ＣＣＤなど）を内蔵し、映像信号
を出力する。この映像信号は同期分離回路２に送られ、
各画素毎のサンプリングクロックＣＫ、水平同期信号Ｈ
Ｄ、垂直同期信号ＶＤ等の信号が取り出される。映像信
号は、次に２値化回路３に送られ、適当なスレッシュホ
ールドレベルで弁別されて白または黒の２値レベルを持
つ２値化信号に変換される。

ウィンドウメモリ４は一種の画像メモリであり、１画面
分のデータをストアできる容量を持つ。このメモリには
、第１図に示すようなウィンドウＷ、、Ｗ２．Ｗ３が設
定される。例えば、ウィンドウ内の領域にビット１．ウ
ィンドウ外の領域にビット０が書き込まれることにより
ウィンドウの位置が記憶される。

ウィンドウメモリ４へのウィンドウの設定は、ＣＰＵ５
によって実行される。ウィンドウメモリ４の読み出しは
、上述のサンプリングクロックＣＫにより制御され、読
み出されたデータはウィンドウ信号ＷＤとなってゲート
６に送られる。

ゲート６は計測期間信号によって制御される。

計測期間信号は計測時に１フイールドの期間はＨ２それ
以外はＬとなる信号である。ゲート６により、計測フィ
ールドのみウィンドウ信号ＷＤが出力される。このウィ
ンドウ信号ＷＤは、カメラ１からの映像信号と正しく同
期している。すなわち、映像信号が第！走査線の第ｍビ
ットを表しているときには、ウィンドウ信号ＷＤも第！
走査線の第ｍビット目のウィンドウの有無を表している
。

ゲート７により、２値化画像信号はウィンドウの存在す
る区間のみ演算回路８に送られる。

タイミング制御回路９は、ウィンド信号ＷＤ、サンプリ
ングクロックＣＫから、後述するウィンドウメモリ用高
速メモリ１０および累積演算値テーブル用高速メモリ１
１等の制御タイミング信号を発生する。

高速メモリ１０および１１には、上述のウィンドウテー
ブルおよび各累積演算値テーブルが格納される。各テー
ブルは、計測に先だってＣＰＵ５により作成され、高速
メモリ１０．１１に格納される。

ウィンドウカウンタ１２は、ウィンドウ信号ＷＤを計数
して、計数時の高速メモリ１０のアドレス（第２図（ａ
）のＷＴ１〜ＷＴ、＋ｎ）を与える。

ｊ）・ｉ、Ｎｊ−ｊ）を演算する部分であり、加算器１
３は演算回路８の出力とメモリ１１から読み出された各
累積演算値との加算を行なう。その加算結果は、再びメ
モリ１１の同じアドレスに読み込まれる。

次に、演算回路８の具体例を第５図に示す。

画素カウンタ２１は、２値画像信号から対象画像の１水
平走査線毎の画素数Ｎｊを計数し、ラッチ回路２２を介
して第４図の加算器１３に入力する。画素カウンタ２１
は、ウィンドウ信号ＷＤの立ち下がりによってクリアさ
れる。

垂直カウンタ２３は、水平同期信号ＨＤを形成して、第
１図の垂直方向座標ｊを生成する。さらに乗算器２４に
て上記画素数Ｎｊと乗算され、ラッチ回路２５を介して
第４図の加算器１３に入力される。垂直カウンタ２３は
、垂直同期信号ＶＤにてクリアされる。

水平カウンタ２６は、サンプリングクロックＣＫを計数
して、第１図の水平方向座標ｉを生成する。

加算器２７およびラッチ回路２８は、対象画像が存在す
る水平座標につき、その累積加算値Σｆ（Ｌ、　　ｊ）
　　・ｉを求めるも・のであり、その結果は上記と同様
に第４図の加算器１３へ入力される。

水平カウンタ２６は、水平同期信号ＨＤにてクリアされ
る。

ここで、再び第４図の説明に戻ると、ＣＰＵ５はその実
行プログクムを格納したＦＲＯＭ１４゜最終演算結果で
ある重心座標値および各処理の過程で発生したデータ等
をストアするＲＡＭ１５を備える。ＣＰＵ５は、上述の
ように、ウィンドウメモリ４へのデータ書き込み、高速
メモリ１０へのウィンドウテーブル書き込み、累積演算
値テーブルの初期化（クリア）、最終的に演算されたウ
ィンドウ毎の各累積演算値の読み出し、および各演算値
に基づくウィンドウ毎の重心座標の算出等を行なう。

ところで、計測開始に当たっての準備としてウィンドウ
メモリ４への書き込み、高速メモリ１０におけるウィン
ドウテーブルの作成、累積演算値テーブルのクリア、ウ
ィンドウカウンタ１２への値ＷＴ、−１（ウィンドウテ
ーブルの先頭アドレスＷＴ、より１少ない数）のプリセ
ットが行われる。

そして、計測期間信号が立ち上がると、各累積演算処理
が実行される。

つぎに、この処理を、第６図に基づき第３水平走査線の
ウィンドウＷ１に関して説明する。

ウィンドウ信号ＷＤが立ち上がると、ウィンドウカウン
タの計数値がＷＴ、＋１→ＷＴ、＋２にインクリメント
される。そして、ウィンドウ信号が立ち上がっている間
、演算回路８により各演算（Ｎｊ、尺ｊ−ｊ、Σｆ　（
ｉ、　　ｊ）・Ｌ）が実行され、ウィンドウ信号ＷＤの
立ち下がりで停止する。

一方、ウィンドウカウンタ１２の計数値がＷＴ１＋２に
インクリメントされることにより、高速メモリ１０から
はアドレスＷＴ、＋２のデータＷＡ、が読み出される。

さらに、その読みだしデータＷＡ、が高速メモリ１１の
アドレスとなるため、高速メモリ１１からは、その時点
までのウィンドウＷ１の累積演算結果（ｍ□。１　、ｒ
　ｍ１ｌＯ＋　ｍ１１１０　）が読み出される。

ウィンドウ信号ＷＤの立ち下がりによって加算器１３が
動作し、演算回路８の演算結果と高速メモリ１１より読
み出された累積演算結果が加算される。高速メモリ１１
はその間にライトモードとなり、上記加算結果がアドレ
スＷＡ、に書き込まれる。こうしてウィンドウＷＩにつ
いての累積加算が実行される。

そして、１画面分の各累積演算が完了した後、ＣＰＵ５
によって高速メモリ１１にストアされている各演算値を
ウィンドウ毎に読みだし、各演算値に基づく演算処理を
順次行なうことにより、各ウィンドウ内の重心座標が求
められことになる。

【図面の簡単な説明】 第１図は撮像装置の画面とそこに設定されるウィンドウ
との関係を示す説明図、第２図はメモリに設けられるウ
ィンドウテーブルと累積演算値テーブルの説明図、第３
図は１フイ一ルド期間における動作の概要を説明するた
めのタイムチャート、第４図はこの発明の実施例の基本
構成を示すブロック図、第５図は第４図における演算回
路の詳細説明図、第６図は第４図の動作を示すタイムチ
ャートである。 １・・・カメラ ４・・・ウィンドウメモリ ５・・・ＣＰＵ ８・・・演算回路 １０・・・高速メモリ　（ウィンドウテーブル用）１１
・・・高速メモリ（累積演算値テーブル用）１２・・・
ウィンドウカウンタ １３・・・加算器 特許出願人　　立石電機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．撮像装置の視野内に設定された複数の処理領域をあ
   らかじめ記憶する第１の記憶手段と、上記第１の記憶手
   段に記憶されている処理領域を撮像装置の走査と同期し
   て読みだし、かつ処理領域を現す領域信号を発生する手
   段と、 上記第１の記憶手段に設定された複数の処理領域が水平
   走査線毎に現れる順序をあらかじめ記憶する第２の記憶
   手段と、 撮像装置から読み出された画像信号に基づいて上記領域
   信号を参照し、各水平走査線上の処理領域毎に所定の特
   徴画像を示す対象画像の画素数，水平座標アドレスに関
   する一時モーメント，垂直座標アドレスに関する一時モ
   ーメントを算出する手段と、 上記複数の処理領域毎に、それらの領域における上記算
   出結果を累積演算し、それぞれの演算結果を記憶する第
   ３の記憶手段と、 水平走査線上に現れる処理領域毎に、上記第２の記憶手
   段に記憶されている順序を参照して、上記第３の記憶手
   段に記憶されている対応処理領域のそれぞれの累積演算
   結果に上記算出手段によるそれぞれの演算値を加算して
   、上記第３の記憶手段に記憶されているそれぞれの演算
   結果を更新する手段と、 撮像装置の一画面走査後に、上記第３の記憶手段に記憶
   されている演算結果を読みだし、これにより複数の処理
   領域内の対象物の重心位置を算出する手段と、 を備えることを特徴とする画像処理装置。