JPH04174306A - エッジ検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的な画像等から画像中に含まれる明暗の
エツジを画像処理によって検出するためのエツジ検出装
置に関する。

〔従来の技術〕

画像処理によって画像中に含まれるエツジを検出する装
置は、近年、工場内においてＦＡ（ファクトリ−・オー
トメーション）化の進んだ生産ライン中に多く導入され
て製品検査等に用いられている。又、それ以外にも、物
理量を光学的に測定する測定器中等にも、従来から多く
採用されている。これらのエツジ検出装置は、非接触で
エツジ検出を行うことができるため、測定対象物を傷つ
けるおそれもなく、又動きの速いＦＡ化の進んだ生産ラ
インにも対応し易いという利点がある。

これらのエツジ検出装置に用いられているエツジ検出手
段としては、−船釣には画像の微分又はラプラシアンを
取る方法が採用されている。又、光学的に空間周波数領
域で０次光をカットすることにより、エツジを検出する
方法も知られている（Ｋ、Ｇ、ＢＩＲＣＨ，ｒＡ　５ｐ
ｅｃｉａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｆｉｌｔｅｒ　ｔ。

ｒｅｍｏｖｅ　ｚｅｒｏ　ＦｒｅｌｕｅｎｃｙＪ　、０
ＰＴＩＣＡ　ＡＣＴＡ、ｖｏｌ、１５Ｎｏ、２．ｐＨ３
〜１２７（１９６８）参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述のエツジ検出装置のうち、画像の微分やラ
プラシアンを取ってエツジを検出する手段の場合、画像
をそのまま処理すると画像中に含まれるノイズ成分（高
周波数成分）が強調されることになってしまうため、平
滑化を行なってから微分やラプラシアンを実行する方法
が取られているが、この平滑化のために画像はなまり、
正確なエツジ検出ができなくなってしまうという欠点が
ある。

又、空間的周波数領域で０次光をカットする方法は、光
学的に構成することによって二次元で高速にエツジを検
出できる方法ではあるが、実際に１は光学系を構成する
構成要素が有する収差や、構成要素のアライメントの難
しさ等により、高精度にエツジを検出することは困難で
あった。

本発明はこのような実情に鑑み、入力画像に基づいて画
像中に含まれる明暗のエツジを高精度に検出できるよう
にしたエツジ検出装置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及び作用〕本発明によるエ
ツジ検出装置の構成及び作用を第１図に基づいて説明す
る。

図中、ｌはエツジ情報の含まれた被測定物の画像を入力
するための画像入力手段、２は画像入力手段ｌに入力さ
れた画像情報を離散的に抽出してディジタルな画像デー
タに変換するサンプリング手段、３は抽出された画像デ
ータを空間周波数領域の量にフーリエ変換するフーリエ
変換手段、４はフーリエ変換されたデータのうち少なく
とも０次の空間周波数成分を電気的にカットするフィル
ター手段、５は０次部分等がカットされたデータをもと
の空間情報に戻すべく高速逆フーリエ変換する逆フーリ
エ変換手段、６は画像入力手段ｌで得られた画像等に基
づいてこの画像の大まかなエツジ位置情報を検出するラ
フエツジ検出手段、７はこの大まかなエツジ位置情報を
基にして逆フーリエ変換手段で得られたデータからエツ
ジ位置情報を抽出する抽出手段である。

尚、画像情報を光学的にフーリエ変換し、その空間周波
数領域でフィルタリングし、更に逆フーリエ変換をして
得られる情報は、もとの情報のある特徴を強調或いは弱
める効果を持つことは従来よりよく知られており、従来
技術として提示したＢ　Ｉ　ＲＣＨ等の方法も０次光部
分をフィルタリングすることにより、エツジ部分の特徴
を抽出しようとするものである。この種の処理では、特
徴点の抽出精度を上げようとすると、フィルタリングの
要求精度が高くなり、光学的に処理する場合にはそのア
ライメント精度がかなり高度なものを要求されるが、本
発明のように電気的に処理する場合にはデータ数を増や
すこと等によって割合簡単に対処することができる。

一方で、近年高速フーリエ変換専用のデバイスやアナロ
グデータをディジタルデータに高速に変換するデバイス
等も、腹部なものが簡単に入手できるようになり、処理
スピードに関する光学的処理に対する電気的処理の劣勢
は年々狭められてきている。

上述のような点を考慮すれば、空間周波数領域のフィル
タリングによる特徴点の抽出を、本発明のように電気的
処理によって行うことの利点は自明であるといえる。

次に、上述の構成のもとで、空間周波数領域で電気的に
フィルタリングすることによってエツジ位置を抽出する
本発明のエツジ検出装置の作用を説明する。

説明を簡単にするために、第１図において、二次元の画
像情報のうちのある一次元情報を用いて説明する。

画像入力手段１にエツジ情報を含む被測定物の画像が入
力されると、連続量である画像情報はサンプリング手段
２によって離散的にサンプリングされ、ディジタルな画
像データになる。このサンプリングされた画像データは
、フーリエ変換手段３によって空間周波数領域の量に変
換され、フィルター手段４によって０次の空間周波数成
分がカットされ、そして逆フーリエ変換手段５によって
高速逆フーリエ変換されてもとの空間情報に戻される。

このようにして得られたデータ情報は、フィルター手段
４て０次部分かカットされたことによって、逆フーリエ
変換したときにエツジ部分が谷を形成し且つその両脇が
山を形成する特徴を呈し、この谷を検出することにより
高精度なエツジ検出を行うことができる。しかしながら
、高周波成分等のノイズ等が含まれている場合には、逆
フーリエ変換して得られたデータ情報はエツジ位置のみ
が谷とはならず、他の位置にも谷が形成され、ノイズに
よって生じる谷の方が強く表われてしまうこともある。

従って、第１図の逆フーリエ変換手段５において描かれ
たデータ情報のように、求められるべきエツジ部分とデ
ータの両端部分とが夫々鋭く落ち込むと共に、それらの
両脇部分が昇り上がってピークを為す形状になっており
、更にエツジ部分と端の部分の間には夫々数カ所のピー
クと落ち込みとが交互に形成されることになる。従って
、これらの落ち込みの中から求めたいエツジ位置を正確
に抽出することが必要となる。

この場合、エツジ位置の落ち込みが単純に最小値に一致
するものであれば、エツジ位置を抽出するのは容易であ
るが、発明者等がいろいろなエツジに関してシミュレー
ションした結果、エツジ位置の落ち込みが常に最小値に
位置するというわけではなかった。又、エツジ位置の落
ち込みが急激であることから、その前後のデータでの傾
き情報に基づいてエツジ位置を抽出することもシミュレ
ーションによって試みたか、特にノイズの多い入力画像
の場合に、エツジ位置以外の落ち込み部分で前後の傾き
情報がエツジ位置より大きくとらえられることがあり、
この抽圧方法も望ましくないということが判明した。

以上のシミュレーションを踏まえて、本発明では他のラ
フエツジ検出手段６によって検出したおおよそのエツジ
位置情報を用いて、逆フーリエ変換手段５で得られた空
間情報の複数の落ち込みの中からこれに対応するエツジ
を、エツジ抽出手段７で簡単且つ精度良く分離して検出
することができる。

従って、本発明によれば簡単且つ高精度にエツジ位置を
検出することができる。

〔実施例〕

以下、第１図に示されたエツジ検出装置に関して、第２
図乃至第１５図に示す具体的な実施例を挙げて本発明の
詳細な説明する。

Ｋ亘■ユ 本実施例は、本発明が実際に有効であるがどうかを確認
するためのものであり、第２図に示すようなノイズのな
いエツジデータを計算機内で発生させてエツジ検出を行
なったものである。

本実施例においては、フーリエ変換手段３乃至エツジ検
出手段７による処理は、高速フーリエ変換と高速逆フー
リエ変換を高速で行う専用のＦＦＴプロセッサボードが
取付けられた計算機で行なわれるようになっている。

計算機内で発生させた第２図のデータは、サンプリング
手段２で離散的にサンプリングされたデータを示すもの
である。このデータ数は５１２点であり、横軸にデータ
番号、縦軸に各データ番号の明るさが表示され、カッコ
内の数字は夫々データの番号とその明るさを示すもので
ある。第２図のデータは２５０番目から２５１番目のデ
ータにかけて明るさが大きく変化しており、これが求め
られるべきエツジである。そして、第２図のデータはフ
ーリエ変換手段３として機能する専用のＦＦＴプロセッ
サボードによって高速フーリエ変換され、空間周波数領
域のデータに加工される。この領域で、フィルタリング
手段４によって０次及び１０次より大きいデータを０に
するフィルタリングが行なわれ、更に逆フーリエ変換手
段５としての前述のプロセッサボードによって高速逆フ
ーリエ変換が行なわれ、実空間のデータに戻される。

尚、フィルタリングにおいて１０次以上のデータを０に
するのは、エツジ検出の際ノイズとなる高周波成分を予
め除去しておくためである。

このようにして得られたデータが第３図に示すものであ
り、図中、エツジ位置である２５１番目のデータ部分は
落ち込んだ形状をしており、この部分が図の両端部或い
は中間部分の他の落ち込みと区別されれば、本装置は正
確にエツジ位置を検出できることが証明されることにな
る。尚、第３図のデータは最大値で正規化されている。

次に、ラフエツジ検出手段６において検出される大まか
なラフエツジ情報について説明する。まず、上述のフー
リエ変換手段３によって第２図のデータがフーリエ変換
された空間周波数領域のデータを第一データとして保管
する。そして、この第一データの内の５次以上のデータ
をＯにするようにフィルタリングした後これを専用プロ
セッサボードによって高速逆フーリエ変換して第二デー
タを得て、第一データと第二データの差分を取り、更に
両端でのエツジの検出を抑制するために両端の５０デ一
タ番号努を夫々Ｏとし、更にこのデータの差分を６乗し
て得られたものが第４図であり、これをラフエツジ情報
とする。第４図のデータは最大値で正規化されており、
２５０番目のデータをピークとしてエツジ部分が大まか
に検出されている。

そして、エツジ抽出手段７におけるエツジ抽出は、ラフ
エツジ検出手段６による第４図のラフエツジ情報の関数
Ｒ（ｘ）（ｘはデータ番号を表わす）と、逆フーリエ変
換手段５で得られた第３図のデータの関数Ｃ（ｘ）（ｘ
はデータ番号を表わす）との相関を取ることによって行
なう。具体的には、Ｒ（ｘ）はエツジ位置に大まかな正
のピークが与えられ、Ｃ（ｘ）はエツジ位置に負のピー
ク即ち落ち込みが形成されているから、Ｒ（ｘ）／Ｃ（
ｘ）なる演算を行なえばエツジ位置に正確に正のピーク
が現われる。

この結果が第５図であり（最大値で正規化されている）
、２５１番目のデータに正のピークが現われており、エ
ツジ位置が正しく検出されていることが理解できる。

寒１ｄ１主 本実施例では、フーリエ変換手段３乃至エツジ抽出手段
７は実施例１と同様の構成とする。又、画像入力手段１
としてＣＣＤカメラを用い、サンプリング手段２として
例えばＩＣメモリのようなフレームメモリを用いた。

そして、エツジ検出に際しては、被測定物として平面の
ガラス基板を採用し、このガラス基板に光源からのイン
コヒーレントな光を収束光として斜め方向に入射させ、
その反射光をＣＣＤカメラｌで撮像する。この画像情報
はフレームメモリ２に送られ、フレームメモリ２内でサ
ンプリングされて、第６図に示す５１２点の画像データ
を得ることができる。

このデータが実施例１と同様の各手段３，４゜５で、同
様に高速フーリエ変換され、フィルタリングされ、更に
高速逆フーリエ変換され、その結果得られたデータが第
７図に示すものである。又、実施例１と同様にしてラフ
エツジ検出手段６で検出されたラフエツジ情報が第８図
に示すものである。そして、第７図に示すデータと第８
図に示すラフエツジ情報とが、エツジ抽出手段７で実施
例１と同様に演算されて第９図に示す結果を得ることが
できる。

このようにして本実施例では、３４９番目のデータにピ
ークか現われていることを認識でき、第６図と比較して
エツジが正確に検出されていることを理解できる。尚、
第７図乃至第９図に示すデータは最大値で正規化されて
いる。

１鬼亘１ 本実施例はフィルター手段３以外は実施例２と同一構成
であり、フィルタｉ手段３は空間周波数領域で０次のデ
ータのみを０にするフィルタリングが行なわれるように
なっている。上述の実施例１．２ではフィルター手段３
は高次のデータ（高周波成分）をも０にするようになっ
ているが、これはエツジ検出の際のノイズを除去するた
めであり、本来的には本実施例のように０次のデータの
みを除去すれば十分なはずである。

上述のような構成で実施例２と同一の画像データを処理
した。この場合、逆フーリエ変換手段５による高速逆フ
ーリエ変換後のデータは第１θ図に示すものが得られ、
このデータとラフエツジ情報とのエツジ抽出手段７によ
る演算結果は第１１図に示すものが得られた。第９図と
同様に３４９番目のデータにピークか現われ、エツジか
正確に検出されていることを認識できる。

しかし、第１１図のデータにおいては、エツジ位置を示
すピークの両脇にノイズ成分が見られる。

従って、誤差成分を極力なくすという意味では、実施例
１又は実施例２のようにフィルター手段３において、適
度に高周波成分即ち高次データを０次データと共に除去
しておくことが好ましく、より高精度なエツジ検出を行
なうことができる。尚、第１０図及び第Ｘ１図のデータ
は最大値で正規化されている。

叉」ｕｉ土 本実施例では、被測定物である平面ガラス基板に対して
コヒーレントなレーザ光を収束光として照射し、この反
射光をデイフユーザで受けたものを画像入力手段１であ
るＣＣＤカメラで撮像して入力画像を得るようになって
いる。そして、この画像情報をフレームメモリでサンプ
リングしてサンプリングデータとしたものが第１２図に
示されたデータである。このデータはスペックルが多数
含まれたノイズ成分の多い画像の代表的な例といえる。

又、フーリエ変換手段３及び逆フーリエ変換手段５は上
述の実施例と同一のものが用いられている。フィルター
手段４は空間周波数領域のデータのうち０次のデータと
６次より大きいデータを０にするフィルタリングを行な
うようになっている。

そして、上述の実施例と同様に第１２図に示すサンプリ
ングデータをフーリエ変換、フィルタリング及び逆フー
リエ変換することによって得られた結果が第１３図に示
すデータである。

次に、ラフエツジ検出手段６による上述の実施例とは異
なる手法による大まかなラフエツジ情報の検出手順につ
いて第１４図に基づいて説明する。

第１２図に示すデータをフーリエ変換すると、第１４図
（ａ）に示す空間周波数領域のデータが得られるが、−
船釣にサンプリング手段２でサンプリングされたエツジ
データは（第１２図のように）ノイズ（雑信号）を含む
場合が多くてラフエツジを検出しにくいので、高周波成
分をカットする必要がある。本実施例は第１４図（ａｌ
のデータから１５次以上の高周波成分をカットしく同図
（ｂ）参照）、これを逆フーリエ変換してやると同図（
Ｃ１に示すデータ（第１２図に対応する）が得られる。

このデータは同図（ｄ）に示すように５１２点のデータ
がプロットされており、例えば左方からこれらの点の隣
同志の明るさの差を計算し、この差の値の符号が変換す
る迄（Ａ−Ｂ間）差の値を加算して、その総和をとる。

そして差の符号が変わってから再び差の符号が変わる迄
（Ｂ−０間）の差の値の総和をとり、このような計算を
全てのデータに対して行なう。これらの計算値は同図（
ｅ）に示すグラフで表わされ、Ａ−Ｂ間の計算値はａ−
ｂ間に、Ｂ−０間の計算値はｂ−ｅ間に夫々各符号に応
じて表示され、他のデータについても同様に表示される
。

そして図（ｅ）の計算値を夫々ｌＯ乗（多乗すれば１０
乗でなくてもよい）してやれば、ｄ−ｅ間のデータ以外
は全て近似的に０と判断でき、第１５図に示すようなラ
フエツジ情報が得られる。

このようにして検出されたラフエツジ情報は矩形形状の
ものになり、ノイズが除去されて、傾きが一番大きくて
連続的に変化しているエツジ部分か大まかに検出されて
いる。

このラフエツジ情報と逆フーリエ変換で得られた第１３
図のデータとを、エツジ抽出手段７で上述の実施例と同
様の演算をして両データの相関を取ることにより、第１
６図に示す結果が得られる。

図中、２１４番目のデータにピークが現われ、エツジが
正しく検出できていることが理解できる。

尚、第１３図、第１４図（ａ）、　（ｂ）、第１５図、
第１６図は最大値で正規化されている。

ところで、上述の各実施例では、フィルター手段４によ
るフィルタリングに関して空間周波数領域で、０次のデ
ータのみをカットした場合と、０次と高次のデータの両
方をカットした場合について説明したが、基本的には０
次のデータのみをカットすれば良く、画像中のノイズ成
分の大きさに応じて上述の他の実施例のように６次、１
０次或いは更に高次のデータ等適当な範囲を適宜選択し
てフィルタリングすればよい。

又、大まかなエツジ位置を検出するラフエツジ検出手段
６として上述の各実施例では、フーリエ変換による第一
データと第一データをフィルタリングして高速逆フーリ
エ変換した第二データとの差分を取る手段や実施例４で
説明した手段等を採用したが、これは既にフーリエ変換
手段３でフーリエ変換したデータがあり、そのデータを
使用することが簡単且つ容易であるためである。従って
、このような手段に限定されるものではなく、他の手段
例えば原画像をスムージングして害られた画像の差分等
からラフエツジ情報を求めても同様の処理を行なうこと
ができる。更に差分を取る手段以外の手段であっても、
エツジを大まかに検出できる手段であればどのようなも
のを採用してもよく、同一の効果が得られることは明ら
かである。

尚、上述の各実施例等では、光学的な画像に関するエツ
ジ検出手段について述べたが、これに限定されることな
く本発明は電磁波全搬に応用できるものであり、時系列
データの処理にまで応用することかできる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明に係るエツジ検出装置は、空間周波
数領域で少なくとも０次部分をカットするフィルター手
段と、大まかなエツジ位置情報を検出するラフエツジ検
出手段と、逆フーリエ変換して得られたデータから、大
まかなエツジ位置情報をもとにしてエツジ情報を抽出す
るエツジ抽出手段とを備えているから、エツジ情報の含
まれた画像からエツジ位置を簡単且つ高精度に検出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す概念図、第２図乃至第
５図は実施例１の各データを示す図、第６図乃至第９図
は実施例２の各データを示す図、第１０図及び第１１図
は実施例３の各データを示す図、第１２図、第１３図、
第１５図、第１６図は実施例４の各データを示す図であ
って、このうち第２図、第６図、第１Ｏ図、第１２図は
夫々サンプリングされたデータの図、第３図、第７図。 第１３図は夫々逆フーリエ変換されたデータの図、第４
図、第８図、第１５図は夫々ラフエツジ情報のデータの
図、第５図、第９図、第１１図、第１６図は夫々エツジ
位置を示すデータの図、第１４図（ａｌ、　（ｂ）、　
（ＣＬ　（ｃｌｌ、　（ｅ）は実施例４におけるラフエ
ツジ情報を検出する手順の説明図である。 ｌ・・・・画像入力手段、２・・・・サンプリング手段
、３・・・・フーリエ変換手段、４・・・・フィルター
手段、５・・・・逆フーリエ変換手段、６・・・・ラフ
エツジ検出手段、７・・・・エツジ抽出手段。 ″ｃＤ−π １トー躯　６Ｓ″醗千ノ １トー曝６２Ｆ〜ｔノ １トー曝Ｇ瞥−十ノ ′：′　　　石　　３　６　　る　　き　　る　　６　
３　６　６データ番号 手続補正書（自発） 平成　３年　１月２３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エッジ情報の含まれた画像を入力する画像入力手段と、
   入力された該画像をデジタルデータに変換するサンプリ
   ング手段と、該デジタルデータを高速フーリエ変換する
   フーリエ変換手段と、フーリエ変換されたデータの少な
   くとも０次の空間周波数成分をカットするフィルター手
   段と、該フィルター手段で得られたデータを高速逆フー
   リエ変換する逆フーリエ変換手段と、前記エッジ情報の
   含まれた画像に基づいて大まかなエッジ位置情報を検出
   するラフエッジ検出手段と、前記逆フーリエ変換手段で
   得られたエッジ位置データとラフエッジ検出手段で得ら
   れた大まかなエッジ位置情報との相関からエッジ位置を
   算出するエッジ抽出手段と、を備えたエッジ検出装置。