JPH04185080A - 画像処理システム - 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〉、 この発明は、カメラの取付角度を対象物に対して垂直に
設定することが可能な画像処理システムに関する。

〈従来の技術〉 例えば工場などに導入される画像処理システムは、ワー
クの搬送ライン上にカメラを真下に向けて取り付け、そ
のカメラで撮像したワークの画像によりワークの形状や
向きなどを計測するものである。この場合にカメラがワ
ークに対して垂直でないとき、ワークの画像が歪んで正
確な計測が困難となるため、従来はカメラの取付金具な
どの取付部品の精度を規定することによりカメラの垂直
度を確保している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら取付金具などの取付部品の精度がばらつく
と、カメラの取付角度にもばらつきが生じ、またカメラ
の取付角度が実際にどの程度であるのかを確認できない
ため、カメラの取付角度の調整が困難である。また高精
度な計測が要求される場合は、取付部品の精度のみなら
ず、カメラのレンズの取付精度やレンズ取付面とカメラ
内部の受光素子との平行度などの精度も高めることが必
要であり、カメラのコストが著しく高価となる。

そこで出願人は、先般、第７図に示すような構成の画像
処理システムを開発した。

図中、１はカメラであって、撮像素子としてＣＯＤが用
いられている。２はカメラ１の取付角度を調整するのに
用いられる治具であり、この治具２の真上位置に前記カ
メラｌが下方に向けて配置されている。３は表示部４を
備えた画像処理装置であって、前記カメラ１と電気接続
されている。この画像処理装置３はカメラｌからの画像
信号を処理してカメラ１の垂直度合を判断することが可
能である。

前記治具２は、透明かつ厚みが均一な平板であって、表
裏面には平面的に見たとき互いに連続する２対の直線パ
ターンａｌ　＋　　ｂｌ　ｏ　　ａ！　＋ｂ、がそれぞ
れ描かれている。

第８図は、治具２を平面的に見た状態の図であり、表面
側の直線パターンａ１と裏面側の直線パターンｂ＋　と
が−直線状をなし、表面側の他の直線パターンａ、と裏
面側の他の直線パターンｂ、とが一直線状をなす。また
表面側の２　　本の各直線パターンａ＋＋ａ＊は互いに
垂直をなし、裏面側の２本の各垂直パターンｂ＋、ｂ＊
も互いに垂直をなすものである。

上記構成の治具２を光源５による背後照明下で上方より
カメラ１で撮像した場合、カメラ１が垂直であれば、例
えば直線パターンａｌ＋　ｂｌの画像は一直線状に連続
するが、もし垂直でなければ、両直線パターンａ＋、ｂ
＋の画像は境目で位置ずれするもので、前記画像処理装
置３において、このずれ量を計測することによりカメラ
ｌの取付角度を算出する。

第９図は、鉛直線６に対しカメラｌの向きが角度αだけ
傾いている状態を示しており、このカメラ１では治具２
の表面−の直線パターンａ１と裏面の直線パターンｂ１
とが距離りだけ位置ずれして観測される。

しかしながら上記の画像処理システムにおいて、各直線
パターンａ＋ｓｂ＋　とカメラｌのＣＣＤ配列との位置
関係によっては、たとえカメラｌの取付角度が垂直であ
っても、表裏の直線パターンａｔｓｂ＋の画像間にずれ
が生ずる場合がある。

すなわち直線パターンａ＋＋ｂ＋がカメラｌのＣＣＤ配
列と平行しておれば、第１０図に示すように、各直線パ
ターンの画像Ａ＋、Ｂ＋は一直線状となってずれは発生
しないが、直線パターンａ＋＋ｔ）＋　とカメラｌのＣ
ＣＤ配列との間が角度θだけずれると、各直線パターン
の画像Ａ＋、Ｂ＋の境目で２値化の変換点Ｃが発生し、
第１１図に示すように、各直線パターンの画像Ａ、、Ｂ
、間にずれが生じ、恰もカメラｌが傾いているような結
果が得られる。なお第１０図および第１１図中、各折目
は画素を示し、画像を構成する黒画素は斜線で、背景を
構成する白画素は白地で、それぞれ表しである。

いま仮にカメラｌの視野が３５ｍｍ角で倍率が７０μｍ
／画素の場合には、ｔａｎθ＝　０．０７／３５より前
記角度θはθ＝０．１１度となる。このようなわずかな
角度（θ＝０．１１度）のずれがあれば、第１１図に示
すような直線パターンの画像Ａ＋＋Ｂ１間に１画素分の
ずれが生ずる虞がある。ところがこの角度θがゼロとな
るように治具２を配置することは実際上困難であり、カ
メラｌの垂直姿勢を高精度に調整できないという問題が
ある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、カメ
ラの取付角度を対象物に対して垂直に設定することが可
能な画像処理システムを提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明にかかる画像処理システムは、撮像素子として
ＣＣＤが用いられたカメラと、カメラの取付角度の調整
に用いられる治具と、カメラからの画像信号を処理する
画像処理装置とを有している。前記カメラは、前記治具
の真上位置に下方に向けて配置される。前記治具は、透
明かつ平板状であって、表裏面には平面的に見たとき互
いに連続する対をなす直線パターンがそれぞれ形成され
ている。前記画像処理装置は、前記カメラで得た各直線
パターンの画像に対し複数のウィンドウを設定して各ウ
ィンドウ内の画像の重心位置を求めると共に、その重心
位置の配列状態に基づきカメラの垂直度合を判断する。

そして前記治具は、各ウィンドウ内の画像の重心位置が
順次変位するようカメラのＣＣＤ配列に対して各直線パ
ターンを所定の角度だけ傾けて配置される。

く作用〉 カメラのＣＣＤ配列に対し直線パターンを傾けであるの
で、両直線パターンの画像の全域にわたり規則的に２値
化の変換点が現れることになり、表裏の直線パターンの
画像間にずれが生しない。このためカメラの取付角度の
傾きと直線パターンの画像間のずれ量とが正確に対応し
、カメラの傾きを高精度に調整することが可能である。

〈実施例〉 第１図および第２図は、この発明の画像処理システムに
用いられるカメラｌの取付角度調整用の治具１１の一例
を示している。

この発明の画像処理システムは、この治具１１と第７図
に示すカメラｌおよび画像処理装置３とで構成されるも
ので、カメラ１および画像処理装置３の各構成は従来例
と同様であり、ここではその説明を省略する。

前記治具１１は、透明かつ厚みが均一な平板であって、
平面形状か正方形状に形成されている。この治具１１の
表裏面には平面的にみたとき互いに連続する２対の直線
パターンａｌ＋ｂｌおよびａｔ＋ｂｔがそれぞれ描かれ
ており、表面側の直線パターンａ＋＋ａ＊と裏面側の直
線パターンｂ、、ｂ２とがそれぞれ一直線状をなし１１
表面側の直線パターンａｌ＋ａｌ１問および裏面側の直
線パターンｂ、、ｂ、間はいずれも互いに垂直をなす。

第２図中、Ｘ、　Ｙは治具１１上に仮想設定されたＹ軸
およびＹ軸であって、Ｙ軸は２辺１２゜１３と、Ｙ軸は
他の２辺１４．１５と、それぞれ直交する。対をなす一
方の各直線パターンａ＋＋ｂ＋はＹ軸に対し、他の対を
なす直線パターンａｔ＋ｂｔはＹ軸に対し、それぞれ所
定の角度β（β＝２〜３度）だけ傾けてあり、カメラの
ＣＣＤ配列が前記Ｙ軸およびＹ軸に対応するようカメラ
に対して治具１１を位置決めしたとき、カメラのＣＣＤ
配列に対して各直線パターンａ　ｌ　＋　　ｂｌ　＋　
　ａｔ　＋　　ｂ２が前記の角度βだけ傾くようになっ
ている。

第３図は、上記構成の治具１１を真上からカメラｌで撮
像して得た２値画像１６を示している。図中、Ａ　＋　
、　Ａ　２が表面側の直線パターンの画像、Ｂ、、Ｂ、
が裏面側の直線パターンの画像であって、これら画像は
背景の白画素に対して黒画素で構成されている。画像処
理装置３は、これら各直線パターンの画像Ａｔ、ＢｚＡ
２．Ｂ！に対し複数のウィンドウＷ０〜ｗｓ　ＩＷ４〜
Ｗ７．Ｗ、〜Ｗ＋＋＋　Ｗ　１ｔ−Ｗ＋＜を所定の位置
に等間隔に設定して、各ウィンドウ内の画像につき重心
位置を求めると共に、その重心位置の配列状態に基づき
カメラ１の垂直度を判断する。

第４図は、対をなす直線パターンの各画像Ａ＋、Ｂ＋を
拡大して示しである。図中、各排口は横幅Ｘ、か１画素
分に、縦幅ｙ、が５ｏ〜１００画素分に、それぞれ対応
する。各画像Ａ＋、Ｂ＋はＹ軸に対して前記の角度βだ
け傾いており、一方の画像Ａ１にウィンドウｗ０〜Ｗ、
が、他方の画像Ｂ１にウィンドウｗ４〜ｗ７が、それぞ
れ設定されている。

前記の角度βが２〜３度に設定されると、２値化の変換
点が多く現れ、各ウィンドウ内の画像の重心位置００〜
Ｇ、　、Ｇ、〜Ｇ７のＸ座標が順次変化する。各画像Ａ
、、Ｂ、にっき重心位置００〜Ｇ、、Ｇ、〜Ｇ７を通る
直線Ｉ！、。

！、を求めると、各直線／Ａ−Ｊｓはずれることなく一
直線状に連続する。

第５図および第６図は、前記の角度βが小さいときの各
直線パターンの画像Ａ＋　、Ｂ＋を拡大して示している
。

第５図中、Ｇ、〜Ｇ１＝０４〜Ｇ、は各画像Ａ＋、Ｂ＋
の所定位置に複数のウィンドウＷ。

〜Ｗ、、Ｗ４〜Ｗ、を設定したときの各ウィンドウ内の
画像の重心位置を示している。これら重心位置のうち、
Ｇ、とＧ、、Ｇ、とＧ、　、Ｇ。

とａｓ、ａｓとＧ、とはＸ座標が一致しており、このた
め各画像Ａ、、Ｂ、にっき重心位置Ｇ０〜Ｇｓ、Ｇａ〜
Ｇ７を通る直＃！ｌＡ、Ｉｇを求めると、各直線ＩＡ＝
　　Ｉｓ間にはずれが生じることとなる。

そこでウィンドウＷ、〜Ｗｓ　、Ｗａ〜Ｗ７の設定位置
を第６図のように変更すると、各重心位置Ｇ、〜Ｇｓ、
０４〜Ｇ７のＸ座標はウィンドウ毎に順次変化し、各直
線ＩＡ、１．はずれることなく一直線状に連続する。各
ウィンドウの位置は固定されるから、ウィンドウ毎に重
心位置が変化するように前記の角度βを設定する。

例えばウィンドウの間隔を５０画素とすると、少なくと
も５０画素毎に２値化の変換点が存在するようにすれば
良い。前記カメラｌの視野が３５ｍｍ角で倍率が７０μ
ｍ／画素であれば、カメラｌのＣＣＤ配列の画素数を５
００とすると、変換点の数は５００１５０＝１０となり
、余裕を見て２０程度存在すれば良い。そのために各直
線パターンＡ１．Ｂｌの傾きか２０画素以上必要となり
、従って前記の角度βはβ＝ｊａｎ−’（２０ｘＯ，０
７／３５）＝２．２９度となる。この角度βは必要最小
限の値、２〜３度に設定されるのが望ましい。

上記構成の画像処理システムにおいて、カメラ１の取付
角度を調整するには、まずカメラ】の真下に治具１１を
置き、光源５による背後照明下でこの治具１１を撮像す
る。カメラｌによる画像信号は画像処理装置３へ送られ
て２値化され、′各直線パターンａｒ　＊　　１）＋　
＋　　ａｔ　＊　　ｂ＊は黒画素に、背景は白画素に、
それぞれ変換され、その２値画像は表示部４に表示され
る。

この２値画像を見て各直線パターンの画像Ａ＋　−Ｂ＋
　−Ａｔ　−Ｂ＊が各ウィンドウＷ、〜ＷａＳ内に入る
ように治具１１のおおまかな位置決めを行う。

つぎに画像処理装置３では、すべてのウィンドウＷ、〜
ＷａＳ内の画像の重心位置Ｇ、〜ｃｐｓを計測する。こ
の重心位置の計測データより画像処理装置３は治具１１
の設定位置からの位置ずれ量を算出して表示部４に表示
し、操作者はそれを見ながら直線パターンの交点がカメ
ラｌの光軸上に位置するよう治具１１を位置決めする。

いま画面の中心点を座標の原点とし、各ウィンドウ内の
重心位置の座標を（Ｘ＋−３’＋）（ｉ＝θ〜１５）と
すると、ｍ像処ｍ装ｒｔｓは、各重心位置の座標を用い
て最小二乗法により直線パターンの画像Ａ＋、Ｂ＋の直
線の方程式をつぎの０式により、また他の直線パターン
の画像Ａｓ、Ｂ＊の直線の方程式をつぎの■式により、
それぞれ算出する。

ｘ＝ｐ　）’＋Ｑ　　・・・・■ ｙ”ｐ’　ｘ＋ｑ’・・・・■ なお上式中、ｐ、ｑ、ｐ’　、ｑ’は定数であって、つ
ぎの０〜０式で与えられる。

・・・・■ ・・・・■ ・・・・■ ・・・・■ なお上記中、Σは各直線パターンの画像につぃての４個
のウィンドウ内の重心データの和を表している。

いま各直線パターンの画像Ａ＋　＋　　Ｂ＋　、Ａｔ　
＋Ｂ２についての定数ｐ、ｑ、　、ｐ’、ｑ’をｐ＋、
Ｑ＋、ｐ＊、Ｑｔ、ｐ２　　、（ｌｓ　　、ｐ４’、ｑ
４’とすると、治具１１のＸ軸方向のずれ量はｑｌ、Ｙ
軸方向のずれ量はｑ、′であり、カメラ１の取付角度の
ずれによるＸ軸方向のずれ量はＱ４　　Ｑ＋、Ｙ軸方向
のずれ量はｑ４’　　　Ｑｓ’である。

操作者は、治具］１のＸ軸方向およびＹ軸方向のずれ量
ｑ＋　ｒ　ｑｓ　’をゼロとした上で、ｑｌ　　Ｑ＋お
よびｑ４’　　Ｑｓ’がいずれもゼロとなるようカメラ
ｌの取付角度αを調整することになる。

なおりメラ１のＸ軸方向の取付角度α工は、治具１１の
厚みをｄ、ｑＩ　Ｑ＋をキャリブレーション倍率を用い
て実際の距離に換算した値をＤ（第９図参照）とすると
、つぎの０式で与えられる。

αｘ　＝ｊａｎ　−’　（Ｄ／　ｄ）　”（Ｄなお上記
実施例では、各直線パターンａｌ＋ｂ　Ｉ　、ａｔ　＋
　　ｂｌをＹ軸およびＹ軸に対して所定の角度βだけ傾
けて形成した治具１１が用いであるが、これに限らず、
各直線パターンａｌ＋ｂｌ−，ａ＠　＋　ｂｔを第８図
のようにＹ軸およびＹ軸に一致させた治具２を角度βだ
け傾けて用いるようにしてもよい。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、対をなす直線パターンを透明か
つ平板状の治具の表裏面に形成し、カメラのＣＣＤ配列
に対して各直線パターンを所定の角度だけ傾けて治具を
配置して、各直線パターンの撮像を行うようにしたから
、カメラの取付角度の傾きと直線パターンの画像間のず
れ量とを正確に対応させることができ、カメラの垂直度
を高精度に調整できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる画像処理システムに用いられ
る治具の斜面図、第２図は第１図の治具の平面図、第３
図は直線パターンの画像とウィンドウの設定状態を示す
説明図、第４図〜第６図は直線パターンの画像を拡大し
て示す説明図、第７図は画像処理システムめ構成を示す
斜面図、第８図は従来の治具を示す平面図、第９図はカ
メラが傾いた状態を示す説明図、第１０図および第１１
図は直線パターンの画像を拡大して示す説明図である。 １・・・・カメラ　　　　２．１１・・・・治具３・・
・・画像処理装置 ａ＋　＋　ｂｔ　＋　　ａｔ　＋　ｂｔ　””直線パタ
ーンＡｔ　、Ｂ＋　、Ａｔ　、Ｂｔ・・・・直線パター
ンの画像 特許比　願人　　オムロン株式会社 第　１　　図　；め発ｗＦＩｌ：１７ｔｔｎシｂ傳処理
システ４に困いられシ吻具＾斜ｉ図第２図オ１目＃１纒
＾平面図 Ａ１ＪＢ＋、Ａ２Ｊ２−−一直謀ｒＸ７−ンヘ９儂第　
４　図１１／ザ２−ン＾−〇東と孤スレ７示（貌哨図第
　５　　図　、！錦Ｊψクーンー合イ瓢と槁スし７示？
ｆＬ明困第　６　図１！緯２１ぐ？−シ＾訪イ象１拡人
し７テ、■良明図第８図旋呆／Ｉ隋ＪＡどテ、１早め図 第　１０　因　直線バ７−ン５轟４と孤スし２テｉ■茫
明図Ａ＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　撮像素子としてＣＣＤが用いられたカメラと、カメラ
   の取付角度の調整に用いられる治具と、カメラからの画
   像信号を処理する画像処理装置とを有する画像処理シス
   テムであって、 前記カメラは、前記治具の真上位置に下方に向けて配置
   され、 前記治具は、透明かつ平板状であって、表裏面には平面
   的に見たとき互いに連続する対をなす直線パターンがそ
   れぞれ形成され、 前記画像処理装置は、前記カメラで得た各直線パターン
   の画像に対し複数のウィンドウを設定して各ウィンドウ
   内の画像の重心位置を求めると共に、その重心位置の配
   列状態に基づきカメラの垂直度合を判断しており、 前記治具は、各ウィンドウ内の画像の重心位置が順次変
   位するようカメラのＣＣＤ配列に対して各直線パターン
   を所定の角度だけ傾けて配置されて成る画像処理システ
   ム。