JPH04337878A - 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】

【０００１】

【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ッジ、特に複数のエッジを画像
処理によって同時に検出するためのエッジ検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】画像中に含まれるエッジを画像処理によ
って検出する装置は、近年、工場内においてＦＡ（ファ
クトリー・オートメイション）化の進んだ生産ライン中
に多数導入され、製品検査工程等で用いられている。 又、物理量を光学的に測定する測定器等においても、従
来より多数採用されている。これらのエッジ検出装置は
、非接触でエッジ検出を行うため、測定対象物を傷つけ
る恐れはなく又、ＦＡ化の進んだ動きの速い生産ライン
にも対応し易いという利点がある。

【０００３】これらエッジ検出装置に用いられているエ
ッジ検出手段としては、一般的には画像の微分又はラプ
ラシアンをと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ッジを
検出する方法も知られている（「Ａ　ｓｐｅｃｉａｌ　
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｆｉｌｔｅｒ　ｔｏ　ｒｅｍｏｖ
ｅ　ｚｅｒｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　」，　Ｋ．Ｇ．Ｂ
ＩＲＣＨ，　ＯＰＴＩＣＡ　ＡＣＴＡ，　ｖｏｌ．１５
　Ｎｏ．２，　ｐ１１３〜１２７　（１９６８）　　参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したエッジ検出手
段の内、画像の微分やラプラシアンをとってエッジを検
出する手段の場合、観察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
ため、画像の平滑化を行ってから微分やラプラシアンを
実行する方法がとられている。しかし、この平滑化のた
めに画像はなまり、正確なエッジ検出ができなくなって
しまうという欠点がある。

【０００５】又、空間周波数領域で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
エッジを検出できる手段ではあるが、実際には光学系を
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、高精度にエッジを検出すること
は困難である。

【０００６】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、入力画像に基づいて画像中に含まれる明暗のエ
ッジ、特に複数のエッジを同時且つ高精度に検出できる
ようにしたエッジ検出装置を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によるエ
ッジ検出装置の構成及び作用を図１に基づいて説明する
。図中、１は複数のエッ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１
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次光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次光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１で得られた画
像等に基づいてこの画像の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、７はこの大まかなエッジ位
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
からエッジ位置情報を抽出するエッジ抽出手段である。

【０００８】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ＢＩＲＣＨ等の方法
も０次光をフィルタリングすることにより、エッジ部分
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
高度なアライメント精度が要求される。しかし、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
ことによって簡単に対処することができる。

【０００９】又、電気的に処理する場合に用いる、フー
リエ変換等の信号処理用のデバイスやＡＤ変換素子等の
各種デバイス素子は、処理速度が高速化されてきている
と共に、廉価のものが簡単に入手できるきるようになっ
てきており、コスト的にも有利である。このような点を
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。

【００１０】次に、上述した構成のもとで、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複数の
エッジ位置を同時に抽出する、本発明のエッジ検出装置
の作用を説明する。説明を簡単にするために、図１にお
いて、二次元の画像情報の内のある一次元情報を用い、
更にその中に２つのエッジ情報が含まれている場合につ
いて説明する。

【００１１】画像入力手段１に２カ所のエッジ情報を含
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次光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によって逆フーリエ変換されてもとの空間
情報に戻される。

【００１２】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で０次光がカットされたことによって、
逆フーリエ変換したときに２カ所のエッジ部分が谷を形
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ッジ検出を行うことがで
きる。しかしながら、被測定物の画像をサンプリングす
る範囲は有限であり又、得られたデータ情報は、ノイズ
の影響受けて、本来の２カ所のエッジ位置のみが谷にな
っているとは限らず、サンプリングの際の画像の切れ目
や画像の切れ目とエッジとの中間の位置にも谷が形成さ
れる。従って、図１で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２カ所のエ
ッ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成す形状
となっており、更にエッジ部分と端の部分との間には夫
々数カ所のピークと落ち込み（谷）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
たいエッジ位置を正確に抽出することが必要となる。

【００１３】この場合、エッジ位置のデータの落ち込み
が他の位置の落ち込みよりも大きければ、エッジ位置の
抽出は容易であるが、発明者等が様々のエッジに関して
シミュレーションした結果、エッジ位置の落ち込みの量
が常に他の位置の落ち込みよりも大きいわけではなかっ
た。又、エッジ位置の落ち込みが急激であることに着目
し、その前後のデータの傾き情報に基づいてエッジ位置
を抽出することもシミュレーションによって試みたが、
特に入力画像にノイズが多い場合に、エッジ位置以外の
落ち込みで、前後のデータの傾き情報がエッジ位置のも
のより大きくとらえられることがあり、この抽出方法も
望ましくないことが判明した。

【００１４】以上のシミュレーション結果を踏まえて、
本発明では、上述した逆フーリエ変換手段５で得られる
空間情報と、ラフエッジ検出手段６によって検出される
おおよそのエッジ位置情報（図１では２カ所）とを用い
て、エッジ抽出手段７で、空間情報の複数の落ち込みの
中から適宜の位置に対応する２カ所のエッジを同時に、
而も簡単且つ精度良く分離して検出するようにした。従
って、本発明によれば、複数のエッジ位置を同時に、簡
単且つ高精度に検出することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図１に示したエッジ検出装置に関して
、図２乃至図１３に示した具体的な実施例を挙げて本発
明を詳細に説明する。

【００１６】実施例１ 本実施例は、本発明が実際に有効であるかどうかを確認
するためのものであり、図２に示すような、計算機内で
発生させたノイズが全く含まれないエッジデータを画像
情報としてエッジ検出を行ったものである。本実施例に
おいては、フーリエ変換手段３乃至エッジ抽出手段７に
よる処理は、フーリエ変換と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が取り付けられた計
算機で行われるようになっている。

【００１７】図２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状態でのエッジデータを示す
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、縦軸に各データの明るさが示されており、カ
ッコ内の数字は夫々データの番号とその明るさを示して
いる。図中、２００番目から２０１番目及び３００番目
から３０１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２カ所のエッジである。 そして、図２のデータは、フーリエ変換手段３によって
フーリエ変換されて空間周波数領域のデータに加工され
た後、フィルター手段４によって０次光と１０次光以上
のデータをカットするフィルタリングが行われ、更に逆
フーリエ変換手段５により逆フーリエ変換されて実空間
のデータに戻される。尚、フィルター手段４において１
０次光以上のデータをカットするのは、エッジ検出の際
にノイズとなる高周波数成分を予め除去しておくためで
ある。

【００１８】このようにして得られたデータが図３に示
すものであり、図中、エッジ位置である２００番目と３
００番目のデータ部分は落ち込み形状を成しており、こ
の部分とデータの両端部或いは中間部の他の落ち込みと
が区別されれば、正確なエッジ位置の検出ができること
になる。尚、図３のデータは最大値で正規化されている
。

【００１９】次に、ラフエッジ検出手段６において検出
される、大まかなラフエッジ情報について説明する。先
ず、上述したフーリエ変換手段３によってフーリエ変換
された空間周波数領域のデータの内、５次光以上のデー
タをフィルタリングによりカットし、更に逆フーリエ変
換して実空間のデータを得る。そして、個々のデータと
、そのデータに隣接する位置にあるデータとの差を算出
し、これを差分データとして全データ位置に対応させた
差分データ列を求める。この差分データ列の内、データ
列両端でのエッジ検出を抑制するため、両端から夫々５
０個のデータの差分値を０とした後、データ列の差分値
を２乗する。このデータ列の中で、最大ピーク値のデー
タと２番目のピーク値のデータ、即ちピーク値が顕著な
データに大まかなエッジ部分の中心が位置しているとし
、そのピーク値の前後の夫々１０個のデータを有効デー
タとして保存してその他のデータを０とし、このデータ
列をラフエッジ情報とする。図４は、以上の方法で検出
されたラフエッジ情報を示すものであり、エッジ情報と
して、２００番目のデータに最大のピーク値、３００番
目のデータに２番目のピーク値が、同時に大まかに検出
されている。尚、図４のデータは最大値で正規化されて
いる。

【００２０】そして、エッジ抽出手段７におけるエッジ
抽出方法は、図４に示すラフエッジ検出手段６によるラ
フエッジ情報の関数Ｒ（ｘ）（ｘはデータ番号を表す）
と、図３に示した逆フーリエ変換手段５で得られたデー
タの関数Ｃ（ｘ）との相関をとることによって行う。具
体的には、Ｒ（ｘ）はエッジ位置に大まかな正のピーク
値が与えられ、Ｃ（ｘ）はエッジ位置に負のピーク値、
即ち落ち込みが与えられているから、Ｒ（ｘ）／Ｃ（ｘ
）なる演算を行えば正確なエッジ位置に正のピーク値が
現れる。この結果が図５に示すデータであり（最大値で
正規化されている）、２００番目のデータと３００番目
のデータに正のピーク値が現れており、２カ所のエッジ
位置が同時に正しく検出されていることが理解できる。

【００２１】実施例２ 本実施例では、フーリエ変換手段３乃至エッジ抽出手段
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、エッジ検出に際しては、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Ｈｅ−Ｎｅレーザ
ー光とＡｒレーザー光を収束光として斜め方向から入射
し、その反射光を回転するディフェーザーに投射して、
これをＣＣＤカメラで撮像する。この画像情報はフレー
ムメモリーに送られ、フレームメモリー内でサンプリン
グされて、図６に示す、５１２点の画像データを得る。

【００２２】このデータが実施例１と同様の各手段３，
４，５で、フーリエ変換，フィルタリング，逆フーリエ
変換され、その結果得られたデータを図７に示す。又、
実施例１と同様にしてラフエッジ検出手段６で検出され
たラフエッジ情報を図８に示す。そして、図７に示すデ
ータと図８に示すラフエッジ情報とが、エッジ抽出手段
７で実施例１と同様に演算されて、図９に示す結果が得
られる。このようにして本実施例では、１６７番目と２
８３番目のデータにピーク値が現れ、図６と図９を比較
して明らかなように、エッジ位置が正確に検出されてい
ることが理解できる。尚、図７乃至図９に示すデータは
、夫々の最大値で正規化されている。

【００２３】実施例３ 本実施例では、ラフエッジ検出手段６を除いて実施例２
と同様の構成とし、被測定物も、エッジ位置が異なる実
施例２と同様の平面ガラス基板を採用した。そして、図
１０に示す、５１２点の画像データを前述した実施例と
同様の各手段３，４，５で、フーリエ変換，フィルタリ
ング，逆フーリエ変換し、その結果得られたデータを図
１１に示す。

【００２４】次に、本実施例のラフエッジ検出手段６に
ついて説明する。先ず、図１０に示す画像データを前述
したフーリエ変換手段３によって空間周波数領域のデー
タにフーリエ変換し、この空間周波数領域のデータの内
１５次光以上の高周波数成分をフィルタリングによりカ
ットし、更に逆フーリエ変換して実空間のデータを得る
。そして、このデータを、データ番号１のデータから順
次、次番号のデータとの差を算出し、この算出結果の正
負の極性が変換する迄算出結果を加算し、その総和をと
る。更に、算出結果の極性が変わってから再び極性が変
わる迄の算出結果の総和をとり、このような計算を全て
のデータに対して行う。そして、両端でのエッジ検出を
抑制するため、データの両端より５０個分のデータを０
とした上で全データを２乗する。こうして得られた短形
形状のデータの内、最大ピーク値のデータと２番目のピ
ーク値のデータ、即ちピーク値が顕著なデータに大まか
なエッジ部分の中心が位置しているとし、その他のデー
タを０とし、このデータ列をラフエッジ情報とする。 図１２は、以上の方法で検出されたラフエッジ情報を示
すものである。

【００２５】このラフエッジ情報と逆フーリエ変換手段
５により得られたデータとを、エッジ抽出手段７で、前
述した実施例と同様の演算を行い、両データの相関をと
ることにより、図１３に示す結果が得られる。図中、１
６７番目と２８３番目のデータにピーク値が現れており
、エッジ位置が正確に検出されていることが理解できる
。尚、図１１乃至図１３に示すデータは、夫々の最大値
で正規化されている。

【００２６】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次光と高次光の両方のデータをカットした場合に
ついて説明したが、基本的には０次光のデータのみをカ
ットすれば良く、画像中のノイズ成分の大きさに応じて
、０次光から高次光に適宜な範囲のデータを選択してフ
ィルタリングすれば良い。

【００２７】また、各実施例では、大まかなエッジ位置
を検出するラフエッジ検出手段６として、複数のエッジ
を同時に抽出する例を示したが、例えば２つのエッジ情
報の内１つのエッジを検出するように、複数のエッジの
中から任意のエッジを検出することも可能であり、その
場合には、検出するピーク値の数を変えて対応すれば良
い。更に、ラフエッジ手段６はフーリエ変換による処理
を施す必要はなく、他の手段、例えば原画象をスムージ
ングして得られた画像の差分等から求めても良い。又更
に、差分をとる以外の手段であっても、複数のエッジを
同時に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、同様の効果が得られることは明ら
かである。

【００２８】尚、上述の各実施例等では、光学的な画像
に関するエッ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般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ができる
。また、各実施例においてフィルター手段４は、空間周
波数領域で０次光を電気的にをカットするものであるが
、ローパスフィルターのように実画像から０次光をカッ
トしても構わない。

【００２９】

【発明の効果】上述のように本発明にかかるエッジ検出
装置は、複数のエッジ情報の含まれた画像から、同時に
複数のエッジ位置を簡単且つ高精度に検出することがで
き、光学的な画像処理に対して極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す概念図である。

【図２】実施例１における、サンプリング処理後のデー
タを示した図である。

【図３】実施例１における、逆フーリエ変換処理後のデ
ータを示した図である。

【図４】実施例１における、ラフエッジ情報のデータを
示した図である。

【図５】実施例１における、エッジ位置のデータを示し
た図である。

【図６】実施例２における、サンプリング処理後のデー
タを示した図である。

【図７】実施例２における、逆フーリエ変換処理後のデ
ータを示した図である。

【図８】実施例２における、ラフエッジ情報のデータを
示した図である。

【図９】実施例２における、エッジ位置のデータを示し
た図である。

【図１０】実施例３における、サンプリング処理後のデ
ータを示した図である。

【図１１】実施例３における、逆フーリエ変換処理後の
データを示した図である。

【図１２】実施例３における、ラフエッジ情報のデータ
を示した図である。

【図１３】実施例３における、エッジ位置のデータを示
した図である。

【符号の説明】

１　　　　　　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　　　　　　ラフエッジ検出手段 ７　　　　　　エッジ抽出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の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、前記複数のエッジ情報の含まれた画像に基づいて
   同時に複数の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
   ッジ位置のデータとラフエッジ検出手段で得られた大ま
   かな位置情報との相関から同時に複数のエッジ位置を算
   出するエッジ抽出手段と、を備えたエッジ検出装置。