JPH04350613A - 画像認識装置 - 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、画像認識装置に関し、
特に、画像認識装置を応用する装置の温度変化による認
識する対象物の像の結像レンズ焦点ぼけを防ぎ、更に温
度変化による認識対象の像の倍率補正を行い画像の認識
を行うようにした画像認識装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像認識装置を応用する装置とし
ては、産業用画像認識装置（例えば、電子情報通信ハン
ドブック，第１２編参照）、あるいは外観検査装置（例
えば、電気学会発行の「外観検査装置の自動化」参照）
などがあり、それぞれの分野において利用されている。

【０００３】このような従来における画像認識装置を応
用する装置の画像認識装置においては、認識する対象物
の像の結像レンズの焦点合わせの温度補償については考
慮されていない。自動制御により光学レンズ系の自動焦
点合せを行う閉ループの自動制御系の技術が開発されて
いるが、ミクロンオーダの精密な画像認識を必要とする
画像認識装置については、このような閉ループの自動制
御による自動焦点合せ技術では、安定した検出画像を得
られることはできず、得られた画像の倍率が常に変化し
ているため、画像認識を行う場合に誤認識が生ずる。

【０００４】このため、例えば、ミクロンオーダの精密
な画像認識を必要とする画像認識装置は、特別な温度管
理がなされた恒温室に設置されて使用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術では、画像認識を行う場合に、温度変化による焦点ぼ
け，像の倍率変化などについての配慮がなされておらず
、画像認識装置を用いる画像認識応用装置の使用環境温
度が変化した場合、焦点合わせが精密に行われず、焦点
ぼけや、画像結像倍率のずれが生じ、画像の誤認識が発
生するという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、画像認識応用装置として
使用する場合に、使用環境温度の変化により画像認識処
理の誤認識が生じないような画像認識装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の画像認識装置は、認識する対象物の像を画
像検出器上に結像する結像レンズを有し、対象物と結像
レンズの間の距離を検出し、画像検出器上の画像が合焦
点位置となるように対象物を移動制御し、対象物の像を
認識する画像認識装置において、結像ンズの温度を検出
する温度検出手段と、該温度検出手段により検出された
温度の温度変化から結像レンズの焦点距離の変化を算出
し、対象物と結像レンズの間の距離を制御する制御手段
と、制御した対象物と結像レンズの間の距離により画像
検出器から得られた画像の倍率補正を行い、画像認識を
行う画像認識手段とを有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】この画像認識装置においては、温度検出手段が
結像ンズの温度を検出する。該温度検出手段により検出
された温度の温度変化は、制御手段に与えられ、制御手
段が温度変化から結像レンズの焦点距離の変化を算出す
る。この焦点距離の変化の算出は、予め測定したおいた
レンズ温度と焦点距離の相関特性により焦点距離の変化
を算出することにより行う。そして、対象物の位置を移
動する制御を、焦点距離から合焦点位置となるように、
算出した結像レンズと対象部の間の距離にしたがって、
対象物と結像レンズの間の距離を制御する。画像認識手
段が制御した対象物と結像レンズの間の距離により画像
検出器から得られた画像の倍率補正を行い、画像認識を
行う。これにより、結像レンズの温度変化が生じても、
結像レンズの温度による焦点距離変化が算出されて、焦
点距離の補正，結像倍率の補正が行われるので、認識す
る対象物の像は常に安定して得られ、正しく画像認識処
理を行うことができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体
的に説明する。図１は、本発明の一実施例にかかる画像
認識装置の要部の構成を示すブロック図である。図１に
おいて、１結像レンズ部、２は認識する対象物、３は画
像検出器、４は高さ検出のための検出光を発光する高さ
投光器、５は高さ検出器、６は温度検出器、７は画像検
出回路、８は温度検出回路、９は高さ検出回路である。 １０は画像認識処理および制御処理を行うコンピュータ
であり、１１はＸＹＺテーブル、１２光学系フレームで
ある。１３は焦点距離補正処理部、１４は倍率補正処理
部である。

【００１０】結像レンズ部１は、対象物２の上方にあり
、更にその上方に画像検出器３が位置している。対象物
２の高さを検出するため、高さ検出投光器４と高さ検出
器５とが同一の光学フレーム１２上に搭載してある。 温度検出器６は結像レンズ部１上に取付けられている。 温度検出器６は温度検出回路８に接続され、画像検出器
３は画像検出回路７に接続され、また、高さ検出器５は
高さ検出回路９に接続されている。画像検出回路７，温
度検出回路８，および高さ検出回路９はそれぞれコンピ
ュータ１０に接続されており、各々の検出回路から検出
されたデータはコンピュータ１０に入力される。コンピ
ュータ１０内には、温度変化に応じて焦点距離合せを行
う焦点距離補正処理部１３および焦点距離により倍率補
正を行う倍率補正処理部１４が備えられている。一方、
対象物２はＸＹＺテーブル１１上に取付けられ、ＸＹＺ
テーブル１１はコンピュータ１０に接続され、コンピュ
ータ１０により移動制御が行われる。

【００１１】このように構成されている画像認識装置の
概略の動作を説明すると、まず、結像レンズ部１の温度
変化を温度検出器６が検出し、温度検出回路８において
温度を示すアナログ電圧をディジタル量に変換する。コ
ンピュータ１０は、温度検出回路８から、ディジタル量
で示された温度を読み取り、結像レンズ１の焦点距離の
変化を算出する。次に、高さ検出投光器４を点灯し、対
象物２の高さを高さ検出器５で検出し、高さを示すアナ
ログ電圧を得る。高さを示すアナログ電圧は、高さ検出
回路９でディジタル量に変換されて、コンピュータ１０
に取り込まれる。コンピュータ１０は、取り込まれた対
象物２の高さにより、画像検出器３上の画像が、温度変
化による焦点距離の変化を含めて合焦点位置となるよう
に、対象物２の高さ位置を補正計算し、ＸＹＺテーブル
１１に移動命令を出す。

【００１２】対象物２の画像は画像検出器３で検出され
、画像検出回路７によりアナログ電圧からディジタル量
に変換されて、コンピュータ１０に検出されて画像が取
り込まれる。コンピュータ１０では、取り込んだ画像に
対して、焦点距離補正処理部１３が温度変化に応じて焦
点距離合せを行った焦点距離により、倍率補正処理部１
４が倍率補正を行い、高さ位置の補正に伴う結像倍率の
変化の倍率補正を行った後に画像認識処理を行う。

【００１３】図２は、結像レンズの使用環境温度変化と
結像レンズの焦点距離変化の相関特性を示す図である。 温度ｔ℃における焦点距離はｆｍｍで示され、温度ｔ′
℃のときの焦点距離はｆ′ｍｍで示される。温度ｔとｔ
′が通常の室内温度領域では、焦点距離と温度の間には
、直線の相関関係がある。この相関関係を利用して、焦
点距離補正処理部１３が温度変化に応じて、結像レンズ
の温度変化による焦点距離変化を算出する。

【００１４】図３は、焦点距離が変化した場合に焦点ず
れのない検出画像を得るための光学系の対応方法を説明
する図である。ここでの対応方法には、図３（Ａ）に示
すように画像検出器２３と結像レンズ２１の間ｂの距離
を変化させる第１の方法と、図３（Ｂ）に示すように、
対象物２２と結像レンズ２１の間の距離ａを変化させる
第２の方法と、また、図３（Ｃ）に示すように、画像検
出器２３と結像レンズ２１の間の距離ｂおよび対象物２
２と結像レンズ２１の間の距離ａの双方の距離を変化さ
せる第３の方法との３つの方法がある。

【００１５】第１の方法は、図３（Ａ）に示すように、
結像レンズ２１の焦点距離がｆからｆ′に変化した場合
、対象物２２と結像レンズ２１の間の距離ａを変えずに
、画像検出器２３と結像レンズ２１の間の距離をｂから
ｂ′に変えて、画像検出器２３を位置２４とし、合焦点
画像を得る方法である。但し、この方法では、結像倍率
Ｍがｂ／ａからｂ′／ａとなって変化する。第２の方法
は、図３（Ｂ）に示すように、結像レンズ２１の焦点距
離がｆからｆ′に変化した場合、結像レンズ２１と画像
検出器２３との間の距離ｂを変えずに、対象物２２と結
像レンズ２１の間の距離をａからａ′に変えて、対象物
２２を位置２５とし、合焦点画像を得る方法である。 但し、この方法でも、結像倍率Ｍはｂ／ａからｂ／ａ′
となって変化する。また、第３の方法は、図３（Ｃ）に
示すように、結像レンズ２１の焦点距離がｆからｆ′に
変化した場合、結像倍率Ｍが変化しないように、結像レ
ンズ２１と対象物２３と間の距離ｂ，および結像レンズ
２１と画像検出器２３との間の距離ａの双方を変える方
法である。すなわち、対象物２２と結像レンズ２１の間
の距離をａからａ″に変え、対象物２２を位置２６とし
、更に、結像レンズ２１と画像検出器２３との間の距離
をｂからｂ″に変えて、画像検出器２３を位置２７とす
る方法である。この方法によれば、結像倍率Ｍが変化し
ないように対応できる。

【００１６】このような対応方法により、結像レンズの
温度変化によって焦点距離が変化した場合にも、焦点ず
れのない検出画像を得ることができる。この３つの対応
方法のいずれの方法を用いるようにしても良いが、いず
れの場合においても、温度変化による焦点距離変化を補
償し、それに伴う像の倍率変化を補償する。これにより
、結像レンズの温度変化による焦点距離変化のために生
ずる焦点ぼけを防ぐことができ、また、焦点距離変化に
伴う結像倍率の変化を算出して、検出画像の倍率を補正
することで、正しく画像認識を行うことができる。

【００１７】このような焦点距離変化の補償処理および
倍率変化の補償処理は、コンピュータ１０に設けられた
焦点距離補正処理部１３および倍率補正処理部１４の処
理により行われる。すなわち、焦点距離補正処理部１３
が温度変化に応じて焦点距離合せを行い、その補正され
た焦点距離により、倍率補正処理部１４が倍率補正を行
い、高さ位置の補正に伴う結像倍率の変化の倍率補正を
行った後に画像認識処理を行う。

【００１８】図４は、焦点距離補正処理部および倍率補
正処理部の一連の処理の流れを説明するフローチャート
である。次に、ここで実行される自動焦点距離の温度補
償処理および結像倍率の温度補償処理の処理の流れを説
明する。図４を参照して説明する。まず、焦点距離の温
度補償処理３１が実行され、続いて結像倍率の温度補償
処理３２が実行される。自動焦点距離の温度補償処理３
１においては、まず、ステップ４１において、認識する
対象物の高さ読取りを行い、次のステップ４２において
、結像レンズの温度ｔ′の読み取りを行う。次に、ステ
ップ４３において、読み取られたレンズの温度ｔ′から
、予じめ定めらた温度−焦点距離の相関関係（図２）か
ら結像レンズの焦点距離ｆ′，倍率Ｍ′を算出する処理
を行う。そして、次のステップ４４において、合焦点位
置となる対象物の結像レンズ間の距離ａ′を算出する。 次に、ステップ４５において、ＸＹＺテーブルを移動さ
せて、対象物を合焦点位置に移動させる。この対象物の
移動により、焦点位置は合致して焦点ぼけのない画像が
画像検出器から得られるが、これより、対象物の結像倍
率が変化したので、次に続いて結像倍率の温度補償処理
３２が実行される。結像倍率の温度補償処理３２では、
ステップ４６において、画像検出器からの画像データを
取り込み、次のステップ４７において、変化させた焦点
距離に応じて検出された画像に対する結像倍率を補正す
る処理を行う。これにより、温度変化が生じも、温度変
化の影響が除去された画像が得られる。

【００１９】図５は、本発明の他の実施例にかかる画像
認識装置の要部の構成を示すブロック図である。結像レ
ンズ部１は対象物２の上方にあり、更に、その上方に、
ハーフミラー５１が設けられている。ハーフミラー５１
の上方には、画像検出器３があり、ハーフミラー５１の
右方に、焦点検出用画像検出器５２がある。ハーフミラ
ー５１，画像検出器３，および焦点検出用画像検出器５
２は、センサステージ５０上に搭載されている。また、
結像レンズ部１およびセンサステージ５０は、同一光学
フレーム１２上に搭載されている。温度検出器６は、結
像レンズ１上に取付けられている。温度検出器６は温度
検出回路８に接続され、画像検出器３は画像検出回路７
に接続され、焦点検出用画像検出器５２は焦点位置検出
回路５３に接続されている。ここでの画像検出回路７，
焦点位置検出回路５３，および温度検出回路８は、コン
ピュータ１０に接続されており、各々の検出回路から検
出されたデータはコンピュータ１０に入力される。コン
ピュータ１０内には、温度変化に応じて焦点距離合せを
行う焦点距離補正処理部５４と、焦点距離により倍率補
正を行う倍率補正処理部５５とが備えられている。一方
、対象物２はＸＹＺテーブル１１上に取付けられ、ＸＹ
Ｚテーブル１１はコンピュータ１０に接続され、コンピ
ュータ１０により移動制御が行われる。

【００２０】このように構成されている他の実施例にか
かる画像認識装置の概略の動作を説明すると、まず、結
像レンズ部１の温度変化を温度検出器６が検出し、温度
検出回路８で温度を示すアナログ電圧をディジタル量に
変換する。コンピュータ１０は温度検出回路８からディ
ジタル量で示された温度を読み取り、結像レンズ１の焦
点距離の変化を算出する。これは、例えば、前述のよう
に温度変化と焦点距離変化との対応関係（図２）を示す
演算テーブルより算出する。一方、焦点検出用画像検出
器５２は、対象物２に対し、画像検出器３と同一光学距
離に設置されている。焦点検出用画像検出器５２は、結
像レンズ１およびハーフミラー５１を介して対象物２の
画像を取り込む。その出力は、焦点位置検出回路５３に
おいて、合焦点度に対応したコントラスト値に変換され
る。変換されたコントラスト値はコンピュータ１０に取
り込まれる。コンピュータ１０では取り込んだコントラ
スト値に従って焦点距離補正処理部５４の制御により、
センサステージ５０を移動制御し、移動させながら、最
も良いコントラスト値が得られる位置を見つけだし、セ
ンサステージ５０をコントラスト値の最も良い点、すな
わち、合焦点位置に位置決めする。このとき変化させた
焦点距離を記憶しておく。

【００２１】次に、対象物２の画像を画像検出器３で検
出し、画像検出回路７でアナログ電圧からディジタル量
に変換し、コンピュータ１０に検出画像を取り込む。ま
た、コンピュータ１０は、結像レンズ１に取り付けられ
た温度検出器６から温度検出を行い、温度検出回路８を
介して検出された温度データをディジタル量で得る。ま
た、焦点距離補正処理部５４は、温度検出に伴い、結像
レンズ１の焦点距離の変化を算出し、算出した焦点距離
の変化に合せるべく、ＸＹＺテーブル１１を移動制御す
る。そして、変化させた焦点距離により、倍率補正処理
部５５が合焦点時の結像倍率の変化を算出し、検出画像
に対して倍率補正を行い、画像認識処理を行う。

【００２２】図６は、別の他の実施例にかかる焦点距離
補正処理部および倍率補正処理部の一連の処理の流れを
説明するフローチャートである。ここで実行される自動
焦点距離の制御処理および結像倍率の温度補償処理では
、ＸＹＺテーブルの移動制御を行って焦点距離の補正を
行い、更にそれに伴う結像倍率変化の補償処理および温
度補償処理を行う。なお、前述のように、センサステー
ジの移動制御を行って自動焦点距離の制御および結像倍
率の温度補償の処理を行うようにしてもよい。

【００２３】図６を参照して処理の流れを説明する。ま
ず、自動焦点距離にかかる制御処理５６が実行され、続
いて結像倍率の温度補償処理５７が実行される。自動焦
点距離の制御処理５６においては、まず、ステップ６１
において、ＸＹＺテーブルをＺ方向に低速に移動を開始
し、次にステップ６２において、焦点検出用画像検出器
からの画像情報を取り込む。そして、次のステップ６３
において、検出された画像のコントラスト値が最高とな
る位置でＸＹＺテーブルの移動を停止させる。これによ
り、焦点位置は合致して焦点ぼけのない画像が画像検出
器から得られることになるが、これより、対象物の結像
倍率が変化したので、次に続いて結像倍率の温度補償処
理５７を実行する。

【００２４】結像倍率の温度補償処理５７では、ステッ
プ６４において、結像レンズの温度ｔ′の読み取りを行
う。次に、ステップ６５において、読み取られたレンズ
の温度ｔ′から、予じめ定めらた温度−焦点距離の相関
関係（図２）により結像レンズの焦点距離ｆ′，倍率Ｍ
′を算出する処理を行う。そして、次のステップ６６に
おいて、検出された画像に対して結像倍率の補正を行う
。このように、結像倍率の温度補償処理５７では、温度
変化のデータを取り込み、変化させた焦点距離に応じて
、検出された画像に対する結像倍率を補正する処理を行
う。これにより、温度変化が生じも、温度変化の影響が
除去された画像が得られる。

【００２５】以上説明したように、本実施例によれば、
結像レンズの温度変化による焦点距離変化と、それに伴
う結像倍率の変化を算出し、検出画像の倍率を補正する
ことで正しく画像認識できる効果がある。ここで説明し
た本実施例にかかる画像認識装置における特徴点をまと
めると次のようになる。すなわち、 （１）認識する対象物の像を画像検出器上に結像する結
像レンズを有し、対象物と結像レンズの間の距離を検出
し、画像検出器上の画像が合焦点位置となるように対象
物を移動制御し、対象物の像を認識する画像認識装置に
おいて、結像レンズの温度を検出し、温度変化による結
像レンズ焦点距離変化を算出し、算出した焦点距離変化
により対象物を移動し、対象物の像の焦点ぼけを防ぐ。

【００２６】（２）画像認識装置において、更に、温度
変化から結像倍率の変化を算出し、検出された画像を倍
率補正して、温度変化による画像の変化を補正してから
認識を行う。

【００２７】（３）対象物の像を検出器上に結像する結
像レンズを有し、対象物と結像レンズの間の距離を検出
し、上記検出器上の画像が合焦点位置となるように、対
象物を移動制御する画像認識装置において、結像レンズ
の温度を検出し、温度変化によるレンズの焦点距離を算
出し、更に、焦点距離変化から、検出器上の像の焦点ぼ
けを防ぐと同時に、結像倍率が変化しないように、対象
物と像検出器の位置、または対象物と結像レンズの位置
を移動する。

【００２８】（４）対象物の像を検出器上に結像する結
像レンズを有し、結像レンズを通して検出器上の合焦度
を検出し、検出器上の画像が合焦点位置となるように、
対象物または結像レンズまたは検出器の位置を移動制御
する画像認識装置であって、結像レンズの温度を検出し
、温度変化によるレンズ焦点距離変化および結像倍率を
算出し、検出された画像を倍率補正して、画像を認識す
る。

【００２９】（５）また、画像認識装置は、結像レンズ
の温度を検出し、結像レンズの温度から、予め測定した
おいたレンズ温度と焦点距離の相関特性より焦点距離を
算出し、焦点距離から合焦点位置となるように結像レン
ズと対象部の間の距離を算出し、対象物の位置を移動す
る制御を行う。

【００３０】（６）画像認識装置では、結像レンズの温
度を検出し、結像レンズの温度から予め測定しておいた
レンズ温度と焦点距離の相関特性から焦点距離を算出し
、焦点距離から合焦点位置となるように、結像レンズと
対象物間の距離を算出し、対象物を移動制御すると同時
に、結像倍率を算出し、検出された画像を倍率補正して
認識できるようにする。

【００３１】（７）画像認識装置では、結像レンズの温
度を検出し、結像レンズの温度から、予め測定しておい
たレンズ温度と焦点距離の相関特性より、焦点距離を算
出し、焦点距離から所定の結像倍率となると同時に、合
焦点位置となるように、結像レンズと対象物間の距離及
び結像レンズと検出器間の距離を算出し、対象部と検出
器または結像レンズの位置を移動制御する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画像認識装置において、結像レンズの温度変化による焦
点ぼけを防き、温度変化のよる結像倍率を補正して、画
像認識を行うので、誤認識を防ぐことができる。また、
対象物の高さ検出して焦点距離の変化を算出し、結像レ
ンズの温度変化による焦点ぼけおよび結像倍率の変化を
補正するので、正しく画像認識できる。また、結像レン
ズを介して自動焦点合わせを行う画像認識装置において
も、結像レンズの温度変化による結像倍率の変化を補正
できるので、正しく画像認識できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例にかかる画像認識装置
の要部構成を示すブロック図、

【図２】図２は結像レンズの使用環境温度変化と結像レ
ンズの焦点距離変化の相関特性を示す図、

【図３】図３
は焦点距離が変化した場合に焦点ずれのない検出画像を
得るための光学系の対応方法を説明する図、

【図４】図４は焦点距離補正処理部および倍率補正処理
部の一連の処理の流れを説明するフローチャート、

【図
５】図５は本発明の他の実施例にかかる画像認識装置の
要部の構成を示すブロック図、

【図６】図６は別の他の実施例にかかる焦点距離補正処
理部および倍率補正処理部の一連の処理の流れを説明す
るフローチャートである。

【符号の説明】

１…結像レンズ部、２…認識する対象物、３…画像検出
器、４…高さ投光器、５…高さ検出器、６…温度検出器
、７…画像検出回路、８…温度検出回路、９…高さ検出
回路、１０…コンピュータ、１１…ＸＹＺテーブル、１
２…光学系フレーム、１３…焦点距離補正処理部、１４
…倍率補正処理部、５０…センサステージ、５１…ハー
フミラー、５２…焦点検出用画像検出器、５３…焦点位
置検出回路、５４…焦点距離補正処理部、５５…倍率補
正処理部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　認識する対象物の像を画像検出器上に
   結像する結像レンズを有し、対象物と結像レンズの間の
   距離を検出し、画像検出器上の画像が合焦点位置となる
   ように対象物を移動制御し、対象物の像を認識する画像
   認識装置において、結像ンズの温度を検出する温度検出
   手段と、該温度検出手段により検出された温度の温度変
   化から結像レンズの焦点距離の変化を算出し、対象物と
   結像レンズの間の距離を制御する制御手段と、制御した
   対象物と結像レンズの間の距離により画像検出器から得
   られた画像の倍率補正を行い、画像認識を行う画像認識
   手段とを有することを特徴とする画像認識装置。