JPH051507B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、カメラから出力される映像信号を
二値化する二値化回路に関する。

〔従来の技術〕

近時、ワークの外観検査等を行なう場合、人間
の視覚の代りにビデオカメラを使つてそのワーク
を撮影すると共に、その結果得られた映像信号を
デジジタル的に処理することにより、カメラ視野
内に入つているワークのキズや汚れなどの大き
さ、位置、個数等を識別することが行なわれてい
る。

このような視覚認識装置の一例を第７図乃至第
１０図を参照しながら説明すると、先ずラインセ
ンサカメラ（以下単にカメラと略称する）１によ
つて図示しない光源で照明したワーク２における
破線で示す映像範囲（撮影視野）３を走査した場
合、その撮像範囲３内に陰影を作る例えばキズ４
があると、カメラ１からは例えば第８図に示すよ
うなキズ４に対応する画素の映像レベル（信号レ
ベル）のみがそのキズ４の大きさ、形状に応じて
急激に落ち込んだ映像信号S₁が出力される。

そして、この映像信号S₁を受ける視覚認識装置
５では、その二値化回路６が映像信号S₁の映像レ
ベルを所定のスレシユホールドベルト（二値化レ
ベル）と比較して、映像レベルがそのスレシユホ
ールドベルトより低ければ“１”で、逆に映像レ
ベルがそのスレシユホールドベルトより高ければ
“０”のロジツク信号（二値化映像信号）S₂に変
換して、このロジツク信号S₂を次段の認識ロジツ
ク７で処理することによつて、キズ４の大きさや
位置あるいはキズ４が複数有つた場合にはその個
数などを認識し、その認識結果を信号S₃として外
部に出力している。

ここで、二値化回路６の従来例としては、スレ
シユホールド固定式（固定二値化方式）と、スレ
シユホールド積分式（浮動二値化方式）とがある
が、カメラの光学系などによる影響で映像信号S₁
にはパラボラシエイデイングが生じているので、
スレシユホールド固定式では検出感度を上げよう
とすると有効視野が狭くなるばかりか、視野内の
照度が変化した時に誤検出する恐れがあるため、
限られた使い方しかできず、多くは映像信号S₁に
追従して信号レベルが変化するスレシユホールド
積分式が採用されている。

第９図は、従来のスレシユホールド積分式の場
合の一例を示すものであつて、コネクタ８に接続
されたカメラ１から到来する映像信号S₁は、コン
パレータ９の反転入力端子に入力されると同時
に、積分回路１０にも入力される。

積分回路１０は、例えば抵抗R₁とコンデンサ
Ｃとからなる比較的時定数の小さい積分回路であ
つて、映像信号S₁中に含まれる周波数の高い雑音
を除いて平滑化する役目をする。この積分回路１
０の出力電圧は可変抵抗VR₁で分圧（レベル調
整）して、コンパレータ９の非反転入力端子にス
レシユホールドベルトSrmとして入力される。

このスレシユホールドベルトSrmの波形は、第
１０図に示すように映像信号S₁に従つて信号レベ
ルが変化する。

また、コンパレータ９の出力側はプルアツプ用
の抵抗R₂を介して直流電源＋5Vに接続してある。

したがつて、映像信号S₁はスレシユホールドベ
ルトSrmと比較され、映像信号S₁の映像レベルが
急激に落ち込む期間だけ“１”となるロジツク信
号S₂に変換される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような浮動二値化方式の回
路にあつても、次のような問題があつた。

すなわち、映像信号S₁を二値化するスレシユホ
ールドベルトSrmは、映像信号S₁を積分回路１０
で積分して得られるS₁の追従比例成分であるた
め、第１０図に示すように特にパラポラシエイデ
イングのある映像信号S₁ではその両端近くになる
程S₁とSrmとのレベル差が小さくなつて雑音など
に弱く（誤検出の原因）なる問題があるばかり
か、信号レベルの減少時には積分時定数による遅
延作用によつてSrmの方がS₁より遅れて減少して
Srm＞S₁となつてしまう部分が発生する。

そのため、有効視野を第１０図にES₁で示すよ
うにカメラ１の撮像範囲より狭く設定せざる得な
いと云う問題があつた。

この発明は、このような問題の解決を図ろうと
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明による二値化回路は、カメラ
から出力される映像信号を積分する積分回路と、
該映像信号の映像レベルが急激に下がつた場合と
前記カメラのブランキング信号が入力された場合
のうち少なくとも一方の場合に該積分回路の積分
出力を保持し、これ以外の場合には前記積分回路
の積分出力を出力するサンプルホールド回路と、
当該サンプルホールド回路を介して出力される前
記積分出力を予め定めたレベル値だけ低くレベル
シフトするレベルシフト回路と、予め定めた一定
値又は前記積分出力をレベル調整した値を切替値
として出力する切替値出力回路と、この切替値出
力回路が出力する切替値と前記レベルシフト回路
が出力するレベルシフト値とを比較する第１の比
較回路と、この第１の比較結果の比較回路に基づ
いて前記レベルシフト値が前記切替値以上の時に
前記レベルシフト値を、前記レベルシフト値が前
記切替値未満のときに前記切替値をそれぞれスレ
シユホールドベルトとして出力するスイツチ回路
と、このスイツチ回路から出力されるスレシユホ
ールドベルトと前記映像信号との時間差を補償す
べく前記映像信号を遅延させて出力する遅延回路
と、前記スイツチ回路から出力されるスレシユホ
ールドベルトと該遅延回路を介して出力される映
像信号とを比較して前記映像信号を二値化する第
２の比較回路とによつて構成する。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図乃至第６図を参照し
て、この発明の実施例を説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す回路図で
あり、第９図と対応する部分には同一符号を付し
ている。

この実施例は、第７図に示す視覚認識装置５を
構成する二値化回路６として用いるものであつ
て、第９図に示したスレシユホールド積分式の二
値化回路における、コネクタ８と第２の比較回路
としてのコンパレータ９の反転入力端子との間に
遅延回路１１を介挿すると共に、積分回路１０と
コンパレータ９の非反転入力端子との間の可変抵
抗VR₁の代りに、サンプルホールド回路１２と、
コンパレータ１３、OR回路１４及び可変抵抗
VR₂からなるサンプルホールド回路１２の周辺回
路と、レベルシフト回路１５と、切替値出力回路
１６と、第１の比較回路としてのコンパレータ１
７と、スイツチ回路１８とを介挿して構成して
る。

カメラ１からコネクタ８を介して入力された映
像信号S₁は、遅延回路１１によつて所定時間τだ
け遅延されて遅延映像信号S₁′となつて、コンパ
レータ９の反転入力端子に加えられる。

遅延回路１１は、例えば図示のような遅延線あ
るいは超音波遅延素子、CCD、表面弾性波素子
などで構成し、その遅延時間τは積分回路１０な
どによる後述するスレシユホールドベルトSrxの
映像信号S₁に対する遅れを補正するように定め
る。

一方、映像信号S₁は、抵抗R₁とコンデンサＣ
とからなる小時定数の積分回路１０によつて積分
されて、その積分出力がサンプルホールド回路１
２に入力される。

さらに、映像信号S₁はコンパレータ１３の反転
入力端子にも入力され、このコンパレータ１３の
非反転入力端子には、サンプルホールド回路１２
の出力信号S₄を可変抵抗VR₂で分圧して形成した
基準レベルSrが入力される。

なお、可変抵抗VR₂は、サンプルホールド回路
１２のホールドコントロール調整機能を果す。

また、コンパレータ１３の出力側はプルアツプ
用の抵抗R₃を介して直流電源＋5Vに接続してあ
る。

サンプルホールド回路１２は、Ｓ／Ｈ端子が
“１”の時にサンプル（抽出）状態になると共に、
Ｓ／Ｈ端子が“Ｏ”の時にホールド（保持）状態
となり、その切換はコンパレータ１３の出力とカ
メラ１からのプランキング信号BKLとによつて
行なわれる。

先ず、映像信号S₁の出力信号レベルがサンプル
ホールド回路１２の出力信号S₄を可変抵抗VR₂で
分圧して形成した基準レベルSr以下（S₁≦Sr）
となつた時に、コンパレータ１３の出力が“１”
から“０”に立ち下るが、この出力がOR回路１
４を介してサンプルホールド回路１２のＳ／Ｈ端
子に入力されることによつて、その動作状態がサ
ンプル状態からホールド状態に切り換わる。

すなわち、サンプルホールド回路１２は、映像
信号S₁の映像レベルが急激に下がつてS₁≦Srと
なつた時にのみ、ホールド状態となつて、その直
前にサンプルリング（抽出）した積分出力をホー
ルド（保持）すると共に、そのホールド信号を出
力信号S₄として出力し、それ以外のS₁＞Srの時
は映像信号S₁に応じて変化する積分出力をそのま
ま出力信号S₄として出力する。

また、カメラ１から“１”なるブランキング信
号BLKが出力されて、この信号BLKがOR回路
１４を介してサンプルホートル回路１２のＳ／Ｈ
端子に入力される毎に、サンプルホールド回路１
２はサンプル（抽出）状態になり、これによつて
一走査終了直前でS₁≦Srとなつて積分出力が保
持されたままで一走査が終了しても、次の走査開
始時には略OV付近からサンプリングを開始でき
る。

したがつて、このように作用するサンプルホー
ルド回路１２の出力信号S₄は、映像信号S₁に比較
する積分出力の性質を備えつつ、大きなキズなど
に起因する映像信号S₁の大きな変動に対して影響
されなくなる。

レベルシフト回路１５は、オペアンプ１９の反
転入力端子に可変抵抗VR₄によつて調整して得ら
れる電圧＋Ｖ乃至−Ｖ間の任意の直流電圧Vxを
抵抗R₄，R₅を介して印加すると共に、その反転
入力端子と出力端子との間に帰還抵抗R₆を接続
して、その反転入力端子にサンプルホールド回路
１２の出力信号S₄をスレシユホールドベルト調整
用可変抵抗VR₃でレベル調整した積分回路１０の
積合出力に応じた信号S₅を印加するようにして構
成してあり、入力される信号S₅を電圧Vxに応じ
て定まるレベル値ΔVだけ一様に低くレベルシフ
トしたレベルシフト信号S₆を出力する。

切替値出力回路１６は、直流電源＋5Vとアー
スとの間に接続した可変抵抗VR₅によつて構成し
てあり、予め調整して得た一定値を切替値として
の固定スレシユホールドレベルS₇として出力す
る。

第１の比較回路としてのコンパレータ１７は、
反転入力端子にレベルシフト信号S₆を、非反転入
力端子に固定スレシユホールドレベルS₇を夫々印
加して両者の大小を比較判定し、S₆≧S₇の時に出
力信号S₈を“０”にすると共に、S₆＜S₇の時に出
力信号S₈を“１”にする。

なお、このコンパレータ１７の出力側もプルア
ツプ用の抵抗R₇を介して直流電源＋5Vに接続し
てある。

スイツチ回路１８は、コンパレータ１７の出力
信号S₈とこの出力信号S₈をインバータで反転した
信号S₈ との論理に応じて、レベルシフト信号S₆又
は固定スレシユホールドレベルS₇の何れかを選択
的に出力するアナログスイツチ２０によつて構成
してあり、S₈が“０”でS₈ が“１”の時、即ちS₆
≧S₇の時には接点２０ａの方のみをオンにしてレ
ベルシフト信号S₆の方をスレシユホールドレベル
Srxとして選択出力し、S₈が“１”でS₈ が“０”
の時、即ちS₆＜S₇の時には接点２０ｂの方のみを
オンにして固定スレシユホールドレベルS₇の方を
スレシユホールドレベルSrxとして選択出力す
る。

そして、このスイツチ回路１８から出力される
スレシユホールドレベルSrxが第２の比較回路と
してのコンパレータ９の非反転入力端子に入力さ
れて、遅延映像信号S₁′の二値化に供せられる。

次に作用を説明する。

映像信号S₁は、積分回路１０により小さな雑音
を除去された後、サンプルホールド回路１２に入
力され、その出力信号S₄はスレシユホールドレベ
ル調整用の可変抵抗VR₃によつて分圧されて、レ
ベルシフト回路１５におけるオペアンプ１９の非
反転入力端子に信号S₅として印加される。

このレベルシフト回路１５は、謂わば非反転形
の作動増幅器であり、オペアンプ１９の反転入力
端子に印加されるレベルシフト用の直流電圧Vx
は、可変抵抗VR₄により正・負電圧の任意レベル
に調整が可能である。

したがつて、可変抵抗VR₄による直流電圧Vx
を調整することによつて、信号S₅を例えば第２図
イに示すように所定レベルΔVだけ一様に低くレ
ベルシフトしたレベルシフト信号S₆を得ることが
できる。

つまり、このレベルシフト回路１５は、最低レ
ベルが零の信号S₅（映像信号S₁も同様に最低レベ
ルは零）のゼロ点をマイナス側に移動させるゼロ
シフト回路とも云うべき回路である。

そして、このレベルシフト回路１５が出力する
レベルシフト信号S₆はコンパレータ１７で固定ス
レシユホールドレベルS₇と比較され、それによつ
てS₆≧S₇の時に“０”でS₆＜S₇の時に“１”とな
る第２図ロに示すような信号S₈を得る。

ところで、レベルシフト回路１５から出力され
るレベルシフト信号S₆を用いれば、映像信号S₁に
応じた信号S₅よりS₆の方が１フレームの信号幅に
亘つてΔVだけ一様にレベルシフトダウンしてい
るため、映像信号S₁を広い範囲に亘つて安定して
精度良く二値化できるが、両端近くのゼロレベル
以下となつている部分では映像信号S₁がゼロレベ
ル以下にならないため、その部分の二値化ができ
ない。

そこで、そのゼロレベルより高く、しかも映像
信号S₁の両端付近において可能な限り広い範囲に
亘つてS₁より低くなるように設定した固定スレシ
ユホールドレベルS₇を使つて、S₆がS₇未満の時に
は、この固定スレシユホールドレベルS₇によつて
映像信号S₁を二値化することで、二値化範囲、即
ち有効視野を可能な限り広げようとするものであ
る。

すなわち、スイツチ回路１８におけるアナログ
スイツチ２０は、S₈が“０”（S₆≧S₇）の時はレ
ベルシフト信号S₆を、S₈が“１”（S₆＜S₇）の時
は固定スレシユホールドレベルS₇を夫々スレシユ
ホールドレベルSrxとしてコンパレータ９の非反
転入力端子に入力する。

そして、コンパレータ９が、その非反転入力端
子に入力される第３図にイに示すようなスレシユ
ホールドレベルSrxと、遅延回路１１を介して反
転入力端子に入力される遅延映像信号S₁′とを比
較してS₁′を二値化することにより、第３図ロに
示すようなロジツク信号（二値化映像信号）S₂が
得られる。

そして、このような二値化では、パラボラシエ
イデイングのある映像信号S₁の両端近くであつて
もSrxはS₁に対して一定レベル差を保つことがで
きるため、雑音に強くなるばかりか、SrxがS₁に
対する作動成分であることによる作用と、遅延回
路１１の遅延補正作用によりキズ４などの黒点に
対応する信号レベルの落ち込み部分以外のところ
でS₁′＜Srxとなる部分がS₁′の両端の極僅かな範
囲に限られ、それによつて有効視野を第３図ロに
ES₂で示すように充分に広くできている。

第４図は、この発明の他の実施例を示す回路で
あり、第１図と対応する部分には同一符号を付し
ている。

この実施例は、第１図のレベルシフト回路１５
と切替値出力回路１６の代りに、レベルシフト回
路２１と切替値出力回路２２とを用いている以外
は、第１図の実施例と同様である。

レベルシフト回路２１は、サンプルホールド回
路１２の出力信号S₄をレベル調整する可変抵抗
VR₃（前実施例と共通）と、差動出力決定用の可
変抵抗VR₆と、オペアンプ２３及び抵抗R₈，R₉
等からなる反転形の差動増幅器と、オペアンプ２
４、及び抵抗R₁₀〜R₁₂等からなる反転増幅器と
によつて構成してあり、可変抵抗VR₃で調整して
得られる第５図イに示すような信号S₅を先ず反転
形の差動増幅器にて可変抵抗VR₆で設定した信号
S₉と差動増幅して破線で示すような信号S₁₀を得
て、その得た信号S₁₀を次段の反転増幅器で反転
することにより信号S₅に対してΔVだけ一様に低
くレベルシフトしたレベルシフト信号S₁₁を得る。

また、切替値出力回路２２は、サンプルホール
ド回路１２の出力信号S₄をレベル調整する可変抵
抗VR₇によつて構成され、積分出力に応じた出力
信号S₄を予め定めた量だけ高分圧した値を第５図
イに１点鎖線で示す切替値としての浮動スレシユ
ホールドレベルS₁₂として出力する。

そして、前実施例のレベルシフト信号S₆と固定
スレシユホールドレベルS₇に夫々対応する上記レ
ベルシフト信号S₁₁と浮動スレシユホールドレベ
ルS₁₂とをコンパレータ１７で比較して、S₁₁≧
S₁₂の時に“０”でS₁₁＜S₁₂の時に“１”となる
第５図ロに示すような信号S₈を得る。

そして、スイツチ回路１８において、上記コン
パレータ１７の出力信号S₈とその反転信号S₈の論
理に応じて、S₈が“０”でS₈ が“１”の時、即ち
S₁₁≧S₁₂の時にレベルシフト信号S₁₁を、S₈が
“１”でS₈ が“０”の時、即ちS₁₁＜S₁₂の時に浮
動スレシユホールドレベルS₁₂を夫々スレシユホ
ールドレベルSryとしてコンパレータ９の非反転
入力端子に選択出力する。

このようにしても、前実施例と略同様な効果を
奏しつつ、第６図イ，ロに示すように遅延映像信
号S₁′を広範な視野範囲ES₃に亘つて二値化する
ことができる。

なお、上記実施例では、サンプルホールド回路
１２を設けることによつて、スレシユホールドレ
ベルSrx，Sryから大きなキズなどに起因する映
像信号S₁の大きな変動の影響を除去するようにし
た例に就て述べたが、このサンプルホールド回路
１２は必らずしも設ける必要はない。

また、遅延回路１１の方も、レベルシフト量を
ある程度大きくとれば省略することもできる。

〔発明の効果〕

以下説明してきたように、この発明によれば、
映像信号を二値化するためのスレシユホールドレ
ベルを映像信号の積分値の差動成分と、予め定め
た一定値又は映像信号の積分値をレベル調整した
値とを組み合わせて形成しているため、次のよう
な効果を奏する。

(1) 映像信号の雑音に強く、有効視野を広くでき
る。

(2) スレシユホールドレベル調整を容易にでき
る。

(3) スレシユホールドレベルを従来よりある程度
高くすることが可能となり、キズ、汚れなどの
検知能力が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第
２図及び第３図は夫々第１図の作用説明に供する
各部の信号波形図、第４図はこの発明の他の実施
例を示す回路図、第５図及び第６図は第４図の作
用説明に供する各部の信号波形図、第７図は視覚
認識装置の構成例を示すブロツク図、第８図は第
７図の映像信号S₁の一例を示す波形図、第９図は
スレシユホールド積分式の二値化回路の従来例を
示す回路図、第１０図は第９図の従来例の問題点
の説明に供する波形図である。 １……カメラ、９……コンパレータ（第２の比
較回路）、１０……積分回路、１５，２１……レ
ベルシフト回路、１６，２２……切替値出力回
路、１７……コンパレータ（第１の比較回路）、
１８……スイツチ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カメラから出力される映像信号を積分する積
   分回路と、 該影像信号の映像レベルが急激に下がつた場合
   と前記カメラのブランキング信号が入力された場
   合のうち少なくとも一方の場合に該積分回路の積
   分出力を保持し、これ以外の場合には前記積分回
   路の積分出力を出力するサンプルホールド回路
   と、 当該サンプルホールド回路を介して出力される
   前記積分出力を予め定めたレベル値だけ低くレベ
   ルシフトするレベルシフト回路と、 予め定めた一定値又は前記積分出力をレベル調
   整した値を切替値として出力する切替値出力回路
   と、 この切替値出力回路が出力する切替値と前記レ
   ベルシフト回路が出力するレベルシフト値とを比
   較する第１の比較回路と、 この第１の比較回路の比較結果に基づいて前記
   レベルシフト値が前記切替値以上の時に前記レベ
   ルシフト値を、前記レベルシフト値が前記切替値
   未満のときに前記切替値をそれぞれスレシユホー
   ルドベルトとして出力するスイツチ回路と、 このスイツチ回路から出力されるスレシユホー
   ルドベルトと前記映像信号との時間差を補償すべ
   く前記映像信号を遅延させて出力する遅延回路
   と、 前記スイツチ回路から出力されるスレシユホー
   ルドベルトと該遅延回路を介して出力される映像
   信号とを比較して該映像信号を二値化する第２の
   比較回路とによつて構成したことを特徴とする二
   値化回路。