JPH05219408A

JPH05219408A - 画像認識装置用明暗補正装置

Info

Publication number: JPH05219408A
Application number: JP3337175A
Authority: JP
Inventors: Seiji Takauchi; 清司高内; Yoshinori Yamazaki; 祥典山崎; Yoichi Okamoto; 陽一岡本
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】画像認識のサイクルタイムを短縮する。【構成】画像認識装置１の明暗補正回路３０は、撮影
により得られた画像データを明暗補正して、２値化回路
３１に出力するためのものである。この明暗補正回路３
０では、予め得られた複数の補正パターンを記憶する補
正パターンＲＯＭ６０，６１において、撮影状態に適合
する補正パターンが選択される。そして、撮影により得
られた画像データを、選択された補正パターンからの補
正信号で補正して、アナログ乗算器７２から２値化回路
３１に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、明暗補正装置、特に、
撮影により得られた画像データを画素単位で取扱い画像
認識を行う画像認識装置用の明暗補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動化機器においては対象物の情報を取
り出すことが不可欠であり、そのため画像処理により画
像認識が行えるようにした画像認識装置が広く用いられ
ている。この種の画像認識装置では、ＴＶカメラ（ＣＣ
Ｄや撮像管等を含む）の映像をディジタル信号化して２
値画像とし、その画像データを用いて測長、面積計測、
物体の有無判別等を行う。

【０００３】ＴＶカメラの映像をディジタル信号化して
２値画像とする際には、照明ムラを補正する必要があ
る。従来、この照明ムラの補正（明暗補正）には、いわ
ゆるグレイスケール画像処理が採用されている。グレイ
スケール画像処理では、照明ムラを処理アルゴリズムに
より分離するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のアルゴリズ
ムを用いた明暗補正では、画像の情報量が多いため画像
情報メモリの必要量が多くなり、しかも処理に要する時
間が長くなる。このため、近来の画像認識サイクルタイ
ムの短縮化の要求に対応できない。本発明の目的は、画
像認識のサイクルタイムを短縮することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る明暗補正装
置は、撮影により得られた画像データを明暗補正して画
像認識装置の２値化回路に出力するための装置である。
この明暗補正回路は、予め得られた複数の補正パターン
を記憶する補正パターン記憶手段と、複数の補正パター
ンから撮影状態に適合する補正パターンを選択する選択
手段と、撮影により得られた画像データを入力する入力
手段と、入力手段からの入力信号を選択手段で選択され
た補正パターンからの補正信号で補正して２値化回路に
出力する出力手段とを備えている。

【０００６】

【作用】本発明に係る明暗補正装置では、撮影により得
られた画像データが、入力手段に入力される。入力手段
に入力された入力信号は、選択手段で選択された補正パ
ターンからの補正信号で補正され、出力手段により２値
化回路に出力される。ここでは、予め得られた複数の補
正パターンが補正パターン記憶手段に記憶されており、
そこから選択手段が撮影状態に適合する補正パターンを
選択し、その選択された補正パターンで入力信号を補正
する構成となっているので、従来のグレイスケール画像
処理に比べて処理速度が速くなり、結果として画像認識
のサイクルタイムを短縮できる。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例が採用された画像
認識装置１の一使用状態を示している。図１において、
画像認識装置１は、認識装置本体２と、認識装置本体２
にケーブル３を介して接続されたＣＣＤカメラ４と、認
識装置本体２での処理結果等を表示するためのＣＲＴ５
とを有している。認識装置本体２の前面には操作パネル
８が配置されている。操作パネル８には、モード切替え
キーやカーソルキー等の種々のキーが配置されている。
ＣＣＤカメラ４は、被検査対象の一例としての製品６を
搬送するコンベア７の上方に配置されており、ＣＣＤカ
メラ４によって製品６が撮影されるようになっている。
コンベア７の上方には、さらに、照明用ライト９が配置
されており、ＣＣＤカメラ４によって撮影されるコンベ
ア７上の製品６を照明するようになっている。

【０００８】図２は、認識装置本体２の回路ブロック図
である。図２において、ＣＰＵ１０には、ＣＰＵデータ
バス１１を介して、プログラムＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１
３と、通信制御回路１４と、Ｉ／Ｏポート１５とが接続
されている。通信制御回路１４は、外部インターフェイ
スを介してロボットハンド等を制御するホストコンピュ
ータ（いずれも図示せず）に接続されている。また、Ｉ
／Ｏポート１５には操作パネル８が接続されるととも
に、後述する制御信号Ｃ１〜Ｃ５の出力ポート及びデー
タ信号Ｄ１〜Ｄ５の入力ポートが設けられている。

【０００９】さらに、ＣＰＵデータバス１１には、グラ
フィックコントローラ１６が接続されている。このグラ
フィックコントローラ１６は、ＣＰＵ１０から入力され
た測定領域の両端のアドレス値から、両アドレス値を結
ぶ座標値を演算して出力すると共に、書き込み同期信号
を出力する機能を有している。グラフィックコントロー
ラ１６には、アドレスデータ等を入出力するためのグラ
フィックコントローラバス１７を介して画面表示用ＶＲ
ＡＭ１８が接続されている。また、グラフィックコント
ローラバス１７には、文字パターンＲＯＭ１９と、文字
表示用マルチポートＲＡＭ２０と、グラフィック表示用
の第１〜第３マルチポートＲＡＭ２１，２２，２３と、
第１〜第３マルチポートＲＡＭ２１〜２３３の出力を制
御するためのグラフィックＲＡＭ書換えコントローラ２
４とが接続されている。さらに、グラフィックコントロ
ーラバス１７には後述するＡＮＤ回路２５の入力端子が
接続されており、同期信号としての書き込み信号がグラ
フィックコントローラ１６からグラフィックコントロー
ラバス１７を介してＡＮＤ回路２５に入力されるように
なっている。

【００１０】書換えコントローラ２４には、ＣＰＵ１０
からのグラフィックＲＡＭ書換え用制御信号Ｃ２が入力
され、その制御信号Ｃ２に応じて書換えコントローラ２
４が第１〜第３マルチポートＲＡＭ２１〜２３の書き込
み／読み出し／消去を制御する。第１〜第３マルチポー
トＲＡＭ２１〜２３の出力は、スイッチング回路２６を
介して選択的に画像合成回路２７に出力されるようにな
っている。画像合成回路２７で合成された画像は、ＣＲ
Ｔ５に表示される。なお、スイッチング回路２６は、Ｃ
ＰＵ１０からのグラフィックＲＡＭ表示切替え用制御信
号Ｃ３によって切り替えられる。

【００１１】一方、ＣＣＤカメラ４からの画像信号は、
明暗補正回路３０（後述）を介してコンパレータからな
る２値化回路３１に出力される。２値化回路３１では、
電圧可変型電源３２の電圧が比較電圧として入力され、
これによって２値化回路３１での比較電位が変更され得
る。２値化回路３１での出力は近傍平均化回路３３を介
して、コンパレータからなる再２値化回路３４に入力さ
れる。再２値化回路３４においては、電圧可変型電源３
５の電圧が比較電位として入力される。再２値化回路３
４の出力は、重心／慣性主軸検出回路３６及びスリース
テートバッファ３７に入力される。重心／慣性主軸検出
回路３６では、ＣＣＤカメラ４で撮影された画像データ
から被検査対象物の重心及び慣性主軸を演算し、その演
算結果を位置情報データ信号Ｄ５としてＩ／Ｏポート１
５に出力し得る。

【００１２】スリーステートバッファ３７の出力は、画
面表示用ＶＲＡＭ１８にシリアル入力されるようになっ
ている。画面表示用ＶＲＡＭ１８の書き込みタイミング
とスリーステートバッファ３７の画像データ出力タイミ
ングとは、画面表示用ＶＲＡＭ１８のＲ／Ｗポートとス
リーステートバッファ３７のアクチベート端子とにＣＰ
Ｕ１０からの制御信号Ｃ１が共に同時に入力されること
により、同期する。なお、信号Ｃ１はメモリ書き込みコ
ントロール信号である。

【００１３】画面表示用ＶＲＡＭ１８は、たとえば、２
５６ｋワード×４ビット構成の標準ダイナミックＲＡＭ
部と、５１２ワード×４ビット構成のＳＡＭ（シリアル
・アクセス・メモリ）部とから構成される１Ｍビットマ
ルチポートビデオＲＡＭである。この画面表示用ＶＲＡ
Ｍ１８は、ＲＡＭ部及びＳＡＭ部間の双方向データ転送
機能を有している。この画面表示用ＶＲＡＭ１８のシリ
アル入出力ポートにはスリーステートバッファ３７の出
力端子が接続されており、パラレル出力ポートには上述
のＡＮＤ回路２５の入力ポートと、個数カウンタ４０の
入力ポートと、エッジ検出回路４１の入力ポートとが接
続されている。ＡＮＤ回路２５の出力ポートには、画素
数カウンタ４２の入力ポートと、長さカウンタ４３のク
ロック（ＣＬＫ）ポートとが接続されている。

【００１４】個数カウンタ４０は、画面表示用ＶＲＡＭ
１８から出力された画素データの連続した集合体の個数
をカウントする回路である。個数カウンタ４０のカウン
ト結果は、個数データ信号Ｄ２としてＩ／Ｏポート１５
に出力され得る。画素数カウンタ４２は、画面表示用Ｖ
ＲＡＭ１８からの画素データと、グラフィックコントロ
ーラ１６から出力されるカウントタイミング信号として
の書き込み信号とから、ＡＮＤ回路２５を介して画素数
をカウントし、そのカウント結果をＩ／Ｏポート１５に
総画素数データ信号Ｄ１として出力し得る。

【００１５】なお、エッジ検出回路４１の出力は、長さ
カウンタ４３のリセット（ＲＥＳＥＴ）ポートに出力さ
れる。長さカウンタ４３の出力は、ＦＩＦＯメモリ４４
を介し、各エッジ間の画素数データ列に相当するデータ
信号Ｄ４としてＩ／Ｏポート１５に出力される。スリー
ステートバッファ３７の出力は、画面表示用ＶＲＡＭ１
８だけでなく、画像構成回路２７にも出力され、さらに
標準パターンメモリ５０のデータ入力ポートと排他的Ｏ
Ｒ回路５１の入力端子とにも出力され得る。標準パター
ンメモリ５０には、パターンマッチングＲＡＭアドレス
発生回路５２からアドレス指定がなされるようになって
いる。また、ＣＰＵ１０からのパターンメモリ書き込み
コントロール用制御信号Ｃ５が、Ｉ／Ｏポート１５を介
して標準パターンメモリ５０のＲ／Ｗポートに入力され
る。ＲＡＭアドレス発生回路５２には、パターン読み書
き位置補正データとしてＣＰＵ１０から出力された制御
信号Ｃ４がＩ／Ｏポート１５を介して入力される。標準
パターンメモリ５０の１ビットデータは、排他的ＯＲ回
路５１の他方の入力端子に入力される。排他的ＯＲ回路
５１の出力は、ノイズフィルタ５３を介してカウンタ５
４に入力される。カウンタ５４でのカウント結果は、ミ
スマッチング数に相当するデータ信号Ｄ３としてＩ／Ｏ
ポート１５に入力され得る。

【００１６】次に、前記明暗補正回路３０を、図３を参
照して説明する。図３に示すように、明暗補正回路３０
は、１対の水平補正パターンＲＯＭ６０と垂直補正パタ
ーンＲＯＭ６１とを有している。水平補正パターンＲＯ
Ｍ６０には、予測される照明用ライト９（図１）による
照明ムラに対して逆に変化する水平方向の補正パターン
が複数種格納されている。また、垂直補正パターンＲＯ
Ｍ６１には、同様に垂直方向の照明ムラに対して逆の補
正パターンが複数種格納されている。

【００１７】両補正パターンＲＯＭ６０，６１には、そ
れぞれ操作パネル８（図１及び図２）を介して選択され
た補正パターンを決定するための補正パターン選択信号
Ｓ１，Ｓ２が入力されるようになっている。また、水平
補正パターンＲＯＭ６０には、水平座標カウンタ６２か
ら水平座標が入力される。また、垂直補正パターンＲＯ
Ｍ６１には、垂直座標カウンタ６３から垂直座標が入力
される。両座標は、それぞれ８ビットで両補正パターン
ＲＯＭ６０，６１に入力される。

【００１８】両座標カウンタ６２，６３には、カメラ４
から出力される座標信号から同期信号を分離する同期信
号分離回路６４が接続されている。水平座標カウンタ６
２では、そのＲＥＳＥＴポートに同期信号分離回路６４
から出力される水平同期信号が入力され、またＣＬＫポ
ートには画素クロックが入力される。垂直座標カウンタ
６３では、そのＲＥＳＥＴポートに同期信号分離回路６
４から出力される垂直同期信号が入力され、またＣＬＫ
ポートに水平同期信号が入力される。

【００１９】同期信号分離回路６４の両出力は、ブラン
キングパルス発生回路６５にも出力される。これによ
り、ブランキングパルス発生回路６５では、ブランキン
グ処理を行うタイミングを決定する。水平補正パターン
ＲＯＭ６０において、補正パターン選択信号Ｓ１により
選択された補正パターンの中から水平座標カウンタ６２
で指定された座標の補正値は、８ビットで乗算型Ｄ／Ａ
コンバータ６６に出力される。Ｄ／Ａコンバータ６６に
は、また水平側補正加減用Ｄ／Ａコンバータ６７の出力
も入力されるようになっている。水平側補正加減Ｄ／Ａ
コンバータ６７では、操作パネル８を介して予め設定さ
れた水平側補正加減信号Ｓ３が６ビットで入力されるよ
うになっており、その信号に応じた電圧値がＤ／Ａコン
バータ６６に出力される。Ｄ／Ａコンバータ６６では、
水平補正パターンＲＯＭ６０からの補正値にＤ／Ａコン
バータ６７からの補正加減値を乗算し、その乗算結果を
アナログ加算器６８に出力する。

【００２０】一方、垂直補正パターンＲＯＭ６１では、
補正パターン選択信号Ｓ２で選択された補正パターンの
中から垂直座標カウンタ６３で指定された座標の補正値
が、８ビットで乗算型Ｄ／Ａコンバータ６９に出力され
る。Ｄ／Ａコンバータ６９には、垂直側補正加減Ｄ／Ａ
コンバータ７０の出力が入力されるようになっている。
垂直側補正加減Ｄ／Ａコンバータ７０には、操作パネル
８を介して入力された垂直側補正加減信号Ｓ４が６ビッ
トで入力されるようになっている。垂直側補正加減Ｄ／
Ａコンバータ７０では、垂直側補正加減信号Ｓ４に対応
する電圧値をＤ／Ａコンバータ６９に出力する。Ｄ／Ａ
コンバータ６９では、垂直補正パターンＲＯＭ６１から
受けた補正値に垂直側補正加減Ｄ／Ａコンバータ７０か
らの補正加減値を乗算し、その結果をアナログ加算器６
８に出力する。

【００２１】アナログ加算器６８では、両Ｄ／Ａコンバ
ータ６６，６９からの入力電圧を加算し、ブランキング
切替えスイッチ７１に出力する。ブランキング切替えス
イッチ７１は、ブランキングパルス発生回路６５からの
信号を受け、アナログ乗算器７２の一方の入力ポートの
接続対象を、アナログ加算器６８と定電圧電源７３との
間で切り替える。なお、ブランキング切替えスイッチ７
１は、ブランキングの範囲で、定電圧電源７３がアナロ
グ乗算器７２に接続されるように切り換わる。

【００２２】アナログ乗算器７２は、一方の入力ポート
がブランキング切替えスイッチ７１に接続されており、
他方の入力ポートがカメラ４に接続されている。アナロ
グ乗算器７２では、両入力ポートに入力された電圧値を
乗算し、出力ポート７４から２値化回路３１（図２）に
演算結果を出力する。次に、上述の画像認識装置１の動
作を、主として明暗補正機能に着目して説明する。

【００２３】この画像認識装置１では、認識動作に先立
って、操作パネル８から種々の所望値が入力される。こ
こでは、両補正パターンＲＯＭ６０，６１に記憶されて
いる補正パターンの選択と、両補正加減Ｄ／Ａコンバー
タ６７，７０での補正加減とが設定される。この説明で
は、仮に、カメラ４で撮影された画像の左上角が暗く右
下角が明るくなるように、照明用ライト９がコンベア７
の上面を照らしているものとする。この場合には、操作
者は、その照明ムラを相殺するような補正パターンを選
択し、その補正加減を指定する。

【００２４】測定・認識動作を開始すると、ＣＣＤカメ
ラ４により製品６が撮影される。得られた画像データ
は、図３のアナログ乗算器７２に入力される。一方、同
期信号分離回路６４がＣＣＤカメラ４の出力信号から同
期信号を取り出し、それぞれ水平座標カウンタ６２及び
垂直座標カウンタ６３に出力する。また、ブランキング
領域が、ブランキングパルス発生回路６５において決定
される。

【００２５】同期信号及び画素クロックによって駆動さ
れる両座標カウンタ６２，６３からは、それぞれ水平座
標及び垂直座標が各補正パターンＲＯＭ６０，６１に出
力される。両補正パターンＲＯＭ６０，６１では、補正
パターン選択信号Ｓ１，Ｓ２で選択された補正パターン
の中から指定された座標における補正値を、Ｄ／Ａコン
バータ６６，６９に出力する。Ｄ／Ａコンバータ６６，
６９では、補正加減Ｄ／Ａコンバータ６７，７０からの
補正加減値を補正パターンＲＯＭ６０，６１からの補正
値に乗じ、その演算結果をアナログ加算器６８に出力す
る。アナログ加算器６８では、両Ｄ／Ａコンバータ６
６，６９からの両補正データを加算し、ブランキング切
替えスイッチ７１を介してアナログ乗算器７２に出力す
る。アナログ乗算器７２では、ブランキング切替えスイ
ッチ７１からの入力値とＣＣＤカメラ４からの入力値と
を乗算し、出力ポート７３から２値化回路３１に出力す
る。

【００２６】上述の動作の信号変化の一例を図４に示
す。図４において、はアナログ乗算器７２に入力され
るＣＣＤカメラ４からの入力信号、はアナログ加算器
６８に入力される水平側の補正信号、はアナログ加算
器６８に入力される垂直側の補正信号、はアナログ乗
算器７２に入力される補正信号、は出力ポート７４で
得られる出力信号である。また、Ｔは全画面の信号範囲
を、Ｌは１ラインの信号範囲を示している。

【００２７】図４に示すように、この例では、ブランキ
ング後アナログ乗算器にＣＣＤカメラ４から入力される
信号は、水平方向に見て徐々に高くなるとともに、垂直
方向に見て徐々に高くなる。この２つの傾向を相殺する
ように、水平方向の補正データ（）と垂直方向の補正
データ（）とがアナログ加算器６８で合成され、合成
データ（）がアナログ乗算器７２に入力される。この
結果、出力ポート７４から出力される信号（）では照
明ムラが補正され、フラットな出力が得られる。

【００２８】明暗補正回路３０から出力される信号は、
２値化回路３１で２値化され、さらに近傍平均化回路３
３を介して再２値化回路３４で再び２値化される。２値
化された画像データは、重心／慣性主軸検出回路３６に
入力されて重心及び慣性主軸の演算の基礎データとされ
るとともに、スリーステートバッファ３７にも出力され
る。

【００２９】一方、ＣＰＵ１０からの制御信号Ｃ１にし
たがって、画像表示用ＶＲＡＭ１８とスリーステートバ
ッファ３７とが同期して駆動され、画面表示用ＶＲＡＭ
１８に２値画像データがシリアル入力される。また、２
値画像データは画像合成回路２７を介してＣＲＴ５に表
示されるとともに、パターンマッチング処理の基礎デー
タとして用いられる。ここでは、２値化処理された画像
データは、製品６の形状判別、個数カウント、ハンドリ
ングロボットの位置決め演算、位置補正等、画像認識装
置を用いた種々の機能の基礎となるデータとして使用さ
れる。

【００３０】以上のように、この実施例では、補正パタ
ーンＲＯＭ６０，６１に予め複数の補正パターンを格納
しておき、補正パターン選択信号Ｓ１，Ｓ２により適し
た補正パターンを選択し、その選択された補正パターン
で画像データを補正するので、迅速な明暗補正が行え
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る明暗補正装置では、予め得
られた複数の補正パターンを記憶する補正パターン記憶
手段と、その複数の補正パターンから撮影状態に適合す
る補正パターンを選択する選択手段と、選択手段で選択
された補正パターンからの補正信号で入力信号を補正し
て２値化回路に出力する出力手段とを設けたので、迅速
な明暗補正処理が行えるようになり、ひいては画像認識
のサイクルタイムを短縮できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が採用された画像認識装置の
斜視概略図。

【図２】その画像認識装置の回路ブロック図。

【図３】その明暗補正回路のブロック図。

【図４】その明暗補正回路の作用を示すタイミングチャ
ート。

【符号の説明】

１画像認識装置３０明暗補正回路３１２値化回路６０，６１補正パターンＲＯＭ７２アナログ乗算器７４出力ポートＳ１，Ｓ２補正パターン選択信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影により得られた画像データを明暗補正
して画像認識装置の２値化回路に出力するための画像認
識装置用明暗補正装置であって、予め得られた複数の補正パターンを記憶する補正パター
ン記憶手段と、前記複数の補正パターンから撮影状態に適合する補正パ
ターンを選択する選択手段と、撮影により得られた画像データを入力する入力手段と、前記入力手段からの入力信号を前記選択手段で選択され
た補正パターンからの補正信号で補正して前記２値化回
路に出力する出力手段と、を備えた画像認識装置用明暗補正装置。