JPH06259537A - 視覚センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対象視野内のワークの有夢に係る判断を２値
化処理の前に行い、ワークが存在しない場合は、２値化
処理を自動的にスキップし、システム処理を高速に行な
うとともにワーク有無の誤認識を防ぐことができる視覚
センサ装置を得る。 【構成】 読み取った画像の濃度ヒストグラムを作成
し、濃度ヒストグラムより最大濃度と最小濃度の差を求
め、濃度差と予め設定されている閾値とを比較し、濃度
差が閾値より大きい場合には２値化処理を行ない、小さ
い場合には画像記憶回路をクリアするものである。ま
た、読み取った画像の濃度ヒストグラムを作成し、濃度
ヒストグラムより最大濃度と最小濃度の中間濃度値と中
間濃度値での頻度を求め、頻度と予め設定されている閾
値とを比較し、頻度が閾値より小さい場合には２値化処
理を行ない、大きい場合には画像記憶回路をクリアする
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は視覚センサ装置に関する
もので、特に、ファクトリ−オ−トメ−ションの組立作
業及び搬送作業において対象ワ−クを識別、計測する視
覚センサ装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の視覚センサ装置を示す構成
図であり、以下この図に基づいて従来の視覚センサ装置
を説明する。

【０００３】図において、１ａはこの視覚センサ装置の
制御を司る視覚センサ制御部、２はこの視覚センサ制御
部１ａに制御指令を与えるとともに、この視覚センサ制
御部からの出力情報を受け、この受けた情報に基づきさ
らなる制御指令を出力する例えばパ−ソナルコンピュ−
タやマイクロコンピュ−タなどの上位コントローラ、３
は認識の対象であるワーク、４は視野認識手段であるカ
メラ、５は視覚センサ制御部１ａの出力情報に基づきワ
−ク３のモニタ画像を表示するモニタ表示器、６は視覚
センサ制御部１ａに対し入力を行なうキーボードであ
り、視覚センサ装置はこれらによって構成されている。

【０００４】また、視覚センサ制御部１ａは、中央処理
装置７、中央処理装置７で実効すべきプログラムやデー
タ等を格納する記憶回路８ａ、カメラ４からの出力信号
を入力する画像入力回路９、ランレングスデータや、濃
度ヒストグラムデータを生成する画像処理回路１０、画
像入力回路９および画像処理回路１０から受けた画像情
報を記憶する画像記憶回路１１、モニタ表示器５との情
報伝達用のモニタインターフェイス回路１２、キーボー
ド６との情報伝達用のキーボードインターフェイス回路
１３、および上位コントローラ２との情報伝達用の上位
インターフェイス回路１４等からなるものである。

【０００５】つぎに、上記のように構成された従来の視
覚センサ装置によるワーク認識動作について説明する。
このワーク認識動作は、オペレータにより作成された処
理プログラムに従って実行されるものであり、例えば以
下のようになされる。

【０００６】まず、オペレータは上位コントローラ２に
よって処理プログラムを作成する。作成された処理プロ
グラムは上位インターフェイス回路１４を介して、視覚
センサ制御部１ａの記憶回路８ａに転送される。中央処
理装置７は記憶回路８ａに転送された処理プログラムに
従ってワーク認識動作の指令を行なう。

【０００７】この中央処理装置の指令にもとづいて、カ
メラ４が作動し、対象視野内にあるワーク３が光学的に
読み取られる。そして、このカメラ４によって読み取ら
れた光学的な信号は電気信号であるビデオ信号に変換さ
れて、画像入力回路９に供給される。画像入力回路９で
は、アナログ信号であるビデオ信号をアナログ・デジタ
ル変換し、出力信号を画像記憶回路１１に供給する。画
像記憶回路１１に格納された画像に対して画像処理回路
１０で濃度ヒストグラムを作成し、この濃度ヒストグラ
ムに基づいて２値化レベルを自動的に決定する（この２
値化レベルを決定する手法としてモード法、判別分析法
などが知られている）。

【０００８】そして、この自動的に決定された２値化レ
ベルにより画像記憶回路１１に格納された画像を２値化
して、画像記憶回路１１に再度格納する。そして、モニ
タ表示器５には、２値化された２値画像等が画像選択さ
れてモニタインターフェイス回路１２を介して表示され
る。また、オペレータはキーボード６の操作によりハー
ドウェアの内部設定及び認識すべきワーク３の登録等を
行なう。

【０００９】また、２値化された画像情報は計測など種
々の処理に供されるとともにその結果は更に上位インタ
−フェイス回路１４を介して上位コントロ−ラ２と交信
しながら種々の解析及び判断がなされ、この解析及び判
断に応じて上位コントローラ２はロボット等他の制御装
置（図示せず）を駆動する制御信号を出力する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の視
覚センサ装置では、画像処理回路１０で濃度ヒストグラ
ムを作成し、その濃度ヒストグラムに基づきモード法、
判別分析法などを使うことにより、２値化レベルを自動
的に決定していた。従って、対象視野内のワーク３とそ
の背景の濃度差が大きいときには２値化レベルは正しく
求められ、適正な２値化処理が行なわれるが、対象視野
内にワーク３が存在しない場合であって、その背景のみ
で僅かな濃度差しか存在しない場合であっても２値化レ
ベルが自動的に決定されて、２値化処理を行ない２値化
画像が作成されることがある。すなわち対象視野内にワ
ーク３が存在しないにもかかわらず２値化画像が現れる
ため、その２値化画像に対して対象視野内にワ−クが存
在するとの認識処理を行なうことがある。

【００１１】従って、対象視野内のワークの有無を検査
する場合などには、ワークが存在しない場合でも２値化
画像が現れることがあるので、この現れた２値化画像に
対して正しい認識結果が得られないという問題点があっ
た。

【００１２】本発明は対象視野内にワークが存在しない
場合には２値化処理をスキップし、対象視野内にワーク
が存在する場合には、２値化処理を実施し、システムと
して高速処理を行うと共に、誤認識を防ぐことのできる
視覚センサ装置を得ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る視覚セ
ンサ装置は、対象視野を認識する視野認識手段から認識
した視野の出力信号を受けてこの対象視野の濃度ヒスト
グラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、この濃
度ヒストグラム作成手段で作成された濃度ヒストグラム
の最大濃度値と最小濃度値との濃度差値を求める濃度差
検出手段と、この濃度差検出手段で求めた濃度差値と予
め設定されている閾値との大小関係を比較判定する閾値
比較手段と、前記濃度ヒストグラムより２値化レベルを
決定し画像の２値化処理を行なう画像２値化手段とを備
え、前記閾値比較手段において、前記濃度差値が、前記
予め設定されている閾値よりも大きいと判定したとき
に、前記画像２値化手段を動作させ、画像の２値化処理
を行なうようにしたものである。

【００１４】また、第２の発明に係る視覚センサ装置
は、対象視野を認識する視野認識手段から認識した視野
の出力信号を受けてこの対象視野の濃度ヒストグラムを
作成する濃度ヒストグラム作成手段と、この濃度ヒスト
グラム作成手段で作成された濃度ヒストグラムの最大濃
度値と最小濃度値との中間濃度値における濃度ヒストグ
ラムの頻度値を求める頻度検出手段と、前記頻度検出手
段で求めた頻度値と予め設定されている閾値との大小関
係を比較判定する閾値比較手段と、前記濃度ヒストグラ
ムより２値化レベルを決定し画像の２値化処理を行なう
画像２値化手段とを備え、前記閾値比較手段において、
前記頻度値が、前記予め設定されている閾値よりも小さ
いと判定したときに、前記画像２値化手段を動作させ、
画像の２値化処理を行なうようにしたものである。

【００１５】

【作用】第１の発明の視覚センサ装置においては、閾値
比較手段が濃度差検出手段で検出した最大濃度値と最小
濃度値との濃度差値が予め設定されている閾値よりも大
きいと判定したときに画像２値化手段を動作させて２値
画像を形成する。

【００１６】また、第２の発明の視覚センサ装置におい
ては、閾値比較手段が濃度ヒストグラムの最大濃度値と
最小濃度値の中間濃度値における濃度ヒストグラムの頻
度値が予め設定されている閾値より小さいと判定した場
合に画像２値化処理を動作させて２値画像を形成する。

【００１７】

【実施例】図１〜図８は本発明の実施例を示すもので、
図１は構成を示すブロック図、図２は実施例１の処理手
順を示すフロ−チャ−ト、図３は本実施例で用いられる
対象ワークの配列モデル図、図４は対象ワ−クを読み取
るときの説明図、図５は実施例２の処理手順を示すフロ
ーチャート、図６は対象ワ−クがある場合の濃度ヒスト
グラム、図７は対象ワークがない場合の濃度ヒストグラ
ム、図８は対象ワークがあるがこの対象ワークと背景と
の濃度差が少ない場合の濃度ヒストグラムである。図
中、従来例と同一符号は従来例と同一、または相当部分
を示す。

【００１８】実施例１ 図１に基づきこの発明の一実施例である視覚センサ装置
について説明する。図中、２〜７、９〜１４は従来例で
説明した通りであり、ここでは、以下に従来例との差異
部の構成について説明する。

【００１９】図において、１はこの実施例の視覚センサ
装置の制御を司る視覚センサ制御部であり、８はこの視
覚センサ制御部１を構成する構成の１つで、中央処理装
置７で実行される後述する、濃変差検出、閾値比較、画
像２値化などのプログラムやデータ等を格納する記憶回
路である。

【００２０】次に図２のフロ−チャ−トに基づいてその
動作について説明する。予め上位コントロ−ラ２から入
力された閾値をはじめとする諸デ−タ、および制御プロ
グラムは上位インタ−フェイス回路１４を介して記憶回
路８に格納されていて、この格納されている制御プログ
ラムに基づいて中央処理装置７が機能し動作が開始され
る。すなわち、従来の装置と同様にまず、対象ワ−クを
検知するための視野認識手段であるカメラ４によって図
３に示すような複数のワーク３をセットしたパレットの
それぞれのます目の画像が順次読み取みとられる。ここ
でカメラ４が読み取る画像の１視野は、図４の点線に示
すそれぞれのます目がその１視野で、この１のます目内
の画像が一度で読み取られる認識画像の視野である。カ
メラ４により読み取られた該視野の光学的な情報信号は
電気信号であるビデオ信号に変換されて、画像入力回路
９に供給され、この画像入力回路９では、アナログ信号
であるビデオ信号をアナログ・デジタル変換し、出力信
号を画像記憶回路１１に供給する。そして、ステップＳ
１で画像記憶回路１１に格納された画像に対して画像処
理手段である画像処理回路１０で濃度ヒストグラムを作
成する。

【００２１】次に中央処理装置７では、ステップＳ２
で、この濃度ヒストグラムの最大濃度値Ｎｍａｘを求
め、ステップＳ３で濃度ヒストグラムの最小濃度値Ｎｍ
ｉｎを求め、ステップＳ４で最大濃度値と最小濃度値の
差値Ｄ＝（Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）を求め、ステップＳ５
で予め上位コントロ−ラ２から記憶回路８へ入力してお
いた閾値を呼び出し、このよびだした閾値ｋ１と最大濃
度値と最小濃度値の差値Ｄとの大小を比較し差値Ｄが大
きい場合にはステップＳ６で画像記憶回路１１に格納さ
れている画像情報に対して判別分析法などにより２値化
処理を実行し、この結果を再度画像記憶回路１１に２値
化画像として格納する。そして上記の画像記憶回路１１
に格納された２値化画像は、従来例に示すごとく解析及
び判断され、この解析及び判断に応じて所定の制御信号
（例えば対象ワ−クあり）が上位コントローラ２に出力
される。この出力を受けた上位コントローラ２はロボッ
トなどに制御指令を出力しワ−ク３に対する作業がおこ
なわれる。また、最大濃度値と最小濃度値の差値Ｄが閾
値ｋ１より小さい場合にはステップＳ７で画像記憶回路
１１に格納されている画像情報を２値化することなく消
去する。そしてこの消去された画像記憶回路１１の情報
は、対象ワ−クが存在しないことを意味する所定の制御
信号として上位コントローラ２に出力する。この出力を
受けた上位コントローラ２はカメラ４の視野が次のます
目に移動するようにロボットなどにパレットの移動指令
を出力する。

【００２２】このように所定の制御信号を上位コントロ
ーラ２に出力したら、図４に示す視野を順次のます目の
位置に移動させ同様の処理を繰り返し、全てのます目に
対して処理を行う。

【００２３】次に、上記フローチャートの各ステップ毎
の動作について、図６および図７に示すの本発明の一実
施例の視覚センサ装置の説明図に基づいてを参照して詳
細に説明する。図６は図１の画像処理回路１０によって
作成された濃度ヒストグラム図であって視野内にワーク
３がある場合を示し、図７は視野内にワーク３が存在し
ない場合に得られる濃度ヒストグラム図を示している。

【００２４】まず、ステップＳ１で行なわれる画像の濃
度ヒストグラムの作成について説明する。画像記憶回路
１１には、カメラ４より入力された画像がアナログ・デ
ジタル変換され格納されている。格納された画像は各画
素で濃度を持っており、たとえば、最も暗い画素の値を
０、最も明るい画素の値を２５５として、０から２５５
の明るさに応じた値を持っている。この、各明るさの画
素が画像記憶回路１１にいくつあるかを求める。その結
果は図６〜図７に示す通りである。

【００２５】次にステップＳ２では濃度ヒストグラムの
最大濃度値Ｎｍａｘ、つまり、画像記憶回路１１内に存
在する画素の最大濃度を求める。

【００２６】ステップＳ３でも同様に濃度ヒストグラム
の最小濃度値Ｎｍｉｎ、つまり、画像記憶回路１１内に
存在する画素の最小濃度値を求める。

【００２７】次にステップＳ４では最大濃度値と最小濃
度値の差値Ｄ＝（Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）を求める。

【００２８】次にステップＳ５では最大濃度値と最小濃
度値の差値Ｄとあらかじめ設定しておいた閾値ｋ１と比
較する。閾値ｋ１の設定は、視野に対象ワ−クが存在し
ない状態の画像情報を種々の条件下で確認し誤認識が生
じない範囲の最適値を設定しこの設定した値を上位コン
トローラ２より入力する他、キーボード６の操作、ある
いは、予め処理プログラムに記述しておくことによって
も設定できる。

【００２９】対象視野内にワーク３が存在する場合はス
テップＳ５において最大濃度値と最小濃度値の差値Ｄが
閾値ｋ１より大きくなり、ステップＳ６で画像記憶回路
１１に格納された画像に対して、モード法、判別分析法
などにより２値化レベルを決定する。そして、この２値
化レベルにより画像記憶回路１１に格納された画像を２
値化し画像記憶回路１１に再度格納する。

【００３０】また、図７に示すように対象視野内にワー
ク３が存在しない場合はステップＳ５において最大濃度
値と最小濃度値の差値Ｄが閾値ｋ１より小さくなり、ス
テップＳ７で画像記憶回路１１の内容をクリアする。つ
まり、画像記憶回路１１の全画素の濃度を０（最も暗い
状態）にする。

【００３１】図３、４に示す各ます目に入っているワー
クは全てが同じ形の場合だけではなく、形の異なる多品
種のワークの場合でも、ステップＳ４で求められる最大
濃度値と最小濃度値の差値Ｄは対象ワークが存在しない
場合と存在する場合とで異なった値となるので、同様に
処理を行なうことができる。

【００３２】実施例２．図５は、この発明の、実施例２
の視覚センサ装置の制御動作を示すフローチャートであ
り、また、図８は対象視野内でワーク３とその背景の濃
度差が小さい場合で画像処理回路１０によって作成され
た濃度ヒストグラム図である。この実施例２に示す発明
は、対象視野内のワーク３とその背景との濃度差が小さ
い場合に適用することによりその効果が大きいものであ
る。

【００３３】以下、図５、８に基づいて、動作の説明を
する。この視覚センサ装置による検知動作ステップＳ１
０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３は、実施例１のステップＳ
１、Ｓ２、Ｓ３の動作と全く同様に進む。

【００３４】ステップＳ１０４では最大濃度値と最小濃
度値の中間濃度値Ｎｍｉｄ＝（（Ｎｍａｘ＋Ｎｍｉｎ）
／２）を求める。

【００３５】ステップＳ１０５では中間濃度値Ｎｍｉｄ
での濃度ヒストグラムの頻度値Ｈｍｉｄを求める。

【００３６】そして、ステップＳ１０６ではあらかじめ
設定しておいた閾値ｋ２と中間濃度値Ｎｍｉｄでの濃度
ヒストグラムの頻度値Ｈｍｉｄとを比較する。閾値ｋ２
の設定は、対象ワーク３とその背景の濃度差が小さい条
件下にある状態の画像情報を種々の条件下で確認し誤認
識が生じない最適値を設定し、この設定した値を上位コ
ントローラ２より入力する他、キーボード６の操作、あ
るいは、予め処理プログラムに記述しておくことによっ
て閾値ｋ１の設定と同様に行なう。

【００３７】対象視野内にワーク３が存在する場合はも
ちろん、図８に示すようにワーク３とその背景の濃度差
が小さい場合でも、ステップ１０６において中間濃度値
Ｎｍｉｄでの濃度ヒストグラムの頻度値Ｈｍｉｄが閾値
ｋ２より小さくなり、ステップＳ１０７で画像記憶回路
１１に格納された画像に対して、モード法、判別分析法
などにより２値化レベルを決定し、この決定された２値
化レベルにより画像記憶回路１１に格納された画像を２
値化して、画像記憶回路１１に再度格納する。

【００３８】また、対象視野内にワーク３が存在しない
場合（図７参照）、ステップ１０６において中間濃度値
Ｎｍｉｄでの濃度ヒストグラムの頻度値Ｈｍｉｄが閾値
ｋ２より大きくなり、ステップＳ１０８で画像記憶回路
１１をクリアする。つまり、画像記憶回路１１の全画素
の濃度を０（最も暗い状態）にする。

【００３９】図３に示す各ます目に入っているワークは
全てが同じ形の場合だけでなく、形の異なる多品種のワ
ークの場合でもよい、すなわちステップＳ１０５で求め
られる中間濃度値Ｎｍｉｄでの濃度ヒストグラムの頻度
値Ｈｍｉｄは対象ワークが存在しない場合と存在する場
合とで異なった値となるので、同様に処理を行なうこと
が可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明の視覚
センサ装置は、読み取った画像の濃度ヒストグラムより
最大濃度と最小濃度の差を求め、この濃度差と予め設定
してある閾値を比較し、濃度差が閾値より大きい場合に
は２値化処理を行なうようにしたので（対象ワークが存
在しない場合に２値化処理を行なわないので）、対象視
野内のワークの有無に係る誤認識を防ぐことができ、ま
た、対象視野内にワークが無いときには２値化処理をす
る必要がないのでシステム全体を高速で処理することと
なりムダ時間を省くことができる。

【００４１】また、第２の発明の視覚センサ装置は、読
み取った画像の濃度ヒストグラムより最大濃度と最小濃
度の中間濃度値とこの中間濃度値での濃度ヒストグラム
の頻度を求め、この頻度と予め設定されている閾値とを
比較し、頻度が閾値より小さい場合には２値化処理を行
なうようにしたので（対象ワークが存在しない場合に２
値化処理を行なわないので）、対象視野内のワークの有
無に係る誤認識を防ぐことができ、また、対象視野内に
ワークが無いときには２値化処理をする必要がないので
システム全体を高速で処理することとなりムダ時間を省
くことができ、さらに、対象視野内でワークと背景との
濃度差が小さい場合にもワークの有無に係る誤認識を防
ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例である視覚センサ装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は本発明の実施例１における視覚センサ装
置の制御動作の処理手順を示すフローチャートである。

【図３】図３は、本実施例で用いられる対象ワークの配
列モデル図である。

【図４】図４は、対象ワークを読み取るときの説明図で
ある。

【図５】図５は本発明の実施例２における視覚センサ装
置の制御動作の処理手順を示すフローチャートである。

【図６】図６は本発明の一実施例である視覚センサ装置
の画像処理回路によって作成された濃度ヒストグラム図
である（ワーク有）。

【図７】図７は対象ワークが存在しない場合に画像処理
回路によって作成された濃度ヒストグラム図である。

【図８】図８は対象ワークとその背景の濃度差が小さい
場合に画像処理回路によって作成された濃度ヒストグラ
ム図である（ワーク有）。

【図９】図９は従来の視覚センサ装置の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 視覚センサ制御部 ２ 上位コントローラ ３ ワーク ４ カメラ（視野認識手段） ５ モニタ表示器 ６ キーボード ７ 中央処理装置（濃度差検出手段、閾値比較手段、画
像２値化手段） ８ 記憶回路 ９ 画像入力回路 １０ 画像処理回路（濃度ヒストグラム作成手段） １１ 画像記憶回路 １２ モニタインターフェイス回路 １３ キーボードインターフェイス回路 １４ 上位インターフェイス回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象視野を認識する視野認識手段から認識
   した視野の出力信号を受けてこの対象視野の濃度ヒスト
   グラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、 この濃度ヒストグラム作成手段で作成された濃度ヒスト
   グラムの最大濃度値と最小濃度値との濃度差値を求める
   濃度差検出手段と、 この濃度差検出手段で求めた濃度差値と予め設定されて
   いる閾値との大小関係を比較判定する閾値比較手段と、 前記濃度ヒストグラムより２値化レベルを決定し画像の
   ２値化処理を行なう画像２値化手段とを備え、 前記閾値比較手段において、前記濃度差値が、前記予め
   設定されている閾値よりも大きいと判定したときに、前
   記画像２値化手段を動作させ、画像の２値化処理を行な
   うようにしたこと、 を特徴とする視覚センサ装置。
2. 【請求項２】対象視野を認識する視野認識手段から認識
   した視野の出力信号を受けてこの対象視野の濃度ヒスト
   グラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、 この濃度ヒストグラム作成手段で作成された濃度ヒスト
   グラムの最大濃度値と最小濃度値との中間濃度値におけ
   る濃度ヒストグラムの頻度値を求める頻度検出手段と、 前記頻度検出手段で求めた頻度値と予め設定されている
   閾値との大小関係を比較判定する閾値比較手段と、 前記濃度ヒストグラムより２値化レベルを決定し画像の
   ２値化処理を行なう画像２値化手段とを備え、 前記閾値比較手段において、前記頻度値が、前記予め設
   定されている閾値よりも小さいと判定したときに、前記
   画像２値化手段を動作させ、画像の２値化処理を行なう
   ようにしたこと、 を特徴とする視覚センサ装置。