JPH09251544A - ワークエッジ検出画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輪郭が直線と円弧との組み合わせで構成され
ていることが既知のワークの画像から輪郭を構成する円
弧と直線を表す各々の方程式を求めるワークエッジ検出
画像処理装置を提供する。 【解決手段】 輪郭が直線と円弧との組み合わせで構成
されているワークの画像から前記輪郭を構成する円弧と
直線を求めるワークエッジ検出画像処理装置であって、
入力されるワークの入力画像からワークの背景を識別し
ワークの領域を抽出するワーク領域抽出手段（５）と、
抽出されたワーク領域の境界を構成する境界点の点列を
求めるワーク境界点抽出手段（６）と、求めた境界点の
点列からどの境界点からどの境界点までが単一の直線あ
るいは単一の円弧で表されるかを検出し、ワークの輪郭
を構成する円弧と直線の方程式を求めるエッジ検出手段
（７）と、を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの輪郭が直
線と円弧との組み合わせで構成されていることが既知の
ワークの画像から輪郭を構成する円弧と直線を表す各々
の方程式を求めるワークエッジ検出画像処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工場の製造ラインにおいては、すでにさ
まざまな形で画像処理装置が用いられている。半導体チ
ップの信号供給端子からリード線へのワイヤボンディン
グ工程でのチップあるいはリード線の位置ずれ検出や、
コンベア上を流れてくる多種のワークをハンドリング
し、それぞれのパレットへの移載作業をロボットに行わ
せる際のワークの位置と種類の検出、あるいは製造部品
の検査にも用いられている。

【０００３】従来の多くの画像処理装置では、ビデオカ
メラによりとらえた画像を適切なしきい値で２値化した
後、ラベリング、重心位置計算などの認識処理を行って
いる。２値化する目的は、計算量を減少させ画像処理に
要する時間を短くするとともに、装置の価格も低く抑え
ることにあった。ただし、２値化しても背景とワークが
識別可能なように照明条件には多くの制約が加えられて
いた。

【０００４】近年、これまでの２値化画像のみを扱う画
像処理装置に加えて、濃淡画像を直接処理する画像処理
装置も開発されてきている。濃淡画像による検出すべき
物体のパターンをあらかじめ登録しておき、パターンマ
ッチングにより入力画像中の物体の位置を検出するもの
である。濃淡画像を扱うことにより、周囲の明るさの大
幅な変化や対象物のぼやけ、多段階明度を持つ対象物に
対しても安定した認識結果を得ることができる。

【０００５】また、濃淡画像を扱う画像処理装置とし
て、パターンマッチングだけでなく、エッジ検出などの
特徴抽出処理を行うことのできるものも表れている。こ
れらの画像処理装置では、あらかじめ画像中のどこの領
域に対してどのような特徴抽出処理を行うかの手順を指
定しておくことにより、欠陥検査や品種判別などに用い
ることができる。

【０００６】以上のように、コンピュータの高速化にも
助けられ、濃淡画像を扱いより高度な画像処理を行う画
像処理装置はいろいろ開発されてきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、既存の
画像処理装置は、既知の対象物を入力画像の中から検出
するものであり、形状のあらかじめわかってない物体
を、その入力画像から形状を検出するものではなかっ
た。あらかじめ、背景と検出対象物の明暗に差をつけて
おき、２値化処理をすることにより、対象物の領域を求
めたのちに、その面積やモーメントを算出して、あらか
じめ登録しておいた物体の面積やモーメントの値と比較
することにより、登録しておいたどの物体が見えている
かを求めることはできたが、どのような形状かわからな
い状態で入力画像のみから、どのような直線・曲線から
構成される物体が見えているかを求める実用的なものは
なかった。

【０００８】研究レベルでは、入力画像からエッジ検出
を行い、２台のカメラからの映像でのエッジ検出結果か
ら、それぞれ対応するエッジを求めステレオ法によりエ
ッジの３次元位置を算出した後に、対象物の３次元形状
を求めようという試みはさまざまある。しかしながら、
多くの研究ではエッジが直線のみからなる多面体に近似
して扱っている。曲面も扱うものもあるものの、研究レ
ベルでは背景に制限を加えない一般的形状認識をめざし
ており、それなりに成果はあがりつつあるものの、実用
的に信頼性よく動作するものはこれまでになかった。ま
た、ワークと背景が容易に識別できるように背景に制限
を加えたり、対象物を直線と円弧のみから稜線が構成さ
れるものに限定することにより、実用的に信頼性よく動
作するものもこれまでにはなかった。

【０００９】請求項１に記載の発明に関係して このように、従来の画像処理装置では、あらかじめ検出
しようとする対象物の形状がわからない状態で、入力画
像から物体の形状を信頼性よく検出することができなか
った。

【００１０】そこで、本発明は、産業用部品の多くが、
そのエッジは直線あるいは円弧であることに着目し、背
景とワークとの画面上の境界が直線と円弧のみの組み合
わせで構成されている状況設定下で、背景とワークとの
境界を構成するワークエッジの方程式および端点の座標
値を画像から検出する画像処理装置を提供することを目
的とする。ワークのあるひとつの平面のみを直上から見
るようにビデオカメラを設置した状況を想定している。
そのような状況では、背景とワークとの境界は直線と円
弧の組み合わせになる。

【００１１】請求項５に記載の発明に関係して このように、従来の画像処理装置では、あらかじめ検出
しようとする対象物の形状がわからない状態で、入力画
像から物体の形状を信頼性よく検出することができなか
った。

【００１２】そこで、本発明は、産業用部品の多くが、
そのエッジは直線あるいは円弧であることに着目し、背
景とワークとの画面上の境界を構成するエッジが物理的
には直線と円弧のみの組み合わせで同一平面上にあり、
しかもその平面の３次元空間での方程式が既知の条件下
であれば、たとえ背景とワークとの境界を構成するエッ
ジの一部が画面上では楕円に見える場合でも、ワークエ
ッジの３次元方程式および端点の３次元座標値を画像か
ら検出する画像処理装置を提供することを目的とする。

【００１３】請求項６に記載の発明に関係して このように、従来の画像処理装置では、あらかじめ検出
しようとする対象物の形状がわからない状態で、入力画
像から物体の形状を信頼性よく検出することができなか
った。

【００１４】そこで、本発明は、板から切り出された部
品の特徴である、上下面が平行で側面は上下面に垂直で
あり、エッジは直線あるいは円弧であるという対象物の
エッジの３次元情報を１台のカメラからの入力画像から
検出する画像処理装置を提供することを目的とする。ワ
ークは、あらかじめ、その３次元位置が既知な平面の上
に設置されているが、その平面のどこに設置されている
か不明であるとする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、輪郭が直線と円弧との組
み合わせで構成されているワークの画像から前記輪郭を
構成する円弧と直線を求めるワークエッジ検出画像処理
装置であって、入力されるワークの入力画像からワーク
の背景を識別しワークの領域を抽出するワーク領域抽出
手段と、抽出されたワーク領域の境界を構成する境界点
の点列を求めるワーク境界点抽出手段と、求めた境界点
の点列からどの境界点からどの境界点までが単一の直線
あるいは単一の円弧で表されるかを検出し、ワークの輪
郭を構成する円弧と直線の方程式を求めるエッジ検出手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１６】また、前記エッジ検出手段は、ふたつの境
界点を結ぶ直線を求め、ふたつの境界点の間の境界点の
中で前記直線から所定距離以上離れたはみ出し境界点が
あるか否かを判定し、はみ出し境界点がない場合には、
前記ふたつの境界点の間はひとつの直線とみなすという
判断基準により、前記境界点列全体を折れ線近似する折
れ線近似演算部と、（ａ）前記折れ線近似演算部により
求められた各折れ線について、その隣接する折れ線との
交点をなす境界点において、その境界点の両側の折れ線
のなす角度を求め、その角度が所定角度より大きい場合
には、その境界点を区切端点として求め、（ｂ）区切端
点と他の区切端点との間に折れ線がひとつのみ存在する
場合には、その折れ線を直線として登録し、（ｃ）区切
端点と他の区切端点との間に折れ線が複数存在する場合
には、その複数の折れ線を構成する境界点列の一部ある
いは全体が同一の円弧を構成するか否かを判断し、同一
の円弧を構成する部分があると判断される場合には、同
一円弧を構成すると判断された折れ線の一部あるいは全
体をワークの輪郭を構成する円弧として採用するととと
もに、円弧として採用されなかった部分については直線
として登録し、ワークの輪郭を構成する円弧あるいは直
線の方程式を求める円弧直線特定手段と、を備えてい
る。

【００１７】前記円弧直線特定手段の前記（ｃ）におけ
る、区切端点と他の区切端点との間の複数折れ線を構成
する境界点列の一部あるいは全体が同一の円弧を構成す
るか否かの判断は、区切端点のひとつを始点とする折れ
線を探索初期エッジとし、前記探索初期エッジに近接す
る順番に前記折れ線と前記探索初期エッジとのなす角度
を求めて前記探索初期エッジに対し所定角度以上の角度
をなす折れ線を探索終端エッジとして採用し、前記探索
終端エッジからの前記探索初期エッジに向かってひとつ
ひとつ折れ線を追加してゆき、それらの折れ線群を構成
する境界点列のすべてが同一の円弧を構成するか否か判
定し、同一の円弧を構成しないと判定されるまで折れ線
を追加してゆくととともに、前記探索終端エッジから前
記探索初期エッジとは反対に向かってひとつひとつ折れ
線を追加してゆき、それらの折れ線群を構成する境界点
列のすべてが同一の円弧を構成するか否かを判定し、同
一の円弧を構成しないと判定されるまで折れ線を追加し
てゆくことにより、円弧の両端を特定することを特徴と
する。

【００１８】前記エッジ検出手段においては、前記境界
点列のどこからどこまでがひとつの直線あるいは円弧か
を求め、ひとつの直線あるいは円弧に含まれると判定さ
れた境界点列の座標値より各直線と円弧の方程式を求め
るとともに、前記エッジ検出手段により求められた直線
と円弧の方程式をもとに、各直線あるいは円弧が存在さ
れると予想されるワーク画像の一部に対してエッジ検出
処理を行うことにより、より正確に各直線と円弧の方程
式を修正し、修正した直線と円弧の方程式の交点を演算
することによりワーク輪郭を構成する直線と円弧の各交
点を求めるエッジ数値情報検出手段を備えている。

【００１９】また、上記目的を達成するために、請求項
５に記載の発明は、輪郭が直線と円弧との組み合わせで
構成されているワークの画像から前記輪郭を構成する円
弧と直線を求めるワークエッジ検出画像処理装置であっ
て、ワークの輪郭を構成する直線と円弧が同一の平面に
あることと、３次元空間における前記平面を表す方程式
とが既知であり、ワークの入力画像からワークの背景を
識別しワークの領域を抽出するワーク領域抽出手段と、
抽出されたワーク領域の境界を構成する境界点の点列を
求めるワーク境界点抽出手段と、求めた境界点の点列が
存在する平面を表す方程式を参照しどの境界点からどの
境界点までが単一の直線あるいは単一の円弧で表される
かを検出し、ワークの輪郭を構成する円弧と直線の方程
式を求めるエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段によ
り求められた直線と円弧の方程式をもとに、各直線ある
いは円弧が存在されると予想されるワーク画像の一部に
対してエッジ検出処理を行うことにより、より正確に各
直線と円弧の方程式を修正し、修正した直線と円弧の方
程式の交点を演算することによりワーク輪郭を構成する
直線と円弧の各交点を求めるエッジ数値情報検出手段
と、を備えたことを特徴とする。

【００２０】また、上記目的を達成するために、請求項
６に記載の発明は、輪郭が直線と円弧との組み合わせで
構成されているワークの画像から前記輪郭を構成する円
弧と直線を求めるワークエッジ検出画像処理装置であっ
て、ワークの表面が互いに平行に位置する上下の平面と
この上下の平面に垂直な側面とを有することと、ワーク
の下面が配置される平面の方程式とが既知であり、ワー
クの入力画像からワークの背景を識別しワークの領域を
抽出するワーク領域抽出手段と、抽出されたワーク領域
の境界を構成する境界点の点列を求めるワーク境界点抽
出手段と、求めた境界点の点列が存在する平面を表す方
程式を参照しどの境界点からどの境界点までが単一の直
線あるいは単一の円弧で表われるかを検出し、ワークの
輪郭を構成する円弧と直線の方程式を求めるエッジ検出
手段と、前記エッジ検出手段により求められた直線と円
弧の方程式をもとに、各直線あるいは円弧が存在される
と予想されるワーク画像の一部に対してエッジ検出処理
を行うことにより、より正確に各直線と円弧の方程式を
修正し、修正した直線と円弧の方程式の交点を演算する
ことによりワーク輪郭を構成する直線と円弧の各交点を
求めるエッジ数値情報検出手段と、前記エッジ数値情報
検出手段で修正した直線と円弧の方程式と前記交点の座
標値とを用い、未だ求められていない残された直線と円
弧の方程式と交点の座標値とを演算する非輪郭エッジ数
値情報検出手段と、を備えたことを特徴とする。

【００２１】具体的には、請求項１に記載の発明は、画
像を入力する１台のビデオカメラ、カメラからの映像信
号をデジタル化してコンピュータに入力する画像入力装
置、画像の中からワークの領域を抽出するワーク領域抽
出装置、ワーク抽出装置の出力からワーク領域の境界と
なる点列を取り出すワーク境界点抽出装置、ワーク境界
点列からどの点からどの点までがひとつの直線あるいは
円弧であるかを検出するエッジ検出装置、およびエッジ
検出装置の出力をもとに各エッジの方程式を算出した後
に各エッジの交点の座標値を算出するエッジ数値情報検
出装置から構成されることが可能である。

【００２２】また、具体的には、請求項５に記載の発明
は、画像を入力する１台のビデオカメラ、カメラからの
映像信号をデジタル化してコンピュータに入力する画像
入力装置、画像の中からワークの領域を抽出するワーク
領域抽出装置、ワーク抽出装置の出力からワーク領域の
境界となる点列を取り出すワーク境界点抽出装置、ワー
ク境界点が存在する平面の方程式をもとにワーク境界点
列からどの点からどの点までがひとつの直線あるいは円
弧であるかを検出するエッジ検出装置、およびエッジ検
出装置の出力をもとに各エッジの３次元空間での方程式
を算出した後に各エッジの交点の３次元空間での座標値
を算出するエッジ数値情報検出装置から構成されること
が可能である。

【００２３】また、具体的には、請求項６に記載の発明
は、ワークを設置する面の３次元空間での方程式が既知
なワーク設置装置、画像を入力する１台のカメラ、カメ
ラからの映像信号をコンピュータに入力する画像入力装
置、画像の中からワークの領域を抽出するワーク領域抽
出装置と、ワーク抽出装置の出力からワーク領域の境界
となる点列を取り出すワーク境界点抽出装置と、ワーク
境界点列のどの点からどの点までがひとつの直線あるい
は円弧であるかを検出するワーク輪郭エッジ数値情報検
出装置、ワーク輪郭のエッジ情報をもとに残りのワーク
のエッジ方程式および端点座標値を求めるワーク非輪郭
エッジ数値情報検出装置から構成されることが可能であ
る。

【００２４】次に、上述の本発明の作用について説明す
る。

【００２５】請求項１に記載の発明についてエッジ検出
手段は、ワーク境界点抽出手段によって求めた境界点の
点列からどの境界点からどの境界点までが単一の直線あ
るいは単一の円弧で表されるかを折れ線近似を用いて検
出し、ワークの輪郭を構成する円弧あるいは直線の方程
式を求める。

【００２６】エッジ検出手段は、ある境界点と近接する
境界点とを直線で結び、前記近接境界点に至るまでの境
界点の中で前記直線から所定距離以上離れたはみ出し境
界点があるか否かを判定し、同一の直線を構成する境界
点の集合を見い出し、同一の直線を構成しない境界点を
複数の折れ線で表す。

【００２７】エッジ数値情報検出手段は、前記エッジ検
出手段によって求めたワークの輪郭を構成する円弧と直
線の方程式の精度をさらに上げるためのものである。ワ
ーク領域抽出手段とワーク領域抽出手段によって求めた
境界点の点列には、ワークの入力画像を画像処理して求
めているため、誤差があり得る。この誤差を、エッジ検
出手段で求めたエッジの方程式を修正し改良する。

【００２８】具体的には、請求項１に記載の本発明のワ
ークのエッジ検出画像処理装置によれば、そのエッジが
直線および円弧の組み合わせから構成されるワークの直
上にビデオカメラが設置され、ワークの画像がそのビデ
オカメラにより入力され、映像信号がコンピュータの画
像入力装置によりデジタル化されコンピュータのメモリ
に取り込まれる。コンピュータは、あらかじめワークが
設置されていない際の背景の明るさ、あるいはワークが
設置されていない際の背景画像を保存しており、ワーク
のみを検出するようにしきい値を設定して２値化する
か、あるいはワークを含む入力画像と背景画像との差分
をとることにより背景との差分画像を生成する。

【００２９】２値化画像では、ワークの領域のみが値が
１となっており、差分画像ではワークの領域では値が大
きく、それ以外ではほとんど値が０になっているので、
容易にワークの領域を検出することができる。ワークの
領域を検出した後に、ワークとの境界となる点列を、時
計まわり、あるいは反時計まわりに求めてゆく。求めら
れたワーク境界点列から、まず折れ線近似により、どの
点からどの点までがひとつの直線に属するか、求めてゆ
く。その結果、ワークの境界はいくつかの折れ線により
近似され、各折れ線はワーク境界点列の何番から何番の
点までであるかが求められる。

【００３０】次に、連続する複数の折れ線をひとつの円
弧で十分近似できるものを探し、順次折れ線を円弧で置
き換えてゆく。

【００３１】以上の処理の結果、ワーク境界がどのよう
に直線と円弧の組み合わせで構成されているかが求めら
れたので、各直線部分や円弧部分の方程式を入力画像に
エッジ検出処理を直接ほどこすことにより、より正確に
求め、それらの方程式の交点を算出することにより、各
直線部分や円弧部分の交点の座標値を求める。

【００３２】また、請求項５に記載の本発明のワークの
エッジ検出画像処理装置によれば、そのエッジが直線お
よび円弧の組み合わせから構成されるワークの画像がビ
デオカメラにより入力され、映像信号がコンピュータの
画像入力装置によりデジタル化されコンピュータのメモ
リに取り込まれる。コンピュータは、あらかじめワーク
が設置されていない際の背景の明るさ、あるいはワーク
が設置されていない際の背景画像を保存しており、ワー
クのみを検出するようにしきい値を設定して２値化する
か、あるいはワークを含む入力画像と背景画像との差分
をとることにより背景と差分画像を生成する。

【００３３】２値化画像では、ワークの領域のみが値が
１となっており、差分画像ではワークの領域では値が大
きく、それ以外ではほとんど値が０になっているので、
容易にワークの領域を検出することができる。ワークの
領域を検出した後に、背景とワークとの境界となる点列
を、時計まわり、あるいは反時計まわりに求めてゆく。
求められたワーク境界点列から、まず折れ線近似によ
り、どの点からどの点までがひとつの直線に属するか、
求めてゆく。その結果、ワークの境界はいくつかの折れ
線により近似され、各折れ線はワーク境界点列の何番か
ら何番の点までであるかが求められる。検出されたワー
ク境界が属する平面の３次元空間での方程式が既知であ
るので、連続する複数の折れ線をひとつの円弧からなる
と仮定して、その円弧の方程式をワーク境界点列の中の
３点から算出した後に、残りのワーク境界点とのずれか
ら、ひとつの円弧とみなせるかどうかの判定を行ってゆ
くことにより、複数の折れ線がひとつの円弧で十分近似
できるものを探し、順次折れ線を円弧で置き換えてゆ
く。

【００３４】以上の処理の結果、ワーク境界がどのよう
に直線と円弧の組み合わせで構成されているかが求めら
れたので、各直線部分や円弧部分の方程式を入力画像に
エッジ検出処理を直接ほどこすことにより、より正確に
求め、それらの方程式の交点を算出することにより、各
直線部分や円弧部分の交点の座標値が求められる。

【００３５】請求項６に記載の本発明のワークのエッジ
検出画像処理装置によれば、あらかじめその３次元的な
位置が既知なワーク載置台上の任意箇所に設置されたワ
ークの画像がビデオカメラにより入力され、その映像信
号がコンピュータの画像入力装置によりデジタル化され
コンピュータのメモリに取り込まれる。コンピュータ
は、あらかじめワークが設置されていない際の背景の明
るさ、あるいはワークが設置されていない際の背景画像
を保存しており、ワークのみを検出するようにしきい値
を設定して２値化するか、あるいはワークを含む入力画
像と背景画像との差分をとることにより背景と差分画像
を生成する。２値化画像では、ワークの領域のみが値が
１となっており、差分画像ではワークの領域では値が大
きく、それ以外ではほとんど値が０になっているので、
容易にワークの領域を検出することができる。

【００３６】ワークの領域を検出した後に、背景とワー
クとの境界となる点列を、時計まわり、あるいは反時計
まわりに求めてゆく。求められたワーク境界点列から、
まず折れ線近似により、どの点からどの点までがひとつ
の直線に属するか、求めてゆく。その結果、ワークの境
界はいくつかの折れ線により近似され、各折れ線はワー
ク境界点列の何番から何番の点までであるかが求められ
る。

【００３７】次に、ワークの設置されているワーク設置
台の平面の方程式を用いてワーク側面のエッジを検出す
る。各折れ線がワーク側面のエッジであると仮定する
と、その折れ線の端点の一方はワーク設置台上に保存す
るはずであり、ワーク設置台の平面の方程式とその端点
の画面内での座標値から３次元空間での座標値が算出で
きる。また、その折れ線がワーク側面のエッジであれば
ワーク設置台上にある端点を通り、ワーク設置台に垂直
であるはずであるので、その３次元空間での直線の方程
式が算出でき、従って画面内での直線の方程式も算出で
きる。算出された直線の方程式と実際の折れ線とを比較
することにより、各折れ線が側面のエッジであるかどう
かを判定する。

【００３８】ワーク側面のエッジには、曲面の境界線が
見えている場合もあり、その場合にはそのエッジはワー
ク載置台に垂直にならないが、傾きの判定に余裕をもた
せるとともに、両隣りのエッジがワーク上面に属するか
下面に属するかを調べることにより、判定を行う。ワー
ク側面のエッジが検出されたら、各折れ線がワーク上面
に属するか、下面に属するか、側面に属するかを調べ
る。ワーク側面のエッジについて、ワーク載置台の平面
の方程式を用いることにより、その両端点の３次元空間
での座標値が計算されるのでワーク高さが算出される。
やはり、側面のエッジが曲面の境界線の場合には、正確
にワーク高さが求められない。

【００３９】そこで、この大まかなワーク高さの推定値
を用いて、ワーク下面に属するエッジの中で、最も長い
エッジを探し、そのエッジと平行な上面に属するエッジ
の画面内での位置を、ワーク高さの推定値を用いて計算
し、その近傍領域のエッジ検出を行うことにより、正確
な位置を算出する。このふたつの平行なエッジの画面内
での位置からワーク高さを正確に求める。ワーク高さが
求められたら、ワーク上面の３次元空間での方程式は容
易に求められるので、各折れ線が属する平面の３次元空
間での方程式が定まる。その後、連続する複数の折れ線
がひとつの円弧からなると仮定して、その円弧の３次元
空間での方程式をワーク境界点列の中の３点の座標値お
よび折れ線が属する平面の方程式を用いて算出した後
に、残りのワーク境界点とのずれから、ひとつの円弧と
みなせるかどうかの判定を行ってゆくことにより、複数
の折れ線がひとつの円弧で十分近似できるものを探し、
順次折れ線を円弧で置き換えてゆく。

【００４０】以上の処理の結果、ワーク境界がどのよう
に直線と円弧の組み合わせで構成されているかが求めら
れたので、各直線部分や円弧部分の方程式を入力画像に
エッジ検出処理を直接施すことにより、より正確に求め
られ、それらの方程式の交点を算出することにより、各
直線部分や円弧部分の交点の座標値が求められる。ワー
ク上面のエッジの中には、輪郭を構成するエッジとして
すでに検出されているエッジと、まだ検出されていない
エッジがある。検出されていないエッジは、それと平行
な下面のエッジの画面内での位置、ワークの高さから、
その画面内でのおよその位置を推定した後に、推定され
た位置近傍のエッジ検出処理を行い、正確な位置を算出
する。ワーク上面のエッジの画面内の正確な位置が全て
算出されれば、ワークの高さが算出されているので、ワ
ーク形状が完全にわかったことになる。最後に、画面内
の各エッジの位置、ワーク載置台の３次元的な位置およ
びワークの高さの値から各エッジの３次元的な位置を算
出することにより、ワークの３次元的な完全な形状およ
び位置を算出できたことになる。

【００４１】

【発明の実施の態様】以下に、本発明の実施例について
図面を参照しつつ説明する。図１は、ワークのエッジ検
出画像処理装置に係わる本発明請求項１に対応する一実
施形態について概略構成を示すものである。

【００４２】この図において、ワークのエッジ検出画像
処理装置は、ビデオカメラ３と、画像入力装置４と、画
像の中からワークの領域を抽出するワーク領域抽出装置
５と、ワーク抽出装置の出力からワーク領域の境界とな
る点列を取り出すワーク境界点抽出装置６と、ワーク境
界点列からどの点から点までがひとつの直線あるいは円
弧でるかを検出するエッジ検出装置７、およびエッジ検
出装置の出力をもとに各エッジの方程式を算出した後に
各エッジの交点の座標値を算出するエッジ数値情報検出
装置８から構成されている。ワーク２は、ワーク設置装
置１の上に設置される。

【００４３】以下、上記構成のワークのエッジ検出画像
処理装置を用いてワーク設置台１に設置されたワーク２
の輪郭を構成する直線・円弧を検出する方法を図２をも
参照しつつ説明する。

【００４４】図２は、ビデオカメラ３の出力信号である
映像信号が画像入力装置４でデジタル化された後の画像
処理手順を示したものである。まず、ステップＳ１０１
では、画像入力装置４にてデジタル化された画像データ
を入力して２次元配列 ｐｉｘｅｌ［ｙ］［ｘ］ を生成する。（ｙ，ｘ）は画面内でのｙ，ｘ座標値であ
り、各配列要素であるｐｉｘｅｌ［ｙ］［ｘ］は画面上
での座標値（ｙ，ｘ）での画像の輝度を表す。なおこの
例では、画像は白黒画像とし、２５５階長、つまり８ｂ
ｉｔで、画像のサイズは高さがＶ、幅がＨとする。

【００４５】ステップＳ１０２では、ビデオカメラ３で
あらかじめ取得しておいたワークの載せてないワーク設
置装置１の画像と、現在のワークを含む入力画像との差
分を取ることによりワーク部分以外はほぼ除去された差
分画像が生成される。ステップＳ１０３では、差分画像
からワークの輪郭を検出し、輪郭の座標値列 ｃｈａｉｎ［ｉ］［］ を得る。ｃｈａｉｎ［ｉ］［０］はｉ番目の輪郭点のｘ
座標値、ｃｈａｉｎ［ｉ］［１］はｉ番目の輪郭点のｙ
座標値である。ステップＳ１０４では、輪郭の座標値列
から、ワーク輪郭の各部分が直線か円弧かを判別し、以
下のようなデータを作成する。

【００４６】 ｃｄｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［０］：ｉ番目のエッジの最初の輪郭点番号 ［１］：ｉ番目のエッジの最後の輪郭点番号 ［２］：円弧か直線かの識別 （０：直線、１：円弧） 例えば、ｃｄｇｅｌｉｓｔ［０］［０］が０で、ｃｄｇ
ｅｌｉｓｔ［０］［１］が２５であるときには、０番目
のエッジは、 ｃｈａｉｎ［０］からｃｈａｉｎ［２５］ までの座標値であるということを意味する。

【００４７】ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４
で検出された各エッジの点列の近傍領域をまずエッジ強
調処理した後に、エッジの正確な位置をハフ変換などの
エッジ検出処理により算出する。直線や円弧であるエッ
ジの画面内の位置とは、直線や円弧の方程式および、両
端点の座標値のことである。

【００４８】図３は、板状のサンプルワークからエッジ
を検出する各段階での処理結果を示した例である。図３
（ａ）が入力画像であり、図３（ｂ）は背景画像と入力
画像の差分画像である。この例ではしきい値を３０に設
定してあり、差が３０以下の画素については、背景との
差がないとみなし値を０にしてある。従って、値が０で
ない部分がおよそワークに対応するが、影があればワー
クの周辺部分も含んでしまう。図３（ｃ）は図３（ｂ）
の差分画像からワーク輪郭を検出したものである。ワー
ク輪郭を検出する際には、後述するようにしきい値を動
的に修正しながら輪郭の検出を行っているので、図３
（ｂ）では含まれている可能性がある影も除去される。
図３（ｄ）はワーク輪郭の直線部分と円弧部分を認識し
てそれらの方程式や端点位置を算出した結果である。

【００４９】図４は、入力画像とあらかじめ取得してお
いたワークを含まない背景画像との差分画像の生成手順
を説明したものである。なお、背景がほぼ均一な明るさ
であり、ワークとその明るさがはっきりと異なる場合に
は、背景画像との差分画像をとらず、あらかじめ背景の
明るさに設定されたしきい値により、入力画像を２値化
すれば、ワークの領域のみが値が１となる２値化画像が
得られ、同様の処理によりワーク境界点列が検出でき
る。

【００５０】ステップＳ２０１では、入力画像の全画素
の平均を算出する。例えば、入力画像を ｉｐｉｘｅｌ［ｙ］［ｘ］ そのサイズを高さＶ、幅Ｈとすると、その平均は

【００５１】

【数１】 により計算されるｉａｖｅとなる。

【００５２】ステップＳ２０２では、あらかじめ取得て
おいた背景画像の全画素の平均をステップＳ２０１と同
様に計算し、これをｂａｖｅとする。

【００５３】ステップＳ２０３では、入力画像と背景画
像の各画素について差をとる。その際に、ステップＳ２
０１およびステップＳ２０２で算出されたそれぞれの画
面平均値の値の違いを考慮して差分をとる。つまり、 diff[i][j]＝ipixel[i][j]−iave−bpixel[i][j]＋bave により差分画像である２次元配列ｄｉｆｆ［ｉ］［ｊ］
を生成する。それぞれの画面の平均値の違いは除去され
るので、背景画像を取得した際の照明の明るさと入力画
像を取得した際の照明の明るさに違いがある際にも、そ
の照明の違いの影響をある程度除去することができる。

【００５４】ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３
で生成された差分画像の各画素について、あらかじめ設
定しておいたしきい値と値を比較して、そのしきい値以
下の画素については値を０に設定する。ステップＳ２０
４で生成された修正差分画像の値が０でない領域にワー
クが存在するとほぼみなせる。ただし、背景と入力画像
と違いが十分有意なものであるかの識別をする。このし
きい値の設定は照明条件やワークと背景の色などにより
適切な値が異なるために、一般には難しい。しきい値を
小さく設定しすぎるとワークによる影や、その他の背景
部分のわずかな見え方の変化も検出してしまう可能性が
ある。

【００５５】一方、しきい値を大きく設定しすぎるとワ
ークの一部を検出できない可能性がある。そこで、本発
明では、ステップＳ２０４でのしきい値は十分小さな値
に設定しておき、ワークの検出もれを防ぐとともに、修
正差分画像では除去できないで残っている影などのワー
ク以外の領域は、後述のワーク輪郭の検出処理を工夫す
ることにより除去するようにしている。

【００５６】図５は、物体輪郭点列を時計まわりに検出
する手順を説明したものである。ステップＳ３０１では
修正差分画像の値を調べることにより、値が０ではない
ワークの左上端の座標値（ｘ０，ｙ０）を求める。次
に、ステップＳ３０２では画面の上から下へ向かって、
修正差分画像の各列を探索してワーク境界の座標値を求
め、ひとつの境界を求めた後に右隣の列を再び画面の上
から下へ向かって探索してゆく。この手順をワークの右
端に達するまで続ける。

【００５７】次に、ステップＳ３０３で画面の右から左
へ向かって、修正差分画像の各行を探索してワーク境界
の座標値を求め、ひとつの境界を求めた後に下隣の行を
再び画面の右から左へ向かって探索してゆく。この手順
をワークの右端に達するまで続ける。ステップＳ３０４
では画面の下から上へ向かって、修正差分画像の各列を
探索してワーク境界の座標値を求め、ひとつの境界を求
めた後に左隣の列を再び画面の上から下へ向かって探索
してゆく。この手順をワークの左端に達するまで続け
る。ステップＳ３０５では、画面の左から右へ向かっ
て、修正差分画像の各行を探索してワーク境界の座標値
を求め、ひとつの境界を求めた後に上隣の行を再び画面
の左から右へ向かって探索してゆく。この手順をワーク
の上端に達するまで、あるいはすでに検出したワーク境
界に戻ってきたら終了する。

【００５８】以上の結果、ワークの輪郭の各座標値が時
計まわりに求められたことになる。ここでは、ワーク輪
郭の座標値列が ｃｈａｉｎ［ｉ］［］ に納めることとする。ｃｈａｉｎ［ｉ］［０］がｉ番目
の輪郭点のｘ座標値、ｃｈａｉｎ［ｉ］［１］がｉ番目
の輪郭点のｙ座標値である。

【００５９】図６は、図５ではフローで示したワーク輪
郭の探索の流れを画面上で視覚的に示したものである。
図中の（１）から（３）までがステップＳ３０２の画面
上から下への物体輪郭の探索に対応する。（４）と
（５）がステップＳ３０３の画面右から左への物体輪郭
の探索、（６）がステップＳ３０４の画面下から上への
物体輪郭の探索、（７）がステップＳ３０５の画面左か
ら右への物体輪郭の探索に対応する。

【００６０】図７は、局所的なワーク輪郭点の検出手順
を示したものである。また、図８は修正差分画像の上か
ら下へ輪郭を探索する様子を視覚的に示したものであ
り、図９は雑音成分を含む場合の輪郭探索の様子を視覚
的に示したものである。輪郭の探索方向としては、前述
のように上から下へ、右から左へ、下から上へ、左から
右へ、の４通りがある。探索方向の設定方法は後述し、
ここでは上から下への探索を行っているものとし、ひと
つの輪郭を見つけた後の移動方向は左から右であるとす
る。他の探索方向の際にもワーク検出の流れは探索方向
を除いて同じである。まず、ステップＳ４０１で、ひと
つ前の輪郭点の座標値（ｘｂ，ｙｂ）から探索初期位置
（ｘｏ，ｙｏ）を設定する。探索方向が上から下へ、探
索の移動方向が左から右への場合には、以下のように探
索初期位置が決定される。

【００６１】ｘｏ＝ｘｂ＋１ ｙｏ＝ｙｂ−１０ つまり、隣の列の１０画素だけ探索方向とは逆に戻った
位置を探索初期位置としている。探索方向が右から左
で、探索の移動方向が上から下の場合には、ひとつ前の
輪郭点の位置から一行下で右に１０画素移動した点を探
索初期位置として設定される。他の探索方向の場合にも
同様である。

【００６２】ステップＳ４０２ではカウンタｃｏｕｎｔ
の値を０に初期化する。このカウンタの値は、その探索
位置の値ｄｉｆｆ［ｉ］［ｊ］がしきい値より大きいと
識別されると、ひとつずつカウントアップされるもので
あり、カウンタの値が１であると、この座標値が輪郭上
の点である可能性があるので、輪郭の候補として座標値
を記憶しておく。図８（ａ）では（ｘ０，ｙ０）が輪郭
の候補である。各画素についてすべての処理を終了する
と探索位置を更新する。上から下へ探索している際には
ｙ座標値のみをひとつ大きくした点を次の探索位置とす
る。連続５画素について、その値がしきい値以上であれ
ばカウンタの値が５となるので、記憶ずみの座標値を輪
郭として認め、前述の ｃｈａｉｎ［ｉ］［］ に値を設定する。図８では（ｂ）まで探索が進んだ段階
で図８（ａ）の（ｘ０，ｙ０）が輪郭として認められ
る。

【００６３】修正差分画像の値がしきい値を越えたら単
純にワーク境界として認識しないのは、図９に示すよう
なノイズに対処するためである。本発明では図７のフロ
ーに示すように、カウンタ値が５以上になってはじめ
て、カウンタが１になったときの座標値をワーク輪郭と
して認識するとともに、探索位置の画素の値がしきい値
を３画素連続して下回る場合には、カウンタの値を０に
クリアしている。図９は、ワーク外の領域に値がしきい
値以上の画素が存在するとともに、ワーク内にも値がし
きい値以下の画素が存在している例である。このような
状況でも、図７に示すワーク輪郭の検出手続きによれ
ば、図９（ａ）に示すようにワーク外のノイズがいった
ん輪郭の候補として記憶されるものの、その後３画素以
上連続してしきい値を下回る画素が続くので、図９
（ａ）で検出された輪郭候補（ｘ１，ｙ１）は輪郭候補
として捨てられ、この列のワーク輪郭として正しいワー
ク輪郭が検出される。また、ワーク内にしきい値を下回
る画素が存在する列についても、しきい値を下回る画素
が１画素のみであるので、カウンタがクリアされずに、
さらに３画素探索が進んだ時点で（ｘ０，ｙ０）が正し
くワーク輪郭として検出される。

【００６４】なお、上から下への探索を行い続け、画面
下端まで到達してもワーク輪郭が検出されない場合に
は、探索を終了する。探索の移動方向が左から右である
場合には、ワークの右端を越えたことを意味するので、
探索方向を右から左に設定し、探索の移動方向を上から
下へ設定する。探索方向および探索の移動方向へ変更に
ついては後述する。

【００６５】ワークの輪郭が検出されると、検出された
輪郭点の内側の５点の値の平均を計算する。この値は輪
郭点近傍おける背景と入力画像との差となる。しきい値
Ｔは５点の値の平均が大きいときには大きく、小さいと
きには小さくするのが好ましいが、例えば adiff=（diff[xo][yo+1]+diff[xo][yo+2]+diff[xo][yo+
3]+diff[xo-1][yo+2]:+diff[xo+1][yo+2])/5 error = adiff - sthreshold T = sthreshold + error＊0.5 のように設定すればよい。adiff は５点の平均値であ
り、しきい値Ｔはほぼ５点の平均値の変化に追従して変
化してゆくが、上記の計算式により局所的なノイズに対
して急変しないようになっている。また、しきい値に上
限と下限を設けておき、それらを越えた値をとらないよ
うにすることも有効である。図１０（ａ）にしきい値の
更新方法を視覚的に示している。図１０（ｂ）は、本発
明のしきい値の動的な更新方法によれば、影等によりワ
ーク外側に背景とは明るさの違う領域が存在する際に
も、影がない領域でしきい値が高く設定されるので、図
１０（ｂ）の影のある領域に達した際にもワーク輪郭が
正しく検出されるのを示したものである。影がない領域
の値によりしきい値が高く設定されるので、図中の影の
領域に達したときに、影の領域の値はしきい値以下にな
るので輪郭としては検出されずに正しくワーク輪郭が検
出される。

【００６６】図１１はワーク輪郭の傾きにより輪郭探索
の結果求められる輪郭点の座標値が急に変化する場合を
示している。上から下への探索の場合には、ワーク輪郭
が画面内で垂直、あるいは垂直に近い領域では前述のワ
ーク輪郭探索の結果求められる輪郭点の座標値がとなり
同士で大きく変化する。このような場合には、探索方向
を図１１（ｂ）のように左から右に変更するのが望まし
いのは明かである。そこで、本発明では図７に示すよう
にひとつ前の輪郭との距離が５画素を越える場合には、
探索方向および探索位置の移動方向の変更を行う。

【００６７】 探索方向および探索位置の移動方向の変更は以下のように行われる。 探索方向： 上から下へ 新探索方向： 左から右へ 探索位置の移動方向：左から右へ → 新探索位置の移動方向：下から上へ 輪郭の移動方向 ：下から上へ 探索方向： 上から下へ 新探索方向： 右から左へ 探索位置の移動方向：左から右へ → 新探索位置の移動方向：上から下へ 輪郭の移動方向 ：上から下へ 探索方向： 右から左へ 新探索方向： 下から上へ 探索位置の移動方向：上から下へ → 新探索位置の移動方向：右から左へ 輪郭の移動方向 ：右から左へ 探索方向： 右から左へ 新探索方向： 上から下へ 探索位置の移動方向：上から下へ → 新探索位置の移動方向：左から右へ 輪郭の移動方向 ：左から右へ 探索方向： 下から上へ 新探索方向： 左から右へ 探索位置の移動方向：右から左へ → 新探索位置の移動方向：下から上へ 輪郭の移動方向 ：下から上へ 探索方向： 下から上へ 新探索方向： 右から左へ 探索位置の移動方向：右から左へ → 新探索位置の移動方向：上から下へ 輪郭の移動方向 ：上から下へ 探索方向： 左から右へ 新探索方向： 下から上へ 探索位置の移動方向：下から上へ → 新探索位置の移動方向：右から左へ 輪郭の移動方向 ：右から左へ 探索方向： 左から右へ 新探索方向： 上から下へ 探索位置の移動方向：下から上へ → 新探索位置の移動方向：左から右へ 輪郭の移動方向 ：左から右へ また、上述の探索方向および探索位置の移動方向は、こ
の探索方向と探索位置の移動方向の変更が行われる際に
検出された新しい輪郭の座標値まで到達した時点でもと
の探索方向および探索位置の移動方向に戻る。つまり臨
時の探索方向および探索位置の移動方向である。図１１
の例では、図１１（ａ）の新しい境界に到達した時点
で、探索方向は上から下へ、探索位置の移動方向は左か
ら右に戻る。以上のような探索方向の変更により、図１
２に示すような形状の物体の輪郭もくまなく探索するこ
とが可能になる。図１３は、画面の上から下へ向かって
ワーク輪郭を探索する際の、探索方向と探索位置の移動
方向の変更も含めた、ワーク輪郭の探索手続きを示した
ものである。

【００６８】図１４は、ワーク輪郭の座標値列が検出さ
れた後に、どの部分が直線でどの部分が円弧であるかを
識別する手続きを示したものである。この手続きは図２
中のステップＳ１０４に対応し、ステップＳ１０３まで
の処理によりワーク輪郭を構成する座標値列 ｃｈａｉｎ［ｉ］ ［］ が得られている。本手続きの目的は、この座標値列の何
番から何番までがひとつの直線、あるいは円弧であるの
かを求めることにある。

【００６９】ステップＳ５０１では、ワーク境界点列の
折れ線近似を求める。各折れ線がワーク境界点列の何番
目の点から何番目の点までであるかを求める。ステップ
Ｓ５０２では、各折れ線の端点の両側において、ワーク
境界の傾きが急変しているかどうかを調べ、その結果を
配列に保存してステップＳ５０３で利用できるようにす
る。ステップＳ５０１では、折れ線近似を求めている
が、その中には実際にはひとつの円弧であるものが折れ
線近似により、複数の折れ線として検出されているもの
もあれば、実際に直線であり、正しく検出されているも
のもある。端点の両側がもし直線であれば、その端点の
両側で傾きが異なるはずである。一方、その端点が、ひ
とつの円弧が折れ線近似により分割されてできた折れ線
の間の端点であれば、その端点の両側では傾きがほどと
ん異ならないはずである。画像からワーク境界を検出す
る際の誤差も考慮して、ステップＳ５０２では、各橋店
の両側の傾きを調べ、ある値以上、傾きが異なる端点に
ついては１、傾きの違いがある値未満の端点については
０が代入される配列 ｄｔｉｌｔ［ｉ］ を計算により求めている。ｄｔｉｌｔ［ｉ］の値が１で
あれば、ｉ番目の端点の両側の傾きが大きく異なること
を意味する。ステップＳ５０３では、以上の結果を受け
て、ひとつの円弧としてみなせる連続する折れ線を検出
する。連続する折れ線ＬｉからＬｊまでをひとつの円弧
としてみなすための基準は、以下の通りである。

【００７０】１）折れ線Ｌｉから折れ線Ｌｉまでの間の
端点の両側の傾きがすべて大きく異ならないものである （ｄｔｋｌｔ［］の値がすべて０） ２）折れ線Ｌｉから折れ線Ｌｉまでのすべてのワーク境
界点列を平均１画素以下の誤差で近似する円弧が存在す
る ３）折れ線Ｌｉの端での傾きと折れ線Ｌｊの端での傾き
の違いが一定以上 ３）の条件は、ワーク境界に、ほとんど傾きが異ならな
いふたつの直線が隣り合って存在する場合に、非常に大
きな半径をもったひとつの円弧でふたつの直線を近似す
ることが可能になるが、それはひとつの円弧としては認
めないための条件である。本当に大きな半径をもったひ
とつの円弧が折れ線近似されたものであれば、さらにほ
とんど傾きが異ならない直線が面なるはずであるので、
連続する折れ線の両端での傾きの違いの一定の値以上に
なって、はじめてひとつの円弧として認めている。も
し、非常に大きな半径をもった円弧のごく一部が存在し
た場合には、３）の条件を満たさなくなるので、折れ線
近似のままになるが、そのような場合は実際にはほとん
ど存在しない。図１５は図１４に示された手続きを視覚
的に表したものである。

【００７１】図１６は図１４中のステップＳ５０１であ
る、折れ線近似を求める手続きを示したものである。ワ
ーク境界点列より、ひとつの直線とみなせる点の集合を
順に求めてゆく。まず、ステップＳ６０１で各折れ線の
探索を始める点である探索点の初期値として、ワーク境
界点列の最初の点を設定した後に、ステップＳ６０２以
下の手続きをワーク境界点列の最後に達するまで繰り返
し行う。ステップＳ６０２では、ワーク境界点列の探索
点からどの点までがひとつの直線としてみなせるかの判
定を行う。探索点がｎｏ．ｉ（ワーク境界点列のｉ番目
の点）だとすると、ｎｏ．ｉからｎｏ．（ｉ＋１），ｎ
ｏ．ｉからｎｏ．（ｉ＋２），ｎｏ．ｉからｎｏ．（ｉ
＋３），−−−のように調べる範囲をひとつずつのばし
てゆき、ひとつの直線とはみなせなくなる点ｊを見つ
け、ステップＳ６０３でｎｏ．ｉおよびｎｏ．ｊをその
折れ線の両端点として記憶する。ステップＳ６０４で
は、ワーク境界点列の最後まで調べたかの判定を行って
おり、最後まで調べていればすべての処理を終了し、ま
だ最後まで到達していなければ、新しい探索点としてｎ
ｏ．ｊを設定して、ステップＳ６０２に戻る。

【００７２】以上の処理をワーク境界点列の最後で行う
ことにより、以下の配列を生成する。

【００７３】 ｅｄｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［０］：ｉ番目のエッジの最初の輪郭点番号 ［１］：ｉ番目のエッジの最後の輪郭点番号 ［２］：円弧か直線かの識別 （０：直線， １：円弧） 例えば、ｅｄｇｅｌｉｓｔ［０］［０］が０で、ｅｄｇ
ｅｌｉｓｔ［０］［１］が２５であるときには、０番目
のエッジは、 ｃｈａｉｎ［０］ から ｃｈａｉｎ［２５］ までの座標値であるということを意味する。なお、ｅｄ
ｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［２］は、この段階ではすべて０が
設定されている。

【００７４】図１７は図１４中のステップＳ６０２であ
る、探索点からひとつの直線とみなせる範囲の探索手続
きを示したものである。ワーク境界点列および、探索を
開始するワーク境界点の番号が与えられるので、まず探
索終端点の初期値として、与えられた探索初期点の番号
をひとつ増やした番号をステップＳ７０１で設定する。
つまり探索終端点の初期値は探索初期位置のとなりの境
界点とする。以後、ステップＳ７０２以下の処理を、探
索初期位置から探索終端位置までをひとつの直線とみな
せなくなるまで探索終端位置を更新してゆきながら続け
る。ステップＳ７０２では、探索初期位置と探索終端位
置を結んだ直線αの方程式を算出し、ワーク境界点の探
索初期位置から探索終端位置までを調べ、直線αから最
も離れている点（ｘｐ，ｙｐ）を求める。図１８（ａ）
はワーク境界の直線部分を探索している場合には、上述
のような手続きで求めた点（ｘｐ，ｙｐ）は直線の端点
となることを示している。一方、図１８（ｂ）はワーク
境界の円弧部分を探索している場合には、点（ｘｐ，ｙ
ｐ）は探索初期位置と探索終端位置の中央の点が求めら
れることを示している。

【００７５】点（ｘｐ，ｙｐ）が求められたら、点（ｘ
ｐ，ｙｐ）と直線αの距離Ｌ１を算出する。また、ワー
ク境界列の中で点（ｘｐ，ｙｐ）の両隣の点から直線α
までの距離Ｌ２，Ｌ３を算出し、Ｌ１からＬ３までがい
づれも１．５画素以上の距離であるかどうかを調べる。
Ｌ１からＬ３までがいづれも１．５画素以上の距離であ
る場合には、最も直線αと離れている点と直線αとの距
離であるＬ１を探索初期位置から探索終端位置までの距
離で割った値であるｒａｔｉｏを計算し、この値が０．
０５以上であれば、探索初期位置から探索終端位置まで
のワーク輪郭はひとつの直線としてはみなせないと判定
する。

【００７６】図１８に従って、上述の手続きを説明す
る。図１８（ａ）では、探索初期位置は点（ｘ０，ｙ
０）であり、探索終端位置の初期値は点（ｘ０，ｙ０）
の右隣の点となる。探索初期位置から探索終端位置まで
の距離が短い間は、探索初期位置と探索終端位置を結ん
だ直線との距離が１．５画素を越えることがないのでひ
とつの直線とみなされる。順次探索終端位置が右に移動
してゆくが、探索終端位置が点（ｘｐ，ｙｐ）に達する
まではワーク輪郭がひとつの直線であるので、Ｌ１から
Ｌ３までの値が１．５画素を越えることも、ｒａｔｉｏ
の値が０．０５を越えることもない。探索終端位置が点
（ｘｐ，ｙｐ）を越えると、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の値およ
びｒａｔｉｏの値が順次大きくなり、点（ｘ１，ｙ１）
で初めて上記のふたつの条件を満たすので、ひとつの直
線とはみなせないと判定し、点（ｘ０，ｙ０）から点
（ｘｐ，ｙｐ）までと、点（ｘｐ，ｙｐ）から点（ｘ
１，ｙ１）までに分割する。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と点（ｘ
ｐ，ｙｐ）と直線αとの距離だけでなく、その両隣の点
と直線αとの距離も計算して比較するのは、ワーク輪郭
の検出において正しくワーク輪郭を検出できずにひとつ
ふたつの輪郭点が誤って正しいワーク輪郭を飛び出して
検出されたり、中に食い込んで検出されることがあって
も、そのひとつやふたつの点での誤検出によりエッジを
分割しないためである。

【００７７】以上の処理により、ワーク境界の折れ線近
似が求められる。図１５では（ｂ）の段階に対応する。
次に、図１４におけるステップＳ５０２である折れ線の
各端点の両側での傾きの変化のチェックを行う。たとえ
ば、以下のような処理により各端点の両側での傾きを算
出する。いま両側の傾きを判定しようとしている端点を
ワーク境界点列のｎｏ．ｉであるとし、端点の隣り４点
の近傍領域の傾きで両側の傾きを判定するものとする。
すると、端点ｎｏ．ｉからｎｏ．（ｉ−３）までの座標
値は （ｘ，ｙ）＝（ｃｈａｉｎ［ｉ］［０］，ｃｈａｉｎ
［ｉ］［１］ ｜（ｃｈａｉｎ［ｉ−３］［０］，ｃｈａｉｎ［ｉ−
３］［１］） のようにすでにわかっているので、この４点の近傍領域
（たとえば５画素）のエッジ強調処理を行い、ハフ変換
によりエッジの傾きを算出することにより、端点の片側
の傾きが算出される。近傍領域は、たとえば端点ｎｏ．
ｉとｎｏ．（ｉ−３）を結ぶ線分のまわり５画素の長方
形領域とすればよい。同様に、端点ｎｏ．ｉからｎｏ．
（ｉ＋３）までのワーク境界点の近傍領域のエッジ強調
処理を行い、ハフ変換によりエッジの傾きを算出するこ
とにより、端点のもう一方の傾きが算出される。なお、
エッジ強調処理およびハフ変換については後述する。

【００７８】以上の手続きにより、端点の両側でのエッ
ジの傾きが算出されるので、各端点についてその両側で
傾きがたとえば４５度以上異なる端点については１、傾
きの違いがある値未満の端点については０が代入される
配列 ｄｔｉｌｔ［ｉ］ を生成する。また、各エッジの両端点付近での傾きを配
列ｔｉｌｔａｒｒａｙ［］［］に保存する。ｔｉｌｔａ
ｒｒａｙ［ｉ］［０］はｉ番目の折れ線のはじめの端点
付近での傾きである。これらの配列はステップＳ５０３
で利用される。

【００７９】図１９は、ステップＳ５０３の手続きをし
めしたものである。ステップＳ５０２までに、ワーク境
界点列の折れ線近似が求められていて、配列ｅｄｇｅｌ
ｉｓｔ［］［］にその結果が納められている。ステップ
Ｓ８０１では、探索初期エッジとして、最初の折れ線を
設定する。ステップＳ８０２以下の処理は、探索初期エ
ッジから、折れ線の傾きが一定の値（たとえば３０度）
以上変化するエッジまで探索した後に、その範囲にひと
つの円弧としてみなせる折れ線の組がないかどうかを調
べる処理であり、すべての折れ線について判定を行うま
で探索初期エッジを更新しながら繰り返し行われる。ス
テップＳ８０２では、現在の探索初期エッジから、順に
各折れ線の端点を調べ、傾きが探索初期エッジから一定
の値以上異なるエッジを見つけ、探索終端エッジとして
設定する。探索終端エッジは、探索初期エッジから順
に、配列ｄｔｉｌｔ［ｉ］や配列ｔｉｌｔａｒｒａ
ｙ［］［］の値を調べることにより容易に見つけること
ができる。ステップＳ８０３では、探索終端エッジが探
索初期エッジ自身であるかどうかを調べている。もし探
索終端エッジが探索初期エッジ自身であれば、その折れ
線の両端点について、その両側で傾きが急変しているわ
けであるから、その折れ線は直線であるとして設定し
て、ステップＳ８０２に戻る。図１５（ｂ）では、ｎ
ｏ．１の折れ線やｎｏ．８の折れ線などは、その両端点
について両側で傾きが急変しているので、すぐにステッ
プＳ８０７で直線として設定する。

【００８０】探索終端エッジが探索初期エッジと等しく
ない場合には、ステップＳ８０４で、探索終端エッジか
ら探索初期エッジに向かって、ひとつの円弧としてみな
せる範囲を調べる。次に、ステップＳ８０５で、探索終
端エッジから探索初期エッジとは反対側に、同様にひと
つの円弧としてみなせる範囲を調べる。すべての折れ線
について調べ終わっていれば、それで終了し、まだ終わ
っていなければ新しい探索初期エッジとして、現在の探
索終端エッジの次のエッジを設定してステップＳ８０２
に戻る。以上の手続きにより、すべての折れ線について
円弧か直線かの判定が行われる。以上の結果は、配列ｅ
ｄｇｅｌｉｓｔに保存される。そして、配列ｅｄｇｅｌ
ｉｓｔを調べ、連続する円弧については、ひとつの円弧
としてまとめることにより、ワークがどのような直線と
円弧で構成されているかが判明したことになる。図１５
の例では、折れ線近似では８本の折れ線が検出されてい
るが、ｎｏ．２からｎｏ．５までがひとつの円弧として
まとめられるので、最終的に４本の直線とひとつの円弧
として正しく求められることになる。

【００８１】図２０に、ステップＳ８０４の詳細な説明
を示す。なお、探索初期エッジから探索終端エッジまで
の直線と円弧の組み合わせとしては以下の３通りがあ
る。

【００８２】１）すべて直線 ２）すべて円弧 ３）直線の後に円弧 探索終端エッジは、探索初期エッジから順に折れ線を探
索してゆき、探索初期エッジと傾きが一定の値以上異な
るはじめのエッジである。もし、円弧があり、その後に
直線が続けば、円弧の部分で傾きが十分変化するので、
探索終端エッジは円弧部分となる。傾きの変化量のしき
い値はたとえば３０度程度とし、傾きの変化が３０度以
下であるような円弧のごく一部のみからなる部分は、実
際のＮＣ機械等で加工されるものにはまず存在しないの
で、本発明ではないものとする。円弧部分が検出される
と、その円弧の端まで、後述するように探索し続けた後
に、探索初期エッジを更新して、新しいステップＳ８０
４を実行するので、円弧の一部のみが検出されずに残る
ことはない。従って、探索初期エッジから探索終端エッ
ジまでの間の直線と円弧の組み合わせは上述の３通りの
みであり、もしその中に円弧が含まれれば、探索終端エ
ッジは円弧である。そこで、ステップＳ８０４で探索終
端エッジから探索初期エッジに向かって円弧を探し、そ
の後にステップとＳ８０５で探索終端エッジから先を探
索する。

【００８３】ステップＳ９０１で臨時初期エッジとし
て、探索終端エッジのひとつ手前のエッジを設定すると
ともに、ひとつの円弧としてみなせる複数のエッジであ
ったことを示すフラグであるｆｏｕｎｄを０に初期設定
する。これは、まだみつかっていないことに対応する。
以後、ステップＳ９０２からの処理を臨時初期エッジを
更新しながら、探索初期エッジに達するかひとつの円弧
としてみなせないことが判明するまで続ける。ステップ
Ｓ９０２では、臨時初期エッジから探索終端エッジまで
がひとつの円弧としてみなせるかどうかの判定を行う。
もし、ひとつの円弧としてみなせることが判明すれば、
ステップＳ９０３で、フラグｆｏｕｎｄを１に設定す
る。

【００８４】ステップＳ９０４では、すでに探索初期エ
ッジまで調べてしまったかどうかの判定を行っており、
もし探索初期エッジまで達していなければ、臨時初期エ
ッジをひとつ手前に変更して、ステップＳ９０２に戻
り、ひとつの円弧としてみなせる範囲がさらに広がるか
どうかの判定を行うことになる。もし、探索初期エッジ
まで達していれば、探索初期エッジから探索終端エッジ
までについて、直線か円弧か、判明した結果を配列に設
定して探索を終了する。もし、探索初期エッジまで達し
ていなければ、臨時初期エッジをひとつ手前のエッジに
変更して、ステップＳ９０２に戻る。

【００８５】ステップＳ９０３で、ひとつの円弧として
みなせないと判定されたときにも、ふたつの場合があ
る。ひとつは、エッジの傾きの変化がまだ不十分なとき
であり、もうひとつの場合は、ひとつの円弧としては近
似できない場合である。エッジの傾きが不十分な場合に
は、ステップＳ９０６で、臨時初期エッジが探索初期エ
ッジと等しいかどうか調べ、もし等しければ探索を終了
するが、等しくなければ臨時初期エッジをひとつ手前の
エッジに変更して、ステップＳ９０２に戻る。つまり、
エッジの傾きが不十分な場合には、判定を保留してひと
つ手前の折れ線も含めて判定を行おうということであ
る。もし、ステップＳ９０４で、ひとつの円弧では近似
できないと判定された場合には、そこで探索を終了し
て、それまでの探索結果を配列ｅｄｇｅｌｉｓｔに設定
する。フラグｆｏｕｎｄが０であれば、探索初期エッジ
から探索終端エッジまで、すべての折れ線は直線であ
る。一方、フラグｆｏｕｎｄが１であれば、探索終端エ
ッジから、ひとつの円弧としてみなせると判定されたエ
ッジまでが円弧で、残りは直線である。

【００８６】ステップＳ８０５は、ステップＳ８０４と
同様の処理を探索終端エッジから、探索初期エッジとは
反対側に行う。ただし、ステップＳ８０４では、臨時初
期エッジが探索初期エッジに達したら探索を終了してい
たが、ステップＳ８０５では臨時終端エッジが最後の折
れ線まで達するか、あるいは折れ線の端点の両側で傾き
が急変しているところまで達したら探索を終了する。

【００８７】ステップＳ９０３「ひとつの円弧としてみ
なせるか」は、以下のような手続きである。臨時初期エ
ッジをｉ番目の折れ線、探索終端エッジをｊ番目の折れ
線とする。ｉ番目の折れ線の端点での傾きと、ｊ番目の
折れ線の端点での傾きが基準値より小さい場合には、判
定を保留して、傾きの違いが小さいという結果をだし終
了する。一方、傾きが基準値以上の場合には、以下のよ
うにして、ひとつの円弧としてみなせるか判定する。臨
時初期エッジの端点である、ワーク境界点列の中のｅｄ
ｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［０］番目の点Ｐおよび、探索終端
エッジの端点である、ワーク境界点列の中のｅｄｇｅｌ
ｉｓｔ［ｊ］［１］番目の点Ｑおよび、以上の２点の真
ん中に位置するワーク境界点の座標値を通る円弧の方程
式を算出する。円弧は、３点を指定すれば一意に定ま
る。算出された円弧の方程式から、その円弧上の点の座
標値を１度ごとに３６０点について計算して配列ｘｆｃ
ｉｒｌｅに保存する。点Ｐから点Ｑまでのワーク境界点
の各点について、配列ｘｆｃｉｒｃｌｅの中で、最も距
離が小さい点を探し、その点との距離Ｌｉを計算する。
各ワーク境界点についての距離Ｌｉの平均をとり、その
値が１画素を越えない場合には、ひとつの円弧としてみ
なせると判定し、１画素以上の場合には、ひとつの円弧
としてみなせないと判定する。

【００８８】以上でステップＳ１０３「物体輪郭の直線
・円弧区分」が終了して、ワーク境界点列のどこからど
こまでが直線あるいは円弧であるかが判明したことにな
る。次に、ステップＳ１０４「物体輪郭となる直線・円
弧の方程式の算出および各輪郭の交点の算出」を行う。
物体輪郭となる直線・円弧の方程式は、以下のように算
出する。

【００８９】図２１は、ある線分が指定されたときに、
その近傍の領域を設定して領域内のエッジ強調処理をし
てハフ変換により直線の方程式を求める手順を示してい
る。ステップＳ１０３までで、各直線に対応するワーク
境界点列が求められている。そこで、各直線対応するワ
ーク境界点列の両端点の座標値から直線を算出すればよ
い。両端点の座標値は前述の配列ｅｄｇｅｌｉｓｔに設
定されている。

【００９０】まず、線分が与えられると、その線分を囲
む長方形の領域を設定する。この領域の大きさはたとえ
ば線分のまわりの５画素の領域などが適当な値である。
領域が設定されたら、その領域内のエッジ強調処理を行
う。図２１（ｂ）はワークの輪郭を構成するエッジの中
で側面のエッジ以外のエッジの近傍の領域をエッジ強調
した結果を示しており、点線で囲まれた領域が図２１
（ａ）の点線で囲まれた領域をエッジ強調した結果であ
る。エッジ強調処理は各画素について以下のようなサイ
ズが７×７のフィルタリング計算を行った結果の絶対値
をとることである。

【００９１】

【数２】 filter[i][j]はフィルタのパターンであり、この場合は
エッジの傾きに垂直な方向に傾けたガウシアン関数を微
分したもの（ＤｏＧ（Derivative of Gaussian)）であ
る。エッジの傾きは、ワーク境界点列から求められたエ
ッジの両端点の座標値から算出する。

【００９２】このエッジ強調処理により図２１（ｂ）の
ようにエッジ上の画素の値は大きく、それ以外の画素の
値は小さくなる。

【００９３】エッジ強調画像が得られたら、直線または
円弧の方程式をハフ変換により求める。ハフ変換は、直
線や楕円などの方程式を求める代表的な手法のひとつで
あり、ノイズのある画面からも安定して検出できる特長
がある。

【００９４】Ｈｏｕｇｈが提案した直線検出用のハフ変
換は、直線を傾きａ、切片ｂを用いて ｙ＝ａｘ＋ｂ と表現し、特徴点（Ｘｉ，Ｙｉ）が与えられたとき、直
線のパラメータａとｂによって張られる「パラメータ空
間」に ｂ＝Ｙｉ−ａＸｉ によって表される軌跡を描く。そして、すべての特徴点
について軌跡を描いた後、パラメータ空間中で多くの軌
跡が交わる点を抽出することにより、その点に対応する
直線が画像空間中に存在するものとみなす。

【００９５】実際にプログラムでハフ変換を行う際に
は、パラメータ空間を「セル」と呼ばれる要素に分解
し、各特徴点についての軌跡を描く際に、パラメータ空
間で軌跡が通過する各セルの投票度数を１増やす。すべ
ての特徴点についての投票が終了した後に、投票度数が
最も大きい値を有するセルを抽出することにより直線の
パラメータ（ａ，ｂ）が求められる。

【００９６】また、パラメータ（ａ，ｂ）を用いて画像
中の直線を表現する場合には、直線が画面内で垂直に近
づくにつれて無限大になるので、パラメータ空間が有界
にはならない。この問題を解決するために、通常は画像
空間中の直線を垂角θと原点からの符号つき距離ρを用
いて ρ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ と表してパラメータ空間としては（ρ，θ）空間を用い
る。図２１（ｃ）に直線に対する（ρ，θ）パラメータ
空間の設定とハフ変換によるパラメータの決定方法を示
す。本発明においては、点線で囲まれたエッジ強調処理
がなされた領域内の各点について、その点での値（エッ
ジ強調処理された値）を、上式により計算される（ρ，
θ）パラメータ空間で直線上の各セルについて加算す
る。従って、エッジ強調処理された結果の値が大きい点
をより多く通る直線が選ばれる。

【００９７】図２２は円弧を含む図形に対してエッジ強
調を行い、ハフ変換により円弧中心の（ｘ，ｙ）座標値
および半径の値を求める様子を示す。未知な値としては
円弧中心の（ｘ，ｙ）座標値および円弧の判定の計３で
あるので、（ｘ，ｙ）座標値および半径ｒの値をパラメ
ータとする３次元のパラメータ空間において前述と同様
の投票を行うことにより円弧の方程式、つまり位置が決
定される。エッジ強調処理は直線の場合と同様に、Ｄｏ
Ｇフィルタをワーク輪郭点列の値から算出したエッジの
傾きと直角な方向に設定したフィルタをかけている。た
だし、直線の場合と違いエッジの傾きが連続的に変化し
てゆくので、各点のエッジ強調処理を行う際に、その点
の近傍のワーク輪郭点列の座標値からエッジの傾きを計
算し、ＤｏＧフィルタの傾きを設定している。（ｘ，
ｙ，ｒ）パラメータ空間の（ｘ，ｙ）平面の各セルにつ
いて、点Ｐとの距離Ｌを算出する。距離Ｌが、この点Ｐ
に対応する円弧半径の値であるので、そのセルの値を点
Ｐの値（エッジ強調処理された値）だけ加算する。この
処理を（ｘ，ｙ）平面の各セルについて行い、（ｘ，
ｙ，ｒ）パラメータ空間で投票度数が最大のセルを見つ
けることにより円弧中心の座標値および半径の値が求め
られる。

【００９８】以上のように各直線と円弧の方程式を算出
後、各エッジの交点の座標値を算出する。直線と直線の
交点はふたつの直線の方程式の交点を算出することによ
り求める。一方、円弧と直線の交点は、接点となる場合
があり、そのような場合には、直接方程式の交点を求め
ようとすると正確に求められない。そこで、まずハフ変
換により求められた円弧中心のｘ，ｙ座標値と半径の値
から、円弧上の１度ごとの点の画面内での位置を算出す
る。直線の両端点の画面内位置は、ステップＳ１０４に
てワーク輪郭点の番号としてすでに求められている。た
だし、円弧と直線の交点を算出することにより正確な位
置を計算しなおす。

【００９９】すでに求められている直線の両端点の位置
と円弧上の１度ごとの点の位置を比較して、最も距離が
小さい直線端点と円弧上の点Ｘの組を求める。この円弧
上の点Ｘの近傍に交点が存在する。そこで、円弧の点Ｘ
近傍の±２０度の範囲にわたり０．２度ごとの円弧上の
点を算出して、各点での円弧の傾きを、その前後の点の
位置から計算することにより求め、直線の傾きと最も一
致する点を求める。その点が直線と円弧の交点となる。

【０１００】図２３は、ワークのエッジ検出画像処理装
置に係わる本発明の請求項５に対応する一実施形態につ
いて概略構成を示すものである。ビデオカメラは、第一
の実施例のときとは異なり、斜めからワークを見るよう
に設置されている。

【０１０１】この図において、ワークのエッジ検出画像
処理装置は、ビデオカメラ１１と、画像入力装置１２
と、画像の中からワークの領域を抽出するワーク領域抽
出装置１３と、ワーク抽出装置の出力からワーク領域の
境界となる点列を取り出すワーク境界点抽出装置１４
と、ワーク境界点が存在する平面の方程式をもとにワー
ク境界点列からどの点からどの点までがひとつの直線あ
るいは円弧であるかを検出するエッジ検出装置１５、お
よびエッジ検出装置の出力をもとに各エッジの３次元空
間での方程式を算出した後に各エッジの交点の３次元空
間での座標値を算出するエッジ数値情報検出装置１６か
ら構成されている。ワーク１０は、板を切り出したもの
であり、上の面のみが機械加工されていることにより、
明らかに明るく見えるものとする。また、ワークの上の
面と下の面は平行であり、ワーク設置装置９の上に設置
され、ワーク設置装置の上面の３次元空間での方程式お
よびワークの高さは既知であるものとする。従って、検
出すべきワークの上面の３次元空間での方程式は既知で
ある。

【０１０２】以下、上記構成のワークのエッジ検出画像
処理装置を用いてワーク設置台９に設置されたワーク１
０の輪郭を構成する直線・円弧を検出する方法を図２４
をも参照しつつ説明する。

【０１０３】ステップＳ１００１からステップＳ１００
３までは、ステップ１０１からステップ１０３までと同
じ処理であり、ワークの境界点列が求められる。ステッ
プＳ１００４では、ワーク面の３次元空間での方程式を
利用してワーク境界点列からワーク輪郭の各部分が直線
か円弧かを判別し、以下のようなデータを作成する。

【０１０４】 ｅｄｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［０］：ｉ番目のエッジの最初の輪郭点番号 ［１］：ｉ番目のエッジの最後の輪郭点番号 ［２］：円弧か直線かの識別 （０：直線， １：円弧） 例えば、ｅｄｇｅｌｉｓｔ［０］［０］が０で、ｅｄｇ
ｅｌｉｓｔ［０］［１］が２５であるときには、０番目
のエッジは、 ｃｈａｉｎ［０］ から ｃｈａｉｎ［２５］ までの座標値であるということを意味する。

【０１０５】ステップＳ１００５では、ステップＳ１０
０４で検出された各エッジの点列の近傍領域をまずエッ
ジ強調処理した後に、エッジの正確な位置をハフ変換等
のエッジ検出処理により算出する。直線については、画
面内での方程式が算出され、円弧については、３次元空
間での円弧中心のｘ，ｙ座標値および半径の値が求めら
れる。その後直線については、画面内での方程式および
ワーク平面の方程式から、３次元空間での方程式を算出
する。また、各エッジの方程式から交点の３次元空間で
の座標値を算出する。

【０１０６】ステップＳ１００４の手続きは、実施例１
と同様に図１４の手続きとなる。ただし、図中の「ワー
ク境界の円弧の検出」の手続きが少し異なる。ワーク境
界の円弧を検出する手続きの中には、ステップＳ９０３
「ひとつの円弧としてみなせるか」という手続きがあ
り、この部分のみが異なる。

【０１０７】第二の実施形態では、ステップＳ９０３
「ひとつの円弧としてみなせるか」は、以下のような手
続きとなる。臨時初期エッジをｉ番目の折れ線、探索終
端エッジをｊ番目の折れ線とする。ｉ番目の折れ線の端
点での傾きと、ｊ番目の折れ線の端点での傾きが基準値
より小さい場合には、判定を保留して、傾きの違いが小
さいという結果をだし終了する。一方、傾きが基準値以
上の場合には、以下のようにして、ひとつの円弧として
みなせるか判定する。臨時初期エッジの端点である、ワ
ーク境界点列の中のｅｄｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［０］番目
の点Ｐおよび、探索終端エッジの端点である、ワーク境
界点列の中のｅｄｇｅｌｉｓｔ［ｊ］［１］番目の点Ｑ
および、以上の２点の真ん中に位置するワーク境界点の
座標値の値と、ワーク平面の３次元空間での方程式か
ら、以上３点を通る円弧の方程式を算出する。

【０１０８】円弧の方程式の算出は以下のように行う。
まず、上記３点の３次元空間での座標値を算出する。点
Ｘの画面内での座標値が（ｘｆ０，ｙｆ０）、点Ｘが存
在する平面の３次元空間での方程式を ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０ とする。点Ｘの３次元空間での座標値（ｘｃ０，ｙｃ
０，ｚｃ０）と画面内での座標値（ｘｆ０，ｙｆ０）と
の間には以下のように関係がある。

【０１０９】

【数３】 ｆはビデオカメラのレンズの焦点距離である。点Ｘの画
面内での座標値は、画面中心を原点とする座標系での値
であるものとする。また、座標系（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）
と、座標系（ｘｆ，ｙｆ）のｘ，ｙ軸は平行であるもの
とする。図２５にふたつの座標系の関係を示す。

【０１１０】すると、上記のふたつの関係式から、点Ｘ
の３次元空間での座標値（ｘｃ０，ｙｃ０，ｚｃ０）が
算出できることが容易にわかる。

【０１１１】前述の３点について、その３次元空間での
座標値が求められると、その３点を通る円弧の中心位置
は、やはり既知のワーク平面上に存在するはずであるの
で、円弧中心位置から３点までの距離は等しいというふ
たつの方程式および、円弧中心は既知のワーク平面上の
点であるという方程式により、円弧中心の座標値が算出
され、その結果、円弧の半径は容易に算出される。円弧
中心の座標値を（ｘｃｐ，ｙｃｐ，ｚｃｐ）とすると、
以下のように円弧中心の座標値が算出できる。

【０１１２】

【数４】 算出された円弧の方程式から、その円弧上の点の座標値
を１度ごとに３６０点について計算して、各点について
画面内での座標値に変換して配列ｘｆｃｉｒｌｅに保存
する。点Ｐから点Ｑまでのワーク境界点の各点につい
て、配列ｘｆｃｉｒｃｌｅの中で、最も距離が小さい点
を探し、その点との距離Ｌｉを計算する。各ワーク境界
点についての距離Ｌｉの平均をとり、その値が１画素を
越えない場合には、ひとつの円弧としてみなせると判定
し、１画素以上の場合には、ひとつの円弧としてみなせ
ないと判定する。

【０１１３】ステップＳ１００５では、ハフ変換によ
り、円弧中心の座標値および半径の値を正確に求める手
続きが第一の実施例と少しことなる。第二の実施例も、
ワーク平面の方程式が既知であるので、未知な値として
は円弧中心の（ｘ，ｙ）座標値および円弧の判定の計３
であるので、（ｘ，ｙ）座標値および半径ｒの値をパラ
メータとする３次元のパラメータ空間において前述と同
様の投票を行うことにより円弧の方程式、つまり位置が
決定される。エッジ強調処理は直線の場合と同様に、Ｄ
ｏＧフィルタをワーク輪郭点列の値から算出したエッジ
の傾きと直角な方向に設定したフィルタをかけている。
エッジの傾きが連続的に変化してゆくので、各点のエッ
ジ強調処理を行う際に、その点の近傍のワーク輪郭点列
の座標値からエッジの傾きを計算し、ＤｏＧフィルタの
傾きを設定している。（ｘ，ｙ，ｒ）パラメータ空間の
（ｘ，ｙ）平面の各セルについて、ｘ，ｙ座標値の値と
ワーク平面の方程式からｚ座標値を算出し、点Ｐも３次
元空間での座標値を算出した後に、２点間の距離Ｌを算
出する。距離Ｌが、この点Ｐに対応する円弧半径の値で
あるので、そのセルの値を点Ｐの値（エッジ強調処理さ
れた値）だけ加算する。

【０１１４】この処理を（ｘ，ｙ）平面の各セルについ
て行い、（ｘ，ｙ，ｒ）パラメータ空間で投票度数が最
大のセルを見つけることにより円弧中心の座標値のｘ，
ｙ座標値および半径の値が求められる。最後に円弧中心
のｚ座標値を、ワーク平面の方程式を用いて算出する。

【０１１５】画面内での直線の方程式および、円弧の３
次元空間での方程式が算出されると、同様にしてワーク
平面の方程式を用いて、各直線の３次元空間での方程式
を算出する。また、各エッジを交点を第一の実施例と同
様に算出する。ただし、第二の実施例では３次元空間で
の座標値を算出することになる。

【０１１６】図２６は、ワークのエッジ検出画像処理装
置に係わる本発明の請求項６の一実施形態について概略
構成を示すものである。ビデオカメラは、第二の実施形
態のときと同様に、斜めからワークを見るように設置さ
れている。

【０１１７】この図において、ワークのエッジ検出画像
処理装置は、ビデオカメラ１９と、画像入力装置２０
と、画像の中からワークの領域を抽出するワーク領域抽
出装置２１と、ワーク抽出装置の出力からワーク領域の
境界となる点列を取り出すワーク境界点抽出装置２２
と、ワーク境界点が存在する平面の方程式をもとにワー
ク境界点列からどの点からどの点までがひとつの直線あ
るいは円弧であるかを検出するワーク輪郭エッジ検出装
置２３、ワーク高さ検出装置２４、ワーク輪郭エッジ検
出装置２３の出力をもとにワーク輪郭の各エッジの３次
元空間での方程式を算出した後に各エッジの交点の３次
元空間での座標値を算出するワーク輪郭エッジ数値情報
検出装置２５、ワーク輪郭のエッジ情報をもとに残りの
ワークのエッジ方程式および端点座標値を求めるワーク
非輪郭エッジ数値情報検出装置２６から構成されてい
る。

【０１１８】ワーク１８は、板を切り出したものであ
り、平行な上下面および上下面と垂直な側面を有し、し
かも直線と円弧のエッジのみから構成されているものと
する。ただし、上の面のみが明らかに明るく見えるとは
限らない。また、ワークの上の面と下の面は平行であ
り、ワーク設置装置１７の上に設置され、ワーク設置装
置の上面の３次元空間での方程式は既知であるものとす
る。従って、検出すべきワークの下面の３次元空間での
方程式は既知であるが、上面の方程式は高さを算出する
までは既知ではない。

【０１１９】以下、上記構成のワークのエッジ検出画像
処理装置を用いてワーク設置台１７に設置されたワーク
１８の全輪郭を構成する直線・円弧を検出する方法を図
２７をも参照しつつ説明する。

【０１２０】ステップＳ１１０１からステップＳ１１０
３までは、ステップ１０１からステップ１０３までと同
じ処理であり、ワークの境界点列が求められる。ステッ
プＳ１１０４では、ワーク境界点列からワーク輪郭の各
部分が直線か円弧かを判別し、以下のようなデータを作
成する。

【０１２１】 ｅｄｇｅｌｉｓｔ［ｉ］［０］：ｉ番目のエッジの最初の輪郭点番号 ［１］：ｉ番目のエッジの最後の輪郭点番号 ［２］：円弧か直線かの識別 （０：直線， １：円弧） ステップＳ１１０３までに求められたワーク境界点列か
ら、まず折れ線近似により、どの点からどの点までがひ
とつの直線に属するか、第一および第二の実施例と同様
に求めてゆく。その結果、ワークの境界はいくつの折れ
線により近似され、各折れ線はワーク境界点列の何番か
ら何番の点までであるかが求められる。つぎに、各折れ
線がワークの上の面に属するか、下の面に属するか、あ
るいは側面に属するかを求める。図２８にその手続きを
示す。まずステップＳ１２０１にて、エッジ近傍の修正
差分画像の値から、各エッジが上面のエッジか下面のエ
ッジかのラフな判定を行った後に、ステップＳ１２０２
にて側面のエッジを検出する。

【０１２２】図２９は、各折れ線がワークのどの面に属
するかの判定手続きを説明するものである。それまでの
手続きにより各エッジの両端点がわかっているので、エ
ッジの中央点を求める。たとえばワーク輪郭の座標値列
が ｃｈａｉｎ［ｉ］［］ に納められているとし、エッジの両端点が輪郭点のｉ番
目とｊ番目の点である場合には、ｃｈａｉｎ［（ｉ＋
ｊ）／２］［］がエッジの中央点となる。

【０１２３】次に、エッジ中央点から上へ向かって、修
正差分画像の値が０となるまでの画素数Ｎｕを数える。
また、エッジ中央点から下に向かって、修正差分画像の
値が０となるまでの画素数Ｎｄを数える。もし、Ｎｕが
Ｎｄより大きい場合には、そのエッジは下面のエッジと
判定し、逆にＮｄがＮｕより大きい場合には、そのエッ
ジは上面のエッジと判定する。

【０１２４】図３０は、図２９で説明した手続きを視覚
的に示したものである。この例では、エッジの両端点が
（ｘ０，ｙ０）および（ｘ１，ｙ１）である。エッジ中
央点が（ｘｃ，ｙｃ）となり、Ｎｄは０であるので、Ｎ
ｕの方が大きく下面のエッジと判定される。

【０１２５】つぎに、ワークの設置されているワーク設
置台の平面の方程式を用いてワーク側面のエッジを検出
する。ワーク側面のエッジには、ふたつの平面が直線で
接しているものが見えている場合と、ワーク側面の曲面
の一部のみが見えているために、その境界線が見えてい
る場合のふたとおりがある。前者の場合には、ワーク側
面のエッジは、ワーク設置台面に垂直である。そこで、
以下のようにして、各折れ線が側面のエッジであるかど
うかの判定を行うことができる。

【０１２６】各折れ線がワーク側面のエッジであると仮
定すると、その折れ線の端点の一方はワーク設置台上に
存在するはずであり、ワーク設置台の平面の方程式とそ
の端点の画面内での座標値から３次元空間での座標値が
算出できる。また、その折れ線がワーク側面のエッジで
あればワーク設置台上にある端点を通り、ワーク設置台
に垂直であるはずであるので、その３次元空間での直線
の方程式が算出できる。ワーク設置台の平面の方程式が ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０ であるとすると、ワーク設置台面と垂直なベクトルは （ａ，ｂ，ｃ） となるので、ワーク設置台上の点Ｐの３次元座標値か
ら、ワーク設置台に垂直な直線上にあり、点Ｐから距離
が１０の点Ｑの３次元座標値は容易に計算でき、点Ｐと
点Ｑの画面内での位置を算出することにより、画面内で
の直線の方程式も算出できる。算出された直線の方程式
と実際の折れ線とを比較することにより、各折れ線が側
面のエッジであるかどうかを判定する。判定基準は傾き
の違いとする。図３１に検出されたワークのエッジが側
面のエッジであると仮定したときのエッジの位置と、実
際の位置を比較する様子を示す。

【０１２７】ワーク側面のエッジには、曲面の境界線が
見えている場合もあることを考慮して、実際には以下の
ような手続きにより検出を行う。図３２は、側面のエッ
ジを検出するために各エッジに対して行われる手続きを
示したものである。この段階では、前述のようにすでに
各エッジは上面のエッジか下面のエッジかとりあえず判
定されている。

【０１２８】そのエッジｉのひとつ前のエッジが上面の
エッジであり、しかもひとつ後のエッジが下面のエッジ
であるか、ひとつ前のエッジが下面のエッジであり、し
かもひとつ後のエッジが上面のエッジであれば、そのエ
ッジｉが側面のエッジである可能性があるので、エッジ
ｉの両端点のうち画面下側に位置する端点が下面のエッ
ジであると仮定して、その点を通りワーク設置台に垂直
な直線の画面での傾きを計算する。この側面のエッジで
あると仮定したときに算出されるエッジの傾きと、実際
のエッジの傾きを比較して、十分に傾きが近い場合に
は、そのエッジが側面のエッジであると判定する。この
判定の際に、曲面の境界線が見えている場合には、傾き
が少し異なるはずであるので、傾きを比較する際の基準
は、曲面の境界が見えている場合も検出できる程度のも
のにしておく。また、側面のエッジと判定されない場合
にはステップＳ１２０１で設定された値を変更しないで
おく。以上の手続きにより、各エッジが上面のエッジで
あるか、下面のエッジであるか、あるいは側面のエッジ
であるかの判定を行う。

【０１２９】この結果、各折れ線がワークの上面に属す
るか、下面に属するか、側面に属するかが判定されてい
る。つぎにワークの高さを算出するのに適した、エッジ
の長さが十分に長いひと組の平行なエッジを検出して、
そのひと組のエッジの画面内の位置からワークの高さを
算出する。

【０１３０】図３３はワークの高さを算出する手続きを
示したものである。まず、ワーク下面のエッジの中で最
も長いエッジを探す。最も長いエッジを用いてワークの
高さを計算することにより、算出された高さの精度を良
くすることができる。次に、入力画像の中で、検出され
た最も長いエッジの近傍の領域をエッジ強調した後に、
ハフ変換によりエッジの正確な位置を算出する。最も長
いエッジの位置が正確に算出されたら、すでに検出され
ている側面のエッジの長さや傾きから、その最も長いエ
ッジと平行な上面のエッジのおおまかな位置を推定す
る。推定されたおおまかな位置の近傍の領域をエッジ強
調した後にハフ変換により上面のエッジの正確な位置を
算出する。上下面のエッジの画面内での正確な位置が算
出されたら、それらの値からワークの高さを算出する。

【０１３１】ふたつのエッジの正確な位置が算出された
ら、ワークの高さを算出する。

【０１３２】ふたつのエッジが直線の場合には、まず下
面のエッジの両端点の３次元座標値を、両端点の画面内
での位置と下面の方程式から算出する。次に、図２５に
示す、ほぼ画面中央に存在する投影変換中心に原点を有
する座標系でのふたつのエッジ切片の値を算出する。以
上の値をもとに、以下の式によりワーク高さを算出す
る。

【０１３３】 ｃ1 ＝ａ（ｚc1−ｚc0）｜ ＋｜ ｃ（ｘc0−ｘc1） ｄ1 ＝ｚc1ｘc0−ｚc0ｘc1 ｃ2 ＝ａ（ｙc1−ｙc0）＋ｂ（ｘc0−ｘc1） ｄ2 ＝ｙc1ｘc0−ｙc0ｘc1

【０１３４】

【数５】 以下に上式でワークの高さが算出される理由を示す。図
２５に示す投影変換中心に原点を有する画面内での２次
元座標系Σｆでの位置を（ｘｆ，ｙｆ）とし、投影変換
中心に原点を有し、Ｚ軸をビデオカメラの光軸とする３
次元座標系Σｃでの対応する点の位置を（ｘｃ，ｙｃ，
ｚｃ）とする。また、ワークの高さをｈとし、ワーク設
置台表面のΣｃ座標系での方程式を ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０ とする。ふたつのエッジのΣｆ座標系での傾きと切片の
値をそれぞれ 上面のエッジ：ａｕ， ｂｕ 下面のエッジ：ａｄ， ｂｄ とし、各エッジの端点の画面内での座標値の値を、それ
ぞれ（ｘf0，ｙf0），（ｘf1，ｙf1），（ｘf2，ｙf
2），（ｘf3，ｙf3）とする。各エッジ端点のΣｃ座標
系での３次元位置は（ｘc0，ｙc0，ｚc0），（ｘc1，ｙ
c1，ｚc1），（ｘc2，ｙc2，ｚc2），（ｘc3，ｙc3，ｚ
c3）とする。ワーク設置台上にある（ｘc0，ｙc0，ｚc
0），（ｘc1，ｙc1，ｚc1）の値はそれぞれ（ｘf0，ｙf
0），（ｘf1，ｙf1）から計算可能である。一方、（ｘc
2，ｙc2，ｚc2），（ｘc3，ｙc3，ｚc3）については、
ワークの高さｈを用いて、以下のように表せる。

【０１３５】ｘc2＝ｘc0＋ａｈ ｙc2＝ｙc0＋ｂｈ ｚc2＝ｚc0＋ｃｈ ｘc3＝ｘc1＋ａｈ ｙc3＝ｙc1＋ｂｈ ｚc3＝ｚc1＋ｃｈ Σｃ座標系での値とΣｆ座標系での値の間の関係は

【０１３６】

【数６】 のようになる。ｆはレンズの焦点距離等の影響を表す係
数である。

【０１３７】また、上面のエッジの切片ｂｕの値と各端
点との間の関係は

【０１３８】

【数７】 のようになる。上式にｘf2，ｘf3，ｙf2，ｙf3を代入す
ると、以下の式を得る。

【０１３９】

【数８】 下面のエッジの切片ｂｄの値については、上式でｈ＝０
とした関係が成り立つ。そこで、ｂｄとｂｕの差をとっ
た式からｈを未知数として解くと前述の式を得られる。

【０１４０】一方、ふたつのエッジが円弧の場合には、
まず下面のエッジの円弧の正確な位置を前述のハフ変換
により算出する。そして、上面のエッジも同じ半径を有
し、その中心位置は下面のエッジ中心からワーク設置台
の法線方向にのびた直線を通るはずであるので、上面の
エッジが存在するであろうと思われる領域を下面のエッ
ジの画面内の位置と画面左右端の側面のエッジの向きや
長さから推定し、その近傍領域のエッジ強調処理を行っ
た後に、唯一の未知数をワークの高さとするハフ変換に
よりワークの高さを求める。以下にその手続きを説明す
る。

【０１４１】まずワークの高さの取り得る最小・最大の
値を、すでに検出している画面左右端の側面エッジの長
さから設定し、一定の間隔で離散化する。エッジ強調し
た領域の各点Ｐについて、離散化したワーク高さの各値
について、その高さであると仮定して円弧中心および点
Ｐの３次元位置を算出して距離を計算して半径の値と比
較する。計算された距離が最も半径の値と近いワーク高
さの値が最もらしいということで、その投票度数を点Ｐ
の値（エッジ強調された値）だけ加算する。以上の手続
きをエッジ強調した領域のすべての点について行い、最
も投票度数が大きいワーク高さを選択することによりワ
ーク高さを求める。

【０１４２】以上の手続きにより、各折れ線がワーク上
面か下面に属している場合には、その折れ線が属する平
面の３次元空間での方程式が定まる。また、側面のエッ
ジは直線であるので、ワークの上面か下面に属する折れ
線について、連続する複数の折れ線がひとつの円弧から
なると仮定して、その円弧の３次元空間での方程式をワ
ーク境界点列の中の３点の座標値および折れ線が属する
平面の方程式を用いて算出した後に、残りのワーク境界
点とのずれから、ひとつの円弧とみなせるかどうかの判
定を行ってゆくことにより、複数の折れ線がひとつの円
弧で十分近似できるものを探し、順次折れ線を円弧で置
き換えてゆく。

【０１４３】ステップＳ１１０５では、ステップＳ１１
０４で検出された各エッジの点列の近傍領域をまずエッ
ジ強調処理した後に、エッジの正確な位置をハフ変換等
のエッジ検出処理により算出する。直線については、画
面内での方程式が算出され、円弧については、３次元空
間での円弧中心のｘ，ｙ座標値および半径の値が求めら
れる。その後に、各エッジの交点を求める。直線と直線
の交点はふたつの直線の方程式の交点を算出することに
より求める。

【０１４４】一方、円弧と直線の交点は、接点となる場
合がある。そのような場合に直接方程式の交点を求めよ
うとすると正確に求められない。そこで、直線と円弧の
境付近での傾きを比較し、近い場合には、円弧と直線の
交点を求める際には、まずハフ変換により求められた円
弧中心のｘ，ｙ座標値と半径の値、およびその円弧が含
まれる面の方程式から、円弧上の１度ごとの点の３次元
座標値を求めた後に、各点の画面内での位置を算出す
る。直線の両端点の画面内位置は、ステップＳ１１０３
にてワーク輪郭点の番号としてすでに求められている。
ただし、円弧と直線の交点を算出することにより正確な
位置を計算しなおす。すでに求められている直線の両端
点の位置と円弧上の１度ごとの点の位置を比較して、最
も距離が小さい直線端点と円弧上の点Ｘの組を求める。
この円弧上の点Ｘの近傍に交点が存在する。そこで、円
弧の点Ｘ近傍の±２０度の範囲にわたり０．２度ごとの
円弧上の点を算出して、各点での円弧の傾きを、その前
後の点の位置から計算することにより求め、直線の傾き
と最も一致する点を求める。その点が直線と円弧の交点
となる。その後直線については、画面内での方程式およ
びワーク平面の方程式から、３次元空間での方程式を算
出する。また、各エッジの方程式から交点の３次元空間
での座標値を算出する。

【０１４５】以上のようにワーク輪郭を構成する各エッ
ジの画面内の正確な位置および各エッジが上面のエッジ
か下面のエッジか、あるいは側面のエッジかの情報を検
出した後に、ステップＳ１１０６でワーク上面のエッジ
を順に検出してゆく。上面のエッジの中には、画面内で
の輪郭を構成するエッジとしてすでに検出されているエ
ッジと、まだステップＳ１１０６までに検出されていな
いエッジがある。検出されていないエッジは、それらの
エッジと対応する、平行な下面のエッジは輪郭を構成す
るエッジとなるのですでに検出されている。これらの、
いま検出しようとしている上面のエッジと平行な既検出
の下面のエッジの位置とワークの高さの値を用いて、検
出しようとしている上面のエッジの位置を推定した後
に、その推定位置近傍のエッジ強調を行い、ハフ変換に
よりエッジの正確な位置を算出する。

【０１４６】図３４はステップＳ１１０６の物体の上面
のエッジ位置を算出する手続きを示したものであり、ま
た図３５は上面のエッジ位置を算出してゆく様子を示し
たものである。まず、すでに検出されているワーク輪郭
を構成するエッジの中で、画面で最も上に位置するエッ
ジを検出する。一般に画面の一番上に位置する点はエッ
ジ端点であり、ふたつのエッジにより共有されている
が、そのいずれかのエッジを検出する。画面の一番上に
位置するエッジは上面のエッジである。なぜならば、も
し画面の一番上に位置するエッジが下面のエッジであれ
ば、それと平行な上面のエッジが存在して下面のエッジ
より画面で上に位置するはずであるので画面の一番上に
位置するということと矛盾する。

【０１４７】画面の一番上に位置するエッジを検出した
ら、そのエッジをこれから検出する上面のエッジ列の先
頭に登録するとともに、探索エッジの初期値としても設
定する。以後、この探索エッジを更新しながら以下の手
続きを行う。

【０１４８】まず、ステップＳ１４０４にて探索エッジ
が上面のエッジかどうかを判定する。もし、探索エッジ
が上面のエッジの場合には、その探索エッジを上面のエ
ッジ列に追加し、ステップＳ１１０５までに算出された
ワーク輪郭のエッジ列の中で、現在の探索エッジの次の
エッジを新しい探索エッジとして設定する。もし、新し
い探索エッジがステップＳ１４０１で求められた画面で
最も上に位置するエッジに戻ってきたら上面のエッジを
すべて探索したことになるので終了する。

【０１４９】もし、探索エッジが上面のエッジではな
く、側面のエッジである場合には、ステップＳ１４１０
にて、次の側面エッジＬまで下面エッジを探索してゆ
き、各下面エッジに平行な上面エッジを求めてゆく。図
３５（ｃ）および（ｄ）にその例を示す。各上面のエッ
ジの正確な位置を算出する手続きは、ステップＳ１３０
３およびステップＳ１３０４と同様に、まずワーク輪郭
の一部であるのですでに正確な位置が検出されている下
面のエッジの位置から、そのエッジと平行な上面のエッ
ジのおおまかな位置を推定し、推定された位置のまわり
の領域をエッジ強調した後にハフ変換により正確な位置
を算出する。また各エッジの正確な位置を求めるたび
に、ステップＳ１１０５と同様に隣合うエッジとの交点
の位置を算出する。以上の手続きが完了したら、ワーク
輪郭のエッジ列の中で側面エッジＬの次のエッジは上面
のエッジになるので、新しい探索エッジとして側面エッ
ジＬの次のエッジを図３５（ｅ）のように設定して、ス
テップＳ１４０４に戻る。もし、ワーク輪郭をすべて探
索し終わっていたら、ステップＳ１４０４には戻らずに
終了する。

【０１５０】さらに、ステップＳ１４０５にて探索エッ
ジが下面のエッジである場合は、ワーク輪郭が上面のエ
ッジから側面のエッジが見えずに下面のエッジが見えた
ことになる。図３５（ｅ）の実線がオーバレイされてい
るエッジの次が図中で底面のエッジと記載されているエ
ッジとなっているのがその例である。ふたつのエッジ端
点を結ぶ側面のエッジは存在するがワークの背後に隠れ
ているので見えていない。側面のエッジだけでなく、こ
の時点での探索エッジも一部がワークにより隠されてい
るので、まずステップＳ１４１０にて、ワーク輪郭のエ
ッジ列を次の側面のエッジＬ２まで探索してゆく。そし
て側面のエッジＬ２の上側の端点から逆方向に上面のエ
ッジの正確な位置を求めてゆく。その際に、ステップＳ
１４０８と同様に、求めようとしている上面のエッジと
平行な下面のエッジの情報を利用して上面のエッジの正
確な位置を算出する。その具体的な手続きはステップＳ
１３０３およびステップＳ１３０４と同様に、まずワー
ク輪郭の一部であるのですでに正確な位置が検出されて
いる下面のエッジの位置から、そのエッジと平行な上面
のエッジのおおまかな位置を推定し、推定された位置の
まわりの領域をエッジ強調した後にハフ変換により正確
な位置を算出する。

【０１５１】ただし、ステップＳ１４１０の場合には、
上記の手続きの最後に探索エッジと平行な上面のエッジ
を求めることになるが、探索エッジの一部がワークに隠
されているので、上面のエッジを必ずしも正確には求め
られない。そこで、まず下面のエッジである探索エッジ
の位置からそれと平行な上面のエッジＬ３のおおまかな
位置を推定して、エッジ強調した後にハフ変換で正確な
位置を求める。その後、となりの上面のエッジとの交点
を算出する。となりの上面のエッジとは、図３４のそれ
までの手続きにて求められた上面のエッジ列の最後のエ
ッジであり、図３６（ｂ）に交点を求める様子を示して
いる。この交点がいま正確な位置を求めようとしている
上面のエッジＬ３の一方の端点であるので、この時点で
エッジＬ３の両端点の位置がほぼ求められたことにな
る。そこで、両端点を結ぶ直線の近傍の領域をエッジ強
調した後にハフ変換により正確な位置を求めることによ
り、最終的なエッジの正確な位置を算出している。各エ
ッジの正確な位置を求めるたびに、やはり隣合うエッジ
との交点を算出する。

【０１５２】ステップＳ１４１１では、ステップＳ１４
０９と同様に、ワーク輪郭のエッジの中で側面のエッジ
Ｌ２の次のエッジを新しい探索エッジとして設定してス
テップＳ１４０４に戻るか、すべての探索が終了してい
れば終了する。

【０１５３】以上の手続きにより、ワーク上面のすべて
の直線エッジの画面内での方程式、円弧エッジの３次元
空間での方程式、および各エッジの画面内での交点の座
標値が算出されている。ワーク設置台の方程式、ワーク
高さの値を用いて、各直線エッジの３次元空間での方程
式および各エッジ交点の３次元空間での座標値を算出す
る。

【０１５４】ワーク上面のエッジの３次元位置が算出さ
れれば、ワークの形状が平行な上下面および上下面と垂
直な側面を有するものに限定されているので、下面のエ
ッジの正確な３次元位置もワークの高さの値を用いるこ
とにより、容易に算出することができる。また、側面の
エッジの３次元位置も上下面のエッジの端点の位置から
容易に算出することができるので、ワークのすべてのエ
ッジの３次元位置が算出される。

【０１５５】図３７は、Ｔ字型のワークからエッジを検
出する各段階での処理結果を示した例である。図３７
（ａ）が入力画像であり、図３７（ｂ）は背景画像と入
力画像の差分画像である。この例ではしきい値を３０に
設定してあり、差が３０以下の画素については、背景と
の差がないとみなし値を０にしてある。従って、値が０
でない部分がおよそワークに対応するが、影によりワー
クの周辺部分も含んでいる。図３７（ｃ）は図３７
（ｂ）の差分画像からワーク輪郭を検出したものであ
る。ワーク輪郭を検出する際には、後述するようにしき
い値を動的に修正しながら輪郭の検出を行っているの
で、図３７（ｂ）では含まれていた影が除去されてい
る。図３７（ｄ）はワーク輪郭の直線部分と円弧部分を
認識してそれらの方程式や端点位置を算出した結果であ
り、図３７（ｅ）はワークの上面のエッジをすべて検出
した結果である。

【０１５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明のワークのエ
ッジ検出画像処理装置によれば、求めた境界点の点列か
らどの境界点からどの境界点までが単一の直線あるいは
単一の円弧で表されるかを検出し、ワークの輪郭を構成
する円弧と直線の方程式を求めるエッジ検出手段を備え
ているので、画像情報から非接触にワークのエッジ位置
を得ることが可能になる。また、予めＣＡＤ情報等が得
られずワークの形状が計算機内にとりこまれていない場
合でも、ワークの形状を自動的に計算機内にとりこむこ
とができる。この結果、ロボットなどの作業の自動化な
どが実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワークのエッジ検出画像処理装置に係わる本発
明の請求項１に対応する実施形態の概略構成を示すブロ
ックダイヤグラム。

【図２】画像データを処理してワークエッジ情報を求め
る手続きを示すフローチャート。

【図３】Ｔ字型ワークのエッジを検出した例をディスプ
レー上に表示した画像で示す写真。

【図４】背景との差分画像を生成する手続きを示すフロ
ーチャート。

【図５】物体の輪郭を検出する手続きを示すフローチャ
ート。

【図６】物体の輪郭を探索してゆく流れを示す図。

【図７】画面のひとつの行または列での物体輪郭を検出
する手続きを示すフローチャート。

【図８】画面のひとつの行または列で物体輪郭が検出す
る手順を示す図。

【図９】ノイズがある際の画面のひとつの行または列で
物体輪郭が検出されるまでの手順を示す図。

【図１０】物体輪郭を検出する際のしきい値の設定方法
とその働きを示す図。

【図１１】物体輪郭を探索する際に探索方向を変更する
様子を示す図。

【図１２】ワーク全体を、順次探索方向を変更してゆき
ながら物体輪郭を探索してゆく様子を示す図。

【図１３】画面の上から下へ向かって物体輪郭を探索し
てゆく手続きを示すフローチャート。

【図１４】ワーク輪郭を構成する直線および円弧を順次
求めてゆく手続きを示すフローチャート。

【図１５】画面内で折れ線近似が求められ、その中から
円弧が見つけられる手順を示す図。

【図１６】ワーク境界点列から折れ線近似を求めてゆく
手続きを示すフローチャート。

【図１７】ひとつのエッジの端点までを探索する手続き
を示す図。

【図１８】ある範囲のワーク境界点列がひとつの直線と
してみなせるかどうかの判定方法を示す図。

【図１９】折れ線の中から円弧を探す手続きを示すフロ
ーチャート。

【図２０】連続するある範囲の折れ線の組について、そ
の中に円弧があるかどうかを判定する手続きを示す図。

【図２１】直線エッジの正確な位置をハフ変換により求
める手続きを示すためのディスプレー上に表示した画像
を示す写真（ａ），（ｂ）と説明図（ｃ）。

【図２２】円弧エッジの正確な位置をハフ変換により求
める手続きを示す写真（ａ），（ｂ）と説明図（ｃ）。

【図２３】ワークのエッジ検出画像処理装置に係わる本
発明の請求項５に対応する実施形態の概略構成を示すブ
ロックダイヤグラム。

【図２４】画像データを処理してワークエッジ情報を求
める手続きを示すフローチャート。

【図２５】画面内での座標値と３次元空間での座標値と
の関係を示す図。

【図２６】ワークのエッジ検出画像処理装置に係わる本
発明の請求項６に対応する実施形態の概略構成を示すブ
ロックダイヤグラム。

【図２７】画像データを処理してワークエッジ情報を求
める手続きを示すフローチャート。

【図２８】各エッジがワーク上面に属するか、下面に属
するか、あるいは側面に属するかの判定手続きを示すフ
ローチャート。

【図２９】エッジ近傍の画像の値から各エッジが上面の
エッジか下面のエッジかの判定を行う手続きを示すフロ
ーチャート。

【図３０】エッジ近傍の画像の値から各エッジが上面の
エッジか下面のエッジかの判定を行う手続きを示す図。

【図３１】各エッジがワーク側面のエッジであるかどう
かの判定手続きを示す図。

【図３２】各エッジがワーク側面のエッジであるかどう
かの判定手続きを示すフローチャート。

【図３３】ワーク高さの算出手続きを示すフローチャー
ト。

【図３４】ワーク上面のエッジをすべて求める手続きを
示すフローチャート。

【図３５】ワーク上面のエッジを探索する際に、ワーク
輪郭上にある下面のエッジ情報を利用して上面のエッジ
位置を限定する様子を示すためのディスプレー上に表示
した画像を示す写真。

【図３６】ワーク上面のエッジを探索する際に、ワーク
輪郭上にある下面のエッジの一部がワークにより隠され
ている場合の上面のエッジ位置を限定する手続きを示す
ためのディスプレー上に表示した画像を示す写真。

【図３７】Ｔ字型ワークのエッジを検出した例をディス
プレー上に表示した画像で示す写真。

【符号の説明】

１，９，１７ ワーク設置台 ２，１０，１８ ワーク ３，１１，１９ ビデオカメラ ４，１２，２０ 画像入力装置 ５，１３，２１ ワーク領域抽出装置 ６，１４，２２ ワーク境界点抽出装置 ７，１５，２３ エッジ検出装置 ８，１６，２４ エッジ数値情報検出装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年７月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】円弧エッジの正確な位置をハフ変換により求
める手続きを示すためのディスプレー上に表示した画像
を示す写真（ａ），（ｂ）と説明図（ｃ）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】輪郭が直線と円弧との組み合わせで構成さ
   れているワークの画像から前記輪郭を構成する円弧と直
   線を求めるワークエッジ検出画像処理装置であって、 入力されるワークの入力画像からワークの背景を識別し
   ワークの領域を抽出するワーク領域抽出手段と、 抽出されたワーク領域の境界を構成する境界点の点列を
   求めるワーク境界点抽出手段と、 求めた境界点の点列からどの境界点からどの境界点まで
   が単一の直線あるいは単一の円弧で表されるかを検出
   し、ワークの輪郭を構成する円弧と直線の方程式を求め
   るエッジ検出手段と、を備えたことを特徴とするワーク
   エッジ検出画像処理装置。
2. 【請求項２】前記エッジ検出手段は、 ふたつの境界点を結ぶ直線を求め、ふたつの境界点の間
   の境界点の中で前記直線から所定距離以上離れたはみ出
   し境界点があるか否かを判定し、はみ出し境界点がない
   場合には、前記ふたつの境界点の間はひとつの直線とみ
   なすという判断基準により、前記境界点列全体を折れ線
   近似する折れ線近似演算部と、 （ａ）前記折れ線近似演算部により求められた各折れ線
   について、その隣接する折れ線との交点をなす境界点に
   おいて、その境界点の両側の折れ線のなす角度を求め、
   その角度が所定角度より大きい場合には、その境界点を
   区切端点として求め、 （ｂ）区切端点と他の区切端点との間に折れ線がひとつ
   のみ存在する場合には、その折れ線を直線として登録
   し、 （ｃ）区切端点と他の区切端点との間に折れ線が複数存
   在する場合には、その複数の折れ線を構成する境界点列
   の一部あるいは全体が同一の円弧を構成するか否かを判
   断し、同一の円弧を構成する部分があると判断される場
   合には、同一円弧を構成すると判断された折れ線の一部
   あるいは全体をワークの輪郭を構成する円弧として採用
   するととともに、円弧として採用されなかった部分につ
   いては直線として登録し、 ワークの輪郭を構成する円弧あるいは直線の方程式を求
   める円弧直線特定手段と、を備えることを特徴とする請
   求項１記載のワークエッジ検出画像処理装置。
3. 【請求項３】前記円弧直線特定手段の前記（ｃ）におけ
   る、区切端点と他の区切端点との間の複数折れ線を構成
   する境界点列の一部あるいは全体が同一の円弧を構成す
   るか否かの判断は、 区切端点のひとつを始点とする折れ線を探索初期エッジ
   とし、前記探索初期エッジに近接する順番に前記折れ線
   と前記探索初期エッジとのなす角度を求めて前記探索初
   期エッジに対し所定角度以上の角度をなす折れ線を探索
   終端エッジとして採用し、 前記探索終端エッジからの前記探索初期エッジに向かっ
   てひとつひとつ折れ線を追加してゆき、それらの折れ線
   群を構成する境界点列のすべてが同一の円弧を構成する
   か否か判定し、同一の円弧を構成しないと判定されるま
   で折れ線を追加してゆくととともに、前記探索終端エッ
   ジから前記探索初期エッジとは反対に向かってひとつひ
   とつ折れ線を追加してゆき、それらの折れ線群を構成す
   る境界点列のすべてが同一の円弧を構成するか否かを判
   定し、同一の円弧を構成しないと判定されるまで折れ線
   を追加してゆくことにより、円弧の両端を特定すること
   を特徴とする請求項２に記載のワークエッジ検出画像処
   理装置。
4. 【請求項４】前記エッジ検出手段においては、前記境界
   点列のどこからどこまでがひとつの直線あるいは円弧か
   を求め、ひとつの直線あるいは円弧に含まれると判定さ
   れた境界点列の座標値より各直線と円弧の方程式を求め
   るとともに、前記エッジ検出手段により求められた直線
   と円弧の方程式をもとに、各直線あるいは円弧が存在さ
   れると予想されるワーク画像の一部に対してエッジ検出
   処理を行うことにより、より正確に各直線と円弧の方程
   式を修正し、修正した直線と円弧の方程式の交点を演算
   することによりワーク輪郭を構成する直線と円弧の各交
   点を求めるエッジ数値情報検出手段を備えたことを特徴
   とする請求項１に記載のワークエッジ検出画像処理装
   置。
5. 【請求項５】輪郭が直線と円弧との組み合わせで構成さ
   れているワークの画像から前記輪郭を構成する円弧と直
   線を求めるワークエッジ検出画像処理装置であって、 ワークの輪郭を構成する直線と円弧が同一の平面にある
   ことと、３次元空間における前記平面を表す方程式とが
   既知であり、ワークの入力画像からワークの背景を識別
   しワークの領域を抽出するワーク領域抽出手段と、 抽出されたワーク領域の境界を構成する境界点の点列を
   求めるワーク境界点抽出手段と、 求めた境界点の点列が存在する平面を表す方程式を参照
   しどの境界点からどの境界点までが単一の直線あるいは
   単一の円弧で表されるかを検出し、ワークの輪郭を構成
   する円弧と直線の方程式を求めるエッジ検出手段と、 前記エッジ検出手段により求められた直線と円弧の方程
   式をもとに、各直線あるいは円弧が存在されると予想さ
   れるワーク画像の一部に対してエッジ検出処理を行うこ
   とにより、より正確に各直線と円弧の方程式を修正し、
   修正した直線と円弧の方程式の交点を演算することによ
   りワーク輪郭を構成する直線と円弧の各交点を求めるエ
   ッジ数値情報検出手段と、を備えたことを特徴とするワ
   ークエッジ検出画像処理装置。
6. 【請求項６】輪郭が直線と円弧との組み合わせで構成さ
   れているワークの画像から前記輪郭を構成する円弧と直
   線を求めるワークエッジ検出画像処理装置であって、 ワークの表面が互いに平行に位置する上下の平面とこの
   上下の平面に垂直な側面とを有することと、ワークの下
   面が配置される平面の方程式とが既知であり、 ワークの入力画像からワークの背景を識別しワークの領
   域を抽出するワーク領域抽出手段と、 抽出されたワーク領域の境界を構成する境界点の点列を
   求めるワーク境界点抽出手段と、 求めた境界点の点列が存在する平面を表す方程式を参照
   しどの境界点からどの境界点までが単一の直線あるいは
   単一の円弧で表われるかを検出し、ワークの輪郭を構成
   する円弧と直線の方程式を求めるエッジ検出手段と、 前記エッジ検出手段により求められた直線と円弧の方程
   式をもとに、各直線あるいは円弧が存在されると予想さ
   れるワーク画像の一部に対してエッジ検出処理を行うこ
   とにより、より正確に各直線と円弧の方程式を修正し、
   修正した直線と円弧の方程式の交点を演算することによ
   りワーク輪郭を構成する直線と円弧の各交点を求めるエ
   ッジ数値情報検出手段と、 前記エッジ数値情報検出手段で修正した直線と円弧の方
   程式と前記交点の座標値とを用い、未だ求められていな
   い残された直線と円弧の方程式と交点の座標値とを演算
   する非輪郭エッジ数値情報検出手段と、を備えたことを
   特徴とするワークエッジ検出画像処理装置。
7. 【請求項７】前記エッジ検出手段は、 ふたつの境界点を結ぶ直線を求め、ふたつの境界点の間
   の境界点の中で前記直線から所定距離以上離れたはみ出
   し境界点があるか否かを判定し、はみ出し境界点がない
   場合には、前記ふたつの境界点の間はひとつの直線とみ
   なすという判断基準により、前記境界点列全体を折れ線
   近似する折れ線近似演算部と、 （ａ）前記折れ線近似演算部により求められた各折れ線
   について、その隣接する折れ線との交点をなす境界点に
   おいて、その境界点の両側の折れ線のなす角度を求め、
   その角度が所定角度より大きい場合には、その境界点を
   区切端点として求め、 （ｂ）区切端点と他の区切端点との間に折れ線がひとつ
   のみ存在する場合には、その折れ線を直線として登録
   し、 （ｃ）区切端点と他の区切端点との間に折れ線が複数存
   在する場合には、その複数の折れ線を構成する境界点列
   の一部あるいは全体が同一の円弧を構成するか否かを判
   断し、同一の円弧を構成する部分があると判断される場
   合には、同一円弧を構成すると判断された折れ線の一部
   あるいは全体をワークの輪郭を構成する円弧として採用
   するととともに、円弧として採用されなかった部分につ
   いては直線として登録し、 ワークの輪郭を構成する円弧あるいは直線の方程式を求
   める円弧直線特定手段と、を備えることを特徴とする請
   求項５または６のいずれか１項に記載のワークエッジ検
   出画像処理装置。