JPH09257422A - エッジ検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定画像の状態の影響を受けずに正確な計
測を安定して行うことができるエッジ検出方式を提供す
る。 【解決手段】 撮像された被測定対象の画像を微分して
生成される微分画像内のピークの鋭さに応じてエッジ位
置の検出処理を使い分ける。具体的には、画素数Ｎがｍ
より小さければ、微分画像内のピークが急峻に変化して
いると判断し、図５（ａ）に示すように、しきい値Ｔよ
り大きな値を持つ画素に線形関数などの近似曲線を当て
はめ、この近似曲線のピーク位置を算出し、これをエッ
ジ位置Ｑとして決定する。一方、画素数Ｎがｍより大き
ければ、微分画像内のピークが緩やかに変化していると
判断し、図５（ｂ）に示すように、ピーク位置Ｐ周辺の
微分画像の重心Ｒを算出し、これをエッジ位置Ｑとして
決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像計測装置や画
像自律倣い方式に適用される、被測定対象の画像に含ま
れるエッジの位置を検出するエッジ検出方式に関し、特
に被測定対象の画像の状態に左右されず常にエッジ位置
を正確に検出可能にしたエッジ検出方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像計測装置等で被測定対象の画像から
エッジ位置を検出する場合、最も単純な処理としては、
被測定対象の画像の濃度レベルの曲線と所定のしきい値
との交点位置をその画像のエッジ位置とする処理が行わ
れている。この場合、しきい値は、画像の光量変動の影
響を受けないように、画素の濃度レベルから相対的に決
定されなければならない。指定領域内の画素の濃度レベ
ルの平均値をしきい値とする方法では、図１０（ａ），
（ｂ）に示すように、指定領域の明部と暗部との比率に
よってしきい値が変動し、両者の誤差が大きくなってし
まう。また、画像濃度レベルの中間値をしきい値として
用いた場合、画像のピントがずれていると、しきい値レ
ベルを僅か変えただけでエッジ位置が大きく変化してし
まう。

【０００３】エッジ検出処理の他の方法としては、被測
定対象の画像の微分画像からエッジ位置を検出する方法
が知られている。微分画像では、エッジの位置にピーク
値が生じるので、このピーク値の位置をエッジ位置とす
ることにより、前述したしきい値の問題を回避して正し
いエッジ位置を検出することができる。エッジ位置の求
め方としては、ピーク値近傍の微分曲線に近似曲線を当
てはめて、その近似曲線のピーク位置を検出する方法が
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
測定時には、被測定対象の画像が、図１１（ａ）に示す
ように比較的コントラストの明瞭な画像である場合と、
同図（ｂ）に示すようにピントがぼけている場合とで
は、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ピーク曲線の
急峻度が変動する。このため、ピントがぼけた場合に
は、近似曲線もなだらかなものとなり、曲線のピーク位
置と本来のエッジ位置との誤差が大きくなるという問題
がある。そこで、微分曲線の重心位置を求め、その位置
をエッジ位置とする方法も採用されているが、この場合
には、微分曲線が急峻な場合、重心位置を決定するため
のデータ数が少なくなるため、算出された重心位置と本
来のエッジ位置との誤差が大きくなるという問題があ
る。

【０００５】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、微分画像内のピークの鋭さに応じて
エッジ位置の検出処理を使い分けることにより、被測定
画像の状態の影響を受けずに正確な計測を安定して行う
ことができるエッジ検出方式を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るエッジ検出
方式は、被測定対象を撮像する撮像手段と、この撮像手
段で撮像された被測定対象の画像に含まれるエッジのお
およその位置を検出するエッジ概略位置検出手段と、前
記被測定対象の画像を微分して微分画像を得る微分手段
と、前記エッジ概略位置検出手段で検出されたエッジの
おおよその位置の近傍で前記微分画像のピーク値を探索
する微分ピーク値探索手段と、この手段で探索された微
分画像のピーク値の周辺の微分曲線が急峻に変化するか
否かを判別する曲線判別手段と、この手段でピーク値の
周辺の微分曲線が急峻であると判別された場合には、当
該微分曲線に近似曲線を当てはめこの近似曲線のピーク
位置をエッジ位置として決定し、前記ピーク値の周辺の
微分曲線がなだらかであると判別された場合には、当該
ピーク値の周辺の微分画像の重心をエッジ位置として決
定するエッジ位置決定手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００７】本発明に係るより具体的なエッジ検出方式
は、前記曲線判別手段が、前記微分画像のピーク値のレ
ベルに対して所定の割合のレベルをしきい値として設定
し、前記ピーク値の周辺の微分曲線を構成する画素のう
ち前記しきい値を越えるレベルの画素の数が所定値を下
回ったときに当該微分曲線が急峻であると判別し、前記
しきい値を越える画素の数が所定値以上であるときに当
該微分曲線がなだらかであると判別するものである。

【０００８】また、前記曲線判別手段は、前記微分画像
のピーク値が予め定めたしきい値以上のときに前記ピー
ク値の周辺の微分曲線が急峻であると判別し、前記微分
画像のピーク値が前記しきい値を下回るときに前記ピー
ク値の周辺の微分曲線がなだらかであると判別するもの
でもよい。

【０００９】更に、前記エッジ概略位置検出手段は、前
記被測定対象の画像に対して低域通過フィルタ処理を施
したのち、前記被測定対象の画像のレベルに基づくしき
い値で前記被測定対象の画像をスライスすることにより
前記エッジのおおよその信号を検出するものでもよい。

【００１０】本発明によれば、被測定対象の画像のおお
よそのエッジ位置を検出したのち、その位置に対応する
微分画像のピーク位置を求め、このピーク位置の周辺の
微分曲線が急峻であるか否かを判別し、この判別の結
果、微分曲線が急峻である場合には、微分曲線に近似曲
線を当てはめてそのピーク値をエッジ位置とし、微分曲
線が急峻でない場合には、そのピーク位置周辺の微分画
像の重心をエッジ位置としているので、画像の状態、即
ちコントラストが明瞭である場合と、ピンぼけである場
合のいずれの場合でも、常に正しいエッジ位置が検出さ
れる。

【００１１】特に、微分画像のピーク値のレベルに対し
て所定の割合のレベルをしきい値とし、このしきい値を
越えるレベルの画像数によってピーク値周辺の微分画像
が急峻であるか否かを判別するようにすれば、微分曲線
のピーク値に影響されずに、曲線の急峻度を正確に判別
することができる。

【００１２】また、微分画像のピーク値が、予め定めた
しきい値よりも大きいかどうかによっても、微分曲線の
急峻度をある程度判別することができる。

【００１３】更に、微分画像のピーク値は、エッジ部分
のみならず、ノイズによっても生じるが、エッジ概略位
置検出手段で、被測定画像に対して低域通過フィルタ処
理を施してノイズ成分をある程度抑制しておけば、ノイ
ズ部分を誤ってエッジと検出してしまうのを回避するこ
とができる。この場合、エッジ概略位置検出手段は、エ
ッジの位置を正確に検出する必要がないので、フィルタ
リングによって画像のエッジ部分のコントラストが低下
してもエッジ検出結果には影響を与えない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例
に係るエッジ検出方式を適用した非接触画像計測システ
ムの全体構成を示す斜視図である。このシステムは、非
接触画像計測型の三次元測定機１と、この三次元測定機
１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行する
コンピュータシステム２と、計測結果をプリントアウト
するプリンタ３とにより構成されている。

【００１５】三次元測定機１は、次のように構成されて
いる。即ち、架台１１上には、ワーク１２を載置する測
定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１
３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動
される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持
アーム１４，１５が固定されており、この支持アーム１
４，１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が
固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニッ
ト１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示し
ないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動
される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ
１８が測定テーブル１３と対向するように装着されてい
る。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照
明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８
のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構が内蔵され
ている。

【００１６】コンピュータシステム２は、コンピュータ
本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス
２３、マウス２４及びＣＲＴディスプレイ２５を備えて
構成されている。コンピュータ本体２１は、例えば図２
に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１８
から入力される画像情報は、インタフェース（以下、Ｉ
／Ｆと呼ぶ）３１を介して多値画像メモリ３２に格納さ
れる。多値画像メモリ３２に格納された多値画像情報
は、表示制御部３３を介してＣＲＴディスプレイ２５に
表示される。一方、マウス２４から入力される位置情報
は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰ
Ｕ３５は、プログラムメモリ３６に格納されたプログラ
ムに従って、マウス２４で指定された矩形領域をウィン
ドウとして表示するためのデータを生成し、このウィン
ドウの内部の多値画像情報を多値画像メモリ３２から抽
出して画像に含まれるおおよそのエッジ位置の検出、微
分画像の生成、検出されたおおよそのエッジ位置に対応
した微分画像内のピーク位置の探索、ピーク位置周辺の
微分曲線の鋭さの判別、及び判別結果に応じたエッジ位
置の検出処理を順次実行する。ワークメモリ３７は、Ｃ
ＰＵ３５での各種処理のための作業領域を提供する。

【００１７】次に、このように構成された非接触画像計
測システムにおけるエッジ検出手順について説明する。
図３は、被測定対象の画像のエッジ位置検出のためのＣ
ＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャート、図４は、
この処理を説明するためワーク１２のエッジ画像及びそ
の微分画像を示す図である。

【００１８】検出しようとするエッジを含むウィンドウ
がマウス２４等の操作によって指定されると、ＣＰＵ３
５は、ウィンドウ内の多値画像の各画素の明るさ（画素
値）を多値画像メモリ３２から例えば水平走査方向にサ
ンプリングする（Ｓ１）。次に、ＣＰＵ３５は、ノイズ
成分を抑制するため、低域通過フィルタリング処理を実
行する（Ｓ２）。得られた各画素の画素値をその位置に
対応して示したのが図４（ａ）である。更に、ＣＰＵ３
５は、各画素の画素値の平均値や中間値等をしきい値Ｓ
としてこれを横切るおおよそのエッジ位置Ｏを検出する
（Ｓ３）。続いて、ＣＰＵ３５は、図４（ｂ）に示すよ
うに、もとの画像の画素値を微分して、図４（ｂ）に示
すような微分画像を生成し（Ｓ４）、先に求められたお
およそのエッジ位置Ｏを中心として微分画像内で図中に
示す前後方向に探索し、画素値として極大値を持つ画素
の位置をピーク位置Ｐとして検出する（Ｓ５）。続い
て、ＣＰＵ３５は、ピーク位置Ｐの画素値に対して所定
の割合（例えば、５０％）をしきい値Ｔとして設定し、
ピーク位置Ｐの周辺の画素値でしきい値Ｔより大きな値
を持つ画素の数Ｎを数え（Ｓ６）、画素数Ｎが一定の値
ｍ（ｍは自然数）より大きいか否かを判別する（Ｓ
７）。

【００１９】画素数Ｎがｍより小さければ（Ｓ７）、微
分画像内のピークが急峻に変化していると判断し、図５
（ａ）に示すように、しきい値Ｔより大きな値を持つ画
素に線形関数などの近似曲線を当てはめ、この近似曲線
のピーク位置を算出し、これをエッジ位置Ｑとして決定
する（Ｓ８）。近似曲線を当てはめるのは、サンプリン
グの位置によっては、ピーク位置Ｐの画素値が必ずしも
微分曲線のピーク値とは一致しないからである。一方、
画素数Ｎがｍより大きければ（Ｓ７）、微分画像内のピ
ークが緩やかに変化していると判断し、図５（ｂ）に示
すように、ピーク位置Ｐ周辺の微分画像の重心Ｒを算出
し、これをエッジ位置Ｑとして決定する（Ｓ９）。ここ
で、微分画像の重心Ｒは、例えば、しきい値Ｔを越えた
曲線で囲まれる図５（ｂ）に示す斜線部をピーク位置Ｐ
における微分画像であると判断し、この範囲の微分画像
のデータから求めればよい。なお、微分画像の急峻度を
求める方法としては、この他にも、例えばピーク位置Ｐ
の画素値と予め固定的に定めたしきい値（例えば、最大
値）とを比較して、ピーク位置Ｐの画素値がしきい値を
越える場合は急峻に変化、しきい値を下回る場合には緩
やかに変化していると判別するようにしてもよい。

【００２０】このように、本実施例によれば、微分画像
内のピークの鋭さに応じてエッジ位置の検出処理を使い
分けるので、図６（ａ）に示すように、微分画像のピー
ク値周辺が急峻に変化するコントラストが明瞭な場合で
も、また図６（ｂ）に示すように、微分画像のピーク値
周辺が緩やかに変化するような、いわゆるピンぼけの場
合でも、共に正確なエッジ位置を検出することができ
る。また、本実施例によれば、基本的には、微分画像に
基づいてしきい値Ｔはエッジ位置を検出しているので、
画像内の明部と暗部との比率によってエッジの検出結果
が影響を受けることはない。

【００２１】また、しきい値Ｓを横切るおおよそのエッ
ジ位置Ｏが複数検出された場合には、微分画像の近似曲
線又は微分画像の重心位置Ｒからエッジ位置を決定する
際、各エッジ位置Ｏについてエッジ位置の算出処理を行
うことにより、検出しようとするエッジがエッジ画像内
に複数含まれる場合にも適用することができる。

【００２２】ところで、ピーク微分曲線は、図７に示す
ように、ピーク位置の近傍で複数の極大値をもつ場合が
ある。この場合、上述したしきい値Ｔは、具体的には、
以下のように設定すればよい。図８は、被測定対象の画
像のエッジ位置検出のためのＣＰＵ３５の処理の手順を
示すフローチャートであり、図３のＳ３〜Ｓ６の処理に
相当する。微分前の画像よりエッジの概算位置Ｏが求め
られると（Ｓ３）、ＣＰＵ３５は、微分画像における値
をエッジのピーク値とし（Ｓ１１）、このピーク値に基
づいてしきい値Ｔを設定する（Ｓ１２）。続いて、ＣＰ
Ｕ３５は、微分画像内で前後方向に走査を行い（Ｓ１
３）、微分データがしきい値Ｔを下回るまで（Ｓ１５）
画素数Ｎを計数する。この過程で対象とする微分データ
が現在設定されているピーク値より小さいと判定された
場合には（Ｓ１４）、その微分データの値を新たなピー
ク値とし（Ｓ１１）、このピーク値に基づいてしきい値
Ｔを更新する（Ｓ１２）。

【００２３】この実施例では、エッジ位置Ｑをより正確
に検出するため、微分データがピーク値より大きいか否
か及び微分データがしきい値より小さいか否かを判定し
たが、微分データがしきい値より小さいか否かだけを判
定することにより、図７（ａ）に示す微分曲線と、図７
（ｂ）に示す微分曲線とが区別され、微分画像内に複数
のエッジが含まれる場合について適用することができ
る。

【００２４】なお、上述した実施例では、画像のおおよ
そのエッジ位置Ｏを検出する前にフィルタリング処理を
施してノイズ成分をある程度抑制しているので、ノイズ
による誤検出も防止できる。この場合、フィルタリング
によって、本来検出しようとしているエッジ部分の画像
も少しなまってしまうが、ここではおおよそのエッジ位
置を検出すればよいので、その後のエッジ検出処理に影
響を来すことはない。このため、図９に示すように、画
像内にエッジより大きい画素値のノイズがあっても、正
しいエッジ位置が検出される。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
測定対象の画像のおおよそのエッジ位置を検出したの
ち、その位置に対応する微分画像のピーク位置を求め、
このピーク位置の周辺の微分曲線が急峻であるか否かを
判別し、この判別の結果、微分曲線が急峻である場合に
は、微分曲線に近似曲線を当てはめてそのピーク値をエ
ッジ位置とし、微分曲線が急峻でない場合には、そのピ
ーク位置周辺の微分画像の重心をエッジ位置としてい
る。このため、画像の状態、即ちコントラストが明瞭で
ある場合と、ピンぼけである場合のいずれの場合でも、
常に正しいエッジ位置が検出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係るエッジ検出方式を適用
した非接触画像計測システムの構成を示す斜視図であ
る。

【図２】 同システムにおけるコンピュータ本体のブロ
ック図である。

【図３】 同システムにおけるエッジ検出処理のフロー
チャートである。

【図４】 同システムにおけるエッジ検出処理を説明す
るための図である。

【図５】 同システムにおける微分画像内のエッジ位置
の検出処理を説明するための図である。

【図６】 同システムにおけるエッジ概略位置の検出を
示す図である。

【図７】 ピーク微分曲線の一例を示す図である。

【図８】 本発明の他の実施例に係るエッジ検出処理の
フローチャートである。

【図９】 ノイズの一例を示す図である。

【図１０】 明部と暗部の比率による影響を説明するた
めの図である。

【図１１】 エッジ部分の一例を示す図である。

【図１２】 微分画像の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…三次元測定機、２…コンピュータシステム、３…プ
リンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブ
ル、１４，１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１７
…撮像ユニット、１８…ＣＣＤカメラ、２１…コンピュ
ータ本体、２２…キーボード、２３…ジョイスティック
ボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴディスプレイ、
３１，３４…インタフェース、３２…多値画像メモリ、
３３…表示制御部、３５…ＣＰＵ、３６…プログラムメ
モリ、３７…ワークメモリ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象を撮像する撮像手段と、 この撮像手段で撮像された被測定対象の画像に含まれる
   エッジのおおよその位置を検出するエッジ概略位置検出
   手段と、 前記被測定対象の画像を微分して微分画像を得る微分手
   段と、 前記エッジ概略位置検出手段で検出されたエッジのおお
   よその位置の近傍で前記微分画像のピーク値を探索する
   微分ピーク値探索手段と、 この手段で探索された微分画像のピーク値の周辺の微分
   曲線が急峻に変化するか否かを判別する曲線判別手段
   と、 この手段でピーク値の周辺の微分曲線が急峻であると判
   別された場合には、当該微分曲線に近似曲線を当てはめ
   この近似曲線のピーク位置をエッジ位置として決定し、
   前記ピーク値の周辺の微分曲線がなだらかであると判別
   された場合には、当該ピーク値の周辺の微分画像の重心
   をエッジ位置として決定するエッジ位置決定手段とを備
   えたことを特徴とするエッジ検出方式。
2. 【請求項２】 前記曲線判別手段は、前記微分画像のピ
   ーク値のレベルに対して所定の割合のレベルをしきい値
   として設定し、前記ピーク値の周辺の微分曲線を構成す
   る画素のうち前記しきい値を越えるレベルの画素の数が
   所定値を下回ったときに当該微分曲線が急峻であると判
   別し、前記しきい値を越える画素の数が所定値以上であ
   るときに当該微分曲線がなだらかであると判別するもの
   であることを特徴とする請求項１記載のエッジ検出方
   式。
3. 【請求項３】 前記曲線判別手段は、前記微分画像のピ
   ーク値が予め定めたしきい値以上のときに前記ピーク値
   の周辺の微分曲線が急峻であると判別し、前記微分画像
   のピーク値が前記しきい値を下回るときに前記ピーク値
   の周辺の微分曲線がなだらかであると判別するものであ
   ることを特徴とする請求項１記載のエッジ検出方式。
4. 【請求項４】 前記エッジ概略位置検出手段は、前記被
   測定対象の画像に対して低域通過フィルタ処理を施した
   のち、前記被測定対象の画像のレベルに基づくしきい値
   で前記被測定対象の画像をスライスすることにより前記
   エッジのおおよその信号を検出するものであることを特
   徴とする請求項１乃至３記載のエッジ検出方式。