JPH11166904A - 移動物体の画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の移動方向の分解能が一定で採取の見落
としのない移動物体の画像処理装置を提供する 【解決手段】 １次元の視野を有する撮像装置を用いて
検出された映像信号を信号処理することにより、移動速
度に変動がある移動物体の画像処理を行う画像処理装置
において、所定の周期で移動物体の画像を検出し映像信
号に変換する１次元撮像装置１１と、この映像信号を前
記所定の周期で記憶する映像信号用メモリ１５と、所定
距離の物体の移動に対応してエンコーダパルスを発生す
るエンコーダパルス発生器と、エンコーダパルスを受け
て、映像信号用メモリ１５から映像信号を読み出して画
素ごとに加算し、所定の加算回数に対して画素ごとの映
像信号の平均値を演算する信号処理装置１６と、この演
算により得られた画素ごとの映像信号の平均値を出力す
る出力手段１８と、を備えている移動物体の画像処理装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、１次元の視野を
有する撮像装置を用いて検出された映像信号を信号処理
することにより、移動速度に変動がある移動物体の画像
処理を行う画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板等の連続的に生産される製造物の表
面欠陥の検出には、一般に画像処理の手法を用いること
が多い。画像処理用の画像の採取は、２次元的に行うこ
ともあるが、物体が移動する場合は、製造物のラインに
対して幅方向の画像を１次元的に採取することが多い。
これは、画像メモリの節約や画像処理速度の向上を図る
ためである。

【０００３】例えば、特開平２−２１０２１１号公報に
は、画素と疵の判定を異なる分解能で行うことにより、
高分解能かつメモリ使用量の少ない表面検査装置が提案
されている。この技術では、疵を各画素の分解能より小
さな寸法の分解能で検出して判定を行い、その判定結果
を対応する画素にフラグとして設定する。その結果、画
素の分解能を疵の判定と同じ精度とする場合に比べて、
メモリを大幅に削減できるというものである。

【０００４】また、特開平９−８９８００号公報には、
検査対象（疵等の欠陥）の寸法に比べて、分解能が高い
受光器と分解能が低い受光器を併用する表面欠陥検査装
置が提案されている。この技術では、分解能が高い受光
器では乱反射光を検出し、分解能が低い受光器では正反
射光を検出することにより、疵と面状欠陥とを分離して
いる。

【０００５】特開平６−１０２１９６号公報には、複数
の１次元撮像素子を備えた表面疵検出装置が提案されて
いる。この技術では、複数個（ｎ個とする）の１次元撮
像素子について、撮像信号を読み出すための基準クロッ
クパルスを、順次１／ｎクロックずつずらしている。そ
の結果、クロック周波数の制限（上限）により、移動方
向の分解能が低下する場合でも、ｎ個の１次元撮像素子
を用いることで、分解能を１／ｎの大きさに向上できる
というものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の技術（従来技
術）では、画像の採取は基本的に一定時間ごとに行われ
ている。従って、物体の移動速度が一定の場合は、物体
上の走査線は一定間隔であり、１次元画像採取の位置は
一定間隔となる。しかし、移動速度が変化する場合は、
走査線の間隔も変化する。その結果、物体上の走査線の
密度が移動速度により変化することになり、疵や欠陥の
密度や寸法等の定量的な比較ができなくなる。

【０００７】そのための対策として、採取された画像を
メモリに蓄積し、物体の移動距離が一定距離になるごと
に、各画素ごとの平均値を算出することが考えられる。
この方法（平均値間引き処理）により、疵や欠陥の定量
的な比較は確かに可能となる。しかし、移動速度の変化
幅が大きい場合、さらに停止時間が長い場合この方法で
は、大量の画像メモリを必要とするという問題が発生す
る。

【０００８】例えば、１次元撮像素子としてＣＣＤ素子
を使用した場合、画素数2048素子、走査レート1.25ksca
n/sとする。ここで、60分間のライン停止があると、そ
の間の走査回数は4.5 Mscanとなる。これに必要な画像
メモリの量は、仮に1画素当たり8bit(1B)としても、2kB
×4.5 M＝9GB必要ということになり、現時点では経済
性、現実性に乏しい。

【０００９】そこで、画像メモリの必要量を減らすた
め、画像採取領域が重ならないように、１次元画像を採
取することが考えられる。その場合、画像採取領域は、
撮像装置の空間分解能により決まる画像のボケと、時間
分解能により決まる移動物体の画像のブレとを加えた大
きさとなる。しかしこの場合、画像のブレは、物体の移
動速度により大きく変化する。その結果、１次元画像を
採取する距離間隔、即ち移動方向の分解能が、物体の移
動速度により変化することになり、疵や欠陥の密度や寸
法等の定量的な比較ができなくなる。

【００１０】そこで、１次元画像を採取する距離間隔
を、一定にすることが考えられる。例えば、距離間隔を
１次元撮像素子の分解能に設定すれば、１次元画像を採
取する距離間隔は一定となり、しかも、移動する物体の
全領域の情報が得られる。しかし、１次元撮像素子の走
査周期（周波数）には、応答周波数の制限があるため、
物体の移動速度の上昇に追随できなくなるという問題が
ある。

【００１１】これとは逆に、画像のブレが最大となる条
件に設定することが考えられる。この場合、１次元画像
を採取する距離間隔は、物体の移動速度が一定（最大）
の場合に設定されるので、一定の間隔となる。しかし、
物体の移動速度が小さくなると、画像のブレが小さくな
るので、画像に採取される領域（物体の移動方向の長
さ）が縮小する。その結果、移動速度によっては、画像
に採取されない見落とし領域が発生するという問題があ
る。

【００１２】この発明は、以上のような従来技術の問題
点を解決し、移動速度が大幅に変化する場合でも、画像
メモリの必要量が少なく、物体の移動方向の分解能が一
定で、かつ画像採取の見落としのない、移動物体の画像
処理装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、１次元の視
野を有する撮像装置を用いて検出された映像信号を信号
処理することにより、移動速度に変動がある移動物体の
画像処理を行う画像処理装置において、（イ）所定の周
期で移動物体の画像を検出し映像信号に変換する１次元
撮像装置と、（ロ）この映像信号を前記所定の周期で記
憶する映像信号用メモリと、（ハ）所定距離の物体の移
動に対応してエンコーダパルスを発生するエンコーダパ
ルス発生器と、（ニ）エンコーダパルスを受けて、前記
映像信号用メモリから映像信号を読み出して画素ごとに
加算し、所定の加算回数に対して画素ごとの映像信号の
平均値を演算する信号処理装置と、（ホ）この演算によ
り得られた画素ごとの映像信号の平均値を出力する出力
手段と、を備えていることを特徴とする移動物体の画像
処理装置である。

【００１４】この発明では、移動物体の画像を１次元撮
像素子等の撮像装置で検出する際、物体の移動速度には
関係なく、所定の周期とすることができる。従って、撮
像装置をその特性に合った走査周波数で使用することが
できる。検出された映像信号は、複数のポートを有する
映像信号用メモリに、走査周波数と同じ周期で記憶さ
れ、更新される。

【００１５】エンコーダパルス発生器は、物体の所定距
離の移動に対応してエンコーダパルスを発生する。信号
処理装置は、エンコーダパルスを受けると、前記映像信
号用メモリから映像信号を読出す。これにより、映像信
号は常に一定の距離間隔で得られ、物体の移動速度によ
らず、物体の面積当たりの画素数を一定に保つことがで
きる。

【００１６】信号処理装置は、映像信号用メモリから映
像信号を読出して、画素ごとに所定の回数だけ加算す
る。この加算が完了すると、信号処理装置は、画素ごと
の映像信号の平均値を演算して画像処理用のデータとす
る。これにより、その後の画像処理で処理すべき画素数
を、大幅に削減できる。この場合、平均値を採る範囲
（加算の回数）は、最終的に目的とする疵検出等に必要
な分解能と、画像処理で処理すべき画素数との観点か
ら、自由に決定することができる。

【００１７】演算により得られた画素ごとの映像信号の
平均値（画像処理用のデータ）は、信号処理装置により
出力手段に書込まれる。この出力手段は、ＤＳＰと後続
のデータ処理装置等との間のバッファの役割を果すもの
で、メモリ等で実現できる。

【００１８】特に、この出力手段をメモリ等で構成し、
その容量が１次元撮像装置の１周期分（画素数）あれ
ば、書込みの周期とは無関係に、画像処理用のデータを
読出すことが可能となる。従って、信号処理装置と特に
同期をとることなく、その後の画像処理を行うことがで
きる。

【００１９】なおこの発明で、撮像装置の走査周波数を
高くして、応答速度の上限近くで使用すれば、物体の移
動速度が高速の場合でも、画像採取の見落としを防止で
きる。これは、画像のブレにより、移動方向の情報を採
取することができるからである。この場合、エンコーダ
パルスの発生周期が、走査の周期より短時間となること
があるが、同じ画像を複数回読出すことで、それ以降の
処理は全く変更せずに済む。

【００２０】また、前記のエンコーダパルスに対応する
所定距離として、撮像装置の分解能と同等あるいはそれ
以下の距離を用いることにより、物体の移動速度が低速
あるいは停止の場合でも、画像採取の見落としを防止す
ることができる。この場合、エンコーダパルスの発生周
期が長くなり、撮像装置からの映像信号の読出しの周期
が長くなるので、物体の同じ箇所の画像がメモリに取込
まれてメモリを消費するということが無い。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、発明の実施の形態の１例
を示すブロック図である。ここでは、１次元撮像装置１
１としてＣＣＤカメラを使用している。素子の画素数は
例えば、2048画素とする。サンプルクロック発生器１２
は、ＣＣＤカメラ１１の走査用のクロックパルスを発生
し、周波数は 2.5MHzとする。

【００２２】カメラ系コントローラ１３は、カメラから
の映像信号の採取と記録を制御する。このカメラ系コン
トローラ１３の制御対象は、カメラからの映像信号をデ
ジタル変換するA/Dコンバータ１４（の変換開始）、メ
モリへの映像信号の記録（デジタル信号の書込み）であ
る。映像信号用メモリ１５は、デュアルポートメモリを
用いており、一方のポートＡで、カメラ系コントローラ
１３からのタイミングに従って、映像信号をそれぞれ対
応するアドレスに記憶し、他方のポートＢから、別のタ
イミングに従って、内部データ（映像信号）を読み出す
ことができる。容量は、ＣＣＤカメラ１１の画素数に合
わせて、2048B（Byte）とする。

【００２３】信号処理装置（以下、ＤＳＰとよぶ）１６
は、映像信号用メモリ１５に格納されたデータと、その
（ＤＳＰ１６の）演算用メモリ１７に格納されたデータ
とを用いて演算処理を行う。なお、映像信号用メモリ１
５に通常のメモリ（ポート数：１）を用いた場合は、書
込みのタイミングを避けて読出しを行うようにすればよ
い。

【００２４】ここでは、外部からのトリガパルスの割込
みにより、映像信号用メモリ１５に格納されたデータを
読み出して、演算用メモリ１７のデータに画素ごとに加
算する。ここで、トリガパルスは、エンコーダにより物
品の移動の一定距離ごとに発生させる。これにより、演
算用メモリ１７には、映像信号の撮像素子ごとの積算値
が格納されることになる。

【００２５】信号処理装置（ＤＳＰ）１６は、所定の積
算回数ごとに、積算値を積算回数で除算して、映像信号
の撮像素子ごとの平均値を算出し、出力手段１８に格納
する。この出力手段１８も、ここではデュアルポートメ
モリを用いており、内部データ（撮像素子ごとの平均
値）は、もう一方のポートから別のタイミングで読み出
すことができる。これらの動作は、図示しない外部のハ
ードウェア等により行う。この読み出されたデータが、
画像処理用のデータとなる。

【００２６】なお、映像信号用メモリ１５および出力手
段１８は、合体することができる。この場合、映像信号
用メモリと出力手段を区別するには、別のアドレスを割
当てればよい。また、演算用メモリ１７は、映像信号用
メモリ１５および出力手段１８と合体させてもよい。

【００２７】この例では、１つのデュアルポートメモリ
を使用し、アドレスとして0〜2047番地を映像信号用メ
モリ１５に、2048〜4095番地を演算用メモリ１７に、40
96〜6143番地を出力手段１８に、それぞれ割当ててい
る。この場合、１つのメモリの0〜2047番地が輝度デー
タ領域、2048〜4095番地が輝度データ積算領域、4096〜
6143番地が平均値間引き結果領域というようになる。

【００２８】次に、この装置の動作について説明する。
図２は、上記の各信号のタイミングを示すタイムチャー
トである。カメラ系コントローラ１３関連の動作は、次
のようになる。サンプルクロック発生器１２からは、2.
5MHzの読出しサンプルクロック２２が生成される。これ
に基づき、カメラ系コントローラ１３では、各種のパル
ス２１〜２４を発生する。

【００２９】まず、スタートパルス２１は、以下に述べ
る画像処理用のデータを作成するための一連の動作を開
始するための信号で、1.25kHzである。これは、2048（2
k）画素を2.5MHzの読出し周波数で読出すときの、繰返
し周波数に相当する。

【００３０】このスタートパルス２１により、１次元撮
像装置１１の読出しが開始される。個々の画素は、読出
しサンプルクロック２２により読出される。A/Dスター
トパルス２３は、サンプルクロック２２と同一周波数
で、位相を読出し完了の時刻に合せておく。このA/Dス
タートパルス２３により、A/Dコンバータ１４が、読出
された映像信号のデジタル変換を開始し、デジタル変換
後の映像信号をデータバスに出力する。

【００３１】これと並行して、カメラ系コントローラ１
３が、アドレスバスに個々の画素（の位置）に対応する
アドレスを出力する。データとアドレスの準備が完了す
る頃、R/Wコントロールパルス２４が生成され、映像信
号用メモリ１５に書込みを指示し、個々の画素の映像信
号の書込みが行われる。

【００３２】このようにして、画素の読出しからメモリ
への書込みに至る個々の画素についての動作が総て（こ
の場合、2048画素）完了すると、再度スタートパルス２
１が生成され、上記の一連の動作が繰返される。この繰
返しの周期（スタートパルス２１の周期）は、以下に述
べる画像処理用のデータ処理の周期とは全く無関係に、
一定の周期（ここでは、1.25kHz）で行われる。

【００３３】次に、信号処理装置（ＤＳＰ）１６関連の
動作について説明する。エンコーダパルス２６は、物体
上一定移動距離ごとに生成されるパルスであり、ここで
は0.5mmに設定されている。平均値間引間隔パルス２５
は、一定数のエンコーダパルス２６ごとに生成されるパ
ルスである。ここではエンコーダパルス5個に対して、
平均値間引間隔パルス２５が1個対応している。この平
均値間引間隔パルス２５は、外部から与えてもよく、Ｄ
ＳＰ１６自身でエンコーダパルス２６をカウントして、
生成してもよい。

【００３４】ＤＳＰ１６は、外部からのエンコーダパル
ス２６により割込みが入ると、映像信号用メモリ１５の
ポートＢから内部データの読出しを行う。この際、ＤＳ
Ｐ１６からアドレスバスにアドレスが出力され、次いで
R/Wコントロール（読出し可パルス）が出力される。こ
れを受けて映像信号用メモリ１５は、そのアドレスに対
応する内部データを、ポートＢからデータバスに出力す
る。ＤＳＰ１６は、このデータを取込み、今度は演算用
メモリ１７から、同一のアドレスに対応する内部データ
を読出す。その後、ＤＳＰ１６はこれらのデータを加算
し、結果を演算用メモリ１７の同じアドレス（画素に対
応）に戻す。

【００３５】なお、R/Wコントロール信号は、図１の回
路では３つのメモリに同時に出されるので、読み書きを
行うメモリを指定する必要がある。その場合は、デコー
ダ等で目的のメモリを選択しチップイネーブルとするこ
とで、そのメモリのみを読み書き可能とすればよい。

【００３６】ＤＳＰ１６は、このように一定数のエンコ
ーダパルス２６についてデータの加算を行った後、平均
値間引間隔パルス２５により、平均値を算出する。これ
は、演算用メモリ１７から内部データを読出して、画素
ごとに一定数（この例では5）で除算して行う。ＤＳＰ
１６は、算出した平均値を、出力手段１８の一方のポー
トから書込む。その後、次のエンコーダパルス２６によ
りデータの加算が開始され、上記の動作が繰返される。

【００３７】この出力手段１８のデータが、画像処理用
のデータであり、他方のポートから書込みのタイミング
によらず読出すことができる。但し、画像処理用のデー
タの読出しは、出力手段１８のデータが更新される前
に、即ち次の平均値間引間隔パルス２５の前に行う必要
がある。

【００３８】図３は、上記の実施の形態における信号処
理装置（ＤＳＰ）１６の動作を示すフロー図である。ま
ず、ステップ３０１でエンコーダパルス２６の割込みが
入ると、（ステップ、以下適宜省略）３０２でエンコー
ダパルス２６がカウントされる。ステップ３０３でカウ
ント数が一定値未満の場合、読出しアドレスnを0にリセ
ットし、３０５〜３１０の読出しループに入る。

【００３９】読出しループでは、ステップ３０５で映像
信号用メモリ１５からアドレスnのデータを読出し、３
０６で演算用メモリ１７の対応するアドレスのデータと
加算し、３０７で結果を演算用メモリ１７の同じアドレ
スにストアする。ステップ３０８でアドレスnが上限値
未満であれば、３１０でアドレスnに1を加算し、３０５
〜３０８を反復する。

【００４０】ステップ３０８でアドレスnが上限値（こ
こでは2047）に到達すると、３０９でリターン（待機状
態）となり、次のエンコーダパルス２６の割込み（ステ
ップ３０１）を待つ。エンコーダパルス２６のカウント
数が、ステップ３０３で上限値に到達すると、３２０で
読出しアドレスnを0にリセットし、平均値間引きループ
に入る。なお、このループでは出力手段１８のデータ更
新を行うので、ループに入る前に、ステップ３１９で読
出し可フラグをOFFにしておく。

【００４１】平均値間引きループでは、ステップ３２
１、３２２で、ステップ３０５、３０６と同じ動作を行
い、映像信号用メモリ１５からアドレスnのデータを読
出し、演算用メモリ１７の対応するアドレスのデータと
加算する。その後、ステップ３２４で演算用メモリ１７
のアドレスnのデータをカウント数の上限値Ｎで除算
（ここでは1/5倍）し、３２５で出力手段１８にストア
する。その後、演算用メモリ１７を初期化しておく。

【００４２】次のエンコーダパルス２６により、データ
の加算が開始され、上記の動作が繰返される。ステップ
３２６でアドレスnが上限値未満であれば、３２７でア
ドレスnに1を加算し、３２１〜３２６を反復する。

【００４３】ステップ３２６でアドレスnが上限値（こ
こでは2047）に到達すると、３２８で読出し可フラグを
ONにし、出力手段１８の別のポートからの読出しを許可
する。次いで、ステップ３２９でエンコーダパルス２６
のカウントをリセットし、３３０でリターン（待機状
態）となり、次のエンコーダパルス２６の割込み（ステ
ップ３０１）を待つ。

【００４４】

【発明の効果】この発明では、撮像装置では物体の移動
速度には関係なく、所定の周期で画像を検出してメモリ
に書込み、映像信号の読出しは物体の所定距離の移動に
対応して行うので、画像メモリの必要量が少なくて済む
とともに、物体の移動速度によらず、物体の面積当たり
の画素数を一定に保つことができる。従って、移動速度
が大幅に変化する場合でも、物体の移動方向の分解能が
一定で、かつ画像採取の見落としのない、移動物体の画
像処理装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の１例を示すブロック図である。

【図２】信号のタイミングを示すタイムチャートであ
る。

【図３】実施の形態の１例を示すフロー図である。

【符号の説明】

１１ １次元撮像装置 １２ サンプルクロック発生器 １３ カメラ系コントローラ １４ A/Dコンバータ １５ 映像信号用メモリ １６ 信号処理装置（ＤＳＰ） １７ 演算用メモリ １８ 出力手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次元の視野を有する撮像装置を用いて
   検出された映像信号を信号処理することにより、移動速
   度に変動がある移動物体の画像処理を行う画像処理装置
   において、（イ）所定の周期で移動物体の画像を検出し
   映像信号に変換する１次元撮像装置と、（ロ）この映像
   信号を前記所定の周期で記憶する映像信号用メモリと、
   （ハ）所定距離の物体の移動に対応してエンコーダパル
   スを発生するエンコーダパルス発生器と、（ニ）エンコ
   ーダパルスを受けて、前記映像信号用メモリから映像信
   号を読み出して画素ごとに加算し、所定の加算回数に対
   して画素ごとの映像信号の平均値を演算する信号処理装
   置と、（ホ）この演算により得られた画素ごとの映像信
   号の平均値を出力する出力手段と、を備えていることを
   特徴とする移動物体の画像処理装置。