JPS5999208A

JPS5999208A - 形状計測装置

Info

Publication number: JPS5999208A
Application number: JP20904882A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kuno; 義徳久野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1982-11-29
Publication date: 1984-06-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は物体の湾曲度を効果的に計測することのできる
実用性の高い形状計測装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

物体を検査・選別する場合、その物体の凹凸や湾曲度を
調べることが行われる。一般的には上記物体の２次元画
像Ａを第１図に示す如く得、その輪郭を追跡して、開口
部の長さａ、湾曲部の深さｂ、湾曲部の面積８を求めた
り、或いは上記物体の中心線ｔの形状を求める等して湾
曲度を示す種々のパラメータが計算される。

しかして、このような物体の形状計測に用いられる装置
は、従来一般的に第２図に示す如く構成されている。即
ち、計測対象とする物体１をベルトコンベア２上に載置
してこれを一方向に搬送し、光源３によって物体１を照
明した条件下で上記物体１の２次元画像をラインセンサ
４を用いて１ライン毎に光電変換して入力する。

この入力画像信号をＡ／Ｄ変換器５を介してディ・ゾタ
ル符号化し、これを画像メモリ６に格納して、該画像メ
モリ６上に上記物体１の１画像分のデータを得る。そし
て、この画像メモリ６に格納された前記物体１の画像に
対して画像処理装置７を用いて所定の画像処理を行い、
上述した各種のパラメータが算出される。

然し乍ら、この第２図に装置構成が示されるように、物
体の形状を計測する為には、その２次元画像を格納する
為の犬答量の画像メモリ６を必要とする。しかもこの画
像メモリ６に２次元画像を書込んだのち、それを読出し
て画像処理する為に、かなりの処理時間を必要とする不
具合があった。この為、前述した物体の検査・選別に有
効に利用することが難しく、実用性に乏しかった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、画像メモリを用いることなしに
高速に、且つ効率良く物体の湾曲度を示すパラメータを
求めることのできる実用性の高い形状計測装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は１ライン毎に光電変換して入力される２次元画
像の物体の輪郭からその特徴点と、隣接する特徴点間の
上記輪郭上の中間点を検出し、これらの特徴点と中間点
との関係から上記輪郭の凹凸を判定すると共に、前記特
徴点を通るラインと輪郭とによって囲まれる背景部面積
および隣接する特徴点間を結ぶ直線と該特徴点をそれぞ
れ通るラインとによって回着れる領域の面積を求め、こ
れらの面積と前記凹凸の判定結果とから前記輪郭の湾曲
度を示す・千うメータを求めるようにしたものである。

〔発明の効果〕

従って本発明によれば、１ライン毎に入力される画像信
号を逐次処理して、輪郭の特徴点や各部の面積を求める
ことができるので、画像メモリを用いることなしにリア
ルタイムに湾曲度を示すパラメータを計算することがで
きる。従って、その実用的利点が非常に高く、種々格別
の絶大なる利点が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第３図は実施例装置の概略構成図であシ、第４図は同装
置の処理作用を説明する為の図である。本装置は、ベル
トコンベア１１上に載置されて１方向に搬送される物体
１２を光源１３゜１４により照明し、上記搬送方向と直
角に設けられた第１および第２のラインセンサ１５，１
６にて上記物体１２の像を１ライン毎に光電変換して入
力する。尚、上記第１および第２のラインセンサ１５，
１６は所定の距離を隔てて平行に設けられ、前記物体１
２の像を所定の時間差を持たせて入力するものであるが
、例えばラインセンサの出力信号を遅延制御する等して
、１つのラインセンサのみを以って構成することもでき
る。しかして、第１のラインセンサ１５を５− 介して入力された物体１２の画像信号は特徴点検出部ノ
アに導ひかれ、その画像信号の物体１２を示す輪郭上の
例えば端点等の特徴点が検出されている。この特徴点の
情報を入力して、面積計測湾曲度計算部１８は、前記第
２のラインセンサ１６から入力される画像信号に対して
所定の処理を施し、特徴点を通るラインと物体の輪郭と
に囲まれる背景部面積等を求め、上記物体１２の湾曲度
を示すパラメータを計算している。

このような計算処理は次のようにして行われる。尚、以
下の説明では、１ライン上の物体部分をラインセグメン
トと称する。

先ず、特徴点検出部１７は、物体１２の像の輪郭から、
次のような特徴点Ｐを求めている。

（り上端点（ＰＴ１ＬＩＰＴ１Ｒ１ＰＴ２ＬＩＰＴ２Ｒ
）１ライン毎に入力される画像信号のラインセグメント
が新しく出現するときの、上記ラインセグメントの両端
の点とする。但し、第４図中ラインＬ４に示されるよう
に１つのラインが２回以上物体を横切る場合、つｔｂ複
数のライン６一セグメントが出現する場合には、その方向に別のライン
セグメントが存在しない方の端点だけを、上端点として
採用する。

（１１）下端点（Ｐａｎ、、、Ｐｎ＋ｙ＋、Ｐｎ２ｔ、
、Ｐｎ２Ｒ）連続したラインセグメント群の最後のライ
ンセグメントの両端の点とする。但し、（１）項に示す
上端点の場合と同様に、複数のラインセグメントが存在
する場合には、その方向に別のラインセグメントが存在
しない方の端点のみを下端点として採用する。

（ｉｉｉ）　　左端点（ＰＬｌ、Ｐｂ０）ラインセグメ
ントの左端の点で局所的に最も左にある点とする。

り切　右端点（Ｐａ＋、Ｐａ２）ラインセグメントの右端の点で局所的に最も右にある点
とする。

このようにして物体１２の画像信号（ラインセグメント
）から、その物体１２の各特徴点Ｐをそれぞれ検出する
。しかるのち、これらの特徴点Ｐのうち、隣接する特徴
点間の中間の前記輪郭上の位置を中間点Ｍとして求める
。この中間点Ｍは、上記隣接する特徴点間の任意の位置
で良い。この中間点Ｍの位置と、前記隣接する２つの特
徴点Ｐとの位置関係から、その間の輪郭が、つまり物体
１２の形状が凹であるか、あるいは凸であるかが後述す
るように判定される。

以上の処理が主として前記特徴点検出部１７にて行われ
る。

面積計測湾曲度計算部１８では、上記した特徴点Ｐの情
報を入力し、これらの特徴点Ｐを通るラインと、そのラ
インにおけるラインセグメントの大きさとから入力画像
の各部の面積を次のように求めている。先ず、隣接する
特徴点２間のラインセグメントを除く領域、つまり背景
部面積ＳＬＩ〜Ｌ５．ｓＲ＋〜２をそれぞれ求めている
。この面積計算は、ラインセグメントを除くライン長を
、特徴点Ｐを通るライン間に亘って積算すること等によ
って行われる。また同時にラインの両側を物体１２によ
って四重れた領域の面積８１１．２を同様にして求める
。

しかして、湾曲度は、先ず隣接する２つの特徴点の位置
情報と、その中間に存在する中間点の位置情報とを用い
て行われる。即ち、隣接する２つの特徴点を結ぶ直線に
対して、中間点が左右いずれの領域に存在するかを判定
し、且つ上記中間点のいずれの方向にラインセグメント
が存在するかによって凹凸の判定がなされる。

第４図に示す例では、特徴点ＰＲ１ＬとＰＴ２Ｌとを結
ぶ直線に対して、中間点ＭＬ３が右側に存在し、且つ中
間点ＭＬ３がそのラインセグメントの左端であることか
ら凹状であると判定される。

しかるのち、この湾曲部の面積は、ラインＬ３　、Ｌ４
によって囲壕れる背景部面積ＳＬ３から、上記各ライン
Ｌ３＋Ｌ４　と、特徴点Ｐｉ＋ＩＬ。

ＰＴ２Ｌを結ぶ直線とによって囲まれる面積Ｓ↑を差引
き、前記両側を物体１２によって挾まれた領域の面積８
１１．　ｓｒ２を加えることによシ求められる。従って
、この第４図に示す例では、背景部面積ＳＬ３から台形
部面積ｓＴを差引き、ｓｃ　＝　５Ｌ３ＳＴ９− この残された面積Ｓｃに、部分領域の面積Ｓ！１゜Ｓｉ
２を加算することによってＳ　＝　Ｓｃ＋Ｓｒ＋＋Ｓｒ２として、湾曲部の面積Ｓが求められる。このようにして
湾曲部Ｓの面積Ｓが求められれば、例えばその開口部の
長さ、つまシ特徴点ＰＢＩＬＩＰ　Ｔ２Ｌを結ぶ直線長
ａや、物体１２の面積等を用いて正規化することによっ
て、上記湾曲度を定量的に計測することが可能となる。

このように本装置によれば、物体１２の２次元画像を従
来のように画像メモリに格納することなしにリアルタイ
ムに処理して、その形状を定量的に示す湾曲度の・母う
メータを効果的に求めることができる。従って、大容量
メモリを用いることなしに、簡易にハードウェアを構成
することが可能となり、実用的利点が太きい。しかも、
画像の逐次処理が可能なので、例えば物品の検査・選別
等に多大な効果が奏せられる。

次に、上述した本装置の具体的な構成例につき説明する
。

１０− 第５図乃至第８図はその一例を示すもので、第５図は特
徴点検出部１７の構成例を、また第６図は面積計測湾曲
度計算部１８の構成例を示している。四に第７図および
第８図は、マイクロコンピュータ回路によって行われる
計算処理のシーケンスを示している。

第５図において、第１のラインセンサ１５により１ライ
ン毎に光電変換されて入力される２次元画像信号は、対
象物検出１回路２１に供給される。この対象物検出回路
２１では、比較器２２にて基準信号源２３より与えられ
る基準信号と入力画像信号とを比較してこれを２値化し
ている。そして、この２値化画像信号は０／１変化検出
回路２４および１１０変化検出回路２５によシ、信号変
化がそれぞれ検出されている。また水平方向画素数カウ
ンタ２６は、上記１ラインの入力画素数を順次計数して
いる。この計数値が、前記検出回路２４．２５の検出信
号を受けて動作するラッチ回路２７．２８にてそれぞれ
ラッチされ、ラインセグメントの左端Ｘ座標データ、お
よび右端Ｘ座標データとして求められるようになってい
る。まだラインセグメント数カウンタ２９は、前記検出
回路２４の出力信号から、１ライン中のラインセグメン
ト数を計数している。尚、図中３０は、処理対象のライ
ンを示すライン数カウンタである。しかして、この対象
物検出回路２ノで求められた上記各データは、現ライン
データメモリ３１に格納される。またこの現ラインデー
タメモリ３ノに格納されたデータは、１ラインのデータ
処理が終了する都度、前ラインデータメモリ３２に転送
される。制御回路３３は、このようなデータメモリ３１
．３２にセットされたラインセグメント数のデータを入
力しつつ、制御用クロック発生器３４から発生されるク
ロック信号をカウンタ３５で計数し、その計数値を上記
前ラインセグメント数と比較器３６にて比較し、更にそ
の比較結果をカウンタ３７により計数し、その計数値を
比較器３８にて前記現ラインセグメント数と比較する等
して各部の動作制御を行うものである。この制御回路３
３によって、後述するように前ラインと現ラインとの間
のラインセグメントの対応を調べる際、どのラインセグ
メントを調べるかの制御が行われる。つまシ、前ライン
についてはカウンタ３５で示されるラインセグメントが
調査対象となり、現ラインについてはカウンタ３７で示
されるラインセグメントが調査対象となる。

しかして今、データメモリ３２に格納された前ラインの
左側Ｘ座標をＸｌ−１、Ｌ％右側Ｘ座標を”ｉ−１，Ｒ
とする。またデータメモリ３１に格納された現ラインの
左側Ｘ座標をＸ　、右側Ｘ座標ｉ、ＬをＸ　Ｈ、Ｈとする。このとき、比較器３８は、ｘ、−
１，ＬとＸ　Ｈ、Ｒとを比較し、”Ｉ−１，Ｌ≦”　ｉ
　＋　Ｒなる条件で“１”を出力する。また比較器３９はＸｊ−
１，Ｒとｘ、、Ｌ　とを比較し、ｘｌ−１、Ｒ≧Ｘ　１
．　Ｌなる条件で１＃を出力する。これらの比較器３８゜３９
の出力が、アンド回路４ｏを介して論理積される。そし
て、上記各比較器３８．３９の出１３− 力が共に°′１″である場合、現在調査しているライン
セグメント同志が連結し、且つ対応していると判定され
て、アンド回路４０から”１＃なる制御データが出力さ
れることになる。この出力によって前記制御回路３３に
おけるカウンタ３５゜３７がそれぞれリセットされる。

またこの出力によって比較器４１．４２がそれぞれトリ
が−される。比較器４ノでは、前ラインおよび現ライン
の左側Ｘ座標Ｘｌ−１，Ｌ、　Ｘｉ、Ｌを相互比較し、
ｘト１＋　Ｌ　＜　”　Ｈ＋　Ｌ々る条件で“°１”を出力し、他の場合には°゛０”を
出力する。まだ比較器４２では、右側Ｘ座標について相
互比較し、 ”　ｔ　−１＋　’　＞　ｘｌ　＋　”なる条件で′１
”を出力する。このようにして求められた各データは、
現ライン左（右）側Ｘ座標変化点メモリ４３．４４に格
納されたのち、ラインが変わる都度、前ライン左（右）
側Ｘ座標変化点メモＩＪ　４５　、４６に転送される。

これらのメモＩＪ　４３　、４５のデータが比較器４７
にて比１４− 較すれ、メモリ４５のデータが０”でメモリ４３のデー
タが“′１”なるとき、′１”なるデータが出力される
。このデータによって、ラインセグメントの左端点が検
出されたとして、その座標データがメモリ４８に格納さ
れる。同様にして比較器４９は、メモリ４４．４６のデ
ータを比較してラインセグメントの右端点を検出し、そ
の座標データをメモリ５０ｔｌＣ格納している。

またこのようなチェック処理の状況は、例えば初期状態
は°゛０”、チェック時には１″として与えられるデー
タをチェック用メモリ５１　、５２に格納してチェック
される。制御回路３３では、上述した処理を全ての組合
せについて前現ラインのラインセグメントの対応を調べ
たのち、チェック用メモリ５１．’５２を調べる。つ！
し、′°０”検出器５３、にて前ラインメモリ５１に”
′０”なるデータが残っていないか否かを調べ　ＩＩ□
＃が存在するとき、前ラインにあったラインセグメント
に連結するラインセグメントが現ラインに存在しないこ
とを意味することから、これを下端点を検出したとして
前ラインのラインセグメントの左右両端の座標データを
メモリ４８゜５θに格納している。但し、前ラインのラ
インセグメント数が複数である場合は、下端とされたセ
グメントの左右両端点のうち、その方向に他のラインセ
グメントが存在しない方の点だけを下端点としてその座
標データを格納する。また同様にして現ライン用メモリ
５２を調べる。

この場合、前ラインに存在するラインセグメントに連結
しないラインセグメントが新たに出現したととを意味す
るので、これを上端点検出として、そのラインセグメン
トの左右両端の座標データを前記メモＩＪ　４８．５０
にそれぞれ格納する。尚、複数のラインセグメントが存
在する場合には、上述した下端点の場合と同様に取扱う
。このようにして、入力画像の特徴点Ｐがそれぞれ検出
され、その座標データが特徴データメモリ４８．５０に
それぞれ格納されることになる。

一方、第６図に示す計算部１８は次のように構成される
。対象物検出回路６１は前述した対象物検出回路２１と
同様に構成されるもので、第２のラインセンサ１６から
の画像信号を入力して処理する。但し、ここではライン
セグメント数カウンタは不要であシ、省略される。しか
して、中間点ｙ座標メモリ７０には、マイクロコンピュ
ータ回路７１によって予め計算された隣接する特徴点間
の中間点ｙ座標データを登録しておく。この中間点ｙ座
標は、上記隣接する特徴点座標の平均値として、例えば
第７図に示す計９゛処理シーケンスに従って求められる
ものである。マイクロコンピュータ回路７ノは特徴点の
座標データを前記データメモリ４８　、５０より読出し
て上述した計算処理を実行するものである。中間点検出
回路７２では、求めたい特徴点の番号がカウンタ７３に
よって示され、そのｙ座標データが上記メモＩＪ　ｙ　
ｏから読出される。このｙ座標データが比較器７４に与
えられ前記対象物検出回路６１のライン数カウンタ６９
の値と比較される。この比較によって両者が一１７一致し°だとき、左側の特徴点についてはそのラインセグ
メントの左端位置のデータを、また右側の特徴点につい
てはそのラインセグメントの右端位置のデータを中間点
Ｘ座標メモリ７５に書込む。そして、比較器７４による
一致検出がなされたとき、前記カウンタ７３が歩進され
て次の中間点が同様にして求められる。このようにして
、メモリ７５には、中間点ＭのＸ座標データが順次格納
される。

さて、面積計測回路７６は、左右両側を物体１２に囲ま
れた背景部の面積８１１．　ＳＩ２を求めるもので、カ
ウンタ７７は、前記比較器６２のＮＯ”出力を入力し、
１１０変化検出器６５の信号出力時から０７１変化検出
器６４の信号出力時までの°゛０”データ画素数を計数
している。この計数は１ライン毎に行われる。そして、
１ラインのデータが１＃から′０＃に変化したのち、再
び１″に変化したときにのみ加算器７８に取込まれ、累
積加算される。

一方、特徴点座標データ読出し回路７９は、−１８＝前記データメモリ４８．５０を制御し、現ラインで求め
た面積データとどこに書込むかの制御を行っている。カ
ウンタ８０は、処理対象となる左側の特徴点の番号を指
示して、メモリ４８からの特徴データの読出しを制御し
ている。この読出された特徴点の番号と、ライン数カウ
ンタ６９が示す現ラインとのデータとが比較器８１によ
って照合され、一致する都度比較器８１の出力によって
前記カウンタ８０が歩進される。

また、右側特徴点については、カウンタ８２と比較器８
３とによって同様に制御される。しかして、このように
読出し制御される特徴点の座標データに従って、カウン
タ８４は、１ラインの背景部面積を求めるべく′″０”
データ数を計数している。そして、その計数値は、２つ
の隣接する特徴点間のラインに亘って順次加算器８５に
取込まれて累積加算され、その加算値である背景部面積
データはメモリ８６に格納される。

同様にして右側の背景部面積についても、カウンタ８７
と加算器８８とにより計測され、メモリ８９に格納され
る。このようにして、前述した如く特徴点を通るライン
によって区分される各背景部面積がそれぞれ求められる
ことになる。

さて、前記マイクロコンピュータ回路７ノでは、第８図
に示すようにして、湾曲度の計算処理を実行する。即ち
、先ず中間点Ｘ座標のデータ（）を読出し、全ての隣接
する特徴点のｘｍｉ組に対して、Ｘ座標の平均値Ｘ　をｘｃｉ＝（ｘＩ＋Ｘｌ＋１）／２として計算する。但し、Ｘ、は、１番目の特徴点のＸ座
標を示している。そして、左側の特徴点の場合にはｘｍｉ＞ｘｃｉなる場合、その特徴点間の物体形状が凹であると判定す
る。壕だ右側特徴点の場合にはｘｍｌ　＜　”ｃｉなる関係で、物体形状が凹であると判定する。

その後、前述した基本作用に従って、四部に対する背景
部面積の情報をメモＩＪ　、ＩＩ　６　、８９から読出
し、台形部の面積を計算する。そして、例えばＳ　＝　ＳＬ−Ｓｔ　＋　Ｓｔなる計算を実行して、湾曲部の面積Ｓを求める。

しかるのち、上記面積Ｓや、この面積Ｓを開口部の長さ
ａ等で割って正規化した値等を湾曲度を示すパラメータ
として求める。このようにして、物体１２の形状を示す
湾曲度のノヤラメータがリアルタイムに求められること
になる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば実施例では２つのラインセンサを用いたが、第１の
ラインセンサの出力を遅延して面積計測湾曲度計算部１
８に与えることによって、１つのラインセンサだけを用
いるようにしても良い。また１段目の処理において物体
１２の重心位置を求め、２段目の処理にて重心回りのモ
ーメントを求める等の処理を並列的に行うことも可能で
あり、一般的に画像メモリ無しでは求め難い各種のパラ
メータも同時に計算することができる。従って、高性能
な形状計測を簡易に行い得る。また前述した処理におい
て、２１− 隣接する特徴点間の中間点を複数点に亘って求め、これ
らのうちの適当なものを選択して計算処理に用いるよう
にすることもできる。また実施例では、対象物体の輪郭
が滑らかに変化しているものとして、前ラインのデータ
にのみ着目したが、適当な数ラインのデータを保持しな
がら処理を行うことによって、輪郭の急激な変化や、細
かい雑音の影響等を除去するようにしても良い。要する
に本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は物体の湾曲度を示す・そラメータを説明する為
の図、第２図は従来装置の一例を示す概略構成図、第３
図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第４図は本装
置の処理作用を説明する為の図、第５図乃至第８図は本
発明装置の具体的構成例を示すもので、第５図は特徴点
検出部の構成図、第６図は面積計測湾曲度計算部の構成
図、第７図および第８図はそれぞれマイクロコンピュー
タ回路の処理シーケンスを示す２２− 図である。１１・・・ベルトコンベア、１２・・・物体、１３゜１
４・・・光源、１５．１６・・・ラインセンサ、１７・
・・特徴点検出部、１８・・・面積計測湾曲度計算部。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦−２ト特許庁長官　若　杉　和　夫　　　殿】、事件の表示特願昭５７−２０９０４８号２、発明の名称形状計測装置３、補正をする者事件との関係特許出願人（３０７）東京芝浦電気株式会社４、代理人住所　東京都港区虎ノ門１丁目加番５号　第１７森ピル
〒１０５　　　電話０３　（５０２）　３１８１　（大
代表）昭和５８年３月２９日６、補正の対象明細書７、補正の内容明細書、第１ｗ第３行目に「形状計測装置」とあるを、
「形状計測装置」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

２次元画像を１ライン毎に光電変換して入力する手段と
、この入力画像信号を基準信号と比較して計測対象物の
輪郭を検出する手段と、上記輪郭の特徴点を検出する手
段と、これらの検出された特徴点の隣接する特徴点間の
前記輪郭における中間点を検出する手段と、該中間点お
よび隣接する特徴点の情報に従って前記特徴点間の前記
輪郭の凹凸を判定する手段と、前記特徴点を通るライン
および前記輪郭によって囲まれる背景部面積を計算する
手段と、前記隣接する特徴点間を結ぶ＠線とその特徴点
をそれぞれ通るラインによって囲まれる領域の面積を計
算する手段と、これらの求められた面積と前記凹凸の判
定結果とに従って前記輪郭の湾曲部面積を計算する手段
と、この湾曲部面積に従って前記輪郭の湾曲度を示すパ
ラメータを求める手段とを具備したことを特徴とする形
状計測装置。