JPS61107480A - 物体画像の輪郭補正方法 - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明はテレビカメラなどの撮像手段による被計測物
体（対象物又は物体ともいう）のパターン計測において
、物体の２次元画像を基にその周囲長、幅などの形状パ
ラメータを計測するために物体画像の輪郭を補正する方
法に関−する。

〔従来技術とその問題点〕

以下各図の説明において同一の符号は同一または相当部
分を示す。

第８図は図外のテレビカメラで撮像された物体の画像を
含む画面とこれを走査したビデオ信号及び該信号に対応
する２値化信号の例を示す。同図において１は物体Ｇの
画像としての物体画像（白色とする）、１ａは該画像ｌ
の欠陥部としての欠陥画像部で、物体の照度の不均一や
テレビカメラのシェーディングあるいは異物等に基づく
低照度部分であり、１ｂ（点線部）は後述の欠陥輪郭部
である。ＢＧは背景（黒色とする）、９ａ＃９ｂは背景
ＢＧ内の前記不均一照度等に基づく、やや照度の高い部
分として表れたノイズ画像（以下ノイズという）、２は
テレビカメラの水平走査線の１つ、３は水平走査？ｓ２
上で前記画像乞走査したときに得られるアナログ信号と
してのビデオ信号、４．５は該ビデオ信号ｙ！−２値化
する際の異なるしきい値（以下２値化レベルという）の
例、６，７は前記ビデオ信号３ｔそれぞれ２値化レベル
４゜５で２値化して得られる２値化信号の例で、この場
合白色部分を論理Ｈｉｇｈ又は”１″、黒色部分を論理
Ｌｏｗ又は′０″とする。　８はこの場合に求めたい物
体Ｇの正規２値化信号である。

ところでビデオ信号３を２値化レベル４で２値　　・′
１′、； 化した場合には２値化信号６から判るように、背景のノ
イズ９ａ、９ｂは含まれないが、物体画像１には、欠陥
画像部１ａが背景ＢＧと同じ黒色でつながり、物体画像
１の内部に入り込んだ形として表れ、物体画像１の輪郭
からは欠陥輪郭部１ｂが失われる。また２値化レベルｔ
５とした場合には２値化信号７から判るように、欠けの
ない物体画像１は得られるが、同時にノイズ９ａ、９ｂ
ｙ含んだものとなり、いずれの２値化信号６．７も正規
２値化信号８とは著しく異なったものとなる。

このような現実の２値化信号６又は７から物体画像１の
２値化画像’に得るには、従来は例えば、ノイズ９ａ、
９ｂｉ含む２値化信号７から得られる２値化画像中の各
独立画像の面積を比較し、最大の面積を持つ独立画像を
物体画像１とし、その他の画像ｔノイズ９ａ、９ｂ等と
みなして取除くと言った方法がとられている。しかしこ
のような方法は処理に時間がかかり過ぎ、ロボットなど
の動作と連動する実用上のパターン計測には適しないと
いう欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明は前述の欠点を除き第８図の２値化レベル４の
２値化信号６から得られる２値化画像のように、欠陥画
像部１ａによって物体画像１の輪郭の一部（欠陥輪郭部
１ｂ）が欠けている場合でも、２値化レベル′ｌａ：４
から５に下げることなく、これを補正し、物体の形状を
正しく認識することができるよ５に物体画像（とくに凸
パターン）の輪郭を補正する方法χ提供することを目的
とする。

〔・発明の要点〕

この発明の要点は、物体の２値化画像を遠近法に基づき
、−反面面全体をデジタル的に比例縮小（データ圧縮）
した後、背景（黒）に対して物体画像（白）の輪郭を数
画素分、等差的に拡大し、物体画像の輪郭の部分的な欠
けを埋めて輪郭をつないだ後、今度は逆にその物体画像
の輪郭を前記と同じ数画素数分等差的に縮小し、最初に
データ圧縮した画像と排他的論理和ｔとり、欠は部分の
みの画像を抽出する。そしてこの欠は部分のみの画像を
遠近法に基づき前記データ圧縮前に相当てる太きさまで
比例的に拡大し、原画像にｉねる（論理和をとる）こと
によって、物体画像の欠けを埋め、元の輪郭を補正、復
元する点にある。

換言すれば本発明の散点は、撮像手段（テレビカメラな
ど）を介して撮像された対象物及びその背景の画像から
なる画面を水平及び垂直方向に走査し、この走査で得ら
れるアナログの画像信号？２値化手段（２値化回路など
）？介してデジタル化し、対象物の２値化画像（原パタ
ーンなど以下原画像という）暑含む２値化画面（以下原
画面という）として（画像メモリなどに）記憶し、対象
物の照度の不均一等に帰因し、対象物の正しい２値化画
像の輪郭の１部とし℃の欠陥輪郭部から該画像の内側に
背景と同符号の画素が（欠陥部パターンなどとして）入
り込んで、前記の原画像が形成されたものと見たときの
、前記欠陥輪郭部ビ補正した新たな原画像の輪郭乞原画
面から求める方法において、 原画面の画素を、該画面内で均一分布をもって、１・　
　かつ所定の比率で（例え＆？水平・垂直′）２方向で
それぞれ１つ置きの画素を選択することなどにより）間
引いて得られる（対象物の１／２縮尺）くターンなどビ
含む）比例縮小画面な釆め、該画面中において、原画像
に対応する画像の輪郭上の画素を、（２次元局所メモリ
、ＯＲ回路などを介して）水平、垂直の各正負２方向及
び隣接する該方向を２等分てる４方向からなる計８方向
中、該画像を拡大する全方向に１画素分移動させ（１画
素拡大パターンなどｔ求め）、この１画素拡大動作を、
該動作によって得られた、原画像に対応する新たな画像
の輪郭上の画素に施す動作音、合計ｎ回繰返しく１画素
拡大パターンなどｔ求め）、このｎ回の１画素拡大後に
得られた、原画像に対応する画像の輪郭上の画素ｋ（２
次元局所メモリ、ＡＮＤ回路などを介して）、前記の８
方向中、該画像を縮小する全方向に１画素分移動させ（
１画素縮小パターンなどｔ求め）、この１画素縮小動作
を、該動作によって得られた、原画像に対応する新たな
画像の輪郭上の画素に施す動作を合計０回繰返し・　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｊ、、１このｎ
回の１画素縮小後に得られた、原画像に対応する画像（
ｎ画素縮小パターンなど）を含む画面を前記比例縮小画
面と（ＸＯａ回路などｔ介して）重ね合わせ、これら２
つの画面の対応する画素のうち符号の異なる画素からな
る画像を前記欠陥輪郭部に対応する輪郭を持つ欠陥画像
部（欠陥部検出パターンなど）、該画素を除（画素から
なる画像を背景の画像とし、 該欠陥画像部、及び背景の画像からなる画面の画素ｔ、
該面画面内均一分布をもってかつ前記の比率の逆数に等
しい倍率で（例えば水平、垂直の２方向にそれぞれ同一
画素を２個づつ連ねることなど罠より）増殖させて得ら
れる比例拡大画面と、原画面とを（ＯＲ回路などを介し
′″Ｃ）重ね合わせ、前記欠陥画像部に対応する画像（
欠陥部拡大パターンなど）又は原画像のいずれかに含ま
れる画素からなる画像（補正後パターンなど）の輪郭を
前記新たな原画像の輪郭とするようにした点にある。

〔発明の実施例〕

以下第１図〜第７図に基づいて本発明の詳細な説明する
。ＷＪ１図囚）〜（Ｃ）は本発明の実施例の構成を示す
ブロック図、第２図〜第７図は本発明の詳細な説明する
２値化画像の例を示す。

まず第２図〜第７図について説明する。第２図において
、１１（白丸部で示される白画素部）は物体の２値化画
像としての原パターン、１２（斜線部の黒丸印で示され
る黒画素）は背景ＢＧ（黒画素）とつながる欠陥部パタ
ーンで、正しい物体画像の輪郭は原パターン１１の輪郭
の１部の欠けとしての欠陥輪郭部１２ａ（点線部）を補
った、梯形の包絡線を有するものであるとする。この原
パターン１１の輪郭補正は次のように行われる。

まず、縦・横３Ｘ３画素の２次元局所メモリ（後述）を
介して、中心画素を中心とする９つの画素の多数決ｔと
りつつ、水平、垂直各走査線上の１画素置きの画素を中
心画素として選択しながら画面全体の画像データを走査
し、第３図１／２縮尺ハターン１３のように原パターン
１１を空間的に、丁なわち水平、垂直の２方向とも比例
的に１／２の尺度に縮小したパターンを作る。ただし同
図でＸ印は第２図における欠陥部パターン１２内の黒画
素に対応する前記の比例縮小後に残った黒画素である。

第３図のようにデータ圧縮した後、前記１／２縮尺パタ
ーン１３の白画素″４Ｉ：１画素だけ水平方向（正、負
）、垂直方向（正、負）及び斜め４５°の方向（前記水
平、垂直の両方向を含む面上で該隣接する両方向のなす
角ｙ！−２分する方向）の全ての方向に、かつ輪郭を拡
大する方向に移動し、パターン１３を太らせると、第３
図のＸ印の黒画素を白い三角印の白画素のように変えた
第４図１画素拡大パターン１４のような等差的拡大図形
が得られる。

次に前記１画素拡大パターン１４の白画素を前記と同様
水平、垂直、及び斜め４５°の方向に、輪郭を縮小する
方向に移動し、パターン１４をやせさせると、第５図１
画素縮小パターン１５のような、第３図の１／２縮尺パ
ターン１３と同じ尺度の図形が得られる。ここで三角印
の白画素は第３１　　　図におけるＸ印の黒画素のうち
、最終的に白画素に置換ったもの、Ｘ印の黒画素はこの
置換から漏れて残った画素である。

次にこの１画素縮小パターン１５の各画素と最初にデー
タ圧縮した第３図の１／２縮尺パターン１３の各画素と
の対応画素同志の排他的論理和（ＸＯＲ条件）をとれば
、第６図欠陥部検出パターン１６のような欠陥部パター
ンに対応する三角印白画素を抽出することができる。こ
のパターン１６を前記と逆の手順で、第７図の欠陥部拡
大パターン１７のように空間的に２倍に拡大し、第２図
の原パターン１１に重ね両パターン１１．１７の何れか
の白画素からなる図形を求めると、第２図で述べた欠陥
部パターン１２中の黒画素がｎｔｔｌ白画素に置換えら
れた、正しい物体画像の輪郭に近い輪郭χ持つ補正後パ
ターンＩＩＡ（１点鎖線の輪郭の図形）を得ることがで
きる。

なお前記１／２縮尺パターン１３における縮尺の尺度は
、一般には１／２に限定されるものではなく、欠陥輪郭
部１２ａの大きさに応じ種々の尺度を取ることができる
。また前記１画素拡大バタ１゛入 一ン１４．１画素縮小パターン１５についても、一般に
は前記と同様１画素拡大（縮小）に限定されるものでは
なく、ｎ画素拡大（縮小）であってもよい。なおこの場
合ｎ画素拡大（縮小）は１画素拡大（縮小ンの手順ｖｎ
回繰返すものとする。

次に第１図（Ａ）〜（Ｃ）　Ｋ基づいて以上の原理を実
現する手段の構成と動作を説明する。なお説明の便宜上
、第１図で処理される図形のパターンは第２図〜第７図
と同じものであるとする。同図（Ａ）〜（Ｃ）において
、２０は図外の物体を撮像するテレビカメラ、Ａ／１）
はカメラ２０の画面の走査時に出力されるアナログのビ
デオ信号Ｖｇデジタルの２値化信号２１に変換する２値
化回路、２４は２値化信号２１を入力し、前記画面に対
応する２次元の２値化画面として記憶する画像メモリで
、この例では水平（Ｘ軸）２５６画素、垂直（Ｙ軸）２
５６画素のマトリックス状の画素（以下２５６ＨＸ２５
６■画素という。なお他の画像メモリについても同様な
形で表わすこととする）から構成されている。

２２．２３はそれぞれ水平、垂直のアドレス発生器で、
画像メモリ２４にそれぞれ８ビツトのＸ軸アドレス信号
Ｘｏ−Ｘ７．Ｙ軸アドレス信号ＹＯ〜Ｙ７Ｙ与え、メモ
リ２４内の各画素にアクセスする。２５は＃アドレス信
号を介して画像メモリ２４から読出される画素データと
しての画像信号で、該信号２５は後述のようにＯＲ回路
４をも与えられる。２６は前記画像信号２５Ｙ順次入力
記憶する２次元局所メモリで、画像メモリ２４中の中心
画素を中心とする垂直、水平各方向のそれぞれ３×３画
素（以下３ＨＸ３Ｖ画素という）′？：、中心画素の走
査選択とともに順次更新しつつ記１する。２７は前記２
ＨＸ３Ｖ画素の多数決をとる多数決回路、２８は該多数
決回路２７の演算結果としての画像信号、２９は該画像
信号２８ｙ！′前記の画像メモリ２４と同様に記憶する
画像メモリで、１２８ＨＸ１２８Ｖ画素を記憶し、これ
らの画素は前記水平、垂直各アドレス発生器のアドレス
信号中７ビツトのＸ軸アドレス信号Ｘ１−Ｘ７．Ｙ軸ア
ドレス信号Ｙ１〜Ｙをよってアクセスされる。

３０は該画像メモリ２９から読出される画像信号で、次
に述べる２次元局所メモリ３１及び後述のＸ０Ｉ（、回
路４１に与えられる。

３１は前記画像信号３０”ｋ人力し、前記局所メモリ２
６と同様に３Ｈｘ３Ｖ画素として順次記憶更新する２次
元局所メモリ、３２は該局所メモリ３１中の各画素のう
ち中心画素のまわりの８画素のＯＲ条件を求めるＯＲ回
路、３３は該０几回路の演算結果としての画像信号、以
下同様に、３４゜３９．４２及び４４．４８は前記２９
及び２４と同様なそれぞれ１２８ＨＸ１２８Ｖ画素及び
２５６ＨＸ２５６Ｖ画素を記憶する画像メモリ、３５．
３８゜４０．４１ａ、４３，４５１４７ａはこれらの画
像メモリの入力又は出力信号としての画像信号、３６は
前記２６と同様な２次元局所メモリ、３７は局所メモリ
３６中の中心画素のまわりの８画素のＡＮＤ条件を求め
るＡＮＤ回路、４１．４７はそれぞれＸＯＲ回路、ＯＲ
回路である。

次に第１図（Ａ）〜（Ｃ）の動作を説明する。図外の対
象物体をテレビカメラ２０で撮像し、そのビデオ信号■
を２値化回路Ａ／Ｄで２値化信号２１に変換した後、こ
の信号２１？：前記のように画素単位で２値化画面を記
憶するように２５６ＨＸ２５６Ｖの画像メそり２４に入
れる。これにより該メモリ２４には前記原パターン１１
（３２図）が記憶される。

この画像データを前記のように１画素置きに選択して中
心画素とするとともに該中心画素を中心とする３　Ｈｘ
　３　Ｖ画素を２次元局所メモリ２６に取出し、多数決
回路２７χ介して白／黒画素の多数面 決をとり、すなわち白黒素が過半数を占めれば白画素、
そうでなげれば黒画素か中心画素であるものと乙て、最
も確からしい中心画素の値（白／黒）を決定し、この演
算結果としての画像信号２８を前記画像メモリ２４と同
様に１２８ＨＸ１２８Ｖの画像メモリ２９に入れる。こ
れにより該メモリ２９には前記１／２縮尺パターン１３
（第３図）が記憶される。

この画像メモリ２９中の１／２縮尺パターン１３を基に
、前記のような１画素拡大、１画素縮小を行うためには
次のように実施する。

画像メモリ２９を画像信号３０としてシリアル１．１ に順次読み出しこれを前記局所メモリ２６と同様に記憶
する２次元局所メモリ３１において、ＯＲ回路３２′ｆ
ｔ介し中心画素の周囲８画素の論理和（ＯＲ条件）をと
り、その演算結果が中心画素の値であるとして、その白
／黒を決定する。これを全画面（画像メモリ２９内の全
画素）に対し″ｃ実行すれば第４図１画累拡太パターン
１４のように、第３図１／２縮尺パターン１３の輪郭部
の白画素ン前記のように輪郭拡大の方向に１画素移動し
て、該パターン１３を太らせたパターンｔ％ることかで
きる。この理由は局所メモリ３１の中心画素を前記１画
素移動後の（太った部分の）白画系、該中心画素のまわ
りの８画素のいずれかｔパターン１３の輪郭部の白画素
と考えれば、この中心画素の値は１″（白画素）となる
ことから容易に理解できるであろう。この演算結果とし
ての前記中心画素の値を画像信号３３として順次画像メ
モリ３４に記憶させる。これにより該メモリには前記１
画素拡大パターン１４が記憶される。なおこのような操
作をｎ回繰返せばｎ画素拡大ができる。

このｎ画素拡大は前記欠陥部パターン１２がＸきく１画
素拡大のみではパターン１２内の黒画素のほぼ全てが白
画素に置換らない場合に、必要回数繰返される。

次に１画素縮小するために、画像メモリ３４の画素を画
像信号３５としてシリアルに読み出し、これを前記メモ
リ２６と同様に記憶する２次元局所メモリ３６において
ＡＮＤ回路３７を介し、中心画素の周囲８画素の論理積
（ＡＮＤ条件）ｙＬ′とり、その演算結果を中心画素の
値（白／黒）と決定する。これを全画面（メモリ３４の
全面Ｘ）に対して実行すれば前記１画素拡大パターン１
４Ｆ３−第５図１画素縮小パターン１５のように、パタ
ーン１４の輪郭部の白画；Ｘｔ前記のように輪郭縮小の
方向に１画素移動して、該パターン１４をやせさせたパ
ターンを得ることができる。この理由は局所メモリ３６
の中心画素を前記パターン１４の輪郭部の白画素、該中
心画素のまわりの８画素のいずれかを背景ＢＧの黒画素
と考えればこの中心画素の値は′θ″（黒画素）となる
ことから容易に理解できるであろう。この演算結果とし
ての中心画素の値を画像信号３８として画像メモリ３９
に順次記憶させることにより、該メモリ３９には前記１
画素縮小パターンが記憶される。なおこのような操作を
ｎ回繰返せばｎ画素縮小ができる。

次に第６図欠陥部検出パターン１６を抽出するために、
前記１７２Ｗ１尺パターン１３ａ？記憶する画像メモリ
２９から読出される画像信号３０と、前記１画像縮小パ
ターン１５Ｙ記憶する画素メモリ３９から読出される画
像信号４０との排他的論理和（ＸＯＲ条件）を、ＸＯＲ
回路４１を介し全画面の各対応画素同志についてとる。

この演算により、パターン１３”ｋ含む画面と、パター
ン１５を含む画面との対応面素中符号の異なるもののみ
が抽出され、この演算結果としての画像信号４１ａが前
記画像メモリ２４と同様に、画像メモリ４２に記憶され
、該メモリ４２には前記欠陥部検出パターン１６が記憶
される。

次にメモリ４２の内容を画像信号４３として読１″　　
　出し同一画素が水平、垂直２方向に２個づつつながる
形で空間的に２倍に拡大した画像データを前記画像メモ
リ２４と同様に画像メモリ４４に入れる。これにより該
メモリ４４には第７図欠陥部拡大パターン１７が記憶さ
れる。

次にこの画像メモリ４４から順次読出される画像信号４
５と、一方で原パターンＩＩＹ記憶する画像メモリ２４
から同じく続出される画像信号２５との論理和（ｏｋＬ
条件）をＯＢ回路４７’ｌｌ介し、画面の全ての対応画
素についてとり、この演算結果としての画像信号４７３
ｇ、前記画像メモリ２４と同様に画像メモリ４８に記憶
させる。これにより原パターン１１又は欠陥部拡大パタ
ーン１７０両パターンの白画素からなり、元のサイズの
補正された物体の輪郭を持つ第７図補正後パターン１１
Ａがメモリ４８に記憶される。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなようにこの発明によれば対象物
の欠陥部を持つ画像を比例的に必要な尺度に縮尺したの
ち、その画像に前記ｎ画素拡大後、ｎ画素縮小の操作を
加えることにより１画像の欠　　・）陥部検出する方法
ｔとっているので、物体画像サイズに対して、比較的大
きな領域をもつ欠陥部であっても、検出することができ
、この欠陥部のパターンを前記の縮尺前の大きさに比例
的に拡大したのち原画像に重ねることによって、輪郭の
欠けが補正された対象物の画像を得ることができる。

この結果、物体の面積、周囲長、幅などの形状パラメー
タｔより正しく測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例の構成を示すブ
ロック図、第２図〜第７図は本発明の原理を説哄する２
値化画像の例、第８図は画面とこれｔ走査したビデオ信
号及び該信号に対応する２値化信号の例を示す図である
。 ２０・・・・・・テレビカメラ、Ａ／Ｄ・・・・・・２
値化回路、２４．２９．３４．３９．４２．４４．４８
・・・・・・画像メモリ、２２・・・・・・水平アドレ
ス発生器、２３・・・・・・垂直アドレス発生器、ＸＯ
，ＸＩ〜Ｘ７・・・・・・Ｘ軸アドレス信号、ＹＯ，Ｙ
ｌ〜Ｙ７・・・・・・Ｙ軸アドレス信号、２６，３１．
３６・・・・・・２次元局所メモリ、２７・・・・・・
多数決回路、３２．４７・・・・・・０几１；ｎＢ暫Ｑ
ＦＦ、−−−ＡｋｌｎＩ；；ｌＤ’１Ｊ１−＋＋Ｈ１ｌ
＋ＹｎＩＪ、ｌ−Ｒ９づ【−オＩ　ｉｇ　（Ａ） 第１図（Ｂ） 第１図（Ｃ） −Ｆ＋２５− 一−１ ：　　Ｌｌ Ｌ＝＝＝−−＝−Ｊ オ　７図 ：、、） オ８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）撮像手段を介して撮像された対象物及びその背景の
   画像からなる画面を水平及び垂直方向に走査し、この走
   査で得られるアナログの画像信号を２値化手段を介して
   デジタル化し、対象物の２値化画像（以下原画像という
   ）を含む２値化画面（以下原画面という）として記憶し
   、対象物の照度の不均一等に帰因し、対象物の正しい２
   値化画像の輪郭の１部としての欠陥輪郭部から該画像の
   内側に背景と同符号の画素が入り込んで、前記の原画像
   が形成されたものと見たときの、前記欠陥輪郭部を補正
   した新たな原画像の輪郭を原画面から求める方法におい
   て、 原画面の画素を、該画面内で均一分布をもつて、かつ所
   定の比率で間引いて得られる比例縮小画面を求め、 該画面中において、原画像に対応する画像の輪郭上の画
   素を、水平、垂直の各正負２方向及び隣接する該方向を
   ２等分する４方向からなる計８方向中、該画像を拡大す
   る全方向に１画素分移動させ、この１画素拡大動作を、
   該動作によつて得られた、原画像に対応する新たな画像
   の輪郭上の画素に施す動作を、合計ｎ回繰返し、 このｎ回の１画素拡大後に得られた、原画像に対応する
   画像の輪郭上の画素を、前記の８方向中、該画像を縮小
   する全方向に１画素分移動させ、この１画素縮小動作を
   、該動作によつて得られた、原画像に対応する新たな画
   像の輪郭上の画素に施す動作を合計ｎ回繰返し、 このｎ回の１画素縮小後に得られた、原画像に対応する
   画像を含む画面を前記比例縮小画面と重ね合わせ、これ
   ら２つの画面の対応する画素のうち符号の異なる画素か
   らなる画像を前記欠陥輪郭部に対応する輪郭を持つ欠陥
   画像部、該画素を除く画素からなる画像を背景の画像と
   し、 該欠陥画像部及び背景の画像からなる画面の画素を、該
   画面内で均一分布をもつて、かつ前記の比率の逆数に等
   しい倍率で増殖させて得られる比例拡大画面と、原画面
   とを重ね合わせ、前記欠陥画像部に対応する画像又は原
   画像のいずれかに含まれる画素からなる画像の輪郭を前
   記新たな原画像の輪郭とすることを特徴とする物体画像
   の輪郭補正方法。