JPS61177018A - 二値化閾値の補正方法 - 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】 〔概要〕 本発明は階調画像を二値化する際の閾値の補正方法にお
いて、適切な閾値が１画面分の階調画像の最大階調値と
最小階調値との差を分割する比率は、照明光が変化して
もほぼ一定である点に着目し、準備段階で適切な閾値、
最小階調値、最大階調値を求めておき、実行段階におい
て、最小階調値と最大階調値を求め、上記比率に従って
補正閾値を決定するようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

産業用ロボットと視覚センサとを組合せたシステムに暴
いて、対象物体の位置９種類等を視覚センサで識別し、
これを産業用ロボットに通知して物体の種類に応じた把
持等を可能とすることが行なわれている。

このような場合、視覚センサは、対象物体を撮像して得
た階調画像データを所定の閾値と比較することにより対
象物体が例えば“１”、背景部が“Ｏ”となるような１
画面分の二値化画像データを先ず作成し、“１″の領域
の占める面積、その重心、最大長９周囲長等を求め、こ
れらから対象物体の重心の位置や種別等を判別している
。

〔従来の技術〕

前記二値化画像データを得るための二値化方式ｌ）対象
物体を撮像して得た階調画像データを固定閾値と比較し
て二値化する方式 ２）上記階調画像データを、視野内のある部分の明るさ
に応じて自動的に変更される浮動閾値と比較して二値化
する方式 が一般に知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記ｌ）の固定閾値方式は、撮像時の照明の明
るさが変化した場合、本質的に正確な二値化を行なうこ
とができない問題点がある。また、２）の浮動閾値方式
は、一般に背景部の明るさを検出し、これに所定値加算
した明るさを閾値とするものであるが、視野のどの部分
に背景部が現れるか判らない場合には適用できない問題
点がある。

本発明はこのような従来の問題点を解決したもので、そ
の目的は、対象物体が視野のどの部分に現れるか不明な
階調画像から対象物体のみを示す二値化画像を照明の明
るさの変化に影響されず正確に二値化し得るようにする
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、準備段階におい
て、前記対象物体を前記撮像装置により撮像して得た１
画面分の階調画像データを適切に二値化し得る閾値ｒｈ
と、そのときの階調画像データの最小階調値ｗｉｎと最
大階調値ＩＩＩａｘとを求めておき、実行段階において
、前記対象物体を前記撮像装置により撮像して得た１画
面分の階調画像データの最小階調値ｗｉｎ　’　と最大
階調値ｍａに′を求めると共に、前記閾値Ｔｈが前記最
大階調値＋ｍａｘと前記最小階調値ｌｌ１ｉｎの差を分
割する比率と同一の比率で前記最大階調値ｍａｘ　’　
と前記最小階調値ｌ１ｉｎの差を分割する階調値を補正
閾値Ｔｈ’　として求め、該補正閾値Ｔｈ’　で今回得
られた階調画像データの二値化を行なう。

なお、本発明の好ましい実施例においては、前記最小ｔ
ｌＩｉｉｆ＊ｍｆｎ　、　ｍｉｎ　’　と最大階調値＊
ａｘ＋ｍａｒは、ノイズや視野内の微小な輝点、暗点等
の影響を除くため、ある個数以上の画素が同一の最小。

最大階調を示す場合に限られる。

〔原理〕

第１図（ａ）に示すように、背景部１上に置かれた対象
物体２が撮像装置の視野３に含まれるように撮像し、ｔ
ｉ像装置の各画素（例えば横方向の画素数２５６、縦方
向の画素数３８４）の明るさを例えば２５６階調で表し
、横軸に階調値、縦軸に頻度をとって頻度ヒスＩ・ダラ
ムを作成すると、例えば第１図（ｂ）に示すものとなる
。なお、同図においてｍ１ｎＯは最小階調値、　ｍａｘ
ｏは最大階調値である。

次に、第１図（ａ）の階調画像をある閾値で二値化して
二値化画像を作成し、この作成した二値化画像をＣＲＴ
等に表示させつつ、対象物体２のみが正確に二値化され
るように前記閾値を調整する。

第１図（ｂ）のＴｈＯはこのようにして得られた最適閾
値を示す。

次に、照明を明るくして前述と同様な頻度ヒストグラム
と最適閾値を求めてみると、頻度ヒストグラムは第１図
（Ｃ）に示すように相対的に右方向にシフトし、最適閾
値Ｔｈｌも右方による。また、照明を暗くして頻度ヒス
トグラムと最適閾値Ｔｈ２を求めると例えば第１図（ｄ
）に示すものとなり、頻度ヒストグラムと最適閾値Ｔｈ
２は左方へよる。

なお、第１図（Ｃ）、　　（ｄ）において、ｍ１ｎｌ＋
’　ｍ１ｎ２＋ｍａｘＬ　５ａｘ２は最小階調値、最大
階調値をそれぞれ示す。

このような実験を行なって見て判ることは、最大階調値
と鍛小階調値との差を最適閾値が分割する比率は、照明
の明るさに拘わらずほぼ一定となることである。即ち、
第１図（ｂ）〜（ｄ）において、 Ｘｏ／ｙｏ　　４　ｘ　重　／　ｙ　　ｒ　　＃　　Ｘ
　　２　　／　）Ｆ　　２が成立゛する。また、これは
対象物体の表面の色。

光沢がほぼ同一であれば、対象物体の大きさに左右され
ないことも確認された。

そこで、準備段階において上記比率或はこれを算出し得
るデータつまり最小階調値、最大階調値。

最適閾値を求めておけば、実行段階においてその比率に
応じて最適閾値を求めることができる。

なお、照明の明るさが変化した場合、頻度ヒストグラム
の幅（最大階調値と最小階調値との差）が増減すること
があるので、最適閾値を最小階調値或は最大階調値から
の階調差で求めておく方法は誤差が大きくなる。本発明
で比率で補正するのはこの誤差を除去するためでもある
。

〔実施例〕

第２図は本発明方法を実施する視覚センサ処理装置の要
部ブロック図である。

同図において、ＣＯＤイメージセンサ等の撮像装置１２
はタイミング発生回路１４からの走査タイミング信号に
基づいて撮像走査され、そのアナログの撮像信号はＡ／
Ｄ変換器１３に入力される。Ａ／Ｄ変換器１３はタイミ
ング発生回路１４から各画素走査毎に出力されるタイミ
ング信号に同期してＡ／Ｄ変換動作を開始し、例えば２
５６階調のディジタルな撮像信号をインクフェイス回路
１５に入力する。

また、変換終了信号をインクフェイス回路１５に送出す
る。

マイクロコンピュータ１０は周辺回路とデータバス、ア
ドレスバス、コントロールバスを含むバス１１により相
互に接続されており、ＲＯＭ１７に記憶されたシステム
プログラムに従って動作する。また、タイミング発生回
路１４から画面走査開始時点で発生されるタイミング信
号をインクフェイス回路１６を介して受信し、インクフ
ェイス回路１５からのディジタルな撮像信号を読取る動
作を行なう。

バス１１に接続されたキーボード２０は視覚センサ処理
装置を教示モード、処理モード等に変更させたり、閾値
等の各種のデータや指令等を入力する為のものである。

また、ＲＡＭ１８は閾値Ｔｈを記憶する領域１８ａ、補
正係数Ｋを記憶する領域１８ｂ、頻度ヒストグラム作成
領域１８Ｃ１その他演算用等に使用する領域１８ｄ等を
有する書込み読出し可能なメモリ、１９は少なくとも１
画面分の階調画像データを記憶するファイル装置（以下
ＩＭＩと称する）、詔は少なくとも１画面分の二値化画
像データを記憶するファイル装置（以下ＩＭ２と称する
）で、これらはいずれも書込み続出し可能なＲＡＭ等で
構成される。インクフェイス回路２１は図示しないロボ
ット制御装置と情報の授受を行なうためのもので、ロボ
ット制御装置からは例えば処理開始要求が入力され、ロ
ボット制御装置へは対象物体の位置情報９種別情報等が
送出される。

第３図（ａ）〜（Ｃ）は視覚センサ処理装置の教示モー
ド処理の一例を示すフローチャートである。

教示モードにおいては、撮像装置１２の視野内に対象物
体を置き、撮像装置１２でこれを撮像させておく。また
、仮の二値化閾値Ｔｈをキーボード２０から入力してＲ
ＡＭ１８の領域１８ａにパラメータとして設定しておく
。

マイクロコンピュータ１０は、キーボード２０により教
示モードに設定されると、先ず撮像装置１２で撮像して
得た階調画像データをＩＭＩに記憶する処理を次のよう
にして行なう。先ず内部カウンタｘ、ｙの内容を零にセ
ントしくＳｌ）、タイミング発生回路２１から画面操作
開始時点を示すタイミング信号の到来を待つ（Ｓ２）。

このタイミングになると、Ａ／Ｄ変換器１３からの変換
終了信号の到来時にＡ／Ｄ変換器１３の出力を読取り（
ｓ３゜Ｘの内容を＋１カウントアンプする（Ｓ６）。１
画面分の視野横方向の画素数がα、縦方向の画素数がβ
である場合、内部カウンタＸの値がαを越える毎に内部
カウンタＸの値が零に戻されると共に内部カウンタｙの
値が＋１カウントアツプされ（３７〜Ｓ９）、その間上
記処理が繰返される。

そして、内部カウンタｙの値がβを越えると上記処理を
終了する（３１０）、これにより、ＩＭＩに１画面分の
階調画像データが記憶される。

上記ｌ！！ｉｌ１画像データの取り込みが終了すると、
次にＩＭＩに記憶された階調画像データの各画素値をＲ
ＡＭ１Ｂの領域１８ａに設定された閾値Ｔｈと比較し、
Ｔｈより階調値の大きい画素に対しては例えば“１”を
与え、大きくなければ“０”を与える処理をＩＭＩの１
画面分の画素データに対して行ない、二値化画像データ
を１Ｍ２に作成する（８１１〜８１８）。

また、マイクロコンピュータ１０は二値化画像データの
作成を終了すると、その内容をＣＲＴ２２に表示させる
（Ｓ１９）。

オペレータはＣＲＴ画面に表示されたこ値化画像を観察
し、対象物体が適切に二値化されておればキーボード２
０から閾値設定完了指令を入力して閾値設定処理を終了
させる（　Ｓ　２１　）。しかし、二値化が不適切であ
ればキーボード２０から新たな閾値を入力してＲＡＭ１
８の領域１８ａの閾値を変更する。

閾値の変更が行なわれると（Ｓ２０）、ステップＳｌｌ
〜Ｓ１９の処理が再び行なわれ、新たな閾値で二値化し
たこ値化画像がＣＲＴ２２に表示される。

以上のような操作が必要に応じて繰返され最適な閾値Ｔ
ｈが求まると、オペレータが閾値設定完了指令を入力す
ることによりステップ３２２〜Ｓ２９に示す補正係数に
算出処理が開始される。

この補正係数にの算出は、ｆＭｌに記憶された１画面分
の階調画像データの頻度ヒストグラムをＲＡ　Ｍ　１８
の領域１８ｃに作成する処理から始まり（Ｓ２２）、頻
度ヒストグラムを作成すると次にその最小階調値ｎ＋ｉ
ｎを求める（Ｓ２３）。そして、最小階調値を示す画素
の頻度（画素数）が予め設定された数γ例えば１０個よ
り少なければ、その最小階調値は使用せず、その階調値
より大きく且つ最初に頻度がγを越えた階調値を最小階
調値−ｉｎとする（３２４．５２５）。同様に、頻度ヒ
ストグラム中の最大階調値ｍａｘを求めてその頻度をγ
と比較し、頻度γより大きければその求めた最大階調値
ｍａｘ　　−を使用し、大きくなければその階調値より
小さく且つ最初に頻度Ｔを越えた階調値を最大階調値Ｉ
ＩＩａｘとする（８２６〜５２８）。このようにして最
小階調値ｍｉｎと最大階調値ｍａｘを求めると、次式で
与えられる補正係数Ｋを算出すると共にこれをＲＡＭ１
８の領域１８ｂに記憶しく５２９）、処理を終了する。

Ｋ　＝　（Ｔｈ−ｍｉｎ　）　／　（ｍａｘ　−ＩＩＩ
ｉｎ　）第４図は視覚センサ処理装置の実行モード処理
の一例を示すフローチャートである。実行モードにおい
ては、撮像装置１２の視野内に識別対象となる対象物体
が置かれる。

マイクロコンピュータ１０はキーボード２０の操作によ
り実行モードに設定されると、インクフェイス回路２１
からの処理要求を待ち（Ｓ３０）、処理要求があると、
第３図のステップ８１〜ＳＩＯと同様な処理を行なって
対象物体を含む１画面分の階調画像データをＩＭＩに記
憶する（　Ｓ　３１　”）。そして、その階調画像デー
タの頻度ヒストグラムを作成しく５３２）、第３図のス
テップ５２３−ｙｓ２８と同様の処理により最小階調値
！１Ｉｉｎ　’　と最大階調値ｍａχ。

を求め（Ｓ３３．　３３４）　、次式により今回使用す
る二値化閾値Ｔｈ’を求める（Ｓ３５）。

Ｔｈ’　＝ｎ＋ｉｎ　’　　＋　（ｎ＋ａｘ　’　　−
ＩＩＩｉｎ　’　）　Ｘ　Ｋ次に、この求めた閾値Ｔｈ
”を使用し第３図のステップ３１１〜３１Ｂと同様な処
理にてＩＭＩに記憶された階調画像データの二値化処理
を行ない、二値化画像データを１Ｍ２に記憶する（Ｓ３
６）。そして、この作成した二値化画像データに対し公
知の二値化画像処理を行なって対象物体の重心座標や対
象物体の種別等を判別しく５３７）、インタフェイス回
路２１を介して図示しないロボット制御装置に通知する
（３３Ｂ）。

なお、以上の実施例では階調画像データの頻度ヒストグ
ラムを作成して最小階調値、最大階調値を求めたが、頻
度ヒストグラムを作成せずに最小階調値、最大階調値を
求めても良いことは勿論のことである。また、補正係数
にとしては、通切な閾値が１画面分の階調画像の最大階
調値と最小階閾値との差を分割する比率を示すものであ
れば良く、上記（２）式以外の式を用いることも可能で
ある。更に、補正係数を教示モードで求める以外に、教
示モードでは最適閾値Ｔｈ、最小階調値ｍｉｎ　。

最大階調値ｍａｘを求めて記憶し、これらを使用して実
行段階で閾値を補正するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、準備段階で適切
な閾値、最小階調値、最大階調値を求めておき、実行段
階において、最小階調値と最大階調値を求め、上記比率
に従って補正閾値を決定するようにしたので、対象物体
が視野のどの部分に現れるか不明な階調画像から対象物
体のみを示す二値化画像を照明の明るさの変化に影響さ
れず正確に二値化し得るように二値化閾値を補正するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明方法を実
施する視覚センサ処理装置の要部ブロック図、第３図は
マイクロコンピュータＩＯの教示モード処理の一例を示
すフローチャート、第４図はマイクロコンピュータ１０
の実行モード処理の一例を示すフローチャートである。 １０はマイクロコンピュータ、１１はバス、１２は撮像
装置、１３はＡ／Ｄ変換器、１８は二値化閾値を記憶す
る領域１８ａ、補正係数Ｋを記憶する領域１８ｂ等を有
するＲＡＭ、１９．２３はファイル装置、２２はＣＲＴ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対象物体を撮像装置により撮像して得た階調画像データ
   を二値化して二値化画像データを得る際の＝値化閾値の
   補正方法において、 準備段階において、前記対象物体を前記撮像装置により
   撮像して得た１画面分の階調画像データを適切に二値化
   し得る閾値Ｔｈと、そのときの階調画像データの最小階
   調値ｍｉｎと最大階調値ｍａｘとを求めておき、 実行段階において、前記対象物体を前記撮像装置により
   撮像して得た１画面分の階調画像データの最小階調値ｍ
   ｉｎ′と最大階調値ｍａｘ′を求めると共に、前記閾値
   Ｔｈが前記最大階調値ｍａｘと前記最小階調値ｍｉｎの
   差を分割する比率と同一の比率で前記最大階調値ｍａｘ
   ′と前記最小階調値ｍｉｎ′の差を分割する階調値を補
   正閾値Ｔｈ′として求め、該補正閾値Ｔｈ′で今回得ら
   れた階調画像データの二値化を行なうことを特徴とする
   二値化閾値の補正方法。