JPS6211984A - 画像２値化方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、移動する対象物の静止画像を取り出し、こ
れを画像処理して対象物の形状や欠陥等を検査し、その
良否判別や仕分けを行なうパターン検査・判別装置のた
めの２値化力式に関する。

〔従来の技術〕

第７図はこの種のパターン検査・判別装置の従来例を示
す構成図、第８図はその動作を説明するためのタイミン
グチャートである。なお、第７図において、１は対象物
、２はコンベア、３はテレビカメラの如き撮像装置、４
は照明装置、５は例えば発光累子および受光素子からな
る位置センサ、６は増幅器７．２値化回路８、演算判定
部９およびタイミング制御回路１０等からなる画像処理
装置である。演算判定部９はさらに画像メモリ９１、特
徴抽出回路９２）演算処理回路９３、位置検出・補正回
路９４および設定器９５等より構成される。

以下、従来装置の動作について第７，８図をβ照して説
明する。

対象物１はベルトコンベア２により搬送され、これがテ
レビカメラ乙の視野内所定位置に到達すると、このこと
が位置センサ５によって検知される。位置センサ出力は
検査開始用信号として用いられ、例えば第８図（ロ）の
如く示される。いま、テレビカメラ３がシャッタ内蔵形
のものであり、このシャッタがテレビカメラ乙の垂直帰
線消去期間（画面ブランキング期間）　ＶＢＬＫと同期
をとって駆動されるものとすると、この場合シ・ヤツタ
は第８図（ハ）の如（１回だけ”開″′状態となる。

なお、垂直ブランキング期間は第８図（イ）の如く示さ
れる。こうしてシャッタが開くと、テレビカメラ６によ
り対象物１の光学像が画像信号（ビデオ信号）に変換さ
れて抽出される。つまり、シャツタ開直後の１フイール
ド（１Ｖ；画面のこと）のカメラ出力が有効となり、こ
れが画像信号として画像処理装置乙に取り込まれる。こ
の画像取り込みのタイミングおよび期間が第８図に（ニ
）として示されている。こうして取り込まれた画像信号
は増幅器７にて増幅され、２値化回路８にて２値化され
る。２値化された画像信号は画像メモリ９１に格納され
、特徴抽出回路９２はとのメモリ９１から対象物の各種
特徴量を抽出する。演算処理回路９３は各特徴量を設定
器９５にて予め設定さおだ設定値と比較１判別すること
により、対象物の良否判別や仕分け（選別）を行ない、
その結果を表示装置等に出力する。この判定・演算のタ
イミングおよび期間は第８図に（ホ）として示されてい
る。なお、第７図の位置検出・補正回路９４は対象物の
基準点からの位置ずれ量を検出し、これを補正するため
に設げられる。

以上はシャッタ付きテレビカメラの場合であるが、シャ
ッタを持たないテレビカメラを用いるときは、シャッタ
のかわりにストロボを用意し、このストロボをシャッタ
パ開′″と同じタイミングで１回だけ点弧することによ
り、上記と同様に検査。

判別を行なうことができる。

このようにシャッタ、ストロボは連続的に移動する画像
を静止画像化するものであり、これにより画像ボケのな
い鮮明な画像を取り出し、高精度の検査２判別を保証す
るようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような装置における２値化回路のしきい
値は、予め設定された同定レベルで行なわれるのが普通
であるが、これは回路構成および処理が容易となり、処
理時間も短くて済むからである。しかしながら、照明装
置（第７図の符号４参照）の明るさが時間的に変動した
り、または対象物自体の反射率が個体によって変動した
りすると、当然のことなからカメラからの画像信号も変
動する。これを固定レベルで２値化しようとすると、対
象物画像は大幅に歪んだものとなり、その結果、対象物
は正常晶であるにもか−わらず、不良品と見なしてしま
うという大きな問題点を有している。

なお、１つの画面情報がある場合に、例えばそのビデオ
信号を所定ビット数のディジタル電に変換してその濃淡
情報を画素単位でメモリに記憶させ、これを再読出して
Ｐｆｒ要の情報処理を行なうことにより最適レベルを決
定する方法もある。しかしながら、この方法では回路構
成が膨大なものとなるばかりでなく、しきい値決定のた
めの処理時間が長くなるという問題がある。

したがって、この発明は処理時間が短くしかも経済的で
、かつ照明装置の明るさ変動や対象物の種類等によって
誤判定することのない、安定かつ高精度な２値化力式を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

移動する対象物を静止画像化して撮像する２次元撮像手
段と、該撮像画像の所定位置に少なくとも１つの所定大
ぎさのウィンドウを発生させるウィンドウ発生手段と、
該ウィンドウを介して取り出される領域の濃淡レベルを
検出し該濃淡レベルに応じて２値化レベルを決定する２
値化レベル決定手段とを設ける。

〔作用〕

上記２次元撮像手段により所定時刻を基準にして相前後
する少なくとも２つの静止画像をとり出し、時間的に前
の静止画像について上記ウィンドウ発生手段によりその
所定位置にウィンドウを発生させ、上記２値化レベル決
定手段によりウィンドウ領域内の濃淡レベルを調べてこ
の濃淡レベルから最適２値化レベルを決定し、この２値
化レベルによって時間的に後の静止画像の２値化を行な
うことにより、簡単かつ安価な構成で、しかも無駄時間
なく最適２値化レベルを決定し得るようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す構成図である。

同図において、１１はローバスフ（ル、Ｊ（Ｔ、ＰＦ）
、１２はピークホールド回路（ＰＨ回路）、１３はアナ
ログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、１４は演算回路
、１５は比較レベル選択回路、１６はディジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ　）変換回路、１７は２値出力制御回路、
１８はＰＨレベル判別回路、１９は標準値出力回路、２
１はウィンドウ発生回路、２２は走査点座標発生回路、
２３はウィンドウ設定値記憶回路、２４はＰ　Ｈ！ｊ上
セツト路、２５はリセットタイミング回路、２６は有効
画面制御回路、２７はカメラ駆動同期回路であり、その
他は第７図と同様でおる。

したがって、対象物１は第７図の場合と同様に、ベルト
コンベア２によってテレビカメラ乙の視野内に来るよう
に搬送される。こ〜で用いられるテレビカメラ３として
は、例えば第２図の如く撮像素子５１、映像処理および
撮像素子駆動回路５２）レンズ６５、回転円板６４、モ
ータ３５、回転制御回路３６およびケース６７等からな
るものが用いられる。これは、レンズ３６と撮像素子５
１との間に、円周上の所定位置に開口スリットをもつ回
転円板３４を配置し、この回転円板３４をモータ３５に
て回転させることにより、一種のフォーカルプレーン式
のシャッタ効果をもたせるようにしたものである。回転
制御回路′５６は、この円板による露光動作が常にテレ
ビカメラの垂直ブランキング期間ＶＢＬＫ毎に連動して
行なわれるようモータの回転制御を行なう。

上記はシャッタ機能をもつものであるが、こうするかわ
りに第２Ａ図の如くストロボを用いることができる。な
お、第２Ａ図はストロボ方式の例を示す概要図である。

すなわち、ストロボ４１、ストロボ点弧回路４２および
ストロボ点弧制御回路４６からなり、制御回路４５にＶ
ＥＬＫ信号と位置センサ（第１図の符号５参照）出力を
導入することにより、位置センサ出力が得られた後の信
号Ｖｎｂｘにより、ス）ｏボ４１を点弧回路４２を介し
て点弧するものである。

したがって、シャッタ付テレビカメラの場合は、例えば
第２図の如く構成するとともに第１図に示される如き照
明装置４を用いることにより、またストロボ方式の場合
は例えば第２Ａ図の如く構成することにより、それぞれ
複数の画像信号を得ることができる。

このようにして得られるテレビカメラ６からの画像信号
は画像処理装置のアナログ増幅器７に与えられ、と〜で
適宜なレベルに増幅される。増幅器７からの信号は、２
値化回路８およびローパスフィルタ１１に入力される。

ＬＰＦｌｌはテレビカメラ３の画像信号からノイズや１
〜故画素程度の小さな画像信号（周波数が高い）をカッ
トし、中間周波以下の画像信号のみを抽出する。これは
、ノイズや対象物による局部的な偽画像信号（例えば、
ハレーション等により生起する。）にもとづく誤動作を
回避するために設けられる。このＬＰＦｌｌの出力はピ
ークホールド回路（ＰＨｕ路）１２に導かれ、所定のタ
イミングで画像信号のピーク値をホールドする。ＰＨ回
路１２は、その動作タイきングがホールド用ウィンドウ
発生回路２１からの出力によって制御される。つまり、
ウィンドウ領域内だけＰＨ回路１２が動作し、そのホ−
ルド値はＰＨリセット回路２４およびＰＨリセットタイ
ｉング回路２５により、所定のタイミングで消去される
。ウィンドウ発生回路２１は、予め設定した画面内の所
定位置に所定大きさの２次元領域をウィンドウとして発
生するもので、各走査線毎にウィンドウ信号を発生する
ことによりウィンドウ領域を形成する。

走査点座標発生回路２２は、テレビカメラ３からの水平
走査縁の数を計数することによって現走査時点のＸ座標
を知る一万、高周波（例えば、６ＭＨｚ）の基準クロッ
クを針数することによって埃水平走査線上におけるＸ座
標を知り、辷れにより走査時点のｘ、Ｘ座標信号を各走
査毎に出力する。

したがって、ウィンドウ領域情報を設定値記憶回路２３
に予め設定、記憶しておけば、これと走査点座標発生回
路２２からのｘ、Ｘ座標位置情報とをつき合わせること
により、ウィンドウ発生回路３１を介して所定のウィン
ドウ領域を設定することができる。

と〜で、ウィンドウ発生およびピークホールド機能につ
いて、もう少し具体的に説明する。第３図は対象物の移
動による画面上の相対的位置変化を示す参照図、第４図
は主としてピークボールド動作を説明するためのタイム
チャートである。

シャッタは垂直ブランキング期間ＶＢＬＫ毎に露光動作
を行ない、この期間以外は遮光動作を行なうので、期間
ＶＢＬＫの開始時刻として’１−２１　　＋−１１Ｊを
考えると、各時刻における対象物とウィンドウとの関係
は例えば第６図（イ）、（ロ）および（ハ）の如く示さ
れる。こ−に、１は対象物、Ｗはウィンドウ、Ｐはテレ
ビカメラの視野（画面）、ｖｉ−２＋Ｖｉ−１およびＶ
ｉは各時点の対象物画像をそれぞれ示している。

いま、上記の如き各時刻が第４図（イ）の如く示される
ものとすると、位置センサ出力はこの場合は同図（ロ）
の如く、時刻１１の直前で得られることになる。制御回
路２６は、位置センサ出力が得られた直後のＶＥＬＫ信
号により、同図（ホ）の如き２値化出力有効画面信号を
生成する。−万、テレビカメラ６からの画像信号は増幅
器７およびＬＰＦＩＩを介してＰＨ回路１２に与えられ
るが、このときウィンドウ発生回路２１がそのウィンド
ウ信号を有効画面信号の発生期間以外では全て出力する
ようにしておくことにより、ピークホールド動作は同図
（ハ）のハイ（Ｈ）レベルの期間毎に行なわれる。この
ため、Ｐ１１回路１２は、チンピカメラ３からの低周波
信号ピーク値をリセット信号が与えられる迄ホールドす
る。ＰＨ回路用リセット信号は同図（ニ）の如く有効画
面信号が形成されたｖ：ａｒ、ｘ信号以外のＶＢＩ、に
信号毎に出力されて、ＰＨ回路１２のリセットを行なう
。したがって、第３図または第４図の如き場合には、時
刻’　ｌ−２では対象物がウィンドウの位置に達してい
ないため、ＰＨ回路１２の出力は実質的に零となるのに
対し、時刻ｔト、ではウィンドウ位置に対象物が到達し
ているので、ＰＨ回路１２は対象物の濃淡情報について
ＬＰＦ回路１１の出力のうちウィンドウ領域内に和尚す
る出力のピーク値を同図（へ）の如＜　ＶＨとしてホー
ルドすることになる。なお、この値ｖＨは’ｉ＋１時点
で出力されるリセット信号によってリセットされる。ま
た、ｔ１＋。

時刻にも対象物画像があるときは、そのピーク値が同図
（へ）のｖＨ′の如くホールドされる。

つまり、位置センサ出力が得られる直前（こ〜では電ト
、）の画像情報から、所定領域のピーク値を知ることが
できるので、これをもとにして適正な２値化レベルを決
めてやれば、センサ出力が得られた直後（こ−ではｔｌ
）の画像情報を、決定され７’ｃ２値化レベルで２値化
することが可能となり、こうして取り出される２値化画
像にもとづいて検査１判別をすることにより、２値化の
ための処理時間を短縮し、検査または判別の精度を向上
させるものである。

次に、こうして得られたピーク値から２値化レベルを決
定する手法について説明する。

まず、標準となる対象物を標準位置で撮像し、適正な２
値画像となるよう２値化しきい値を調整して、適切な２
値化しきい値ＬＢとこれに対応するＰＨ回路１２のピー
クホールド値ＶＨ８とを求め、これらを演算回路１４内
に基準値として記憶しておく。次いで、検査すべき対象
物についてこれと同様の操作を行ない、判定直前画像Ｖ
ｌ−１のウィンドウ領域内の濃淡情報であるピークホー
ルド値ＶＨＸを求める。とりすれば、ピークホールド値
の相対的な関係から、検査対象物の２値化しきい値候補
ＬＸを、 ＶＨＸ Ｌｘ　＝　−ｘ　ＬＢ Ｈ８ として差しつかえないので、演算回路１４にで上式の演
算を行なうことにより、適正な２値化しきい値を求める
ことができる。このとき、ピークホールド値ＶＨＸその
ものについても、これが例えＱ、５Ｖａｓ−１５ＶＨｓ
の範囲内にあるか否かを調べて、その適正さを判断する
ようにしている。この判断を行なうのがＰＨレベル判別
回路１８でわり、ＶＨＸが上記の範囲内（Ｙ）ならば、
比較レベル選択回路１５によって演算回路１４の出力Ｌ
ｘが選択され、これがＤ／Ａ変換回路１６を介して２値
化回路８にそのしきい値として与えられる。

一方、ＶＨＸが上記の範囲外（Ｎ）ならば、選択回路１
５は標準値出力回路１９からの出力を選択するように動
作する。なお、標準値出力回路１９は、通常はＩ、ｓを
標準値として出力する。つまり、このようにするのは、
ＶＨＸが異常なときは演算にて求めた２値化しきい値を
採用するのは危険であり、標準値ＶＨ８を採用する方が
安全であると考えられるからである。

こうして決定された２値化レベル信号は、Ｄ／Ａ変換回
路１６を介して２値化回路８の一方の入力となる。２値
化回路８の他方には、１時点の画像信号が入力され、こ
の画像信号がＤ／Ａ変換回路１６からの２値化レベルに
よって２値化されることになる。このとき、制御回路２
６は前述の如き有効画面信号を生成し、これを２値出力
制御回路１７へ与えるので、回路１７では２値化回路出
力のうち検査２判別に有効な２値画像情報のみを出力す
るように制御を行なう。演算制御部９はこうして得られ
る２値画像情報によって所定の画像処理を実行し、対象
物の検査２判別を行なう。

以上では主としてシャッタ付テレビカメラを用いた場合
の動作について説明したが、これはストロボ方式の場合
も同様であり、その場合のタイムチャートが第５図に示
されている。第４図と異なるのは、ストロボ点弧のタイ
ミングを第５図（ト）の如（行なう点、および各部の動
作が位置センサ出力を基準にして１画面分後にずれてい
る点であるが、いずれも基本的な差異ではないので詳し
い説明は省略する。たｙ、　　１画面分の時間ずれは一
定値となるので、これを考慮して位置センサの設定位置
をその分だけずらせることが必要である。

また、以上では２値化回路を１チヤネルとし、これに１
つのウィンドウを設定するようにしたが、対象物の濃淡
に対処すべく２値化回路を複数チャネルとし、これに対
応して複数のウィンドウを設け、各々の対応をとって２
値化しきい値を個別に制御することも可能である。勿論
１つの２値化回路に対して複数のウィンドウを設定する
こともできる。なお、第６図はウィンドウを２個設定す
る例を示すもので、ｗｌ、ｗ２がウィンドウである。

さらに、ウィンドウ内の画像信号について、その−１７
−−＾喝 ピーク値を用いるようにしたが、濃淡情報の平均値を用
いるようにしてもよいものである。また、ウィンドウの
形状は長方形に限らず任意の形状とすることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、時間的に相前後する２つの画像信号
を取り出し、時間的に前の画像信号から２値化レベルを
決定して時間的に後の画像信号の２値化を行なうように
したので、対象物の反射率が個々に変化するような場合
にも、これに追従して２値化しきい値が選択されるので
、常に安定で高精度の判定が可能であり、これは照明装
置の照度変化についても同様である。また、移動する対
象物について、これを静止画像化するようにしているの
で、画像ボケのない鮮明な画像が得られる結果、検査ま
たは判別の精度が向上するものである。さらに、この発
明では高速のＡ／Ｄ変換回路。

記憶回路および膨大な処理回路等を必要としないので、
簡単かつ安価にこの種装置を提供することが可能である
。また、この発明は判定すべき画像情報の直前の画像情
報を利用するものでおって、従来はこれを無駄なものと
して見過していたものを用いるものであるため、処理時
間は実質的に増加せず、したがって従来と同等の高速性
が保証されるものである。また、２値化しきい値を決定
するに肖たり、画像の濃淡値に一定の制限を設けるよう
にしたので、予想外の対象物等による誤動作を回避する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図ハシャ
ツタ付テレビカメラの具体例を示す構成図、第２Ａ図は
ストロボ方式を示す概要図、第６図は対象物の移動によ
る画面上の相対的位置変化を示す参照図、第４図は第１
図の主としてピークホールド動作を説明するためのタイ
ムチャート、第５図はストロボ方式による動作を説明す
るためのタイムチャート、第６図は２個のウィンドウを
設定した例を示す参照図、第７図は検査・判別装置の従
来例を示す構成図、第８図は第７図の動作を説明するた
めのタイムチャートである。 符号説明 １・・・・・・対象物、２・・・・・・コンベア、３・
・・・・・テレビカメラ、４・・・・・・照明装置、５
・・・・・・位置センサ、６・・・・・・画像処理装置
、７・・・・・・増幅器、８・・・・・・２値化回路、
９・・・・・・演算判定部、１０・・・・・・タイミン
グ制御Ｊｌ［ｌ、１１・・・・・・ローパスフィルタ（
ＬＰＦ）、１２・・・・・・ピークホールド回路（ＰＨ
回路）、１６・・・・・・Ａ／Ｄ変換回路、１４・・・
・・・演算回路、１５・・・・・・比較レベル選択回路
、１６・・・・・・Ｔ）／Ａ変換回路、１７・・・・・
・２値出力制御回路、１８・・・・・・ＰＨレベル判別
回路、１９・・・・・・標準値出力回路、２１・・・・
・・ウィンドウ発生回路、２２・・・・・・走査点座標
発生回路、２６・・・・・・ウィンドウ設定値記憶回路
、２４・・・・・・ＰＨリセット回路、２５・・・・・
・リセットタイミング回路、２６・・・・・・有効画面
制御回路、２７・・・・・・カメラ駆動同期回路、３１
・・・・・・撮像素子、３２・・・・・・映像処理およ
び駆動回路、５６・・・・・・レンズ、３４・・・・・
・回転円板、６５・・・・・・モータ、３６・・・・・
・回転制御回Ｍ、３７・・・・・・ケース、４１・・・
・・・ストロボ、４２・・・・・・ストロボ点弧回路、
４６・・・・・・ストロボ点弧制御回路、９１・・・・
・・メモリ、９２・・・・・・特徴抽出回路、９５・・
・・・・演算処理装置、９４・・・・・・位置検出・補
正回路、９５・・・・・・設定回路、Ｐ・・・・・・テ
レビカメラ視野、Ｗ　Ｉ　Ｗｌ　、　Ｗ２　・＝・・・
ウィンドウ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）移動する対象物を撮像する２次元撮像装置を含み該
   対象物の静止画像を取り出す画像取出手段と、該画像の
   所定位置に少なくとも１つの所定形状ウィンドウを発生
   させるウィンドウ発生手段と、少なくとも該ウィンドウ
   領域内画像の濃淡レベルを検出する検出部を含み該濃淡
   レベルに応じて２値化レベルを決定する２値化レベル決
   定手段とを備え、前記画像取出手段により所定時刻を基
   準として相前後する少なくとも２つの静止画像を取り出
   し、時間的に前の画像について前記ウィンドウ発生手段
   によりその所定位置にウィンドウを発生させ、前記２値
   化レベル決定手段によりウィンドウ領域の濃淡レベルか
   ら２値化レベルを決定し、該決定された２値化レベルを
   もつて時間的に後の画像を２値化することを特徴とする
   画像２値化方式。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の画像２値化方式にお
   いて、前記２値化レベルを決定するための画像信号は前
   記画像取出手段からの出力にローパスフィルタをかけて
   取り出すことを特徴とする画像２値化方式。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の画像２
   値化方式において、前記検出部にて検出される画像の濃
   淡レベルが所定の範囲を越えたときは別途設けられた標
   準値を２値化レベルとして採用することを特徴とする画
   像２値化方式。