JPS62285004A - 対象パタ−ンの回転角検出方式 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明は、対象パターンをテレビカメラ等の竺像セン
サにて抽出し、これ全画像処理してその検査、認識ｔ６
う装置、特に対象パターンの回転角検出方式に関する。

〔従来の技術〕

この種の検出方式として、撮像されたパターンを２値化
し、その２値化画像に対する１次モーメントＭ、２次モ
ーメントエエ、エア、相乗モーメント！８７ケよび面積
大から等価隋円の主軸と重心を求める方法が知られてい
る（以下、慣性モーメント法とも云う。）。

すなわち、回転角θおよび重心Ｐａ　（Ｐｅｘ　ｅ　Ｐ
ａｙ　）を、 ｔＪ１２θ＝　２　Ｉｘｙ／（Ｉｙ　−Ｉｘ　）　　　
　　・・・（１）Ｐｏｘ”Ｍｘ／人　、ＰＧＹ＝Ｍ、／
Ａ　　　　　　・・・（２）の如く求めるものである。

なお、（１）　、　（２）弐における各記号の意味は次
のとお９である。

Ｍ３Ｃ：　ｘ軸に関する１次モーメントＭｙ：ｙ軸に関
する１次モーメント Ｉ：ＩＣ：　ｘ軸に関する２次モーメントＩ、　：　７
軸に関する２次モーメントＩｘア：相乗モーメント Ｐｏｘ　：重心のＸ座標 ｐＧ工：重心のｙ座標 Ａ：面積 ０２回転角 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、か＼る方法は対象パターンが長いもの等
では比較的高精度に回転角を検出することができるが、
正方形や円形のものまたはそれに類似するものでは上記
（１）式の分母が零に近くなるため、パターンの僅かな
量子化誤差の影響によって精度が非常に悪くなると云う
問題がある。このため、以上の如く求められる回転角を
用いて対象パターンの回転正規化を行うと、その形状に
よっては大きな誤差をもつことからパターンの検査。

認識が全く実用にならないという問題が生じる。

したがって、この発明は慣性モーメント法では検出誤差
が大きなパターンについても、高精度の検出が可能な回
転角検出方式を提供する仁とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

２値化し画素化された画像情報を記憶するメモリと、こ
の画像情報から対象パターン像の面積。

慣性モーメントを直接抽出してその重心を求める重心演
算手段と、この重心を中心にして所定のサーチ領域を形
成する領域形成手段と、このサーチ領域内の有意ｉｉｉ
＠情報のみを前記メモリからそのｔ〜または論理を反転
させて抽出する抽出手段とを設ける。

〔作用〕

対象パターンの画像情報から面積Ａと１次峰−メン）　
’Ａｘ　−Ｍｙを求める一方、画像情報をメモリに格納
する。この面積ム、゛１次モーメン）Ｍ、、Ｍｙから対
象パターンの重心を演算し、この重心を中心とする円ま
たはリング状のす−チ領域（ウィンドウ）を形成し、メ
モリに格納された画像情報からこのサーチ領域内の有意
画像情報だけをそのま−または論理反転して抽出し、抽
出された情報から対象パターンの回転角を検出する。回
転角の検出には慣性モーメント法を用−るか、または対
象パターンの重心とサーチ領域内の画像の重心とを結ぶ
直線を求め、これと基準軸とのなす角から回転角を求め
る、−わゆる２重心点間法の−ずれかを用い、その―ず
れかを設定により選択できるようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２Ａ図な−
し第２Ｄ図は−ずれもこの発明の詳細な説明するための
説明図、第３図は判定動作を説明するための７ａ−チャ
ート、第１図は設定動作を説明するためのフローチャー
ト、第５図は第１図の動作を説明するためのタイムチャ
ートである。

まず、第２ム図な―し第２Ｄ図を参照してこの発明の詳
細な説明する。２Ａ〜２Ｄ図の（へ）には対象パターン
の異なる例をそれぞれ示し、第２Ａ図（イ）は白の円形
パターン上に黒の文字ＯＨが書かれて埴るケース、第２
Ｂ図（イ）は同じく白の円形パターン内に例えば孔りが
あ埴て埴るケース、第２Ｃ図（へ）は同じく白の円形Ａ
ターンに切欠きＢＬがあるケース、そして第２ＤＩ！Ｉ
（へ）は同じく白の円形パターンに突起ＰＮがあるケー
スをそれぞれ示してお夛、いずれも慣性モーメント法で
は正確な角度検出が困難な例を示して−る。このため、
第２Ａ図の場合には８Ｈ，なる円形状のサーチ領域を設
定し、このサーチ領域内の画像、すなわち文字部ＣＨを
有意画像として抽出し、文字部ＣＨの慣性モーメントを
用いてその主軸Ｃを同図←）の如く求め、回転角θを求
める。このとき、サーチ領域８Ｈ１を論理”１″とすれ
ば文字部ＣＨは論理＠０”となるので、文字部ＣＨを抽
出するに当たっては論理反転を九は極性反転の操作が必
要とされる。このことは、第２Ｂ図および第２Ｃ図の場
合も同様であって、前者では丸孔ＭＬを有意画像として
その重心Ｐａｌを求め、この重心ｐｏｔと対象パターン
全体の重心Ｐｏｔ−結ぶ直ｌＩＣにより、第２ＢＹｌＡ
に）の如く回転角０を求め、後者では切欠＠ＢＬＫ−’
）＊以上と同様の処理をして第２Ｃ図（ロ）の如く回転
角０を求めるａｔた、第２Ｄ図では突起ＰＮが画像の極
性または論理を反転させることなく抽出される点を除け
ば、上記と同様である。

次に、第１図の動作にり埴て説明する。その動作には第
３図の如き判定モードと第１図の如き設定モードの２つ
があるが、まず判定モードから説明するすなか、第１図
にｓＰ−て、１は検出対象サンプル、２線テレビカメラ
の如１１２次元禄像装置、３は２値化回路、４は空間分
割回路、５は画像メモリ、６は切換回路、７は極性選択
回路、８（８１〜８ｄ）はスイッチ回路、９は面積抽出
回路、１０は１次そ−メント抽出回路、１１は２次モー
メント抽出回路、１２は相乗モーメント抽出回路、１３
は演算制御回路（ＣＰＵ）、１４はメモリ、１５はアド
レス発生回路、１６は標準サーチ領域記憶回路、１７は
位置ずれ補正回路、１８はサーチ領域発生回路、１９は
アンドゲートである。

検出対象サンプルｌはテレビカメラ２によって撮健され
、２値化回路３によって白黒の２億情報に変換された後
、空間分割回路４により２次元的に空間分割（画素化；
例えｔｆ２５６Ｘ２５６画素）される（第３図■参照）
。こうして得られる画像情報紘、少なくとも画素分割数
に対応した容量をもつ画像メモリ５に、画素単位で記憶
される。この操作紘テレビカメツ２の走査と同期して実
行され、その１ｉ１ｒｊｍ走査期間だけ行なわれる。こ
の期間を画像取込期間と呼ぶと、走査期間と画像取込期
間との関係は例えば第５図の如く示される。同図ｆＯａ
垂直同期信号を示し、同図（ロ）は画儂取込期間を示し
て−る〇 この画像取込期間に性、切換回路６は入力Ｂ。

を、極性選択回路７は「正転」を、またスイッチ回路ｊ
３ａ、ｇｂはオン、スイッチ回路８ｃ、８ｄはオフをそ
れぞれ選択するようＣＰＵ１３にて制御される。したが
って、空間分割回路４を経た画像情報は、面積抽出回路
９および１次モーメント抽出回路１０へ与えられ、面積
大および１次モーメン）　’ｘ　ｔ　Ｍｙが求められる
。以上の処理が、第３図のステップ■で行われる。

画像取込期間が終了すると、ＣＰＵ１３は上記Ｑ）式演
算を行って検査対象パターン全体の重心座標ＰＧ３Ｃｍ
　ｐＧｙを求めると〜もに（第３図■参照）、これを設
定モードにて予め求めた標準サンプルの重心座標ＰＧＸ
Ｂ　ｔ　ＰＧＹＩと比較し、両者の位置ずれ量ΔＸ、Δ
ｙを求める（第３図■参照）。

次に、ＣＰＵ１３は対象パターンの形状特質に応じた画
像極性情報をメモリ１４から読出して極性選択回路７へ
与えると＼もに、各種設定情報をメモリ１４から読出し
、オン、オフ情報をスイッチ回路８ｍ、８ｄに与える。

このスイッチ回路８に対する設定は、角度０の検出アル
ゴリズムが慣性モーメント法によるものか、または２重
心点間法によるものかくよって決定され、対象パターン
の形状特質に応じて設定される。こ＼では慣性モーメン
ト法によるものとすると、スイッチ回路８ｍ。

８ｂはオフ、スイッチ回路８ｅ、８ｄはオンとされる。

一方、標準サーチ領域記憶回路１６には、標準サンプル
によって予め設定されたサーチすべき円形またはリング
状のサーチ領域情報が、標準サンプルの重心座標情報ｐ
ａｓｘ　、　ＰＧ８Ｙと＼もに記憶されてｉる。

このような状態にお−て、ＣＰＵ１３は画像メモリ５の
走査を行うためのアドレス発生回路１５と、サーチ領域
発生回路１８へそれぞれトリガ信号を与える。アドレス
発生回路１５は画像メモリ５に対してｘ、Ｙアドレスを
発生し、これＫより各画素毎にテレビ走査と類似した走
査を順次行４％画像メモリ５から画像情報を順次取ル出
すものである。一方、サーチ領域発生回路１８は基本的
には、標準サーチ領域記憶回路１６に記憶されているサ
ーチ領域データ（座標データ）を読出し、アドレス発生
回路１５が示すアドレスがサーチ領域内にあるか否かを
判定するもので、アンドゲート１９を介して画像メモリ
５からの読出しデータを制御する。すなわち、アンドゲ
ート１９からは、画像メモリ５の画像情報のうちサーチ
領域内の画像データだけが′ＩＲり出されることになる
（第３図■参照）。このとき、位置ずれ補正回□路１７
には検出対象パターンと標準サンプルとの重心位置のず
れ量Δ工、ΔアがＣＰＵ１３から与えられるので、その
ずれ量だけ標準サーチ領域の位置をシフトさせるべく、
標準サーチ領域記憶回路１６からのデータにずれ量を加
算して、サーチ領゛域の正規化を行うようにする（第３
図■参照）。

アンドゲート１９からの出力は、このときは切換回路６
が入力Ｓ、を選択するように制御されるので、切換回路
６．極性反転回路７およびスイッチ回路８を経て、抽出
回路９〜１２′に入力される。

このとき、必要に応じて画像情報の極性反転が行われる
（第３図■参照）。また、こ＼では上述の如く慣性モー
メント法を利用するように設定されて９るので、スイッ
チ回路８ｃ、８ｄのみがオンしてお夛、これにより抽出
回路１１．１２よ’５・２次モーメント■工、エアおよ
び相乗モーメントエ、ｙが抽出される（第３図■参照）
。以上の動作をタイミング的に示すと第５図（ハ）の如
くなり、有意画像情報に関する面積、モーメントの抽出
が画像取込期間後に行われることがわかる。次いで、抽
出回路１１．１２の出力はＣＰＵ１３に与えられ、設定
に従って先の（１）式の如き演算が行われ、回転角θが
求められる（第３図■参照）。なお、仁の部分は第５図
ではに）Ｋ相当する。　　、以上では、角度を慣性モー
メント法から求めるようにしたが、既知の如く対象パタ
ーンによっては２重点間法を用−た方が適切な場合もあ
り、また画像情報の極性を反転させた方が良い場合もあ
る。′したがって、慣性モーメント法にするか２重心点
間法にするか、または画像情報の極性を反転させるか否
かを、標準サンプルによる設定モードで予め設定し、こ
れらの情報をメそり１４に記憶しておくものとする。し
たがって、２重心点間法が設定され、かつ画像情報の極
性反転が設定された場合は、ＣＰＵ１３は極性選択回路
７へ反転の指令を与えると＼もに、スイッチ回路８ａ、
８ｂへはオレ、スイッチ回路８ｅ、８ｄへはオフの指令
を与える。これによ・〕；′す゛−チ領域内の有意画像
情報から面積Ａ′および１次モーメン）　”ｘ’　１Ｍ
ｙ’が抽出され、重心が（２）式より求められる。した
がって゛、この重心と検出対象パターン全体の重心とか
ら、次式の如くして回転角Ｏｔ−求めることができる。

たソし、Ｘｏ＋　ｓ　ＹＧｔは検出対象パターン全体の
重心ｘ、ｙ座標であ）、ｇｓ　ｔ　Ｙ’ｃｓ　ｆ１サー
チ領域内パターンの重心ｘ、ｙ座標である。

なお、設定モードの動作は第１図の如く行われるが、ス
テップ■、■゛、■の設定、記憶部分が異なるだけで、
基本的なステップ■、■、■は第３図と同様であるので
、詳細は省略する。

以上では、主に対象物の形状特質が１種類の場合につい
て説明したが、多品種の対象物に対処するためには標準
サーチ領域の大きさ１位置、角度検出方法および画像極
性等につき予め設定して記憶しておけば、ＣＰＵ１３で
これらを選択することによ）容易に対処することができ
る。

〔発明の効果〕

この発明によ□れば、以下の如き利点または効果を期待
することができる。

１）対象パターンについてサーチ領域内の特徴画像デー
タを抽出して角度検出を行うようにして−るので、円形
状のパターンにつφても正確な角度を検出することがで
き、その結果パターン検査や認識における回転の正規化
が正確に行え、精度の良い検査、認識が可能となる。ま
た、角度データそのものを検出して位置制御に利用する
場合にも、正確な位置情報を得て精度の高−制御を行う
ことができる。

２）角度検出を複数の手法のいずれかで行い、かつ画像
極性をも適宜に変えることができるので、種々のサンプ
ルに対して広く適用することができる０ ３）さらに、２）項に加えてサーチ領域の大きさも適宜
に設定できるので、同一の装置で多品種の対象サンプル
に対応でき、自動化ＣＦＭＳ化）に有利である。

４）サーチ領域発生位置の位置ずれ補正が可能なため、
位置ずれに関係なく正確な検査、ｇ識ができるばかシで
なく、対象サンプルの搬送系に対する制約が少なくなシ
、搬送系のコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は−の発明の実施例を示す構成−１第２人図なり
し第２Ｄ図は−ずれもこの発明の詳細な説明するための
説明図、第３図は判定動作を説明するための７０−チャ
ート、第１図は設定動作を説明するための７０−チャー
ト、第５図は第１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！サンプル、２・・・テレビカメラ、３・・
・２値化回路、４・・・空間分割回路、５・・・画像メ
モリ、６・・・切換回路、７・・・極性選択回路、８（
８ａ〜８ｄ）・・・スイッチ回路、９・・・面積抽出回
路、１０・・・１次モーメント抽出回路、１１・・・２
次モーメント抽出回路、１２・・・相乗モーメント抽出
回路、１３・・・演算制御回路（ＣＰＵ）、１４・・・
メモリ、′１５・・・アドレス発生回路、１６・・°・
標準サーチ領域記憶回路、１７・・・位置ずれ補正回路
、１８・・・サーチ領域発生回路、１９・・・アンドゲ
ート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）２次元撮像装置を用いて対象パターンを撮像し、そ
   の撮像信号を２値化し画素化して得られる画像情報にも
   とづき対象パターンの回転角を検出する検出方式であつ
   て、 前記画像情報を記憶するメモリと、 該画像情報から対象パターンの面積および慣性モーメン
   トを直接抽出してその重心を求める重心演算手段と、 該重心を中心として予め設定された所定形状のサーチ領
   域を形成する領域形成手段と、 該サーチ領域内の有意画像情報だけを前記メモリからそ
   のまゝまたは論理を反転させて抽出する抽出手段と、 を備え、該抽出された有意画像情報から慣性モーメント
   法または２重心点間法により対象パターンの回転角を検
   出することを特徴とする対象パターンの回転角検出方式
   。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の対象パターンの回転
   角検出方式において、前記画像情報を論理反転させるか
   否か、または回転角検出を慣性モーメント法または２重
   心点間法のいずれで行うかをそれぞれ設定可能にしてな
   ることを特徴とする対象パターンの回転角検出方式。 ３）特許請求の範囲第１項に記載の対象パターンの回転
   角検出方式において、前記サーチ領域は正規化して形成
   することを特徴とする対象パターンの回転角検出方式。