JPS62501165A - 測定に使用する方法および装置 - 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】 この発明は測定に使用する方法および装置に関するものである。この発明は、デ ジタル化テレビジョン型装置によシ見た時に平らな物体、または大きな物体の平 らな表面の測定にとくに用いられるが、それのみに限られるものではない。上か らテレビジョンカメラにより見られている製造ラインを通る物体の寸法と形を監 視するために、この発明をその１つの用途として使用できるように具体化するこ とが可能である。

画像解析を自動化する要求がますます増大しつつあシ、多くの用途においては、 その自動画像解析には画像を構成している物体の寸法と形を調べることが含まれ る。この種の検査にはコンピュータ制御が適当で、コンピュータによる解析に適 する形で画像を形成するためには画像をデジタル化せねばならない。そのデジタ ル化はテレビジョンカメラまたはそれに類似の装置でめられている画像を撮影し 、それを画素（以後ビクセルと呼ぶ）に分割することＫよシ行うことができる。

それらのビクセルはある一定のパターンで理想ｍ＜は配置される。その一定のパ ターンのうちでは長方形のプレイまたは六角形のアレイが最も一般的であるが、 他のパターンも可能でおる。以下に説明する実施例においては、ビクセルの長方 形プレイを用いるが、測定格子を形成するために他の形状を適用するために配置 を容易に変えることができる。

デジタル化した画像で達成される解像力はビクセル・アレイの密度にある程度依 存する。最も一般的表装置は２５６　Ｘ　２５６ビクセルまたは５１２　Ｘ　５ １２ピクセルの正方形アレイを用いるが、ある装置は４０９６Ｘ　４０９６ビク セルの長方形窓または正方形プレイを有する。しかし、通常使用できるレンズお よびカメラでは、真の光学的解像力が５１２　Ｘ　５１２ピクセルの２スタで達 成できる−ものより高いかどうかは疑問である。被写体と視野内の背景の間のコ ントラストが完全である理想的な場合においては、ある特定のビクセルは「オン 」または「オフ」である、す々わち、被写体の内側または外側であるとして記録 するから、デジタル化された画像の解像力はビクセル密度の逆数に正比例するも のと考えることができ、かつ、たとえば５１２　Ｘ　５１２ビク七ル・アレイに よシ検出される被写体の長さは約５００分の１の限度でのみ決定できるものと考 えることができる。この結論には、長さの決定に用いる２個の点の位置に、この 場合には、単位ビクセル間距離までの誤差を含んでいるような点間の計算によシ 長さを決定するというやり方から達するものである。

以下に説明するこの発明の特定の実施例から、下記の３つのやり方のうちの少な くとも１つを用いることによシ、デジタル化された画像の線すなわち縁部の位置 を、プラスマイナス１単位距離（ビクセル間距離）よシもはるかに高確度で決定 することが可能であることがわかるであろう。

偵）線の位置の統計的な解析を行う丸めに多数の点を用いること。

＠）まっすぐな線（ｔたは縁部）の場合には、線が１本の座標軸に対して非常に 小さい角度を成すように線を位置させること。

（ｃ）引き続く測定の間でカメラと被写体または測定格子を小さく相対的な距離 （ビクセル間距離の何分の１かに等しい）だけ動かして、適切な回数（たとえば １０回）測定を繰返えすこと。

２つのまっすぐな線または縁部の間の距離（それはデジタル化された画像中の長 方形物体の長さまたは幅のことがある）をそれらの線または縁部のそれぞれの位 置の差として、２つの別々の小さい誤差の和である誤差の範囲内で得ることがで きる。線または縁部の位置がそれらのやシ方の１つで決定されると、隅の角度ま たは位置のような第２の特徴を高い確度で決定できる。更に、格子方形（ムｔｔ ｌｅ・）〔この点にビクセルが中心を置く〕と格子子（ｇｒｉｄ）（これはビク セル相互間に存在する〕との間の画像の差違を用いることによシ線の位置の計算 を簡単にできる。この簡単化は曲っている線または縁部の位置決定にとくに適用 される。まっすぐな線または縁部の場合には、線と座標軸の間の角度が既知であ ると、格子方形（ｔａｔｔｌｅ・）点から計算された線と格子子（ｇｒｌｄ　） 点から計算された線の間の位置の差を計算することは簡単である。いずれの場合 にも、この角度を設定することによシ、測定を副尺を用いることに類似するヤシ 方で行うことができることになシ、その角度を小さくするととＫよシ測定を無限 に高い確度で行うことができる。もつとも、実際的な状況においては、それはビ クセル密度の約２０倍、すなわち５１２　Ｘ　５１２ピクセル・アレイにおける 約１００００分の１となることが予測できるものである。

以下、添附図面を参照して、この発明従って測定を行う方法を、例によシ、説明 することにする。

第１図はテレビジ１ンカメラによシ見た物体の画像をデジタル化することにより 得た画像の表現である。

第２図は第１図に示されている画像の一部のよシ詳しい表現でちる。

第３図は、物体の線図的側面図とともに本発明の実施に用いるブロック図を示し 、この添附図面の第３図を参照して、本発明を以下に例によって説明する。

第１図を参照して請求められていることは、側面１．２．３および４を有する画 像により表されているパネルの長さおよび幅と、それの側面の平行を監視するこ とである。

側面１の一部を示す第２図を参照して、黒丸５はパネルのデジタル化された画像 の内部「境界」を形成するビクセルの中心を示し、白丸Ｇは外部「境界」を示し 、線１はパネルの画像の真の縁部の場所を示す。それら２組の丸は格子方形（ｔ ａｔｔｉｃｅ　）点を示すものと考えることができる。いずれの組の丸も線の位 置を計算するために使用できるが、その計算から得られた線は、パネルの縁部を 示す線１から、格子方形（ムｔｔｉａ・）−格子子（ｇｒｌｄ）のネットワーク の単位長の最大ＪＱ／２倍までの量だけ離れることがある。しかし、格子子（ｇ ｒｉｄ）　８　、９の交点を示す小さいＸ印７が真の縁部の線にまたがυ、格子 子（ｇｒｌｄ）点を通る最適な線の計算は画像の真の縁部の線１に非常に近いこ とが容易にわかる。線１が格子方形（ムｔｔｉａｅ　）点５，６または格子子（ ｇｒｉｄ）点Ｔのどちらからめられても、誤差は使用した点の数と、真の縁部１ と格子方形（ムｔｔｌｃ・）−格子子（ｇｒｌｄ）のネットワーク８，９０間の 角度とに依存する。点の数による変動を最小にするために十分な数の格子方形（ ｔａｔｔｉｃｅ　）点５，６または格子子（ｇｒｉｄ）点γを利用できるものと 仮定すると、格子方形（ｚａｔｔｔｅ・）点を基にした計算の場合には、線１の 位置決定誤差は、持衣昭ｆｉ２５００６５　（３） 線が４５度傾いている時の０．７１単位から、線が格子方形（ｈｔｔｉｅ・）点 ５．６の線に対して０度である時の０．５０単位までに入る。しかし、格子子（ ｇｒｌｄ）点を基にした計算の場合には、位置決定誤差は、格子子（ｇｒｉｄ） 線８，９に対する傾斜が４５度の時の０゜７１単位から、０度傾斜に近づくにつ れて直線的ＫＯに近づく。もつとも、正しく０度では格子方形（ｔａｔｔｉｃｅ ）点の計算の場合と同様に誤差は０．５０単位である。この特定の実施例におい ては、この測定方法は、格子方形（ｔａｔｔｉｃｅ　）−格子子（ｇｒｉｄ）の ネットワークでの平行から数度をこえない傾斜でパネルを観察することである。

側面の位置は単位の小さい割合以内で測定でき、パネルの寸法を高い確度で得る ことができる。これと同時に、それぞれの格子方形（ｈｔｔｔｃ・）線または格 子子（ｇｒｉｄ）線に対する側面の傾きを測定でき、側面が平行であるか否かを 確かめられる。

検査する物体がまっすぐで々い側面で囲まれているものとすると、その物体を囲 んでいる縁部の房を数式で表すことができるならば、その物体の縁部を同じ方法 で許容限度内で監視できる。たとえば、半径が１００単位の円を半径の１０００ ０分の１部、すなわち中心の位置に対して０．０１単位内で測定できる。

この方法は円弧に適用できる（したがって曲率を得る）ことができるが、その確 度は得られる弧の長さに依存する。

寸法管検査する必要がある平ら々物体のセグメント（すなわち縁部の長さ）は、 テレビジ目ンカメラ装置によシ認識できる（または認識できるようＫできる）特 殊なマークの間、または隅あるいはくぼみの間に通常存在する。物体の格子子（ ｇｒｔｄ）境界（内部または外部の格子方形（ｚａｔｔｌａｅ　）境界ではなく て）を用いると、隅またはノードの識別が非常に容易となる。識別に達するには 多くの方法があるが、一連の格子子（ｇｒｊｄ）境界素子を適切なデジタル−フ ィルタに通すことにより、結果を簡単かつ経済的に得ることができる。どのよう な方法によってでも点がひとたび識別されると、隣接する２つの点の間の縁部の 位置と、それに沿う距離と、縁部の形、またはセグメントの面積を、まっすぐ々 縁部（第２図におけるように）またはまがった縁部に対する格子子（ｔｒｌｄ） 点を用いて、上記のようＫして計算できる。

次に、表面１３の上に置かれている物体１２が示されている第３図を参照する。

物体の上方には、カメラ１４がちυこのカメラ１４は物体１２の映像の投影を受 ける感光素子のアレイを有する。物体の照明と抽出表面の色とは、カメラ中に結 ばれる映像が鮮鋭で、良くコントラストがついているようなものでおる。カメラ 中の感光素子は、デジタル化できる座標系の基礎を形成するめられているピクセ ル密度の７レイで配列される。カメラの出方は画像解析器およびコンピュータ１ ５の入力端子へ与えられる。

適当な画像解析器およびコンピュータがアメリカ合衆国イリノイ州所在のビュー ラー社（Ｅｕ＠ｂ４ｅｒ　Ｌｔｄ　）によＦ）　Ｏｍｎｉｍ・ｔという商品名で 販売されている。

好適な実施例においては、解析が行われている間は、画像信号は解析器およびコ ンピュータ１５に格納される。

解析によシ得られ、物体１２の表現を座標系に関係づける情報は出力端子１６か ら得られ、たとえばプリンタへ与えて、そこで記録することができる。

許容誤差が調べられる特定の用途国おいては、許容誤差をこえたことを指示する 警報器を作動させるために１６からの出力信号が構成される。

光像をデジタルデータに変換するために、カメラ１４のような手段からデジタル 化できる座標系を独立のものとすることができることがわかるでちろう。

座標系は物体１２に関連するプレイとすることができ、デジタルデータに変換さ れる物体の表現は、位置が座標系アレイに対して既知の関係を有するような影と することができる。

まっすぐな線、または物体のまっすぐな縁部の長さまたは位置を測定する装置に おいては、座標軸に対して４５度より小さい任意の角度で配鴛された線でこの方 法を使用することが可能ではあるが、その角度が１０度よシ小さく、なるべく５ 度よシ小さい時に良い結果が得られる。

ある物体の１つの表現部分から得たデジタルデータを５１２　Ｘ　５１２ビクセ ル嗜ラスクのような高解像力の座標系から得たデジタルデータに関係づけること によシ、物体についての情報を高い確度で発生することが可能である。

物体の表現の第２の部分から得たデジタルデータを座標系から得たデータに関係 づけることくよシ、物体についての第２の情報を同様な高い確度で発生すること 、および２つの部分の間の距離を決定するために２つの情報を互いに関係づける ことが可能である。

また、画像発生装置と、物体または測定用の格子子または格子方形（ｇｒｉｄま たはｚａｔｔｉｅｅ）の間の相対運動を伴って、または伴うことなしに、それら の操作を何回か繰シ返えすことによシ、情報の統計的解析を行って、それの確度 を高くすることが可能である。

更に、まっすぐな縁部と座標系の軸（格子方形（ムｔｔ１ｅ・）または格子子（ ｇｒｉｄ）　）の間の角度関係を比較的小さい角度、すなわち、４５度よシ小さ く、なるべく５度よシ小さく、配置することによシ、下記の解析が示すように、 極めて高い確度を連成することが可能である。

一対の平行またはほぼ平行な縁部を有する平らな物体のデジタル化した画像につ いて考える。先に概略を説明した方法で各縁部の位置を正確に決定できる。縁部 の式を記述する方法はたくさんあるが、計算を簡単にするために次の形をとるこ とができる。

ｘｓｉｎθＨ−ｙｃｏＳθ１２ｐ１ この式においてδ１　は縁部とＸ軸の間の角度、ｐｌは座標譚点から線に降ろし た垂線の長さである。そうすると、デジタル化された画像から得られる縁部の計 算された位置は Ｘ　５ｉｆｆθ’１−　ｙｃＯ３θ’１ｔＲｐ’１となる。ここに、ｐ’＋−ｐ ＋＋δ、およびθ′１−θ１＋Ｃ５であシ、δ１とε１は観測誤差である。同様 に、第２の縁部は次式のように計算される。

ｘｓｉ１１θ′２−ｙωＳθ’２　δ２　ｐ’２長方形パネルの監視においては 、第１の検査は側面の平行である。格子子（ｇｒｌｄ）点の適度な数（１００よ υ少ない）で角度誤差’＋　＋　’２は０．０２度よシ小さく碌る。この値はほ とんどの目的に対して十分に正確であって、１００００分の５（すなわち、１０ ｍにおいて５龍）よシ小さい割合で縁部を発散または収束させることができる。

縁部が平行の許容誤差内であると仮定すると、それらの縁部の距離はｐ／　ｚ　 −ｐ／　＋で与えられ、この計算における誤差はδｒｗａｎ　”？”）る。δｌ ＝δ２−０．０５であると、δＴ　！　０．０７となる。δ値は絶対値であるか ら、ｐ／２ｐ／、はできるだけ大きくするとよい。したがって　ｐ　／　ｐ／、 中２００であると、誤差は約３０００分の１であ〕、Ｐ’２　Ｐ’ｌがもっと大 きいと誤差はそれに応じて小さくなる。

長方形パネルの長さと幅を測定する場合には、たとえば対応する長さ測定値Ｐ’ ２　Ｐ’＋が同じデジタル化された画像から得られるものとすると、たとえば幅 に対するｐ’２　ｐ’＋　を十分に大きくすることが可能ではないかもしれない 。その場合には、長さと幅を異なる倍率で別々に測定する必要があるがもじれな い。

この発明を特定の構成について説明したが、添附した請求の範囲の範囲内で改変 できることがわかるであろう。たとえば、画像発生装置、物体または座標系の間 に相対運動が存在する場合には、その運動中または運動後に情報を得ることがで きる。上記したのとは異なる向きから見たところ、たとえは側面から見たところ をとって解析できることがわかるであろう。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　四Ｅ　ＩＮＴＥ：ＲＮＡＴｒＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．デジタル化できる座標系を採用し、物体の特徴の少なくとも一部の表現を座 標系に関係づける第１の情報を発生する過程を含む物体の特徴の位置を測定する 測定方法。
2. ２．請求の範囲第１項記載の測定方法であつて、物体の第２の特徴の少なくとも 一部の表現を座標系に関係づける第２の情報を発生する過程と、第１の情報と第 ２の情報を比較して測定値を発生する過程とを含む測定方法。
3. ３．請求の範囲第１項記載の測定方法であつて、特徴は座標系の軸に対して４５ 度より小さい角度で配置されたほぼまつすぐな線である測定方法。
4. ４．請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の測定方法であつて、第１の情報を 発生する過程を複数回繰返えすことを含む測定方法。
5. ５．請求の範囲第２項記載の測定方法であつて、第２の情報を発生する過程を複 数回繰返えすことを含む測定方法。
6. ６．請求の範囲第４項または第５項記載の測定方法であつて、物体の移動中また は移動後に過程を複数回繰返えすことを含む方法。
7. ７．物体または物体の表現を見る手段と、物体またはその表現をデジタル化でき る座標系に関係づける手段と、その関係の結果を解析して、それを表す出力を発 生する手段とを含む、請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の測定方法を 実施するために用いる装置。