JPH0397079A - 重心検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は重心検出装置、特に画像読み取り手段により所
定画素からなるｌ走査ラインを単位として走査された画
像パターンの重心位置を検出する重心検出装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 各種画像処理において、ある画像パターンの基準点とし
て重心位置を検出する技法が知られている。

たとえば、プリント基板の位置を加工機械上の所定位置
に位置決めするために、？３ｆｈの円形などのプリント
パターンをプリント基板上に形成しておき、このプリン
トパターンの重心位置をパターンの基準位置として検出
し、この位置を加工機械上の所定位置に位置決めする用
途が知られている。

２次元の画像パターンすなわち図形の重心位置は，画像
濃度あるいは輝度を質量と考え、慣性モーメントを用い
て表現できることが知られている． ある図形が含まれるｘｙ直交座標を考えた場合、重心位
置の座標（ｘＧ．ｙＧ）は次のように示される． ｘ　Ｇ　＝Ｍ１０７　ＭＯＯ　　　　　　　　−　（　
１　）ｙ　Ｇ　＝ＭＯｌ／ＭＯＯ　　　　　　　　・・
・（２）ただし、　Ｍ００：　　図形の面積 ＭＬＯ：　　ｙ軸に対する１次慣性モーメントＭＯＩ：
　　ｘ軸に対する１次慣性モーメント［発明が解決しよ
うとする課題１ コンピュータ処理などを利用して上記の重心位置の演算
を行なう場合には、光電変換手段を用いて図形を１ライ
ンづつ走査し、ラインデータを２値化することにより図
形のパターンデータが形成される． ここでは、２値化により図形が存在する領域ではライン
データは論理「ｌ」を、また図形が存在しない領域では
ラインデータは論理「０」をとるものとする（データは
２値化されており図形の濃度は考慮しない）。

ここで、走査ラインがＸ軸に平行、ラインの配列方向が
ｙ軸に平行であるとする。

この場合、ｙ軸に対するｌ次慣性モーメントＭＩＯは、
各走査ラインの論理ｒｌＪをとるデータのライン中−で
のアドレス（ｙ軸からのデータ点までの距離すなわちＸ
座標に相当）を順次加算した値として検出できる。

またＸ軸に対する１次慣性モーメントＭＯＩは、ライン
中の論理「ｌ」をとるデータ数の総和とそのラインのア
ドレス（ラインのＸ軸からの距離すなわちｙ座標に相当
）の積を求め、これを各ラインについて累積した値とし
て検出できる．また、図形の面積は、各ラインの（論理
「ｌ」）のデータの総和として検出できる。

このようにして求めた図形のＸ．ｙ軸に関する慣性モー
メント、面積から（１）、（２）式の演算により重心位
置の座標（ｘＧ．ｙＧ）を求めることができる。

上記の処理方法では、図形中の全ての画素（質点）を参
照することになるので、図形作成プロセスあるいは画像
読み取りプロセスにおける障害により図形の画像データ
の一部が欠落している場合には、この欠落部分の評価も
含んだ重心位置が決定される． 図形が本来そのような欠落部分を含むのであれば算出さ
れる重心位置は本来の位置であり問題はない。

しかし、現実のアプリケーション、たとえば前述の所定
プリントパターンのプリント基板の位置決めなどにおい
ては、第２図に符号２ｌで示すように、基板形成プロセ
スにおいて画像パターン２０そのものが欠落したり、あ
るいはゴミなどの異物により画像データが一部欠落した
りする可能性がある．なお、第２図において，左右方向
の矢印は走査ラインの方向を、また符号ｘ．ｙはＸ、ｙ
軸の方向を示している。

第２図のような場合に上記の処理方法を株用すると、プ
リントパターンの基準位置としての重心位置検出に誤差
が生じてしまう。当然、この検出誤差は検出結果を利用
する処理（上記用途においてはプリント基板の位置決め
）の精度に悪影響を与えるのはいうまでもない。

本発明の課題は、以上の問題を解決することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、画像
読み取り手段により所定画素からなるｌ走査ラインを単
位として走査された画像パターンの重心位置を検出する
重心検出装置において、前記画像読み取り手段のｌ走査
ラインを単位とする出力信号から、順次ｌ画素の２値化
された画像データを取得する手段と、この画像データ取
得手段から順次Ｉ画素づつ出力される画像データに基づ
き当該走査ライン中の有効画像パターンに対応した有効
画像データの最初および最後の座標を抽出する抽出手段
と、この抽出手段から走査ラインごとに得られる有効画
像データの最初および最後の座標から所定形式のデータ
を求め累積し、走査終了後この所定形式のデータの累積
結果に基づき走査ラインごとに得られる有効画像データ
の最初および最後の座標全体が対応する有効画像パター
ンの輪郭線パターンの重心位置の座標を当該画像パター
ンの重心位置の座標に相当するとして検出する手段を設
けた構成を採用した． ［作用］ 以上の構成によれば、走査ラインごとに、そのラインで
得られる有効画像データの最初および最後の座標から所
定データを形成して累積し、走査終了後この累積結果か
ら有効画像パターンの輪郭轢パターンの重心位置の座標
をその有効画像パターンの重心位置の座標として検出す
る．この際、有効画像パターンの輪郭線に対応する有効
画像データの最初および最後の座標をラインごとに所定
のデータに変換、累積するため、ラインごとの逐次処理
が可能である。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説明
する． 第１図（Ａ）に本発明を採用した重心検出装置の一実流
例を示す。第ｌ図（Ａ）において符号１は、ビデオカメ
ラなどからなる画像読み取り装置である． 画像読み取り装置ｌの読み取り出力はこＡ／Ｄ変換器２
により多値のデジタル信号に変換され、さらに２値化回
路４で所定の輝度しきい値と比較することなどにより、
論理ｒｌ」またはｒＱＪをとる２値化データに変換され
る。論理ｒｌＪ、「０」はそれぞれ画像の明部、暗部に
対応づけられる。この対応づけは逆であってもよいが、
、以下では論理「ｌ」を有効画像データとし、この部分
で、ある図形（画像パターン）が検出されているものと
する。

一方、画像読み取り装置ｌの出力はアドレス生成回路３
に人力され、同期信号などに基づき画像データのアドレ
スが生成される。

２値化回路４は、カウンタ回路などから構成され，ｌ画
素に対応する１ビットの２値化画像デー夕を走査ライン
の最初のデータから直列に順次出力し、ｌライン分出力
すると次々に後続のラインのデータを同様に出力する．
２値化回路４のｌビット出力に同期して、アドレス生成
回路３はそのビットに相当するアドレスを１組出力する
。

このアドレスは直交座標値に対応し、たとえば、ライン
番号（ｙ座標に対応）！３よびライン中でのビットの位
置（Ｘ座標に対応）からなる。

２値化回路４が出力する２値化画像データおよび画像ア
ドレス信号は、重心パラメータ検出回路５、画像メモリ
７に人力される。画像メモリ７は別の画像処理などのた
めに画像データをバッファするもので従来周知のもので
ある。

重心パラメータ検出回路５はアドレスラッチ回路５ａ、
５ｂｉ５よびＦＩＦＯメモリ５ｃ、５ｄにより構成され
る。重心パラメータ検出回路５は、２値化回路４、アド
レス生成回路３から出力されるデータおよびアドレスの
ｌ走査ライン分を単位として動作する。

アドレスラッチ回路５ａ、５ｂの構成、機能は次のよう
なものである。

まず、アドレスラッチ回路５ａは、■ラインの最初の有
効画像データ，すなわち、走査ラインの最初の論理ｒｌ
Ｊのビットのアドレスをラッチする。

具体的には、アドレスラッチ回路５ａは１ラインの走査
を開始後、データが論理「０」から論理ｒｌ」に転じた
とき、そのデータのアドレスをラッチする。したがって
、アドレスラッチ回路５ａは、たとえば第１図（Ｂ）に
示すように２値化回路４の出力の立上りによりセットさ
れるＪＫフリップフロップ１ｌと、その出力により制御
されアドレス生成回路３の出力をラッチするデータラッ
チｌ２から構成できる。

ＪＫフリップフロップ１ｌには、クロックとして２値化
回路４の１ビット出力およびアドレス生成回路３の１組
のアドレス出力に同期したアドレスクロックｃｌｋ　（
第１図（Ｄ）４段目）が入力される。

第１図（Ｄ）の波形図のｌ段目に示すようなラインデー
タが２値化回路４から入力された場合、ＪＫフリップフ
ロップ１１は同図２段目（反転出力Ｑ）に示すように最
初の有効データによりセットされる．２値化回路４の出
力と、ＪＫフリップフロップ１１の反転出力Ｑを入力す
るＮＡＮＤゲートｌ３は同図３段目に示すラッチパルス
を出力し、データラッチ１２はアドレス生成回路３の出
力アドレスをラッチする． 一方、アドレスラッチ回路５ｂ’は、ｌラインの最後の
有効画像データ、すなわち、走査ラインの最初の論理「
１」のビットのアドレスをラッチする。具体的には、ア
ドレスラッチ回路５ｂは１ラインの走査中、データが論
理ｒｌＪの場合そのデータのアドレスをラッチする．ア
ドレスラッチ回路５ｂの場合には，論理「ｌ」が検出さ
れるごとにライン終端まで繰り返しアドレスをラッチす
る。

したがって、アドレスラッチ回路５ｂはたとえば第ｌ図
（Ｃ）に示すように２値化回路４の出力によりセットさ
れるＪＫフリツプフロツブｌ５と、その出力により制御
されアドレス生成回路３の出力をラッチするデータラッ
チ１６などから構成できる。

第ｌ図（Ｃ）のＪＫフリツプフロツブｌ５には、アドレ
スラッチ回路５ａのＪＫフリツブフロップ１１同様のク
ロックｃＬｋが入力される。

ＪＫフリップフロップｌ５のＪ．Ｋ入力には、第ｌ図（
Ｄ）５段目のように２値化回路４の出力がインバータｌ
８により反転された信号が人力される。この結線では、
ＪＫフリツブフロツブｌ５はＤフリップフロツプと同様
に動作し、その反転出力は各有効画像データの先頭でク
ロツクｃｌｋに同期してハイレベルに制御される。この
結果、ＮＡＮＤゲートｌ７は各有効画像データの先頭で
データラッチｌ６をエネーブルし、そのラッチデータが
書き換えられる． アドレスラッチ回路５ａ、５ｂはアドレス生成回路３の
ラインアドレスの変化に同期して走査ラインの切り替わ
りを検出するが、ｌラインの処理を終了するとＦＩＦＯ
メモリ５Ｃ、５ｄにそれぞれ最終的にラッチしているア
ドレスを入力する。

その後、アドレスラッチ回路５ａ．５ｂはリセットされ
、上記のｌラインの処理を繰り返す．このようにして、
ＦＩＦＯメモリ５Ｃ、５ｄに１走査ラインの最初および
最後の有効画像データのアドレスが順次格納される．マ
イクロプロセッサなどからなるＣＰＵ６は、この２つの
アドレスを用いて重心位置の演算を行なう．なお、この
アドレスデータは、ラインアドレス（ライン番号）およ
びデータのライン中でのアドレスである．各走査ライン
の最初および最後の有効画像データは、実際の画像と第
３図のように対応する．第３図左側は、第１図（Ａ）の
装置により従来例で示した第２図の図形を走査して得ら
れる各走査ラインの最初および最後の有効画像データの
位置を示している．第３図に明らかなように、各走査ラ
インの最初および最後の有効画像データの位置の連続は
，第２図の図形の輪郭線に相当するものである。

本実施例では、各走査ラインの最初および最後の有効画
像データのアドレスのみを用いて、つまり画像パターン
の輪郭線の情報のみを用いて重心位置の演算を行なう。

このとき、アドレス間のデータは評価せず，有効データ
のみにより構成されているものとみなす。

この結果、実際には得られる画像データに第２図のよう
に欠けがあり、第１図（Ｄ）中の破線で示すように本来
あるべき有効データが欠落していたとしても、第３図右
側に示すような欠落のない完全な画像パターンを処理し
たのと同じ結果を得られる。

第４図に重心検出処理手順を示す。第４図では、ＣＰＵ
６の制御と重心パラメータ検出回路５のハードウェアに
よる処理を同時に示している． ２値化回路４から１ビットの画像データが人力されると
、第４図のステップＳＬ．Ｓ２において、第１図（Ｂ）
のアドレスラッチ回路５ａの機能が実行される。ここで
は、有効画像データ（論理「ｌ」）が検出されるとステ
ップＳ２でそのデータをラッチし，ステップＳ３以降に
より残りのラインデータを処理する． 一方、ステップＳｌで有効ラインデータが検出されなけ
れば、検出されるまでステップＳｔ、Ｓ８のループが実
行される．ライン中に有効データが入力されなければ，
有効なアドレスデータはラッチされないので、ステップ
Ｓ９でＦＩＦＯメモリ５ｃ．５ｄにアドレスＯ（無効ア
ドレス）が格納され，ステップＳｌＯに移行する。

ステップＳ３〜Ｓ５では、アドレスラッチ回路５ｂの機
能が実行される．すなわち、前述のようにライン終端ま
で有効データが検出され（ステップＳ３）たら、その度
にアドレスをラッチする（ステップＳ４）処理が繰り返
される。

ステップＳ５でライン終端が検出されると、ステップＳ
６においてアドレスラッチ回路５ａがラッチしているそ
のラインの最初および最後の有効データのアドレスをＦ
ＩＦＯメモリ５Ｃ、５ｄに格納する． ステップＳ７では、ＣＰｔＪ６がＦＩＦＯメモリ５ｃ．
５ｄに格納したアドレスに基づき、そのラインに関する
ｘ．ｙ軸回りの慣性モーメントおよびライン中の有効画
像データが占める面積を演算し、これをそれぞれ（１）
、（２）式中のＭ　００．ＭＩＯ、ＭＯＩを累積するカ
ウンタに加算する演算処理を行なう。最初および最後の
有効データのアドレスを用いて行なう演算処理は次のよ
うなものである。

ここで、ラインｌ中のデータのアドレスをＡｉと表示す
るものとし、その最初および最後の有効画像データのア
ドレスをそれぞれＡｓ．Ａｅとすると、ラインｌのｙ軸
（ここではラインの配列方向に相当するものとする）回
りの１次慣性モーメント１　１１０は、 ｅ １＆４１０＝Σ　　Ａｉ　　　　　　　　　−・・　（
３）ｉ＝ｓ により演算できる．つまり、ＡｓからＡｅまでのアドレ
スを加算することでラインｌＯｙ軸回りの１次慣性モー
メントｔ　ｕｔｏが求められる．また，ラインｌに関す
る有効画像の面積怯ｔ　ｗｏｏは、１ビットの有効画像
データが「ｌ」の重みを有するとすると、 １１ＪＯＯ　＝Ａｅ−Ａｓ＋１　　　　　＝−　（４）
と示される。つまり、ＡｓからＡｅの間は全て有効画像
データであるとみなしてその間の重み「ｌ］のデータの
数をラインｌに関する有効画像の面積を１　１００とす
る。なお、３角形の頂点などにおいてｌ画素のみ有効画
像データが得られたラインでは、最初と最後のアドレス
が一致し、面積は１となる。

また、ラインアドレス（ライン番号）をＡＩとすると、
ラインｌのＸ軸（ここではラインに平行な方向に相当す
るものとする）回りのｌ次慣性モーメントｌ＆ｌ０１は
、 ｌ　ＭＯＩ　＝　ｌ　Ｍ００　・ＡＩ　　　　　　　・
−（５）により求められる。

このようにラインごとに、面［　Ｉ　ＭＯＯおよびｘ．
ｙ軸回りのｌ次慣性モーメントＩ　ＭＯｆＩ　ＭＩＯを
求めることができ、ＣＰＵ６はメモリ領域などに設定し
た累積カウンタにｌ画面分の面積ｌ　ＭＧＯおよびｘ．
ｙ軸回りの１次慣性モーメントｌＭＯｌ．ｌ＆ｌ１ロを
累積することによりそれぞれ面積ＭＯＯ．　ｘ．　３／
軸回りの１次慣性モーメントＭＯＬ．　ＭＩＯを算出で
きる。

ステップＳｌＯでｌ画面の走査処理の終了を確認した後
，ステップＳｌｌにおいて上記ＭＯＯ、ＭＬＯ、ＭＯ＋
を（１）、（２）式に代入することにより画像パターン
の重心座標（ｘＧ，ｙＧ）を求めることができる。

なお、第４図ではステップＳ７のＣＰＵ６の演算は、便
宜上ステップＳ６、５１０の間の位置に記截しているが
、実際には、ＣＰＵ６は図示の他の処理と並行してステ
ップｓ７の処理を行なう。

すなわち、ＣＰＵ６はステップｓ７の演算を行なえる状
態になると、ＦＩＦＯメモリ５ｃ、５ｄのフラグを参照
し、アドレスデータが用意されていればそのアドレスデ
ータについて順次ステップＳ７の処理を行なう。

以上の構成によれば、各走査ラインの最初および最後の
有効画像データのアドレスのみを用いて、つまり画像パ
ターンの輪郭線の情報のみを用いて重心位置の演算を行
なうため、第２図あるいは第３図左側のようにゴミや欠
けなどによりデータが一部欠落していたとしても、本来
の重心位置を正確に検出できる． したがって、この重心位置を他の部材の位置制御に利用
する場合でも、検出される重心位置誤差により制御誤差
を生じることがない． さらに、上記構成によれば、画像パターンの輪郭線を検
出する処理を１ラインごとにリアルタイムで実行できる
利点がある。従来の画像パターンの輪郭線検出処理では
、いったん画像データをメモリに格納してから画像パタ
ーンと背景の境界部をトラックする処理が必要であるが
、本実施例では第ｉ図（Ｃ）、（Ｄ）に示したような簡
単なハードウェア構成により輪郭線を高速に検出でき、
これに基づき本来の重心位置の検出が可能となる。

また、上記構成によれば、２値化回路４に設定するしき
い値の範囲を拡大できる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように，本発明によれば、画像読み取
り手段により所定画素からなるｌ走査ラインを単位とし
て走査された画像パターンの重心位置を検出する重心検
出装置において、前記画像読み取り手段の１走査ライン
を単位とする出力信号から、順次ｉ画素の２値化された
画像データを取得する手段と、この画像データ取得手段
から順次ｌ画素づつ出力される画像データに基づき当該
走査ライン中の有効画像パターンに対応した有効画像デ
ータの最初および最後の座標を抽出する抽出手段と、こ
の抽出手段から走査ラインごとに得られる有効画像デー
タの最初および最後の座標から所定形式のデータを求め
累積し、走査終了後この所定形式のデータの累積結果に
基づき走査ラインごとに得られる有効画像データの最初
および最後の座標全体が対応する有効画像パターンの輪
郭線パターンの重心位置の座標を当該画像パターンの重
心位置の座標に相当するとして検出する手段を設けた構
成を探用しているので、走査ラインごとに、そのライン
で得られる有効画像データの最初および最後の座標から
所定データを形成して累積し、走査終了後この累積結果
から有効画像パターンの輪郭線パターンの重心位置の座
標をその有効画像パターンの重心位置の座標として検出
する。この際、有効画像パターンの輪郭線に対応する有
効画像データの最初および最後の座標をラインごとに所
定のデータに変換、累積するため、ラインごとの実時間
による逐次処理が可能であり、リアルタイムかつ高速な
重心検出処理が可能である６また，輪郭線パターンの重
心位置を有効画像パターンの重心として検出する、いい
がえれば、輪郭線内の画像データを無視し、あるいは輪
郭線内が全て有効画像データであるとみなし重心位置を
検出しているので、走査される画像そのものに欠陥があ
ったり、異物などにより走査プロセスで画像データに欠
陥が生じたとしても目的の画像パターンの本来の重心位
置を正確に検出できるなどの優れた効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明を抹用した重心検出装置の構成を
示したブロック図、第ｌ図（Ｂ）（Ｃ）は第ｌ図（Ａ）
のアドレスラッチ回路の構成を示したブロック図、第ｌ
図（Ｄ）は第ｌ図（Ｂ）、（Ｃ）のアドレスラッチ回路
の動作を示した波形図、第２図は重心検出装置で処理さ
れる欠落を含む画像パターンの説明図、第３図は本発明
による画像処理を示した説明図、第４図は重心検出制御
手順を示したフローチャート図である。 ｌ・一画像読み取り装置 ２・・・Ａ／Ｄ変換器 ３−・・アドレス生成回路 ４−・・２値化回路 ５−・一重心パラメータ検出回路 ５ａ、５ｂ・・・アドレスラッチ回路 ５ｃ．５ｄ−Ｆ　Ｉ　ＦＯメモリ ６・・・ＣＰＵ ７・・一画像メモリ １．１５−・−ＪＫフリップフロップ ２、ｌ６−・−デークラッチ ３・・・ＮＡＮＤゲート ７・・・ＯＲゲート ８・・・インバ一一夕 マド゜しスラ，，千〇訳デｎ＃作と示しｆこｌ給池口第
１図（Ｄ） １ｂ｛釦ぐクー〉の誂ｅ目０ 第２図 画像バ７−〉ハ訛ｅｆ４め 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）画像読み取り手段により所定画素からなる１走査ラ
   インを単位として走査された画像パターンの重心位置を
   検出する重心検出装置において、前記画像読み取り手段
   の１走査ラインを単位とする出力信号から、順次１画素
   の２値化された画像データを取得する手段と、 この画像データ取得手段から順次１画素づつ出力される
   画像データに基づき当該走査ライン中の有効画像パター
   ンに対応した有効画像データの最初および最後の座標を
   抽出する抽出手段と、この抽出手段から走査ラインごと
   に得られる有効画像データの最初および最後の座標から
   所定形式のデータを求め累積し、走査終了後この所定形
   式のデータの累積結果に基づき走査ラインごとに得られ
   る有効画像データの最初および最後の座標全体が対応す
   る有効画像パターンの輪郭線パターンの重心位置の座標
   を当該画像パターンの重心位置の座標に相当するとして
   検出する手段を設けたことを特徴とする重心検出装置。