JPH056713B2 - - Google Patents

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値化方式に関する。

〔従来の技術〕

第５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６図はその動作を説明する
ためのタイミングチヤートである。なお、第５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
えば発光素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５，６図を参
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３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によつて検知され
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６図ロの如く示される。いま、テ
レビカメラ３がシヤツタ内蔵形のものであり、こ
のシヤツタがテレビカメラ３の垂直帰線消去期間
（垂直ブランキング期間）V_BLKと同期をとつて駆
動されるものとすると、この場合シヤツタは第６
図ハの如く１回だけ“開”状態となる。なお、垂
直ブランキング期間は第６図イの如く示される。
こうしてシヤツタが開くと、テレビカメラ３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、シヤツタ開直後
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６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６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はこのメモリ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にて予め設定された設定値
と比較、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６図にホとして示されている。なお、
第５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
めに設けられる。

以上はシヤツタ付きテレビカメラの場合である
が、シヤツタを持たないテレビカメラを用いると
きは、シヤツタのかわりにストロボを用意し、こ
のストロボをシヤツタ“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。

このようにシヤツタ、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、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、予め設定された固定レベルで行な
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５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つて変動したりする
と、当然のことなが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、対象物は正常品であるにもかゝわらず、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つの画像情報がある場合に、例えばそ
のビデオ信号を所定ビツト数のデイジタル量に変
換してその濃淡情報を画素単位でメモリに記憶さ
せ、これを再読出して所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。

したがつて、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
種類等によつて誤判定することのない、安定かつ
高精度な２値化方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〕

移動する対象物を撮像する２次元撮像手段を含
み該対象物の静止画像を取り出す画像取出手段
と、対象物の撮像視野内基準位置に対する位置ま
たは回転ずれ量を検出し該ずれ量にもとづいて位
置の正規化を行なう位置補正手段と、正規化され
た対象物画像の所定位置に少なくとも１つの所定
形状ウインドウを発生させるウインドウ発生手段
と、少なくともこのウイ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これに応じて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〕

上記画像取出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つの静止画像を取り出
し、時間的に前の画像について上記位置補正手段
により対象物画像の位置補正をして上記ウインド
ウ発生手段によりその所定位置にウインドウを発
生させ、上記２値化レベル決定手段によりウイン
ドウ領域内画像の濃淡レベルから最適２値化レベ
ルを決定し、この決定された２値化レベルをもつ
て時間的に後の画像を２値化することになり、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はローパスフイルタ
（LPF）、１２はピークホールド回路（PH回路）、
１３はアナログ／デイジタル（Ａ／Ｄ）変換回
路、１４は演算回路、１５は比較レベル選択回
路、１６はデイジタル／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、２１はウイ
ンドウ発生回路、２２は走査点座標発生回路、２
３はウインドウ設定値記憶回路、２４はPHリセ
ツト回路、２５はリセツトタイミング回路、２６
は有効画面制御回路、２７は座標補正回路、２８
は固定２値化回路、２９は位置ずれ検出回路であ
り、その他は第５図と同様である。

したがつて、対象物１は第５図の場合と同様
に、ベルトコンベア２によつてテレビカメラ３の
視野内に来るように搬送される。こゝで用いられ
るテレビカメラ３として例えばシヤツタ付きのも
のを想定し、このシヤツタをテレビカメラ３の垂
直ブランキング期間（V_BLK）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ように
し、テレビカメラ３は通常と同様なラスタ走査を
行なうものとすると、例えば直流点弧によるタン
グステンランプよりなる照明装置４から適切な照
度が与えられているので、カメラ視野内に対象物
が存在すれば、シヤツタ付テレビカメラ３からは
垂直走査毎（すなわち、毎Ｖごと）に対象物画像
が取り出されることになる。勿論、対象物が搬送
されて来なければコンベア上の画像情報は実質的
に無意情報とされる。なお、シヤツタ付テレビカ
メラのかわりにストロボを用い、その点弧を上記
V_BLK信号と同期させて行なうことにより、上記
と全く同様にして静止化画像を得ることができる
のは云う迄もない。

このようにして得られるテレビカメラ３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、こゝ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
フイルタ１１に入力される。LPF１１はテレビ
カメラ３の画像信号からノイズや１〜数画素程度
の小さな画像信号（周波数が高い）をカツトし、
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、ハレーシヨ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
LPF１１の出力はピークホールド回路（PH回
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
の動作タイミングがホールド用ウインドウ発生回
路２１からの出力によつて制御される。つまり、
ウインドウ領域内だけPH回路１２が動作し、そ
のホールド値はPHリセツト回路２４およびPH
リセツトタイミング回路２５により、所定のタイ
ミングで消去される。ウインドウ発生回路２１
は、予め設定した画面内の所定位置に所定大きさ
の２次元領域をウインドウとして発生するもの
で、各走査線毎にウインドウ信号を発生すること
によりウインドウ領域を形成する。ところで、こ
のウインドウは、対象物画像の位置がカメラ視野
内でずれた場合にも対象物との相対的位置が変化
しないようにすることが必要である。

第２図は対象物の位置ずれ補正方法を説明する
ための参照図である。

第１図の走査点座標発生回路２２は、テレビカ
メラ３の現走査点のｘ座標およびＹ座標を発生す
るもので、水平走査線の数を計数することによつ
て現走査時点のｙ座標を知る一方、高周波（例え
ば、6MHz）の基準クロツクを計数することによ
つて現水平走査線上におけるｘ座標を知り、これ
により走査時点のｙ，ｘ座標信号を各走査毎に出
力する。一方、位置ずれ検出回路２９は、テレビ
カメラ３を介して取り出される画像から、対象物
（画像）１の先端ｙ座標y_iおよび左端ｘ座標x_iを
テレビのラスタ走査と同期してリアルタイムで抽
出するとゝもに、これを標準対象物画像について
上記と同様の手段により予め求めておいた標準の
ｙ，ｘ座標y_S，x_Sと比較し、その位置ずれ量Δy，
Δxを次式の如く求める。

Δy＝y_S−y_i Δx＝x_S−x_i このために、まず標準対象物を用いてウインド
ウと対象物画像との相対的位置関係、および対象
物１のカメラ視野画面Ｆ上の位置を予め調べてお
く。つまり、第２図イに示されるようなウインド
ウの基準点座標P_WS（x_d，y_d）と、対象物１の基準
点座標P_S（x_S，y_S）とを予め求めて記憶しておく。
次いで、検査対象物について第２図ロの如き対象
物の基準点座標P_i（x_i，y_i）を求め、このP_S（x_s，
y_s）とP_i（x_i，y_i）との差分から、ｘ軸方向のずれ
量Δxおよびｙ軸方向のずれ量Δyを求めるもので
ある。そして、このずれ量を基準点座標P_WSにつ
いて補正することにより、画面Ｆ上における対象
物位置がどのように変化しても、常に対象物の所
定位置にウインドウを発生させるようにする。な
お、対象物１の画面Ｆ上の位置（x_s，x_i，y_s，y_i）
は、例えばテレビカメラ３からの撮像信号を固定
２値化回路２８により固定の２値化しきい値レベ
ルで２値化し、この２値化画像のｘ，ｙ軸への各
投影積分値によつて求めることができる。

以上のことは、第１図では次のように行なわれ
る。

まず、標準対象物を用いて設定したウインドウ
の発生座標を設定回路２３に予め記憶させてお
く。走査点座標発生回路２２は現走査時点のｘ，
ｙ座標信号を出力し、位置ずれ検出回路２９は上
述の如き位置ずれ量Δx，Δyを出力するので、座
標補正回路２７は走査点座標発生回路２２および
位置ずれ検出回路２９からの各出力を加算または
減算することにより、ずれ補正がなされた正規化
座標データを出力する。ウインドウ発生回路２１
は、座標補正回路２７からの出力データと設定値
記憶回路２３からのデータとの一致をとつてウイ
ンドウ情報を発生する。そして、このウインドウ
が開いたときだけピークホールド回路（PH回
路）１２が有効に動作し、その間のローパスフイ
ルタ（LPF）回路１１の出力をホールドする。
すなわち、対象物が撮像視野内でどのように動い
ても、常に対象物の予め決められた位置の濃淡情
報を得ることができる。

こゝで、ウインドウ発生およびピークホールド
機能について具体的に説明する。第３図は対象物
の移動による画面上の相対的位置関係を示す参照
図、第４図は第１図における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ヤートであ
る。

シヤツタは垂直ブランキング期間V_BLK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V_BLKの開始時刻としてt_i-2，t_i-1，t_i
を考えると、各時刻における対象物の画面上の位
置関係は例えば第３図イ，ロおよびハの如く示さ
れる。こゝで、１は対象物、Ｗはウインドウ、Ｆ
はテレビカメラの視野（画面）、V_i-2，V_i-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t_i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V_BLK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。一方、テレビカメラ
３からの画像信号は増幅器７およびLPF１１を
介してPH回路１２に与えられるが、このときウ
インドウ発生回路２１がそのウインドウ信号を有
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、PH回路１２は、テレビカメラ３から
の低周波信号ピーク値をリセツト信号が与えられ
る迄ホールドする。PH回路用リセツト信号は同
図ニの如く、有効画面信号が形成されたV_BLK信
号以外のV_BLK信号毎に出力されて、PH回路１２
のリセツトを行なう。したがつて、第３図または
第４図の如き場合には、時刻t_i-2ではウインドウ
の設定が充分でないため、PH回路１２の出力は
同図ヘのPH′の如くなるのに対し、時刻t_i-1では
ウイ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ではLPF回路１
１の出力のうちウインドウ領域内に相当する出力
のピーク値を同図ヘの如くV_Hとしてホールドす
ることになる。なお、この値V_Hはt_i+1時点で出力
されるリセツト信号によつてリセツトされる。ま
た、t_i+1時刻にも対象物画像があるときは、その
ピーク値が同図ヘのPH″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（こゝ
ではt_i-1）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（こゝではt_i）の画像情報を、決定さ
れた２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、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L_Sとこれに対応する
PH回路１２のピークホールド値V_HSとを求め、
これらを演算回路１４内に基準として記憶してお
く。なお、前述の如き対象物とウインドウとの相
対的位置の検出もこの時点で行なわれる。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_i-1のウインドウ領域内
の濃淡情報であるピークホールド値V_HXを求め
る。こうすれば、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L_Xを、 L_X＝V_HX／V_HS×L_S として差しつかえないので、演算回路１４にて上
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V_HXそのものについても、これが例え
0.5V_HS〜1.5V_HS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であり、
V_HXが上記の範囲内（Ｙ）ならば、比較レベル選
択回路１５によつて演算回路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、V_HXが上記の範囲外（Ｎ）ならば、選択回路
１５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L_Sを標準値として出力する。つまり、この
ようにするのは、V_HX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V_HS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、ｉ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値化レベルによつて２値化される
ことになる。このとき、制御回路２６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２７では２値化回路出
力のうち検査、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値画像情報によつて所定の画像
処理を実行し、対象物の検査、判別を行なう。

以上では、位置補正としてｘ，y2軸の平行ず
れ補正について説明したが、回転（姿勢）ずれの
場合も、回転量検出回路と回転による座標変換回
路とを設けることにより、上記と同様に行なうこ
とができる。また、以上では２値化回路を１チヤ
ネルとし、これに１つのウイ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
路を複数チヤネルとし、これに対応して複数のウ
インドウを設け、各々の対応をとつて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インドウを設定
することもできる。さらに、ウインドウ内の画像
信号について、その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。また、ウイ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
が個々に異なる場合にも、これに応じた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
定が可能となる利点がもたらされる。なお、この
点は照明装置の照度変化に対しても同様である。
また、対象物の位置や姿勢が変化しても、そのず
れ量を検出して正規化を行ない、これにもとづい
て２値化レベルを決定するようにしたので、精度
の高い２値化レベルを得ることができる。さら
に、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。しかも、ハードウエアとして
高速のＡ／Ｄ変換回路、記憶回路および膨大な処
理回路を必要としないので、この種の装置を簡単
かつ安価にすることが可能である。また、この発
明は判定の対象となる画像情報の直前の画像情報
を利用して２値化レベルを決定するもので、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、したがつて従来と同等の高速性が保証される
ものである。また、２値化しきい値の決定に当た
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
図は対象物の位置ずれ補正方法を説明するための
参照図、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図は第１図にお
ける主としてピークホールド動作を説明するため
のタイムチヤート、第５図は対象物の検査・判別
装置の従来例を示す構成図、第６図は第５図の動
作を説明するためのタイムチヤートである。 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
イミング制御回路、１１……ローパスフイルタ
（LPF）、１２……ピークホールド回路（PH回
路）、１３……Ａ／Ｄ変換回路、１４……演算回
路、１５……比較レベル選択回路、１６……Ｄ／
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……ウインドウ発生回路、２２……走査
点座標発生回路、２３……ウインドウ設定値記憶
回路、２４……PHリセツト回路、２５……リセ
ツトタイミング回路、２６……有効画面制御回
路、２７……座標補正回路、２８……固定２値化
回路、２９……位置ずれ検出回路、９１……メモ
リ、９３……演算処理装置、９４……位置検出・
補正回路、９５……設定回路、Ｆ……テレビカメ
ラ視野、Ｗ……ウインドウ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動する対象物を撮像する２次元撮像手段を
   含み該対象物の静止画像を取り出す画像取出手段
   と、該対象物の撮像視野内基準位置に対する位置
   または回転ずれ量を検出し該ずれ量にもとづいて
   位置の正規化を行なう位置補正手段と、該正規化
   された対象物画像の所定位置に少なくとも１つの
   所定形状ウインドを発生させるウインドウ発生手
   段と、少なくとも該ウイ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
   基準に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位置
   補正手段により対象物画像の位置補正をして前記
   ウインドウ発生手段によりその所定位置にウイン
   ドウを発生させ、前記２値化レベル決定手段によ
   りウインドウ領域内画像の濃淡レベルから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
   スフイ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。