JPH06307833A - 凹凸形状認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 柱状の凹凸物体の形状および位置の認識を高
い信頼度で、かつ安定して行えるようにする。 【構成】 光源７ａ〜７ｃを点灯しない状態で認識対象
１４，１５をテレビカメラ６により撮像して得た画像を
画像メモリ１０に記憶した後、光源７ａ〜７ｃを順次点
灯しながら上記認識対象１４，１５を撮像し、光源７ａ
〜７ｃを点灯して得た画像と画像メモリ１０より読み出
した画像との比較演算を影領域抽出部１１で行うことに
より、各光源７ａ〜７ｃの点灯により生じた影領域を抽
出するとともに、特徴領域抽出部１２で上記抽出した各
影領域のデータの論理和およびその論理和の反転を演算
することにより、認識対象１４，１５の完全な輪郭を含
む図形を得、次いで、形状認識部１３でその図形の幾何
学的特徴を求めるようにすることにより、認識対象１
４，１５の形状認識の信頼性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像入力手段と照明装
置とを用いて物体の形状を認識するための凹凸形状認識
装置に関し、特に、平面あるいは滑らかな曲面上に存在
する柱状の凹凸形状を認識する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種産業における生産工程などにおい
て、物体を自動的に認識して機械を動かし、さまざまな
作業の自動化をはかることが望まれており、いわゆるロ
ボットの眼として、画像から物体を認識する技術が要求
されている。

【０００３】ところで、視覚センサなどによって物体の
形状を認識する場合、画像を２値化して対象を切り出し
た後、その面積や周囲長といった幾何学的特徴による分
析や判断を行ったり、あるいは空間フィルタにより対象
物体のエッジを抽出し、それを部分的特徴として既知の
比較対象と照合するなどの処理が一般的であった。

【０００４】こうした考え方だけにとらわれないものと
して、照明による物体の影を撮像することにより部品の
位置を認識する装置が特開平３−２２５２１０号公報に
提案されている。これは、異なる位置に配置された複数
個の光源からの照明により生ずる影の像を複数取得す
る。そして、それらのうちの２つの像から生成される最
大値画像と他の１つの画像との差画像により、部品表面
の凹凸による濃度むらを排した影の像を得て部品の辺部
を検出し、これを基準パターンと比較することによって
その部品の位置を認識しようというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら行われてきた画像の２値化やエッジ検出によって物体
を認識する方法では、認識対象表面の色や模様や汚れな
どの影響によって、求めるべき対象の領域や輪郭以外の
ものまで検出されてしまう問題があった。また、認識対
象がその周囲と同じような色や明るさをしている場合に
は、これらを分離して検出することができないなど、認
識に必要な形状特徴を正確に抽出することが困難である
という問題があった。

【０００６】上記の特開平３−２２５２１０号公報に記
載の装置は、こうした問題に対処しようとするものであ
るが、以下のような新たな問題が生ずる。すなわち、ま
ず、対象物の認識という点において、位置の認識は基準
パターン（設計パターン）との比較を前提としているた
め、部品の位置ずれなどを検出するには十分であるが、
形状の認識や計測を行うことは困難である。したがっ
て、複数の物体の中から特定の物体を発見したり、物体
の種類を判別するといったことへの適用は難しい。

【０００７】また、部品の辺部の照合は方向の異なる照
明に対応した影の像ごとに断片的に行うため、それぞれ
の影のどの辺部が部品のどの辺部に対応するものである
かを事前に知っておく必要がある。すなわち、対象物は
基準値により設定される一定範囲内に存在することが必
要であり、対象物の位置が基準値から大きくはずれた場
合には、影の辺部と対象物の辺部の対応づけが困難とな
って認識不能となったり、基準値に対応する候補が複数
生ずることによって誤認識をまねくおそれがある。換言
すれば、画像中において対象物の位置が不明である場
合、積極的にそれを探し出すことは不可能である。

【０００８】一方、影の検出においては、２つの画像の
最大値画像と他の１つの画像との差画像により検出する
という手法を用いており、またその差画像から影のみを
取り出す場合にも、以上のようにして得られた差画像の
値の単純な大小あるいは正負の判断だけでは、検出の誤
りを生ずる可能性がある。すなわち、対象物の観察面の
立体形状によっては、鏡面反射による偽の影が誤って検
出されるおそれがある。

【０００９】たとえば、図１２の（ｆ）に示す六角ボル
ト１を認識対象とする場合、異なる３方向の光源７から
の照明により生ずる各々の影の像は、たとえば、図１２
の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す２ａ，２ｂ，２ｃのよ
うになる。ところが、図１２の（ｆ）に示すような六角
ボルト１の頭部の形状と光源７およびテレビカメラ６の
位置関係とにより、図１２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
示す３ａ，３ｂ，３ｃのように、湾曲した楕円状の鏡面
反射部分が極端に明るい部分として、いずれかの画像あ
るいはすべての画像に観測されることがある。

【００１０】このとき、図１２の（ｂ）と（ｃ）に示す
像の最大値画像である図１２の（ｄ）の画像には、その
演算の性質からそれぞれの鏡面反射部分が極端に明るい
部分４ｂ，４ｃとして残される。これにより、この像と
図１２の（ａ）に示す像との差画像である図１２の
（ｅ）の画像においても、鏡面反射部分はかなり明るい
部分として大きな値を呈するため、単に差画像の値の大
小や正負を吟味するだけでは影の像５ｂ，５ｃと誤認さ
れることになり得る。

【００１１】また、総じて、物体の表面の模様や材質と
照明との関係などに起因する画像の明度差が相当大きい
とき、同様の理由から、影の検出に関する信頼性が低く
なるという問題があった。

【００１２】そこで本発明は、柱状の凹凸物体の形状お
よび位置を高い信頼度で、かつ安定して認識することが
可能な凹凸形状認識装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の凹凸形状認識装
置は、画像入力手段と照明装置と画像処理手段とを有す
る凹凸形状認識装置において、上記画像入力手段のまわ
りに相互に位置をずらして配した複数個の光源からなる
照明装置と、上記照明装置の各光源を点灯することなく
認識対象を撮像して得た画像を記憶する画像記憶手段
と、上記照明装置の各光源を順次単独で点灯するととも
に、それらの点灯と同期して上記認識対象を撮像するよ
うに上記画像入力手段および照明装置を制御する入力制
御手段と、上記照明装置の各光源を順次単独で点灯した
状態で撮像して得た画像と、上記画像記憶手段に記憶さ
れている画像との比較演算により、上記照明装置の各光
源からの照明によって生ずる上記認識対象の影領域の画
像を各々抽出する影領域抽出手段と、上記影領域抽出手
段により抽出された各影領域の画像の論理和を演算する
とともに、さらにその論理和を反転させる演算を行うこ
とにより、上記認識対象の各影領域の画像を結合した影
図形と上記認識対象自体の領域を示す図形とを抽出する
特徴領域抽出手段と、上記特徴領域抽出手段により得ら
れた認識対象の影図形、あるいは認識対象自体の図形の
幾何学的特徴、あるいは輪郭特徴の解析を行うことによ
り、上記認識対象の形状を認識する形状認識手段とを設
けたものである。

【００１４】

【作用】本発明の作用を図面を参照して説明する。図１
において、たとえば、六角ボルト１４やボルト穴１５の
認識対象を平面的に観察する位置に配置した画像入力手
段としてのテレビカメラ６、およびそのまわりに配置し
た複数個の光源７ａ，７ｂ，７ｃに関して、これらの光
源７ａ，７ｂ，７ｃをいずれも点灯しない状態、すなわ
ち、自然光あるいは人工の天井光などの背景光のもと
で、あるいはまったくの無照明状態で、上記認識対象を
含む画像をテレビカメラ６により撮像して取得する。そ
して、これにより取得した画像を影領域抽出のための比
較画像として、画像記憶手段を構成する画像メモリ１０
に記憶する。

【００１５】次に、比較画像を取得したときと同じテレ
ビカメラ６の設定状態で、第１の光源７ａを点灯してテ
レビカメラ６による撮像を行うことにより、上記認識対
象を含む画像を取得する。そして、影領域抽出部１１に
おいて、この画像と画像メモリ１０より読み出した比較
画像との比較演算を行うことにより、光源７ａを点灯し
たときの画像と点灯しないときの画像との明るさの変化
の小さい部分、すなわち、光源７ａの点灯により生じる
影領域だけを抽出した２値画像を生成し、特徴領域抽出
部１２へ伝送する。

【００１６】第２の光源７ｂおよび第３の光源７ｃにつ
いても、第１の光源７ａを消灯した後、１つずつ順次点
灯して、第１の光源７ａを点灯して影領域を抽出したの
と同様に、各々影領域を抽出する。そして、特徴領域抽
出部１２において、第１の光源７ａ、第２の光源７ｂお
よび第３の光源７ｃの点灯により生じた各影領域のデー
タの論理和を求めるとともに、さらにその論理和を反転
させることにより、認識対象の完全な輪郭を含む図形を
求める。その後、形状認識部１３において、その図形の
幾何学的な特徴を求めることにより、認識対象の凹凸形
状を認識することが可能となる。

【００１７】また、認識対象の断面の輪郭が、たとえば
円や正多角形のように一定の規則性を有する形状である
場合や、あるいは一定の対象性を有する形状である場合
は、３つの光源７ａ，７ｂ，７ｃのすべてを用いなくて
も、凹凸形状の認識が可能である。すなわち、影領域抽
出部１１において得られる１つの光源の点灯により生ず
る影領域、あるいは特徴領域抽出部１２において得られ
る２つの光源の点灯により生ずる各影領域のデータの論
理和から、認識対象の輪郭の一部を含む図形を求める。
そして、その図形の局所的特徴から全体の図形を演算に
よって求めることにより、認識対象の凹凸形状の認識を
行うことが可能となる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。最初に、本発明を適用し得る凹凸形状の認識対象
について説明する。本発明の凹凸形状認識装置は、平面
あるいは滑らかな曲面上に存在する一様な断面形状を有
する柱状の凹凸状物体であれば、いかなるものにも適用
できるが、本実施例では、凸状物体の代表例として六角
ボルト、凹状物体の代表例としてボルト穴を認識するこ
とを具体例として説明する。この場合、六角ボルトおよ
びボルト穴は、図１の平板上の正六角柱の突起１４およ
び円形の穴１５として示している。

【００１９】認識対象の表面の状態については、色や模
様や材質などにはまったく関係なく適用することができ
る。たとえば、六角ボルトおよびボルト穴の例でいえ
ば、大型動力機械などに用いられるものは、適当な色に
塗装された表面がまだら状にはげたり錆びたりし、さら
に油汚れやほこりや金属光沢などが混在したりするが、
このようなものであってもよい。

【００２０】次に、認識対象を撮像するための撮像ユニ
ットの構成について説明する。図１において、画像入力
手段としてのテレビカメラ６のまわりを取り巻くように
複数の光源７ａ，７ｂ，７ｃを配置して撮像ユニット８
を構成する。この撮像ユニット８を、認識対象である六
角ボルト１４およびボルト穴１５をテレビカメラ６の視
野内にとらえ、かつその断面形状の特徴を平面的にとら
えることのできる位置へ置く。

【００２１】また、テレビカメラ６からの画像入力およ
び複数の光源７ａ，７ｂ，７ｃの点灯の動作に関して、
入力制御部９の制御により、それぞれの光源７ａ，７
ｂ，７ｃを１個ずつ順次点灯したときに同期して画像の
入力が行われるような構成としておく。

【００２２】撮像ユニット８の構成については、１個か
ら３個の光源７ａ，７ｂ，７ｃをテレビカメラ６の周囲
の適切な位置に、適切な投射角度で取り付ける。たとえ
ば、図１において、六角ボルト１４を約１ｍの距離から
観察する場合、テレビカメラ６を中心に約１０〜３０ｃ
ｍの半径の同心円上に、それぞれ１２０°程度の中心角
で３個の光源７ａ，７ｂ，７ｃを取り付ければよい。

【００２３】すなわち、図４の（ａ）において、テレビ
カメラ６の焦点からの仮想的光線１６ａおよび光源７か
らの光線１７ａと、認識対象物である六角ボルト１４の
頭部との接点が、柱状物体の頭部断面の外郭にあるよう
に配置すれば良い。頭部の立体形状は、こうした配置が
可能であればいかなるものでも構わず、図４の（ｂ）に
示すナット１８を始め、さまざまな形状に対応できる。
また、光源７については、平行光を発するものであって
も、点光源であってもよい。さらに、照度についても、
光源７を点灯した場合と点灯しない場合との差異が画像
から検出できれば良く、特に厳密な設定を必要とするも
のではない。

【００２４】次に、認識対象の影領域の抽出および形
状、位置の認識について説明する。図１において、まず
撮像ユニット８の光源７ａ〜７ｃをいずれも点灯しない
状態で、認識対象たる六角ボルト１４およびボルト穴１
５の画像を、テレビカメラ６により撮像して取得する。
そして、この取得した画像を、いずれかの光源７ａ，７
ｂ，７ｃを点灯した状態で取得した画像と比較するため
の無照明画像として画像メモリ１０に記憶しておく。こ
のとき、部屋の中を暗室状態にする必要はなく、自然光
あるいは人工の天井光などの背景照明は存在していても
構わない。

【００２５】認識対象として六角ボルト１４およびボル
ト穴１５を撮像した場合、図５に示すような画像が得ら
れる。なお、図５では表現の都合上線画で示してある
が、実際には得られる画像は濃淡画像であり、図５に示
すような輪郭や稜線を直接的に明確に得ることは難し
い。

【００２６】次に、撮像ユニット８の第１の光源７ａを
点灯した状態で、テレビカメラ６により認識対象たる六
角ボルト１４およびボルト穴１５を撮像して第１の照明
画像を得る。そして、影領域抽出部１１において、この
第１の照明画像と画像メモリ１０に記憶されている無照
明画像とを比較して、明るさの変化がない部分あるいは
小さい部分を検出し、図６の（ａ）の斜線部で示す影の
部分２１ａと２２ａとを２値画像として抽出した第１の
影領域を生成する。

【００２７】影領域抽出部１１は、たとえば、図２に示
すように、定数加算回路２４で無照明画像の各画素に一
定の定数を加えた値βから、照明画像の各画素の値αを
減算回路２５において減じ、これを２値化回路２６によ
り適切な値でしきい値処理して２値化する手段で構成す
る。なお、減算において負の値が生じる部分があった場
合、その値は特に必要な情報を含むものではないので０
にするなどとしてもよい。

【００２８】この演算に関する定数およびしきい値は、
照明の有無による照度の差から適当な値を決定すればよ
い。図５および図６の（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った
部分の画像の濃度を例にとると、図７の（ａ）に示すよ
うに、無照明画像における濃度値２７に対して定数を加
算した値２８から照明画像における濃度値２９を減ず
る。これにより、認識対象の表面に固有の濃淡分布の影
響を受けずに、また鏡面反射部分２３の急激な濃淡変化
や照明むらによるゆるやかな濃淡変化などをすべて排除
するかたちで、図７の（ｂ）に示すような差画像３０が
得られる。次に、これをしきい値３１で２値化すること
によって、影領域３２が得られる。

【００２９】以下、第１の光源７ａを消灯して、第２の
光源７ｂ、第３の光源７ｃを１つずつ順に点灯し、第１
の光源７ａを点灯しての撮像の場合と同様に、第２、第
３の照明画像を取得する。そして、これらを画像メモリ
１０に記憶された無照明画像と各々比較演算することに
より、第２、第３の影領域を抽出する。

【００３０】３個の光源７ａ，７ｂ，７ｃは、先に述べ
たように位相を変えて設置してあるため、それぞれの光
源７ａ，７ｂ，７ｃを点灯したときに生ずる各影領域
は、それぞれ図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の斜線部に
示すようなものになる。これらの影領域に対して、特徴
領域抽出部１２および形状認識部１３において、以下に
示すような処理を行って形状を認識する。

【００３１】まず、第１の認識方法について説明する。
図３に示す特徴領域抽出部１２において、画像メモリ３
７ａ，３７ｂ，３７ｃにそれぞれ格納された上記第１、
第２、第３の３つの影領域のデータの論理和を論理和演
算回路３８によりとると、図８に示すように、ボルト穴
１５による凹部の形状を完全なかたちで抽出した図形３
３が得られる。

【００３２】このようにして得られた図形３３の図形デ
ータを反転演算回路３９により反転すると、図９に示す
ように、六角ボルト１４による凸部の形状を完全なかた
ちで抽出した図形３５が得られる。このような反転演算
により認識対象の図形を求めると、図９に示すように、
認識対象たる六角ボルト１４の図形３５だけでなく、背
景の平板部分３６も抽出されることになる。しかし、こ
れは背景領域として、たとえば画像の外枠にかかる図形
として背景部分除去回路４０により容易に除去できる。

【００３３】このように、３つの異なる影領域のデータ
を用いた演算により、求める形状を完全なかたちで抽出
した図形を得ることができる。このため、形状認識部１
３において、この図形に対して、たとえば、ラベリング
または面積や周囲長などの特徴量の計測を行うことによ
り、従来より行われてきた２値図形の解析手法を適用し
て、対象の形状を認識することができる。

【００３４】形状認識部１３において、たとえば、本実
施例の六角ボルト１４とボルト穴１５の形状を認識する
場合には、特徴領域抽出部１２から出力された図形の面
積と周囲長の計測を行う。そして、計測した面積と周囲
長との比が正六角形および円のそれと合致するような一
定の範囲にあるかどうかを調べればよい。さらに、重心
の計算などにより、図形の位置も容易に認識できる。ま
た、特徴領域抽出部１２における処理の結果、複数の図
形が抽出された場合にも、形状認識部１３においてそれ
ぞれの形状を解析するため、それらの複数の図形から対
象を特定したり、判別したりすることができる。

【００３５】図３に示した特徴領域抽出部１２は、３つ
の光源７ａ，７ｂ，７ｃをすべて用いた場合の最大構成
の例であり、以下に示すようなさまざまな実施形態によ
るときは、必要に応じてそれぞれの構成要素を省略ある
いは直結することによって対応できる。

【００３６】次に、第２の認識方法について説明する。
認識対象の断面形状が、ここに示すように正六角形や円
など、その輪郭形状になんらかの規則性や対称性などを
有する場合には、輪郭線の一部から全体の形状を認識可
能であり、必ずしも３つの光源を用いた影領域の検出は
必要としない。すなわち、１つの影領域、あるいは２つ
の影領域のデータの論理和から得られる図形の輪郭線に
対し、従来から行われてきたエッジ情報に基づく画像の
解析方法を適用することによって、対象全体の形状を認
識できる。

【００３７】たとえば、図１の六角ボルト１４はその断
面形状が正六角形であるため、１辺の長さとその両端に
接する２辺の方向とから、六角ボルト１４の位置と形状
とを一意に定めることができる。図６の（ａ）の六角形
の部分的な影図形２１ａに対して、図１０に示すように
輪郭線の座標点列を求め、これを折れ線近似する。この
折れ線近似図形４１について、連続する４つの頂点にお
いてその間の２つの外角が１２０°となる頂点４２ａ〜
４２ｄを探索し、その中央の２点４２ｂと４２ｃの間の
距離から辺の長さを求める。さらに、これらの２点４２
ｂ、４２ｃに各々接する線分４２ｂ−４２ａと線分４２
ｃ−４２ｄの方向を求めることにより、簡単な幾何学的
演算に基づいて中心位置と位相とを決定する。

【００３８】なお、正六角形の場合は２方向の光源を切
り替えて点灯することにより得られる２つの影領域を抽
出すれば、完全な１辺の長さとその両端に接する２辺の
方向とを求めるのに十分である。その他、たとえば、正
八角形について全体の形状を認識するのには、１方向の
光源で十分である。

【００３９】次に、第３の認識方法について説明する。
凹状の物体において、図１１の（ａ）のように穴４３ａ
が貫通していて、その厚みが小さく、テレビカメラ６の
焦点距離が長いなどの場合、あるいは、図１１の（ｂ）
のように光源７の投射角度と照度に対して、穴４３ｂの
凹形状が狭くて深い場合は、１つの影領域の画像から凹
部分の外郭形状を認識できる。

【００４０】たとえば、図１１の（ａ）において、テレ
ビカメラ６で円形の穴４３ａを上方から観察すると、平
板部の表側と裏側の両方の円形が観測される。このと
き、光源７を同じく穴４３ａの中心軸に近い位置に配置
して投射すると、穴４３ａの側面はほとんど受光しない
状態で画像に映る。このため、無照明画像と１つの照明
画像とを用いて、図１の影領域抽出部１１により影領域
を抽出するとともに、特徴領域抽出部１２によりこの影
領域のデータを反転させることによって、穴４３ａの形
状を完全なかたちで抽出した図形４５ａを求めることが
できる。これにより、３方向からの照明を切り替えて投
射したときと同様の効果をあげることができる。

【００４１】また、図１の撮像ユニット８のように、穴
に対して斜め方向から光が投射されるようにした場合で
も、テレビカメラ６のレンズに焦点距離の長いものを用
い、対象から離れた位置から観察するようにすることに
よって、穴側面を観測しないようにできる。したがっ
て、無照明画像と１つの照明画像だけで穴部分を影領域
として求めることができる。

【００４２】なお、本実施例は、認識対象たる六角ボル
ト１４およびボルト穴１５を平面的に観察できる位置に
撮像ユニット８を配置することを前提としたが、これは
さほど厳密な操作を必要とするものではなく、通常は認
識対象がテレビカメラ６の画面内に収まる位置に置かれ
ているといった程度で良い。実際、こうした技術を利用
する産業現場においては、作業対象物がコンベア上を流
れてきたり、オートローダなどで配置されたりするとい
うケースが多く、この点については実用上支障のないも
のである。

【００４３】また、撮像ユニット８を、作業空間内を移
動する機構と組み合わせることにより、広範囲に存在す
る複数の作業対象物を順次捜し出して、その形状を認識
することも可能である。さらに、本実施例で具体例とし
た六角ボルト１４およびボルト穴１５の形状および位置
の認識の結果に応じて、マニピュレータの手先位置の指
令値とボルトサイズに適したツールの選択情報とを出力
する。これにより、ボルトの着脱を自動で行う自動分解
組み立て装置を構成するなど、各種ロボットと組み合わ
せることにより、産業上さまざまなかたちで適用するこ
とが可能である。

【００４４】なお、本実施例では、認識対象として六角
ボルト１４およびボルト穴１５を例にとって説明した
が、実際には平面あるいは滑らかな曲面上に存在するさ
まざまな凹凸形状に適用可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、認識対象
に光を照射しないで撮像して得た無照明画像と、上記認
識対象に所定の方向から光を照射しながら撮像して得た
照明画像との比較による影領域抽出部や、複数の影領域
の結合やその結合図形のデータの反転などによる特徴領
域抽出部を設けたので、認識対象の表面の色や模様や材
質、および鏡面反射や照明むらなどの影響を受けずに、
認識対象の完全な輪郭を抽出することができる。したが
って、平面あるいは曲面上に存在する柱状の凹凸物体の
形状や位置の認識を高い信頼度で安定して行うことがで
き、複数の物体が含まれる対象についても、物体の種類
を判別したり、特定の物体を見つけたりすることが可能
となる。また、画像入力部、照明装置および画像処理部
以外の構成を必要とせず、しかも、特定の種類の照明を
用いたり、照度を高精度に制御したりする面倒がなく、
特に、光学的に厳密な設定なども不要なので、本発明の
凹凸形状認識装置は容易に実現できる利点を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、凹凸形状認識装置全
体の概略構成を示すブロック図である。

【図２】影領域抽出部の構成例を示すブロック図であ
る。

【図３】特徴領域抽出部の構成例を示すブロック図であ
る。

【図４】認識対象と光源の位置関係を示す説明図であ
る。

【図５】撮像ユニットの光源を点灯しない状態で、図１
に例示した認識対象を撮像したときに得られる画像（比
較画像）を示す図である。

【図６】撮像ユニットの光源を点灯した状態で、図１に
例示した認識対象を撮像したときに得られる影領域を示
す図で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第１、第
２、第３の光源を点灯したときに得られる影領域を示す
図である。

【図７】影領域抽出部における処理の様子を示す説明図
で、（ａ）は比較画像と照明画像の濃度断面を示し、
（ｂ）はそれらの差分に基づいて抽出される影領域を示
す図である。

【図８】３つの影領域のデータの論理和の図形を示す図
である。

【図９】３つの影領域のデータの論理和の反転図形を示
す図である。

【図１０】六角ボルトの部分的な影図形の特徴に基づく
正六角形の認識を示す説明図である。

【図１１】１つの照明で認識可能な凹部の例を示す図で
ある。

【図１２】従来の方法における一問題点を示す図で、
（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ異なる方向から照射したと
きの画像を示し、（ｄ）は（ｂ）と（ｃ）の最大値画
像、（ｅ）は（ｄ）と（ａ）の差画像、（ｆ）は撮像の
状態を示す図である。

【符号の説明】

６ テレビカメラ ７ 光源 ７ａ 第１の光源 ７ｂ 第２の光源 ７ｃ 第３の光源 ８ 撮像ユニット ９ 入力制御部 １０ 画像メモリ １１ 影領域抽出部 １２ 特徴領域抽出部 １３ 形状認識部 １４ 六角ボルト １５ ボルト穴 １６ａ、１６ｂ カメラの仮想的光線 １７ａ、１７ｂ 照明の光線 １８ ナット １９ 六角ボルトの像 ２０ ボルト穴の像 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 六角ボルトの影領域 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ ボルト穴の影領域 ２３ 鏡面反射部分 ２４ 定数加算回路 ２５ 減算回路 ２６ ２値化回路 ２７ 無照明画像 ２８ 定数加算画像 ２９ 照明画像 ３０ 差分画像 ３１ しきい値 ３２ 影領域 ３３ ボルト穴図形 ３４ 六角ボルトの影図形 ３５ 六角ボルト図形 ３６ 背景の図形 ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ 画像メモリ ３８ 論理和演算回路 ３９ 反転演算回路 ４０ 背景部分除去回路 ４１ 影図形の折れ線近似図形 ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 折れ線近似図形にお
ける正六角形の特徴点 ４３ａ、４３ｂ 認識対象の穴 ４４ａ、４４ｂ テレビカメラの視野 ４５ａ、４５ｂ 穴の画像

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像入力手段と照明装置と画像処理手段
   とを有する凹凸形状認識装置において、 上記画像入力手段のまわりに相互に位置をずらして配し
   た複数個の光源からなる照明装置と、 上記照明装置の各光源を点灯することなく認識対象を撮
   像して得た画像を記憶する画像記憶手段と、 上記照明装置の各光源を順次単独で点灯するとともに、
   それらの点灯と同期して上記認識対象を撮像するように
   上記画像入力手段および照明装置を制御する入力制御手
   段と、 上記照明装置の各光源を順次単独で点灯した状態で撮像
   して得た画像と、上記画像記憶手段に記憶されている画
   像との比較演算により、上記照明装置の各光源からの照
   明によって生ずる上記認識対象の影領域の画像を各々抽
   出する影領域抽出手段と、 上記影領域抽出手段により抽出された各影領域の画像の
   論理和を演算するとともに、さらにその論理和を反転さ
   せる演算を行うことにより、上記認識対象の各影領域の
   画像を結合した影図形と上記認識対象自体の領域を示す
   図形とを抽出する特徴領域抽出手段と、 上記特徴領域抽出手段により得られた認識対象の影図
   形、あるいは認識対象自体の図形の幾何学的特徴、ある
   いは輪郭特徴の解析を行うことにより、上記認識対象の
   形状を認識する形状認識手段とを設けたことを特徴とす
   る凹凸形状認識装置。