JPH07181011A - 視覚センサによる穴の認識方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視覚センサを用いて穴を正確に認識するこ
と。 【構成】 ワークテーブル１上に載置されたワーク２に
は３’を輪郭とする穴３が形成されており、これをＣＣ
Ｄカメラ４で上方から撮像する際に、ワーク２を異なる
方向から照明する照明光源５Ａ，５Ｂを順次単独点灯さ
せて、計２回の画像取り込みを行なう。各照明条件下で
得た画像信号強度の規格化処理を行なった上で、各画素
について２画像から大きくない方の画像信号値を選択
し、それら選択された信号に基づいて陰影部を集合・強
調した画像を形成する。一般には、互いに異なる部位に
陰影を形成する複数の照明ジオメトリ条件下で順次対象
とする穴の撮像を行なって、各照明ジオメトリ条件下に
おける画像信号を獲得し、各条件下で獲得された画像信
号から各画素毎に最小の明るさを表すものを選択し、そ
れら選択された画像信号に基づいて穴を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、視覚センサを用いて
穴（凹部あるいは貫通孔の意、以下同様）を認識する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工場における作業の自動化等の目
的で、ＣＣＤカメラ等のカメラ手段を備えた視覚センサ
が広く用いられている。このような視覚センサの使用態
様の１つとして、穴の位置、大きさ、形などを検出する
使用法がある。例えば、嵌め合い作業の自動化にロボッ
トを利用する場合には、視覚センサによって穴の位置を
検出し、その結果に基づいてロボット位置を補正するこ
とが行なわれる。このように、穴に関する正確な情報を
必要とする場合には、当然、穴の輪郭を明瞭に認識しな
ければならない。ところが、従来は、視覚センサによる
穴の認識を行なう為の特別の手法は確立されておらず、
通常の照明条件の下でカメラによる通常の撮像を行い、
得られた画像情報を解析して穴の輪郭を認識するという
やり方が採用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のや
り方では、穴を通してその下に見える物体が穴の輪郭の
正確な認識を妨げたり、穴の側面が照明によって光るこ
とによって穴の輪郭を認識することが困難になるという
問題があった。

【０００４】本願発明は、このような問題点を克服し、
穴を通してその下に見える物体の影響や穴の側面の高輝
度化による認識不全を起こさない視覚センサによる穴の
認識方法を提供することにある。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本願発明は、「視覚セ
ンサのカメラ手段を用い、互いに異なる部位に陰影を形
成する複数の照明ジオメトリ条件下で順次対象とする穴
の撮像を行い、前記各照明ジオメトリ条件下における画
像信号を獲得する段階と、前記蓄積された画像信号から
各画素毎に最小の明るさを表すものを選択し、それら選
択された画像信号に基づいて前記互いに異なる部位に形
成された陰影を集合・強調した画像を構成する段階を含
むことを特徴とする視覚センサによる穴の認識方法」に
よって上記技術課題を解決したものである。

【０００６】

【作用】本願発明の原理について、ワークテーブル上に
載置された穴あきワークの穴のをＣＣＤカメラを含む視
覚センサによって認識する場合を例にとり、図１及び図
２を参照して説明する。図１において、１はワークテー
ブルで、その上に穴あきワーク２が載置されており、ワ
ーク２の中央部に形成された穴３をＣＣＤカメラ４で撮
像する。４’はその視野を表している。５Ａ及び５Ｂは
ワーク２を異なる方向から照明する照明光源である。穴
３は、ここでは３’を輪郭とする円形の凹部として描か
れているが、輪郭が多角形、ワーク２を貫通するもので
あっても構わない。また、穴の底あるいは穴を通して別
の物体が見えても良い。

【０００７】このような配置の下で、各照明光源を単独
で点灯してカメラ４による撮像を行った場合に得られる
画像は、図２（１），（２）に示したようなものとな
る。即ち、照明光源５Ａのみを点灯した場合には、図上
で穴の右側のほぼ半周に亙って穴の輪郭線３’Ｃが映
り、左側のほぼ半周に亙ってはコントラストが明瞭で幅
のある陰影部３Ａ’が映った画像が得られる一方、照明
光源５Ｂのみを点灯した場合には、穴の左側のほぼ半周
に亙って穴の輪郭線３’Ｃが映り、右側のほぼ半周に亙
ってコントラストが明瞭で幅のある陰影部３Ｂ’が映っ
た画像を得ることが出来る。そして、各陰影部３Ａ’，
３Ｂ’の外縁は穴の輪郭３’に対応しているという特徴
がある。

【０００８】図２（１），（２）のいずれの画像におい
ても、穴の映像が幅のある陰影線と細く明暗コントラス
トも弱い輪郭線から構成されているので、これらの画像
をそのまま解析したのでは視覚センサに正確に穴３を認
識させることが難かしい。特に、穴の底あるいは穴を通
して別の物体が見える場合には、穴を誤認する可能性が
高くなる。

【０００９】そこで、本願発明は、上記の例のように認
識対象の穴に対して異なる方向から光があたるように照
明条件を変えれば異なる部位に幅のある明瞭な陰影が形
成され、しかも、この陰影の外縁は穴の輪郭に一致して
いることに着目し、各照明条件下で得られる画像から陰
影部を抽出して重ね合わせることに相当する処理を行う
ことによって陰影部を集合させた画像を獲得し、該画像
に基づいて穴を認識するようにしたものである。

【００１０】上記の例で言えば、図２（１），（２）の
画像から、穴３の輪郭３’に対応した外縁を有する図２
（３）の画像３Ｄ’が得られ、この画像３Ｄ’を解析す
ることによって穴３が容易に認識されることになる。図
２（１），（２）の画像から図２（３）の画像３Ｄ’を
得る為には、画素単位で図２（１）と図２（２）の内の
暗い方を選択し、選択された画素の集合からなる画像を
構成すれば良い。

【００１１】なお、照明ジオメトリ条件を変えたことに
より撮像画像間の明るさレベルに全体的な変動が生じる
恐れがある場合には、必要に応じて画像間の規格化処理
を行なえば良い。図２（１）〜（３）において破線で示
した領域Ｓは、この規格化処理の為の基準領域である
（基準領域Ｓを利用した規格化処理の例については実施
例を参照。）。

【００１２】このような規格化を含む陰影部集合強調処
理は、通常の視覚センサシステムが有している画像処理
機能を利用した簡単なソフトウェア処理によって実行で
きる簡便なものであるから、特に高価で複雑な装置を新
しく準備する必要もない。

【００１３】

【実施例】図３は、本願発明の方法を実施する際に使用
される視覚センサシステムの一例を示した要部ブロック
図である。これを説明すると、１０は画像処理装置であ
り、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという。）１１を
有し、該ＣＰＵ１１には、図１におけるカメラ４に接続
されたカメラインターフェイス１２、該カメラインター
フェイス１２を介して取り込まれた画像信号を記憶する
フレームメモリ１３、画像処理プロセッサ１４、ＣＰＵ
１１を介して画像処理システム各部の動作を制御する為
のプログラムを格納したプログラムメモリ１５、画像処
理前あるいは画像処理後の画像を表示するモニタ３０
（例えばモニタＣＲＴ）に接続されたモニタインターフ
ェイス１６、各種設定値等のデータが格納され、また、
ＣＰＵ１１による演算実行時のデータ一時記憶手段とし
ても使用されるデータメモリ１７及び図１に示した照明
光源装置５Ａ，５ＢのＯＮ／ＯＦＦの切換を行なう照明
光源切換装置２０及びプロセスコントローラ等の外部信
号源に接続された汎用信号インターフェイス１８が、各
々バス１９を介して接続されている。

【００１４】以上の述べた構成は、従来の視覚センサシ
ステムに照明光源切換装置２０を加えたものに相当して
いるが、本実施例では更に、下記に述べる画像処理を実
行する画像処理プログラム及び関連設定値がプログラム
メモリ１５及びデータメモリ１７に格納されている。

【００１５】以下、図４のフローチャートを参照図に加
えて本実施例における画像処理について説明する。図４
のフローチャートは、図１乃至図２に示した事例につい
て本願発明を適用する為に、画像処理装置１０のＣＰＵ
１１によって実行される陰影部を集合させて強調する画
像処理の内容の概略を記したものである。なお、本実施
例で使用するカメラの画素数は、５１２×５１２とし、
図２（１），（２）の各々におけるｉ行ｊ列の画像信号
強度をＺ（１）ij，Ｚ（２）ij（ｉ，ｊ＝１，２，・・
５１２）で表わすこととする。また、基準領域Ｓにおけ
る画像信号平均出力を等しくするような規格化を行なっ
た上で画素毎に最小信号値を選択して最終画像を構成す
る手法を採用するものとする。

【００１６】図４のフローチャートに記した一連の処理
は、プロセスコントローラ等の外部信号源から処理開始
指令が画像処理装置１０のＣＰＵに伝達された時点から
開始される。

【００１７】処理が開始されると、先ず、汎用信号イン
ターフェイス１８を介して照明光源切換装置２０に指令
を送り、照明光源５Ａを単独で点灯し（ステップＳ
１）、光源の光力が安定したタイミングでカメラインタ
ーフェイス１２を介してワーク２の撮像を行い、画像
（１）をフレームメモリ１３（＃１）に取り込む（ステ
ップＳ２）。

【００１８】次いで同様に、照明光源５Ｂの単独点灯
（ステップＳ３）、画像（２）のフレームメモリ１３
（＃２）への取り込み（ステップＳ４）順次同様に実行
する。

【００１９】２種の画像（１），（２）が獲得されたな
らば、両画像における基準領域Ｓについての平均画像信
号強度の平均値Ｚav（Ｓ）1 及びＺav（Ｓ）2 を計算す
る（ステップＳ５）。そして、補正係数γ12をγ12＝Ｚ
av（Ｓ）1 ／Ｚav（Ｓ）2 によって計算する（ステップ
Ｓ６）。なお、画像信号の特性によって、γ12を補正係
数ではなくシフト補正量Ｚav（Ｓ）1 −Ｚav（Ｓ）2 と
して規格化を行なうことが適当な場合もある。

【００２０】次いで、画素位置指標ｉ及びｊを１にリセ
ットし（ステップＳ７）、ステップＳ８へ進む。ステッ
プＳ８では、ｉ行ｊ列の画素について規格化された映像
信号Ｚ（１）ij，γ12Ｚ（２）ijの最小値Ｍｉｎ．Ｚij
を決定する。補正係数でなく補正シフト量とした場合に
は、Ｚ（１）ijとＺ（２）ij＋γ12を比較して大きくな
い方の値を定める。決定されたＭｉｎ．Ｚijの値はフレ
ームメモリ１３（＃３）の画素（ｉ，ｊ）対応アドレス
に書き込まれる。

【００２１】以上で１個分の画素についての処理が終了
するから、以後は各画素について全く同様の処理を繰り
返せば良い。即ち、ステップＳ９で列指標ｊに１を加算
し、ｊが５１２を越えていないことを確認した上でステ
ップＳ８へ戻るプロセスを５１１回繰り返すとステップ
Ｓ１０でイエスの判断が出され、ステップＳ１１へ進
む。ステップＳ１１では行指標ｉに１を加算し、ｉ＝５
１３でないことを確認した上で（ステップＳ１２）、列
指標ｊのみを１にリセットし（ステップＳ１３）、再度
ステップＳ８へ戻る。以下、同様のプロセスの繰り返し
によって５１２×５１２個の画素のすべてについて最小
値Ｍｉｎ．Ｚijがフレームメモリ１３（＃３）の画素
（ｉ，ｊ）対応アドレスに書き込まれると、ステップＳ
９→ステップＳ１０（イエス）→ステップＳ１１→ステ
ップＳ１２（イエス）を経て陰影部を集合させて強調す
る画像処理が終了する。

【００２２】フレームメモリ１３（＃３）に書き込まれ
た画像信号から得られる画像は、各照明条件下の陰影部
分を集合して強調したものであり、また、規格化によっ
て明るさのむらが抑制された画像となっている。このよ
うな画像が一旦獲得されたならば、例えば、エッジ強調
処理によって図５（１）に示されたような穴３の輪郭
３’に対応した線像３Ｃ’と陰影部内縁像３Ｃ”からな
る像を得て、更に、内側の線像３Ｃ”を除去する画像処
理を施すことによって、図５（２）に示されたように穴
３の輪郭３’に対応した線像３Ｃ’のみからなる像を得
ることは、周知のソフトウェア処理を利用して簡単に実
行することが出来る。そして、この線像３Ｃ’からは、
例えば３点Ｐ1 〜Ｐ3 の画素面上の座標値に基づいて円
形の穴３の中心位置Ｏや半径Ｒを求めることが出来るこ
とは言うまでもない。

【００２３】なお、上記の各画像処理が的確に実行され
ていることを随意視認できるように、モニタ３０の画面
にフレームメモリ１３（＃３）に格納された画像信号に
基づく画像を周期的に表示する処理を加えることも可能
である。

【００２４】以上、上記実施例は円形穴に対して２個の
照明装置を切り換える条件で説明を行なったが、穴の形
が四辺形、楕円等どのような形であっても、適宜、使用
する照明装置の数、切換回数等を選択することによっ
て、穴の認識を行なうことが出来る。例えば、３角穴に
対して６個の照明装置を３方向から２個づつ点灯し、３
種類の照明ジオメトリ条件の下で３種類の画像を獲得
し、上記説明したと同様の画像処理を行なうことが可能
である。

【００２５】

【発明の効果】本願発明によれば、視覚センサを利用し
た簡単なプロセスによって、穴を正確に認識することが
出来る。

【００２６】従って、嵌め合い作業の自動化等のアプリ
ケーションにおいて、穴の位置、大きさ、種類等の誤認
による誤動作を心配することなく視覚センサを利用した
システムを採用し、精度の高い作業を行わせることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の原理について、ワークテーブル上に
載置された穴あきワークの穴のをＣＣＤカメラを含む視
覚センサによって認識する場合を例にとって説明する図
である。

【図２】図１に示した配置の下で、各照明光源を単独で
点灯してカメラ４による撮像を行った場合に得られる画
像（１），（２）と、これら画像の陰影部を集合・強調
させた画像（３）を例示した図である。

【図３】本願発明の方法を実施する際に使用される視覚
センサシステムの一例を示した要部ブロック図である。

【図４】図１及び図２に示した事例について本願発明を
適用する為に、図３に示した画像処理装置のＣＰＵによ
って実行される処理の内容の概略を記したフローチャー
トである。

【図５】図４に記した処理によって得られた画像に更に
必要な処理を加えて、穴の輪郭画像を得ることを説明す
る図であり、（１）はエッジ強調処理、（２）は更に内
側の線像を除去する処理を施すことによって得られる画
像を表わしている。

【符号の説明】

１ ワークテーブル ２ ワーク ３ 穴 ３’ 穴の輪郭 ４ ＣＣＤカメラ ４ ＣＣＤカメラの視野 ５Ａ，５Ｂ 照明装置 １０ 画像処理装置 １１ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） １２ カメラインターフェイス １３ フレームメモリ １４ 画像処理プロセッサ １５ プログラムメモリ １６ モニタインターフェイス １７ データメモリ １８ 汎用信号インターフェイス １９ バス ２０ 照明光源切換装置 ３０ モニタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視覚センサのカメラ手段を用い、互いに
   異なる部位に陰影を形成する複数の照明ジオメトリ条件
   下で順次対象とする穴の撮像を行い、前記各照明ジオメ
   トリ条件下における画像信号を獲得する段階と、前記蓄
   積された画像信号から各画素毎に最小の明るさを表すも
   のを選択し、それら選択された画像信号に基づいて前記
   互いに異なる部位に形成された陰影を集合・強調した画
   像を構成する段階を含むことを特徴とする視覚センサに
   よる穴の認識方法。