JPH08201022A - ３次元位置検出方法及び３次元位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部にオートフォーカス機構や測距センサを
設定しなくても、合焦点位置を高精度で検出することが
できる。 【構成】 物体を撮像して該物体の画像を取り込む工程
と、次いで、取り込んだ該画像に１次微分フィルタを施
す工程と、次いで、１次微分フィルタを施した該画像を
２値化する工程と、次いで、２値化した該画像を細線化
する工程と、次いで、画面上の全画素値の総和を特微量
として求める工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元位置検出方法及
び３次元位置検出装置に係り、詳しくは、画像センシン
グ、画像認識等において物体を撮像する際、撮像対象面
と撮像手段との焦点ずれを検出し、補正及び測距離を行
う３次元位置検出方法に適用することができる。また、
本発明は、例えば、オートフォーカス機構やカメラを搭
載したロボットのアームの位置決めに応用することがで
きる他、内部にＤカットが施してある円筒状の物体の軸
周りの角度検出、Ｄカット部分の深さ検出等に応用する
ことができる。更に、本発明は、特に、外部にオートフ
ォーカス機構や測距センサを設定しなくても、合焦点位
置を高精度に検出することができる３次元位置検出方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像処理における３次元位置検出
方法では、オートフォーカスによる課題や測距による課
題がかなり重要なものとなっている。前者のオートフォ
ーカスによる課題を解決する方法には、投光手段及び受
光手段を備え、投光手段から出射し、被照射物から反射
してきた反射光を受光手段で受光し、その時、反射光の
角度より焦点を調整するものや、取り込んだ像をレンズ
群により複数に分けて、それらの結像位置により焦点を
調整するもの等が挙げられる。

【０００３】後者の測距による課題を解決する方法に
は、複数のカメラによるものと複数の方向からの撮像に
よるステレオ法や、距離センサを用いたもの等が挙げら
れる。また、画像処理のアルゴリズムのなかで焦点位置
を検出するものとして、例えばＦＦＴによる高周波成分
を検出するもの等も挙げられる。さて、画像がぼけた時
のエッジ部分の鮮明度が落ちることを利用し、所用数の
画素に分割または水平方向のスキャン毎に隣接画素の２
次差分をとり、その総和が最大になる時、合焦点位置と
して検出するカメラの自動焦点制御方法については、例
えば、特公平６−１６１３４号公報で報告されたものが
ある。

【０００４】この従来のカメラの自動焦点制御方法で
は、カメラのレンズと結像面との距離を自動的に調整ピ
ント合わせを行う場合の結像鮮明度判断手段において、
結像画の全部または一部を所要数の画素に分割するとと
もに、隣接する画素の明暗あるいは色相の差分の絶対値
を抽出し、これらの互いに隣接する絶対値の差分の絶対
値を最大ならしめる如く、レンズと結像面間の距離若し
くは焦点調整手段を制御するように構成している。

【０００５】このため、画像そのものの鮮明度を電気信
号に変換してこれを検出しつつ、焦点調整を自動的に行
うことができるので、応答性に優れ、かつ画像に即した
焦点調整、特にＳＳＴＶ用カメラに適した自動焦点調整
を行うことができるという利点を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来技術等では、オートフォーカス機構や測距
センサ等を設けた場合、全体のシステムがより複雑とな
るばかりでなく、それらのオートフォーカス機構や測距
センサ等の機構により得られる距離情報と取り込まれる
画像との間にオフセットが生じ、検出精度の点で問題が
あった。

【０００７】また、上記した従来例では、処理画像面内
の画素値の総和を特徴量としているため、誤差が大きく
繰り返し精度が得られないという問題があった。また、
実際の画像事態も検出対象物の輪郭部や内部で濃淡の変
化が生じるため、処理画像面内の画素値の総和を求める
だけでは、誤検出の可能性がかなり高く、検出精度の点
で問題があった。

【０００８】そこで、本発明は、外部にオートフォーカ
ス機構や測距センサを設定しなくても、合焦点位置を高
精度で検出することができる３次元位置検出方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
物体を撮像して該物体の画像を取り込む工程と、次い
で、取り込んだ該画像に１次微分フィルタを施す工程
と、次いで、１次微分フィルタを施した該画像を２値化
する工程と、次いで、２値化した該画像を細線化する工
程と、次いで、画面上の全画素値の総和を特微量として
求める工程とを有することを特徴とするものである。

【００１０】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、取り込んだ前記画像に４近傍のラプラ
シアンフィルタを施し、ラプラシアンフィルタを施した
画像の最高画素値と最低画素値の差を検出し、焦点が合
った際、検出した該画像の最高画素値と最低画素値の差
が合焦点位置でピークとなることにより合焦点位置を検
出することを特徴とするものである。

【００１１】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
の発明において、取り込んだ前記画像中の合焦点部分の
みを２値画像として抽出することを特徴とするものであ
る。請求項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明に
おいて、前記合焦点部分の２値画像の領域を求め、取り
込んだ前記画像から該２値画像領域の画像を抽出するこ
とを特徴とするものである。

【００１２】請求項５記載の発明は、上記請求項１，２
記載の発明において、段差を有する物体を検出する際、
撮像系の移動に伴い抽出される合焦点位置の変化に基づ
いて、該段差の距離を検出することを特徴とするもので
ある。請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５記載
の発明において、物体の内部にのみ段差を有する場合、
該物体の内部の合焦点部分の位置を検出することを特徴
とするものである。

【００１３】請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至
６記載の発明において、撮像位置が合焦点位置からずれ
ている場合、画像全体の明るさと予め設定された明るさ
とを比較し、比較した結果に基づいて遠近どちらかの方
向にずれているかを特定し、所定の範囲の距離まで撮像
系の位置を補正することを特徴とするものである。請求
項８記載の発明は、物体を撮像して該物体の画像を取り
込む撮像手段と、該撮像手段を鉛直上下方向に移動させ
る撮像手段移動手段と、物体を固定するステージを水平
面内左右上下に移動させるステージ移動手段と、ステー
ジを水平面内で回転させる回転手段と、該物体に光を照
射する光照射手段と、該撮像手段により取り込んだ画像
を処理する画像処理装置と、該撮像手段と該ステージを
移動させる制御装置とを有する３次元位置検出装置であ
って、取り込んだ該画像に１次微分フィルタを施す１次
微分フィルタ処理手段と、１次微分フィルタを施した該
画像を２値化する２値化処理手段と、２値化した該画像
を細線化する細線化処理手段と、画面上の全画素値の総
和を特徴量として求める特徴量算出手段とを有すること
を特徴とするものである。

【００１４】請求項９記載の発明は、上記請求項８記載
の発明において、取り込んだ前記画像に４近傍のラプラ
シアンフィルタを施すラプラシアンフィルタ処理手段
と、ラプラシアンフィルタを施した画像の最高画素値と
最低画素値の差を検出し、焦点が合った際、検出した該
画像の最高画素値と最低画素値の差が合焦点位置でピー
クとなることにより合焦点位置を検出する合焦点位置検
出手段とを有することを特徴とするものである。

【００１５】請求項１０記載の発明は、上記請求項９記
載の発明において、取り込んだ前記画像中の合焦点部分
のみを２値画像として抽出する２値画像抽出手段を有す
ることを特徴とするものである。請求項１１記載の発明
は、上記請求項１０記載の発明において、前記合焦点部
分の２値画像の領域を求める２値画像領域算出手段と、
取り込んだ前記画像から求めた該２値画像領域の画像を
抽出する画像抽出手段とを有することを特徴とするもの
である。

【００１６】請求項１２記載の発明は、上記請求項８，
９記載の発明において、段差を有する物体を検出する
際、撮像系の移動に伴い抽出される合焦点位置の変化に
基づいて、該段差の距離を検出する距離検出手段を有す
ることを特徴とするものである。請求項１３記載の発明
は、上記請求項８乃至１２記載の発明において、物体の
内部にのみ段差を有する場合、該物体の内部の合焦点部
分の位置を検出する位置検出手段を有することを特徴と
するものである。

【００１７】請求項１４記載の発明は、上記請求項８乃
至１３記載の発明において、撮像位置が合焦点位置から
ずれている場合、画像全体の明るさと予め設定された明
るさとを比較する比較手段と、比較した結果に基づいて
遠近どちらかの方向にずれているかを特定し、所定の範
囲の距離まで撮像系の位置を補正する位置補正手段とを
有することを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明では、物体を撮像して物体
の画像を取り込み、次いで、輪郭の鮮明度を抽出するた
めに、取り込んだ画像に１次微分フィルタを施し、次い
で、輪郭の鮮明さを際立たせるために、１次微分フィル
タを施した画像を２値化し、次いで、撮像位置の遠近に
関する面積の影響を軽減するために、２値化した画像を
細線化し、次いで、画面上の全画素値の総和を特徴量と
して求めるように構成する。

【００１９】このため、画像処理を行う際、外部にオー
トフォーカス機構や測距センサ等を設けることなく、合
焦点位置で画像の輪郭が鮮明になるように、画像に１次
微分フィルタを施し、更に画像を２値化することによ
り、画像の輪郭が鮮明な合焦点位置を画像処理の１連の
アルゴリズムのなかで検出することができる。しかも、
その際、画像に細線化を施すことにより、撮像位置の遠
近に関して画像の面積の増減の影響、即ち焦点のずれ量
に伴う特徴量の変化が画像中の物体の面積の変化から受
ける影響を軽減して、合焦点位置を誤差が少ないように
検出することができる。

【００２０】請求項２記載の発明では、画像のコントラ
ストを際立たせるために、取り込んだ画像に４近傍のラ
プラシアンフィルタを施し、ラプラシアンフィルタを施
した画像の最高画素値と最低画素値の差を検出し、焦点
が合った際、検出した画像の最高画素値と最低画素値の
差が合焦点位置でピークとなることにより合焦点位置を
検出するように構成する。

【００２１】このため、画像処理を行う際、４近傍のラ
プラシアンフィルタを画像に施すことにより、合焦点位
置で画像のコントラストを鮮明にすることができる。し
かも、そのラプラシアンフィルタを施した画像面内の最
高画素値と最低画素値の差を特徴量とし、その特徴量が
合焦点位置でピークを与えることにより、合焦点位置を
検出することができる。従って、更に高精度な合焦点位
置を更に高速に検出することができる。

【００２２】請求項３記載の発明では、取り込んだ画像
中の合焦点部分のみを２値画像として抽出するように構
成する。このため、画像処理を行う際、取り込んだ画像
中の合焦点部分のみを２値画像として抽出することによ
り、３次元物体の注目部分の画像のみを２値画像として
抽出することができる。

【００２３】請求項４記載の発明では、合焦点部分の２
値画像の領域を求め、取り込んだ画像から２値画像領域
の画像を抽出するように構成する。このため、画像処理
を行う際、合焦点部分の２値画像の領域を特定し、その
２値画像領域部分を取り込んだ画像から抽出することに
より、３次元物体の注目部分の合焦点部分の画像のみを
濃淡画像として抽出することができる。

【００２４】請求項５記載の発明では、段差を有する物
体を検出する際、撮像系の移動に伴い抽出される合焦点
位置の変化に基づいて、段差の距離を検出するように構
成する。このため、画像処理を行う際、段差を有する物
体を検出する時に、撮像系の移動に伴い抽出される合焦
点位置の変化に基づいて段差の距離を検出することによ
り、外部に測距センサ等を設けずに段差の高さ等の測距
を行うことができる。

【００２５】請求項６記載の発明では、物体の外部に段
差がなく、内部にのみ段差を有する場合、物体の内部の
合焦点部分の位置を検出するように構成する。このた
め、画像処理を行う際、物体の外部に段差がなく、外部
が滑らかな曲面等、物体の内部にのみ段差を有する場合
でも、物体内部の段差等の特徴より、その段差の方向や
深さを非接触で検出することができ、物体全体の位置や
姿勢を検出することができる。

【００２６】次に、画像処理を行う際、請求項１乃至６
の方法により合焦点位置を検出する時に、合焦点位置か
らかなりずれている場合、撮像位置が微少距離動いただ
けでは、特徴量の変化が小さいため、遠近どちらかにず
れているかを特定することができない。そこで、請求項
７記載の発明では、撮像位置が合焦点位置からずれてい
る場合、画像全体の明るさと予め設定された明るさとを
比較し、比較した結果に基づいて遠近どちらかの方向に
ずれているかを特定し、所定範囲の距離まで撮像系の位
置を補正するように構成する。

【００２７】このため、画像面内の明るさと予め設定さ
れた明るさとを比較し、遠近どちらの方向にずれている
かを特定し、ある距離までは素速く撮像位置を補正する
ことにより、合焦点位置よりかなりずれている場合で
も、遠近方向のどちらにずれているかを特定し、撮像手
段を合焦点位置により速く移動させることができる。請
求項８記載の発明では、輪郭の鮮明度を抽出するため
に、撮像手段で取り込んだ画像に１次微分フィルタ処理
手段により１次微分フィルタを施し、輪郭の鮮明さを際
立たせるために、１次微分フィルタを施した画像を２値
化処理手段により２値化し、次いで、撮像位置の遠近に
関する面積の影響を軽減するために２値化した画像を細
線化処理手段により細線化し、次いで、画面上の全画素
値の総和を特徴量算出手段により特徴量として求めるよ
うに構成する。

【００２８】このため、画像処理を行う際、外部にオー
トフォーカス機構や測距センサ等を設けることなく、合
焦点位置で画像の輪郭が鮮明になるように、画像１次微
分フィルタを施し、更に画像を２値化することにより、
画像の輪郭が鮮明な合焦点位置を画像処理の１連のアル
ゴリズムのなかで検出することができる。しかも、その
際、画像に細線化を施すことにより、撮像位置の遠近に
関して画像の面積の増減の影響、即ち焦点のずれ量に伴
う特徴量の変化が画像中の物体の面積の変化から受ける
影響を軽減して、合焦点位置を誤差が少ないように検出
することができる。

【００２９】請求項９記載の発明では、画像のコントラ
ストを際立たせるために、取り込んだ画像に４近傍のラ
プラシアンフィルタをラプラシアンフィルタ処理手段に
より施し、ラプラシアンフィルタを施した画像の最高画
素値と最低画素値の差を検出し、焦点が合った際、検出
した画像の最高画素値と最低画素値の差が合焦点位置で
ピークとなることにより合焦点位置を合焦点位置検出手
段により検出するように構成する。

【００３０】このため、画像処理を行う際、４近傍のラ
プラシアンフィルタを画像に施すことにより、合焦点位
置で画像のコントラストを鮮明にすることができる。し
かも、そのラプラシアンフィルタを施した画像面内の最
高画素値と最低画素値の差を特徴量とし、その特徴量が
合焦点位置でピークを与えることより、合焦点位置を検
出することができる。従って、更に高精度な合焦点位置
を更に高速に検出することができる。

【００３１】請求項１０記載の発明では、取り込んだ画
像中の合焦点部分のみを２値画像抽出手段により２値画
像として抽出するように構成する。このため、画像処理
を行う際、取り込んだ画像中の合焦点部分のみを２値画
像として抽出することにより、３次元物体の注目部分の
画像のみを２値画像として抽出することができる。

【００３２】請求項１１記載の発明では、合焦点部分の
２値画像の領域を２値画像領域算出手段により求め、取
り込んだ画像から２値画像領域の画像を画像抽出手段に
より抽出するように構成する。このため、画像処理を行
う際、合焦点部分の２値画像の領域を特定し、その２値
画像領域部分を取り込んだ画像から抽出することによ
り、３次元物体の注目部分の合焦点部分の画像のみを濃
淡画像として抽出することができる。

【００３３】請求項１２記載の発明では、段差を有する
物体を検出する際、撮像系の移動に伴い抽出される合焦
点位置の変化に基づいて、段差の距離を距離検出手段に
より検出するように構成する。このため、画像処理を行
う際、段差を有する物体を検出する時に、撮像系の移動
に伴い抽出される合焦点位置の変化に基づいて段差の距
離を検出することにより、外部に測距センサ等を設けず
に段差の高さ等の測距を行うことができる。

【００３４】請求項１３記載の発明では、物体の外部に
段差がなく、内部にのみ段差を有する場合、物体の内部
の合焦点部分の位置を位置検出手段により検出するよう
に構成する。このため、画像処理を行う際、物体の外部
に段差がなく、外部が滑らかな曲面等、物体の内部にの
み段差を有する場合でも、物体内部の段差等の特徴よ
り、その段差の方向や深さを非接触で検出することがで
き、物体全体の位置や姿勢を検出することができる。

【００３５】次に、画像処理を行う際、請求項８乃至１
３の方法により合焦点位置を検出する時に、合焦点位置
からかなりずれている場合、撮像位置が微少距離動いた
だけでは、特徴量の変化が小さいため、遠近どちらかに
ずれているかを特定することができない。そこで、請求
項１４記載の発明では、撮像位置が合焦点位置からずれ
ている場合、画像全体の明るさと予め設定された明るさ
とを比較手段により比較し、比較した結果に基づいて遠
近どちらの方向にずれているかを特定し、所定の範囲の
距離まで撮像系の位置を位置補正手段により補正するよ
うに構成する。

【００３６】このため、画像面内の明るさと予め設定さ
れた明るさとを比較し、遠近どちらの方向にずれている
かを特定し、ある距離までは素速く撮像位置を補正する
ことにより、合焦点位置よりかなりずれている場合で
も、遠近方向のどちらにずれているかを特定し、撮像手
段を合焦点位置により速く移動させることができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は本発明に係る実施例１の３次元位置
検出装置の構成を示す図である。本実施例では、物体１
の画像を取り込むＣＣＤカメラ２を鉛直上下方向に移動
させるカメラホルダー３に固定し、物体１を水平面内左
右上下移動させるとともに、回転させるｘ−ｙ−θステ
ージ４に固定し、ＬＥＤ照明装置等の照明装置５により
物体１に光を照射し、取り込んだ画像を画像処理装置６
により所望の処理を行って特徴量を抽出する。それらの
特徴量からＺ軸制御装置７及びｘ−ｙ−θ制御装置８に
より、ＣＣＤカメラ２の位置とｘ−ｙ−θステージ４の
状態を制御する。

【００３８】本実施例の画像処理装置６は、取り込んだ
画像に１次微分フィルタを施す１次微分フィルタ処理回
路と、輪郭の鮮明さを際立たせるために１次微分フィル
タを施した画像を２値化する２値化処理回路と、撮像位
置の遠近に関する面積の影響を軽減するために２値化し
た画像を細線化する細線化処理回路と、画面上の全画素
値の総和を特徴量として求める特徴量算出回路とを有す
る。

【００３９】ここで、１次微分フィルタ処理回路は、例
えば図２に示す如く、８近傍フィルタを用い、次の
（１）式に示すような１次微分フィルタＰｒｅｗｉｔｔ
を設定し、画像に施して輪郭部分の抽出を行う。

【００４０】

【数１】

【００４１】輪郭部よりも画素値の変化が小さいが、フ
ィルタにより際立ってしまった余分な部分を除去するた
めに、２値化処理回路は、１次微分フィルタを施した画
像の２値化を行う。画像面内の画素値の総和を特徴量と
するため、撮像位置の遠近により撮像される物体の画像
の大きさが影響する。そこで、その影響を軽減するため
に、細線化処理回路は、２値化した画像の細線化を行
う。そして、特徴量算出回路は、画面上の全画素値の総
和を特徴量として求める。ここで、画面上の画素値の総
和を数え上げて、鉛直上下方向の移動との関係を図３に
示す。

【００４２】このように、本実施例（請求項１，８）で
は、輪郭の鮮明度を抽出するために、ＣＣＤカメラ２で
取り込んだ画像に画像処理装置６の１次微分フィルタ処
理回路により１次微分フィルタを施し、次いで、輪郭の
鮮明さを際立たせるために、１次微分フィルタを施した
画像を画像処理装置６の２値化処理回路により２値化
し、次いで、撮像位置の遠近に関する面積の影響を軽減
するために２値化した画像を画像処理装置６の細線化処
理回路により細線化し、次いで、画面上の全画素値の総
和を画像処理装置６の特徴量算出回路により特徴量とし
て求めるように構成している。

【００４３】このため、画像処理を行う際、外部にオー
トフォーカス機構や測距センサ等を設けることなく、合
焦点位置で画像の輪郭が鮮明になるように、画像に１次
微分フィルタを施し、更に画像を２値化することによ
り、画像の輪郭が鮮明な合焦点位置を画像処理の１連の
アルゴリズムのなかで検出することができる。しかも、
その際、画像に細線化を施すことにより、撮像位置の遠
近に関して画像の面積の増減の影響、即ち焦点のずれ量
に伴う特徴量の変化が画像中の物体の面積の変化から受
ける影響を軽減して合焦点位置を誤差が少ないように検
出することができる。 （実施例２）本実施例は、図１の３次元位置検出装置に
適用することができる。

【００４４】本実施例の画像処理装置６は、画像のコン
トラストを際立たせるために取り込んだ画像に４近傍の
ラプラシアンフィルタを施すラプラシアンフィルタ処理
回路と、ラプラシアンフィルタを施した画像の最高画素
値と最低画素値の差を検出し、焦点が合った際、検出し
た画像の最高画素値と最低画素値の差が合焦点位置でピ
ークとなることにより合焦点位置を検出する合焦点位置
検出回路とを有する。

【００４５】ここで、例えば黒い物体としてＣリングを
白い背景をしたステージ上に設置し、その撮像に関して
合焦点位置を検出する場合を図４に示す。ラプラシアン
フィルタ処理回路は、図２のフィルタを用い、次の
（２）式に示す２次微分フィルタ・ラプラシアンを設定
し、画像に施して画像のコントラストを強調する。

【００４６】

【数２】

【００４７】そして、合焦点位置検出回路は、このフィ
ルタを施した画像面内の最高画素値と最低画素値の差を
特徴量とし、図５に示す如く、合焦点位置でピークとな
ることから合焦点位置を検出する。なお、このフィルタ
以外のものを用いても、検出することができないことは
ないが、このフィルタを用いないと、最高画素値がすぐ
画像の階調を越えて飽和してしまう恐れがあり、合焦点
位置を検出する点で好ましくない。

【００４８】このように、本実施例（請求項２，９）で
は、画像のコントラストを際立たせるために、取り込ん
だ画像に４近傍のラプラシアンフィルタをラプラシアン
フィルタ処理回路により施し、ラプラシアンフィルタを
施した画像の最高画素値と最低画素値の差を検出し、焦
点が合った際、検出した画像の最高画素値と最低画素値
の差が合焦点位置でピークとなることにより合焦点位置
を合焦点位置検出回路により検出するように構成してい
る。

【００４９】このため、画像処理を行う際、４近傍のラ
プラシアンフィルタを画像に施すことにより、合焦点位
置で画像のコントラストを鮮明にすることができる。し
かも、そのラプラシアンフィルタを施した画像面内の最
高画素値と最低画素値の差を特徴量とし、その特徴量が
合焦点位置でピークを与えることより、合焦点位置を検
出することができる。従って、更に高精度な合焦点位置
を更に高速に検出することができる。 （実施例３）本実施例は、図１の３次元位置検出装置に
適用することができる。

【００５０】本実施例の画像処理装置６は、取り込んだ
画像中の合焦点部分のみを２値画像として抽出する２値
画像抽出回路を有する。ここで、例えば図６，７に、内
部にＤカット１１を施してあり、外部には段差がない円
筒状の物体のＤカット１１の画像のみを取り出す場合を
示す。図６は、物体の内部に施したＤカット１１の様子
を示しており、図７は、物体の上方からの画像の様子を
示している。なお、図６，７において、１２は円筒の口
部である。

【００５１】Ｄカット１１部に焦点があった場合のラプ
ラシアンを施した画像の略図を図８に示す。比較的高周
波成分が存在する合焦点位置が残り、膨張圧縮の前処理
を施した後２値化を行った画像の略図を図９に示す。こ
のように、本実施例（請求項３，１０）では、取り込ん
だ画像中の合焦点部分のみを２値画像抽出回路により２
値画像として抽出するように構成している。

【００５２】このため、画像処理を行う際、取り込んだ
画像中の合焦点部分のみを２値画像として抽出すること
により、３次元物体の注目部分の画像のみを２値画像と
して抽出することができる。 （実施例４）本実施例は、図１の３次元位置検出装置に
適用することができる。

【００５３】本実施例の画像処理装置６は、合焦点部分
の２値画像の領域を求める２値画像領域算出回路と、取
り込んだ画像から求めた２値画像領域の画像を抽出する
画像抽出回路とを有する。ここでは、例えば実施例３で
前述した図９の黒画像の部分の各画素の座標を求め、最
初に取り込んだ濃淡画像中のそれらの領域に相当する部
分のみを残し、それ以外を黒または白画像として合焦点
部分のみを濃淡画像として抽出する。

【００５４】このように、本実施例（請求項４，１１）
では、合焦点部分の２値画像の領域を２値画像領域算出
回路により求め、取り込んだ画像から２値画像領域の画
像を画像抽出回路により抽出するように構成している。
このため、画像処理を行う際、合焦点部分の２値画像の
領域を特定し、その２値画像領域部分を取り込んだ画像
から抽出することにより、３次元物体の注目部分の合焦
点部分の画像のみを濃淡画像として抽出することができ
る。 （実施例５）本実施例は、図１の３次元位置検出装置に
適用することができる。

【００５５】本実施例の画像処理装置６は、段差を有す
る物体を検出する際、撮像系の移動に伴い抽出される合
焦点位置の変化に基づいて、段差等の距離を検出する距
離検出回路を有する。ここでは、例えば実施例２で前述
した図６，７のＤカット１１部と円筒の口部１２との距
離を検出する場合に示す如く、前述した実施例２の方法
により、Ｄカット１１部の位置を検出し、更にＣＣＤカ
メラ２を上方向に移動して、再度、前述した実施例２の
方法により、円筒の口部１２を検出する。その時のＣＣ
Ｄカメラ２の移動と特徴量の変化との関係を図１０に示
す。

【００５６】このように、本実施例（請求項５，１２）
では、段差を有する物体を検出する際、撮像系の移動に
伴い抽出される合焦点位置の変化に基づいて、段差の距
離を距離検出回路により検出するように構成している。
このため、画像処理を行う際、段差を有する物体を検出
する時に、撮像系の移動に伴い抽出される合焦点位置の
変化に基づいて段差の距離を検出することにより、外部
に測距センサ等を設けずに段差の高さ等の測距を行うこ
とができる。 （実施例６）本実施例は、図１の３次元位置検出装置に
適用することができる。

【００５７】本実施例の画像処理装置６は、物体の内部
にのみ段差を有する場合、物体の内部の合焦点部分の位
置を検出する位置検出回路を有する。ここでは、例えば
実施例２で前述した図６，７の物体に関して、Ｄカット
１１の方向を検出する場合に示す如く、Ｄカット１１の
画像を前述した実施例３により２値画像として抽出し、
その重心を求める。また、円筒の口部１２の輪郭を円と
見做し、その中心座標を求め、中心座標からＤカット１
１の方向を検出する。この検出した画像の略図を図１１
に示す。

【００５８】このように、本実施例（請求項６，１３）
では、物体の外部に段差がなく、内部にのみ段差を有す
る場合、物体の内部の合焦点部分の位置を位置検出回路
により検出するように構成している。このため、画像処
理を行う際、物体の外部に段差がなく、外部が滑らかな
曲面等、物体の内部にのみ段差を有する場合でも、物体
内部の段差等の特徴より、その段差の方向や深さを非接
触で検出することができ、物体全体の位置や姿勢を検出
することができる。 （実施例７）本実施例は、図１の３次元位置検出装置に
適用することができる。

【００５９】本実施例の画像処理装置６は、撮像位置が
合焦点位置からずれている場合、画像全体の明るさと予
め設定された明るさを比較する比較回路と、比較した結
果に基づいて遠近どちらの方向にずれているかを特定
し、所定の範囲の距離まで撮像系の位置を補正する位置
補正回路とを有する。ここでは、例えば前述した実施例
２において、図４の物体を検出する場合、図５からも判
る通り、合焦点位置に近いところでは、特徴量の変化も
著しいが、合焦点位置から大幅にずれたところでは、特
徴量の変化が見られないため、遠近どちらにずれている
か予測がつかない。そのため、図１２に示すように画像
の明るさより、遠近どちら側に大幅にずれているかを予
測し、合焦点位置の近くまでＣＣＤカメラ２を素速く移
動させる。

【００６０】このように、本実施例（請求項７，１４）
では、撮像位置が合焦点位置からずれている場合、画像
全体の明るさと予め設定された明るさとを比較回路によ
り比較し、比較した結果に基づいて遠近どちらの方向に
ずれているかを特定し、所定の範囲の距離まで撮像系の
位置を位置補正回路により補正するように構成してい
る。

【００６１】このため、画像面内の明るさと予め設定さ
れた明るさとを比較し、遠近どちらの方向にずれている
かを特定し、ある距離までは素速く撮像位置を補正する
ことにより、合焦点位置よりかなりずれている場合で
も、遠近方向のどちらにずれているかを特定し、ＣＣＤ
カメラ２を合焦点位置により速く移動させることができ
る。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、外部にオートフォーカ
ス機構や測距センサを設定しなくても、合焦点位置を高
精度で検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例１の３次元位置検出装置の
構成を示す図である。

【図２】本発明に係る実施例１の８近傍フィルタを示す
図である。

【図３】本発明に係る実施例１の画面上の画素値の総和
を数え上げて鉛直上下方向の移動との関係を示す図であ
る。

【図４】本発明に係る実施例２の黒い物体としてＣリン
グを白い背景をしたステージ上に設置し、その撮像に関
して合焦点位置を検出する場合を示す図である。

【図５】本発明に係る実施例２の合焦点位置でピークと
なる様子を示す図である。

【図６】本発明に係る実施例３の外部に段差がない円筒
状の物体の内部に施したＤカットの様子を示す図であ
る。

【図７】本発明に係る実施例３の外部に段差がない円筒
状の物体の上方からの画像の様子を示す図である。

【図８】本発明に係る実施例３のＤカット部に焦点があ
った場合のラプラシアンを施した画像を示す図である。

【図９】本発明に係る実施例３の比較的高周波成分が存
在する合焦点位置が残り、膨張圧縮の前処理を施した
後、２値化を行った画像を示す図である。

【図１０】本発明に係る実施例５のＣＣＤカメラの移動
と特徴量の変化との関係を示す図である。

【図１１】本発明に係る実施例６の円筒の口部の輪郭を
円と見做した中心座標からＤカットの方向を検出した画
像を示す図である。

【図１２】本発明に係る実施例７の焦点ずれに対する画
素値の総和を示す図である。

【符号の説明】

１ 物体 ２ ＣＣＤカメラ ３ カメラホルダー ４ ｘ−ｙ−θステージ ５ 照明装置 ６ 画像処理装置 ７ Ｚ軸制御装置 ８ ｘ−ｙ−θ制御装置 １１ Ｄカット １２ 円筒の口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 5/20 Ｈ０４Ｎ 5/232 Ａ Ｇ０６Ｆ 15/68 ４００ Ａ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を撮像して該物体の画像を取り込む工
   程と、次いで、取り込んだ該画像に１次微分フィルタを
   施す工程と、次いで、１次微分フィルタを施した該画像
   を２値化する工程と、次いで、２値化した該画像を細線
   化する工程と、次いで、画面上の全画素値の総和を特微
   量として求める工程とを有することを特徴とする３次元
   位置検出装置。
2. 【請求項２】取り込んだ前記画像に４近傍のラプラシア
   ンフィルタを施し、ラプラシアンフィルタを施した画像
   の最高画素値と最低画素値の差を検出し、焦点が合った
   際、検出した該画像の最高画素値と最低画素値の差が合
   焦点位置でピークとなることにより合焦点位置を検出す
   ることを特徴とする請求項１記載の３次元位置検出方
   法。
3. 【請求項３】取り込んだ前記画像中の合焦点部分のみを
   ２値画像として抽出することを特徴とする請求項２記載
   の３次元位置検出方法。
4. 【請求項４】前記合焦点部分の２値画像の領域を求め、
   取り込んだ前記画像から該２値画像領域の画像を抽出す
   ることを特徴とする請求項３記載の３次元位置検出方
   法。
5. 【請求項５】段差を有する物体を検出する際、撮像系の
   移動に伴い抽出される合焦点位置の変化に基づいて、該
   段差の距離を検出することを特徴とする請求項１，２記
   載の３次元位置検出方法。
6. 【請求項６】物体の内部にのみ段差を有する場合、該物
   体の内部の合焦点部分の位置を検出することを特徴とす
   る請求項１乃至５記載の３次元位置検出方法。
7. 【請求項７】撮像位置が合焦点位置からずれている場
   合、画像全体の明るさと予め設定された明るさとを比較
   し、比較した結果に基づいて遠近どちらかの方向にずれ
   ているかを特定し、所定の範囲の距離まで撮像系の位置
   を補正することを特徴とする請求項１乃至６記載の３次
   元位置検出方法。
8. 【請求項８】物体を撮像して該物体の画像を取り込む撮
   像手段と、該撮像手段を鉛直上下方向に移動させる撮像
   手段移動手段と、物体を固定するステージを水平面内左
   右上下に移動させるステージ移動手段と、ステージを水
   平面内で回転させる回転手段と、該物体に光を照射する
   光照射手段と、該撮像手段により取り込んだ画像を処理
   する画像処理装置と、該撮像手段と該ステージを移動さ
   せる制御装置とを有する３次元位置検出装置であって、
   取り込んだ該画像に１次微分フィルタを施す１次微分フ
   ィルタ処理手段と、１次微分フィルタを施した該画像を
   ２値化する２値化処理手段と、２値化した該画像を細線
   化する細線化処理手段と、画面上の全画素値の総和を特
   徴量として求める特徴量算出手段とを有することを特徴
   とする３次元位置検出装置。
9. 【請求項９】取り込んだ前記画像に４近傍のラプラシア
   ンフィルタを施すラプラシアンフィルタ処理手段と、ラ
   プラシアンフィルタを施した画像の最高画素値と最低画
   素値の差を検出し、焦点が合った際、検出した該画像の
   最高画素値と最低画素値の差が合焦点位置でピークとな
   ることにより合焦点位置を検出する合焦点位置検出手段
   とを有することを特徴とする請求項８記載の３次元位置
   検出装置。
10. 【請求項１０】取り込んだ前記画像中の合焦点部分のみ
    を２値画像として抽出する２値画像抽出手段を有するこ
    とを特徴とする請求項９記載の３次元位置検出装置。
11. 【請求項１１】前記合焦点部分の２値画像の領域を求め
    る２値画像領域算出手段と、取り込んだ前記画像から求
    めた該２値画像領域の画像を抽出する画像抽出手段とを
    有することを特徴とする請求項１０記載の３次元位置検
    出装置。
12. 【請求項１２】段差を有する物体を検出する際、撮像系
    の移動に伴い抽出される合焦点位置の変化に基づいて、
    該段差の距離を検出する距離検出手段を有することを特
    徴とする請求項８，９記載の３次元位置検出装置。
13. 【請求項１３】物体の内部にのみ段差を有する場合、該
    物体の内部の合焦点部分の位置を検出する位置検出手段
    を有することを特徴とする請求項８乃至１２記載の３次
    元位置検出装置。
14. 【請求項１４】撮像位置が合焦点位置からずれている場
    合、画像全体の明るさと予め設定された明るさとを比較
    する比較手段と、比較した結果に基づいて遠近どちらか
    の方向にずれているかを特定し、所定の範囲の距離まで
    撮像系の位置を補正する位置補正手段とを有することを
    特徴とする請求項８乃至１３記載の３次元位置検出装
    置。