JPH09128543A - モデル画像登録方法および装置並びにそれを利用した物体外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意形状の領域からモデルとしてふさわしい
部分を抽出して、最適なモデル画像を自動的に取得す
る。 【解決手段】 モデル候補抽出手段２０１は対象物を含
む画像上でモデル画像として登録したい領域をウィンド
ウとして指定し、ウィンドウ内に対応する領域を走査
し、特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適
候補として抽出する。モデル登録手段２０２は抽出され
たモデル座標内の画像を一定角度刻みで回転させて得ら
れる回転モデルを登録する。パターンマッチング位置取
得手段２０３は前記画像を走査し、各画像領域と回転モ
デル画像とのパターンマッチングを行い、この両者の正
規化相互相関値を演算し、その相互相関値が最大となる
領域の座標を取得する。モデル検証手段２０４はパター
ンマッチングで得られた位置がモデルとして登録するの
に唯一最適な位置のモデル画像かを検証する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像手段で撮像さ
れた、対象物を含む画像から、対象物の検査や計測を行
う時に検査対象物の画像と比較するための基準画像とな
るモデル画像を抽出し、このモデル画像を登録するモデ
ル画像登録方法及び装置、並びにそれを利用した外観検
査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、工場の生産ライン上を搬送され
てくる物品を画像処理してパターンマッチング等の検査
を行う画像処理装置等のように、同じ種類及び形状の検
査対象物を順次画像処理によって検査，計測する装置で
は、通常、画像検査時の基準画像となるモデル画像を予
め登録しておき、カメラ等で撮像した検査対象物の画像
からモデル画像に対応する部分を抽出し、この抽出画像
とモデル画像とのマッチング処理により、画像の検査、
計測を行うようにしている。

【０００３】従来、このような画像の検査、計測に適用
されるモデル画像の登録方法としては、カメラ等の撮像
手段で撮像した対象物の画像をモニタの表示画面上に表
示し、この表示画像に対し、他に類似することのない特
徴部分の所定領域をマニュアル操作で矩形に囲み、この
画像をモデル画像としてメモリに登録するようにしてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のモデル画像登録方法では、オペレータが表示
画面上の画像を観察しながら、他に類似することがない
と思われる画像領域を抽出し、これをモデル画像として
登録するものであるため、抽出されるモデル画像に個人
差が生じ、統一されたモデル画像を登録することができ
ない。

【０００５】また、登録しようとする画像領域と類似す
る部分の有無は、オペレータの推測を基に判断している
ため、類似した部分があるにも拘らず、これを見逃すこ
とにより抽出されたモデル画像を実際の画像検査、計測
に使用した場合には、モデル画像と類似した部分が誤っ
て探し出されてしまう可能性がある。しかも、このよう
な誤った登録を防ぐことは困難であり、オペレータに熟
練が要求される。

【０００６】さらに、歯車や円形物のような被検査対象
物を回転して撮影し、その位置、方向を特定してモデル
画像を登録する場合には、回転した時の類似部分の有無
を推測しながら、モデルとして登録しようとする領域の
回転された画像まで考慮しなければならず、その結果、
オペレータによる類似部分の有無の推測自体が困難にな
るという問題があった。

【０００７】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、任意形状の領域からモデルとしてふさわ
しい部分を抽出して、最適なモデル画像を自動的に取得
することができる画像処理方法及び装置、並びにこれを
利用して検査対象物の外観検査を高精度に行うことがで
きる対象物の外観検査装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、撮像手段で撮像された対象物を含
む画像から対象物の検査や計測を行う時に被検査対象物
の画像と比較するためのモデル画像を抽出し、このモデ
ル画像を登録するモデル画像登録方法であって、前記撮
像画像上でモデル画像として登録したい所定の大きさ及
び形状の領域をウィンドウとして指定し、前記入力画像
上で前記ウィンドウ内に対応する領域を予め定めたモデ
ルサイズで走査して、その画像データ中で特徴量が一定
条件を満たす領域の座標をモデル最適候補として抽出
し、前記抽出された座標領域内の画像を予め設定した回
転範囲内で一定の角度刻みで回転させ、変換された画像
を回転モデルとして登録し、前記入力画像を予め定めた
モデルサイズで走査して、該モデルサイズ内の画像と前
記生成した各回転モデル画像とのパターンマッチング処
理を行うことでパターンマッチングした走査領域の座標
を取得し、前記パターンマッチングで得られた位置がモ
デルとして登録するのに唯一最適な位置のモデル画像か
を検証し類似性のない位置のモデル画像のみを抽出する
ことを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、前記モデル最適候補と
して抽出する領域が前記指定されたウィンドウ内かをチ
ェックするこにより得られるようにしたものである。

【００１０】請求項３の発明は、前記モデル最適候補と
して抽出する領域が、エッジ成分の数が所定量以上とな
る位置であることを特徴とする。

【００１１】請求項４の発明は、前記モデル最適候補と
して抽出する領域が、複数であることを特徴とする。

【００１２】請求項５の発明は、前記予め設定した回転
範囲内で一定の角度刻みで回転させことにより生成され
る回転モデルを、１つのグループとして関連づけて登録
することを特徴とする。

【００１３】請求項６の発明は、前記パターンマッチン
グで得られた位置が、モデル登録位置よりずれているか
を検証し、位置ずれ判定値以外と判定された場合は登録
位置以外にモデルと類似する画像部分があると見なして
モデル候補から除外し、位置ずれ判定値ないと判定され
た場合はモデル最適位置として登録することを特徴とす
る。

【００１４】また、請求項７の発明は、撮像手段で撮像
された対象物を含む画像から、対象物の検査や計測を行
う時に被検査対象物の画像と比較するためのモデル画像
を抽出し、このモデル画像を登録するモデル画像登録装
置であって、前記撮像手段で撮像された対象物の画像を
ディジタル化して記憶する画像メモリと、前記画像メモ
リ上でモデル画像として登録したい所定の大きさ及び形
状の領域をウィンドウとして指定するモデル領域指定手
段と、前記画像メモリ上で前記ウィンドウ内に対応する
領域を予め定めたモデルサイズで走査し、その画像デー
タ中で特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最
適候補として抽出する抽出手段と、前記抽出された座標
領域内の画像を予め設定した回転範囲内で一定の角度刻
みで回転させてアフィン変換し、変換された画像を回転
モデルとして登録するモデル登録手段と、前記画像メモ
リを予め定めたモデルサイズで走査し、このモデルサイ
ズ内の画像と前記生成した各回転モデル画像とのパター
ンマッチング処理を行い、パターンマッチングした走査
領域の座標を取得するパターンマッチング位置取得手段
と、前記パターンマッチングで得られた位置がモデルと
して登録するのに唯一最適な位置のモデル画像かを検証
し類似性のない位置のモデル画像のみを抽出するモデル
検証手段とを備えてなるものである。

【００１５】請求項８の発明は、前記抽出手段に、モデ
ル最適候補として抽出する領域が前記指定されたウィン
ドウ内かをチェックする判定手段を設けるものである。

【００１６】請求項９の発明は、前記抽出手段がモデル
最適候補として抽出する領域は、エッジ成分の数が所定
量以上となる位置であることを特徴とする。

【００１７】請求項１０の発明は、前記抽出手段がモデ
ル最適候補として抽出する領域は、複数であることを特
徴とする。

【００１８】請求項１１の発明は、前記モデル登録手段
が、予め設定した回転範囲内で一定の角度刻みで回転さ
せことにより生成される回転モデルを１つのグループと
して関連づけて登録することを特徴とする。

【００１９】請求項１２の発明は、前記モデル検証手段
が、パターンマッチングで得られた位置がモデル登録位
置よりずれているかを検証し、位置ずれ判定値以外と判
定された場合は登録位置以外にモデルと類似する画像部
分があると見なしてモデル候補から除外し、位置ずれ判
定値ないと判定された場合はモデル最適位置として登録
することを特徴とする。

【００２０】また、請求項１３の発明は、撮像手段で撮
像された対象物を含む画像から、対象物の検査や計測を
行う時に被検査対象物の画像と比較するためのモデル画
像を抽出し、このモデル画像を用いて対象物を外観検査
する物体外観検査装置であって、前記撮像手段で撮像さ
れた対象物の画像をディジタル化して記憶する画像メモ
リと、前記画像メモリ上でモデル画像として登録したい
所定の大きさ及び形状の領域をウィンドウとして指定す
るモデル領域指定手段と、前記画像メモリ上で前記ウィ
ンドウ内に対応する領域を予め定めたモデルサイズで走
査し、その画像データ中で特徴量が一定条件を満たす領
域の座標をモデル最適候補として抽出する抽出手段と、
前記抽出された座標領域内の画像を予め設定した回転範
囲内で一定の角度刻みで回転させてアフィン変換し、変
換された画像を回転モデルとして登録するモデル登録手
段と、前記画像メモリを予め定めたモデルサイズで走査
し、このモデルサイズ内の画像と前記生成した各回転モ
デル画像とのパターンマッチング処理を行い、パターン
マッチングした走査領域の座標を取得するパターンマッ
チング位置取得手段と、前記パターンマッチングで得ら
れた位置がモデルとして登録するのに唯一最適な位置の
モデル画像かを検証し類似性のない位置のモデル画像の
みを抽出するモデル検証手段と、前記検証により抽出し
た位置決め用モデル座標に対応する検査対象物を、これ
に対応するモデル画像と比較することにより検査対象物
における外観上の欠陥の有無を検査する検査処理手段と
を備えてなるものである。

【００２１】従って、本発明のモデル登録方法及び装置
は、撮像手段で撮像された、対象物を含む画像上でモデ
ル領域指定手段がモデル画像として登録したい所定の大
きさ及び形状の領域をウィンドウとして指定し、前記撮
像画像上で抽出手段がウィンドウ内に対応する領域を予
め定めたモデルサイズで走査して、その画像データ中で
特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適候補
として抽出し、モデル登録手段が抽出された座標領域内
の画像を予め設定した回転範囲内で一定の角度刻みで回
転させ、変換された画像を回転モデルとして登録し、パ
ターンマッチング位置取得手段が入力画像を予め定めた
モデルサイズで走査して、該モデルサイズ内の画像と前
記生成した各回転モデル画像とのパターンマッチング処
理を行うことでパターンマッチングした走査領域の座標
を取得し、モデル検証手段がパターンマッチングで得ら
れた位置がモデルとして登録するのに唯一最適な位置の
モデル画像かを検証し類似性のない位置のモデル画像の
みを抽出する。

【００２２】これにより、任意形状の領域からモデルと
してふさわしい部分を抽出して、最適なモデル画像を自
動的に取得することができる。

【００２３】また、本発明の物体外観検査装置は、撮像
手段で撮像された、対象物を含む画像上でモデル領域指
定手段がモデル画像として登録したい所定の大きさ及び
形状の領域をウィンドウとして指定し、入力画像上で抽
出手段がウィンドウ内に対応する領域を予め定めたモデ
ルサイズで走査して、その画像データ中で特徴量が一定
条件を満たす領域の座標をモデル最適候補として抽出
し、モデル登録手段が抽出された座標領域内の画像を予
め設定した回転範囲内で一定の角度刻みで回転させ、変
換された画像を回転モデルとして登録し、パターンマッ
チング位置取得手段が入力画像を予め定めたモデルサイ
ズで走査して、該モデルサイズ内の画像と前記生成した
各回転モデル画像とのパターンマッチング処理を行うこ
とでパターンマッチングした走査領域の座標を取得し、
モデル検証手段がパターンマッチングで得られた位置が
モデルとして登録するのに唯一最適な位置のモデル画像
かを検証し類似性のない位置のモデル画像のみを抽出
し、検査処理手段が検証により抽出した位置決め用モデ
ル座標に対応する検査対象物を、これに対応するモデル
画像と比較することにより検査対象物における外観上の
欠陥の有無を検査する。

【００２４】これにより、検査対象物の外観検査を効率
良く高精度に行うことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２６】図１は本発明にかかるモデル画像登録機能
及び外観検査機能を備えた画像処理装置全体の概略構成
を示すブロック図である。

【００２７】図１において、画像処理装置１は、二次元
ＣＣＤイメージセンサ等からなる撮像用のテレビカメラ
２からのビデオ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換部１０１、画像メモリ１０２、Ｄ／Ａ変換部１０
３、アフィン変換回路１０４、ＭＰＵ１０５、ＲＯＭ１
０６、モデルメモリ１０７、データメモリ１０８、ウィ
ンドウメモリ１０９、Ｉ／Ｏインタフェース１１０及び
検査対象物の検査処理部１１１を備え、ＭＰＵ１０５に
は画像メモリ１０２，Ｄ／Ａ変換部１０３，アフィン変
換回路１０４，ＲＯＭ１０６，モデルメモリ１０７，デ
ータメモリ１０８，ウィンドウメモリ１０９，Ｉ／Ｏイ
ンタフェース１１０及び検査処理部１１１がそれぞれ接
続されている。また、Ｄ／Ａ変換部１０３にはモニタ３
が接続され、Ｉ／Ｏインタフェース１１０にはキーボー
ドやマウス等からなる入力装置４及び出力装置５が接続
されている。

【００２８】Ａ／Ｄ変換部１０１は、テレビカメラ２で
撮像した対象物６のビデオ信号をディジタル信号に変換
するもので、変換後の２値または多値化された濃淡画像
データは画像メモリ１０２に格納される。Ｄ／Ａ変換部
１０３は、画像メモリ１０２及びウィンドウメモリ１０
９から読み出された画像データをアナログ信号に変換す
るもので、変換後のアナログ画像信号はモニタ３に出力
される。

【００２９】ＭＰＵ１０５は画像処理装置１全体を制御
し管理するほか、入力装置４から入力される領域情報
（座標、角度等）に基づいて画像メモリ１０２上でモデ
ル画像として登録したい任意大きさと形状の領域をウィ
ンドウとして指定し、これをウィンドウメモリ１０９に
記憶させる機能と、画像メモリ１０２上でウィンドウ内
に対応する領域を予め定めたモデルサイズで走査し、そ
の画像データ中で特徴量が一定条件を満たす領域の座標
をモデル最適候補として抽出するデータメモリ１０８に
格納する機能と、抽出されたモデル座標内の画像をアフ
ィン変換回路１０４により、入力装置４から入力される
回転範囲及び一定の角度刻み情報に基づき回転させて回
転モデル画像を生成し、この回転モデル画像を各候補毎
にグループ分けしてモデルメモリ１０７に登録する機能
と、画像メモリ１０２を予め定めたモデルサイズで走査
することにより、モデルサイズ内の画像と各回転モデル
画像とのマッチング処理を行い、マッチングした領域の
座標を取得する機能と、マッチングした座標がモデルと
して登録するのに唯一最適な位置のモデル画像かを検証
する機能とを有する。また、ＲＯＭ１０６には、上記各
機能を発揮するための制御プログラム、検査対象物の検
査プログラム及び画像処理装置１全体を制御し管理する
プログラムなどが格納されている。

【００３０】図２は、本発明の実施形態におけるモデル
画像登録システムの機能ブロック図を示すもので、モデ
ル候補抽出手段２０１、モデル登録手段２０２、パター
ンマッチング位置取得手段２０３及びモデル検証手段２
０４を備え、これら各手段はＭＰＵ１０５及びＲＯＭ１
０６に格納された制御プログラムによって構成される。

【００３１】モデル候補抽出手段２０１は、入力装置４
から入力される領域情報（座標、角度等）に基づいて画
像メモリ１０２上でモデル画像として登録したい任意大
きさと形状の領域をウィンドウとして指定するととも
に、画像メモリ１０２上でウィンドウ内に対応する領域
を予め定めたモデルサイズで走査し、その画像データ中
で特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適候
補として抽出するものである。モデル登録手段２０２
は、抽出されたモデル座標内の画像をアフィン変換回路
１０４により予め設定した回転範囲内で一定の角度刻み
で回転させてアフィン変換した後、この変換された回転
モデル画像を各候補毎にグループ分けして登録するもの
である。また、パターンマッチング位置取得手段２０３
は、入力された画像メモリ１０２の画像を予め定めたモ
デルサイズで走査することにより、モデルサイズ内の画
像と各回転モデル画像とのパターンマッチングを行い、
この両者の正規化相互相関値を演算し、その相互相関値
が最大となる領域の座標をモデル検索位置として取得す
るものである。さらに、モデル検証手段２０４は、パタ
ーンマッチングで得られた位置がモデルとして登録する
のに唯一最適な位置のモデル画像かを検証するものであ
る。

【００３２】図３は、モデル登録装置においてモデル登
録される検査対象物の一例を示す外観図である。

【００３３】図３において、検査対象物３１の外形は歯
車形状なし、この検査対象物３１の一表面には、製品名
及び製品番号を表す文字列３２、例えば「ＡＢＣＤＥＦ
Ａ８３」が同心円状に形成されている。この検査対象物
３１では、文字列３２の中からモデルに最もふさわしい
特異部分を選択し、これを検査対象物３１の位置決め用
モデル画像として登録するものである。

【００３４】次に、図３に示す検査対象物３１を用いて
位置決め用のモデル画像を登録する場合の動作につい
て、図４〜図１４を参照して説明する。

【００３５】図４はモデル候補抽出手段２０１の処理手
順を示すもので、まず、テレビカメラ２で撮像した対象
物３１の画像をＡ／Ｄ変換部１０１でディジタル信号に
変換し、この画像データを画像メモリ１０２に格納する
とともにモニタ３に表示する（ステップＳ１）。次にオ
ペレータは、モニタ３の表示画像を見ながら、入力装置
４から図形の種類、登録したい領域を指定する頂点座標
・半径等の領域情報及び描画濃度、モデルの最適候補数
などのデータを入力し、これにより画像メモリ１０２上
でモデルとして登録したい領域を切り出し、この領域を
ウィンドウとして指定するとともに該ウィンドウ内の画
像データをウィンドウメモリ１０９に格納し、同時に指
定された範囲内のメモリアドレスの内容に濃度値を書き
込む（ステップＳ２）。この時、ウィンドウメモリ１０
９の内容は画像メモリ１０２の内容とインポーズされ
て、モニタ３に図５に示すように表示される。

【００３６】図５において、４１はモニタ３の表示画像
を示し、また４２は指定されたウィンドウを示してい
る。

【００３７】次に、図４に示すステップＳ３では、画像
メモリ１０２を所定のモデルサイズの領域枠で走査する
ことにより、モデルの最適位置候補を抽出する。

【００３８】即ち、ＲＯＭ１０６に格納してある特徴量
パターン抽出処理プログラムをスタートさせてＭＰＵ１
０５を動作させることにより、画像メモリ１０２を所定
のモデルサイズの領域枠４３で走査しながら、その領域
内での縦・横・斜めのエッジ成分の多い所、例えばウィ
ントウ４２内にある「ＡＢ」、「ＤＥ」、「Ａ８」等を
順次探し出し、その各領域の左上Ｘ座標、左上Ｙ座標、
右上Ｘ座標、右上Ｙ座標を求め、この座標をモデル最適
座標候補としてデータメモリ１０８に格納する。この場
合、エッジ成分の多い所の上位複数箇所をモデル最適座
標候補としてデータメモリ１０８に格納する。

【００３９】図６は、モデル最適位置の取得状態の一例
を示すもので、本実施形態では、画像メモリ上からモデ
ル最適位置を５箇所抽出した場合を示している。

【００４０】次に、ＭＰＵ１０５及びＲＯＭ１０６で構
成されるカウンタＭを「１」にして（ステップＳ４）、
図６に示す順位「１」のモデル最適座標候補を指定し、
該モデル最適座標候補が、指定されたウィンドウ内かを
チェックする。

【００４１】即ち、カウンタＭで指定した順位「１」の
モデル座標で決定される領域４３−１が図７に示すウィ
ンドウ４２の領域内に位置しているかを、モデル座標の
領域４３−１とウィンドウ４２の領域とが互いに重なり
合う領域の面積（図７のハッチングを施した部分に相
当）Ｓを演算する（ステップＳ５）。次いで、この算出
した面積Ｓが領域４３−１の面積（上記予め定めた走査
用のモデルサイズの面積と同一）と等しいかを判定する
（ステップＳ６）。

【００４２】ここで、図７に示すように、領域４３−１
がウィンドウ４２の領域内にある時は、互いに重なり合
う領域の面積Ｓと領域４３−１の面積とが同一であると
判断して、領域４３−１の座標をモデル最適座標として
データメモリ１０８に格納する（ステップＳ７）。ま
た、ステップＳ６において否定判定された場合、例えば
順位「２」のモデル座標で決定される領域４３−２が図
７に示すウィンドウ４２の領域外に位置している場合は
ステップＳ８に進み、領域４３−２の座標はモデル最適
座標候補でないとしてデータメモリ１０８から削除す
る。その後、カウンタＭをＭ＋１にしてステップＳ９に
移行し、次のモデル最適座標候補を指定することによ
り、該モデル最適座標候補が、指定されたウィンドウ４
２内かをチェックする。また、ステップＳ１０では、抽
出した全てのモデル最適座標候補についてチェックが終
了したかを判定し、終了しない場合はステップＳ９に進
み、終了した場合はモデル候補抽出処理が終了する。

【００４３】図８は、図４に示す処理を、抽出した各モ
デル最適座標候補に対し行うことにより得られたモデル
最適座標をデータメモリ１０８に格納した結果を表わ
す。

【００４４】次に、モデル候補として抽出しデータメモ
リ１０８に格納したモデル座標に対応する画像をモデル
として登録するモデル登録手段２０２の動作について、
図９及び図１０を参照して説明する。

【００４５】まず、入力装置４を操作することによりモ
デル画像の回転範囲及び角度刻みを設定して、図９のプ
ログラムをスタートさせる。プログラムがスタートする
と、ＭＰＵ１０５及びＲＯＭ１０６で構成されるカウン
タＮを「Ｎ＋１」にし（ステップＳ１１）、モデル候補
として格納したデータメモリ１０８からモデルＮ番目の
候補の座標を取得し（ステップＳ１２）、このＮ番目の
候補の座標に対応する画像メモリ１０２上のモデル画
像、例えば「ＡＢ」を、その座標の中心を回転中心とし
て、予め設定した回転範囲内（例えば、３６０度）でア
フィン化変換回路１０４により一定の角度刻み（例え
ば、５度刻み）で回転させ（ステップＳ１３）、このモ
デル座標の範囲にある「ＡＢ」画像を回転モデルＭ1 と
してモデルメモリ１０７に格納する（ステップＳ１
４）。その後、ステップＳ１６において予め設定した回
転範囲分、例えば３６０度の場合は、７１個の回転モデ
ルＭ1 〜Ｍ71が作成され登録されたかを判定する。回転
範囲分の回転モデルが登録されていない場合はステップ
Ｓ１３に戻り、ステップＳ１３以下の処理を繰り返し実
行する。また、回転範囲分の回転モデルが登録された場
合はステップＳ１６に進み、「ＡＢ」の回転モデルＭ1
〜Ｍ71を１つのグループとして関連付けてモデルメモリ
１０７に登録し、グループ単位でマッチング結果のソー
トや条件設定を行う。

【００４６】図１０は、モデルメモリ１０７内のデータ
構成例を示すもので、モデルデータを５度ずつ回転させ
て生成した７２個の回転モデルＭ0 〜Ｍ71が順次その回
転角度と対応付けられて記憶されている。

【００４７】なお、このような回転モデルの登録は、他
の候補の座標に対応する画像についても同様に行われ
る。

【００４８】次に、パターンマッチング位置取得手段２
０３の動作ついて、図１１〜図１３を参照して説明す
る。

【００４９】まず、入力装置４を操作することにより相
関判定値を設定して、図１１のプログラムをスタートさ
せる。プログラムがスタートすると、ステップＳ２１に
おいて、パターンマッチング位置取得手段２０３（ＭＰ
Ｕ１０５）は、モデルメモリ１０７から第１グループの
各回転モデルを読み出した後、各回転モデルを順次用い
て画像メモリ１０２上の入力画像をモデルと同じサイズ
で走査し、この各走査位置内の画像と回転モデル画像と
の相互相関演算を行う。全ての回転モデルによる走査が
終了すると、パターンマッチング位置取得手段２０３
（ＭＰＵ１０５）は各回転モデルの各走査位置による相
関演算の結果を照合し、その相互相関値が予め設定した
相関判定値以上となる走査位置をモデルマッチング位置
とし、相互相関値が相関判定値（例えば、７０）以上の
座標と相関値をデータメモリ１０８に格納する（ステッ
プＳ２２）。

【００５０】図１２は、グループ内の相互相関値が７０
以上になった時の走査位置の座標と相関値を出現順にデ
ータメモリ１０８に格納したマッチング結果を示す。

【００５１】次のステップＳ２３では、パターンマッチ
ング位置取得手段２０３（ＭＰＵ１０５）により、図１
２に示すグループ内の相互相関値を降順にソートする。
図１３は相関値を降順にソートした後のデータメモリ１
０８のデータ格納結果を示す。

【００５２】次のステップＳ２４では、登録位置以外の
マッチング位置があるかを判定し、この判定結果が「Ｙ
ＥＳ」の時は、同様にして次の回転モデルを読み出し、
上記ステップＳ２１以降の処理を実行する。また、判定
結果が「ＮＯ」の場合は、パターンマッチング処理が終
了する。

【００５３】次に、モデル検証手段の動作について、図
１４に示すフローチャートを参照して説明する。

【００５４】まず、ステップＳ３１では、入力装置４を
操作して、検査対象物の検査、計測に最もふさわしいモ
デル登録位置及び位置ずれ判定値を設定する。次いで上
記パターンマッチングで得られた座標とモデル登録位置
の座標をデータメモリ１０８から読み出し、両者の差が
位置ずれ判定値と等しいか否かを比較する（ステップＳ
３２）。ここで、｜マッチング座標−登録位置座標｜≦
位置ずれ判定値であると判定された場合はステップＳ３
３に進み、モデル座標をモデル最適位置としてモデルメ
モリ１０７の所定のエリアに格納する。また、｜マッチ
ング座標−登録位置座標｜＞位置ずれ判定値と判定され
た場合はステップＳ３４に進み、ずれ位置でのマッチン
グ座標のモデルサイズ内の画像とモデル登録位置のモデ
ル画像との相互相関値を算出して、この相関値が設定値
内かを判定し、設定値内と判定された場合はモデル画像
と類似する部分が他にあり、モデル画像として不適当で
あると判断して、次の候補の検証処理に移行する。

【００５５】例えば、図５において、画像「ＡＢ」のモ
デル検証を行っている時に、これに類似する部分として
画像「Ａ８」が検出された場合、この画像「ＡＢ」はモ
デル画像として不適当であると判断する。

【００５６】また、ステップＳ３４において相関値以外
の場合はステップＳ３３に戻り、他に位置ずれないかを
検証する。そして、同様の検証処理がパターンマッチン
グで得られた座標に対して繰り返し行われ、最終的にモ
デルメモリ１０７へのモデル登録個数が予め設定された
必要個数に達すると、ステップＳ３５が「ＹＥＳ」とな
ってモデルの検証処理が終了する。

【００５７】図１５は、上述のモデル登録方法を利用し
て検査対象物の外観検査を行うための処理手順を示す。

【００５８】対象物の外観検査に際しては、まず、テレ
ビカメラ２で撮像した検査対象物３１の画像をＡ／Ｄ変
換部１０１でディジタル信号に変換し、この画像データ
を画像メモリ１０２に格納するとともにモニタ３に表示
する（ステップＳ４１）。

【００５９】次のステップＳ４２で、ＭＰＵ１０５が図
４に示すモデル候補抽出処理を実行することにより、指
定されたウィンドウ内からモデル登録にふさわしい最適
座標候補を抽出しデータメモリ１０８に格納する。次の
ステップＳ４３では、ＭＰＵ１０５が図９に示すモデル
登録処理を実行することにより、モデル候補として抽出
した各モデル座標に対応する画像を、その座標の中心を
回転中心として、予め設定した回転範囲内で一定の角度
刻みで回転させ、このモデル座標の範囲にある画像を回
転モデルとして生成する。また、次のステップＳ４４で
は、ＭＰＵ１０５が図１１に示すパターンマッチング処
理を実行することにより、回転モデルを用いて入力画像
を走査し、各走査位置の画像とモデル画像との相互相関
値が最大となる所をモデルマッチング位置とし、その座
標と相関値を取得してデータメモリ１０８に格納する。
更に次のステップＳ４５では、ＭＰＵ１０５が図１４に
示すモデル検証処理を実行することにより、パターンマ
ッチングで得られた位置がモデル登録位置よりずれてい
るかを検証し、位置ずれ判定値以外と判定された場合は
登録位置以外にモデルと類似する画像部分があると見な
してモデル候補から除外し、位置ずれ判定値ないと判定
された場合はモデル最適位置としてモデルメモリ１０７
に登録する。このモデル最適位置が検査対象物３１の位
置決め用モデル座標となる。

【００６０】次のステップＳ４６では、ＭＰＵ１０５に
より検査処理部１１１を動作させ、抽出した位置決め用
モデル座標、例えば図１６に示す「８３」に対応する検
査対象物３１の外形先端部３１Ａにおける外観上の欠陥
の有無を、先端部３１Ａに対応するモデル画像と比較す
ることにより検査する。この場合、先端部３１Ａの外観
検査のみに限らず、先端部３１Ａ以外の先端部分の外観
検査も可能である。この場合、図１６に示す画像を回転
して「８３」の位置に割り出すようにしてもよい。

【００６１】このように本実施の形態によれば、対象物
を含む画像上で指定されたウィンドウ内からモデル登録
にふさわしい最適座標候補を抽出し、このモデル候補と
して抽出した各モデル座標に対応する画像を、その座標
の中心を回転中心として、予め設定した回転範囲内で一
定の角度刻みで回転させ、このモデル座標の範囲にある
画像を回転モデルとして生成し、この回転モデルを用い
て入力画像をパターンマッチング処理することにより、
各走査位置の画像とモデル画像との相互相関値が最大と
なる所をモデルマッチング位置として、その座標と相関
値を取得し、更にパターンマッチングで得られた位置が
モデル登録位置よりずれているかを検証し、位置ずれ判
定値以外と判定された場合は登録位置以外にモデルと類
似する画像部分があると見なしてモデル候補から除外
し、位置ずれ判定値がないと判定された場合はモデル最
適位置として登録する構成にしたので、対象物に対する
特徴パターンの登録作業が自動化され、オペレータの作
業負担を大幅に削減できるとともに、方向性を有する対
象物上に唯一存在する特徴部分を確実に抽出できる。

【００６２】更に、本実施形態においては、検査処理部
を動作させ、上記検証により抽出した位置決め用モデル
座標に対応する検査対象物の外形先端部を、これに対応
するモデル画像と比較することにより、外形先端部にお
ける外観上の欠陥の有無を効率よく高精度に検査するこ
とができる。

【００６３】なお、上記の実施形態では、検査対象物と
して歯車状の物体を対象に説明したが、本発明はこれに
限定されず、それ以外のいかなる形状の対象物に対して
も同様に行うことができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のモデル登録
方法及び装置によれば、撮像手段で撮像された、対象物
を含む画像上でモデル領域指定手段がモデル画像として
登録したい所定の大きさ及び形状の領域をウィンドウと
して指定し、入力画像上で抽出手段がウィンドウ内に対
応する領域を予め定めたモデルサイズで走査して、その
画像データ中で特徴量が一定条件を満たす領域の座標を
モデル最適候補として抽出し、モデル登録手段が抽出さ
れた座標領域内の画像を予め設定した回転範囲内で一定
の角度刻みで回転させ、変換された画像を回転モデルと
して登録し、パターンマッチング位置取得手段が入力画
像を予め定めたモデルサイズで走査して、該モデルサイ
ズ内の画像と前記生成した各回転モデル画像とのパター
ンマッチング処理を行うことでパターンマッチングした
走査領域の座標を取得し、モデル検証手段がパターンマ
ッチングで得られた位置がモデルとして登録するのに唯
一最適な位置のモデル画像かを検証し類似性のない位置
のモデル画像のみを抽出する構成にしたから、対象物に
対する特徴パターンの登録作業が自動化され、オペレー
タの作業負担を大幅に削減できるとともに、方向性を有
する対象物上に唯一存在する特徴部分を確実に抽出でき
る。

【００６５】また、本発明の物体外観検査装置によれ
ば、撮像手段で撮像された、対象物を含む画像上でモデ
ル領域指定手段がモデル画像として登録したい所定の大
きさ及び形状の領域をウィンドウとして指定し、前記撮
像画像上で抽出手段がウィンドウ内に対応する領域を予
め定めたモデルサイズで走査して、その画像データ中で
特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適候補
として抽出し、モデル登録手段が抽出された座標領域内
の画像を予め設定した回転範囲内で一定の角度刻みで回
転させ、変換された画像を回転モデルとして登録し、パ
ターンマッチング位置取得手段が入力画像を予め定めた
モデルサイズで走査して、該モデルサイズ内の画像と前
記生成した各回転モデル画像とのパターンマッチング処
理を行うことでパターンマッチングした走査領域の座標
を取得し、モデル検証手段がパターンマッチングで得ら
れた位置がモデルとして登録するのに唯一最適な位置の
モデル画像かを検証し類似性のない位置のモデル画像の
みを抽出し、検査処理手段が検証により抽出した位置決
め用モデル座標に対応する検査対象物を、これに対応す
るモデル画像と比較することにより検査対象物における
外観上の欠陥の有無を検査する構成にしたから、検査対
象物の外観を、これに対応するモデル画像と比較するこ
とにより、検査対象物の外観上の欠陥の有無を効率よく
高精度に検査することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像処理装置の実施形態の構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の実施形態におけるモデル画像登録シス
テムの機能ブロック図である。

【図３】本発明の実施形態における検査対象物の一例を
示す説明図である。

【図４】本発明の実施形態におけるモデル候補抽出手段
の処理手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の実施形態におけるモニタ表示例を示す
説明図である。

【図６】本発明の実施形態におけるモデル最適位置の取
得例を示す説明図である。

【図７】本発明の実施形態におけるモデル最適座標候補
が指定されたウィンドウ内かをチェックする状態を示す
表示画像の説明図である。

【図８】本発明の実施形態において抽出した各モデル最
適座標の格納した結果を表わす説明図である。

【図９】本発明の実施形態におけるモデル登録手段の処
理手順を示すフローチャートである。

【図１０】本発明の実施形態におけるモデルメモリ内の
データ構成例を示す説明図である。

【図１１】本発明の実施形態におけるパターンマッチン
グ位置取得手段の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図１２】本発明の実施形態における走査位置の座標と
相関値を出現順にデータメモリに格納したマッチング結
果を表わす説明図である。

【図１３】本発明の実施形態における相関値を降順にソ
ートした後のデータメモリのデータ格納結果を表わす説
明図である。

【図１４】本発明の実施形態におけるモデル検証手段の
処理手順を示すフローチャートである。

【図１５】本発明の実施形態におけるモデル登録方法を
利用して検査対象物の外観検査を行うための処理手順を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 画像処理装置 ２ テレビカメラ（撮像手段） ３ モニタ ４ 入力装置 ５ 出力装置 １０２ 画像メモリ １０５ ＭＰＵ １０６ ＲＯＭ １０７ モデルメモリ １０８ データメモリ １０９ ウィンドウメモリ ２０１ モデル候補抽出手段 ２０２ モデル登録手段 ２０３ パターンマッチング位置取得手段 ２０４ モデル検証手段

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段で撮像された対象物を含む画像
   から、対象物の検査や計測を行う時に被検査対象物の画
   像と比較するためのモデル画像を抽出し、このモデル画
   像を登録するモデル画像登録方法であって、 前記撮像画像上でモデル画像として登録したい所定の大
   きさ及び形状の領域をウィンドウとして指定し、 前記撮像画像上で前記ウィンドウ内に対応する領域を予
   め定めたモデルサイズで走査して、その画像データ中で
   特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適候補
   として抽出し、 前記抽出された座標領域内の画像を予め設定した回転範
   囲内で一定の角度刻みで回転させ、変換された画像を回
   転モデルとして登録し、 前記入力画像を予め定めたモデルサイズで走査して、該
   モデルサイズ内の画像と前記生成した各回転モデル画像
   とのパターンマッチング処理を行うことでパターンマッ
   チングした走査領域の座標を取得し、 前記パターンマッチングで得られた位置がモデルとして
   登録するのに唯一最適な位置のモデル画像かを検証し類
   似性のない位置のモデル画像のみを抽出する、ことを特
   徴とするモデル画像登録方法。
2. 【請求項２】 前記モデル最適候補として抽出する領域
   が前記指定されたウィンドウ内かをチェックすることに
   より得られる請求項１記載のモデル画像登録方法。
3. 【請求項３】 前記モデル最適候補として抽出する領域
   は、エッジ成分の数が所定量以上となる位置である請求
   項１または２記載のモデル画像登録方法。
4. 【請求項４】 前記モデル最適候補として抽出する領域
   は、複数である請求項１、２または３記載のモデル画像
   登録方法。
5. 【請求項５】 前記予め設定した回転範囲内で一定の角
   度刻みで回転させことにより生成される回転モデルを、
   １つのグループとして関連づけて登録する請求項１記載
   のモデル画像登録方法。
6. 【請求項６】 前記パターンマッチングで得られた位置
   が、モデル登録位置よりずれているかを検証し、位置ず
   れ判定値以外と判定された場合は登録位置以外にモデル
   と類似する画像部分があると見なしてモデル候補から除
   外し、位置ずれ判定値ないと判定された場合はモデル最
   適位置として登録する請求項１記載のモデル画像登録方
   法。
7. 【請求項７】 撮像手段で撮像された対象物を含む画像
   から、対象物の検査や計測を行う時に被検査対象物の画
   像と比較するためのモデル画像を抽出し、このモデル画
   像を登録するモデル画像登録装置であって、 前記撮像手段で撮像された対象物の画像をディジタル化
   して記憶する画像メモリと、 前記画像メモリ上でモデル画像として登録したい所定の
   大きさ及び形状の領域をウィンドウとして指定するモデ
   ル領域指定手段と、 前記画像メモリ上で前記ウィンドウ内に対応する領域を
   予め定めたモデルサイズで走査し、その画像データ中で
   特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適候補
   として抽出する抽出手段と、 前記抽出された座標領域内の画像を予め設定した回転範
   囲内で一定の角度刻みで回転させてアフィン変換し、変
   換された画像を回転モデルとして登録するモデル登録手
   段と、 前記画像メモリを予め定めたモデルサイズで走査し、こ
   のモデルサイズ内の画像と前記生成した各回転モデル画
   像とのパターンマッチング処理を行い、パターンマッチ
   ングした走査領域の座標を取得するパターンマッチング
   位置取得手段と、 前記パターンマッチングで得られた位置がモデルとして
   登録するのに唯一最適な位置のモデル画像かを検証し類
   似性のない位置のモデル画像のみを抽出するモデル検証
   手段とを備えてなるモデル画像登録装置。
8. 【請求項８】 前記抽出手段は、該抽出手段がモデル最
   適候補として抽出する領域が前記指定されたウィンドウ
   内かをチェックする判定手段を備える請求項７記載のモ
   デル画像登録装置。
9. 【請求項９】 前記抽出手段がモデル最適候補として抽
   出する領域は、エッジ成分の数が所定量以上となる位置
   である請求項７または８記載のモデル画像登録装置。
10. 【請求項１０】 前記抽出手段がモデル最適候補として
    抽出する領域は、複数である請求項７、８または９記載
    のモデル画像登録装置。
11. 【請求項１１】 前記モデル登録手段は、予め設定した
    回転範囲内で一定の角度刻みで回転させことにより生成
    される回転モデルを１つのグループとして関連づけて登
    録する請求項７記載のモデル画像登録装置。
12. 【請求項１２】 前記モデル検証手段は、パターンマッ
    チングで得られた位置がモデル登録位置よりずれている
    かを検証し、位置ずれ判定値以外と判定された場合は登
    録位置以外にモデルと類似する画像部分があると見なし
    てモデル候補から除外し、位置ずれ判定値ないと判定さ
    れた場合はモデル最適位置として登録する請求項７記載
    のモデル画像登録装置。
13. 【請求項１３】 撮像手段で撮像された対象物を含む画
    像から対象物の検査や計測を行う時に被検査対象物の画
    像と比較するためのモデル画像を抽出し、このモデル画
    像を用いて対象物を外観検査する物体外観検査装置であ
    って、 前記撮像手段で撮像された対象物の画像をディジタル化
    して記憶する画像メモリと、 前記画像メモリ上でモデル画像として登録したい任意大
    きさ及び形状の領域をウィンドウとして指定するモデル
    領域指定手段と、 前記画像メモリ上で前記ウィンドウ内に対応する領域を
    予め定めたモデルサイズで走査し、その画像データ中で
    特徴量が一定条件を満たす領域の座標をモデル最適候補
    として抽出する抽出手段と、 前記抽出された座標領域内の画像を予め設定した回転範
    囲内で一定の角度刻みで回転させてアフィン変換し、変
    換された画像を回転モデルとして登録するモデル登録手
    段と、 前記画像メモリを予め定めたモデルサイズで走査し、こ
    のモデルサイズ内の画像と前記生成した各回転モデル画
    像とのパターンマッチング処理を行い、パターンマッチ
    ングした走査領域の座標を取得するパターンマッチング
    位置取得手段と、 前記パターンマッチングで得られた位置がモデルとして
    登録するのに唯一最適な位置のモデル画像かを検証し類
    似性のない位置のモデル画像のみを抽出するモデル検証
    手段と、 前記検証により抽出した位置決め用モデル座標に対応す
    る検査対象物を、これに対応するモデル画像と比較する
    ことにより検査対象物における外観上の欠陥の有無を検
    査する検査処理手段とを備えてなる物体外観検査装置。