JPS6211985A - 画像２値化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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２Ｖｉ化方式に関する。

一つ− 〔従来の技術〕 第５図はこの棺のパターン検査・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
グチャートである。なお、第５図において、ｌ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７．２１１＆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社ベルトコンベア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によって検知される０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（Ｒ）の
如く示される。いま、テレビカメラ３がシャッタ内蔵形
のものであり、このシャッタがテレビカメラ３の垂直帰
線消去期間（垂直ブランキング期間）　ＶＢＬＫと同期
をとって駆動されるものとすると、この場合シャッタは
第６図（ハ）の如く１回だけ６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。こうしてシャッタが開くと、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、シャツタ開直後の１フイール
ド（１■：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ｗＪＩｌ！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２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給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。

以上はシャッタ付きテレビカメラの場合であるが、シャ
ッタを持たないテレビカメラを用いるときは、シャッタ
のかわりにストロボを用意し、このストロボをシャッタ
１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。

このようにシャッタ、ストロボは連続的に移動する画像
を静止［ｆ１２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８判別を保
証するようＫしている〇〔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２１１＆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って変動
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
、対象物画儂紘大幅に歪んだものとなり、その結果、対
象物は正常晶であるにもか−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つの画面情報がある場合に、例えばそのビデオ
信号を所定ピット数のディ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、シ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。

したがって、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って
誤判定することのない、安定がっ高精度な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
視野白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つの所定形状ウィンドウを発生させるウィンドウ発生
手段と、少なくともこのウィ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
補正をして上記ウィンドウ発生手段によりその所定位置
にウィンドウを発生させ、上記２９化レベル決定手段に
よりウィンドウ領域内画像の濃淡レベルから最適２＆１
化レベルを決定し、この決定された２値化レベルをもっ
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ｐ−バスフィルタ（ＬＰＦ）、１
２はピークホールド回路（ＰＨ回路）、１３はアナログ
／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、１４は演算回路、１
５は比較レベル選択回路、１６はディジタル／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
ウィンドウ発生回路、２２は走査点座標発生回路、２３
はウィンドウ設定値記憶回路、２４１ｔＰＨ！Ｊセット
回路、２５はリセットタイミング回路、２６は有効画面
制御（ロ）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。

したがって、対象物ｌは第５図の場合と同様に、ベルト
コンベア２によってテレビカメラ３の視野内に来るよう
に搬送される。こ−で用いられるテレビカメラ３として
例えばシャッタ付きのものを想定し、このシャッタをテ
レビカメラ３の垂直ブランキング期間（ＶＢＬＫ）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ク走査を行
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、シャッ
タ付テレビカメラ３からは垂直走査毎（すなわち、毎■
ごと）に対象物［８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、シャッタ付テレビカ
メラのかわりにストロボを用い、その点弧を上記ＶＢＬ
Ｋ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１ｉｉＩ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−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およびローパスフィルタ１１に入力される。

ＬＰＦＩＩ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）をカッ
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。）Ｋもとづく誤動作を
回避するために設けられる。このＬＰＦｉｌ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錬をホールドする。ＰＨ回
路１２は、その動作タイミングがホールド用ウィンドウ
発生回路２１からの出力によって制御される。つまり、
ウィンドウ領域内だけＰＨ回路１２が動作し、そのホー
ルド値はＰＨリセット回路２４およびＰＨリセットタイ
ミング回路２５により、所定のタイミングで消去される
。ウィンドウ発生回路２１は、予め設定した画面内の所
定位置に所定大きさの２次元領域をウィンドウとして発
生するもので、各走査線毎にウィンドウ信号を発生する
ことによりウィンドウ領域を形成する。ところで、この
ウィンドウは、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って現走査時点のＸ座標
を知る一方、高周波（例えば、６ＭＨｚ）の基準クロッ
クを計数することによっ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’ｊｓＸ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Ｘ座標ｙ１および左端Ｘ座標ｘ１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＼
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）’Ｓ　ｅ　
ｘｌ、と比較し、その位置ずれ量Δｙ、ΔＸを次式の如
く求める。

ΔＶ−Ｖ、−ｙｉ ΔＸ−Ｘ５−Ｘｉ このために、まず標準対象物を用いてウィンドウと対象
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０つまり、第２図（
イ）に示されるようなウィンドウの基準点座標Ｐｗｓ　
（Ｘｄａ　Ｙ（１）と、対象物１０基準点座標Ｐｓ（ｘ
６＊ｙ５）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（ｐ）の如き対象物の基準点座標
Ｐｉ（ｘｉｓｙｉ）を求め、このＰｓ（ｘ４ｓｙ５）と
ｈ　（ｘｌａ　ｙｌ）との差分から、Ｘ軸方向のずれ量
ΔＸおよびＸ軸方向のずれ蓋Δｙを求めるものである。

そして、このずれ敏を基準点座標Ｐｗｓ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ィンドウを発
生させるようにする。なお、対象物１ｏｎ面Ｆ上の位置
（Ｘ５　ｅ　ｘｉｅ　Ｙ＠　＃　Ｙｉ）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
儂のＸ、ｙ軸への各投影積分値によって求めることがで
きる。

以上のことは、＠１図では次のように行なわれるＯ まず、標準対象物を用いて設定したウィンドウの発生座
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、Ｘ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’ｌｒ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。ウィンドウ発
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ってウィン
ドウ情報を発生する。そして、このウィンドウが関いた
ときだけピークホールド回路（ＰＨ回路）１２カ有効に
動作し、その間のローパスフィルタ（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＼で、ウィ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浴照図、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
イムチャートである。

シャッタは出直ブランキング期間ＶＢＬＫ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
ｖｎ　ＬＫの開始時刻としてｔｉ−２，を五−８゜ｔｉ
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−で、１は対象物、Ｗはウィンドウ、Ｆはテレ
ビカメラの視野（画面）、■ｊ−２ｓＶｉ−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、上記の如き名時刻が第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１１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ｖＢＬＫ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ＬＰＦＩ　ｌを介してＰＨ回路１２に与えら
れるが、このときウィンドウ発生回路２１がそのウィン
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ット信号が与えられる迄ホールドす
る。ＰＨ回路用９セット信号は同図（ニ）の如く、有効
画面信号が形成されたＶｌｌ　ＬＫ信号以外のＶＢＬＫ
信号毎に出力されて、ＰＨ回路１２のリセットを行なう
。したがって、第３図または第４図の如き場合には、時
刻’ｉ−ｗではウィンドウの設定が充分でないため、Ｐ
Ｈ回路１２の出力は同図（へ）のＰＨの如くなるのに対
し、時刻ｔｉ−１ではウィ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ＬＰ
Ｆ回路１１の出力のうちウィンドウ領域内に相当する出
力のピーク値を同図（へ）の如＜　Ｖｎとしてホールド
することになる。

なお、この値ｖＨは’　ｉ＋を時点で出力されるリセッ
ト信号によってリセットされる。また、ｔｉ＋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（へ）
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−では’１
−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＼ではｔ
ｌ）の画像情報を、決定された２　ｆ［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９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ｆｌｋＴｉＢとこれに対応するＰＨ回％１２
のピークホールド値ＶＨ８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
象物とウィ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Ｖｉ−□のウィンドウ
領域内の濃淡情報であるピークホールド１ｍ　ＭＩＸ　
ヲ求める。こうすれば、ピークホールド値の相別的な関
係から、検査対象物の２値化しきい値候補ＬＸを、 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ＶＨＸその
ものについても、これが例え０、５　Ｖｎｓ〜１．５　
Ｖｎ８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、ＶＨＸが上記の範囲内（Ｙ）な
らば、比較レベル選択回路１５によって演算回路１４の
出力Ｌｘ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、ＭＩＸが上記の範囲外（Ｎ）ならば、選択回路１
５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Ｌｓを標
準値として出力する。つまり、このようにするのはｓ　
ＶＨＸ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ｖｎｓ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０２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
よって２値化されることになる。このとき、制御回路２
６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ＩｉＪ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２判別に有効な２値ｒＩｋＪ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値画像情報によって所定の画像処理を実
行し、対象物の検査２判別を行なう。

以上では、位置補正としてＸｐＹＺ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つのウィンドウ
を設定するようにしたが、対象物の濃淡に対処すべく２
値化回路を複数チャネルとし、これに対応して複数のウ
ィンドウを設け、各々の対応をとって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ィンドウを設定することもできる口
さらに、ウィ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、ウィ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２ｇｌ１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、ハードウェアと
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、したがっ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、阿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図は嬉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ャート、第５図は対象物
の検査・判別装置の従来例を示す構成図、陪６図はＩＩ
ＩＩｓ図の動作を説明するためのタイムチャートである
。 符号説明

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ィンド
   ウ発生手段と、少なくとも該ウィ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ィンドウ発生手段によりその所定位
   置にウィンドウを発生させ、前記２値化レベル決定手段
   によりウィ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ィルタをかけて
   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。