JP2008026186A - 画像処理による隙間検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物に形成された隙間を画像処理によって検出するにあたり、照明の影響を軽減し、検出結果のばらつきを少なくする。
【解決手段】被検査物３をカメラ１で撮像した濃淡画像の中で被検査物３の領域内に形成された隙間の部位に、当該部位に交差する帯状の検査領域を複数設定する。境界線抽出部１７では、各検査領域内において隙間の輪郭線が延長されている方向に相当する方向コードを持つ画素を候補画素として抽出する。評価部１９では、隣接する検査領域において抽出した候補画素の方向コードが連続しており、かつ候補画素の位置が連続しているときに、当該候補画素を隙間の境界線の画素と判定する。検査領域内で方向コードが互いに反対向きである境界線の２個の画素を検出し、計測部２１において両画素の距離を用いて隙間の幅を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、合成樹脂成形品や金属製品のような被検査物を撮像した画像内において、突き合わせ部分や組み合わせ部分などに形成される隙間を画像内で特定する画像処理による隙間検出方法およびその装置に関するものである。

従来から、被検査物を撮像した濃淡画像に画像処理を施すことにより、被検査物に突き合わせ部分などとして形成されている隙間を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

この技術では、被検査物を含む空間領域を撮像した濃淡画像からエッジ画像を抽出し、エッジ画像において互いに平行な複数本の検査ラインとエッジとの交点が存在するとともに、各検査ラインに複数個の交点が存在し、かつ検査ラインの上での隣接する２個の交点の間の距離が閾値より大きいときに、当該検査ラインを欠陥候補ラインとし、欠陥候補ラインの総数が所定数よりも大きいときに欠陥が存在すると判断している。また、欠陥候補ラインに存在する２個の交点について方向値（微分方向値）が互いに逆向きを示すときに欠陥の候補とみなす技術も特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された技術は、隙間の境界線が得られていれば、隙間の幅方向の両側の境界線がエッジ画像に現れ、隙間の境界線に交差するように設定された検査ラインは、隙間の境界線と２点で交差し、この２点は隙間の幅に相当する距離だけ離れることになるという知見に基づいている。また、隙間は比較的長いから、複数本の検査ラインにおいて同様の結果が得られることも利用している。

したがって、隙間の境界線が確実に得られているときには、特許文献１に記載された技術を用いることにより、隙間を抽出することができる。
特開平８−１５１７４号公報

ところで、被検査物を照明する光量、被検査物を撮像するカメラと被検査物を照明する照明の相対位置のような要因によって、同じ被検査物であっても濃淡画像の中において隙間の濃度にばらつきを生じることがある。被検査物を撮像する際の条件が相違していると、被検査物ごとに濃度差が変化する。

一方、エッジ画像を生成する処理は、濃淡画像の各画素ごとに濃度勾配の大きさを表す微分値を求め、微分値を用いて１画素の幅の線に細線化した後、線を延長して連続させるという手順を用いている。したがって、濃度にばらつきがあると微分値が変化し、隙間に対応するエッジを抽出することができない場合があり、隙間が連続しているにもかかわらずエッジ画像ではエッジが不連続になることが多い。そのため、エッジを延長して連続させようとしているが、分断されたエッジの端部から１画素ごとに延長するから処理負荷が大きくなる上に、分断されたエッジの間の距離が大きいときには連続させることができない場合もある。

特許文献１に記載された技術のようにエッジ画像だけを用いて隙間を特定しようとすると、被検査物の撮像条件によって検出結果にばらつきが生じることになる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、被検査物に形成された隙間を検出するにあたってエッジ画像を用いて検出する場合よりも照明の影響を受けにくくし、しかもエッジ画像においてエッジが途切れている場合であっても隙間の検出を可能とし、結果的に検出結果のばらつきが少なく、かつ隙間を正確に計測することが可能な画像処理による隙間検出方法およびその装置を提供することにある。

請求項１の発明は、被検査物を撮像した濃淡画像の中で被検査物の領域内に形成された隙間の部位に、当該部位に交差する帯状の検査領域を当該部位に沿って複数個設定し、濃淡画像の各画素について濃度変化の勾配方向を表す方向値を量子化した方向コードを求めるとともに隙間の境界線が持つ方向コードの範囲を抽出範囲として設定し、各検査領域においてそれぞれ抽出範囲内の方向コードを持つ画素を候補画素として抽出し、隣接する検査領域において抽出した候補画素の方向コードが連続しており、かつ候補画素の位置が連続しているときに、当該候補画素を隙間の境界線の画素と判定することを特徴とする。

この方法によれば、濃度変化の勾配方向を表す方向コードについて抽出範囲を定めることにより隙間の境界線の画素か否かを判定するので、エッジ画像のように照明の影響を受けにくくなる。つまり、被検査物への照明の仕方が異なることによって濃度が変化したとしても、隙間のように濃淡画像において暗部を形成する部位では濃度勾配の方向はほとんど変化しないから、濃度勾配の方向に着目することによって隙間の境界線の画素を照明の影響をほとんど受けずに抽出することができる。また、エッジ画像を生成する際には微分値に閾値を適用しているので、隙間の境界線の画素であるにもかかわらずエッジが途切れることがあるが、エッジが途切れている部位でも濃度勾配は検出可能な場合が多いから、方向コードの変化に連続性があり、かつ方向コードに連続性を持つ画素が互いに連続した位置に存在していれば、隙間の境界線の画素として抽出することができる。つまり、照明の影響による結果のばらつきが少なくなる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記隙間が直線状の部位を結合した形状であって、前記検査領域のいずれかの検査領域において検出した隙間の境界線の画素を基準画素とし、基準画素を通り隙間の延長方向に延長された帯状の方向確認用ウインドウを設定し、残りの検査領域において検出した前記候補画素が方向確認用ウインドウに含まれ、かつ方向確認用ウインドウに候補画素が含まれている検査領域が隣接しているときに、各検査領域において抽出した候補画素の位置が連続していると判定することを特徴とする。

この方法は、隙間に直線状の部位が含まれている場合に適用される技術であって、この形状の隙間であると隙間の境界線の方向に沿った適宜の幅の方向確認用ウインドウを設定することにより、方向確認用ウインドウに隙間の境界線の全体を含めることが可能になる。したがって、方向確認用ウインドウに候補画素が含まれていれば、隙間の境界線の画素であることを検証することができ、方向コードを用いて検出した画素が隙間の境界線の画素か否かを簡便な方法で確認することができる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記基準画素は前記検査領域の並びのうち一方の端の検査領域において検出した隙間の境界線の画素であって、前記方向確認用ウインドウは基準画素を中心として前記抽出範囲で回転可能であり、方向確認用ウインドウに含まれる候補画素の個数が最大になるときの方向確認用ウインドウを用いて候補画素の位置が連続しているか否かを判定することを特徴とする。

この方法によれば、方向確認用ウインドウの位置を微調整することにより隙間の境界線の方向に沿った方向確認用ウインドウを設定するから、適正な方向確認用ウインドウを設定することができ、隙間の境界線の画素を確認する精度を高めることができる。

請求項４の発明では、請求項２または請求項３の発明において、前記隙間の一方の境界線の画素を抽出した後、前記方向確認用ウインドウを前記検査領域の延長方向において隙間の他方の境界線の画素に重なる位置まで平行移動させ、当該位置において各検査領域において検出した前記候補画素が方向確認用ウインドウに含まれ、かつ各候補画素の方向コードが前記一方の境界線の画素を抽出したときの候補画素の抽出範囲とは反対向きの方向コードを持つときに前記他方の境界線の画素と判定することを特徴とする。

この方法は、隙間の境界線が幅方向に２本形成され、かつ両境界線が略平行になることに着目し、両境界線を確認するための互いに平行な２本の方向確認用ウインドウを設定しているのであり、しかも一方の境界線を検証した方向確認用ウインドウを平行移動させて他方の境界線を検証しており、その上、２個の方向確認用ウインドウでは、方向コードの抽出範囲が互いに反対向きである画素を条件としているから、隙間の境界線の性質を利用して隙間の境界線の画素を精度よく確認することができる。

請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記隙間の両方の境界線の画素を抽出した後、各検査領域内で抽出した境界線の画素間の距離を用いて隙間の幅を計測することを特徴とする。

この方法によれば、隙間の幅方向の両側の画素間の距離を用いて隙間の幅を計測するから、画像内で隙間を精度よく検証することができる。ここにおいて、検査領域の延長方向と隙間の延長方向とが直交している場合には、検査領域の中での２個の画素間の距離が隙間の幅寸法になるが、検査領域と隙間とは直交しているとは限らないから、交差角度に応じた補正が必要である。ここで、方向確認用ウインドウを用いた場合には、方向確認法ウインドウの延長方向を隙間の延長方向として用いることができるから、検査領域と隙間との交差角度に応じた補正演算を容易に行うことができる。

請求項６の発明は、被検査物を撮像し濃淡画像が得られる画像入力装置と、濃淡画像の中で被検査物の領域内に形成された隙間の部位に、当該部位に交差する帯状の検査領域を当該部位に沿って複数個設定する検査領域設定部と、濃淡画像の各画素について濃度変化の勾配方向を表す方向値を量子化した方向コードを求める微分処理部と、隙間の境界線が持つ方向コードの範囲を抽出範囲として設定する抽出範囲設定部と、各検査領域においてそれぞれ抽出範囲内の方向コードを持つ画素を候補画素として抽出する境界線抽出部と、隣接する検査領域において抽出した候補画素の方向コードが連続しており、かつ候補画素の位置が連続しているときに、当該候補画素を隙間の境界線の画素と判定する評価部とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、請求項１と同様の作用を奏する。つまり、隙間の境界線の画素を照明の影響をほとんど受けずに抽出することができ、しかも照明の影響による結果のばらつきが少なくなる。

本発明では、被検査物に形成された隙間の部位を検出するにあたって、被検査物を撮像する際に用いる照明の影響をほとんど受けずに隙間を精度よく検出し、しかもエッジ画像では途切れるような箇所であっても隙間の検出を可能として検出結果のばらつきを少なくすることができるという利点がある。また、隙間を精度よく検出することができるから、画像を用いて隙間を正確に計測することができるという利点を有する。

本発明方法を実施するための隙間検出装置の構成を図１に示す。隙間検出装置は、画像入力装置としてのＴＶカメラ（以下、単に「カメラ」という）１を備え、カメラ１により被検査物３を撮像する。被検査物３は照明装置２により照明される。被検査物３に対するカメラ１および照明装置２の位置関係は、目的に応じて適宜に設定されるが、本実施形態では、照明装置２が被検査物３の表面に対して斜め上方から光を照射する斜方照明を採用し、カメラ１は被検査物３の表面を正面方向（カメラ１の光軸が被検査物３の表面に略直交する方向）から撮像するものとする。

カメラ１は、白黒の濃淡画像が得られるものを用いているが、カラー画像（複数色の濃淡画像）が得られるものを用いてもよい。カメラ１の出力である映像信号は画像処理装置１０に入力される。画像処理装置１０は、たとえば、パーソナルコンピュータにカメラ１を接続するためのキャプチャーボードを取り付け、以下に説明する処理を行うプログラムを実行することにより実現される。あるいはまた、画像処理装置１０は、マイクロプロセッサを備える専用の装置によって実現することもできる。画像処理装置１０には図示しないモニタが付設され、後述する画像メモリ１２に格納された所望の画像をモニタの画面に表示することが可能になっている。

画像処理装置１０は、カメラ１から出力されるアナログ信号である映像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１（カメラ１からデジタル信号が出力される場合は不要）を備え、各画素の画素値が濃度である濃淡画像が画像メモリ１２の濃淡画像領域１２ａに格納される。

画像メモリ１２に格納された濃淡画像は微分処理部１３に入力され、微分処理部１３では各画素値が微分値である微分値画像と、各画素値が方向値である方向値画像とを生成する。微分値画像および方向値画像を生成する方法としては、従来技術と同様に、着目画素の８近傍の画素の濃度を用いる技術を採用する。

いま、図２のように、着目画素を中心とする３×３画素の正方領域を考え、正方領域の中の９個の画素の濃度がそれぞれｄ_ｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３；ｉは画像の垂直方向、ｊは画像の水平方向）であるとする。図示例では、着目画素の濃度はｄ_２２になる。
ΔＶ＝（ｄ_１１＋ｄ_１２＋ｄ_１３）−（ｄ_３１＋ｄ_３２＋ｄ_３３）
ΔＨ＝（ｄ_１１＋ｄ_２１＋ｄ_３１）−（ｄ_１３＋ｄ_２３＋ｄ_３３）
とおくと、着目画素の微分値Ａｂｓと方向値Ｄｅｇとは、次式で表される。
Ａｂｓ＝（ΔＶ^２＋ΔＨ^２）^０．５
Ｄｅｇ＝ｔａｎ^−１（ΔＶ／ΔＨ）＋π／２
微分値Ａｂｓは濃度変化の程度を表し、方向値Ｄｅｇは濃度変化の方向を反映している（上述の方向値Ｄｅｇは濃度勾配に対して直交しているから、エッジに沿う方向のように、濃度変化の少ない方向を表している）。微分値画像と方向値画像とは、それぞれ画像メモリ１２の微分値画像領域１２ｂと方向値画像領域１２ｃとに格納される。

隙間のは、輪郭線と同様にエッジを形成しているから、まずエッジ抽出処理部１４においてエッジの抽出を行う。エッジでは濃度変化が大きいと考えられるから、エッジ抽出処理部１４では、まず各画素の微分値を周囲の画素の微分値と比較することにより微分値が極大になる画素の並びを抽出し、さらに微分値が規定の閾値以上である画素を抽出することによりノイズを除去する。微分値が極大になる画素を抽出する処理と微分値を閾値と比較する処理とは、どちらを先に行ってもよい。このようにして抽出したエッジは１画素幅になる。

ところで、被検査物３では連続している領域であっても照明との位置関係などにより微分値が小さくなりエッジが不連続になることがある。そこで、分断されているエッジの端点を始点として、着目画素と周囲画素との関係を評価関数で評価することによりエッジを延長する方向を決定し、他のエッジの端点に衝突するまでエッジの延長を行う。評価関数には後述するように微分値と方向値とを用いるから、微分値画像領域１２ｂと方向値画像領域１２ｃとに格納された微分値画像と方向値画像とを用いる。

ここで、画像の水平方向の右向きを正とするとともに角度を０ラジアンとし、左回り（反時計回り）に角度が大きくなり、かつ図３に示すように、着目画素Ｐ０の８近傍の画素のうち着目画素に対して水平方向の正側に隣接する画素を１番とし、８近傍の残りの画素を左回りで順に２番、３番、……８番とすれば、各画素に付けた番号をＮ（＝１，２，……，８）として、次の評価関数Ｖ（Ｎ）を設定することができる。
Ｖ（Ｎ）＝Ａｂｓ（Ｎ）・ｃｏｓ｛Ｄｅｇ（Ｎ）−Ｄｅｇ（０）｝×ｃｏｓ｛（Ｎ−１）π／４−Ｄｅｇ（０）｝
ここに、Ｄｅｇ（０）は着目画素の方向値である。

上述した評価関数Ｖ（Ｎ）は、着目画素の方向値の方向の画素が同じ方向値を持つときに最大になる。したがって、分断されたエッジの着目画素の８近傍の画素のうち評価関数Ｖ（Ｎ）の値がもっとも大きくなる方向にエッジの延長を行う。ただし、エッジを延長しても結合すべきエッジが存在しない場合には分断されたエッジ同士が結合されないか、誤った結合をすることになるから、評価関数Ｖ（Ｎ）によりエッジを延長する処理の回数には上限値を設定する。

エッジ抽出処理部１４において評価関数Ｖ（Ｎ）を求めるために用いる番号Ｎは、方向コードであって方向値を量子化した値になる。各方向コードは、濃淡画像における濃度勾配の方向に直交する方向に対応しており、濃度勾配が明るい方を右手に見た向きが０度（−２２．５度から２２．５度の範囲を量子化の際にまるめて０度とする）のときに方向コードを１、４５度（２２．５度から６７．５度の範囲を４５度とする）のときに方向コードを２とし、４５度刻みで３〜８の方向コードを割り当てている。図４では、濃度勾配を示すために、濃度の高いほう（暗いほう）を黒、濃度の低いほう（明るいほう）を白で表してあり、黒と白との境界線上で白を右手に見たときの境界線の向きに方向コードを対応付けている。方向コードを画素値とする画像は方向コード画像として画像メモリ１２おける方向コード画像領域１２ｄに格納される。各画素の方向コードの演算および方向コード画像の生成は微分処理部１３で行われる。

エッジ抽出処理部１４で抽出されたエッジからなるエッジ画像は、画像メモリ１２におけるエッジ画像領域１２ｅに格納される。被検査物３の輪郭線だけではなく隙間に相当するエッジも抽出される。もっとも、上述の手順で抽出したエッジは、微分値の小さい部位で分断されたエッジをルールに従って延長したものであるから、必ずしもエッジが正しく抽出されているとは言えない。とくに、方向値が不規則に変化する部位では分断されたエッジ間の関係がルールでは規定できない可能性がある。そこで、以下の処理を行うことにより、隙間の部位を検出する。

上述のようにして抽出したエッジは、隙間のすべてのエッジを含んでいる保証はないが、たいていの場合は隙間の少なくとも一部のエッジを含んでいると考えられる。そこで、検査領域設定部１５において、エッジ抽出処理部１４で得られたエッジ画像を用いて検査領域を設定する。検査領域を設定する際には、エッジ画像においてエッジの並ぶ部位において隙間となる候補の部位をモニタで確認し、検査領域設定部１５に付設した領域入力部１６で指定する。

なお、エッジ画像ではなく濃淡画像について隙間となる候補の部位をモニタで確認してもよい。あるいはまた、方向コード画像をモニタに表示し、方向コードの範囲を指定することにより隙間の候補の部位を確認してもよい。方向コード画像を用いる場合には、隙間の延長方向に相当する方向コードを指定するとともに、当該方向コードを含む所定範囲の方向コードを持つ画素をモニタに表示させる。

この動作について例を示す。いま、濃淡画像領域１２ａに図５に示す濃淡画像が格納されているものとする。隙間の延長方向の方向コードが５であるとすれば、方向コードが４と６とである画素も表示させる。つまり、図６（ａ）のような画像が得られる（画面上では方向コードごとに色付けすることにより視認しやすくなる）。このように方向コードの範囲を指定すれば、照明にむらがあったとしても隙間の境界線が途切れずに抽出される。また、一般に隙間は２本の平行する境界線を有しており、両境界線の画素は互いに反対向きの方向コードを持つから、方向コードが４、５、６の画素を表示させたときには、方向コードが１、２、８の画素を別の画面で表示させる（図６（ｂ）参照）。このように特定の範囲の方向コードを持つ画素を表示すれば、隙間の境界線をモニタの画面上で容易に視認することができるから、検査領域を容易に設定することができる。

検査領域を設定するにあたっては、まず、検査すべき部位と考えられる部位を囲むように位置認識用領域（たとえば、矩形領域）を設定する。位置認識用領域は、おおよその位置に設定することができるから、モニタの画面上で目視により設定することができ、また画像内で被検査物の存在する領域を決めておけば自動で設定することもできる。

次に、位置認識用領域の内部において、形状マッチング用のマッチング領域を設定し、マッチング領域を走査することにより形状マッチングを行う。形状マッチングにより検査すべき部位の位置が特定されるから、マッチング領域の中で検査領域を設定する。

ところで、検査領域Ｄは、図７に示すように、適宜の画素数の幅を有する帯状の領域として設定し、複数個の検査領域Ｄを平行に配置する。通常は１０個程度の検査領域Ｄを設定する。各検査領域Ｄの幅はたとえば１０画素程度を目安に設定してあり、検査領域Ｄの中で平均値を用いることができるようにしてある（図７では１画素のみ示している）。また、図示例では検査領域Ｄは直線状であって同寸法かつ同ピッチで配列され、さらに検査領域Ｄは隙間の延長方向に対してほぼ直交するように設定することを想定しているが、これらの条件はとくに問わない。また、検査領域Ｄの個数についてもとくに制限はなく、隙間の候補である部位の大きさに応じて適宜に設定される。検査領域Ｄの長さは、隙間の幅が広いほど長く設定する。図示例では隣接する検査領域Ｄを密着させているが、検査領域Ｄの間隔は適宜に設定することができ、隣接する検査領域Ｄの間は離れていてもよい。検査領域Ｄの幅、長さ、ピッチについてはあらかじめ設定され、検査領域Ｄの位置および方向については検査中に自動的に設定される。図７では斜線部が濃淡画像の暗部に対応しており、２つの明部の間の暗部を着目する隙間Ｘと想定している。

いま、説明を簡単にするために、図８に示すように、隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２が水平方向に延長されており、１画素幅で垂直方向の検査領域Ｄを１画素のピッチで複数個（図示例では８個）設定している例を示す。これは、各検査領域Ｄの延長方向が隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の延長方向に直交する場合に相当する。検査領域Ｄは隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２と交差するから、エッジ画像ではエッジが分断されている場合であっても（エッジの分断箇所を破線で示している）、隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素は含まれる。したがって、隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素をエッジ画像を用いずに抽出することができれば、隙間Ｘの計測が可能になる。

そこで、本実施形態では、抽出範囲入力部１８において隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２が持つと予想される方向コードの範囲を抽出範囲として設定し、境界線抽出部１７において検査領域Ｄの中で抽出範囲内の方向コードを持つ画素を隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素の候補である候補画素として抽出する。候補画素は隙間Ｘの一方の境界線ＢＬ１の近傍において１個だけ検出されるとは限らない。隣接する複数個の画素が候補画素となる場合には、複数個の候補画素のうち微分値のもっとも大きい画素を候補画素に用いればよい。

ところで、候補画素は、方向コードが抽出範囲内であるという隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素であることの必要条件は満たしているが、この条件のみでは隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素であることは保証されない。一方、カメラ１の倍率が適正に設定されているとき、画素が隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素であると、隣接する検査領域Ｄの候補画素は位置が連続し（検査領域Ｄが密着しているときは８近傍に位置する）、また隣接する検査領域Ｄの候補画素とは方向コードが一致するか方向コードが１だけ異なる（つまり、隣接する画素と方向コードが連続する）と考えられる。

そこで、境界線抽出部１７において各検査領域Ｄごとに求めた候補画素について、評価部１９において隣接する検査領域Ｄで求めた候補画素間の位置の連続および方向コードの連続を検証し、評価部１９では、隣接する検査領域Ｄで求めた候補画素の位置と方向コードとがともに連続していれば、候補画素を線状部分Ｄの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素と判定する。

また、上述したように隙間Ｘには２本の境界線ＢＬ１，ＢＬ２が存在しているから、検査領域Ｄが適正に設定されていれば、１個の検査領域Ｄの中に複数個の候補画素が存在するが、隙間Ｘを挟んで対になる２個の画素は、一方が明→暗の方向コードを持つとともに他方が暗→明の方向コードを持ち、しかも両画素の間に濃淡画像における暗部を挟んでいる。この条件を用いることにより、検査領域Ｄの中で検出した候補画素を境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素と判定する。

上述のようにして隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２を求めると、エッジ画像にごみのような異物により形成されるエッジでは、位置および方向コードがともに連続するという条件を満たすことがほとんどないから、ごみのような異物によるエッジの画素を隙間Ｘの画素からは除去することができる。つまり、不要なデータを容易に除去することができるから、隙間Ｘを適正に抽出して隙間Ｘについて良否を精度よく判定することが可能になる。

なお、上述した動作ではエッジ画像を得る際に分断されたエッジの端点からエッジを延長しているが、エッジを延長する処理は必須ではなく、検査領域Ｄおよび方向値の抽出範囲を適正に設定し、上述の条件に従って隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素を検証すれば、エッジ画像を用いずに隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素を抽出することができる。

ところで、多くの隙間Ｘは、直線状やＶ字状など直線状の部位を結合した形状を有している。この特徴を利用すると、候補画素が隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素であることをさらに確実に検証することができる。この検証のために、隙間Ｘのうちの直線状の部位に当て嵌まるように設定した方向確認用ウインドウＷ（図８参照）を用いる。方向確認用ウインドウＷはウインドウ設定部２０において設定される。

方向確認用ウインドウＷを設定する際には、複数個の検査領域Ｄのうちのいずれかにおいて検出した候補画素を基準画素に決める。図示例では、左端の検査領域Ｄにおいて検出した一方の候補画素を基準画素Ｐ１に用いている。ただし、どの検査領域Ｄの候補画素を基準画素に用いるかは適宜に選択すればよく、右端の検査領域Ｄや中央の検査領域Ｄにおける候補画素を基準画素に用いてもよい。

方向確認用ウインドウＷは、帯状（細長い矩形状）に形成されており、上述のように決めた基準画素Ｐ１を通り隙間Ｘの延長方向に延長するように設定する。方向確認用ウインドウＷの幅は適宜に設定することができるが、通常は２画素程度に設定すればよい。つまり、基準画素Ｐ１だけではなく隙間Ｘの一方の境界線ＢＬ１の他の画素がすべて方向確認用ウインドウＷに含まれ、しかも隙間Ｘの他方の境界線ＢＬ２の画素が方向確認用ウインドウＷに含まれないようにする。隙間Ｘの一方の境界線ＢＬ１の画素であっても一直線上に並ぶとは限らないから多少の余裕が必要であって１画素幅では狭く、この余裕を大きくすると隙間Ｘの幅が狭いときに方向確認用ウインドウＷに他方の境界線ＢＬ２の画素が含まれるから、２画素程度の幅が適正な幅と言える。

ここで、方向確認用ウインドウＷの延長方向を基準画素Ｐ１の方向コードで示される方向に設定すれば、他の検査領域Ｄに含まれる候補画素も方向確認用ウインドウＷに包含されると考えられる。ただし、基準画素Ｐ１の方向コードが他の検査領域Ｄの候補画素の方向コードと一致しているとは限らず、また方向コードは方向値を量子化した値であるから隙間Ｘの直線状の部位の延長方向に対して通常は誤差を有している。したがって、上述のようにして設定した方向確認用ウインドウＷに他の候補画素が必ずしもすべては包含されない場合が生じる。

このような場合に備えて、ウインドウ設定部２０では、基準画素Ｐ１を中心として方向確認用ウインドウＷを回転可能にしてある。方向確認用ウインドウＷの回転可能な範囲は、候補画素を抽出する際に用いた抽出範囲を用いる。方向確認用ウインドウＷを抽出範囲の角度範囲で回転させて、候補画素の個数が最大になる角度を求める。この角度は隙間Ｘの延長方向に一致していると考えることができる。

基準画素Ｐ１を含む検査領域Ｄを除く残りの検査領域Ｄで検出された候補画素が隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素であれば、それらの候補画素は方向確認用ウインドウＷに含まれると考えられるから、基準画素Ｐ１を含む検査領域Ｄを除く残りの検査領域Ｄにおいて検出した候補画素が方向確認用ウインドウＷに含まれ、かつ方向確認用ウインドウＷに候補画素が含まれている検査領域Ｄが隣接しているときに、各検査領域Ｄにおいて抽出した候補画素の位置が連続していると判定する。方向確認用ウインドウＷを用いることにより検査領域Ｄが互いに離れていても候補画素の位置が連続しているか否かを判断することができる。

さらに、隙間Ｘには２本の境界線ＢＬ１，ＢＬ２が存在するから、上述のようにして一方の境界線ＢＬ１を求めた後に、他方の境界線ＢＬ２についても方向確認ウインドウＷを設定して同じ処理を行うことで、候補画素の位置の連続を検証する。他方の境界線ＢＬ２に対する方向確認ウインドウＷを設定するにあたっては、隙間の２本の境界線ＢＬ１，ＢＬ２がほぼ平行であるという特性を利用する。すなわち、一方の境界線ＢＬ１に対する方向確認ウインドウＷを上述のように設定して候補画素が境界線ＢＬ１の画素であることを検証した後、同じ方向確認ウインドウＷを平行移動させることにより、他方の境界線ＢＬ２に対応する方向確認ウインドウＷとして用いる。方向確認用ウインドウＷの平行移動に際しては、検査領域Ｄの延長方向において他方の境界線ＢＬ２の画素に重なる位置まで移動させる。

このようにして設定した方向確認用ウインドウＷに対して、各検査領域Ｄにおいて検出した候補画素が含まれ、かつ各候補画素の方向コードが上述した一方の境界線ＢＬ１の画素を抽出したときの候補画素の抽出範囲とは反対向きの方向コードを持つときに他方の境界線ＢＬ２の画素と判定する。

上述の手順によって、２個の方向確認用ウインドウＷにおいて、ともに候補画素の位置の連続が確認されると、候補画素は隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２の画素であると確定することができる。つまり、２本の境界線ＢＬ１，ＢＬ２の位置が決定される。このように隙間Ｘの２本の境界線ＢＬ１，ＢＬ２の位置が確定すれば、画像内の画素間の距離を用いて隙間の幅を計測することが可能になる。すなわち、計測部２１において、カメラ１と被検査物３との既知の位置関係と、画像内での画素の位置の関係により境界線ＢＬ１，ＢＬ２を求める。

以上説明したように、濃淡画像における濃度勾配の小さい部位（濃淡画像において隣接する画素の濃度差が小さい部位）では微分値が小さくなるから、微分値に基づいて形成したエッジ画像では隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２を抽出することができない場合が生じるのに対して、本発明の構成では方向値を用いるから、濃淡画像における濃度勾配の大小には関係せず、照明の影響を受けることなく隙間Ｘの境界線ＢＬ１，ＢＬ２を抽出することができる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。 同上における微分の概念を説明する図である。 同上における方向コードの概念を示す図である。 同上における方向コードの概念を示す図である。 同上における濃淡画像の例を示す図である。 図５の画像について方向コードを指定した画像の例を示す図である。 同上における検査領域の設定例を示す図である。 同上における動作説明図である。

符号の説明

１ （ＴＶ）カメラ（画像入力装置）
２ 照明装置
３ 被検査物
１２ 画像メモリ
１３ 微分処理部
１４ エッジ抽出処理部
１５ 検査領域設定部
１６ 領域入力部
１７ 境界線抽出部
１８ 抽出範囲入力部
１９ 評価部
２０ ウインドウ設定部
２１ 計測部
Ｄ 検査領域
ＢＬ１，ＢＬ２ 境界線
Ｐ１ 基準画素
Ｗ 方向確認用ウインドウ
Ｘ 隙間

Claims (6)

1. 被検査物を撮像した濃淡画像の中で被検査物の領域内に形成された隙間の部位に、当該部位に交差する帯状の検査領域を当該部位に沿って複数個設定し、濃淡画像の各画素について濃度変化の勾配方向を表す方向値を量子化した方向コードを求めるとともに隙間の境界線が持つ方向コードの範囲を抽出範囲として設定し、各検査領域においてそれぞれ抽出範囲内の方向コードを持つ画素を候補画素として抽出し、隣接する検査領域において抽出した候補画素の方向コードが連続しており、かつ候補画素の位置が連続しているときに、当該候補画素を隙間の境界線の画素と判定することを特徴とする画像処理による隙間検出方法。
2. 前記隙間が直線状の部位を結合した形状であって、前記検査領域のいずれかの検査領域において検出した隙間の境界線の画素を基準画素とし、基準画素を通り隙間の延長方向に延長された帯状の方向確認用ウインドウを設定し、残りの検査領域において検出した前記候補画素が方向確認用ウインドウに含まれ、かつ方向確認用ウインドウに候補画素が含まれている検査領域が隣接しているときに、各検査領域において抽出した候補画素の位置が連続していると判定することを特徴とする請求項１記載の画像処理による隙間検出方法。
3. 前記基準画素は前記検査領域の並びのうち一方の端の検査領域において検出した隙間の境界線の画素であって、前記方向確認用ウインドウは基準画素を中心として前記抽出範囲で回転可能であり、方向確認用ウインドウに含まれる候補画素の個数が最大になるときの方向確認用ウインドウを用いて候補画素の位置が連続しているか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の画像処理による隙間検出方法。
4. 前記隙間の一方の境界線の画素を抽出した後、前記方向確認用ウインドウを前記検査領域の延長方向において隙間の他方の境界線の画素に重なる位置まで平行移動させ、当該位置において各検査領域において検出した前記候補画素が方向確認用ウインドウに含まれ、かつ各候補画素の方向コードが前記一方の境界線の画素を抽出したときの候補画素の抽出範囲とは反対向きの方向コードを持つときに前記他方の境界線の画素と判定することを特徴とする請求項２または請求項３記載の画像処理による隙間検出方法。
5. 前記隙間の両方の境界線の画素を抽出した後、各検査領域内で抽出した境界線の画素間の距離を用いて隙間の幅を計測することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の画像処理による隙間検出方法。
6. 被検査物を撮像し濃淡画像が得られる画像入力装置と、濃淡画像の中で被検査物の領域内に形成された隙間の部位に、当該部位に交差する帯状の検査領域を当該部位に沿って複数個設定する検査領域設定部と、濃淡画像の各画素について濃度変化の勾配方向を表す方向値を量子化した方向コードを求める微分処理部と、隙間の境界線が持つ方向コードの範囲を抽出範囲として設定する抽出範囲設定部と、各検査領域においてそれぞれ抽出範囲内の方向コードを持つ画素を候補画素として抽出する境界線抽出部と、隣接する検査領域において抽出した候補画素の方向コードが連続しており、かつ候補画素の位置が連続しているときに、当該候補画素を隙間の境界線の画素と判定する評価部とを備えることを特徴とする画像処理による隙間検出装置。