JP2015197563A - Lighting system for image recognition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像認識用照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device for image recognition.
近年、工場の製造ラインなどにおいて様々な産業用ロボットが用いられている。例えば、ワークをロボットハンドで把持して取り出すピッキング装置では、カメラで撮像された画像からワークを認識し、得られた位置・姿勢情報に基づいて、ワークを取り出している。そして、このようにワークなどの対象物をカメラで撮像して画像認識する場合、カメラと照明装置とを対象物の垂直上方に配置する場合が多い。 In recent years, various industrial robots have been used in factory production lines and the like. For example, in a picking device that grips and picks up a workpiece with a robot hand, the workpiece is recognized from an image captured by a camera, and the workpiece is taken out based on the obtained position / posture information. When an object such as a workpiece is imaged and recognized by the camera as described above, the camera and the illumination device are often arranged vertically above the object.
ところで、対象物をカメラで撮像する際に対象物がランダムな姿勢をとっている場合、対象物の表面が滑らかな平面で構成されていると、その平面に照明装置の光源が写り込む場合がある。また、光源として電球や蛍光灯などを用いた照明装置では、光源の発光面積が小さく、対象物から見た発光面内の輝度が均一でないため、対象物の滑らかな平面に光源が写り込むと、撮像された画像の当該平面内に明るさの違いが生じることもある。そのため、対象物の1つの平面が明るさの違いにより複数の面で構成されているものと誤認識される恐れがある。 By the way, when the target object takes a random posture when the target object is imaged with the camera, the light source of the lighting device may be reflected on the plane if the surface of the target object is configured with a smooth plane. is there. In addition, in a lighting device using a light bulb or a fluorescent lamp as a light source, since the light emitting area of the light source is small and the luminance in the light emitting surface viewed from the object is not uniform, the light source is reflected on the smooth plane of the object. A difference in brightness may occur in the plane of the captured image. Therefore, there is a possibility that one plane of the object is erroneously recognized as being composed of a plurality of planes due to the difference in brightness.
そこで、例えば特許文献1では、リング状光源からの直射光と、拡散反射外筒により拡散反射された拡散反射光との双方により照射面を照明する画像処理検査用リング状照明装置が開示されている。これにより、照射面での照射分布の均一性を高めるとともに、高い照度が得られ、はんだ付けの不良、欠損、異物の付着、印字ミスなどの画像処理検査を適切に行うことができる。また、リング状の透過性拡散板によりリング状光源からの直射光が被検物に照射されないようにして、鏡面性の表面を有する被検物により反射される鏡面反射成分がカメラに取り込まれないようにした画像処理検査用リング状照明装置も開示されている。
Therefore, for example,
しかしながら、拡散反射光は直射光と比べて照射面での照度が低いため、特許文献1の画像処理検査用リング状照明装置では、直射光の輝度の不均一による対象物平面内の明るさの違いを十分に抑えることができない場合もあり得る。また、特許文献1の透過性拡散板を用いた画像処理検査用リング状照明装置では、拡散反射光のみにより照射面を照明するため、はんだ付けの不良などの画像処理検査を行うことは可能であっても、対象物の画像認識に対して十分な照度が得られない可能性がある。
However, since diffuse reflected light has lower illuminance on the irradiated surface than direct light, the ring illumination device for image processing inspection in
これに対して、画像認識用照明装置の光源として発光面内の輝度が全方向に略均一な光を発する面光源(以下、均一面光源と称する)を用いることによって、画像認識における上記のような誤認識を防止することができる。しかしながら、対象物がランダムな姿勢をとっている場合、あらゆる姿勢の対象物に対して、カメラにとって有効な光を照射するためには、大きな面積の均一面光源を用いる必要があり、画像認識用照明装置の占有面積が大きくなるとともに、価格も高くなる。 On the other hand, by using a surface light source (hereinafter, referred to as a uniform surface light source) that emits light with substantially uniform luminance in the light emitting surface in all directions as a light source of the image recognition illumination device, as described above in image recognition. Misrecognition can be prevented. However, when the object has a random posture, it is necessary to use a uniform surface light source with a large area in order to irradiate the object in any posture with light effective for the camera. As the area occupied by the lighting device increases, the price also increases.
ここで、均一面光源を備えた画像認識用照明装置の構成を図8および図9に示す。なお、図8は斜視図であり、図9はカメラ4の位置で切断した垂直断面図である。対象面8は、対象物が置かれる平面上におけるカメラ4の画像認識範囲を表しており、対象面8の垂直上方には、均一面光源1が配置され、均一面光源1の中央部には、対象面8(に置かれた対象物)をカメラ4で撮像するための開口部が設けられている。図8および図9においては、あらゆる姿勢の対象物に対して、カメラ4にとって有効な光を照射するため、十分に大きな面積の均一面光源1が用いられている。
Here, FIG. 8 and FIG. 9 show the configuration of an image recognition illumination device provided with a uniform surface light source. 8 is a perspective view, and FIG. 9 is a vertical sectional view cut at the position of the camera 4. The target surface 8 represents the image recognition range of the camera 4 on the plane on which the target object is placed. The uniform
また、水平方向の均一面光源と垂直方向の均一面光源とを組み合わせて用いた画像認識用照明装置の構成を図10および図11に示す。なお、図10は斜視図であり、図11はカメラ4の位置で切断した垂直断面図である。当該画像認識用照明装置は、水平方向の均一面光源1とともに、均一面光源1の外周を囲むように垂直方向の均一面光源2aないし2dを筒状に配置した筒状均一面光源(以下、筒状均一面光源2と称する)を備えている。これにより、画像認識用照明装置の占有面積を小さくすることができる。
Further, FIGS. 10 and 11 show the configuration of an illumination device for image recognition using a combination of a uniform light source in the horizontal direction and a uniform light source in the vertical direction. 10 is a perspective view, and FIG. 11 is a vertical cross-sectional view taken at the position of the camera 4. The illumination device for image recognition includes a horizontal uniform
さらに、図12の垂直断面図に示すように、水平方向の均一面光源1と斜め方向の筒状均一面光源2とを設けた画像認識用照明装置では、均一面光源1の面積を小さくすることができる。
Furthermore, as shown in the vertical sectional view of FIG. 12, in the illumination device for image recognition provided with the
しかしながら、水平方向の均一面光源1と、垂直方向あるいは斜め方向の筒状均一面光源2とを設けた画像認識用照明装置は、占有面積を小さくすることができるものの、用いる均一面光源の合計面積が却って大きくなり、価格を抑えることはできない。
However, the image recognition illumination apparatus provided with the horizontal uniform
前述した課題を解決する主たる本発明は、対象物をカメラで撮像して画像認識するために前記対象物に光を照射する画像認識用照明装置であって、全方向に略均一な光を発する均一面光源と、前記均一面光源の外周に沿った形状の第1開口端と、前記対象物と対向する第2開口端とを有し、前記均一面光源からの光を鏡面反射して前記対象物に照射する筒状鏡面反射板と、を備えることを特徴とする画像認識用照明装置である。 A main aspect of the present invention that solves the above-described problem is an image recognition illumination device that emits light to an object in order to recognize the image by imaging the object with a camera, and emits substantially uniform light in all directions. A uniform surface light source, a first opening end having a shape along an outer periphery of the uniform surface light source, and a second opening end facing the object, and the light from the uniform surface light source is specularly reflected to An illumination device for image recognition, comprising: a cylindrical specular reflector that irradiates an object.
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。 Other features of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of this specification.
本発明によれば、均一面光源を用いた画像認識用照明装置の占有面積を小さくするとともに、価格を抑えることができる。 According to the present invention, the area occupied by the illumination device for image recognition using a uniform surface light source can be reduced and the price can be reduced.
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
===画像認識用照明装置の構成===
以下、図1および図2を参照して、本発明の一実施形態における画像認識用照明装置の構成について説明する。なお、図1は斜視図であり、図2はカメラ4の位置で切断した垂直断面図である。
=== Configuration of Illumination Device for Image Recognition ===
Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the illuminating device for image recognition in one Embodiment of this invention is demonstrated. 1 is a perspective view, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken at the position of the camera 4.
図1および図2に示されている画像認識用照明装置は、対象面8(に置かれた対象物)をカメラ4で撮像して画像認識するための装置であり、均一面光源1、および鏡面反射板3aないし3dを含んで構成されている。
The image recognition illumination device shown in FIGS. 1 and 2 is a device for recognizing an image by imaging a target surface 8 (an object placed on the target surface) with a camera 4, and the uniform
水平方向の均一面光源1は、対象面8の垂直上方に配置され、その中央部には、対象面8をカメラ4で撮像するための開口部が設けられている。また、垂直方向の鏡面反射板3aないし3dは、筒状に配置されて筒状鏡面反射板(以下、筒状鏡面反射板3と称する)を構成している。さらに、筒状鏡面反射板3の均一面光源1側の開口端(第1開口端)は、均一面光源1の外周を囲むように配置され、均一面光源1の外周に沿った形状をしている。一方、対象面8側の開口端(第2開口端)は、対象面8の近傍に位置するように配置され、対象面8と対向している。そして、筒状鏡面反射板3は、均一面光源1からの光を鏡面反射して対象面8に照射する。
The horizontal uniform
なお、図1および図2では、均一面光源1の形状は正方形であり、筒状鏡面反射板3の外形は四角柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、例えば均一面光源1の形状が円の場合には、筒状鏡面反射板3の外形は円柱形状となる。また、図1および図2に示すように、均一面光源1としては、対象面8が表すカメラ4の画像認識範囲の面積より面積が大きいものが用いられる。
In FIGS. 1 and 2, the uniform
===画像認識用照明装置の作用===
次に、図3を参照して、本実施形態における画像認識用照明装置の作用について説明する。
=== Operation of Illumination Device for Image Recognition ===
Next, with reference to FIG. 3, the operation of the illumination device for image recognition in the present embodiment will be described.
ここで、対象物9は、表面が滑らかな平面で構成されており、対象面8上に姿勢が傾いた状態で置かれている。対象物9をカメラ4で撮像する際、カメラ4は、光軸5a,5b,5c,5dを経由して均一面光源1を見ることとなる。したがって、当該姿勢が傾いた対象物9に対して、均一面光源1から光軸5d,5c,5bを経由したカメラ4にとって有効な光を照射することができ、有効な光が照射された対象物9をカメラ4で撮像して適切に画像認識を行うことができる。
Here, the object 9 has a smooth surface and is placed on the object surface 8 in an inclined state. When the object 9 is imaged by the camera 4, the camera 4 views the uniform
なお、あらゆる姿勢の対象物9に対して、カメラ4にとって有効な光を照射するため、筒状鏡面反射板3の対象面8側の開口端は、できるだけ対象面8の近くに配置することが望ましく、対象面8を完全に覆ってしまってもよい。さらに、筒状鏡面反射板3を撮像開始時に対象面8まで下降させ、撮像終了時に上昇させる昇降機構を設けてもよい。 In addition, in order to irradiate the object 9 in any posture with light that is effective for the camera 4, the opening end on the target surface 8 side of the cylindrical specular reflector 3 may be arranged as close to the target surface 8 as possible. Desirably, the target surface 8 may be completely covered. Further, an elevating mechanism that lowers the cylindrical specular reflector 3 to the target surface 8 at the start of imaging and raises it at the end of imaging may be provided.
===画像認識用照明装置の他の構成例===
上記実施形態では、筒状鏡面反射板3の外形は、柱体(角柱または円柱)形状となっているが、より好ましくは、図4の垂直断面図に示すように、均一面光源1側の開口端の面積が対象面8側の開口端の面積より大きい錐台(角錐台または円錐台)形状とする。この場合、図5に示すように、図3と同じ姿勢の対象物9をカメラ4で撮像する際、カメラ4は、光軸6a,6b,6cを経由して均一面光源1を見ることとなる。したがって、当該姿勢が傾いた対象物9に対して、均一面光源1から光軸6c,6bを経由したカメラ4にとって有効な光を照射することができる。
=== Other Configuration Examples of Image Recognition Lighting Device ===
In the above embodiment, the outer shape of the cylindrical specular reflector 3 is a columnar body (rectangular column or cylinder). More preferably, as shown in the vertical sectional view of FIG. The area of the opening end is a frustum (pyramidal frustum or truncated cone) shape larger than the area of the opening end on the target surface 8 side. In this case, as shown in FIG. 5, when the camera 9 captures an object 9 having the same posture as that in FIG. 3, the camera 4 views the uniform
ここで、均一面光源1からの光は、筒状鏡面反射板3で100%反射されるわけではなく、その一部が吸収されたり散乱されたりして減衰する。そのため、筒状鏡面反射板3の外形をこのような錐台形状とすることにより、均一面光源1からの光をより少ない反射回数で対象物9に照射することができ、より高い照度が得られる。
Here, the light from the uniform
一方、比較例として、図6の垂直断面図に示すように、筒状鏡面反射板3の外形を、均一面光源1側の開口端の面積が対象面8側の開口端の面積より小さい錐台形状とすると、対象物9の姿勢によっては、均一面光源1からの光が照射されない場合がある。例えば図7に示すように、図3と同じ姿勢の対象物9をカメラ4で撮像する際、カメラ4は、光軸7a,7b,7c,7d,7eを経由しても均一面光源1を見ることができない。したがって、当該姿勢が傾いた対象物9に対して、均一面光源1からカメラ4にとって有効な光を照射することができず、カメラ4から見ると、対象物9には光が照射されていないこととなる。
On the other hand, as a comparative example, as shown in the vertical sectional view of FIG. 6, the outer shape of the cylindrical specular reflector 3 is a cone whose opening end area on the uniform
前述したように、図1および図2に示した画像認識用照明装置において、均一面光源1の下方に筒状鏡面反射板3を設け、均一面光源1からの光を鏡面反射して対象面8(対象物9)に照射することによって、姿勢が傾いた対象物9に対しても、均一面光源1からカメラ4にとって有効な光を照射することができ、有効な光が照射された対象物9をカメラ4で撮像して適切に画像認識を行うことができる。そして、当該構成により、対象面8が表すカメラ4の画像認識範囲の面積より面積が大きい均一面光源1を用いるものの、用いる均一面光源の合計面積(均一面光源1のみの面積)は、図10ないし図12に示した画像認識用照明装置の場合に比べて小さくなり、均一面光源1を用いた画像認識用照明装置の占有面積を小さくするとともに、価格を抑えることができる。
As described above, in the illumination device for image recognition shown in FIGS. 1 and 2, the cylindrical specular reflector 3 is provided below the uniform
また、筒状鏡面反射板3の外形を、均一面光源1側の開口端(第1開口端)の面積が対象面8側の開口端(第2開口端)の面積より大きい錐台形状とすることによって、均一面光源1からの光をより少ない反射回数で対象物9に照射することができ、より高い照度が得られる。
Further, the outer shape of the cylindrical specular reflector 3 has a frustum shape in which the area of the opening end (first opening end) on the uniform
また、筒状鏡面反射板3の対象面8側の開口端をできるだけ対象面8の近くに配置することによって、あらゆる姿勢の対象物9に対して、カメラ4にとって有効な光を照射することができる。 Further, by arranging the opening end of the cylindrical mirror reflector 3 on the target surface 8 side as close to the target surface 8 as possible, it is possible to irradiate the object 9 in any posture with light effective for the camera 4. it can.
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。 In addition, the said embodiment is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
1、2a〜2d 均一面光源
3a〜3d 鏡面反射板
4 カメラ
8 対象面
9 対象物
1, 2a to 2d Uniform surface
Claims (4)
全方向に略均一な光を発する均一面光源と、
前記均一面光源の外周に沿った形状の第1開口端と、前記対象物と対向する第2開口端とを有し、前記均一面光源からの光を鏡面反射して前記対象物に照射する筒状鏡面反射板と、
を備えることを特徴とする画像認識用照明装置。 An image recognition illumination device that irradiates light to the object in order to recognize the image by imaging the object with a camera,
A uniform surface light source that emits substantially uniform light in all directions;
It has a first opening end shaped along the outer periphery of the uniform surface light source and a second opening end facing the object, and the light from the uniform surface light source is specularly reflected to irradiate the object. A cylindrical mirror reflector,
An illumination device for image recognition, comprising:
前記筒状鏡面反射板の外形は、前記第1開口端の面積が前記第2開口端の面積より大きい錐台形状であることを特徴とする画像認識用照明装置。 The illumination device for image recognition according to claim 1,
An external device of the cylindrical specular reflector has a frustum shape in which an area of the first opening end is larger than an area of the second opening end.
前記筒状鏡面反射板は、前記第1開口端が前記均一面光源の外周を囲むように配置され、前記第2開口端が前記対象物の近傍に位置するように配置されることを特徴とする画像認識用照明装置。 The illumination device for image recognition according to claim 1 or 2,
The cylindrical specular reflector is disposed so that the first opening end surrounds the outer periphery of the uniform surface light source, and the second opening end is positioned in the vicinity of the object. A lighting device for image recognition.
前記均一面光源の面積は、前記カメラの画像認識範囲の面積より大きいことを特徴とする画像認識用照明装置。 The illumination device for image recognition according to any one of claims 1 to 3,
The illumination device for image recognition, wherein an area of the uniform surface light source is larger than an area of an image recognition range of the camera.
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