JP3049997B2 - 形状検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物の画像情報に基
づいて所定形状の検出を行う形状検出方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の形状検出方法について図面
を参照しながら説明する。ここでは従来例として、対象
物内に存在する円孔を検出する場合を説明する。

【０００３】図１０は従来の形状検出方法のフローチャ
ート、図１１は濃度参照領域を示す図、図１２は部分濃
度相関値を計算するための係数の例を示す図、図１３は
対象物画像を入力する工程の構成要素を示す図、図１４
は対象物画像を示す図である。

【０００４】更に、図１５は対象物画像内での濃度参照
領域の移動を示す図、図１６は濃度参照領域内の画素の
画像濃度を示す図、図１７は濃度参照領域と円孔が一致
した場合を示す図である。

【０００５】まずカメラ１の撮像面を複数（＝ｍ×ｎ）
の画素に分割し、左上端の画素の位置を示す座標を
（１，１）とし、右下端の画素の位置を示す座標を
（ｍ，ｎ）とする（ステップ１）。

【０００６】次に位置（ｉ，ｊ）（但し、１≦ｉ≦ｍ，
１≦ｊ≦ｎ）に存在する注目画素Ｑに着目する。図１１
に示すように、検出形状である円孔２と同一の形状であ
る円３を想定し、円３の円周上及びその近傍に、各々８
個の画素からなる小領域Ａ〜Ｈを設定する。なお、これ
らの小領域を合わせて濃度参照領域４と呼ぶ（ステップ
２）。

【０００７】ここで、濃度参照領域４を構成する各画素
の存在位置は、注目画素Ｑとの相対位置として、図示し
ない主メモリに記憶される。例えば、図１１に斜線で示
した小領域Ｃの内部に存在する画素Ｒの位置は、（ｉ−
８，ｊ）であると記憶される。

【０００８】続いて、濃度参照領域４を構成する各画素
に対して、−１，０，１という係数を設定する（ステッ
プ３）。係数は、図１２に示すように小領域Ａ〜Ｈの内
部に存在する画素のうち、円３の円周の内部に存在する
画素には−１を与える。他方、円３の円周の外部に存在
する画素には１を与える。そして、円３の円周上に跨っ
て存在する画素に対しては０を与える。

【０００９】以上のステップを前段階として行った後、
検出対象である円孔２を内包する対象物５を用意する。

【００１０】まず、円孔２を含む対象物５に対し、リン
グ型照明６により光を照射する（ステップ４）。リング
型照明６は、カメラ１の影が対象物５上に映らないよう
に、カメラ１の下方に配置してある。光の照射により、
対象物５の表面は均一に照らされ、円孔２は図１４に示
すように暗い陰となる。

【００１１】次に、カメラ１により対象物５の画像を取
り込み（ステップ５）。このとき、ステップ１で分割し
た各画素に対して離散的な画像濃度値が得られるよう
に、ＡＤ変換器７で画像濃度をディジタル値に変換した
後、画像メモリ８に対象物画像９を記憶する（ステップ
６）。

【００１２】次に図１５に示すように、注目画素Ｑを対
象物画像９の内部で順次移動させる（ステップ７）。こ
のとき、注目画素Ｑの位置座標（ｉ，ｊ）の変化に伴っ
て、濃度参照領域４を構成する画素の全てが移動する。
即ち、注目画素Ｑの移動は、濃度参照領域４の移動と同
義である。

【００１３】そして、注目画素Ｑの移動位置のそれぞれ
において、ステップ５で小領域Ａ〜Ｈ内の各画素に設定
した係数と、それに対応する画素の画像濃度との積（以
下、部分濃度相関値という）を計算する（ステップ
８）。

【００１４】更に、部分濃度相関値の総和である濃度相
関値を計算し、図示しない主メモリに格納する（ステッ
プ９）。

【００１５】濃度相関値Ｖは、図１６に示すように、小
領域Ａ〜Ｈの内部に含まれる画素の画像濃度を、ａ１〜
ａ８，ｂ１〜ｂ８，ｃ１〜ｃ８，ｄ１〜ｄ８，ｅ１〜ｅ
８，ｆ１〜ｆ８，ｇ１〜ｇ８，ｈ１〜ｈ８とすると、式
１で表すことができる。

【００１６】 Ｖ＝ ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４−ａ５−ａ６−ａ７−ａ８ ＋ｂ１＋ｂ２＋ｂ３ −ｂ６−ｂ７−ｂ８ ＋ｃ１＋ｃ２−ｃ３−ｃ４＋ｃ５＋ｃ６−ｃ７−ｃ８ −ｄ１ −ｄ３−ｄ４＋ｄ５＋ｄ６ ＋ｄ８ −ｅ１−ｅ２−ｅ３−ｅ４＋ｅ５＋ｅ６＋ｅ７＋ｅ８ ＋ｆ１＋ｆ２＋ｆ３ −ｆ６−ｆ７−ｆ８ −ｇ１−ｇ２＋ｇ３＋ｇ４−ｇ５−ｇ６＋ｇ７＋ｇ８ ＋ｈ１ ＋ｈ３＋ｈ４−ｈ５−ｈ６ −ｈ８ ……（式１） 注目画素Ｑが、対象物画像９内の所定位置へ移動する度
にステップ７〜ステップ９を繰り返し行う。そして、予
め設定した全ての所定位置への移動を完了した時、濃度
相関値の算出を終了する（ステップ１０）。

【００１７】そして、注目画素Ｑの各移動位置において
計算され、主メモリに格納された濃度相関値のうち、最
大の値を持つものを検索し、そのときの注目画素Ｑの位
置即ち濃度参照領域４の位置を、検出対象である円孔２
の存在位置として検出する（ステップ１１）。

【００１８】以下に、濃度相関値が最大となるときの注
目画素Ｑの位置を似て、検出形状の位置を検出すること
ができる理由、換言すれば濃度相関値が最大となると
き、濃度参照領域４の配置基準である円３が円孔２に一
致する理由を説明する。

【００１９】前述したように小領域Ａ〜Ｈ内の各画素に
は係数として、小領域Ａ〜Ｈ内にある画素のうち、円３
の円周の内側にある画素に対しては−１を、円３の円周
の外側にある画素に対しては１を割り当てている。従っ
て、ある１つの小領域における部分濃度相関値ｖは式２
の様に表すことができる。

【００２０】 ｖ＝（円３の外側半分に存在する画素の画像濃度の総和） −（円３の内側半分に存在する画素の画像濃度の総和） ……………（式２） 即ち、式２で表される部分濃度相関値は、「円３の外側
半分に存在する画素の画像濃度の総和」が最大であり、
且つ「円３の内側半分に存在する画素の画像濃度の総
和」が最小である場合に最大となる。

【００２１】画像濃度値は、明るい程大きく、暗い程小
さく表されるので、円３の円周の外側が明るい程、そし
て円３の円周の内側が暗い程、１つの小領域における部
分濃度相関値は大きくなる。換言すれば、円３の円周
と、円孔２の円周が一致したとき、その小領域における
部分濃度相関値は最大となる。

【００２２】従って、各小領域において求められる部分
濃度相関値の総和として与えられる濃度相関値は、全て
の小領域Ａ〜Ｈにおいて部分濃度相関値が最大となると
き、即ち図１７に示すように円３が円孔２と一致したと
きに最大となる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の形状検出方法では、対象物画像の内部で、濃度参照領
域と同一の方向或いはそれに近い方向に濃度変化が顕著
な部分が、検出対象以外に存在する場合、誤判定を行い
得るという不都合があった。

【００２４】本発明は上記課題を解決するもので、対象
物画像内に検出対象以外に濃度変化が顕著な部分が存在
する場合においても、正確に形状検出を行うことができ
る形状検出方法を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、濃度参照領域を構成する各小領域で求めた
部分濃度相関値を、出力値が入力値以下となる任意の関
数で構成される変換テーブルにより変換した後、その総
和である部分濃度相関値を算出する方法を採用してい
る。

【００２６】

【作用】本発明は上記方法により、濃度参照領域が対象
物画像内を移動しながら算出した部分濃度相関値が、所
定値以上の大きさを示した場合には、変換テーブルによ
りその値を縮小した後、総和を計算し濃度相関値を求め
る。

【００２７】その結果、わずかの数の小領域において部
分濃度相関値が突出することにより、濃度相関値が異常
に大きくなるという事態を生じることがなくなる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。なお、従来の形状検出方法と重複す
る箇所については、説明を簡略化する。図１は本発明の
一実施例における形状検出方法のフローチャート、図２
は本実施例の濃度参照領域を示す図、図３は本実施例の
部分濃度相関値を計算するための係数を示す図、図４は
本実施例の濃度参照領域内の画素の画像濃度を示す図で
ある。

【００２９】更に、図５は対象物画像を示す図、図６
（ａ）は濃度参照領域が円孔に一致する場合を示す図、
図６（ｂ）は濃度参照が長方形の孔のそばにある場合を
示す図、図７は濃度参照領域が円孔に一致する場合に検
出された画像濃度の値を示す図、図８は濃度参照領域が
長方形の孔のそばにある場合に検出された画像濃度の値
を示す図、図９は本実施例の変換テーブルを示す図であ
る。

【００３０】まず、従来例と同様に、カメラの撮像面を
複数の画素に分割する（ステップ１）。

【００３１】次に、図２に示すように、検出形状である
円孔２１と同一の形状である円２２を想定し、円２２の
円周上及びその近傍に、各々８個の画素から成る小領域
Ｒａ〜Ｒｈを設定する。小領域Ｒａ〜Ｒｈを合わせて濃
度参照領域と呼ぶ（ステップ２）。

【００３２】ここで、濃度参照領域を構成する各画素の
存在位置は、注目画素Ｏとの相対位置として主メモリに
記憶される。

【００３３】続いて、濃度参照領域を構成する各画素に
対して、−１，０，１という係数を設定する（ステップ
３）。係数は、図３に示すように、小領域Ｒａ〜Ｒｈの
内部に存在する画素のうち、円２２の円周の内部に存在
する画素には−１を与える。他方円２２の円周の外部に
存在する画素には１を与える。そして、円２２の円周上
に跨って存在する画素に対しては０を与える。

【００３４】以上のステップを前段階として行った後、
検出対象である円孔２１と長方形孔２３を内包する対象
物２４を用意する。

【００３５】まず、検出対象である直径Ｄの円孔２１を
含む対象物２４に対し、従来例と同様にリング型照明に
より光を照射する（ステップ４）。光の照射により、対
象物２４の表面は均一に照らされ、円孔２１は暗い陰と
なる。なお、本実施例における対象物２４の内部には、
図５に示すように一辺の長さがＤである長方形孔２３が
存在し、やはり暗い陰となる。

【００３６】次にカメラにより対象物２４の画像を取り
込む（ステップ５）。このとき、ステップ１で分割した
各画素に対して離散的な濃度値が得られるように、ＡＤ
変換器で画像濃度をディジタル値に変換した後、画像メ
モリに対象物画像を記憶する（ステップ６）。

【００３７】次に、注目画素Ｏ、即ち濃度参照領域を、
対象物画像の内部で順次移動させる（ステップ７）。そ
して注目画素Ｏの移動位置のそれぞれにおいて、ステッ
プ３で小領域Ｒａ〜Ｒｈ内の各画素に設定した係数と、
それに対応する画素の画像濃度との積（以下、部分濃度
相関値という）を計算する（ステップ８）。

【００３８】注目画素Ｏが対象物画像内のある位置に存
在するとき、小領域Ｒａ〜Ｒｈの内部に存在する画素の
画像濃度が、図４に示すように、ａ１〜ａ８，ｂ１〜ｂ
８，ｃ１〜ｃ８，ｄ１〜ｄ８，ｅ１〜ｅ８，ｆ１〜ｆ
８，ｇ１〜ｇ８，ｈ１〜ｈ８で与えられるとする。この
ときの小領域Ｒａ〜Ｒｈにおける部分濃度相関値Ｖａ，
Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆ，Ｖｇ，Ｖｈは、それぞ
れ式３，式４，式５，式６，式７，式８，式９，式１０
で表すことができる。

【００３９】 Ｖａ＝ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４−ａ５−ａ６−ａ７−ａ８ ……（式３） Ｖｂ＝ｂ１＋ｂ２＋ｂ３ −ｂ６−ｂ７−ｂ８ ……（式４） Ｖｃ＝ｃ１＋ｃ２−ｃ３−ｃ４＋ｃ５＋ｃ６−ｃ７−ｃ８ ……（式５） Ｖｄ＝ｄ１ −ｄ３−ｄ４＋ｄ５＋ｄ６ ＋ｄ８ ……（式６） Ｖｅ＝ｅ１−ｅ２−ｅ３−ｅ４＋ｅ５＋ｅ６＋ｅ７＋ｅ８ ……（式７） Ｖｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３ −ｆ６−ｆ７−ｆ８ ……（式８） Ｖｇ＝ｇ１−ｇ２＋ｇ３＋ｇ４−ｇ５−ｇ６＋ｇ７＋ｇ８ ……（式９） Ｖｈ＝ｈ１ ＋ｈ３＋ｈ４−ｈ５−ｈ６ −ｈ８ ……（式10） まず従来の形状検出方法により、本実施例における対象
物画像に対して形状検出を試みる。

【００４０】注目画素Ｏが対象物画像の内部を移動し、
図６（ａ）に示すように、濃度参照領域の設定基準であ
る円２２が円孔２１に一致したとき、図７に示すような
画像濃度が得られた場合を考える。このとき、式３〜式
１０により計算される。小領域Ｒａ〜Ｒｈにおける部分
濃度相関値Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１，Ｖｄ１，Ｖｅ１，
Ｖｆ１，Ｖｇ１，Ｖｈ１の値を（表１）に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】故に、円２２が円孔２１と一致したときに
得られる濃度相関値Ｖ１は式１１で表される。

【００４３】 Ｖ１＝Ｖａ１＋Ｖｂ１＋Ｖｃ１＋Ｖｄ１＋Ｖｅ１＋Ｖｆ１＋Ｖｇ１＋Ｖｈ１ ＝９１１ ……………（式11） 同様に、図６（ｂ）に示すように、円２２の円周が、長
方形孔２３の三辺と接した場合を考える。このとき、式
３〜式１０により計算される、小領域Ｒａ〜Ｒｈにおけ
る部分濃度相関値Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２，Ｖｄ２，Ｖ
ｅ２，Ｖｆ２，Ｖｇ２，Ｖｈ２の値を（表２）に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】故に、円２２の円周が、長方形孔２３の三
辺と接した場合に得られる濃度相関値Ｖ２は式１２で表
される。

【００４６】 Ｖ２＝Ｖａ２＋Ｖｂ２＋Ｖｃ２＋Ｖｄ２＋Ｖｅ２＋Ｖｆ２＋Ｖｇ２＋Ｖｈ２ ＝１００３ ……………（式12） 従来の形状検出方法では、Ｖ１とＶ２の大小関係を比較
し、結果として、長方形孔２３を検出対象として認識す
る。従って、真の検出対象の部分の他に、大きな濃度変
化を生じる部分が存在する場合に、誤検出を行い得るこ
とが分かる。誤検出の理由は、円２２の円周が長方形孔
２３の三辺に接した場合に、小領域Ｒａ，Ｒｃ，Ｒｅで
得られる部分濃度相関値Ｖａ２，Ｖｃ２，Ｖｅ２が、非
常に大きいためである。

【００４７】次に、本発明の形状検出方法により、本実
施例における対象物画像に対して、形状検出を試みる。

【００４８】本発明による形状検出方法では、まず、小
領域Ｒａ〜Ｒｈにおける部分濃度相関値Ｖａ〜Ｖｈを求
めた後、後述の式１３，式１４，式１５で定義される関
数で構成される図９に示す変換テーブルにより変換する
（ステップ９）。そして、変換後の部分濃度相関値の総
和として濃度相関値を求める（ステップ１０）。

【００４９】注目画素Ｏによる対象物画像の内部の移動
を全て終了した時点（ステップ１１）で、濃度相関値が
最大であるときの注目画素Ｏの位置、即ち円２２の位置
を求めることにより、形状検出を行う（ステップ１
２）。

【００５０】以下で、ステップ９〜ステップ１２につい
て説明する。変換前の値Ｘが、変換テーブルよりＦ
（Ｘ）という値に変換されるとすれば、変換テーブルを
構成する関数は、式１３，式１４，式１５で表される。

【００５１】 Ｆ（Ｘ）＝Ｘ （Ｘ≦２００） ……………（式13） Ｆ（Ｘ）＝２００＋０．５（Ｘ−２００） （２００＜Ｘ≦４００） ……………（式14） Ｆ（Ｘ）＝３００ （４００＜Ｘ） ……………（式15） 変換テーブルにより変換した後の部分濃度相関値（ステ
ップ９）は、（表３）及び（表４）で示される。（表
３）は、円２２が円孔２１と一致したときに得られた部
分濃度相関値（＝表１）を変換テーブルにより変換した
値を示す表、（表４）は、円２２の円周が長方形孔２３
の三辺に一致したときに得られた部分濃度相関値（＝表
２）を変換テーブルにより変換した値を示す表である。

【００５２】

【表３】

【００５３】

【表４】

【００５４】故に、円２２が円孔２１に一致したときの
濃度相関値ＶＦ１は式１６で、また、円２２の円周が長
方形孔２３と三辺で接するときの濃度相関値ＶＦ２は式
１７で表される（ステップ１０）。

【００５５】 ＶＦ１＝Ｆ（Ｖａ１）＋Ｆ（Ｖｂ１）＋Ｆ（Ｖｃ１）＋Ｆ（Ｖｄ１） ＋Ｆ（Ｖｅ１）＋Ｆ（Ｖｆ１）＋Ｆ（Ｖｇ１）＋Ｆ（Ｖｈ１） ＝９１１ ……………（式16） ＶＦ２＝Ｆ（Ｖａ２）＋Ｆ（Ｖｂ２）＋Ｆ（Ｖｃ２）＋Ｆ（Ｖｄ２） ＋Ｆ（Ｖｅ２）＋Ｆ（Ｖｆ２）＋Ｆ（Ｖｇ２）＋Ｆ（Ｖｈ２） ＝８１６．５ ……………（式17） 最後に、注目画素Ｏによる対象物画像の内部の移動を全
て終了した時点（ステップ１１）で、濃度相関値の最大
値を求める（ステップ１２）。即ち本実施例では、ＶＦ
１＞ＶＦ２となり、検出対象として円孔２１が検出され
る。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状検出
方法によれば、外部からの光の入射や、対象物の状態等
により、撮像面内に検出形状以外に濃度変化が顕著な部
分が存在する場合においても、その部分からの影響をあ
まり受けずに形状検出を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の形状検出方法のフローチャ
ート

【図２】同実施例の濃度参照領域を示す図

【図３】同実施例の部分濃度相関値を計算するための係
数の例を示す図

【図４】同実施例の濃度参照領域内の画素の画像濃度を
示す図

【図５】同実施例の対象物画像を示す図

【図６】（ａ）同実施例の濃度参照領域が円孔の側にあ
る場合を示す図 （ｂ）同実施例の濃度参照領域が長方形の孔の側にある
場合を示す図

【図７】同実施例の濃度参照領域が円孔の側にある場合
に検出された画像濃度の値を示す図

【図８】同実施例の濃度参照領域が長方形の孔の側にあ
る場合に検出された画像濃度の値を示す図

【図９】同実施例の変換テーブルを示す図

【図１０】従来の形状検出方法のフローチャート

【図１１】従来例の濃度参照領域を示す図

【図１２】従来例の部分濃度相関値を計算するための係
数の例を示す図

【図１３】対象物画像を入力する工程の構成要素を示す
図

【図１４】従来例の対象物画像を示す図

【図１５】対象物画像内での濃度参照領域の移動を示す
図

【図１６】従来例の濃度参照領域内の画素の画像濃度を
示す図

【図１７】従来例の濃度参照領域と円孔が一致した場合
を示す図

【符号の説明】

２１ 円孔 ２２ 円 ２３ 長方形孔 ２４ 対象物 Ｏ 注目画素 Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈ 小
領域 Ｖａ 小領域Ｒａにおける部分濃度相関値 Ｖｂ 小領域Ｒｂにおける部分濃度相関値 Ｖｃ 小領域Ｒｃにおける部分濃度相関値 Ｖｄ 小領域Ｒｄにおける部分濃度相関値 Ｖｅ 小領域Ｒｅにおける部分濃度相関値 Ｖｆ 小領域Ｒｆにおける部分濃度相関値 Ｖｇ 小領域Ｒｇにおける部分濃度相関値 Ｖｈ 小領域Ｒｈにおける部分濃度相関値 ＶＦ１ 円２２が円孔２１に一致したときの濃度相関値 ＶＦ２ 円２２の円周が長方形孔２３の三辺に一致した
ときの濃度相関値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀上 欣司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−124181（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−243253（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−174309（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−234103（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G06T 1/00 - 9/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カメラの撮像面を格子状に複数の画素に
   分割し、前記撮像面内に注目画素を仮想するとともに、
   検出形状の周上に対応する箇所に濃度参照領域として複
   数の画素から成る小領域を複数個設定し、前記濃度参照
   領域内の各画素の位置を前記注目画素の相対位置として
   記憶する第１の工程と、前記濃度参照領域に含まれる各
   画素に対し、検出形状の画像濃度に対応した係数を設定
   する第２の工程と、検出形状を含む対象物に光を照射
   し、前記撮像面内の各画素の画像濃度を検出する第３の
   工程と、前記濃度参照領域内の各画素につき、前記第２
   の工程で設定した係数と、前記第３の工程で検出した画
   像濃度の積を求め、部分濃度相関値として前記濃度参照
   領域を構成する小領域毎にこれらの和を求める第４の工
   程と、前記部分濃度相関値を、出力値が入力値以下とな
   る任意の関数で構成される変換テーブルにより変換する
   第５の工程と、前記第５の工程で変換した部分濃度相関
   値の総和を求める第６の工程より成り、前記第３の工程
   から前記第６の工程までを、前記注目画素の位置を前記
   撮像面内で移動させながら繰り返し行い、前記部分濃度
   相関値の総和が最大となる前記注目画素の位置を、検出
   形状の存在位置として判定する形状検出方法。
2. 【請求項２】 複数の直線の関数を組み合わせた関数で
   変換テーブルを構成した請求項１記載の形状検出方法。