JP3584685B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物を撮像して得られる画像から対象物の検査・計測等を行う画像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、撮像装置を用いて対象物を撮像し、得られた入力画像と基準となるモデル画像とのマッチングを行って、その結果から対象物の良否を判定する画像検査装置が知られている。
【0003】
図9は、そのような従来の画像検査装置のブロック図である。この装置は対象物70をカメラ71で撮像し、得られた入力画像をコントローラ72を介して画像表示装置73のモニタ画面73aに写し出す構成となっている。
【0004】
セッティング時には、オペレータはモニタ画面73aを見ながら対象物70の入力画像70pがモニタ画面73aの視野に入るように、また入力画像70pのぼやけ具合を目視観察しながらピントが合うように、対象物70に対するカメラ71の位置を調整していた。
【0005】
また、オペレータはモニタ画面73aに写し出される入力画像70pの濃度分布が最適になるようにカメラ71の絞りや照明の輝度を調整していた。また、モニタ画面73aに写し出された入力画像70pとコントローラ72から出力される枠状の領域指定画像72pとを見ながら、操作部74を操作して領域指定画像72pを入力画像70pの所定の位置に重ね合わせ、検査対象領域を特定する操作を行っていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の画像検査装置においては、対象物70の入力画像70pおよび領域指定画像72pを画像表示装置73のモニタ画面73aに表示する必要があるため、画像出力機能、グラフィック処理機能などが必要となり、システムとして高価なものにならざるを得なかった。
【0007】
また、ピント調整を行うために、オペレータが入力画像70pのぼやけ具合をモニタ画面73aで確認しながらカメラ71の位置を調整する必要があるため、カメラ71が設置されている位置と画像表示装置73が設置されている位置とが離れている場合にはピント調整は困難であった。
【0008】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、画像表示装置を用いずに撮像手段の位置調整を行うことができ、かつ対象物の種類や使用環境に応じて最適な撮像条件を設定することができる画像処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像処理装置は、レンズおよび半透過鏡を通して対象物の光学像を撮像する撮像手段と、半透過鏡およびレンズに導かれて対象物上の検査領域に検査領域画像を投影し、対象物上のモデル登録領域に登録領域画像を投影する投影手段と、レンズの周囲に設置され対象物を照明する照明手段と、撮像条件を変化させてモデル登録領域の画像を撮像して特徴量を計測し、当該計測結果から最適な画像を抽出し、当該最適な画像を撮像した撮像条件を対象物を検査するときの撮像条件として記憶するコントロール部とを備えて、モデル画像と検査領域の画像との比較により対象物の検査や計測処理を行うことを特徴とするものである。
【0010】
本発明によれば、投影手段によって対象物上の所定領域に投影画像を投影し、この投影画像のぼやけ具合を目視観察しながら画像の輪郭がシャープになるように撮像手段の位置調整を行うことができる。また、こうして位置調整を行った後に撮像条件(例えば、撮像手段の受光時間や対象物上の照度)を変化させ、各撮像条件で撮像した画像に対して特徴量を計測し、その計測結果から最適な画像を抽出し、そのときの撮像条件を対象物を検査等する際の撮像条件として設定することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による画像処理装置の一実施の形態を示すブロック図で、検査や計測等の対象となる対象物1を撮像する撮像ヘッド部2と、この撮像ヘッド部2の駆動制御および撮像ヘッド部2で撮像した画像から対象物1の検査等を行うコントロール部4とを備えている。
【0012】
撮像ヘッド部2およびコントロール部4はそれぞれ個別の筐体から構成されており、撮像ヘッド部2は対象物1が流れるライン上に設置され、コントロール部4はケーブルを介して撮像ヘッド部2と離間した位置に設置される。
【0013】
撮像ヘッド部2は、対象物1の像を所定位置に結像させるレンズ21、入射光の一部を透過し一部を反射する半透過鏡としてのハーフミラー22、レンズ21およびハーフミラー22を透過した対象物1の像が結象される撮像手段としての撮像素子(例えば、2次元CCD撮像デバイス)23を備え、それぞれ光軸L1上にこれらの順に設置されている。
【0014】
また、ハーフミラー22の反射方向である光軸L2上には、対象物1の検査面11に所定形状の像を投影させる投影手段24が設置されている。この投影手段24は投影用光源(例えば、発光ダイオード)24aとスリット板24bとからなり、投影用光源24aから発せられた光がスリット板24bに穿設したスリットを透過してハーフミラー22で反射し、レンズ21を通って対象物1に達するようになっている。
【0015】
撮像素子23およびハーフミラー22間の距離と、スリット板24bおよびハーフミラー22間の距離とは同一距離に設定されているので、スリット板24bの像が対象物1の検査面11にピントが合った状態で結像されれば、対象物1の像が撮像素子23の撮像面にピントが合った状態で結象されることになる。
【0016】
レンズ21の周囲には対象物1の検査面11を照明する照明手段として照明用光源(例えば、発光ダイオード)25が多数配置されている。図2はその様子を示す撮像ヘッド部2の正面図で、レンズ21の周囲に16個の照明用光源25が配置された一例を示している。
【0017】
また、撮像ヘッド部2は投影用光源24aを駆動制御する投影ドライバ26、照明用光源25を駆動制御する照明ドライバ27、撮像素子23で撮像した画像を同期信号の付加された映像信号としてコントロール部4に送出する撮像コントローラ28を備えている。
【0018】
なお、撮像素子23と投影手段24との位置は入れ替えてもよい。すなわち、投影手段24を光軸L1上に、撮像素子23を光軸L2上に配置するようにしてもよい。
【0019】
また、半透過鏡としてハーフミラーに代えてダイクロイックミラーを用いるようにしてもよい。ハーフミラーは入射光の一部を透過し残りは反射する性質を有するので、透過光量および反射光量の双方が減少する。これに対してダイクロイックミラーは光の干渉を利用して可視光域の一部を選択的に反射し、残りは透過するので、高価ではあるが投影用光源24の投光量や撮像素子23の受光量の減衰を少なくすることができる。
【0020】
次に、コントロール部4は、撮像ヘッド部2からの映像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ/ディジタル(A/D)変換器41を備え、A/D変換器41の出力はシステムバス42に接続されている。
【0021】
システムバス42には、装置全体を制御するCPU43、CPU43を作動させるプログラムデータおよび各種データが記憶された読出専用メモリ(ROM)44、処理中のデータを一次的に記憶する読出/書込メモリ(RAM)45、撮像ヘッド部2を制御するコントロール信号を出力するコントロール信号発生部46、対象物1を検査するときの基準となるモデル画像を記憶するモデルメモリ47、対象物1を撮像して得た入力画像を記憶する画像メモリ48、入力画像とモデル画像との比較など各種のディジタル画像処理を実行する画像処理部49、モデル画像の登録および対象物1の検査・計測等を指示する操作部50、対象物1の判定結果等を出力する出力部51が接続されている。なお、撮像画像をモニタ画面に表示するための画像表示装置は備えていない。
【0022】
図3は、スリット板24bの構成図である。スリット板24bは光を遮断する平板に光を透過する複数のスリットSL1〜SL5を穿設したものである。スリットSL1〜SL5のうち細い帯状の4つのスリットSL1〜SL4は対象物1の検査面11の検査領域に検査領域画像を投影するためのものであり、中央の方形のスリットSL5は対象物1の検査面11のモデル登録領域に登録領域画像を投影するものである。
【0023】
この構成において、ライン(図示せず)上を移送されてくる対象物1を撮像して検査等をする場合、初期設定として撮像ヘッド部2のセッティングを行う。このセッティングは、図4に示すように、ライン上に停止した基準となる対象物1の検査面11に対し、光軸L1が垂直になるように撮像ヘッド部2をセットし、検査面11の検査領域に投影画像24pが結像されるように撮像ヘッド部2の位置を上下左右に調整する。
【0024】
次いで、投影画像24pのぼやけ具合を目視観察し、画像の輪郭がシャープになるように距離Dを調整する。図5にその様子を示す。距離Dはレンズ21の焦点距離によって定まる。こうして、オペレータは画像表示装置を用いることなく対象物1の検査面11に投影された投影画像24pのぼやけ具合を目視観察しながら撮像ヘッド部2の位置調整を行うことができる。
【0025】
また、照明用光源25を駆動して対象物1の検査面11を照明しながら行うことができる。図6にその様子を示す。この例では、投影用光源24aの発光周波数を緑色領域とし、照明用光源25の発光周波数を赤色領域としているので、赤色の照明光で照射された対象物1の検査面11上に緑色の投影画像24pが照射されることになり、目視観察しやすくなる。
【0026】
次に、対象物1の検査等を行う際の基準となるモデル画像の登録を行う。これは対象物1の検査面11に投影した登録領域画像(スリットSL5による投影画像)で示されるモデル登録領域を撮像素子22で撮像し、コントロール部4のモデルメモリ47に記憶する処理である。
【0027】
具体的には、基準となる対象物1を撮像素子22で撮像し、得られた撮像信号を映像信号に変換しコントロール部4に送出する。コントロール部4では、A/D変換器41で映像信号をディジタル画像信号に変換し、画像メモリ48に記憶する。そして、画像メモリ48に記憶した画像の中からモデル登録領域に相当する位置の画像を読み出し、モデルメモリ47にモデル画像として記憶する。
【0028】
このモデル画像を登録する際に、種々の撮像条件でモデル登録領域の画像を撮像し、最適な画像をモデル画像として登録する処理を行う。すなわち、この画像処理装置は画像表示装置を備えていないため、撮像ヘッド部2で撮像した対象物1の画像をモニタ画面に写し出すことができない。このため、オペレータはモニタ画面を見ながら対象物1の種類や使用環境によって異なる入力画像の濃度分布を調整し、最適な撮像条件に設定することができない。
【0029】
そこで、モデル登録領域の画像を撮像する際に撮像条件(例えば、撮像素子22の受光時間や検査面11の照度)を時系列に何段階かに変化させ、各撮像条件で撮像したモデル登録領域の画像に対して特徴量を計測し、その計測結果から最適な画像を抽出し、そのときの撮像条件を対象物1を検査等する際の撮像条件として選択するようにしている。
【0030】
撮像条件を変化させる一例としては、図7に示すように、垂直同期信号VD(図a)の開始時点t3より12H(1Hは1水平期間)前の時点t2から1H(28.8μsec )ずつ12段階(最小28.8μsec 〜最大345.6μsec )で撮像素子23の受光時間(図c)を時系列に切り換え、同時に照明用光源25の発光時間(図d)も1Hずつ12段階で切り換える。
【0031】
そして、各段階で撮像した画像の特徴量を計測し、最適な特徴量を有する画像をモデル画像として抽出する。そして、そのときの受光時間および発光時間を最適な撮像条件として、対象物1の検査・計測等を行う際の撮像条件とする。
【0032】
なお、図bは水平同期信号HD、図eは投影用光源24aの投影時間である。この投影時間は時点t1(<t2)から時点t4(>t3)までの14Hの間は消灯し、その他の間は点灯する。これによって撮像素子22が投影画像24pを撮像しないようにしている。また、受光時間(図c)の前後に24.6μsec と6.5μsec のマージンを取り、受光時間が発光時間(図d)より長くなるようにしている。
【0033】
対象物1の検査面11の照度を変化させる例としては、照明用光源25を駆動する駆動電流値を切り換えて発光体の輝度を切り換えるようにしてもよい。あるいは複数個の照明用光源25の中で発光させる発光体の個数を変化させるようにしてもよい。
【0034】
計測する特徴量としては、例えば濃度ヒストグラムを使って濃度分散値Vを求め、この濃度分散値Vが最大となる画像を選択する。濃度分散値Vはある領域の画像に対して各画素の濃度値i(i=0〜255)と画素数Piを求め、全画素数をNとし、濃度平均値をμとした場合に、次の式から求まる値である。濃度分散値Vが最大となる画像は、他の画像に比べてコントラストが高い最適な画像となる。
【0035】
【数1】
こうして撮像ヘッド部2のセッティング、最適な撮像条件の設定、モデル画像の登録といった初期設定が終了すると、ラインを起動し、ライン上を移送されてくる対象物1の検査・計測等を開始する。
【0036】
対象物1が到来すると対象物1の検査面11の検査領域を設定した撮像条件で撮像素子22を撮像し、撮像コントローラ28からコントロール部4に映像信号として出力する。コントロール部4では、映像信号をA/D変換器41でディジタル画像信号に変換し、画像メモリ48に記憶する。
【0037】
次いで、画像メモリ48に記憶した画像中の検査領域画像と、モデルメモリ47に記憶されているモデル画像とを比較し、対象物1の検査・計測処理を行う。比較方法としては、モデル画像を検査領域の画像に対して1画素ずつずらしながら端から端までを順次比較し、一致点を検索する2値化サーチまたはグレイサーチを行う。
【0038】
図8はその様子を示し、アルファベットA,B,Cが描かれた検査領域画像24qをアルファベットAの描かれたモデル画像24rによって左上端部から右下端部に至るまでサーチし、アルファベットAの有無を検査する例である。各位置毎に正規化相関演算を行い、相関値が基準値を越えた位置にモデル画像と同一の画像、すなわちアルファベットAの画像があることを示している。
【0039】
【発明の効果】
本発明の画像処理装置によれば、画像表示装置を用いることなく、対象物に投影される投影画像を目視観察しながら撮像手段の位置を調整することができ、かつ撮像条件を自動的に変化させ各撮像条件で撮像した画像の中から最適な画像を抽出し、そのときの撮像条件で対象物を検査等する際の撮像条件とするので、画像表示装置を用いることなく、対象物の種類や使用環境によって異なる入力画像の濃度分布に適した撮像条件で対象物の検査等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による画像処理装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】レンズと照明用光源との位置関係を示す正面図である。
【図3】スリット板の構成図である。
【図4】対象物と撮像ヘッド部との位置関係を示す斜視図である。
【図5】対象物に投影された投影手段の画像を示す説明図である。
【図6】投影用光源の投光色と照明用光源の照明色とを異ならせて対象物の検査面を照射している様子を示す説明図である。
【図7】撮像素子の受光時間および照明用光源の発光時間を変化させる様子を示すタイミング図である。
【図8】検査領域画像をモデル画像によってサーチする様子を示す説明図である。
【図9】従来の画像検査装置のブロック図である。
【符号の説明】
1 対象物
2 撮像ヘッド部
4 コントロール部
21 レンズ
22 ハーフミラー
23 撮像素子
24 投影手段
24a 投影用光源
24b スリット板
24p 投影画像
24q 検査領域画像
24r モデル画像
25 照明用光源
26 投影ドライバ
27 照明ドライバ
28 撮像コントローラ
41 A/D変換器
46 コントロール信号発生部
47 モデルメモリ
48 画像メモリ
49 画像処理部
L1,L2 光軸
SL1〜SL5 スリット
Claims (5)
- レンズおよび半透過鏡を通して対象物の光学像を撮像する撮像手段と、
前記半透過鏡および前記レンズに導かれて前記対象物上の検査領域に検査領域画像を投影し、前記対象物上のモデル登録領域に登録領域画像を投影する投影手段と、
前記レンズの周囲に設置され前記対象物を照明する照明手段と、
撮像条件を変化させてモデル登録領域の画像を撮像して特徴量を計測し、当該計測結果から最適な画像を抽出し、当該最適な画像を撮像した撮像条件を前記対象物を検査するときの撮像条件として記憶するコントロール部と、
を備えて、モデル画像と検査領域の画像との比較により対象物の検査や計測処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1において、変化させる撮像条件は撮像手段の受光時間であることを特徴とする画像処理装置。
- 請求項1において、変化させる撮像条件は照明手段の発光時間であることを特徴とする画像処理装置。
- 請求項1において、変化させる撮像条件は照明手段の輝度であることを特徴とする画像処理装置。
- 請求項1において、変化させる撮像条件は照明手段の発光体数であることを特徴とする画像処理装置。
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