JP3769857B2 - Method for creating reference image for pattern matching - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
【0002】
本願発明は、パターンマッチングに用いる基準画像作成方法に関するものである。
【従来の技術】
【0003】
例えば、ロボットを用いた自動車の自動組立ラインにおいては、ボディに設けられたボルト穴等のワーク取付基準点をカメラ等の撮像手段で撮像するとともに、その画像を表示する画面上での撮像位置の座標を読み取ることにより、上記基準点ないしボディ全体としての位置を検出する方法が採用されてきている。
【0004】
つまり、図11に示すように、ボディに設けられた基準穴と同一の形状を有する2値化データのパターンからなる基準画像(換言すれば、テンプレートA)を設定した上で、カメラで撮像した基準穴の画像Bが表示された画面P上で上記テンプレートAを走査させ、この画面P上で該テンプレートAと基準穴の画像A′とがマッチングしたときの該テンプレートAの中心座標(X,Y)を読み取ることにより、上記基準穴ないしボディの位置を検出する方法が採用されてきているのである。
【0005】
ところで、上記のような方法を採用する場合、例えばボディの色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等の条件により、基準穴の画像が明確に撮像されない場合が生ずることがある。すると、テンプレートを走査させて基準穴の画像とマッチングしても、これらがマッチングしたとは判断されない場合が生ずる。
【0006】
上記のような不具合に対処する方法として、上記した条件(即ち、ボディの色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)を考慮した複数のテンプレートを用意し、これらのテンプレートと実画像とをマッチングさせる方法がある。
【0007】
上記の方法を採用する場合、パターンマッチングにおいて実画像とマッチングさせるための複数のテンプレート(即ち、基準画像)を作成する必要があるが、該テンプレート用の基準データを現物の認識から求めることが考えられる。
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記したように、現物の認識から基準データを求めようとした場合、対象となる基準データとして、各種条件(例えば、ボディの色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)に適合した現物データを画像として取り込み、これらを基準画像とする必要が生ずる。つまり、基準データの取り込みのためには、自動組立ライン上における任意のステーションにデータ取込用のボディをその都度停める必要が生ずるのである。従って、全基準画像を作成するためには、相当な時間(例えば、少なくとも1カ月以上)が必要となるのである。
【0009】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、パターンマッチングにおいて用いられる複数の基準画像を短期間且つ容易に作成できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願発明の第1の基本構成では、上記課題を解決するための方法として、物品に形成された穴部を撮像手段により撮像し、該撮像手段により得られた実際の画像とパターンマッチングさせる基準画像を作成する方法において、一つの基準画像を、所定の条件に基づいて加工することにより他の複数の基準画像を作成するに当たって、前記所定の条件が撮像時に用いられる照明の照射方向とされ、前記基準画像は、前記照明の照射方向側における前記穴部の形状に基づいて照射方向から穴部の内方に移動させて形成された影部とされるようにしている。
【0011】
上記のような方法を採用したことにより、一つの基準画像データに対して所定の条件(例えば、撮像時に用いられる照明の照射方向、背景の色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)に基づく加工を施すことにより、実際の画像とパターンマッチングさせるための複数の基準画像(例えば、照明の照射方向側における前記穴部の形状に基づいて照射方向から穴部の内方に移動させて形成された影部)を短期間で作成することができる。
【0012】
前記基準画像を、前記穴部の周辺の色に基づいて背景色を決定したものとする場合もある。
【0013】
前記一つの基準画像を、物体の対象個所に対して所定の作業を行う作業設備に設けられた撮像手段により撮像されたものとする場合もある。
【0014】
また、前記一つの基準画像を、物体の対象個所に対して所定の作業を行う作業設備に設けられた撮像手段以外の撮像手段により撮像されたものとする場合もある。
【発明の実施の形態】
【0015】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について詳述する。
【0016】
このパターンマッチングに用いる基準画像作成方法は、次のような装置を用いて行われる。
【0017】
この基準画像作成装置は、図1に示すように、自動車のボディ1に形成された対象個所(例えば、穴部12)を自動組立ライン上に設置された作業設備であるロボット2に搭載された撮像手段(例えば、カメラ)3と、該カメラ3により撮像して得られた一つの基準画像Aが取り込まれるとともにロボットコントローラとしての機能も有している画像処理装置4と、かくして取り込まれた基準画像Aがフロッピィディスク等の媒体を介してダウンロードされる画像編集用パソコン5とを備えて構成されている。
【0018】
前記画像処理装置4は、図4に示すように、カメラ3により撮像された撮像データ(即ち、アナログデータ)をデジタルデータに変換するA/D変換手段6、フレームメモリ手段7、メモリ手段8、表示手段9、画像処理を行うとともにロボット2の作動制御をも行うコントロール部(即ち、CPU)10および外部入出力手段11を備えて構成されており、前記メモリ手段8は、ボディ1の表面を小平面単位で構成され、三次元空間内でのボディ1の位置を前記小平面毎に記述されたモデルの対象個所(例えば、穴部12)を記憶するモデル記憶手段として作用するものとされている。
【0019】
前記画像編集用パソコン5は、画像処理装置4からダウンロードされた一つの基準画像Aを所定の条件(例えば、背景の色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)に基づいて加工して複数の基準画像B,C,D(図2参照)を編集するものとされている。
【0020】
ここで、基準画像Bは、基準画像Aにおけるボディ1(即ち、背景)の色を変化させて得られたものであり、図7(イ)に示す背景色Kは、明から暗までを4段階(例えば、明→やや明→やや暗→暗)に分けたものが作成されることとなっている。また、背景色Kが黒の場合、穴部12との境界の判断が困難であるため、図7(ロ)に示すように、明暗シキイ値Mを15に設定し、該シキイ値Mに基づいて明暗判断を行うようにしてもよい。
【0021】
また、基準画像Cは、図5に示すように、穴部12に照射される照明Iの角度を変化させた場合に得られる影の部分C′の画像とされており、図8に示すように、影の部分C′の形状の異なるものが作成される。即ち、穴部12が円形の場合、図8(イ)あるいは(ロ)に点線で示すように、影の部分C′を内方あるいは外方へ移動させて作成されるし、穴部12が矩形の場合、図8(ハ)、(ニ)に点線で示すように、影の部分C′を内方あるいは外方へ移動させて作成される。
【0022】
さらに、基準画像Dは、図6に示すように、自動組立ラインにおける治具13との干渉等に起因して変形した穴部12の形状とされており、変形部分D′の位置が異なるものが作成される。即ち、穴部12が円形の場合、図9(イ)に点線で示すように、変形部分D′を円周方向に移動させて作成されるし、穴部12が矩形の場合、図9(ロ)に点線で示すように、対角線の交点を中心として回転させて作成されたり、図9(ハ)に点線で示すように、一辺に平行に移動させて作成される。
【0023】
なお、本実施の形態においては、撮像手段としてロボット2に搭載されたカメラ3を採用しているが、デジタルカメラ等の外部カメラ14を撮像手段として採用し、該外部カメラ14により撮像された基準画像データを画像編集用パソコン5にダウンロードするようにしてもよい。
【0024】
次に、上記装置による基準画像作成方法について、図10に示すフローチャートを参照して詳述する。
【0025】
ステップS1において自動車のボディ1に形成された対象個所である穴部12をロボット2に搭載されたカメラ3あるいは外部カメラであるデジタルカメラ14により撮像し、一つの基準画像Aとして画像処理装置4に取り込む。ついで、ステップS2において前記基準画像Aのデータをフロッピィディスク等の媒体を介して画像編集用パソコン5にダウンロードする。
【0026】
そして、ステップS3において、画像編集用パソコン5を用いて、前記基準画像Aを所定の条件(例えば、背景の色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)に基づいて加工して複数の基準画像B,C,D(図2参照)を編集作成する。
【0027】
しかる後、ステップS4において上記のようにして得られた基準画像A〜Dを画像処理装置4へアップロードし(図3参照)、これらの基準画像A〜Dをパターンマッチング用のテンプレートとして用いる。つまり、図11に示すように、カメラ3で撮像した基準穴の画像Bが表示された画面P上で上記テンプレートA〜Dのいずれかを走査させ、この画面P上で該テンプレートA〜Dのいずれかと基準穴の画像A′とがマッチングしたときの該テンプレートA〜Dの中心座標(X,Y)を読み取ることにより、上記基準穴ないしボディの位置を検出するのである。
【0028】
上記した本実施の形態にかかる基準画像作成方法と従来の方法とを比較してみると、表1に示す差異がある。
【0029】
【表1】
【0030】
上記したように本実施の形態においては、ロボット2のカメラ3あるいは外部カメラ14により撮像された一つの基準画像Aのデータを、画像処理装置4とのデータ授受により画像編集用パソコン5に取り込み、該基準画像Aのデータに対して所定の条件(例えば、背景の色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)に基づく加工を施すことにより、実際の画像A′とパターンマッチングさせるための複数の基準画像B〜Dを短期間で作成することができる。
【0031】
なお、従来視覚センサー付きのロボットのオフラインティーチングの実用化は、動作部分のみ可能であった。そのため視覚の画像取りの部分はどうしても現物が必要で、完全オフラインティーチングができなかったが、本実施の形態におけるように外部で基準画像データを作成することができるようにすれば、視覚処理部分のオフライン化が可能となる。
【0032】
また、上記実施の形態においては、2値化画像に基づいて説明したが、例えば、グレー画像またはカラー画像を用いてもよい。
【発明の効果】
【0033】
本願発明によれば、一つの基準画像データに対して所定の条件(例えば、撮像時に用いられる照明の照射方向、背景の色の種類や汚れの有無、あるいは照明の反射、もしくは自動組立ラインにおける治具との干渉等に起因する基準穴の変形等)に基づく加工を施すようにしているので、実際の画像とパターンマッチングさせるための複数の基準画像(例えば、照明の照射方向側における前記穴部の形状に基づいて照射方向から穴部の内方に移動させて形成された影部)を短期間で作成することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の実施の形態にかかるパターンマッチングに用いる基準画像作成方法を実行するための装置の概略構成図である。
【図2】 本願発明の実施の形態にかかるパターンマッチングに用いる基準画像作成方法において基準画像作成状態を示す概略構成図である。
【図3】 本願発明の実施の形態にかかるパターンマッチングに用いる基準画像作成方法において基準画像教示状態を示す概略構成図である。
【図4】 本願発明の実施の形態にかかるパターンマッチングに用いる基準画像作成装置における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図5】 物体の対象個所(即ち、穴部)を撮像する方法の一つを示す説明図である。
【図6】 物体の対象個所(即ち、穴部)の形状変化の一例を示す説明図である。
【図7】 (イ)は背景色を示す基準画像図、(ロ)は背景色が黒の場合における穴部と背景色との境界を決定するために用いられるシキイ値を示す図である。
【図8】 (イ)、(ロ)は穴部が円形の場合における影部の異なる基準画像の作成方法を説明する図、(ハ)、(ニ)は穴部が矩形の場合における基準画像の作成方法を説明する図である。
【図9】 (イ)は穴部が円形の場合における変形部分の位置の異なる基準画像の作成方法を説明する図、(ロ)、(ハ)は穴部が矩形の場合における変形部分の位置の異なる基準画像の作成方法を説明する図である。
【図10】 本願発明の実施の形態にかかるパターンマッチングに用いる基準画像作成方法の手順を示すフローチャートである。
【図11】 パターンマッチングの方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1は物体(ボディ)、2はロボット、3は撮像手段(カメラ)、4は画像処理装置、5は画像編集用パソコン、12は対象個所(穴部)、13は治具、14は外部カメラ(デジタルカメラ)、Aは一つの基準画像、B〜Dは編集作成された基準画像、A′は実際の画像。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
[0002]
The present invention relates to a reference image creation method used for pattern matching.
[Prior art]
[0003]
For example, in an automatic assembly line of an automobile using a robot, a work attachment reference point such as a bolt hole provided in a body is imaged by an imaging means such as a camera, and an imaging position on a screen displaying the image is displayed. A method of detecting the position of the reference point or the entire body by reading the coordinates has been adopted.
[0004]
That is, as shown in FIG. 11, after setting a reference image (in other words, template A) composed of a binarized data pattern having the same shape as the reference hole provided in the body, the image is taken by the camera. The template A is scanned on the screen P on which the image B of the reference hole is displayed, and the center coordinates (X, X) of the template A when the template A and the image A ′ of the reference hole are matched on the screen P are displayed. A method of detecting the position of the reference hole or body by reading Y) has been adopted.
[0005]
By the way, when adopting the above method, for example, depending on conditions such as the type of body color, the presence or absence of dirt, reflection of illumination, or deformation of the reference hole due to interference with jigs in the automatic assembly line, etc. In some cases, the reference hole image is not clearly captured. Then, even if the template is scanned and matched with the image of the reference hole, it may not be determined that these match.
[0006]
As a method for dealing with the above-mentioned problems, the above-mentioned conditions (that is, the color of the body, the presence or absence of dirt, the reflection of illumination, or the deformation of the reference hole due to interference with the jig in the automatic assembly line, etc.) There is a method of preparing a plurality of templates considering the above and matching these templates with actual images.
[0007]
When the above method is adopted, it is necessary to create a plurality of templates (that is, reference images) for matching with an actual image in pattern matching. However, it is considered that reference data for the templates is obtained from recognition of the actual product. It is done.
[Problems to be solved by the invention]
[0008]
As described above, when the reference data is obtained from the recognition of the actual product, the target reference data includes various conditions (for example, the type of body color, the presence or absence of dirt, the reflection of illumination, or the automatic assembly line). It is necessary to capture the actual data conforming to the deformation of the reference hole due to the interference with the jig or the like as an image and use these as the reference image. In other words, in order to capture the reference data, it is necessary to stop the data capturing body at any station on the automatic assembly line. Therefore, a considerable time (for example, at least one month or more) is required to create all reference images.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to allow a plurality of reference images used in pattern matching to be easily created in a short period of time.
[Means for Solving the Problems]
[0010]
In the first basic configuration of the present invention, as a method for solving the above-described problem, a reference image for picking up an image of a hole formed in an article with an image pickup means and pattern matching with an actual image obtained by the image pickup means. In creating a plurality of other reference images by processing one reference image based on a predetermined condition, the predetermined condition is an illumination direction used at the time of imaging, The reference image is a shadow portion formed by moving from the irradiation direction to the inside of the hole portion based on the shape of the hole portion on the irradiation direction side of the illumination .
[0011]
By adopting the method as described above, predetermined conditions (for example, the illumination direction of illumination used at the time of imaging , the presence or absence of stains, the reflection of illumination, or the like for one reference image data, or A plurality of reference images (for example, the illumination direction side of illumination ) for pattern matching with an actual image by performing processing based on, for example, deformation of a reference hole caused by interference with a jig in an automatic assembly line Based on the shape of the hole part, a shadow part formed by moving from the irradiation direction to the inside of the hole part can be created in a short period of time.
[0012]
In some cases, a background color of the reference image is determined based on a color around the hole.
[0013]
In some cases, the one reference image may be captured by an imaging unit provided in a work facility that performs a predetermined work on a target portion of an object.
[0014]
The one reference image may be captured by an imaging unit other than the imaging unit provided in a work facility that performs a predetermined operation on the target portion of the object.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0015]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
The reference image creation method used for this pattern matching is performed using the following apparatus.
[0017]
As shown in FIG. 1, the reference image creating apparatus is mounted on a
[0018]
As shown in FIG. 4, the
[0019]
The image editing
[0020]
Here, the reference image B is obtained by changing the color of the body 1 (that is, the background) in the reference image A, and the background color K shown in FIG. What is divided into stages (for example, light → slightly light → slightly dark → dark) is to be created. Further, when the background color K is black, it is difficult to determine the boundary with the
[0021]
Further, as shown in FIG. 5, the reference image C is an image of a shadow portion C ′ obtained when the angle of the illumination I irradiated to the
[0022]
Furthermore, as shown in FIG. 6, the reference image D has the shape of the
[0023]
In the present embodiment, the
[0024]
Next, a reference image creation method using the above apparatus will be described in detail with reference to a flowchart shown in FIG.
[0025]
In step S 1 , the
[0026]
Then, in step S 3, using an
[0027]
Thereafter, (see FIG. 3) the reference image A~D obtained as described above was uploaded to the
[0028]
When comparing the above-described reference image creation method according to the present embodiment and the conventional method, there are differences shown in Table 1.
[0029]
[Table 1]
[0030]
As described above, in the present embodiment, the data of one reference image A captured by the
[0031]
Conventionally, the offline teaching of a robot with a visual sensor could only be put into practical use. For this reason, the actual image acquisition part is inevitably necessary, and complete offline teaching cannot be performed. However, if reference image data can be created externally as in the present embodiment, the visual processing part It is possible to go offline.
[0032]
In the above-described embodiment, the description is based on the binarized image. However, for example, a gray image or a color image may be used.
【The invention's effect】
[0033]
According to the present invention, predetermined conditions (for example, the direction of illumination used at the time of imaging, the type of background color, the presence or absence of dirt, the reflection of illumination, or the recovery in an automatic assembly line) can be applied to one reference image data. Since the processing based on the deformation of the reference hole due to the interference with the tool or the like is performed, a plurality of reference images for pattern matching with the actual image (for example, the hole on the irradiation direction side of the illumination) The shadow portion formed by moving from the irradiation direction to the inside of the hole portion based on the shape of the film can be produced in a short period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for executing a reference image creation method used for pattern matching according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a reference image creation state in the reference image creation method used for pattern matching according to the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a reference image teaching state in a reference image creating method used for pattern matching according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an image processing apparatus in a reference image creation apparatus used for pattern matching according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing one method for imaging a target portion (that is, a hole) of an object.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a shape change of a target portion (that is, a hole) of an object.
7A is a reference image diagram illustrating a background color, and FIG. 7B is a diagram illustrating a threshold value used to determine a boundary between a hole and a background color when the background color is black.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a method of creating a reference image with different shadows when the hole is circular, and FIGS. 8C and 8D are reference images when the hole is rectangular. It is a figure explaining the production method of.
FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating a method of creating a reference image in which the position of the deformed portion is different when the hole is circular, and FIGS. 9B and 9C are the positions of the deformed portion when the hole is rectangular. It is a figure explaining the production method of the reference image from which these differ.
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of a reference image creation method used for pattern matching according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a pattern matching method;
[Explanation of symbols]
1 is an object (body), 2 is a robot, 3 is an imaging means (camera), 4 is an image processing device, 5 is an image editing personal computer, 12 is a target portion (hole), 13 is a jig, and 14 is an external camera. (Digital camera), A is one reference image, B to D are edited and created reference images, and A 'is an actual image.
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