JP4788475B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Description
この画像処理装置によれば、3次元計測が可能であるにもかかわらず、従来の2次元画像処理装置との統一性が高く、ユーザにとって装置を使用するための学習量が少なくて済む。したがって、ユーザによる装置の使いこなしが容易である。
第1の画像、第2の画像は、それぞれ第1のカメラ、第2のカメラで撮影された画像そのものでもよいし、さらに何らかの処理が施された画像でもよい。例えば、第2のカメラで撮影された斜視画像を正面視の画像に変換した画像を第2の画像として用いてもよい。
第1画像上位置特定処理は、その処理自体の仕様としては、設定によって第2の画像を対象とすることも可能な汎用的な処理(プログラム)であることを妨げない。
この構成により3次元計測の処理内容を選択することができるようになる。さらに、選択により1つの第1画像上位置特定処理の項目と対にすることが可能な3次元計測処理の項目が複数ある場合、および、選択により1つの3次元計測処理の項目と対にすることが可能な第1画像上位置特定処理の項目が複数ある場合には、項目の組み合わせにより項目自体の選択肢の数よりも多くの種類の3次元計測のシーケンスを、作成することが可能になる。
第1画像上位置特定手段は、第1の検出領域を第1の画像に対してユーザの指示に基づく位置に設定し、第1のカメラと第2のカメラとの並びの方向をエッジ検出方向として第1の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する。第2画像上位置特定手段は、第2の画像に対し、第1のカメラと第2のカメラとの位置関係および第1画像上位置特定手段において特定されたエッジの位置に基づいて設定される特定の一方向をエッジ検出方向とする第2の検出領域を設定し、第2の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する。
この実施例の検査装置は、3次元および2次元の双方の計測処理機能を有するもので、工場の検査ラインLを搬送される検査対象物W(以下、「ワークW」という。)を、撮像部1により順に撮像して、種々の検査目的に応じた計測処理や判別処理を実行する。
撮像部1は、筐体15内に2台のカメラC0,C1を組み込んだ構成のもので、検査ラインLの上方に設置される。一方のカメラC0は、その光軸を鉛直方向に向けた状態(ワークWに対して正面視の状態)で設置される。他方のカメラC1は、カメラC0と視野が重なるようにして、光軸を傾斜させた状態で設置される。カメラC0およびカメラC1の視野の範囲を規定する撮像面は矩形であり、カメラC1はカメラC0に対して、カメラC0の視野の範囲の横方向(図2の画像A0のx軸方向に対応する。)に沿って並ぶように配置されている。
この図2および後記する図13等のワークWの画像を例示する図では、各画像A0,A1中のワークについても、図1と同様にWを用いて示す。また、画像A0の横方向(水平方向)をx軸方向、縦方向(垂直方向)をy軸方向とする。
このシステムは、処理項目テーブル201、シーケンス保存部202、プログラム記憶部203、指定操作受付部204、シーケンス組立部205、シーケンス実行部206、処理結果出力部207などにより構成される。ここで、処理項目テーブル201、シーケンス保存部202、プログラム記憶部203は、メモリ25にファイルとして保存されるものであり、その他の構成は、メモリ25に記憶されている装置の動作を統括するプログラムにより処理部24に設定される機能である。
『位置決め』に属する処理項目を実行することにより特定される位置は、3次元計測のために用いることができるが、画像A0上での2次元的な位置計測自体を目的として、『位置決め』に属する処理項目が実行される場合もある。計測された2次元的な位置は、画像A0上の2点間の寸法の算出などに用いることもできる。
指定操作受付部204は、処理項目テーブル201から各種処理項目を読み出してモニタ3に表示し、コンソール4による指定操作を受け付ける。この指定操作は、使用する処理項目を選択するとともに、その実行順序を指定するものである。
処理項目テーブル201、シーケンス保存部202、指定操作受付部204、シーケンス組立部205は、シーケンス設定手段に相当し、シーケンス実行部206は、シーケンス実行手段に相当する。
編集されたシーケンスは、前のシーケンスに置き換えて登録されるが、新たなシーケンスとして登録することもできる。
『エッジ位置』は、計測対象部位のエッジ点の3次元座標を計測する場合に適用されるもので、各画像A0,A1上で計測対象とするエッジ点の位置を特定し、このエッジ点の3次元座標を算出する。
『パターン』は、文字、図柄など一定のパターンが含まれる部位を計測する場合に適用されるもので、画像A0,A1からあらかじめ登録されたモデルのパターン(以下、単に「モデル」という。)に対応する領域の代表位置を特定し、この代表位置の3次元座標を算出する。
『多点高さ計測』は、基本的には『高さ計測』と同様のものであるが、指定された領域内の複数点の高さを計測する目的で使用される。
つぎのステップ2(カメラ切替)では、カメラC1に対応する画像入力部11の画像バッファから画像A1を読み出して、この画像により画像メモリ23を書き替える。
つぎのステップ3(ステレオ高精度ECMサーチ)では、画像A1を処理対象として、画像A0に対して実行したのと同様の方法でモデル画像との一致の程度が高い領域の代表位置(例えば領域の中心位置)を特定する。そして、画像A0上で特定した位置と画像A1上で特定した位置とを用いて3次元座標を算出する。
図9は、図7の『エッジ位置』の基本シーケンスに位置修正関連の処理項目を追加する例を示す。以下、この図9の流れに沿って、処理項目を追加する場合のユーザーの操作の手順を説明する。
表示制御部26は、モニタ3の表示動作を制御するためのもので、画像入力部20,21で生成された正面視画像A0,斜視画像A1を一画面内に並列表示させることができる。さらに、適宜、画像処理部41、計測処理部42、判定部43の処理結果を受け取って、画像とともに表示させることができる。
さらに、パラメータ記憶部45には、後記する演算式(1)のホモグラフィ行列を構成するパラメータも登録される。
図12は、ワークWがICである場合に実施される検査の手順を示すものである。この手順は、ワーク検出用のセンサからの検知信号を受けて開始される。最初のST1(STは「ステップ」の略である。以下も同じ。)では、カメラ駆動部12により、カメラC0,C1を同時に駆動して、正面視画像A0,斜視画像A1を生成する。
このように、検出領域7においては、特定の一方向がエッジの検出対象となる。図13の例では、x方向がエッジの検出方向である。ここでは、正面視画像A0に検出領域7を設定した後に、その検出領域7に対してエッジの検出方向を指定するようにしている。しかし、これに限らず、もともと固有のエッジの検出方向を備える検出領域7を設定するようにしてもよいし、先に検出領域7のエッジ検出方向を指定し、その後、正面視画像A0に検出領域7を設定するようにしてもよい。
この手順の最初のステップであるST11では、検査対象のワークW(この例ではIC)について、リード6の長さやリード6間のピッチなどを入力する。ここで入力されたデータは、作業用のメモリに登録され、後記するST15で使用される。
この位置決め領域9は、一列に並んだリード6のうちの一番端のリード(図示例では最上端のリード6aである。以下、これを「先頭リード6a」という。)を抽出するのに用いられる。図7の例では、先頭リード6aのみが含まれるような正方形状の領域9を設定している。位置決め領域9は、ワークWが想定される程度に位置ずれしても、位置決め領域9の中に先頭リード6aを撮像することができるように、その大きさが調整される。また、位置決め領域9は、その下半分の範囲に先頭リード6aが撮像されるように設定される。これにより、位置決め領域9の上半分の範囲にはリードが撮像されていないことをもって、位置決め領域9の下半分の範囲に撮像されているのが先頭リード6aであると確認できる。
このような方法をとることができるのは、ワークWの検査対象部位の特性(各リードの長さが等しい、リード間のピッチが等しいなど)がそのまま反映された正面視画像A0を使用するからである。したがって、先端リード6aが抽出できれば、他のリード6を抽出しなくとも、全てのリード6に検出領域を設定することが可能になり、処理効率を大幅に向上することができる。
ST16を実行する前には、検出領域7の設定結果を示す画像をモニタ3に表示し、ユーザーの確認操作に応じて登録を行うのが望ましい。また、この際に、検出領域7の位置や大きさを微調整できるようにしてもよい。
この手順のST21からST24までの処理は、正面視画像A0に対して行われるものである。まず、ST21では、ティーチングで登録された設定条件に基づき、正面視画像A1に位置決め領域9を設定する。つぎのST22では、この位置決め領域9内の画像とティーチング処理のST17において登録したモデルとを照合して、モデルに対するずれ量を抽出する(この処理には、たとえばパターンマッチングの手法を応用することができる。)。
ST21とST22は、処理項目テーブル201中の『モデル位置修正』の処理項目に相当する。
図18は、空間内の任意の高さ位置にある平面D上の一点PがカメラC0,C1の撮像面F0,F1上の点p0,p1にそれぞれ結像した状態を示している。図18において、X,Y,Zは3次元空間を表す座標軸であり、平面Dは、XY平面に平行である。また撮像面F0には、x0,y0の軸による2次元座標系が、撮像面F1には、x1,y1の軸による2次元座標系が、それぞれ設定されている。図10では、たまたま、両撮像面の原点に結像される平面D上の点がPとされているが、これに限らず、点Pの位置は平面D上で任意である。
見市 伸裕,和田 俊和,松山 隆司 「プロジェクタ・カメラシステムのキャリブレーションに関する研究」、[平成17年6月1日検索]、インターネット<URL:http://vision.kuee.kyoto-u.ac.jp/Research/Thesis/Thesis_PDF/Miichi_2002_P_147.pdf>
ST32とST33は、処理項目テーブル201中の『高精度ECMサーチ』の処理項目に相当する。この処理項目の実行後には、図示しない『カメラ切替』の処理項目が実行され、ST34に進む。
図24は、各カメラC0,C1により生成されたワークWの画像A0,A1を示す。図中、Sが検査対象の表示領域である。正面視画像A0では、先の実施例と同様に、ワークWの正面像が現れているため、表示領域Sの輪郭線72も円形状になっている。これに対し、斜視画像A1では、ワークWに歪みが生じているため、表示領域Sの大きさや輪郭線72の形状も正面視画像A0とは異なるものになり、表示領域S内の文字の配置状態にも歪みが生じている。
ST41では、先の実施例と同様に、各カメラC0,C1を同時駆動して、正面視画像A0および斜視画像A1を生成する。このST41は、処理項目テーブル201中の『ステレオカメラ画像入力』の処理項目に相当する。ST42では、正面視画像A0から上記の処理により、表示領域Sの中心点74の位置を求める。ST42は、『モデル位置修正』の処理項目に相当する。
ST44は、『ステレオ領域設定』の処理項目に相当する。図26では図示を省略しているが、この処理項目の実行後には『カメラ切替』の処理項目が実行される。
ST45からST49までの処理は、処理項目テーブル201中の「ステレオ高さ計測」の処理項目に相当する。
さらに、図26の手順にも、正面視画像A0を用いて表示領域S内の文字の印刷状態を検査する処理を組み込むことができる。
2 本体部
3 モニタ
4 コンソール
7,8 検出領域
24 処理部
25 メモリ
41 画像処理部
42 計測処理部
80,82 サーチ領域
200 装置内コンピュータ
201 処理項目テーブル
202 シーケンス保存部
203 プログラム記憶部
204 指定操作受付部
205 シーケンス組立部
206 シーケンス実行部
A0 正面視画像
A1 斜視画像
C0,C1 カメラ
W ワーク
Claims (6)
- 対象物を互いに異なる方向から撮影するように配置された第1のカメラおよび第2のカメラによりそれぞれ撮影された画像に基づく第1の画像および第2の画像を用いた処理を行う画像処理装置であって、
処理項目のシーケンスを設定するシーケンス設定手段と、
設定されたシーケンスを実行するシーケンス実行手段とを備え、
シーケンス設定手段は、ユーザの選択によりシーケンスの要素とすることができる処理項目として、2次元画像処理の複数の項目、および3次元計測処理の少なくとも1つの項目を提供し、
提供される2次元画像処理の処理項目の中には、前記第1の画像に第1の検出領域を設定して、この第1の検出領域において当該検出領域に定められているエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する第1画像上位置特定処理の項目が、少なくとも1つ含まれており、
3次元計測処理に提供される処理項目の少なくとも1つは、前記第1画像上位置特定処理の項目と同じシーケンスに組み込まれて、当該シーケンス中の第1画像上位置特定処理において特定された第1の画像におけるエッジの位置および第1のカメラと第2のカメラとの位置関係に基づく特定の一方向をエッジ検出方向とする第2の検出領域を設定して、この第2の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する第2画像上位置特定処理と、前記第1画像上位置特定処理により特定された第1の画像上のエッジの位置と前記第2画像上位置特定処理により特定された第2の画像上のエッジの位置とを用いた3次元計測用の演算処理とを実行するように設計されている、画像処理装置。 - 第2の検出領域は、そのエッジ検出方向に沿う範囲が、3次元計測の対象範囲としてユーザに指定された第1のカメラの光軸に沿う範囲に基づいて設定される、請求項1に記載の画像処理装置。
- 第1のカメラは、矩形状の視野の範囲を有し、対象物を正面視する方向から撮影するように配置され、
第2のカメラは、第1のカメラに対して第1のカメラの視野における縦または横の方向に離れた位置にあって、対象物を正面視する方向に対して斜めになる方向から対象物を撮影するように配置され、
第1画像上位置特定処理では、第1の検出領域を第1の画像に対してユーザの指示に基づく位置に設定すると共に、第1のカメラと第2のカメラとの並びの方向を第1の検出領域のエッジ検出方向とする、請求項1に記載の画像処理装置。 - 対象物を互いに異なる方向から撮影するように配置された第1のカメラおよび第2のカメラによりそれぞれ撮影された画像に基づく第1の画像および第2の画像を用いる画像処理方法であって、
処理項目のシーケンスを設定するシーケンス設定ステップと、
設定されたシーケンスを実行するシーケンス実行ステップとを備え、
シーケンス設定ステップは、ユーザの選択によりシーケンスの要素とすることができる処理項目として、2次元画像処理の複数の項目および3次元計測処理の少なくとも1つの項目を提供し、
提供される2次元画像処理の項目の中には、前記第1の画像に第1の検出領域を設定して、この第1の検出領域内において当該検出領域に定められているエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する第1画像上位置特定処理の項目が、少なくとも1つ含まれており、
3次元計測処理に提供される処理項目の少なくとも1つは、前記第1画像上位置特定処理の項目と同じシーケンスに組み込まれて、当該シーケンス中の第1画像上位置特定処理において特定された第1の画像におけるエッジの位置および第1のカメラと第2のカメラとの位置関係に基づく特定の一方向をエッジ検出方向とする第2の検出領域を設定して、この第2の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する第2画像上位置特定処理と、前記第1画像上位置特定処理により特定された第1の画像上のエッジの位置と前記第2画像上位置特定処理により特定された第2の画像上のエッジの位置とを用いた3次元計測用の演算処理とを実行するように設計される、画像処理方法。 - 矩形状の視野の範囲を有し、対象物を正面視する方向から撮影するように配置された第1のカメラと、第1のカメラに対して第1のカメラの視野における縦または横の方向に離れた位置にあって、対象物を正面視する方向に対して斜めになる方向から対象物を撮影するように配置された第2のカメラとによりそれぞれ撮影された画像に基づく第1の画像および第2の画像を用いた処理を行う画像処理装置であって、
第1の画像における対象物上の位置を特定する第1画像上位置特定手段と、
第1画像上位置特定処理手段において特定された第1の画像における対象物上の位置に対応する、第2の画像における対象物上の位置を特定する第2画像上位置特定手段と、
第1画像上位置特定手段において特定された位置と第2画像上位置特定手段において特定された位置とを用いて3次元計測用の演算を実行する演算手段とを備え、
第1画像上位置特定手段は、第1の検出領域を第1の画像に対してユーザの指示に基づく位置に設定し、第1のカメラと第2のカメラとの並びの方向をエッジ検出方向として第1の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定し、
第2画像上位置特定手段は、第2の画像に対し、第1のカメラと第2のカメラとの位置関係および第1画像上位置特定手段において特定されたエッジの位置に基づいて設定される特定の一方向をエッジ検出方向とする第2の検出領域を設定し、第2の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定する、画像処理装置。 - 矩形状の視野の範囲を有し、対象物を正面視する方向から撮影するように配置された第1のカメラと、第1のカメラに対して第1のカメラの視野における縦または横の方向に離れた位置にあって、対象物を正面視する方向に対して斜めになる方向から対象物を撮影するように配置された第2のカメラとによりそれぞれ撮影された画像に基づく第1の画像および第2の画像を用いた処理を行う画像処理方法であって、
第1の画像における対象物上の位置を特定する第1画像上位置特定ステップと、
第1画像上位置特定処理手段において特定された第1の画像における対象物上の位置に対応する、第2の画像における対象物上の位置を特定する第2画像上位置特定ステップと、
第1画像上位置特定ステップにおいて特定された位置と第2画像上位置特定ステップにおいて特定された位置とを用いて3次元計測用の演算を実行する演算ステップとを備え、
第1画像上位置特定ステップは、第1の検出領域を第1の画像に対してユーザの指示に基づく位置に設定し、第1のカメラと第2のカメラとの並びの方向をエッジ検出方向として第1の検出領域内でエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定するものであり、
第2画像上位置特定ステップは、第2の画像に対し、第1のカメラと第2のカメラとの位置関係および第1画像上位置特定手段において特定されたエッジの位置に基づいて設定される特定の一方向をエッジ検出方向とする第2の検出領域を設定し、第2の検出領域内のエッジ検出方向におけるエッジの位置を特定するものである、画像処理方法。
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