JPH03235009A - 画像処理による形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像処理方法に係り、特に粒子等の境界か不明
確で検出できない場合の境界を画像処理により自動分離
する対象物の形状測定方法に関する。

［従来の技術］ 近年、コンピュータの高度化に伴い、形状測定に画像処
理装置を用いることが多くなってきている。例えば、鉄
鋼材料の結晶粒度測定や粉体の粒度測定等に画像処理装
置を用いている。また、発明者の発明にかかる金属材料
の余寿命予測法（特願昭６２−２５８０８７号）は、金
属材料の結晶粒形状を測定し、その形状変化量からクリ
ープ寿命を予測する方法であるが、この場合にも多くの
結晶粒の形状を測定するため、画像処理装置を用いてい
る。

一般に画像処理ではカメラから対象物のアナログ信号を
入力し、Ａ／Ｄ変換器でディジタル化する。すなわち、
入力データを数百Ｘ数百の画素に分は各画素の座標デー
タとアナログ信号に対する色のデータをディジタル値と
して取り込む。このディジタル信号をコンピュータで処
理し、形状測定や形態分類等を行う。形状測定では測定
対象物を色の濃度で識別し、特定色の特定濃度をしきい
値として二つの色に分類する。これを二値化と呼んでい
るが、この二値化を行えば一方の色の画素の座標データ
から、長さ、面積等、種々の形状量をコンピュータで計
算することができる。

このように二値化さえできれば簡単に形状計測ができる
わけであるが、前述した金属組織の結晶粒や粉体等ては
境界線が途切れて見えることが多い。第１１図は金属の
結晶粒を示したものであるか境界（粒界）が途切れてい
る箇所があるため、単純に二値化すると隣接する結晶粒
と接続され、第１２図に示すように二つの結晶粒を一つ
の結晶粒と判断してしまう。

そこで、ディジタイザ−やライトペンを使用してマニュ
アルて境界を分離する必要がある。この場合には二値化
した像を修正するため、原画像と比較する必要があるが
、モニターか二台ある場合は開題はないが、−台の場合
には修正が困難になる。そこて、−台しかモニターがな
い場合は最初からマニュアル操作により境界を書き込ん
でいた。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように従来技術では、二値化した像を修正する
ためマニュアル操作で隣接対象物の境界を書き込んてい
た。このため、上記境界がもともと連結していた境界か
、あるいは連結していなかった境界かを判断しなければ
ならいが、このような判断には専門的知識が必要である
。たとえは、金属組織の結晶粒界をマニュアル操作で書
き込む場合には金属組織の専門的知識が必要である。ま
た、専門家てあっても上記修正作業に個人差かでる。

さらに、マニュアル操作ては書き込みの時間が画像処理
の全時間の半分以上を占めており、多くの画像を処理す
るのは人間の疲労を考えると非常に困難な作業となる。

そこて、本発明の目的は、通常の画像処理方法ては結合
してしまう隣接した測定対象物の境界を自動分離するこ
とによりマニュアル操作における専門的知識を不必要と
し、個人差の解消と操作時間の短縮を図ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的は以下の技術的手段により達成される。

すなわち、対象物の輪郭の画素座標データを特定色の特
定濃度をしきい値として二値化して形状計測を行う画像
処理による形状測定方法において、前記二値化データで
は、実際には隣接分離している二以上の対象物の境界が
接続しているものと判断される場合に、対象物の輪郭の
画素座標データの各座標点の曲率から極値を示す座標点
を算出してこの座標点を境界分離候補点とし、該境界分
離候補点の内の二つの境界分離候補点の相対距離と、該
二つの境界分離候補点の内、一方の境界分離候補点のベ
クトルの進行方向を示す設定基準方向線と該二つの境界
分離候補点どうしを結ぶ直線のなす角度と、により隣接
する二つ以上の対象物の境界分離判定を行う画像処理に
よる形状測定方法、 である。

［作用］ 上記技術的手段の中で、各座標点の曲率の極値を求める
ことは凹部を計算していることを意味するが。すなわち
、境界線が途切れている点では、曲率が単調減少から単
調増加に変化しており、曲率の極値は境界線が途切れて
いる点を含む凹部を検出している。分離判定基準の中で
二つの境界分離候補点の内、一方の境界分離候補点のベ
クトル進行方向を示す設定基準方向線と二つの境界分離
候補点を結ぶ直線とのなす角度θ。は、一方の境界分離
候補点の延長線近くに他の境界分離候補点が存在してい
るか否かの判断基準となる。もともと存在した境界線が
途切れている場合には上記角度θ。は小さな値を示すは
ずであり、一方の境界分離候補点の延長線近くに他の境
界分離候補点が存在しているはずである。また、二境界
分離候補点間の距離を測定することについては、一定の
距離以上前れている場合はもともと境界が存在しなかっ
たと判断するものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第９図は本発明による金属結晶粒形状測定のための画像
処理のフローを、第１０図はそのハードウェアの構成を
示している。まず、光学類Ｒ鏡像１０をカメラ１１を介
して入力し、Ａ／Ｄコンバータ１２でアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換し、ＧＰ−Ｉ　Ｂ　１３をインター
フェイスとしてホストコンピュータ１５で処理てきるよ
うにする。

第１１１１ａに入力画像の一例を示すが、本実施例ては
カラー子イスプレイとして５１２・、４８０の画素を有
するものを用い、各画素でイメージメモリ上にＲＧＢ（
レット、グリーン、フルー）の３色をそｈ−ｃｈ　２５
６　ＲＩ調に分けた情報を持つようにティシタル化して
いる。次にＲＧＢの内、−色を選定し、２５６階調のあ
る範囲の濃度をしきい値とし二値化する。本実施例では
第１１図に示す金属組織のフェライト粒（白くみえる部
分）の形状を測定するため、レッドを選定して明るい範
囲、すなわち階調としては１３０以上の部分をとり出し
た。この操作はイメージメモリの中でレットの１３０以
上の画素をとり出す命令をｃＰＵに送り、それをＤ／Ａ
コンバータを介してカラーデイスプレィ上に表示するこ
とにより成される。第１２図は第１１図に示した画像を
二値化した図であるが、この写真からも分かるように隣
接する結晶粒が接合している部分がある。なお、本実施
例ではＲＧＢＢ色を使用しているが、金属結晶粒の場合
は白黒の濃淡像であり、白黒モノカラーでも十分処理で
きる。

一値化した画像から本発明のポイントである粒界の自動
分離を行うわけであるが、これについては後で詳細に説
明する。なお、第１３図は自動粒界分Ｍした後の写真を
示している。このように結晶粒を分離した二値化画像を
得ることができれば、その画素の座標データをホストコ
ンピュータで処理することにより測定対象物の面積、水
平、垂直軸投影径、最大径、最大径の方向角、周囲長等
の形状測定が可能となる。

次に本発明のポイントである粒界の自動分離方法につい
て説明するが、この操作はイメージメモリ上の情報をホ
ストコンピュータて計算することにより成される。

第１図は粒界分離方法のフローチャートを示している。

ます、二値化された測定対象物の輪郭の画素座標データ
を取り込む（ステップ１）。次に境界分離候補点を計算
により求めるが、この方法は第７図に示すように測定対
象物の輪郭の画素を左回りになぞっていき、各座標点で
の曲率を求める（ステップ２）。例えば、第２図で点Ｏ
から出発し、Ｑｌ、Ｐｌ、Ｑ２となぞっていくと、曲率
は第３図に示すように変化していく。粒界が途切れたと
みなされる先端Ｐ１では曲率は極小値をとっており、こ
のように極小値をとる点を境界分離候補点とする（ステ
ップ３）。また、第４図に示すような空孔の場合には逆
に極大値を境界分離候補点とする。

なお、極値の絶対値が小さい場合にはその点はゆるやか
な曲線となっていることを意味し、境界分離候補点とは
しなかった。

次に境界分離候補点Ｐ、の基準方向を計算する（ステッ
プ４）、その方法を第５図に示すが、まず、第３図の曲
率の変化曲線から境界分離候補点Ｐ、の手前で曲率が正
から負に変化する点Ｑ：Ｉ、および境界分離候補点Ｐ１
を通過後曲率が負から正に変化する点Ｑ、を求める。こ
のＱ、、Ｑ、に対する座標の中点を、Ｐ′１とするとベ
クトルＰ　’　＋　Ｐ　＋を境界分離候補点Ｐ１の基準
方向Ｄ１と定義する。この基準方向Ｄ１は境界分離候補
点Ｐ、の進行方向を示している。このように境界分離候
補点Ｐ、の基準方向Ｄ１を決め、第６図に示すように基
準方向Ｄ１から一定の角度θ。内にある境界分離候補点
をピックアップする（ステップ５）。第６図（ａ）では
境界分離候補点Ｐ２かピックアップされ、境界分離候補
点Ｐ３はピックアップされない。これは、境界分離候補
点Ｐ、が結晶粒界が途切れた点であれば、その進行方向
、すなわち基準方向Ｄ１の近傍に他の境界分離候補点が
存在するはずであり、その点を探索していることを意味
している。

なお、実施例ではθ。を３０’　とした。

なお、ここでθ。を３０°とした理由を述べる。

もともと、結晶粒界であったものが途切れたものであれ
ば、境界分離候補点Ｐ１の基準方向Ｄ１の近傍に他の境
界分離候補点が存在しなければならない。この場合、途
切れた部分が第６図（ｂ）に示すように略直線状であれ
ば、θ０の値はく例えば、５°〜１０°のように）非常
に小さくても良い。しかし、第６図（ｃ）に示すように
曲線状に途切れていれば、基準方向Ｄ１よりややはずれ
た位置に他の境界分離候補点Ｐ２が存在する。したがっ
て、θ。をある範囲内に設定し、二のような場合に対応
しなければならない。

θ０値について３０’としたのは従来方法（ティジタイ
ザで人間が粒界を書き込む方法）との比較で３０°前後
が人間の判断と最も近かったことによる。θ０の値を２
０°より小さくすると第６図（ｃ）のようなケースを粒
界てないと判断することが多くなり、また、４０°以上
にすると人間の判断では粒界であるとみなせないものま
で粒界とみなしてしまうケースが多くなる。以上のこと
がら実施例では３０°としているが、２０’から４０°
の範囲て良好な結果、すなわち、人間の判断と同等の結
果が得られる。

次に、境界分離候補点Ｐ１とピックアップされた境界分
離候補点Ｐ２との距Ｎｌにより分離判定、すなわち、Ｐ
ｌとＰ２とを連結し、二つの結晶粒に分離するかどうか
の判定を行う（ステップ６）。

判定基準は二点間の距１［が許容値！。より小さい場合
に分離すると判定するが、対象となる結晶粒の大きさが
種々存在するため、許容値１゜は結晶粒の大きさを考慮
する必要がある。そこで本実施例では以下のように許容
値！。を定義した。

第７図に示す水平軸投影径ｌ１、垂直軸投影径ｌ。

から次式により１゜を算出する。

１ｏ　−（ｆ、＋　　１．）　　７””Ａ’　　　　　
　　　・　　・　　・　−（１）ここてＷは定数であり
、任意の値を設定てきるが、本実施例ては結晶粒の大き
さの１／１０を目安にＷ−２０とした。さらに、結晶粒
が極端に大きい場合や数個の結晶粒が連結している場合
にはｉｏの値が大きくなり、２点間の距離がかなり大き
い場合でも分離してしまう。書き込みによる分離でも距
離がある程度離れている場合には分離しないと判断して
おり、このような問題点を解消するため、許容値の上限
１゜ｍａｘを決めている。

したがって、（１）式で算出しな１゜が１゜ｍａｘより
大きい場合には！。ｍａｘを１０と定義する。本実施例
では１゜ｍａｘは２０とした。以上のような方法で分離
判定を行い、結晶粒の自動分離を行う（ステップ７）。

また、二以上の隣接対象物の境界の分離判定は境界分離
候補点間の距離！により行うこともてきる。以下にその
方法を説明する。

第８図に示すように境界分離候補点Ｐ１とＰ２を結ぶ直
線Ｔを想定する。そして、直接Ｔにより二つの結晶粒１
と結晶粒２に分離されたと仮定し、それぞれの結晶粒の
直接Ｔ／＼の投影長さｐｌと１２を求める。１１と１２
の内、短い方の長さを基準として許容値！。を決定する
。本実施例では１１と１２の短い方の１　ｙ”　１０を
許容値１゜とじたが、この方法によると、多数の結晶粒
が連結していたとしても、本来の結晶粒の大きさを基準
に基準値！。を決めることができる。

第１図に示すフローを第１０図のコントロールブロック
図に示す画像処理装置で処理する。すなわち、顕微鏡１
０で撮影した画像をカメラ１１を介して入力して、Ａ／
Ｄコンバータ１２によりディジタル信号に変換する。画
像処理装置はインタフェースＧＰ−Ｉ　Ｂ　１３を介し
てホストコンピュータ１５での処理ができるように本画
像処理装置のコントロールプロセッサ１６が接続される
。

コントロールプロセッサ１６は第１図のフローに示した
対象物の形状測定用の予め設定された計測ルールを記憶
したＲＯＭ１７、イメージメモリコン１〜ローラ１９お
よび一時記憶部であるＣＰＵメモリ２０の制御を行う。

なお、イメージメモリコントローラ１つは画像を記憶す
るイメージメモリ群２１およびイメージプロセッサ２２
の制御を行う。

本発明の妥当性を検証するため、同じ金属組織の原画像
を用いて、結晶粒界をティジタイザで書き込む方法（従
来方法）と本発明での方法とで結晶粒形状の測定結果を
比較した。具体的には１００個の結晶粒に対して最大径
の方向角θｍ（第１４図参照）を測定し、その分布の標
準偏差Ｓｍを比較した（第１５図参照）。結果を第１表
に示すがいずれのケースも誤差は１％以内てあり、本発
明が従来方法と比較して精度的に十分妥当なものである
ことが分かる。

第１表（Ｓｍの比較） ［発明の効果］ 従来方法の場合には書き込みて隣接対象物の境界を検出
していたために個人差か発生していたが、本発明ではそ
のようなことが発生するおそれがなくなる。

また、人間が直接操作する時間が短くなるため、人間の
疲労の面では有利になる。さらに画像処理装置が複数で
あれば、−人で同時に処理することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる境界自動分離方法の実施例を示す
フローチャート、第２図は結晶粒を二値化した時の輪郭
を示す図の一例、第３図は曲率の変化を示す図、第４図
は結晶粒を二値化した時に内部に空孔の存在する場合の
輪郭を示す図の一例、第５図は境界分離候補点Ｐ１の基
準方向を説明するための図、第６図は分離候補点を結ぶ
直線と基準方向線となす角度で境界分離候補点を選定す
ることを説明する図、第７図は２点間の距離で分離判定
することを説明する図、第８図は他の実施例における２
点間の距離で分離判定をすることを説明する図、第９図
は画像処理による測定物の形状測定を示すフローチャー
ト、第１０図はそのハードウェア構成図、第１１図は金
属組織を示す入力画像写真の複写図、第１２図は第１図
を二値化した画像写真の複写図、第１３図は本実施例に
よる方法で自動分離し、周辺にかかつている結晶粒や、
面積の小さい結晶粒を除去した時の画像写真の複写図、
第１４図は結晶粒の最大径の方向角を示す図、第１５図
はその分布の標準偏差を示す図である。 第１図 １・・・結晶粒、　Ｐｌ、Ｐ２・・・境界分離候補点Ｄ
１・・・基準方向、　　θ。・・・分離候補点を結ぶ直
線と基準方向線とのなす角度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対象物の輪郭の画素座標データを特定色の特定濃度をし
   きい値として二値化して形状計測を行う画像処理による
   形状測定方法において、 前記二値化データでは、実際には隣接分離している二以
   上の対象物の境界が接続しているものと判断される場合
   に、対象物の輪郭の画素座標データの各座標点の曲率か
   ら極値を示す座標点を算出してこの座標点を境界分離候
   補点とし、該境界分離候補点の内の二つの境界分離候補
   点の相対距離と、該二つの境界分離候補点の内、一方の
   境界分離候補点のベクトルの進行方向を示す設定基準方
   向線と該二つの境界分離候補点どうしを結ぶ直線のなす
   角度と、により隣接する二つ以上の対象物の境界分離判
   定を行うことを特徴とする画像処理による形状測定方法
   。