JPH10260016A - 画像認識装置 - Google Patents

画像認識装置

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JPH10260016A
JPH10260016A JP9065123A JP6512397A JPH10260016A JP H10260016 A JPH10260016 A JP H10260016A JP 9065123 A JP9065123 A JP 9065123A JP 6512397 A JP6512397 A JP 6512397A JP H10260016 A JPH10260016 A JP H10260016A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
camera
pattern matching
measured
image recognition
movement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9065123A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Kato
秀雄 加藤
Akihiko Yabuki
彰彦 矢吹
Shigeru Akema
滋 明間
Tetsuo Hizuka
哲男 肥塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、焦点距離を微小量可変する毎にカメ
ラの撮像画像を被測定物のテンプレートとパターンマッ
チングして高さ位置を測定するために長時間を要する。 【解決手段】 カメラM1の焦点位置を順次移動して画
素輝度分散値を算出する画素輝度分散算出手段M4と、
画素輝度分散値の変化の極大値に対応する焦点位置を抽
出する抽出手段M5と、抽出された焦点位置における撮
像画像と被測定物のテンプレートとのパターンマッチン
グを行い、パターンマッチング度が最大となる焦点位置
から高さ位置を測定するパターンマッチング手段M6と
を有する。パターンマッチングの回数を従来に比べて大
幅に減少でき、これによって高さ位置の測定に要する時
間を大幅に短縮でき、測定を高速に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像認識装置に関
し、被測定物の撮像画像から被測定物の高さ位置を測定
する画像認識装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被測定物の空間位置をカメラの撮像画像
から測定する場合、カメラと対向する平面上における被
測物体の水平及び垂直方向位置はカメラの撮像画像にお
ける被測定物位置を読み取ることで測定できる。一方、
カメラの視線方向の高さ位置を測定する場合、カメラの
水平又は垂直方向位置を所定距離移動させて三角測量の
原理で高さ位置を測定する第1の方法、カメラの焦点距
離を可変して被測定物に焦点が合ったときの焦点距離か
ら高さ位置を求める第2の方法等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】三角測量による第1の
方法は、カメラの被測定物を向く角度及びカメラの移動
距離を高精度に測定しなければならず、また高解像度の
カメラが要求されるため、コストを下げるという面から
焦点距離を可変する第2の方法をとっていた。この第2
の方法では焦点距離を微小量可変する毎にカメラの撮像
画像を被測定物のテンプレートとパターンマッチング
し、マッチング度が最大となる焦点距離を被測定物の高
さ位置としている。パターンマッチングはテンプレート
を撮像画像の全域について徐々に移動させて相関値を求
めるため1回のパターンマッチングだけでも処理時間が
長くなり、上記高さ位置を測定するために長時間を要す
るという問題があった。
【0004】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
コストアップを抑え、被測定物の高さ位置を高速に測定
できる画像認識装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明は
図1に示すように、カメラM1の焦点位置が被測定物M
2に対して離間又は接近するよう上記焦点位置を順次移
動する焦点位置可変手段M3と、上記焦点位置の移動の
各時点での上記カメラの撮像画像の画素輝度分散値を算
出する画素輝度分散算出手段M4と、上記焦点位置の移
動による画素輝度分散値の変化の極大値に対応する焦点
位置を抽出する抽出手段M5と、抽出された一又は複数
の焦点位置における上記カメラの撮像画像と被測定物の
テンプレートとのパターンマッチングを行い、パターン
マッチング度が最大となる焦点位置から上記被測定物と
カメラとの距離である高さ位置を測定するパターンマッ
チング手段M6とを有する。
【0006】このように、画素輝度分散値の極大値から
被測定物に対して合焦の焦点位置を抽出し、この抽出し
た焦点位置でのみパターンマッチングを行うため、パタ
ーンマッチングの回数を従来に比べて大幅に減少でき、
これによって高さ位置の測定に要する時間を大幅に短縮
でき、測定を高速に行うことができる。請求項2に記載
の発明は、請求項1記載の画像認識装置において、前記
パターンマッチング手段M6は、前記高さ位置と共に、
カメラの視線方向と垂直な平面における前記被測定物の
平面位置を測定する。
【0007】このように、パターンマッチング時に被測
定物の高さ位置と同時に平面位置も測定できるため、被
測定物の3次元位置を高速に測定することが可能とな
る。請求項3に記載の発明は、請求項1又は2記載の画
像認識装置において、前記カメラの焦点位置の移動を前
記カメラ又は被測定物の移動により行う。このため、カ
メラの焦点位置の移動を正確に、かつリニアに行うこと
ができる。
【0008】請求項4に記載の発明は、請求項1又は2
記載の画像認識装置において、前記カメラの焦点位置の
移動を前記カメラの焦点距離の可変により行う。このた
め、カメラ又は被測定物を移動する機構が不要となり、
構成が簡単になる。
【0009】
【発明の実施の形態】図2は本発明の画像認識装置の一
実施例の構成図を示す。同図中、基台部10に固定され
たステージ12上には被測定物14(M2)が載置され
ている。基台部10の上方にはカメラ支持部16が固定
されている。焦点位置可変手段M3としてのカメラ支持
部16は支持部材18によってカメラ20(M1)を矢
印Z方向に移動自在に支持している。
【0010】上記の矢印Z方向はカメラの視線方向であ
り、カメラ支持部16は画像データ処理部22又は端子
24からの外部入力で供給される移動指令に従ってカメ
ラ20の移動を行う。カメラ支持部16はZ方向移動量
(又はカメラ20と被測定物14との距離)を画像デー
タ処理部22に通知する。カメラ20で得られた被測定
物14の撮像画像は画像データ処理部22に供給され
る。
【0011】被測定物14は図3の斜視図及び図4
(A),(B)の平面図、側面図夫々に示すように、基
板30上に高さの異なる部品31,32を固定したもの
である。基板30上には矩形のマーク33が設けられ、
部品31,32夫々の上には+印のマーク34,三角形
のマーク35が設けられている。なお、実際には被測定
物14としては、電子部品(部品31,32に対応)を
実装したプリント基板(基板30に対応)等が考えられ
る。
【0012】なお、被測定物14にマーク33,34,
35が設けてあることは既知であり、画像データ処理部
22にはマーク33,34,35夫々のテンプレート
(マーク33〜35夫々と同一パターンの画像情報)が
予め格納されている。図5は画像データ処理部の行う高
さ測定処理の一実施例のフローチャートを示す。この実
施例ではカメラ20の焦点距離は固定しておく。図5に
おいて、ステップS10ではカメラ20を被測定物14
までの距離が最短となる初期位置まで移動させるように
カメラ支持部16の駆動を行う。このとき、上記の最短
距離はカメラ20の焦点距離より小さく設定されてい
る。
【0013】次にステップS12でカメラ20を微小距
離だけ被測定物14から遠ざける向きに移動させ、ステ
ップS14でカメラ20の撮像画像の画素輝度分散を求
める。画面上の座標(x,y)点の画素輝度値をbxyと
すると画素輝度分散Dは次式で表わされる。
【0014】
【数1】
【0015】但しnは総画素数である。ここで、画素輝
度分散について説明する。半分が白で残りの半分が黒の
被写体をカメラで撮像した画像を考える。各画素はn階
調であるとして、横軸に輝度値1〜n,縦軸に画素数を
とった図6に示すようなヒストグラムを作成する。カメ
ラの焦点が合っていれば白と黒の境界が鮮明であるので
図6の実線で示すような白、黒のピークが突出したヒス
トグラムとなり、画素輝度分散値が高い撮像画像が得ら
れる。焦点が多少ずれると一点鎖線で示すようななまっ
たヒストグラムとなり、画素輝度分散値が低下する。更
に焦点がずれると破線で示すような平坦なヒストグラム
となって、画素輝度分散値が更に低下する。
【0016】上記のステップS12,S14はステップ
S16でカメラ20が被測定物14から最大に離れた最
終位置となるまで繰り返される。これによって、図7に
示すようにカメラ20の移動量と画素輝度分散値との関
係を示すグラフが得られる。次にステップS18で図7
のグラフから画素輝度分散値がピーク(最大値)となる
移動量を求める。ここではピークA,B,C夫々につい
て移動量L1,L2,L3が求められる。次のステップ
S20では求めた移動量L1,L2,L3夫々の位置と
なるようカメラ20を順次移動させる。まず、移動量L
1位置においてカメラ20の撮像画像についてマーク3
1,32,33夫々のテンプレートを用いたパターンマ
ッチングを行い、ステップS22で各マーク31〜33
夫々とのマッチング度(相関度)が最大となるマークを
選択する。そして撮像画像の上記最大マッチング度とな
ったXY座標位置〔図4(A)に矢印X,Yで示す〕を
求めると共に、移動量L1から選択したマークの高さ位
置〔図4(B)に矢印Zで示す〕を求める。
【0017】上記のステップS20,S22はステップ
S24で全てのピークA,B,Cについての処理が終る
まで繰り返し行われる。これによってマーク33,3
4,35夫々のXYZ座標を測定できる。上記のステッ
プS12〜S16が画素輝度分散算出手段M4に対応
し、ステップS18が抽出手段M5に対応し、ステップ
S20〜S24がパターンマッチング手段M6に対応す
る。
【0018】カメラ20と被測定物14との距離を可変
して図7の移動量と画素輝度分散値とのグラフを求める
処理はパターンマッチングに比べて短時間の処理であ
る。また、上記グラフからピークA,B,Cを求めて、
このピークA,B,Cに対応する移動量においてのみパ
ターンマッチングを行うため、従来に比べてパターンマ
ッチングの回数を大幅に減らすことができ、高速の高さ
計測が可能となる。
【0019】なお、上記実施例では被測定物14を固定
し、カメラ20をZ方向に移動させているが、これはカ
メラ20を固定し、被測定物14をステージ12によっ
てZ方向に移動させる構成であっても良い。また、カメ
ラ20及び被測定物14を共に固定しておき、カメラ2
0の光学系で焦点距離を可変する構成であっても良い。
この場合はカメラ20は焦点距離調整機構を一般的に備
えており、移動機構が不要となるため、構成が簡単とな
り、コストを低く抑えることができる。ただし、焦点距
離調整機構ではレンズ系の移動量と焦点距離の移動量と
がリニアでないため、図1の実施例の方が正確に焦点位
置を知ることができる。
【0020】
【発明の効果】上述の如く、請求項1に記載の発明は、
カメラの焦点位置が被測定物に対して離間又は接近する
よう上記焦点位置を順次移動する焦点位置可変手段と、
上記焦点位置の移動の各時点での上記カメラの撮像画像
の画素輝度分散値を算出する画素輝度分散算出手段と、
上記焦点位置の移動による画素輝度分散値の変化の極大
値に対応する焦点位置を抽出する抽出手段と、抽出され
た一又は複数の焦点位置における上記カメラの撮像画像
と被測定物のテンプレートとのパターンマッチングを行
い、パターンマッチング度が最大となる焦点位置から上
記被測定物とカメラとの距離である高さ位置を測定する
パターンマッチング手段とを有する。
【0021】このように、画素輝度分散値の極大値から
被測定物に対して合焦の焦点位置を抽出し、この抽出し
た焦点位置でのみパターンマッチングを行うため、パタ
ーンマッチングの回数を従来に比べて大幅に減少でき、
これによって高さ位置の測定に要する時間を大幅に短縮
でき、測定を高速に行うことができる。また、請求項2
に記載の発明は、請求項1記載の画像認識装置におい
て、前記パターンマッチング手段は、前記高さ位置と共
に、カメラの視線方向と垂直な平面における前記被測定
物の平面位置を測定する。
【0022】このように、パターンマッチング時に被測
定物の高さ位置と同時に平面位置も測定できるため、被
測定物の3次元位置を高速に測定することが可能とな
る。また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2記
載の画像認識装置において、前記カメラの焦点位置の移
動を前記カメラ又は被測定物の移動により行う。
【0023】このため、カメラの焦点位置の移動を正確
に、かつリニアに行うことができる。また、請求項4に
記載の発明は、請求項1又は2記載の画像認識装置にお
いて、前記カメラの焦点位置の移動を前記カメラの焦点
距離の可変により行う。
【0024】このため、カメラ又は被測定物を移動する
機構が不要となり、構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】本発明装置のブロック図である。
【図3】被測定物を説明するための図である。
【図4】被測定物を説明するための図である。
【図5】本発明の高さ測定処理のフローチャートであ
る。
【図6】画素輝度分散値を説明するための図である。
【図7】移動量と画素輝度分散値とのグラフである。
【符号の説明】
10 基台部 12 ステージ 14,M2 被測定物 16 カメラ支持部 18 支持部材 20,M1 カメラ 22 画像データ処理部 30 基板 31,32 部品 M3 焦点位置可変手段 M4 画素輝度分散算出手段 M5 抽出手段 M6 パターンマッチング手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明間 滋 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 肥塚 哲男 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カメラの焦点位置が被測定物に対して離
    間又は接近するよう上記焦点位置を順次移動する焦点位
    置可変手段と、 上記焦点位置の移動の各時点での上記カメラの撮像画像
    の画素輝度分散値を算出する画素輝度分散算出手段と、 上記焦点位置の移動による画素輝度分散値の変化の極大
    値に対応する焦点位置を抽出する抽出手段と、 抽出された一又は複数の焦点位置における上記カメラの
    撮像画像と被測定物のテンプレートとのパターンマッチ
    ングを行い、パターンマッチング度が最大となる焦点位
    置から上記被測定物とカメラとの距離である高さ位置を
    測定するパターンマッチング手段とを有することを特徴
    とする画像認識装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の画像認識装置において、 前記パターンマッチング手段は、前記高さ位置と共に、
    カメラの視線方向と垂直な平面における前記被測定物の
    平面位置を測定することを特徴とする画像認識装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の画像認識装置にお
    いて、 前記カメラの焦点位置の移動を前記カメラ又は被測定物
    の移動により行うことを特徴とする画像認識装置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の画像認識装置にお
    いて、 前記カメラの焦点位置の移動を前記カメラの焦点距離の
    可変により行うことを特徴とする画像認識装置。
JP9065123A 1997-03-18 1997-03-18 画像認識装置 Withdrawn JPH10260016A (ja)

Priority Applications (1)

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JP9065123A JPH10260016A (ja) 1997-03-18 1997-03-18 画像認識装置

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JP9065123A JPH10260016A (ja) 1997-03-18 1997-03-18 画像認識装置

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JPH10260016A true JPH10260016A (ja) 1998-09-29

Family

ID=13277794

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JP9065123A Withdrawn JPH10260016A (ja) 1997-03-18 1997-03-18 画像認識装置

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JP (1) JPH10260016A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001147107A (ja) * 1999-11-08 2001-05-29 Leica Microsystems Wetzlar Gmbh 透明膜の膜厚測定方法および装置
US7068378B2 (en) 2002-07-09 2006-06-27 President Of Sasebo National College Of Technology Apparatus and method for measuring amount of projection of abrasive grain on grinding tool
US8599257B2 (en) 2006-08-18 2013-12-03 Nec Corporation Vehicle detection device, vehicle detection method, and vehicle detection program
WO2014155658A1 (ja) * 2013-03-29 2014-10-02 富士機械製造株式会社 生産設備
CN110118530A (zh) * 2019-04-22 2019-08-13 西京学院 一种大工件高精度光学视觉测量方法

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US8599257B2 (en) 2006-08-18 2013-12-03 Nec Corporation Vehicle detection device, vehicle detection method, and vehicle detection program
WO2014155658A1 (ja) * 2013-03-29 2014-10-02 富士機械製造株式会社 生産設備
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Effective date: 20040601