JPH1125262A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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し、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。 【解決手段】 レンズ２１および半透過鏡２２を通して
対象物１の光学像を撮像する撮像手段２３と、半透過鏡
２２およびレンズ２１に導かれて対象物１上に所定形状
の像２４ｐを投影する投影手段２４と、レンズ２１の周
囲に設置され対象物１を照明する照明手段２５と、撮像
条件を変化させ各撮像条件で撮像した撮像画像の中から
所定の条件を満たした撮像画像を抽出しそのときの撮像
条件を記憶するコントロール部４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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７０
ｐ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７
２ｐ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７
３ａ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７
３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
対象物上に所定形状の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
件を変化させ各撮像条件で撮像した撮像画像の中から所
定の条件を満たした撮像画像を抽出しそのときの撮像条
件を記憶するコントロール部とを備えるものである。

【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）２４
ａ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２
４ｂ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１
１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（ＲＯ
Ｍ）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４
６、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ｔ
３より１２Ｈ（１Ｈは１水平期間）前の時点ｔ２から１
Ｈ（２８．８μsec ）ずつ１２段階（最小２８．８μse
c 〜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１
１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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   に所定形状の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各撮像条件で撮像した撮像画像の中
   から所定の条件を満たした撮像画像を抽出しそのときの
   撮像条件を記憶するコントロール部と、を備えることを
   特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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。