技術 画像処理方法

0001

この発明は、対象物の二値画像にもとづいてその対象物の形状検査をおこなう検査装置における画像処理方法に関するものである。

0002

対象物の二値画像を得るためには、二値化のためのしきい値が設定される。このしきい値を一定にすると、対象物を照明するための照明の照度が変化したときに適正な二値画像が得られなくなる。

0003

このため、たとえば特開平５−６７２０２号公報に示されるように、対象物のしきい値が適正な場合、過大な場合、過小な場合の二値画像条件をあらかじめ設定しておき、対象物の画像を初期しきい値によって二値化して二値画像を得、この二値画像と前記二値画像条件とを比較してしきい値を補正し、これによってしきい値を適正なものに順次更新してゆく方法がある。

0004

また、たとえば特開昭６２−６１１８５号公報に示されるように、しきい値にもとづいて二値画像面積を求め、この面積の変化を二次微分することによって得られた極性反転点におけるしきい値を平均することによって適正なしきい値を求める方法や、たとえば特開平２−５５９５３号公報に示されるように、画像の濃度ヒストグラムをしきい値によって二つの階級に分け、これらの階級間の分散および分散の比が最大となる濃度値、差分値が極小となる濃度値をしきい値の上限および下限とし、この下限から上限までの範囲内において面積変化が最小となるものを適正なしきい値とする方法がある。

0005

これらによれば、しきい値が一定とされているものと比べて、より適正な二値画像が得られる。

0006

しかしながら、特開平５−６７２０２号公報に示される方法では、対象物の形状が限定されるため、汎用性に欠けるという欠点がある。また、特開平２−５５９５３号公報に示される方法にも言えることだが、しきい値を変化させながら何度か二値画像を生成する必要があり、処理時間がかかるという欠点がある。

0007

特開平２−５５９５３号公報に示される方法では、複雑な数値演算を必要とするため、やはり処理時間がかかるという欠点がある。

0008

この発明は、このような実情を背景としてなされたもので、対象物の形状に対する限定を緩和し、処理時間の短縮を図ることのできる画像処理方法を提供することを目的としている。

0009

この発明は、上記の目的を達成するため、対象物からの反射光を映像信号に変換し、しきい値にもとづいて前記映像信号を二値画像に変換する画像処理方法において、前記しきい値と前記対象物を載置する照明面における平均照度との関係から一次式の傾きを算出し、この傾きに前記平均照度を乗じたものに前記一次式のｙ切片を加えたものを前記二値画像の適正しきい値とすることを特徴としている。

0010

この発明の画像処理方法によれば、映像信号を二値画像に変換するためのしきい値は、前記対象物が載置される照明面における平均照度に比例する。したがって、この比例関係を表す一次式の傾きに前記平均照度を乗じたものに前記一次式のｙ切片を加えたものを二値画像の適正しきい値とすることができる。

0011

以下、この発明を、図面に示す実施例にもとづいて説明する。

0012

図２に示す装置は、この発明を適用する画像処理検査装置１で、対象物２の画像を撮像するカメラ３と、対象物２を照明するための照明装置４と、対象物２を載置、移動させるハンドリング装置５と、カメラ３で得られた画像を処理する画像処理部６とから大略構成されている。

0013

カメラ３は、ＣＣＤカメラで、不図示の支持具によって据え付けられている。照明装置４には、照明面４ａに拡散板を用いた蛍光灯が用いられ、カメラ３と対象物２を挟んだ反対側に設置されている。

0014

ハンドリング装置５は、支持台５ａと支持アーム５ｂとからなり、対象物２を垂直方向および水平方向に移動可能なものとなっている。

0015

画像処理部６は、カメラ３のＣＣＤ素子から出力される映像信号をアナログ・デジタル変換するＡＤ変換部６ａと、取り込んだ画像を記憶する画像メモリ６ｂと、画像処理をおこなう画像演算部６ｃとから構成されている。

0016

対象物２は、図３に示すように、円盤２ａと筒２ｂとから構成され、筒２ｂから円盤２ａにわたって貫通孔２ｃが形成されている。画像処理検査装置１は、この貫通孔２ｃの形状の良否の検査をおこなうものである。なお、カメラ３と対象物２との距離は、図４に示すように、貫通孔２ｃが撮像画面７にできるだけ大きく撮像されるように設定されている。

0017

このような構成の画像処理検査装置１に適用する画像処理方法の原理は、図５に示すように、対象物２をカメラ３で撮像した場合、対象物２のある点の輝度と、撮像画面の対応する点の照明濃度とが比例関係にあることによる。この点に着目すれば、拡散面４ａを備え表面の輝度が一様とされた照明装置４の前（上）に対象物２を設置し、透過照明方式によって対象物２の画像を得る場合、適正しきい値ＴＨは、式のようになる。

0018

ＴＨ＝ａ・Ａｖｇ…
ここで、Ａｖｇは、照明濃度であり、ａは、ある照明濃度Ａｖｇ0において適正なしきい値がＴＨ0で与えられたときに、式で与えられる定数である。

0019

ａ＝ＴＨ0／Ａｖｇ0…
ところで、実際には、カメラ３の映像信号の出力には、対象物２の照明濃度が０であっても出力される暗電流や、対象物２の輪郭部分における回折、照明光の回り込みによる対象物２の表面の濃度変化、カメラ３のＣＣＤ素子のブルーミング現象などによって、式では適正なしきい値が得られないことが多い。

0020

しかし、照明濃度の変動範囲を限定すると、その範囲内においては、適正なしきい値を背景の照明濃度の変化量から、式に示す一次式によって近似することができる。

0021

ＴＨ＝ａ・Ａｖｇ＋ｂ…
図１は、この式を得るためのフローチャートである。以下、ステップ順に説明する。

0022

まず、ある任意の照明濃度において、対象物２を所定の位置にセットする（ステップＳ１）。そして、適正な二値画像Ｉ0が得られるためのしきい値を設定する（ステップＳ２）。

0023

つぎに、二値画像Ｉ0における貫通孔２ｃの内周まわりの面積Ｓ0を計測して記憶する。そして、照明濃度を変化させて（ステップＳ４）、カメラ３によって画像を取り込む（ステップＳ５）。このとき、平均照明濃度ＡｖｇがステップＳ６によって計測される。

0024

この平均照明濃度Ａｖｇのもとで、対象物２を、再び所定の位置にセットし直し（ステップＳ７）、しきい値を一旦０として（ステップＳ８）画像を取り込む（ステップＳ９）。そして、二値画像を得て（ステップＳ１０）、この二値画像における貫通孔２ｃの内周まわりの面積Ｓを計測する（ステップＳ１１）。

0025

このようにして得られた面積Ｓと前記面積Ｓ0との大小をステップＳ１２で比較し、Ｓ≧Ｓ0の場合には、対象物２の貫通孔２ｃの面積Ｓ0と適正なしきい値における面積Ｓとが最も近くなるしきい値ＴＨと、その一つ手前のしきい値ＴＨ1とを選出する（ステップＳ１３および１４）。

0026

Ｓ＜Ｓ0の場合には、ＴＨをＴＨLOWとし、ＳをＳLOWとして（ステップＳ１５）、適正なしきい値ＴＨSを式によって求める（ステップＳ１６）。

0027

ＴＨS＝（ＳLOW−Ｓ0）／（ＳLOW−ＳHI）＋ＴＨLOW…
ここで、ＳHIは、ステップＳ１３において更新されてゆく面積である。

0028

以上のステップを、数回〜数十回繰り返し（ステップＳ１７）、平均照明濃度と適正なしきい値との対応したデータ群が得られる（ステップＳ１８）。このようにして得られたデータ群から、最小自乗法によって、前記式における定数ａ、ｂを求めることができる（ステップＳ１９）。つまり、平均照明濃度としきい値との関係を一次式によって近似することができる。

0029

なお、定数ａ、ｂは、あらかじめのテストによって設定されるため、暗電流やブルーミングなどがある場合であっても、それらによるノイズをすでに含んでいるため、精度の高いしきい値を設定することができる。また、対象物２は、所定の位置に精度よく固定されているので、照明光の回り込みによる対象物２の表面の照明濃度変化の再現性も良好なものとなり、しきい値の精度に影響を与えるものとはならない。

0030

以上の方法によって得られた結果を図６および図７に示す。図６は、式によって得られた一次式を示し、図７は、この一次式にもとづいて設定された可変なしきい値にもとづく二値画像の面積分布を示している。

0031

このように、映像信号を二値画像に変換するためのしきい値が、対象物が載置される照明面における平均照度に比例することにもとづいて、この比例関係を表す一次式の傾きに前記平均照度を乗じたものに前記一次式のｙ切片を加えたものを二値画像の適正しきい値とすることができる。

0032

以上説明したように、この発明によれば、対象物の形状に対する限定を緩和し、処理時間の短縮を図ることのできる画像処理方法を提供することができるという効果がある。

0033

図１この発明の実施例に係る画像処理方法の要部を構成するフローチャートである。
図２同画像処理方法を適用する画像処理検査装置の概略図である。
図３同画像処理方法により検査される対象物の概略図である。
図４同対象物の画像の一例である。
図５理想的な適正しきい値を示す一次式のグラフである。
図６適正しきい値を設定するための一次式のグラフである。
図７検査結果をプロットしたグラフである。

0034

２対象物
３ＣＣＤカメラ
６画像処理部