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発明の名称 位置認識方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−49948
公開日 平成7年(1995)2月21日
出願番号 特願平5−195964
出願日 平成5年(1993)8月6日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】石原 勝
発明者 高野 みすず / 逸崎 嘉浩 / 堀上 欣司 / 中尾 真也
要約 目的
対象物の輪郭の一部が、画像上で不明確であっても、正確・迅速に対象物の位置を認識できる位置認識方法を提供する。

構成
対象物を撮像手段で撮像して濃淡画像を得、この濃淡画像上の対象物の輪郭に等しい走査輪郭8とこの走査輪郭8に直交しこの走査輪郭8の内外の画像濃度を測定する複数本の濃度相関ライン9a〜9hとからなる輪郭走査ウインドAによって前記濃淡画像を走査し、各濃度相関ライン9a〜9h毎に所定数の内側画像濃度測定点からなる内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と所定数の外側画像濃度測定点からなる外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値を演算し、この絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が極大になる前記輪郭走査ウインドAの位置を対象物の位置として検出する。
特許請求の範囲
【請求項1】 対象物を撮像手段で撮像して濃淡画像を得、この濃淡画像上の対象物の輪郭に等しい走査輪郭とこの走査輪郭に直交しこの走査輪郭の内外の画像濃度を測定する複数本の濃度相関ラインとからなる輪郭走査ウインドによって前記濃淡画像を走査し、各濃度相関ライン毎に所定数の内側画像濃度測定点からなる内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と所定数の外側画像濃度測定点からなる外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値を演算し、この絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が極大になる前記輪郭走査ウインドの位置を対象物の位置として検出することを特徴とする位置認識方法。
【請求項2】 所定濃度閾値は、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定する請求項1に記載の位置認識方法。
【請求項3】 輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、各濃度相関ラインについて演算された内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が、所定本数未満になると演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移る請求項1又は2に記載の位置認識方法。
【請求項4】 輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、背景画像濃度値が対象物画像濃度値より大きい場合に、全外側濃度相関ラインの測定濃度総計値が外側所定総計値許容範囲内にないと演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移る請求項1、2又は3に記載の位置認識方法。
【請求項5】 輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、対象物画像濃度値が背景画像濃度値より大きい場合に、全内側濃度相関ラインの測定濃度総計値が内側所定総計値許容範囲内にないと演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移る請求項1、2又は3に記載の位置認識方法。
【請求項6】 外側又は内側所定総計値許容範囲は、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定する請求項4又は5に記載の位置認識方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット用視覚認識装置の位置認識方法に関し、特に、撮像手段で撮像された画像から対象物の位置を検出する位置認識方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、撮像装置で撮像された画像から対象物の位置を検出する位置認識方法が、各種生産設備におけるロボットの視覚認識装置に広く使用されている。
【0003】上記に使用される位置認識方法の中から円形対象物の位置を認識する場合の従来例を図7〜図9に基づいて説明する。
【0004】図7は、従来例の位置認識方法を使用する円形対象物位置認識装置の基本構成を示す。従来例の基本構成は、撮像手段21と、2値化手段22と、ラベリング重心位置算出手段23とからなる。
【0005】従来例の位置認識方法の原理は次の通りである。即ち、撮像手段21によって撮像された円形対象物の画像では、円形対象物の輪郭の内側画像濃度と外側画像濃度とが異なるので、撮像手段21で撮像した画像を、先ず、2値化手段22が、画像濃度閾値によって2値化する。画像がポジかネガかによって異なるが、2値化画像の濃い方の画像か淡い方の画像かが、円形対象物を示す。従って、ラベリング重心位置算出手段23によって、円形対象物を示す方の画像を、通常行われるラベリング処理によって連結して円形対象物を示す画像に形成し、この画像の重心位置を算出すれば、この重心位置が円形対象物の中心位置になる、という原理である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例の構成では、円形対象物の円周に接する背景の一部分の明るさが、円形対象物の明るさに近い場合、図8に示すように、この背景部分25が円形対象物の2値化画像24の一部として加わり、この加わった2値化画像の重心27が算出されるので、円形対象物の正しい中心26を求めることが出来ないという問題点がある。
【0007】又、上記の従来例の構成では、例えば、円形対象物が下螺子穴で、この下螺子穴の一部が上螺子穴の周縁に隠された場合、図9に示すように、撮像手段21によって撮像された円形対象物の画像24の外周の一部が、前記上螺子穴の周縁が構成する背景28によって隠された形になり、この隠された形の2値化画像の重心29が算出されるので、円形対象物の正しい中心26を求めることが出来ないという問題点がある。
【0008】本発明は、上記の問題点を解決し、対象物の輪郭の一部が、画像上で不明確であっても、正確・迅速に対象物の位置を認識できる位置認識方法を提供することを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の位置認識方法は、上記の課題を解決するために、対象物を撮像手段で撮像して濃淡画像を得、この濃淡画像上の対象物の輪郭に等しい走査輪郭とこの走査輪郭に直交しこの走査輪郭の内外の画像濃度を測定する複数本の濃度相関ラインとからなる輪郭走査ウインドによって前記濃淡画像を走査し、各濃度相関ライン毎に所定数の内側画像濃度測定点からなる内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と所定数の外側画像濃度測定点からなる外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値を演算し、この絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が極大になる前記輪郭走査ウインドの位置を対象物の位置として検出することを特徴とする。
【0010】又、本発明の位置認識方法は、上記の課題を解決するために、所定濃度閾値は、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定することが好適である。
【0011】又、本発明の位置認識方法は、上記の課題を解決するために、輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、各濃度相関ラインについて演算された内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が、所定本数未満になると演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移ることが好適である。
【0012】又、本発明の位置認識方法は、上記の課題を解決するために、輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、背景画像濃度値が対象物画像濃度値より大きい場合に、全外側濃度相関ラインの測定濃度総計値が外側所定総計値許容範囲内にないと演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移ることが好適である。
【0013】又、本発明の位置認識方法は、上記の課題を解決するために、輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、対象物画像濃度値が背景画像濃度値より大きい場合に、全内側濃度相関ラインの測定濃度総計値が内側所定総計値許容範囲内にないと演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移ることが好適である。
【0014】又、本発明の位置認識方法は、上記の課題を解決するために、外側又は内側夫々の所定総計値許容範囲は、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定することが好適である。
【0015】
【作用】本発明の位置認識方法は、撮像された対象物の画像の輪郭の一部が画像上で不明確な場合にも迅速・正確に対象物の位置を認識できるもので、次の作用を有する。
【0016】本発明の位置認識方法では、撮像手段が対象物を撮像して得る濃淡画像において、画像の輪郭が明確な部分では輪郭の内側と外側とで画像濃度が明確に異なり、画像の輪郭が不明確な部分では輪郭の内側の画像濃度と外側の画像濃度との差が無くなるので、輪郭操作ウインドが対象物の画像に一致した場合に、画像の輪郭が明確な部分にある濃度相関ラインでは、内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値が大きくなり、画像の輪郭が不明確な部分にある濃度相関ラインでは、内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値が小さくなることを利用し、前記差の絶対値が所定濃度閾値以上になる濃度相関ラインのみを、位置認識に誤差なく利用できるものとして使用し正確に位置認識している。
【0017】又、本発明の位置認識方法は、所定濃度閾値を、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定するので、対象物を照明する照明の明るさの変化等によって、濃淡画像の画像濃度が変化した場合でも、所定濃度閾値をその変化に合わせて適正に決定できるので、測定結果は正確である。
【0018】又、本発明の位置認識方法は、輪郭走査ウインドの走査を迅速化するために、輪郭走査ウインドの走査位置での演算は、各濃度相関ラインについて演算された内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が、所定本数未満になると演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移っている。この理由は、位置を正確に認識するための濃度相関ラインの本数は、所定本数以上必要である。又、対象物の輪郭の一部のみが円形状で他は別の形状の場合には、輪郭走査ウインドが円形状部に完全に一致した位置で、前記差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が極大になるので、位置を正確に認識するための濃度相関ラインの本数は、この極大数からすこし少ない本数以上必要である。一方、内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値の計算を完了するには時間がかかるので、この計算途中で、位置認識に使用できる濃度相関ラインの本数が、所定本数未満であると判明した時点で、演算を打切り次の走査位置に進むことにより、輪郭走査ウインドの走査を迅速化できる。
【0019】又、本発明の位置認識方法は、輪郭走査ウインドの走査を迅速化するために、輪郭走査ウインドの走査位置での演算を、背景画像濃度値が対象物画像濃度値より大きい場合に、全外側濃度相関ラインの測定濃度総計値が外側所定総計値許容範囲内にないと演算された時点で打切り次の走査位置に移っている。この理由は、輪郭走査ウインドが対象物の画像に近い位置にいると、全外側濃度相関ラインが測定する測定濃度総計値は、対象物の画像の外側画像濃度に対応するので、当然、外側画像濃度に基づいて決定した外側所定総計値許容範囲内にはいる。従って、外側所定総計値許容範囲内に入らない場合には、輪郭走査ウインドが対象物の画像から外れていることになるので、演算を打切り次の走査位置に進む。この所定総計値許容範囲での判断は迅速にできるので、輪郭走査ウインドの走査を迅速化できる。
【0020】又、本発明の位置認識方法は、輪郭走査ウインドの走査を迅速化するために、輪郭走査ウインドの走査位置での演算を、対象物画像濃度値が背景画像濃度値より大きい場合に、全内側濃度相関ライン測定濃度総計値が内側所定総計値許容範囲内にないと演算された時点で打切り次の走査位置に移っている。この理由は、輪郭走査ウインドが対象物の画像に近い位置にいると、全内側濃度相関ラインは、対象物の画像の内側濃度に対応するので、当然、内側所定総計値許容範囲内にはいる。従って、内側所定総計値許容範囲内に入らない場合には、輪郭走査ウインドが対象物の画像から外れていることになるので、演算を打切り次の走査位置に進む。この所定総計値許容範囲での判断は迅速にできるので、輪郭走査ウインドの走査を迅速化できる。
【0021】又、本発明の位置認識方法は、内側と外側の所定総計値許容範囲を、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定するので、対象物を照明する照明の明るさの変化等によって、濃淡画像の画像濃度が変化した場合でも、所定総計値許容範囲をその変化に合わせて適正に決定できるので、測定結果は正確である。
【0022】
【実施例】本発明の第1実施例を図1〜図5に基づいて説明する。
【0023】図1は、本発明の位置認識方法を使用する位置認識装置の主要部を示すブロック図である。
【0024】図1において、本実施例は、撮像手段1が対象物を撮像して映像信号を出し、濃淡画像記憶手段2が前記映像信号を濃淡画像データにして記憶し、走査手段3が後述する輪郭走査ウインドによって前記濃淡画像データを走査し、位置演算手段4が前記の走査データを使用して対象物の位置を演算する。
【0025】図2は、図1の濃淡画像データを示し、5は円形対象物、6は、撮像手段1の視野の中で、円形対象物5と共に被検査物を構成し、且つ、円形対象物5の一部に重なっている部品であり、この濃淡画像データが、円形対象物5の全体が見える窓7内で走査され演算される。
【0026】図3は、本実施例で使用する輪郭走査ウインドAを示し、8は、円形対象物5の画像の直径と等しい直径を有する走査輪郭で、円形対象物1の画像において、画像部分と背景部分との境界線に対応する。9a〜9hは、走査輪郭8に直交しこの走査輪郭8の内外の画像濃度を測定する複数本の濃度相関ラインである。
【0027】図4は、本実施例で使用する輪郭走査ウインドAの濃度相関ライン9a〜9hの中の9cの詳細を示し、10cは濃度相関ライン9cの走査輪郭位置、11c、12c、13cは内側濃度相関ラインBを構成する所定数の内側画像濃度測定点、14c、15c、16cは外側濃度相関ラインCを構成する所定数の外側画像濃度測定点である。
【0028】図5は、本実施例で使用する内側と外側との濃度差の絶対値に対する所定濃度閾値と、内側または外側所定総計値許容範囲の決定に使用する画像濃度ヒストグラムである。横軸に0〜255の画像濃度をとり、縦軸に濃度値頻度をとっている。頻度極大を示す点が、17aと17bと2つできる。図2の窓7内では、通常、背景部分の面積が円形対象物5の面積よりも大きいので、小さい方の極大点17aは内側画像濃度を示し、大きい方の極大点17bは外側画像濃度を示す。
【0029】従って、内側と外側との濃度差の絶対値に対する所定濃度閾値は、濃度値17bから濃度値17aを引いた濃度値の半分とする。この計算方法の理由は、円形対象物の画像の境界線で濃度がシャープに変わればもっと大きな値になるが、実際には濃度勾配をもって変わるので、経験的にこのように決定する。但し、上記のように、前記の引いた濃度値の半分にするかどうするかは、濃度相関ラインの画像濃度測定点の数によっても変化する。このような決定方法の効果は、照明の変化等で、濃度分布が変動しても、適正な所定濃度閾値を得られることである。
【0030】又、外側所定総計値許容範囲については、外側画像濃度測定点の14c、15c、16cの数によって変化するが、背景画像濃度値が対象物画像濃度値より大きい場合には、図5の画像濃度ヒストグラムの17bが外側画像濃度の代表値になるので、濃度値17bの函数で、外側所定総計値許容範囲を決める。
【0031】又、内側所定総計値許容範囲については、内側画像濃度測定点の11c、12c、13cの数によって変化するが、対象物画像濃度値が背景画像濃度値より大きい場合には、図5の画像濃度ヒストグラムの17bが内側画像濃度の代表値になるので、濃度値17bの函数で、内側所定総計値許容範囲を決める。
【0032】次に、第1実施例における位置認識動作を図1〜図5に基づいて説明する。
【0033】先ず、図1に示す撮像手段1で円形対象物を含む被検査物を撮像し窓7内の濃淡画像を得て、この窓7内の濃淡画像を濃淡画像記憶手段2に記憶させる。
【0034】この窓7内の濃淡画像では、図2に示すように、円形対象物5があり、この円形対象物5の一部に、被検査物の一部6が重なっている。
【0035】この場合に円形対象物の位置を検出する本実施例の動作を以下に説明する。
【0036】先ず、図1に示す走査手段が、図3に示す輪郭走査ウインドAを使用して、図2に示す窓7内の濃淡画像の左上から右向に走査し始め、一画素移動する毎に、位置演算手段が演算する。
【0037】しかし、円形対象物の位置を演算する演算を各走査位置で最後まで行うと、走査に時間がかかり、実用性がなくなるので、輪郭走査ウインドAが円形対象物の位置に近づくまでは、輪郭走査ウインドAが円形対象物に未だ近づいていないということを確認する簡単な演算を行うだけで、次の走査点に進む。
【0038】先ず、輪郭走査ウインドAが未だ大きく円形対象物から離れている間は、図5で決定方法を説明した、内側または外側所定総計値許容範囲を使用する。即ち、この段階では、全内側濃度相関ラインBを構成する所定数の内側画像濃度測定点11c、12c、13cが測定した画像濃度を総計して内側測定濃度総計値を求め、これが、内側所定総計値許容範囲内か否かを判断する。又、全外側濃度相関ラインCを構成する所定数の外側画像濃度測定点14c、15c、16cが測定した画像濃度を総計して外側測定濃度総計値を求め、これが、外側所定総計値許容範囲内か否かを判断する。そして、何れか一方が、否であれば、輪郭走査ウインドAが未だ大きく円形対象物から離れていると判断して、この走査位置での演算を終了し、次の走査点に進む。この状態では、走査位置の移動を画素一つずつではなく、複数個にしても良い。又、外側か内側のどちらかの一方にしても良い。
【0039】輪郭走査ウインドAが次第に円形対象物に近づくと、内側測定濃度総計値と外側測定濃度総計値とが、内側所定総計値許容範囲内と外側所定総計値許容範囲内とに入る。この段階で、演算方法を下記のように変更する。
【0040】輪郭走査ウインドAが次第に円形対象物に近づいたと判断されると、図5で決定方法を説明した、所定濃度閾値を使用する。即ち、この段階では、内側濃度相関ラインBの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインCの測定濃度合計値との差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が、所定本数未満になると演算された時点でその走査位置での演算を打切り次の走査位置に移る。この演算方法を実施する理由は下記の通りである。即ち、前記差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数は、円形対象物が完全な円形の場合には、輪郭走査ウインドAが円形対象物に略一致した時点で全本数になる。又、円形対象物が円形の一部を欠く場合には、輪郭走査ウインドAが円形対象物に略一致した時点で、全本数から前記の欠けた部分に対応する濃度相関ラインの本数を差し引いた本数になる。従って、輪郭走査ウインドAが円形対象物に略一致した時点での前記差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数から1〜2本を差し引いた本数を、所定本数とすれば、前記差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が所定本数未満と演算された時点で、この走査位置では、輪郭走査ウインドAと円形対象物とが一致していないことが判るので、その走査位置での演算を打切り次の走査位置に移るのである。
【0041】前記差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が所定本数以上になると、輪郭走査ウインドAが円形対象物のすぐ近くにきていることになるので、それ以後は、円形対象物の位置を認識する正規の演算を行う。
【0042】即ち、各濃度相関ライン毎に、所定数の内側画像濃度測定点からなる内側濃度相関ラインBの測定濃度合計値と所定数の外側画像濃度測定点からなる外側濃度相関ラインCの測定濃度合計値との差の絶対値を演算し、この絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が最も大きくなる前記輪郭走査ウインドの位置を対象物の位置として検出する。
【0043】以上によって、被検査物から円形対象物の位置を、迅速、正確に認識できる。
【0044】この場合、閾値をその都度、画像濃度分布から決定すると、照明の変動があっても、正確に位置認識できる。
【0045】本発明の第2実施例を図6に基づいて説明する。
【0046】図6は、第2実施例で使用する輪郭走査ウインドAの構成を示す。濃度相関ラインは90°間隔で18a、18b、18c、18dの4本である。使用方法は第1実施例と同様なので、説明を省略する。
【0047】全周が常に明確な円形対象物が位置認識の対象である場合には、このような濃度相関ラインが少ない輪郭走査ウインドAを使用することができ、演算が早く、正確で迅速な位置認識ができる。
【0048】尚、濃度相関ラインの内側濃度相関ラインBと内側濃度相関ラインCとの画像濃度測定点の所定数は、1以上の任意の数に設定できる。
【0049】本実施例では、円形対象物であるが、円形状に限らず、任意の形状でも円形状に準じて実施できる。
【0050】
【発明の効果】本発明の位置認識方法は、各濃度相関ラインについて演算された内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値を演算し、この絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が極大になる前記輪郭走査ウインドの位置を対象物の位置として検出することによって、対象物の画像の輪郭の一部が不明確な場合でも、対象物の位置を正確に認識できるという効果を奏する。
【0051】又、本発明の位置認識方法は、所定濃度閾値を、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定することによって、照明の光量に影響されることなく、対象物の位置を正確に認識できるという効果を奏する。
【0052】又、本発明の位置認識方法は、輪郭走査ウインドの走査位置での演算を、各濃度相関ラインについて演算された内側濃度相関ラインの測定濃度合計値と外側濃度相関ラインの測定濃度合計値との差の絶対値が所定濃度閾値より大きな濃度相関ラインの本数が、所定本数未満になると演算された時点で、その走査位置での演算を打切り、次の走査位置に移るので、対象物の位置を迅速に認識できるという効果を奏する。
【0053】又、本発明の位置認識方法は、輪郭走査ウインドの走査位置での演算を、全内側濃度相関ライン、又は、全外側濃度相関ラインの測定濃度総計値が夫々の所定総計値許容範囲内にないと演算された時点で、その走査位置での演算を打切り、次の走査位置に移るので、対象物の位置を迅速に認識できるという効果を奏する。
【0054】又、本発明の位置認識方法は、内側又は外側の所定総計値許容範囲を、濃淡画像の各画素の濃度ヒストグラムの極大点の濃度を基準にして決定することによって、照明の光量に影響されることなく、対象物の位置を正確に認識できるという効果を奏する。




 

 


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