(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象を撮像する撮像手段と、
この撮像手段で撮像された被測定対象の画像に含まれるエッジのおおよその位置を検出するエッジ概略位置検出手段と、
前記被測定対象の画像を微分して微分画像を得る微分手段と、
前記エッジ概略位置検出手段で検出されたエッジのおおよその位置の近傍で前記微分画像のピーク値を探索する微分ピーク値探索手段と、
この手段で探索された微分画像のピーク値の周辺の微分曲線が急峻に変化するか否かを判別する曲線判別手段と、
この手段でピーク値の周辺の微分曲線が急峻であると判別された場合には、当該微分曲線に近似曲線を当てはめこの近似曲線のピーク位置をエッジ位置として決定し、前記ピーク値の周辺の微分曲線がなだらかであると判別された場合には、当該ピーク値の周辺の微分画像の重心をエッジ位置として決定するエッジ位置決定手段と
を備えたことを特徴とするエッジ検出方式。
【請求項２】
前記曲線判別手段は、前記微分画像のピーク値のレベルに対して所定の割合のレベルをしきい値として設定し、前記ピーク値の周辺の微分曲線を構成する画素のうち前記しきい値を越えるレベルの画素の数が所定値を下回ったときに当該微分曲線が急峻であると判別し、前記しきい値を越える画素の数が所定値以上であるときに当該微分曲線がなだらかであると判別するものである
ことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出方式。
【請求項３】
前記曲線判別手段は、前記微分画像のピーク値が予め定めたしきい値以上のときに前記ピーク値の周辺の微分曲線が急峻であると判別し、前記微分画像のピーク値が前記しきい値を下回るときに前記ピーク値の周辺の微分曲線がなだらかであると判別するものである
ことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出方式。
【請求項４】
前記エッジ概略位置検出手段は、前記被測定対象の画像に対して低域通過フィルタ処理を施したのち、前記被測定対象の画像のレベルに基づくしきい値で前記被測定対象の画像をスライスすることにより前記エッジのおおよその信号を検出するものである
ことを特徴とする請求項１乃至３記載のエッジ検出方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像計測装置や画像自律倣い方式に適用される、被測定対象の画像に含まれるエッジの位置を検出するエッジ検出方式に関し、特に被測定対象の画像の状態に左右されず常にエッジ位置を正確に検出可能にしたエッジ検出方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像計測装置等で被測定対象の画像からエッジ位置を検出する場合、最も単純な処理としては、被測定対象の画像の濃度レベルの曲線と所定のしきい値との交点位置をその画像のエッジ位置とする処理が行われている。この場合、しきい値は、画像の光量変動の影響を受けないように、画素の濃度レベルから相対的に決定されなければならない。指定領域内の画素の濃度レベルの平均値をしきい値とする方法では、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、指定領域の明部と暗部との比率によってしきい値が変動し、両者の誤差が大きくなってしまう。また、画像濃度レベルの中間値をしきい値として用いた場合、画像のピントがずれていると、しきい値レベルを僅か変えただけでエッジ位置が大きく変化してしまう。
【０００３】
エッジ検出処理の他の方法としては、被測定対象の画像の微分画像からエッジ位置を検出する方法が知られている。微分画像では、エッジの位置にピーク値が生じるので、このピーク値の位置をエッジ位置とすることにより、前述したしきい値の問題を回避して正しいエッジ位置を検出することができる。エッジ位置の求め方としては、ピーク値近傍の微分曲線に近似曲線を当てはめて、その近似曲線のピーク位置を検出する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の測定時には、被測定対象の画像が、図１１（ａ）に示すように比較的コントラストの明瞭な画像である場合と、同図（ｂ）に示すようにピントがぼけている場合とでは、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ピーク曲線の急峻度が変動する。このため、ピントがぼけた場合には、近似曲線もなだらかなものとなり、曲線のピーク位置と本来のエッジ位置との誤差が大きくなるという問題がある。
そこで、微分曲線の重心位置を求め、その位置をエッジ位置とする方法も採用されているが、この場合には、微分曲線が急峻な場合、重心位置を決定するためのデータ数が少なくなるため、算出された重心位置と本来のエッジ位置との誤差が大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、微分画像内のピークの鋭さに応じてエッジ位置の検出処理を使い分けることにより、被測定画像の状態の影響を受けずに正確な計測を安定して行うことができるエッジ検出方式を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエッジ検出方式は、被測定対象を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された被測定対象の画像に含まれるエッジのおおよその位置を検出するエッジ概略位置検出手段と、前記被測定対象の画像を微分して微分画像を得る微分手段と、前記エッジ概略位置検出手段で検出されたエッジのおおよその位置の近傍で前記微分画像のピーク値を探索する微分ピーク値探索手段と、この手段で探索された微分画像のピーク値の周辺の微分曲線が急峻に変化するか否かを判別する曲線判別手段と、この手段でピーク値の周辺の微分曲線が急峻であると判別された場合には、当該微分曲線に近似曲線を当てはめこの近似曲線のピーク位置をエッジ位置として決定し、前記ピーク値の周辺の微分曲線がなだらかであると判別された場合には、当該ピーク値の周辺の微分画像の重心をエッジ位置として決定するエッジ位置決定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るより具体的なエッジ検出方式は、前記曲線判別手段が、前記微分画像のピーク値のレベルに対して所定の割合のレベルをしきい値として設定し、前記ピーク値の周辺の微分曲線を構成する画素のうち前記しきい値を越えるレベルの画素の数が所定値を下回ったときに当該微分曲線が急峻であると判別し、前記しきい値を越える画素の数が所定値以上であるときに当該微分曲線がなだらかであると判別するものである。
【０００８】
また、前記曲線判別手段は、前記微分画像のピーク値が予め定めたしきい値以上のときに前記ピーク値の周辺の微分曲線が急峻であると判別し、前記微分画像のピーク値が前記しきい値を下回るときに前記ピーク値の周辺の微分曲線がなだらかであると判別するものでもよい。
【０００９】
更に、前記エッジ概略位置検出手段は、前記被測定対象の画像に対して低域通過フィルタ処理を施したのち、前記被測定対象の画像のレベルに基づくしきい値で前記被測定対象の画像をスライスすることにより前記エッジのおおよその信号を検出するものでもよい。
【００１０】
本発明によれば、被測定対象の画像のおおよそのエッジ位置を検出したのち、その位置に対応する微分画像のピーク位置を求め、このピーク位置の周辺の微分曲線が急峻であるか否かを判別し、この判別の結果、微分曲線が急峻である場合には、微分曲線に近似曲線を当てはめてそのピーク値をエッジ位置とし、微分曲線が急峻でない場合には、そのピーク位置周辺の微分画像の重心をエッジ位置としているので、画像の状態、即ちコントラストが明瞭である場合と、ピンぼけである場合のいずれの場合でも、常に正しいエッジ位置が検出される。
【００１１】
特に、微分画像のピーク値のレベルに対して所定の割合のレベルをしきい値とし、このしきい値を越えるレベルの画像数によってピーク値周辺の微分画像が急峻であるか否かを判別するようにすれば、微分曲線のピーク値に影響されずに、曲線の急峻度を正確に判別することができる。
【００１２】
また、微分画像のピーク値が、予め定めたしきい値よりも大きいかどうかによっても、微分曲線の急峻度をある程度判別することができる。
【００１３】
更に、微分画像のピーク値は、エッジ部分のみならず、ノイズによっても生じるが、エッジ概略位置検出手段で、被測定画像に対して低域通過フィルタ処理を施してノイズ成分をある程度抑制しておけば、ノイズ部分を誤ってエッジと検出してしまうのを回避することができる。この場合、エッジ概略位置検出手段は、エッジの位置を正確に検出する必要がないので、フィルタリングによって画像のエッジ部分のコントラストが低下してもエッジ検出結果には影響を与えない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の実施例に係るエッジ検出方式を適用した非接触画像計測システムの全体構成を示す斜視図である。
このシステムは、非接触画像計測型の三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２と、計測結果をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。
【００１５】
三次元測定機１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、ワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１４，１５が固定されており、この支持アーム１４，１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８が測定テーブル１３と対向するように装着されている。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構が内蔵されている。
【００１６】
コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス２３、マウス２４及びＣＲＴディスプレイ２５を備えて構成されている。
コンピュータ本体２１は、例えば図２に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１８から入力される画像情報は、インタフェース（以下、Ｉ／Ｆと呼ぶ）３１を介して多値画像メモリ３２に格納される。多値画像メモリ３２に格納された多値画像情報は、表示制御部３３を介してＣＲＴディスプレイ２５に表示される。一方、マウス２４から入力される位置情報は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、プログラムメモリ３６に格納されたプログラムに従って、マウス２４で指定された矩形領域をウィンドウとして表示するためのデータを生成し、このウィンドウの内部の多値画像情報を多値画像メモリ３２から抽出して画像に含まれるおおよそのエッジ位置の検出、微分画像の生成、検出されたおおよそのエッジ位置に対応した微分画像内のピーク位置の探索、ピーク位置周辺の微分曲線の鋭さの判別、及び判別結果に応じたエッジ位置の検出処理を順次実行する。ワークメモリ３７は、ＣＰＵ３５での各種処理のための作業領域を提供する。
【００１７】
次に、このように構成された非接触画像計測システムにおけるエッジ検出手順について説明する。
図３は、被測定対象の画像のエッジ位置検出のためのＣＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャート、図４は、この処理を説明するためワーク１２のエッジ画像及びその微分画像を示す図である。
【００１８】
検出しようとするエッジを含むウィンドウがマウス２４等の操作によって指定されると、ＣＰＵ３５は、ウィンドウ内の多値画像の各画素の明るさ（画素値）を多値画像メモリ３２から例えば水平走査方向にサンプリングする（Ｓ１）。次に、ＣＰＵ３５は、ノイズ成分を抑制するため、低域通過フィルタリング処理を実行する（Ｓ２）。得られた各画素の画素値をその位置に対応して示したのが図４（ａ）である。更に、ＣＰＵ３５は、各画素の画素値の平均値や中間値等をしきい値Ｓとしてこれを横切るおおよそのエッジ位置Ｏを検出する（Ｓ３）。続いて、ＣＰＵ３５は、図４（ｂ）に示すように、もとの画像の画素値を微分して、図４（ｂ）に示すような微分画像を生成し（Ｓ４）、先に求められたおおよそのエッジ位置Ｏを中心として微分画像内で図中に示す前後方向に探索し、画素値として極大値を持つ画素の位置をピーク位置Ｐとして検出する（Ｓ５）。続いて、ＣＰＵ３５は、ピーク位置Ｐの画素値に対して所定の割合（例えば、５０％）をしきい値Ｔとして設定し、ピーク位置Ｐの周辺の画素値でしきい値Ｔより大きな値を持つ画素の数Ｎを数え（Ｓ６）、画素数Ｎが一定の値ｍ（ｍは自然数）より大きいか否かを判別する（Ｓ７）。
【００１９】
画素数Ｎがｍより小さければ（Ｓ７）、微分画像内のピークが急峻に変化していると判断し、図５（ａ）に示すように、しきい値Ｔより大きな値を持つ画素に線形関数などの近似曲線を当てはめ、この近似曲線のピーク位置を算出し、これをエッジ位置Ｑとして決定する（Ｓ８）。近似曲線を当てはめるのは、サンプリングの位置によっては、ピーク位置Ｐの画素値が必ずしも微分曲線のピーク値とは一致しないからである。一方、画素数Ｎがｍより大きければ（Ｓ７）、微分画像内のピークが緩やかに変化していると判断し、図５（ｂ）に示すように、ピーク位置Ｐ周辺の微分画像の重心Ｒを算出し、これをエッジ位置Ｑとして決定する（Ｓ９）。ここで、微分画像の重心Ｒは、例えば、しきい値Ｔを越えた曲線で囲まれる図５（ｂ）に示す斜線部をピーク位置Ｐにおける微分画像であると判断し、この範囲の微分画像のデータから求めればよい。
なお、微分画像の急峻度を求める方法としては、この他にも、例えばピーク位置Ｐの画素値と予め固定的に定めたしきい値（例えば、最大値）とを比較して、ピーク位置Ｐの画素値がしきい値を越える場合は急峻に変化、しきい値を下回る場合には緩やかに変化していると判別するようにしてもよい。
【００２０】
このように、本実施例によれば、微分画像内のピークの鋭さに応じてエッジ位置の検出処理を使い分けるので、図６（ａ）に示すように、微分画像のピーク値周辺が急峻に変化するコントラストが明瞭な場合でも、また図６（ｂ）に示すように、微分画像のピーク値周辺が緩やかに変化するような、いわゆるピンぼけの場合でも、共に正確なエッジ位置を検出することができる。また、本実施例によれば、基本的には、微分画像に基づいてしきい値Ｔはエッジ位置を検出しているので、画像内の明部と暗部との比率によってエッジの検出結果が影響を受けることはない。
【００２１】
また、しきい値Ｓを横切るおおよそのエッジ位置Ｏが複数検出された場合には、微分画像の近似曲線又は微分画像の重心位置Ｒからエッジ位置を決定する際、各エッジ位置Ｏについてエッジ位置の算出処理を行うことにより、検出しようとするエッジがエッジ画像内に複数含まれる場合にも適用することができる。
【００２２】
ところで、ピーク微分曲線は、図７に示すように、ピーク位置の近傍で複数の極大値をもつ場合がある。この場合、上述したしきい値Ｔは、具体的には、以下のように設定すればよい。
図８は、被測定対象の画像のエッジ位置検出のためのＣＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャートであり、図３のＳ３〜Ｓ６の処理に相当する。
微分前の画像よりエッジの概算位置Ｏが求められると（Ｓ３）、ＣＰＵ３５は、微分画像における値をエッジのピーク値とし（Ｓ１１）、このピーク値に基づいてしきい値Ｔを設定する（Ｓ１２）。続いて、ＣＰＵ３５は、微分画像内で前後方向に走査を行い（Ｓ１３）、微分データがしきい値Ｔを下回るまで（Ｓ１５）画素数Ｎを計数する。この過程で対象とする微分データが現在設定されているピーク値より小さいと判定された場合には（Ｓ１４）、その微分データの値を新たなピーク値とし（Ｓ１１）、このピーク値に基づいてしきい値Ｔを更新する（Ｓ１２）。
【００２３】
この実施例では、エッジ位置Ｑをより正確に検出するため、微分データがピーク値より大きいか否か及び微分データがしきい値より小さいか否かを判定したが、微分データがしきい値より小さいか否かだけを判定することにより、図７（ａ）に示す微分曲線と、図７（ｂ）に示す微分曲線とが区別され、微分画像内に複数のエッジが含まれる場合について適用することができる。
【００２４】
なお、上述した実施例では、画像のおおよそのエッジ位置Ｏを検出する前にフィルタリング処理を施してノイズ成分をある程度抑制しているので、ノイズによる誤検出も防止できる。この場合、フィルタリングによって、本来検出しようとしているエッジ部分の画像も少しなまってしまうが、ここではおおよそのエッジ位置を検出すればよいので、その後のエッジ検出処理に影響を来すことはない。このため、図９に示すように、画像内にエッジより大きい画素値のノイズがあっても、正しいエッジ位置が検出される。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、被測定対象の画像のおおよそのエッジ位置を検出したのち、その位置に対応する微分画像のピーク位置を求め、このピーク位置の周辺の微分曲線が急峻であるか否かを判別し、この判別の結果、微分曲線が急峻である場合には、微分曲線に近似曲線を当てはめてそのピーク値をエッジ位置とし、微分曲線が急峻でない場合には、そのピーク位置周辺の微分画像の重心をエッジ位置としている。このため、画像の状態、即ちコントラストが明瞭である場合と、ピンぼけである場合のいずれの場合でも、常に正しいエッジ位置が検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係るエッジ検出方式を適用した非接触画像計測システムの構成を示す斜視図である。
【図２】  同システムにおけるコンピュータ本体のブロック図である。
【図３】  同システムにおけるエッジ検出処理のフローチャートである。
【図４】  同システムにおけるエッジ検出処理を説明するための図である。
【図５】  同システムにおける微分画像内のエッジ位置の検出処理を説明するための図である。
【図６】  同システムにおけるエッジ概略位置の検出を示す図である。
【図７】  ピーク微分曲線の一例を示す図である。
【図８】  本発明の他の実施例に係るエッジ検出処理のフローチャートである。
【図９】  ノイズの一例を示す図である。
【図１０】  明部と暗部の比率による影響を説明するための図である。
【図１１】  エッジ部分の一例を示す図である。
【図１２】  微分画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…三次元測定機、２…コンピュータシステム、３…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４，１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１７…撮像ユニット、１８…ＣＣＤカメラ、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…ジョイスティックボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴディスプレイ、３１，３４…インタフェース、３２…多値画像メモリ、３３…表示制御部、３５…ＣＰＵ、３６…プログラムメモリ、３７…ワークメモリ。
【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
0003645643.tif 000011
【図１１】
0003645643.tif 000012
【図１２】
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