(57)【要約】【課題】  均一面光源を用いた画像認識用照明装置の占有面積を小さくするとともに、価格を抑える。【解決手段】  対象物をカメラで撮像して画像認識するために前記対象物に光を照射する画像認識用照明装置であって、全方向に略均一な光を発する均一面光源と、前記均一面光源の外周に沿った形状の第１開口端と、前記対象物と対向する第２開口端とを有し、前記均一面光源からの光を鏡面反射して前記対象物に照射する筒状鏡面反射板と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物をカメラで撮像して画像認識するために前記対象物に光を照射する画像認識用照明装置であって、
全方向に略均一な光を発する均一面光源と、
前記均一面光源の外周に沿った形状の第１開口端と、前記対象物と対向する第２開口端とを有し、前記均一面光源からの光を鏡面反射して前記対象物に照射する筒状鏡面反射板と、
を備えることを特徴とする画像認識用照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像認識用照明装置であって、
前記筒状鏡面反射板の外形は、前記第１開口端の面積が前記第２開口端の面積より大きい錐台形状であることを特徴とする画像認識用照明装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の画像認識用照明装置であって、
前記筒状鏡面反射板は、前記第１開口端が前記均一面光源の外周を囲むように配置され、前記第２開口端が前記対象物の近傍に位置するように配置されることを特徴とする画像認識用照明装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れかに記載の画像認識用照明装置であって、
前記均一面光源の面積は、前記カメラの画像認識範囲の面積より大きいことを特徴とする画像認識用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像認識用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場の製造ラインなどにおいて様々な産業用ロボットが用いられている。例えば、ワークをロボットハンドで把持して取り出すピッキング装置では、カメラで撮像された画像からワークを認識し、得られた位置・姿勢情報に基づいて、ワークを取り出している。そして、このようにワークなどの対象物をカメラで撮像して画像認識する場合、カメラと照明装置とを対象物の垂直上方に配置する場合が多い。
【０００３】
ところで、対象物をカメラで撮像する際に対象物がランダムな姿勢をとっている場合、対象物の表面が滑らかな平面で構成されていると、その平面に照明装置の光源が写り込む場合がある。また、光源として電球や蛍光灯などを用いた照明装置では、光源の発光面積が小さく、対象物から見た発光面内の輝度が均一でないため、対象物の滑らかな平面に光源が写り込むと、撮像された画像の当該平面内に明るさの違いが生じることもある。そのため、対象物の１つの平面が明るさの違いにより複数の面で構成されているものと誤認識される恐れがある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１では、リング状光源からの直射光と、拡散反射外筒により拡散反射された拡散反射光との双方により照射面を照明する画像処理検査用リング状照明装置が開示されている。これにより、照射面での照射分布の均一性を高めるとともに、高い照度が得られ、はんだ付けの不良、欠損、異物の付着、印字ミスなどの画像処理検査を適切に行うことができる。また、リング状の透過性拡散板によりリング状光源からの直射光が被検物に照射されないようにして、鏡面性の表面を有する被検物により反射される鏡面反射成分がカメラに取り込まれないようにした画像処理検査用リング状照明装置も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５８４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、拡散反射光は直射光と比べて照射面での照度が低いため、特許文献１の画像処理検査用リング状照明装置では、直射光の輝度の不均一による対象物平面内の明るさの違いを十分に抑えることができない場合もあり得る。また、特許文献１の透過性拡散板を用いた画像処理検査用リング状照明装置では、拡散反射光のみにより照射面を照明するため、はんだ付けの不良などの画像処理検査を行うことは可能であっても、対象物の画像認識に対して十分な照度が得られない可能性がある。
【０００７】
これに対して、画像認識用照明装置の光源として発光面内の輝度が全方向に略均一な光を発する面光源（以下、均一面光源と称する）を用いることによって、画像認識における上記のような誤認識を防止することができる。しかしながら、対象物がランダムな姿勢をとっている場合、あらゆる姿勢の対象物に対して、カメラにとって有効な光を照射するためには、大きな面積の均一面光源を用いる必要があり、画像認識用照明装置の占有面積が大きくなるとともに、価格も高くなる。
【０００８】
ここで、均一面光源を備えた画像認識用照明装置の構成を図８および図９に示す。なお、図８は斜視図であり、図９はカメラ４の位置で切断した垂直断面図である。対象面８は、対象物が置かれる平面上におけるカメラ４の画像認識範囲を表しており、対象面８の垂直上方には、均一面光源１が配置され、均一面光源１の中央部には、対象面８（に置かれた対象物）をカメラ４で撮像するための開口部が設けられている。図８および図９においては、あらゆる姿勢の対象物に対して、カメラ４にとって有効な光を照射するため、十分に大きな面積の均一面光源１が用いられている。
【０００９】
また、水平方向の均一面光源と垂直方向の均一面光源とを組み合わせて用いた画像認識用照明装置の構成を図１０および図１１に示す。なお、図１０は斜視図であり、図１１はカメラ４の位置で切断した垂直断面図である。当該画像認識用照明装置は、水平方向の均一面光源１とともに、均一面光源１の外周を囲むように垂直方向の均一面光源２ａないし２ｄを筒状に配置した筒状均一面光源（以下、筒状均一面光源２と称する）を備えている。これにより、画像認識用照明装置の占有面積を小さくすることができる。
【００１０】
さらに、図１２の垂直断面図に示すように、水平方向の均一面光源１と斜め方向の筒状均一面光源２とを設けた画像認識用照明装置では、均一面光源１の面積を小さくすることができる。
【００１１】
しかしながら、水平方向の均一面光源１と、垂直方向あるいは斜め方向の筒状均一面光源２とを設けた画像認識用照明装置は、占有面積を小さくすることができるものの、用いる均一面光源の合計面積が却って大きくなり、価格を抑えることはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した課題を解決する主たる本発明は、対象物をカメラで撮像して画像認識するために前記対象物に光を照射する画像認識用照明装置であって、全方向に略均一な光を発する均一面光源と、前記均一面光源の外周に沿った形状の第１開口端と、前記対象物と対向する第２開口端とを有し、前記均一面光源からの光を鏡面反射して前記対象物に照射する筒状鏡面反射板と、を備えることを特徴とする画像認識用照明装置である。
【００１３】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、均一面光源を用いた画像認識用照明装置の占有面積を小さくするとともに、価格を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における画像認識用照明装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した画像認識用照明装置をカメラ４の位置で切断した垂直断面図である。
【図３】図１に示した画像認識用照明装置において、均一面光源１とカメラ４との関係の一例を示す図である。
【図４】画像認識用照明装置の他の構成例を示す斜視図である。
【図５】図４に示した画像認識用照明装置において、均一面光源１とカメラ４との関係の一例を示す図である。
【図６】筒状鏡面反射板３の対象物９側開口面積が均一面光源１側開口面積より大きい画像認識用照明装置の構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示した画像認識用照明装置において、均一面光源１とカメラ４との関係の一例を示す図である。
【図８】対象面８の上方に水平方向の均一面光源１を設けた画像認識用照明装置の構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示した画像認識用照明装置をカメラ４の位置で切断した垂直断面図である。
【図１０】対象面８の上方に水平方向の均一面光源１と垂直方向の筒状均一面光源２とを設けた画像認識用照明装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した画像認識用照明装置をカメラ４の位置で切断した垂直断面図である。
【図１２】対象面８の上方に水平方向の均一面光源１と斜め方向の筒状均一面光源２とを設けた画像認識用照明装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１７】
＝＝＝画像認識用照明装置の構成＝＝＝
以下、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態における画像認識用照明装置の構成について説明する。なお、図１は斜視図であり、図２はカメラ４の位置で切断した垂直断面図である。
【００１８】
図１および図２に示されている画像認識用照明装置は、対象面８（に置かれた対象物）をカメラ４で撮像して画像認識するための装置であり、均一面光源１、および鏡面反射板３ａないし３ｄを含んで構成されている。
【００１９】
水平方向の均一面光源１は、対象面８の垂直上方に配置され、その中央部には、対象面８をカメラ４で撮像するための開口部が設けられている。また、垂直方向の鏡面反射板３ａないし３ｄは、筒状に配置されて筒状鏡面反射板（以下、筒状鏡面反射板３と称する）を構成している。さらに、筒状鏡面反射板３の均一面光源１側の開口端（第１開口端）は、均一面光源１の外周を囲むように配置され、均一面光源１の外周に沿った形状をしている。一方、対象面８側の開口端（第２開口端）は、対象面８の近傍に位置するように配置され、対象面８と対向している。そして、筒状鏡面反射板３は、均一面光源１からの光を鏡面反射して対象面８に照射する。
【００２０】
なお、図１および図２では、均一面光源１の形状は正方形であり、筒状鏡面反射板３の外形は四角柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、例えば均一面光源１の形状が円の場合には、筒状鏡面反射板３の外形は円柱形状となる。また、図１および図２に示すように、均一面光源１としては、対象面８が表すカメラ４の画像認識範囲の面積より面積が大きいものが用いられる。
【００２１】
＝＝＝画像認識用照明装置の作用＝＝＝
次に、図３を参照して、本実施形態における画像認識用照明装置の作用について説明する。
【００２２】
ここで、対象物９は、表面が滑らかな平面で構成されており、対象面８上に姿勢が傾いた状態で置かれている。対象物９をカメラ４で撮像する際、カメラ４は、光軸５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを経由して均一面光源１を見ることとなる。したがって、当該姿勢が傾いた対象物９に対して、均一面光源１から光軸５ｄ，５ｃ，５ｂを経由したカメラ４にとって有効な光を照射することができ、有効な光が照射された対象物９をカメラ４で撮像して適切に画像認識を行うことができる。
【００２３】
なお、あらゆる姿勢の対象物９に対して、カメラ４にとって有効な光を照射するため、筒状鏡面反射板３の対象面８側の開口端は、できるだけ対象面８の近くに配置することが望ましく、対象面８を完全に覆ってしまってもよい。さらに、筒状鏡面反射板３を撮像開始時に対象面８まで下降させ、撮像終了時に上昇させる昇降機構を設けてもよい。
【００２４】
＝＝＝画像認識用照明装置の他の構成例＝＝＝
上記実施形態では、筒状鏡面反射板３の外形は、柱体（角柱または円柱）形状となっているが、より好ましくは、図４の垂直断面図に示すように、均一面光源１側の開口端の面積が対象面８側の開口端の面積より大きい錐台（角錐台または円錐台）形状とする。この場合、図５に示すように、図３と同じ姿勢の対象物９をカメラ４で撮像する際、カメラ４は、光軸６ａ，６ｂ，６ｃを経由して均一面光源１を見ることとなる。したがって、当該姿勢が傾いた対象物９に対して、均一面光源１から光軸６ｃ，６ｂを経由したカメラ４にとって有効な光を照射することができる。
【００２５】
ここで、均一面光源１からの光は、筒状鏡面反射板３で１００％反射されるわけではなく、その一部が吸収されたり散乱されたりして減衰する。そのため、筒状鏡面反射板３の外形をこのような錐台形状とすることにより、均一面光源１からの光をより少ない反射回数で対象物９に照射することができ、より高い照度が得られる。
【００２６】
一方、比較例として、図６の垂直断面図に示すように、筒状鏡面反射板３の外形を、均一面光源１側の開口端の面積が対象面８側の開口端の面積より小さい錐台形状とすると、対象物９の姿勢によっては、均一面光源１からの光が照射されない場合がある。例えば図７に示すように、図３と同じ姿勢の対象物９をカメラ４で撮像する際、カメラ４は、光軸７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅを経由しても均一面光源１を見ることができない。したがって、当該姿勢が傾いた対象物９に対して、均一面光源１からカメラ４にとって有効な光を照射することができず、カメラ４から見ると、対象物９には光が照射されていないこととなる。
【００２７】
前述したように、図１および図２に示した画像認識用照明装置において、均一面光源１の下方に筒状鏡面反射板３を設け、均一面光源１からの光を鏡面反射して対象面８（対象物９）に照射することによって、姿勢が傾いた対象物９に対しても、均一面光源１からカメラ４にとって有効な光を照射することができ、有効な光が照射された対象物９をカメラ４で撮像して適切に画像認識を行うことができる。そして、当該構成により、対象面８が表すカメラ４の画像認識範囲の面積より面積が大きい均一面光源１を用いるものの、用いる均一面光源の合計面積（均一面光源１のみの面積）は、図１０ないし図１２に示した画像認識用照明装置の場合に比べて小さくなり、均一面光源１を用いた画像認識用照明装置の占有面積を小さくするとともに、価格を抑えることができる。
【００２８】
また、筒状鏡面反射板３の外形を、均一面光源１側の開口端（第１開口端）の面積が対象面８側の開口端（第２開口端）の面積より大きい錐台形状とすることによって、均一面光源１からの光をより少ない反射回数で対象物９に照射することができ、より高い照度が得られる。
【００２９】
また、筒状鏡面反射板３の対象面８側の開口端をできるだけ対象面８の近くに配置することによって、あらゆる姿勢の対象物９に対して、カメラ４にとって有効な光を照射することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１、２ａ〜２ｄ  均一面光源
３ａ〜３ｄ  鏡面反射板
４          カメラ
８          対象面
９          対象物
【図１】
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【図２】
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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】
2015197563.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015197563.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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