(57)【要約】【課題】  画像処理の対象となる領域を適切に決定する。【解決手段】  領域決定装置４０は、撮像軸の方向にある対象物群９０を少なくとも２種類の倍率で撮像するカメラ４２と、「低倍率」で対象物群９０を撮像するように、カメラ４２を制御し、カメラ４２が撮像した、「低倍率」の画像が表わす、対象物Ｂ９４の位置およびサイズを算出し、対象物Ｂ９４のサイズに基づいて、「高倍率」を決定し、「高倍率」で対象物群９０を撮像するように、撮像手段を制御し、自らが算出した位置およびサイズならびに「高倍率」に対応するように、カメラ４２が撮像した、「高倍率」の画像上の、対象物Ｂ９４を表わす領域を決定するベース台４６とを含む。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像するための撮像手段と、
第１の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像手段を制御するための第１の制御手段と、
前記撮像手段が撮像した、前記第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出するための算出手段と、
前記観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、前記第１の倍率よりも高い倍率となるように決定するための第１の決定手段と、
前記第２の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像手段を制御するための第２の制御手段と、
前記算出手段が算出した位置およびサイズならびに前記第２の倍率に対応するように、前記撮像手段が撮像した、前記第２の倍率の画像上の、前記観測の対象物を表わす領域を決定するための第２の決定手段とを含む、領域決定装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記観測の対象物のサイズとして、水平フィレ径および垂直フィレ径のいずれかを算出するための手段を含む、請求項１に記載の領域決定装置。
【請求項３】
前記領域決定装置は、前記観測の対象物の形状を識別するための識別手段をさらに含み、
前記第２の決定手段は、前記識別手段が識別した形状に対応する形状となるように、前記観測の対象物を表わす領域を決定するための手段を含む、請求項１に記載の領域決定装置。
【請求項４】
前記識別手段は、円形度を算出することにより、前記観測の対象物の形状が円形とみなし得るか否かを識別するための手段を含み、
前記第２の決定手段は、前記識別手段が前記観測の対象物の形状を円形とみなし得ると識別した場合、領域の形状が円形となるように、前記観測の対象物を表わす領域を決定するための手段を含む、請求項３に記載の領域決定装置。
【請求項５】
前記領域決定装置は、前記観測の対象物を含む領域に対するテンプレートマッチングにより、前記観測の対象物の位置を特定するための特定手段をさらに含む、請求項１に記載の領域決定装置。
【請求項６】
撮像軸の方向にある物体を一定値である第１の倍率で撮像するための第１の撮像手段と、
撮像軸の方向にある物体を前記第１の倍率よりも高い一定値である第２の倍率で撮像するための第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段が撮像した、前記第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出するための算出手段と、
前記第２の倍率で前記物体を撮像するように、前記第２の撮像手段を制御するための制御手段と、
前記算出手段が算出した位置およびサイズならびに前記第２の倍率に対応するように、前記第２の撮像手段が撮像した、前記第２の倍率の画像上の、前記観測の対象物を表わす領域を決定するための決定手段とを含む、領域決定装置。
【請求項７】
撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する撮像ステップと、
第１の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像ステップを制御する第１の制御ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像した、前記第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する算出ステップと、
前記観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、前記第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する第１の決定ステップと、
前記第２の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像ステップを制御する第２の制御ステップと、
前記算出ステップにおいて算出した位置およびサイズならびに前記第２の倍率に対応するように、前記撮像ステップにおいて撮像した、前記第２の倍率の画像上の、前記観測の対象物を表わす領域を決定する第２の決定ステップとを含む、領域決定方法。
【請求項８】
撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する撮像ステップと、
第１の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像ステップを制御する第１の制御ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像した、前記第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する算出ステップと、
前記観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、前記第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する第１の決定ステップと、
前記第２の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像ステップを制御する第２の制御ステップと、
前記算出ステップにおいて算出した位置およびサイズならびに前記第２の倍率に対応するように、前記撮像ステップにおいて撮像した、前記第２の倍率の画像上の、前記観測の対象物を表わす領域を決定する第２の決定ステップとを含む各ステップをコンピュータに実行させるための領域決定プログラム。
【請求項９】
領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、
撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する撮像ステップと、
第１の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像ステップを制御する第１の制御ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像した、前記第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する算出ステップと、
前記観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、前記第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する第１の決定ステップと、
前記第２の倍率で前記物体を撮像するように、前記撮像ステップを制御する第２の制御ステップと、
前記算出ステップにおいて算出した位置およびサイズならびに前記第２の倍率に対応するように、前記撮像ステップにおいて撮像した、前記第２の倍率の画像上の、前記観測の対象物を表わす領域を決定する第２の決定ステップとを含む各ステップをコンピュータに実行させるための領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、領域決定装置、領域決定方法、領域決定プログラム、および領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関し、画像処理を実施する領域を決定する領域決定装置、領域決定方法、領域決定プログラム、および領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、画像処理技術を利用した物体の識別や位置計測が盛んに行なわれている。物体が広範囲の領域に分布する場合、視野角が広い（たとえば２分の１πラジアン）カメラを用いて、物体の識別や位置計測が行なわれる。このとき利用されるカメラの解像度は、たとえばＶＧＡ（Video Graphics Array）サイズ（６４０×４８０）などといった、比較的低い解像度である。そのように解像度が低いカメラが用いられる理由は、一般的に画像の解像度を大きくすると、解像度が小さい場合よりも、画像処理に要する時間が増大する点にある。これにより、物体がカメラから遠い場所にある場合、撮像した画像におけるその物体のサイズが小さくなる、その物体の識別が困難である、その物体の位置を計測した場合に精度が粗くなるといった問題が生じる。
【０００３】
特許文献１は、高い精度で物体の位置を計測できる位置決めシステムおよび位置決め方法を開示する。特許文献１に係る位置決めシステムは、次のステップを経て計測の対象となる物体の位置を計測する。その第１のステップは、テンプレートマッチングを用いて、視野角が広くなるように、計測の対象となる物体の概ねの位置を計測するステップである。第２のステップは、カメラをズームさせるステップである。第３のステップは、計測の対象となる物体が、ズームして撮像した画像の中心に来るように、カメラを移動するステップである。第４のステップは、テンプレートマッチングを用いて、ズームして撮像した画像から、計測の対象となる物体の位置を計測するステップである。これにより、画像中において対象物が占める割合が大きくなる。その割合が大きくなるので、高い精度で物体の位置を計測できる。なお、上述したテンプレートマッチングとは、ある画像の中から、特定のパターン画像（事前にメモリに登録されている）に類似する領域を、検索する方法をいう。検索しようとした領域のうちパターン画像に最も類似度が高い領域を対象物領域という。一般に、上述したパターン画像のことをテンプレートという。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された位置決めシステムおよび位置決め方法のように、計測の対象となる物体の位置をテンプレートマッチングによって計測する場合、位置決めに必要な時間が長くなるという問題がある。この原因は、位置決めに必要な処理の負荷が大きい点にある。位置決めに必要な処理の負荷が大きい理由は、対象物領域を検索する際、検索の対象となる領域が、画像全体におよぶ点にある。一般に、テンプレートのサイズが大きくなると、位置決めに必要な時間は、より長くなる。
【０００５】
また、撮像した画像中に、同じ形状を表わす領域が複数存在している場合、計測の対象となる物体とは似て非なる物体を検出してしまうという問題がある。この場合、ユーザは複数の領域の中から、目的とする領域を選択しなければならないという問題もある。
【０００６】
また、ノイズの影響が多い場合、本来計測しようとした対象物以外の対象物の位置を計測してしまうという問題もある。このようなことが発生する原因は、ノイズの影響により、実際に計測しようとする領域のテンプレートに対する類似度が、それ以外の領域の類似度より小さくなることに原因がある。
【特許文献１】特開平１０−１７０２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、画像処理の対象となる領域を適切に決定できる領域決定装置、領域決定方法、領域決定プログラム、および領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のある局面にしたがうと、領域決定装置は、撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像するための撮像手段と、第１の倍率で物体を撮像するように、撮像手段を制御するための第１の制御手段と、撮像手段が撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出するための算出手段と、観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、第１の倍率よりも高い倍率となるように決定するための第１の決定手段と、第２の倍率で物体を撮像するように、撮像手段を制御するための第２の制御手段と、算出手段が算出した位置およびサイズならびに第２の倍率に対応するように、撮像手段が撮像した、第２の倍率の画像上の、観測の対象物を表わす領域を決定するための第２の決定手段とを含む。
【０００９】
すなわち、撮像手段は、撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する。第１の制御手段は、第１の倍率で物体を撮像するように、撮像手段を制御する。算出手段は、撮像手段が撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する。第１の決定手段は、観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する。第２の制御手段は、第２の倍率で物体を撮像するように、撮像手段を制御する。第２の決定手段は、算出手段が算出した位置およびサイズならびに第２の倍率に対応するように、撮像手段が撮像した、第２の倍率の画像上の、観測の対象物を表わす領域を決定する。これにより、観測の対象物に対応するように領域が決定される。そのように領域が決定されるので、決定された領域は適切なものとなる。その結果、画像処理の対象となる領域を適切に決定できる領域決定装置を提供することができる。
【００１０】
また、上述の算出手段は、観測の対象物のサイズとして、水平フィレ径および垂直フィレ径のいずれかを算出するための手段を含むことが望ましい。
【００１１】
すなわち、算出手段は、撮像手段が撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置ならびに水平フィレ径および垂直フィレ径のいずれかを算出する。これにより、第２の決定手段が決定する観測の対象物を含む領域を、より観測の対象物に合致する領域とすることができる。そのように領域が決定されるので、決定された領域はより適切なものとなる。その結果、画像処理の対象となる領域をより適切に決定できる領域決定装置を提供することができる。
【００１２】
また、上述の領域決定装置は、観測の対象物の形状を識別するための識別手段をさらに含むことが望ましい。あわせて第２の決定手段は、識別手段が識別した形状に対応する形状となるように、観測の対象物を表わす領域を決定するための手段を含むことが望ましい。
【００１３】
すなわち、識別手段は、観測の対象物の形状を識別する。第２の決定手段は、識別手段が識別した形状に対応する形状となるように、観測の対象物を表わす領域を決定する。これにより、第２の決定手段が決定する観測の対象物を含む領域を、より観測の対象物に合致する領域とすることができる。そのように領域が決定されるので、決定された領域はより適切なものとなる。その結果、画像処理の対象となる領域をより適切に決定できる領域決定装置を提供することができる。
【００１４】
また、上述の識別手段は、円形度を算出することにより、観測の対象物の形状が円形とみなし得るか否かを識別するための手段を含むことが望ましい。あわせて第２の決定手段は、識別手段が観測の対象物の形状を円形とみなし得ると識別した場合、領域の形状が円形となるように、観測の対象物を表わす領域を決定するための手段を含むことが望ましい。
【００１５】
すなわち、識別手段は、円形度を算出することにより、観測の対象物の形状が円形とみなし得るか否かを識別する。第２の決定手段は、識別手段が観測の対象物の形状を円形とみなし得ると識別した場合、領域の形状が円形となるように、観測の対象物を表わす領域を決定する。これにより、観測の対象物の形状が円形とみなし得る場合、領域の形状が円形でない場合に比べ、第２の決定手段が決定する観測の対象物を含む領域を、さらに観測の対象物に合致する領域とすることができる。そのように領域が決定されるので、決定された領域はさらに適切なものとなる。その結果、画像処理の対象となる領域をさらに適切に決定できる領域決定装置を提供することができる。
【００１６】
また、上述の領域決定装置は、観測の対象物を含む領域に対するテンプレートマッチングにより、観測の対象物の位置を特定するための特定手段をさらに含むことが望ましい。
【００１７】
本発明の他の局面にしたがうと、領域決定装置は、撮像軸の方向にある物体を一定値である第１の倍率で撮像するための第１の撮像手段と、撮像軸の方向にある物体を第１の倍率よりも高い一定値である第２の倍率で撮像するための第２の撮像手段と、第１の撮像手段が撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出するための算出手段と、第２の倍率で物体を撮像するように、第２の撮像手段を制御するための制御手段と、算出手段が算出した位置およびサイズならびに第２の倍率に対応するように、第２の撮像手段が撮像した、第２の倍率の画像上の、観測の対象物を表わす領域を決定するための決定手段とを含む。
【００１８】
すなわち、第１の撮像手段と第２の撮像手段とは、それぞれ一定の倍率で物体を撮像する。これにより、物体の撮像に必要な時間が短縮される。また、倍率を変更することによる誤差の発生を防止できる。その結果、画像処理の対象となる領域を速くかつより適切に決定できる領域決定装置を提供することができる。
【００１９】
本発明の他の局面にしたがうと、領域決定方法は、撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する撮像ステップと、第１の倍率で物体を撮像するように、撮像ステップを制御する第１の制御ステップと、撮像ステップにおいて撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する算出ステップと、観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する第１の決定ステップと、第２の倍率で物体を撮像するように、撮像ステップを制御する第２の制御ステップと、算出ステップにおいて算出した位置およびサイズならびに第２の倍率に対応するように、撮像ステップにおいて撮像した、第２の倍率の画像上の、観測の対象物を表わす領域を決定する第２の決定ステップとを含む。
【００２０】
すなわち、画像処理の対象となる領域を適切に決定できる領域決定方法を提供することができる。
【００２１】
本発明の他の局面にしたがうと、領域決定プログラムは、撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する撮像ステップと、第１の倍率で物体を撮像するように、撮像ステップを制御する第１の制御ステップと、撮像ステップにおいて撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する算出ステップと、観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する第１の決定ステップと、第２の倍率で物体を撮像するように、撮像ステップを制御する第２の制御ステップと、算出ステップにおいて算出した位置およびサイズならびに第２の倍率に対応するように、撮像ステップにおいて撮像した、第２の倍率の画像上の、観測の対象物を表わす領域を決定する第２の決定ステップとを含む各ステップをコンピュータに実行させる。
【００２２】
すなわち、画像処理の対象となる領域を適切に決定できる領域決定プログラムを提供することができる。
【００２３】
本発明の他の局面にしたがうと、記録媒体は、領域決定プログラムを記録した、コンピュータ読取り可能な記録媒体である。記録媒体は、撮像軸の方向にある物体を少なくとも２種類の倍率で撮像する撮像ステップと、第１の倍率で物体を撮像するように、撮像ステップを制御する第１の制御ステップと、撮像ステップにおいて撮像した、第１の倍率の画像が表わす、観測の対象物の位置およびサイズを算出する算出ステップと、観測の対象物のサイズに基づいて、第２の倍率を、第１の倍率よりも高い倍率となるように決定する第１の決定ステップと、第２の倍率で物体を撮像するように、撮像ステップを制御する第２の制御ステップと、算出ステップにおいて算出した位置およびサイズならびに第２の倍率に対応するように、撮像ステップにおいて撮像した、第２の倍率の画像上の、観測の対象物を表わす領域を決定する第２の決定ステップとを含む各ステップをコンピュータに実行させるための領域決定プログラムを記録した、コンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【００２４】
すなわち、画像処理の対象となる領域を適切に決定できる領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る領域決定装置、領域決定方法、領域決定プログラム、および領域決定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体は、画像処理の対象となる領域を適切に決定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係る画像処理装置について説明する。本実施の形態に係る画像処理装置は、主として産業用ロボットなどに搭載される。
【００２８】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る画像処理装置４０は、撮像軸の方向にある対象物を撮像でき、かつ撮像の倍率を変更できる（すなわち物体を少なくとも２種類の倍率で撮像できる）カメラ４２と、カメラ４２を支持し、かつ観測の対象物となる対象物の位置に応じて、関節４８を制御することにより、間接的にカメラ４２の撮像軸の方向をパン方向（左右方向）およびチルト方向（上下方向）に変更するマニピュレータ４４（本実施の形態の場合、自由度は「２」である）と、マニピュレータ４４を支持し、かつカメラ４２の向きを制御するベース台４６とを含む。なお「撮像軸」とは、カメラ４２における撮影レンズの光軸またはこれに相当する軸をいう。また、マニピュレータ４４は、関節４８の角度に関連する情報を出力する装置でもある。
【００２９】
図１および図２を参照して、マニピュレータ４４は、関節４８と、モータドライバ７０と、モータ７２と、エンコーダ７４とを含む。モータドライバ７０と、モータ７２と、エンコーダ７４とは、それぞれマニピュレータ４４の自由度の数だけ存在する。すなわち本実施の形態の場合、これらはそれぞれ２つずつ存在する。関節４８は、カメラ４２の角度を変更する。モータドライバ７０は、ベース台４６からの指示に応じてモータ７２を制御する。モータ７２は、関節４８の駆動源である。エンコーダ７４は、モータ７２の回転量に応じたパルスを、ベース台４６の後述するカウンタ６４に出力する。
【００３０】
図２を参照して、ベース台４６は、カメラ４２で撮像した画像のデータを処理する画像処理部５２と、画像の処理に必要なプログラムやデータを記録するメモリ５４と、画像の処理以外の演算や画像処理装置４０の各部の制御を実施する演算装置５６と、外部との間で入力情報および出力情報を授受する入出力部５８と、バス６０と、デジタルデータをアナログデータに変換するＤ／Ａ（Digital-To-Analog）変換器６２と、モータ７２の回転量ひいてはカメラ４２の位置に対応するカウント値を数えるカウンタ６４と、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）７６に記録されたプログラムを読込むＣＤ−ＲＯＭ駆動装置６６とを含む。
【００３１】
この画像処理装置４０は、カメラ４２、マニピュレータ４４、ベース台４６に搭載されたコンピュータハードウェア、および演算装置５６により実行されるソフトウェアにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ７６などの記録媒体に格納されて流通し、ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置６６などにより記録媒体から読取られてメモリ５４に一旦格納される。さらにメモリ５４から読出されて、上述した演算装置５６により実行される。上述したコンピュータのハードウェア自体は一般的なものである。したがって、本発明の最も本質的な部分は、ＣＤ−ＲＯＭ７６などの記録媒体に記録されたソフトウェアである。なお、コンピュータ自体の動作は周知であるので、ここではその詳細な説明は繰返さない。
【００３２】
図３を参照して、画像処理装置４０で実行されるプログラムは、画像の処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３３】
ステップ１１０（以下、ステップをＳと略す。）にて、画像処理装置４０は、図４に示す画像処理タスクを実施することとする。図４に示すタスクとは、テーブル８０上の対象物群９０の位置をそれぞれ計測するタスクである。図４に示す対象物群９０は、対象物Ａ９２と、対象物Ｂ９４と、対象物Ｃ９６と、対象物Ｄ９８と、対象物Ｅ１００と、対象物Ｆ１０２と、対象物Ｇ１０４とを含む。これらのうち、対象物Ａ９２と対象物Ｂ９４と対象物Ｃ９６と対象物Ｅ１００とは同じ物体である。対象物Ｄ９８と対象物Ｆ１０２とは同じ物体である。演算装置５６は、カメラ４２の倍率を「低倍率」に設定する。本実施の形態における「低倍率」とは、テーブル８０上の対象物群９０がすべて画像に含まれる倍率をいう。
【００３４】
Ｓ１１２にて、演算装置５６は、「低倍率」で物体（この場合テーブル８０の中心）を撮像するように、カメラ４２を制御する。カメラ４２は「低倍率」の画像を撮像する。画像処理部５２は、カメラ４２が撮像した画像のデータをメモリ５４に保存する。図５は、このときカメラ４２が撮像した画像を示す図である。
【００３５】
Ｓ１１４にて、画像処理部５２は、撮像した画像に対して画像処理を実施する。本実施の形態の場合、画像処理部５２は、撮像した画像の、テーブル８０の上面に塗られた色（本実施の形態の場合、赤色とする）以外の領域を抽出する。図６は、このとき画像処理部５２が２値化により抽出した領域を表わす概念図である。領域が抽出されると、画像処理部５２は、ラベリングを実施する。ラベリングとは、撮像した画像のうち、独立した小領域ごとにラベル（番号）を順番に付けることをいう。図７は、各領域に付けられたラベルを示す図である。ラベリングの後、画像処理部５２は、カメラ４２が撮像した、「低倍率」の画像が表わす、観測の対象物の重心（ひいては位置）およびフィレ径（ひいてはサイズ）を算出する。「フィレ径」とは、図８に示すように、対象となる物体を水平線と垂直線とで囲んだ場合の、面積が最小となる長方形（外接長方形）の短辺と長辺との長さをいう（フィレ径のうち、水平方向の辺の長さを水平フィレ径といい、垂直方向の辺の長さを垂直フィレ径という）。水平フィレ径および垂直フィレ径のいずれか一方のみを算出してもよいが、本実施の形態の場合、画像処理部５２は、対象物のフィレ径として、水平フィレ径および垂直フィレ径を算出する。重心およびフィレ径が算出されると、画像処理部５２は、対象物Ｂ９４の重心およびフィレ径をメモリ５４に記録する。
【００３６】
Ｓ１１６にて、演算装置５６は、観測の対象物となる対象物のサイズに基づいて、カメラ４２の倍率を、上述した「低倍率」よりも高い倍率となるように設定する。本実施の形態の場合、演算装置５６は、次の条件を満たすようにカメラ４２の倍率を決定する。その第１は、上述した水平フィレ径および垂直フィレ径がともに整数倍になるという条件である。第２の条件は、倍率をなるべく大きくするという条件である。第３の条件は、対象物が画像の中に収まるという条件である。演算装置５６は、これらの条件が満たされる倍率（以下「高倍率」と称する）を決定した後、カメラ４２の倍率を設定し、「高倍率」を表わす値をメモリ５４に記録する。
【００３７】
Ｓ１１８にて、演算装置５６は、マニピュレータ４４を介して、画像の中心で対象物が撮像されるようにカメラ４２の位置を変更させる。演算装置５６は、次の処理を経て、カメラ４２の位置を変更させる。第１の処理は、Ｓ１１２にて撮像した画像上における対象物の重心から、対象物の大まかな３次元位置を算出する。図９を参照して、対象物の大まかな３次元位置を算出する方法を説明する。図９は本実施の形態における座標系（ＸＩ軸およびＹＩ軸で構成される）および対象物（図９の場合、対象物Ｂ９４）の重心の位置を表わす図である。対象物の画像上の重心の位置を（ＸＩ，ＹＩ）とすると、対象物の３次元上の位置は、上述した重心の位置（ＸＩ，ＹＩ）を基準座標系ΣＢ（この座標系は、ベース台４６が置かれた床面を基準とする）における対象物の位置（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）に座標変換することにより算出される。図１０を参照して、座標変換の方法について説明する。図１０はピンホールカメラモデルを表わす図である。図１０において、ある座標系（原点はＯＩである）における対象物の重心の位置をＭ（ＸＩ，ＹＩ）とする。一方、カメラ座標系ΣＣ（原点はカメラ４２の光学中心ＯＣである）における対象物の３次元上の位置ＭＣ（ＸＣ，ＹＣ，ＺＣ）とする。カメラ４２の焦点距離をＦとする。このとき、これらの間に次式の関係が成立する。
【００３８】
ＸＩ＝Ｆ・ＸＣ／ＺＣ
ＹＩ＝Ｆ・ＹＣ／ＺＣ
このとき、図１１に示す座標系において、上述した基準座標系ΣＢにおける対象物の３次元上の位置をカメラ座標系ΣＣにおける３次元上の位置に変換するための４×４行列の同時変換行列をＴ（１）とすると、次式が成立する。この式により、対象物の画像上の重心の位置は、基準座標系ΣＢにおける大まかな位置に変換される。
【００３９】
ＸＢ（１）＝Ｔ（１）  ＸＣ（１）
ただし、
【００４０】
【数１】
2005346438.tif 000003
【００４１】
（Ｔ１１〜Ｔ３３は回転量成分、ＬＸ、ＬＹ、ＬＺは並進量成分）
ＸＢ（１）＝（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ，１）Ｔ
ＸＣ（１）＝（ＸＣ，ＹＣ，ＺＣ，１）Ｔ
第２の処理は、演算装置５６が、カメラ４２のＺＣ軸の延長線上に対象物の３次元上の位置が重なるように、マニピュレータ４４の関節４８を制御する処理である。ここで、関節４８を制御する方法を説明する。まず、マニピュレータ４４のパン方向の角度をθＰ、チルト方向の角度をθＴとすると、基準座標系ΣＢにおける対象物の３次元上の位置を、カメラ座標系ΣＣにおける３次元上の位置に変換するための行列Ｔ（２）を作成する。次式が行列Ｔ（２）を表わす式である。
【００４２】
ＸＢ（１）＝Ｔ（２）  ＸＣ（１）
ＸＣ（１）＝Ｔ（２）−１  ＸＢ（１）  ・・・・・（１）
一方、カメラ４２のＺＣ軸の延長線上に対象物の３次元上の位置が重なるということは、ＸＣ（１）が（０，０，ＺＣ，１）Tとなるということである。そこで、これを式（１）に代入して、角度θＰおよびθＴの最適値を算出する。演算装置５６は、これらの値をＤ／Ａ変換器６２を経由してマニピュレータ４４のモータドライバ７０に出力する。これにより、マニピュレータ４４は、カメラ４２が、画像の中心で対象物の中心を撮像できるように、カメラ４２の位置を移動させることができる。
【００４３】
Ｓ１２０にて、演算装置５６は、「高倍率」で対象物を撮像するように、カメラ４２を制御する。カメラ４２は「高倍率」の画像を撮像する。画像処理部５２は、カメラ４２が撮像した画像のデータをメモリ５４に保存する。Ｓ１２２にて、画像処理部５２は、重心、フィレ径および「高倍率」の値に基づいて、画像処理を実施するエリア（画像処理エリア）を決定する。その際、画像処理部５２は、Ｓ１１４にて演算装置５６が算出した重心、フィレ径および「高倍率」の値に対応するように、カメラ４２が撮像した、「高倍率」の画像上の、観測の対象物（すなわち画像中の対象物）を含む画像処理エリアを決定する。詳細は後述する。画像処理エリアが決定されると、画像処理部５２は、画像処理エリアを表わす情報をメモリ５４に記録する。
【００４４】
Ｓ１２４にて、画像処理部５２は、「高倍率」で撮像した画像の画像処理エリアに対して画像処理（対象物の位置の計測）を実施する。本実施の形態の場合、画像処理部５２は、画像処理エリア（すなわち観測の対象物を含む領域）に対するテンプレートマッチングにより、図１４に示した画像の中から、観測の対象物の重心の位置を抽出する。これにより、観測の対象物の重心の位置が特定される。図１２に、このとき用いられるテンプレートを示す。一般的に、テンプレートマッチングを実施する際、撮像した画像とテンプレートとの適合度（画像を構成する各画素同士の濃度差の総和）は、撮像した画像の左上から右下の順に検索される。このため、走査を始める位置（図１３の点Ｅ）と走査が終了する位置（図１３の点Ｈ）とは、テンプレート画像のサイズに基づいて決定される。図１２に示すテンプレート画像の横方向のピクセル数をＷＴ、縦方向のピクセル数をＨＴ、撮像した画像の横方向のピクセル数をＷＣ、縦方向のピクセル数をＨＣとすると、図１３における点Ａ〜点Ｄの座標は、次の式で表わされる。
【００４５】
点Ａの座標（ＸＩ，ＹＩ）＝（ＷＣ／２−ＷＴ／２，ＨＣ／２−ＨＴ／２）
点Ｂの座標（ＸＩ，ＹＩ）＝（ＷＴ／２−ＷＣ／２，ＨＣ／２−ＨＴ／２）
点Ｃの座標（ＸＩ，ＹＩ）＝（ＷＣ／２−ＷＴ／２，ＨＴ／２−ＨＣ／２）
点Ｄの座標（ＸＩ，ＹＩ）＝（ＷＴ／２−ＷＣ／２，ＨＴ／２−ＨＣ／２）
よって、一般的に、適合度は、まず点Ｅから点Ｆにかけて検索される。点Ｆまで適合度が走査されると、点Ｅの１つ下の座標の位置から点Ｆの１つ下の座標にかけて適合度が検索される。点Ｆの１つ下の座標まで適合度が検索されると、同様の検索が繰返される。このような検索は、点Ｈにおける適合度が検索されるまで繰返される。画像処理部５２は、点Ｅ〜点Ｈのすべての画素における、テンプレート画像と撮像した画像との適合度をメモリ５４に保存する。
【００４６】
Ｓ１２６にて、演算装置５６は、すべてのサブタスクが終了したか否か（本実施の形態の場合、すべての対象物についての画像処理が終了したか否か）を判断する。すべてのサブタスクが終了したと判断した場合（Ｓ１２６にてＹＥＳ）、処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１２６にてＮＯ）、処理はＳ１１６へと移される。
【００４７】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、画像処理装置４０の動作について説明する。なお、以下の説明は、対象物Ｂ９４に対する画像処理を例とするものである。
【００４８】
演算装置５６は、カメラ４２の倍率を「低倍率」に設定する（Ｓ１１０）。倍率が「低倍率」に設定されると、演算装置５６は、「低倍率」で物体（この場合テーブル８０の中心）を撮像するように、カメラ４２を制御する。カメラ４２は、「低倍率」の画像を撮像する。画像処理部５２は、カメラ４２が撮像した画像のデータをメモリ５４に保存する（Ｓ１１２）。データがメモリ５４に保存されると、画像処理部５２は、撮像した画像データに対して画像処理を実施する。すなわち、画像処理部５２は、撮像した画像から赤色以外の領域を抽出する。領域が抽出されると、画像処理部５２は、ラベリングを実施する。ラベリングが実施されると、画像処理部５２は、対象物ごとの画像上の重心の位置を算出する。重心の位置が算出されると、画像処理部５２は、対象物ごとのフィレ径を算出する。フィレ径が算出されると、画像処理部５２は、対象物ごとの重心の位置およびフィレ径をメモリ５４に記録する（Ｓ１１４）。フィレ径などが記録されると、演算装置５６は、カメラ４２の倍率を、画像処理を実施しようとする対象物Ｂ９４に適した「高倍率」に設定する（Ｓ１１６）。カメラ４２の倍率が「高倍率」に設定されると、演算装置５６は、マニピュレータ４４を介して、画像の中心で対象物Ｂ９４が撮像されるようにカメラ４２の位置を変更させる（Ｓ１１８）。マニピュレータ４４がカメラ４２の位置（ひいては撮像軸の方向）を変更すると、演算装置５６は、「高倍率」で対象物を撮像するように、カメラ４２を制御する。カメラ４２は、「高倍率」の画像を撮像する。画像が撮像されると、画像処理部５２は、撮像した画像を表わす画像データをメモリ５４に保存する（Ｓ１２０）。図１４に、カメラ４２がこのステップにおいて撮像した画像を示す。画像データが保存されると、画像処理部５２は、画像処理エリアを決定する（Ｓ１２２）。この場合、画像処理部５２は、次の処理を経て画像処理エリアを決定する。その第１の処理は、Ｓ１１４で算出したフィレ径の値とＳ１１６で設定した倍率とを使用してＳ１２０で撮像した画像のフィレ径（Ｈ（１），Ｖ（１））を算出する。図１５に、このときの対象物Ｂ９４とフィレ径（Ｈ（１），Ｖ（１））との関係を示す。フィレ径が算出されると、画像処理部５２は、そのフィレ径に所定のパラメータ（「１」を超える値）を乗じて仮想フィレ径（Ｈ（２），Ｖ（２））を算出する。このように仮想フィレ径を算出する理由は、対象物Ｂ９４の位置やフィレ径に誤差が含まれている可能性がある点にある。図１６に対象物Ｂ９４と仮想フィレ径との関係を示す。仮想フィレ径が算出されると、画像処理部５２は、画像処理エリアを決定する。この場合、画像処理部５２は、対象物Ｂ９４の中心と画像処理エリアの中心とが一致するように画像処理エリアを決定する。図１７に画像処理エリアの配置を示す。図中の白く塗られた領域が画像処理エリアである。図１８に、対象物Ｂ９４と画像処理エリアとを重ねた図を示す。
【００４９】
画像処理エリアが決定されると、画像処理部５２は、「高倍率」で撮像した画像の画像処理エリアに対し、画像処理を実施する（Ｓ１２４）。画像処理が実施されると、演算装置５６は、すべての対象物についての画像処理が終了したか否かを判断する（Ｓ１２６）。この場合、まだすべてのサブタスクが終了したと判断されないので（Ｓ１２６にてＮＯ）、演算装置５６は、再びカメラ４２の倍率を別の対象物に適した「高倍率」に設定する（Ｓ１１６）。
【００５０】
以上のようにして、本実施の形態に係る画像処理装置は、低倍率に設定したカメラで撮像した画像に対する画像処理の結果を用いて、高倍率に設定したカメラで撮像した画像に対する画像処理エリアを決定する。これにより、画像処理エリアが限定される。画像処理エリアが限定されるので、高速に画像処理を実行できる。また、画像処理エリアが限定されるので、高倍率に設定したカメラで撮像した画像中に同一の形状の対象物が複数存在しても、実際に計測したい対象物以外の対象物の影響を排除できる。すなわち、誤認識をすることがなくなる。誤認識をすることがなくなるため、認識精度が向上する。上述した図１３および図１９を参照して、この点をより具体的に説明する。上述したように、テンプレートマッチングを実施する際、撮像した画像とテンプレートとの適合度は、撮像した画像の左上から右下の順に検索される。このため、走査を始める位置および走査が終了する位置は、テンプレートのサイズに基づいて決定される。従来の場合、走査を始める位置は、図１３の点Ａとなる。走査が終了する位置は、図１３の点Ｄとなる。このとき、図１９に示す点Ｌ〜点Ｎの適合度はすべて同じ値となる。上述したように、対象物Ａ９２〜対象物Ｃ９６はいずれも同じ図形であることが、点Ｌ〜点Ｎの適合度がすべて同じ値となる理由である。これにより、従来の方法によりテンプレートマッチングを実施する場合、どの対象物に対して画像処理を実施すべきか不明確となる。どの対象物に対して画像処理を実施すべきか不明確なので、従来の方法によりテンプレートマッチングを実施する場合、高速かつ正確に画像処理を実施することは困難である。一方、撮像した画像がノイズの影響を受けた場合、図１９に示す点Ｌ〜点Ｎの適合度が互いに異なる値となる可能性が生じる。しかしながらこの場合、本来の対象物の適合度が最小値となるとは限らない。本来の対象物以外の対象物の適合度が最小値であった場合、その対象物の重心が本来の対象物の重心と誤認されることとなる。一方、本実施の形態に係る画像処理装置が適合度の検索する必要がある領域は、図１３の点Ｅ〜点Ｈのみである。これにより、適合度の検索に要する時間は大幅に短縮される。また、図１９に示す点Ｍ以外の点の適合度が最小値となる可能性は極めて低くなる。その可能性が極めて低くなるため、誤認識をすることがなくなる。誤認識をすることがなくなるため、認識精度が向上する。
【００５１】
特に、本実施の形態に係る画像処理装置は、画像処理エリアを決定するための情報として、フィレ径を使用できる。フィレ径が使用されると、対象物の形状を考慮せずに、適切な画像処理エリアを決定できる。これにより、対象物の形状を識別する必要がなくなる。その識別の必要がなくなるので、画像処理に要する時間を短縮できる。
【００５２】
なお、マニピュレータ４４の自由度の値は「２」に限定されない。カメラ４２が、画像の中心において対象物を撮像できれば、自由度が「１」であってもよい。また、エンコーダ７４に代えて、ポテンショメータなどを用いてもよい。また、Ｓ１１４にて赤色以外の領域を抽出する代わりに、たとえばエッジを抽出してもよい。また、対象物群９０の対象物すべての位置を計測する代わりに、入出力部５８で受付けたユーザの指定に基づき、対象物群９０のいずれかの対象物の位置を計測してもよい。
【００５３】
また、Ｓ１２４にて画像処理を実施する場合、テンプレートマッチングを用いる代わりに、上述した対象物の特徴量、サイズ、形状、および色を用いて対象物を認識してもよい。ただし、テンプレートマッチングを用いると、対象物の識別と位置の計測とを同時にできる。それらが同時にできると、対象物ごとの位置の精度を向上させることができる。
【００５４】
また、画像処理装置４０は、複数のカメラ４２を用いて対象物群９０およびこれを構成する対象物を撮像してもよい。この場合、複数のカメラ４２のいずれかが「低倍率」で対象物を撮像し、それ以外のカメラ４２が「高倍率」で対象物を撮像する。これらのカメラ４２が撮像の倍率を変更できることは言うまでもない。
【００５５】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る画像処理装置について説明する。
【００５６】
本実施の形態に係る画像処理装置は、前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００５７】
図２０を参照して、本実施の形態に係る画像処理装置４０で実行されるプログラムは、画像の処理に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図２０に示すフローチャートの中で、前述の図３に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００５８】
Ｓ１３０にて、画像処理部５２は、撮像した画像に対して画像処理を実施する。本実施の形態の場合、画像処理部５２は、撮像した画像の、赤色（テーブル８０の上面に塗られた色）以外の領域を抽出する。領域が抽出されると、画像処理部５２は、ラベリングを実施する。ラベリングの後、画像処理部５２は、各領域の重心、フィレ径、および円形度を算出する。円形度とは、対象物がどれだけ真円に近いかを表わす値であって、次式で算出される値をいう。各領域の重心、フィレ径、および円形度が算出されると、画像処理部５２は、各領域が表わす対象物の重心、フィレ径、および円形度をメモリ５４に記録する。
【００５９】
Ｐ＝４πＳ／Ｌ２  （０＜Ｐ＜１．０）
ただし、円形度をＰ、対象物の面積をＳ、対象物の周囲長をＬとする。円形度Ｐが「１」に近づくにつれ、対象物の形状は真円に近くなる。
【００６０】
Ｓ１３２にて、画像処理部５２は、重心、フィレ径、円形度および「高倍率」の値に基づいて、画像処理を実施するエリア（画像処理エリア）を決定する。その際、画像処理部５２は、Ｓ１３０にて算出した重心、フィレ径、および円形度に対応する方法で、画像処理エリアを決定する。詳細は後述する。
【００６１】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、画像処理装置４０の動作について説明する。なおこの場合、対象物Ｇ１０４に対して画像処理を実施することとする。
【００６２】
「低倍率」の画像データがメモリ５４に保存されると（Ｓ１１２）、画像処理部５２は、撮像した画像に対して画像処理を実施する。そのために、画像処理部５２は、ラベリングが実施された後、重心、フィレ径、および円形度を算出する（Ｓ１３０）。重心、フィレ径、および円形度が算出されると、Ｓ１１６〜Ｓ１２０の処理を経て、画像処理部５２は、円形度に基づき、対象物Ｇ１０４が円形とみなし得るか否かを識別する。この場合、円形度が、事前に設定したしきい値以上であるか否かに基づき、対象物Ｇ１０４が円形に近いか否かを識別する。図２１に、このときの対象物Ｇ１０４の画像を示す。この場合、対象物Ｇ１０４の形状が円形に近いので、画像処理部５２は、以下の手順で画像処理エリアを決定する（対象物Ｇ１０４の形状が円形に近くなければ、画像処理部５２は、第１の実施の形態と同様の手順で画像処理エリアを決定する）。すなわち、画像処理部５２は、フィレ径およびＳ１１６にて設定した倍率に基づき、「高倍率」の画像における半径Ｒ（１）を算出する。図２２に、このときの対象物Ｇ１０４とフィレ径（Ｈ（１），Ｖ（１））との関係を示す。フィレ径が算出されると、画像処理部５２は、そのフィレ径に所定のパラメータ（「１」を超える値）を乗じて仮想フィレ径（Ｈ（２），Ｖ（２））を算出する。図２３に対象物Ｇ１０４と仮想フィレ径との関係を示す。半径が算出されると、画像処理部５２は、半径Ｒ（１）に所定のパラメータを乗じて仮想の半径Ｒ（２）を算出する。このように仮想の半径を算出する理由は、対象物Ｇ１０４の位置や半径に誤差が含まれている可能性がある点にある。仮想の半径が算出されると、画像処理部５２は、仮想の半径に基づき、画像処理エリアを決定する。この場合も、画像処理部５２は、画像処理エリアの中心が対象物Ｇ１０４の中心に一致するように画像処理エリアを決定する（Ｓ１３２）。これにより、画像処理部５２は、画像処理部５２自身が識別した形状に対応する形状となるように（すなわち観測の対象物となる対象物Ｇ１０４を円形とみなし得ると識別した場合、領域の形状が円形となるように）、対象物Ｇ１０４を含む領域を決定することとなる。図２４に画像処理エリアの配置を示す。図中の白く塗られた領域が画像処理エリアである。図２５に、対象物Ｇ１０４と画像処理エリアとを重ねた図を示す。図２６は、Ｓ１３２にて第１の実施の形態と同様の手順により画像処理エリアを決定した場合の、その配置と形状とを示す図である。図２４および図２６を比較した結果は、対象物が円形の場合、円形度を考慮した方が、画像処理エリアをより小さくすることができることを意味する。
【００６３】
以上のようにして、本実施の形態に係る画像処理装置は、フィレ径と円形度とを使用して、画像処理エリアを決定する。フィレ径と円形度とが使用されると、画像処理エリアをより適切かつ小さく決定できる。画像処理エリアがより適切かつ小さく決定されるので、画像処理に要する時間を短縮できる。
【００６４】
なお、Ｓ１３０にて、画像処理部５２は、各領域の重心、面積、フィレ径、および円形度を算出してもよい。この場合、Ｓ１３２にて、画像処理部５２は、次の処理を経て画像処理エリアを決定する。すなわち、画像処理部５２は、円形度に基づき、対象物Ｇ１０４が円形に近いか否かを識別する。この場合、対象物Ｇ１０４の形状が円形に近いので（対象物Ｇ１０４の形状が円形に近くない場合、画像処理部５２は、第１の実施の形態と同様の手順を経て画像処理エリアを決定する）、画像処理部５２は、対象物Ｇ１０４の面積およびＳ１１６にて設定した倍率に基づき、「高倍率」の画像における半径Ｒ（１）を算出する。半径が算出されると、画像処理部５２は、半径Ｒ（１）に所定のパラメータを乗じて仮想の半径Ｒ（２）を算出する。仮想の半径が算出されると、画像処理部５２は、仮想の半径に基づき、画像処理エリアを決定する。この場合も、画像処理部５２は、画像処理エリアの中心が対象物Ｇ１０４の中心に一致するように画像処理エリアを決定する。
【００６５】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係る画像処理装置について説明する。
【００６６】
図２７を参照して、本実施の形態に係る画像処理装置２００は、第１の実施の形態に係るカメラ４２に代えて、低倍率カメラ２０２と、高倍率カメラ２０４とを含む。低倍率カメラ２０２は、撮像軸の方向にある物体を第１の実施の形態における「低倍率」に相当する一定値で撮像する。高倍率カメラ２０４は、撮像軸の方向にある物体を、「低倍率」よりも高い一定値である「高倍率」で撮像する。本実施の形態における「高倍率」の値は、画像処理装置２００の設計者が予め定めるものとする。図２８を参照して、本実施の形態に係る演算装置５６は、低倍率カメラ２０２および高倍率カメラ２０４に接続され、これらをそれぞれ制御する。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらに付いての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００６７】
図２９を参照して、画像処理装置２００で実行されるプログラムは、画像処理に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図２９に示すフローチャートの中で、前述の図３に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００６８】
Ｓ２１０にて、画像処理装置２００は、図３０に示す画像処理タスクを実施することとする。図３０に示すタスクとは、テーブル８０上の対象物群９０の位置を計測するタスクである。このタスクの詳細は第１の実施の形態と同様なので、ここでは繰返さない。このタスクにおいて、低倍率カメラ２０２は、まず画像を撮像する。画像処理部５２は、撮像した画像のデータをメモリ５４に記録する。
【００６９】
Ｓ２１４にて、演算装置５６は、マニピュレータ４４を介して、高倍率カメラ２０４の画像の中心で対象物が撮像されるように高倍率カメラ２０４の位置を変更させる。演算装置５６は、次の処理を経て、高倍率カメラ２０４の位置を変更させる。第１の処理は、Ｓ２１０にて撮像した画像上における対象物の重心から、対象物の大まかな３次元位置を算出する処理である。ここで対象物の大まかな位置を算出する方法について説明する。画像座標系の取り方、対象物の重心の位置の表記例、およびベース台４６が置かれた床面を基準とした基準座標系ΣＢは第１の実施の形態と同様である。また、図３１に、低倍率カメラ２０２のカメラ座標系ΣＣ（１）と、高倍率カメラ２０４のカメラ座標系ΣＣ（２）とを示す。対象物の３次元上の位置は、対象物の重心の位置（ＸＩ，ＹＩ）を基準座標系ΣＢにおける対象物の位置（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）に座標変換することにより算出される。座標変換の詳細は以下の通りである（ピンホールカメラモデルは、第１の実施の形態のものと同様である）。すなわち、図３１に示す座標系において、上述した基準座標系ΣＢにおける対象物の３次元上の位置を、低倍率カメラ２０２のカメラ座標系ΣＣ（１）における３次元上の位置に変換するための、４×４行列の同時変換行列をＴ（１）とすると、次式が成立する。この式により、対象物の画像上の重心の位置は、基準座標系ΣＢにおける大まかな位置に変換される。
【００７０】
ＸＢ（１）＝Ｔ（１）  ＸＣ（１）
ただし、
【００７１】
【数２】
2005346438.tif 000004
【００７２】
（Ｔ１１〜Ｔ３３は回転量成分、ＬＸ、ＬＹ、ＬＺは並進量成分）
ＸＢ（１）＝（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ，１）Ｔ
ＸＣ（１）＝（ＸＣ（１），ＹＣ（１），ＺＣ（１），１）Ｔ
第２の処理は、演算装置５６が、高倍率カメラ２０４のＺＣ（２）軸の延長線上に対象物の３次元上の位置が重なるように、マニピュレータ４４の関節４８を制御する処理である。ここで、関節４８を制御する方法を説明する。まず、マニピュレータ４４のパン方向の角度をθＰ、チルト方向の角度をθＴとした上で、基準座標系ΣＢにおける対象物の３次元上の位置を、高倍率カメラ２０４のカメラ座標系ΣＣ（２）における３次元上の位置に変換するための行列Ｔ（２）を作成する。次式が行列Ｔ（２）を表わす式である。
【００７３】
ＸＢ（１）  ＝Ｔ（２）  ＸＣ（２）
ＸＣ（２）  ＝Ｔ（２）−１  ＸＢ（１）  ・・・・・（２）
ただし、ＸＣ（２）＝（ＸＣ（２），ＹＣ（２），ＺＣ（２），１）Ｔ
一方、高倍率カメラ２０４のＺＣ（２）軸の延長線上に対象物の３次元上の位置が重なるということは、ＸＣ（２）が（０，０，ＺＣ（２），１）Tとなるということである。そこで、これを式（２）に代入して、角度θＰおよびθＴの最適値を算出する。演算装置５６は、これらの値をＤ／Ａ変換器６２を経由してマニピュレータ４４のモータドライバ７０に出力する。これにより、高倍率カメラ２０４が撮像する画像の中心で、対象物の中心を撮像できるように、高倍率カメラ２０４の位置を移動させられることとなる。すなわち、マニピュレータ４４は、観測の対象物となる対象物の位置に応じて、高倍率カメラ２０４の撮像軸の方向を変更することとなる。
【００７４】
Ｓ２１６にて、演算装置５６は、「高倍率」で対象物を撮像するように、高倍率カメラ２０４を制御する。高倍率カメラ２０４は、画像を撮像する。画像処理部５２は、撮像した画像のデータをメモリ５４に記録する。
【００７５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、画像処理装置２００の動作について説明する。
【００７６】
低倍率カメラ２０２は、対象物群９０の画像を撮像する。画像処理部５２は、撮像した画像のデータをメモリ５４に記録する（Ｓ２１０）。データがメモリ５４に記録されると、Ｓ１１４の処理を経て、演算装置５６は、高倍率カメラ２０４の画像の中心で対象物が撮像されるように高倍率カメラ２０４の位置を変更させる（Ｓ２１４）。マニピュレータ４４が高倍率カメラ２０４の撮像軸の方向を変更すると、演算装置５６は、「高倍率」で対象物を撮像するように、高倍率カメラ２０４を制御する。高倍率カメラ２０４は、画像を撮像する（Ｓ２１６）。
【００７７】
以上のようにして、本実施の形態に係る画像処理装置は、低倍率カメラと高倍率カメラとを独立に備える。これにより、第１の実施の形態に係る画像処理装置のように同一のカメラを用いて倍率を動的に調整したことによる、誤差の影響がなくなる。倍率を調整したことによる誤差の影響がなくなるので、対象物の計測の精度が向上する。また、カメラの倍率を切替えるために必要な時間を短縮できる。
【００７８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理装置の全体図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理タスクにおける外観を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における対象物群の配置を表わす図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態においてカメラが撮像した画像を２値化した状態を表わす図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るラベリングの内容を表わす図である。
【図８】フィレ径を示す概念図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る座標系を説明する図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るピンホールカメラモデルを示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る基準座標系とカメラ座標系とを示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における対象物Ｂのテンプレートを表わす図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態におけるテンプレートマッチングの対象を表わす図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る「高倍率」の画像を表わす図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における対象物Ｂのフィレ径を表わす概念図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における対象物Ｂの仮想フィレ径を表わす概念図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る対象物Ｂに対する、画像処理エリアを表わす図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態に係る対象物Ｂとその画像処理エリアとを重ね合わせた図である。
【図１９】従来例に係るテンプレートマッチングを説明する図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る画像処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る対象物Ｇの画像を表わす図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る対象物Ｇのフィレ径を表わす概念図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係る対象物Ｇの仮想フィレ径を表わす概念図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態に係る対象物Ｇに対する、画像処理エリアを表わす図である。
【図２５】本発明の第２の実施の形態に係る対象物Ｇとその画像処理エリアとを重ね合わせた図である。
【図２６】本発明の第２の実施の形態に係る対象物Ｇに対する、画像処理エリアの一例を示す図である。
【図２７】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理装置の全体図である。
【図２８】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理装置のブロック構成図である。
【図２９】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図３０】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理タスクにおける外観を示す図である。
【図３１】本発明の第３の実施の形態に係る基準座標系とカメラ座標系とを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
４０，２００  画像処理装置、４２  カメラ、４４  マニピュレータ、４６  ベース台、４８  関節、５２  画像処理部、５４  メモリ、５６  演算装置、５８  入出力部、６０  バス、６２  Ｄ／Ａ変換器、６４  カウンタ、６６  ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置、７０  モータドライバ、７２  モータ、７４  エンコーダ、７６  ＣＤ−ＲＯＭ、８０  テーブル、９０  対象物群、９２  対象物Ａ、９４  対象物Ｂ、９６  対象物Ｃ、９８  対象物Ｄ、１００  対象物Ｅ、１０２  対象物Ｆ、１０４  対象物Ｇ、２０２  低倍率カメラ、２０４  高倍率カメラ。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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