(57)【要約】【課題】    二値化処理では検出ができない低コントラストな画像や不鮮明な検出対象物から精度良く検出対象物を検出する画像処理装置を提供する。【解決手段】  画像データ記憶部に記憶された画像を微分処理部にて微分処理することにより画像の微分強度と勾配方向を算出する。輪郭抽出部は検出対象物の鮮明な輪郭については微分強度が所定値を上回る画素を抽出することにより得、不鮮明な輪郭については勾配方向に対し直角の方向に鮮明な輪郭を延長していくことにより、検出対象物の輪郭を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを記憶する画像データ記憶部と、該画像データ記憶部に記憶された画像データを微分することにより、各画素における微分強度と勾配方向を算出する微分処理部と、該微分処理部で算出されたデータを基に、微分強度が所定値を超えた画素を抽出し、抽出された画素の勾配方向に対し略直角な方向にある画素をさらに繰り返し抽出する輪郭抽出処理部とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
抽出した画素に非極大抑制処理を行う請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
非極大抑制処理の方法が、勾配方向に隣り合う画素の微分強度の方が大きい場合には、その画素を抽出しない処理を行うものである請求項２記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像中から対象物の輪郭を抽出する画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種生産ラインにおける製品の表面欠陥や異物の検査などでは、画像処理による方法、レーザー光の表面散乱光の強度測定による方法、レーザー変位計を用いた形状計測による方法などが使用されているが、コストや処理能力などの面から画像処理による方法が広く用いられている。
【０００３】
製品の表面を撮影した画像中から欠陥や異物などの対象物を抽出する方法としては、画像データが閾値より大きいか小さいかで分類する二値化処理が一般的である。画像中における対象物のコントラストが十分に高い場合には、二値化処理は高速で精度も十分であるが、コントラストが低い不鮮明な画像においては、単純な二値化処理では検出対象物ではない部分を検出対象物として検出する誤検出や、検出対象物を検出しない見逃しが発生し、検査の精度が低下する。
【０００４】
二値化処理とは異なる方法としては、画像データを微分処理することにより対象物の輪郭を抽出する方法（例えば、特許文献１）がある。製品表面に不良とはならないムラや撮影時の照明のムラに比べて、対象物のコントラストが低い場合、二値化処理では検出対象物の検出は困難であるが、微分処理では、対象物のコントラストが低くても輪郭さえある程度はっきりしていれば検出することが可能である。
【０００５】
微分処理による方法では検出対象物の全周の輪郭がはっきりしていれば、対象物の輪郭を全て抽出することができるため、抽出した画素を連結すれば対象物の輪郭を示す閉曲線が得られる。従って、画像中における検出対象物の形状や位置、個数などを把握することが可能である。しかしながら、二値化処理では検出が困難な画像においては、対象物の全周の輪郭が必ずしもはっきりしているとは限らず、従って、画像を微分処理しても検出対象物の一部の輪郭しか抽出することはできないという問題があった。また、画像を微分処理する際、微分強度だけを算出するのではなく、濃度勾配の方向も算出することにより、輪郭の連結を行う方法（例えば、非特許文献１）も検討されているが、輪郭の途切れが短い場合は連結可能なものの、長く途切れている場合は検出対象物を検出することはできなかった。
【特許文献１】特開平８−１８９９０２号公報（第２−３頁）
【非特許文献１】佐久間他、画像ベクトル表示による材料欠陥目視検査の自動化技術の開発（１）、第６回画像センシングシンポジウム講演論文集、第４１−４６頁、画像センシング技術研究会、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は従来の画像処理装置のこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは低コントラストな画像から精度良く検出対象物を検出する画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
（１）  画像データを記憶する画像データ記憶部と、該画像データ記憶部に記憶された画像データを微分することにより、各画素における微分強度と勾配方向を算出する微分処理部と、該微分処理部で算出されたデータを基に、微分強度が所定値を超えた画素を抽出し、抽出された画素の勾配方向に対し略直角な方向にある画素をさらに繰り返し抽出する輪郭抽出処理部とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
（２）  抽出した画素に非極大抑制処理を行う（１）の画像処理装置。
（３）  非極大抑制処理の方法が、勾配方向に隣り合う画素の微分強度の方が大きい場合には、その画素を抽出しない処理を行うものである（２）の画像処理装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、画像中の不鮮明な表面欠陥や異物などの検出対象物を精度良く抽出することができるため、生産ラインにおける製品の外観検査方法として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、二値化処理では抽出が困難な対象物を、画像を微分処理することにより輪郭を抽出することにより検出する画像処理装置である。
以下、本発明の画像処理装置について詳細に説明する。
【００１０】
画像データを記憶する画像データ記憶部とは、カメラからの映像信号をデジタル信号に変換し、その後の画像処理のために一時的に記憶する部分である。データ入出力の高速性から半導体メモリが好適である。
【００１１】
微分処理部とは、画像データ記憶部に記憶された画像データを微分することにより、各画素における微分強度と勾配方向を算出する部分である。一般的な微分処理では、微分強度のみを出力することが多いが、本発明の画像処理装置の微分処理部は、微分強度とともに勾配方向も算出する。勾配方向の算出が可能な微分処理法としてはソベルフィルタがある。図２は画素の微分強度と勾配方向の説明図である。ソベルフィルタそのものは、ある特定の方向の微分強度を算出する画像処理法であり、勾配方向は算出しない。しかしながら、Ｘ軸方向のソベルフィルタを画像に適用して、ある画素のＸ方向の微分強度１０を算出し、Ｙ軸方向のソベルフィルタを画像に適用して、ある画素のＹ方向の微分強度１１を算出し、その合成ベクトルを求めることにより、ある画素の微分強度１２とある画素の勾配方向１３を算出することが可能となる。微分処理部は、このような処理を専用ハードウェアで実現するか、もしくはコンピュータを用い、ソフトウェアで実現する。
【００１２】
輪郭抽出処理部は、微分処理部で算出されたデータを基に、微分強度が所定値を超えた画素を抽出し、抽出された画素の勾配方向に対し直角方向にある画素をさらに繰り返し抽出する。図3は輪郭抽出部の動作の説明図である。図３中の格子は画像中の画素を表し、白い四角形は輪郭抽出部で抽出されていない画素１４であり、黒い四角形は輪郭抽出部で抽出された画素１５を表す。検出対象物が画像中で鮮明である場合は、この段階で検出対象物の全ての輪郭が抽出され、抽出された画素の中で隣接しているものを接続した輪郭線は閉じる。一方、検出対象物が不鮮明な場合、図３（ａ）のように、検出対象物の一部の輪郭が抽出されず、抽出された画素を連結しても輪郭線は開いてしまう。しかしながら、輪郭線が開いている場合でも、輪郭となるべき画素は微分強度が所定値よりも低いだけで、勾配の方向は輪郭の法線方向を示している。そこで、まず、検出対象物の輪郭のうち鮮明な部分については、画素の微分強度が所定値を上回るものを抽出し、不鮮明な部分については、輪郭線抽出部で抽出された画素からなる輪郭線の端点となる画素１６の勾配方向１７と直角の方向１８に隣接している画素を抽出し、さらに抽出した画素の勾配方向に対し直角方向に隣接した画素を抽出するという操作を繰り返すことにより、図３（ａ）〜（ｄ）のように、輪郭線を延長して、閉じた輪郭線を抽出することができる。輪郭抽出部は、このような動作を、専用のハードウェアもしくはコンピュータ上のソフトウェアにより実現する。
【００１３】
単純に微分強度が所定値を超えた画素を抽出すると、図4に示すように輪郭線が幅１画素の線ではなく、太い線になってしまうことが多い。このような場合は、非極大抑制処理を行うことにより、輪郭線を幅が１画素の線に細める処理を行うことが好ましい。非極大抑制処理の具体的な処理としては、例えば、微分強度が所定値を超えている各画素について、勾配方向に隣り合う画素の微分強度の方が大きい場合には、その画素の抽出しないように処理を行うなどの方法があるが、特に限定はしない。これにより、微分強度が所定値を超えており、かつ、勾配が極大になっている画素のみを抽出することができる。
【００１４】
輪郭線を画素の勾配方向に対し直角方向に延長する操作としては、図３に示したように、着目している画素の勾配方向に対し直角方向に最も近い１画素を抽出する方法の他に、着目している画素の勾配方向に対し直角方向にある複数の画素を抽出する方法がある。例えば、ある画素の勾配方向に対し直角の方向が１０度であった場合、０度の方向の画素のみ抽出する方法と、０度と４５度の方向の画素を共に抽出する方法である。１画素のみ抽出を繰り返す方法は、輪郭線の延長、連結に要する処理時間が短いという利点があるが、画像中のノイズなどの影響により、延長した輪郭が他方の輪郭とうまくつながらず閉曲線とならない場合がある。複数の画素を抽出する方法は、処理時間が長く、また、幅１画素の輪郭線を得るには、輪郭の延長により輪郭線が閉曲線になった後に上述の非極大抑制処理を行う必要があるが、１画素のみ抽出を繰り返す方法より確実に輪郭を延長し閉曲線を得ることが可能である。
【００１５】
抽出した輪郭線の端点を画素の勾配方向に対し直角の方向に延長していくという輪郭抽出部の動作により、本発明の画像処理装置は画像中の鮮明な対象物だけではなく、一部不鮮明な対象物に関しても検出することができる。
【００１６】
図１は本発明の一実施例を示すブロック図である。製品１に異物や傷などの検出対象物２が存在するかどうかを検査するため、カメラ３にて製品１を撮影し、画像信号を画像入力部４に入力する。画像入力部４は画像信号をデジタルデータに変換し、画像データ記憶部５に出力する。画像データ記憶部５では画像データを画像処理のために記憶する。画像データ記憶部５に記憶された画像データを微分処理部６で処理し、算出された微分強度と勾配方向のデータから輪郭抽出部７にて検出対象物２の輪郭を抽出する。データ処理部８では、抽出された検出対象物２の輪郭より、検出対象物２の数量や大きさなど必要なデータを算出し、ディスプレイ、プリンタなどの出力部９に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明の画像処理装置は、画像中の不鮮明な表面欠陥や異物などの検出対象物を精度良く抽出することができるため、生産ラインにおける製品の外観検査方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。
【図２】画素の微分強度と勾配方向の説明図である。
【図３】輪郭抽出部の動作の説明図である。
【図４】非極大抑制処理前の輪郭抽出画像の説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  製品
２  検出対象物
３  カメラ
４  画像入力部
５  画像データ記憶部
６  微分処理部
７  輪郭抽出部
８  データ処理部
９  出力部
１０  ある画素のＸ方向の微分強度
１１  ある画素のＹ方向の微分強度
１２  ある画素の微分強度
１３  ある画素の勾配方向
１４  輪郭抽出部で抽出されていない画素
１５  輪郭抽出部で抽出された画素
１６  輪郭抽出部で抽出された画素からなる輪郭線の端点である画素
１７  勾配方向
１８  勾配方向に対し直角の方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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