(57)【要約】【課題】  小内径の円筒や孔の内面の傷や欠陥の状態を検査するために最適な内面の画像を得る。【解決手段】  ファイバーを利用したスコープヘッド２の中心と円筒１の内面の中心を一致するように配置して、スコープヘッド２をスコープヘッド移動装置６により移動させながら円筒１の内面の画像を撮像し、撮像された画像情報を画像処理装置１０の画像取り込み部１１に取り込み、取り込んだ画像の中から、円周部画像切り出し部１２で異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像情報を円周部画像保存部１３で保存する一連の処理を順次行い、保存された画像情報から内面の画像を生成表示部１４で表示する。【選択図】図１
2007024736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内面の画像を撮像するに際し、該管路内部を撮像手段のヘッド部が管路の路軸方向に移動可能にし、前記ヘッド部を前記路軸方向に移動させながら前記管路内面の画像を撮像し、移動撮影に伴う、前記ヘッド部から遠近複数地点間の画像情報から、前記内面の画像を生成表示することを特徴とする画像生成方法。
【請求項２】
円筒内面の画像を撮像する撮像手段と円筒内面の中心と撮像手段のヘッド部の中心を一致させてヘッド部を軸方向に移動させる移動手段と撮像手段で撮影された画像を取り込んで画像処理を行う画像処理装置とからなる画像撮像装置を用いて、前記ヘッド部を円筒の軸方向に移動させながら円筒内面の画像を撮像し、撮像された画像情報を画像処理装置に取り込み、取り込んだ画像の中から、異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存して保存された画像情報から内面の画像を生成表示することを特徴とする画像生成方法。
【請求項３】
管路内面の画像を撮像する装置であって、前記管路内部を撮像手段のヘッド部を管路の路軸方向に移動可能とする移動手段と、前記ヘッド部を前記路軸方向に移動させながら前記管路内面の画像を撮像する撮像手段と、移動撮影に伴う前記ヘッド部から遠近複数地点間の画像情報から前記内面の画像を生成表示する表示手段とを備えてなることを特徴とする画像生成装置。
【請求項４】
円筒内面の画像を撮像する撮像手段と円筒内面の中心と撮像手段のヘッド部の中心を一致させてヘッド部を軸方向に移動させる移動手段と撮像手段で撮影された画像を取り込んで画像処理を行う画像処理装置とからなる画像撮像装置を用い、前記ヘッド部を円筒の軸方向に移動させながら円筒内面の画像を撮像し、撮像された画像情報を画像処理装置に取り込み、取り込んだ画像の中から、異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存するコンピュータと、該保存された画像情報から内面の画像を生成表示する表示手段とを備えることを特徴とする画像生成装置。
【請求項５】
前記撮像手段のヘッド部の中心が前記内面の中心を移動できるように、前記ヘッド部に位置決め用のガイドを設けたことを特徴とする請求項３または４の画像生成装置に適用する撮像手段のヘッド。
【請求項６】
撮像手段のヘッド部に側面全周を撮像するための円錐形のミラーを取り付けていることを特徴とする請求項３または４の画像生成装置に適用する撮像手段のヘッド。
【請求項７】
管路内面の画像を撮像するに際して、該管路内部を撮像手段のヘッド部が管路の路軸方向に移動可能にし、前記ヘッド部を前記路軸方向に移動させながら前記管路内面の画像を撮像し、移動撮影に伴い、撮像手段により撮像された画像情報を取り込み、取り込んだ画像の中から異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存して保存された画像情報から内面の画像を生成表示するための処理を行う画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像生成方法及び画像生成装置に係り、特に、内径が大よそ１０mm前後の細管や筒状部品の内面の状態、とりわけ傷や欠陥等を検査する自動検査装置の内面の画像を取得するのに好適な画像生成方法及び画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の円筒内面の画像撮像方法としては、例えば特開平８−８２７５３号公報に記載されるように円筒内面の画像を撮像するために、平面鏡や照明用の発光部を備えたヘッド光学機構を円周方向に回転させながら円筒内面を走査してリニヤセンサを内蔵するＣＣＤカメラに結像させて画像を撮像する方法があった。
【０００３】
他に特開平１１−２３４７７号公報に記載されるように、ＣＣＤ撮像素子を直線状に配列してなるラインセンサを円筒内に挿入して、回転させることにより、円筒内面を走査して画像を再生する方法も考案されていた。
【０００４】
また近年、一般的に普及してきた、ファイバー素子をカメラのヘッド部に使用した内視鏡等に利用されている細い径の内視カメラを円筒内部に挿入して、内視カメラで撮影された画像を覗きながら目視で観察する方法も行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−８２７５３号公報
【特許文献２】特開平１１−２３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記の公報記載に代表される従来技術では、ヘッド光学機構やラインセンサを小型化することが技術的に容易ではなく、製作コストも高くなり、実用上は４０mm以上の大きな内径を有する円筒内部の撮像には適用できるものの、大よそ２０mm以下の小さな内径の円筒内部の画像を撮像する用途には適用できなかった。
【０００７】
また内視カメラを使用した観察方法では、できるだけ広い視野を覗けるように通常、カメラヘッド部に広角レンズを用いており、撮像される画像は中心部と周辺部ではレンズの倍率や焦点深度が異なるため、全体的に歪のある画像となっており、欠陥や傷の有無は確認できるが、欠陥や傷の大きさを正確に把握することはできなかった。更に、内視カメラ使用した観察方法では、カメラの保持や位置調整等に多くの時間と労力を要し、生産ラインで大量に検査を行う場合には適用できなかった。
【０００８】
そして上記のように従来は小さな内径の円筒部を正確に撮像する方法が開発されていない為に、生産ライン等で円筒内部の傷や欠陥の自動検査を行うことはできなかった。
【０００９】
上記に鑑み、本発明は２０mm以下の小径の円筒であっても、内部の画像を生産ラインでの自動検査が可能な内面画像を生成する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために内面の画像撮影には、ヘッド部が小型化できるファイバーを使用した安価なマイクロスコープや内視カメラに使用されているヘッドを利用する。
【００１１】
近年、ファイバースコープや内視カメラのカメラヘッド部の外形寸法は５mm前後のものまで製品化され、小径孔内部の観察等に利用されている。
【００１２】
この小型のファイバースコープや内視カメラのヘッド部を対象となる円筒内部に挿入して軸方向に移動させてディジタルカメラ等の撮像手段で撮像し、撮像された画像のうち、異なる半径の円周で囲まれた画像のみを順次切り取り保存し、この切り取った画像から円筒内面の全体画像を平面画像として生成するものである。
【００１３】
通常、ファイバースコープや内視カメラの先端にはできるだけ広い視野を覗けるように広角のレンズが使用され中心部と外周部では倍率や焦点深度が異なっているが、同じ半径の円周部分では、倍率焦点深度はほぼ一定であると考えて良い。その為、ヘッドの中心を円筒内径の中心と一致させて撮影した画像は、同じ半径の円周上では同じ倍率の画像で構成されていることになる。
【００１４】
今、上記のように撮像された画像の中から、近接した２つの異なる半径ｒとｒ＋Δの円周で囲まれる画像を切り出すと、この画像は同じ倍率で撮像されたΔの幅を持った線の画像情報と考えることができる。このΔに相当する円筒内面の軸方向の微小長さをＤとすると、次にヘッドをＤだけ円筒の軸方向に移動させて撮像すると半径ｒとｒ＋Δの円周で囲まれる画像は移動前の画像からＤだけ移動した隣接画像が得られることになる。この隣接画像を同じように切り出すと同様の倍率のΔの幅をもった線の画像情報となる。このようにして得られた線の画像情報を順次作成して結合すると同じ倍率をもつ平面の画像を生成することができる。
【００１５】
一般的に広角レンズを使用した場合、円筒内面を斜め方向から撮像することになり、真横から撮像する場合に比べて、実際の寸法より短く撮像されることになるが画像を切り出す部分の撮像装置の撮影角度を考慮することにより、補正することが可能であり実用上問題ない画像精度を得ることができる。
【００１６】
また、撮像手段で撮像された画像の中から画像を切り出す場合の切り取り幅は生成表示する画像の精度と撮像時間を考慮して決定される。画像の切り出し幅を小さく、ヘッドの移動速度を遅くすると撮像される画像の分解能が向上し、生成する画像の精度を向上することができるが、画像の撮像時間が長くなる。
【００１７】
ファイバーを使用したファイバースコープや小型の内視カメラは一般に細い円筒内部を目視で観察する場合等に広く普及利用されており、価格も安価になっている。
【００１８】
よって、本発明の画像生成方法は、（１）管路内面の画像を撮像するに際し、管路内部を撮像手段のヘッド部が管路の路軸方向に移動可能にし、ヘッド部を前記路軸方向に移動させながら管路内面の画像を撮像し、移動撮影に伴う、ヘッド部から遠近複数地点間の画像情報から、内面の画像を生成表示することを特徴とし、或いは、（２）円筒内面の画像を撮像する撮像手段と円筒内面の中心と撮像手段のヘッド部の中心を一致させてヘッド部を軸方向に移動させる移動手段と撮像手段で撮影された画像を取り込んで画像処理を行う画像処理装置とからなる画像撮像装置を用いて、ヘッド部を円筒の軸方向に移動させながら円筒内面の画像を撮像し、撮像された画像情報を画像処理装置に取り込み、取り込んだ画像の中から、異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存して保存された画像情報から内面の画像を生成表示することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の画像生成装置は、（１）管路内面の画像を撮像する装置であって、管路内部を撮像手段のヘッド部を管路の路軸方向に移動可能とする移動手段と、ヘッド部を前記路軸方向に移動させながら管路内面の画像を撮像する撮像手段と、移動撮影に伴うヘッド部から遠近複数地点間の画像情報から前記の内面の画像を生成表示する表示手段とを備えてなることを特徴とし、或いは、（２）円筒内面の画像を撮像する撮像手段と円筒内面の中心と撮像手段のヘッド部の中心を一致させてヘッド部を軸方向に移動させる移動手段と撮像手段で撮影された画像を取り込んで画像処理を行う画像処理装置とからなる画像撮像装置を用い、ヘッド部を円筒の軸方向に移動させながら円筒内面の画像を撮像し、撮像された画像情報を画像処理装置に取り込み、取り込んだ画像の中から、異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存するコンピュータと、該保存された画像情報から内面の画像を生成表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の各画像生成装置に適用する撮像手段のヘッドは、撮像手段のヘッド部の中心が前記内面の中心を移動できるように、前記ヘッド部に位置決め用のガイドを設けることや、撮像手段のヘッド部に側面全周を撮像するための円錐形のミラーを取り付けることが好ましい。
【００２１】
更に、本発明の画像処理装置は、管路内面の画像を撮像するに際して、該管路内部を撮像手段のヘッド部が管路の路軸方向に移動可能にし、前記ヘッド部を前記路軸方向に移動させながら前記管路内面の画像を撮像し、移動撮影に伴い、撮像手段により撮像された画像情報を取り込み、取り込んだ画像の中から異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存して保存された画像情報から内面の画像を生成表示するための処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば従来は困難であった内径が１０mm前後の細管や筒状部品の内面の画像を精度良く生成することができ、傷や欠陥の大きさや位置を把握することができる。この画像情報を入力として通常の検査装置で処理を行うことによりラインでの自動検査が行え、製品の品質向上や作業者に対する作業改善を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明を適用した画像生成装置の一実施例の構成図であり、１は撮像対象となる円筒、２は円筒１の内面の画像を取り込むためのスコープヘッドである。尚、本例では円筒としているが、円管のような管体に限らず（角管でも良いし）、管路が形成されていれば管路を形成する構造体の形状，状態は問わない。つまり概観が管状でなくとも良く、例えば直方体でも球体でも、要するにバルク内へ入る孔の入り口があって、そこからバルク内へ路が延びていれば本願で言う管路の概念に含まれる。
【００２５】
スコープヘッド２で取り込まれた画像は、ファイバーケーブル３を経由し、カメラアダプタ４を介して撮像カメラ５に導かれて撮像される。スコープヘッド２は被写体となる円筒１の内径の中心と一致するように、スコープヘッド移動装置６に支持固定されており、撮像カメラ５で撮像される画像の中心と円筒１の内部の中心が常に一致するように構成されている。撮像カメラ５は撮像された画像を電気信号に変換し、他の機器と接続するための制御装置を内蔵している。
【００２６】
スコープヘッド移動装置６はスコープヘッド２を円筒１の軸方向に移動させるものであり、速度制御ユニット７で移動速度を制御できる。また光源装置８から発光された照明光がライトガイドケーブル９でファイバーケーブル３へ導かれており、円筒１内部の撮像のための照明を供給する。
【００２７】
１０は撮像カメラ５から画像信号を取り込んで処理するための画像処理装置であり、内部の処理は撮像カメラ５で撮影された画像を取り込むための画像取り込み部１１，取り込んだ画像の中から円周部の画像を切り出す円周部画像切り出し部１２，切り出された円周部画像を保存する円周部画像保存部１３，保存された画像を画面に生成表示する画像生成表示部１４から構成されている。このような処理を行うために、撮像カメラ５とはシャッター制御信号１５，画像情報信号１６を、速度制御ユニット７とは起動（または停止）信号１７の、各信号の送受信を行う。
【００２８】
図２は撮像カメラ５で撮像された画像を基に、画像処理装置１０で処理する内容を説明するための図で、（ａ）はスコープヘッド２で取り込まれる円筒１の視野範囲、（ｂ）は撮像される画像のイメージ図、（ｃ）は画像情報の保存イメージを示す。
【００２９】
以下本実施例である図１の１サイクルの動作について説明する。
【００３０】
図１において、スコープヘッド２は円筒１内に挿入され、スコープヘッド２と円筒１の中心が一致するように設置されている。スコープヘッド２には画像を撮像カメラ５に導くためのファイバーケーブル３とカメラアダプタ４が接続されている。更に、光源装置８から出力された照明光がライトガイドケーブル９を経由してファイバーケーブル３に結合され、スコープヘッド２に照明光を供給する。
【００３１】
この状態で画像処理装置１０から速度制御ユニット７へ起動信号１７が入力されると、指定された一定の速度に対応してスコープヘッド移動装置６が円筒１の軸方向に移動する。スコープヘッドの移動中に画像処理装置１０からシャッター制御信号１５が出力されると撮像カメラ５が円筒１内の画像を撮影し、画像処理装置１０は撮像カメラ５から画像情報１６を取得する。この時、スコープヘッド２には、できるだけ広い視野範囲を撮像できるように先端部に広角のレンズが装着されており、円筒１の内部に挿入されたスコープヘッド２で撮影された画像も広角の画像が取り込まれることになる。
【００３２】
図２の（ａ）に円筒１の内面のスコープヘッド２の視野範囲を、撮像される画像のイメージを（ｂ）に示す。（ｂ）に示されているように撮像される画像は同心円状に奥行きをもち、かつ中心部と外周部では画像の倍率が異なるため、歪んだものとなっている。
【００３３】
ここで（ａ）において画像取り込み内面１８として示される円筒内面の軸方向の長さＤに相当する範囲に着目し、この範囲は図２の（ｂ）において、画像切り取り範囲１９で示される内径ｒ２０と外径ｒ＋Δ２１の半径の範囲で囲まれた範囲に対応しているものとする。
【００３４】
今、この状態で撮像カメラ５で撮像された画像は撮像カメラで画像情報の電気信号として変換され、画像処理装置１０の内部の画像取り込み部１１に入力される。画像取り込み部１１に入力された画像は円周部画像切り出し部１２で、図２の（ｂ）に示す画像切り取り範囲１９で示された同心円状の部分の画像のみを切り取る。画像切り取り範囲１９は内径ｒ２０と外径ｒ＋Δ２１の半径の範囲で囲まれており、例えば起点２２を始点として走査方向２３の向きに画像データを全周に渡って、取り込んでいく。このように同心円状に画像を切り出すことにより、ほぼ同一の倍率で撮像される画像のみを取り出すことができる。
【００３５】
次に円周部画像切り出し部１２で切り出された画像は円周部画像保存部１３に入力される。図２の（ｃ）は円周部画像保存部１３で保存される画像データの保存イメージを示す。円周部画像切り出し部１２で切り出された画像データは図２の（ｂ）で示される内径ｒ
２０と外径ｒ＋Δ２１の半径の範囲の幅ｄを持った１次元の情報と考えることができる。ここで幅ｄは図２（ａ）における着目対象内面の軸方向の長さＤに相当するデータの幅に対応する。
【００３６】
従って図２の（ｃ）に示すとおり円周部画像切り出し部１２で切り出された画像は円周部画像保存部１３では幅ｄを持って走査方向２３の長さに対応した線のデータとして保存済みのデータと一緒に保存される。
【００３７】
円周部画像保存部１３で保存されると次に図１のスコープヘッド移動装置６が軸方向の長さＤだけ軸方向に移動したタイミングで画像処理装置１０からシャッター制御信号１５を出力して撮像カメラ５で画像を撮像する。このとき撮像される画像はスコープヘッド２が軸方向に長さＤだけ移動した画像であり、この時保存される切り取り画像は図２の(ａ)で示された画像取り込み内面１８（着目範囲）の隣接した範囲の情報となり、これらの画像情報を取り込み、保存して全画像を取り込んだ後に、結合すれば画像の重なりのない画像情報を得ることができる。
【００３８】
以下同様にスコープヘッド移動装置６を移動させながらの同様の処理を繰り返して行うことにより、円筒１の軸方向に沿って画像を取り込み保存することができる。この結果、円筒１の全長にわたって倍率が一定でひずみのない画像情報を得ることができる。このようにして保存された画像は画像処理装置１０の画像生成表示部１４で平面的な画像として円筒内面を表示することができる。
【００３９】
また、画像の取り込み開始位置と円筒内部の位置を規定しておけば円筒内部の傷や欠陥の座標（位置）、大きさ等を数値化することができるため、本画像を利用して検査を行うことが可能となる。
【００４０】
本実施例の画像切り取り範囲の半径方向の幅は使用するスコープヘッドや撮像カメラの画像分解能やスコープヘッドの歪み率や生成する画像の分解能によって任意に設定できる。一般的に画像切り取り幅を小さくして、スコープヘッド２の移動速度を小さくすれば生成される画像の分解能を高くすることが出来る。
【００４１】
上記の実施例では円筒内面を撮像するためにファイバーを使用したスコープヘッドを利用した例を示したが円筒内に挿入できる小型のカメラであれば内視カメラでも適用可能である。
【００４２】
またカメラヘッド移動装置は一定速度で移動しながら撮像する方法を説明したが、撮影のタイミングに合わせて、スコープヘッド移動装置６を起動，停止を繰り返すパターンで動作させる方法を採用しても良い。
【００４３】
また本方式では直線状の円筒だけではなく、曲線上の円筒内部の撮像にも適用することができる。そのために図３に示した位置決め用のガイド２４をスコープヘッド２の先端部に取り付けることによりカメラヘッドを軸方向に移動させる際に、常にスコープヘッド２が円筒１の中心を移動できるようにすることが可能となり、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
一般に広角レンズで撮影した画像では斜めから撮影した側面の画像を利用することになるため、生成する画像は撮像する角度に応じて補正する必要がある。この影響を除くために広角レンズの代わりに側面のみを直視して撮像できるように図４に示すような円錐型のミラー２５を使用して撮像することにより、より精度の高い生成画像を得ることができる。円錐ミラー２５はプラスチック等の透明筒体２６に保持されており、これをスコープヘッド２の先端に取り付けて使用する。
【００４５】
以上説明したように本実施例装置及び方法では複雑な光学系を使用することなく、安価な撮像手段を利用することで、コスト的にも有利な方法を提供できる。更に撮像手段のヘッドの位置が円筒内面の中心を保持するようにヘッドに円筒内面と接しながら移動するような位置決めのガイドを設ければ、直線の円筒部品だけでなく、曲線のパイプや円筒に対しても円筒内部の画像を撮像することができる。例えば広角レンズで撮影された全視野の画像の中で、側面の部分の画像だけを利用する。そうすれば、円筒の側面だけを撮像するための円錐ミラー等のユニットを追加することで、必要な側面の画像だけを精度よく撮像することが可能となり、生成する画像の分解能の向上を図ることができる。尚、撮像装置で撮像された画像情報を取り込んで、取り込んだ画像の中から、異なる２つの半径の円で囲まれる同心円状の画像部分を切り出して、切り出した画像部分の情報を保存して保存された画像情報から内面の画像を生成表示するための処理をソフトウェア処理で行っても良いが、専用の画像処理基板を使用することにより、より高速で処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る円筒内面の画像を生成するための一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例装置を用いた場合の、円筒内に挿入されたスコープヘッドで撮像される画像と取り込み保存する画像情報のイメージ図である。
【図３】本発明の実施例装置を用いた場合の、撮像カメラのスコープヘッドの中心と円筒の中心が一致するように取り付けられたスコープヘッドのガイドを示す関係説明図である。
【図４】本発明の実施例装置を用いた場合の、円筒内面の側面だけを撮像するための円錐ミラーを取り付けたヘッドの関係説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…円筒、２…スコープヘッド、３…ファイバーケーブル、４…カメラアダプタ、５…撮像カメラ、６…スコープヘッド移動装置、７…速度制御ユニット、８…光源装置、９…ライトガイドケーブル、１０…画像処理装置、１１…画像取り込み部、１２…円周部画像切り出し部、１３…円周部画像保存部、１４…画像生成表示部、１５…シャッター制御信号、１６…画像情報信号、１７…起動信号、１８…画像取り込み内面、１９…画像切り取り範囲、２０…内径ｒ、２１…外形ｒ＋Δ、２２…起点、２３…走査方向、２４…ガイド、２５…円錐ミラー、２６…透明筒体。
【図１】
2007024736.tif 000003
【図２】
2007024736.tif 000004
【図３】
2007024736.tif 000005
【図４】
2007024736.tif 000006