(57)【要約】【課題】作業者などの人為的な要因に依存することなく、凹凸のある測定面を有する測定対象の寸法を精度良く測定できる寸法測定装置を提供する。【解決手段】寸法測定装置は、測定対象を撮影して画像として取り込み所定の箇所の寸法を測定する寸法測定装置において、上記取り込んだ画像の所定の箇所の寸法を規定する測定面に対応する寸法測定のための基準線を検出する手段と、上記検出した基準線間の寸法を計測する手段と、を有する演算部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象を撮影して画像として取り込み所定の箇所の寸法を測定する寸法測定装置において、
上記取り込んだ画像の所定の箇所の寸法を規定する測定面に対応する寸法測定のための基準線を検出する手段と、
上記検出した基準線間の寸法を測定する手段と、
を有する演算部を備えることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
上記基準線を検出する手段は、予め設定された上記測定面に平行な線分のうち上記測定対象と所定の割合重なっている線分を上記基準線として検出することを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項３】
上記基準線を検出する手段は、上記所定の割合を可変することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
上記測定対象を照明する照明部を備え、
上記演算部は、上記取り込んだ画像の明るさが所定の範囲内になるよう上記照明部を調整する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項５】
上記演算部は、予め設定された上記寸法測定する所定の箇所、上記所定の箇所の寸法を規定する測定面および上記測定面に平行な線分が登録されているデータベースを有することを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項６】
上記演算部からのデータを表示する表示部および上記演算部にデータを入力する操作部を備え、
上記基準線を検出する手段は、上記基準線が検出できないとき上記表示部に上記取り込んだ画像を表示し、且つ上記操作部から入力された線分を当該測定面の基準線とすることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項７】
上記測定対象との距離が異なっても撮影した画像が光学的に歪まないよう調整する機能を有する画像入力部を備えることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項８】
上記測定対象の背景は、取り込まれた背景の画像の輝度が取り込まれた測定対象の画像の輝度と区別できるような明度であり、
上記演算部は、上記取り込んだ画像の画素の輝度分布から上記測定対象の画像と上記背景の画像とを分ける２値化閾値を求める２値化閾値検出手段と、上記２値化閾値を用いて上記取り込んだ画像を２値化画像に変換する画像変換手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測定対象を撮影した画像を解析して所定の箇所の寸法を測定する寸法測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、寸法を測定する場合、ものさし、ノギス、マイクロメータなどの測定器具を用いて測定を行っていたが、この方法だと作業者による人為的な測定誤差の混入や、測定箇所が増えることによる作業時間の増加といった問題があった。
そこで、人為的な測定誤差の混入を防ぐために、入力画像を基に画像処理技術を用いて寸法測定する手法がある（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２１８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、入力画像を基に画像処理技術を用いて寸法測定するためには、測定面が平坦であるなどの条件を満足しないと寸法測定に誤差が生じ、特に凹凸のある測定面では精度の高い寸法測定が困難であるという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、作業者などの人為的な要因に依存することなく、凹凸のある測定面を有する測定対象の寸法を精度良く測定できる寸法測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る寸法測定装置は、測定対象を撮影して画像として取り込み所定の箇所の寸法を測定する寸法測定装置において、上記取り込んだ画像の所定の箇所の寸法を規定する測定面に対応する寸法測定のための基準線を検出する手段と、上記検出した基準線間の寸法を計測する手段と、を有する演算部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る寸法測定装置の効果は、撮影して取り込んだ撮影画像に線分を描き、描いた線分に重なる画素のうち測定対象物の画素の割合が所定の範囲内のときの線分を基準線として用い、且つ基準線が凹凸を均したものなので、寸法を測定するための測定面に凹凸があっても精度良く寸法を測定することができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、この発明の実施の形態に係る寸法測定装置の全体構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態に係る寸法測定装置１は、画像入力部２、演算部３、表示部４、照明部５、および操作部６を備える。
この寸法測定装置１により寸法が測定される測定対象物７は、背景８の前に配置され画像入力部２により撮影される。測定対象物７の明度は９０％以上、背景８の明度は１０％以下になるように彩色される。このようにして測定対象物７と背景８の明度が大きく異なると、撮影した画像の輝度を２５５階調で表した場合、図２に示すように、頻度のピークが２個存在する輝度分布が得られる。そして、輝度の小さい方のピークを背景８に係る画素および輝度の大きい方のピークを測定対象物７に係る画素の輝度とみなせるので、２つのピークの間の最小の頻度の輝度を２値化閾値とすることができる。そして、この２値化閾値を用いて画素の輝度が０階または２５５階のいずれかである画素に変換することができる。このように変換して得た２値化画像は測定対象物７と背景８の境界が明瞭に表される。なお、以下の説明では輝度が０階の画素を高輝度画素および２５５階の画素を低輝度画素と称す。
【０００９】
画像入力部２は、測定対象物７を撮影して撮影画像を取り込み、取り込んだ撮影画像をアナログからデジタルに変換し、デジタルに変換した撮影画像を演算部３に送る。この時、画像入力部２は、測定対象物７が最適な明るさになるように照明部５により測定対象物７に照明を当てて撮影する。
また、画像入力部２は、測定対象物７との距離が異なっていても撮影画像に歪みが発生しないように調整する機能を有している。このため、取り込まれた撮影画像には歪みがなく、測定対象物７の形状を正確に画像として取り込むことができる。
【００１０】
演算部３は、画像入力部２で撮影した撮影画像の全画素を輝度検査エリアとし、この輝度検査エリアの平均輝度を算出し、算出した平均輝度が所定の許容範囲に入るように照明部５を制御して明るさを変えて撮影する。なお、撮影画像の全画素を輝度検査エリアとしているが、必ずしもこれに限らずある特定の領域、例えば図１３に示す輝度検査エリアに関して平均輝度を算出しても良い。
また、演算部３は、撮影画像を画像解析して所定の箇所の寸法測定に用いる基準線を検出し、検出した基準線を用いて所定の箇所の寸法を画像処理により算出する。
また、演算部３は、基準線を検出できなかったとき、表示部４に撮影画像を表示し、寸法測定装置１を操作する操作者が操作部６を用いて入力した線分を基準線とする。
【００１１】
表示部４は、画像入力部２で取り込んだ撮影画像と演算部３で求めた寸法結果を表示する。
測定対象物７は撮影台１９上に配置される。
【００１２】
次に、この発明の実施の形態に係る寸法測定装置１で測定する測定対象物７の例を説明する。三角図法で図示された例の測定対象物７の正面図は、図３に示すように図示されており、外形は５本の辺Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３により表されている。そして、寸法を測定する箇所として、寸法Ｌ１、寸法Ｌ２、寸法Ｌ３の３箇所が設定されている。この寸法Ｌ１は辺Ａ１と辺Ａ２の間の寸法であり、寸法Ｌ２は、辺Ｂ１と辺Ｂ２の間の寸法であり、寸法Ｌ３は、辺Ａ２と辺Ａ３の間の寸法である。
そこで、測定する寸法と各寸法に係る２つの辺を予め設計図面から読み取り、図４に示すように、寸法測定対象表として整理しておく。
【００１３】
また、辺に対応する基準線を検出するために、図５に示すように、辺Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３に対応する基準線検出エリアＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を予め設計図面上に設定する。基準線検出エリアＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、それぞれ寸法に係る辺Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３の両側１０％を除いた線分を辺に対して垂直方向に両側に平行移動した２辺が相対する２辺である四角形である。そして、線分を移動する方向は辺に対して垂直方向と定めてある。
また、各基準線検出エリアに対応する辺の両側１０％を除いた線分を初期線分として設定する。そして、基準線検出エリアＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の四隅および初期線分の両端の位置を画素の位置を用いて表現し、図６に示すように、辺関連データ表として整理しておく。
【００１４】
図７は、この発明の実施の形態に係る寸法測定装置を具体的に構成したシステム構成図である。
画像入力部２は、デジタルカメラ１１から構成される。このデジタルカメラ１１は、測定対象物７との距離に依存せず、歪みの無い撮影画像を取り込むことができる。
演算部３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路を有するコンピュータ１２と寸法の測定に必要な寸法測定対象表および辺関連データ表が格納されているデータベース１３から構成されている。そして、デジタルカメラ１１とコンピュータ１２は通信線１７を介して接続されており、デジタルカメラ１１が撮影した撮影画像および撮影条件等が送受信される。
【００１５】
表示部４はディスプレイ１５から構成され、ディスプレイ１５には、コンピュータ１２に取り込まれた撮影画像および寸法の測定結果を表示する。
照明部５は、照明装置１４から構成される。そして、照明装置１４はコンピュータ１２と制御線１８を介して接続されている。照明装置１４は、測定対象物７の表面および側面を均一に照らすように複数個所から点灯する。
操作部６は、キーボード１６から構成される。
【００１６】
図８は、この発明の実施の形態に係るコンピュータの機能ブロック図である。
コンピュータ１２は、取り込んだ撮影画像の全画素の輝度の平均輝度を算出し、算出した平均輝度が所定の範囲に収まるように照明装置１４の照明条件を制御する照明制御手段２１、基準線検出エリア毎に基準線検出エリアに含まれる画素の輝度分布を求め、求めた輝度分布の２つのピークの間の頻度が最小の輝度を２値化閾値として検出する２値化閾値検出手段２２、および２値化閾値を用いて基準線検出エリアに含まれる撮影画像を２値化画像に変換する画像変換手段２３を有する。
【００１７】
また、コンピュータ１２は、基準線検出エリア毎にデータベース１３から基準線検出エリアおよび初期線分を読み出し、読み出した初期線分または水平移動した線分のうち測定対象物７に該当する高輝度画素と重なる線分の割合が所定の範囲内のとき該線分を基準線として検出する基準線検出手段２４、基準線検出手段２４で基準線が検出できないとき検出できない基準線検出エリアの２値化画像をディスプレイ１５に表示し、入力された線分をその基準線検出エリアの基準線とする手動入力手段２５、検出した基準線（手動で入力した基準線も含む）を用いて寸法を測定する寸法測定手段２６、および検出された基準線（手動で入力した基準線も含む）および測定した寸法を撮影画像に重ね合わせてディスプレイ１５に表示する表示手段２７を有する。
【００１８】
図９は、この発明の実施の形態に係る寸法測定装置を用いて寸法測定を行う手順を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態に係る寸法測定装置１を用いて寸法測定を行う手順を説明する。
ステップＳ１において、測定対象物７を撮影して撮影画像を取り込む。
ステップＳ２において、取り込んだ撮影画像の全画素の平均輝度を算出する。
ステップＳ３において、算出した平均輝度が所定の許容範囲内か否かを判断し、平均輝度が許容範囲内でないときステップＳ４に進み、平均輝度が許容範囲内のときステップＳ５に進む。
ステップＳ４において、照明装置１４の照明条件を平均輝度が許容範囲内に入るよう変更してステップＳ１に戻る。ステップＳ１では再度撮影を行う。この処理は、撮影画像において基準線を高精度で決定するために必要な処理であり、結果的に精度の高い寸法測定を行うことが可能となる。
【００１９】
ステップＳ５において、データベース１３の辺関連データ表に登録されている基準線検出エリアのうちまだ基準線を検出していない基準線検出エリアの４隅のデータを読み出し、４隅のデータが読み出された基準線検出エリアに含まれる画素の輝度分布を求める。そして、図２に示すように、求めた輝度分布の２つのピークの間の頻度が最小の輝度を２値化閾値とする。
【００２０】
ステップＳ６において、その２値化閾値を用いて基準線検出エリアの撮影画像を２値化画像に変換する。
ステップＳ７において、データベース１３の辺関連データ表からその基準線検出エリアに対応する線分の両端のデータを読み出し、読み出した両端のデータを結ぶ線分と重なる画素のうち高輝度画素の占める割合を求める。
ステップＳ８において、高輝度画素が占める割合が所定の範囲内であるか否かを判断し、高輝度画素の占める割合が所定の範囲外のときステップＳ９に進み、高輝度画素の占める割合が所定の範囲内のときステップＳ１４に進む。
ステップＳ９において、線分を１画素分水平移動する。
ステップＳ１０において、線分が基準線検出エリア内か否かを判断し、線分が基準線検出エリア外のときステップＳ１３に進み、線分が基準線検出エリア内のときステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１において、移動した線分と重なる画素のうち高輝度画素の占める割合を求める。
ステップＳ１２において、高輝度画素が占める割合が所定の範囲内であるか否かを判断し、高輝度画素の占める割合が所定の範囲外のときステップＳ９に戻り、高輝度画素の占める割合が所定の範囲内のときステップＳ１４に進む。
【００２１】
ステップＳ１３において、検出できない基準線検出エリアの２値化画像をディスプレイ１５に表示し、キーボード１６を操作して入力された線分をその基準線検出エリアの基準線とする。すなわち、ディスプレイ１５に表示した撮影画像を見ながらキーボード１６の手動操作により、線分を上下に移動することにより、基準線を目視決定する。
ステップＳ１４において、基準線の未検出の基準線検出エリアがあるか否かを判断し、基準線の未検出の基準線検出エリアがあるときステップＳ５に戻り、基準線の未検出の基準線検出エリアがないときステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５において、寸法測定表から寸法と各寸法に係る２つの辺を読み出し、２つの辺を検出した２つの基準線で置き換え、置き換えた２つの基準線間の画素数と画像解像度により寸法を算出する。
【００２２】
次に、撮影して取り込んだ撮影画像を画像解析して寸法を測定する様子を説明する。図１０には、図３に設計図面での外形が図示されている測定対象物７を撮影して取り込んだ撮影画像を示す。そして、寸法Ｌ３を測定する例を説明する。寸法Ｌ３は辺Ａ２と辺Ａ３の間の距離であり、辺Ａ２と辺Ａ３にはそれぞれ基準線検出エリアＣ３と基準線検出エリアＣ５が対応している。
基準線検出エリアＣ３と基準線検出エリアＣ５の２値化画像はそれぞれ図１１と図１２に示される。そして、基準線を求めるために線分と重なる画素のうち高輝度画素の占める割合に対する所定の範囲として７０％以上且つ８０％以下の範囲を採用する。なお、所定の範囲として上述の範囲に限るものではなく、測定対象物７の仕上げでの粗さなど機械加工の条件に従って適宜設定すれば良い。
【００２３】
図１１に示すように、基準線検出エリアＣ３の２値化画像上で線分を図上で上下方向に移動すると、線分と重なる画素のうち高輝度画素の占める割合が変化する。線分１、２、３、４、５、６、７では、それぞれ割合が０％、３％、３％、２３％、８０％、８３％、９０％となる。そこで基準線として採用するのは割合が７０％以上且つ８０％以下の範囲にあるときなので、線分５が基準線として採用される。
同様に、図１２に示すように、基準線検出エリアＣ５の２値化画像上で線分を図上で上下方向に移動すると、線分と重なる画素のうち高輝度画素の占める割合が変化する。線分１１、１２、１３、１４、１５では、それぞれ割合が０％、６％、２０％、８０％、１００％となる。そこで基準線として採用するのは割合が７０％以上且つ８０％以下の範囲にあるときなので、線分１４が基準線として採用される。
【００２４】
このようにして寸法Ｌ３を測定するための線分５と線分１４が検出されたので、図１０に示すように、線分５と線分１４との間の画素数と１つの画素の大きさから撮影画像上での線分５と線分１４との間の距離が求まる。そして、線分５と線分１４との間の距離を画像解像度を用いて変換することにより寸法Ｌ３が測定できる。
【００２５】
この発明の実施の形態に係る寸法測定装置１は、撮影して取り込んだ撮影画像に線分を描き、描いた線分に重なる画素のうち測定対象物の画素の割合が所定の範囲内のときの線分を基準線として用いて寸法し、且つ基準線が凹凸を均したものなので、寸法を測定するための基準面に凹凸があっても精度良く寸法を測定することができる。
【００２６】
また、測定対象物７と背景８の明度が例えば９０％以上と１０％以下と大きく異なるので、２５５階調で表したときの撮影した測定対象物７と背景８の画像の輝度が例えば２００階以上と５０階以下と大きく異なり、取り込んだ撮影画像を測定対象物７が高輝度画素で且つ背景８が低輝度画素で表すことができる２値化画像に変換することができる。
【００２７】
また、取り込んだ撮影画像の平均輝度が測定対象物７と背景８との境界が明瞭に映される所定の範囲に入るように照明装置１４の照明条件を調整するので、測定対象物７と背景８とが正確に高輝度画素と低輝度画素に変換することができる。
また、デジタルカメラは測定対象物７との距離が変化しても撮影して取り込んだ撮影画像に画像内の位置による歪みを発生しないように調整する機能を有しているので、寸法を正確に測定することができる。
また、基準線検出エリア毎に同一の検出条件で基準線を検出するためバラツキがなくなる。
なお、上述の説明では、辺として水平および垂直の辺を例にしているが、斜めの辺に対しても同様に基準線検出エリアおよび初期線分を予め設定し、線分を基準線検出エリア内で移動すれば基準線を検出することができる。
【００２８】
また、上述の説明では、撮影画像の基準線検出エリアに含まれる画素の輝度分布の２つのピークの間の頻度が最小の輝度を２値化閾値として撮影画像を２値化画像に変換している。これは、図１３に示すように、撮影画像のうち測定対象物７の画像の内側に輝度検査エリアを設定し、このエリア内の平均輝度を算出し、この算出した平均輝度が所定の許容範囲内に入るように照明条件を調整して、測定対象物７と背景８の明度差が明瞭になるように設定している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態の寸法測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】測定対象物と背景とのそれぞれ対応する２つのピークを有する輝度分布図である。
【図３】この発明の実施の形態の寸法測定装置により寸法を測定する測定対象物の設計図面である。
【図４】データベースに格納されている寸法測定対象表のデータ構造図である。
【図５】基準線を検出するために設定する基準線検出エリアの配置図である。
【図６】データベースに格納されている辺データ関連表のデータ構造図である。
【図７】この発明の実施の形態に係る寸法測定装置を具体的に構成したシステム構成図である。
【図８】この発明の実施の形態に係るコンピュータの機能ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態に係る寸法測定装置を用いて寸法測定を行う手順を示すフローチャートである。
【図１０】図３に設計図面での外形が図示されている測定対象物を撮影して取り込んだ撮影画像である。
【図１１】基準線検出エリアＣ３で基準線を検出する様子を示す図である。
【図１２】基準線検出エリアＣ５で基準線を検出する様子を示す図である。
【図１３】輝度検査エリアを測定対象物の画像の内側に設定した様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  寸法測定装置、２  画像入力部、３  演算部、４  表示部、５  照明部、６  操作部、７  測定対象物、８  背景、１１  デジタルカメラ、１２  コンピュータ、１３  データベース、１４  照明装置、１５  ディスプレイ、１６  キーボード、１７  通信線、１８  制御線、１９  撮影台、２１  照明制御手段、２２  ２値化閾値検出手段、２３  画像変換手段、２４  基準線検出手段、２５  手動入力手段、２６  寸法測定手段、２７  表示手段。
【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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