JP6326243B2 - Image processing apparatus and three-dimensional shape measuring apparatus - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、画像から所定の物体を検出する画像処理装置および立体形状計測装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an image processing apparatus and a three-dimensional shape measurement apparatus that detect a predetermined object from an image.
従来、画像から所定の物体を検出する技術として種々の画像処理技術が開発されている。たとえば、特開2005−29312号公報(特許文献1)には、正規化相関法によるパターンマッチングにより、入力画像の中から登録画像(テンプレート画像)と類似する部分画像を特定する技術が開示されている。 Conventionally, various image processing techniques have been developed as techniques for detecting a predetermined object from an image. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-29312 (Patent Document 1) discloses a technique for specifying a partial image similar to a registered image (template image) from an input image by pattern matching using a normalized correlation method. Yes.
この種の画像から所定の物体を検出する技術は、様々な場面に適用することができる。たとえば、CAD情報(Computer Aided Design)などの設計情報にもとづいて複数の対象物要素(たとえばバンプなど)を配設した対象物(ワーク)を作製した場合を考える。この場合、作製された対象物を撮像した画像である対象物画像(ワーク画像)にもとづいて、作製されたワークの各バンプの形状や配設位置が設計情報と比較評価されることがある。 A technique for detecting a predetermined object from this type of image can be applied to various scenes. For example, consider a case where an object (work) in which a plurality of object elements (for example, bumps) are arranged based on design information such as CAD information (Computer Aided Design). In this case, on the basis of an object image (work image) that is an image obtained by imaging the manufactured object, the shape and arrangement position of each bump of the manufactured work may be compared and evaluated with design information.
このとき、設計情報上の位置を定義するための座標系(以下、設計座標系という)における各対象物要素の目標配設位置を示す座標(以下、要素設計座標という)と、対象物画像上の位置を定義するための座標系(以下、実座標系という)における実際に配設された各対象物要素の位置を示す座標(以下、要素実座標という)とを関連付けることが重要となる。以下、要素設計座標と要素実座標とを関連付けるための情報をアライメント情報という。アライメント情報は、要素設計座標と要素実座標とを関連付けるための情報であればよく、例えば設計情報に含まれる基準点の設計座標(以下、基準座標という)に対応する実座標の情報などが含まれる。 At this time, the coordinates (hereinafter referred to as element design coordinates) indicating the target arrangement position of each object element in the coordinate system (hereinafter referred to as design coordinate system) for defining the position on the design information, and the object image It is important to associate the coordinates (hereinafter referred to as element actual coordinates) indicating the position of each object element actually disposed in a coordinate system (hereinafter referred to as actual coordinate system) for defining the position of Hereinafter, information for associating element design coordinates and element actual coordinates is referred to as alignment information. The alignment information may be information for associating the element design coordinates with the element actual coordinates, and includes, for example, information on the actual coordinates corresponding to the design coordinates of the reference point (hereinafter referred to as reference coordinates) included in the design information. It is.
画像から所定の物体を検出する従来の技術は、このアライメント情報を取得する技術として用いることができる。たとえば、所定のテンプレート画像をあらかじめ登録画像としておくことで、ワーク画像に対して正規化相関法によるパターンマッチングを行うことによりアライメント情報を取得することができる。 A conventional technique for detecting a predetermined object from an image can be used as a technique for acquiring this alignment information. For example, by setting a predetermined template image as a registered image in advance, alignment information can be obtained by performing pattern matching by a normalized correlation method on the work image.
しかし、上記の画像から所定の物体を検出する技術は、アライメント情報を取得する技術としては不十分である。 However, the technique for detecting a predetermined object from the above image is insufficient as a technique for acquiring alignment information.
たとえば、直線近似法を用いてアライメント情報を取得する場合、たとえば複数のバンプが2次元に配置されているとき、ワーク画像中の複数のバンプのうち上下端および左右端に沿った直線を最小2乗法により抽出して交点をアライメントマークの位置とするとよい。しかし、直線近似法では、ワーク画像の明暗変化に弱く、また画像中のゴミの存在に弱いなど、前提条件が高く利便性が悪い。 For example, when acquiring alignment information using a straight line approximation method, for example, when a plurality of bumps are two-dimensionally arranged, a minimum of 2 straight lines along the upper and lower ends and the left and right ends of the plurality of bumps in the work image are used. It is good to extract by the multiplication method and make an intersection into the position of an alignment mark. However, the linear approximation method is not convenient because of high preconditions, such as being weak against changes in light and darkness of the work image and weak against the presence of dust in the image.
また、正規化相関法は、明暗の変化に対してはロバストであるものの、ワーク画像の隠れ(オクルージョン)やワーク画像の回転に弱い。また、正規化相関法を用いる場合、登録画像をあらかじめ用意しておく必要がある。しかし、登録画像の選定には一定の技術や知識が必要であり、登録画像の選定者の熟練度によって検出精度が大きく左右されてしまう。また、正規化相関法は、登録画像とワーク画像とを画素ごとに対比して計算するため、膨大な演算量が必要となり演算時間が長くなってしまう。さらに、正規化相関法においてバンプの配設パターンの多様性に対応するためには、登録画像を大きくとる必要があるため、計算時間がより長くなってしまう。 In addition, the normalized correlation method is robust against changes in light and dark, but is weak against work image hiding (occlusion) and work image rotation. When using the normalized correlation method, it is necessary to prepare a registered image in advance. However, selection of a registered image requires a certain technique and knowledge, and the detection accuracy greatly depends on the skill level of the registered image selector. In addition, since the normalized correlation method calculates the registered image and the work image in comparison with each pixel, a huge amount of calculation is required and the calculation time becomes long. Furthermore, in order to cope with the variety of bump arrangement patterns in the normalized correlation method, it is necessary to take a large registered image, so that the calculation time becomes longer.
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、登録画像を用いることなく容易にアライメント情報を取得することができる画像処理装置および立体形状計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an image processing apparatus and a three-dimensional shape measurement apparatus that can easily acquire alignment information without using a registered image.
本発明の一実施形態に係る画像処理装置は、上述した課題を解決するために、複数の対象物要素を配設した対象物を作製するための設計情報から、前記設計情報上の位置を定義するための設計座標系における、各対象物要素の目標配設位置を示す設計座標である要素設計座標を取得し、対象物要素ごとに自らの要素設計座標と複数の他の要素設計座標との間の相対ベクトルからなる設計ベクトル群を生成する設計ベクトル生成部と、前記設計情報にもとづいて作製された前記対象物を撮像した対象物画像にもとづいて、前記対象物画像上の位置を定義するための実座標系における、各対象物要素の実際の配設位置を示す実座標である要素実座標を取得する実座標取得部と、前記対象物画像中の対象物要素ごとに自らの要素実座標と複数の他の要素実座標との間の相対ベクトルからなる実ベクトル群を生成する実ベクトル生成部23と、前記設計ベクトル群と前記実ベクトル群とを比較することにより、前記設計情報に含まれる基準点の設計座標に対応する実座標を特定するアライメント情報取得部と、を有するアライメント処理部を備える。また、前記アライメント部は、前記設計ベクトル群を統合して統合ベクトルを生成する統合ベクトル生成部をさらに備える。また、前記アライメント情報取得部は、前記統合ベクトルと前記実ベクトル群とを比較することにより、前記基準点の設計座標に対応する前記実座標を特定する。
In order to solve the above-described problem, an image processing apparatus according to an embodiment of the present invention defines a position on the design information from design information for producing an object in which a plurality of object elements are arranged. In the design coordinate system for obtaining the element design coordinates, which are the design coordinates indicating the target arrangement position of each object element, and for each object element, the element design coordinates and a plurality of other element design coordinates A design vector generation unit that generates a design vector group composed of relative vectors between them, and a position on the object image based on an object image obtained by imaging the object created based on the design information An actual coordinate acquisition unit for acquiring element actual coordinates, which are actual coordinates indicating the actual arrangement position of each object element, and each element element in the object image. Coordinates and several other The real
本発明に係る画像処理装置および立体形状計測装置によれば、登録画像を用いることなく容易にアライメント情報を取得することができる。 According to the image processing apparatus and the three-dimensional shape measurement apparatus according to the present invention, alignment information can be easily acquired without using a registered image.
本発明に係る画像処理装置および立体形状計測装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of an image processing apparatus and a three-dimensional shape measurement apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(1.第1の実施形態)
(1−1.構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像処理装置10の一構成例を示すブロック図である。
(1. First embodiment)
(1-1. Configuration)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an
画像処理装置10は、図1に示すように、入力部11、表示部12、ネットワーク接続部13、記憶部14および制御部15を有する。
As illustrated in FIG. 1, the
入力部11は、たとえばキーボード、トラックボール、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を制御部15に出力する。
The
表示部12は、たとえば液晶ディスプレイやOLED(Organic Light Emitting Diode)ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、制御部15の制御に従ってCAD画像などの各種画像を表示する。
The
ネットワーク接続部13は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続部13は、この各種プロトコルに従って画像処理装置10と他の電気機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続などを適用することができる。
The
ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線/有線LANやインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。 Here, the electronic network means an information communication network using telecommunications technology in general, and includes a telephone communication line network, an optical fiber communication network, a cable communication network, and a satellite communication network in addition to a wireless / wired LAN and an Internet network. Including.
記憶部14は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、制御部15のCPUにより読み書き可能な記録媒体を含んだ構成を有する。記憶部14は、あらかじめ設計情報(たとえばCAD情報)を記憶している。CAD情報は、複数の対象物要素(たとえばバンプなど)を配設した対象物(ワーク)を作製するための設計情報である。設計情報は、ネットワーク接続部13によりネットワークを介してダウンロードされてもよい。
The
制御部15は、CPU、RAMおよびROMをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたアライメント処理プログラムに従って画像処理装置10を制御する。
The
より具体的には、制御部15のCPUは、ROMをはじめとする記憶媒体に記憶されたアライメント処理プログラムおよびこのプログラムの実行のために必要なデータをRAMへロードし、このプログラムに従って、登録画像を用いることなく容易に基準座標(基準点の設計座標)に対応する実座標の情報(アライメント情報)を取得するための処理を実行する。
More specifically, the CPU of the
制御部15のRAMは、CPUが実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。制御部15のROMをはじめとする記憶媒体は、アライメント処理プログラムや、プログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。
The RAM of the
なお、ROMをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、CPUにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。 A storage medium such as a ROM has a configuration including a recording medium readable by a CPU, such as a magnetic or optical recording medium or a semiconductor memory, and a part of programs and data in the storage medium. Or you may comprise so that all may be downloaded via an electronic network.
図1に示すように、制御部15のCPUは、アライメント処理プログラムによって、少なくともアライメント処理部20として機能する。このアライメント処理部20は、RAMの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。なお、この機能実現部は、CPUを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the CPU of the
図2(a)はCAD画像の一例を示す説明図であり、(b)はCAD情報にもとづいて作製された対象物を撮像した対象物画像の一例を示す説明図である。 FIG. 2A is an explanatory diagram illustrating an example of a CAD image, and FIG. 2B is an explanatory diagram illustrating an example of an object image obtained by capturing an object manufactured based on CAD information.
アライメント処理部20は、設計ベクトル生成部21、実座標取得部22、実ベクトル生成部23およびアライメント情報取得部24を有する。
The
アライメント処理部20は、大きくは、設計画像の対象物要素の目標配設位置を示す要素設計座標と、対象物に実装された対象物要素が実際に配設された要素実座標とを関連付ける。以下、図3−5を用いてアライメント処理部20の構成について詳細に説明する。
In general, the
図3は、設計ベクトル生成部21により設計ベクトル群を生成する際の様子の一例を示す説明図である。図3には、対象物要素が2次元に配列される場合における配列の左上の隅部分の一例を示した。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a state when a design vector group is generated by the design
また、図4(a)は要素設計座標の一例を示す説明図であり、(b)は設計ベクトル群の一例を示す説明図である。 FIG. 4A is an explanatory diagram showing an example of element design coordinates, and FIG. 4B is an explanatory diagram showing an example of a design vector group.
設計ベクトル生成部21は、記憶部14に記憶された設計情報からあらかじめ、設計情報上の位置を定義するための設計座標系における、各対象物要素の目標配設位置を示す設計座標である要素設計座標を取得する。対象物要素の要素設計座標としては、たとえば対象物要素が占める領域の中心や重心などの代表座標を用いる。また、設計ベクトル生成部21は、複数の要素設計座標ごとに、自らの座標と複数の他の対象物要素の要素設計座標との間の相対ベクトル(設計ベクトル)からなる設計ベクトル群を生成する。
The design
より具体的には、設計ベクトル生成部21は図3に示すように、まず所定領域31に属する対象物要素の要素設計座標を取得する。次に、取得した要素設計座標のそれぞれについて、所定距離32内に位置する他の要素設計座標を取得する。そして、設計ベクトル生成部21は、複数の要素設計座標ごとに、自座標と取得した他の要素設計座標との間の相対ベクトル(設計ベクトル)からなる設計ベクトル群を生成する(図4(b)参照)。
More specifically, as shown in FIG. 3, the design
なお、以下の説明では、要素設計座標を適宜CADi(ただしiは1、2、・・・、l、lは自然数を表す)と称する(図4(a)、(b)参照)。 In the following description, the element design coordinates are appropriately referred to as CADi (where i represents 1, 2,..., L, l represent natural numbers) (see FIGS. 4A and 4B).
CAD情報は、当然ながら対象物の作製前に生成されている。このため、設計ベクトル生成部21は、対象物画像が撮像される前にあらかじめCAD情報から設計ベクトル群を生成しておくことができる。
The CAD information is naturally generated before the object is manufactured. For this reason, the design
図5(a)は要素実座標の一例を示す説明図であり、(b)は実ベクトル群の一例を示す説明図である。 FIG. 5A is an explanatory diagram illustrating an example of element real coordinates, and FIG. 5B is an explanatory diagram illustrating an example of a real vector group.
実座標取得部22は、設計情報にもとづいて作製された対象物を撮像部1が撮像した対象物画像にもとづいて、対象物画像上の位置を定義するための実座標系における、所定領域31に属する各対象物要素の実際の配設位置を示す実座標である要素実座標を取得する。なお、以下の説明では、要素実座標を適宜REALj(ただしjは1、2、・・・、m、mは自然数であり所定領域31に属する要素実座標の総数を表す)と称する(図5(a)、(b)参照)。
The real coordinate
撮像部1は、たとえばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサにより構成される。
The
実座標取得部22は、撮像部1が撮像した対象物画像(いわゆる輝度画像)そのものから要素実座標を取得してもよいし、対象物画像に対してパターンマッチング(たとえば正規化相関法、一般化ハフ変換(GHT、Generalized Hough Transform)など)などの特徴量抽出処理を施した画像から要素実座標を取得してもよいし、対象物画像に対して特徴量抽出処理を施した画像または対象物画像そのものに対して二値化処理を施した画像から要素実座標を取得してもよい。
The actual coordinate
また二値画像に対してラベリング処理を施してから各ラベルの代表座標を要素実座標として取得してもよいし、対象物の距離画像であってもよい。すなわち、実座標取得部22は、対象物画像にもとづいて要素実座標を取得することができる。なお、ラベリング処理を施す場合、ラベルの情報があれば要素実座標を取得可能である。このため、ラベリング処理を施した後は、対象物画像を記憶媒体から削除してもよい。
Moreover, after performing a labeling process with respect to a binary image, the representative coordinate of each label may be acquired as an element actual coordinate, and the distance image of a target object may be sufficient. That is, the actual coordinate
実ベクトル生成部23は、要素実座標ごとに、所定距離32内に位置する他の要素実座標を取得し、自座標と取得した他の要素実座標との間の相対ベクトル(実ベクトル)からなる実ベクトル群を生成する(図5(b)参照)。なお、以下の説明では、実ベクトル群を構成する実ベクトルを必要に応じて実ベクトルk(ただしkは1、2、・・・、n、nは自然数を表す)と称する。
For each element actual coordinate, the actual
アライメント情報取得部24は、複数の対象物要素ごとに生成された設計ベクトル群と要素実座標ごとに生成された実ベクトル群とを比較(照合)する。そして、この比較結果にもとづいて、設計情報に含まれる基準座標に対応する実座標を特定する。
The alignment
アライメント情報取得部24は、基準座標の情報を設計情報から取得する。基準座標としては、要素設計座標のいずれかとしてもよいし、要素設計座標ではない設計座標としてもよい。基準座標が要素設計座標ではない場合、基準座標はたとえば所定の要素設計座標に対する相対位置により定義することができる。
The alignment
基準座標として要素設計座標を設定する場合は、基準座標の設計ベクトル群が他の要素設計座標の設計ベクトル群にくらべ特徴的な構成となるものを選ぶとよい。たとえば対象物要素が2次元に配列される場合、4隅に位置する要素設計座標のいずれかを基準座標とするとよい。これは、4隅に位置する要素設計座標の設計ベクトル群はほぼ1象限ぶんのベクトルにより構成され、他の要素設計座標の設計ベクトル群に比べ特徴的な構成となることが多いためである。以下の説明では、基準座標(アライメントマーク)として左上の要素設計座標CAD1を用いる場合の例について説明する。 When setting element design coordinates as reference coordinates, it is preferable to select a design vector group of reference coordinates that has a characteristic configuration compared to design vector groups of other element design coordinates. For example, when the object elements are two-dimensionally arranged, any of the element design coordinates located at the four corners may be set as the reference coordinates. This is because the design vector group of the element design coordinates located at the four corners is composed of almost one quadrant of the vector, and often has a characteristic configuration compared to the design vector group of the other element design coordinates. In the following description, an example in which the upper left element design coordinate CAD1 is used as the reference coordinate (alignment mark) will be described.
この例では、アライメント情報取得部24は、対象物画像からCAD1に対応するREAL1を抽出することが目標となる。ここで、実ベクトル図4(b)の一番上と図5(b)の一番上を比較して明らかなように、CAD1の設計ベクトル群は、REAL1の実ベクトル群とは類似性が高い。このため、アライメント情報取得部24は、設計ベクトル群と実ベクトル群の類似性にもとづいて、容易にCAD1に対応するREAL1を抽出することができる。
In this example, the alignment
(1−2.動作)
次に、第1実施形態に係る画像処理装置10の動作の一例について説明する。
(1-2. Operation)
Next, an example of the operation of the
図6は、図1に示す画像処理装置10のCPUにより、登録画像を用いることなく容易に基準座標に対応する実座標の情報を取得する際の手順を示すフローチャートである。図6において、Sに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。この手順は、あらかじめCAD情報が記憶部14に記憶されてスタートとなる。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure when the CPU of the
まず、ステップS1において、設計ベクトル生成部21は、記憶部14に記憶された設計情報から、各対象物要素の要素設計座標を取得する。次に、ステップS2において、設計ベクトル生成部21は、複数の要素設計座標ごとに設計ベクトル群を生成する。
First, in step S <b> 1, the design
なお、ステップS1およびS2は、対象物の作製前にあらかじめ実行しておく事が可能である。 Note that steps S1 and S2 can be performed in advance before the production of the object.
次に、ステップS3において、実座標取得部22は、対象物画像にもとづいて各対象物要素の要素実座標を取得する。次に、ステップS4において、実ベクトル生成部23は、要素実座標ごとに実ベクトル群を生成する。
Next, in step S <b> 3, the actual coordinate
そして、ステップS5において、アライメント情報取得部24は、設計ベクトル群と実ベクトル群とを比較し、基準座標に対応する実座標を特定する。
In step S <b> 5, the alignment
たとえば、図4および図5に示す例において、アライメント情報取得部24は、要素設計座標CAD1、CAD2、・・・のそれぞれの設計ベクトル群と要素実座標REAL1、REAL2、・・・のそれぞれの実ベクトル群とを比較することで、CAD1の設計ベクトル群とREAL1の実ベクトル群とが対応すること、すなわちCAD1とREAL1とが対応することを容易に特定することができる。
For example, in the example shown in FIGS. 4 and 5, the alignment
この場合、アライメント情報取得部24は、基準点(アライメントマーク)の設計座標がCAD1である旨の情報を設計情報から取得した場合、基準座標に対応する実座標がREAL1であることを容易に特定することができる。また、基準座標がCAD1から所定の相対位置である旨の情報を設計情報から取得した場合であっても、所定の相対位置の情報を用いて基準座標に対応する実座標を容易に特定できる。
In this case, when the information indicating that the design coordinate of the reference point (alignment mark) is CAD1 is acquired from the design information, the alignment
以上の手順により、登録画像を用いることなく容易に基準座標に対応する実座標の情報を取得することができる。 With the above procedure, it is possible to easily acquire information on real coordinates corresponding to the reference coordinates without using a registered image.
本実施形態に係る画像処理装置10は、設計情報を用い、設計ベクトル群と実ベクトル群とを比較することにより基準座標に対応する実座標を特定することができる。このため、登録画像を用いることなく容易に基準座標に対応する要素実座標の情報を取得することができる。したがって、本実施形態に係る画像処理装置10によれば、事前に登録画像を用意する必要がないため、ユーザビリティに優れ、登録画像の選定者のレベルによらず高精度に基準座標に対応する実座標の情報を取得することができる。
The
また、本実施形態に係る画像処理装置10は、画素ごとの計算を行わずに基準座標に対応する実座標の情報を取得することも可能である。このため、従来の画素ごとに計算を行う正規化相関法などのパターンマッチング技術にくらべ非常に高速に基準座標に対応する実座標の情報を取得することが可能である。さらに、図6に示す手順のうちステップS1およびS2を事前に行っておく場合、さらなる処理の高速化が可能である。
Further, the
また、本実施形態に係る画像処理装置10は、2以上の基準座標を用い、この2以上の基準座標のそれぞれに対応する実座標を特定することにより、対象物画像内での対象物の回転角度を容易に算出することができる。
In addition, the
また、本実施形態に係る画像処理装置10は設計情報を用いる。このため、複数の対象物要素が同一形状である必要はなく、また周期的に配列される必要もない。
The
(2.第2の実施形態)
(2−1.構成)
次に、本発明に係る画像処理装置の第2実施形態について説明する。
(2. Second Embodiment)
(2-1. Configuration)
Next, a second embodiment of the image processing apparatus according to the present invention will be described.
図7は、本発明の第2実施形態に係る画像処理装置10Aの一構成例を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of an image processing apparatus 10A according to the second embodiment of the present invention.
この第2実施形態に示す画像処理装置10Aは、設計ベクトル群を統合した統合ベクトルを生成する点で第1実施形態に示す画像処理装置10と異なる。他の構成および作用については図1に示す画像処理装置10と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
The image processing apparatus 10A shown in the second embodiment is different from the
画像処理装置10Aの制御部15Aのアライメント処理部20Aは、設計ベクトル生成部21、実座標取得部22、実ベクトル生成部23、アライメント情報取得部24Aおよび統合ベクトル生成部41を有する。
The
図8(a)は設計ベクトル群の一例を示す説明図であり、(b)は統合ベクトル42および統合要素ベクトル43ごとの尤度情報44の一例を示す説明図である。図8(a)は図4(b)と同一の設計ベクトル群の例であり、図8(b)はこの設計ベクトル群を統合して生成される統合ベクトル42の例である。
FIG. 8A is an explanatory diagram illustrating an example of a design vector group, and FIG. 8B is an explanatory diagram illustrating an example of
また、図8(c)は2つの設計ベクトル群で生成される統合ベクトル42および統合要素ベクトル43ごとの尤度情報44の一例を示す図であり、(d)は(c)に示す統合ベクトル42のもととなる2つの設計ベクトル群の一例を示す説明図である。
FIG. 8C is a diagram showing an example of
統合ベクトル生成部41は、設計ベクトル群を統合して統合ベクトル42を生成する。このとき、統合ベクトル生成部41は、統合ベクトル42を構成する統合要素ベクトル43のそれぞれの出現頻度の情報を得ることができる。
The integrated
統合ベクトル生成部41は、この統合要素ベクトル43の出現頻度にもとづいて、統合要素ベクトル43ごとに要素設計座標CADiのそれぞれと尤度とを関連付けた尤度情報44を生成する。このとき、統合ベクトル生成部41は、統合要素ベクトル43と同一の実ベクトルを有する実ベクトル群の要素実座標が対応する可能性が高い要素設計座標ほど高い尤度を有するように尤度情報44を生成する。
Based on the appearance frequency of the
たとえば、図8(d)に示す2つの設計ベクトル群を統合して図8(c)に示す統合ベクトル42を生成し、この統合ベクトル42と所定の実ベクトル群とを比較する場合を考える。ただし、所定の実ベクトル群の要素実座標はCAD1およびCAD2のいずれと対応するかは不明であるものとする。
For example, consider a case where two integrated design vector groups shown in FIG. 8D are integrated to generate an
図8(d)から明らかなように、CAD1およびCAD2のいずれの設計ベクトルも下向きのベクトルを有する。このため、下向きの統合要素ベクトル43には、CAD1およびCAD2のそれぞれに同等の重み(たとえば50ずつ)を関連付けた尤度情報44を生成する。
As is clear from FIG. 8D, both the design vectors CAD1 and CAD2 have downward vectors. Therefore,
一方、左向きの成分を有するベクトルは、CAD1の設計ベクトルではありえず、必ずCAD2の設計ベクトルである。このため、左向きの成分を有する統合要素ベクトル43には、CAD2に対してCAD1より大きな重みを関連付けた尤度情報44を生成する。
On the other hand, a vector having a leftward component cannot be a CAD1 design vector, but is always a CAD2 design vector. Therefore,
特に、統合要素ベクトル43と同一の実ベクトルを有する実ベクトル群の要素実座標が対応し得ない要素設計座標については、負の尤度を割り当てるとよい。図8(d)の例では、左向きの成分を有する統合要素ベクトル43には、CAD1に−100、CAD2に+100の重みを関連付けた尤度情報44を割り当てる場合の例を示した。負の尤度を用いる場合、めずらしい統合要素ベクトル43と同一の実ベクトルを有する実ベクトル群はより精度よく検出することができる。
In particular, a negative likelihood may be assigned to an element design coordinate that cannot correspond to an element real coordinate of a real vector group having the same real vector as the
図9は、アライメント情報取得部24により実行される統合ベクトル42を用いたマッチング処理の様子を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the state of the matching process using the integrated
アライメント情報取得部24Aは、統合ベクトル42と実ベクトル群とを比較することにより、基準座標に対応する実座標を特定する。具体的には、アライメント情報取得部24Aは、要素実座標の実ベクトル群を構成する実ベクトルのそれぞれについて、最も近い統合要素ベクトル43の尤度情報44を取得する。次に、アライメント情報取得部24Aは、取得した複数の尤度情報を合計することにより、要素実座標に対応する要素設計座標を特定する(図9参照)。
The alignment
これを実ベクトル群のそれぞれで繰り返すことにより、アライメント情報取得部24Aは基準座標として要素設計座標が設定されている場合は基準座標(基準座標が所定の要素設計座標に対する相対位置により定義されている場合はこの所定の要素設計座標)と要素実座標とを対応付けることができ、基準座標に対応する実座標を特定することができる。
By repeating this for each real vector group, the alignment
(2−2.動作)
次に、第2実施形態に係る画像処理装置10Aの動作の一例について説明する。
(2−2−1.メインフロー)
図10は、図7に示す画像処理装置10AのCPUにより、登録画像を用いることなく統合ベクトル42を用いて容易に基準座標に対応する実座標の情報を取得する際の手順を示すフローチャートである。図6と同等のステップには同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(2-2. Operation)
Next, an example of the operation of the image processing apparatus 10A according to the second embodiment will be described.
(2-2-1. Main flow)
FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure when the CPU of the
ステップS11において、統合ベクトル生成部41は、設計ベクトル群を統合することにより統合ベクトル42を生成するとともに、統合ベクトル42を構成する統合要素ベクトル43のそれぞれの出現頻度にもとづいて、統合要素ベクトル43ごとに要素設計座標CADiのそれぞれと尤度とを関連付けた尤度情報44を生成する。なお、ステップS11は、ステップS1およびS2と同様に対象物の作製前にあらかじめ実行しておく事が可能である。
In step S <b> 11, the integrated
ステップS12において、アライメント情報取得部24Aは、統合ベクトル42と実ベクトル群とを比較する処理(統合ベクトルを用いたマッチング処理)を実行することにより、基準座標に対応する実座標を特定する。
In step S12, the alignment
以上の手順により、登録画像を用いることなく統合ベクトル42を用いて容易に基準座標に対応する実座標の情報を取得することができる。
With the above procedure, it is possible to easily acquire information on real coordinates corresponding to the reference coordinates using the integrated
(2−2−2.統合ベクトルを用いたマッチング処理)
図11は、図10のステップS12でアライメント情報取得部24Aにより実行される統合ベクトルを用いたマッチング処理の手順を示す、サブルーチンフローチャートである。
(2-2-2. Matching process using integrated vector)
FIG. 11 is a subroutine flowchart showing the procedure of the matching process using the integrated vector executed by the alignment
ステップS21において、アライメント情報取得部24Aは、RAMの所要のワークエリアにj=1を格納する。
In step S21, the alignment
次に、ステップS22において、アライメント情報取得部24Aは、要素実座標REALjの実ベクトル群の実ベクトルに対し、大きさが小さい順にk=1、2、・・・、nを割り当てる(ただしnは自然数であり実ベクトル群を構成する実ベクトルの総数を表す)。
Next, in step S22, the alignment
次に、ステップS23において、アライメント情報取得部24Aは、RAMの所要のワークエリアにk=1を格納する。
Next, in step S23, the alignment
次に、ステップS24において、アライメント情報取得部24Aは、統合ベクトル42を構成する統合要素ベクトル43のうち、実ベクトルkに対応する統合要素ベクトルを推定する。たとえば、ベクトル同士の大きさの差およびベクトル同士のなす角がそれぞれ所定の閾値以内である場合、互いに対応するベクトルであると推定する。
Next, in step S <b> 24, the alignment
次に、ステップS25において、アライメント情報取得部24Aは、実ベクトルkに対応する統合要素ベクトル43の尤度情報44を取得する。
Next, in step S25, the alignment
次に、ステップS26において、アライメント情報取得部24Aは、RAMの所要のワークエリアに格納されたkに1を加える。
Next, in step S26, the alignment
次に、ステップS27において、アライメント情報取得部24Aは、kがn以下か否かを判定する。kがn以下である場合は、統合ベクトル42とマッチングしていない実ベクトルが残っているためステップS24にもどる。一方、kがnより大きい場合は、ステップS28に進む。
Next, in step S27, the alignment
次に、ステップS28において、アライメント情報取得部24Aは、実ベクトルごとに取得した尤度情報44を合計し、要素実座標REALjに対応する要素設計座標CADiを推定する(図9参照)。
Next, in step S28, the alignment
次に、ステップS29において、アライメント情報取得部24Aは、RAMの所要のワークエリアに格納されたjに1を加える。
Next, in step S29, the alignment
次に、ステップS30において、アライメント情報取得部24Aは、jがm以下か否かを判定する。jがm以下である場合は、所定領域31に属する要素実座標のうち統合ベクトル42とマッチングしていない要素実座標の実ベクトル群が残っているため、ステップS22にもどる。一方、jがmより大きい場合は、ステップS31に進む。
Next, in step S30, the alignment
そして、ステップS31において、アライメント情報取得部24Aは、基準座標として要素設計座標が設定されている場合は、この要素設計座標に対応する要素実座標を特定することにより、基準座標に対応する実座標を特定する。また、基準座標が所定の要素設計座標に対する相対位置により定義されている場合は、この所定の要素設計座標に対応する要素実座標を特定することにより、基準座標に対応する実座標を特定する。
In step S31, when the element design coordinates are set as the reference coordinates, the alignment
以上の手順により、登録画像を用いることなく統合ベクトル42を用いて容易に基準座標に対応する実座標の情報を取得することができる。
With the above procedure, it is possible to easily acquire information on real coordinates corresponding to the reference coordinates using the integrated
第2実施形態に係る画像処理装置10Aは、第1実施形態に係る画像処理装置10と同様の効果を奏する。
The image processing apparatus 10A according to the second embodiment has the same effects as the
また、本実施形態に係る画像処理装置10Aは、統合ベクトル42と実ベクトル群とを比較する。このため、第1実施形態に係る画像処理装置10に比べて、複数の設計ベクトル群の構成が近似している場合における誤検出を低減することができる。
Further, the image processing apparatus 10A according to the present embodiment compares the integrated
また、実ベクトル群とマッチングされる対象の数が、第1実施形態に係る画像処理装置10では設計ベクトル群の数すなわち要素設計座標の数lであるのに対し、本実施形態に係る画像処理装置10Aでは統合ベクトル42の1つだけである。したがって、第1実施形態に係る画像処理装置10に比べて極めて高速に基準座標に対応する実座標を特定することができる。
The number of objects to be matched with the real vector group is the number of design vector groups, that is, the number l of element design coordinates in the
また、本実施形態に係る画像処理装置10Aは、統合ベクトル42と実ベクトル群とを比較することにより要素設計座標と要素実座標との対応を検出することができる。このため、たとえば対象物上に形成されるべき対象物要素が1つ欠損していたとしても、実ベクトル群を構成する実ベクトルの1つが失われるにすぎず、合計される尤度情報44の結果には大きな影響がない。したがって、本実施形態に係る画像処理装置10Aは、対象物画像のノイズに対してロバストである。
Further, the image processing apparatus 10A according to the present embodiment can detect the correspondence between the element design coordinates and the element actual coordinates by comparing the
また、たとえ基準座標として要素設計座標が設定されている場合であって基準座標に対応すべき要素実座標に対象物要素が欠落してしまっている場合であっても、本実施形態に係る画像処理装置10Aは他の要素設計座標と要素実座標との対応を正確に検出できる。このため、たとえば最も信頼性の高い(合計された尤度情報44の尤度が最も高い)要素実座標を特定し、この要素実座標に対応する要素設計座標から相対的に基準座標の実座標を特定することができる。したがって、基準座標に対応すべき要素実座標に対象物要素が欠落してしまっている場合であっても、他の要素設計座標と要素実座標との対応関係にもとづいて、基準座標に対応する実座標の情報を容易に推定し取得することができる。
Further, even when the element design coordinates are set as the reference coordinates and the target element is missing in the element actual coordinates that should correspond to the reference coordinates, the image according to the present embodiment The processing apparatus 10A can accurately detect the correspondence between other element design coordinates and element actual coordinates. For this reason, for example, the most reliable element actual coordinate (the likelihood of the
また、統合要素ベクトル43と同一の実ベクトルを有する実ベクトル群の要素実座標が対応し得ない要素設計座標について負の尤度を割り当てた尤度情報44を用いる場合、より正確に要素設計座標と要素実座標との対応関係を検出できる。
In addition, when using
(2−2−3.統合ベクトルを用いたマッチング処理の他の手順)
図12は、図10のステップS12でアライメント情報取得部24Aにより実行される統合ベクトルを用いたマッチング処理の他の手順を示す、サブルーチンフローチャートである。図11と同等のステップには同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(2-2-3. Other procedure of matching process using integrated vector)
FIG. 12 is a subroutine flowchart showing another procedure of the matching process using the integrated vector executed by the alignment
この手順は、統合ベクトルを用いたマッチング処理において対象物画像内での対象物の回転角度を算出する点で図11に示す手順と異なる。 This procedure differs from the procedure shown in FIG. 11 in that the rotation angle of the object in the object image is calculated in the matching process using the integrated vector.
図13は、対象物画像内での対象物が所定の回転角度を有する場合において、任意の要素実座標REALjの実ベクトル群と統合ベクトル42とを比較した様子の一例を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a state in which a real vector group of an arbitrary element real coordinate REALj is compared with the
撮像部1の光軸に対する対象物の配置位置によっては、図13に示すように対象物画像内で対象物が所定の回転角度を持ってしまう場合がある。この場合、アライメント情報として基準座標に対応する実座標に加えてこの所定の回転角度の情報があると便利である。
Depending on the arrangement position of the object with respect to the optical axis of the
図14は、実ベクトルk=1と、この実ベクトルに対応する統合要素ベクトル43とのなす角θk=θ1を求める様子の一例を示す説明図である。また、図15(a)は図14に示す例において統合ベクトル42をθ1の半分だけ回転補正した様子を説明するための図であり、(b)は、図15(a)に示した回転補正後の統合ベクトル42を用いて実ベクトルk=2とこの実ベクトルに対応する統合要素ベクトル43とのなす角θk=θ2を求める様子の一例を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of how to obtain an angle θk = θ1 between the real vector k = 1 and the
ステップS24で実ベクトルkに対応する統合要素ベクトルを推定すると、ステップS41において、アライメント情報取得部24Aは、実ベクトルkに対応する統合要素ベクトル43の尤度情報44を取得するとともに、実ベクトルkと統合要素ベクトル43のなす角θkを算出する(図14参照)。
When the integrated element vector corresponding to the real vector k is estimated in step S24, in step S41, the alignment
次に、ステップS42において、アライメント情報取得部24Aは、統合ベクトル42をθkの半分だけ回転させる(図15(a)参照)。このとき、この回転角(θkの半分)の情報は、RAMの所要のワークエリアに格納しておき、回転補正ごとに加算しておいてもよい。この結果、ステップS27からステップS24に戻り再びステップS41を実行する際に用いられる統合要素ベクトル43は、RAMの所要のワークエリアで加算された回転補正角だけ回転補正した後のものとなる(図15(b)参照)。
Next, in step S42, the alignment
そして、ステップS43において、アライメント情報取得部24Aは、基準座標に対応する実座標を特定するとともに、統合ベクトルの。また、基準座標が所定の要素設計座標に対する相対位置により定義されている場合は、この所定の要素設計座標に対応する要素実座標を特定することにより、基準座標に対応する実座標を特定するとともに、統合ベクトルの最終的な回転角度を特定する。この最終的な回転角度は、対象物画像内における対象物の回転角度とみなすことができる。
In step S43, the alignment
以上の手順により、登録画像を用いることなく統合ベクトル42を用いて容易に基準座標に対応する実座標の情報を取得することができるとともに、対象物画像内における対象物の回転角度の情報を取得することができる。
According to the above procedure, it is possible to easily acquire the information of the real coordinates corresponding to the reference coordinates using the integrated
図12に示す手順によれば、1つの視野の対象物画像のみにもとづいて基準座標に対応する実座標および対象物画像内での対象物の回転角度の両方を特定することができる。アライメント情報を得るために2以上の基準座標を用いる場合は、撮像部1と対象物との相対位置関係を変更して2回以上の撮影を行い2視野以上の画像を用いる必要がある場合がある。これに対し、図12に示す手順によれば、撮像部1と対象物との相対位置を変更することなく一度の撮像のみでアライメント情報を取得することができる。このため、本実施形態に係る画像処理装置10Aによれば、2視野以上の対象物画像を必要とする場合に比べ、容易かつ高速にアライメント情報を取得することができる。
According to the procedure shown in FIG. 12, it is possible to specify both the actual coordinates corresponding to the reference coordinates and the rotation angle of the object in the object image based only on the object image of one field of view. When two or more reference coordinates are used in order to obtain alignment information, it may be necessary to change the relative positional relationship between the
また、ステップS42に示すように抽出したベクトル間角度の半分ずつずらして行く場合、前回検出したベクトル間角度θkに対する今回検出したベクトル間角度θk+1の差が所定角度以上である場合や前回までのベクトル間角度の分散や平均などにもとづいて、今回検出したベクトル間角度θk+1の異常を検知すると、手順を中断または当該実ベクトルを無視するなどの対応を容易に取ることができる。このため、ゴミなどのノイズに起因する要素実座標や実ベクトルの影響を容易に低減することができる。 Further, when shifting the half of the extracted vector angle by half as shown in step S42, the difference between the previously detected vector angle θk + 1 with respect to the previously detected vector angle θk + 1 is equal to or greater than a predetermined angle, or the previous vectors If an abnormality of the detected inter-vector angle θk + 1 is detected based on the inter-angle variance or average, it is possible to easily take measures such as interrupting the procedure or ignoring the actual vector. For this reason, it is possible to easily reduce the influence of element real coordinates and real vectors caused by noise such as dust.
なお、図12に示す手順において、ステップS30からステップS22に戻るたびに、すなわち要素実座標jごとに、回転角度を保存しておくとともに統合ベクトル42の回転をリセットし、全ての要素実座標jの回転角度を平均したものを対象物の回転角度としてもよい。
In the procedure shown in FIG. 12, every time the process returns from step S30 to step S22, that is, for each element actual coordinate j, the rotation angle is saved and the rotation of the
また、図11に示す手順のように統合ベクトル42の回転補正をしない場合であっても、たとえば図11のステップS24またはS25において実ベクトルと統合要素ベクトルとのなす角θkを検出して順次保存しておき、このθkの平均を対象物画像内での対象物の回転角度としてあつかってもよい。
Further, even when the rotation of the
(3.第3の実施形態)
(3−1.構成)
次に、本発明に係る画像処理装置の第3実施形態について説明する。
(3. Third embodiment)
(3-1. Configuration)
Next, a third embodiment of the image processing apparatus according to the present invention will be described.
図16は、本発明の第3実施形態に係る画像処理装置10Bの一構成例を示すブロック図である。 FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of an image processing apparatus 10B according to the third embodiment of the present invention.
この第3実施形態に示す画像処理装置10Bは、要素実座標の取得処理が第1実施形態に示す画像処理装置10と異なる。他の構成および作用については図1に示す画像処理装置10および図7に示す画像処理装置10Aと実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
The image processing apparatus 10B shown in the third embodiment is different from the
なお、図16には画像処理装置10Bが統合ベクトル生成部41を有する場合の例について示したが、本実施形態において統合ベクトル生成部41は省略されてもよい。
Although FIG. 16 illustrates an example in which the image processing apparatus 10B includes the integrated
画像処理装置10Bの制御部15Bのアライメント処理部20Bは、設計ベクトル生成部21、実座標取得部22B、実ベクトル生成部23、アライメント情報取得部24および統合ベクトル生成部41を有する。
The
実座標取得部22Bは、一般化ハフ変換を用いて対象物画像にもとづいて対象物要素を抽出することにより要素実座標を取得する。 The actual coordinate acquisition unit 22B acquires the element actual coordinates by extracting the object element based on the object image using the generalized Hough transform.
図17および図18は一般化ハフ変換について説明するための図である。図17(a)は抽出対象物の一例としての三角形を示す説明図であり、(b)は抽出対象物の形状に応じてあらかじめ記憶媒体に記憶される抽出対象の特徴点と検出対象図形の基準点間のベクトルの一例を示す説明図であり、(c)は入力画像の特徴点をもとに基準点に対して投票処理が行われる様子の一例を示す説明図であり、(d)は種々の抽出対象物の形状の例を示す説明図である。 17 and 18 are diagrams for explaining the generalized Hough transform. FIG. 17A is an explanatory view showing a triangle as an example of the extraction target, and FIG. 17B shows the feature points of the extraction target and the detection target graphic stored in advance in the storage medium according to the shape of the extraction target. It is explanatory drawing which shows an example of the vector between reference | standard points, (c) is explanatory drawing which shows an example of a mode that a voting process is performed with respect to a reference | standard point based on the feature point of an input image, (d) These are explanatory drawings showing examples of shapes of various extraction objects.
また、図18は、一般化ハフ変換により円形形状の抽出対象物を抽出する際の様子の一例を示す説明図である。 Moreover, FIG. 18 is explanatory drawing which shows an example of the mode at the time of extracting the extraction object of circular shape by generalized Hough transformation.
図17(d)および図18に示すように、ハフ変換を形状抽出に一般化した一般化ハフ変換(GHT)は、パラメータで表すことができない不定形の図形を検出することができる。 As shown in FIGS. 17D and 18, the generalized Hough transform (GHT), which is a generalized Hough transform for shape extraction, can detect an irregular figure that cannot be represented by a parameter.
一般化ハフ変換を行う場合は、実座標取得部22Bは、検出対象の物体の形状に関する情報(抽出対象の特徴点と基準点間のベクトル)をあらかじめ設計情報から、またはネットワークを介して、または入力部11を介して取得する(図17(b)参照)。そして、画像上の特徴点を抽出し、特徴点の位置とエッジの法線方向にもとづいて特徴点ごとに所定のセル(基準点)に投票を行うことを繰り返すことにより、物体の検出を行う(図17(c)参照)。 When performing the generalized Hough transform, the real coordinate acquisition unit 22B obtains information related to the shape of the object to be detected (vector between the feature point to be extracted and the reference point) from the design information in advance, via a network, or Obtained via the input unit 11 (see FIG. 17B). Then, feature points on the image are extracted, and an object is detected by repeating voting to a predetermined cell (reference point) for each feature point based on the position of the feature point and the normal direction of the edge. (See FIG. 17 (c)).
特に、対象物要素がバンプである場合には、対象物画像から対象物要素を抽出する方法として一般化ハフ変換法が好適である。 In particular, when the object element is a bump, the generalized Hough transform method is suitable as a method for extracting the object element from the object image.
また、実座標取得部22Bは、所定の強度閾値thを用いて対象物画像から二値画像を生成し、この二値画像にもとづいて対象物要素を抽出することにより要素実座標を取得してもよい。 Further, the real coordinate acquisition unit 22B generates a binary image from the object image using a predetermined intensity threshold th, and acquires the element actual coordinates by extracting the object element based on the binary image. Also good.
さらに、実座標取得部22Bは、二値画像に対してラベリング処理を施し、ラベリング処理後の各ラベルの代表座標を要素実座標として取得してもよい。ラベルの代表座標としては、ラベルの中心や重心などを用いることができる。 Further, the actual coordinate acquisition unit 22B may perform a labeling process on the binary image and acquire the representative coordinates of each label after the labeling process as element actual coordinates. As the representative coordinates of the label, the center or the center of gravity of the label can be used.
所定の強度閾値thは、対象物画像に含まれると推定される対象物要素の数にもとづいて自動設定することができる。このとき、実座標取得部22Bは、対象物要素の数に応じて所定の範囲を設定し、強度閾値thより高い強度の画素を抽出することにより二値画像を生成してラベリング処理を施し、ラベリング処理後のラベル数が所定の範囲内となるように補助処理を行ってもよい。 The predetermined intensity threshold th can be automatically set based on the number of object elements estimated to be included in the object image. At this time, the real coordinate acquisition unit 22B sets a predetermined range according to the number of object elements, generates a binary image by extracting pixels having an intensity higher than the intensity threshold th, and performs a labeling process, The auxiliary process may be performed so that the number of labels after the labeling process is within a predetermined range.
補助処理では、ラベル数が所定の範囲より外であると所定の範囲以内となるよう自動的に強度閾値thを変更して再度二値画像を生成してラベリング処理を施すことを繰り返す一方、ラベル数が所定の範囲以内であるとラベリング処理後の各ラベルの代表座標を要素実座標として取得する。また、強度閾値thの変更が繰り返され続ける弊害を未然に防ぐため、強度閾値thの変更回数に上限を設けてもよい。 In the auxiliary processing, when the number of labels is outside the predetermined range, the intensity threshold th is automatically changed so that the number falls within the predetermined range, and the binary image is generated again and the labeling processing is repeated. If the number is within a predetermined range, the representative coordinates of each label after the labeling process are acquired as element actual coordinates. Further, an upper limit may be set for the number of times the intensity threshold th is changed in order to prevent an adverse effect that the intensity threshold th is continuously changed.
なお、ラベリング処理を施す場合、ラベルの情報があれば要素実座標を取得可能である。このため、ラベリング処理を施した後は、対象物画像や一般化ハフ変換画像などの元画像を記憶媒体から削除してもよい。 When labeling processing is performed, the element actual coordinates can be acquired if there is label information. For this reason, after performing the labeling process, original images such as the object image and the generalized Hough transform image may be deleted from the storage medium.
なお、二値化処理の対象となる画像は対象物画像そのもの(輝度画像)であってもよいし、一般化ハフ変換後の画像であってもよい。本実施形態では、実座標取得部22Bが一般化ハフ変換後の画像に対して二値化処理およびラベリング処理を施す場合の例について説明する。 Note that the image to be binarized may be the object image itself (luminance image) or an image after generalized Hough transform. In the present embodiment, an example in which the real coordinate acquisition unit 22B performs binarization processing and labeling processing on the image after the generalized Hough transform will be described.
(3−2.動作)
次に、第3実施形態に係る画像処理装置10Bの動作の一例について説明する。
(3−2−1.メインフロー)
図19は、図6のステップS3で図16に示す画像処理装置10Bの実座標取得部22Bにより実行される要素実座標の取得処理の手順を示すフローチャートである。以下の説明では、対象物要素がバンプなどの円形形状を有する場合の例について示す。
(3-2. Operation)
Next, an example of the operation of the image processing apparatus 10B according to the third embodiment will be described.
(3-2-1. Main flow)
FIG. 19 is a flowchart showing a procedure of element actual coordinate acquisition processing executed by the actual coordinate acquisition unit 22B of the image processing apparatus 10B shown in FIG. 16 in step S3 of FIG. In the following description, an example in which the object element has a circular shape such as a bump is shown.
ステップS51において、実座標取得部22Bは、対象物画像に対して一般化ハフ変換を施して一般化ハフ変換画像(GHT画像)を生成する。 In step S51, the real coordinate acquisition unit 22B performs generalized Hough transform on the object image to generate a generalized Hough transform image (GHT image).
次に、ステップS52において、実座標取得部22Bは、一般化ハフ変換画像に対して二値化処理およびラベリング処理を施す。 Next, in step S52, the real coordinate acquisition unit 22B performs binarization processing and labeling processing on the generalized Hough transform image.
次に、ステップS53において、実座標取得部22Bは、ラベルの代表座標を要素実座標として取得し、図6のステップS4に進む。 Next, in step S53, the actual coordinate acquisition unit 22B acquires the representative coordinate of the label as the element actual coordinate, and proceeds to step S4 in FIG.
以上の手順により、一般化ハフ変換画像にもとづいて要素実座標を取得することができる。 With the above procedure, element actual coordinates can be acquired based on the generalized Hough transform image.
(3−2−2.自動二値化処理およびラベリング処理)
図20は、図19のステップS52で実座標取得部22Bにより実行される二値化処理およびラベリング処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。
(3-2-2. Automatic binarization and labeling)
FIG. 20 is a subroutine flowchart showing the procedure of the binarization process and the labeling process executed by the real coordinate acquisition unit 22B in step S52 of FIG.
また、図21は、図20に示す手順における二値化処理およびラベリング処理を説明するための図である。 FIG. 21 is a diagram for explaining the binarization process and the labeling process in the procedure shown in FIG.
ステップS61において、実座標取得部22Bは、対象物画像の所定領域に含まれると推定される対象物要素の数nAを求める。 In step S61, the real coordinate acquisition unit 22B obtains the number nA of object elements estimated to be included in the predetermined area of the object image.
次に、ステップS62において、実座標取得部22Bは、対象物要素1つが占める平均画素数nBの情報をパラメータなどから取得する。所定領域に含まれる全ての対象物要素により占められる画素数はnA×nBで表せる。 Next, in step S62, the real coordinate acquisition unit 22B acquires information on the average number of pixels nB occupied by one target element from parameters or the like. The number of pixels occupied by all object elements included in the predetermined area can be expressed as nA × nB.
なお、ステップS61およびS62は、対象物画像の生成前にあらかじめ行っておいてもよい。 Steps S61 and S62 may be performed in advance before generating the object image.
次に、ステップS63において、実座標取得部22Bは、処理対象画像としてステップS51で生成された一般化ハフ変換画像を取得する。なお、処理対象画像は対象物画像であってもよい。 Next, in step S63, the real coordinate acquisition unit 22B acquires the generalized Hough transform image generated in step S51 as the processing target image. Note that the processing target image may be a target object image.
次に、ステップS64において、実座標取得部22Bは、取得した画像の画素の強度分布をヒストグラム化する(図21参照)。 Next, in step S64, the real coordinate acquisition unit 22B forms a histogram of the intensity distribution of the pixels of the acquired image (see FIG. 21).
次に、ステップS65において、実座標取得部22Bは、有効画素数がnA×nBとなるように強度閾値thを求める。 Next, in step S65, the real coordinate acquisition unit 22B obtains the intensity threshold th so that the number of effective pixels is nA × nB.
次に、ステップS66において、実座標取得部22Bは、強度閾値thより高い強度の画素を抽出することにより二値画像を生成してラベリング処理を実行する。 Next, in step S66, the real coordinate acquisition unit 22B generates a binary image by extracting pixels having an intensity higher than the intensity threshold th and executes a labeling process.
以上のステップS61−66の手順により、二値化処理の閾値thを適切に自動設定することができる。また、実座標取得部22Bは、結果として得られるラベリング処理後の各ラベルの代表座標を要素実座標として取得することができる。 The threshold value th of the binarization process can be automatically set appropriately by the procedure of steps S61-66 described above. Moreover, the real coordinate acquisition part 22B can acquire the representative coordinate of each label after the labeling process obtained as a result as an element real coordinate.
また、強度閾値thの値がより適切な値となるよう、次の補助処理(ステップS67−70)を行ってもよい。補助処理は、ラベル数がより確実に所定の範囲以内となるような強度閾値thを自動設定するための処理であり、ステップS66での結果得られたラベル数が所定の範囲以内であるか否かが判定され、所定の範囲外であった場合はラベル数が所定の範囲以内となるよう強度閾値thを再設定しステップS66に戻る処理である。 Further, the next auxiliary process (steps S67-70) may be performed so that the value of the intensity threshold th becomes a more appropriate value. The auxiliary process is a process for automatically setting the intensity threshold th so that the number of labels is more surely within a predetermined range, and whether or not the number of labels obtained as a result of step S66 is within a predetermined range. If it is outside the predetermined range, the strength threshold th is reset so that the number of labels is within the predetermined range, and the process returns to step S66.
なお、補助処理を行う場合、記憶部14はラベル数の上限値および下限値をあらかじめ記憶しておいてもよい。
In addition, when performing an auxiliary process, the memory |
ステップS67において、実座標取得部22Bは、ステップS66の結果得られたラベル数が上限より小さいか否かを判定する。ラベル数が上限以上である場合は、ステップS68に進み、ラベル数がより所定の範囲以内となるように強度閾値thに所定の定数α(ただしα>1)を乗じてステップS66に戻る。一方、ラベル数が上限より小さい場合はステップS69に進む。 In step S67, the real coordinate acquisition unit 22B determines whether or not the number of labels obtained as a result of step S66 is smaller than the upper limit. If the number of labels is equal to or greater than the upper limit, the process proceeds to step S68, the intensity threshold th is multiplied by a predetermined constant α (where α> 1) so that the number of labels is within a predetermined range, and the process returns to step S66. On the other hand, if the number of labels is smaller than the upper limit, the process proceeds to step S69.
次に、ステップS69において、実座標取得部22Bは、ステップS66の結果得られたラベル数が下限より大きいか否かを判定する。ラベル数が下限以下である場合は、ステップS70に進み、ラベル数がより所定の範囲以内となるように強度閾値thに所定の定数β(ただしβ<1)を乗じてステップS66に戻る。一方、ラベル数が下限より大きい場合はラベル数が所定の範囲以内であると判定し図19のステップS53に戻る。 Next, in step S69, the real coordinate acquisition unit 22B determines whether or not the number of labels obtained as a result of step S66 is greater than the lower limit. If the number of labels is equal to or less than the lower limit, the process proceeds to step S70, and the intensity threshold th is multiplied by a predetermined constant β (where β <1) so that the number of labels is within a predetermined range, and the process returns to step S66. On the other hand, if the number of labels is greater than the lower limit, it is determined that the number of labels is within a predetermined range, and the process returns to step S53 in FIG.
なお、補助処理(ステップS67−70)は実行されずともよく、実行される場合であってもループ回数(補助処理の回数)に制限を設けてもよい。 Note that the auxiliary process (steps S67-70) may not be executed, and even if it is executed, a limit may be set on the number of loops (number of auxiliary processes).
補助処理を行うことにより、ラベル数がより確実に所定の範囲以内となるような強度閾値thを自動設定することができる。
(3−2−3.共起性一般化ハフ変換)
By performing the auxiliary process, it is possible to automatically set the intensity threshold th so that the number of labels is more reliably within a predetermined range.
(3-2-3. Co-occurrence generalized Hough transform)
一般化ハフ変換において抽出される特徴点には、ゴミなどに起因する意図しない特徴点も含まれることが多い。しかし、従来の一般化ハフ変換では、抽出した全ての特徴点について均等に投票を行う。このため、入力画像にゴミなどのノイズが多い場合には、的確に物体を検出することが難しい。 The feature points extracted in the generalized Hough transform often include unintended feature points due to dust or the like. However, in the conventional generalized Hough transform, all the extracted feature points are voted equally. For this reason, when there is a lot of noise such as dust in the input image, it is difficult to accurately detect the object.
一方、一般化ハフ変換では、検出対象の物体の形状に関する情報を利用する。そして、画像上の特徴点を抽出し、特徴点の位置とエッジの法線方向にもとづいて特徴点ごとに所定のセルに投票を行うことを繰り返すことにより、物体の検出を行うようになっている。 On the other hand, in the generalized Hough transform, information on the shape of the object to be detected is used. Then, the feature points on the image are extracted, and the object is detected by repeating voting to a predetermined cell for each feature point based on the position of the feature point and the normal direction of the edge. Yes.
検出対象の物体の形状をうまく利用し、検出対象物体の形状に応じた特徴点の共起性を利用することができれば、より正確な物体検出ができると考えられる。そこで、本実施形態に係る実座標取得部22Bは、一般化ハフ変換に代えて、検出対象物体の形状に応じた特徴点の共起性を利用した一般化ハフ変換(共起性情報を付加した一般化ハフ変換、以下、共起性一般化ハフ変換(共起性GHT)という)を行ってもよい。 If the shape of the object to be detected is used well and the co-occurrence of feature points according to the shape of the object to be detected can be used, it is considered that more accurate object detection can be performed. Therefore, the real coordinate acquisition unit 22B according to the present embodiment replaces the generalized Hough transform with the generalized Hough transform (adding the co-occurrence information) using the co-occurrence of feature points according to the shape of the detection target object. Generalized Hough transform, hereinafter referred to as co-occurrence generalized Hough transform (referred to as co-occurrence GHT)).
図22(a)は、対象物要素が円形形状である場合において、1つの特徴点(x、y)に対して共起されるべき予想特徴点を3つ抽出した様子の一例を示す説明図であり、(b)は(a)に示す場合において抽出された共起されるべき特徴点のエッジの法線方向の向きの一例を示す説明図である。 FIG. 22A is an explanatory diagram illustrating an example of a state in which three predicted feature points to be co-occurred with respect to one feature point (x, y) are extracted when the object element has a circular shape. (B) is an explanatory view showing an example of the direction of the normal direction of the edge of the feature point to be co-extracted extracted in the case shown in (a).
また、図23は、対象物要素が任意の形状であっても共起性GHTを適用可能であることを説明するための図である。 FIG. 23 is a diagram for explaining that the co-occurrence GHT can be applied even if the object element has an arbitrary shape.
検出対象物体の形状がわかっているのであるから、1つの特徴点が抽出された場合には、この特徴点が対象物要素に属する特徴点である場合には抽出した特徴点と共起すべき予想特徴点の位置(予想共起位置)およびエッジ法線方向(予想共起エッジ法線方向)をあらかじめ定義することが可能である(図23の共起座標間距離Dx1,Dy1,エッジ法線方向の向きVx1,Vy1参照)。 Since the shape of the object to be detected is known, when one feature point is extracted, if this feature point is a feature point belonging to the object element, an expectation to co-occur with the extracted feature point It is possible to predefine the position of feature points (predicted co-occurrence position) and edge normal direction (predicted co-occurrence edge normal direction) (co-occurrence coordinate distances Dx1, Dy1, edge normal direction in FIG. Direction Vx1, Vy1).
したがって、予想特徴点の予想共起位置に実際にエッジが存在し、かつこのエッジの法線方向が予想共起エッジ法線方向に一致する場合には、抽出した特徴点が対象物要素に属する特徴点である可能性が極めて高いと考えられる。このため、この抽出した特徴点の検出対象図形の基準点への投票度数を大きくする。 Therefore, when an edge actually exists at the predicted co-occurrence position of the predicted feature point and the normal direction of this edge coincides with the predicted co-occurrence edge normal direction, the extracted feature point belongs to the object element. The possibility of a feature point is considered extremely high. For this reason, the voting frequency of the extracted feature points to the reference point of the figure to be detected is increased.
このように、共起性一般化ハフ変換によれば、ゴミに起因する特徴点の影響を大きく低減することができ、より的確に検出対象物を検出することができる。 As described above, according to the co-occurrence generalized Hough transform, it is possible to greatly reduce the influence of the feature points due to dust, and to detect the detection target more accurately.
なお、図22には、対象物要素が円形形状である場合において、予想共起位置を90度ずつずらした位置とする場合の例について示したが、予想共起位置は180度の位置(対角)位置のみであってもよいし、45度ずつずらした位置などより多くの位置を定義してもよい。 FIG. 22 shows an example in which the predicted co-occurrence position is shifted by 90 degrees when the object element has a circular shape. (Corner) position only, or more positions such as positions shifted by 45 degrees may be defined.
図24は、図6のステップS3で図16に示す画像処理装置10Bの実座標取得部22Bにより実行される要素実座標の取得処理の他の手順を示すフローチャートである。図19と同等のステップには同一符号を付し、重複する説明を省略する。 FIG. 24 is a flowchart showing another procedure of element actual coordinate acquisition processing executed by the actual coordinate acquisition unit 22B of the image processing apparatus 10B shown in FIG. 16 in step S3 of FIG. Steps equivalent to those in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
共起性一般化ハフ変換を実行する場合、実座標取得部22Bは、対象物要素の形状に応じた特徴点の共起性に関する情報(図23のDx1等参照)をあらかじめ取得しておく。 When executing the co-occurrence generalized Hough transform, the real coordinate acquisition unit 22B acquires in advance information on the co-occurrence of feature points according to the shape of the object element (see Dx1 and the like in FIG. 23).
ステップS80において、実座標取得部22Bは、対象物画像に対して、共起性一般化ハフ変換を施し、共起性一般化ハフ変換画像(共起性GHT画像)を生成する。 In step S80, the real coordinate acquisition unit 22B performs co-occurrence generalized Hough transform on the object image to generate a co-occurrence generalized Hough transform image (co-occurrence GHT image).
以上の手順により、共起性一般化ハフ変換画像にもとづいて要素実座標を取得することができる。共起性一般化ハフ変換画像は、一般化ハフ変換画像に比べ、より正確に画像から検出対象物体を検出できる。このため、図22に示す手順によれば、図19に示す手順に比べ、よりゴミなどの誤検出の影響を低減することができ、より正確な要素実座標を取得することができる。 With the above procedure, the element actual coordinates can be acquired based on the co-occurrence generalized Hough transform image. The co-occurrence generalized Hough transform image can detect the detection target object from the image more accurately than the generalized Hough transform image. For this reason, according to the procedure shown in FIG. 22, compared with the procedure shown in FIG. 19, the influence of erroneous detection of dust or the like can be reduced, and more accurate element actual coordinates can be acquired.
続いて、共起性一般化ハフ変換画像の生成処理についてより詳細に説明する。 Next, the co-occurrence generalized Hough transform image generation process will be described in more detail.
図25は、図22のステップS80で実座標取得部22Bにより実行される共起性GHT画像生成処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 FIG. 25 is a subroutine flowchart showing the procedure of co-occurrence GHT image generation processing executed by the real coordinate acquisition unit 22B in step S80 of FIG.
ステップS81において、実座標取得部22Bは、対象物画像から特徴点を抽出する。次に、ステップS82において、実座標取得部22Bは、抽出した特徴点と共起すべき予想特徴点の情報を取得する。予想特徴点の情報には、予想共起位置の情報(たとえば抽出した特徴点との相対ベクトルなど)や予想共起エッジ法線方向の情報が含まれる。
In step S81, the real coordinate acquisition unit 22B extracts feature points from the object image. Next, in step S <b> 82, the real coordinate
次に、ステップS83において、実座標取得部22Bは、予想特徴点の予想共起位置に実際にエッジが存在し、かつこのエッジの法線方向が予想共起エッジ法線方向に一致するか否かを判定する。エッジが存在し、かつこのエッジの法線方向が予想共起エッジ法線方向に一致する場合は、ステップS84に進み、ステップS81で抽出した特徴点の検出対象図形の基準点への投票度数を大きくしてステップS86に進む。一方、エッジが存在しないか、エッジが存在してもエッジの法線方向が予想共起エッジ法線方向とは一致するとはいえない場合は、ステップS85に進み、ステップS81で抽出した特徴点の検出対象図形の基準点への投票度数を小さくしてステップS86に進む。 Next, in step S83, the actual coordinate acquisition unit 22B determines whether or not an edge actually exists at the predicted co-occurrence position of the predicted feature point and whether the normal direction of this edge matches the predicted co-occurrence edge normal direction. Determine whether. If there is an edge and the normal direction of this edge coincides with the predicted co-occurrence edge normal direction, the process proceeds to step S84, and the voting frequency of the feature point extracted in step S81 to the reference point of the figure to be detected is set. Increase and go to step S86. On the other hand, if the edge does not exist or the edge normal direction does not match the predicted co-occurrence edge normal direction even if the edge exists, the process proceeds to step S85, and the feature point extracted in step S81 is displayed. The voting frequency for the reference point of the figure to be detected is reduced, and the process proceeds to step S86.
そして、ステップS86において、実座標取得部22Bは、投票度数にもとづいて共起性一般化ハフ変換画像を生成し、図24のステップS52に進む。 In step S86, the real coordinate acquisition unit 22B generates a co-occurrence generalized Hough transform image based on the vote count, and the process proceeds to step S52 in FIG.
以上の手順により、共起性に関する情報を利用した一般化ハフ変換(共起性一般化ハフ変換)によって、対象物画像からより的確に対象物要素を抽出することができる。 By the above procedure, the object element can be more accurately extracted from the object image by the generalized Hough transform (co-occurrence generalized Hough transform) using information on the co-occurrence.
第3実施形態に係る画像処理装置10Bは、第1実施形態に係る画像処理装置10と同様の効果を奏する。また、画像処理装置10Bが統合ベクトル生成部41を有する場合には、第2実施形態に係る画像処理装置10Aと同様の効果も奏する。
The image processing apparatus 10B according to the third embodiment has the same effects as the
また、本実施形態に係る画像処理装置10Bは、一般化ハフ変換により対象物画像から対象物要素を抽出することができる。一般化ハフ変換では、対象物要素の輪郭情報のみを用いる。このため、正規化相関法を用いる場合に比べ、対象物要素の立体形状に異常があっても問題なく対象物要素を抽出することができる。 Further, the image processing apparatus 10B according to the present embodiment can extract the object element from the object image by the generalized Hough transform. In the generalized Hough transform, only the contour information of the object element is used. For this reason, compared with the case where the normalized correlation method is used, even if there is an abnormality in the three-dimensional shape of the object element, the object element can be extracted without any problem.
また、本実施形態に係る画像処理装置10Bは、二値画像を生成する際に閾値thを適切に自動設定することができるため、ユーザにとって非常に利便性が高い。また、閾値thを自動設定する際に補助処理を行う場合、ラベル数が確実に所定範囲内となるような閾値thを設定することができる。 In addition, the image processing apparatus 10B according to the present embodiment can automatically set the threshold th appropriately when generating a binary image, which is very convenient for the user. Further, when the auxiliary process is performed when the threshold value th is automatically set, the threshold value th can be set so that the number of labels is surely within a predetermined range.
また、本実施形態に係る画像処理装置10Bは、共起性一般化ハフ変換を行うことができる。共起性一般化ハフ変換を行う場合、一般化ハフ変換を行う場合に比べてゴミなどの誤検出の影響を低減することができ、より正確な要素実座標を取得することができる。 Further, the image processing apparatus 10B according to the present embodiment can perform co-occurrence generalized Hough transform. When performing the co-occurrence generalized Hough transform, it is possible to reduce the influence of erroneous detection of dust and the like compared to the case of performing the generalized Hough transform, and to obtain more accurate element actual coordinates.
なお、一般化ハフ変換や共起性一般化ハフ変換を行う場合、入力画像(対象物画像)を圧縮しておくと、計算速度を向上させることができる。また、入力画像を平滑化しておいてもよく、この場合、画像中のゴミの影響を低減することができる。 In addition, when performing generalized Hough transform or co-occurrence generalized Hough transform, if the input image (object image) is compressed, the calculation speed can be improved. Further, the input image may be smoothed, and in this case, the influence of dust in the image can be reduced.
(4.第4の実施形態)
次に、本発明に係る画像処理装置の第4実施形態について説明する。
(4. Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the image processing apparatus according to the present invention will be described.
図26は、本発明の第4実施形態に係る画像処理装置10Cを含む立体形状計測装置100の一構成例を示すブロック図である。
FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional
この第4実施形態に示す画像処理装置10Cは、対象物の立体形状計測機能を有する点で第1実施形態に示す画像処理装置10と異なる。他の構成および作用については図1に示す画像処理装置10と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。また、以下の説明では、光軸方向をZ軸、光軸方向に垂直な方向をX軸およびY軸とする場合の例について示す。
The image processing apparatus 10C shown in the fourth embodiment is different from the
立体形状計測装置100は、光源111aを有する照明光学系111、主面が光軸方向に垂直となるよう配置された開口板112、対物レンズ113、焦点位置変更部114、対象物要素115を有する対象物116を載置するための載物台117、載物台117をXYZ各方向に移動させるための載物台駆動部118、載物台117および載物台駆動部118を支持する支持基台119、対象物116からの反射光を入射される撮像部1、および画像処理装置10Cを有する。載物台駆動部118は、載物台Z変位部121および載物台XY変位部122を有する。
The three-dimensional
光源111aとしては、たとえばハロゲンランプやレーザなどを用いることができる。光源111aから出射された光は、照明レンズ123を介して面状の照明光束となる。この光は、偏光ビームスプリッタ124を介して開口板112を照明する。
For example, a halogen lamp or a laser can be used as the
開口板112は、それぞれ共焦点開口部として機能する複数の開口部125を有する。開口板112には複数の開口部125が形成されていればよく、開口板112としては開口部125が2次元に配列されて開口アレイが形成されたものを用いてもよいし、いわゆるニポウディスクを用いてもよい。ニポウディスクを用いる場合、ニポウディスクは図示しない駆動機構により回転駆動される。
The
各開口部125を通過した光は、焦点位置変更部114を介して対物レンズ113を照射し、対物レンズ113によって対象物116に投光されつつ開口部125と共役なスポット(物体側集光点)に集光される。各物体側集光点は、Z軸方向の所定の位置の光軸方向に垂直な面(以下、物体側集光面という)上に位置する。なお、対物レンズ113は、たとえば複数のレンズおよび絞りにより構成されて両側テレセントリック光学系を構成されてもよい。
The light that has passed through each
載物台Z変位部121は、ステッピングモータやサーボモータ、あるいはピエゾモータなどの一般的な駆動装置により構成され、載物台117を光軸方向に変位させる。この変位の量、方向およびタイミングは、画像処理装置10CによりZ軸ドライバ130を介して制御される。載物台Z変位部121は、たとえば測定開始前に載物台117を光軸方向に大まかに変位させる。
The mounting table
図27は、焦点位置変更部114の一構成例を示す斜視図である。図27には、光路変更片131が対象物側の面に設けられる場合の例について示した。
FIG. 27 is a perspective view illustrating a configuration example of the focal
対物レンズ113の光路中に透明体により構成された平行平板形の光路変更片131を配置すると、対物レンズ113の物体側集光面の位置がZ方向に移動する。この焦点移動幅は、光路変更片131の屈折率および厚さによって制御することができる。
When a parallel plate-shaped optical
このため、図27に示すように、回転板132に対して回転方向に沿って等間隔に互いに焦点移動幅が異なる光路変更片131を配設する。この回転板132をモータなどの駆動部133により所定の速度で連続回転させることにより、光路変更片131のそれぞれが対物レンズ113の光軸と交わるごとに離散的に(ステップ的に)対物レンズ113の物体側集光面の位置をZ方向(光軸方向)に移動させることができる。なお、回転板132に配設された光路変更片131の一部は、他の光路変更片131と同一の屈折率および厚さを有し同一の焦点移動幅を有するものであってもよい。
Therefore, as shown in FIG. 27, optical
回転板132の回転状態はタイミングセンサ134により検知される。タイミングセンサ134の出力は画像処理装置10Cに与えられる。画像処理装置10Cは、あらかじめ各光路変更片131と物体側集光点のZ軸座標とを関連付けた情報を保持している。画像処理装置10Cがタイミングセンサ134の出力にもとづいて各光路変更片131と光軸とが交わるタイミングで撮像部1を露光させることを繰り返すことにより、離散的な複数の物体側集光点の位置のそれぞれで、容易かつ高速に撮像を行うことができる。
The rotation state of the
駆動部133は、画像処理装置10Cにより制御可能に構成されてもよい。この場合、画像処理装置10Cは回転板132の回転速度を制御することができる。
The
なお、以下の説明では光路変更片131の形状が円形である場合の例について示すが、これらの形状は楕円形、多角形等であってもよい。
In addition, although the following description shows an example in which the shape of the optical
対象物116による反射光のうち特に物体側集光点における反射光は、対物レンズ113により、物体側集光点と光学的共役関係にある点(以下、像側集光点という)に集光される。点光源としての開口部125と物体側集光点とは、1対1に対応する。本実施形態では、像側集光点が点光源としての開口部125に一致する場合の例について説明する。この場合、開口部125を通過した光は物体側集光点に集光されるとともに、この物体側集光点で反射されて開口部125に再度入射することになる。
Of the light reflected by the
開口部125に再度入射した光は、偏光ビームスプリッタ124により偏向されて結像光学系138に入射し、撮像部1を構成する撮像素子に入射する。ここで、結像光学系138は、開口部125の像を撮像素子の光電変換面に結ぶように構成される。開口部125(像側集光点)とこの開口部125に対応する位置に配設された撮像素子とは、偏光ビームスプリッタ124および結像光学系138により互いに共役関係となる。
The light that has entered the
撮像部1は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサにより構成されて、照射された光の強度に応じた信号を画像処理装置10Cに出力する。また、撮像部1は、画像処理装置10Cにより光検出のタイミングを制御される。
The
画像処理装置10Cは、この撮像部1から受けた信号を、画像(以下、共焦点画像という)を生成するための画像データ(以下、共焦点画像データという)として用いることができる。また、画像処理装置10Cは、たとえば共焦点画像データにもとづく共焦点画像を露光ごとに生成してもよい。なお、画像処理装置10Cは、露光ごとに撮像部1の出力信号を得ることができれば、この出力信号にもとづいて、対象物画像を生成しアライメント情報を生成することや立体形状計測を行うことが可能である。
The image processing apparatus 10C can use the signal received from the
載物台駆動部118の載物台XY変位部122は、載物台117を光軸方向に垂直な方向に変位させる。たとえば、載物台XY変位部122は、測定の合間に測定対象領域をXY面内で移動させるために用いられる。
The mounting table XY displacement unit 122 of the mounting
この載物台XY変位部122は、載物台117のX軸方向およびY軸方向の位置決めを行うX軸変位機構141およびY軸変位機構142を有する。X軸変位機構141およびY軸変位機構142は、たとえばサーボモータにより構成され、変位の量、方向およびタイミングは、画像処理装置10CによりXY軸ドライバ145を介して制御される。
The mounting table XY displacement unit 122 includes an
図28は、本発明の第4実施形態に係る画像処理装置10Cの一構成例を示すブロック図である。 FIG. 28 is a block diagram showing a configuration example of an image processing apparatus 10C according to the fourth embodiment of the present invention.
画像処理装置10Cの制御部15Cは、プログラムによって、少なくともアライメント処理部20および立体形状計測部200として機能する。これらのアライメント処理部20および立体形状計測部200は、RAMの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。なお、この機能実現部は、CPUを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。
The control unit 15C of the image processing apparatus 10C functions as at least the
なお、図28には制御部15Cがアライメント処理部20を有する場合の例について示したが、アライメント処理部20に代えて第2実施形態に係るアライメント処理部20Aを用いてもよいし第3実施形態に係るアライメント処理部20Bを用いてもよい。また、アライメント処理部20Bを用いる場合、統合ベクトル生成部41が省略されてもかまわない。
Although FIG. 28 shows an example in which the control unit 15C includes the
立体形状計測部200は、少なくとも立体形状計測に必要な演算処理および立体形状計測装置100の動作の全般的な制御を実行する。
The three-dimensional
具体的には、立体形状計測部200は、光軸方向に離散的に変更された物体側集光点の位置ごとの撮像素子の信号にもとづいて撮像部1に入射する反射光の強度が最大となる対象物の光軸方向の位置を推定することにより、対象物の距離画像を生成する。また、立体形状計測部200は、アライメント処理部20により取得された基準座標に対応する実座標を用いて、距離画像に含まれる対象物要素の要素実座標と、設計情報の要素設計座標とを対応付ける(アライメントする)ことにより、距離画像にもとづいて対象物の立体形状を計測する。
Specifically, the three-dimensional
本実施形態に係る画像処理装置10Cによれば、アライメント情報を用いることにより、距離画像に含まれる対象物要素の要素実座標と、設計情報の要素設計座標とを、容易かつ的確に対応させることができる。このため、対象物に実際に配設された対象物要素の立体形状を迅速かつ正確に測定し評価することができる。 According to the image processing apparatus 10C according to the present embodiment, by using the alignment information, the element actual coordinates of the object element included in the distance image and the element design coordinates of the design information are easily and accurately associated with each other. Can do. For this reason, the three-dimensional shape of the object element actually disposed on the object can be measured and evaluated quickly and accurately.
なお、アライメント処理部20は、立体形状計測部200により生成された距離画像を入力画像として用いてもよい。
The
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。 Further, in the embodiment of the present invention, each step of the flowchart shows an example of processing that is performed in time series in the order described. The process to be executed is also included.
1 撮像部
10、10A、10B、10C 画像処理装置
20、20A、20B アライメント処理部
21 設計ベクトル生成部
22、22B 実座標取得部
23 実ベクトル生成部
24、24A アライメント情報取得部
41 統合ベクトル生成部
42 統合ベクトル
43 統合要素ベクトル
44 尤度情報
100 立体形状計測装置
111a 光源
112 開口板
113 対物レンズ
114 焦点位置変更部
115 対象物要素
116 対象物
125 開口部
200 立体形状計測部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記設計情報にもとづいて作製された前記対象物を撮像した対象物画像にもとづいて、前記対象物画像上の位置を定義するための実座標系における、各対象物要素の実際の配設位置を示す実座標である要素実座標を取得する実座標取得部と、
前記対象物画像中の対象物要素ごとに自らの要素実座標と複数の他の要素実座標との間の相対ベクトルからなる実ベクトル群を生成する実ベクトル生成部と、
前記設計ベクトル群と前記実ベクトル群とを比較することにより、前記設計情報に含まれる基準点の設計座標に対応する実座標を特定するアライメント情報取得部と、
を有するアライメント部を備え、
前記アライメント部は前記設計ベクトル群を統合して統合ベクトルを生成する統合ベクトル生成部をさらに備え、
前記アライメント情報取得部は、
前記統合ベクトルと前記実ベクトル群とを比較することにより、前記基準点の設計座標に対応する前記実座標を特定する、
画像処理装置。 Design coordinates indicating the target placement position of each object element in the design coordinate system for defining the position on the design information from the design information for creating the object on which a plurality of object elements are arranged A design vector generation unit that acquires a certain element design coordinate and generates a design vector group including a relative vector between the element design coordinate of the target element and a plurality of other element design coordinates for each target element;
The actual arrangement position of each object element in the real coordinate system for defining the position on the object image based on the object image obtained by imaging the object manufactured based on the design information. An actual coordinate acquisition unit that acquires element actual coordinates, which are the actual coordinates shown;
A real vector generation unit that generates a real vector group including a relative vector between its own element real coordinates and a plurality of other element real coordinates for each object element in the object image;
By comparing the design vector group and the real vector group, an alignment information acquisition unit that identifies real coordinates corresponding to design coordinates of a reference point included in the design information;
Comprising an alignment portion having,
The alignment unit further includes an integrated vector generation unit that generates an integrated vector by integrating the design vector group,
The alignment information acquisition unit
Identifying the real coordinates corresponding to the design coordinates of the reference point by comparing the integrated vector and the real vector group;
Image processing device.
前記統合ベクトルを構成する統合要素ベクトルの出現頻度にもとづいて、前記統合要素ベクトルと同一の相対ベクトルを有する実ベクトル群の要素実座標が対応する可能性が高い要素設計座標ほど高い尤度を有するように、要素設計座標のそれぞれと前記尤度とを関連付けた尤度情報を、前記統合要素ベクトルごとに生成する、
請求項1記載の画像処理装置。 The integrated vector generation unit
Based on the appearance frequency of the integrated element vectors constituting the integrated vector, the element design coordinates that are more likely to correspond to the element real coordinates of the real vector group having the same relative vector as the integrated element vector have a higher likelihood. Likely, likelihood information that associates each of the element design coordinates and the likelihood is generated for each integrated element vector,
The image processing apparatus according to claim 1 .
前記統合要素ベクトルと同一の相対ベクトルを有する前記実ベクトル群の前記要素実座標が対応し得ない要素設計座標については負の尤度を割り当てて前記尤度情報を生成する、
請求項2記載の画像処理装置。 The integrated vector generation unit
For the element design coordinates that the element real coordinates of the real vector group having the same relative vector as the integrated element vector cannot correspond, a negative likelihood is assigned to generate the likelihood information.
The image processing apparatus according to claim 2 .
前記要素実座標の実ベクトル群を構成する実ベクトルのそれぞれについて最も近い前記統合要素ベクトルの前記尤度情報を取得し、取得した複数の前記尤度情報から前記要素実座標に対応する要素設計座標を特定することを繰り返すことにより、前記基準点の設計座標に対応する前記実座標を特定する、
請求項2または3に記載の画像処理装置。 The alignment information acquisition unit
Obtaining the likelihood information of the integrated element vector closest to each of the real vectors constituting the real vector group of the element real coordinates, and element design coordinates corresponding to the element real coordinates from the obtained plurality of likelihood information Identifying the actual coordinates corresponding to the design coordinates of the reference point by repeating identifying
The image processing apparatus according to claim 2 or 3.
前記統合ベクトルと前記実ベクトル群とを比較することにより、前記対象物画像内での前記対象物の回転角度を特定する、
請求項1ないし4のいずれか1項記載の画像処理装置。 The alignment information acquisition unit
Identifying a rotation angle of the object in the object image by comparing the integrated vector and the real vector group;
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記設計情報にもとづいて作製された前記対象物を撮像した対象物画像にもとづいて、前記対象物画像上の位置を定義するための実座標系における、各対象物要素の実際の配設位置を示す実座標である要素実座標を取得する実座標取得部と、
前記対象物画像中の対象物要素ごとに自らの要素実座標と複数の他の要素実座標との間の相対ベクトルからなる実ベクトル群を生成する実ベクトル生成部と、
前記設計ベクトル群と前記実ベクトル群とを比較することにより、前記設計情報に含まれる基準点の設計座標に対応する実座標を特定するアライメント情報取得部と、
を有するアライメント部を備え、
前記実座標取得部は、
前記対象物要素の形状に応じた特徴点の共起性に関する情報をあらかじめ取得し、この共起性に関する情報を利用した一般化ハフ変換を用いて前記対象物画像にもとづいて前記対象物要素を抽出することにより前記要素実座標を取得し、
前記実座標取得部はさらに、
前記対象物画像から特徴点を抽出し、この抽出した特徴点が前記対象物要素に属する特徴点である場合には前記抽出した特徴点と共起すべき予想特徴点の、予想共起位置および予想共起エッジ法線方向の情報を取得し、前記予想特徴点の予想共起位置に実際にエッジが存在し、かつこのエッジの法線方向が予想共起エッジ法線方向に一致する場合には、前記抽出した特徴点の基準点への投票度数を大きくする、
画像処理装置。 Design coordinates indicating the target placement position of each object element in the design coordinate system for defining the position on the design information from the design information for creating the object on which a plurality of object elements are arranged A design vector generation unit that acquires a certain element design coordinate and generates a design vector group including a relative vector between the element design coordinate of the target element and a plurality of other element design coordinates for each target element;
The actual arrangement position of each object element in the real coordinate system for defining the position on the object image based on the object image obtained by imaging the object manufactured based on the design information. An actual coordinate acquisition unit that acquires element actual coordinates, which are the actual coordinates shown;
A real vector generation unit that generates a real vector group including a relative vector between its own element real coordinates and a plurality of other element real coordinates for each object element in the object image;
By comparing the design vector group and the real vector group, an alignment information acquisition unit that identifies real coordinates corresponding to design coordinates of a reference point included in the design information;
Comprising an alignment portion having,
The real coordinate acquisition unit
Information on the co-occurrence of feature points according to the shape of the object element is acquired in advance, and the object element is obtained based on the object image using a generalized Hough transform using the information on the co-occurrence. By obtaining the element actual coordinates by extracting,
The real coordinate acquisition unit further includes
A feature point is extracted from the object image, and when the extracted feature point is a feature point belonging to the object element, a predicted co-occurrence position and a prediction of an expected feature point to be co-occurred with the extracted feature point When information on the co-occurrence edge normal direction is obtained, and an edge actually exists at the predicted co-occurrence position of the predicted feature point, and the normal direction of this edge coincides with the expected co-occurrence edge normal direction , Increase the vote count to the reference point of the extracted feature points,
Image processing device.
前記対象物画像に含まれると推定される前記対象物要素の数にもとづいて強度閾値を自動設定し、前記強度閾値より高い強度の画素を抽出することにより二値画像を生成してラベリング処理を施し、ラベリング処理後の各ラベルの代表座標を前記要素実座標として取得する、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The real coordinate acquisition unit
An intensity threshold value is automatically set based on the number of object elements estimated to be included in the object image, and a binary image is generated by extracting pixels having an intensity higher than the intensity threshold value to perform a labeling process. To give the representative coordinates of each label after the labeling process as the element actual coordinates,
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記推定される前記対象物要素の数にもとづいて前記強度閾値を設定するとともに前記推定される前記対象物要素の数に応じて所定の範囲を設定し、前記強度閾値より高い強度の画素を抽出することにより二値画像を生成してラベリング処理を施すとともに、ラベリング処理後のラベル数が前記所定の範囲より外であると前記所定の範囲以内となるよう自動的に前記強度閾値を変更して再度二値画像を生成してラベリング処理を施すことを繰り返す一方、前記ラベル数が前記所定の範囲以内であるとラベリング処理後の各ラベルの代表座標を前記要素実座標として取得する、
請求項7記載の画像処理装置。 The real coordinate acquisition unit
The intensity threshold is set based on the estimated number of the object elements, and a predetermined range is set according to the estimated number of the object elements, and pixels having an intensity higher than the intensity threshold are extracted. To generate a binary image and perform a labeling process, and when the number of labels after the labeling process is outside the predetermined range, the intensity threshold value is automatically changed to be within the predetermined range. While repeatedly generating a binary image and applying a labeling process, the representative coordinates of each label after the labeling process are acquired as the element actual coordinates when the number of labels is within the predetermined range.
The image processing apparatus according to claim 7 .
光源と、
複数の共焦点開口部が形成された開口板と、
前記複数の共焦点開口部を通過したそれぞれの光を物体側集光点に集光するとともに、この集光した光の前記対象物による反射光をそれぞれ対応する共焦点開口部に再度集光する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点を光軸方向に離散的に変更する焦点位置変更部と、
前記共焦点開口部に再度集光された前記対象物による反射光を入力される撮像素子を複数有する撮像部と、
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の前記アライメント部と、光軸方向に離散的に変更された前記物体側集光点の位置ごとの前記撮像素子の信号にもとづいて前記撮像素子ごとに前記撮像素子に入射する前記反射光の強度が最大となる前記対象物の光軸方向の位置を推定することにより前記対象物の距離画像を生成するとともに、前記アライメント部により取得された前記基準点の設計座標に対応する前記実座標を用いて前記距離画像に含まれる要素実座標と要素設計座標とを対応付けることにより、前記距離画像にもとづいて前記対象物の立体形状を計測する立体形状計測部と、を有する画像処理装置と、
を備えた立体形状計測装置。 A three-dimensional shape measuring apparatus using a confocal optical system,
A light source;
An aperture plate in which a plurality of confocal apertures are formed;
The respective lights that have passed through the plurality of confocal openings are condensed on an object-side condensing point, and the reflected light of the collected light from the object is again condensed on the corresponding confocal openings. An objective lens;
A focal position changing unit that discretely changes the focal point of the objective lens in the optical axis direction;
An imaging unit having a plurality of imaging elements to which the reflected light from the object condensed again on the confocal opening is input;
Each of the imaging elements based on the alignment unit according to any one of claims 1 to 8 and a signal of the imaging element for each position of the object-side condensing point that is discretely changed in an optical axis direction. The distance image of the object is generated by estimating the position of the object in the optical axis direction where the intensity of the reflected light that is incident on the imaging element is maximized, and the reference acquired by the alignment unit Solid shape measurement for measuring the solid shape of the object based on the distance image by associating the element actual coordinates and the element design coordinates included in the distance image using the real coordinates corresponding to the design coordinates of the points. An image processing apparatus comprising:
A three-dimensional shape measuring apparatus.
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