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JP7748864B2 - Image processing device and picking system - Google Patents
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JP7748864B2 - Image processing device and picking system - Google Patents

Image processing device and picking system

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JP7748864B2 JP2021198303A JP2021198303A JP7748864B2 JP 7748864 B2 JP7748864 B2 JP 7748864B2 JP 2021198303 A JP2021198303 A JP 2021198303A JP 2021198303 A JP2021198303 A JP 2021198303A JP 7748864 B2 JP7748864 B2 JP 7748864B2
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Description

本発明は、画像処理装置、及び、当該画像処理装置を用いたピッキングシステムに関する。 The present invention relates to an image processing device and a picking system using the image processing device.

従来、多くの生産・製造現場では、作業対象物や搬送物等(ワークとも称される。以下「ワーク」と示す。)のピックアップにピッキングロボットが利用されており、近年では、バラ積みのワークをピッキングするランダムピッキングが広がりをみせている。ランダムピッキングでは、バラ積みされたワークをピックアップの前にカメラで撮像し、撮像した画像から、ワークの位置や方向をロボットに認識させる(例えば、特許文献1等)。 Traditionally, picking robots have been used in many production and manufacturing sites to pick up work objects, transported items, etc. (also referred to as workpieces; hereafter referred to as "workpieces"). In recent years, random picking, which picks bulk workpieces, has become more common. In random picking, bulk workpieces are photographed with a camera before being picked up, and the robot is allowed to recognize the position and orientation of the workpieces from the photographed image (see, for example, Patent Document 1, etc.).

特開2020-146823号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-146823

上述のように、ランダムピッキングを含むワークのピックアップには、ワークを撮像した画像が必要となる。しかしながら、ピッキングロボットが作業する作業現場においては、近接する他の工程(製造ライン)からの散乱光や反射光、外窓から差し込む太陽光等の外乱光によって、作業現場の明るさが変動し得る。この明るさの変動により、ピックアップに要する画像間の明るさも変動し、画像内のワークの認識精度が低下する。この外乱光の影響を抑えるため、明るさの変動に耐性のある撮像装置や、明るさの変動を打ち消す照明装置等を利用することも考えられる。しかしながら、高機能な装置の導入にはコストもかかり、また、外乱光は作業現場ごとに異なってくるため、ある作業現場に適用させて構築したシステムが、他の作業現場に適用できないという問題があった。 As mentioned above, picking up workpieces, including random picking, requires capturing images of the workpieces. However, at worksites where picking robots operate, the brightness of the worksite can fluctuate due to scattered or reflected light from nearby processes (production lines) and ambient light such as sunlight streaming in through exterior windows. This brightness fluctuation also causes the brightness between images required for picking to fluctuate, reducing the accuracy of workpiece recognition within the images. To mitigate the effects of this ambient light, it is possible to use imaging devices that are resistant to brightness fluctuations or lighting devices that cancel out brightness fluctuations. However, introducing high-performance equipment is costly, and because ambient light differs from worksite to worksite, a system built to suit one worksite cannot be applied to other worksites.

本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、コストを抑え、汎用性の高い画像処理装置等を提供することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above problems, and aims to provide a cost-effective and highly versatile image processing device, etc.

本発明の一態様に係る、所定の周期で輝度が変動する光源下に載置された検出対象の検出に利用される画像処理装置は、検出対象を、光源下が第1輝度の状態で撮像した第1画像情報と、第1輝度とは異なる第2輝度の状態で撮像した第2画像情報とを取得する画像取得部と、第1画像情報と第2画像情報との互いの輝度の相違の差分画像情報を生成する生成部と、差分画像情報に基づく、検出対象の検出結果を示す検出情報を出力する出力部とを備える。 According to one aspect of the present invention, an image processing device used to detect a detection target placed under a light source whose luminance fluctuates at a predetermined cycle includes an image acquisition unit that acquires first image information obtained by capturing an image of the detection target under the light source at a first luminance and second image information obtained by capturing an image of the detection target at a second luminance different from the first luminance; a generation unit that generates differential image information representing the difference in luminance between the first image information and the second image information; and an output unit that outputs detection information indicating the detection result of the detection target based on the differential image information.

本発明の一態様に係る画像処理装置において、画像取得部は、所定の時間間隔で撮像を行う撮像装置から、第1画像情報及び第2画像情報を取得するものであって、生成部は、撮像装置によって撮像された複数の画像のうち、最大輝度の画像に関する情報を第1画像情報、最小輝度の画像に関する情報を第2画像情報とした差分画像情報を生成してよい。 In an image processing device according to one aspect of the present invention, the image acquisition unit acquires first image information and second image information from an imaging device that captures images at predetermined time intervals, and the generation unit may generate differential image information in which, of the multiple images captured by the imaging device, information relating to the image with the highest brightness is used as the first image information and information relating to the image with the lowest brightness is used as the second image information.

本発明の一態様に係る画像処理装置において、光源における輝度のピーク間の時間の逆数である光源周波数をf1、撮像装置における所定の時間間隔の逆数である撮影周波数をf2としたとき、f1:f2=1:0.5~1:4(ただし、1:1を除く)を満たしてよい。 In an image processing device according to one aspect of the present invention, when f1 is the light source frequency, which is the reciprocal of the time between luminance peaks in the light source, and f2 is the imaging frequency, which is the reciprocal of a predetermined time interval in the imaging device, the ratio f1:f2 may be 1:0.5 to 1:4 (excluding 1:1).

本発明の一態様に係る画像処理装置において、第1輝度と第2輝度との差が所定の閾値を下回る場合、光源周波数及び撮影周波数の少なくともいずれかを変更してよい。 In an image processing device according to one aspect of the present invention, if the difference between the first luminance and the second luminance falls below a predetermined threshold, at least one of the light source frequency and the imaging frequency may be changed.

本発明の一態様に係る画像処理装置において、第1輝度と第2輝度との差が所定の閾値を下回る場合、撮像装置が検出対象を撮像するタイミングを変更してよい。 In an image processing device according to one aspect of the present invention, if the difference between the first luminance and the second luminance falls below a predetermined threshold, the timing at which the imaging device captures an image of the detection target may be changed.

本発明の一態様に係る画像処理装置と、ピッキング装置とを備えるピッキングシステムは、ピッキング装置が、検出対象の載置部と、検出対象を載置部からピッキングするピッキング部と、検出情報に基づいてピッキング部を制御するピッキング制御部とを備える。 In one aspect of the present invention, a picking system including an image processing device and a picking device includes a picking device having a placement unit for a detection target, a picking unit that picks the detection target from the placement unit, and a picking control unit that controls the picking unit based on detection information.

本発明の一態様に係る画像処理装置は、所定の周期で輝度が変動するフリッカーの発生する光源下に載置された検出対象の検出に利用される画像処理装置であって、検出対象を、光源下が第1輝度の状態で撮像した第1画像情報と、第1輝度とは異なる第2輝度の状態で撮像した第2画像情報とを取得する画像取得部と、第1画像情報と第2画像情報との互いの輝度の相違の差分画像情報を生成する生成部と、差分画像情報に基づく、検出対象の検出結果を示す検出情報を出力する出力部とを備えるとの特徴を有する。これにより、コストを抑え、汎用性の高い画像処理装置等を提供することができる。 An image processing device according to one aspect of the present invention is an image processing device used to detect a detection target placed under a light source that generates flicker, where the luminance fluctuates at a predetermined cycle. It is characterized by including an image acquisition unit that acquires first image information obtained by capturing an image of the detection target under the light source at a first luminance and second image information obtained by capturing an image of the detection target at a second luminance different from the first luminance; a generation unit that generates differential image information of the difference in luminance between the first image information and the second image information; and an output unit that outputs detection information indicating the detection result of the detection target based on the differential image information. This makes it possible to provide an image processing device, etc., that is cost-effective and highly versatile.

本発明の一態様に係るピッキングシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a picking system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る画像処理装置の機能図である。1 is a functional diagram of an image processing device according to an aspect of the present invention; (a)、(b)は、本発明の一態様に係る画像処理装置の概要を説明する図である。1A and 1B are diagrams illustrating an overview of an image processing device according to an aspect of the present invention. (a)~(c)は、本発明の一態様に係る画像処理装置の概要を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating an overview of an image processing device according to an aspect of the present invention. (a)~(c)は、本発明の一態様に係る画像処理装置の概要を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating an overview of an image processing device according to an aspect of the present invention.

以下、本発明の一実施態様に係る画像処理装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図は例示であって、本発明の画像処理装置は、図示したものに限定されない。また、図は概略であって、図におけるピッキングシステムの各構成部の大きさの比率、数、位置関係、及び、グラフ等は厳密ではない。 An image processing device according to one embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the drawings are for illustrative purposes only, and the image processing device of the present invention is not limited to the one shown. Furthermore, the drawings are schematic, and the size ratios, number, positional relationships, graphs, etc. of the components of the picking system in the drawings are not strictly accurate.

<ピッキングシステム>
図1は、本発明の一態様に係るピッキングシステムの概略構成図である。ピッキングシステム100は、少なくとも、画像処理装置200と、ピッキング装置30とを備える。ピッキング装置30は、ピッキングアーム(ピッキング部)31と、載置部40とを備え、載置部40に載置されたワーク50をピックアップして把持したり、別の工程へ移動させたりする。なお、図1では、ワーク50を単体で示してあるが、ワーク50はバラ積みされていてもよい。また、ワーク50としては、ピッキングアーム31でピックアップ可能な物体であればどのようなものであってもよい。さらに、載置部40は、図1のようなベルトコンベア状に限定されず、ワーク50がバラ積みされた箱状のものであってもよい。
<Picking system>
FIG. 1 is a schematic diagram of a picking system according to one embodiment of the present invention. The picking system 100 includes at least an image processing device 200 and a picking device 30. The picking device 30 includes a picking arm (picking unit) 31 and a placement unit 40, and picks up and grips a workpiece 50 placed on the placement unit 40, or moves the workpiece 50 to another process. While FIG. 1 shows the workpiece 50 as a single unit, the workpiece 50 may be stacked in bulk. Furthermore, the workpiece 50 may be any object that can be picked up by the picking arm 31. Furthermore, the placement unit 40 is not limited to a belt conveyor-like structure as shown in FIG. 1, but may be a box-like structure on which the workpieces 50 are stacked in bulk.

画像処理装置200は、撮像装置20が撮像した、検出対象であるワーク50の画像を撮像装置20から取得し、画像認識処理を行う。撮像装置20は、CCDカメラ、RGBカメラ、ステレオカメラ等、既知のカメラであってよい。また、画像処理装置200は、ピッキング装置30と接続され、撮像装置20が撮像した画像からワーク50の状態(向きや形状等)を認識し、ピッキング装置30に、ワーク50の状態に関する情報を送信する。なお、図1では、画像処理装置200とピッキング装置30とを別に示してあるが、画像処理装置200はピッキング装置30に組み込まれていてもよい。 The image processing device 200 acquires images of the workpiece 50 to be detected, captured by the imaging device 20, from the imaging device 20 and performs image recognition processing. The imaging device 20 may be a known camera such as a CCD camera, RGB camera, or stereo camera. The image processing device 200 is also connected to the picking device 30, recognizes the state (orientation, shape, etc.) of the workpiece 50 from the images captured by the imaging device 20, and transmits information regarding the state of the workpiece 50 to the picking device 30. Note that while the image processing device 200 and the picking device 30 are shown separately in Figure 1, the image processing device 200 may also be incorporated into the picking device 30.

ピッキングシステム100は、例えば図1に示すように、作業現場の窓から差し込む太陽60の太陽光や、他の工程からの反射光等を含む外乱光70の影響を受けて、撮像装置20が撮像する画像の明暗が変化し得る。そのため、本発明の一態様に係るピッキングシステムは、作業現場の光源10の性質を利用した画像処理が行われる。詳細は後述するが、作業現場の光源10は、所定の周期で輝度が変動する光源であってよい。例えば、光源10は、従来用いられている蛍光灯、水銀灯、赤熱灯、LEDといった、フリッカーの発生する光源を用いてよい。すなわち、光源10は、いわゆるフリッカーレスのような機能を持たない光源を用いてよい。なお、フリッカーは、受電電圧の周波数変動によるものであって、西日本では60Hz、東日本では50Hzの周期で明暗が繰り返される現象である。 In the picking system 100, as shown in FIG. 1, the brightness of the image captured by the imaging device 20 can change due to ambient light 70, including sunlight 60 shining through a window at the work site and light reflected from other processes. Therefore, a picking system according to one aspect of the present invention performs image processing that utilizes the properties of the light source 10 at the work site. As will be described in detail later, the light source 10 at the work site may be a light source whose brightness fluctuates at a predetermined cycle. For example, the light source 10 may be a light source that generates flicker, such as a conventional fluorescent lamp, mercury lamp, incandescent lamp, or LED. In other words, the light source 10 may not have a so-called flickerless function. Note that flicker is caused by frequency fluctuations in the incoming voltage, and is a phenomenon in which light and dark alternate at a cycle of 60 Hz in western Japan and 50 Hz in eastern Japan.

なお、これ以降、所定の周期で輝度が変動する光源として、フリッカーの生じる光源を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、輝度の変動スピード(すなわち、明暗のスピード)を調節可能な照明であれば、どのようなものでであってもよい。 Note that from here on, we will use a light source that flickers as an example of a light source whose brightness fluctuates at a predetermined cycle, but the present invention is not limited to this, and any lighting can be used as long as the speed at which the brightness fluctuates (i.e., the speed at which it changes brightness) can be adjusted.

<画像処理装置>
次に、画像処理装置200の機能構成、及び、画像処理装置200の動作について、図2,3を用いて説明する。図2に示すように、画像処理装置200は、画像取得部210、画像処理部220、検出結果出力部230を少なくとも備える。画像取得部210は、撮像装置20が撮像した画像を取得する。このとき、画像取得部210は、検出対象であるワークを、光源10が第1輝度の状態で撮像した第1画像情報と、光源10が第1輝度とは異なる第2輝度の状態で撮像した第2画像情報とを取得する。
<Image processing device>
Next, the functional configuration and operation of the image processing device 200 will be described with reference to Figures 2 and 3. As shown in Figure 2, the image processing device 200 includes at least an image acquisition unit 210, an image processing unit 220, and a detection result output unit 230. The image acquisition unit 210 acquires an image captured by the imaging device 20. At this time, the image acquisition unit 210 acquires first image information of the workpiece to be detected captured when the light source 10 is at a first luminance, and second image information of the workpiece to be detected captured when the light source 10 is at a second luminance different from the first luminance.

ここで、図3を用いて、本発明の一態様に係る画像処理装置200の動作について説明する。図3(a)は、図1に示すピッキングシステム100の作業現場の、外乱光70の影響下における輝度の変化を示すグラフである。図3(a)において、横軸は時間、縦軸は輝度を表し、破線11は光源10の輝度の時間変化、一点鎖線71は外乱光70の輝度の時間変化を示すグラフである。図3(a)における破線11に示すように、光源10は、所定の周期で輝度が変動するフリッカーが発生し、図3(a)の例では、周期T1[s](すなわち、光源周波数f1=1/T1[Hz])で明暗を繰り返している。これに対し、一点鎖線71に示すように、外乱光70は、時間の経過に対する輝度の変動の程度が、光源10と比べて緩やかである。これら光源10と外乱光70とが重畳し、ピッキングシステム100の作業現場の輝度変動は、実線81で示すグラフとなる。 Here, using FIG. 3, the operation of the image processing device 200 according to one embodiment of the present invention will be described. FIG. 3(a) is a graph showing changes in luminance under the influence of ambient light 70 at the work site of the picking system 100 shown in FIG. 1. In FIG. 3(a), the horizontal axis represents time, the vertical axis represents luminance, and the dashed line 11 represents the change in luminance of the light source 10 over time, while the dashed line 71 represents the change in luminance of the ambient light 70 over time. As indicated by the dashed line 11 in FIG. 3(a), the light source 10 exhibits flicker, in which the luminance fluctuates at a predetermined cycle. In the example shown in FIG. 3(a), the light source 10 alternates between bright and dark at a cycle of T1 [s] (i.e., light source frequency f1 = 1/T1 [Hz]). In contrast, as indicated by the dashed line 71, the ambient light 70 exhibits a more gradual change in luminance over time than the light source 10. The light source 10 and ambient light 70 are superimposed, and the brightness fluctuations at the work site of the picking system 100 are shown in the graph indicated by the solid line 81.

撮像装置20は、実線81で示す輝度変動の下でワーク50を撮像するため、タイミングによっては、異なる輝度で画像を撮像することになる。例えば、図3(a)示すように、時間t1で撮像した画像の輝度はL1(第1輝度)となり、時間t0で撮像した輝度はL0(第2輝度)となって、異なる輝度における画像が撮像できる。 The imaging device 20 captures images of the workpiece 50 under the luminance fluctuations shown by the solid line 81, so images will be captured at different luminances depending on the timing. For example, as shown in Figure 3(a), the luminance of an image captured at time t1 is L1 (first luminance), and the luminance of an image captured at time t0 is L0 (second luminance), allowing images to be captured at different luminances.

生成部221は、第1画像と第2画像との互いの輝度の相違を差分した差分画像を生成する。ここで、図3(b)を用いて、第1輝度及び第2輝度の下で撮像した画像から生成された差分画像の性質について説明する。 The generation unit 221 generates a difference image by subtracting the difference in brightness between the first image and the second image. Here, the properties of the difference image generated from images captured under the first brightness and the second brightness will be explained using Figure 3(b).

図3(b)において、第1画像21は、図3(a)において相対的に高輝度である第1輝度(L1)で撮像した高輝度画像、第2画像22は、相対的に低輝度である第2輝度(L0)で撮像した低輝度画像である。図3(b)に示すように、第1画像21、第2画像22には、外乱光70の影響により、ノイズ72が生じているとする。ここで、外乱光70の輝度の時間変動は、図3(a)に示すように緩やかであるため、第1画像21及び第2画像22との間で、ノイズ72の変化は少ない。したがって、生成部221によって生成された、第1画像21及び第2画像22の差分画像23は、ノイズ72の成分を含まない画像とすることができる。 In FIG. 3(b), the first image 21 is a high-brightness image captured at a first brightness (L1), which is a relatively high brightness, in FIG. 3(a), and the second image 22 is a low-brightness image captured at a second brightness (L0), which is a relatively low brightness. As shown in FIG. 3(b), noise 72 occurs in the first image 21 and the second image 22 due to the influence of disturbance light 70. Here, because the brightness of the disturbance light 70 varies slowly over time as shown in FIG. 3(a), there is little change in the noise 72 between the first image 21 and the second image 22. Therefore, the difference image 23 of the first image 21 and the second image 22 generated by the generation unit 221 can be an image that does not include noise 72 components.

画像処理部220は、差分画像23について既知の画像認識技術を用いて、差分画像23に含まれるワーク50を検出する。なお、画像認識は、機械学習又はAI(Artificial Intelligence)により実現されてもよい。 The image processing unit 220 uses known image recognition technology on the difference image 23 to detect the workpiece 50 contained in the difference image 23. Note that image recognition may be achieved by machine learning or AI (artificial intelligence).

検出結果出力部230は、画像処理部220による検出結果を、ピックアップ装置30へ送信する。検出結果には、ワーク50の位置や向きといった、ワーク50の状態に関する情報を含んでよい。ピックアップ装置30の図示しない制御部は、検出結果に含まれるワーク50の状態に関する情報に基づき、ワーク50をピッキングアーム31へ、ピックアップするための制御信号を出力してよい。 The detection result output unit 230 transmits the detection results from the image processing unit 220 to the pickup device 30. The detection results may include information about the state of the workpiece 50, such as the position and orientation of the workpiece 50. A control unit (not shown) of the pickup device 30 may output a control signal to the picking arm 31 to pick up the workpiece 50, based on the information about the state of the workpiece 50 included in the detection results.

このように、本発明の一態様に係る画像処理装置によれば、光源の輝度の変動を利用して、外乱光の影響を取り除くことが可能となる。したがって、光源や撮像装置に高い機能性を要することがなく、低コストのピッキングシステムを実現することができる。 In this way, with an image processing device according to one aspect of the present invention, it is possible to eliminate the effects of ambient light by utilizing fluctuations in the brightness of the light source. Therefore, a low-cost picking system can be realized without requiring high functionality from the light source or imaging device.

なお、撮像装置20は、所定の時間間隔で撮像を行う撮像装置であってよく、画像取得部210は、撮像装置20から、複数の画像を取得してよい。例えば、図3の例では、撮像装置20が、時間t1から周期T2[s](すなわち、撮像周波数f2=1/T2[Hz])で撮像を開始し、図中の周期変化する曲線の「〇」で示される輝度で複数の画像が撮像されたとする。この場合、生成部221は、撮像装置20によって撮像された複数の画像のうち、最大輝度の画像を第1画像(図の例では、時間t1、輝度L1における画像)、最小輝度の画像を第2画像(図の例では、時間t0、輝度L0における画像)として、差分画像を生成してよい。 The imaging device 20 may be an imaging device that captures images at predetermined time intervals, and the image acquisition unit 210 may acquire multiple images from the imaging device 20. For example, in the example of FIG. 3, the imaging device 20 begins capturing images from time t1 at a period T2 [s] (i.e., imaging frequency f2 = 1/T2 [Hz]), and multiple images are captured at the brightness indicated by the "circles" on the periodically changing curve in the figure. In this case, the generation unit 221 may generate a difference image by using the image with the highest brightness among the multiple images captured by the imaging device 20 as the first image (in the example of the figure, the image at time t1 and brightness L1) and the image with the lowest brightness as the second image (in the example of the figure, the image at time t0 and brightness L0).

このように、本発明の一態様に係る画像処理装置200によれば、画像取得部210が取得した複数の画像のうち、輝度の差が大きい画像を選択して差分画像を生成してよい。したがって、差分画像の輝度の程度を上げて、検出対象の検出精度を高めることができる。 In this way, according to the image processing device 200 of one aspect of the present invention, an image with a large difference in brightness may be selected from among the multiple images acquired by the image acquisition unit 210 to generate a difference image. Therefore, the brightness level of the difference image can be increased, thereby improving the detection accuracy of the detection target.

なお、上述では、撮像装置20が撮像した画像の撮像順序に関わらず差分画像が生成される例について説明した。しかしながら、ワーク50が例えばコンベア状を動く場合など、検出対象の状態が時間の経過に伴って変化する場合も考えられる。この場合は、撮像した画像のうち、時間軸上で隣接する画像間で差分画像を生成してよい。 In the above description, an example has been described in which a differential image is generated regardless of the order in which images are captured by the imaging device 20. However, there may be cases in which the state of the detection target changes over time, such as when the workpiece 50 moves on a conveyor belt. In this case, a differential image may be generated between captured images that are adjacent on the time axis.

図4(b)に、撮像装置20が所定の時間間隔で撮像を行い、時間軸上で隣接する画像間で差分をとった場合に得られる差分画像23の輝度変動のグラフを示す。なお、図4(a)は、図3(a)と同一であるが、簡単のため、光源10の輝度変動を示す破線11は省略し、外乱光70の輝度変動を示す一点鎖線71と、光源10と外乱光70によるピッキングシステム100が作動する場所の輝度変動を示す実線81のみ示してある。 Figure 4(b) shows a graph of the luminance fluctuation of the difference image 23 obtained when the imaging device 20 captures images at a predetermined time interval and takes the difference between adjacent images on the time axis. Note that Figure 4(a) is the same as Figure 3(a), but for simplicity, the dashed line 11 indicating the luminance fluctuation of the light source 10 is omitted, and only the dashed-dotted line 71 indicating the luminance fluctuation of the ambient light 70 and the solid line 81 indicating the luminance fluctuation at the location where the picking system 100 operates using the light source 10 and ambient light 70 are shown.

図4(a)に示す周期T2(図の例では、T2=T1/2)で撮像装置20が撮像する場合、画像取得部210は、図中「●」で示す第1輝度で撮像された画像であって、相対的に高輝度の第1輝度画像、図中「■」で示す第2輝度で撮像された画像であって、相対的に低輝度の第2輝度画像を複数取得する。生成部221は、時間軸上で隣接する第1輝度画像と第2輝度画像とから、差分画像を生成してよい。この場合、図4(b)に示すように、同一輝度の画像フレームF11,F12…が得られることになる。画像処理部220は、各画像フレームF11,F12…の画像に対して認識処理を行えばよい。 When the imaging device 20 captures images at a period T2 (T2 = T1/2 in the example shown in Figure 4(a)), the image acquisition unit 210 acquires multiple first luminance images, which are images captured at a first luminance indicated by a "●" in the figure and have a relatively high luminance, and multiple second luminance images, which are images captured at a second luminance indicated by a "■" in the figure and have a relatively low luminance. The generation unit 221 may generate a difference image from the first luminance image and the second luminance image that are adjacent on the time axis. In this case, image frames F11, F12... of the same luminance are obtained, as shown in Figure 4(b). The image processing unit 220 simply performs recognition processing on the images of each image frame F11, F12...

しかしながら、図4(b)の各画像フレームF11,F12…は、原画像(特に、高輝度画像)と比較して、ショットノイズや熱ノイズが強調され、S/N比(Signal to Noise ratio:信号対雑音比)が悪化する。なお、ここでのS/N比は、検出対象を示す信号に対するノイズの割合を指す。そのため、図4(c)に示すように、画像処理部220は、各画像フレーム間(図の場合、3フレームF21又はF22間)で明度平均処理を行ってよい。これにより、ショットノイズや熱ノイズの軽減を行い、S/N比を改善することができる。なお、画像フレーム間で平均処理を行うことによって、画像フレーム数が減少するため、検出対象が移動する場合等に、検出精度が低下するおそれもある。したがって、平均化する画像フレームの数は、検出対象の移動する速度等に応じて設定すればよい。 However, compared to the original image (especially high-brightness images), each image frame F11, F12, etc. in Figure 4(b) emphasizes shot noise and thermal noise, resulting in a poor S/N ratio (signal-to-noise ratio). Note that the S/N ratio here refers to the ratio of noise to the signal representing the detection target. Therefore, as shown in Figure 4(c), the image processing unit 220 may perform brightness averaging between each image frame (between three frames F21 or F22 in the illustrated example). This reduces shot noise and thermal noise and improves the S/N ratio. Note that performing averaging between image frames reduces the number of image frames, which may result in reduced detection accuracy when the detection target is moving, for example. Therefore, the number of image frames to be averaged can be set according to the moving speed of the detection target, etc.

なお、図4の例では、撮像装置20が撮像周期T2(=T1/2)で撮像する場合に、第1輝度及び第2輝度の差が最大となる理想的な場合について説明した。しかしながら、例えば図5(a)に示すように、撮像タイミングによって、すなわち、光源10の光源周期T1と撮像装置20の撮像周期T2との相対的な時間ずれによっては、撮像装置20の撮像画像間で、輝度の差が非常に小さくなる場合も考えられる。図5(a)の例では、撮像装置20が撮像周期T2、時間t3,t4,t5,t6で撮像した画像の輝度が、それぞれL3,L4,L5,L6となって、撮像した画像フレーム間の差が小さいことがわかる。このような場合、生成部221が生成した差分画像の輝度が非常に小さくなり、検出対象の検出が困難となり得る。 Note that the example in FIG. 4 describes an ideal case in which the difference between the first luminance and the second luminance is greatest when the imaging device 20 captures images at an imaging cycle T2 (=T1/2). However, as shown in FIG. 5(a), depending on the imaging timing, i.e., the relative time lag between the light source cycle T1 of the light source 10 and the imaging cycle T2 of the imaging device 20, the luminance difference between images captured by the imaging device 20 may be very small. In the example in FIG. 5(a), the luminance of images captured by the imaging device 20 at imaging cycle T2 and times t3, t4, t5, and t6 are L3, L4, L5, and L6, respectively, indicating that the difference between the captured image frames is small. In such a case, the luminance of the difference image generated by the generation unit 221 becomes very small, which may make it difficult to detect the target object.

このため、本発明の一態様に係る画像処理装置200によれば、光源10における輝度のピーク間の時間の逆数である光源周波数をf1(=1/T1)、撮像装置20における所定の時間間隔(T2)の逆数である撮影周波数をf2(=1/T2)としたとき、
f1:f2=1:0.5~1:4(ただし、1:1を除く)・・・(式1)
を満たすように、撮像周期又は光源周期を設定すればよい。
Therefore, according to the image processing device 200 according to one aspect of the present invention, when the light source frequency, which is the reciprocal of the time between luminance peaks in the light source 10, is f1 (=1/T1), and the imaging frequency, which is the reciprocal of the predetermined time interval (T2) in the imaging device 20, is f2 (=1/T2),
f1:f2 = 1:0.5 to 1:4 (excluding 1:1) ... (Equation 1)
The imaging period or the light source period may be set so as to satisfy the above.

例えば、図5(b)に、撮影周波数f2′(=1/T2′)が、光源周波数f1の4倍である場合を示す。この場合、時間t7,t8,t9,t10で撮像した画像の輝度が、それぞれL7,L8,L9,L10となり、撮像した画像フレームのいくつかの間に、輝度についてある程度の差を生じさせることができる。したがって、図5(b)の例の場合、輝度L8で撮像された画像を第1輝度画像、輝度L9で撮像された画像を第2画像として、差分画像を生成すればよい。 For example, Figure 5(b) shows a case where the shooting frequency f2' (= 1/T2') is four times the light source frequency f1. In this case, the luminance of images captured at times t7, t8, t9, and t10 will be L7, L8, L9, and L10, respectively, and a certain degree of luminance difference can be created between some of the captured image frames. Therefore, in the example of Figure 5(b), the image captured at luminance L8 is designated as the first luminance image, and the image captured at luminance L9 is designated as the second image, and a difference image can be generated.

なお、式(1)に、撮像周波数と光源周波数との好適な関係を示したが、図5(c)に、撮像周波数の光源周波数に対する好適な倍率について示す。撮像周波数は、光源周波数の0.5倍、1倍であると、上述したように第1輝度画像、第2輝度画像間の輝度の差が小さくなるため好ましくない。したがって、0.5倍、1倍を除き、撮像周波数が光源周波数に対して4倍であれば、検出可能な差分画像を生成することができる。撮像周波数が光源周波数の4倍を超える場合ももちろん可能であるが、撮像装置20に高い機能を要することになるため、コストとの兼ね合いで決定すればよい。 Note that while equation (1) shows the preferred relationship between the imaging frequency and the light source frequency, Figure 5(c) shows the preferred magnification of the imaging frequency to the light source frequency. If the imaging frequency is 0.5 or 1 times the light source frequency, this is not preferred because, as mentioned above, the difference in luminance between the first luminance image and the second luminance image will become small. Therefore, excluding 0.5 and 1 times, if the imaging frequency is 4 times the light source frequency, a detectable difference image can be generated. Of course, it is also possible for the imaging frequency to exceed 4 times the light source frequency, but this would require high functionality from the imaging device 20, so the choice should be made based on a balance with cost.

なお、図5(a)のように、撮像周期と光源周期との関係から、撮像した画像間で輝度の差の程度が小さい場合、すなわち、第1輝度と前記第2輝度との差が所定の閾値を下回る場合、光源周波数f1及び撮影周波数f2の少なくともいずれかを変更してよい。例えば、図5(a)の状態から、撮像周波数f2を大きくすることにより、図5(b)の状態に遷移させることができる。なお、インバータ装置等により、光源10の光源周波数f1を変化させてもよい。 Note that, as shown in Figure 5(a), when the difference in luminance between captured images is small due to the relationship between the imaging cycle and the light source cycle, i.e., when the difference between the first luminance and the second luminance is below a predetermined threshold, at least one of the light source frequency f1 and the imaging frequency f2 may be changed. For example, by increasing the imaging frequency f2 from the state shown in Figure 5(a), it is possible to transition to the state shown in Figure 5(b). Note that the light source frequency f1 of the light source 10 may be changed using an inverter device or the like.

なお、上述では、光源周波数f1及び撮影周波数f2のいずれかを変更する態様について説明したが、第1輝度と第2輝度との差が所定の閾値を下回る場合、撮像装置20が検出対象を撮像するタイミングを変更してもよい。例えば、図5(a)の状態から、撮像装置20の撮像をいったん停止し、撮像タイミングをずらした上で撮像を開始してもよい。 In the above, we have described a mode in which either the light source frequency f1 or the imaging frequency f2 is changed. However, if the difference between the first luminance and the second luminance falls below a predetermined threshold, the timing at which the imaging device 20 captures an image of the detection target may be changed. For example, from the state shown in FIG. 5(a), imaging by the imaging device 20 may be temporarily stopped, and then imaging may be started again after shifting the imaging timing.

これらの方法により、差分画像の輝度を上げて、検出精度を高めることができる。 These methods can increase the brightness of the difference image and improve detection accuracy.

なお、上述した本発明の一態様に係る画像処理装置200と、ピッキング装置30とを備えるピッキングシステム100は、従来用いられている光源10のフリッカーを利用し、フリッカーの周波数に応じて、撮像装置20の撮像周波数を設定してよい。したがって、特別な照明装置や高機能の撮像装置を必要とせず、低コストで汎用性の高いピッキングシステムを実現することが可能となる。また、撮像装置20の撮像周波数に対して、光源10の光源周波数を調節してもよい。この場合、ピッキングシステム100の構築のために、新たに撮像装置20を用意する必要がなく、コストを抑えることができる。 Note that the picking system 100, which includes the image processing device 200 according to one aspect of the present invention described above and the picking device 30, may utilize the flicker of the conventionally used light source 10 and set the imaging frequency of the imaging device 20 according to the frequency of the flicker. This makes it possible to realize a low-cost, highly versatile picking system without the need for special lighting equipment or high-performance imaging devices. Furthermore, the light source frequency of the light source 10 may be adjusted relative to the imaging frequency of the imaging device 20. In this case, there is no need to prepare a new imaging device 20 to build the picking system 100, thereby reducing costs.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。 While the present invention has been described based on various drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art would easily be able to make various modifications and alterations based on this disclosure. Therefore, it should be noted that these modifications and alterations are included within the scope of the present invention.

10 光源
20 撮像画像
30 ピックアップ装置
31 ピックアップアーム
40 載置部
50 ワーク(検出対象)
60 太陽
70 外乱光
100 ピッキングシステム
200 画像処理装置
210 画像取得部
220 画像処理部
221 生成部
230 検出結果出力部
10 Light source 20 Captured image 30 Pickup device 31 Pickup arm 40 Placement unit 50 Workpiece (detection target)
60 Sun 70 Ambient light 100 Picking system 200 Image processing device 210 Image acquisition unit 220 Image processing unit 221 Generation unit 230 Detection result output unit

Claims (4)

所定の周期で輝度が変動する光源下に載置された検出対象の検出に利用される画像処理装置であって、
前記検出対象を、前記光源下が第1輝度の状態で撮像した第1画像情報と、前記第1輝度とは異なる第2輝度の状態で撮像した第2画像情報とを取得する画像取得部と、
前記第1画像情報と前記第2画像情報との互いの輝度の相違の差分画像情報を生成する生成部と、
前記差分画像情報に基づく、前記検出対象の検出結果を示す検出情報を出力する出力部と、
を備え
前記画像取得部は、所定の時間間隔で撮像を行う撮像装置から、前記第1画像情報及び前記第2画像情報を取得し、
前記生成部は、前記撮像装置によって撮像された複数の画像のうち、最大輝度の画像に関する情報を前記第1画像情報、最小輝度の画像に関する情報を前記第2画像情報とした差分画像情報を生成し、
前記光源における輝度のピーク間の時間の逆数である光源周波数をf1、前記撮像装置における前記所定の時間間隔の逆数である撮影周波数をf2としたとき、
f1:f2=1:0.5~1:4(ただし、1:1を除く)
を満たす、画像処理装置。
An image processing device used to detect a detection target placed under a light source whose luminance fluctuates at a predetermined cycle,
an image acquisition unit that acquires first image information obtained by capturing an image of the detection target under the light source at a first luminance and second image information obtained by capturing an image of the detection target under a second luminance different from the first luminance;
a generating unit that generates differential image information representing a difference in luminance between the first image information and the second image information;
an output unit that outputs detection information indicating a detection result of the detection object based on the differential image information;
Equipped with
the image acquisition unit acquires the first image information and the second image information from an imaging device that captures images at predetermined time intervals;
the generation unit generates difference image information in which information on an image with the highest luminance among a plurality of images captured by the imaging device is the first image information and information on an image with the lowest luminance is the second image information,
When a light source frequency that is the reciprocal of the time between luminance peaks in the light source is f1, and an imaging frequency that is the reciprocal of the predetermined time interval in the imaging device is f2,
f1:f2 = 1:0.5 to 1:4 (excluding 1:1)
Meet the image processing device.
前記第1輝度と前記第2輝度との差が所定の閾値を下回る場合、前記光源周波数及び前記撮影周波数の少なくともいずれかを変更する、
ことを特徴とする請求項に記載の画像処理装置。
When the difference between the first luminance and the second luminance is less than a predetermined threshold, at least one of the light source frequency and the imaging frequency is changed.
2. The image processing device according to claim 1 , wherein:
前記第1輝度と前記第2輝度との差が所定の閾値を下回る場合、前記撮像装置が前記検出対象を撮像するタイミングを変更する、
ことを特徴とする請求項に記載の画像処理装置。
When the difference between the first luminance and the second luminance is below a predetermined threshold, the imaging device changes a timing at which it captures an image of the detection target.
2. The image processing device according to claim 1 , wherein:
請求項1~のいずれか1項に記載の画像処理装置と、ピッキング装置とを備えるピッキングシステムであって、
前記ピッキング装置は、
前記検出対象の載置部と、
前記検出対象を前記載置部からピッキングするピッキング部と、
前記検出情報に基づいてピッキング部を制御するピッキング制御部と、
を備えることを特徴とするピッキングシステム。
A picking system comprising the image processing device according to any one of claims 1 to 3 and a picking device,
The picking device is
a placement portion for the detection target;
a picking unit that picks the detection target from the placement unit;
a picking control unit that controls the picking unit based on the detection information;
A picking system comprising:
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