JP2013036964A - 画像測定装置及び画像測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の手間が少なく、画像中の図形情報の測定を迅速且つ確実に行う。
【解決手段】ＣＰＵ４１は、撮像ユニット１７で撮像された被測定対象物の画像を取り込み、取り込んだ画像に含まれる図形の輪郭線をハフ変換によって検出し、検出した輪郭線上にエッジ検出ツールを設定し、設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像測定装置及び画像測定方法に関する。

従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどによりワークの測定箇所を撮像し、この撮像画像からエッジ検出などを行う画像測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
エッジ検出は、例えば、操作者により撮像画像内に設定されたエッジ検出ツールに基づいて、撮像画像に含まれる測定対象図形のエッジ情報（位置座標など）を取得し、当該測定対象図形の位置や幅などの図形情報を測定する技術である。

エッジ検出ツールとしては、例えば、図１４（ａ）に示す、矩形のツール（以下、ボックスツールと呼ぶ）７３や、図１４（ｂ）に示す、円環形のツール（以下、円ツールと呼ぶ）７４などが知られている。

ボックスツール７３は、画像の直線部７２ａのエッジ検出に適しており、中点の位置座標（Ｘ、Ｙ）と、両端の長さＷと、両側の幅Ｈと、角度θとによって定義される。
このボックスツール７３の場合、幅Ｈの中に予め設定された間隔ΔＨで、矢印の基端から先端に向かうエッジ検出が繰り返される。
円ツール７４は、円形画像７２ｂのエッジ検出に適しており、位置座標（Ｘ、Ｙ）と、測定を開始する内径ｒ１と、測定を終了する外径ｒ２によって定義される。
この円ツール７４の場合、予め設定された角度Δθで、座標（Ｘ、Ｙ）を中心として回転し、矢印の基端から先端に向かうエッジ検出が繰り返される。

また、画像測定装置においては、上記エッジ検出ツールの移動量や測定回数を設定することで、等間隔で規則的に並んだ測定対象図形を連続して測定する「ステップアンドリピート機能」と呼ばれる機能を備えたものも知られている。

特開平８−２４７７１９号公報

しかしながら、従来の画像測定装置は、上記したエッジ検出を行うのに、エッジ検出ツールを操作者が手動で撮像画像内に設定しなければならず、図形情報の測定時の手間が多いものであった。
また、ステップアンドリピート機能を用いて図形情報の測定を行う場合には、撮像画像内に設定したエッジ検出ツールの移動量や測定回数も設定する必要があり、更に手間が多いものであった。

本発明の課題は、操作者の手間が少なく、画像中の図形情報の測定を迅速且つ確実に行うことのできる画像測定装置及び画像測定方法を提供することである。

前記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、画像測定装置において、
被測定対象物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された被測定対象物の画像を取り込む取り込み手段と、
前記取り込み手段により取り込まれた画像に含まれる図形の輪郭線を、ハフ変換によって検出する輪郭線検出手段と、
前記輪郭線検出手段により検出された輪郭線上に、エッジ検出ツールを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定を行う測定手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像測定装置において、
操作者が、図形情報の測定を行う図形の形状を指定する指定手段を備え、
前記輪郭線検出手段は、前記取り込み手段により取り込まれた画像に含まれる図形の中から、前記指定手段により指定された形状の図形の輪郭線を検出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の画像測定装置による画像測定方法であって、
前記撮像手段で撮像された被測定対象物の画像を取り込む取り込み工程と、
前記取り込み工程により取り込まれた画像に含まれる図形の輪郭線を、ハフ変換によって検出する輪郭線検出工程と、
前記輪郭線検出工程により検出された輪郭線上に、エッジ検出ツールを設定する設定工程と、
前記設定工程により設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定を行う測定工程と、
を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の画像測定方法において、
前記輪郭線検出工程では、前記取り込み手段により取り込まれた画像に含まれる図形の中から、操作者が、図形情報の測定を行う図形の形状を指定する指定手段により指定した形状の図形の輪郭線が検出されることを特徴とする。

本発明によれば、撮像手段で撮像された被測定対象物の画像が取り込まれると、取り込まれた画像に含まれる図形の輪郭線がハフ変換によって検出され、検出された輪郭線上にエッジ検出ツールが設定され、設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定が行われる。
即ち、画像が取り込まれると自動的にエッジ検出ツールが設定され、図形情報の測定が行われる。
このため、操作者が手動でエッジ検出ツールを設定する必要がない。
また、等間隔で規則的に並んだ図形の図形情報を連続して測定する場合、エッジ検出ツールの移動量や測定回数を設定する必要がない。
また、図形の輪郭線は、ハフ変換によって検出されるため、画像処理の分野で公知の技術であるハフ変換を画像測定装置の処理に取り入れることで、迅速な測定を実現することが可能となる。
よって、操作者の手間が少なく、画像中の図形情報の測定を迅速且つ確実に行うことができる。

本発明における画像測定装置の全体構成を示す外観図である。 図１の画像測定装置の制御構成を示すブロック図である。 画像測定装置に取り込まれる原画像の一例である。 原画像の画質を補正した補正画像の一例である。 輪郭線を検出した画像の一例である。 エッジ検出ツールを設定した画像の一例である。 エッジ検出ツールにより測定を行う図形の図形情報を示した一例である。 画像測定装置に取り込まれる原画像の一例である。 原画像の画質を補正した補正画像の一例である。 輪郭線を検出した画像の一例である。 エッジ検出ツールを設定した画像の一例である。 エッジ検出ツールにより測定を行う図形の図形情報を示した一例である。 本発明における画像測定処理を示すフローチャートである。 エッジ検出ツールについて説明するための図である。

以下、図を参照して、本発明に係る画像測定装置について、詳細に説明する。
画像測定装置１００は、測定テーブル１３上に載置されたワーク（被測定対象物）１２を撮像し、その画像データを処理して画像内の所定の図形のエッジを検出し、これにより該図形に関する線幅等の図形情報を計測する装置である。

画像測定装置１００は、図１、２に示すように、装置本体部１０と、表示部２０と、操作部３０と、制御部４０と、等を備えて構成されている。

装置本体部１０は、ワーク１２を載置する測定テーブル１３と、ワーク１２を撮像する撮像ユニット（撮像手段）１７と、等を備えている。

測定テーブル１３は、架台１１上に装着されており、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には、上方に延びる支持アーム１４，１５が固定されており、この支持アーム１４，１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニット１７が支持されている。

撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８が測定テーブル１３と対向するように装着されている。
また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構が内蔵されている。

表示部２０は、例えば液晶表示パネルを備え、制御部４０から入力される制御信号に従って、各種の画像や設定画面などの表示を行う。
具体的に、表示部２０には、例えば、撮像ユニット１７にて撮像されて取り込まれた画像（原画像：図３、図８参照）や、画像測定処理の各工程にて遷移していく画像（図４〜７、図９〜１２）などが表示される。
ここで、原画像について説明する。
原画像は、１乃至複数の図形を含んだ白黒濃淡画像である。
ここで、「図形」とは、原画像の中の測定対象となる領域であり、例えば、所定の幅を有する直線（図３参照）や、円（図８参照）などの形状を成している。
図形は、図形以外の領域と比較して明暗が異なった、原画像の中の暗い或いは明るい領域である。

操作部３０は、例えば、キーボードなどの操作キー群、マウスなどのポインティングデバイスなどを備え、操作者により操作されると、その操作に伴う操作信号を制御部４０に出力する。

この操作部３０は、指定手段として、操作者が、原画像における図形の中から、図形情報の測定を行う図形の形状を指定する場合などに使用される。
具体的には、操作者は、表示部２０に表示された設定画面を用いて、操作部３０により「直線」や「円」等の指定を行うことで、図形の形状を指定する。操作者が図形の形状を指定すると、原画像の中に存在する図形の中から、その形状の図形が選択されてエッジ検出が行われ、当該図形に関する図形情報の測定が行われることとなる。
これにより、操作者は、エッジ検出すべき図形を任意に指定することができる。即ち、取り込んだ原画像に、複数の異なる形状の図形が存在する場合、操作者は、操作部３０により図形の形状を指定することで、所望の形状の図形の図形情報のみ測定を行うことができる。

また、操作部３０は、ワークの撮像指示操作や、画像測定処理の開始指示操作を行う場合などに操作される。

制御部４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)４１と、ＲＡＭ(Random Access Memory)４２と、記憶部４３と、等を備えて構成され、システムバスなどを介して、測定テーブル１３と、撮像ユニット１７と、表示部２０と、操作部３０と、等と接続されている。

ＣＰＵ４１は、例えば、記憶部４３に記憶されている画像測定機用の各種処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。

ＲＡＭ４２は、例えば、ＣＰＵ４１によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えている。

記憶部４３は、例えば、画像測定装置１００で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ４１によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部４３に記憶されている。

具体的には、記憶部４３は、原画像（白黒濃淡画像）データを記憶する画像データ記憶部４３ａ、プログラムを記憶するプログラム記憶部４３ｂを備えている。
プログラム記憶部４３ｂには、例えば、取り込みプログラム４３１、画質補正プログラム４３２、輪郭線検出プログラム４３３、設定プログラム４３４、測定プログラム４３５、等が格納されている。

取り込みプログラム４３１は、例えば、撮像ユニット１７で撮像されたワーク１２の画像を取り込む機能を、ＣＰＵ４１に実現させるプログラムである。
具体的に、操作者が操作部３０によりワークの撮像指示操作を行って撮像ユニット１７のＣＣＤカメラ１８によりワーク１２の撮像がなされると、ＣＰＵ４１は、取り込みプログラム４３１を実行して原画像（図３、図８参照）を画像データとして取り込んで、画像データ記憶部４３ａに格納する。
ＣＰＵ４１は、かかる取り込みプログラム４３１を実行することによって、取り込み手段として機能する。

画質補正プログラム４３２は、例えば、取り込みプログラム４３１の実行により取り込まれた原画像の画質を補正する機能を、ＣＰＵ４１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ４１は、画質補正プログラム４３２を実行することで、例えば、白黒濃淡画像である原画像の画像データを白と黒の２階調に変換する２値化処理や、各種の画像フィルタによりノイズを除去するノイズ除去処理などを実行する（図４、図９参照）。
なお、画質補正処理としては、上記した２値化処理やノイズ除去処理以外にも公知の種々の処理を適用可能である。
ＣＰＵ４１は、かかる画質補正プログラム４３２を実行することによって、画質補正手段として機能する。

輪郭線検出プログラム４３３は、例えば、画質補正プログラム４３２の実行により画質の補正された補正画像に含まれる図形の輪郭線を検出する機能を、ＣＰＵ４１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ４１は、輪郭線検出プログラム４３３を実行することで、図形の輪郭線をハフ変換（Hough変換）によって検出する（図５、図１０参照）。
ハフ変換とは、画像処理の分野で公知の技術であり、座標変換によって点の集合から直線や曲線の式を定める手法である。
従って、画像に含まれる図形の中から、直線部や曲線部を有する図形の輪郭線の検出が好適に実施される。
なお、ユーザが、操作部３０の操作により、図形情報の測定を行う図形の形状を指定していた場合、ＣＰＵ４１は、補正画像に含まれる図形の中から、指定された形状の図形の輪郭線のみを検出する。
ＣＰＵ４１は、かかる輪郭線検出プログラム４３３を実行することによって、輪郭線検出手段として機能する。

設定プログラム４３４は、輪郭線検出プログラム４３３の実行により検出された輪郭線上に、エッジ検出ツールを設定する機能を、ＣＰＵ４１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ４１は、設定プログラム４３４を実行することで、検出された輪郭線の形状に応じて、予め設定されたエッジ検出ツールを選択し、輪郭線上に、選択したエッジ検出ツールを設定する。
例えば、検出した輪郭線が直線の場合、ＣＰＵ４１は、その直線の輪郭線上に、エッジ検出ツールとして矩形のボックスツールＴ１（図６参照）を設定する。
また、例えば、検出した輪郭線が円の場合、ＣＰＵ４１は、その円の輪郭線上に、エッジ検出ツールとして円環形の円ツールＴ２（図１１参照）を設定する。
ＣＰＵ４１は、かかる設定プログラム４３４を実行することによって、設定手段として機能する。

測定プログラム４３５は、設定プログラム４３４の実行により設定されたエッジ検出ツールにより、図形に関する図形情報の測定を行う機能を、ＣＰＵ４１に実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、直線の幅を求める場合、ＣＰＵ４１は、ボックスツールＴ１によりエッジの位置を検出する。次に、ＣＰＵ４１は、あるボックスツールＴ１で検出したエッジの位置から、対向するボックスツールＴ１で検出したエッジの位置までを計測して直線の幅を求める（図７参照）。
また、例えば、円の半径を求める場合、ＣＰＵ４１は、円ツールＴ２によりエッジの位置を検出し、円の中心点や半径を求める（図１２参照）。
ＣＰＵ４１は、かかる測定プログラム４３５を実行することによって、測定手段として機能する。

ここで、上述の取り込みプログラム４３１、画質補正プログラム４３２、輪郭線検出プログラム４３３、設定プログラム４３４、測定プログラム４３５の実行に伴って、表示部２０に表示される画像を例示する。

図３〜７は、直線状の図形に対して輪郭線を検出し、ボックスツールＴ１を設定して、図形情報として線幅を測定する例である。

図３は、３本の直線状図形Ｓ１〜Ｓ３の図形を含む原画像の一例である。図３において、直線状図形Ｓ１〜Ｓ３は、他の領域よりも輝度が暗い暗部となっている。

図４は、図３の原画像を画質補正した補正画像の一例である。
図４は、画質補正として２値化処理が成された例であり、２値化の黒部分である直線状図形Ｓ１〜Ｓ３が原画像に対しより黒く、２値化の白部分である背景が原画像に対しより白くなっている。このように、画質補正を施すことで、図形（直線状図形Ｓ１〜Ｓ３）が背景に対して鮮明になり、その輪郭線の検出が可能となる。

図５は、ハフ変換により直線状図形Ｓ１〜Ｓ３の輪郭線を検出した際の画像の一例である。
図５では、検出した直線状図形Ｓ１〜Ｓ３の輪郭線として、直線Ｌ１〜Ｌ６が白線で表示されている。

図６は、ボックスツールＴ１を設定した画像の一例である。
図６では、直線Ｌ１〜Ｌ６に対応した６つのボックスツールＴ１が設定されている。

図７は、ボックスツールＴ１により測定される図形情報（線幅）を示している。
図７に示すように、直線Ｌ１とＬ２との間隔ｔ１、直線Ｌ３とＬ４との間隔ｔ２、直線Ｌ５とＬ６との間隔ｔ３が、それぞれ直線状図形Ｓ１〜Ｓ３の線幅として測定される。

また、図８〜１２は、円状の図形に対して輪郭線を検出し、円ツールＴ２を設定して、図形情報として円の中心点や半径等を測定する例である。

図８は、大小２つの円状図形Ｓ４、Ｓ５の図形を含む原画像の一例である。図８において、円状図形Ｓ４、Ｓ５は、他の領域よりも輝度が明るい明部となっている。

図９は、図８の原画像を画質補正した補正画像の一例である。
図９は、画質補正として、例えばノイズ除去処理が成された例であり、原画像中のノイズが除去され、原画像と比較して、図形（円状図形Ｓ４、Ｓ５）が背景に対して鮮明な画像となっている。

図１０は、ハフ変換により円状図形Ｓ４、Ｓ５の輪郭線を検出した際の画像の一例である。
図１０では、検出した円状図形Ｓ４、Ｓ５の輪郭線として、円Ｌ７、Ｌ８が黒線で表示されている。

図１１は、円ツールＴ２を設定した画像の一例である。
図１１では、円Ｌ７、Ｌ８の各々に対して、円ツールＴ２、Ｔ２が設定されている。

図１２は、円ツールＴ２、Ｔ２により測定される図形情報を示している。
図１２に示すように、検出されたエッジ上の複数の点から等しい位置が円の中心点Ｐ０として測定される。
また、円の中心点Ｐ０から、エッジ上のある点Ｐ１までが半径として測定される。

次に、画像測定装置１００における画像測定処理について、図１３のフローチャートを用いて説明する。
先ず、ステップＳ１１において、操作者がワークの撮像指示操作を行って、撮像ユニット１７によりワーク１２の撮像が行われると、ＣＰＵ４１は、撮像されたワーク１２の画像を原画像データとして画像データ記憶部４３ａに取り込む（図３、図８参照）（取り込み工程）。
次いで、ステップＳ１２において、操作者は、操作部３０により、図形情報を測定する図形の形状を指定して、画像測定処理の開始指示操作を行う。
次いで、ステップＳ１３において、ＣＰＵ４１は、原画像データの画質を補正する（図４、図９参照）（画質補正工程）。
次いで、ステップＳ１４において、ＣＰＵ４１は、補正画像内に存在する図形の中から、上記ステップＳ１２において操作者により指定された形状の図形の輪郭線をハフ変換によって検出する（図５、図１０参照）（輪郭線検出工程）。
次いで、ステップＳ１５において、ＣＰＵ４１は、検出した輪郭線上に、エッジ検出ツール（Ｔ１、Ｔ２）を設定する（図６、図１１参照）（設定工程）。
次いで、ステップＳ１６において、ＣＰＵ４１は、エッジ検出ツールにより、図形に関する図形情報を測定して（図７、図１２参照）（測定工程）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、撮像ユニット１７で撮像されたワーク１２の原画像データが取り込まれると、取り込まれた原画像データの原画像に含まれる図形の輪郭線がハフ変換によって検出され、検出された輪郭線上にエッジ検出ツールが設定され、設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定が行われる。
即ち、画像が取り込まれると自動的にエッジ検出ツールが設定され、図形情報の測定が行われる。
このため、操作者が手動でエッジ検出ツールＴを設定する必要がない。
また、等間隔で規則的に並んだ図形の図形情報を連続して測定する場合、エッジ検出ツールＴの移動量や測定回数を設定する必要がない。
また、図形の輪郭線は、ハフ変換によって検出されるため、画像処理の分野で公知の技術であるハフ変換を画像測定装置の処理に取り入れることで、迅速な測定を実現することが可能となる。
よって、操作者の手間が少なく、測定を迅速且つ確実に行うことができる。

また、本実施形態によれば、操作者が、図形情報の測定を行う図形の形状を指定する操作部３０を備え、取り込まれた画像に含まれる図形の中から、操作部３０により指定された形状の図形の輪郭線が検出される。
このため、原画像に複数種類の形状の図形が混在している場合、操作者の任意の図形に対してのみ測定を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、原画像の画質が補正された後、画像に含まれる図形の輪郭線が検出される構成を例示して説明したが、画質補正処理は、原画像の状態によって適宜実行されるものであって、必ずしも実行されなくても良い。

また、上記実施形態においては、操作部３０により指定された図形に関する図形情報の測定を行う構成を例示して説明したが、図形の指定は必ずしも実行されなくても良い。
この場合、原画像に含まれる図形全てに対してエッジ検出ツールが設定されることとなる。

１００ 画像測定装置
１０ 装置本体部
１１ 架台
１２ ワーク（被測定対象物）
１３ 測定テーブル
１４，１５ 支持アーム
１６ Ｘ軸ガイド
１７ 撮像ユニット（撮像手段）
１８ カメラ
２０ 表示部
３０ 操作部（指定手段）
４０ 制御部
４１ ＣＰＵ（取り込み手段、輪郭線検出手段、設定手段、測定手段）
４２ ＲＡＭ
４３ 記憶部
４３ａ 画像データ記憶部
４３ｂ プログラム記憶部
４３１ 取り込みプログラム（取り込み手段）
４３２ 画質補正プログラム
４３３ 輪郭線検出プログラム（輪郭線検出手段）
４３４ 設定プログラム（設定手段）
４３５ 測定プログラム（測定手段）
Ｓ１-Ｓ３ 直線状図形
Ｓ４、Ｓ５ 円状図形
Ｔ１ ボックスツール（エッジ検出ツール）
Ｔ２ 円ツール（エッジ検出ツール）

Claims (4)

1. 被測定対象物を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像された被測定対象物の画像を取り込む取り込み手段と、
   前記取り込み手段により取り込まれた画像に含まれる図形の輪郭線を、ハフ変換によって検出する輪郭線検出手段と、
   前記輪郭線検出手段により検出された輪郭線上に、エッジ検出ツールを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定を行う測定手段と、
   を備えることを特徴とする画像測定装置。
2. 操作者が、図形情報の測定を行う図形の形状を指定する指定手段を備え、
   前記輪郭線検出手段は、前記取り込み手段により取り込まれた画像に含まれる図形の中から、前記指定手段により指定された形状の図形の輪郭線を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
3. 請求項１に記載の画像測定装置による画像測定方法であって、
   前記撮像手段で撮像された被測定対象物の画像を取り込む取り込み工程と、
   前記取り込み工程により取り込まれた画像に含まれる図形の輪郭線を、ハフ変換によって検出する輪郭線検出工程と、
   前記輪郭線検出工程により検出された輪郭線上に、エッジ検出ツールを設定する設定工程と、
   前記設定工程により設定されたエッジ検出ツールにより、前記図形に関する図形情報の測定を行う測定工程と、
   を有することを特徴とする画像測定方法。
4. 前記輪郭線検出工程では、前記取り込み手段により取り込まれた画像に含まれる図形の中から、操作者が、図形情報の測定を行う図形の形状を指定する指定手段により指定した形状の図形の輪郭線が検出されることを特徴とする請求項３に記載の画像測定方法。

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