圖像測量裝置和圖像測量方法
2023-07-14 08:23:26
專利名稱：圖像測量裝置和圖像測量方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像測量裝置和圖像測量方法。
背景技術：
迄今為止，已知一種圖像測量裝置，其通過電荷耦合器件(CXD)相機等拍攝工件的測量點的圖像，並對所拍攝的圖像執行邊緣檢測等(例如參見日本專利申請公開公布No.08-247719)。邊緣檢測例如是用於根據由使用者在所拍攝的圖像內設置的邊緣檢測工具來獲取所拍攝的圖像中包括的要測量的對象圖形的邊緣信息(例如，位置坐標)、並測量諸如對象圖形的位置或寬度的圖形信息的技術。作為邊緣檢測工具，例如，公知圖14A中所示的矩形工具(在下文中稱為框形工具)·73和圖14B中所示的環形工具(在下文中稱為圓形工具)74。框形工具73更適合於圖像中的直線部分72a的邊緣檢測，並且通過框形工具73的中點的位置坐標(X，Y)、框形工具73的橫跨直線部分72a的兩端之間的距離W、框形工具73的與直線部分72a平行的兩邊的寬度H、以及角度Θ來定義。在框形工具73的情況下，以在寬度H內預先設置的間隔ΛΗ，重複地執行從箭頭的底部朝向箭頭的邊緣檢測。圓形工具74更適合於圓形圖像72b的邊緣檢測，並且通過位置坐標(X，Y)、檢測開始的內徑rl、以及檢測結束的外徑r2來定義。在圓形工具74的情況下，以預先設置的間隔Λ Θ，通過以坐標(X，Y)為中心的旋轉，重複地執行從箭頭的底部朝向箭頭的邊緣檢測。此外，已知一種圖像測量裝置,其配備有稱作「分步重複功能(step-and-repeatfunction)」的功能，用於通過設置邊緣檢測工具的位移量以及要執行的測量的數目，連續測量要測量的等間隔且規則布置的對象圖形。然而，在這樣的傳統圖像測量裝置中，使用者必須獨自在所拍攝的圖像內手動設置邊緣檢測工具，以執行上述邊緣檢測，從而測量圖形信息是困難的。此外，在通過使用分步重複功能來測量圖形信息的情況下，需要設置在所拍攝的圖像內設置的邊緣檢測工具的位移量並設置要執行的測量的數目，從而測量圖形信息更困難。
發明內容
因此，本發明的主要目的是提供能夠快速地且確定地執行對圖像的圖形信息的測量並減少使用者的操作的圖像測量裝置和圖像測量方法。根據本發明的第一方面，提供了一種圖像測量裝置，包括成像器部分，用以拍攝要測量的對象的圖像；獲取部分，用以獲取由成像器部分拍攝的對象的所拍攝圖像；輪廓檢測部分，用以通過霍夫(Hough)變換來檢測由獲取部分獲取的圖像中包括的圖形的輪廓；設置部分，用以在由輪廓檢測部分檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具；以及測量部分，用以通過由設置部分設置的邊緣檢測工具來測量關於圖形的圖形信息。優選地，圖像測量裝置還包括指定部分，用以接受使用者指定圖形的形態的輸入，其中輪廓檢測部分從由獲取部分獲取的圖像中包括的圖形中檢測具有與由指定部分指定的形態相同或類似的形態的圖形的輪廓。根據本發明的第二方面，提供了一種用於測量圖像的方法，包括步驟獲取由成像器部分拍攝的要測量的對象的圖像；通過霍夫變換來檢測通過獲取步驟獲取的圖像中包括的圖形的輪廓；在通過檢測步驟檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具；以及由通過設置步驟設置的邊緣檢測工具來測量關於圖形的圖形信息。優選地，所述方法還包括指定步驟，用以接受使用者指定圖形的形態的輸入，其中檢測步驟從由獲取部分獲取的圖像中包括的圖形中檢測具有與通過指定步驟指定的相同或類似的形態的圖形的輪廓。
從下面給出的詳細描述和附圖，將變得更加全面地理解本發明的以上和其它目的、優點和特徵，其中僅僅通過例示給出附圖，因此附圖不意在定義本發明的限制，並且其中圖I是示出根據本發明的實施例的圖像測量裝置的整體結構的外部視圖；圖2是示出圖I的圖像測量裝置的控制結構的框圖；圖3示出被拍攝到圖像測量裝置中的原始圖像的示例；圖4示出通過校正圖3的原始圖像的圖像質量而獲得的經校正圖像的示例；圖5示出其中檢測輪廓的圖像的示例；圖6示出其中設置邊緣檢測工具的圖像的示例；圖7示出顯示邊緣檢測工具要執行測量的圖形的圖形信息的示例；圖8示出被拍攝到圖像測量裝置中的原始圖像的示例；圖9示出通過校正圖8的原始圖像的圖像質量而獲得的經校正圖像的示例；圖10示出其中檢測輪廓的圖像的示例；圖11示出其中設置邊緣檢測工具的圖像的示例；圖12示出顯示邊緣檢測工具要執行測量的圖形的圖形信息的示例；圖13是示出根據本發明的實施例的圖像測量過程的流程圖；圖14A是用於說明邊緣檢測工具的視圖；以及圖14B是用於說明邊緣檢測工具的視圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖而詳細描述根據本發明的實施例的圖像測量裝置。圖像測量裝置100是拍攝放置在測量臺13上的工件12 (要測量的對象)的圖像、處理所拍攝圖像的圖像數據以檢測所拍攝圖像內的預定圖形的邊緣、並從而測量諸如關於圖形的線寬的圖形信息的裝置。如圖I和2中所示，圖像測量裝置100包括主體10、顯示部分20、操作部分30、控制器40等。主體10包括用於將工件12放置在其上的測量臺13、用以拍攝工件12的圖像的成像器單元(成像器部分)17等。測量臺13安裝在底座11上，並且通過未圖示的Y軸驅動機構而在Y軸方向上移動。分別將支撐臂14和15固定至底座11的兩個上部端部的中間部分以從中間部分向上延伸。將X軸導軌16固定至支撐臂14和15的兩個上端部分以將兩個上端部分連接。成像器單元17由X軸導軌16支撐。通過未圖示的X軸驅動機構沿著X軸導軌16驅動成像器單元17。C XD相機18安裝在成像器單元17的下端部分，以便與測量臺13相對。在成像器單元17的內部安裝用以在Z軸方向上移動C⑶相機18的Z軸驅動機構、以及未圖示的照明系統和聚焦機構。顯示部分20例如包括液晶顯示面板，並且根據由控制器40輸入的控制信號來顯示各種圖像和設置屏幕。具體地，顯示部分20例如顯示由成像器單元17拾取並拍攝的圖像(原始圖像見圖3和8)、以及在圖像測量處理的每個步驟過渡(transit)的圖像(見圖4_7和圖9_12)。這裡，將詳細說明原始圖像。原始圖像是包括一個或多個圖形的黑白灰度圖像。「圖形」是原始圖像中作為要測量的對象的區域，並且以具有預定寬度的直線(見圖3)、圓(見圖8)等形狀形成。圖形是原始圖像中較暗或較亮的區域，即，亮度與其它區域不同的區域。操作部分30例如包括諸如鍵盤的操作鍵、諸如滑鼠的指示設備，並且響應於操作而向控制器40輸出與使用者的操作關聯的操作信號。在使用者在原始圖像中的圖形中指定要執行圖形信息的測量的圖形的形態或形狀的這樣的情況下，操作部分30用作指定設備。具體地，使用者通過在使用顯示部分20上顯示的設置屏幕的同時通過操作部分30指定「直線」、「圓」等來指定圖形的形狀。當使用者指定圖形的形狀時，從存在於原始圖像中的圖形中選擇具有所指定的形狀的圖形。然後，對所選擇的圖形執行邊緣檢測，並且執行關於所選擇的圖形的圖形信息的測量。因此，使用者可以任意地指定要執行邊緣測量的圖形。也就是，如果在拍攝的圖像中存在各自具有不同形狀的多個圖形，則使用者可以通過經由操作部分30指定圖形的形狀，來僅僅測量具有期望形狀的圖形的這樣的圖形信息。此外，當執行用以指示工件的拾取的操作、或者執行用以指示圖像測量處理的開始的操作時，操作操作部分30。控制器40包括中央處理單元(CPU)41、隨機存取存儲器(RAM)42、存儲部分43等，並且通過系統總線等連接至測量臺13、成像器單元17、顯示部分20、操作部分30等。CPU 41例如根據存儲在存儲部分43中的用於圖像測量裝置的各種處理程序而執行各種控制處理。RAM 42例如包括用於擴展要由CPU 41執行的處理程序的程序存儲區域、用於存儲當執行處理程序時生成的輸入數據或處理結果的數據存儲區域，等等。存儲部分43例如存儲可由圖像測量裝置100執行的系統程序、可由系統程序執行的各種處理程序、當執行各種處理程序時使用的數據、由CPU 41計算的各種處理結果的數據，等等。這裡，程序以計算機可讀程序代碼的形式存儲在存儲部分43中。具體地，存儲部分43包括用於存儲原始圖像(黑白灰度圖像)的圖像數據存儲部分43a、以及用於存儲程序的程序存儲部分43b。程序存儲部分43b例如存儲獲取程序431、圖像質量校正程序432、輪廓檢測程序433、設置程序434、測量程序435等。獲取程序431是例如用於使得CPU 41實現獲取由成像器單元17拍攝的工件12的圖像的功能的程序。具體地，當使用者通過操作部分30執行用以指示工件的拾取的操作、並且由成像 器單元17的CXD相機18拍攝工件12的圖像時，CPU 41執行獲取程序431、獲取原始圖像(見圖3和圖8)作為圖像數據、並將圖像數據存儲在圖像數據存儲部分43a中。CPU 41通過執行獲取程序431而用作獲取部分。圖像質量校正程序432是例如用於使得CPU 41實現校正通過獲取程序431的執行而獲取的原始圖像的圖像質量的功能的程序。具體地，CPU 41在執行圖像質量校正程序432 (見圖4和圖9)時，例如執行用於將作為黑白灰度圖像的原始圖像的圖像數據轉換為具有兩等級(gradation) (B卩，黑色和白色)的圖像數據的二值化(binarization)處理、或者用於通過使用各種圖像過濾去除噪聲的噪聲去除處理。作為圖像質量校正處理，除了上述二值化處理或噪聲去除處理之外，還可以採用各種公知的處理。CPU 41通過執行圖像質量校正程序432而用作圖像質量校正部分。輪廓檢測程序433是例如用於使得CPU 41實現檢測通過圖像質量校正程序432的執行而校正了圖像質量的經校正圖像中包括的圖形的輪廓的功能的程序。具體地，CPU 41在執行輪廓檢測程序433 (見圖5和圖10)時，通過使用霍夫變換來檢測圖形的輪廓。霍夫變換是圖像處理領域中的公知技術，並且是用於通過執行坐標轉換而從大量的點中確定直線或曲線的等式的方法。因此，可以對圖像中包括的圖形合適地執行對具有直線部分或曲線部分的圖形的輪廓的檢測。在使用者已經通過操作部分30的操作指定了要執行圖形信息的測量的圖形的形狀的情況下，CPU 41從經校正圖像中包括的圖形中僅僅檢測具有所指定形狀的圖形的輪廓。CPU 41通過執行輪廓檢測程序433而用作輪廓檢測部分。設置程序434是例如用於使得CPU 41實現在通過輪廓檢測程序433的執行而檢測到的輪廓上設置邊緣檢測工具的功能的程序。具體地，CPU 41通過執行設置程序434，根據所檢測的輪廓而選擇預定邊緣檢測工具，並在輪廓上設置所選擇的邊緣檢測工具。
例如，如果所檢測的輪廓是直線，則CPU 41在直線的輪廓上設置矩形框工具Tl(見圖6)作為邊緣檢測工具。此外，例如，如果所檢測的輪廓是曲線，則CPU 41在圓的輪廓上設置圓環形工具T2 (見圖11)作為邊緣檢測工具。CPU 41通過執行設置程序434而用作設置部分。測量程序435是例如用於使得CPU 41實現通過使用通過設置程序434的執行而設置的邊緣檢測工具來測量關於圖形的圖形信息的功能的程序。具體地，在確定直線的寬度的情況下，CPU 41通過使用框形工具Tl來檢測邊緣的位置。然後，CPU 41測量從由一個框形工具Tl檢測一個邊緣的位置到由被設置為與所述一個框形工具Tl相對的另一框形工具Tl檢測另一邊緣的位置的距離，並確定直線的寬度 (見圖7)。此外，例如，在確定圓的半徑的情況下，CPU 41通過使用圓形工具T2來檢測邊緣的位置，並確定圓的中心或半徑(見圖12)。CPU 41通過執行測量程序435而用作測量部分。這裡，例如，將示出與上述獲取程序431、圖像質量校正程序432、輪廓檢測程序433、設置程序434或測量程序435的執行相關聯的在顯示部分20上顯示的圖像。圖3至圖7示出從直線圖形檢測輪廓、在所檢測的輪廓上設置框形工具Tl、然後測量線寬作為圖形信息的示例。圖3示出包括三個直線圖形S1、S2和S3的圖形的原始圖像的示例。在圖3中，直線圖形SI至S3構成亮度比其它區域暗的暗部分。圖4示出通過校正圖3的原始圖像的圖像質量而獲得的經校正圖像的示例。此圖4是執行二值化處理作為圖像質量校正的示例。作為二值化中的黑色部分的直線圖形SI至S3在圖4中比在原始圖像中更暗，作為二值化中的白色部分的背景在圖4中比在原始圖像中更白。這樣，通過執行圖像質量校正，圖形(直線圖形SI至S3)變得與背景截然不同，從而對輪廓的檢測變為可能。圖5示出通過霍夫變換來檢測直線圖形SI至S3的輪廓的圖像的示例。在圖5中，通過白線的方式來顯示直線LI至L6作為直線圖形SI至S3的所檢測的輪廓。圖6示出設置框形工具Tl的圖像的示例。在圖6中，設置分別對應於直線LI至L6的六個框形工具Tl。圖7示出要由框形工具Tl測量的圖形信息(線寬)。如圖7中所示，測量直線LI與L2之間的距離tl、直線L3與L4之間的距離t2、以及直線L5與L6之間的距離t3，分別作為直線圖形SI至S3的線寬。圖8是圖12示出從圓形圖形檢測輪廓、在所檢測的輪廓上分別設置圓形工具T2、以及測量每個圓的中心或半徑作為圖形信息的示例。圖8示出包括兩個圖形(即，較大的圓形圖形S4和較小的圓形圖像S5)的原始圖像的示例。在圖8中，圓形圖形S4和S5構成比其它區域更亮的亮部分。圖9示出通過校正圖8的原始圖像的圖像質量而獲得的經校正圖像的示例。
此圖9是例如執行噪聲去除處理作為圖像質量校正、因此原始圖像中的噪聲被去除的示例。相對於原始圖像，圖9中的圖形(圓形圖形S4和S5)與背景截然不同。圖10示出通過使用霍夫變換來檢測圓形圖形S4和S5的輪廓的圖像的示例。在圖10中，通過黑線的方式顯示圓周L7和L8，作為圓形圖形S4和S5的所檢測的輪廓。圖11示出設置圓形工具T2的圖像的示例。在圖11中，分別對圓周L7和L8設置圓形工具T2、T2。圖12示出要由圓形工具Τ2、Τ2測量的圖形信息。如圖12中所示，測量與所檢測的邊緣上的多個點距離相同的位置作為圓的中心PO。·
此外，測量從中心PO到邊緣上的點Pl的距離作為圓的半徑。接下來，將參照圖13中所示的流程圖來描述由圖像測量裝置100執行的圖像測量處理。首先，當在步驟Sll響應於使用者的用以指示對工件的拾取的操作而執行對工件12的拾取時，CPU 41將所拾取的工件12的圖像獲取到圖像數據存儲部分43a中作為原始圖像數據(見圖3和圖8)(獲取步驟)。然後，在步驟S12，使用者通過經由操作部分30指定要測量圖形信息的圖形的形狀，執行用以指示圖像測量處理的開始的操作。然後，在步驟S13，CPU 41校正原始圖像數據的圖像質量(見圖4和圖9)(圖像質量校正步驟)。然後，在步驟S14，CPU 41通過使用霍夫變換，從在經校正圖像中存在的圖形中檢測具有由使用者在上述步驟S12指定的形狀的圖形的輪廓(見圖5和圖10)(輪廓檢測步驟)。然後，在步驟S15，CPU 41在所檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具Tl或T2 (見圖6和圖11)(設置步驟)。然後，在步驟S16，CPU 41通過使用邊緣檢測工具來測量關於圖形的圖形信息(見圖7和圖12)(測量步驟)，然後結束處理。如上所述，根據本發明的實施例，當獲取由成像器單元17拍攝的工件12的原始圖像數據時，通過使用霍夫變換來檢測與所獲取的原始圖像數據對應的原始圖像中包括的圖形的輪廓，在所檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具，並且通過所設置的邊緣檢測工具執行對關於圖形的圖形信息的測量。也就是，響應於圖像的獲取而自動設置邊緣檢測工具，然後執行對圖形信息的測量。因此，使用者不需要手動設置邊緣檢測工具T。此外，在連續測量等間隔且規則布置的圖形的圖形信息的情況下，使用者不需要設置邊緣檢測工具T的位移量，並且不需要設置要執行的測量的數目。此外，因為通過霍夫變換來檢測圖形的輪廓，所以變為可以通過對在圖像測量裝置處的處理採用圖像處理領域中公知的霍夫變換來實現快速測量。因此，可以在不麻煩使用者的情況下快速地且確定地執行測量。
此外，根據本發明的實施例，圖像測量裝置100包括操作部分30，用以指定使用者將要執行圖形信息的測量的圖像的形狀。然後，從所獲取的圖像中包括的圖形中檢測具有通過操作部分30指定的形狀的圖形的輪廓。因此，甚至在原 始圖像中包括混合多種形狀的圖形的情況下，也可以僅僅對使用者意圖執行測量的圖形執行測量。在以上實施例中，作為示例，說明了在校正原始圖像的圖像質量之後檢測圖像中包括的圖形的輪廓的配置。然而，根據原始圖像的條件而任意地執行圖像質量校正處理，因此不是必須執行圖像質量校正處理。此外，在以上實施例中，作為示例，說明了執行關於通過操作部分30指定的圖形的圖形信息的測量的配置。然而，不是必須執行圖形的指定。在此情況下，對原始圖像中包括的所有圖形設置邊緣檢測工具。
權利要求
1.一種圖像測量裝置，包括 成像器部分，用以拍攝要測量的對象的圖像； 獲取部分，用以獲取由所述成像器部分拍攝的所述對象的所拍攝圖像； 輪廓檢測部分，用以通過霍夫變換來檢測由所述獲取部分獲取的圖像中包括的圖形的輪廓； 設置部分，用以在由所述輪廓檢測部分檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具；以及 測量部分，用以通過由所述設置部分設置的邊緣檢測工具來測量關於所述圖形的圖形信息。
2.如權利要求I所述的圖像測量裝置，還包括指定部分，用以接受使用者指定所述圖形的形態的輸入， 其中所述輪廓檢測部分從由所述獲取部分獲取的圖像中包括的圖形中檢測具有與由所述指定部分指定的相同或類似的形態的圖形的輪廓。
3.一種用於測量圖像的方法，包括步驟 獲取由成像器部分拍攝的要測量的對象的圖像； 通過霍夫變換來檢測通過獲取步驟獲取的圖像中包括的圖形的輪廓； 在通過檢測步驟檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具；以及 由通過設置步驟設置的邊緣檢測工具來測量關於所述圖形的圖形信息。
4.如權利要求3所述的方法，還包括 指定步驟，用以接受使用者指定圖形的形態的輸入， 其中所述檢測步驟從由獲取部分獲取的圖像中包括的圖形中檢測具有與通過指定步驟指定的相同或類似的形態的圖形的輪廓。
全文摘要
一種圖像測量裝置包括成像器部分、獲取部分、輪廓檢測部分、設置部分、以及測量部分。成像器部分拍攝要測量的對象的圖像。獲取部分獲取由所述成像器部分拍攝的所述對象的所拍攝圖像。輪廓檢測部分通過霍夫變換來檢測由所述獲取部分獲取的圖像中包括的圖形的輪廓。設置部分在由所述輪廓檢測部分檢測的輪廓上設置邊緣檢測工具。測量部分通過由所述設置部分設置的邊緣檢測工具來測量關於所述圖形的圖形信息。
文檔編號G01B11/00GK102954760SQ20121028698
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月13日 優先權日2011年8月11日
發明者慄原正紀 申請人:株式會社三豐