対象物の位置検出装置及び位置検出方法

【課題】入力画像の撮影環境が変化しても、対象物の位置検出精度を向上できると共に、該対象物の位置を短時間で（高速に）検出する。
【解決手段】位置検出装置１０は、入力画像を輝度変換して変換処理画像を生成する輝度変換処理部１６と、入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングを行って、入力画像に写っている孔の位置を検出すると共に、該位置における入力画像と参照画像との相関値を算出し、一方で、変換処理画像と参照画像とのテンプレートマッチングを行って、変換処理画像に写っている孔の位置を検出すると共に、該位置における変換処理画像と参照画像との相関値を算出するテンプレートマッチング処理部２４と、各相関値を比較し、最大の相関値に対応する孔の位置を入力画像に写っている孔の位置として出力する相関値比較処理部２８とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングにより前記入力画像に写っている対象物の位置を検出する位置検出装置及び位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラ等の撮像手段により撮影された撮影画像（入力画像）と、該入力画像と比較するために予め撮影された適切な露光量の撮影画像（参照画像）との相関値を算出し、算出した前記相関値に基づいて前記入力画像に写っている対象物の位置を検出するテンプレートマッチングが広く知られている。この場合、前記入力画像を撮影するための露光条件等が変化すると前記相関値を精度よく算出することができなくなり、前記対象物の位置検出精度が低下するおそれがある。
【０００３】
そこで、特許文献１には、撮影環境が変化しても対象物の検出率が低下しないように、照度に応じて前記対象物を検出するための検出パラメータを補正することで、前記撮影環境の変化に対応することが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、参照画像と撮影時間等の情報とを結び付けたデータベースを予め作成し、前記情報を参照して入力画像に対する前処理を行った後に、前記参照画像と前記前処理後の入力画像とのテンプレートマッチングを行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０９２７７号公報
【特許文献２】特開２００３−２７１９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２の技術では、予め想定した入力画像の撮影状況に対応して検出パラメータやデータベースを作成する必要があるので、これらの情報の作成に手間がかかる。また、想定していない撮影状況で撮影された入力画像が得られた場合には、該入力画像に対処することができない。
【０００７】
このような問題について、図３１〜図３７Ｂを参照しながら具体的に説明する。
【０００８】
ここでは、図３１に示すように、例えば、対象物としての孔が形成されたワークを撮影して得た撮影画像（入力画像２００、参照画像２１０）のテンプレートマッチングについて説明する。従って、入力画像２００及び参照画像２１０は、同じワークを撮影することにより得た撮影画像であり、参照画像２１０は、適切な露光量で前記ワークを予め撮影した撮影画像である一方、入力画像２００は、所定のシャッター速度及び露光量で前記ワークを撮影した撮影画像である。なお、説明の便宜上、入力画像２００に写っている前記ワークの参照数字を２０４とし、黒色で図示した前記孔の参照数字を２０２とする。また、参照画像２１０についても、前記ワークの参照数字を２１４とし、黒色で図示した前記孔の参照数字を２１２として表記する。
【０００９】
この場合、テンプレートマッチングでは、先ず、参照画像２１０から孔２１２を抽出した小さな参照画像２２０を形成し、この参照画像２２０により入力画像２００を行方向に順次スキャンしながら、入力画像２００と参照画像２２０との相関を取る。この場合、孔２０２を参照画像２２０（の孔２１２）でスキャンしたときの相関値は、入力画像２００における最大の相関値となるので、該最大の相関値に対応する位置が孔２０２の位置として検出（特定）される。
【００１０】
ここで、図３２Ａ〜３４Ｂに示すように、ワーク２０４が白色（図３２Ａ）、赤色（図３３Ａに示す縦線のハッチング）又は黒色（図３４Ａ）である場合に、図３２Ａ及び図３２Ｂの例では、孔２０２とワーク２０４とのコントラスト（輝度差）が大きいので、参照画像２２０により入力画像２００をスキャンすると、孔２０２、２１２の相関値が大きくなり、孔２０２の位置を検出しやすい。また、図３３Ａ及び図３３Ｂの例では、図３２Ａ及び図３２Ｂの例と比較して、孔２０２とワーク２０４とのコントラストが低下し、この結果、孔２０２、２１２の相関値も小さくなるが、孔２０２の位置を検出することは可能である。
【００１１】
しかしながら、図３４Ａ及び図３４Ｂの例では、孔２０２とワーク２０４とが略同じ黒色となるため、孔２０２とワーク２０４とのコントラストが大幅に低下して、孔２０２、２１２の相関値も小さくなり、この結果、孔２０２の位置を検出することが困難となる。
【００１２】
また、図３５Ａ〜３７Ｂの例に示すように、孔２０２に対してワーク２０４が白色である場合に、図３５Ａの入力画像２００のシャッター速度を基準のシャッター速度としたときに、図３５Ａ及び図３５Ｂと比較して、例えば、１０倍のシャッター速度となる図３６Ａ及び図３６Ｂの例では、ワーク２０４が全体的に暗くなって、孔２０２とワーク２０４とのコントラストが低下し、孔２０２、２１２の相関値も小さくなるが、孔２０２の位置検出は可能である。
【００１３】
しかしながら、図３５Ａ及び図３５Ｂと比較して、例えば、１００倍のシャッター速度となる図３７Ａ及び図３７Ｂの例では、ワーク２０４がさらに暗くなって、孔２０２とワーク２０４とが略同じ黒色となるため、孔２０２とワーク２０４とのコントラストが大幅に低下し、孔２０２、２１２の相関値も小さくなるので、孔２０２の位置を検出することが困難となる。
【００１４】
このように、対象物としての孔２０２の周囲の色が変化した場合（例えば、ワーク２０４の色が白色、黒色、赤色、青色に変化した場合）や、孔２０２の位置を高速に（短時間で）検出するためにシャッター速度を上げた場合には、入力画像２００の露光量が不足することに起因して、孔２０２とワーク２０４とのコントラストが変化すると共に、孔２０２、２１２の相関値が小さくなって、該孔２０２の位置検出精度が低下する。
【００１５】
従って、入力画像２００の撮影環境の変化（入力画像２００の明るさや孔２０２周囲の色の違い）に起因して、入力画像２００中の孔２０２とワーク２０４とのコントラストが変化しても、該孔２０２の位置を短時間で（高速に）且つ確実に検出できることが望まれている。
【００１６】
本発明は、前記の問題に鑑みなされたものであり、入力画像の撮影環境が変化しても、対象物の位置検出精度を向上できると共に、該対象物の位置を短時間で（高速に）検出することができる位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る対象物の位置検出装置は、
入力画像の画素パラメータを変換して変換処理画像を生成する画素パラメータ変換処理部と、
前記入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記入力画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記入力画像と前記参照画像との相関値を算出し、一方で、前記変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記変換処理画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記変換処理画像と前記参照画像との相関値を算出するテンプレートマッチング処理部と、
前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力する相関値比較処理部と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る対象物の位置検出方法は、
入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記入力画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記入力画像と前記参照画像との相関値を算出する第１のテンプレートマッチング工程と、
前記入力画像の画素パラメータを変換して変換処理画像を生成する画素パラメータ変換処理工程と、
前記変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記変換処理画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記変換処理画像と前記参照画像との相関値を算出する第２のテンプレートマッチング工程と、
前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力する相関値比較処理工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
これらの発明によれば、入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングに加え、前記入力画像の画素パラメータを変換して生成された変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングも併せて行い、これらのテンプレートマッチングにより得た各相関値を比較して、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力（特定）する。すなわち、前記入力画像を用いたテンプレートマッチングに基づく相関値と、前記変換処理画像を用いたテンプレートマッチングに基づく相関値とを比較して、相関値が高い方の対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置とみなす。
【００２０】
これにより、前記入力画像の撮影環境の変化に起因して該入力画像中の対象物と該対象物の周囲とのコントラストが変化しても、前記撮影環境の変化に対する前記対象物の位置検出精度のロバスト性が向上するので、該対象物の位置を確実に検出できることが可能となる。
【００２１】
従って、シャッター速度を上げることにより前記入力画像の露光量が不足した場合や、前記対象物の周囲の色が異なる場合でも、このような撮影環境の変化に応じて変換処理画像を生成し、生成した前記変換処理画像を用いてテンプレートマッチングを行うことにより、高い相関値が得られるので、対象物の位置を短時間で（高速に）且つ精度よく検出することができる。
【００２２】
ここで、前記画素パラメータ変換処理部（輝度変換処理部）及び前記画素パラメータ変換処理工程では、前記画素パラメータとしての前記入力画像の輝度を変換して前記変換処理画像を生成する。これにより、前記変換処理画像における対象物と該対象物の周囲とのコントラストを容易に高くすることができる。
【００２３】
この場合、上記の位置検出装置は、
前記入力画像に対して２値化処理を行い、一方で、前記輝度変換処理部から出力された前記変換処理画像に対して２値化処理を行って、前記２値化処理後の入力画像及び変換処理画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する入力画像前処理部と、
前記参照画像に対して２値化処理を行い、前記２値化処理後の参照画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する参照画像前処理部と、
をさらに備え、
前記テンプレートマッチング処理部は、前記２値化処理後の入力画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、一方で、前記２値化処理後の変換処理画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことが好ましい。
【００２４】
また、上記の位置検出方法は、
前記入力画像に対して２値化処理を行う入力画像前処理工程と、
前記参照画像に対して２値化処理を行う参照画像前処理工程と、
前記変換処理画像に対して２値化処理を行う変換処理画像前処理工程と、
をさらに備え、
前記第１のテンプレートマッチング工程では、前記２値化処理後の入力画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、
前記第２のテンプレートマッチング工程では、前記２値化処理後の変換処理画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことが好ましい。
【００２５】
２値化処理を行うことで、入力画像及び変換処理画像中の対象物と該対象物の周囲とのコントラストをより高くすることができるので、前記入力画像、前記変換処理画像及び参照画像を用いてテンプレートマッチングを行えば、より大きな相関値を得ることが可能となる。
【００２６】
また、上述した２値化処理をグレースケール処理に代替してもよい。
【００２７】
この場合、上記の位置検出装置は、
前記入力画像に対してグレースケール処理を行い、一方で、前記輝度変換処理部から出力された前記変換処理画像に対してグレースケール処理を行って、前記グレースケール処理後の入力画像及び変換処理画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する入力画像前処理部と、
前記参照画像に対してグレースケール処理を行い、前記グレースケール処理後の参照画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する参照画像前処理部と、
をさらに備え、
前記テンプレートマッチング処理部は、前記グレースケール処理後の入力画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、一方で、前記グレースケール処理後の変換処理画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことが好ましい。
【００２８】
また、上記の位置検出方法は、
前記入力画像に対してグレースケール処理を行う入力画像前処理工程と、
前記参照画像に対してグレースケール処理を行う参照画像前処理工程と、
前記変換処理画像に対してグレースケール処理を行う変換処理画像前処理工程と、
をさらに備え、
前記第１のテンプレートマッチング工程では、前記グレースケール処理後の入力画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、
前記第２のテンプレートマッチング工程では、前記グレースケール処理後の変換処理画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことが好ましい。
【００２９】
グレースケール処理を行った場合でも、２値化処理の場合と同様に、入力画像及び変換処理画像中の対象物と該対象物の周囲とのコントラストをより高くすることができるので、前記入力画像、前記変換処理画像及び参照画像を用いてテンプレートマッチングを行えば、より大きな相関値を得ることが可能となる。
【００３０】
また、上記の位置検出装置は、
前記テンプレートマッチング処理部で検出した前記各対象物の位置と、前記各相関値とを記憶する記憶部をさらに備え、
前記画素パラメータ変換処理部は、前記入力画像の画素パラメータを複数の画素パラメータに変換することにより、複数の前記変換処理画像を生成し、
前記テンプレートマッチング処理部は、前記入力画像と前記参照画像とのテンプレートマッチング、及び、前記各変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングをそれぞれ行い、前記各テンプレートマッチングにより得た前記各対象物の位置及び前記各相関値を前記記憶部に記憶し、
前記相関値比較処理部は、前記記憶部に記憶された前記各対象物の位置及び前記各相関値を読み出して、読み出した前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力してもよい。
【００３１】
また、上記の位置検出方法は、
前記第１のテンプレートマッチング工程では、前記入力画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングを行って、前記テンプレートマッチングにより得た前記入力画像に写っている対象物の位置及び前記相関値を記憶部に記憶し、
前記画素パラメータ変換処理工程では、前記入力画像の画素パラメータを複数の画素パラメータに変換することにより、複数の前記変換処理画像を生成し、
前記第２のテンプレートマッチング工程では、前記各変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングをそれぞれ行い、前記各テンプレートマッチングにより得た前記各変換処理画像にそれぞれ写っている対象物の位置及び前記各相関値を前記記憶部に記憶し、
前記相関値比較処理工程では、前記記憶部に記憶された前記各対象物の位置及び前記各相関値を読み出して、読み出した前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力してもよい。
【００３２】
記憶部に複数の対象物の位置及び相関値を記憶しておき、その中から最大の相関値に対応する対象物の位置を入力画像に写っている対象物の位置とみなすことで、当該対象物の位置検出をより確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングに加え、前記入力画像の画素パラメータを変換して生成された変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングも併せて行い、これらのテンプレートマッチングにより得た各相関値を比較して、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力（特定）する。すなわち、前記入力画像を用いたテンプレートマッチングに基づく相関値と、前記変換処理画像を用いたテンプレートマッチングに基づく相関値とを比較して、相関値が高い方の対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置とみなす。
【００３４】
これにより、前記入力画像の撮影環境の変化に起因して該入力画像中の対象物と該対象物の周囲とのコントラストが変化しても、前記撮影環境の変化に対する前記対象物の位置検出精度のロバスト性が向上するので、該対象物の位置を確実に検出できることが可能となる。
【００３５】
従って、シャッター速度を上げることにより前記入力画像の露光量が不足した場合や、前記対象物の周囲の色が異なる場合でも、このような撮影環境の変化に応じて変換処理画像を生成し、生成した前記変換処理画像を用いてテンプレートマッチングを行うことにより、高い相関値が得られるので、対象物の位置を短時間で（高速に）且つ精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る対象物の位置検出装置のブロック図である。
【図２】図２Ａは、入力画像の説明図であり、図２Ｂは、図２Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフであり、図２Ｃは、図２Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図３】図３Ａは、図２Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図３Ｂは、図３Ａの変換処理画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフであり、図３Ｃは、図３Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図４】図４Ａは、図２Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図４Ｂは、図４Ａの変換処理画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフであり、図４Ｃは、図４Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図５】図５Ａは、入力画像の説明図であり、図５Ｂは、図５Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図５Ｃは、図５Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図６】図６Ａは、図５Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図６Ｂは、図６Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図６Ｃは、図６Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図７】図７Ａは、図５Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図７Ｂは、図７Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図７Ｃは、図７Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図８】図８Ａは、入力画像の説明図であり、図８Ｂは、図８Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図８Ｃは、図８Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図９】図９Ａは、図８Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図９Ｂは、図９Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図９Ｃは、図９Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図１０】図１０Ａは、図８Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図１０Ｃは、図１０Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図１１】図１１Ａは、入力画像の説明図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの入力画像をグレースケール処理して得た画像の説明図であり、図１１Ｃは、図１１Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図１２】図１２Ａは、図１１Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの変換処理画像をグレースケール処理して得た画像の説明図であり、図１２Ｃは、図１２Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図１３】図１３Ａは、図１１Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図１３Ｂは、図１３Ａの変換処理画像をグレースケール処理して得た画像の説明図であり、図１３Ｃは、図１３Ｂの画像をスキャンしたときの相関値のグラフである。
【図１４】図１の位置検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４の処理の一部を変更したフローチャートである。
【図１６】孔が形成された白色のワークを撮影した入力画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図１７】図１７Ａは、孔が形成された赤色のワークを撮影した入力画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図１７Ｂ〜図１７Ｄは、前記入力画像の変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図１８】図１８Ａは、孔が形成された黒色のワークを撮影した入力画像を２値化処理して得た画像の説明図であり、図１８Ｂ〜図１８Ｆは、前記入力画像の変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図１９】図１９Ａは、入力画像の説明図であり、図１９Ｂは、２値化処理に用いる閾値及び図１９Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフであり、図１９Ｃは、図１９Ｂの閾値を用いて図１９Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２０】図２０Ａは、２値化処理に用いる閾値及び図１９Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフであり、図２０Ｂは、図２０Ａの閾値を用いて図１９Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２１】図２１Ａは、２値化処理に用いる閾値及び図１９Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフであり、図２１Ｂは、図２１Ａの閾値を用いて図１９Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２２】図２２Ａは、入力画像の説明図であり、図２２Ｂは、２値化処理に用いる複数の閾値及び図２２Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図２３】図２３Ａは、図２２Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図２３Ｂは、２値化処理に用いる複数の閾値及び図２３Ａの変換処理画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図２４】図２４Ａは、図２２Ａの入力画像を輝度変換して得た変換処理画像の説明図であり、図２４Ｂは、２値化処理に用いる複数の閾値及び図２４Ａの変換処理画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｃは、図２２Ｂの各閾値を用いて図２２Ａの入力画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２６】図２６Ａ〜図２６Ｃは、図２３Ｂの各閾値を用いて図２３Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２７】図２７Ａ〜図２７Ｃは、図２４Ｂの各閾値を用いて図２４Ａの変換処理画像を２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２８】図２８Ａは、孔が形成された白色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図２８Ｂ〜図２８Ｆは、異なる閾値を用いて図２８Ａの入力画像をそれぞれ２値化処理して得た画像の説明図である。
【図２９】図２９Ａは、孔が形成された赤色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図２９Ｂ〜図２９Ｆは、異なる閾値を用いて図２９Ａの入力画像をそれぞれ２値化処理して得た画像の説明図である。
【図３０】図３０Ａは、孔が形成された黒色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図３０Ｂ〜図３０Ｆは、異なる閾値を用いて図３０Ａの入力画像をそれぞれ２値化処理して得た画像の説明図である。
【図３１】従来のテンプレートマッチングの説明図である。
【図３２】図３２Ａは、孔が形成された白色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図３２Ｂは、図３２Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図３３】図３３Ａは、孔が形成された赤色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図３３Ｂは、図３３Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図３４】図３４Ａは、孔が形成された黒色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図３４Ｂは、図３４Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図３５】図３５Ａは、孔が形成された白色のワークを撮影した入力画像の説明図であり、図３５Ｂは、図３５Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図３６】図３６Ａは、図３５Ａの入力画像よりも高速のシャッター速度で撮影した入力画像の説明図であり、図３６Ｂは、図３６Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【図３７】図３７Ａは、図３５Ａ及び図３６Ａの各入力画像よりも高速のシャッター速度で撮影した入力画像の説明図であり、図３７Ｂは、図３７Ａの入力画像で孔が存在する行をスキャンしたときの輝度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明に係る対象物の位置検出装置について、位置検出方法との関連で、好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
本実施形態に係る対象物の位置検出装置（以下、位置検出装置ともいう。）１０は、図１に示すように、入力画像取得部１２、入力画像記憶部１４、輝度変換処理部（画素パラメータ変換処理部）１６、入力画像前処理部１８、参照画像記憶部２０、参照画像前処理部２２、テンプレートマッチング処理部２４、相関値・位置座標記憶部（記憶部）２６及び相関値比較処理部２８とを備えている。
【００３９】
この場合、位置検出装置１０は、一例として、車両のボディ等のワーク３４（図２Ａ参照）に形成された孔（対象物）３２をカメラ等の撮像手段により所定のシャッター速度及び露光量で撮影して得た撮影画像（入力画像３０）を用いて、該入力画像３０に写り込んでいる孔３２の位置を検出し、検出した孔３２の位置に基づいて前記撮像手段を装着した図示しないロボットのアームを該孔３２の位置にまで正確に移動させることにより、前記アームが把持するボルトを孔３２に確実に挿通させるためのビジュアルサーボ技術に適用される。
【００４０】
なお、図２Ａ〜図１３Ｃは、位置検出装置１０内の処理を説明するための図面である。このうち、図２Ａ〜図４Ｃは、輝度変換処理部１６及び入力画像前処理部１８での処理を説明するための図面であり、図５Ａ〜図１３Ｃは、輝度変換処理部１６、入力画像前処理部１８及びテンプレートマッチング処理部２４での処理を説明するための図面である。また、図２Ａ〜図７Ｃは、入力画像３０がモノクロ画像である場合の処理を示す図面であり、図８Ａ〜図１３Ｃは、入力画像３０がカラー画像（ワーク３４が赤色であり縦線のハッチングで示す）である場合の処理を示す図面である。
【００４１】
図１に戻り、入力画像取得部１２は、前記撮像手段により撮影された入力画像３０を取得して該入力画像３０をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した入力画像３０を入力画像記憶部１４に保存する。
【００４２】
輝度変換処理部１６は、入力画像記憶部１４に記憶された入力画像３０（図２Ａ、図５Ａ、図８Ａ及び図１１Ａ参照）を読み出し、読み出した入力画像３０を構成する各画素の輝度（画素パラメータ）を所定の倍率の輝度に変換することによって、より具体的には、各画素の輝度をそれぞれ所定回数加算又は積算することで、輝度変換後の入力画像３０を変換処理画像５０、７０（図３Ａ、図４Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、図１２Ａ及び図１３Ａ参照）として入力画像前処理部１８に出力する。
【００４３】
なお、図３Ａ、図６Ａ、図９Ａ及び図１２Ａの変換処理画像５０は、図２Ａ、図５Ａ、図８Ａ及び図１１Ａの入力画像３０に対して１回の加算処理をそれぞれ行うことにより、該入力画像３０に対して２倍の輝度となった変換処理画像である。また、図４Ａ、図７Ａ、図１０Ａ及び図１３Ａの変換処理画像７０は、図２Ａ、図５Ａ、図８Ａ及び図１１Ａの入力画像３０に対して３回の加算処理をそれぞれ行うことにより、該入力画像３０に対して４倍の輝度となった変換処理画像である。
【００４４】
上記の説明では、入力画像３０に対して所定回数の加算処理を行うことにより変換処理画像５０が得られる場合について説明しているが、本実施形態では、これに限定されることはなく、入力画像３０に対して所定回数の積算処理を行っても変換処理画像５０を得ることができる。例えば、入力画像３０に対する１回の積算処理により２倍の輝度の変換処理画像が得られ、２回の積算処理により４倍の輝度の変換処理画像が得られる。
【００４５】
入力画像前処理部１８は、入力画像３０及び変換処理画像５０、７０に対してそれぞれ２値化処理を行うか、あるいは、グレースケール処理を行い、２値化処理後又はグレースケール処理後の入力画像４０及び変換処理画像６０、８０（図２Ｃ、図３Ｃ、図４Ｃ、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ及び図１３Ｂ参照）をテンプレートマッチング処理部２４に出力する。
【００４６】
なお、前記２値化処理では、例えば、入力画像３０に写っている孔３２及びワーク３４と、変換処理画像５０に写っている孔５２及びワーク５４と、変換処理画像７０に写っている孔７２及びワーク７４とについて、各孔３２、５２、７２（の画素）の行における輝度のグラフが、図２Ｂ、図３Ｂ及び図４Ｂのようなグラフとなる場合に、一点鎖線で示す所定の閾値（検出パラメータ）よりも高輝度の画素を０（白色）とし、一方で、前記閾値よりも低輝度の画素を１（黒色）とする画像処理を、入力画像３０及び変換処理画像５０、７０に対して行うことにより、図２Ｃ、図３Ｃ及び図４Ｃに示すような、孔４２及びワーク４４が写り込んだ入力画像４０と、孔６２及びワーク６４が写り込んだ変換処理画像６０と、孔８２及びワーク８４が写り込んだ変換処理画像８０とをそれぞれ得る。
【００４７】
また、グレースケール処理では、例えば、図１１Ａ、図１２Ａ及び図１３Ａの入力画像３０及び変換処理画像５０、７０を構成する各画素の輝度を、グレースケール変換（０〜２５５の階調に変換）することにより、図１１Ｂ、図１２Ｂ及び図１３Ｂの入力画像４０及び変換処理画像６０、８０をそれぞれ得る。
【００４８】
一方、参照画像記憶部２０には、入力画像３０に基づく入力画像４０及び変換処理画像６０、８０と比較するために予め撮影された適切な露光量の撮影画像（参照画像９０）が記憶されている。従って、入力画像３０と参照画像９０（図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ及び図１３Ｂ参照）とは、同じ撮影対象としてのワーク３４に形成された孔３２を撮影して得た撮影画像である。なお、以下の説明では、入力画像３０に写っている孔３２と区別するために、参照画像９０に写っている孔については、参照数字９２を付けて説明する。
【００４９】
参照画像前処理部２２は、参照画像９０に対して２値化処理を行うか、あるいは、グレースケール処理を行い、２値化処理後又はグレースケール処理後の参照画像９０をテンプレートマッチング処理部２４に出力する。
【００５０】
テンプレートマッチング処理部２４は、２値化処理後又はグレースケール処理後の入力画像４０、変換処理画像６０、８０及び参照画像９０が入力された場合に、２値化処理後又はグレースケール処理後の入力画像４０と参照画像９０とのテンプレートマッチングを行うことにより、入力画像４０に写っている孔４２の位置を検出すると共に、該位置における入力画像４０と参照画像９０との相関値を算出し、一方で、２値化処理後又はグレースケール処理後の変換処理画像６０、８０と参照画像９０とのテンプレートマッチングを行うことにより、変換処理画像６０、８０に写っている孔６２、８２の位置を検出すると共に、該位置における変換処理画像６０、８０と参照画像９０との相関値を算出する。
【００５１】
この場合、テンプレートマッチング処理部２４は、参照画像９０で入力画像４０、変換処理画像６０、８０を行方向に順次スキャンして、参照画像９０と、入力画像４０及び変換処理画像６０、８０との相関を取る。その際、孔４２、６２、８２の位置（画素）をスキャンしたときの相関値は、それぞれ、入力画像４０及び変換処理画像６０、８０の中で、最も大きな相関値となるので（図５Ｃ、図６Ｃ、図７Ｃ、図８Ｃ、図９Ｃ、図１０Ｃ、図１１Ｃ、図１２Ｃ及び図１３Ｃ参照）、テンプレートマッチング処理部２４は、それぞれの入力画像４０及び変換処理画像６０、８０で最大の相関値を算出し、その相関値に対応する画素（孔４２、６２、８２の位置）を検出し、検出した孔４２、６２、８２の位置と、該位置に対応する最大の相関値とを対応付けて相関値・位置座標記憶部２６に記憶することができる。
【００５２】
なお、テンプレートマッチングについては、特許文献２に具体的に記載されているので、本明細書では、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
相関値比較処理部２８は、相関値・位置座標記憶部２６に記憶されている入力画像４０及び変換処理画像６０、８０中の最大の相関値と、その相関値に対応する孔４２、６２、８２の位置とを読み出し、読み出した各最大の相関値のうち、最も大きな相関値に対応する孔の位置（図６Ｃ、図９Ｃ及び図１２Ｃに示す相関値ＭＡＸに対応する孔６２の位置）を、入力画像３０に写っている孔３２の位置とみなして（特定して）、外部に出力する。
【００５４】
本実施形態に係る位置検出装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作（位置検出方法）につき、図１４のフローチャートに従って説明する。
【００５５】
先ず、撮像手段により撮影された入力画像３０が入力画像取得部１２に入力されると、入力画像取得部１２は、入力画像３０をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の入力画像３０を入力画像記憶部１４に記憶する（ステップＳ１）。
【００５６】
次に、入力画像前処理部１８は、入力画像記憶部１４に記憶された入力画像３０を輝度変換処理部１６を介して読み出し、読み出した入力画像３０に対する２値化処理又はグレースケール処理を行って、２値化処理後又はグレースケール処理後の入力画像４０をテンプレートマッチング処理部２４に出力する。一方、参照画像前処理部２２は、参照画像記憶部２０から参照画像９０を読み出し、読み出した参照画像９０に対する２値化処理又はグレースケール処理を行い、２値化処理後又はグレースケール処理後の参照画像９０をテンプレートマッチング処理部２４に出力する（ステップＳ２、前処理工程、入力画像前処理工程、参照画像前処理工程）。
【００５７】
テンプレートマッチング処理部２４は、２値化処理後又はグレースケール処理後の入力画像４０及び参照画像９０とのテンプレートマッチングを行うことにより、入力画像４０に写っている孔４２の位置を検出すると共に、該位置における入力画像４０と参照画像９０との相関値を算出し、入力画像４０で最大の相関値である孔４２の位置の相関値と、その相関値に対応する孔４２の位置とを対応付けて相関値・位置座標記憶部２６に記憶する（ステップＳ３、第１のテンプレートマッチング工程）。
【００５８】
相関値比較処理部２８は、相関値・位置座標記憶部２６に記憶されている入力画像４０の最大の相関値と、その相関値に対応する孔４２の位置とを読み出し、読み出した相関値が所定の相関閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、読み出した相関値が前記相関閾値よりも小さい場合（ステップＳ４：ＮＯ）、相関値比較処理部２８は、相関値が小さいために、孔４２の位置が精度よく検出されていないと判断し、次に、変換処理画像６０、８０を用いたテンプレートマッチングを行うように、輝度変換処理部１６、入力画像前処理部１８及びテンプレートマッチング処理部２４に指示を出す。
【００５９】
これにより、輝度変換処理部１６は、入力画像記憶部１４に記憶された入力画像３０を読み出し、読み出した入力画像３０の輝度を所定回数加算又は積算することにより所定倍率の輝度に輝度変換された変換処理画像５０、７０（例えば、１回加算又は１回積算により２倍の輝度に輝度変換された変換処理画像５０、及び、３回加算又は２回積算により４倍の輝度に輝度変換された変換処理画像７０）を生成し、生成した変換処理画像５０、７０を入力画像前処理部１８に出力する（ステップＳ５、画素パラメータ変換処理工程）。
【００６０】
入力画像前処理部１８は、変換処理画像５０、７０に対してそれぞれ２値化処理又はグレースケール処理を行い、２値化処理後又はグレースケール処理後の変換処理画像６０、８０をテンプレートマッチング処理部２４に出力する（ステップＳ６、前処理工程、変換処理画像前処理工程）。
【００６１】
テンプレートマッチング処理部２４は、２値化処理後又はグレースケール処理後の変換処理画像６０、８０と参照画像９０とのテンプレートマッチングを行うことにより、変換処理画像６０、８０にそれぞれ写っている孔６２、８２の位置を検出すると共に、該位置における変換処理画像６０、８０と参照画像９０との相関値を算出し、変換処理画像６０、８０で最大の相関値である孔６２、８２の位置の各相関値と、各相関値に対応する孔６２、８２の位置とを対応付けて相関値・位置座標記憶部２６に記憶する（ステップＳ７、第２のテンプレートマッチング工程）。
【００６２】
相関値比較処理部２８は、相関値・位置座標記憶部２６に記憶されている変換処理画像６０、８０の最大の相関値と、各相関値に対応する孔６２、８２の位置とを読み出し、読み出した各相関値のうち、最も大きな相関値に対応する孔の位置（図６Ｃ、図９Ｃ及び図１２Ｃに示す相関値ＭＡＸに対応する孔６２の位置）を、入力画像３０に写っている孔３２の位置として特定（選択）し、外部に出力する（ステップＳ８、相関値比較処理工程）。
【００６３】
なお、ステップＳ４において、読み出した相関値が相関閾値以上である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、相関値比較処理部２８は、相関値が大きいので、孔４２の位置が精度よく検出されていると判断し、次に、ステップＳ８の処理を行って、孔４２の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置とみなして、外部に出力する。
【００６４】
上述した図１４のフローチャートの説明では、ステップＳ５において、輝度変換処理部１６が入力画像３０から複数の変換処理画像５０、７０を生成し、生成した複数の変換処理画像５０、７０を入力画像前処理部１８に出力する場合について説明した。
【００６５】
本実施形態では、このような処理に代替して、図１５のフローチャートの処理を行ってもよい。
【００６６】
図１５の処理を行う場合、輝度変換処理部１６は、図１４のステップＳ５において、入力画像３０から１つの変換処理画像５０を生成し、入力画像前処理部１８は、ステップＳ６で１つの変換処理画像５０に対する前処理を行い、テンプレートマッチング処理部２４は、ステップＳ７で１つの変換処理画像５０を用いてテンプレートマッチングを行う。そして、ステップＳ９において、相関値比較処理部２８は、変換処理画像５０を用いてテンプレートマッチングにより得られた相関値が前記相関閾値よりも小さい場合には（ステップＳ９：ＮＯ）、相関値が小さいために、孔５２の位置が精度よく検出されていないと判断し、次に、全ての変換処理画像５０、７０に対するステップＳ５の輝度変換処理、ステップＳ６の前処理及びステップＳ７のテンプレートマッチングが完了しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００６７】
ステップＳ１０において、変換処理画像５０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理が完了していても、変換処理画像７０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理が行われていない場合に（ステップＳ１０：ＮＯ）、相関値比較処理部２８は、輝度変換処理部１６、入力画像前処理部１８及びテンプレートマッチング処理部２４に対して、変換処理画像７０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理を行うように指示を出す。これにより、ステップＳ５〜Ｓ７の処理が再度行われる。
【００６８】
なお、ステップＳ９において、相関値比較処理部２８は、相関値が前記相関閾値以上である場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、相関値が十分に大きいので、孔５２の位置が精度よく検出されており、従って、変換処理画像７０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理は不要と判断し、ステップＳ８の処理を行う。また、ステップＳ１０において、各変換処理画像５０、７０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理が完了していた場合に（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、相関値比較処理部２８は、ステップＳ８の処理を行う。
【００６９】
なお、上述した図１５に関する説明では、先に、変換処理画像５０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理を行い、次に、変換処理画像７０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理を行う場合について説明したが、この説明に限定されることはなく、最初に変換処理画像７０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理を行い、次に、変換処理画像５０に対するステップＳ５〜Ｓ７の処理を行ってもよい。
【００７０】
図１６〜図１８Ｆは、孔４２及び白色のワーク４４が写り込んでいる入力画像４０（図１６）と、孔４２、６２、８２、１０２及び赤色のワーク４４、６４、８４、１０４が写り込んでいる入力画像４０及び変換処理画像６０、８０、１００（図１７Ａ〜図１７Ｄ）と、孔４２、６２、８２、１０２、１１２、１２２及び黒色のワーク４４、６４、８４、１０４、１１４、１２４が写り込んでいる入力画像４０及び変換処理画像６０、８０、１００、１１０、１２０（図１８Ａ〜図１８Ｆ）とをそれぞれ示す。
【００７１】
ここで、図１７Ｂ及び図１８Ｂは、１回加算後又は１回積算後（入力画像４０に対して２倍の輝度）の変換処理画像６０を示し、図１７Ｃ及び図１８Ｃは、２回加算後（入力画像４０に対して３倍の輝度）の変換処理画像１００を示し、図１７Ｄ及び図１８Ｄは、３回加算後又は２回積算後（入力画像４０に対して４倍の輝度）の変換処理画像８０を示し、図１８Ｅは、４回加算後（入力画像４０に対して５倍の輝度）の変換処理画像１１０を示し、図１８Ｆは、５回加算後又は３回積算後（入力画像４０に対して６倍の輝度）の変換処理画像１２０を示す。
【００７２】
なお、図１６〜図１８Ｆ中の相関値の単位は％であり、以下同様とする。
【００７３】
図１６では、白色のワーク４４と黒色の孔４２とのコントラストが高いので、テンプレートマッチングを行うと、孔４２の位置における相関値が大きくなる。従って、白色のワーク４４と黒色の孔４２との入力画像４０では、輝度変換処理は不要である。
【００７４】
また、図１７Ａ〜図１７Ｄでは、赤色のワーク４４、６４、８４、１０４と黒色の孔４２、６２、８２、１０２とのコントラストは、図１６の場合と比較して低下するが、一方で、図１７Ｂの変換処理画像６０を用いてテンプレートマッチングを行うと、図１７Ａの入力画像４０の場合と比較して、孔６２の位置における相関値を大きくすることができる。これは、図３Ｂに示すように、輝度変換処理を行うことにより孔６２とワーク６４とのコントラストが高くなって、孔６２の位置における相関値が大きくなったためである。
【００７５】
なお、図１７Ｃ及び図１７Ｄでは、加算回数又は積算回数を増加することにより変換処理画像８０、１００が全体的に明るくなるため、変換処理画像８０、１００に写り込んでいる孔８２、１０２の形状が一部欠落したものとなる。従って、このような変換処理画像８０、１００を用いてテンプレートマッチングを行っても、孔８２、１０２の位置での相関値は却って低下する。
【００７６】
さらに、図１８Ａ〜図１８Ｆでは、黒色のワーク４４、６４、８４、１０４、１１４、１２４と黒色の孔４２、６２、８２、１０２、１１２、１２２とが互いに略同じ色であるため、これらのコントラストは、図１６及び図１７Ａ〜図１７Ｄの場合と比較して大幅に低下する。このような場合であっても、図１８Ｃの変換処理画像１００を用いてテンプレートマッチングを行うことにより、図１８Ａの入力画像４０と比較して、孔１０２の位置における相関値を大きくすることができる。
【００７７】
なお、図１８Ｂでは、加算回数又は積算回数が不足しているために、相関値を大きくすることができず、一方で、図１８Ｄ、図１８Ｅ及び図１８Ｆでは、加算回数又は積算回数を増加すると、変換処理画像８０、１１０、１２０が全体的に明るくなるため、相関値が却って低下する。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態に係る位置検出装置１０及び位置検出方法によれば、入力画像４０と参照画像９０とのテンプレートマッチングに加え、入力画像３０の輝度変換に基づく変換処理画像６０、８０と参照画像９０とのテンプレートマッチングも併せて行い、これらのテンプレートマッチングにより得た各相関値を比較して、最大の相関値に対応する孔の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置として出力（特定）する。すなわち、入力画像４０を用いたテンプレートマッチングに基づく相関値と、変換処理画像６０、８０を用いたテンプレートマッチングに基づく相関値とを比較して、相関値が高い方の孔の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置とみなす。
【００７９】
これにより、入力画像３０の撮影環境の変化に起因して該入力画像３０中の孔３２とワーク３４（孔３２の周囲）とのコントラストが変化しても、前記撮影環境の変化に対する孔３２の位置検出精度のロバスト性が向上するので、該孔３２の位置を確実に検出できることが可能となる。
【００８０】
従って、シャッター速度を上げることにより入力画像３０の露光量が不足した場合や、孔３２の周囲のワーク３４の色が異なる場合でも、このような撮影環境の変化に応じて変換処理画像６０、８０を生成し、生成した変換処理画像６０、８０を用いてテンプレートマッチングを行うことにより、高い相関値が得られるので、孔３２の位置を短時間で（高速に）且つ精度よく検出することができる。
【００８１】
この効果についてさらに付言すれば、撮像手段のシャッター速度を上げて入力画像３０の露光時間を短縮すれば、入力画像３０の露光量が不足して、孔３２とワーク３４とのコントラストが低下する。
【００８２】
そこで、本実施形態では、このような露光時間の短縮化によるコントラストの低下に起因した孔３２の位置検出精度の低下を補償するために、入力画像３０に対して加算処理又は積算処理を行うことにより変換処理画像５０、７０を生成する。これにより、通常の露光時間により撮影された入力画像３０の輝度と、露光時間が短縮化された変換処理画像５０、７０の輝度とを同等程度とすることができるので、該変換処理画像５０、７０を２値化処理又はグレースケール処理した変換処理画像６０、８０を用いてテンプレートマッチングを行えば、通常の露光時間により撮影された入力画像３０における孔３２の位置検出精度を確保することが可能となる。
【００８３】
従って、本実施形態によれば、入力画像３０に対する加算処理又は積算処理を実施することにより、撮像手段の露光時間を短縮化と、孔３２の位置検出精度の向上とを一挙に実現することができる。
【００８４】
また、輝度変換処理部１６は、入力画像３０に対する輝度変換を行って変換処理画像５０、７０を生成するので、変換処理画像５０、７０における孔５２、７２とワーク５４、７４とのコントラストを容易に高くすることができる。
【００８５】
この場合、入力画像前処理部１８は、入力画像４０及び変換処理画像５０、７０に対する２値化処理又はグレースケール処理を行うので、入力画像４０及び変換処理画像５０、７０中の孔４２、５２、７２とワーク４４、５４、７４とのコントラストをより高くすることができ、テンプレートマッチング処理部２４において、入力画像４０、変換処理画像５０、７０及び参照画像９０を用いてテンプレートマッチングを行えば、より大きな相関値を得ることが可能となる。
【００８６】
さらに、相関値・位置座標記憶部２６に複数の孔４２、６２、８２の位置及び各相関値を記憶しておき、その中から最大の相関値に対応する孔の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置とみなすことで、当該孔３２の位置検出をより確実に行うことができる。
【００８７】
次に、本実施形態の変形例について、図１９Ａ〜図３０Ｆを参照しながら説明する。
【００８８】
この変形例は、図１９Ｂ、図２０Ａ、図２１Ａ、図２２Ｂ、図２３Ｂ及び図２４Ｂに示すように、入力画像前処理部１８が２値化処理の閾値を複数有し、各閾値を用いて入力画像３０及び変換処理画像５０、７０に対する２値化処理を行うものである。
【００８９】
ここで、図１９Ａ〜図２１Ｂは、図１９Ｂ、図２０Ａ及び図２１Ａに示す各閾値を用いて、図１９Ａの１つの入力画像３０に対する２値化処理を行うことにより、図１９Ｃ、図２０Ｂ及び図２１Ｂに示す２値化処理後の入力画像４０を生成する場合を示している。この場合、図２０Ｂの入力画像４０は、図１９Ｃ及び図２１Ｂの入力画像４０と比較して、孔４２とワーク４４とのコントラストが大きいので、テンプレートマッチング処理部２４において、図２０Ｂの入力画像４０を用いたテンプレートマッチングを行うことにより、該孔４２の位置を精度よく検出することが可能になると共に、孔４２の位置での相関値を容易に大きくすることができる。
【００９０】
また、図２２Ａ〜図２４Ｂは、複数の閾値を用いて入力画像３０及び変換処理画像５０、７０に対する２値化処理を行った場合を示しており、図２５Ａ〜図２７Ｃには、２値化処理後の入力画像４０及び変換処理画像６０、８０が図示されている。
【００９１】
この場合、図２５Ｃの入力画像４０及び図２７Ｂの変換処理画像８０は、図２５Ａ及び図２５Ｂの入力画像４０、並びに、図２６Ａ〜図２７Ａ及び図２７Ｃの変換処理画像６０、８０と比較して、孔４２、８２とワーク４４、８４とのコントラストが大きいので、テンプレートマッチング処理部２４において、図２５Ｃの入力画像４０及び図２７Ｂの変換処理画像８０を用いたテンプレートマッチングを行うことにより、該孔４２、８２の位置を精度よく検出することが可能になると共に、孔４２、８２の位置での相関値を容易に大きくすることができる。
【００９２】
図２８Ａ〜図３０Ｆは、孔４２及び白色のワーク４４が写り込んでいる入力画像４０（図２８Ａ〜図２８Ｆ）と、孔４２及び赤色のワーク４４が写り込んでいる入力画像４０（図２９Ａ〜図２９Ｆ）と、孔４２及び黒色のワーク４４が写り込んでいる入力画像４０（図３０Ａ〜図３０Ｆ）とをそれぞれ示す。なお、図２８Ａ〜図３０Ｆは、０〜２５５の階調中の所定値を閾値とした場合を示す。
【００９３】
図２８Ａ〜図２８Ｆでは、図２８Ｄの入力画像４０であれば、白色のワーク４４と黒色の孔４２とのコントラストが最も高くなり、当該入力画像４０を用いてテンプレートマッチングを行えば、孔４２の位置を精度よく検出することが可能になると共に、孔４２の位置での相関値が最も大きくなる。
【００９４】
また、図２９Ａ〜図２９Ｆでは、図２９Ｄの入力画像４０であれば、赤色のワーク４４と黒色の孔４２とのコントラストが最も高くなり、当該入力画像４０を用いてテンプレートマッチングを行えば、孔４２の位置を精度よく検出することが可能になると共に、孔４２の位置での相関値が最も大きくなる。
【００９５】
さらに、図３０Ａ〜図３０Ｆでは、図３０Ｂの入力画像４０であれば、図２８Ｄ及び図２９Ｄの各入力画像４０でのコントラストにまでは到達しないが、黒色のワーク４４と黒色の孔４２とのコントラストが最も高くなり、当該入力画像４０を用いてテンプレートマッチングを行えば、孔４２の位置を精度よく検出することが可能になると共に、孔４２の位置での相関値が最も大きくなる。
【００９６】
なお、上述した図２８Ｄ、図２９Ｄ及び図３０Ｂの各入力画像４０以外の各図における入力画像４０は、図２８Ｄ、図２９Ｄ及び図３０Ｂの各入力画像４０のような高いコントラストが得られない。これは、図１９Ｂ、図１９Ｃ及び図２２Ｂに示すように、入力画像３０の輝度のグラフに対して閾値を高く設定しすぎると、ワーク４４が黒色に近くなり（ワーク４４全体が暗くなり）、一方で、図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２２Ｂに示すように、入力画像３０の輝度のグラフに対して閾値を低く設定しすぎると、孔４２が白色に近くなるので（孔４２が明るくなりすぎるので）、閾値を高く設定しすぎても、あるいは、低く設定しすぎても、いずれの場合でも、ワーク４４と孔４２とのコントラストが低くなるためである。
【００９７】
従って、この変形例では、最適な閾値（例えば、図２５Ｃ及び図２７Ｂの入力画像４０及び変換処理画像８０が得られるような閾値）にて２値化処理を行うことが望ましい。
【００９８】
また、この変形例を図１４及び図１５のフローチャートに適用する場合には、ステップＳ２、Ｓ６の前処理において、複数の閾値を用いて入力画像３０及び変換処理画像８０に対する２値化処理を行えばよく、それ以外の各ステップでの処理は、上述した本実施形態での処理と同様である。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態の変形例では、テンプレートマッチング処理部２４において、複数の異なる閾値を用いて入力画像３０から変換された複数の入力画像４０及び変換処理画像８０と参照画像９０とのテンプレートマッチングをそれぞれ行い、相関値比較処理部２８において、これらのテンプレートマッチングにより得た各相関値を比較して、最大の相関値に対応する孔４２、８２の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置として出力（特定）すればよい。すなわち、各テンプレートマッチングに基づく各相関値を比較して、相関値が高い方の孔４２、８２の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置とみなせばよい。
【０１００】
これにより、入力画像３０の撮影環境の変化に起因して該入力画像３０中の孔３２とワーク３４とのコントラストが変化しても、前記撮影環境の変化に対する孔３２の位置検出精度のロバスト性が向上するので、該孔３２の位置を確実に検出できることが可能となる。
【０１０１】
従って、この変形例でも、シャッター速度を上げることにより入力画像３０の露光量が不足した場合や、ワーク３４の色が異なる場合でも、撮影環境の変化に応じて入力画像４０及び変換処理画像８０を生成し、生成した入力画像４０及び変換処理画像８０を用いてテンプレートマッチングを行うことにより、高い相関値が得られるので、孔３２の位置を精度よく検出することができる。
【０１０２】
また、複数の異なる閾値を用いて入力画像３０及び変換処理画像５０、７０に対する２値化処理を行うことにより、孔４２、８２とワーク４４、８４とのコントラストをより高くすることができるので、入力画像４０及び変換処理画像８０を用いてテンプレートマッチングを行えば、より大きな相関値を得ることが可能となる。
【０１０３】
その際、参照画像９０も２値化処理後の画像であるため、テンプレートマッチングによって得られる相関値をさらに大きくすることができる。
【０１０４】
さらに、変換処理画像７０に対する２値化処理を行って変換処理画像８０を生成することで、孔８２とワーク８４とのコントラストを容易に高くすることができる。
【０１０５】
さらにまた、相関値・位置座標記憶部２６に複数の孔４２、８２の位置及び相関値を記憶しておき、その中から最大の相関値に対応する孔４２、８２の位置を入力画像３０に写っている孔３２の位置とみなすことで、当該孔３２の位置検出をより確実に行うことができる。
【０１０６】
さらにまた、テンプレートマッチング処理部２４では、入力画像４０と参照画像９０とのテンプレートマッチングや、変換処理画像８０と参照画像９０とのテンプレートマッチング処理を行うので、孔３２の位置検出を一層確実に行うことができる。
【０１０７】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…位置検出装置１６…輝度変換処理部
１８…入力画像前処理部２２…参照画像前処理部
２４…テンプレートマッチング処理部２６…相関値・位置座標記憶部
２８…相関値比較処理部３０、４０…入力画像
３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２、１１２、１２２…孔
３４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４…ワーク
５０、６０、７０、８０、１００、１１０、１２０…変換処理画像
９０…参照画像

【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像の画素パラメータを変換して変換処理画像を生成する画素パラメータ変換処理部と、
前記入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記入力画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記入力画像と前記参照画像との相関値を算出し、一方で、前記変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記変換処理画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記変換処理画像と前記参照画像との相関値を算出するテンプレートマッチング処理部と、
前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力する相関値比較処理部と、
を備えることを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記画素パラメータ変換処理部は、前記画素パラメータとしての前記入力画像の輝度を変換して前記変換処理画像を生成する輝度変換処理部であることを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記入力画像に対して２値化処理を行い、一方で、前記輝度変換処理部から出力された前記変換処理画像に対して２値化処理を行って、前記２値化処理後の入力画像及び変換処理画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する入力画像前処理部と、
前記参照画像に対して２値化処理を行い、前記２値化処理後の参照画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する参照画像前処理部と、
をさらに備え、
前記テンプレートマッチング処理部は、前記２値化処理後の入力画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、一方で、前記２値化処理後の変換処理画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記入力画像に対してグレースケール処理を行い、一方で、前記輝度変換処理部から出力された前記変換処理画像に対してグレースケール処理を行って、前記グレースケール処理後の入力画像及び変換処理画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する入力画像前処理部と、
前記参照画像に対してグレースケール処理を行い、前記グレースケール処理後の参照画像を前記テンプレートマッチング処理部に出力する参照画像前処理部と、
をさらに備え、
前記テンプレートマッチング処理部は、前記グレースケール処理後の入力画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、一方で、前記グレースケール処理後の変換処理画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、
前記テンプレートマッチング処理部で検出した前記各対象物の位置と、前記各相関値とを記憶する記憶部をさらに備え、
前記画素パラメータ変換処理部は、前記入力画像の画素パラメータを複数の画素パラメータに変換することにより、複数の前記変換処理画像を生成し、
前記テンプレートマッチング処理部は、前記入力画像と前記参照画像とのテンプレートマッチング、及び、前記各変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングをそれぞれ行い、前記各テンプレートマッチングにより得た前記各対象物の位置及び前記各相関値を前記記憶部に記憶し、
前記相関値比較処理部は、前記記憶部に記憶された前記各対象物の位置及び前記各相関値を読み出して、読み出した前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力することを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項６】
入力画像と参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記入力画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記入力画像と前記参照画像との相関値を算出する第１のテンプレートマッチング工程と、
前記入力画像の画素パラメータを変換して変換処理画像を生成する画素パラメータ変換処理工程と、
前記変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングを行うことにより、前記変換処理画像に写っている対象物の位置を検出すると共に、該位置における前記変換処理画像と前記参照画像との相関値を算出する第２のテンプレートマッチング工程と、
前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力する相関値比較処理工程と、
を備えることを特徴とする対象物の位置検出方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記画素パラメータ変換処理工程では、前記画素パラメータとしての前記入力画像の輝度を変換して前記変換処理画像を生成することを特徴とする対象物の位置検出方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、
前記入力画像に対して２値化処理を行う入力画像前処理工程と、
前記参照画像に対して２値化処理を行う参照画像前処理工程と、
前記変換処理画像に対して２値化処理を行う変換処理画像前処理工程と、
をさらに備え、
前記第１のテンプレートマッチング工程では、前記２値化処理後の入力画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、
前記第２のテンプレートマッチング工程では、前記２値化処理後の変換処理画像と前記２値化処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことを特徴とする対象物の位置検出方法。
【請求項９】
請求項７記載の方法において、
前記入力画像に対してグレースケール処理を行う入力画像前処理工程と、
前記参照画像に対してグレースケール処理を行う参照画像前処理工程と、
前記変換処理画像に対してグレースケール処理を行う変換処理画像前処理工程と、
をさらに備え、
前記第１のテンプレートマッチング工程では、前記グレースケール処理後の入力画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行い、
前記第２のテンプレートマッチング工程では、前記グレースケール処理後の変換処理画像と前記グレースケール処理後の参照画像とのテンプレートマッチングを行うことを特徴とする対象物の位置検出方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法において、
前記第１のテンプレートマッチング工程では、前記入力画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングを行って、前記テンプレートマッチングにより得た前記入力画像に写っている対象物の位置及び前記相関値を記憶部に記憶し、
前記画素パラメータ変換処理工程では、前記入力画像の画素パラメータを複数の画素パラメータに変換することにより、複数の前記変換処理画像を生成し、
前記第２のテンプレートマッチング工程では、前記各変換処理画像と前記参照画像とのテンプレートマッチングをそれぞれ行い、前記各テンプレートマッチングにより得た前記各変換処理画像にそれぞれ写っている対象物の位置及び前記各相関値を前記記憶部に記憶し、
前記相関値比較処理工程では、前記記憶部に記憶された前記各対象物の位置及び前記各相関値を読み出して、読み出した前記各相関値を比較し、最大の相関値に対応する対象物の位置を前記入力画像に写っている対象物の位置として出力することを特徴とする対象物の位置検出方法。

【図１】