画像処理の基礎
■ / Basic of image processing /
2値化 / Binary digital conversion /
A video signal sent from a camera is an
カ ラか
メ らのビデオ出力は、 アナログ信号です
analog signal. To use the video signal for
が、これを様々な判定、 計測に応用するには、
various differentiations and
まずデジタル信号に変換する必要があり ます
measurements, the analog signal must
。デジタル信号への変換方法は、 図のように
be converted into a digital signal. To
ビデオ信号にある しきい値（２値化レベル） を
convert from analog to digital, a
設定し、 そのしきい値よ り高い（明るい）部分
threshold level is set for the video signal.
は白、 （暗い）
低い 部分は黒のいずれかの値
The areas brighter than the threshold
を るよ して、
と うに 灰色の部分をな します。
く こ
level are defined as “white” and the
れを２値化といい、 デジタル信号では白を 「１
areas darker than the binary level are
＝HI」 黒を ０
、 「 ＝LO」 しています。
と
defined as “black.” Digital signals
corresponding to a white pixel are
defined as “1” (= HI), and those
corresponding to a black pixel are
defined as “0” (= LO).
ビデオ信号
Raw video signal
明
Bright
ビデオ信号 （アナログ信号）
2値化レベル
Video signal (analog signal)
暗 Binary level
Dark
同期信号
Signal for horizontal synchronization 2値化信号 画素に分割 0
1
Binary signal Divided into pixels
デジタル信号 2
3
Digital signal •
480 ピクセル（垂直）
•
480 pixels (Horizontal)
•
•
•
•
479
クロ クパルス
ッ 0. 1. 2 • • • • • • • • • • • • • • • • • 499
Clock pulse 500 ピクセル（垂直）
500 pixels (Horizontal)
グレー処理（濃淡処理）/ Grayscale processing /
In addition to the binary conversion
画像処理装置には前述した ２値化方式以外
method, the gray processing method is
にグレー処理方式があり ます。 グレー処理で
also used in image processing devices.
は、 ラで撮像した画像データの濃淡をそ
カメ
The gray processing method is based on
のまま扱います。２値化方式では白か黒、 か１
the brightness graduation data of the
０の情報と しか認識できませんが、
して グレー
image captured by the camera.
処理方式では、 濃淡を ビ ト ２ ６階調）
８ ッ （＝ ５
The binary conversion method
に分割し、その情報をすべて活か した結果が
recognizes only white or black (1 or 0)
得られます。従って、検出精度が格段に向上
data. The gray processing method
します。
divides the brightness graduation into 8
bits (256 levels), and obtains a
differentiation result based on all the
data. Therefore this method offers much
improved and more accurate detection.
ビデオ信号
Video signal ２値レベルを きい値に白 ） （０）
し （１ か黒 に分けます。
The video signal is divided into white (1) or black (0) signals
based on the binary (threshold) level.
２値化
２値化レベル
Binary conversion
Binary level
グレー処理 濃淡を ５ 階調に分けます。
２６
Grayscale processing The brightness graduation is divided into 256 levels.
例:
Example:
濃淡をそのま ま処理するので、 高精度な検出ができます。
The brightness graduation cannot be differentiated since the data is processed as it is.
白色 灰色 黒色
White Gray Black
6
ケース１： 金属ワークの外観検査
ワーク：ナット（材質：鉄 色：銀色）
様々な汚れ・傷がついたナットを画像処理し、白黒グレー処理とカラー濃淡処
理での処理画像を比較します。
黒い汚れ
青い汚れ
白い汚れ
赤いシミ
スジ傷
カラー濃淡処理
グレー処理
運転中フィルタ画像 運転中フィルタ画像
青い汚れと赤いシミは 全ての汚れ・傷が
ほとんど見えません。 はっきりと残ってい
ます。
特に青い汚れ・赤い
シミは目立ちます。
安定度表示画像（※） 安定度表示画像
検出できている黒汚れ 汚れ・傷は全て黄色以上
やスジ傷なども安定度 （192階調以上）で検出で
は弱く、無駄な表面ム きています。
ラも検出しています。 スジ傷もグレーの安定度
画像と比較すると、大き
な差があることが分かり
ます。
※安定度表示画像
周囲の濃淡値と比較して差がある部分を緑～赤の色に置換えて表示します。
赤色に近いほど差が大きく、安定した検出が可能になります。
・ カラー濃淡処理では、1677万色のフルカラーの画像情報をもとに濃淡画像を作成するため、単に
ＰＯＩＮ T ！
256階調で処理をするグレー画像では区別のつかない汚れなども正確に抽出します。
・ カラー濃淡処理に加え、膨張・収縮などの前処理を併用することで、ヘアラインや不良とはならな
い擦り傷などをキャンセルすることが可能です。
ケース１： 金属ワークの外観検査
ワーク：ナット（材質：鉄 色：銀色）
様々な汚れ・傷がついたナットを画像処理し、白黒グレー処理とカラー濃淡処
理での処理画像を比較します。
黒い汚れ
青い汚れ
白い汚れ
赤いシミ
スジ傷
カラー濃淡処理
グレー処理
運転中フィルタ画像 運転中フィルタ画像
青い汚れと赤いシミは 全ての汚れ・傷が
ほとんど見えません。 はっきりと残ってい
ます。
特に青い汚れ・赤い
シミは目立ちます。
安定度表示画像（※） 安定度表示画像
検出できている黒汚れ 汚れ・傷は全て黄色以上
やスジ傷なども安定度 （192階調以上）で検出で
は弱く、無駄な表面ム きています。
ラも検出しています。 スジ傷もグレーの安定度
画像と比較すると、大き
な差があることが分かり
ます。
※安定度表示画像
周囲の濃淡値と比較して差がある部分を緑～赤の色に置換えて表示します。
赤色に近いほど差が大きく、安定した検出が可能になります。
・ カラー濃淡処理では、1677万色のフルカラーの画像情報をもとに濃淡画像を作成するため、単に
ＰＯＩＮ T ！
256階調で処理をするグレー画像では区別のつかない汚れなども正確に抽出します。
・ カラー濃淡処理に加え、膨張・収縮などの前処理を併用することで、ヘアラインや不良とはならな
い擦り傷などをキャンセルすることが可能です。
13
日本語 英 語 中国語
空気だまり Air-lock
くさび Wedge
く︱ 屈折 Refraction
け 駆動装置 Driving gear
組み立て Assembly
組立公差 Fitting tolerance
組立図 Assembly drawing
組立ライン Assembly line
クライアント Client
クラス４ Class 4
クラック Crack
クラッシュ Crush
グラフ Graph
クランク Crank
クランプ Clamp
クリアランス Clearance
クリープ Creep
クリーンルーム Clean room
繰り返し応力 Repeated stress
繰り返し精度 Repeatability
繰り返し疲労 Cyclic fatigue
グリス Lubrication oil/Grease
グリッド Grid
グループ化／グループ化解除 Grouping/Cancel the group
グレー処理 Grayscale processing
クレーン Crane
クロマトグラフィ Chromatography
計器 Metering instrument
計器誤差 Gauge tolerance
軽金属 Light metal
淡 い汚れも確実に検出する
新カラー処理
「カラー濃淡処理」のアルゴリズム キーエンスCVシリーズに搭載されている
「カラー濃淡処理」の処理フローに関して説明します。
カラー濃淡処理フロー
カラーCCDカメラで撮像された画像をコントローラへデジタル転送し、 トローラで
コン
画像処理に適したグレー画像へ変換するために前処理を行ないます。
画像処理
前処理
撮像
カラー濃淡処理 は、
フルカラー画像から特定の色を最も明度が高いグレー画像に変
CCDからの
カラー濃淡 フィルタ 画像処理 換する前処理で、白黒カメラのグレー処理画像よりも高コントラストのグレー画像を作り
色情報
出すことが可能です。カラー濃淡処理後、2値化や各種フィルターによる前処理を重ねる
カラ ー画 像 白黒画像
ことで、
さらに安定した画像処理を実現します。
グレー処理とカラー濃淡処理のイメージ
フルカラー画像 白黒グレー処理画像 カラー濃淡処理画像
明度にあまり差が 白黒カメラによる カラー画像からカラー濃淡処理で
ないカラー画像 グレー画像 作り出されたグレー画像
（濃淡差が少ない） （赤色を選択）
白黒カメラのグレー画像とカラー濃淡処理によるグレー画像の違い
白黒カメラで得られるグレー画像は、対象物の表面から反射した光の明度のみで構成されます。 つまり、色相や彩度といった色の要素は全く反映
されないグレー画像になります。これに対して、カラーカメラの画像を用いたカラー濃淡処理は、色相、彩度、明度の全ての情報を処理し、任意に選
択した色が最も明るくなるグレー画像を作り出すことができます。
例えば、色相、彩度の情報を使用することで、白黒画像では同じ明度になる赤色と緑色に対しても濃淡差のあるグレー画像を作り出すことができ
ます。このように、カラー濃淡処理では、従来の白黒カメラでは見分けのつかなかった画像を、高コントラストのグレー画像に変換することで、安定
した画像処理検査を実現できます。
カラー濃淡処理の実例
白色キャップ上の汚れ検出 ∼白黒では見えない薄い汚れも検出∼
カラーカメラ スルー画像 白黒カメラグレー処理画像 飲料キャップ上の汚れ検査の様子です。
上段の左がカラー、右が白黒カメラの画像です。 下段は、
カラーカメラの画像を
検出不可
カラー濃淡処理し、傷検査モードで安定検出が可能であることを示しています。
一般的に、白黒カメラでは、明度の差の少ない白色と黄色の違いをとらえること
は非常に困難ですが、カラー濃淡処理を使えば、
このように簡単に検出できます。
カラー濃淡処理画像 安定検出
十字の部分に薄い
黄色の汚れがあります。
傷検査
濃淡変化の大きい部分を
安定度表示
汚れとして安定検出します。
LEDの各種検査に役立つ特長一覧（CV-3000シリーズ）
モールド部の異物検査はカラーカメラ、 ドの寸法測定は白黒200万画素カメラなど8種のカメラを
リー
組み合わせ自由なマルチカメラシステム 最大4台まで自由に組み合わせ可能です。
計測領域は短形 楕円 多角形など6種類をマスク4種類と組み合わせて描画可能。
・・ 多様なLEDの形状に対応できる計測領域 楕円型のチップのモール ド部、円柱型のランプなどに対応できます。
傷検査は計測領域ごとにX方向のみ、回転方向のみなどを選択可能。
ふちのはみ出しでNGを出さない検出方向限定傷検査機能 ワークのふちぎりぎりまで計測領域としても、
はみ出しは許容して異物などNGのみを検出可能です。
画像処理の基礎
■ / Basic of image processing /
Features of color Shade-Scale
カラー濃淡処理の特長
processing
1. Even when the ambient brightness
１. ２値化と比べ照明変動やワークの色のバ
changes or the color of a target varies
ラツキに強い。
due to individual differences, color
２. ２値化に比べ２ ６階調のデータ
５ を使用す
Shade-Scale processing ensures more
るため、 位置測定に有効です。
stable detection than binary conversion.
（サブピクセル処理が可能）
2. Since color Shade-Scale processing
utilizes 256-level data, it is more effective
for position measurement than binary
conversion. (Sub-pixel processing is
possible.)
画像処理の原理 / Principle of image processing /
■
パターンサーチ
Pattern matching
Recognizes the pattern of an image
画像の形状パターンを認識する
The target pattern of the reference
位置検出を行ないたい形状を含む基本映像
image is registered and stored in a
をあらかじめ登録し、パターンウ ン
ィ ドウにより
pattern window. The pattern window then
この形状パターンを記憶します。 して、
そ 任意
scans the specified search window from
に設定されたサーチウ ン
ィ ドウ内でパターンウ
the upper left-hand corner to the lower
ィ ドウを左上角から右下角までスキャンし、
ン
right-hand corner to detect the position
最も形状が一致する位置を探します。
that best matches the registered image.
基本画像 設定画像 サーチ 検出
Reference image Registered image Search Detection
サーチウ ン ィ ドウ パターンウ ン ィ ドウ
Search window Pattern window
Pattern matching with gray-scale
グレー処理によるパターンサーチ
processing
Pattern matching uses gray-scale image
グレー処理では画像を ５
２ ６階調の濃淡画像
processing which assigns 256 levels of
としてそのまま扱います。２値化処理では、白
gray to each pixel and then recognizes
か黒の情報と しか認識しませんが、グレー処
the pattern of the target. Binary
理は各画素ごとに ５
２ ６分割された情報をす
processing, in contrast, recognizes
べて使い、対象物のパターン形状を認識する
images only as black and white.
ため高精度な検出が可能とな ます。
り
基本画像
Reference image
256階調
Y座標 256 levels
Y coordinate
te
a
din
X座
標
or
Xc 標
Y座
X座標
カ ラで撮影さ
メ れた映像 イ ージ図
メ
co
oor
X coordinate din
Image captured with camera Conceptual illustration
Y
ate
8
キーエンスCVシリーズに搭載されている
「 カラー濃淡処理」のアルゴリズム 「カラー濃淡処理」の処理フローに関して説明します。
カラー濃淡処理フロー
カラーCCDカメラで撮像された画像をコントローラへデジタル転送し、 トローラで画像処理に適した
コン
画像処理
前処理
撮像
グレー画像へ変換するために前処理を行ないます。
CCDからの
カラー濃淡 フィルタ 画像処理
カラー濃淡処理は、
フルカラー画像から特定の色を最も明度が高いグレー画像に変換する前処理で、
色情報
白黒カメラのグレー処理画像よりも高コントラストのグレー画像を作り出すことが可能です。カラー濃淡処
カラ ー画像 白黒画像
理後、2値化や各種フィルターによる前処理を重ねることで、
さらに安定した画像処理を実現します。
グレー処理とカラー濃淡処理のイメージ フルカラー画像 白黒グレー処理画像 カラー濃淡処理画像
白黒カメラのグレー画像と
カラー濃淡処理によるグレー画像の違い
白黒カメラで得られるグレー画像は、対象物の表面から反射した光の明
度のみで構成されます。つまり、色相や彩度といった色の要素は全く反
映されないグレー画像になります。これに対して、
カラーカメラの画像を カラー画像からカラー濃淡処理で
明度にあまり差が 白黒カメラによる
作り出されたグレー画像
ないカラー画像 グレー画像
用いたカラー濃淡処理は、色相、彩度、明度の全ての情報を処理し、任意
（赤色を選択）
（濃淡差が少ない）
に選択した色が最も明るくなるグレー画像を作り出すことができます。
例えば、色相、彩度の情報を使用することで、白黒画像では同じ明度になる赤色と緑色に対しても濃淡差のあるグレー画像を作り出すことができます。このように、
カラー濃淡処理では、従来の白黒カメラでは見分けのつかなかった画像を、高コントラストのグレー画像に変換することで、安定した画像処理検査を実現できます。
カラー濃淡処理の実例
コンデンサ上の汚れ検出 ∼白黒では見えない汚れも検出∼
コンデンサ上の汚れ検査の様子です。
カラーカメラ スルー画像 白黒カメラグレー処理画像
上段の左がカラー、右が白黒カメラの画像です。下段は、
カラーカメラの画像をカラー
検出不可
濃淡処理し、傷検査モードで安定検出が可能であることを示しています。一般的に、白
黒カメラでは、明度の差の少ない色の違いをとらえることは非常に困難ですが、カラ
ー濃淡処理を使えば、
このように簡単に検出できます。
十字の部分に薄い
茶色の汚れがあります。
カラー濃淡処理画像 安定検出
濃淡変化の
大きい部分を
汚れとして
傷検査 安定検出します。
安定度表示
トレンド波形による視覚的な
最適調整
統計解析機能で取得したデータを経時的な変化としてグラフ化して確認すること
ができます。画像データが取得されていると□マーク（画像参照マーカ）が付き、 波形を見ながら
最適上下限値の
このカーソルを合わせ
カーソルを合わせることで、運転中でもその画像の確認ができます※。 設定！
た点のデータと画像が
確認できます。
さらに、
上下限値の変更もグラフ上のレベルで確認しながら行なうことが可能です。
※ 運転中は画像の表示のみ対応。設定モード時は再テストの実行が可能です。
（上の画像は、設定モード時の画像です）
チップ部品の各種検査に役立つ特長一覧（CV-3000シリーズ）
視 認性の高いカスタム画面 現 在の画像と過去NG画像を同時表示でき、またNG時の計測値などを一発で確認できます。
考えられたメンテナンス性 ショートカットメニューによりオペレーションの簡易化と統計解析機能による迅速な復旧が可能です。
「 領域一括移動機能 」で簡単調整 多数のウインドウのうち、任意のウインドウを一括で移動が可能。調整工数を大幅に削減します。
Q 印字の背景が様々な色でも安定して文字を切り出せますか？
A 印字の背景が均一でなく文字の切り出しが不安定な場合があります。このような場合、CV-5000のカラー濃淡 処理を
使用すると文字だけを強調した画像にできるので、安定した文字認識が可能となります。
食品容器上の賞味期限検査 通常のグレー処理画像
背景の影響で文字切り出しが不安定です。
CV-5000のカラー濃淡処理画像
文字に対して十分なコントラストが得られ安定します。
Q フィルムなどの光 沢や濃 淡ムラの影響をカットできますか？
A CV-5000シリーズのリアルタイム濃淡補正処理を使用することで、印字背景の光沢や濃淡変化の影響をカットし、安定した文
字切り出しが可能となります。 リアルタイム濃淡補正処理は、変化する背景の緩やかな濃淡変化を推定し、これを打ち消す効果
があり、 フラットな明るさの背景を作り出します。
スルー画像
印字表面の透明フィルムにより
光沢ムラがあります。
2値化画像
2値化処理では、文字を均一
に切り出すことができません。
リアルタイム濃淡補正画像
リアルタイム濃淡補正では、
文字だけを浮かび上がらせる
ことができます。
5
検査方法
数量・欠品検査に適した検査モード カウント (ブロブ)モードとは、
・カウント（ブロブ）検査モード
2 値化、色抽出の後、欠陥を塊（ブロブ）として検出します。
・複数パターンサーチ検査モード
領域内の二値化された白または黒の塊(ブロブ)の
グレー処理。正規化相関でパターンサーチを行い、マークなどの特徴的
数や位置座標などを計測することができます。
なパターンの個数をカウントします。
また、面積や円形度といった各種フィルタを設定す
ることで、任意の塊（ブロブ）のみカウントするこ
とも可能です。
・エッジ数検査モード
エッジ検出で、エッジの本数をカウントします。
テクニカルガイド
◆ベアリングなど円周上にあるものの数量を検査したい場合は？
→ 検査したい範囲を限定するために、検査領域を円周領域や円弧領域にします。
◆領域にかかったワークを検出したくない場合は？
→ 領域外処理を「無効（OFF）」に設定します。検査領域境界上に存在するブロブはカウントしません。
代表的な照明
ドーム照明
様々な方向からの間接光を照射するドーム方式
は、真上からの直接光では凹凸による陰影や光
沢面によるハレーションが発生しやすい不定形
ワークに対して均一に拡散光を照射できるた
め、表面を均一な状態にし、検出ポイントとの
コントラストが明確になります。
同軸落射照明
光沢面の正反射光を入光し、斜めになった部分
での拡散光を逃がすことで、明暗のコントラス
トを撮像、判別します。
ベアリングボールなど円形ワークの場合は、頂
点のみが明るく光ります。
2
用途編
新 カラー 処 理
新 カラー抽出エンジン「A .C.E.」
NEW
人間の感覚に最も近いと言われるH SV方式を採用した新開発カラーエンジンA.C.E. Advanced Color extraction
（
Engine ）を搭 載し、
「カラー濃 淡 処 理 」「カラー二 値 化 」
、 ともに高い色 抽 出 能力を実 現 。 来 処 理では不 安 定
従
だった処 理が安定します。
新カラー濃 淡 処 理 （ 特 許 出 願 中 ） 〈 従来方式 〉
色相・彩度・明度全てで濃淡の勾配を最適に調整可能。従来、安定しなかったコントラストの低
い対象を、明確な濃淡差のある画像に変換。照明など周辺機器のコストや手間を削減できます。
グレー処理
従 来カラー濃淡処理
濃 淡 差が十 分にないため、
パターンマッチングなどの濃
そのままでは濃淡差が低く安定して処理できない。 新カラー濃淡処理 淡処理が安定しません。
濃淡差があり、安定した画像処理が可能。
新 カラー二 値 化 処 理 〈 従来方式 〉
従 来方式では抽出が難しかった、暗い緑や青など明度の低い色の抽出が安定するようになり
ました。
白黒処理の写真
白黒処理では緑色と同じ濃
度の色を区別できません。
従来カラーの写真
明 度が 低い 色 の 判 別 能力
新カラー二値化処理 に限界があり した。
ま
緑 色を選択
緑色のみを安定して抽出します。
簡 単、確実な色設定方式
NEW
好評のクリ ク抽出による設定に加え、
ッ 数値による設定方法も新たに追加。客観的で再現性の高い設定が可能です。
さらに、カラーバーを見ながら調整ができるため、直感的で分かりやすい設定を実現しています。
〈カラーバーによる設定例 〉
金めっき部を選択
クリ ク方式で色抽出します。
ッ さらに明度の上下限値をカラーバー上
で広げる と
こ で明るさ変動に強く り
な ます。
7
翻訳キーワード集
