JP5495017B2 - Tooth contact surface detection device - Google Patents
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Description
本発明は、歯車の歯当たりを評価する技術分野に関連し、特に、歯車の歯当たり面を画像処理により評価する技術に関する。 The present invention relates to a technical field for evaluating the tooth contact of a gear, and more particularly to a technology for evaluating a tooth contact surface of a gear by image processing.
従来は、歯当たり面(かみ合わせ面)を含む歯面に光明丹等の顔料を主成分とする塗料を塗布し、歯車を回転させた後に、塗料のはがれ具合を目視で確認し、はがれ具合に応じて歯当たりの良否を判定していた。しかし、この従来例では、目視検査であるため、歯当たり面の良否判定についての定量化が困難であった。 Conventionally, after applying a paint mainly composed of pigment such as Komyotan on the tooth surface including the tooth contact surface (engagement surface), rotating the gear, visually checking the paint peeling, The quality of the tooth contact was determined accordingly. However, in this conventional example, since it is a visual inspection, it is difficult to quantify the quality determination of the tooth contact surface.
特許文献1には、白黒のカメラで歯当たり面を撮影し、濃淡画像(グレースケール)をしきい値で二値化することで、歯当たり面を抽出する手法が提案されている。そして、この従来例では、しきい値の算出及び二値化は、歯当たり面を含み歯先を含まない歯面上の画素値に基づいて行われている(段落0048から0049,図8及び図9)。
特許文献2には、カラーのカメラで撮影したRGB画像をRGB毎の濃淡画像とし、それぞれを二値化して二値化画像を重ね合わせることで、歯当たりの強度に応じた4段階の階調画像を得る手法が提案されている(第3頁右上欄から左下欄、図3(a))。この手法では、ラフな自然光下での処理が可能とされているが(第4頁左上欄)、結局、歯当たり面の良否の判定自体は人手で行われている(第3頁右下欄から第4頁左上欄、図2)。
特許文献3には、RGB画像をRGB毎の濃淡画像とし、さらに、G成分とB成分とを加算して反転し、R成分と加算することで、光明丹の微妙な付着状態が明確に輝度差として現れる濃淡画像を得る手法が提案されている(段落0016から0018、図2)。特に、ラップ段差部分と歯当たり面との輝度差をより明確にすることが図られている(段落0018、図6)。
Patent Document 1 proposes a method of extracting a tooth contact surface by photographing a tooth contact surface with a black and white camera and binarizing a grayscale image with a threshold value. In this conventional example, the threshold value is calculated and binarized based on the pixel values on the tooth surface including the tooth contact surface and not including the tooth tip (paragraphs 0048 to 0049, FIG. 8 and FIG. 8). FIG. 9).
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-26883 discloses four levels of gradation according to the intensity of tooth contact by using RGB images captured by a color camera as grayscale images for each RGB, binarizing each image and superimposing the binarized images. A method for obtaining an image has been proposed (upper right column to lower left column on page 3, FIG. 3A). In this method, processing under rough natural light is possible (the upper left column on page 4). However, the determination of the quality of the tooth contact surface itself is performed manually (the lower right column on page 3). To page 4, upper left column, FIG. 2).
In Patent Document 3, the RGB image is converted into a grayscale image for each RGB, and the G component and the B component are added and inverted, and added to the R component, so that the subtle adhesion state of Komyotan is clearly luminosity. A technique for obtaining a gray image that appears as a difference has been proposed (paragraphs 0016 to 0018, FIG. 2). In particular, the brightness difference between the lap step portion and the tooth contact surface is made clearer (paragraph 0018, FIG. 6).
上記特許文献1記載の手法では、光明丹等の塗料の色彩に基づいた判定をすることができず、歯当たりによる光明丹の擦れの程度を良好に判定することができない。
上記特許文献2記載の手法では、光明丹等の塗料の色彩を反映させた画像を生成できるが、歯当たりの良否の判定を自動化することができない。
上記特許文献3記載の手法では、光明丹等の塗料の色彩が変化した場合であっても、RGBの各成分による同一の手法で判定するため、実際の塗料の色彩が変化すると、良否判定の精度が低下してしまう。特に、光明丹等の塗付量のばらつきや、塗付後の時間経過による色の変化や、照明の種類や、照度条件の変化による塗料の色味の変化等の測定環境のばらつきに対応できない。
With the method described in Patent Document 1, it is impossible to make a determination based on the color of a paint such as Komyotan, and it is not possible to satisfactorily determine the degree of rubbing of Komyotan due to tooth contact.
In the method described in Patent Document 2, an image reflecting the color of paint such as Komyotan can be generated, but the determination of the quality of the tooth contact cannot be automated.
In the method described in Patent Document 3, even if the color of a paint such as Komyotan changes, the determination is performed by the same method using each component of RGB. Accuracy will be reduced. In particular, it cannot cope with variations in the measurement environment, such as variations in the amount of light applied, such as Komyotan, changes in color over time after application, changes in the color of the paint due to changes in the type of illumination and illuminance conditions, etc. .
このように、上記従来例では、光明丹等の顔料を成分とする塗料を歯面に塗布しておき、かみ合わせて歯当たり面を擦ることで塗料の付着量及び色を変化させ、この色の変化に基づいて歯当たりの良否を自動的に判定しようとする。
[課題1]しかしながら、上記従来例では、測定環境にばらつきがあると、歯当たり面の擦れによる塗料の色彩の変化を精度良く識別することができない、という不都合があった。例えば、塗料の塗布量や、塗料自体またはその色彩に変化があると、歯当たりによる色彩の変化を良好に捉えることができない、という不都合があった。
[課題2]さらに、上記従来例では、光明丹等の塗料の塗布量のばらつき、塗布後の時間経過による色の変化、照明の種類の変化や自然光の変化、外乱光の影響などによって塗料の色が変化すると、測定精度が不安定となってしまい、測定条件を均質化し測定精度を安定させることができない、という不都合があった。
すなわち、ノイズに強く、撮影した画像のみで判定可能な画像処理手法は、上記各文献に何ら開示されていない。
As described above, in the above conventional example, a paint containing a pigment such as Komyotan is applied to the tooth surface, and the amount and color of the paint is changed by meshing and rubbing the tooth contact surface. An attempt is made to automatically determine whether the tooth contact is good or not based on the change.
[Problem 1] However, in the above conventional example, if there is variation in the measurement environment, there is a disadvantage that the change in the color of the paint due to rubbing of the tooth contact surface cannot be accurately identified. For example, when there is a change in the amount of paint applied, or the color of the paint itself or its color, there is an inconvenience that the color change due to tooth contact cannot be well captured.
[Problem 2] Furthermore, in the above-mentioned conventional example, the coating amount of the paint such as Komyotan, the color change with the lapse of time after application, the change of the illumination type, the change of natural light, the influence of disturbance light, etc. When the color changes, the measurement accuracy becomes unstable, and there is a disadvantage that the measurement conditions cannot be made uniform and the measurement accuracy cannot be stabilized.
That is, no image processing technique that is resistant to noise and can be determined only by a captured image is not disclosed in the above-mentioned documents.
[発明の目的]本発明の目的は、測定環境が変化しても歯当たり面を精度良く識別することにある。 [Object of the Invention] An object of the present invention is to accurately identify the tooth contact surface even if the measurement environment changes.
[着眼点]本発明の発明者は、塗布量や照明条件等が変化することで画像の明度(L)が変化すると色味(色相で特定される色の鮮やかさ)を示す彩度(S)が変化してしまう、という点に着目した。そして、歯当たり面を特定する前処理として、明度を安定させ色相の相違に応じた画像処理を工夫することで、上記課題を解決できるのではないか、との着想に至った。 [Focus Point] The inventor of the present invention has the saturation (S) indicating the color tone (the vividness of the color specified by the hue) when the lightness (L) of the image changes due to the change in the coating amount, illumination conditions, and the like. ) Will change. And it came to the idea that the said subject could be solved by devising the image processing according to the difference in hue and stabilizing the lightness as preprocessing for specifying the tooth contact surface.
[課題解決手段1]実施例1に対応する第1群の本発明は、塗料が塗布された歯面をカラーで撮像してカラー画像を生成するカメラと、前記カラー画像に基づいて前記歯面での歯当たり面を検出する歯当たり面検出部とを備えている。
そして、この歯当たり面検出部が、前記カラー画像から前記歯面の色の特徴値となる色特徴値を特定する色特徴値特定処理と、前記歯面の各カラー値について前記色特徴値との色差を算出することで色差データを生成する色差データ生成処理と、前記色差データのヒストグラムからしきい値を算出すると共に当該色差データを二値化することで前記歯当たり面を識別する歯当たり面識別処理とを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記課題1を解決した。
[Problem Solving Means 1] A first group of the present invention corresponding to Example 1 is a camera that generates a color image by capturing a color image of a tooth surface coated with a paint, and the tooth surface based on the color image. And a tooth contact surface detecting unit for detecting a tooth contact surface.
Then, the tooth contact surface detection unit is configured to specify a color feature value that is a feature value of the color of the tooth surface from the color image, and the color feature value for each color value of the tooth surface. A color difference data generation process for generating color difference data by calculating a color difference of the color difference, and calculating a threshold value from a histogram of the color difference data and binarizing the color difference data to identify the tooth contact surface And a surface identification process.
Thereby, the said subject 1 was solved.
[課題解決手段2] 実施例2及び3に対応する第2群の本発明は、課題解決手段2として、第1群の構成に加え、前記カラー画像の色空間を変換して当該カラー画像の明度を算出するカラー座標変換部と、前記カラー画像の前記明度を予め定められた明度範囲内に向けて前記歯面の前記明度又は輝度を補正する明度補正処理部と、明度補正された前記カラー画像に基づいて前記歯面での歯当たり面を検出する歯当たり面検出部とを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記課題2を解決した。
[Problem Solving Means 2] In the second group of the present invention corresponding to the second and third embodiments, as the problem solving means 2, in addition to the configuration of the first group, the color space of the color image is converted to change the color image. A color coordinate conversion unit that calculates brightness, a brightness correction processing unit that corrects the brightness or brightness of the tooth surface so that the brightness of the color image is within a predetermined brightness range, and the brightness-corrected color It has a configuration in which a tooth contact surface detection unit that detects a tooth contact surface on the tooth surface based on an image is provided.
Thereby, the said subject 2 was solved.
本発明は、本明細書の記載及び図面を考慮して各請求項記載の用語の意義を解釈し、各請求項に係る発明を認定すると、各請求項に係る発明は、上記背景技術等との関連において次の有利な効果を奏する。 The present invention interprets the meaning of the terms described in each claim in consideration of the description of the present specification and the drawings, and certifies the invention according to each claim. There are the following advantageous effects in relation to
[発明の作用効果1] 課題解決手段1の歯当たり面検出装置は、色特徴値特定処理が、前記カラー画像から前記歯面の色の特徴値となる色特徴値を特定し、色差データ生成処理が、前記歯面の各カラー値について前記色特徴値との色差を算出することで色差データを生成するため、歯当たりの程度に応じた色特徴値に基づいて人間の色覚に近い色差データを生成することができ、さらに、歯当たり面識別処理が、前記色差データのヒストグラムからしきい値を算出し、色差データを二値化することで前記歯当たり面を識別するため、歯当たり面の位置及び大きさを表す二値化データを良好に算出することができ、これにより、光明丹等の塗料の塗布と歯当たりとによる歯当たり面を安定して検出することができる。
特に、歯当たり面識別処理が、色差データのヒストグラムに基づいて歯当たり面を識別するため、測定環境に変化があっても、基準となる色特徴値からの色差として歯当たり面に生じる色彩の変化を捉えることができるため、塗料や塗料の色味に変化があっても、人間の色覚による検査と同様な精度で歯当たり面を識別することができる。
[Functional Effect 1 of Invention] In the tooth contact surface detection apparatus of Problem Solving Means 1, the color feature value specifying process specifies a color feature value to be a feature value of the color of the tooth surface from the color image, and generates color difference data. Since the process generates color difference data by calculating the color difference between each color value of the tooth surface and the color feature value, color difference data close to human color vision based on the color feature value according to the degree of tooth contact In addition, the tooth contact surface identification process calculates a threshold value from the color difference data histogram and binarizes the color difference data to identify the tooth contact surface. The binarized data representing the position and size can be calculated satisfactorily, whereby the tooth contact surface due to the application of the paint such as Komyotan and the tooth contact can be detected stably.
In particular, since the tooth contact surface identification process identifies the tooth contact surface based on the histogram of the color difference data, even if there is a change in the measurement environment, the color generated on the tooth contact surface as a color difference from the reference color feature value. Since the change can be captured, even if there is a change in the paint or the color of the paint, the tooth contact surface can be identified with the same accuracy as the inspection by human color vision.
[発明の作用効果2] 課題解決手段2の歯当たり面検出装置は、カラー座標変換部が、明度を算出し、明度補正処理部が、カラー画像の明度を予め定められた明度範囲内に向けて前記歯面の前記明度Lを補正するため、色相及び彩度を安定して好条件とすることができ、このため、照明条件や塗料の塗布量にかかわらず、歯当たり面を判定するための条件を均質化することができる。そして、明度補正により歯面部分の明度又は輝度を一定とすることで、色相及び彩度の感度を高め、定量化しやすい条件を確保し、歯当たり面の測定精度を安定させることができる。 [Advantageous Effect 2 of Invention] In the tooth contact surface detection device of Problem Solving Means 2, the color coordinate conversion unit calculates the lightness, and the lightness correction processing unit directs the lightness of the color image within a predetermined lightness range. In order to correct the lightness L of the tooth surface, the hue and saturation can be stably set to favorable conditions. For this reason, in order to determine the tooth contact surface regardless of the illumination conditions and the amount of paint applied The conditions can be homogenized. Then, by making the lightness or luminance of the tooth surface portion constant by lightness correction, the sensitivity of hue and saturation can be increased, conditions that are easy to quantify can be secured, and the measurement accuracy of the tooth contact surface can be stabilized.
発明を実施するための形態として、3つの実施例を開示する。実施例1は歯当たり面検出部14を有する歯当たり面検出装置であり、実施例2は明度補正処理部28を有する歯当たり面検出装置であり、実施例3は歯当たり面検出部14と明度補正処理部28との両方を有する歯当たり面検出装置である。実施例1から3までを含めて実施形態という。 Three embodiments are disclosed as modes for carrying out the invention. Example 1 is a tooth contact surface detection device having a tooth contact surface detection unit 14, Example 2 is a tooth contact surface detection device having a lightness correction processing unit 28, and Example 3 includes a tooth contact surface detection unit 14 and a tooth contact surface detection unit 14. This is a tooth contact surface detection device having both the brightness correction processing unit 28. Embodiments including Examples 1 to 3 are referred to as embodiments.
本実施形態の検出対象は種々の歯車の歯当たり面46であり、特定の歯車に限定されず、多様な歯車の多様な歯当たり面46を検出対象とすることができる。そして、歯車の歯面42が金属であると、より良好に検出することができ、特に、多数の歯面42での歯当たりの程度が均質であるか否か等の検査に用いることもできる。 The detection target of the present embodiment is the tooth contact surface 46 of various gears and is not limited to a specific gear, and various tooth contact surfaces 46 of various gears can be detected. If the tooth surface 42 of the gear is metal, it can be detected better, and in particular, it can also be used for inspections such as whether or not the degree of tooth contact on the many tooth surfaces 42 is uniform. .
図1を参照すると、歯当たり面検出装置は、四輪車の駆動車輪に用いられるデファレンシャル(デフ,差動装置)のファイナル・ギア(リングギア96)の歯面42を検出対象としている。図示の例はスパイラル・ベベルギアである。
歯当たり面検出装置は、塗料40が塗布された歯面42を撮像するカメラ12と、当該歯面42を照明する照明機器13とを備え、そして、実施例に応じて、歯当たり面検出部14と、明度補正処理部28との一方または両方を備える。
Referring to FIG. 1, the tooth contact surface detection device detects a tooth surface 42 of a final gear (ring gear 96) of a differential (difference, differential device) used for a drive wheel of a four-wheel vehicle. The example shown is a spiral bevel gear.
The tooth contact surface detection device includes a camera 12 that captures an image of the tooth surface 42 to which the paint 40 is applied, and an illumination device 13 that illuminates the tooth surface 42, and according to the embodiment, the tooth contact surface detection unit. 14 and the brightness correction processing unit 28 or both.
差動装置は、四輪車の右左折等の回転に際して、その回転半径に応じて、左右の駆動輪の回転数を変化させる機構であり、FRのプロペラシャフトやFFのトランスミッション等の駆動入力91と、左右のドライブシャフト92との間に設けられる。差動装置は、駆動入力91となるドライブピニオン90とかみ合うリングギア96と、このリングギア96と一体に回転するディファレンシャルケース94と、この駆動入力91に応じたディファレンシャルケース94の回転を公転としてディファレンシャルケース94内で左右のドライブシャフト92(アクスルシャフト)毎に自転するピニオンギア及びサイドギア(図示せず)とを備えている。左右のサイドギアは、公転しつつ自転により左右の車輪に与えられる抵抗に応じた自転をし、ドライブシャフト92に回転力を伝達する。 The differential device is a mechanism that changes the rotational speed of the left and right drive wheels according to the radius of rotation of the four-wheeled vehicle when turning right or left, and a drive input 91 such as an FR propeller shaft or an FF transmission. And the left and right drive shafts 92. The differential device includes a ring gear 96 that meshes with a drive pinion 90 that serves as a drive input 91, a differential case 94 that rotates integrally with the ring gear 96, and a differential that rotates by rotating the differential case 94 according to the drive input 91. A pinion gear and a side gear (not shown) that rotate for each of the left and right drive shafts 92 (axle shafts) in the case 94 are provided. The left and right side gears rotate according to the resistance given to the left and right wheels by rotation while revolving, and transmit the rotational force to the drive shaft 92.
そして、ディファレンシャルケース94は、ギアキャリア98に回動可能に支持されている。ディファレンシャルケース94のリングギア96は、多数の歯面42を有する。このリングギア96の歯面42がドライブピニオン90とかみ合うことで、駆動入力91がドライブシャフト92及び駆動輪に伝達される。このため、リングギア96の噛み合わせ面(歯面42)の良否が性能の安定に重要である。 The differential case 94 is rotatably supported by the gear carrier 98. The ring gear 96 of the differential case 94 has a large number of tooth surfaces 42. As the tooth surface 42 of the ring gear 96 engages with the drive pinion 90, the drive input 91 is transmitted to the drive shaft 92 and the drive wheel. For this reason, the quality of the meshing surface (tooth surface 42) of the ring gear 96 is important for performance stability.
本実施形態の歯当たり面検出装置は、例えば、このようなリングギア96の歯面42での歯当たり面46を検出し、歯当たり面46の面積や、重心位置や、予め定められた面積や重心位置との差や、歯当たりの程度等を算出する。そして、通常の歯車の歯面42の他、スパイラル・ベベルギアのように歯面42の形状が複雑な歯車であっても、その歯当たり面46を検出することができる。 The tooth contact surface detection device of the present embodiment detects, for example, such a tooth contact surface 46 on the tooth surface 42 of the ring gear 96, and the area of the tooth contact surface 46, the position of the center of gravity, or a predetermined area. And the difference from the center of gravity position, the degree of tooth contact, and the like are calculated. In addition to the tooth surface 42 of a normal gear, the tooth contact surface 46 can be detected even if the tooth surface 42 has a complicated shape such as a spiral bevel gear.
本実施形態では、歯面42に塗料40を塗布した後にリングギア96とドライブピニオン90とをかみ合わせることで、歯当たり面46の塗料40を擦り、この擦り(当たり)により変色した塗料40の状態を画像処理により識別する。塗料40としては、彩度の高い無機顔料からなる粒径が微細な粉体が好ましく、例えば、赤色顔料である光明丹を使用することができる。光明丹は、鉛丹ともいわれ、四酸化鉛を主成分とし、当たりの検査にて従前より活用されている。また、鉛ではなく、粒径が微細な他の顔料を使用しても良い。 In this embodiment, after the coating material 40 is applied to the tooth surface 42, the ring gear 96 and the drive pinion 90 are engaged to rub the coating material 40 on the tooth contact surface 46, and the color of the coating material 40 discolored by this rubbing (striking). The state is identified by image processing. As the coating material 40, a powder having a fine particle size made of an inorganic pigment having a high chroma is preferable. For example, a light pigment which is a red pigment can be used. Komyotan is also said to be a red lead, and it has been mainly used in previous inspections with lead tetroxide as the main component. Further, instead of lead, other pigments having a fine particle size may be used.
人間の色覚は、全ての色について同一の分解能を有するのではなく、赤からオレンジに至る色彩の識別力が高いため、赤色の顔料である光明丹を用いると、微妙な色の変化を目視検査により高い分解能で識別することができる。 Human color vision does not have the same resolution for all colors, but has high discrimination power for colors ranging from red to orange, so if you use the red pigment, Mitsumetan, you can visually inspect subtle color changes. Can be identified with higher resolution.
そして、本実施形態では、当たりによる塗料40の変色の状態をカメラ12で撮像し、このカラー画像52をデジタル処理することで、歯当たり面46を検出する。カラー画像52をデジタル処理する前提として、従来例では、単純に、RGB(レッドR、グリーンG、ブルーB)の表色系を使用しているが、本実施形態では、色差δや、簡易色差Δを算出するために、RGBではない表色系をも使用する。 In this embodiment, the state of discoloration of the paint 40 due to the hit is captured by the camera 12, and the color image 52 is digitally processed to detect the tooth contact surface 46. In the conventional example, the color system of RGB (red R, green G, blue B) is simply used as a premise to digitally process the color image 52. However, in this embodiment, the color difference δ or the simple color difference is used. To calculate Δ, a color system other than RGB is also used.
色を定量的に表すことを表色といい、表色のための体系を表色系という。表色系には、色表その他物体の色を表す顕色系と、色の混色による等色を基準として色を表す混色系とがある。混色系には、モニター等の光源光の特定に有用な加法混色と、印刷物等の物体光の特定に有用な減法混色とがある。加法混色では、RGBが用いられ、減法混色では、CMYK(シアン、イエロー、マゼンタ、ブラック)が多用されている。 Expressing color quantitatively is called color specification, and the system for color specification is called color specification system. As the color system, there are a color system and a developed color system that expresses the color of an object, and a color mixture system that expresses a color based on the same color by color mixture. The mixed color system includes an additive color mixture useful for specifying light source light such as a monitor and a subtractive color mixture useful for specifying object light such as printed matter. RGB is used in additive color mixture, and CMYK (cyan, yellow, magenta, black) is frequently used in subtractive color mixture.
顕色系としては、人間の感覚に基づいて色表を並べたマンセル表色系がある。マンセル表色系は、明度(マンセルバリューV)を縦軸に、色相(マンセルヒューH)を円周方向に、彩度(マンセルクロマC)を半径方向とし、色を「色相 明度/彩度」で表す。例えば、JIS慣用色名での赤は「5R 4/14」と表される。マンセル表色系は、色相の値毎に、明るさを特定する明度と、色の鮮やかさを特定する彩度とにより色を表すため、色と色との間の差(色差)を人間の感覚に近くすることができる。しかし、色表を用いるため、色表と色表との間の色を定量化することが難しい。 As the color developing system, there is a Munsell color system in which color tables are arranged based on human senses. The Munsell color system has lightness (Munsell value V) on the vertical axis, hue (Munsell Hue H) in the circumferential direction, saturation (Munsell chroma C) in the radial direction, and the color “hue lightness / saturation”. Represented by For example, red in the JIS conventional color name is expressed as “5R 4/14”. In the Munsell color system, for each hue value, the color is expressed by the lightness that specifies brightness and the saturation that specifies the vividness of the color. Can be close to the senses. However, since the color table is used, it is difficult to quantify the color between the color tables.
混色系では、RGB等の刺激値の組み合わせにより、多様な色を表現することができる。この原刺激値の組み合わせを等色関数という。等色関数を使用すれば、原刺激値を用いて、任意の色を精度良く特定することができる。しかし、RGB表色系では、Rについて負の混色が生じてしまい、取扱が難しくなるため、負の混色を生じさせない原刺激値XYZを定め、XYZ表色系が定義された。XYZ表色系や、xy色度図は色の定量化によく利用されている。また、これら各種表色系でのそれぞれの刺激値の組み合わせによる色の取扱を色空間ともいう。 In the mixed color system, various colors can be expressed by combinations of stimulus values such as RGB. This combination of primary stimulus values is called a color matching function. If the color matching function is used, an arbitrary color can be accurately identified using the original stimulus value. However, in the RGB color system, a negative color mixture occurs with respect to R, which makes handling difficult. Therefore, an original stimulus value XYZ that does not cause a negative color mixture is determined, and the XYZ color system is defined. The XYZ color system and the xy chromaticity diagram are often used for color quantification. In addition, handling of colors by combinations of respective stimulus values in these various color systems is also referred to as a color space.
XYZ表色系では、その色空間内の距離が人間の感覚による色差に対応せず、xy色度図での距離として求めた色差は、知覚的には均等とならない。中心色と等色の範囲を示す楕円をアクアダム楕円といい、xy色度図にこのアクアダム楕円を重ねると、xy色度図の座標によって楕円の大きさが異なってしまう。 In the XYZ color system, the distance in the color space does not correspond to the color difference caused by human senses, and the color difference obtained as the distance in the xy chromaticity diagram is not perceptually equal. An ellipse showing the range of the same color as the central color is called an Aquadam ellipse. When this Aquadam ellipse is superimposed on the xy chromaticity diagram, the size of the ellipse varies depending on the coordinates of the xy chromaticity diagram.
この色差は、等色関数とは異なり非線形であり、均等色空間の定義は困難であるが、明度を含んだ均等色空間として、XYZを原刺激値として、それぞれ三次元直交座標を用いたL*a*b*色空間とL*u*v*色空間とが提案されている。L*は明度を表し、a*b*と、u*v*とは色相と彩度からなる色知覚の属性を表す。L*a*b*色空間はマンセル表色系と対応するように組み立てられており、L*u*v*色空間はアクアダム楕円との対応が良い。この均等色空間では、空間内の距離を人間の感覚に近い色差とすることができる。 Unlike the color matching function, this color difference is non-linear and it is difficult to define a uniform color space. However, as a uniform color space including lightness, XYZ is used as an original stimulus value, and L * a * b * color space and L * u * v * color space have been proposed. L * represents lightness, and a * b * and u * v * represent color perception attributes composed of hue and saturation. The L * a * b * color space is constructed to correspond to the Munsell color system, and the L * u * v * color space corresponds well to the Aquadam ellipse. In this uniform color space, the distance in the space can be a color difference that is close to a human sense.
コンピュータ・グラフィックスでは、上記色彩学での表色系ではないが、HSL表色系と、HSB表色系とが用いられている。このカラーモデルは、マンセル表色系と類似しており、色を3軸で表している。HSB表色系では、色相(ヒューH)、彩度(サチュレーションS)、輝度(ブライトネスB)の3軸、HSL表色系では輝度Bに代えて明度(ライトネスL)としている。色相は、色の系統を360度の角度で表し、マンセル表色系と同様な色相環となる。彩度は、0%から100%までの値で表現され、0%は無彩色、100%はその色相及び明度において最も鮮やかな色である。明度は明るさのレベルを示し、0%は黒、100%がその色相及び彩度において最も明るい状態を示す。 In computer graphics, the HSL color system and the HSB color system are used, although they are not the color systems in the above-described chromatics. This color model is similar to the Munsell color system, and expresses colors with three axes. In the HSB color system, hue (hue H), saturation (saturation S), and luminance (brightness B) are three axes. In the HSL color system, brightness (lightness L) is used instead of luminance B. The hue represents a color system at an angle of 360 degrees, and has a hue circle similar to the Munsell color system. Saturation is represented by a value from 0% to 100%, where 0% is an achromatic color and 100% is the most vivid color in its hue and lightness. Lightness indicates the level of brightness, 0% is black, and 100% is the brightest in its hue and saturation.
RGBで撮影されたカラー画像52は、予め定められた算式を用いてHSL表色系に変換することができる。また、HSL表色系や、HSB表色系は、マンセル表色系と類似しており、そのHSL表色系の空間での距離を色差として扱いやすいという特徴がある。 The color image 52 photographed in RGB can be converted into the HSL color system using a predetermined formula. Further, the HSL color system and the HSB color system are similar to the Munsell color system, and are characterized in that the distance in the space of the HSL color system can be easily handled as a color difference.
<1歯当たり面検出装置:変化対応>
<1.1色差データ>
本実施形態の実施例1を開示する。実施例1は、歯当たり面46を精度良く識別するために、色差データ56に基づく情報処理をするものである。
<1 tooth contact surface detection device: change correspondence>
<1.1 Color difference data>
Example 1 of this embodiment is disclosed. In the first embodiment, information processing based on the color difference data 56 is performed in order to accurately identify the tooth contact surface 46.
歯当たり面検出装置は、その主要な要素として、カメラ12と、歯当たり面検出部14とを備え、歯当たり面検出部14は、前記カラー画像52に基づいて、前記歯面42での歯当たり面46を検出する。このために、歯当たり面検出部14が、色特徴値特定処理16と、色差データ生成処理18と、歯当たり面識別処理20とを備えている。 The tooth contact surface detection device includes a camera 12 and a tooth contact surface detection unit 14 as main elements, and the tooth contact surface detection unit 14 generates a tooth on the tooth surface 42 based on the color image 52. The contact surface 46 is detected. For this purpose, the tooth contact surface detection unit 14 includes a color feature value specifying process 16, a color difference data generating process 18, and a tooth contact surface identifying process 20.
図2に示す例では、歯当たり面検出装置14は、さらに、照明機器13を備えている。そして、測定対象物である歯面42には、塗料40が塗布されており、歯車の当たりによって、歯面42の歯当たり面46にて塗料40の色味が変化している。 In the example illustrated in FIG. 2, the tooth contact surface detection device 14 further includes a lighting device 13. Then, the paint 40 is applied to the tooth surface 42 which is the measurement object, and the color of the paint 40 changes on the tooth contact surface 46 of the tooth surface 42 due to the contact of the gear.
カメラ12は、この塗料40が塗布された歯面42をカラーで撮像してカラー画像52を生成する。カラー画像52は、例えば、RGB表色系でのデータであり、1画素について、レッドRの値と、グリーンGの値と、ブルーBの値とを有する。
好ましい例では、照明機器13が、予め定められた明るさで予め定められたスペクトル成分の照明光を照射し、カメラ12が、歯面42で照明光が反射した反射光を受光し、カラー画像52とすると良い。照明機器13としてハロゲンランプやキセノンランプ等を用いることで、照明光のスペクトル成分を自然光に近い白色光とすると、歯面42の色彩を正確にカラー画像52とすることができる。蛍光灯等を使用する際には、塗料40の色によっては、蛍光灯のスペクトルに応じた補正をすると良い。
The camera 12 images the tooth surface 42 to which the paint 40 is applied in color to generate a color image 52. The color image 52 is, for example, data in the RGB color system, and has a red R value, a green G value, and a blue B value for each pixel.
In a preferred example, the illumination device 13 emits illumination light of a predetermined spectral component with a predetermined brightness, the camera 12 receives reflected light reflected by the tooth surface 42, and a color image. 52 is good. By using a halogen lamp, a xenon lamp, or the like as the illumination device 13, the color of the tooth surface 42 can be accurately set to the color image 52 when the spectral component of the illumination light is white light close to natural light. When a fluorescent lamp or the like is used, correction according to the spectrum of the fluorescent lamp may be performed depending on the color of the paint 40.
歯当たり面検出部14の色特徴値特定処理16は、前記カラー画像52から前記歯面42の色の特徴値となる色特徴値54を特定する。色特徴値54は、色差データ56を算出する基準となる色であり、撮像されたカラー画像52から求めると良い。本実施例では、光明丹等の塗料40を塗布した段階では、塗料40の色は明るく鮮やかであり、歯当たりの生じた部分は濃く暗い色味となる。色特徴値54は、この歯当たりの有無に応じた塗料40の色差δを検出しやすい特徴値とすると良い。色特徴値54としては、例えば、塗料40が塗布された面のうち、最も濃く暗い部分の色や、最も明るい部分の色とすると良い。最も濃い部分の色は明度Lと彩度Sとの和が最大となる画素の色で、最も明るい部分の色は明度Lと彩度Sとの和が最小となる画素の色とすることができる。最も明るい色は照明環境等に依存して変化しやすい傾向があるため、色特徴値54及び色差δを安定させるには、濃い部分の色を色特徴値54とすることが望ましい。 The color feature value specifying process 16 of the tooth contact surface detection unit 14 specifies a color feature value 54 that is a color feature value of the tooth surface 42 from the color image 52. The color feature value 54 is a color that serves as a reference for calculating the color difference data 56, and may be obtained from the captured color image 52. In the present embodiment, the color of the paint 40 is bright and vivid at the stage where the paint 40 such as Komyotan is applied, and the portion where the tooth contact occurs is dark and dark. The color feature value 54 may be a feature value that makes it easy to detect the color difference δ of the paint 40 according to the presence or absence of the tooth contact. The color feature value 54 may be, for example, the color of the darkest part or the lightest part of the surface to which the paint 40 is applied. The color of the darkest part is the color of the pixel having the maximum lightness L and saturation S, and the color of the brightest part is the color of the pixel having the minimum lightness L and saturation S. it can. Since the brightest color tends to change depending on the lighting environment or the like, it is desirable to set the dark color to the color feature value 54 in order to stabilize the color feature value 54 and the color difference δ.
色差データ生成処理18は、前記歯面42の各カラー値について前記色特徴値54との色差δを算出することで色差データ56を生成する。色差δは、表色系による色空間での色の値を座標値とした際に、2色の座標値の間の距離で近似することができる。カラー画像52の色空間をL*a*b*色空間やL*u*v*色空間とすると、人間の色覚に近い色差δを扱うことができる。また、HSB色空間やHSL(LHS)色空間としても、色空間内の距離を比較的人間の色覚に近い色差δとして扱うことができる。そして、歯面42の全てのカラー値について、この色差δを算出したデータを色差データ56という。この色差δに基づいた色差データ56を使用すると、人間の色覚に近いデータを定量化できるため、従前の目視による検査手法と対比し、整合させやすい。
また、色差データ56は、色の差を数値で表したもので、1チャンネルのデータであり、可視化すると、グレースケール(濃淡画像)とすることができる。
The color difference data generation process 18 generates color difference data 56 by calculating a color difference δ with respect to the color feature value 54 for each color value of the tooth surface 42. The color difference δ can be approximated by the distance between the coordinate values of two colors when the color value in the color space by the color system is used as the coordinate value. If the color space of the color image 52 is an L * a * b * color space or an L * u * v * color space, a color difference δ close to human color vision can be handled. Also, in the HSB color space and the HSL (LHS) color space, the distance in the color space can be treated as a color difference δ that is relatively close to human color vision. Data for which the color difference δ is calculated for all color values of the tooth surface 42 is referred to as color difference data 56. When the color difference data 56 based on the color difference δ is used, data close to human color vision can be quantified, so that it is easy to match with the conventional visual inspection method.
Further, the color difference data 56 represents the color difference as a numerical value, and is one-channel data. When visualized, the color difference data 56 can be a gray scale (grayscale image).
歯当たり面識別処理20は、前記色差データ56のヒストグラム58からしきい値62を算出する。色差データ56は、色特徴値54からの距離を示すデータであり、色特徴値54を濃い色とすると、歯面42のうち、濃く暗い部分への距離が近く小さい数値で、明るく鮮やかな部分への距離が遠く大きい数値となる。この1チャンネルのデータはヒストグラム58を得ることができ、歯当たりが生じて濃く暗い部分と、歯当たりしていない明るい鮮やかな部分とを切り分けることができる。例えば、判別分析法を用いると、明るい部分を背景として、抽出すべき暗い部分と背景とのしきい値62を求めることができる。 The tooth contact surface identification process 20 calculates a threshold value 62 from the histogram 58 of the color difference data 56. The color difference data 56 is data indicating the distance from the color feature value 54. When the color feature value 54 is a dark color, the distance to the dark and dark portion of the tooth surface 42 is a small numerical value that is bright and vivid. The distance to is far and large. This one-channel data can obtain a histogram 58, and it is possible to separate a dark and dark portion where a tooth contact occurs and a bright and bright portion where there is no tooth contact. For example, when the discriminant analysis method is used, it is possible to obtain the threshold value 62 between the dark part to be extracted and the background with the bright part as the background.
歯当たり面識別処理20は、このしきい値62を用いて、色差データ56を二値化することで前記歯当たり面46を識別する。ヒストグラム58から得たしきい値62を用いて色差データ56を二値化すると、歯当たり面46のみを抽出した二値化データ60を得ることができる。この二値化データ60を使用すると、歯当たり面46の位置、大きさ(面積)及び形状の特徴を画像処理により検出することができる。 The tooth contact surface identification process 20 uses the threshold value 62 to binarize the color difference data 56 to identify the tooth contact surface 46. When the color difference data 56 is binarized using the threshold value 62 obtained from the histogram 58, binarized data 60 in which only the tooth contact surface 46 is extracted can be obtained. By using this binarized data 60, the position, size (area) and shape characteristics of the tooth contact surface 46 can be detected by image processing.
図3(A)にカラー画像52をRGBとした際のブルーBチャンネル画像の一例を、図3(B)にレッドRチャンネルの一例をそれぞれグレースケール化して示す。図3(C)に、測定歯50の歯面42の測定結果の一例を示す。
図3を参照すると、リングギア96は、歯車の側面となる歯面42と、歯車の上部となる歯先44とを有している。そして、歯面42は、歯当たりが生じた歯当たり面46と、歯面42のうち歯当たり面46以外の部分である非歯当たり面48とを有している。歯当たりは、1回か又は複数回である。また、歯当たりに際して歯面42に加えられる力も均一ではないため、歯当たりの強度は歯面48の位置に応じて異なる。しかし、歯当たりの試験の結果として、歯当たりが生じた歯当たり面46と、若干の歯当たりがあった部分を含む非歯当たり面48とを区分することができる。
FIG. 3A shows an example of a blue B channel image when the color image 52 is RGB, and FIG. 3B shows an example of a red R channel in gray scale. FIG. 3C shows an example of the measurement result of the tooth surface 42 of the measurement tooth 50.
Referring to FIG. 3, the ring gear 96 has a tooth surface 42 that is a side surface of the gear and a tooth tip 44 that is an upper portion of the gear. The tooth surface 42 includes a tooth contact surface 46 where tooth contact has occurred and a non-tooth contact surface 48 which is a portion other than the tooth contact surface 46 of the tooth surface 42. The tooth contact is one time or multiple times. Further, since the force applied to the tooth surface 42 at the time of tooth contact is not uniform, the tooth contact strength varies depending on the position of the tooth surface 48. However, as a result of the tooth contact test, it is possible to classify the tooth contact surface 46 where the tooth contact occurred and the non-tooth contact surface 48 including a portion where there was a slight tooth contact.
図3(A)及び(B)に示す例では、測定歯50を特定するために、歯先44の形状の特徴を利用したパターンマッチングを用いている。リングギア96を回転させながらカラー画像52を撮像し、上下の歯先44に挟まれた歯面42を測定歯50として抽出する。歯当たり面検出部14は、図3(C)に示すように、測定歯50を抽出すると、色特徴値特定処理16、色差データ生成処理18及び歯当たり面識別処理20とにより、歯当たり面46を抽出する。 In the example shown in FIGS. 3A and 3B, pattern matching using the feature of the shape of the tooth tip 44 is used to specify the measurement tooth 50. The color image 52 is picked up while rotating the ring gear 96, and the tooth surface 42 sandwiched between the upper and lower tooth tips 44 is extracted as the measurement tooth 50. As shown in FIG. 3C, when the tooth contact surface detection unit 14 extracts the measurement tooth 50, the tooth contact surface is detected by the color feature value specifying process 16, the color difference data generation process 18, and the tooth contact surface identification process 20. 46 is extracted.
次に、色差データ56の具体的な計算手法を説明する。好ましい例では、カラー画像52をHSL(LHS)表色系で表色し、前記カラー画像52の各カラー値を明度L、色相H、彩度Sで表す。そして、前記色差データ生成処理18が、前記色特徴値54のカラー値を明度Lo、色相Ho、彩度Soとしたとき、次式(1)の色差算出式で前記色差δを算出する。次式(1)では、HSL色空間内での距離を色差δとするため、RGB色空間での距離による色差と比較して、人間の色覚に近い色差データ56を生成することができる。そして、式(1)を用いて人間の色覚に近い色差データ56は、歯当たりの強度と関連性が高く、このため、精度の高い検出をすることができる。 Next, a specific calculation method for the color difference data 56 will be described. In a preferred example, the color image 52 is represented by the HSL (LHS) color system, and each color value of the color image 52 is represented by lightness L, hue H, and saturation S. Then, the color difference data generation processing 18 calculates the color difference δ by the color difference calculation formula of the following equation (1) when the color value of the color feature value 54 is lightness Lo, hue Ho, and saturation So. In the following equation (1), since the distance in the HSL color space is the color difference δ, it is possible to generate color difference data 56 close to human color perception compared to the color difference due to the distance in the RGB color space. Then, the color difference data 56 close to human color vision using Equation (1) is highly related to the tooth contact intensity, and therefore can be detected with high accuracy.
また、別の好ましい例では、前記色差データ生成処理18が、前記色特徴値54のカラー値を明度Lo、色相Ho、彩度Soとし、係数をα、β及びγとしたとき、次式(2)の簡易色差算出式で簡易色差Δを算出する。簡易色差Δの算出では、数値の引き算とかけ算と足し算のみで簡易色差Δを求めることができるため、色差データ56を高速に算出することができる。そして、係数α,β及びγを調整することで、塗料40の色彩に応じて実用上問題のない簡易な色差データ56を算出することができる。また、光明丹を使用する例では、α=β=γ=1としても一定の精度で検出することができる。係数α,β及びγを調整する際には、式(1)で算出した色差群を目標値として、最小自乗法等を用いて係数の値を最適化するようにしても良い。 In another preferred example, when the color difference data generation processing 18 sets the color value of the color feature value 54 as lightness Lo, hue Ho, and saturation So, and coefficients as α, β, and γ, the following formula ( The simple color difference Δ is calculated using the simple color difference calculation formula 2). In the calculation of the simple color difference Δ, the simple color difference Δ can be obtained only by subtraction, multiplication and addition of numerical values, so that the color difference data 56 can be calculated at high speed. Then, by adjusting the coefficients α, β and γ, simple color difference data 56 having no practical problem can be calculated according to the color of the paint 40. Further, in the example using Komyotan, even if α = β = γ = 1, it can be detected with a certain accuracy. When adjusting the coefficients α, β, and γ, the coefficient values may be optimized using the least-squares method or the like with the color difference group calculated by Equation (1) as a target value.
・1.1色差データの効果
上述のように、色特徴値特定処理16が、前記カラー画像52から前記歯面42の色の特徴値となる色特徴値54を特定すし、色差データ生成処理18が、前記歯面42の各カラー値について前記色特徴値54との色差δを算出することで色差データ56を生成するため、歯当たりの程度に応じた色特徴値54に基づいて人間の色覚に近い色差データ56を生成することができ、さらに、歯当たり面識別処理20が、前記色差データ56のヒストグラム58からしきい値62を算出し、色差データ56を二値化することで前記歯当たり面46を識別するため、光明丹等の塗料40の塗布と歯当たりとによる歯当たり面46を良好に検出することができる。
1.1 Effect of Color Difference Data As described above, the color feature value specifying process 16 specifies the color feature value 54 to be the color feature value of the tooth surface 42 from the color image 52, and the color difference data generating process 18 Since the color difference data 56 is generated by calculating the color difference δ with respect to the color feature value 54 for each color value of the tooth surface 42, it is close to human color vision based on the color feature value 54 corresponding to the degree of tooth contact. The color difference data 56 can be generated, and the tooth contact surface identification processing 20 calculates a threshold value 62 from the histogram 58 of the color difference data 56 and binarizes the color difference data 56 to thereby generate the tooth contact surface. In order to identify 46, the tooth-contact surface 46 by application | coating of the coating materials 40, such as Komichitan, and tooth contact, can be detected favorably.
また、色差データ56の使用により、歯当たりによる色味の変化を良好に反映したデータを得ることができ、そして、色差データ56のヒストグラム58から二値化するため、背景となる非歯当たり面48を分離し、歯当たり面46を安定して検出することができる。 In addition, by using the color difference data 56, it is possible to obtain data that satisfactorily reflects the color change due to the tooth contact, and to binarize from the histogram 58 of the color difference data 56. 48 can be separated and the tooth contact surface 46 can be detected stably.
そして、色差δの算出では、HSL色空間を使用し、色空間内での距離を色差δとすると、人間の色覚に近い定量化が可能となり、従来の目視による検査との整合性を保ち、従前の検査のノウハウを活用しつつ、画像処理による安定した検出をすることができる。
また、簡易色差Δを算出する例では、計算を簡略化し、高速な処理により歯当たり面46を検出することが可能となる。
In the calculation of the color difference δ, if the HSL color space is used and the distance in the color space is the color difference δ, quantification close to human color vision is possible, and consistency with the conventional visual inspection is maintained. Stable detection by image processing can be performed while utilizing conventional know-how of inspection.
Further, in the example of calculating the simple color difference Δ, the calculation is simplified and the tooth contact surface 46 can be detected by high-speed processing.
<2歯当たり面検出装置:均質化>
<2.1明度補正>
次に、本実施形態の実施例2を開示する。実施例2は、測定条件を均質化するために、予め定められた明度範囲68を目標として明度補正をするものである。
<2 tooth contact surface detector: homogenization>
<2.1 brightness correction>
Next, Example 2 of this embodiment is disclosed. In the second embodiment, brightness correction is performed with a predetermined brightness range 68 as a target in order to make the measurement conditions uniform.
歯当たり面検出装置は、その主要な要素として、カメラ12と、カラー座標変換部26と、明度補正処理部28と、歯当たり面検出部14とを備えている。そして、好ましい例では、カメラ12が、ゲイン調整部32を備え、明度補正処理部28が、ゲイン調整処理34とを備えると良い。 The tooth contact surface detection device includes a camera 12, a color coordinate conversion unit 26, a lightness correction processing unit 28, and a tooth contact surface detection unit 14 as main elements. In a preferred example, the camera 12 may include a gain adjustment unit 32, and the brightness correction processing unit 28 may include a gain adjustment processing 34.
図4に示す例では、カメラ12は、塗料40が塗布された歯面42をカラーで撮像してカラー画像52を生成する。画像処理部24内のカラー座標変換部26は、前記カラー画像52の表色系(色空間)を変換して当該カラー画像52の明度を算出する。変換前の色空間としてはRGB色空間があり、変換後の色空間としてはHSL色空間やHSB色空間がある。また、変換後の色空間としては、L*a*b*色空間やL*u*v*色空間を採用しても良い。明度Lは、色空間によっては、輝度Bという名称となる。明度Lは、色相や彩度とは異なる色味の無い値で、白から黒までの明るさを与える値である。 In the example shown in FIG. 4, the camera 12 images the tooth surface 42 to which the paint 40 is applied in color and generates a color image 52. A color coordinate conversion unit 26 in the image processing unit 24 converts the color system (color space) of the color image 52 to calculate the brightness of the color image 52. The color space before conversion includes an RGB color space, and the color space after conversion includes an HSL color space and an HSB color space. Further, as a color space after conversion, an L * a * b * color space or an L * u * v * color space may be employed. The lightness L is named luminance B depending on the color space. The lightness L is a value having no tint different from hue and saturation, and is a value that gives brightness from white to black.
明度補正処理部28は、前記カラー画像52の前記明度Lを予め定められた明度範囲68内に向けて前記歯面42の前記明度L又は輝度を補正する。明度範囲68は、明度Lの中間値(例えば、0(%)から100(%)であれば50(%))から若干明るめの範囲、例えば、HSL色空間の明度Lでは50から60の範囲とすると良い。HSL空間にて明度補正する際には、各画素の明度を(55/L)倍することで、明度Lの中心値を55近傍に補正し、これにより、明度Lを予め定められた明度範囲68内となるように補正する。RGB色空間にて明度補正する際には、RGB各チャンネルの輝度値を(55/L)倍すると良い。この倍率は、分子及び分母が明度(通常の数値またはパーセントで示される比率)で無次元の比率である。分子は、明度範囲68の中心値とし、分母は、カラー画像52の明度とすると良い。この比率を明度補正比率という。明度補正比率は、中心値(例えば、55)より明るい明度値を暗めに、中心値より暗い明度値を明るめに補正する役割を果たす。 The lightness correction processing unit 28 corrects the lightness L or luminance of the tooth surface 42 so that the lightness L of the color image 52 falls within a predetermined lightness range 68. The brightness range 68 is a slightly brighter range from an intermediate value of the brightness L (for example, 50 (%) if 0 (%) to 100 (%)), for example, a range of 50 to 60 in the brightness L of the HSL color space. And good. When correcting the lightness in the HSL space, the lightness of each pixel is multiplied by (55 / L) to correct the central value of the lightness L to the vicinity of 55, whereby the lightness L is set to a predetermined lightness range. 68 so that it is within 68. When the brightness is corrected in the RGB color space, the luminance value of each RGB channel is preferably multiplied by (55 / L). This magnification is a dimensionless ratio of the numerator and denominator in lightness (a ratio expressed as a normal number or percentage). The numerator is the center value of the brightness range 68, and the denominator is the brightness of the color image 52. This ratio is called a brightness correction ratio. The brightness correction ratio plays a role of correcting brightness values brighter than the center value (for example, 55) darker and brightness values darker than the center value brighter.
歯当たり面検出部14は、明度補正された前記カラー画像52に基づいて前記歯面42での歯当たり面46を検出する。明度補正されると、色相H及び彩度Sのズレが小さく、歯当たり面46の色味に応じた検出を良好に行うことができる。 The tooth contact surface detection unit 14 detects a tooth contact surface 46 on the tooth surface 42 based on the color image 52 whose brightness has been corrected. When the brightness is corrected, the deviation between the hue H and the saturation S is small, and the detection according to the color of the tooth contact surface 46 can be performed satisfactorily.
図5に、明度Lと彩度Sとの相関関係を示す。この例では、照明条件とカメラ12の絞りを変えて、例1から例3について測定歯50を撮影し、歯当たり面46の全体の明度L及び彩度Sを計算した。図5に示すように、明度L = 60 近傍で彩度Sが最大となる。彩度Sが大きくなると、歯当たり面46と非歯当たり面48との色差δが大きくなり、すると、歯当たり面46の識別が容易になる。
そして、明度L = 50 を超えると識別が容易になる。さらに、明度L = 60 を超えると、色飛び(RGBチャンネルの一部がレンジオーバ)が生じてしまい、彩度Sが低下し、歯当たり面46の識別が難しくなる。
FIG. 5 shows the correlation between the lightness L and the saturation S. In this example, the measurement tooth 50 was photographed in Examples 1 to 3 while changing the illumination conditions and the aperture of the camera 12, and the overall lightness L and saturation S of the tooth contact surface 46 were calculated. As shown in FIG. 5, the saturation S is maximized in the vicinity of lightness L = 60. As the saturation S increases, the color difference δ between the tooth contact surface 46 and the non-tooth contact surface 48 increases, so that the tooth contact surface 46 can be easily identified.
When the lightness exceeds L = 50, identification becomes easy. Furthermore, when the lightness exceeds L = 60, color skipping (a part of the RGB channel is over-range) occurs, the saturation S decreases, and the tooth contact surface 46 is difficult to identify.
図6に、明度Lと色相Hとの相関関係を示す。そして、明度L = 50から60の条件で、比較的一定の値となっている。一方、明度Lがこの条件を外れると、色相Hが変化し、実際の色とカラー画像52での色とが異なる色となってしまう。 FIG. 6 shows a correlation between the lightness L and the hue H. And it is a relatively constant value under the condition of lightness L = 50 to 60. On the other hand, when the lightness L is out of this condition, the hue H changes, and the actual color and the color in the color image 52 are different.
図5及び図6に示すように、明度L = 50から60の条件が最適であり、明度範囲68を50から60の範囲とし、中央値を55とすると良い。このため、明度補正処理部28は、カラー画像52の明度Lを中央値L=55(ア5)となるように明度を補正すると良い。 As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the condition of lightness L = 50 to 60 is optimal, the lightness range 68 is preferably in the range of 50 to 60, and the median is 55. Therefore, the lightness correction processing unit 28 may correct the lightness so that the lightness L of the color image 52 becomes the median value L = 55 (A5).
・2.1明度補正の効果
上述のように、カラー座標変換部26が、カラー画像52の明度Lを算出し、明度補正処理部28が、カラー画像52の明度Lを予め定められた明度範囲68内に向けて前記歯面42の前記明度Lを補正するため、色相及び彩度を安定して好条件とすることができ、このため、照明条件や塗料40の塗布量にかかわらず、歯当たり面46を判定するための条件を均質化することで、測定精度を安定させることができる。
2.1 Effects of Lightness Correction As described above, the color coordinate conversion unit 26 calculates the lightness L of the color image 52, and the lightness correction processing unit 28 sets the lightness L of the color image 52 within a predetermined lightness range 68. Since the lightness L of the tooth surface 42 is corrected toward the surface, the hue and saturation can be stably set to favorable conditions. For this reason, the tooth contact surface regardless of the illumination conditions and the coating amount of the paint 40 The measurement accuracy can be stabilized by homogenizing the conditions for determining 46.
<2.2ゲイン調整>
再度図4を参照すると、カメラ12が、撮像のゲインを調整するゲイン調整部32を備えている。そして、明度補正処理部28は、前記カラー画像52の明度Lが前記明度範囲68外の際に、前記ゲインの調整を制御するゲイン調整処理34を備えている。
ゲイン調整部32は、例えば、カメラ12の画像入力ボード74のゲイン調整機能であり、また、照明機器13の光量の自動調整や、カメラ12の搾りの自動調整としても良い。
<2.2 Gain adjustment>
Referring to FIG. 4 again, the camera 12 includes a gain adjustment unit 32 that adjusts the gain of imaging. The lightness correction processing unit 28 includes a gain adjustment process 34 that controls the gain adjustment when the lightness L of the color image 52 is outside the lightness range 68.
The gain adjustment unit 32 is, for example, a gain adjustment function of the image input board 74 of the camera 12, and may be an automatic adjustment of the light amount of the lighting device 13 or an automatic adjustment of the squeezing of the camera 12.
ゲイン調整処理34は、例えば、カラー画像52の全体や、または歯面42の部分の明度Lの平均値や中央値を求めてこの明度が予め定められた明度値(例えば、60)より大きい場合や、カラー画像52全体または歯面42の明度Lの内最大の明度が予め定められた明度値(例えば、65)より大きい場合に、不良のカラー画像52と判定し、ゲインを再調整した撮像を制御すると良い。 In the gain adjustment process 34, for example, an average value or median value of the lightness L of the entire color image 52 or the tooth surface 42 is obtained, and this lightness is larger than a predetermined lightness value (for example, 60). Or, when the maximum lightness among the lightness L of the entire color image 52 or the tooth surface 42 is larger than a predetermined lightness value (for example, 65), the image is determined as a defective color image 52 and the gain is readjusted. It is good to control.
カラー画像52の良否判定のしきい値62は、測定対象及び塗料40の色相や最大の彩度等に応じて、図4及び図5に示す相関関係のデータ等を用いて定めると良い。このゲイン調整により、RGBの各チャンネルの何れかでオーバーフローが生じ、明度補正処理では均質な画像を得ることができない場合などに、再撮影を制御することができる。
また、ゲイン調整後に再撮影したカラー画像52について、さらに、明度範囲68に向けた明度補正処理をすると、より均質化した一定条件での検出をすることができる。
The threshold 62 for determining the quality of the color image 52 may be determined using the correlation data shown in FIGS. 4 and 5 according to the measurement object, the hue of the paint 40, the maximum saturation, and the like. With this gain adjustment, re-photographing can be controlled when an overflow occurs in any of the RGB channels and a uniform image cannot be obtained by the brightness correction processing.
Further, if the color image 52 re-photographed after gain adjustment is further subjected to brightness correction processing toward the brightness range 68, detection under a more uniform constant condition can be performed.
・2.2ゲイン調整の効果
上述のように、カラー画像52の明度Lが前記明度範囲68外の際に、ゲイン調整処理34が前記ゲインの調整を制御し、この制御に従ってゲイン調整部32がカメラ12や照明機器13等の撮像のゲインを調整し、再撮影するため、カラー画像52が明るすぎてオーバーフローが生じ、色彩の再現性が悪化し、明度補正では均質さを取り戻せない場合には、ゲインを調整した再撮影によりカラー画像52の明度の範囲を一定範囲とすることができる。そして、このゲイン調整により、低精度での歯当たりの判定を事前に除外し、さらに、日射量等の照明環境の変化があっても検出精度を安定させることができる。
このように、撮影条件等に変化があっても、オーバーフローの悪影響を事前に除外し、カラー画像52を均質化することができる。従って、歯当たり面46の検出について、熟練者による判定よりも高精度な定量化をすることができる。
2.2 Effect of Gain Adjustment As described above, when the lightness L of the color image 52 is outside the lightness range 68, the gain adjustment processing 34 controls the gain adjustment, and the gain adjustment unit 32 controls the camera 12 according to this control. If the color image 52 is too bright and overflows, the color reproducibility deteriorates, and the brightness correction cannot restore the homogeneity, the gain is adjusted again by adjusting the imaging gain of the lighting device 13 or the lighting device 13. The range of brightness of the color image 52 can be set to a certain range by re-photographing with the adjustment. And by this gain adjustment, the determination of the tooth contact with low accuracy can be excluded in advance, and the detection accuracy can be stabilized even if the lighting environment such as the amount of solar radiation changes.
As described above, even if there is a change in the photographing condition or the like, the adverse effect of the overflow can be excluded in advance, and the color image 52 can be homogenized. Therefore, the detection of the tooth contact surface 46 can be quantified with higher accuracy than the determination by a skilled person.
<3歯当たり面検出装置:変化対応及び均質化>
<3.1明度及び色差>
さらに、実施例3を開示する。実施例3は、歯当たりの大きさや位置を精度良く安定して検出するために、カラー画像52の色相及び彩度の情報を最大限活用しようとするものである。
<3 tooth contact surface detection device: corresponding to change and homogenization>
<3.1 Lightness and color difference>
Furthermore, Example 3 is disclosed. The third embodiment is intended to make maximum use of the hue and saturation information of the color image 52 in order to detect the size and position of the tooth contact accurately and stably.
歯当たり面検出装置は、その主要な要素として、カメラ12と、カラー座標変換部26と、明度補正処理部28と、歯当たり面検出部14とを備えている。そして、歯当たり面検出部14は、色特徴値特定処理16と、色差データ生成処理18と、歯当たり面識別処理20とを備えている。また、好ましい例では、ゲイン調整部32と、ゲイン調整処理34とを備えると良い。 The tooth contact surface detection device includes a camera 12, a color coordinate conversion unit 26, a lightness correction processing unit 28, and a tooth contact surface detection unit 14 as main elements. The tooth contact surface detection unit 14 includes a color feature value specifying process 16, a color difference data generating process 18, and a tooth contact surface identifying process 20. In a preferred example, a gain adjustment unit 32 and a gain adjustment process 34 may be provided.
図7に示す例では、カメラ12は、塗料40が塗布された歯面42をカラーで撮像してカラー画像52を生成する。そして、カラー座標変換部26は、カラー画像52の色空間を変換して当該カラー画像52の明度Lを算出する。明度補正処理部28は、カラー画像52の前記明度Lを予め定められた明度範囲68内に向けて前記歯面42の前記明度L又は輝度を補正する。例えば、特徴的な明度値をL1としたとき、カラー画像52の各画素の明度Lに実施例2に開示した(55/L1)を掛けることで補正する。このような明度補正により、撮影環境や塗料40の塗布量等の変化があってもカラー画像52での色の再現性を均質にすることができる。 In the example illustrated in FIG. 7, the camera 12 captures a color image of the tooth surface 42 to which the paint 40 is applied to generate a color image 52. Then, the color coordinate conversion unit 26 converts the color space of the color image 52 and calculates the lightness L of the color image 52. The lightness correction processing unit 28 corrects the lightness L or luminance of the tooth surface 42 so that the lightness L of the color image 52 is within a predetermined lightness range 68. For example, when the characteristic brightness value is L1, correction is performed by multiplying the brightness L of each pixel of the color image 52 by (55 / L1) disclosed in the second embodiment. Such lightness correction makes it possible to make the color reproducibility in the color image 52 uniform even if there is a change in the photographing environment, the coating amount of the paint 40, or the like.
そして、歯当たり面検出部14は、明度補正された前記カラー画像52に基づいて前記歯面42での歯当たり面46を検出する。この際に、色特徴値特定処理16は、前記カラー画像52から前記歯面42の色の特徴値となる色特徴値54を特定する。色特徴値54は、例えば、実施例1にて開示した塗料40の最も濃い部分(明度Lと彩度Sとの和が最大となる点)とすると良い。そして、色差データ生成処理18は、前記歯面42の各カラー値について前記色特徴値54との色差δを算出することで色差データ56を生成する。色差δは、上述した式(1)を使用して色空間内の距離として求めることができる。また、式(2)による簡易色差Δを使用しても良い。 Then, the tooth contact surface detection unit 14 detects a tooth contact surface 46 on the tooth surface 42 based on the color image 52 whose brightness has been corrected. At this time, the color feature value specifying process 16 specifies a color feature value 54 to be a color feature value of the tooth surface 42 from the color image 52. For example, the color feature value 54 may be the darkest portion of the paint 40 disclosed in the first embodiment (the point at which the sum of lightness L and saturation S is maximized). Then, the color difference data generation process 18 generates color difference data 56 by calculating a color difference δ with respect to the color feature value 54 for each color value of the tooth surface 42. The color difference δ can be obtained as a distance in the color space using the above-described equation (1). A simple color difference Δ according to the equation (2) may be used.
歯当たり面識別処理20は、前記色差データ56のヒストグラム58からしきい値62を算出すると共に、当該色差データ56を二値化することで、前記歯当たり面46を識別する。また、画像処理部24は、測定対象となる歯面42を抽出するためのパターンマッチング等の画像処理をする。例えば、画像処理部24は、カラー画像52を微分処理して画像中のエッジを抽出し、このエッジを予め定められたパターンと比較することで、画像中の対象となるエッジを特定する。 The tooth contact surface identification process 20 calculates the threshold value 62 from the histogram 58 of the color difference data 56 and binarizes the color difference data 56 to identify the tooth contact surface 46. The image processing unit 24 performs image processing such as pattern matching for extracting the tooth surface 42 to be measured. For example, the image processing unit 24 differentiates the color image 52 to extract an edge in the image, and compares the edge with a predetermined pattern to identify a target edge in the image.
図8に歯当たり面検出装置のハードウエア資源の構成例を示す。図8に示す例では、カメラ12で撮像する画像を調整してCPU72に入力する画像入力ボード74と、演算をするCPU72と、CPU72に記憶空間を提供する主記憶装置76と、不揮発性のハードディスク等の補助記憶装置78と、測定対象となる歯面42を備えている。 FIG. 8 shows a configuration example of hardware resources of the tooth contact surface detection device. In the example illustrated in FIG. 8, an image input board 74 that adjusts an image captured by the camera 12 and inputs the image to the CPU 72, a CPU 72 that performs calculation, a main storage device 76 that provides a storage space for the CPU 72, and a nonvolatile hard disk And the like, and a tooth surface 42 to be measured.
画像入力ボード74は、カラー画像52のゲインを調整するゲイン調整部32として機能する。また、カラー画像52の表色系(色空間)を変換する機能を有するようにしても良い。CPU72は、予め導入された歯当たり面検出用プログラムを実行することで、図7に示す明度補正処理部28や歯当たり面検出部14として機能する。また、CPU72は、カラー座標変換部26として機能するように構成しても良い。主記憶装置76はCPU72の一次記憶装置であり、プログラムやデータを一時的に格納する。補助記憶装置78は、例えばハードディスクであり、歯当たり面検出用プログラムデータや、予め定められた明度範囲68の中心値や、画像処理によるパターンマッチングに使用するパターンデータや、歯当たり面46の重心位置及び面積についての許容範囲等を記憶する。駆動機構80は、塗料40を塗布した歯車(例えば、リングギア96)を回転させることで歯当たりを生じさせる。さらに、駆動機構80は、歯面42のカメラ12に対する相対的な位置を位置決めする際に当該歯車を回転させる。 The image input board 74 functions as the gain adjustment unit 32 that adjusts the gain of the color image 52. Further, the color image 52 may have a function of converting the color system (color space). The CPU 72 functions as the lightness correction processing unit 28 and the tooth contact surface detection unit 14 illustrated in FIG. 7 by executing a previously introduced tooth contact surface detection program. Further, the CPU 72 may be configured to function as the color coordinate conversion unit 26. The main storage device 76 is a primary storage device of the CPU 72 and temporarily stores programs and data. The auxiliary storage device 78 is, for example, a hard disk, and includes program data for tooth contact surface detection, a center value of a predetermined brightness range 68, pattern data used for pattern matching by image processing, and the center of gravity of the tooth contact surface 46. An allowable range for the position and area is stored. The drive mechanism 80 generates tooth contact by rotating a gear (for example, a ring gear 96) to which the paint 40 is applied. Further, the drive mechanism 80 rotates the gear when positioning the relative position of the tooth surface 42 with respect to the camera 12.
図9に実施例3の測定フローの一例を示す。歯当たり面検出装置を起動し(ステップS1)、塗布された塗料40、例えば光明丹を検出する(ステップS2)。次に、駆動機構80を制御してリングギア96を回転させ、歯合わせをする(ステップS3)。 FIG. 9 shows an example of the measurement flow of the third embodiment. The tooth contact surface detecting device is activated (step S1), and the applied paint 40, for example, light alum, is detected (step S2). Next, the drive mechanism 80 is controlled to rotate the ring gear 96 to perform tooth matching (step S3).
歯合わせにより歯当たりをさせた後、歯面42を撮影するために、歯面42の位置決めをする。すなわち、まず、画像処理部24は、パターンマッチングにより歯先44の位置を検出し(ステップS4)、歯先44の位置が許容範囲内であるか否かを確認する(ステップS5)。許容範囲内でなければ、駆動機構80を制御してリングギア96を回転させ、再度位置決めする。許容範囲内であれば、カメラ12を制御して、歯面42を撮影する(ステップS6,撮像工程)。 After the tooth contact is made by the tooth alignment, the tooth surface 42 is positioned in order to photograph the tooth surface 42. That is, first, the image processing unit 24 detects the position of the tooth tip 44 by pattern matching (step S4), and confirms whether or not the position of the tooth tip 44 is within an allowable range (step S5). If it is not within the allowable range, the drive mechanism 80 is controlled to rotate the ring gear 96 and position it again. If it is within the allowable range, the camera 12 is controlled to photograph the tooth surface 42 (step S6, imaging step).
次に、カラー画像52をRGBチャンネルに分解し(ステップS7)RGBそれぞれの値を用いて、HSL色空間(LHS色空間)に座標変換し、明度Lと、彩度Sと、色相Hとを算出する(ステップS8,カラー座標変換工程)。 Next, the color image 52 is decomposed into RGB channels (step S7), and coordinates are converted into the HSL color space (LHS color space) using the RGB values, and the lightness L, saturation S, and hue H are obtained. Calculate (step S8, color coordinate conversion step).
色の違いを識別する場合、明度L = 50 辺りの感度が高いことが知られている。明度Lが低い場合は、色の識別が難しく、高すぎる場合は色飛び(RGBのいずれかのチャンネルがレンジオーバすること)により色相Hがずれてしまうことがある。そこで、党明度Lが55近傍(55ア5)媒になるように、カメラ12および画像入力ボード74のゲインを自動補正し、再撮影する。すなわち、ゲイン調整処理34は、HSL色空間での明度Lの値に基づいて、カラー画像52の良否を判定し、不良の際には再撮影する。 When identifying the difference in color, it is known that the sensitivity around brightness L = 50 is high. When the lightness L is low, it is difficult to identify the color, and when it is too high, the hue H may be shifted due to color skipping (when any of the RGB channels exceeds the range). Therefore, the gains of the camera 12 and the image input board 74 are automatically corrected so that the party lightness L is in the vicinity of 55 (55-5), and re-photographing is performed. That is, the gain adjustment process 34 determines the quality of the color image 52 based on the value of the lightness L in the HSL color space, and re-photographs the image when it is defective.
具体的には、カラー画像52の明度Lが、予め定められた明度範囲68外の場合に、カラー画像52の不良として、ゲインを調整し(ステップS10)、再度撮影する(ステップS6)。明度範囲68は、例えば、50から60である。カラー画像52の特徴的な明度L1としては、カラー画像52中の明度の最大値や、平均値や、中央値や、最小値などを使用することができる。 Specifically, when the lightness L of the color image 52 is outside the predetermined lightness range 68, the gain is adjusted as a defect of the color image 52 (step S10), and photographing is performed again (step S6). The brightness range 68 is, for example, 50 to 60. As the characteristic lightness L1 of the color image 52, the maximum value, average value, median value, minimum value, etc. of the lightness in the color image 52 can be used.
次に、HSLの明度LかRGB各チャンネルの輝度を(55/L1)倍することにより明度L=55に向けてソフト上で明度補正する(ステップS11,明度補正工程)。明度Lの基準を一定とすることで、照明条件、光明丹の塗付量の差による濃淡の影響を軽減し、カラー画像52を均質とすることができる。 Next, the brightness is corrected on the software toward the brightness L = 55 by multiplying the brightness L of the HSL or the brightness of each RGB channel by (55 / L1) (step S11, brightness correction process). By making the standard of the lightness L constant, it is possible to reduce the influence of light and shade due to the difference in the illumination conditions and the amount of light applied, and the color image 52 can be made uniform.
そして、歯面42の輪郭データを補助記憶装置78から読み出し(ステップS13)、パターンマッチングにより測定対象の歯面42を検出する(ステップS13)。この歯面42の検出により、歯面42中の歯当たり面46と非歯当たり面48のみのデータを抽出することができる。続いて、色差データ56を算出する。具体的には、まず、光明丹の最も濃い部分(L,Sの和が最大となる点)を色特徴値54として選出し、基準点0とし、明度基準値Lo、色相基準値Ho、彩度基準値Soを算出する(ステップS14,色特徴値特定工程)。 Then, the contour data of the tooth surface 42 is read from the auxiliary storage device 78 (step S13), and the tooth surface 42 to be measured is detected by pattern matching (step S13). By detecting the tooth surface 42, it is possible to extract only data of the tooth contact surface 46 and the non-tooth contact surface 48 in the tooth surface 42. Subsequently, the color difference data 56 is calculated. Specifically, first, the darkest part of Komyotan (the point where the sum of L and S is the maximum) is selected as the color feature value 54, set to the reference point 0, the lightness reference value Lo, the hue reference value Ho, and the coloring. The degree reference value So is calculated (step S14, color feature value specifying step).
次に、色差データ生成処理18は、カラー画像52の各ピクセルの明度L、色相H、彩度Sの値から、上述した式(1)により色差δを算出する(ステップS15,色差データ生成工程)。また、式(2)により簡易色差Δを算出しても良い。色差δ又は簡易色差Δを256階調へ換算して濃淡モノクロ画像(グレースケール)へ変換し、明度L=55一定とすることにより、色差をより明確にした画像を算出し、歯当たり面46の識別を容易とすることができる。明度Lの条件をほぼ一定にすることにより、歯当たり面46と非歯当たり面48の識別が定量的に再現可能となる。 Next, the color difference data generation process 18 calculates the color difference δ from the values of brightness L, hue H, and saturation S of each pixel of the color image 52 according to the above-described equation (1) (step S15, color difference data generation step). ). Further, the simple color difference Δ may be calculated by the equation (2). The color difference δ or the simple color difference Δ is converted into 256 gradations and converted into a grayscale monochrome image (grayscale), and an image with a clearer color difference is calculated by making the lightness L = 55 constant. Can be easily identified. By making the lightness L condition substantially constant, the discrimination between the tooth contact surface 46 and the non-tooth contact surface 48 can be quantitatively reproduced.
続いて、歯当たり面識別処理20は、濃淡モノクロ画像とした色差データ56に基づいて、判別分析法による二値化手法を用いて、歯当たり面46の候補を抽出する(ステップS17,歯当たり面識別工程)。複数領域の候補がある場合、上歯と下歯とについて同様の処理を行い、同位置に存在する領域を歯当たり面46とする。歯当たり面46を検出すると、この歯当たり面46の重心位置及び面積を算出し(ステップS18)、補助記憶装置78から予め定められた重心位置及び面積の許容値を読み出して(ステップS19)、比較することで、歯当たり面46の良否を判定する(ステップS20)。 Subsequently, the tooth contact surface identification processing 20 extracts candidates for the tooth contact surface 46 using a binarization technique based on the discriminant analysis method based on the color difference data 56 that is a grayscale monochrome image (step S17, tooth contact). Surface identification step). When there are multiple region candidates, the same processing is performed on the upper teeth and lower teeth, and the region existing at the same position is set as the tooth contact surface 46. When the tooth contact surface 46 is detected, the gravity center position and area of the tooth contact surface 46 are calculated (step S18), and the predetermined gravity center position and area allowable values are read from the auxiliary storage device 78 (step S19). By comparing, the quality of the tooth contact surface 46 is determined (step S20).
重心位置は、歯当たり面46に含まれる各ピクセルのx座標値の平均値と、y座標値の平均値とにより求めることができ、重心位置の許容値は一定範囲の座標値とすることができる。歯当たり面46の面積は、歯当たり面46に含まれるピクセル(画素)の数とすることができ、面積の許容値をピクセル数での範囲とすることができる。カラー画像52及び色差データ56の各ピクセルの大きさと、実空間での大きさとをスケール値で対応させることができ、このスケール値を予め測定しておくと、重心位置及び面積とそれらの許容値とを実空間での長さ及び広さとすることができる。 The centroid position can be obtained from the average value of the x coordinate values and the average value of the y coordinate values of each pixel included in the tooth contact surface 46, and the allowable value of the centroid position may be a coordinate value within a certain range. it can. The area of the tooth contact surface 46 can be the number of pixels (pixels) included in the tooth contact surface 46, and the allowable value of the area can be in the range of the number of pixels. The size of each pixel of the color image 52 and the color difference data 56 and the size in the real space can be associated with each other by a scale value. If the scale value is measured in advance, the position of the center of gravity, the area, and their allowable values Can be the length and width in real space.
この図9に示す工程は、CPU72が歯当たり面検出用プログラムを実行することで実現することができる。 The process shown in FIG. 9 can be realized by the CPU 72 executing a tooth contact surface detection program.
図10(A)は明度L = 57 の原画像の一例を示す図で、図10(B)は原画像から歯当たり面46を抽出した一例を示す図である。図10に示す例では、明度57であり、予め定められた明度範囲68内であるため、明度補正を必要としない。図10(A)に示すように、リングギア96の歯面42と歯先44とが撮影され、そのうちの1歯が測定歯50となる。図10(A)に示す原画像から歯当たり面46を抽出すると、図10(B)に示す例となる。 FIG. 10A is a diagram showing an example of an original image with a lightness L = 57, and FIG. 10B is a diagram showing an example of extracting a tooth contact surface 46 from the original image. In the example shown in FIG. 10, the brightness is 57 and it is within the predetermined brightness range 68, so that brightness correction is not required. As shown in FIG. 10A, the tooth surface 42 and the tooth tip 44 of the ring gear 96 are photographed, and one of the teeth is the measurement tooth 50. When the tooth contact surface 46 is extracted from the original image shown in FIG. 10A, an example shown in FIG. 10B is obtained.
図11は、図10(A)に示す明度L = 57 の原画像のヒストグラム58の一例を示す説明図であり、図12は、図10(A)に示す原画像の色差データ56を二値化した二値化画像の一例を示す説明図である。測定歯50の歯面42のデータを抽出し、色差データ56をグレースケール化すると、図11に示すように、判別分析に適した2つのピークを得ることができる。すなわち、色差データ56は、背景部分(非歯当たり面48に属する階調値のグループ)と特徴部分(歯当たり面46に属する階調値のグループ)とに別れ、2つのピークの谷部分の値(図11に示す例では、値145)をしきい値62として二値化すると、特徴部分(歯当たり面46)のみを抽出することができる。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the histogram 58 of the original image having the lightness L = 57 shown in FIG. 10A, and FIG. 12 shows binary data of the color difference data 56 of the original image shown in FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the digitized binarized image. When the data of the tooth surface 42 of the measurement tooth 50 is extracted and the color difference data 56 is converted into a gray scale, two peaks suitable for discriminant analysis can be obtained as shown in FIG. That is, the color difference data 56 is divided into a background portion (a group of gradation values belonging to the non-tooth-contact surface 48) and a characteristic portion (a group of gradation values belonging to the tooth-contact surface 46). If the value (value 145 in the example shown in FIG. 11) is binarized with the threshold value 62, only the characteristic portion (tooth contact surface 46) can be extracted.
すなわち、図11及び図12に示すように、明度57の場合、色差データ56のヒストグラム58は、背景部分と特徴部分とがしきい値62(値145)にて明確に切り分けられ、このしきい値62で色差データ56を二値化すると、図12に示すように、歯当たり面46を良好に検出することができる。そして、この二値化データ60を使用すると、歯当たり面46の重心位置及び面積を計算でき、その値も実際の歯当たり面46と良く対応したものとなっている。 That is, as shown in FIGS. 11 and 12, in the case of lightness 57, the histogram 58 of the color difference data 56 is clearly separated from the background portion and the feature portion by the threshold value 62 (value 145). When the color difference data 56 is binarized with the value 62, the tooth contact surface 46 can be detected satisfactorily as shown in FIG. If the binarized data 60 is used, the position of the center of gravity and the area of the tooth contact surface 46 can be calculated, and the values also correspond well with the actual tooth contact surface 46.
図13(A)は、図10(A)と同一の対象について、明度L = 40 である原画像の一例を示す図であり、輝度が低く明度補正が必要となる。図13(B)は原画像から歯当たり面46を抽出した一例を示す図で、測定歯50の歯当たり面46が大きめに検出されている。明度L = 40 の原画像のように明度が低いと、最適な図10(B)と比較して、識別した領域は、実際の歯当たり面46より広がる傾向がある。図13(C)は明度Lによる輝度値の補正後の色差データ56から歯当たり面46を抽出した一例を示す図で、歯当たり面46の重心位置及び面積を良好に抽出している。この図13(C)に示す補正は、カラー画像52のRGB各チャンネルを定数倍するという輝度補正をした結果であり、図10(B)に近い領域を検出できている。 FIG. 13A is a diagram illustrating an example of an original image having the lightness L = 40 for the same object as that in FIG. 10A, and the brightness is low and lightness correction is required. FIG. 13B is a diagram showing an example in which the tooth contact surface 46 is extracted from the original image, and the tooth contact surface 46 of the measurement tooth 50 is detected to be larger. When the lightness is low as in the original image of lightness L = 40, the identified region tends to be wider than the actual tooth contact surface 46 as compared with the optimal FIG. 10B. FIG. 13C is a diagram showing an example in which the tooth contact surface 46 is extracted from the color difference data 56 after the luminance value is corrected by the lightness L, and the center of gravity position and area of the tooth contact surface 46 are well extracted. The correction shown in FIG. 13C is a result of luminance correction in which the RGB channels of the color image 52 are multiplied by a constant, and an area close to FIG. 10B can be detected.
図14は、図13(A)に示す原画像のヒストグラム58の一例を示す説明図であり、図15は、図13(A)に示す色差データ56を二値化した二値化画像の一例を示す説明図であり、明度40と暗いカラー画像52によるため、特徴部分となる歯当たり面46が実際より大きめに抽出されている。一方、明度補正をすると、図13(C)に示すように、適正明度である図10(B)に示す場合とほぼ同様に歯当たり面46を検出することができる。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the histogram 58 of the original image shown in FIG. 13A, and FIG. 15 shows an example of a binarized image obtained by binarizing the color difference data 56 shown in FIG. Since the lightness 40 and the dark color image 52 are used, the tooth contact surface 46 that is a characteristic portion is extracted larger than the actual size. On the other hand, when the brightness is corrected, as shown in FIG. 13C, the tooth contact surface 46 can be detected in substantially the same manner as the case shown in FIG.
図16(A)は明度67の原画像の一例を示す図で、図16(B)は原画像から歯当たり面46を抽出した一例を示す図である。図16に示す例では、明度L = 67 であり、輝度が高すぎ明度補正をすることができない。図17は、図16(B)に示す原画像のヒストグラム58の一例を示す説明図であり、図18は、図16(B)に示す原画像の色差データ56を二値化した二値化画像の一例を示す説明図である。図16(A)に示すように明度が高すぎる場合は、Rチャンネルのレンジオーバにより歯当たり面46が不鮮明となる。そして、ヒストグラム58のピークが消滅し、歯当たり面46の識別が難しくなってしまう。このため、明度補正による修正が不可能とし、画像入力ボード74のゲインを下げての再撮影とすると良い。 FIG. 16A is a diagram illustrating an example of an original image having a brightness of 67, and FIG. 16B is a diagram illustrating an example of extracting a tooth contact surface 46 from the original image. In the example shown in FIG. 16, the brightness L = 67, and the brightness is too high to correct the brightness. FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of the histogram 58 of the original image shown in FIG. 16B, and FIG. 18 shows binarization obtained by binarizing the color difference data 56 of the original image shown in FIG. It is explanatory drawing which shows an example of an image. As shown in FIG. 16A, when the lightness is too high, the tooth contact surface 46 becomes unclear due to the R channel over-range. Then, the peak of the histogram 58 disappears, and it is difficult to identify the tooth contact surface 46. For this reason, correction by lightness correction is impossible, and it is preferable to perform re-photographing with the gain of the image input board 74 lowered.
・3.1明度及び色差の効果
上述のように、RGBでのカラー画像52をHSL空間に変換し、明度Lが予め定められた明度範囲68となるように明度補正をし、その後に色差データ56を算出し、この色差データ56に基づいて歯当たり面46を抽出するため、照明の照度条件、光明丹の濃淡の影響を軽減でき、色差を識別できる感度を高くすることができる。これらにより、歯当たり面を正確に識別し、特に、面積・重心位置を安定して測定することができる。
3.1 Effect of Lightness and Color Difference As described above, the RGB color image 52 is converted into the HSL space, lightness correction is performed so that the lightness L falls within the predetermined lightness range 68, and then the color difference data 56 is converted into the color difference data 56. Since the tooth contact surface 46 is extracted based on the color difference data 56 calculated, it is possible to reduce the influence of the illumination illuminance condition and the intensity of light and darkness, and to increase the sensitivity with which the color difference can be identified. Thus, the tooth contact surface can be accurately identified, and in particular, the area and the center of gravity can be stably measured.
12 カメラ
13 照明機器
14 歯当たり面検出部
16 色特徴値特定処理
18 色差データ生成処理
20 歯当たり面識別処理
24 画像処理部
26 カラー座標変換部
28 明度補正処理部
32 ゲイン調整部
34 ゲイン調整処理
40 塗料
42 歯面
44 歯先
46 歯当たり面
48 非歯当たり面
50 測定歯
52 カラー画像
54 色特徴値
56 色差データ
58 ヒストグラム
60 二値化データ
62 しきい値
68 明度範囲
72 CPU
74 画像入力ボード
76 主記憶装置
78 補助記憶装置
80 駆動機構
90 ドライブピニオン
91 駆動入力
92 ドライブシャフト
94 ディファレンシャルケース
96 リングギア
98 ギアキャリア
δ 色差
Δ 簡易色差
L 明度
H 色相
S 彩度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Camera 13 Lighting apparatus 14 Tooth contact surface detection part 16 Color feature value specific process 18 Color difference data generation process 20 Tooth contact surface identification process 24 Image processing part 26 Color coordinate conversion part 28 Lightness correction process part 32 Gain adjustment part 34 Gain adjustment process 40 Paint 42 Tooth surface 44 Tooth tip 46 Tooth contact surface 48 Non-tooth contact surface 50 Measuring tooth 52 Color image 54 Color feature value 56 Color difference data 58 Histogram 60 Binary data 62 Threshold value 68 Brightness range 72 CPU
74 Image input board 76 Main storage device 78 Auxiliary storage device 80 Drive mechanism 90 Drive pinion 91 Drive input 92 Drive shaft 94 Differential case 96 Ring gear 98 Gear carrier δ Color difference Δ Simple color difference L Lightness H Hue S Saturation
Claims (6)
前記カラー画像に基づいて前記歯面での歯当たり面を検出する歯当たり面検出部とを備え、
この歯当たり面検出部が、
前記カラー画像から前記歯面の色の特徴値となる色特徴値を特定する色特徴値特定処理と、
前記歯面の各カラー値について前記色特徴値との色差を算出することで色差データを生成する色差データ生成処理と、
前記色差データのヒストグラムからしきい値を算出すると共に当該色差データを二値化することで前記歯当たり面を識別する歯当たり面識別処理と、を備えた、
ことを特徴とする歯当たり面検出装置。 A camera that captures a color image of a tooth surface to which a paint has been applied;
A tooth contact surface detection unit that detects a tooth contact surface at the tooth surface based on the color image;
This tooth contact surface detector
A color feature value specifying process for specifying a color feature value to be a feature value of the tooth surface color from the color image;
Color difference data generation processing for generating color difference data by calculating a color difference with the color feature value for each color value of the tooth surface,
A tooth contact surface identification process for calculating a threshold value from a histogram of the color difference data and binarizing the color difference data to identify the tooth contact surface;
A tooth contact surface detecting device.
前記カラー画像の色空間を変換して当該カラー画像の明度を算出するカラー座標変換部と、
前記カラー画像の前記明度を予め定められた明度範囲内に向けて前記歯面の前記明度又は輝度を補正する明度補正処理部と、
明度補正された前記カラー画像に基づいて前記歯面での歯当たり面を検出する歯当たり面検出部とを備え、
この歯当たり面検出部が、
前記カラー画像から前記歯面の色の特徴値となる色特徴値を特定する色特徴値特定処理と、
前記歯面の各カラー値について前記色特徴値との色差を算出することで色差データを生成する色差データ生成処理と、
前記色差データのヒストグラムからしきい値を算出すると共に当該色差データを二値化することで前記歯当たり面を識別する歯当たり面識別処理と、を備えた、
ことを特徴とする歯当たり面検出装置。 A camera that captures a color image of a tooth surface to which a paint has been applied;
A color coordinate conversion unit that converts the color space of the color image and calculates the brightness of the color image;
A lightness correction processing unit that corrects the lightness or luminance of the tooth surface toward the lightness of the color image within a predetermined lightness range;
A tooth-contact surface detection unit that detects a tooth-contact surface at the tooth surface based on the color image whose brightness has been corrected,
This tooth contact surface detector
A color feature value specifying process for specifying a color feature value to be a feature value of the tooth surface color from the color image;
Color difference data generation processing for generating color difference data by calculating a color difference with the color feature value for each color value of the tooth surface,
A tooth contact surface identification process for calculating a threshold value from a histogram of the color difference data and binarizing the color difference data to identify the tooth contact surface;
A tooth contact surface detecting device.
前記カラー画像の色空間を変換して当該カラー画像の明度を算出するカラー座標変換工程と、
前記カラー画像の前記明度を予め定められた明度範囲内に向けて前記歯面の前記明度又は輝度を補正する明度補正工程と、
明度補正された前記カラー画像から前記歯面の色の特徴値となる色特徴値を特定する色特徴値特定工程と、
前記歯面の各カラー値について前記色特徴値との色差を算出することで色差データを生成する色差データ生成工程と、
前記色差データのヒストグラムからしきい値を算出すると共に当該色差データを二値化することで前記歯当たり面を識別する歯当たり面識別工程と、
を備えたことを特徴とする歯当たり面検出方法。 An imaging process for generating a color image by imaging a tooth surface to which a paint is applied in color;
A color coordinate conversion step of converting the color space of the color image and calculating the brightness of the color image;
A lightness correction step of correcting the lightness or brightness of the tooth surface toward the lightness of the color image within a predetermined lightness range;
A color feature value specifying step for specifying a color feature value to be a feature value of the color of the tooth surface from the color image whose brightness has been corrected;
A color difference data generation step for generating color difference data by calculating a color difference with the color feature value for each color value of the tooth surface;
A tooth contact surface identifying step for calculating a threshold value from a histogram of the color difference data and binarizing the color difference data to identify the tooth contact surface;
A tooth contact surface detection method comprising:
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