JP2000076510A

JP2000076510A - パターンの判別装置

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Publication number: JP2000076510A
Application number: JP10243814A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Matsuda; 守松田; Hiroshi Nakamura; 宏中村; Masao Yajima; 正男矢島; Tsutomu Baba; 勉馬場
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-14
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP3641368B2

Abstract

(57)【要約】【課題】新たな排除対象が追加されてもこれを精度良
く排除する。【解決手段】判別すべきパターンより所定形状の比較
パターンを得、該比較パターンを予め用意したテンプレ
ートとマッチング演算を行って類似度を求める判別部１
０を設け、該判別部１０によりパターンの判別を行うよ
うにしたパターンの判別装置１において、判別部１０
は、パターンの判別を行うための類似度に対するしきい
値を書き換え可能に記憶したしきい値記憶部１１を備え
るとともに、判別部１０のしきい値記憶部１１のデータ
を外部１３よりの指示に基づいて書き換え制御する通信
制御部１２を備え、判別部のしきい値記憶部のデータを
外部より書き換え可能に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターンの判別装
置に関する。更に詳述すると、本発明は、特に硬貨など
の判別に適したパターンの判別装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】硬貨の判別等に使用されるパターン判別
装置では、装置に判別対象物が取り込まれると判別対象
物の円形パターンが撮影され、これを基に２次元の比較
パターンが作成される。円形パターンから比較パターン
を作成するには、例えば円形パターンの中心座標を中心
に円形状または円環状に切り出して、この切り出したデ
ィジタルデータに必要な処理を施すことにより行う。

【０００３】そして、作成された比較パターンを予め準
備されている各種硬貨のテンプレート、すなわち基準パ
ターンと比較して、両パターン間の類似度または非類似
度を演算（以下、マッチング演算という）する。このマ
ッチング演算は、比較パターンとテンプレートの相対角
度を円形パターンの角座標に関して０から２πまで段階
的に回転させながら行う。類似度を演算した結果の例を
図７に示す。

【０００４】更に、マッチング演算の結果であるマッチ
ング値に基づいて円形パターンの認識や判別を行ってい
る。類否の判定は、０から２πの各段階で得られるマッ
チング値のうちの最高点Ｐ１の値（以下、ベストマッチ
ング値という）を用いて、該ベストマッチング値が予め
定められたしきい値Ｍ０を超えているか否かにより判断
している。すなわち、類似度に関するベストマッチング
値がしきい値Ｍ０を超えていれば当該比較パターンとテ
ンプレートとは一致する可能性が高いと判断され、また
非類似度に関するベストマッチング値がしきい値を超え
ていれば当該比較パターンとテンプレートとは不一致で
ある可能性が高いと判断される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、判別の
ためのしきい値は、製品完成時に、排除対象（テンプレ
ートと一致しない円形パターン）と受入対象（テンプレ
ートに一致する円形パターン）のベストマッチング値の
分布により統計的に決められて設定されているので、新
たに排除対象の円形パターンを増やそうとした場合、こ
れに対応できないという問題がある。つまり、しきい値
はこのように製品完成時に設定されてしまっているの
で、顧客もしくは装置の設置される状況により、排除対
象円形パターンの排除率や受入対象円形パターンの受入
率を変化させたい場合、これに対応させることができな
い場合がある。

【０００６】そこで、本発明は、排除対象が追加されて
もこれに対応し新たな対象を排除できるようにしたパタ
ーンの判別装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、判別すべきパターンより所
定形状の比較パターンを得、該比較パターンを予め用意
したテンプレートとマッチング演算を行って類似度を求
める判別部を設け、該判別部によりパターンの判別を行
うようにしたパターンの判別装置において、判別部は、
パターンの判別を行うための類似度に対するしきい値を
書き換え可能に記憶したしきい値記憶部を備えるととも
に、判別部のしきい値記憶部のデータを外部よりの指示
に基づいて書き換え制御する通信制御部を備え、判別部
のしきい値記憶部のデータを外部より書き換え可能に構
成している。

【０００８】この場合、しきい値はしきい値記録部に一
時的に格納されるデータとして扱われており、外部から
の操作によって書き換えることができる。したがって、
このデータの書き換え操作によってしきい値の再設定が
可能であるから、新たに排除対象が追加された場合にあ
ってもこの新対象を精度良く排除できるようにすること
ができる。また、この場合のデータ書き換えは外部から
の操作であるため容易に行われ得る。

【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
パターンの判別装置において、しきい値が、判別すべき
パターンとテンプレートとの類似度の統計分布に基づい
て設定されている。したがって、類似度の特徴的な複数
の部分を取り出して判別に使用することができることか
ら、しきい値を精度良く再設定することができる。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載のパターンの判別装置において、判別すべきパター
ンが円形パターンであり、比較パターンは円形パターン
を円形状に切り出したデータを２次元の矩形パターンに
変換している。この場合、硬貨をはじめとする円形対象
物の表面形状・模様が円形のパターンとして認識され、
２次元の矩形パターンに変換されて判別に利用される。

【００１１】請求項４記載の発明では、請求項１から３
のいずれかに記載のパターンの判別装置において、しき
い値が、判別すべきパターンとテンプレートとの類似度
の最も高い類似度の統計分布と、判別すべきパターンに
類似した判別すべきパターンとは異なる類似パターンと
テンプレートとの類似度の最も高い類似度の統計分布と
に基づいて設定されている。

【００１２】すなわち、この場合、しきい値を上記２つ
の互いに接近した統計分布の間に設定することもでき
る。したがって、判別すべきパターンに非常に類似した
新たな排除対象が追加された場合にも、これを判別対象
から精度良く識別できるよう適宜しきい値を設定し直す
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１〜図６に本発明のパターンの判別装置
１の一実施形態を示す。パターン判別装置１は、判別す
べきパターンより所定形状の比較パターンｆを得、該比
較パターンを予め用意したテンプレートｔとマッチング
演算を行って類似度（又は非類似度）を求める判別部１
０を設け、該判別部１０によりパターンの判別を行うよ
うにしたものである。本実施形態におけるパターン判別
装置１は、硬貨２を判別する装置として例えば顧客のシ
ステムのコントローラに接続されているものであり、硬
貨２の撮影を行う画像入力部３と、撮影された円形パタ
ーンの判別を行う識別処理部４とを有している。

【００１５】画像入力部３は、図１に示すように、硬貨
２の表面を照射する発光素子５と、硬貨２からの反射光
を縮小または拡大するレンズや光学フィルタなどで構成
される光学系６と、光学系６を経た円形パターンを受光
して電気信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子７とを有し
ている。一方、識別処理部４は、撮像素子７からの円形
パターンのアナログ信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変
換素子８と、ディジタル変換された円形パターンを記憶
する記憶素子９と、記憶された円形パターンを処理して
硬貨２の判別を行う判別部１０と、しきい値記憶部１１
のデータを書き換え制御する通信制御部１２とを有して
いる。

【００１６】判別部１０は、パターンの判別を行うため
の類似度に対するしきい値Ｍを書き換え可能に記憶した
しきい値記憶部１１を備えている。しきい値記憶部１１
は、しきい値Ｍを一時的に格納でき、このデータ（つま
りしきい値Ｍ）を外部１３より書き換え可能となるよう
に構成されている。しきい値Ｍは、判別すべきパターン
とテンプレートｔとの類似度の統計分布に基づいて設定
されている。なお、しきい値記憶部１１のしきい値Ｍを
設定するための一連の装置（外部１３を含む）は、しき
い値Ｍの設定プロセスを第三者に開示しないようにする
ためのセキュリティ機能を併有している。

【００１７】このパターン判別装置１は、まず画像入力
部３で硬貨２を撮像して画像入力処理を行い、Ａ／Ｄ変
換素子８で円形パターンをディジタル変換して記憶素子
９に記憶する。そして、判別部１０において、例えば円
形パターンの中心座標を中心に円形状または円環状に切
り出し、この切り出したディジタルデータを２次元パタ
ーンに変換するなど必要な処理を施して比較パターンを
作成する。そして、作成された比較パターンを予め準備
されている各種硬貨２のテンプレートｔと比較する。

【００１８】テンプレートは、原画像に必要な画像処理
を行って得られる、例えば縦方向１０画素、横方向１２
８画素で構成される２次元の画素マトリクスで構成され
ており、これをｔ（ｕ，ｖ）と表現する。

【００１９】ここで、マッチング演算について図２と図
５を用いて説明する。マッチング演算は図１の画像入力
部３で撮像され、Ａ／Ｄ変換素子８でディジタル変換さ
れ、記憶素子９に格納されている対象画像Ｆを、テンプ
レート作成時と同様の手順で切出し（図５のステップ２
１）必要な画像処理を行って（図５のステップ２２）得
た対象パターンｆとテンプレートｔについて、類似度ま
たは非類似度を計算するものである。ここで、比較パタ
ーンはテンプレートと同じサイズの２次元の画素マトリ
クスで構成されているので、これをｆ（ｕ，ｖ）と表現
する。演算式については、この実施形態では、

【００２０】

【数１】

【００２１】なる非類似度の演算を行っている（図５の
ステップ２３）例を示す。

【００２２】このマッチング演算を、比較パターンｆと
テンプレートｔの相対角度を円形パターンの角座標に関
して０〜２πまで回転させながら、すなわち比較パター
ンｆとテンプレートｔのどちらかを横方向に例えば１２
８段階シフトさせながら行う（図２のステップ１）。こ
の回転に関するマッチング演算の結果を図３に示す。非
類似度のマッチング演算式を用いれば、図３（Ａ）に示
すように、比較パターンｆとテンプレートｔがある角度
θＰにおいて一致した場合には、非類似度が最低（類似
度が最高）の顕著なピークＰを示す。このピークＰにお
ける非類似度の値をベストマッチング値と呼ぶ。一方、
図３（Ｂ）に示すように、比較パターンｆとテンプレー
トｔがどの角度においても一致が見られない場合には、
ピークＰ’でのベストマッチング値は、一致する場合と
比べて高い（類似度が低い）値を示す。

【００２３】本発明のパターン判別装置１を用いた判別
は、このベストマッチング値をしきい値Ｍと比較するこ
とで、対象パターンｆがテンプレートｔと類似している
かどうかを判断するものである（図２のステップ２）。
すなわち、ベストマッチング値がしきい値Ｍよりも低い
値を示せば、対象パターンｆはテンプレートｔに類似し
ていると判断されて、硬貨２は受け入れられる（図２の
ステップ３）。逆に、ベストマッチング値がしきい値Ｍ
よりも高い値を示せば、対象パターンｆはテンプレート
ｔとは異なると判断されて硬貨２は排除される（図２の
ステップ４）。

【００２４】マッチング演算は、上記実施形態の他に、
同じく非類似度を示す

【００２５】

【数２】

【００２６】や、類似度を示す

【００２７】

【数３】

【００２８】など、他の一般的な計算式を用いても良
い。

【００２９】ここで、判別の基準となるしきい値Ｍの定
め方について図６を用いて説明する。しきい値Ｍはパタ
ーン判別装置１が判別動作を行う前に、しきい値記憶部
１１に設定されるものであり、通常は装置出荷時に固定
的な値となる。

【００３０】まず、テンプレートｔと、受け入れ対象パ
ターンＧと同種類の複数サンプル画像とでマッチング演
算を行い、ベストマッチング値の分布を得る。同様に、
排除対象パターンＲ１，Ｒ２と同種類の複数サンプルに
ついても、テンプレートｔとマッチング演算を行ってベ
ストマッチング値の分布を得る。図６に示すように、排
除パターンのベストマッチング値の分布は、受け入れパ
ターンのそれに比べて非類似度が高い（類似度が低い）
側に分布する。次に図６に示すように、受け入れパター
ンの分布ｄ（Ｇ）に最も近い排除パターンの分布ｄ（Ｒ
１）からの統計距離Ｄを用いて、しきい値Ｍを設定す
る。この統計距離Ｄはパターン判別装置１の排除能力お
よび受け入れ能力を示す値で、装置仕様や顧客要求など
により定まっている。

【００３１】以上のように硬貨２を判別する本実施形態
のパターン判別装置１では、更に、新たな排除パターン
を追加する場合や装置の判別能力を故意に変更しようと
する場合にも柔軟に対応できるよう、しきい値記憶部１
１において新たなしきい値を設定できるようにしてい
る。すなわち、図１に示すように、判別部１０はそのし
きい値記憶部１１が通信制御部１２を介して外部１３と
接続され、外部１３からのしきい値ＭをＭ’へと再設定
が可能となるように設けられている。

【００３２】したがって、本実施形態のパターン判別装
置１では、例えば図４に示すように、しきい値ＭをＭ’
に設定し直すことができる。すなわち、図６に示すよう
な当初の排除パターンＲ１，Ｒ２に対するしきい値Ｍが
設定されていた場合、Ｒ１とＲ２に対してはこのしきい
値Ｍを基準としてこれらを排除できる一方、Ｇに対して
Ｒ１よりも更に類似度の高い新たな排除パターンＲ３が
追加された場合、しきい値Ｍに対してＲ３の分布ｄ（Ｒ
３）との統計距離が近くなってしまうため、Ｒ３がＧで
あると誤判別される確率が増加し装置仕様や顧客要求を
満足できなくなるが、ｄ（Ｒ３）を考慮して新たなしき
い値Ｍ’を再設定することによりＲ３をも確実に排除す
ることができる。このとき、新たなしきい値Ｍ’は、新
たに追加された排除パターンＲ３のベストマッチング分
布ｄ（Ｒ３）との統計距離Ｄに基づいて設定されること
になる。このように設定し直すことにより、新たな排除
対象が追加された場合にも、外部１３からの簡易な操作
をすることによって対象物の排除率あるいは受入率を変
化させ、装置１における判別能力を維持させることがで
きる。

【００３３】このようにして外部１３からのしきい値Ｍ
の設定を可能とする場合、外部１３に設けられる装置と
しては例えばしきい値記憶部１１と接続されるコントロ
ーラがある。新たな排除対象の追加、またはフィールド
適応などによりしきい値Ｍを変化させたい場合には、こ
のコントローラからしきい値Ｍの設定コマンドを発行
し、しきい値記憶部１１の書き換えを行うことにより行
われる。このコントローラは、しきい値記憶部１１の内
容を書き換える機能のみならず、例えばコントローラか
らパターン判別装置１へは判別動作の開始、終了などの
命令が送信される一方で、装置１からコントローラ側へ
は判別結果などが送信されるといったような、装置１全
体の制御を行うような機能と兼用してもよい。しきい値
記憶部１１は例えば金種ごとに設けられている。そして
識別処理部４の新たなしきい値Ｍ’をもとにして円形パ
ターンを判別し、硬貨２の判別を継続する。なお、この
コントローラの代わりとして、例えばハードディスクや
無線通信機材などが外部１３の装置として使用可能であ
る。

【００３４】上述したように、本実施形態のパターンの
判別装置１によればしきい値Ｍの再設定ができるため、
新たな判別対象が追加された場合にも柔軟に対応でき
る。しかも外部１３からの通信・制御を可能としたこと
により設定が容易であるし、例えばプログラムＲＯＭの
付け替えなどといった装置１の変更も不要である。

【００３５】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば本実施形態では、しきい値Ｍをしきい値記
憶部１１に一時的に格納するようにした場合について説
明したが、識別処理部４の内部に設けられたＥＥＰＲＯ
ＭやＦＬＡＳＨメモリ、強誘電体メモリのような、装置
１の電源を切断してもデータを保持している記憶素子を
用いることもでき、これにより、外部１３との通信時間
を最小にすることも可能である。

【００３６】また、本実施形態では、矩形パターンのサ
イズを縦方向１０画素、横方向１２８画素として説明し
たがこの大きさに限らないし、テンプレートｔまたは比
較パターンｆの相対シフト回数についても勿論１２８段
階に限らない。

【００３７】また、上述した実施形態ではマッチング演
算として類似度の演算を行っているが、これには限られ
ず非類似度を演算してこれに基づき類否判断を行うよう
にしても良い。

【００３８】更に、上述した実施形態では判別対象が硬
貨２である場合を説明したが、これに限らず、本発明は
例えば王冠、ラベル、指紋、虹彩（アイリス）などの他
の円形状物の判別にも実施可能できる。更には、これら
以外にも、例えば紙幣や有価証券、チケットなどの認識
処理において本発明の実施が可能である。換言すれば、
本発明による判別対象は円形状物に限らず四角形状物に
まで拡大できる。このように対象物を拡大した場合、新
たな判別対象が追加されてもしきい値Ｍを再設定すると
いう柔軟な対応が可能であることはいうまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載のパターンの判別装置によれば、しきい値を状況
に応じて適宜変更できるので、排除対象追加時にも柔軟
に対応して新たな対象を排除可能とし、ユーザの要求に
適した判別能力を適宜設定することができる。しかも本
発明では、しきい値の設定に関して装置の変更は不要で
あり、変更コストや変更所要時間の節約、短縮ができ
る。また、しきい値を設定するためのデータの書き換え
は外部からの操作でできるため容易である。

【００４０】また請求項２記載のパターンの判別装置で
は、統計分布に基づいてしきい値を設定し、類似度の特
徴的な複数の部分を取り出して判別に使用している。こ
のため、排除対象が新たに追加されても精度良く排除す
ることができる。

【００４１】更に請求項３記載のパターンの判別装置に
よれば、判別すべきパターンとして円形パターンを対象
としているから、硬貨をはじめとする円形対象物を精度
良く判別できる。

【００４２】また請求項４記載のパターンの判別装置に
よれば、しきい値を、接近した２つの統計分布の間に設
定できるから、判別すべきパターンに非常に類似した新
たな排除対象が追加された場合にも、これを判別対象か
ら精度良く識別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパターンの判別装置の一実施形態を示
すブロック図である。

【図２】硬貨を判別するときの流れを示すフローチャー
ト図である。

【図３】比較パターン及びテンプレートをテンプレート
に対してマッチング演算したときの回転角度及び類似度
の関係の一例を示すグラフであり、（Ａ）は比較パター
ンとテンプレートがある角度で一致した場合、（Ｂ）は
一致しない場合を示す。

【図４】本発明のパターン判別装置において、新たな判
別対象に対してしきい値を設定し直す様子を示す図であ
る。

【図５】マッチング演算の例を示す図である。

【図６】受け入れパターンおよび排除パターンの分布と
しきい値Ｍを決定する手順を示す図である。

【図７】従来の判別方法により比較パターン及びテンプ
レートをテンプレートに対してマッチング演算したとき
の回転角度及び類似度の関係の一例を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１パターンの判別装置１０判別部１１しきい値記憶部１２通信制御部１３外部Ｍしきい値ｔテンプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢島正男長野県諏訪郡原村10801番地の２株式会社三協精機製作所諏訪南工場内 (72)発明者馬場勉長野県諏訪郡原村10801番地の２株式会社三協精機製作所諏訪南工場内Ｆターム(参考） 3E002 AA06 BD01 BD05 CA01 CA04 CA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】判別すべきパターンより所定形状の比較
パターンを得、該比較パターンを予め用意したテンプレ
ートとマッチング演算を行って類似度を求める判別部を
設け、該判別部により前記パターンの判別を行うように
したパターンの判別装置において、前記判別部は、前記
パターンの判別を行うための前記類似度に対するしきい
値を書き換え可能に記憶したしきい値記憶部を備えると
ともに、前記判別部のしきい値記憶部のデータを外部よ
りの指示に基づいて書き換え制御する通信制御部を備
え、前記判別部のしきい値記憶部のデータを外部より書
き換え可能に構成したことを特徴とするパターンの判別
装置。
【請求項２】前記しきい値は、前記判別すべきパター
ンと前記テンプレートとの前記類似度の統計分布に基づ
いて設定されてなることを特徴とする請求項１記載のパ
ターンの判別装置。
【請求項３】前記判別すべきパターンは円形パターン
であり、前記比較パターンは前記円形パターンを円形状
に切り出したデータを２次元の矩形パターンに変換した
ものであることを特徴とする請求項１又は２記載のパタ
ーンの判別装置。
【請求項４】前記しきい値は、前記判別すべきパター
ンと前記テンプレートとの前記類似度の最も高い類似度
の統計分布と、前記判別すべきパターンに類似した前記
判別すべきパターンとは異なる類似パターンと前記テン
プレートとの前記類似度の最も高い類似度の統計分布と
に基づいて設定されてなることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれかに記載のパターンの判別装置。