JP2001175861A - テンプレート設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置ずれ量を演算するためのテンプレートとし
て、高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレ
ートを設定する。 【解決手段】検査基準となる印刷物を撮像して得た基準
画像においてエッジを抽出するエッジ抽出過程と、すく
なくとも２つの所定方向のエッジを多く含む前記基準画
像の領域をテンプレートとして選択する領域選択過程と
を有するようにしたテンプレートを設定方法。および、
その方法が適用されたテンプレート設定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テンプレートマッ
チング（template matching）におけるテンプレートを
設定する技術分野に属する。特に、印刷物の検査装置に
おいて、基準画像と検査対象画像との間の位置ずれ量を
検出するためのテンプレートを設定するテンプレート設
定方法に関する。

【０００２】

【従来技術】検査基準となる印刷物の撮像画像である基
準画像と、検査対象の撮像画像である検査対象画像とを
比較して印刷物の良否を検査する印刷物の検査装置が知
られている。この方式の検査装置においては、基準画像
と検査対象画像の間に位置ずれがある場合に、そのまま
両者を比較すると、良品の印刷物であっても不良品とし
て判定する誤動作が起きることとなる。この誤動作を避
けるためには、検査水準（検査レベル）を相応に低くし
なければならない。したがって、この検査装置において
検査性能を高めるためには、基準画像と検査対象画像の
間の位置ずれを補正して両者を比較することが行われ
る。

【０００３】この位置ずれを補正するためには位置ずれ
量を取得することが必要であり、そのためにテンプレー
トマッチング（パターン照合）の演算が行われる。たと
えば、基準画像と検査対象画像について相対位置を変化
させて一致度を演算し、最も一致度の高い相対位置に基
づいて位置ずれ量を取得することが行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、画像のほぼ
全領域をテンプレートと考えて一致度の演算を行うと、
演算量が膨大となる。しかも、通常は高速稼動する印刷
機、等においてインラインで検査を行うため、時間的な
制約から検査装置の実現が困難となる。そこで、検査対
象物品が印刷物のように、伸縮、等の歪みのないもので
あると見做すことができれば、位置ずれ量は場所によら
ず一定である。したがって、画像の一部をテンプレート
と考えて演算しても、全体の位置ずれ量と一致する結果
を得ることができる。

【０００５】このように、画像の一部をテンプレートと
して演算すれば、演算量が縮小され高速に一致度の演算
を行うことができる。しかし、画像のほぼ全領域をテン
プレートとした場合と同等の高精度と安定性を得るため
には、テンプレートの設定場所の選定が決定的に重要で
ある。テンプレートが絵柄のベタ部分や、絵柄の一方向
のエッジ成分しか含まない場合には、間違いなく誤補正
することとなる。

【０００６】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものである。その目的は、位置ずれ量を演算するた
めのテンプレートとして、高精度と安定性を得ることが
できる適切なテンプレートを設定することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は下記の本発
明によって解決される。すなわち、本発明の請求項１に
係るテンプレート設定方法は、検査基準となる印刷物を
撮像して得た基準画像においてエッジを抽出するエッジ
抽出過程と、すくなくとも２つの所定方向のエッジを多
く含む前記基準画像の領域をテンプレートとして選択す
る領域選択過程とを有するようにしたものである。本発
明によれば、エッジ抽出過程において検査基準となる印
刷物を撮像して得た基準画像においてエッジが抽出さ
れ、領域選択過程において２つの所定方向のエッジを多
く含む前記基準画像の領域がテンプレートとして選択さ
れる。すなわち、この選択したテンプレートは２つの所
定方向のエッジを多く含む領域であるから、２次元的な
相対位置の変化に対して一致度が大きく変化する。した
がって、位置ずれ量を演算するためのテンプレートとし
て、高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレ
ートが設定される。

【０００８】また、本発明の請求項２に係るテンプレー
ト設定方法は、請求項１に係るテンプレート設定方法に
おいて、前記領域選択過程は、前記所定方向のエッジが
連結している領域をテンプレートとして選択する過程で
あるようにしたものである。本発明によれば、選択した
テンプレートは所定方向のエッジが連結している領域で
ある。すなわち、所定方向のエッジが密接して存在する
から領域のサイズは小さくて済む。したがって、一致度
の演算において演算量が縮小されるため検査速度を高速
化することができる。

【０００９】また、本発明の請求項３に係るテンプレー
ト設定方法は、請求項１または２に係るテンプレート設
定方法において、前記領域選択過程は、前記所定方向以
外のエッジを除去した後、前記所定方向のエッジを多く
含む前記基準画像の領域をテンプレートとして選択する
過程であるようにしたものである。本発明によれば、選
択したテンプレートにおいては所定方向以外のエッジが
除去されている。したがって、特に顕著な高精度と安定
性を得ることができる適切なテンプレートが設定され
る。

【００１０】また、本発明の請求項４に係るテンプレー
ト設定方法は、請求項１〜３のいずれかに係るテンプレ
ート設定方法において、前記領域選択過程は、位置ずれ
補正領域内に類似絵柄がない領域をテンプレートとして
選択する過程であるようにしたものである。位置ずれ補
正領域内は、テンプレートと画像の相対位置を変化させ
一致度を演算する範囲である。すなわち、位置ずれ補正
領域内に類似絵柄が存在すると、その類似絵柄の近辺で
一致度が極大となり本物絵柄と取り違えて位置ずれ量を
演算する恐れがある。したがって、本発明によれば、類
似絵柄と本物絵柄とを取り違えて位置ずれ量を演算する
誤りを回避することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明について実施の形態
を説明する。本発明のテンプレート設定方法におけるデ
ータ処理の過程を図１に示す。図１において、基準画像
は検査の基準となる物品（たとえば印刷物）を撮像して
得た画像である。この基準画像を、本発明のテンプレー
ト設定方法を適用するデータ処理システムの記憶装置
に、あらかじめ記憶しておく。

【００１２】まず、図１のステップＳ１において、基準
画像に対して水平微分処理を行う。この水平微分処理
は、基準画像において水平方向（行方向）に画素を辿る
とき（関連付けるとき）、画素値を画素の位置の関数値
と見做して微分係数を演算する処理である。実際は、デ
ィジタル画像であるから、差分を演算することである。
また、ここでは差分の符号の正負を区別する意味がない
から差分の絶対値が演算される。この水平微分処理を基
準画像の全体に対して行うと水平差分画像が得られる。

【００１３】この水平微分処理により得られる水平差分
画像は、基準画像において水平方向の画素値の変化が大
きい部分は差分の絶対値が大きく、その画素値の変化が
小さい部分は差分の絶対値が小さくなる。すなわち、水
平差分画像は基準画像における垂直方向（列方向）のエ
ッジが強調された画像である。図１のに模式的に示す
ように、完全な垂直方向のエッジでなくても、斜めのエ
ッジでその成分を含んでいる場合には、それなりに差分
の絶対値が得られるためエッジが強調される。

【００１４】次に、ステップＳ２において、水平差分画
像を２値化し水平２値化差分画像を得る。この２値化を
行う場合の閾値（境界値）の決定方法によって本発明は
限定されない。たとえば、多変量解析における判別分析
を閾値決定に適用した判別分析法、画像の画素値ヒスト
グラムにおける谷に対応する画素値を閾値とするモード
法、等を適用することができる。この水平２値化差分画
像は、画素値において画像を２つの部分に区分すること
ができる。すなわち、絵柄の部分（たとえば画素値を”
１”とする）と背景の部分（たとえば画素値を”０”と
する）の２つの部分である。

【００１５】次に、ステップＳ３において、水平２値化
差分画像に対し垂直縮小処理を行い垂直エッジ画像を得
る。この垂直縮小処理は、水平２値化差分画像において
垂直方向（列方向）に画素を辿るとき（関連付けると
き）、絵柄の部分（たとえば画素値を”１”とする）の
画素が所定の画素数を超えて連続していない場合には、
そこを背景の部分（画素値を”０”とする）に置き換え
る処理である。すなわち、所定の画素数と比較して、画
素値”１”の画素が垂直方向に連続する数がそれ以下の
場合には、その画素は消去され、画素値”０”となる。
この所定の画素数としては、垂直縮小処理において、斜
めのエッジを消去し垂直エッジを残す大きさの画素数を
適用する。

【００１６】次に、ステップＳ４において、垂直エッジ
画像に対し所定のテンプレートサイズの領域を所定の位
置で（または所定の間隔を置いて）走査し、その位置
（アドレス）における垂直エッジ画素数を計数し、その
垂直エッジ画素数を保存する。次に、ステップＳ５にお
いて、垂直エッジ画素数が多い順番に前述の位置を並べ
替えて（ソートし）、その位置列を垂直位置列として保
存する。

【００１７】以上、図１において、基準画像に対する水
平微分処理（Ｓ１）から始まる処理過程について説明し
た。次に、それ同様であるが、基準画像に対する垂直微
分処理（Ｓ６）から始まる処理過程について説明する。
まず、図１のステップＳ６において、基準画像に対して
垂直微分処理を行う。この垂直微分処理は、基準画像に
おいて垂直方向（列方向）に画素を辿るとき（関連付け
るとき）、画素値を画素の位置の関数値と見做して微分
係数を演算する処理である。実際は、ディジタル画像で
あるから、差分を演算することである。また、ここでは
差分の符号の正負を区別する意味がないから差分の絶対
値が演算される。この垂直微分処理を基準画像の全体に
対して行うと垂直差分画像が得られる。

【００１８】この垂直微分処理により得られる垂直差分
画像は、基準画像において垂直方向の画素値の変化が大
きい部分は差分の絶対値が大きく、その画素値の変化が
小さい部分は差分の絶対値が小さくなる。すなわち、垂
直差分画像は基準画像における水平方向（行方向）のエ
ッジが強調された画像である。図１のに模式的に示す
ように、完全な水平方向のエッジでなくても、斜めのエ
ッジでその成分を含んでいる場合には、それなりに差分
の絶対値が得られるためエッジが強調される。

【００１９】次に、ステップＳ７において、垂直差分画
像を２値化し垂直２値化差分画像を得る。この２値化を
行う場合の閾値（境界値）の決定方法によって本発明は
限定されない。たとえば、多変量解析における判別分析
を閾値決定に適用した判別分析法、画像の画素値ヒスト
グラムにおける谷に対応する画素値を閾値とするモード
法、等を適用することができる。この垂直２値化差分画
像は、画素値において画像を２つの部分に区分すること
ができる。すなわち、絵柄の部分（たとえば画素値を”
１”とする）と背景の部分（たとえば画素値を”０”と
する）の２つの部分である。

【００２０】次に、ステップＳ８において、垂直２値化
差分画像に対し水平縮小処理を行い水平エッジ画像を得
る。この水平縮小処理は、垂直２値化差分画像において
水平方向（行方向）に画素を辿るとき（関連付けると
き）、絵柄の部分（たとえば画素値を”１”とする）の
画素が所定の画素数を超えて連続していない場合には、
そこを背景の部分（画素値を”０”とする）に置き換え
る処理である。すなわち、所定の画素数と比較して、画
素値”１”の画素が垂直方向に連続する数がそれ以下の
場合には、その画素は消去され、画素値”０”となる。
この所定の画素数としては、水平縮小処理において、斜
めのエッジを消去し水平エッジを残す大きさの画素数を
適用する。

【００２１】次に、ステップＳ９において、水平エッジ
画像に対し所定のテンプレートサイズの領域を所定の位
置で（または所定の間隔を置いて）走査し、その位置
（アドレス）における水平エッジ画素数を計数し、その
水平エッジ画素数を保存する。次に、ステップＳ１０に
おいて、水平エッジ画素数が多い順番に前述の位置を並
べ替えて（ソートし）、その位置列を水平位置列として
保存する。

【００２２】以上、図１において、基準画像に対する垂
直微分処理（Ｓ６）から始まる処理過程について説明し
た。次に、実際に用いるべきテンプレートの位置（アド
レス）を決定する処理（ステップＳ１１）について説明
する。ステップＳ１１において、垂直エッジ画素数が多
い順番の垂直位置列と、水平エッジ画素数が多い順番の
水平位置列とにおいて、垂直エッジ画素数または水平エ
ッジ画素数のいずれかが多い順番にテンプレートの位置
を比較する。そして、最初に現れる共通の位置をテンプ
レートの位置として選択する。

【００２３】より具体的に説明すると、垂直位置列と水
平位置列における第１列（先頭列）の位置を比較する。
同じ位置であれば、その位置をテンプレートの位置とし
て選択する。同じ位置でなければ、垂直位置列と水平位
置列における第１列（先頭列）と第２列の位置を比較す
る。その第１列（先頭列）と第２列に共通の位置が含ま
れていれば、その位置をテンプレートの位置として選択
する。共通の位置が含まれていなければ、垂直位置列と
水平位置列における第１列（先頭列）から第３列の位置
を比較する。その第１列（先頭列）から第３列に共通の
位置が含まれていれば、その位置をテンプレートの位置
として選択する。共通の位置が含まれていなければ、垂
直位置列と水平位置列における第１列（先頭列）から第
４列の位置を比較する。その第１列（先頭列）から第４
列に共通の位置が含まれていれば、その位置をテンプレ
ートの位置として選択する。というように、共通の位置
が含まれているところまで比較を続ける。

【００２４】以上、テンプレート設定方法の実施の形態
について一例を挙げて説明した。上述において、水平微
分処理（Ｓ１）、垂直微分処理（Ｓ６）、２値化（Ｓ
２，Ｓ７）は、エッジ抽出過程（請求項）の一例であ
る。また、垂直縮小処理（Ｓ３）、水平縮小処理（Ｓ
８）、エッジ画素数保存（Ｓ４，Ｓ９）、アドレス列作
成（Ｓ５，Ｓ１０）、テンプレートアドレス設定（Ｓ１
１）は、領域選択過程（請求項）の一例である。

【００２５】次に、上述の実施の形態について変形例
（その１）を説明する。上述のテンプレートアドレス設
定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートの位置に
おいて、位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在する場合
には、その類似絵柄の近辺で一致度が極大となり本物絵
柄と取り違えて位置ずれ量を演算する恐れがある。そこ
で、テンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において、位
置ずれ補正領域内に類似絵柄がない領域をテンプレート
として選択するようにする。

【００２６】そのため、類似絵柄の有無をチェックする
処理を行う。上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１
１）において選択されたテンプレートを適用し、位置ず
れ補正領域内において、そのテンプレートと基準画像と
の位置を相対的に変化しテンプレートマッチングを行
う。位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在しない場合に
は、一個所においてだけ一致度が極大となる。たとえ
ば、一致度の評価値を相関係数とすると、そのままのテ
ンプレートの位置（基準位置；本物絵柄の位置）におい
て相関係数は極大値かつ最大値であり、当然、”１”と
なる。

【００２７】位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在する
場合には、複数個所において一致度が極大となる。たと
えば、一致度の評価値を相関係数とすると、類似絵柄の
位置において、”１”よりも小さい極大値となる。そこ
で、所定の閾値を設定し、複数箇所において一致度が極
大となった場合に、その所定の閾値よりも一致度が高い
場合には、そのテンプレートは不適当として、実際に用
いるべきテンプレートから除外する処理を行う。たとえ
ば、相関係数が”０．７”以上の極大値が２つ以上存在
する場合には、そのテンプレートを除外する。この閾値
は、検査対象物が正規のもの（良品）であるときの相関
係数の下限よりも小さな値となるように設定する。

【００２８】上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１
１）において選択されたテンプレートの領域に対して、
類似絵柄の有無をチェックする前述の処理を行う。そし
て、類似絵柄が存在する場合には、そのテンプレートを
除外し、上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）を
さらに継続する。そして、選択されたテンプレートの領
域に類似絵柄が存在しない場合に、そのテンプレートを
実際に用いるべきテンプレートとする。

【００２９】次に、上述の実施の形態について変形例
（その２）を説明する。上述のテンプレートアドレス設
定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートの位置に
おいて、テンプレートのサイズを小さくすることができ
ると、一致度の演算において演算量が縮小されるため検
査速度を高速化することができる。すなわち、所定方向
のエッジが密接して存在する領域を選択するとテンプレ
ートのサイズは小さくて済む。そこで、テンプレートア
ドレス設定（Ｓ１１）において、前述の所定方向のエッ
ジが連結している領域をテンプレートとして選択するよ
うにする。

【００３０】そのため、所定方向のエッジが連結してい
る領域であるか否かをチェックする処理を行う。上述の
テンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択され
たテンプレートを適用し、そのテンプレート領域の垂直
エッジ画像と水平エッジ画像について、共通する画素が
存在するか否かを判定する。たとえば、絵柄（エッジ）
の部分の画素値を”１”とし、背景の部分の画素値を”
０”とする。そのとき、垂直エッジ画像と水平エッジ画
像について、対応する画素ごとに、論理演算の”ＡＮ
Ｄ”を実施すると。共通する画素の画像としてエッジ共
通部分画像を得ることができる。

【００３１】このエッジ共通部分画像において、エッジ
の共通部分を示す画素値が”１”の部分が存在する場合
には、垂直エッジ画像と水平エッジ画像とは連結してい
ることになる。なお、連結しているか否かの判定は上述
の方法に限らない。たとえば、２値画像処理における連
結数（connectivity number）を演算して判定してもよ
い。

【００３２】上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１
１）において選択されたテンプレートの領域に対して、
連結しているか否かをチェックする前述の処理を行う。
そして、連結していない場合には、そのテンプレートを
除外し、上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）を
さらに継続する。そして、選択されたテンプレートの領
域において垂直エッジ画像と水平エッジ画像とが連結し
ている場合に、そのテンプレートを実際に用いるべきテ
ンプレートの原型とする。

【００３３】そして、その実際に用いるべきテンプレー
トの原型について領域を縮小する処理を行う。たとえ
ば、エッジ共通部分画像において、エッジの共通部分を
示す画素値が”１”の部分を包み込む所定の大きさの領
域としてテンプレートの領域を縮小する。その縮小した
テンプレートを実際に用いるべきテンプレートとする。

【００３４】

【発明の効果】以上のとおりであるから、本発明の請求
項１に係るテンプレート設定方法によれば、位置ずれ量
を演算するためのテンプレートとして、高精度と安定性
を得ることができる適切なテンプレートが設定される。
また、本発明の請求項２に係るテンプレート設定方法に
よれば、一致度の演算において演算量が縮小されるため
検査速度を高速化することができる。また、本発明の請
求項３に係るテンプレート設定方法によれば、特に顕著
な高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレー
トが設定される。また、本発明の請求項４に係るテンプ
レート設定方法によれば、類似絵柄と本物絵柄とを取り
違えて位置ずれ量を演算する誤りを回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のテンプレート設定方法におけるデータ
処理の過程を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加来 昌典 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 5B057 AA11 CA08 CB06 DA07 DC16 5L096 BA18 EA43 FA06 GA04 GA07 GA22 GA28 JA09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査基準となる印刷物を撮像して得た基準
   画像においてエッジを抽出するエッジ抽出過程と、 すくなくとも２つの所定方向のエッジを多く含む前記基
   準画像の領域をテンプレートとして選択する領域選択過
   程と、 を有することを特徴とするテンプレート設定方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のテンプレート設定方法にお
   いて、前記領域選択過程は、前記所定方向のエッジが連
   結している領域をテンプレートとして選択する過程であ
   ることを特徴とするテンプレート設定方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のテンプレート設定
   方法において、前記領域選択過程は、前記所定方向以外
   のエッジを除去した後、前記所定方向のエッジを多く含
   む前記基準画像の領域をテンプレートとして選択する過
   程であることを特徴とするテンプレート設定方法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか記載のテンプレー
   ト設定方法において、前記領域選択過程は、位置ずれ補
   正領域内に類似絵柄がない領域をテンプレートとして選
   択する過程であることを特徴とするテンプレート設定方
   法。