JP2003150965A - 形状認識方法及びその装置 - Google Patents

形状認識方法及びその装置

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JP2003150965A
JP2003150965A JP2001348561A JP2001348561A JP2003150965A JP 2003150965 A JP2003150965 A JP 2003150965A JP 2001348561 A JP2001348561 A JP 2001348561A JP 2001348561 A JP2001348561 A JP 2001348561A JP 2003150965 A JP2003150965 A JP 2003150965A
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Shin Miyaji
伸 宮治
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 この形状認識方法は、例えば、正多角形のエ
ッジ検出と同時にエッジの法線ベクトルを検出し、その
ベクトルの傾きの分布を示す角度ヒストグラムを作成す
る。次いで多角形の外角ごとに予め決めた複数種類の異
なる分割数でこの角度ヒストグラムを分割し、重ね合わ
せを行う。そして、重ね合わせによりピークが1本若し
くは最大となる分割数に基づいて多角形の形状を判定す
る。 【効果】 この方法によれば、多角形の一部が隠されて
いても他辺の法線ベクトルの傾き分布を示す角度ヒスト
グラムの重ね合わせにより、ヒストグラムの最大のピー
クは保持されるので、容易かつ安定して形状認識が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は形状認識方法およびそ
の装置に関し、特にたとえば定型的な形状を簡単かつ正
確に認識できる形状認識方法および形状認識装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、画像中の直線抽出アルゴリズム
として一般的に知られているハフ変換で図形の直線部分
を検出する際、図4に示すように三角形の一部が別の直
線成分を形成する物体Aで隠された場合、三角形である
にも拘らず、5本の直線が検出されてしまうことにな
る。
【0003】従って、たとえば直線間角度を検出するな
どの判定ステップが必要となり、しかも一部が別の物品
で隠されていた場合など形状認識ができないこともあ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、ハフ変換
では多角形の一部が別の直線成分を形成する物体で隠さ
れた場合、その直線部分も検出するので形状判定が複雑
になり、かつ演算コストも処理時間もかかるという問題
がある。
【0005】それゆえに、この発明の主たる目的は多角
形の一部が隠されていても、その形状を簡単かつ正確に
認識することができる形状認識方法および形状認識装置
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、認識対象図
形の画像を撮像する第1のステップ、画像のエッジを検
出して濃度勾配が最も急峻な方向のヒストグラムを作成
する第2のステップ、ヒストグラムを予め決めた複数種
類の異なる分割数で分割する第3のステップ、分割され
たヒストグラムを重ね合わせる第4のステップ、および
ヒストグラムの重ね合わせによる最大のピーク値を示す
分割数を特定することによって認識対象図形の形状を判
定する第5のステップを有する、形状認識方法である。
【0007】また、他の発明は、認識対象図形の画像を
撮像する撮像手段、この撮像手段で撮像された画像のエ
ッジを検出して濃度勾配が急峻な方向のヒストグラムを
作成するヒストグラム作成手段、作成されたヒストグラ
ムを予め決めた複数種類の異なる分割数で分割する分割
手段、分割されたヒストグラムを重ね合わせて最大のピ
ーク値を検出する検出手段、および、検出されたピーク
値に基づき認識対象図形の形状を判定する判定手段を備
える、形状認識装置である。
【0008】
【作用】多角形の一部が隠されていても他辺の法線ベク
トルの分布ヒストグラムの重ね合わせにより、そのピー
クは保持されるので、形状認識が可能となる。
【0009】
【発明の効果】この発明によれば、簡単な方法により多
角形の一部が別の直線部分により形成される物体で隠さ
れていた場合でも、正確な形状を認識することができ
る。
【0010】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
【0011】
【実施例】図1は、この発明による形状認識方法を説明
するための説明図で、いずれも正多角形の場合であっ
て、(a)は正三角形、(b)は正方形(正四角形)、
(c)は正五角形について以下説明する。
【0012】まず、正多角形のエッジ(輪郭線)検出と
同時にエッジの法線ベクトルを検出し、そのベクトルの
分布を示す角度ヒストグラムを作成する。そして、多角
形の外角ごとにこのヒストグラムを分割し、重ね合わせ
た時、ピークが1本になる時の分割数が多角形の形状と
なるものである。
【0013】すなわち、図1(a)に示す正三角形の場
合、エッジ検出と同時に法線ベクトルを検出し、そのベ
クトルの分布を示す角度ヒストグラムを作成する。この
エッジ検出は、例えば、ゾーベル(Sobel)の微分
オペレータにより行う。このゾーベルの微分処理法は、
3×3の9画素の水平第1列の3個のデータにそれぞれ
−1,0、1をかけあわせ、水平第2列の3個のデータ
にそれぞれ−2,0、2をかけあわせ、水平第3列の3
個のデータにそれぞれ−1,0、1をかけあわせて重み
付けした後、トータルの和の値を中心の1画素のデータ
とするもので、濃淡の勾配を急峻にする1手法として画
像処理技術分野では周知技術である。
【0014】ここで、x方向の微分オペレータΔx、お
よびy方向の微分オペレータΔyを数1で示すと次のよ
うになる。
【0015】
【数1】
【0016】数1の各オペレータによる微分値をそれぞ
れAx、Ayとするとgradient 方向:θ=Arctan(Δ
y/Δx)となる。
【0017】そして、認識対象の形状に合せてθヒスト
グラムを分割し、重ね合わせてそれぞれの分割数ごとの
ヒストグラムを作成する。認識対象の形状が正三角形の
場合、下向き法線ベクトルをゼロ度と定義すると、各外
角θ=120度ごとに図2(a)に示される3本の頻度
が現れ、これを3分割して重ね合わせると図3に示す1
本の頻度となる。
【0018】また、図1(b)の正方形(正四角形)の
場合、各外角θ=90度ごとに図2(b)に示される4
本の頻度が現れ、これを4分割して重ね合わせると図3
に示す1本の頻度となる。
【0019】さらに、図1(c)の正五角形の場合、各
外角θ=72度ごとに図2(c)に示される5本の頻度
が現れ、これを5分割して重ね合せると図3に示す1本
の頻度となる。また、図示されないが正六角形の場合、
各外角θ=60度ごとに分布ヒストグラムは6本の頻度
が現れ、これを6分割して重ね合わせると1本の頻度と
なる。
【0020】次に、図4に示すように、例えば正三角形
の一部が別の直線部分で形成する物体Aで隠された場
合、従来方法のハフ変換による直線検出では三角形状の
認識に対して5本の直線成分が検出され、先に説明した
ように形状判定が複雑になるものであるが、本発明によ
る形状認識方法を適用すると、120度ごとの法線ベク
トルの分布を示す角度ヒストグラムは図5に示されるよ
うになり、これを3分割して重ね合わせると図6に示す
最大のピークは保持されるので、容易に形状判定は可能
となるものである。
【0021】すなわち、画像上の線分が長い程、ヒスト
グラム上に現れるピークは高くなり、また認識対象図形
が一部他の物体で隠された正三角形であることと対応し
て、それぞれ120度ずれた位置に三角形をなす直線の
法線ベクトルのピークと他の位置にこのピークより低い
ピークの合計5本が現れ、これを3分割して重ね合わせ
ると3本のピークとなり、最大のピークに基づいて、形
状は三角形と判定される。
【0022】また、形状認識装置10としては、図8に
その概略構成が示されている。すなわち、CCDカメラ
等のカメラ12により認識対象とする図形等の物体の2
次元画像を撮像し、その画像データが入出力部14を介
してデジタル画像信号としてコンピュータ16に入力さ
れる。このコンピュータ16は、デジタル画像信号を格
納するフレームメモリ、各種処理を行うためのプログラ
ムを記憶するROM、このROMに記憶されたプログラ
ムに従い画像処理などの各種の演算や処理を行うCP
U、およびこの演算結果を記憶するRAM等を含み、カ
メラ12で撮像された物体の画像データに基づいて形状
認識に必要な全ての演算や処理を行うものである。
【0023】ここで、コンピュータ16において行われ
る形状認識処理動作を図7に示すフローチャートに基づ
いて、以下に説明する。
【0024】先ず、スタートして、ステップS1でゾー
ベルの微分オペレータによりカメラ12で撮像された対
象画像の連続するエッジ点を検出する。ステップS3で
は、ステップS1で検出されたエッジ点毎にグラディエ
ントθ(傾き角度)を算出し、ステップS5でヒストグ
ラムをカウントして分布ヒストグラムを作成する。すな
わち、法線ベクトルの傾きに対応する頻度メモリの値を
加算していくことにより、エッジ線上で確定される全て
のベクトルの傾き分布を示す角度ヒストグラムを作成す
る。
【0025】そして、ステップS7では、ステップS5
で作成された角度ヒストグラムを分割すると共に、ステ
ップS9でこのヒストグラムを重ね合わせる。ステップ
S7における角度ヒストグラムの分割およびステップS
9におけるヒストグラムの重ね合わせを行うために、予
め決めた複数種類の異なる分割数で分割し、重ね合わせ
るデータテーブルが準備されてコンピュータ16のRO
Mに格納されている。
【0026】すなわち、三角形の場合は、外角120度
ごとに分割、重ね合わせを行う。同様に、四角形の場合
は、外角90度ごとに分割、重ね合わせ、五角形の場合
は、外角72度ごとに分割、重ね合わせ、そして、六角
形の場合は、外角60度ごとに分割、重ね合わせを行
う。
【0027】さらに、ステップS11では、ステップS
9でヒストグラムの重ね合わせでできる複数のヒストグ
ラムのピーク値を検出し、ステップS13では、ステッ
プS11で検出される最大のピーク値となる分割数に基
づいて認識対象図形等の多角形の形状をデータテーブル
に基づき判定し、一連の形状認識処理動作を終了(エン
ド)する。
【0028】なお、ノイズや誤差でピーク値の比較では
誤認識する可能性があるので、全ヒストグラム面積に対
するそのピーク面積の%を求め、この%が最大となるも
のが認識分割数で、この分割数により形状を判定する。
【0029】この発明による形状認識方法および形状認
識装置は、一例としてロボットの自律移動に応用され
る。 たとえば、ロボットにこの発明の形状認識装置を
搭載し、かつ、ロボット側で認識マーク形状に対する行
動の定義を与えておけば、マーク形状の認識によりロボ
ットは自律行動できる。すなわち、走行路の途中で三角
形のマーク形状を認識した場合には、右に曲がると定義
しておけば、ロボットはこのマーク形状を認識して自律
的に走行路を右に変更できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による形状認識方法の実施例を説明す
るための法線ベクトルを含む説明図で、(a)は正三角
形の場合、(b)は正方形の場合、(c)は正五角形の
場合を示す
【図2】(a)〜(c)は図1の各図形(a)〜(c)
に対応した外角ごとに分割した各分布ヒストグラムを示
す線図である。
【図3】図2における各分布ヒストグラムを重ね合わせ
た場合のヒストグラムを示す線図である。
【図4】この発明による形状認識方法の他の実施例を説
明するための法線ベクトルを含む説明図で、正三角形の
一部が他の直線部分で形成される物体で隠されている場
合を示す。
【図5】図4に示される図形の外角120度ごと3分割
した分布ヒストグラムを示す線図である。
【図6】図5に示される分布ヒストグラムを重ね合わせ
た場合のヒストグラムを示す線図である。
【図7】この発明の形状認識方法を実行する動作の流れ
を示すフローチャートである。
【図8】この発明による形状認識装置の一例を示す概略
構成図である。
【符号の説明】
10 ・・・形状認識装置 12 ・・・カメラ(CCDカメラ) 14 ・・・入出力部(I/O) 16 ・・・コンピュータ(RAM、ROM、CPU等を
含む)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】認識対象図形の画像を撮像する第1のステ
    ップ、 前記画像のエッジを検出して濃度勾配が最も急峻な方向
    のヒストグラムを作成する第2のステップ、 前記ヒストグラムを予め決めた複数種類の異なる分割数
    で分割する第3のステップ、 分割されたヒストグラムを重ね合せる第4のステップ、
    およびヒストグラムの重ね合わせによる最大のピーク値
    を示す分割数を特定することによって前記認識対象図形
    の形状を判定する第5のステップを有する、形状認識方
    法。
  2. 【請求項2】認識対象図形の画像を撮像する撮像手段、 前記撮像手段で撮像された画像のエッジを検出して濃度
    勾配が急峻な方向のヒストグラムを作成するヒストグラ
    ム作成手段、 前記ヒストグラム作成手段で作成されたヒストグラムを
    予め決めた複数種類の異なる分割数で分割する分割手
    段、 前記分割手段により分割されたヒストグラムを重ね合わ
    せて最大のピーク値を検出する検出手段、および、前記
    検出手段により検出されたピーク値に基づき前記認識対
    象図形の形状を判定する判定手段を備える、形状認識装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008158831A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Giken Torasutemu Kk ノイズ処理方法
JP2015522194A (ja) * 2012-07-09 2015-08-03 シズベル テクノロジー エス.アール.エル. 勾配ヒストグラムに基づいて画像記述子を変換する方法および関連する画像処理装置

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