JP2004206164A - 画像処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１ウインドウ内で走査される各対象部分画像領域Ｓｊの背景における隣接画素間の微小な濃度差が、パターンマッチングに悪影響を及ぼさないこと。
【解決手段】テンプレートＳ０および対象部分画像領域Ｓｊの画素列で隣接する画素の濃度ｇｎ，ｇ１ｎを表す下位のＬ１〜Ｌｉを除いて、残余の上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋによって構成される階調ｇ２ｎ，ｇ２_ｎ＋１；ｇ３ｎ，ｇ３_ｎ＋１の差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求め、濃度の精度を落とす。前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎの正または負にそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと対象部分画像領域との各画素毎に設定する。対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定し、各対象部分画像領域毎の一致数Ｅｊを求める。走査される複数ｍ０の対象部分画像領域Ｓｊ毎の一致数Ｅｊのうち、最大である対象部分画像領域の位置を求める。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像照合を行う画像処理装置は、加工・組立て・検査・運搬・荷役などの生産および物流工程、道路環境監視、車載ビジョンなどを含む高度道路交通システムなどの広い分野において、種別認識、位置姿勢計測、欠陥認識等のための中核技術として用いられ、これまでも多くの実応用システムに組み込み利用されている。これらのシステムでは、画像のグレーパターンを直接照合するグレー画像照合法が頻繁に用いられている。
【０００３】
グレー画像照合法は、テンプレートマッチング法とも呼ばれ、一般的な手順は次のとおり▲１▼〜▲４▼である。▲１▼テンプレートとなる部分画像を学習見本などから抽出し、基準画像として登録。▲２▼対象画像内を適当な走査ルールに従って、テンプレートにより順次照合していく。▲３▼照合の評価関数を最大（あるいは最小にする）とする位置を求める。▲４▼評価値がある一定基準を満たせば探索成功とする。
【０００４】
このようなテンプレートマッチング法は従来から、いわゆる正規化相関法、残差自乗和法、モーメント法および統計的符号変化法がある。正規化相関法は、ノイズの影響を防ぎ、一致をよく評価することができるが、全体的に一様な陰影の変化に対応するには、標準偏差による正規化（除算）項によらなければならず、また計算コストが多いという問題を有する。残差自乗和法は、ＳＳＤＡ法と略称され、画素濃度の差の２乗和を評価する手法であって、高速であるが、陰影変化および遮蔽に対応することができないという問題がある。モーメント法は、２次元空間曲線上への画素濃度の投影を特徴として利用する方法であり、姿勢変化に対応可能であることが最大の特徴であるが、計算コストが非常に大きく、また陰影変化および遮蔽には弱いという問題がある。統計的符号変化法は、テンプレートと対象部分画像の差において、隣接する画像濃度の符号変化の総和を演算する手法であり、陰影の変化には弱く、合成画像のようにノイズを含まない場合には照合が難しいという問題を有する。
【０００５】
テンプレートマッチング法の有する前述の問題を解決し、ノイズ、陰影、遮蔽に対してロバスト（頑丈）であり、計算コストが小さく、ハードウエア実現に好適な照明評価と言われている他の先行技術は、増分符号相関法である（非特許文献１，２参照）。
【０００６】
先行技術の増分符号相関法は、テンプレートと対象部分画像領域のそれぞれにおける画素列における隣接する画素の濃度差の正、負に対応して増分符号と称する２値論理値を対応させ、この増分符号のビット列を用いてテンプレートと対象部分画像領域との対応する画素の一致の判定を行って、各対象部分画像領域毎の一致の程度を表す評価関数を得る。
【０００７】
先行技術の増分符号相関法の新たな問題は、テンプレートと対象部分画像領域とにおける画素列で隣接する画素間に濃度の微小な差が存在しても、一致の判定は得られないので、評価関数によって得られる一致の程度が低くなり、その結果、位置検出精度が低下することである。たとえばワークをテレビカメラで撮像し、その背景が、一見、均一な濃度分布に見えるが、実はその撮像した画像に含まれる背景の隣接する画素間に微小な濃度差が、ノイズによって存在する場合でも、一致の判定が得られない。すなわちこのような微小な濃度差が存在する場合は、ワークの画像と背景の画像との境界における隣接画素間の大きな濃度差が存在する場合と同様に、一致していないことを表す増分符号が得られることになる。その結果、対象部分画像領域のテンプレートとの一致の評価が悪化してしまう。したがって、ワークの位置検出を正確に行うことができない。
【０００８】
【非特許文献１】
五十嵐悟、金子俊一、村瀬一郎：“増分符号相関法による画像照合”、社団法人 精密工学会誌、第66巻 第2号 別冊、(平成12年2月5日発行)
【非特許文献２】
五十嵐悟、金子俊一、村瀬一郎：“増分符号相関によるロバスト画像照合”、電子情報通信学会論文誌(Ｄ)、J82-D−11、No.01 pp.1-9 (1999年01月)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、たとえば背景画像などのように一見、均一に見える画像の隣接画素間に存在する微小な濃度差が、テンプレートと対象部分画像領域とのパターンマッチングに悪影響を及ぼさないようにした画像処理方法および装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め定める基準画像を形成する複数ｎ０の画素を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査し、
テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する各画素の濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの精度を低下し、こうして精度が低下された濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎを用いて、テンプレートおよび対象部分画像領域をそれぞれ形成する画素の画素列Ｇで隣接する画素の濃度の差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求め、
前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎの正または負にそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に、設定し、
テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求め、
各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊを計数して求め、
各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求めることを特徴とする画像処理方法である。
【００１１】
また本発明は、テンプレートおよび対象部分画像領域の各画素の前記複数濃度は、複数桁Ｌｋから成り、
濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの濃度の前記低下は、
テンプレートおよび各対象部分画像領域の画素列Ｇで隣接する画素の濃度を表す下位の１または複数の桁を除いて、予め定める上位桁のみとすることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、予め定める基準画像を形成する複数の画素ｎ０を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査するテンプレート走査手段と、
テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する各画素の濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの精度を低下し、こうして精度が低下された濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎを用いて、テンプレートおよび対象部分画像領域をそれぞれ形成する画素の画素列Ｇで隣接する画素の濃度の差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求める濃度差演算手段と、
前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎの正または負にそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に設定する２値論理値設定手段と、
テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求める一致判定手段と、
各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊｎを計数して求める一致計数手段と、
各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求める位置検出手段とを含むことを特徴とする画像処理装置である。
【００１３】
本発明に従えば、対象画像である１ウインドウにわたって、仮想上、テンプレートＳ０を順次的に走査して、複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊを設定し、このテンプレートと、１ウインドウ内で走査される複数ｍ０の各対象部分画像領域とにおける画素列Ｇで隣接する画素の濃度ｇｎ，ｇ１ｎの精度を落として、低い精度の濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎを求め、こうして得られた低精度の濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎの差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを演算して求める。濃度の精度を落とすためには、その一例として、各画素の濃度を表す下位の１または複数の桁Ｌ１〜Ｌｉを除く予め定める残余の上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋによって濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎを表し、こうして表された前記上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋから構成される濃度の差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求める。こうして得られた前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎの正負にそれぞれ対応して増分符号と称することができる２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートおよび対象部分画像領域の対応する各画素毎に設定する。
【００１４】
こうしてテンプレートと対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを用いて、テンプレートの画素と対象部分画像領域の対応する画素との一致を判定し、その一致判定値Ｄｊｎの各対象部分画像領域毎の合計値である一致数Ｅｊ（ｊ＝１〜ｍ０）を計数して求める。１ウインドウ内で走査された複数ｍ０の対象部分画像領域毎の一致数Ｅｊのうち、最大の一致数を有する対象部分画像領域の位置を求める。
【００１５】
このように前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求める段階で、各画素の濃度の精度を落とす。したがって画像の隣接する画素間で存在する濃度ｇｎ，ｇ１ｎの微小な差によって、テンプレートと対象部分画像領域との一致判定値Ｄｊｎが不所望に、一致していないことを表す結果になることを防ぎ、これによって一致数Ｅｊによって表される一致の程度の評価が低下することがなく、前述の微小な濃度差がパターンマッチングに悪影響を及ぼすことがない。これによって１ウインドウ内のたとえばワークなどの画像の位置検出の精度がノイズなどによって低下することなく、高い位置検出精度を達成することができる。
【００１６】
前述の最大の一致数を有する対象部分画像領域の位置を求める代りに、本発明の実施の他の形態では、各対象部分画像領域毎の一致数Ｅｊを、その対象部分画像領域に存在する画素の数ｎ０で割算して得た規格化された一致度Ｆｊのうち、一致度が表す一致の程度が最大である対象部分画像領域の位置を求めるようにしてもよい。複数ｍ０の対象部分画像領域毎の画素の数ｎ０は、相互に異なっていてもよい。
【００１７】
濃度ｇｎ，ｇ１ｎの精度を落とすために、前述のように下位桁を除く手法に代えて、その他の手法で、精度を落とすようにしてもよい。また本発明に従えば、前述のように複数ｍ０の各対象部分画像領域毎の一致数Ｅｊを比較し、最大の一致数を有する対象部分画像領域を検索して、その位置を検出する代りに、各対象部分画像領域に含まれる画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊを用いるようにしてもよい。これによって画素数が相互に異なる対象部分画像領域毎の一致数Ｅｊを正確に求めることも可能となる。
【００１８】
また本発明は、予め定める基準画像を形成する複数ｎ０の画素を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査し、
テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する画素の画素列Ｇで隣接する画素の濃度ｇｎ，ｇ１ｎの差Δｇｎ，Δｇ１ｎを求め、
前記差Δｇｎ，Δｇ１ｎが予め定める濃度の値Δｇ０以上または未満であることにそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に設定し、
テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求め、
各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊｎを計数して求め、
各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求めることを特徴とする画像処理方法である。
【００１９】
また本発明は、予め定める基準画像を形成する複数ｎ０の画素を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査するテンプレート走査手段と
テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する画素の画素列で隣接する画素の濃度ｇｎ，ｇ１ｎの差Δｇｎ，Δｇ１ｎを求める濃度差演算手段と、
前記差Δｇｎ，Δｇ１ｎが予め定める濃度の値Δｇ０以上または未満であることにそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に設定する２値論理値設定手段と、
テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求める一致判定手段と、
各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊｎを計数して求める一致計数手段と、
各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求める位置検出手段とを含むことを特徴とする画像処理装置である。
【００２０】
本発明に従えば、テンプレートおよび対象部分画像領域の隣接する画素間に存在する微小な濃度差がパターンマッチングに悪影響を及ぼすことを防ぐために、これらのテンプレートおよび対象部分画像領域の隣接する画素の濃度の差Δｇｎ，Δｇ１ｎを求め、この濃度の差Δｇｎ，Δｇ１ｎは、予め定める濃度の値Δｇ０をしきい値とし、それ以上またはそれ未満にそれぞれ対応して、増分符号と称することもできる２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートおよび対象部分画像領域の対応する画素毎に設定する。したがってテンプレートおよび対象部分画像領域における隣接する画素間の微小な濃度差が、パターンマッチングに悪影響を及ぼさないようにすることができる。この２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎによって一致が判定され、前述と同様に一致判定値Ｄｊｎが計数され、こうして一致数Ｅｊｎが得られ、複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊ毎の一致数Ｅｊのうち、最大の一致数を有する対象部分画像領域の位置を求めて検出する。
【００２１】
また本発明は、一致判定手段は、
２値論理値設定手段からのテンプレートと対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを表す出力に応答し、一致判定値Ｄｊｎ、
Ｄｊｎ＝ｂｎ・ｂ１ｎ＋（１−ｂｎ）・（１−ｂ１ｎ）
を演算することを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、一致判定値Ｄｊｎは、たとえばマイクロコンピュータなどのソフトウエアの実行によって達成され、または排他的論理和ゲートによって実現されるようにしてもよい。これによって自動的な画像処理が行われる。テンプレートと対象部分画像領域との対応する画素ｇｎ，ｇ_ｎ＋１；ｇ１ｎ，ｇ１_ｎ＋１毎の前記２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎは、これらの２値論理値が論理「１」および論理「０」の２進数で表される場合、各画素ｇｎ，ｇ１ｎにそれぞれ対応して一致判定値Ｄｊｎが、論理式によって自動的に演算して求められる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の全体の電気的構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路２には、テレビカメラ３から、撮像された複数階調を有する濃淡画像を表す画像信号が与えられ、メモリ４にストアされ、このメモリ４は、画像処理の演算のためにも用いられる。処理回路２には、操作者によって操作されて信号が処理回路２に与えられる入力手段５が接続される。処理回路２の画像処理によって、制御手段６は、搬送手段７および把持手段８の動作を制御する。これらの各手段６〜８は、画像処理装置１の出力に基づいて、たとえば加工・組立てを行う装置９を構成する。
【００２４】
図２は、図１に示される画像処理装置１および加工・組立て装置９の一部の構成を簡略化して示す斜視図である。搬送手段７は、たとえばベルトコンベアであって、ワーク１１が、矢符１２のように搬送され、一時停止されてテレビカメラ３によって視野２７が撮像される。この撮像結果の画像処理によって、加工・組立て装置９の把持手段８は、ワーク１１を搬送手段７から取出すことができる。視野２７付近は、照明灯２８によってほぼ均一な明るさで照明される。
【００２５】
図３は、テレビカメラ３によって撮像された画像処理されるべき１ウインドウ１３と、テンプレートマッチングされるべきテンプレートＳ０とを示す図である。図３（１）に示されるウインドウ１３は、図２の視野２７に対応し、ワーク１１の画像１１ａと、背景の画像１５とを含む。図３（２）に示されるテンプレートＳ０の基準画像は、ワーク１１に対応する画像１１ｂと背景の画像１６とを含む。本発明の実施の一形態では、ウインドウ１３は、横５１２×縦４８０画素であり、テンプレートＳ０は、横６４×縦６４画素を有する。ウインドウ１３のワーク画像１１ａとテンプレートＳ０のワーク画像１１ｂとは同一寸法形状を有してもよい。
【００２６】
図４は、ウインドウ１３を拡大して示す簡略化した平面図である。このウインドウ１３は、前述のようにカメラ３によって撮像された画像である。このウインドウ１３にわたって、仮想上、テンプレートＳ０が走査される。この走査された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊ（ただしｊ＝１〜ｍ０）は、テンプレートＳ０と、テンプレートマッチングされる。図４に示される対象部分画像領域Ｓｊは、前述のようにウインドウ１３を走査され、この対象部分画像領域Ｓｊの対応するテンプレートＳ０が有する画素は、濃度と同一の参照符ｇ１，ｇ２，…，ｇｎ，ｇ_ｎ＋１，…，ｇｎ０で示される。テンプレートＳ０に対応する対象部分画像領域Ｓｊに含まれる各画素とその濃度とは、参照符ｇ１ｎ，ｇ１_ｎ＋１のように、参照符ｇに代えてｇ１を用いることにする。
【００２７】
図５は、テンプレートＳ０を用いて順次的な走査を行うウインドウ１３を簡略化して示す図である。１ウインドウ１３内で対象部分画像領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｊ，…，Ｓｍ０が、横方向１８および縦方向１９に、１または複数の画素分ずれて順次的な走査が行われる。
【００２８】
再び図４を参照して、拡大して示される対象部分画像領域Ｓｊは、ウインドウ１３に対応して画素ｇ１，ｇ２，…，ｇｎ，ｇ_ｎ＋１，…，ｇｎ０を有する。ウインドウ１３は複数Ｎの画素を有し、各対象部分画像領域Ｓｊはテンプレートと同様に複数ｎ０の画素を有する。
【００２９】
図６は、ウインドウ１３の各画素の濃度を説明するための図である。各画素毎の濃度は、複数ｋの桁の２進数で表され、たとえばこの実施の形態では桁数ｋ＝８であり、最下位の桁Ｌ１〜最上位の桁Ｌｋを有し、２５６（＝２^８）の階調を有する。
【００３０】
図７は、処理回路２の動作を説明するためのフローチャートである。ステップａ１では、テンプレートＳ０に関する２値論理値ｂｎを、そのテンプレートＳ０の画素列Ｇ＝｛ｇｎ｝_{ｎ＝１，２，…，ｎ０＋１}に対応する長さｎ０の増分符号と称することができる２値論理値のビット列Ｂ＝｛ｂｎ｝_{ｎ＝１，２，…，ｎ０}を作り、また同様にしてカメラ３によるウインドウ１３を構成する入力画像のテンプレートＳ０に対応する複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊ（ｊ＝１〜ｍ０）毎の各画素列で隣接する画素ｇ１ｎ，ｇ１_ｎ＋１間の増分符号と称することができる２値論理値ｂ１ｎを演算して求める。テンプレートＳ０に関する２値論理値ｂｎの演算を簡略化して記載すると、次の式１のとおりとなる。
【００３１】
【数１】

【００３２】
図８は、処理回路２による図７のステップａ１の動作をさらに具体的に示すフローチャートである。図８のステップｐ１では、カメラ３による撮像画像を、前述のようにウインドウ１３としてメモリ４にストアする。
【００３３】
図９は、図８に示される本発明の実施の一形態の一致計算の動作を説明するための図である。テンプレートＳ０の各画像の濃度ｇｎは前述の図６に示されるようにｋ桁で表され、そのうち下位の１または複数ｉの桁Ｌ１〜Ｌｉを除く残余の予め定める上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋによって構成される濃度ｇ２ｎは、図９のメモリ領域２１に、テンプレートＳ０の各画素に対応してストアされる。たとえばｉ＝２であってもよい。
【００３４】
ウインドウ１３を走査される対象部分画像領域Ｓｊの各画像毎の濃度ｇ１ｎに関しても同様に、下位の１または複数ｉの桁Ｌ１〜Ｌｉを除く残余の予め定める上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋによって濃度ｇ３ｎが表され、メモリ領域２２内にストアされる。
【００３５】
テンプレートＳ０に関する後述の２値論理値ｂｎは、テンプレートＳ０の各画素に対応してメモリ領域２３にストアされる。また同様にして各対象部分画像領域Ｓｊに関する２値論理値ｂ１ｎは、対象部分画像領域Ｓｊの各画素に対応してメモリ領域２４にストアされる。こうして得られるテンプレートＳ０の２値論理値ｂｎと、対象部分画像領域Ｓｊの２値論理値ｂ１ｎとの一致の計算が、図７の後述するステップａ３で行われる。メモリ領域２１〜２４は、メモリ４に含まれる。
【００３６】
再び図８を参照して、ステップｐ２では、画素の順番を表す変数ｎを１に初期化し、次のステップｐ３では、図９のテンプレートＳ０での画素の濃度ｇｎを読出し、次のステップｐ４において前述のように上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋによって構成される階調ｇ２ｎを求める。またステップｐ５で、画素列Ｇ＝｛ｇｎ｝_{ｎ＝１，２，…，ｎ０＋１}で隣接する画素の濃度ｇ_ｎ＋１を読出し、ステップｐ６では、前述の予め定める上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋによって構成される階調ｇ２_ｎ＋１を読出して求める。
【００３７】
ステップｐ７では、隣接する画素間の濃度差Δｇ２ｎを、ステップｐ４，ｐ６で得た濃度ｇ２ｎ，ｇ２_ｎ＋１を用いて求める。
Δｇ２ｎ ＝ ｇ２_ｎ＋１−ｇ２_ｎ …（２）
【００３８】
ステップｐ８では、濃度の差Δｇ２ｎが、正または零であるか、すなわち
Δｇ２ｎ ≧ ０ …（３）
であるかが判断され、そうであれば次のステップｐ９で２値論理値ｂｎを、論理「０」に設定する。
【００３９】
ステップｐ８の判断が否定、すなわち
Δｇ２ｎ ＜ ０ …（４）
であれば、ステップｐ１０で２値論理値ｂｎを、論理「１」に設定する。
【００４０】
ステップｐ１１では、画素列Ｇの順序ｎが１だけインクリメントされ、テンプレートＳ０の合計ｎ０個の画素に関して濃度の差が求められていなければ、ステップｐ１２からステップｐ３に戻って演算を繰返す。こうして図９のメモリ領域２３には、テンプレートＳ０に関する２値論理値ｂｎが各画素ｇｎに対応してストアされることになる。テンプレートＳ０に関する図８の動作は、簡略化して式１のように表すことにする。
【００４１】
対象部分画像領域Ｓｊの各画素の濃度ｇ１ｎ，ｇ１_ｎ＋１に関しても、図８と同様な演算が行われ、前述のメモリ領域２２に予め定める上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋの濃度ｇ３ｎ，ｇ３_ｎ＋１がストアされて得られ、これによってメモリ領域２４には対象部分画像領域Ｓｊに関する２値論理値ｂ１ｎが各画素ｇ１ｎに対応してストアされる。
【００４２】
再び図７を参照して、ステップａ１で前述のようにメモリ領域２３，２４で２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートＳ０および各対象部分画像領域Ｓｊ毎に関して求めた後、ステップａ２では、テンプレートＳ０と１つの対象部分画像領域Ｓｊとの一致に関する演算のための初期化を行う。ステップａ３では、テンプレートＳ０および対象部分画像領域Ｓｊにおける対応する画素毎の２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎとを用いて、２進数の２値で表される一致判定値Ｄｊｎを演算する。
Ｄｊｎ ＝ ｂｎ・ｂ１ｎ＋（１−ｂｎ）・(１−ｂ１ｎ) …（５）
この式５の演算は、表１に示される。
【００４３】
【表１】

【００４４】
ステップａ４では、前記一致判定値Ｄｊｎの数を計数して加算し、画素数ｎ個分にわたる一致数Ｅｊｎを、求める。
【００４５】
【数２】

【００４６】
ステップａ５では、テンプレートＳ０とともに演算された１つの対象部分画像領域Ｓｊの各画素毎の２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎの演算が終了したかどうか、すなわちｎ＞（ｎ０＋１）であるかが判断され、そうでなければ、ｎが１だけインクリメントされ、ステップａ３に戻る。
【００４７】
こうして１つの対象部分画像領域Ｓｊに関する一致判定値Ｄｊｎおよび一致数Ｅｊｎの演算が各画素毎の２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎの演算の度に、実行される。こうして１つの対象部分画像領域Ｓｊの全ての画素数ｎ０に関して、一致判定値Ｄｊｎおよび一致数Ｅｊが演算されて終了すると、ステップａ６では、その対象部分画像領域Ｓｊに関する一致度Ｆｊが演算される。
Ｆｊ ＝ （１／ｎ０）・Ｅｊ …（７）
【００４８】
ステップａ７では、対象部分画像領域Ｓｊのサーチ範囲である１ウインドウ１３の走査が完了したか、すなわちｊ＞（ｎ０＋１）であるかが判断され、そうでなければ、予め定める画素数分だけずらして次の走査すべき対象部分画像領域Ｓ_ｊ＋１を設定し、ステップａ２に戻る。こうして１ウインドウ１３内で、全数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊの走査を完了する。こうしてメモリ４には、表２の情報がストアされる。
【００４９】
【表２】

【００５０】
ステップａ９では、全ての対象部分画像領域Ｓ１〜Ｓｍ０に対応した一致度Ｆ１〜Ｆｍ０のうち、最も大きい一致度、すなわち最一致度を検索して出力する。ステップａ１０では、最も大きい一致度が得られた対象部分画像領域Ｓｊの位置、すなわち座標を出力する。こうして検出された位置に、ワーク１１が存在するものと判断することができる。制御手段６は、処理回路２からの検出位置を表す信号に応答し、把持手段８を駆動して、検出位置に存在するワーク１１を把持して搬送手段７から取出す動作を行う。
【００５１】
図１０は、本発明の実施の他の形態の処理回路２の動作を説明するためのフローチャートである。図１０に示される実施の形態は、前述の図１〜図９の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、図１０のステップｃ１における濃度の差Δｇｎおよびその濃度の差Δｇｎに基づく２値論理値ｂｎの演算手法が前述の図７のステップａ１とは異なる。図１０のステップｃ２〜ｃ１０は、前述の図７のステップａ２〜ａ１０と同様である。図１０のステップｃ１におけるテンプレートＳ０に関する２値論理値ｂｎは、簡略化して式８で表される。
【００５２】
【数３】

【００５３】
図１１は、図１０のステップｃ１の処理回路２による動作を説明するためのフローチャートである。ステップｄ１では、カメラ３によって撮像されたウインドウ１３の画像が前述のようにメモリ４にストアされる。先ずテンプレートＳ０に関して、ステップｄ２では、画素の順番の値ｎを１に初期化し、ステップｄ３では、その画素の濃度ｇｎを読出し、また次のステップｄ４では、画素列Ｇで隣接する画素の濃度ｇ_ｎ＋１を読出す。ステップｄ５では、濃度の差Δｇｎを演算して求める。
Δｇｎ ＝ ｇ_ｎ＋１−ｇｎ …（９）
【００５４】
濃度ｇｎ，ｇ_ｎ＋１は、全ての桁ｋを有する値であり、たとえばこの実施の形態ではｋ＝８であって、全ての階調は２５６である。
【００５５】
ステップｄ６では、濃度の差Δｇｎが予め定める濃度のしきい値Δｇ０以上であるか、すなわち
Δｇｎ ≧ Δｇ０ …（10）
が成立するかが判断され、そうであればステップｄ７で２値論理値ｂｎを論理「１」に設定し、前述の濃度ｇｎを有する画素に対応して、前述の図９のメモリ領域２３と同様にしてストアする。
【００５６】
ステップｄ６の判断が否定、すなわち
Δｇｎ ＜ Δｇ０ …（11）
であればステップｄ８で、２値論理値ｂｎを論理「０」に設定してストアする。ステップｄ９では、画素の順番の値ｎが１だけインクリメントされ、テンプレートＳ０の全ての画素数ｎ０を超えていれば、すなわちｎ≧ｎ０＋１でなければ、ステップｄ３に戻り、画素列の隣接する次の画素に関して演算を繰返す。こうして前述の簡略化して示される式８が演算される。
【００５７】
１ウインドウ１３を順次的に走査される対象部分画像領域Ｓｊに関しても、図１１と同様な演算が行われる。その参照符は、理解の便宜のために前述の実施の形態と同一の参照符を用いることにし、こうしてテンプレートＳ０の演算と同様に、対象部分画像領域の各領域Ｓｊの各画素ｇ１ｎ，ｇ１_ｎ＋１および２値論理値ｂ１ｎが図１１の演算によって得られる。予め定める濃度の値Δｇ０は、全階調数が２５６に定められるとき、たとえば４などの値であってもよい。
【００５８】
こうして図１０のステップｃ１、したがって図１１に示される演算によって得られた２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎに関して、前述の実施の形態と同様に図１０のステップｃ２〜ｃ１０が実行され、複数ｍ０の対象部分画像領域Ｓｊのうち、一致度Ｆｊが最も大きい対象部分画像領域Ｓｊの位置を検出することができる。図１０のステップｃ２〜ｃ１０は、図７のステップａ２〜ａ１０と同様である。図１０および図１１に示される実施の形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１〜図９の実施の形態と同様である。
【００５９】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態の処理回路２の動作を説明するための図である。この図１２に示される実施の形態は、前述の図１０および図１１に関連して前述した実施の形態に類似する。注目すべきはこの実施の形態では、前述の図１１におけるステップｄ６における式１０，１１の演算が、メモリ４に予めストアされているルック・アップ・テーブル（略称ＬＵＴ）を参照して行われる。テンプレートの画素列Ｇの隣接する画素ｇｎ，ｇ_ｎ＋１間の濃度の差Δｇｎが＋２５５〜−２５５まで変化するとき、２値論理値ｂｎは、このテーブルに基づき、予め定めるしきい値Δｇ０に基づいて決定される。この実施の形態によれば、しきい値Δｇ０を変更することが容易であるという利点がある。
【００６０】
図１２に示される実施の形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１０および図１１に示される実施の形態と同様であり、図１０のステップｃ１には、図１２に示される実施の形態に関して「または図１２のＬＵＴ法」と、理解を容易にするために、図示してある。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、テンプレートＳ０と、１ウインドウ内の走査される対象部分画像領域Ｓｊとにおいて対応する画素毎の増分符号と呼ぶことができる２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを求めるにあたり、（１）濃度の精度を落とし、たとえば複数ｋの桁Ｌ１〜Ｌｋで表される各画素毎の濃度の下位の１または複数桁Ｌ１〜Ｌｉを除く残余の上位桁Ｌ_ｉ＋１〜Ｌｋを用い、または（２）濃度の差Δｇｎ，Δｇ１ｎが予め定める濃度の値Δｇ０以上または未満にそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを設定する。こうして１ウインドウ内で走査される各対象部分画像領域のたとえば背景などに存在する隣接画素間のノイズなどによる微小な濃度差が存在しないものと判定することができる。これによって画素列Ｇで隣接する画素間の微小な濃度差に起因した一致判定値Ｄｊの一致数Ｅｊまたは一致度Ｆｊが低下することを防ぎ、１ウインドウ内におけるテンプレートの画像と同一画像が存在する対象部分画像領域の位置を、高い精度で検出することができるようになる。こうして隣接画素間の微小な濃度差が、テンプレートと対象部分画像領域とのパターンマッチングに悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図７に示される画像処理装置１および加工・組立て装置９の一部の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図３】テレビカメラ３によって撮像された画像処理されるべき１ウインドウ１３と、テンプレートマッチングされるべきテンプレートＳ０とを示す図である。
【図４】ウインドウ１３を拡大して示す簡略化した平面図である。
【図５】テンプレートＳ０を用いて順次的な走査を行うウインドウ１３を簡略化して示す図である。
【図６】ウインドウ１３の各画素の濃度を説明するための図である。
【図７】処理回路２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】処理回路２による図７のステップａ１の動作をさらに具体的に示すフローチャートである。
【図９】図１〜図８に示される本発明の実施の一形態の一致計算の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態の処理回路２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１０のステップｃ１の処理回路２による動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態の処理回路２の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 画像処理装置
２ 処理回路
３ テレビカメラ
４ メモリ
１３ ウインドウ
２１〜２４ メモリ領域

Claims (7)

1. 予め定める基準画像を形成する複数ｎ０の画素を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査し、
   テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する各画素の濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの精度を低下し、こうして精度が低下された濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎを用いて、テンプレートおよび対象部分画像領域をそれぞれ形成する画素の画素列Ｇで隣接する画素の濃度の差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求め、
   前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎの正または負にそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に、設定し、
   テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求め、
   各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊを計数して求め、
   各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求めることを特徴とする画像処理方法。
2. テンプレートおよび対象部分画像領域の各画素の前記複数濃度は、複数桁Ｌｋから成り、
   濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの濃度の前記低下は、
   テンプレートおよび各対象部分画像領域の画素列Ｇで隣接する画素の濃度を表す下位の１または複数の桁を除いて、予め定める上位桁のみとすることを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
3. 予め定める基準画像を形成する複数ｎ０の画素を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査し、
   テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する画素の画素列Ｇで隣接する画素の濃度ｇｎ，ｇ１ｎの差Δｇｎ，Δｇ１ｎを求め、
   前記差Δｇｎ，Δｇ１ｎが予め定める濃度の値Δｇ０以上または未満であることにそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に設定し、
   テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求め、
   各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊｎを計数して求め、
   各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求めることを特徴とする画像処理方法。
4. 予め定める基準画像を形成する複数の画素ｎ０を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査するテンプレート走査手段と、
   テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する各画素の濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの精度を低下し、こうして精度が低下された濃度ｇ２ｎ，ｇ３ｎを用いて、テンプレートおよび対象部分画像領域をそれぞれ形成する画素の画素列Ｇで隣接する画素の濃度の差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎを求める濃度差演算手段と、
   前記差Δｇ２ｎ，Δｇ３ｎの正または負にそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に設定する２値論理値設定手段と、
   テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求める一致判定手段と、
   各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊｎを計数して求める一致計数手段と、
   各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求める位置検出手段とを含むことを特徴とする画像処理装置。
5. テンプレートおよび対象部分画像領域の各画素の前記複数濃度は、複数桁Ｌｋから成り、
   濃度差演算手段の濃度を表す値ｇｎ，ｇ１ｎの濃度の前記低下は、
   テンプレートおよび各対象部分画像領域の画素列Ｇで隣接する画素の濃度を表す下位の１または複数の桁を除いて、予め定める上位桁のみとすることを特徴とする請求項４記載の画像処理装置。
6. 予め定める基準画像を形成する複数ｎ０の画素を有し、各画素が複数濃度を有するテンプレートＳ０を、１ウインドウにわたって順次的に走査するテンプレート走査手段と
   テンプレートおよび１ウインドウ内の走査によって設定された複数ｍ０の各対象部分画像領域Ｓｊをそれぞれ形成する画素の画素列で隣接する画素の濃度ｇｎ，ｇ１ｎの差Δｇｎ，Δｇ１ｎを求める濃度差演算手段と、
   前記差Δｇｎ，Δｇ１ｎが予め定める濃度の値Δｇ０以上または未満であることにそれぞれ対応して、２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを、テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎に設定する２値論理値設定手段と、
   テンプレートと各対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値の一致を判定して一致判定値Ｄｊｎを求める一致判定手段と、
   各対象部分画像領域毎の前記一致判定値Ｄｊｎが得られた画素の一致数Ｅｊｎを計数して求める一致計数手段と、
   各対象部分画像領域Ｓｊ毎の前記一致数Ｅｊ、または前記一致数Ｅｊを各対象部分画像領域の画素数ｎ０で割算して規格化した一致度Ｆｊが最大である対象部分画像領域の位置を求める位置検出手段とを含むことを特徴とする画像処理装置。
7. 一致判定手段は、
   ２値論理値設定手段からのテンプレートと対象部分画像領域との対応する画素毎の前記２値論理値ｂｎ，ｂ１ｎを表す出力に応答し、一致判定値Ｄｊｎ、
   Ｄｊｎ＝ｂｎ・ｂ１ｎ＋（１−ｂｎ）・（１−ｂ１ｎ）
   を演算することを特徴とする請求項４〜６のうちの１つに記載の画像処理装置。

Images