JP2004326728A - Device, method and program of pattern detection, and computer-readable recording medium - Google Patents

Device, method and program of pattern detection, and computer-readable recording medium Download PDF

Info

Publication number
JP2004326728A
JP2004326728A JP2003273785A JP2003273785A JP2004326728A JP 2004326728 A JP2004326728 A JP 2004326728A JP 2003273785 A JP2003273785 A JP 2003273785A JP 2003273785 A JP2003273785 A JP 2003273785A JP 2004326728 A JP2004326728 A JP 2004326728A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
input image
registered
pattern detection
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003273785A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4339037B2 (en
Inventor
Shigeru Daimatsu
繁 大松
Masafumi Yoshioka
理文 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keyence Corp
Original Assignee
Keyence Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keyence Corp filed Critical Keyence Corp
Priority to JP2003273785A priority Critical patent/JP4339037B2/en
Publication of JP2004326728A publication Critical patent/JP2004326728A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4339037B2 publication Critical patent/JP4339037B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost and speedy pattern detection method without any complicated processing such as inverse Fourier transform in an image processing by which a registered image is retrieved from an input image. <P>SOLUTION: The pattern detection method comprises a transforming step, discretizing step, discrete Fourier transforming step, calculating steps, and sensing step. In the transforming step, rectangular coordinates of the registered image and input image are transformed into logarithm/polar coordinate respectively. In the discretizing step, discretizing is performed in a given sampling period. In the discrete Fourier transforming step, the transformation is performed with a discretized registered image and input image. In the calculating steps, calculation of a phase limitation composition is performed on the basis of the registered image and input image which have been discrete Fourier transformed. Calculating a corrected input image is performed after multiplying a complex conjugate to the input image to which the discrete Fourier transforming is performed. Calculating a correlation value is performed with the corrected input image and the registered image. Detecting a pattern of the registered image in the input image is performed on the basis of the calculated correlation value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えばパターンサーチやパターンマッチング、位置検出等に利用される画像等のデータ処理に関する技術であって、予め登録された所定の登録データを、サーチの対象となる入力データ中から検索するパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。   The present invention relates to a technique relating to data processing of an image or the like used for pattern search, pattern matching, position detection, and the like, and searches for predetermined registered data registered in advance from input data to be searched. The present invention relates to a pattern detection device, a pattern detection method, a pattern detection program, and a computer-readable recording medium.

画像処理は、工場における電子部品の製造や実装など、様々な分野で使用されている。特に、ビデオなどで撮像した映像をデータ化して、この中から所望のパターンを探し出すパターンマッチングは、位置決めなどの用途で利用されている。パターンマッチングの例を図1に示す。図1に示す入力画像は、領域を複数の画素Gに分割したマトリックス状の配列で構成している。この図に示すように、入力画像のエリアSA1を予め登録された登録画像RF1を所定量移動させながら正規化相関法などの手法によりマッチングを行い、検出したい画像OBの位置する座標を求める。   Image processing is used in various fields such as manufacturing and mounting of electronic components in factories. In particular, pattern matching for converting a video captured by a video or the like into data and searching for a desired pattern from the data is used for applications such as positioning. FIG. 1 shows an example of pattern matching. The input image shown in FIG. 1 is configured in a matrix arrangement in which an area is divided into a plurality of pixels G. As shown in this figure, matching is performed by a technique such as a normalized correlation method while moving a registered image RF1 registered in advance in an area SA1 of an input image by a predetermined amount to obtain coordinates at which an image OB to be detected is located.

このような画像パターンの検出に関する手法は様々なものが開発されている。一般に画像データから詳細な特徴量抽出を行う手法ほど、正確な検出が可能となる反面、必要な計算量やデータ量が膨大となり、これに対応可能な高速、大容量の設備が要求される。そこで、組み込み機器などに実装可能な仕様で、かつ実用に耐え得る精度と速度を備える画像検索システムが望まれており、研究が進んでいる。   Various techniques for detecting such an image pattern have been developed. In general, the more detailed the feature amount is extracted from image data, the more accurate the detection becomes possible, but the required amount of calculation and data becomes enormous, and high-speed, large-capacity equipment that can cope with this is required. Therefore, an image search system that has specifications that can be mounted on an embedded device or the like and that has accuracy and speed that can withstand practical use is desired, and research is progressing.

例えば、上述した正規化相関法では、登録画像と入力画像との一致度を、2つのデータ群の関係を演算する正規化相関により求める。正規化相関によるマッチングでは、サーチ領域内で登録画像を1画素ずつずらしながら入力画像との間の相関値を計算し、最大の相関値が得られる位置に登録画像が存在するとみなし、そのときの一致度を求める。   For example, in the above-described normalized correlation method, the degree of coincidence between a registered image and an input image is obtained by a normalized correlation that calculates the relationship between two data groups. In the matching by the normalized correlation, the correlation value between the input image and the registered image is calculated while shifting the registered image by one pixel within the search area, and it is considered that the registered image exists at a position where the maximum correlation value is obtained. Find the degree of coincidence.

正規化相関法に関して、例えば位相限定相関を利用したパターン抽出装置が開発されている(特許文献1)。この手法の概要を図2に示す。まず、入力画像中から検索したい登録画像をフーリエ変換することによって、振幅成分と位相成分(周波数成分s)に分離する。ここで、画像の振幅成分は画像を構成する画素の濃淡に関する情報であり、一方の位相成分は画像の構造に関する情報である。位相限定相関法は、フーリエ位相相関とも呼ばれ、フーリエ変換を用いて相関を計算する過程において、振幅成分の情報量を削除している。言い換えると、画像の濃淡でなく形状に関する位相成分を取り扱うことにより、画像の類似を判定する。   Regarding the normalized correlation method, for example, a pattern extraction device using phase-only correlation has been developed (Patent Document 1). An outline of this technique is shown in FIG. First, a registered image to be searched from an input image is subjected to Fourier transform, thereby separating it into an amplitude component and a phase component (frequency component s). Here, the amplitude component of the image is information relating to shading of pixels constituting the image, and one phase component is information relating to the structure of the image. The phase-only correlation method is also called a Fourier phase correlation, and removes an information amount of an amplitude component in a process of calculating a correlation using a Fourier transform. In other words, the similarity of the images is determined by handling the phase components related to the shape, not the shading of the images.

一方、入力画像についても同様にフーリエ変換し、位相成分を抽出する。そして、これら登録画像および入力画像の位相成分を合成する。そして、これを逆フーリエ変換することで登録画像と入力画像の相関画像を得ることができる。   On the other hand, the input image is similarly Fourier-transformed to extract a phase component. Then, the phase components of the registered image and the input image are combined. Then, a correlation image between the registered image and the input image can be obtained by performing an inverse Fourier transform on this.

位相限定相関法は、通常の相関を行う方法に比べて同一のものを識別する特性が優れている。図3に、登録画像と入力画像を同じとして相互相関をとった自己相関の結果を、(a)通常の相関と(b)位相限定相関についてそれぞれ示している。自己相関では本来相関値が最大となるべきであるところ、図3(a)に示すように通常の相関では相関値が不規則に変化するブロードな波形となっている。一方の位相限定相関では、中央部にデルタ関数状のピークが得られ、同一画像であることが明確に判別されている。また、この方法では位置ずれの検出も正確に行うことができる。図4に、登録画像を水平に移動させた入力画像について位相限定相関を演算した結果を示す。この図に示すように、入力画像の位置ずれに応じてデルタ関数状のピークの位置がずれている。ピークの位置は、位置ずれの方向と変位量に対応している。このように、位相限定相関のピーク位置を測定することで極めて正確な位置ずれ検出が可能となる。   The phase-only correlation method is superior in the characteristic of identifying the same one as compared with a method of performing a normal correlation. FIG. 3 shows the results of autocorrelation obtained by performing cross-correlation with the same registered image and input image for (a) normal correlation and (b) phase-only correlation. In the autocorrelation, the correlation value should originally be the maximum, but as shown in FIG. 3A, the normal correlation has a broad waveform in which the correlation value changes irregularly. On the other hand, in the phase-only correlation, a delta function-like peak is obtained in the center, and it is clearly determined that the images are the same. Further, in this method, the displacement can be accurately detected. FIG. 4 shows a result of calculating a phase-only correlation for an input image obtained by horizontally moving a registered image. As shown in this figure, the position of the delta function-like peak is shifted according to the position shift of the input image. The position of the peak corresponds to the direction of displacement and the amount of displacement. As described above, by measuring the peak position of the phase-only correlation, it is possible to detect a position shift extremely accurately.

正規化相関法では、以上のようにして画像間の相互相関を求めることができる。ただ、この手法ではそのままでは回転に対して不変ではないため、回転を含む画像の検出に利用することはできない。上記の例において、登録された登録画像が、検索対象の入力画像中に同じ姿勢で存在している場合は、入力画像を順次走査することで、パターンマッチングを実行できる。しかしながら、登録画像が傾いていたり回転した状態で入力画像中に存在する場合は、通常のパターンマッチングによりそのまま走査しただけでは検出できない。この場合は、登録画像を所定の角度で回転させ、回転毎にパターンマッチングを繰り返すリピートマッチング検索を行う必要がある。この方法では、回転角のピッチに応じて計算量が肥大化し必要な演算処理が膨大になるという問題があった。   In the normalized correlation method, the cross-correlation between images can be obtained as described above. However, since this method is not invariant to rotation as it is, it cannot be used for detecting an image including rotation. In the above example, if the registered images that are registered are present in the same orientation in the input image to be searched, pattern matching can be performed by sequentially scanning the input images. However, if the registered image exists in the input image in a tilted or rotated state, it cannot be detected by simply scanning as it is by normal pattern matching. In this case, it is necessary to perform a repeat matching search in which the registered image is rotated at a predetermined angle and pattern matching is repeated for each rotation. In this method, there is a problem that the amount of calculation is enlarged in accordance with the pitch of the rotation angle and the necessary arithmetic processing becomes enormous.

これに対して、画像中の各画素のx、y座標を極座標に変換することで、回転不変の正規化相関を得ることができる(非特許文献1)。例えば、上記の位相限定相関を利用したパターン抽出装置において、図5に示すように入力画像中から検索したい登録画像を先ず極座標変換すると、図6に示すように回転移動量を平行移動量に変換される。この極座標系に基づいてフーリエ変換を行うことによって、平行移動量を演算でき、さらにこれを逆フーリエ変換すれば回転量を演算することが可能となる。例えば離散値のフーリエ変換X(k)に対して、逆フーリエ変換x(n)は以下の数1で求められる。   On the other hand, by converting the x and y coordinates of each pixel in the image into polar coordinates, a rotation-invariant normalized correlation can be obtained (Non-Patent Document 1). For example, in the pattern extraction device using the above-described phase-only correlation, first, as shown in FIG. 5, when a registered image to be searched from an input image is first subjected to polar coordinate conversion, the rotational movement amount is converted into a parallel movement amount as shown in FIG. Is done. By performing the Fourier transform based on the polar coordinate system, the amount of parallel movement can be calculated, and by performing the inverse Fourier transform thereof, the amount of rotation can be calculated. For example, for a discrete value Fourier transform X (k), an inverse Fourier transform x (n) can be obtained by the following equation (1).

Figure 2004326728
Figure 2004326728

しかしながら、上記の位相限定相関法では、いずれの場合も逆フーリエ変換が必須となるという問題があった。パターン検出方法では、実用的な利用を考えると処理の負担を軽減し、かつ高速化することが必須となる。位相限定相関法は一旦フーリエ変換して位相成分を合成した後、相関画像に戻すために逆フーリエ変換を行っている。ただ、逆フーリエ変換の実行には三角関数の演算が含まれること等から、演算が複雑になり実行のためのコストがかさむという問題があった。複雑な演算の実行には処理の負荷がかかるため、これに見合う高級な回路が必要となり、かつ処理量の増大に対応して処理の高速化も要求されるため、消費電力も増大する。このように処理速度や記憶領域、電源容量といったハードウェア的な面で高スペックが要求されると、実用レベルの回路への実装が困難となる。例えば小型の組込機器への実装を考えると、コスト、電源容量、実装面積等の制約から、利用可能な演算装置や、記憶容量に自ずと制約が生じるため、複雑な演算を行う手法では高負荷となり実装が困難であるという問題があった。
特許3035654号 佐々木慶文他「回転およびスケール変化に不変な位相限定画像照合の性能評価」第45回自動制御連合講演会(2002年11月26日−27日)
However, the above-described phase-only correlation method has a problem that an inverse Fourier transform is required in any case. In the pattern detection method, it is essential to reduce the processing load and increase the speed in consideration of practical use. In the phase-only correlation method, after Fourier transform is performed once to synthesize phase components, an inverse Fourier transform is performed to return to a correlation image. However, the execution of the inverse Fourier transform involves the operation of a trigonometric function and the like, so that there has been a problem that the operation is complicated and the cost for execution is increased. The execution of a complicated operation imposes a processing load, and a high-level circuit corresponding to the processing load is required. In addition, a higher processing speed is required in response to an increase in the processing amount, so that power consumption is also increased. As described above, when high specifications are required in terms of hardware such as processing speed, storage area, and power supply capacity, it is difficult to implement the circuit in a practical level circuit. For example, when considering mounting on a small embedded device, the available computing devices and storage capacity are naturally limited due to restrictions on cost, power supply capacity, mounting area, and the like. And there is a problem that mounting is difficult.
Patent No. 3035654 Yoshifumi Sasaki et al. "Performance Evaluation of Phase-Only Image Matching Invariant to Rotation and Scale Change" The 45th Automatic Control Alliance Lecture (November 26-27, 2002)

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、回転状態の登録画像等のデータの検索が可能で、かつ安価に実現可能なパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem. An object of the present invention is to provide a pattern detection device, a pattern detection method, a pattern detection program, and a computer-readable recording medium that can search for data such as a registered image in a rotating state and that can be realized at low cost. is there.

上記目的を実現するために、本発明の請求項1に係るパターン検出装置は、予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出を行うパターン検出装置であって、外部から入力画像を入力し保持するための入力画像記憶部1と、検出すべき登録画像を記憶するための登録画像記憶部2と、前記入力画像記憶部1および登録画像記憶部2から各々の画像データを読み取り、登録画像および入力画像を構成する各画素の極座標に基づきそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき位相成分を抽出して、位相成分を合成して得られる位相限定合成の複素共役をフーリエ変換された入力画像に積算して入力画像を補正し、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算し、演算された相関値に基づき入力画像中から登録画像のパターン検出を行うための画像処理部3とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a pattern detection device according to claim 1 of the present invention is a pattern detection device that performs pattern detection in image processing for searching a registered image registered in advance from an input image, and An input image storage unit 1 for inputting and holding an input image, a registered image storage unit 2 for storing a registered image to be detected, and respective image data from the input image storage unit 1 and the registered image storage unit 2 Is read, a Fourier transform is performed based on the polar coordinates of each pixel constituting the registered image and the input image, a phase component is extracted based on the registered image and the input image subjected to the Fourier transform, and a phase component obtained by combining the phase components is obtained. The composite complex conjugate is added to the Fourier-transformed input image to correct the input image, and a correlation value between the corrected input image and the registered image is calculated. Characterized in that it comprises an image processing unit 3 for performing pattern detection of the registered image from the input image based on the correlation value.

これによって、入力画像中に登録画像が回転した状態で含まれていても、言い換えると入力画像と登録画像に位相のずれがあっても、位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。特に逆フーリエ変換を行わずとも実行できるので、計算コストを安価に抑えることができる。   Thus, even if the registered image is included in the input image in a rotated state, in other words, even if there is a phase shift between the input image and the registered image, pattern detection that eliminates the influence of the phase shift is realized. . In particular, since the calculation can be performed without performing the inverse Fourier transform, the calculation cost can be reduced.

また、本発明の請求項2のパターン検出装置は、予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出を行うパターン検出装置であって、外部から入力画像を入力し保持するための入力画像記憶部1と、検出すべき登録画像を記憶するための登録画像記憶部2と、前記入力画像記憶部1および登録画像記憶部2から各々の画像データを読み取り、登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換する極座標変換部と、前記極座標変換部で変換された登録画像および入力画像の極座標を、それぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部でサンプリングされた登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換する離散フーリエ変換部と、前記離散フーリエ変換部でフーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算する位相限定合成部と、前記フーリエ変換部でフーリエ変換された入力画像に前記位相限定合成部で演算された位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するための複素共役積算部と、前記複素共役積算部で補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する相関演算部と、前記相関演算部で演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うパターン検出部とを備えることを特徴とする。   A pattern detecting apparatus according to a second aspect of the present invention is a pattern detecting apparatus for performing pattern detection in image processing for searching for a registered image registered in advance from an input image, and externally inputs and holds an input image. Image storage unit 1 for storing a registered image to be detected, read image data from the input image storage unit 1 and the registered image storage unit 2, read the registered image A polar coordinate conversion unit that converts the rectangular coordinates of each pixel constituting the image into polar coordinates, a sampling unit that samples the polar coordinates of the registered image and the input image converted by the polar coordinate conversion unit at a predetermined sampling cycle, and A discrete Fourier transform unit for performing a discrete Fourier transform on the registered image and the input image sampled by the sampling unit, Based on the registered image and the input image that have been Fourier transformed by the discrete Fourier transform unit, a phase-only composition unit that computes phase-only composition, and the input image that has been Fourier transformed by the Fourier transform unit is computed by the phase-only composition unit. A complex conjugate integrating section for integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis to calculate a corrected input image, and a correlation for calculating a correlation value between the input image corrected by the complex conjugate integrating section and the registered image. An arithmetic unit and a pattern detecting unit that detects a pattern of a registered image from an input image based on the correlation value calculated by the correlation calculating unit.

さらに、本発明の請求項3のパターン検出装置は、請求項1または2のパターン検出装置であって、前記極座標変換部が各画素の直交座標をそれぞれ対数・極座標に変換することを特徴とする。   Furthermore, the pattern detecting device according to claim 3 of the present invention is the pattern detecting device according to claim 1 or 2, wherein the polar coordinate conversion unit converts the orthogonal coordinates of each pixel into logarithmic / polar coordinates. .

これによって、画像の回転のみならず拡大縮小に対しても位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。   This realizes pattern detection in which the influence of the phase shift is eliminated not only for image rotation but also for scaling.

また、本発明の請求項4のパターン検出方法は、予め登録された登録データを入力データ中から検索するパターン検出方法であって、登録データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、入力データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、前記フーリエ変換された登録データおよび入力データから位相限定合成を演算するステップと、前記フーリエ変換された入力データに位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力データを演算するステップと、補正された入力データと登録データとの相関値を演算するステップと、演算された相関値に基づき、入力データ中から登録データの検出を行うステップとを備えることを特徴とする。   A pattern detection method according to a fourth aspect of the present invention is a pattern detection method for searching registered data registered in advance from input data, and performs a Fourier transform based on polar coordinates of each data constituting the registered data. Performing a Fourier transform based on polar coordinates of each data constituting the input data, calculating a phase-only combination from the registered data and the input data subjected to the Fourier transform, and applying the Fourier transform to the input data subjected to the Fourier transform. Calculating the corrected input data by integrating the complex conjugates of the phase-only synthesis, calculating the correlation value between the corrected input data and the registered data, and calculating the input data based on the calculated correlation value. And detecting registered data from the inside.

これによって、入力データ中に登録データに位相のずれがあっても、位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。特に逆フーリエ変換を行わずとも実行できるので、計算コストを安価に抑えることができる。   As a result, even if there is a phase shift in the registered data in the input data, pattern detection that eliminates the influence of the phase shift is realized. In particular, since the calculation can be performed without performing the inverse Fourier transform, the calculation cost can be reduced.

さらに、本発明の請求項5のパターン検出方法は、予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出方法であって、登録画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、入力画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、前記フーリエ変換された登録画像および入力画像から位相限定合成を演算するステップと、前記フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するステップと、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算するステップと、演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うステップとを備えることを特徴とする。   Further, a pattern detection method according to claim 5 of the present invention is a pattern detection method in image processing for searching a pre-registered registered image from an input image, wherein the Fourier transform is performed based on polar coordinates of each pixel constituting the registered image. Performing a transform, performing a Fourier transform based on polar coordinates of each pixel constituting the input image, calculating a phase-only combination from the registered image and the input image subjected to the Fourier transform, and performing the Fourier transform. Calculating the corrected input image by integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis to the input image; calculating the correlation value between the corrected input image and the registered image; and And performing a pattern detection of the registered image from the input image.

これによって、入力画像中に登録画像が回転した状態で含まれていても、言い換えると入力画像と登録画像に位相のずれがあっても、位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。特に逆フーリエ変換を行わずとも実行できるので、計算コストを安価に抑えることができる。   Thus, even if the registered image is included in the input image in a rotated state, in other words, even if there is a phase shift between the input image and the registered image, pattern detection that eliminates the influence of the phase shift is realized. . In particular, since the calculation can be performed without performing the inverse Fourier transform, the calculation cost can be reduced.

さらにまた、本発明の請求項6のパターン検出方法は、予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出方法であって、登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換するステップと、極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化するステップと、離散化された登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換するステップと、離散フーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算するステップと、前記離散フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するステップと、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算するステップと、演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うステップとを備えることを特徴とする。   Furthermore, a pattern detection method according to claim 6 of the present invention is a pattern detection method in image processing for searching a registered image registered in advance from an input image, wherein the orthogonality of each pixel constituting the registered image and the input image is determined. Converting the coordinates into polar coordinates, respectively, discretizing the registered image and the input image displayed in polar coordinates at a predetermined sampling cycle, and performing discrete Fourier transform on the discretized registered image and the input image, respectively. Calculating a phase-only combination based on the registered image and the input image subjected to the discrete Fourier transform, and calculating a corrected input image by integrating the complex conjugate of the phase-only combination with the input image subjected to the discrete Fourier transform Calculating a correlation value between the corrected input image and the registered image; and calculating the calculated phase value. Based on the values, characterized in that it comprises a step of performing pattern detection of the registered image from the input image.

さらにまた、本発明の請求項7のパターン検出方法は、請求項6のパターン検出方法であって、極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、その画素の周辺の画素の周辺の画素に基づいて平滑化を行うことを特徴とする。   Furthermore, the pattern detection method according to claim 7 of the present invention is the pattern detection method according to claim 6, wherein sampling is performed when each of the registered image and the input image displayed in polar coordinates is discretized at a predetermined sampling cycle. The method is characterized in that smoothing is performed on each pixel of the registered image and the input image based on pixels around the pixel around the pixel.

これによって、量子化誤差を平滑化し、対象となる画素に重み付けを持たせた極座標変換が実現される。   Thereby, the quantization error is smoothed, and the polar coordinate conversion in which the target pixel is weighted is realized.

さらにまた、本発明の請求項8のパターン検出方法は、請求項6または7のパターン検出方法であって、極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、所定の条件を満たす直交座標上の点を、対応する極座標上の点に各画素の振幅成分を加算することによって集約化することを特徴とする。   Furthermore, the pattern detection method according to claim 8 of the present invention is the pattern detection method according to claim 6 or 7, wherein when the registered image and the input image displayed in polar coordinates are each discretized at a predetermined sampling cycle, For each pixel of the sampled registered image and input image, a point on orthogonal coordinates that satisfies a predetermined condition is aggregated by adding the amplitude component of each pixel to a corresponding point on polar coordinates. I do.

これによって、サンプリングにより離散化された極座標データを集約できる。   Thereby, the polar coordinate data discretized by sampling can be collected.

さらにまた、本発明の請求項9のパターン検出方法は、請求項5から8のいずれかのパターン検出方法であって、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、振幅成分が所定の閾値以上の画素について積算することことを特徴とする。   Furthermore, a pattern detection method according to a ninth aspect of the present invention is the pattern detection method according to any one of the fifth to eighth aspects, wherein an amplitude component is calculated when calculating a correlation value between the corrected input image and the registered image. Are integrated for pixels having a predetermined threshold value or more.

これによって、登録画像において振幅成分の小さいデータを演算から排除でき、演算量を低減して処理の負担減、高速化に寄与し得る。   As a result, data having a small amplitude component in the registered image can be excluded from the calculation, and the amount of calculation can be reduced to contribute to a reduction in processing load and an increase in speed.

さらにまた、本発明の請求項10のパターン検出方法は、請求項5から9のいずれかのパターン検出方法であって、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、各画素の振幅成分の変位量に基づき加重平均をとることにより、振幅成分に基づく強調処理を行うことを特徴とする。   A pattern detection method according to a tenth aspect of the present invention is the pattern detection method according to any one of the fifth to ninth aspects, wherein each pixel is calculated when a correlation value between the corrected input image and the registered image is calculated. The emphasis processing based on the amplitude component is performed by taking a weighted average based on the displacement amount of the amplitude component.

これによって、登録画像において振幅成分の小さいデータを演算から排除でき、演算量を低減すると共に誤差の影響を抑えて安定化させ、なおかつ振幅成分の大きいデータに基づいて演算を行えるので、結果の信頼性も向上する。   As a result, data having a small amplitude component in the registered image can be excluded from the calculation, the amount of calculation can be reduced, the effect of errors can be suppressed and the operation can be stabilized, and the calculation can be performed based on the data having a large amplitude component. The performance is also improved.

さらにまた、本発明の請求項11のパターン検出方法は、請求項4から10のいずれかのパターン検出方法であって、登録データおよび入力データを構成する各データの座標をそれぞれ対数・極座標に変換することを特徴とする。   Furthermore, the pattern detection method according to claim 11 of the present invention is the pattern detection method according to any one of claims 4 to 10, wherein the coordinates of each data constituting the registration data and the input data are respectively converted to logarithmic / polar coordinates. It is characterized by doing.

これによって、画像の回転のみならず拡大縮小に対しても位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。   This realizes pattern detection in which the influence of the phase shift is eliminated not only for image rotation but also for scaling.

また、本発明の請求項12のパターン検出プログラムは、予め登録された登録データを入力データ中から検索するパターン検出プログラムであって、コンピュータに、登録データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、入力データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、前記フーリエ変換された登録データおよび入力データから位相限定合成を演算する機能と、前記フーリエ変換された入力データに位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力データを演算する機能と、補正された入力データと登録データとの相関値を演算する機能と、演算された相関値に基づき、入力データ中から登録データの検出を行う機能とを実現させるためのパターン検出プログラムである。   A pattern detection program according to a twelfth aspect of the present invention is a pattern detection program for retrieving registered data registered in advance from input data, wherein the computer performs a Fourier search based on polar coordinates of each data constituting the registered data. A function of performing a transform, a function of performing a Fourier transform based on polar coordinates of each data constituting the input data, a function of calculating a phase-only combination from the registered data and the input data subjected to the Fourier transform, and a function of performing the Fourier transform. A function of calculating the corrected input data by integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis to the input data, a function of calculating a correlation value between the corrected input data and the registered data, and a function of calculating the correlation value based on the calculated correlation value. , A pattern detection program for realizing a function of detecting registered data from input data.

これによって、入力画像中に登録画像が回転した状態で含まれていても、言い換えると入力画像と登録画像に位相のずれがあっても、位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。特に逆フーリエ変換を行わずとも実行できるので、計算コストを安価に抑えることができる。   Thus, even if the registered image is included in the input image in a rotated state, in other words, even if there is a phase shift between the input image and the registered image, pattern detection that eliminates the influence of the phase shift is realized. . In particular, since the calculation can be performed without performing the inverse Fourier transform, the calculation cost can be reduced.

さらに、本発明の請求項13のパターン検出プログラムは、予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出プログラムであって、コンピュータに、登録画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、入力画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、前記フーリエ変換された登録画像および入力画像から位相限定合成を演算する機能と、前記フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算する機能と、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する機能と、演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行う機能とを実現させるためのパターン検出プログラムである。   Further, a pattern detection program according to a thirteenth aspect of the present invention is a pattern detection program in an image processing for searching a registered image registered in advance from an input image, the computer being provided with a polar coordinate of each pixel constituting the registered image. A function for performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each pixel constituting the input image, a function for performing a phase-only combination from the registered image and the input image subjected to the Fourier transform, A function to calculate the corrected input image by integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis into the converted input image, a function to calculate the correlation value between the corrected input image and the registered image, and a function to calculate the calculated correlation. This is a pattern detection program for realizing a function of detecting a pattern of a registered image from an input image based on a value.

さらにまた、本発明の請求項14のパターン検出プログラムは、予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出プログラムであって、コンピュータに、登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換する機能と、極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する機能と、離散化された登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換する機能と、離散フーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算する機能と、前記離散フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算する機能と、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する機能と、演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行う機能とを実現させるためのパターン検出プログラムである。   Still further, a pattern detection program according to a fourteenth aspect of the present invention is a pattern detection program in image processing for searching a pre-registered registered image from an input image, and stores, in a computer, each of the registered image and the input image. A function of converting the rectangular coordinates of pixels into polar coordinates, a function of discretizing a registered image and an input image displayed in polar coordinates at a predetermined sampling period, and a discrete Fourier transform of the discretized registered image and input image, respectively Based on the registered image and the input image subjected to the discrete Fourier transform, and a function to calculate the phase-only combination.The corrected input is obtained by integrating the complex conjugate of the phase-only combination with the discrete Fourier-transformed input image. A function for calculating the image, a function for calculating the correlation value between the corrected input image and the registered image, and a function for calculating the correlation value. Based on the correlation value, a pattern detecting program for realizing a function of performing pattern detection of the registered image from the input image.

さらにまた、本発明の請求項15のパターン検出プログラムは、請求項14のパターン検出プログラムであって、極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、その画素の周辺の画素の周辺の画素に基づいて平滑化を行うことを特徴とする。   Still further, a pattern detection program according to a fifteenth aspect of the present invention is the pattern detection program according to the fourteenth aspect, wherein each of the registered image and the input image displayed in polar coordinates is sampled when discretized at a predetermined sampling cycle. The method is characterized in that smoothing is performed on each pixel of the registered image and the input image based on pixels around the pixel around the pixel.

これによって、量子化誤差を平滑化し、対象となる画素に重み付けを持たせた極座標変換が実現される。   Thereby, the quantization error is smoothed, and the polar coordinate conversion in which the target pixel is weighted is realized.

さらにまた、本発明の請求項16のパターン検出プログラムは、請求項14または15のパターン検出プログラムであって、極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、所定の条件を満たす直交座標上の点を、対応する極座標上の点に各画素の振幅成分を加算することによって集約化することを特徴とする。   Furthermore, a pattern detection program according to claim 16 of the present invention is the pattern detection program according to claim 14 or 15, wherein when the registered image and the input image displayed in polar coordinates are each discretized at a predetermined sampling cycle, For each pixel of the sampled registered image and input image, a point on orthogonal coordinates that satisfies a predetermined condition is aggregated by adding the amplitude component of each pixel to a corresponding point on polar coordinates. I do.

これによって、サンプリングにより離散化された極座標データを集約できる。   Thereby, the polar coordinate data discretized by sampling can be collected.

さらにまた、本発明の請求項17のパターン検出プログラムは、請求項14から16のいずれかのパターン検出プログラムであって、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、振幅成分が所定の閾値以上の画素について積算することことを特徴とする。   Furthermore, a pattern detection program according to a seventeenth aspect of the present invention is the pattern detection program according to any one of the fourteenth to sixteenth aspects, wherein an amplitude component is calculated when a correlation value between the corrected input image and the registered image is calculated. Are integrated for pixels having a predetermined threshold value or more.

これによって、登録画像において振幅成分の小さいデータを演算から排除でき、演算量を低減して処理の負担減、高速化に寄与し得る。   As a result, data having a small amplitude component in the registered image can be excluded from the calculation, and the amount of calculation can be reduced to contribute to a reduction in processing load and an increase in speed.

さらにまた、本発明の請求項18のパターン検出プログラムは、請求項14から17のいずれかのパターン検出プログラムであって、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、各画素の振幅成分の変位量に基づき加重平均をとることにより、振幅成分に基づく強調処理を行うことを特徴とする。   Furthermore, a pattern detection program according to claim 18 of the present invention is the pattern detection program according to any one of claims 14 to 17, wherein each pixel is calculated when calculating a correlation value between a corrected input image and a registered image. The emphasis processing based on the amplitude component is performed by taking a weighted average based on the displacement amount of the amplitude component.

これによって、登録画像において振幅成分の小さいデータを演算から排除でき、演算量を低減すると共に誤差の影響を抑えて安定化させ、なおかつ振幅成分の大きいデータに基づいて演算を行えるので、結果の信頼性も向上する。   As a result, data having a small amplitude component in the registered image can be excluded from the calculation, the amount of calculation can be reduced, the effect of errors can be suppressed and the operation can be stabilized, and the calculation can be performed based on the data having a large amplitude component. The performance is also improved.

さらにまた、本発明の請求項19のパターン検出プログラムは、請求項12から18のいずれかのパターン検出プログラムであって、登録データおよび入力データを構成する各データの座標をそれぞれ対数・極座標に変換することを特徴とする。   Furthermore, a pattern detection program according to a nineteenth aspect of the present invention is the pattern detection program according to any one of the twelfth to eighteenth aspects, wherein the coordinates of each data constituting the registration data and the input data are respectively converted to logarithmic / polar coordinates. It is characterized by doing.

これによって、画像の回転のみならず拡大縮小に対しても位相のずれによる影響を排除したパターン検出が実現される。   This realizes pattern detection in which the influence of the phase shift is eliminated not only for image rotation but also for scaling.

また、本発明の請求項20のコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、請求項12から19のいずれかのパターン検出プログラムを記録したものである。記録媒体には、CD−ROM、CD−R、CD−RWやフレキシブルディスク、磁気テープ、MO、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD+R、DVD−RW、DVD+RWなどの磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。また上記のプログラムは、ネットワークを介してダウンロード可能な形態も含まれる。   According to a twentieth aspect of the present invention, a computer-readable recording medium records the pattern detection program according to any one of the twelfth to nineteenth aspects. Recording media include magnetic disks such as CD-ROM, CD-R, CD-RW, flexible disk, magnetic tape, MO, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD + R, DVD-RW, and DVD + RW, and optical disks. , A magneto-optical disk, a semiconductor memory, and other media capable of storing programs. The above-mentioned program also includes a form that can be downloaded via a network.

本発明のパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体によれば、入力画像中から任意形状の登録画像を回転や拡大縮小に関わらず高速に検索可能である。特に、本発明のパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体では、位相限定相関に逆フーリエ変換を使用せず、複素共役を乗算することによって登録画像の回転や拡大縮小にロバストな(不変性のある)パターン検出を得ている。これによって画像間相関値の演算を主として積和演算によって実行でき、逆フーリエ変換の実行に必要な三角関数等の複雑な演算を省くことができる。このため演算の負荷が低減され、処理が軽量化されるので、演算のための回路構成を簡素にして消費電力の低減、処理速度の向上を図ることができ、さらにリピートマッチング検索のような回転変換が不要であることと相まって計算量自体が大きく低減されるため、さらに高速化に寄与し、比較的小規模な装置にも実装可能な安価なパターン検出が実現される。また、振幅成分に基づく処理を付加することで、さらに正確なパターン検出が得られる。特に振幅の小さいデータを無視し、振幅の大きいデータを強調することで、差異が強調されて確実なパターン検出が得られ易くなるという利点がある。   According to the pattern detection device, the pattern detection method, the pattern detection program, and the computer-readable recording medium of the present invention, a registered image of an arbitrary shape can be searched at high speed from an input image regardless of rotation or enlargement / reduction. In particular, in the pattern detection device, the pattern detection method, the pattern detection program and the computer-readable recording medium of the present invention, the rotation of the registered image can be performed by multiplying the phase-only correlation by the complex conjugate without using the inverse Fourier transform. Robust (invariant) pattern detection for scaling has been obtained. As a result, the calculation of the inter-image correlation value can be mainly performed by the product-sum operation, and a complicated operation such as a trigonometric function required for performing the inverse Fourier transform can be omitted. As a result, the computational load is reduced and the processing is reduced in weight, so that the circuit configuration for the computation can be simplified to reduce power consumption and improve the processing speed. Since the amount of calculation itself is greatly reduced in combination with the fact that conversion is not required, an inexpensive pattern detection that contributes to higher speed and can be implemented on a relatively small-scale device is realized. Further, by adding a process based on the amplitude component, more accurate pattern detection can be obtained. In particular, by ignoring data having a small amplitude and emphasizing data having a large amplitude, there is an advantage that a difference is emphasized and a reliable pattern detection is easily obtained.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するためのパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を例示するものであって、本発明はパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を以下のものに特定しない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a pattern detection device, a pattern detection method, a pattern detection program, and a computer-readable recording medium for embodying the technical idea of the present invention. The invention does not specify a pattern detection device, a pattern detection method, a pattern detection program, and a computer-readable recording medium as follows.

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらにまた、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。   Further, in this specification, in order to make it easy to understand the claims, the numbers corresponding to the members described in the embodiments will be referred to as “claims” and “means for solving the problems”. Column). However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments. In addition, the size, positional relationship, and the like of the members illustrated in each drawing may be exaggerated for clarity of description. Further, in the following description, the same names and reference numerals denote the same or similar members, and a detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and one member also serves as the plurality of elements, or conversely, the function of one member may be determined by a plurality of members. It can also be realized by sharing.

本明細書においてパターン検出装置とは、主に位相限定相関法を使用したパターン検出を実行可能なハードウェアを指す。このハードウェアは、例えば図7に示すような構成で、汎用もしくは専用のパーツや回路、装置で構成される。ただしこれ以外にも、汎用の回路やコンピュータにソフトウェアやプログラム、プラグイン、オブジェクト、ライブラリ、アプレット、コンパイラなどを組み込んで位相限定相関法を使用したパターン検出を実施可能としたものもパターン検出装置に含む。つまり本発明の実施の形態は、ハードウェア的に構成することもできるし、ソフトウェア的に実現することもできる。ソフトウェアとして実現する場合、位相限定相関法を使用したパターン検出方法は汎用あるいはカスタマイズされた専用のコンピュータ、ワークステーション、端末、携帯型電子機器、PDA、ページャ、スマートフォンその他の電子デバイスにおいて、プログラムとして実行される。   In this specification, a pattern detection device refers to hardware capable of mainly performing pattern detection using a phase-only correlation method. This hardware has a configuration as shown in FIG. 7, for example, and is composed of general-purpose or dedicated parts, circuits, and devices. However, besides this, a pattern detection device that incorporates software, programs, plug-ins, objects, libraries, applets, compilers, etc. into a general-purpose circuit or computer and enables pattern detection using the phase-only correlation method is also included in the pattern detection device. Including. That is, the embodiment of the present invention can be configured as hardware or can be realized as software. When implemented as software, the pattern detection method using the phase-only correlation method can be executed as a program on general-purpose or customized dedicated computers, workstations, terminals, portable electronic devices, PDAs, pagers, smartphones, and other electronic devices. Is done.

[パターン検出装置]
本発明の実施の形態に係るパターン検出装置を図7に基づいて説明する。図7に示すパターン検出装置は、外部から画像データを入力する入力画像記憶部1と、パターン検出すべき登録画像を記憶する登録画像記憶部2と、これら入力画像記憶部1および登録画像記憶部2に接続されて各々の画像データを読み取り、パターン検出に必要な各種の処理を行う画像処理部3と、画像処理部3でパターン検出を行うための制御や必要な設定を行うための制御部4と、パターン検出結果を表示するための表示部5と、ユーザがパターン検出装置の操作や設定を行うための入力部6とを備える。なお、相互の部材同士の関係や接続形態は図7に示す例に限定されず、例えば画像処理部3と制御部4を入れ替えたり、入力部6と表示部5を共通としたりすることも可能である。
[Pattern detector]
A pattern detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The pattern detection device shown in FIG. 7 includes an input image storage unit 1 for externally inputting image data, a registered image storage unit 2 for storing a registered image to be subjected to pattern detection, an input image storage unit 1 and a registered image storage unit 2, an image processing unit 3 for reading each image data and performing various processes required for pattern detection, and a control unit for controlling the image processing unit 3 to perform pattern detection and performing necessary settings 4, a display unit 5 for displaying a pattern detection result, and an input unit 6 for a user to operate and set the pattern detection device. Note that the relationship and connection form between the members are not limited to the example shown in FIG. 7. For example, the image processing unit 3 and the control unit 4 may be replaced, or the input unit 6 and the display unit 5 may be shared. It is.

入力画像記憶部1は、これに接続される画像ソース7から入力される画像をデータとして記憶する。例えば、撮像カメラで撮影されたリアルタイムの画像や、予め記録された再生画像などを入力画像とし、これを例えばA/Dコンバータでアナログ信号からデジタル信号に変換して二値化データや多階調のグレースケールデータなどの画像データとする。入力画像記憶部1には入力画像データを記憶するメモリ、例えば揮発性メモリであるRAMなどが使用される。   The input image storage unit 1 stores an image input from an image source 7 connected thereto as data. For example, a real-time image captured by an imaging camera or a previously recorded reproduced image is used as an input image, which is converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter, for example, to obtain binary data or multi-tone data. Image data such as gray scale data. As the input image storage unit 1, a memory that stores input image data, for example, a RAM that is a volatile memory is used.

登録画像記憶部2は、パターン検出でサーチしたい画像のデータを記憶するものある。パターン検出実行に先立ち、サーチの基準となる所望の登録画像を予め登録しておく。例えば、入力画像記憶部1と同様に外部の画像ソース7と接続して(例えば入力画像記憶部1と切り替えるようにして)登録画像を含む画像データを入力する。ユーザは取り込まれた画像中から、登録画像としたい領域を指定する。指定された領域を登録画像として、登録画像記憶部2に保持する。登録画像記憶部には、不揮発性のROMや揮発性のRAMなどが使用できる。   The registered image storage unit 2 stores data of an image to be searched by pattern detection. Prior to execution of pattern detection, a desired registered image serving as a search reference is registered in advance. For example, similarly to the input image storage unit 1, the image data including the registered image is input by connecting to an external image source 7 (for example, by switching to the input image storage unit 1). The user specifies an area to be a registered image from the captured image. The designated area is stored in the registered image storage unit 2 as a registered image. As the registered image storage unit, a nonvolatile ROM, a volatile RAM, or the like can be used.

画像処理部3は、入力画像記憶部1および登録画像記憶部2からそれぞれ入力画像データ、登録画像データを読み取って、パターン検出を行う作業領域となる。画像処理部3に接続された制御部4は、入力画像記憶部1および登録画像記憶部2から画像データを呼び出すアドレスを指定する。制御部4はCPUやシステムLSI、ASIC等で構成され、制御部4に指定されたアドレスに従って画像処理部3は必要な画像データを読み出し、パターン検出を実施する。パターン検出を実行するために、画像処理部3と制御部4は、登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換する極座標変換部と、極座標変換部で変換された登録画像および入力画像の極座標を、それぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング部と、サンプリング部でサンプリングされた登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換する離散フーリエ変換部と、離散フーリエ変換部でフーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算する位相限定合成部と、フーリエ変換部でフーリエ変換された入力画像に位相限定合成部で演算された位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するための複素共役積算部と、複素共役積算部で補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する相関演算部と、相関演算部で演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うパターン検出部として機能する。   The image processing unit 3 serves as a work area for reading input image data and registered image data from the input image storage unit 1 and the registered image storage unit 2 and performing pattern detection. The control unit 4 connected to the image processing unit 3 specifies an address for calling image data from the input image storage unit 1 and the registered image storage unit 2. The control unit 4 includes a CPU, a system LSI, an ASIC, and the like. The image processing unit 3 reads necessary image data according to an address designated by the control unit 4 and performs pattern detection. In order to perform pattern detection, the image processing unit 3 and the control unit 4 convert a rectangular coordinate of each pixel constituting the registered image and the input image into polar coordinates, and a registration converted by the polar coordinate converting unit. A sampling unit that samples the polar coordinates of the image and the input image at a predetermined sampling cycle, a discrete Fourier transform unit that performs a discrete Fourier transform on the registered image and the input image sampled by the sampling unit, and a Fourier transform that uses the discrete Fourier transform unit Based on the registered image and the input image obtained, a phase-only synthesis unit that calculates phase-only synthesis, and integrates the complex conjugate of the phase-only synthesis calculated by the phase-only synthesis unit with the input image Fourier-transformed by the Fourier transform unit And a complex conjugate accumulator for calculating the corrected input image. The input image and the correlation calculation unit for calculating a correlation value between the registration image, based on the correlation values calculated by the correlation calculating unit, functions as pattern detecting unit for performing pattern detection of the registered image from the input image.

画像処理部3と制御部4で実行されたパターン検出の結果は、表示部5にて表示される。あるいは、その後の処理のために外部接続機器に出力される。一方、ユーザは入力部6からパターン検出装置を操作する。入力部6はマウスやキーボード、スライドパッド、タブレット、デジタイザ、ライトペン、テンキー、ジョグダイヤル、タッチパッド、アキュポイント、タッチパネルなどの各種ポインティングデバイスが利用できる。例えばパターン検出装置をコンピュータで実現する場合、入力部6はコンピュータに接続されたマウスやキーボードなどの入出力デバイスで、表示部5はディスプレイ、画像処理部3および制御部4はCPU、入力画像記憶部1および登録画像記憶部2はメモリに相当する。   The result of the pattern detection performed by the image processing unit 3 and the control unit 4 is displayed on the display unit 5. Alternatively, it is output to an externally connected device for subsequent processing. On the other hand, the user operates the pattern detection device from the input unit 6. As the input unit 6, various pointing devices such as a mouse, a keyboard, a slide pad, a tablet, a digitizer, a light pen, a numeric keypad, a jog dial, a touch pad, an accu point, and a touch panel can be used. For example, when the pattern detection device is implemented by a computer, the input unit 6 is an input / output device such as a mouse or a keyboard connected to the computer, the display unit 5 is a display, the image processing unit 3 and the control unit 4 are a CPU, and an input image storage. The unit 1 and the registered image storage unit 2 correspond to a memory.

[位相限定相関法]
次に、本発明の実施の形態1に係る位相限定相関法を用いたパターン検出方法について、図8および図9のフローチャートに基づき説明する。パターンマッチングまたはパターンサーチは、予め検索したい登録画像を登録しておき、サーチ対象領域である入力画像を走査して登録されたパターンを検索していく画像の検索方法である。本実施の形態では、位相限定相関を応用して回転不変な画像間相関に基づくパターン検出を行っている。具体的には、対象となる登録画像を極座標系に変換し、円周方向に離散フーリエ変換を行った後、位相限定相関を用いて回転ずれによる画像間の位相差を補正することにより、回転不変な画像間相関値を求める。以下、基本原理を図8に基づき説明する。
[Phase-only correlation method]
Next, a pattern detection method using the phase-only correlation method according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The pattern matching or pattern search is a method of searching for an image in which a registered image to be searched is registered in advance, and an input image as a search target area is scanned to search for a registered pattern. In the present embodiment, pattern detection based on rotation-invariant image correlation is performed by applying phase-only correlation. Specifically, the target registered image is converted to a polar coordinate system, and after performing a discrete Fourier transform in the circumferential direction, the phase difference between the images due to the rotational displacement is corrected using the phase-only correlation, thereby rotating the image. An invariant correlation value between images is obtained. Hereinafter, the basic principle will be described with reference to FIG.

[極座標変換ステップ]
まず、パターン検出の対象となる入力画像と事前に登録された登録画像を、それぞれ極座標系で表現する。ステップS1では、外部の画像ソースなどから取得された入力画像が入力画像記憶部から画像処理部に取得され、直交座標系(x,y)上でI(x,y)、登録画像記憶部から取得された登録画像がI(x,y)として与えられる。ステップS2で、これらの直交座標を以下の数2に基づき極座標(ρ,θ)上に変換し、極座標上の入力画像をI(ρ,θ)、登録画像をI(ρ,θ)として表現する。ここでρは絶対値、θは偏角である。なお、入力画像と登録画像が直交座標を介さず直接極座標系で与えられる場合は、ステップS1は省略できる。
[Polar coordinate conversion step]
First, an input image to be subjected to pattern detection and a registered image registered in advance are respectively expressed in a polar coordinate system. In step S1, an input image obtained from an external image source or the like is obtained from the input image storage unit by the image processing unit, and I 1 (x, y) on the orthogonal coordinate system (x, y), and the registered image storage unit Is given as I 2 (x, y). In step S2, these orthogonal coordinates are converted into polar coordinates (ρ, θ) based on the following equation 2, and the input image on the polar coordinates is I 1 (ρ, θ), and the registered image is I 2 (ρ, θ). Expressed as Here, ρ is an absolute value, and θ is an argument. If the input image and the registered image are directly given in the polar coordinate system without going through the rectangular coordinates, step S1 can be omitted.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[離散フーリエ変換]
次にステップS3では極座標の離散化を行う。具体的には、入力画像I(ρ,θ)、登録画像I(ρ,θ)のそれぞれについて、半径方向(距離または変位)にサンプリング間隔TでM個、円周方向(角度または位相)に2π/NでN個のサンプリングを行い、離散値I’(r,t)、I’(r,t)(r=0,1,...,M−1;t=0,1,...,N−1)を得る。さらにステップS4で、この離散値に対して、位相tに沿って離散フーリエ変換を行う。この結果、次式数3で示すF(r,s)、F(r,s)が得られる。
[Discrete Fourier Transform]
Next, in step S3, discretization of polar coordinates is performed. Specifically, for each of the input image I 1 (ρ, θ) and the registered image I 2 (ρ, θ), the number M of sampling intervals Tr in the radial direction (distance or displacement) and the circumferential direction (angle or angle) Phase) at 2π / N, and discrete values I ′ 1 (r, t), I ′ 2 (r, t) (r = 0, 1,..., M−1; t = 0, 1, ..., N-1). Further, in step S4, a discrete Fourier transform is performed on the discrete value along the phase t. As a result, F 1 (r, s) and F 2 (r, s) expressed by the following equation (3) are obtained.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

ここで、入力画像Iが、登録画像Iを極座標r=0の点を中心としてθ回転したものであった場合、数4の関係が成立する。 Here, the input image I 1 is when the registered image I 2 were those theta 1 rotates around a point of polar coordinates r = 0, the number 4 relationship is established.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

この場合、高周波成分によるエイリアシングを無視すれば、数3のF(r,s)、F(r,s)の間には、数5の関係が成立する。 In this case, if the aliasing due to the high frequency component is neglected, the relationship of Formula 5 is established between F 1 (r, s) and F 2 (r, s) of Formula 3.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[位相限定合成]
次にステップS5で、入力画像Iおよび登録画像Iの離散フーリエ変換FおよびFに基づき、これらの位相限定合成R(s)を数6に基づいて演算する。数6に示すように、F(r,s)にF(r,s)の複素共役を乗算したものを振幅成分で除算することにより、大きさが1とされる、言い換えると振幅成分、ここでは画像の輝度情報が正規化により無視され、角度毎の位相成分のみが抽出されることになる。
[Phase-only synthesis]
In step S5, based on the discrete Fourier transform F 1 and F 2 of the input image I 1 and the registered image I 2, is calculated on the basis of these phase-only synthesis R (s) is the number 6. As shown in Equation 6, the magnitude is set to 1 by dividing the product of F 1 (r, s) by the complex conjugate of F 2 (r, s) by the amplitude component, in other words, the amplitude component. Here, the luminance information of the image is ignored by the normalization, and only the phase component for each angle is extracted.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[入力画像の補正]
数6から、各周波数sにおける回転角θによる位相のずれを抽出することができる。そしてステップS6で、上記のR(s)を用いて入力画像Fを数7のように補正し、回転による位相差の影響を排除した形の入力画像F’(r,s)に戻すことができる。数7は、フーリエ変換したF(r,s)に数6で得られたR(s)の複素共役を乗算したものである。したがって、この状態でステップS7にて入力画像と登録画像との相関値を求めれば、回転による影響を排除した状態での相関値を求めることができる。そしてステップS8にて、相関値に基づいて制御部が画像の検出を行い、必要に応じて表示部への出力等を行う。
[Correction of input image]
From 6, it is possible to extract the phase shift due to rotation angle theta 1 at each frequency s. In step S6, using the above R (s) to correct the input image F 1 as in equation 7, returned to the input image F '1 in the form in which the influence of the phase difference due to the rotation (r, s) be able to. Equation 7 is obtained by multiplying the Fourier-transformed F 1 (r, s) by the complex conjugate of R (s) obtained in Equation 6. Accordingly, in this state, if the correlation value between the input image and the registered image is obtained in step S7, it is possible to obtain the correlation value in a state in which the influence of the rotation is eliminated. Then, in step S8, the control unit detects an image based on the correlation value, and performs output to the display unit as necessary.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[応用例]
以上の方法によって、回転による位相のずれを解除した相関値を得ることができる。ただし、実際には画像取得時のノイズや量子化誤差の他、画像データが通常は直交座標上で離散的に得られること等から、極座標系への変換時に誤差が発生する。そこで、以上の基本原理を考慮して、実際に画像間の相関値を計算するためのアルゴリズムを、以下図9に基づき説明する。
[Application example]
With the above method, it is possible to obtain a correlation value in which a phase shift due to rotation has been canceled. However, in practice, in addition to noise and quantization error at the time of image acquisition, an error occurs at the time of conversion to a polar coordinate system because image data is usually obtained discretely on orthogonal coordinates. Accordingly, an algorithm for actually calculating the correlation value between images in consideration of the above basic principle will be described below with reference to FIG.

[極座標上での集約化]
ステップS’1およびS’2では、図8と同様に入力画像と登録画像の取得および直交座標から極座標への変換を行う。そしてステップS’3−1では極座標で得られたデータを離散化し、集約化する。ここでは、入力画像から、登録画像と同じ大きさの範囲を切り出し、数2とサンプリング間隔T、2π/Nを用いて直交座標から極座標への変換と、離散化を行った。この際、上述の各種誤差を軽減するため、次式数8の関係を満たす直交座標(x,y)上の点を、対応する極座標(r,t)上の点に各画素の輝度値を加算することによって集約化した。これによって離散化された画像データは、離散化された極座標上の刻幅に集約されることになる。
[Consolidation on polar coordinates]
In steps S′1 and S′2, the input image and the registered image are acquired and the conversion from the rectangular coordinates to the polar coordinates is performed as in FIG. Then, in step S′3-1, the data obtained in the polar coordinates is discretized and integrated. Here, a range having the same size as the registered image was cut out from the input image, and conversion from rectangular coordinates to polar coordinates and discretization were performed using Expression 2 and a sampling interval Tr , 2π / N. At this time, in order to reduce the above-described various errors, a point on the orthogonal coordinates (x, y) satisfying the relationship of the following equation 8 is set to a corresponding point on the polar coordinates (r, t), and the luminance value of each pixel is set. Aggregated by adding. As a result, the discretized image data is aggregated into discretized steps on the polar coordinates.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[極座標上での平滑化]
さらにステップS’3−2において、極座標上において任意の画素の周辺4近傍を用いた平滑化を、次式数9のように行う。この例では、図10に示すような平滑化フィルタを用いている。すなわち、対象となる画素に対して、その上下左右に隣接する画素を1/4倍して平滑化している。
[Smoothing on polar coordinates]
Further, in step S′3-2, smoothing using the vicinity 4 of an arbitrary pixel on the polar coordinates is performed as in the following equation 9. In this example, a smoothing filter as shown in FIG. 10 is used. That is, the pixel adjacent to the target pixel in the upper, lower, left and right directions is smoothed by 1/4 times.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[離散フーリエ変換および位相限定合成の平均化]
ステップS’4では極座標に変換された画像データに対して、数3に従って円周方向に離散フーリエ変換を行う。さらにステップS’5において、数6に基づき位相限定合成を求める。ただし、本来は同一の画像が一定角度回転している場合、半径方向に対して数6の値は不変となるはずであるが、実際には各種誤差のために変動が生じる。よってステップS’5では、半径方向の平均を求め、以下の演算ではこの平均値Rave(s)を数6の値とする。
[Averaging of discrete Fourier transform and phase-only synthesis]
In step S'4, a discrete Fourier transform is performed on the image data converted into the polar coordinates in the circumferential direction according to Equation 3. Further, in step S'5, a phase-only combination is obtained based on Expression 6. However, when the same image is originally rotated by a fixed angle, the value of Expression 6 should be invariable in the radial direction, but actually varies due to various errors. Therefore, in step S′5, an average in the radial direction is obtained, and in the following calculation, the average value R ave (s) is set to the value of Expression 6.

[振幅成分に基づく強調処理]
ステップS’6では、数7を用いて入力画像を補正しF’(r,s)を得る。そしてステップS’7において、補正後の入力画像F’(r,s)と登録画像F(r,s)の相互相関c(r)を、次式数10より演算する。この相関値に基づき、ステップS’8にて回転不変な画像検出が実行される。
[Emphasis processing based on amplitude component]
In step S′6, the input image is corrected using Expression 7, and F ′ 1 (r, s) is obtained. In step S'7, the input image F '1 (r, s) and the corrected reference image F 2 (r, s) the cross-correlation c of the (r), is calculated from the following equation number 10. Based on this correlation value, rotation-invariant image detection is performed in step S'8.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

ただし、上式においてRe(*)は*の実数部である。またGs、G(r)は次式数11で示す通りである。   However, in the above equation, Re (*) is the real part of *. Gs and G (r) are as shown in the following equation (11).

Figure 2004326728
Figure 2004326728

上記のように、各半径における画素の密度であるG(r)によって加重平均をとることにより、登録画像において画素密度の高い部分での相関が強調されることとなる。言い換えると、振幅成分(画像の輝度情報)の小さいデータを無視している。数11において、G(r)が0のデータについては、数10のc(r)は考慮されず、演算対象から除去される。0のデータとは、二値画像では黒の画素であり、画像情報のないデータである。このような画素を検索対象から除くことで、高速かつ高精度なパターン検出を実現できる。一般に画像を構成する画素の内、画素値の低い、あるいはゼロのデータからは、正確なパターン検出ができず、むしろ計算結果を不安定にして誤差を増大する。そこでこのようなデータを排除して計算の安定化を図ると共に、必要な演算量を低減して高速化に寄与する。加えて、振幅成分の大きいデータが強調されることによって、画像の内で輝度の高い、明るい部分に基づいた相関が得られる。このように振幅成分に基づく強調処理を行うことによって、振幅(スペクトル)の存在するデータのみを演算対象とし、高速でかつ回転に対してロバスト性のあるパターン検出が確実に実現される。   As described above, by taking the weighted average by G (r), which is the pixel density at each radius, the correlation in a portion having a high pixel density in the registered image is emphasized. In other words, data having a small amplitude component (image luminance information) is ignored. In Equation 11, for data in which G (r) is 0, c (r) in Equation 10 is not considered, and is removed from the calculation target. The data of 0 is a black pixel in a binary image and is data without image information. By removing such pixels from the search target, high-speed and high-accuracy pattern detection can be realized. In general, accurate data cannot be detected from data having a low or zero pixel value among the pixels constituting an image, but rather the calculation result becomes unstable and errors increase. Therefore, such data is eliminated to stabilize the calculation, and the required amount of calculation is reduced, thereby contributing to speeding up. In addition, by emphasizing data having a large amplitude component, a correlation based on a bright portion having a high luminance in an image is obtained. By performing the emphasis processing based on the amplitude component in this manner, only data having an amplitude (spectrum) is to be calculated, and pattern detection with high speed and robustness to rotation is reliably realized.

上記のパターン検出方法では、登録画像の回転角度を詳細に検討することなく、回転成分をキャンセルした形でパターン検出が実行される。このため、回転を考慮して画像を走査する必要が無くなり、平行移動成分の検出のみを扱うため格段に計算回数が低減され、低負荷で高速な演算が実現される。さらに逆フーリエ変換を行う必要が無く、また角度検出のための相関ピークの抽出ステップも不要となるため、この点においても演算が簡単で高速に実行可能なパターン検出が実現できる。   In the above-described pattern detection method, the pattern detection is executed in a form in which the rotation component is canceled without considering the rotation angle of the registered image in detail. For this reason, it is not necessary to scan the image in consideration of the rotation, and since only the detection of the translation component is handled, the number of calculations is significantly reduced, and a high-speed operation with a low load is realized. In addition, since it is not necessary to perform inverse Fourier transform and it is not necessary to perform a step of extracting a correlation peak for angle detection, it is possible to realize a pattern detection that can be easily performed at a high speed in this regard.

なお、この方法では回転に依存しないパターン検出は実行できるが、回転角度自体の検出は行われない。回転角度の検出が必要なアプリケーションにおいては、回転角度を別途計算するアルゴリズムを併用あるいは付加できることはいうまでもない。このパターン検出方法は、画像処理装置における高速かつ安価なパターンサーチ等に利用できる。例えば、製品の検査工程における画像抽出や指紋照合等に適用できる。また詳細な位置検出や回転角度検出でなく、その前処理として大まかな位置検出に利用し、その後必要に応じて検出位置近傍での角度検出を含む詳細なパターン検出を行わせることも可能である。   In this method, rotation-independent pattern detection can be performed, but rotation angle itself is not detected. It goes without saying that in an application that requires detection of the rotation angle, an algorithm for separately calculating the rotation angle can be used together or added. This pattern detection method can be used for high-speed and inexpensive pattern search in an image processing apparatus. For example, the present invention can be applied to image extraction and fingerprint collation in a product inspection process. Instead of detailed position detection and rotation angle detection, pre-processing can be used for rough position detection, and then, if necessary, detailed pattern detection including angle detection near the detection position can be performed. .

[シミュレーション実験結果]
次に、上記で説明した手法を用いた場合の有効性を確認すべく、各種画像に対するパターン検出のシミュレーション実験を行った結果を示す。
[Simulation experiment results]
Next, the results of a simulation experiment of pattern detection for various images to confirm the effectiveness when the above-described method is used will be described.

[単純な図形の相関性]
まず、図11および図12に示す単純な図形を含むテスト画像1およびテスト画像2それぞれについて、上記実施の形態に係るパターン検出方法により相関の評価を行い、この手法が回転に対し一意性を備えること、および似通った図形との相関値の差異について検証を行った。なお、本実施の形態で用いた各画像は、128×128画素の二値画像であり、極座標での格子点数は、半径方向、円周方向とも32としている。ここでは、テスト画像1を登録された登録画像とし、テスト画像1、テスト画像2を各々入力画像1、2として、入力画像を0〜π/2まで、π/18刻みで回転した場合について相関値を求めた。
[Correlation of simple figures]
First, for each of the test images 1 and 2 including the simple figures shown in FIGS. 11 and 12, the correlation is evaluated by the pattern detection method according to the above-described embodiment, and this method has uniqueness with respect to rotation. And the difference in correlation values with similar figures were verified. Each image used in the present embodiment is a binary image of 128 × 128 pixels, and the number of grid points in polar coordinates is 32 in both the radial direction and the circumferential direction. In this example, the test image 1 is a registered image, the test image 1 and the test image 2 are input images 1 and 2, respectively, and the input image is rotated from 0 to π / 2 in steps of π / 18. The value was determined.

回転角度毎に得られた相関値を、図13のグラフに示す。図において、上方の折れ線がテスト画像1の自己相関であり、下方の折れ線がテスト画像1とテスト画像2との相互相関をそれぞれ示している。この図から明らかなように、画像を回転した場合でも、登録画像1自身の自己相関の相関値が、入力画像2との相関値を常に上回っており、しかも自己相関の最小値と、入力画像2との相関値の最大値との間にも十分な開きが認められる。したがって、上記の手法によりパターン検出を行った場合、テスト画像1とテスト画像2との識別が十分可能であることが確認できる。パターン検出を実際に行うための相関値の閾値は、入力画像や登録画像によって決まるため、得られた相関値のデータから統計的に処理される。   The correlation values obtained for each rotation angle are shown in the graph of FIG. In the figure, the upper polygonal line indicates the autocorrelation of the test image 1, and the lower polygonal line indicates the cross-correlation between the test image 1 and the test image 2. As is apparent from this figure, even when the image is rotated, the correlation value of the autocorrelation of the registered image 1 itself always exceeds the correlation value with the input image 2, and the minimum value of the autocorrelation and the input image A sufficient difference is also observed between the maximum value of the correlation value and the correlation value of 2. Therefore, when pattern detection is performed by the above method, it can be confirmed that the test image 1 and the test image 2 can be sufficiently distinguished. Since the threshold value of the correlation value for actually performing pattern detection is determined by the input image and the registered image, it is statistically processed from the obtained correlation value data.

なお、図13は理想的には回転の角度に依らず上方の相関値が1のまま一定であることが望まれるが、回転角が0およびπ/2の位置を除いて自己相関値が1となっていない。すなわち、回転に対して完全に不変とはなっていない。これは、上述した極座標変換時における誤差や、画像を順次回転して入力画像を生成する際に画素位置の量子化誤差が発生し、原画像と回転後の画像が厳密に一致しなくなっているためと考えられる。特に本シミュレーション実験では二値画像を用いているため、その影響が大きくなっている。ただ、実際の応用において256階調等の多値画像を用いた場合には、画像取得時に光学系によるアンチエイリアシングがかかること等から、このような影響は少ないと考えられる。   In FIG. 13, ideally, it is desired that the upper correlation value remains constant irrespective of the rotation angle, but the autocorrelation value becomes 1 except for the positions where the rotation angle is 0 and π / 2. Not. That is, it is not completely invariant to rotation. This is because the error at the time of the polar coordinate conversion described above and the quantization error of the pixel position when the image is sequentially rotated to generate the input image occur, and the original image and the rotated image do not exactly match. It is thought that it is. Particularly, in this simulation experiment, since the binary image is used, the influence is large. However, when a multi-valued image of 256 gradations or the like is used in an actual application, such an effect is considered to be small because anti-aliasing is applied by an optical system at the time of image acquisition.

[高度な相関性]
次に、より高度な画像検出においても上記実施の形態に係るパターン検出方法が有効であることを確認するため、図14および図15のような画像をテスト画像として相関値を演算し、図14に示すテスト画像3を登録画像とした場合の自己相関、および図15に示すテスト画像4を入力画像とした場合の相関値とを比較した。その結果を図16のグラフに示す。図14および図15のテスト画像はそれぞれ、画像の中心から一定の半径の位置では画素数の分布が同一となっている。このため、入力登録画像3と入力画像4を通常の相関値で評価すれば同一と判定されてしまう。よって、中心から同一半径における画素分布を周波数領域で見る場合、位相成分を考慮しなければ判別ができないことになり、高度なパターン検出が要求される。このような高度な画像検出においても、図16に示すとおりすべての角度において自己相関との間に明確な相関値の差が認められ、入力画像3と入力画像4の相関値の最大値と自己相関の最低値と間においても明確な開きが認められ、位相成分を考慮した相関値の手法の有効性が確認できた。
[Advanced correlation]
Next, in order to confirm that the pattern detection method according to the above-described embodiment is effective even in more advanced image detection, a correlation value is calculated using an image as shown in FIGS. 15 was compared with the autocorrelation when the test image 3 was used as the registered image, and the correlation value when the test image 4 shown in FIG. 15 was used as the input image. The results are shown in the graph of FIG. Each of the test images in FIGS. 14 and 15 has the same distribution of the number of pixels at a position at a fixed radius from the center of the image. For this reason, if the input registered image 3 and the input image 4 are evaluated with normal correlation values, they are determined to be the same. Therefore, when the pixel distribution at the same radius from the center is viewed in the frequency domain, it cannot be determined unless the phase component is considered, and advanced pattern detection is required. Even in such advanced image detection, a clear difference between the autocorrelation and the autocorrelation is observed at all angles, as shown in FIG. A clear difference was observed between the minimum value of the correlation and the effectiveness of the correlation value method considering the phase component was confirmed.

[ノイズに対するロバスト性の評価]
次に、画像に含まれるノイズに対する耐性を評価するため、図11に示した画像に対してランダムに500点の画素を選択し、選択された画素の画素値を反転させることにより、ノイズの付加を行った。ノイズ付加後の画像をテスト画像5として、図17に示す。実際の製品検査等の場合、CCDカメラより取得した原画像にこのようなスパイクノイズが直接含まれることは考え難い。ただ、多値画像として画像を取得後、前処理としてSobelフィルタ等を用いてエッジ検出を行った場合に、原画像における画像の濃淡むらがこのようなノイズとなることも起こり得る。同様に入力画像2にも同様の処理を行い、入力画像6(図示せず)として、上記と同様の相関値の評価試験を行った。その結果を図18のグラフに示す。
[Evaluation of robustness against noise]
Next, in order to evaluate the resistance to noise contained in the image, 500 pixels are randomly selected from the image shown in FIG. 11 and the pixel value of the selected pixel is inverted to add noise. Was done. The image after noise addition is shown as a test image 5 in FIG. In the case of actual product inspection or the like, it is unlikely that such spike noise is directly included in the original image obtained from the CCD camera. However, when an edge is detected using a Sobel filter or the like as preprocessing after acquiring an image as a multi-valued image, unevenness in the density of the image in the original image may become such noise. Similarly, the same processing was performed on the input image 2, and an evaluation test of the same correlation value was performed as the input image 6 (not shown). The results are shown in the graph of FIG.

このシミュレーション結果より、上記と同じくテスト画像5の自己相関とテスト画像6との相関値に開きが認められ、両者の区別が可能であることが確認できる。なお、図18を見ると、図13の結果に比して、登録画像5自身の相関値が回転によって低下している。これはランダムノイズによって画像の高周波成分が増加し、数5が成立しない割合が増加したためと考えられる。ただし、この場合はテスト画像5とテスト画像6との間の相関値も自己相関値と同様に低下しており、この手法によって識別は十分可能である。ただ、実際にはこれ以上のノイズが付加された画像を扱うことは希であると思われ、本実施の形態によって実用上十分な精度をもったパターン検索が実現できる。また、上述した例はいずれも評価目的のため判別が困難な画像に対してパターン検出を実行しているが、実際のパターン検出においてはより明確な相違が検出され、十分な精度でのパターン検出が実現される。   From this simulation result, as in the above, the difference is observed in the autocorrelation of the test image 5 and the correlation value between the test image 6 and it can be confirmed that the two can be distinguished. Note that, when looking at FIG. 18, the correlation value of the registered image 5 itself decreases due to the rotation as compared with the result of FIG. It is considered that this is because the high frequency component of the image increased due to random noise, and the rate at which Equation 5 did not hold increased. However, in this case, the correlation value between the test image 5 and the test image 6 is also reduced similarly to the autocorrelation value, and the identification is sufficiently possible by this method. However, in practice, it is considered rare to handle an image to which more noise is added, and a pattern search with practically sufficient accuracy can be realized by this embodiment. In each of the examples described above, pattern detection is performed on an image that is difficult to discriminate for evaluation purposes. However, in actual pattern detection, a clearer difference is detected, and pattern detection with sufficient accuracy is performed. Is realized.

[複数の対象が含まれる入力画像からの抽出]
次に、より実際的な場合のシミュレーションとして、図19に示すように複数の文字が含まれるテスト画像7中から、対象となる文字を抽出する場合について評価を行った。ここでは、複数のアルファベットを斜め、水平に配置した入力画像中から、登録画像として図20に示すテスト画像8の「F」を検索することとした。図19のテスト画像7には、様々な傾きの「F」が3つ含まれている。なお、図19のみ、画像の大きさは512×512画素とし、図20は上記と同様128×128画素とした。この評価試験では、実施の形態に係るパターン検出方法の回転不変性の評価を目的としているので、縦、横方向のパターン走査については、単純に1画素毎に順次探索を行っている。走査の高速化を図るため、実際のアプリケーションにおいては、既知の、あるいは将来開発される他の手法と組み合わせることができる。この演算結果を図21のグラフに示す。
[Extraction from input image containing multiple objects]
Next, as a simulation in a more practical case, evaluation was performed on a case where a target character was extracted from the test image 7 including a plurality of characters as shown in FIG. Here, “F” of the test image 8 shown in FIG. 20 is searched as a registered image from an input image in which a plurality of alphabets are arranged obliquely and horizontally. The test image 7 in FIG. 19 includes three “F” s having various inclinations. 19, the size of the image is 512 × 512 pixels, and FIG. 20 is 128 × 128 pixels in the same manner as described above. Since this evaluation test aims at evaluating the rotation invariance of the pattern detection method according to the embodiment, the pattern scanning in the vertical and horizontal directions is simply performed sequentially for each pixel. In order to speed up the scanning, it can be combined with other known or future developed techniques in actual applications. The calculation result is shown in the graph of FIG.

図21ではx、y軸を、図20の登録画像を図19に示すテスト画像7において左上を原点とするx、y直交座標で縦、横方向にずらした画素数とし、z軸として各座標位置における相関値をプロットしている。ここでは判りやすくするため、相関値が0.85以上のもののみを表示している。図21のグラフには3つのピークが認められ、これらのピークがそれぞれ、図19のテスト画像7に含まれる「F」の位置、すなわち上、中、下の位置に対応している。このように、本発明の実施の形態に依れば、入力画像中から登録画像が傾きや回転に関わらず良好に検出されることが確認された。なお、図21中の各ピークに矢印で示す数値は、左から順に検出位置におけるx座標、y座標、相関値をそれぞれ示している。   In FIG. 21, the x and y axes are the numbers of pixels shifted vertically and horizontally in x and y orthogonal coordinates with the origin at the upper left in the test image 7 shown in FIG. The correlation value at the position is plotted. Here, only those having a correlation value of 0.85 or more are displayed for easy understanding. In the graph of FIG. 21, three peaks are recognized, and these peaks respectively correspond to the position of “F” included in the test image 7 of FIG. 19, that is, the upper, middle, and lower positions. As described above, according to the embodiment of the present invention, it has been confirmed that the registered image is properly detected from the input image regardless of the tilt or the rotation. In addition, the numerical value indicated by the arrow at each peak in FIG. 21 indicates the x coordinate, the y coordinate, and the correlation value at the detection position in order from the left.

[処理速度]
次に、本発明の実施の形態に係るパターン検出方法の処理速度について検討を行う。本発明の方法に依らず、一般的な正規化相関法を用いて回転によるずれを含む画像の検出を行う場合は、上述したように登録画像を適当な刻幅によって順次回転し、回転後の登録画像と、入力画像との相互相関をとることが行われる。この場合、回転の刻幅を小さくするに応じて処理時間が増大するが、2分検索等と併用して用いられるため、必ずしも、刻幅に反比例して処理時間が増大するという訳ではない。ただ、画像の回転変換に要する処理時間は必ず必要となる。ここでは、本実施の形態に係るパターン検出方法によって、従来の正規化相関法と比較して処理速度が向上されたことを確認するため、同じ画像の組に対して一回の相互相関を求めるために必要な処理時間を、本実施の形態に係るパターン検出方法と、画像の回転変換に正規化相関を演算するリピートマッチング検索法とで比較した。比較に用いた画像は、上記のテスト画像1とテスト画像2の組み合わせとした。各々、1000回の処理を行い、その平均値を求めて比較している。本発明の実施の形態に係るパターン検出方法では、極座標変換時に画像の大きさを1/16としてるため、正規化相関についても同様に縦横それぞれ1/4となるよう縮小を行っている。
[processing speed]
Next, the processing speed of the pattern detection method according to the embodiment of the present invention will be examined. Regardless of the method of the present invention, when detecting an image including a displacement due to rotation using a general normalized correlation method, the registered images are sequentially rotated by an appropriate step size as described above, and after rotation, Cross-correlation between the registered image and the input image is performed. In this case, the processing time increases as the step size of the rotation is reduced. However, since the processing time is used in combination with the binary search or the like, the processing time does not necessarily increase in inverse proportion to the step size. However, processing time required for image rotation conversion is always required. Here, in order to confirm that the processing speed is improved by the pattern detection method according to the present embodiment as compared with the conventional normalized correlation method, one cross-correlation is obtained for the same set of images. The processing time required for this is compared between the pattern detection method according to the present embodiment and a repeat matching search method that calculates a normalized correlation for image rotation conversion. The image used for comparison was a combination of test image 1 and test image 2 described above. Each process is performed 1000 times, and the average value is obtained and compared. In the pattern detection method according to the embodiment of the present invention, since the image size is reduced to 1/16 at the time of polar coordinate conversion, the normalized correlation is similarly reduced to 1/4 in both the vertical and horizontal directions.

なお、処理時間の計測に使用した計算機は、CPUとして動作周波数1.2GHzのPentiumIII(登録商標)、OSとしてFreeBSD R4.7、Compilerとしてgcc2.95.4を使用した。   The computer used for measuring the processing time used Pentium III (registered trademark) having an operating frequency of 1.2 GHz as the CPU, FreeBSD R4.7 as the OS, and gcc 2.95.4 as the Compiler.

この結果、処理時間の1000回平均は、本実施の形態に係るパターン検出方法では、1.9ms、通常の正規化相関と回転変換を組み合わせた手法では11.1msとなった。このことから、本実施の形態に係るパターン検出方法では、一回の処理について通常の正規化相関と比べ5倍以上高速であることが確認された。これは、回転変換を行うための計算時間が本実施の形態の方法では不要となることが大きく寄与していると考えられる。このため処理すべき演算量が低減され、処理の高速化が得られている。   As a result, the average of the processing time for 1000 times was 1.9 ms in the pattern detection method according to the present embodiment, and 11.1 ms in the method combining the normal normalized correlation and the rotation conversion. From this, it was confirmed that the pattern detection method according to the present embodiment is at least five times faster than normal normalized correlation in one process. It is considered that this greatly contributes to the fact that the calculation time for performing the rotation conversion is unnecessary in the method of the present embodiment. Therefore, the amount of computation to be processed is reduced, and the processing speed is increased.

なお本実施の形態に係るパターン検出方法においても、直交座標から極座標系への座標変換が必要である。ただ、登録画像と極座標系への変換後のサイズが決まれば、予め画素間の対応関係を計算し、毎回の検索時には、変換表等を用意することによって一意に対応画素へと変換を行うことができるため、行列演算を行う必要はない。また、2分検索等を併用した場合でも、従来の手法で回転不変でない相関値を用いている場合には、任意の回転角に対応するためには複数回の処理が必要であるため、実際の処理時間の差はさらに大きなものとなる。   Note that also in the pattern detection method according to the present embodiment, coordinate conversion from the rectangular coordinates to the polar coordinate system is necessary. However, once the registered image and the size after conversion to the polar coordinate system are determined, the correspondence between pixels is calculated in advance, and at each search, a conversion table etc. is prepared to uniquely convert to the corresponding pixel. Therefore, there is no need to perform a matrix operation. Also, even when a binary search or the like is used in combination, if a correlation value that is not rotation-invariant is used in the conventional method, a plurality of processes are required to correspond to an arbitrary rotation angle. The processing time difference becomes even greater.

なお、上記の例においては対象画像を固定して入力画像を回転させる例で説明したが、対象画像を回転させても同じ結果が得られることはいうまでもない。   In the above example, an example in which the target image is fixed and the input image is rotated has been described. However, it is needless to say that the same result can be obtained by rotating the target image.

以上のように、位相限定相関を利用することにより、回転不変な画像間相関値を定義し、これによって高速かつ入力画像の回転に依存しない検出が可能であることが、各種のシミュレーションによって確認された。しかも、この実施の形態に係るパターン検出方法は、逆フーリエ変換が不要であり、主として積和演算で実行可能な複素共役を使用している。これによって処理の負荷は大きく軽減され、処理の軽量化、高速化によって小規模な組み込みシステムにも実装可能なシステムが実現できる。特に、近年安価に入手可能となった積和演算命令をもつプロセッサを用いることにより、高速に実行可能となる。   As described above, it has been confirmed by various simulations that the phase-only correlation is used to define a rotation-invariant inter-image correlation value, thereby enabling high-speed detection independent of the rotation of the input image. Was. Moreover, the pattern detection method according to this embodiment does not require inverse Fourier transform, and mainly uses complex conjugates that can be executed by a product-sum operation. As a result, the processing load is greatly reduced, and a system that can be implemented in a small-scale embedded system can be realized by reducing the processing weight and increasing the processing speed. In particular, high-speed execution is possible by using a processor having a multiply-accumulate operation instruction which has been available at a low cost in recent years.

[拡大縮小]
また、極座標変換と併せて、半径方向にlog変換を行うことにより、登録画像の回転のみならず、拡大・縮小に対しても対応可能とすることができる。log変換による拡大・縮小については、上述した非特許文献1等、既知の手法や将来開発される手法が適宜利用できる。これによって、登録画像の回転、拡大、縮小に対しても高速かつロバストなパターン検出が実現される。以下、本発明の実施の形態2として、拡大縮小および回転に対して不変なパターン検出の一例について説明する。
[Scale]
In addition, by performing log transformation in the radial direction together with polar coordinate transformation, it is possible to cope with not only rotation of the registered image but also enlargement / reduction. For enlargement / reduction by log conversion, a known method such as Non-Patent Document 1 described above or a method developed in the future can be used as appropriate. As a result, high-speed and robust pattern detection is realized even with respect to rotation, enlargement, and reduction of the registered image. Hereinafter, as Embodiment 2 of the present invention, an example of pattern detection that is invariant to scaling and rotation will be described.

図22および図23のフローチャートは、位相限定相関法を用いた拡大縮小・回転不変なパターン検出の流れを示す。この方法では、対象となる登録画像を対数・極座標系に変換し、半径・円周方向に離散フーリエ変換を行った後、位相限定相関を用いて拡大縮小・回転ずれによる画像間の位相差を補正することにより、拡大縮小・回転不変な画像間相関値を求める。以下、基本原理を図22に基づき説明する。   The flow charts of FIGS. 22 and 23 show a flow of detection of a pattern that is invariable in scale and rotation using the phase-only correlation method. In this method, the target registered image is transformed into a logarithmic / polar coordinate system, and a discrete Fourier transform is performed in the radial / circumferential direction. By performing the correction, a correlation value between images that is invariable in scale and rotation is obtained. Hereinafter, the basic principle will be described with reference to FIG.

[対数・極座標変換ステップ]
まず、パターン検出の対象となる入力画像と事前に登録された登録画像を、それぞれ対数・極座標系で表現する。ステップS”1では、外部の画像ソースなどから取得された入力画像が入力画像記憶部から画像処理部に取得され、直交座標系(x,y)上でI(x,y)、登録画像記憶部から取得された登録画像がI(x,y)として与えられる。ステップS”2で、これらの直交座標を以下の数12に基づき対数・極座標(ρ,θ)上に変換し、対数・極座標上の入力画像をI(ρ,θ)、登録画像をI(ρ,θ)として表現する。ここでρは絶対値、θは偏角である。数2と異なり、ρ=0は特異点となる。なお、入力画像と登録画像が直交座標を介さず直接、対数・極座標系で与えられる場合は、ステップS”1は省略できる。
[Log / Polar coordinate conversion step]
First, an input image to be subjected to pattern detection and a registered image registered in advance are respectively expressed in a logarithmic / polar coordinate system. In step S ″ 1, an input image acquired from an external image source or the like is acquired by the image processing unit from the input image storage unit, and I 1 (x, y) and a registered image are acquired on a rectangular coordinate system (x, y). The registered image obtained from the storage unit is given as I 2 (x, y) .In step S ″ 2, these orthogonal coordinates are converted into logarithmic / polar coordinates (ρ, θ) based on the following equation 12, The input image on the logarithmic / polar coordinates is expressed as I 1 (ρ, θ), and the registered image is expressed as I 2 (ρ, θ). Here, ρ is an absolute value, and θ is an argument. Unlike Equation 2, ρ = 0 is a singular point. If the input image and the registered image are directly given in a logarithmic / polar coordinate system without going through rectangular coordinates, step S ″ 1 can be omitted.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[二次元離散フーリエ変換]
次にステップS”3では、図8と同様に対数・極座標の離散化を行う。半径方向(距離または変位)にサンプリング間隔TでM個、円周方向(角度または位相)に2π/NでN個のサンプリングを行い、離散値I’(r,t)、I’(r,t)(r=0,1,...,M−1;t=0,1,...,N−1)を得る。さらにステップS”4では、得られた離散値に対してr、tに沿って二次元離散フーリエ変換を行う。この結果、次式数13で示すF(u,s)、F(u,s)が得られ、半径方向成分と円周方向成分の項が現れる。
[Two-dimensional discrete Fourier transform]
Next, in step S ″ 3, logarithmic / polar coordinate discretization is performed in the same manner as in FIG. 8. M samples at a sampling interval Tr in the radial direction (distance or displacement) and 2π / N in the circumferential direction (angle or phase). , And N discrete values I ′ 1 (r, t), I ′ 2 (r, t) (r = 0, 1,..., M−1; t = 0, 1,. , N-1) In step S ″ 4, a two-dimensional discrete Fourier transform is performed on the obtained discrete values along r and t. As a result, F 1 (u, s) and F 2 (u, s) expressed by the following equation 13 are obtained, and terms of a radial component and a circumferential component appear.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

ここで、入力画像Iが、登録画像Iを対数・極座標ρ=0の点を中心としてρ拡大縮小し、θ回転したものであった場合、数14の関係が成立する。 Here, if the input image I 1 is obtained by scaling the registered image I 2 by ρ 1 around the point of logarithmic / polar coordinates ρ = 0 and rotating θ 1 , the relationship of Expression 14 is established.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

この場合、高周波成分によるエイリアシングを無視すれば、数13のF(u,s)、F(u,s)の間には、数15の関係が成立する。 In this case, if the aliasing due to the high frequency component is neglected, the relationship of Formula 15 is established between F 1 (u, s) and F 2 (u, s) of Formula 13.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[位相限定合成]
次にステップS”5で、入力画像Iおよび登録画像Iの離散フーリエ変換FおよびFに基づき、これらの位相限定合成R(u,s)を数16に基づいて演算する。数16に示すように、F(u,s)にF(u,s)の複素共役を乗算したものを振幅成分で除算することにより、大きさが1とされる、言い換えると振幅成分、ここでは画像の輝度情報が正規化により無視され、角度毎の位相成分のみが抽出されることになる。
[Phase-only synthesis]
Next, in step S ″ 5, based on the discrete Fourier transforms F 1 and F 2 of the input image I 1 and the registered image I 2 , the phase-only combination R (u, s) is calculated based on Expression 16. As shown in FIG. 16, by dividing the product of F 1 (u, s) by the complex conjugate of F 2 (u, s) by the amplitude component, the magnitude is set to 1, in other words, the amplitude component, Here, the luminance information of the image is ignored by the normalization, and only the phase component for each angle is extracted.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[入力画像の補正]
数16から、各周波数u、sにおける拡大縮小率ρ、回転角θによる位相のずれを抽出することができる。そしてステップS”6で、上記のR(u,s)を用いて入力画像Fを数17のように補正し、拡大縮小・回転による位相差の影響を排除した形の入力画像F’(u,s)に戻すことができる。数17は、フーリエ変換したF(u,s)に数16で得られたR(u,s)の複素共役を乗算したものである。したがって、この状態でステップS”7にて入力画像と登録画像との相関値を求めれば、拡大縮小・回転による影響を排除した状態での相関値を求めることができる。そしてステップS”8にて、相関値に基づいて制御部が画像の検出を行い、必要に応じて表示部への出力等を行う。
[Correction of input image]
From Equation 16, it is possible to extract a phase shift due to the scaling ratio ρ 1 and the rotation angle θ 1 at each of the frequencies u and s. In step S "6, the above R (u, s) using the corrected as the input image F 1 the number 17, the input image F of the form in which the influence of the phase difference due to scaling and rotation '1 Equation (17) is obtained by multiplying the Fourier-transformed F 1 (u, s) by the complex conjugate of R (u, s) obtained in Equation (16). In this state, if the correlation value between the input image and the registered image is obtained in step S ″ 7, it is possible to obtain the correlation value in a state where the influence of the enlargement / reduction and rotation is eliminated. Then, in step S ″ 8, the control unit detects an image based on the correlation value, and performs output to the display unit as necessary.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[応用例]
以上の方法によって、拡大縮小・回転による位相のずれを解除した相関値を得ることができる。ただし、実際には画像取得時のノイズや量子化誤差の他、画像データが通常は直交座標上で離散的に得られること等から、対数・極座標系への変換時に誤差が発生する。そこで、以上の基本原理を考慮して、実際に画像間の相関値を計算するためのアルゴリズムを、以下図23に基づき説明する。
[Application example]
By the above method, it is possible to obtain a correlation value in which a phase shift due to scaling / rotation has been canceled. However, in practice, in addition to noise and quantization error at the time of image acquisition, an error occurs at the time of conversion to a logarithmic / polar coordinate system because image data is usually obtained discretely on orthogonal coordinates. Therefore, an algorithm for actually calculating a correlation value between images in consideration of the above basic principle will be described below with reference to FIG.

[対数・極座標上での集約化]
ステップS”’1およびS”’2では、図22と同様に入力画像と登録画像の取得および直交座標から対数・極座標への変換を行う。そしてステップS”’3−1では対数・極座標で得られたデータを離散化し、集約化する。ここでは、入力画像から、登録画像と同じ大きさの範囲を切り出し、数12とサンプリング間隔T、2π/Nを用いて直交座標から対数・極座標への変換と、離散化を行った。この際、上述の各種誤差を軽減するため、次式数18の関係を満たす直交座標(x,y)上の点を、対応する対数・極座標(r,t)上の点に各画素の輝度値を加算することによって集約化した。これによって離散化された画像データは、離散化された対数・極座標上の刻幅に集約されることになる。
[Consolidation on logarithmic and polar coordinates]
In steps S ″ ′ 1 and S ″ ′ 2, as in FIG. 22, the input image and the registered image are obtained, and the transformation from the orthogonal coordinates to the logarithmic / polar coordinates is performed. Then, in step S ″ ′ 3-1, data obtained in logarithmic / polar coordinates are discretized and aggregated. Here, a range having the same size as the registered image is cut out from the input image, and Equation 12 and the sampling interval Tr are extracted. The conversion from the rectangular coordinates to the logarithmic / polar coordinates and the discretization were performed using 2π / N, and at this time, in order to reduce the above-mentioned various errors, the rectangular coordinates (x, y ) Are aggregated by adding the luminance value of each pixel to the corresponding point on the logarithmic / polar coordinates (r, t), whereby the discretized image data is It will be aggregated to the step size on polar coordinates.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

[対数・極座標上での平滑化]
さらにステップS”’3−2において、対数・極座標上において任意の画素の周辺4近傍を用いた平滑化を、上記数9のように行う。この例でも、図10に示すような平滑化フィルタを用いて、対象となる画素に対してその上下左右に隣接する画素を1/4倍して平滑化している。
[Smoothing on logarithmic and polar coordinates]
Further, in step S ″ ′ 3-2, smoothing using the vicinity 4 of an arbitrary pixel on logarithmic / polar coordinates is performed as in the above equation 9. Also in this example, a smoothing filter as shown in FIG. , The pixel adjacent to the target pixel in the upper, lower, left and right directions is smoothed by 1/4.

[離散フーリエ変換および位相限定合成の平均化]
ステップS”’4では対数・極座標に変換された画像データに対して、数13に従って半径・円周方向に二次元離散フーリエ変換を行う。さらにステップS”’5において、数16に基づき位相限定合成を求める。ここで、同一の画像が一定の倍率で拡大縮小され、一定角度回転している場合、数16は拡大縮小のみの成分と回転のみの成分とに分離して、次式数19で表現できる。
[Averaging of discrete Fourier transform and phase-only synthesis]
In step S ″ ′ 4, two-dimensional discrete Fourier transform is performed on the image data converted to logarithmic / polar coordinates in the radial and circumferential directions according to equation 13. Further, in step S ″ ′ 5, the phase is limited based on equation 16. Ask for composition. Here, when the same image is scaled at a fixed magnification and rotated by a fixed angle, Equation 16 can be separated into a component only for scaling and a component only for rotation, and can be expressed by Equation 19 below.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

このため、フーリエ変換後の直流成分R(u,0)、R(0,s)のみを用いて補正を行えばよい。ここでは、数19の値を数16の値として、数17を補正する。なお、入力画像が登録画像と異なっている場合は、数14が成立せず、数16の値も画像の差を反映して各周波数において独立な位相差が現れるため、数19のような直流成分の積で表現できない。よってこの場合は数19による補正を行っても登録画像に近付くことはない。   Therefore, the correction may be performed using only the DC components R (u, 0) and R (0, s) after the Fourier transform. Here, Equation 17 is corrected using the value of Equation 19 as the value of Equation 16. When the input image is different from the registered image, Expression 14 does not hold, and the value of Expression 16 reflects an image difference, and an independent phase difference appears at each frequency. Cannot be represented by the product of components. Therefore, in this case, even if the correction according to Equation 19 is performed, the image does not approach the registered image.

[画像間の相関]
ステップS”’6では、数17を用いて入力画像を補正しF’(u,s)を得る。そしてステップS”’7において、補正後の入力画像F’(u,s)と登録画像F(u,s)の相互相関cを、次式数20より演算する。この相関値に基づき、ステップS”’8にて拡大縮小・回転不変な画像検出が実行される。
[Correlation between images]
In step S ″ ′ 6, the input image is corrected using Expression 17 to obtain F ′ 1 (u, s). In step S ″ ′ 7, the corrected input image F ′ 1 (u, s) is obtained. The cross-correlation c of the registered image F 2 (u, s) is calculated from the following equation (20). Based on this correlation value, in step S ″ ′ 8, image detection that is invariable in scale and rotation is performed.

Figure 2004326728
Figure 2004326728

ここで、上式においてRe(*)は*の実数部である。またG、Gは次式数21で示す通りである。 Here, in the above equation, Re (*) is the real part of *. G 1 and G 2 are as shown in the following equation (21).

Figure 2004326728
Figure 2004326728

数20においてe(u,s)は位相成分による画像間の相関を表しており、この部分を1とすれば、画像の振幅成分(輝度情報)のみを用いた正規化相関と同一となる。上記のパターン検出方法では、登録画像の拡大縮小・回転成分をキャンセルした形でパターン検出が実行される。このため、拡大縮小・回転を考慮して画像を走査する必要が無くなり、平行移動成分の検出のみを扱うため格段に計算回数が低減され、低負荷で高速な演算が実現される。さらに逆フーリエ変換を行う必要が無く、また角度検出のための相関ピークの抽出ステップも不要となるため、この点においても演算が簡単で高速に実行可能なパターン検出が実現できる。なお、この方法では拡大縮小・回転に依存しないパターン検出は実行できるが、拡大縮小率や回転角度自体の検出は行われない。拡大縮小率や回転角度の検出が必要なアプリケーションにおいては、拡大縮小率・回転角度を別途計算するアルゴリズムを併用あるいは付加できることはいうまでもない。   In Equation 20, e (u, s) represents the correlation between images by the phase component. If this portion is set to 1, it becomes the same as the normalized correlation using only the amplitude component (luminance information) of the image. In the above-described pattern detection method, the pattern detection is performed in a form in which the scaled / rotated components of the registered image are canceled. Therefore, it is not necessary to scan the image in consideration of the enlargement / reduction and rotation, and since only the detection of the translation component is handled, the number of calculations is significantly reduced, and a high-speed operation with a low load is realized. In addition, since it is not necessary to perform inverse Fourier transform and it is not necessary to perform a step of extracting a correlation peak for angle detection, it is possible to realize a pattern detection that can be easily performed at a high speed in this regard. In this method, pattern detection independent of enlargement / reduction and rotation can be executed, but detection of the enlargement / reduction ratio and the rotation angle itself are not performed. It is needless to say that in an application that requires detection of the enlargement / reduction ratio and the rotation angle, an algorithm for separately calculating the enlargement / reduction ratio and the rotation angle can be used or added.

[シミュレーション実験結果]
次に、上記で説明した手法を用いた場合の有効性を確認すべく、各種画像に対するパターン検出のシミュレーション実験を行った結果を示す。
[Simulation experiment results]
Next, the results of a simulation experiment of pattern detection for various images to confirm the effectiveness when the above-described method is used will be described.

[単純な図形の相関性]
まず、上記と同様の図11および図12に示す図形を含むテスト画像1およびテスト画像2それぞれについて、上記実施の形態2に係るパターン検出方法により相関の評価を行い、この手法が拡大縮小・回転に対し一意性を備えること、および似通った図形との相関値の差異について検証を行った。ここでは、テスト画像1を登録された登録画像とし、テスト画像1、テスト画像2を各々入力画像として、入力画像を登録画像に対して0.8倍、1.0倍、1.2倍に拡大縮小し、さらに0〜π/2まで、π/18刻みで回転した場合について相関値を求めた。この結果を図24〜図26のグラフに示す。図24は0.8倍に縮小、図25は拡大縮小しない1.0倍、図26は1.2倍に拡大した入力画像につき、それぞれ回転角度毎に得られた相関値をグラフ上に示している。これらの図において、上方の折れ線がテスト画像1の自己相関であり、下方の折れ線がテスト画像1とテスト画像2との相互相関をそれぞれ示している。
[Correlation of simple figures]
First, correlation is evaluated by the pattern detection method according to the second embodiment for each of the test image 1 and the test image 2 including the graphics shown in FIGS. 11 and 12 similar to the above. We verified the uniqueness and the correlation value difference between similar figures. Here, the test image 1 is a registered image, the test image 1 and the test image 2 are each input images, and the input image is 0.8, 1.0, and 1.2 times the registered image. The correlation value was obtained for the case where the image was enlarged and reduced, and further rotated from 0 to π / 2 in steps of π / 18. The results are shown in the graphs of FIGS. FIG. 24 shows the correlation values obtained for each rotation angle for the input image enlarged to 0.8 times, FIG. 25 to 1.0 times without enlargement / reduction, and FIG. ing. In these figures, the upper polygonal line indicates the autocorrelation of the test image 1, and the lower polygonal line indicates the cross-correlation between the test image 1 and the test image 2.

この図から明らかなように、画像を拡大縮小・回転した場合でも、登録画像1自身の自己相関の相関値が、登録画像2との相関値を常に上回っており、しかも自己相関の最小値と、登録画像2との相関値の最大値との間にも十分な開きが認められる。したがって、上記の手法によりパターン検出を行った場合、テスト画像1とテスト画像2との識別が十分可能であることが確認できる。パターン検出を実際に行うための相関値の閾値は、入力画像や登録画像によって決まるため、得られた相関値のデータから統計的に処理される。図の例では、相関値0.85を閾値に設定することで、図24〜図26のすべてについて画像の識別が可能となる。   As is clear from this figure, even when the image is enlarged / reduced / rotated, the correlation value of the autocorrelation of the registered image 1 itself always exceeds the correlation value of the registered image 2 and the minimum value of the autocorrelation , And a maximum value of the correlation value with the registered image 2. Therefore, when pattern detection is performed by the above method, it can be confirmed that the test image 1 and the test image 2 can be sufficiently distinguished. Since the threshold value of the correlation value for actually performing pattern detection is determined by the input image and the registered image, it is statistically processed from the obtained correlation value data. In the example of the figure, by setting the correlation value 0.85 as the threshold value, it is possible to identify the images in all of FIGS.

なお、図24〜図26では理想的には拡大縮小率・回転の角度に依らず上方の相関値が1のまま一定であることが望まれるが、図25の等倍、回転無しにあたる回転角が0およびπ/2の位置を除いて自己相関値が1となっていない。すなわち、拡大縮小・回転に対して完全に不変とはなっていない。これは、上述した対数・極座標変換時における誤差や、画像を順次拡大縮小・回転して入力画像を生成する際に画素位置の量子化誤差が発生し、原画像と変換後の画像が厳密に一致しなくなっているためと考えられる。特に本シミュレーション実験では二値画像を用いているため、その影響が大きくなっている。ただ、実際の応用において256階調等の多値画像を用いた場合には、画像取得時に光学系によるアンチエイリアシングがかかること等から、このような影響は少ないと考えられる。   In FIGS. 24 to 26, ideally, it is desired that the upper correlation value remains constant irrespective of the enlargement / reduction ratio and the angle of rotation. Are not equal to 1 except at positions of 0 and π / 2. That is, it is not completely invariant to scaling and rotation. This is because the error at the time of the logarithmic / polar coordinate conversion described above and the quantization error of the pixel position when the image is sequentially enlarged / reduced / rotated to generate the input image occur, and the original image and the converted image are strictly This is probably because they no longer match. Particularly, in this simulation experiment, since the binary image is used, the influence is large. However, when a multi-valued image of 256 gradations or the like is used in an actual application, such an effect is considered to be small because anti-aliasing is applied by an optical system at the time of image acquisition.

[比較試験]
次に、位相成分を用いることについての上記実施の形態2に係るパターン検出方法の有効性を確認するため、位相成分を考慮しないで相関値を演算した。具体的には、上記と同じく図11および図12のテスト画像を登録画像・入力画像として、拡大縮小率、回転角などの条件は図24〜図26と同じとし、数20のe(u,s)を1とした場合の相関値を演算した。この結果を図27〜図29に示す。これらの図から明らかなように、この方法では位相情報を用いず振幅情報のみでの比較となるため、全体として画像間の差異が減少し、相関値が高くなった。しかしながら、テスト画像1自身に対する相関値の最小値が、テスト画像2に対する相関値の最大値を下回っているため、単一の閾値でテスト画像1とテスト画像2を区別することはできない。このことから、上記実施の形態2に係るパターン検出方法による位相成分を考慮した相関値による有効性が確認できた。
[Comparative test]
Next, in order to confirm the effectiveness of the pattern detection method according to Embodiment 2 in using the phase component, the correlation value was calculated without considering the phase component. More specifically, the test images in FIGS. 11 and 12 are used as registered images and input images in the same manner as described above, and the conditions such as the enlargement / reduction ratio and the rotation angle are the same as those in FIGS. The correlation value when s) was set to 1 was calculated. The results are shown in FIGS. As is clear from these figures, in this method, since only the amplitude information is compared without using the phase information, the difference between the images is reduced as a whole, and the correlation value is increased. However, since the minimum value of the correlation value for the test image 1 itself is smaller than the maximum value of the correlation value for the test image 2, the test image 1 and the test image 2 cannot be distinguished by a single threshold. From this, the effectiveness by the correlation value in consideration of the phase component by the pattern detection method according to the second embodiment was confirmed.

[ノイズに対するロバスト性の評価]
次に、画像に含まれるノイズに対する耐性を評価するため、入力画像の背景を無地でなく特定のパターンを持たせてパターン検出を行った。ここでは、図12に示す画像に対して、図30に示すように斜線の背景パターンを合成したテスト画像9を入力画像とし、図11のテスト画像1を登録画像として相関値を演算した。なお、図11を図30と直接相関値を演算した場合、登録画像の無地の部分に対して背景パターンの面積が大きいため、相関値が著しく低下する。そこで、この例では背景パターンは既知であると仮定し、入力画像と背景パターンとの差分を取り、これを相関の対象としている。この結果を図31〜図33に示す。なお、図31〜図33において比較対象となる図11のテスト画像1においては、同じく背景と合成したものを入力画像として相関を演算しているため、倍率1.0、回転角0の場合でも相関値は1とならない。これらの図に示す結果を上記図24〜図26と比較すると、背景部分を除去したことによる画像の劣化により、テスト画像1自身に対する相関値が低下し、図30のテスト画像9に対する相関値が一部で増加している。このため、背景のない場合に比較して峻別がより困難となっているが、この例でも閾値を0.85に設定することによって両者の識別は十分可能である。
[Evaluation of robustness against noise]
Next, in order to evaluate the resistance to noise included in the image, the background of the input image was not plain but had a specific pattern, and pattern detection was performed. Here, a correlation value was calculated using the test image 9 obtained by synthesizing the image shown in FIG. 12 with the hatched background pattern as shown in FIG. 30 as an input image and the test image 1 in FIG. 11 as a registered image. Note that when the correlation value is directly calculated from FIG. 11 and FIG. 30, the correlation value is significantly reduced because the area of the background pattern is larger than the plain portion of the registered image. Therefore, in this example, it is assumed that the background pattern is known, the difference between the input image and the background pattern is obtained, and the difference is set as the target of correlation. The results are shown in FIGS. In the test image 1 of FIG. 11 to be compared in FIGS. 31 to 33, the correlation is calculated using the image synthesized with the background as the input image. The correlation value does not become 1. When the results shown in these figures are compared with the above-described FIGS. 24 to 26, the correlation value for the test image 1 itself decreases due to the image deterioration due to the removal of the background portion, and the correlation value for the test image 9 in FIG. Some have increased. For this reason, it is more difficult to distinguish sharply than when there is no background. However, in this example as well, the threshold can be set to 0.85 so that the two can be distinguished sufficiently.

[複数の対象が含まれる入力画像からの抽出]
次に、より実際的な場合のシミュレーションとして、図34に示すように複数の文字が様々なサイズ、傾きで含まれるテスト画像10中から、対象となる文字を抽出する場合について評価を行った。ここでは、複数のアルファベットを斜め、水平に配置した入力画像中から、登録画像として図35に示すテスト画像11の「F」を検索することとした。図34のテスト画像10には、他のアルファベットに混じって様々な傾きの「F」が3つ含まれている。なお、図34は画像の大きさを512×512画素とし、図35は上記と同様128×128画素とした。この評価試験では、本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法の拡大縮小・回転不変性の評価を目的としているので、縦、横方向のパターン走査については、単純に1画素毎に順次探索を行っている。走査の高速化を図るため、実際のアプリケーションにおいては、既知の、あるいは将来開発される他の手法と組み合わせることができる。この演算結果を図36のグラフに示す。
[Extraction from input image containing multiple objects]
Next, as a simulation in a more practical case, evaluation was performed on a case where a target character is extracted from the test image 10 in which a plurality of characters are included in various sizes and inclinations as shown in FIG. Here, “F” of the test image 11 shown in FIG. 35 is searched as a registered image from an input image in which a plurality of alphabets are arranged obliquely and horizontally. The test image 10 of FIG. 34 includes three “F” s having various inclinations in addition to other alphabets. In FIG. 34, the size of the image is set to 512 × 512 pixels, and in FIG. 35, the size is set to 128 × 128 pixels as described above. In this evaluation test, the purpose is to evaluate the enlargement / reduction and rotation invariance of the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. Therefore, for pattern scanning in the vertical and horizontal directions, simply search sequentially for each pixel. It is carried out. In order to speed up the scanning, it can be combined with other known or future developed techniques in actual applications. The calculation result is shown in the graph of FIG.

図36ではx、y軸を、図35の登録画像を図34に示すテスト画像10において左上を原点とするx、y直交座標で縦、横方向にずらした画素数とし、z軸として各座標位置における相関値をプロットしている。ここでは判りやすくするため、相関値が0.6以上のデータのみを表示している。図36のグラフには複数のピークが認められ、このうち特に顕著な3つのピークがそれぞれ、図34のテスト画像10に含まれる「F」の位置、すなわち上、中、下の位置に対応している。このように、本発明の実施の形態2に依れば、入力画像中から登録画像が傾きや回転、拡大縮小に関わらず良好に検出されることが確認された。なお、図36中の各ピークに示す数値は、左から順に検出位置におけるx座標、y座標、相関値をそれぞれ示している。図34における3つの「F」の正確な位置は、上から下にそれぞれx・y座標が(180,40)、(180,180)、(180,320)である。また倍率は1.2、1.0、0.8であり、回転角は時計回りを正として+30°、0°、−45°である。なお、回転角0°である中央のFでは検出結果と完全に一致するが、拡大縮小・回転したFについてはそれぞれ真値から1画素だけずれて検出された。これは、上述したように各種誤差の他、入力画像を生成する際に行った文字の拡大縮小・回転によって、文字自身の形状が劣化していることも一因と考えられる。   In FIG. 36, the x and y axes are the number of pixels shifted vertically and horizontally in x, y orthogonal coordinates with the origin at the upper left in the test image 10 shown in FIG. The correlation value at the position is plotted. Here, for the sake of clarity, only data having a correlation value of 0.6 or more is displayed. A plurality of peaks are recognized in the graph of FIG. 36. Of these peaks, three particularly prominent peaks correspond to the position of “F” included in the test image 10 of FIG. 34, that is, the upper, middle, and lower positions. ing. As described above, according to the second embodiment of the present invention, it has been confirmed that the registered image is properly detected from the input image regardless of the tilt, rotation, and enlargement / reduction. The numerical values shown at the respective peaks in FIG. 36 indicate the x coordinate, the y coordinate, and the correlation value at the detection position in order from the left. The exact positions of the three “F” in FIG. 34 are (180, 40), (180, 180), and (180, 320) with x and y coordinates from top to bottom, respectively. The magnifications are 1.2, 1.0, and 0.8, and the rotation angles are + 30 °, 0 °, and −45 ° when the clockwise direction is positive. Note that the F at the center where the rotation angle is 0 ° completely matches the detection result, but the F that has been scaled and rotated is detected with a shift of one pixel from the true value. One possible reason for this is that the shape of the character itself is degraded by the enlargement / reduction / rotation of the character performed when the input image is generated, in addition to the various errors as described above.

[処理速度]
最後に、本発明の実施の形態2のパターン検出方法の処理速度について検討を行う。ここでも上記実施の形態1と同様、実施の形態2に係るパターン検出方法によって、従来の正規化相関法と比較して処理速度が向上されたことを確認するため、同じ画像の組に対して一回の相互相関を求めるために必要な処理時間を、本実施の形態2に係るパターン検出方法と、画像の拡大縮小・回転変換に正規化相関を演算するリピートマッチング検索法とで比較した。比較に用いた画像は、上記のテスト画像1とテスト画像2の組み合わせとし、各々1000回の処理を行い、その平均値を求めて比較している。本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法では、対数・極座標変換時に画像の大きさを1/16としてるため、正規化相関についても同様に縦横それぞれ1/4とし、相関を求める際の大きさは同じく原画像の1/16となるように縮小を行っている。なお処理時間の計測に使用した計算機も、実施の形態1と同様とした。
[processing speed]
Finally, the processing speed of the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention will be discussed. Here, as in Embodiment 1, in order to confirm that the processing speed is improved by the pattern detection method according to Embodiment 2 as compared with the conventional normalized correlation method, the same image set is used. The processing time required to obtain one cross-correlation was compared between the pattern detection method according to the second embodiment and the repeat matching search method that calculates a normalized correlation for image scaling / rotation conversion. The image used for the comparison is a combination of the test image 1 and the test image 2 described above, each of which is processed 1000 times, and the average value is obtained and compared. In the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention, the size of the image is reduced to 1/16 at the time of logarithmic / polar coordinate conversion. The size is also reduced to 1/16 of the original image. The computer used for measuring the processing time was the same as in the first embodiment.

この結果、処理時間の1000回平均は、本実施の形態2に係るパターン検出方法では、2.9ms、通常の正規化相関と拡大縮小・回転変換を組み合わせた手法では10.5msとなった。このことから、本実施の形態2に係るパターン検出方法では、一回の処理について通常の正規化相関と比べ3倍以上高速であることが確認された。これは、拡大縮小・回転変換を行うための計算時間が本実施の形態2の方法では不要となることが大きく寄与していると考えられる。このため処理すべき演算量が低減され、処理の高速化が得られている。なお参考として、変換を行わず単純に正規化相関のみを行った場合の処理時間は0.5msであった。ただし、この場合は当然ながら拡大縮小・回転ずれを含む画像の検出を行うことはできない。   As a result, the average of the processing time 1000 times was 2.9 ms in the pattern detection method according to the second embodiment, and 10.5 ms in the method combining the normal normalized correlation and the scaling / rotation conversion. From this, it was confirmed that the pattern detection method according to the second embodiment is at least three times faster in one process than the normal normalized correlation. It is considered that this greatly contributes to the fact that the calculation time for performing the scaling / rotation conversion is not required in the method of the second embodiment. Therefore, the amount of computation to be processed is reduced, and the processing speed is increased. For reference, the processing time in the case where only the normalized correlation was simply performed without performing the conversion was 0.5 ms. However, in this case, of course, it is not possible to detect an image including enlargement / reduction / rotational deviation.

本実施の形態2に係るパターン検出方法においても、直交座標から対数・極座標系への座標変換が必要であるが、実施の形態1と同様に変換表等を利用すれば行列演算を行う必要はない。また、上記の例においては対象画像を固定して入力画像を拡大縮小・回転させる例で説明したが、対象画像を拡大縮小・回転させても同じ結果が得られることはいうまでもない。   In the pattern detection method according to the second embodiment as well, coordinate conversion from orthogonal coordinates to a logarithmic / polar coordinate system is required. However, if a conversion table or the like is used as in the first embodiment, it is not necessary to perform a matrix operation. Absent. Also, in the above example, an example in which the target image is fixed and the input image is enlarged / reduced / rotated has been described, but it goes without saying that the same result can be obtained even if the target image is enlarged / reduced / rotated.

以上のように、位相限定相関を利用することにより、拡大縮小・回転不変な画像間相関値を定義し、これによって高速かつ入力画像の拡大縮小・回転に依存しない検出も実現可能であることが、各種のシミュレーションによって確認された。   As described above, by using the phase-only correlation, it is possible to define a scaling value / rotation-invariant image correlation value, thereby realizing high-speed detection independent of the scaling / rotation of the input image. Was confirmed by various simulations.

さらに、以上の例では二値画像を用いた例を説明したが、8階調、16階調、256階調といったグレースケール画像(濃淡画像)やフルカラー画像等の多値画像にも適用可能であることはいうまでもない。このような多値画像では二値画像に比べ情報量が多く、より精度や信頼性の高い検索が得られる。カラー画像の場合は、RGB成分や輝度、色度等の所定の情報に基づいて相関を求める。   Further, in the above example, an example using a binary image has been described. However, the present invention can be applied to a multi-value image such as a gray scale image (shade image) such as 8 gray levels, 16 gray levels, and 256 gray levels, and a full color image. Needless to say, there is. Such a multivalued image has a larger amount of information than a binary image, and a search with higher accuracy and reliability can be obtained. In the case of a color image, a correlation is obtained based on predetermined information such as RGB components, luminance, and chromaticity.

さらにまた、以上の例においては簡単のため2次元での演算について説明したが、2次元のみならず1次元、あるいはより多次元の検索にも応用可能であることはいうまでもない。多くの特徴量を抽出して検索を行う場合は、より多次元の検索となり、さらに計算量が肥大化するが、このような場合においても本発明の実施の形態に係るパターン検出方法によれば、安価なコストで高速な回転不変、あるいは拡大縮小にも不変の検索を実現できる。   Furthermore, in the above example, the calculation in two dimensions has been described for simplicity, but it is needless to say that the calculation can be applied not only to two dimensions but also to one or more dimensions. When a search is performed by extracting a large number of feature amounts, a multidimensional search is performed, and the calculation amount is further increased. In such a case, however, according to the pattern detection method according to the embodiment of the present invention, In addition, a high-speed rotation-invariant search at a low cost, or a search invariant to scaling can be realized.

さらに、本明細書においては平面画像の検索を例に挙げて説明したが、本発明は2次元の画像検索のみならず、立体画像や音声その他のマルチメディアデータの検索にも応用できる。このように本発明は、空間周波数特性に基づいてN次元のパターンの照合を行い、登録パターンと入力パターンとの相違点や移動パターンを抽出するパターン検出に利用できる。よって本発明のパターン検出装置、パターン検出方法、パターン検出プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、その名称に関わらず、画像以外のデータの検索も対象として権利範囲に包含する。   Further, in the present specification, a description has been given of retrieval of a planar image as an example. However, the present invention can be applied not only to retrieval of two-dimensional images, but also to retrieval of stereoscopic images, audio, and other multimedia data. As described above, the present invention can be used for pattern detection in which an N-dimensional pattern is collated based on a spatial frequency characteristic and a difference between a registered pattern and an input pattern or a movement pattern is extracted. Therefore, the pattern detection device, the pattern detection method, the pattern detection program, and the computer-readable recording medium of the present invention are included in the scope of right to search data other than images regardless of their names.

本発明を利用して、パターンマッチングや画像認識をより安価に、しかも高速に行うことができる。積和演算で実現できるため、例えば組み込み機器用途への適用も容易となる。   By using the present invention, pattern matching and image recognition can be performed at lower cost and at higher speed. Since it can be realized by a product-sum operation, it can be easily applied to, for example, an embedded device.

パターンマッチング手法の一例を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a pattern matching technique. 位相限定相関を利用したパターン抽出を示す概略図である。It is the schematic which shows the pattern extraction using a phase only correlation. 登録画像の自己相関を通常の相関と位相限定相関で演算した結果を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a result of calculating an autocorrelation of a registered image by a normal correlation and a phase-only correlation. 登録画像を水平に移動させた入力画像について位相限定相関を演算した結果を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a result of calculating a phase-only correlation for an input image obtained by horizontally moving a registered image. 画像を極座標変換して位相限定相関を利用したパターン抽出を示す概略図である。It is the schematic which shows the pattern extraction which used the phase-only correlation by transforming an image into polar coordinates. 極座標変換により回転移動量が平行移動量に変換される様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that a rotational movement amount is converted into a parallel movement amount by polar coordinate conversion. 本発明の一実施の形態に係るパターン検出装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a pattern detection device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係るパターン検出方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a pattern detection method according to the first embodiment of the present invention. 図8のパターン検出方法の変形例を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a modification of the pattern detection method of FIG. 極座標上での平滑化に使用する平滑化フィルタの概念を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the concept of a smoothing filter used for smoothing on polar coordinates. テスト画像1を示すイメージ図である。FIG. 4 is an image diagram showing a test image 1; テスト画像2を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 2; 本発明の実施の形態1に係るパターン検出方法でテスト画像1の自己相関と、テスト画像2との相互相関を演算した結果を示すグラフである。6 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 1 and a cross-correlation with the test image 2 by the pattern detection method according to the first embodiment of the present invention. テスト画像3を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 3; テスト画像4を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 4. 本発明の実施の形態1に係るパターン検出方法でテスト画像3の自己相関と、テスト画像4との相互相関を演算した結果を示すグラフである。6 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 3 and a cross-correlation with the test image 4 by the pattern detection method according to the first embodiment of the present invention. テスト画像5を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 5. 本発明の実施の形態1に係るパターン検出方法でテスト画像5の自己相関と、テスト画像6との相互相関を演算した結果を示すグラフである。6 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 5 and a cross-correlation with the test image 6 by the pattern detection method according to the first embodiment of the present invention. テスト画像7を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 7. テスト画像8を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 8. 本発明の実施の形態1に係るパターン検出方法で、テスト画像7からテスト画像8を検出した結果を示すグラフである。6 is a graph showing a result of detecting a test image 8 from a test image 7 by the pattern detection method according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a pattern detection method according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の他の実施の形態に係るパターン検出方法を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a pattern detection method according to another embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法にて、0.8倍の縮小率でテスト画像1の自己相関と、テスト画像2との相互相関を演算した結果を示すグラフである。11 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 1 and a cross-correlation with the test image 2 at a reduction ratio of 0.8 by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法にて、等倍でテスト画像1の自己相関と、テスト画像2との相互相関を演算した結果を示すグラフである。13 is a graph showing the result of calculating the autocorrelation of the test image 1 and the cross-correlation with the test image 2 at the same magnification by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法にて、1.2倍の拡大率でテスト画像1の自己相関と、テスト画像2との相互相関を演算した結果を示すグラフである。13 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 1 and a cross-correlation with the test image 2 at a magnification of 1.2 times by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. 図24の条件において、位相成分を考慮しないで相関値を演算した結果を示すグラフである。25 is a graph showing a result of calculating a correlation value without considering a phase component under the conditions of FIG. 24. 図25の条件において、位相成分を考慮しないで相関値を演算した結果を示すグラフである。26 is a graph showing a result of calculating a correlation value without considering a phase component under the conditions of FIG. 25. 図26の条件において、位相成分を考慮しないで相関値を演算した結果を示すグラフである。27 is a graph showing a result of calculating a correlation value without considering a phase component under the conditions of FIG. 26. テスト画像9を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing a test image 9. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法にて、0.8倍の縮小率でテスト画像1の自己相関と、テスト画像9との相互相関を演算した結果を示すグラフである。9 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 1 and a cross-correlation with the test image 9 at a reduction ratio of 0.8 by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法にて、等倍でテスト画像1の自己相関と、テスト画像9との相互相関を演算した結果を示すグラフである。13 is a graph showing the result of calculating the autocorrelation of the test image 1 and the cross-correlation with the test image 9 at the same magnification by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法にて、1.2倍の拡大率でテスト画像1の自己相関と、テスト画像9との相互相関を演算した結果を示すグラフである。13 is a graph showing a result of calculating an autocorrelation of the test image 1 and a cross-correlation with the test image 9 at a magnification of 1.2 times by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention. テスト画像10を示すイメージ図である。FIG. 4 is an image diagram showing a test image 10. テスト画像11を示すイメージ図である。FIG. 7 is an image diagram showing a test image 11. 本発明の実施の形態2に係るパターン検出方法で、テスト画像10からテスト画像11を検出した結果を示すグラフである。9 is a graph showing a result of detecting a test image 11 from a test image 10 by the pattern detection method according to the second embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1・・・入力画像記憶部
2・・・登録画像記憶部
3・・・画像処理部
4・・・制御部
5・・・表示部
6・・・入力部
7・・・画像ソース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input image storage part 2 ... Registered image storage part 3 ... Image processing part 4 ... Control part 5 ... Display part 6 ... Input part 7 ... Image source

Claims (20)

予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出を行うパターン検出装置であって、
外部から入力画像を入力し保持するための入力画像記憶部(1)と、
検出すべき登録画像を記憶するための登録画像記憶部(2)と、
前記入力画像記憶部(1)および登録画像記憶部(2)から各々の画像データを読み取り、登録画像および入力画像を構成する各画素の極座標に基づきそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき位相成分を抽出して、位相成分を合成して得られる位相限定合成の複素共役をフーリエ変換された入力画像に積算して入力画像を補正し、補正された入力画像と登録画像との相関値を演算し、演算された相関値に基づき入力画像中から登録画像のパターン検出を行うための画像処理部(3)と、
を備えることを特徴とするパターン検出装置。
A pattern detection device that performs pattern detection in image processing of searching for a registered image registered in advance from an input image,
An input image storage unit (1) for inputting and holding an input image from outside,
A registered image storage unit (2) for storing a registered image to be detected,
Each image data is read from the input image storage unit (1) and the registered image storage unit (2), and the Fourier transform is performed based on the polar coordinates of each pixel constituting the registered image and the input image. The phase component is extracted based on the input image, and the complex conjugate of the phase-only synthesis obtained by synthesizing the phase component is integrated into the Fourier-transformed input image to correct the input image, and the corrected input image and the registered image And an image processing unit (3) for performing a pattern detection of the registered image from the input image based on the calculated correlation value,
A pattern detection device comprising:
予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出を行うパターン検出装置であって、
外部から入力画像を入力し保持するための入力画像記憶部(1)と、
検出すべき登録画像を記憶するための登録画像記憶部(2)と、
前記入力画像記憶部(1)および登録画像記憶部(2)から各々の画像データを読み取り、登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換する極座標変換部と、
前記極座標変換部で変換された登録画像および入力画像の極座標を、それぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部でサンプリングされた登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換する離散フーリエ変換部と、
前記離散フーリエ変換部でフーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算する位相限定合成部と、
前記フーリエ変換部でフーリエ変換された入力画像に前記位相限定合成部で演算された位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するための複素共役積算部と、
前記複素共役積算部で補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する相関演算部と、
前記相関演算部で演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うパターン検出部と、
を備えることを特徴とするパターン検出装置。
A pattern detection device that performs pattern detection in image processing of searching for a registered image registered in advance from an input image,
An input image storage unit (1) for inputting and holding an input image from outside,
A registered image storage unit (2) for storing a registered image to be detected,
A polar coordinate conversion unit that reads each image data from the input image storage unit (1) and the registered image storage unit (2), and converts the rectangular coordinates of each pixel forming the registered image and the input image into polar coordinates,
A sampling unit that samples the polar coordinates of the registered image and the input image converted by the polar coordinate conversion unit at a predetermined sampling cycle,
A discrete Fourier transform unit for performing a discrete Fourier transform on the registered image and the input image sampled by the sampling unit,
Based on the registered image and the input image Fourier-transformed in the discrete Fourier transform unit, a phase-only synthesis unit that calculates a phase-only synthesis,
A complex conjugate integration unit for integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis calculated by the phase-only synthesis unit to the input image that has been Fourier-transformed by the Fourier transform unit, and calculating the corrected input image,
A correlation operation unit that calculates a correlation value between the input image and the registered image corrected by the complex conjugate integration unit,
Based on the correlation value calculated by the correlation calculation unit, a pattern detection unit that performs pattern detection of the registered image from the input image,
A pattern detection device comprising:
請求項1または2のパターン検出装置であって、
前記極座標変換部が各画素の直交座標をそれぞれ対数・極座標に変換することを特徴とするパターン検出装置。
The pattern detection device according to claim 1 or 2,
A pattern detection apparatus, wherein the polar coordinate conversion unit converts the orthogonal coordinates of each pixel into logarithmic / polar coordinates.
予め登録された登録データを入力データ中から検索するパターン検出方法であって、
登録データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、
入力データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、
前記フーリエ変換された登録データおよび入力データから位相限定合成を演算するステップと、
前記フーリエ変換された入力データに位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力データを演算するステップと、
補正された入力データと登録データとの相関値を演算するステップと、
演算された相関値に基づき、入力データ中から登録データの検出を行うステップと、
を備えることを特徴とするパターン検出方法。
A pattern detection method for searching registered data registered in advance from input data,
Performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each data constituting the registration data;
Performing a Fourier transform based on polar coordinates of each data constituting the input data;
Calculating a phase-only synthesis from the Fourier-transformed registration data and the input data;
Integrating the Fourier-transformed input data with the complex conjugate of phase-only synthesis to calculate the corrected input data;
Calculating a correlation value between the corrected input data and the registered data;
Detecting registered data from the input data based on the calculated correlation value;
A pattern detection method comprising:
予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出方法であって、
登録画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、
入力画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行うステップと、
前記フーリエ変換された登録画像および入力画像から位相限定合成を演算するステップと、
前記フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するステップと、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算するステップと、
演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うステップと、
を備えることを特徴とするパターン検出方法。
A pattern detection method in image processing of searching for a registered image registered in advance from an input image,
Performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each pixel constituting the registered image;
Performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each pixel constituting the input image;
Calculating a phase-only combination from the Fourier-transformed registered image and the input image;
Integrating the Fourier-transformed input image with the complex conjugate of phase-only synthesis to calculate a corrected input image;
Calculating a correlation value between the corrected input image and the registered image;
Performing a pattern detection of the registered image from the input image based on the calculated correlation value;
A pattern detection method comprising:
予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出方法であって、
登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換するステップと、
極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化するステップと、
離散化された登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換するステップと、
離散フーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算するステップと、
前記離散フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算するステップと、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算するステップと、
演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行うステップと、
を備えることを特徴とするパターン検出方法。
A pattern detection method in image processing of searching for a registered image registered in advance from an input image,
Converting the rectangular coordinates of each pixel constituting the registered image and the input image into polar coordinates,
Discretizing the registered image and the input image displayed in polar coordinates at a predetermined sampling cycle,
Discrete Fourier transforming each of the discretized registered image and the input image;
Calculating a phase-only synthesis based on the discrete Fourier transformed registered image and the input image;
A step of integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis into the discrete Fourier transformed input image to calculate a corrected input image;
Calculating a correlation value between the corrected input image and the registered image;
Performing a pattern detection of the registered image from the input image based on the calculated correlation value;
A pattern detection method comprising:
請求項6のパターン検出方法であって、
極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、その画素の周辺の画素の周辺の画素に基づいて平滑化を行うことを特徴とするパターン検出方法。
The pattern detecting method according to claim 6, wherein
When each of the registered image and the input image displayed in polar coordinates is discretized at a predetermined sampling period, the pixels of the sampled registered image and the input image are smoothed based on the pixels around the pixel. A pattern detection method characterized by performing conversion.
請求項6または7のパターン検出方法であって、
極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、所定の条件を満たす直交座標上の点を、対応する極座標上の点に各画素の振幅成分を加算することによって集約化することを特徴とするパターン検出方法。
It is a pattern detection method of Claim 6 or 7, Comprising:
When each of the registered image and the input image displayed in polar coordinates is discretized at a predetermined sampling period, a point on the orthogonal coordinates that satisfies a predetermined condition with respect to each pixel of the sampled registered image and the input image is corresponded. A pattern detection method, wherein aggregation is performed by adding an amplitude component of each pixel to a point on polar coordinates.
請求項5から8のいずれかのパターン検出方法であって、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、振幅成分が所定の閾値以上の画素について積算することことを特徴とするパターン検出方法。
The pattern detection method according to any one of claims 5 to 8,
When calculating a correlation value between a corrected input image and a registered image, a pattern detection method is characterized in that integration is performed on pixels whose amplitude components are equal to or greater than a predetermined threshold value.
請求項5から9のいずれかのパターン検出方法であって、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、各画素の振幅成分の変位量に基づき加重平均をとることにより、振幅成分に基づく強調処理を行うことを特徴とするパターン検出方法。
The pattern detection method according to any one of claims 5 to 9,
When calculating a correlation value between a corrected input image and a registered image, a weighted average is obtained based on a displacement amount of an amplitude component of each pixel, thereby performing an enhancement process based on the amplitude component. .
請求項4から10のいずれかのパターン検出方法であって、
登録データおよび入力データを構成する各データの座標をそれぞれ対数・極座標に変換することを特徴とするパターン検出方法。
The pattern detection method according to any one of claims 4 to 10,
A pattern detection method characterized by converting coordinates of each data constituting registration data and input data into logarithmic and polar coordinates.
予め登録された登録データを入力データ中から検索するパターン検出プログラムであって、コンピュータに、
登録データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、
入力データを構成する各データの極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、
前記フーリエ変換された登録データおよび入力データから位相限定合成を演算する機能と、
前記フーリエ変換された入力データに位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力データを演算する機能と、
補正された入力データと登録データとの相関値を演算する機能と、
演算された相関値に基づき、入力データ中から登録データの検出を行う機能と、
を実現させるためのパターン検出プログラム。
A pattern detection program for searching registered data registered in advance from input data,
A function of performing a Fourier transform based on polar coordinates of each data constituting the registration data,
A function of performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each data constituting the input data,
A function of calculating a phase-only combination from the Fourier-transformed registration data and input data,
A function of integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis with the Fourier-transformed input data, and calculating the corrected input data;
A function of calculating a correlation value between the corrected input data and the registered data,
A function of detecting registered data from input data based on the calculated correlation value,
Pattern detection program for realizing.
予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出プログラムであって、コンピュータに、
登録画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、
入力画像を構成する各画素の極座標に基づいてフーリエ変換を行う機能と、
前記フーリエ変換された登録画像および入力画像から位相限定合成を演算する機能と、
前記フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算する機能と、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する機能と、
演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行う機能と、
を実現させるためのパターン検出プログラム。
A pattern detection program in image processing for searching for a registered image registered in advance from an input image, the computer comprising:
A function of performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each pixel constituting the registered image,
A function of performing a Fourier transform based on the polar coordinates of each pixel constituting the input image,
A function of calculating a phase-only combination from the registered image and the input image subjected to the Fourier transform,
A function of integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis into the Fourier-transformed input image, and calculating a corrected input image;
A function of calculating a correlation value between the corrected input image and the registered image,
A function of detecting a pattern of a registered image from an input image based on the calculated correlation value,
Pattern detection program for realizing.
予め登録された登録画像を入力画像中から検索する画像処理におけるパターン検出プログラムであって、コンピュータに、
登録画像および入力画像を構成する各画素の直交座標をそれぞれ極座標に変換する機能と、
極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する機能と、
離散化された登録画像および入力画像をそれぞれ離散フーリエ変換する機能と、
離散フーリエ変換された登録画像および入力画像に基づき、位相限定合成を演算する機能と、
前記離散フーリエ変換された入力画像に位相限定合成の複素共役を積算して、補正された入力画像を演算する機能と、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する機能と、
演算された相関値に基づき、入力画像中から登録画像のパターン検出を行う機能と、
を実現させるためのパターン検出プログラム。
A pattern detection program in image processing for searching for a registered image registered in advance from an input image, the computer comprising:
A function of converting the rectangular coordinates of each pixel constituting the registered image and the input image into polar coordinates,
A function of discretizing the registered image and the input image displayed in polar coordinates at a predetermined sampling cycle,
A function of performing discrete Fourier transform on the discretized registered image and the input image, respectively,
A function of calculating phase-only synthesis based on the registered image and the input image subjected to the discrete Fourier transform,
A function of integrating the complex conjugate of the phase-only synthesis into the discrete Fourier transformed input image, and calculating a corrected input image;
A function of calculating a correlation value between the corrected input image and the registered image,
A function of detecting a pattern of a registered image from an input image based on the calculated correlation value,
Pattern detection program for realizing.
請求項14のパターン検出プログラムであって、
極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、その画素の周辺の画素の周辺の画素に基づいて平滑化を行うことを特徴とするパターン検出プログラム。
A pattern detection program according to claim 14,
When each of the registered image and the input image displayed in polar coordinates is discretized at a predetermined sampling period, the pixels of the sampled registered image and the input image are smoothed based on the pixels around the pixel. A pattern detection program characterized in that the pattern detection is performed.
請求項14または15のパターン検出プログラムであって、
極座標で表示される登録画像および入力画像をそれぞれ所定のサンプリング周期で離散化する際、サンプリングされた登録画像および入力画像それぞれの画素に対し、所定の条件を満たす直交座標上の点を、対応する極座標上の点に各画素の振幅成分を加算することによって集約化することを特徴とするパターン検出プログラム。
It is a pattern detection program of Claim 14 or 15, Comprising:
When each of the registered image and the input image displayed in polar coordinates is discretized at a predetermined sampling period, a point on the orthogonal coordinates that satisfies a predetermined condition with respect to each pixel of the sampled registered image and the input image is corresponded. A pattern detection program for integrating by adding the amplitude component of each pixel to a point on polar coordinates.
請求項14から16のいずれかのパターン検出プログラムであって、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、振幅成分が所定の閾値以上の画素について積算することことを特徴とするパターン検出プログラム。
The pattern detection program according to any one of claims 14 to 16,
A pattern detection program for calculating, when calculating a correlation value between a corrected input image and a registered image, for pixels whose amplitude components are equal to or greater than a predetermined threshold.
請求項14から17のいずれかのパターン検出プログラムであって、
補正された入力画像と登録画像との相関値を演算する際、各画素の振幅成分の変位量に基づき加重平均をとることにより、振幅成分に基づく強調処理を行うことを特徴とするパターン検出プログラム。
The pattern detection program according to any one of claims 14 to 17,
A pattern detection program for calculating a correlation value between a corrected input image and a registered image, performing a weighting average based on a displacement amount of an amplitude component of each pixel, thereby performing an emphasis process based on the amplitude component. .
請求項12から18のいずれかのパターン検出プログラムであって、
登録データおよび入力データを構成する各データの座標をそれぞれ対数・極座標に変換することを特徴とするパターン検出プログラム。
The pattern detection program according to any one of claims 12 to 18, wherein
A pattern detection program for converting coordinates of each data constituting registration data and input data into logarithmic and polar coordinates.
請求項12から19のいずれかのパターン検出プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
A computer-readable recording medium that records the pattern detection program according to claim 12.
JP2003273785A 2003-04-08 2003-07-11 Pattern detection apparatus, pattern detection method, pattern detection program, and computer-readable recording medium Expired - Fee Related JP4339037B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003273785A JP4339037B2 (en) 2003-04-08 2003-07-11 Pattern detection apparatus, pattern detection method, pattern detection program, and computer-readable recording medium

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003104312 2003-04-08
JP2003273785A JP4339037B2 (en) 2003-04-08 2003-07-11 Pattern detection apparatus, pattern detection method, pattern detection program, and computer-readable recording medium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004326728A true JP2004326728A (en) 2004-11-18
JP4339037B2 JP4339037B2 (en) 2009-10-07

Family

ID=33512981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003273785A Expired - Fee Related JP4339037B2 (en) 2003-04-08 2003-07-11 Pattern detection apparatus, pattern detection method, pattern detection program, and computer-readable recording medium

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4339037B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2005008590A1 (en) * 2003-07-17 2006-09-07 松下電器産業株式会社 Iris code generation method, personal authentication method, iris code registration device, personal authentication device, and personal authentication program
JP2007078510A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Yamatake Corp Mark detector
JP2007078511A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Yamatake Corp Mark detector
JP2008257469A (en) * 2007-04-04 2008-10-23 Canon Inc Image processing apparatus and image retrieval method
JP2011095839A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Olympus Corp Method for generating corrected image data, and display device
JP2013117960A (en) * 2011-12-01 2013-06-13 Canon Inc Estimation of shift and small distortion of image
JP2016005098A (en) * 2014-06-16 2016-01-12 日本電信電話株式会社 Image processing system, image processing method and image processing program

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06274736A (en) * 1993-03-24 1994-09-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Coin recognition device
JP2000268178A (en) * 1999-03-18 2000-09-29 Nec Corp Image aligning method
JP2001118535A (en) * 1999-10-19 2001-04-27 Hitachi Ltd Transmission electron microscope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06274736A (en) * 1993-03-24 1994-09-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Coin recognition device
JP2000268178A (en) * 1999-03-18 2000-09-29 Nec Corp Image aligning method
JP2001118535A (en) * 1999-10-19 2001-04-27 Hitachi Ltd Transmission electron microscope

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2005008590A1 (en) * 2003-07-17 2006-09-07 松下電器産業株式会社 Iris code generation method, personal authentication method, iris code registration device, personal authentication device, and personal authentication program
JP2007078510A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Yamatake Corp Mark detector
JP2007078511A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Yamatake Corp Mark detector
JP2008257469A (en) * 2007-04-04 2008-10-23 Canon Inc Image processing apparatus and image retrieval method
JP2011095839A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Olympus Corp Method for generating corrected image data, and display device
JP2013117960A (en) * 2011-12-01 2013-06-13 Canon Inc Estimation of shift and small distortion of image
JP2016005098A (en) * 2014-06-16 2016-01-12 日本電信電話株式会社 Image processing system, image processing method and image processing program

Also Published As

Publication number Publication date
JP4339037B2 (en) 2009-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El-Gayar et al. A comparative study of image low level feature extraction algorithms
Chetverikov Pattern regularity as a visual key
Shin et al. Comparison of edge detector performance through use in an object recognition task
Jaberi et al. Accurate and robust localization of duplicated region in copy–move image forgery
JP5261501B2 (en) Permanent visual scene and object recognition
RU2429540C2 (en) Image processing apparatus, image processing method, computer readable data medium
US9619733B2 (en) Method for generating a hierarchical structured pattern based descriptor and method and device for recognizing object using the same
US11189020B2 (en) Systems and methods for keypoint detection
US20140212005A1 (en) Texture Identification
KR20020096998A (en) Method of Extracting Shape Variation Descriptor for Retrieving Image Sequence
JP3675629B2 (en) Pattern recognition method, apparatus and recording medium
Saipullah et al. A robust texture feature extraction using the localized angular phase
CN110633711A (en) Computer device and method for training feature point detector and feature point detection method
Al-Hammadi et al. Improving SURF based copy-move forgery detection using super resolution
JP4339037B2 (en) Pattern detection apparatus, pattern detection method, pattern detection program, and computer-readable recording medium
WO2008003985A2 (en) Method of identifying linear features within an image
CN106557772B (en) Method and device for extracting local feature and image processing method
KR101166722B1 (en) A method of detecting interest points and finding an image descriptor based on local variation for image retrieval and the recording medium thereof
Jain et al. Content-based image retrieval using shape and depth from an engineering database
CN111768436B (en) Improved image feature block registration method based on fast-RCNN
CN112396551A (en) Watermark embedding method and device
JP5083162B2 (en) Image data determination apparatus, image data determination system, and program
CN113077410A (en) Image detection method, device and method, chip and computer readable storage medium
CN117474918B (en) Abnormality detection method and device, electronic device, and storage medium
Tahaoglu et al. A new approach for localization of copy-move forgery in digital images

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090608

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090616

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090701

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees