JP2008097309A - 画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび画像処理プログラムを記録する記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 検出精度向上するとともに、処理の高速化および必要なメモリ容量の縮小を実現する画像処理方法、画像処理装置、画像処理プログラムおよび画像処理プログラムを記録する記録媒体を提供する。
【解決手段】 ステップS1では、前処理として平滑化処理を行い、ステップS2では、画素を飛ばしながらSobelオペレータによるエッジ強度を求め、その強度が閾値範囲内となる画素について、エッジ方向と位置座標とを登録する。ステップS3では、一定の回転角度刻みの粗サーチとして一般化Hough変換を実行し、投票数の多い順に候補画素を選択する。ステップS4では、座標および回転角度とも近似した複数の画素を同じクラスタとし、その中から代表画素を選出する。ステップS5では、粗サーチにおける刻み角度よりも小さな回転角度で中間サーチとして一般化Hough変換の再投票を行い、ステップ6で正規化相関を用いた最終サーチを行う。
【選択図】 図1
Description
手順1 テンプレートの形状定義
手順2 パラメータ空間の設定
手順3 投票
手順4 ピーク点の抽出
このうち手順2〜4は、回転画像照合に該当する。
X,Y)は次式で表される。
X=ricos(αi+φ)+xi、 Y=risin(αi+φ)+yi …(1)
θ´とすると、次の関係が成り立つ。
θ=θ´+φ …(2)
(1)式2を満たすθ´を求める。
(2)形状定義表のθ´の箇所から、r、αを求める。
(3)式1を満たす(X,Y)セル空間に投票する。
前記画像データを構成する画素からエッジ画素を抽出し、エッジ方向および位置を登録するエッジ抽出ステップと、
第1の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行するステップであって、投票時に注目画素の周辺画素の投票数を足し込むようにして投票数を決定し、予め定める指定数分の画素を第1候補画素として選択する粗サーチステップと、
前記第1候補画素を対象に、画素間の距離および回転角度差に基づくクラスタリングを行い、各クラスタから代表画素を選出して第2候補画素を選択するクラスタリングステップと、
前記第2候補画素を対象に、前記第1の角度よりも小さい第2の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行し、予め定める指定数分の画素を第3候補画素として選択する中間サーチステップと、
前記第3候補画素を対象に、正規化相関によって対象ワークの回転角度および位置を検出する最終サーチステップとを含むことを特徴とする画像処理方法である。
Sobelオペレータを使用してエッジの抽出を行うことを特徴とする。
また本発明は、前記クラスタリングステップでは、単純クラスタリング法を使用し、回転角度差の閾値は前記第1の角度であり、前記画素間距離の閾値は、基準テンプレートの中心から最も遠いエッジ画素までの距離に予め定める割合を掛けた距離であることを特徴とする。
前記画像データを構成する画素からエッジ画素を抽出し、エッジ方向および位置を登録するエッジ抽出手段と、
第1の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行する手段であって、投票時に注目画素の周辺画素の投票数を足し込むようにして投票数を決定し、予め定める指定数分の画素を第1候補画素として選択する粗サーチ手段と、
前記第1候補画素を対象に、画素間の距離および回転角度差に基づくクラスタリングを行い、各クラスタから代表画素を選出して第2候補画素を選択するクラスタリング手段と、
前記第2候補画素を対象に、前記第1の角度よりも小さい第2の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行し、予め定める指定数分の画素を第3候補画素として選択する中間サーチ手段と、
前記第3候補画素を対象に、正規化相関によって対象ワークの回転角度および位置を検出する最終サーチ手段とを含むことを特徴とする画像処理装置である。
第1の角度が5°よりも小さいと投票処理に要する計算時間が短縮されず、15°よりも大きいと十分な検出精度が達成できない。
これにより、エッジ抽出ステップにおける抽出精度を向上させることができる。
手順1:平滑化処理
手順2:エッジ抽出処理
手順3:粗サーチ処理
手順4:クラスタリング処理
手順5:中間サーチ処理
手順6:最終サーチ処理
ノイズ除去するための前処理として、画像データに対して平滑化フィルタを用いた平滑化処理を行う。
平滑化した画像データを対象に、画素を飛ばしながらSobelオペレータによるエッジ強度を求め、その強度が予め設定された閾値範囲内であれば、エッジ方向と位置座標とを登録して抽出する。
手順2で抽出したエッジの方向と座標とを登録した後、対象ワークの輪郭形状に対応する部分の概略の回転角度と位置を求めるため、一定の回転角度刻みの粗サーチとして一般化Hough変換を実行する。一般化Hough変換で求めた投票数の多い順に、指定数分の第1候補画素を選択する。
手順3で選択された第1候補画素の中には、同じワークとみなせる画素が重複して挙げられている可能性がある。そのため座標および回転角度とも近似した複数の画素を同じクラスタとし、その中から最も投票数の多い点だけを第2候補画素とする。その他の画素は後続の処理の対象から外す。
第2候補画素を対象に、手順3の粗サーチにおける刻み角度よりも小さな回転角度で中間サーチとして一般化Hough変換の再投票を行い、第3候補画素を選出する。
手順3と手順5の一般化Hough変換2段処理で求めた回転角度と座標は、ピクセル精度であり、ピクセル単位の誤差が予想される。そのため、一般化Hough変換で求めた位置周辺について、第3候補画素を対象に、正規化相関を用いた最終サーチを行う。
手順1:平滑化処理
平滑化処理に用いる平滑化フィルタとしては、平均値フィルタとメディアンフィルタとがあり、実験結果から平均値フィルタが望ましい。
G(平均)=(G00+G10+G20+G01+G11+G21+G02+G12+G22)/9 …(3)
図3は、エッジ抽出処理を示すフローチャートである。
fxy=√(fx2+fy2) …(4)
θ=tan-1(fy/fx) …(5)
下限値以上のエッジ強度を有する画素数を計数し、計数値に予め定める割合M%を掛けて得た画素数を算出する。下限値以上のエッジ強度を有する画素数が、算出された画素数となるときのエッジ強度を上限値とする。割合M%としては、95%〜100%が望ましい。
手順3では、粗サーチとして、所定の回転角度刻みで一般化Hough変換を行う。
手順3の粗サーチで選択された第1候補画素の中から、クラスタリングにより位置座標および回転角度がともに近似した画素を集めて同じクラスタとし、その中の最大投票数の画素だけを第2候補画素とする。1つのクラスタ内におけるその他の画素は、後続処理の対象から外す。クラスタリングとしては、単純クラスタリング(Nearest Neighbor法−
NN法)を採用する。その手順は、以下の通りである。
手順5では、中間サーチとして、所定の回転角度刻みで一般化Hough変換を行う。
手順5の中間サーチで求めた第3候補画素について、その位置と回転角度周辺について、取込画像側を回転させながら、正規化相関を行い、最も一致度の高い回転角度と座標を検出結果として出力する。
相関式={A÷√(B×C)}×100 …(6)
Memory)122、ROM(Read Only Memory)123およびI/O(Input/Output)コントローラ124からなる。CPU121は、ROM123に記憶されている制御プログラムに基づいて画像処理装置102の動作を制御する。処理中の画像データや演算中のデータなどは一時的にRAM122に記憶される。I/Oコントローラ124は、キーボードやマウスなどの入力装置や部品の移動装置などが接続され、これらの入出力データの制御を行う。
Local Area Network)インターフェイスなどが備えられる。
Read Only Memory)/MO(Magneto Optical)ディスク/MD(Mini Disc)/DVD(
Digital Versatile Disc)などの光ディスクのディスク系、IC(Integrated Circuit)
カード(メモリカードを含む)/光カードなどのカード系、あるいはマスクROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically
Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュROMなどの半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体である。
・コントローラとしてはIVS33(シャープマニファクチャリングシステム株式会社製)を使用し、正規化相関は、標準ソフトV3.14を使用し、その他は独自開発のソフトウェアを使用した。
・サーチエリアサイズ512×480、
・矩形テンプレート96×96
「一般化Hough変換+正規化相関」による処理を実施例、「一般化Hough変換」のみ、および「正規化相関(回転角度10°刻み)」のみによる処理をそれぞれ比較例1,2とする。また、参考例として、「正規化相関(回転角度20°刻み)」のみによる処理も行った。
まず処理速度の結果について表1に示す。
次に検出精度の結果について表2に示す。
101 撮像装置
102 画像処理装置
103 表示装置
111 CCDカメラ
112 A/D変換器
113 カメラコントローラ
114 D/A変換器
115 フレームメモリ
121 CPU
122 RAM
123 ROM
124 I/Oコントローラ
Claims (8)
- 画像データに含まれる対象ワークを検出する画像処理方法において、
前記画像データを構成する画素からエッジ画素を抽出し、エッジ方向および位置を登録するエッジ抽出ステップと、
第1の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行するステップであって、投票時に注目画素の周辺画素の投票数を足し込むようにして投票数を決定し、予め定める指定数分の画素を第1候補画素として選択する粗サーチステップと、
前記第1候補画素を対象に、画素間の距離および回転角度差に基づくクラスタリングを行い、各クラスタから代表画素を選出して第2候補画素を選択するクラスタリングステップと、
前記第2候補画素を対象に、前記第1の角度よりも小さい第2の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行し、予め定める指定数分の画素を第3候補画素として選択する中間サーチステップと、
前記第3候補画素を対象に、正規化相関によって対象ワークの回転角度および位置を検出する最終サーチステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 前記エッジ抽出ステップでは、間引かれた画素に対して5×5画素のSobelオペレータを使用してエッジの抽出を行うことを特徴とする請求項1記載の画像処理方法。
- 前記第1の角度は、5°〜15°であることを特徴とする請求項1記載の画像処理方法。
- 前記クラスタリングステップでは、単純クラスタリング法を使用し、回転角度差の閾値は前記第1の角度であり、前記画素間距離の閾値は、基準テンプレートの中心から最も遠いエッジ画素までの距離に予め定める割合を掛けた距離であることを特徴とする請求項1記載の画像処理方法。
- 前記エッジ抽出ステップより前に、前記画像データに対して平滑化処理を行う平滑化ステップを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の画像処理方法。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 画像データに含まれる対象ワークを検出する画像処理装置において、
前記画像データを構成する画素からエッジ画素を抽出し、エッジ方向および位置を登録するエッジ抽出手段と、
第1の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行する手段であって、投票時に注目画素の周辺画素の投票数を足し込むようにして投票数を決定し、予め定める指定数分の画素を第1候補画素として選択する粗サーチ手段と、
前記第1候補画素を対象に、画素間の距離および回転角度差に基づくクラスタリングを行い、各クラスタから代表画素を選出して第2候補画素を選択するクラスタリング手段と、
前記第2候補画素を対象に、前記第1の角度よりも小さい第2の角度ごとに設定された回転角度に基づいて一般化Hough変換を実行し、予め定める指定数分の画素を第3候補画素として選択する中間サーチ手段と、
前記第3候補画素を対象に、正規化相関によって対象ワークの回転角度および位置を検出する最終サーチ手段とを含むことを特徴とする画像処理装置。
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