JP2012203731A - 画像の正置からの回転角度検知装置および方法 - Google Patents
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Abstract
画像の正置位置からの回転角度を求める。できれば高速に、精度良く求めたい。
【解決手段】
画像の正置位置からの回転角度を求める。入力画像の横方向に0を詰めて拡張し、縦方向に1/8縮小した前処理画像について、各方向の線の程度を示す評価値を計算する。例えば、前処理画像の横方向に対する角度を少しづつ変えながら求めた評価値の変化から画像の回転角度を求めるために、各方向について平行線を引いてプロジェクションを取り、2乗和してその方向の評価値とする。評価値の最も高い方向が求める正置位置からの回転方向となる。各方向のプロジェクションは、各方向に引かれた平行線と横軸の座標線の交点を参照する。
【選択図】 図9
Description
本発明の手段を記載する前に、画像やフーリエ変換した画像の座標系、角度の定義の仕方について説明する。座標系や角度の定義の仕方は各種があるが、ここでは、図11、12で示した定義とする。即ち、画像1104は、左上の点を原点1100、原点1100から右側をX軸1101、下側をY軸1102、とする左手系で定義する。ここで対象とする画像1104は、白黒画像であり、画像上の整数座標位置が画素となり、それぞれの画素に白黒の輝度値がある。画像1104がカラー画像の場合は、YUV変換のY画像など、白黒画像を作ることができるし、RGB画像から適当な演算で白黒画像を作成しても良い。ここでは、画像サイズは、N*Nとして例示する。画像の原点1100の座標を(0,0)とするので、X座標は0〜N−1、Y座標は0〜N−1までが画像1104の範囲となる。画像1104は、整数座標位置に画素があり、輝度値が定義されるが、実数値の座標位置でも、キュービックコンボリューションなど、適当な補間を用いて周囲の画素から補間して値を作り、輝度値を参照することができる。
(1)本発明第1の手段
本発明の目的を達成するための、本発明の第1の手段は、以下に述べるフーリエ変換を利用した方法である。
次に、前処理した画像をフーリエ変換する。フーリエ変換はバタフライ演算を用い、高速に演算する方法を用いることができる。なお、前処理で平均化した画像を引いたことにより、フーリエ変換した画像は、周波数原点(0周波数)近傍の値が小さくなり、その他の成分は残るため、画像の回転角度評価がしやすいものになっている。
また、各方向の評価値は、−45°と135°が同じ評価値としてサイクリックに繋がっているとして、所定の角度の幅を持った平滑化フィルタをかけて平均化した評価値を、新たに評価値と考え、上記のように最大値となる方向を求める正置画像からの回転角度とすることもできる。
(2)本発明第2の手段
本発明第2の手段では、本発明第1の手段で問題となる線が大きく途切れた画像の場合も角度検知の誤差が大きくならない特徴がある。
次に、エッジ画像に平行線を引き、平行線上の点を参照点としてその平行線の方向の評価値を計算する。平行線の方向を変え、所定の角度の評価値を全て計算する。評価値は、例えば、エッジ画像の平行線上に参照点を取り、参照点の輝度値の和を各線で求め(プロジェクションを取る)、各線の値の2乗和を評価値とすることができる。平行線を引く間隔は、横方向に1画素分の間隔が開くように取り、角度によって平行線の距離(平行線に垂直な距離)が異なるように引く。ここでは、これを疑似ラドン変換と呼ぶことにする。疑似ラドン変換では、平行線の距離(平行線に垂直な距離)が異なるが、所謂一般のラドン変換では、平行線の距離は角度によらず一定であり、ここで用いる疑似ラドン変換とは平行線の引き方が異なる。
(3)本発明第3の手段
本発明第3の手段は、本発明第1の手段と本発明第2の手段を結合する。はじめに、本発明第1の手段を使い、粗く回転角度を検知する。次に、粗く検知した回転角度分、画像を逆回転して、粗い回転補正画像を作成する。そして、粗い回転補正画像について、本発明第2の手段を用いて、上記第2の手段に記載した浅い角度範囲で、精度良く回転角度を求める。最初に求めた粗い検知角度と、次に求めた精度の良い回転角度を加算すると、元画像の正置位置からの回転角度が求まる。
(1)実施例1
(1−1)構成
図1に、本発明の実施例1の構成を示す。
(1−2)処理手順概要
図2に、本発明の実施例1における、撮影画像の正置位置からの回転角度を検知する処理方法の全体のフローを示す。この処理は、計算装置106が行う。以下、図中の番号をステップ番号として説明する。
(1−3)ステップ203の処理の具体例
直線のある画像をフーリエ変換すると、元の直線と90°角度が異なるが、フーリエ変換後の画像にも、上記で説明したように、原点(0周波数)を中心とした直線上に値が集中する性質がある。また、フーリエ変換した画像の画素値(複素数)の絶対値は、原点対称である性質を持っているので、原点から片方の外側のデータのみ参照して評価値を作ることができる。例えば、角度θの評価値 V1(θ)を計算する場合、以下の数1で計算することができる。
(1−4)ステップ204のフィルタについて
−45°から134°まで1°づつ評価値を取った評価値データにフィルタをかける場合は、−45°と135°の評価値が同一なので、134°の次の評価値が−45°に戻るサイクリック接続をして所定の幅を持った平滑化フィルタをかける。即ち、所定の角度の幅を持って評価値は平滑化される。フィルタサイズは、+−3°など、所定の幅を持つ。フィルタ形状は、単純平均やガウス型の平均、中心を頂点とする三角形型のフィルタなど、評価対象に合わせて、各種のフィルタを用いることができる。
(1−5)処理途中の様子の例
図3に実施例1における処理の途中経過の例を示した。
(1−6)その他1
以上では、評価値は、数1で計算したが、他にも評価値の計算方法はある。例えば、別の評価値V2(θ)を以下の数2で計算することもできる。
(1−7)その他2
以上では、−45°から134°迄を1°づつ評価する方法を示したが、その他にも、90°ずれた評価値も一緒に評価することもでき、その場合、−45°から44°迄を1°づつ評価した評価値V3(θ)やV4(θ)を以下の数3、数4によって求めることもできる。
以上では、1°おきに−45°から134°までの評価データを取ったが、0.1°おきに−45°から134.9°までの評価データを取ることもできる。また、0.1°間隔で+−20°の評価データを取るなど、評価データの角度の間隔、範囲を目的に応じて変えることができる。
(1−9)その他4
以上では、画像の正置位置からの回転角度を評価値データの中で評価値の最も大きな角度としたが、画像によっては、評価値の最も大きな方向が正置位置から所定の角度αだけずれた場合もある。このような場合は、評価値の最も高くなる角度から画像固有に決まる所定角度αを引いた角度が、画像の正置位置からの回転角度となる。
(1−10)誤差の大きくなる場合
本発明の実施例1では、処理対象となる画像の中に映っている直線が大きく途切れている場合に角度検出誤差が大きくなる場合があるという欠点がある。図4にその例を示す。中央付近で大きく途切れた多数の平行線からなる画像401の場合、実施例1の評価では、画像401の評価値データ404のように、本来は最も大きな値となることが期待される、θ0で記述した正置位置の角度405付近が凹み、左右2つにピークが分かれる場合がある。画像の正置位置からの回転角度が僅かにずれるだけで、評価データのピークの形状が異なり、2つに分れたピークの大きさの差も異なって来て、フィルタして平滑化しても、検知する角度が不安定になり、場合によっては誤差が1°を超える場合もある。
(2)実施例2
(2−1)実施例1と異なる部分
本発明の実施例2の構成は、本発明の実施例1と同じである。本発明の実施例2の手順は、本発明の実施例1と異なる部分を持つ。特に、ステップ502を持つことが本発明第2の実施例の大きな特徴である。
(2−2)処理手順概要
図5は、本発明の実施例2における、処理方法の全体のフローを示したものである。この処理は、計算装置106が行う。以下、図中の番号をステップ番号として説明する。
(2−3)ステップ502の処理の具体
ステップ501の処理手順を、図6で示す。以下、図6の番号をステップ番号として、ステップ501の手順を分割して説明する。
(2−4)ステップ502
図9に、疑似ラドン変換の様子を示す。前処理によりできた画像804は、左方向にaライン、右方向にbライン拡張された画像である。元の画像は、上述のように、縦方向に1/8縮小され、位置(a, 0)を左上の点とし、位置(a+N−1, N/8−1)を左下の点にして格納されている。
(2−5)処理途中の様子の例
図7に実施例2における処理の途中経過の例を示した。
(2−6)その他1
以上では、評価値は、数11で計算したが、他にも評価値の計算方法はある。例えば、別の評価値V6(θ(c))を以下の数12で計算することもできる。
Σは、数11と同様に、xが0からN−1までについての和を取ることを意味する。
(2−7)その他2
以上では、ステップ602で角度θ1を中心に浅い角度の回転を行う場合は、θ1−90°、またはθ1+90°回転処理を行ったが、この時の評価値に、更に、90°回転した時の評価値を加えて、新たに之を評価値とすることもできる。
(2−8)その他3
以上では、ステップ503で、各回転角度の評価値データの中で評価値が最大となる回転角度を求めたが、各回転角度の評価値データをフィルタして新たにフィルタした評価値データを作り、フィルタした評価値データが最大となる回転角度を求め、その角度を正置位置からの回転角度とすることもできる。
(2−9)その他4
以上では、ステップ503で元画像をθ1回転したが、角度評価を+−10°程度にする場合、更に20°回転した画像から、元の角度に換算して10°から30°程度までの評価データを作り、その他、逆に−20°回転した画像から元の角度に換算して−10°から−30°程度までの評価データを作り、これ等の評価データを繋げて、+−30°程度の評価データを作ることができる。
(2−10)その他5
以上のステップ603では、縮小処理を1/8縮小としたが、1/4縮小や1/2縮小、場合によっては、そのまま等倍とするなど、評価する角度範囲や入力画像の性質に応じ、縮小率を変えることもできる。
(2−11)特徴
以上の実施例2の処理をすると、実施例1で問題となった線が途中で大きく途切れた場合についても、角度検出誤差が大きくならなかった。
(3)実施例3
(3−1)実施例1、2と異なる部分
本発明の実施例3の構成は、本発明の実施例1と同じである。本発明の実施例3の手順は、本発明の実施例1と実施例2を組み合わせたものである。
(3−2)処理手順
図10は、本発明の実施例3における、処理方法の全体のフローを示したものである。この処理は、計算装置106が行う。以下、図中の番号をステップ番号として説明する。
(3−3)検知角度について
ステップ1002が第1の角度検出手段であり、ステップ1003が、第1の角度検出手段で検出した角度に基づいた画像の回転補正手段、ステップ1004が第2の角度検出手段になっている。
(3−4)特徴
実施例3は、実施例1と実施例2のそれぞれの欠点を補い、高速に精度良く画像の正置位置からの回転角度を検知できるという利点がある。
904a…前処理によってできた画像、904b…画像例、904c…画像例、904d…画像例、1001…縮小処理、1002…フーリエ変換ベースの角度検出処理、1003…回転処理、1004…疑似ラドン変換ベースの角度検出処理、1100…画像の原点、1101…X軸、1102…Y軸、1104…画像、1110…フーリエ変換した画像の原点、1101…X軸、1112…Y軸、1114フーリエ変換した画像、1120…周波数原点、1201…X軸方向の線、1202…X軸方向の別の線、1203…X軸とのなす角度がθの線、1211…X方向の線状の形、1213…θ方向の線状態の形、1300…同心円、1301…上方に行く線方向、1302…−45°の方向、1303…135°の方向、1401…方向c順番g=0の線、1402…交点周辺、1403…交点周辺の拡大図。
Claims (12)
- 撮影画像の正置位置からの回転角度を検知する装置において、
該撮影画像を入力として、該撮影画像から該撮影画像の平均画像を引く処理を含む前処理画像作成手段と、
該前処理画像をフーリエ変換して、フーリエ変換画像を作成するフーリエ変換画像作成手段と、
該フーリエ変換画像における0周波数の点の中心から、指定した角度の線上にある参照点の値の2乗和、または絶対値の和を評価値とする評価値計算手段と、
所望の離散角度について、各々、該評価値計算手段を用いて評価値を計算して、評価値データを作成する評価値データ作成手段と、
該評価値データを所定の角度の幅を持ったフィルタをする評価値データフィルタ手段と、
該評価値データフィルタ手段により得られたフィルタ後の評価値データの値が最大となる角度を求める角度検知手段と、
を有することを特徴とする画像の正置位置からの回転角度検知装置。 - 前記検査装置において、前記前処理画像作成手段は、上記撮影画像に映っている線が大きく途切れた領域がある場合、該途切れた線のどちらか一方のみ含む領域を抽出する処理を含むことを特徴とする請求項1記載の画像の正置位置からの回転角検知装置。
- 撮影画像の正置位置からの回転角度を検知する装置において、
該撮影画像、または該撮影画像を所定の前処理をした画像を入力画像として、
該入力画像について、所定の角度を持った等間隔の平行線を考え、該平行線の各々の線について、該入力画像の横座標線との交点または、縦座標線との交点を参照点として値を参照して該所定の角度についての評価値を作る評価値計算手段と、
所望の離散角度について、各々、該評価値計算手段を用いて評価値を計算して、評価値データを作成する評価値データ作成手段と、
該評価値データから所望の角度を検出する角度検出手段と、
を有することを特徴とする画像の正置位置からの回転角度検知装置。 - 前記検査装置において、前記所定の前処理は、
上記撮影画像、または、該撮影画像を前処理している途中の画像を所定の一方向に縮小する処理を含むことを特徴とする請求項3記載の画像の正置位置からの回転角度検知装置。 - 前記検査装置において、前記所定の前処理は、
上記撮影画像、または、該撮影画像を前処理している途中の画像を、所定の一方の座標軸について、所定の長さだけ長くした画像にコピーする処理を含むことを特徴とする請求項3記載の画像の正置位置からの回転角度検知装置。 - 撮影画像の正置位置からの回転角度を検知する装置は、
第1の回転角度検知手段と第2の回転角度検知手段を有し、
前記第1の回転角度検知手段は、該撮影画像、または該撮影画像を前処理した画像をフーリエ変換する処理を含み、フーリエ変換した画像から評価値を作ることにより回転角度を検知し、
前記第2の回転角度検手段は、該第1の回転角度検知手段で検知した角度が、上下、または左右の所定方向になるよう、該撮影画像、または該撮影画像を前処理した画像を回転して回転補正画像を作成する回転補正画像作成手段を有し、
該回転補正画像作成手段により作成された該回転補正画像、または該回転補正画像を前処理した画像を入力画像として、該入力画像上で所定の角度を持った等間隔の平行線を考え、該平行線の各々の線について、該入力画像の横座標線との交点または、縦座標線との交点を参照点として値を参照して該所定の角度についての評価値を作ることにより回転角度を検知し、
該第1の回転角度検知手段で検知した回転角度と、該第2の回転角度検知手段で検知した回転角度から、該撮影画像の正置位置からの回転角度を求めることを特徴とする画像の正置位置からの回転角度検知装置。 - 上記請求項1の各手段を実現する手順を記述したプログラム。
- 上記請求項3の各手段を実現する手順を記述したプログラム。
- 上記請求項6の各手段を実現する手順を記述したプログラム。
- 撮影画像を取得する手段及び処理された画像を表示する手段に接続された計算機を用いて画像の正置位置からの回転角度を検知する方法において、
該撮影画像を入力として、該撮影画像から該撮影画像の平均画像を引く処理を行って前処理画像を作成し、
該前処理画像をフーリエ変換して、フーリエ変換画像を作成するフーリエ変換画像を作成し、
該フーリエ変換画像における0周波数の点の中心から、指定した角度の線上にある参照点の値の2乗和、または絶対値の和を評価値として計算し、
所望の離散角度について、各々、該評価値の計算結果を用いて評価値を計算して、評価値データを作成し、
該評価値データを所定の角度の幅を持ったフィルタをする処理を施し、
該評価値データフィルタ処理により得られたフィルタ後の評価値データの値が最大となる角度を求める、
を有することを特徴とする画像の正置位置からの回転角度検知方法。 - 撮影画像を取得する手段及び処理された画像を表示する手段に接続された計算機を用いて画像の正置位置からの回転角度を検知する方法において、
該撮影画像、または該撮影画像を所定の前処理をした画像を入力画像として、
該入力画像について、所定の角度を持った等間隔の平行線を考え、該平行線の各々の線について、該入力画像の横座標線との交点または、縦座標線との交点を参照点として値を参照して該所定の角度についての評価値を作成し、
所望の離散角度について、各々、該評価値の作成結果を用いて評価値を計算して、評価値データを作成し、
該評価値データから所望の角度を検出する、
を有することを特徴とする画像の正置位置からの回転角度検知方法。 - 撮影画像を取得する手段及び処理された画像を表示する手段に接続された計算機を用いて画像の正置位置からの回転角度を検知する方法において、
前記方法は、第1の回転角度検知処理と第2の回転角度検知処理を含み、
前記第1の回転角度検知処理では、該撮影画像、または該撮影画像を前処理した画像をフーリエ変換する処理を行って、フーリエ変換した画像から評価値を作ることにより回転角度を検知し、
前記第2の回転角度検処理では、該第1の回転角度検知処理で検知した角度が、上下、または左右の所定方向になるよう、該撮影画像、または該撮影画像を前処理した画像を回転して回転補正画像を作成し、
前記作成された回転補正画像、または該回転補正画像を前処理した画像を入力画像として、該入力画像上で所定の角度を持った等間隔の平行線を考え、該平行線の各々の線について、該入力画像の横座標線との交点または、縦座標線との交点を参照点として値を参照して該所定の角度についての評価値を作ることにより回転角度を検知し、
該第1の回転角度検知処理で検知した回転角度と、該第2の回転角度検知処理で検知した回転角度から、該撮影画像の正置位置からの回転角度を求めることを特徴とする画像の正置位置からの回転角度検知方法。
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