JP2018055495A - 図形パターン認識装置および図形パターン認識方法 - Google Patents

Abstract

【課題】演算負荷を軽減でき、ひいてはコスト上昇を抑止することが可能な図形パターン認識装置および図形パターン認識方法を提供する。【解決手段】デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の図形パターンを認識する図形パターン認識装置１０であって、認識対象図形を含む画像に前処理を施す前処理部３０と、抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得るハフ変換処理部４０と、ハフ変換行列を、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートと比較照合を行う比較照合部５０と、比較照合部５０の比較照合の結果得られる類似度に基づいて、目的の図形パターンが存在するか否かを判定する判定処理部６０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、ＩＣカード媒体上のＩＣ接点（ＩＣ端子）等の図形パターンを認識する図形パターン認識装置および図形パターン認識方法に関するものである。

デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の幾何学図形を検出し、認識する手法として、ハフ（Hough）変換がよく知られており、さまざまな産業分野で広く用いられている。

この方法は、一般には、認識対象図形を含む画像にノイズ除去やエッジ強調等の前処理を施したのち、抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換し、その後、最大の累積度数をもつ累積点に関して逆ハフ変換を行い、画像空間上の直線を求める、という手順をとる（たとえば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載の技術では、半導体デバイスの製造工程におけるワークの位置決めについて、位置座標をハフ変換を用いて検出し、位置補正に用いるものであるが、最大累積点を求めて、不要パターン除去を行った後、逆ハフ変換して基準となる直線を求めるようにしている。

特許文献２に記載の技術では、多角形形状の形状特徴量を算出する場合に、物体の周囲の一部を構成する線分を推定するためにハフ変換を適用している。極座標に変換される点の個数を数え上げ、頻度が多い極座標を選択する。選択された極座標毎に逆ハフ変換で直線の式を算出する。

特開平１１−９７５１２号公報 特開２０１０−７９６４３号公報

しかしながら、ハフ空間上の最大累積点を求めることは、二次元空間上の極大点を求めることであり、パターンの変形等に起因するノイズを除去する必要があるなど、一般には容易ではなく、かつ演算負荷が大きい。そのため高速処理を行おうとすると、高性能なプロセッサを用いる必要があり、コスト上昇につながるという問題がある。

本発明の目的は、演算負荷を軽減でき、ひいてはコスト上昇を抑止することが可能な図形パターン認識装置および図形パターン認識方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の図形パターンを認識する図形パターン認識装置であって、抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得るハフ変換処理部と、前記ハフ変換行列を、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートと比較照合を行う比較照合部と、前記比較照合部の比較照合の結果得られる類似度に基づいて、目的の図形パターンが存在するか否かを判定する判定処理部とを有する。

これにより、ハフ変換行列から極大点を解析的に抽出する代わりに、ハフ変換行列を、あらかじめ用意したテンプレートと比較照合して類似度を求め、類似度の大小によって所定の図形パターンの有無を判定することが可能となり、演算負荷を軽減でき、安価な処理系を実現することができる。

好適には、前記比較照合部は、ハフ変換行列全体をプレートマッチングに用いる。

これにより、精度の高いマッチング結果を得ることが可能となる。

好適には、前記比較照合部は、前記図形パターンが矩形の場合、４つの累積度数極大点の近傍のみを取り出して作成しておいたテンプレートと比較照合を行う。

これにより、比較照合の精度を高く保持しつつ、比較照合処理の高速化を図ることができる。

好適には、認識対象図形を含む画像に前処理を施して前記ハフ変換処理部に供給する前処理部を含む。

これにより、ノイズ除去処理や、エッジ強調処理等が行われることで、ノイズやひずみの影響を抑えることが可能となる。

好適には、前記処理対象媒体はＩＣカードであり、前記特定の図形パターンはＩＣカード上のＩＣ端子を含む図形パターンである。

これにより、カードリーダに挿入されるＩＣカードの表面に矩形状(たとえば長方形状)に形成されているＩＣ端子の認識において、演算負荷を軽減でき、安価な処理系を実現することができる。

本発明の第２の観点は、デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の図形パターンを認識する図形パターン認識方法であって、抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得るハフ変換処理ステップと、前記ハフ変換行列を、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートと比較照合を行う比較照合ステップと、前記比較照合ステップの比較照合の結果得られる類似度に基づいて、目的の図形パターンが存在するか否かを判定する判定処理ステップとを有する。

これにより、ハフ変換行列から極大点を解析的に抽出する代わりに、ハフ変換行列を、あらかじめ用意したテンプレートと比較照合して類似度を求め、類似度の大小によって所定の図形パターンの有無を判定することが可能となり、演算負荷を軽減でき、安価な処理系を実現することができる図形パターン認識装置を提供することが可能となる。

好適には、前記比較照合ステップでは、ハフ変換行列全体をプレートマッチングに用いる。

これにより、精度の高いマッチング結果を得ることができる図形パターン認識装置を提供することが可能となる。

好適には、前記比較照合ステップは、前記図形パターンが矩形の場合、４つの累積度数極大点の近傍のみを取り出して作成しておいたテンプレートと比較照合を行う。

これにより、比較照合の精度を高く保持しつつ、比較照合処理の高速化を図ることができる図形パターン認識装置を提供することが可能となる。

好適には、認識対象図形を含む画像に前処理を施して前記ハフ変換処理ステップに供給する前処理ステップを含む。

これにより、ノイズ除去処理や、エッジ強調処理等が行われることで、ノイズやひずみの影響を抑えることができる図形パターン認識装置を提供することが可能となる。

本発明によれば、演算負荷を軽減でき、ひいてはコスト上昇を抑止することができる。

本発明の実施形態に係る図形パターン認識装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る図形パターン認識装置が適用されるカードリーダの主要な構成要素を模式的に示す簡略側断面図である。 カードリーダに挿入され図形パターン認識装置の処理対象となるＩＣカードの外観図である。 本実施形態に係るカードリーダの信号処理系の構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る図形パターン認識装置の図形パターン認識処理を説明するためのフローチャートである。 ハフ変換を用いて画像上の直線を検出する場合であって、画像空間上に描かれた図形パターンの一例である長方形を示す図である。 図６の直線Ａに沿って、各エッジ点についてρ−θ曲線を描いた結果を示す図である。 図６の直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃ、直線Ｄに沿って、各エッジ点すべてについてρ−θ曲線を描いた結果を示す図である。 投票操作をすべてのエッジ点に対するρ−θ曲線について実行したときの投票結果パターンを示す図である。 本実施形態に係る図形パターン認識装置における直線有無判定処理を説明するためのフローチャートである。 ハフ変換対象の他の画像例を示す図である。 図１１の画像によるハフ変換行列の一例を示す図である。 図１１の元画像の直線Ｂに対応する極大点近傍の部分を数値として示す図である。 ハフ変換行列のテンプレートの一例を示す図である。 本実施形態に係るカードリーダの主要部の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る図形パターン認識装置の構成例を示す図である。
図２は、本実施形態に係る図形パターン認識装置が適用されるカードリーダの主要な構成要素を模式的に示す簡略側断面図である。
図３は、カードリーダに挿入され図形パターン認識装置の処理対象となるＩＣカードの外観図である。

本実施形態に係る図形パターン認識装置１０は、一例として、カードリーダ１００に挿入されるＩＣカード２００の表面に矩形状(たとえば長方形状)に形成されているＩＣ端子２０１を図形認識処理対象としている。
すなわち、図形パターン認識装置１０は、デジタル画像を用いて、処理対象媒体であるＩＣカード２００上の特定の図形パターンであるＩＣ端子２０１を認識する機能を有する。

図形パターン認識装置１０は、認識対象図形を含むデジタル画像の入力部としての撮像部２０、前処理部３０、ハフ変換処理部４０、比較照合部５０、判定処理部６０、逆ハフ変換処理部７０、および図形表示処理部８０を有する。

撮像部２０は、カードリーダ１００に挿入され、所定の位置まで搬送されるＩＣカード２００の矩形（長方形）状に形成されたＩＣ端子２０１を含む矩形領域を撮像し、撮像した画像をデジタル画像として前処理部３０に供給する。

撮像部２０は、光を検出して電荷を発生させる光電変換素子を用いた固体撮像装置（イメージセンサ）としてのＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、イメージセンサの画素領域に入射光を導く（被写体像を結像する）光学系（レンズ等）、イメージセンサの出力信号を処理する信号処理回路を有する。
信号処理回路によるデジタル画像信号は、前処理部３０に供給される。
また、信号処理回路で処理された画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出し、あるいはプリンタに出力することも可能であり、またメモリカード等の記録媒体に直接記録する等、種々の態様が可能である。

撮像部２０は、カードリーダ１００のＩＣ接点ブロック機構の近傍、具体的には、搬送路におけるＩＣ接点ブロックの直前部分（上流側）に配置される。

前処理部３０は、認識対象図形（長方形状のＩＣ端子）を含むデジタル画像にノイズ除去やエッジ強調、二値化処理等の前処理を施す。前処理部３０は、前処理を施したデジタル画像信号をハフ変換処理部４０に出力する。

ハフ変換処理部４０は、前処理部３０から供給される画像パターンから抽出された直線群等の画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得る。ハフ変換処理部４０は、取得したハフ変換行列情報を比較照合部５０に出力する。
ハフ変換処理部４０のより具体的なハフ変換処理については後で詳述する。

比較照合部５０は、ハフ変換処理部４０によるハフ変換行列と、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートＴＭＰＬとの比較照合を行う。比較照合部５０は、比較照合の結果得られる類似度情報を判定処理部６０に出力する。
比較照合部５０は、たとえばハフ変換行列全体をテンププレートマッチングに用いる。

この比較照合部５０の比較照合方法によれば、所定の位置に所定の図形パターンが存在するときに、類似度が最大となり、この条件が満たされないときには、類似度が相対的に小さい値となる。この比較照合方法によれば、極大点を求める必要がなく、ノイズの影響も受けにくく、単純に積和演算によって長方形の有無が判定できるので、比較的低コストで処理系を実現することができる。

判定処理部６０は、比較照合部５０の比較照合の結果得られる類似度とあらかじめ設定した判定閾値ＶＴＨに基づいて、目的の図形パターン（ＩＣ端子の図形パターン）が存在するか否かを判定する。判定処理部６０は、判定結果情報を図示しないカードリーダ１００の制御系（ＣＰＵ等）および逆ハフ変換処理部７０に出力する。

逆ハフ変換処理部７０は、ハフ変換処理部４０によりハフ変換された累積点に対して逆ハフ変換を行い直線群等の画像パターンを求め、その結果を図形表示処理部８０に出力する。

図形表示処理部８０は、逆ハフ変換処理部７０で取得された画像パターンを図示しない液晶ディスプレイ等からなるモニタ（表示部）に表示する。

このような構成を有する図形パターン認識装置１０によれば、デジタル画像を用いて、処理対象媒体であるＩＣカード２００上の特定の図形パターンであるＩＣ端子２０１を検出して認識するに際し、ハフ変換行列から極大点を解析的に抽出する代わりに、ハフ変換行列を、あらかじめ用意したテンプレートと比較照合して類似度を求め、類似度の大小によって所定の図形パターンの有無を判定するようにしたことにより、演算負荷を軽減でき、安価な処理系を実現することができる。

このような構成を有する図形パターン認識装置１０による各部の具体的処理については後で詳述する。
ここで、本実施形態に係る図形パターン認識装置１０が適用されるカードリーダ１００の主要な構成について、図２および図３に関連付けて説明する。

図２に示すカードリーダ１００は、上位装置となるＡＴＭ（ホスト）に組み込まれる装置であり、図示しないがホストコンピュータに接続される。また、図２に示すカードリーダ１００は、磁気カードとＩＣカード２００の両方をハンドル可能な複合機となっている。そのため、図３に示すＩＣカード２００には、ＩＣ端子２０１および磁気ストライプ２０２が露出形成されている。

ＩＣカード２００は、ＪＩＳに準拠している一般的なカードであってもよく、たとえば、幅８６ｍｍ，高さ５４ｍｍ，厚み０．７６ｍｍというサイズのプラスチックカードでもよい。

図２に示すように、カードリーダ１００は、ＩＣカード２００の取り込み口となるカード挿入口１０１、ＩＣ端子２０１を有するＩＣカード２００が搬送される搬送路１０２、およびＩＣカード２００を搬送路１０２の所定の通信位置に搬送する搬送系としての駆動ローラ１０３ａ，１０３ｂおよび従動ローラ１０４ａ，１０４ｂ等を有する。

カードリーダ１００は、所定の通信位置に搬送されたＩＣカード２００のＩＣ端子２０１に接触して、ＩＣカード２００との通信を可能にするＩＣ接点ブロック機構１２０を有する。後述するように、ＩＣ接点ブロック機構１２０のうちのＩＣ接点１２１がＩＣ端子２０１に接触する。

さらに、カードリーダ１００は、ＩＣカード２００上の磁気ストライプ２０２に摺接させ、ＩＣカード２００に対してリードライト処理を行う磁気ヘッド１３０を有している。

カードリーダ１００において、カード挿入口１０１側からＩＣカード２００の搬送方向に沿って順番に搬送路１０２、磁気ヘッド１３０、およびＩＣ接点ブロック機構１２０が配置されている。

そして、カードリーダ１００においては、上記搬送方向に沿って、磁気ヘッド１３０の配置領域ＨＥＤＡとＩＣ接点ブロック機構１２０の配置領域ＩＣＣＡとの間に、搬送路１０２を搬送されたＩＣカード２００のＩＣ端子２０１を含む矩形領域を撮像するため撮像領域ＩＭＧＡが形成されている。
本実施形態においては、この撮像領域ＩＭＧＡに、図形パターン認識装置１０の撮像部２０が配置されている。

なお、撮像領域ＩＭＧＡに、図形パターン認識装置１０の撮像部２０だけでなく、他の回路系である前処理部３０、ハフ変換処理部４０、比較照合部５０、判定処理部６０、逆ハフ変換処理部７０、および図形表示処理部８０が基板に搭載されて撮像領域ＩＭＧＡに配置されるように構成することも可能である。
また、撮像領域ＩＭＧＡに、図形パターン認識装置１０の撮像部２０のみ配置され、他の回路系である前処理部３０、ハフ変換処理部４０、比較照合部５０、判定処理部６０、逆ハフ変換処理部７０、および図形表示処理部８０が配置領域ＩＭＧＡと別の領域に別の基板に搭載されて配置されるように構成することも可能である。

本実施形態においては、図示しない制御系の制御の下、搬送路１０２を搬送されたＩＣカード２００は、ＩＣ端子２０１を含む矩形領域を撮像部２０により撮像可能な位置に一旦停止され、撮像部２０の撮像画像に従って図形パターン認識装置１０において、デジタル画像を用いて、処理対象媒体であるＩＣカード２００上の特定の図形パターンであるＩＣ端子２０１の認識処理が行われる。
そして、たとえば、図形パターン認識装置１０によりＩＣ端子２０１であると認識されると、ＩＣカード２００はＩＣ接点ブロック機構１２０の配置領域ＩＣＣＡに搬送される。また、たとえば、図形パターン認識装置１０によりＩＣ端子２０１でないと認識されると、ＩＣカード２００は搬出処理される。

カードリーダ１００において、ＩＣ接点ブロック機構１２０は、主として、ＩＣカード２００のＩＣ端子２０１に接触して信号の授受を行うＩＣ接点ブロック１２２、およびＩＣ接点ブロック１２２をＩＣ端子１０２に接触・離脱可能に移動させるＩＣ接点接離部１２３により構成されている。

ＩＣ接点ブロック１２２は、ＩＣカード２００上のＩＣ端子２０１と実際に接触するために、搬送路１０２に向かって並ぶ複数個のＩＣ接点１２１を備えている。また、ＩＣ接点ブロック１２２は、ＩＣ接点接離部１２３に支持されて搬送路１０２に臨んでいる。
そして、ＩＣ接点接離部１２３の作用によって、ＩＣカード２００に接近・離反可能であって、ＩＣカード２００の表面にＩＣ接点１２１を接触・離脱させて信号の授受を行う。
ＩＣ接点ブロック１２２には、ＩＣカード２００との信号授受を制御するＩＣカード処理回路（の基板）が設けられており、このＩＣカード処理回路にＩＣ接点１２１の一端が電気的に接続されている。

ＩＣ接点接離部１２３は、ＩＣ接点ブロック１２２をＩＣカード２００のＩＣ端子２０１に接触・離脱させる回動アーム１２４、およびこの回動アーム１２４を駆動する駆動源（ソレノイド１２５）により構成されている。
ＩＣ接点接離部１２３において、ソレノイド１２５に通電していない間は、ソレノイド１２５のプランジャが突出してＩＣ接点ブロック１２２をＩＣカード２００（あるいは搬送路１０２）から離反させる一方で、通電時は、ソレノイド１２５の筐体に引っ込んでＩＣ接点ブロック１２２をＩＣカード２００に接近させる。したがって、ソレノイド１２５が非通電になると、ソレノイド１２５の駆動が解除され、ＩＣ接点ブロック１２２は、自動的にＩＣカード２００から離反することになる。

なお、本実施形態では、ＩＣ接点接離部１２３として、回動アーム１２４やソレノイド１２５を用いているが、その他、ＩＣ接点ブロック１２２を、ＩＣカード２００のＩＣ端子２０１に接触・離脱させることが可能な機構であれば、如何なるものであってもよい。また、本実施形態では、ＩＣ接点１２１をＩＣ端子２０１に対して近接するように駆動する駆動源として、ソレノイド１２５を採用しているが、その他、かかる機能を実現しうる駆動源であれば、如何なるものであってもよい。

ＩＣ接点１２１は、ＩＣカード２００のＩＣ端子２０１と接触して信号授受をし、通信を行うための接触端子である。ＩＣ接点１２１は、ＩＣカード２００の規格に対応するよう配置した複数のコイルバネ等によって構成されている。
また、ＩＣ接点１２１は、たとえばＩＣカード２００の進行方向と直交する方向に２列並べられているとともに、半田付け等によってＩＣカード処理回路（の基板）に電気的に接続されている。なお、ＩＣ接点１２１を構成する複数のコイルバネは、それぞれがくさび形状をしており、ＩＣ端子２０１とより確実に接触できるように、接触時に撓むことが可能な部材で形成されている。

一方で、上述した搬送系は、駆動モータ１０５と、駆動ローラ１０３ａ，１０３ｂと、搬送路１０２を挟んで駆動ローラ１０３ａ，１０３ｂと対向配置された従動ローラ１０４ａ，１０４ｂと、を有しており、カード挿入口１０１に近い側の駆動ローラ１０３ａと、ＩＣ接点ブロック機構１２０に近い側の駆動ローラ１０３ｂとは、伝達ベルト１０６によって連結されている。

ＩＣ接点ブロック機構１２０に近い側の従動ローラ１０４ｂは、伝達ベルト１０７によって、ノブ用ローラ１０８と連結されており、搬送路１０２を挟んでノブ用ローラ１０７と対向する位置にノブ１０９が設けられている。
このノブ１０９は、カードリーダ１００で障害が発生し、カードリーダ１００内にＩＣカード２００が詰まってしまった場合などに、これをカードリーダ１００から取り出すために設けられている。具体的には、サービスパーソンがノブ１０９を左方向に回すと、ＩＣカード２００が奥に（ＩＣ接点ブロック機構１２０が存在する方向に）取り込まれ、ノブ１０９を右方向に回すと、ＩＣカード２００が手前に（カード挿入口１０１が存在する方向に）放出される（取り出される）。

なお、本実施形態に係るカードリーダ１００には、ＩＣカード２００が所定の通信位置（ＩＣ接点ブロック１２２と対向する位置）から外れたときの位置ずれを検出するエンコーダ等の検出系を設けることも可能である。

次に、カードリーダ１００の電気系(信号処理系)の構成例について説明する。
図４は、本実施形態に係るカードリーダ１００の信号処理系の構成例を示すブロック図である。

図４において、カードリーダ１００の信号処理系３００は、主として、図形パターン認識装置１０を含む装置全体を統合的に制御するＣＰＵ３０１、各種プログラムやパラメータが格納されるＲＯＭ３０２、ＣＰＵ３０１のワーキングエリアとして機能するＲＡＭ３０３、逆ハフ変換処理部７０で取得された画像パターンを表示するための液晶ディスプレイ等からなるモニタ（表示部）３０４、ＩＣ接点ブロック１２２が接続されたＩＣカード処理回路３０５、および磁気ヘッド１３０が接続された磁気カード処理回路３０６を有している。

ＩＣカード処理回路３０５は、ＩＣ接点ブロック１２２（のＩＣ接点１２１）を介してＩＣカード２００のＩＣ端子２０１に対する入出力信号を処理する。
磁気カード処理回路３０６は、磁気ヘッド１３０を介してＩＣカード２００の磁気ストライプ２０２に対する入出力信号を処理する。
特に、ＩＣカード処理回路３０５は、一般に制御用ＩＣが実装されており、メイン基板上のＣＰＵ３０１によってコントロールされる。

なお、本実施形態では、ＣＰＵ３０１（のメイン基板）と、図形パターン認識装置１０やＩＣカード処理回路３０５（の基板）とは別基板としているが、もちろん単一の基板（例えばメイン基板）であっても構わない。

ＣＰＵ３０１は、搬送路１０２を搬送されたＩＣカード２００を、ＩＣ端子２０１を含む矩形領域を撮像部２０により撮像可能な位置に一旦停止させ、撮像部２０の撮像画像に従って図形パターン認識装置１０において、デジタル画像を用いて、処理対象媒体であるＩＣカード２００上の特定の図形パターンであるＩＣ端子２０１を認識させる。
そして、ＣＰＵ３０１は、たとえば、図形パターン認識装置１０によりＩＣ端子２０１であると認識されると、ＩＣカード２００はＩＣ接点ブロック機構１２０の配置領域ＩＣＣＡに搬送させる、等の制御を行う。

以上、本実施形態に係る図形パターン認識装置１０が適用されるカードリーダ１００の主要な構成について説明した。
次に、図形パターン認識装置１０による各部の具体的処理について詳述する。

図５は、本実施形態に係る図形パターン認識装置１０の図形パターン認識処理を説明するためのフローチャートである。
図６は、ハフ変換を用いて画像上の直線を検出する場合であって、画像空間上に描かれた図形パターンの一例である長方形を示す図である。

本実施形態に係る図形パターン認識装置１０における図形パターン認識処理では、基本的に、ハフ変換処理が適用される。
ハフ変換は、一般的な直線を検出する場合に適用できることはもとより、四角形や多角形など、直線で構成された図形はもちろん、円の検出などにも適用できる。

ここでは、図形パターンの一例である長方形を検出し認識する処理を説明する。
本実施形態に係る図形パターン認識装置１０において、ハフ変換を用いて画像上の直線を検出するには図５に示すような手順で行われる。
ここでは、図６に示すような、画像空間上に描かれた長方形ＲＣＴＡを例にあげて、ハフ変換によってこれを検出する手順を説明する。

図形パターン認識装置１０では、撮像部２０により、カードリーダ１００に挿入され、所定の位置まで搬送されるＩＣカード２００の長方形状に形成されたＩＣ端子２０１を含む矩形領域が撮像され、撮像した画像がデジタル画像として前処理部３０に供給される。

図６は４辺ＡＢＣＤからなる長方形ＲＣＴＡを示している。図６の画像ＩＭＧは、直交座標系のＸ方向に６０画素、Ｙ方向に４０画素の大きさを有している。
図６中の長方形ＲＣＴＡのサイズは幅Ｗ３０、高さＨ２０であり、左辺Ａは画像の左端から１５画素の位置Ｘ１５に、右辺Ｃは画像の右端から１５画素の位置Ｘ４５にある。
上辺Ｄは画像上端から１０画素の位置Ｙ１０に、下辺Ｂは下端から１０画素の位置Ｙ３０にある。

図６に示す画像ＩＭＧはハフ変換を適用する直前の画像である。実際には、撮像部２０により撮像された認識対象画像は濃淡画像として与えられることが多く、撮像条件によってはノイズやひずみが存在することがある。
そこで、前処理部３０において、前処理段階で、ノイズ除去処理（ステップＳＴ１）や、エッジ強調処理（ステップＳＴ２）が行われ、さらに二値化処理（ステップＳＴ３）が行われると、図６の画像ＩＭＧが得られる。図６の画像ＩＭＧにおいては、直線ＡＢＣＤが白に，背景が黒として二値化されている。

次に、ハフ変換処理部４０において、前処理が施された図６の画像パターンに対してハフ変換処理が施される（ステップＳＴ４）。
図６において、画像の座標軸は図６の矢印で示した向きにＸ軸、Ｙ軸をとる。
始めにエッジ点（直線を構成する点）をひとつ取り出す。例として、直線Ａと直線Ｄの交点Ｐ（x0,y0）をとる。このとき、点Ｐのハフ変換は次のように計算する。θは通常０度から１８０度の範囲に設定される。時計回り方向をθの正方向にとる。このとき点Ｐを通る直線は次式で表現される。

ρ＝x0cosθ＋y0sinθ

いまx0=１５、y0=１０であるので、代入すると次式が与えられる。

ρ＝１５cosθ＋１０sinθ

θ＝０〜π（180°）まで変化させてρを求めると、ρ−θ空間上に一本の曲線が描かれる。

エッジ点は、直線Ａに沿って、点Ｐ（１５，１０）〜点Ｐ（１５，３０）までであるので、これら各点について同様にρ−θ曲線を描くと、図７が得られる。
この処理を残りの直線Ｂ、直線Ｃ、直線Ｄ上のエッジ点すべてについて実行すれば、図８が得られる。

すなわち、図７は、図６の直線Ａに沿って、各エッジ点についてρ−θ曲線を描いた結果を示す図である。
図８は、図６の直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃ、直線Ｄに沿って、各エッジ点すべてについてρ−θ曲線を描いた結果を示す図である。
図９は、投票操作をすべてのエッジ点に対するρ−θ曲線について実行したときの投票結果パターンを示す図である。
図７、図８、および図９において、横軸がθ（theta）を、縦軸がρ(rho)をそれぞれ表している。

そして、元画像上のひとつのエッジ点に対応するρ−θ空間座標上の曲線について、この曲線が通過するすべての点について、投票行為を行う。すなわち１を加算することにする。
この加算操作すなわち投票操作をすべてのエッジ点に対するρ−θ曲線について実行すると、図９に示す投票結果パターンが得られる。
この図９示す投票結果パターンはハフ変換の結果であり、ハフ変換行列と呼ばれることもある。ρ−θ曲線の通過頻度が大きい点は、高い投票値をもつことになる。

次に、比較照合部５０および判定処理部６０において、直線有無判定処理が行われる（ステップＳＴ５）。
図１０は、本実施形態に係る図形パターン認識装置１０における直線有無判定処理を説明するためのフローチャートである。

本実施形態においては、あらかじめ、検出すべき長方形に対応したハフ変換行列のテンプレートを用意し、メモリ等に格納しておく。
比較照合部５０において、実際に得られたハフ変換行列をこのテンプレートと比較照合（テンプレートマッチング）が行われ（ステップＳＴ５１）、類似度ＤＯＳが求められる。
この比較照合部５０のテンプレートマッチングの結果をもとに、判定処理部６０において、類似度ＤＯＳがあらかじめ設定された判定閾値ＶＴＨ以上であるか否かの判定が行われる（ステップＳＴ５２）。
判定処理部６０において、類似度ＤＯＳがあらかじめ設定された判定閾値ＶＴＨ以上であると判定された場合には、所望の図形パターンである長方形ＲＣＴＡが認識され、ＩＣカード２００の所定の位置に長方形ＲＣＴＡがあるものと判定される（ステップＳＴ５３）。
判定処理部６０において、類似度ＤＯＳがあらかじめ設定された判定閾値ＶＴＨ以上でないと判定された場合には、所望の図形パターンである長方形ＲＣＴＡが認識されず、ＩＣカード２００の所定の位置に長方形ＲＣＴＡがないものと判定される（ステップＳＴ５４）。

この方法によれば、所定の位置に所定の図形パターンが存在するときに、類似度が最大となり、この条件が満たされないときには、類似度が相対的に小さい値となる。
この方法によれば、極大点を求める必要がなく、ノイズの影響も受けにくく、単純に積和演算によって長方形の有無が判定できるので、比較的低コストで処理系を実現することができる。

図１１は、ハフ変換対象の他の画像例を示す図である。
図１２は、図１１の画像によるハフ変換行列の一例を示す図である。
図１２において、横軸がθ（theta）を、縦軸がρ(rho)をそれぞれ表している。
図１３は、図１１の元画像の直線Ｂに対応する極大点近傍の部分を数値として示す図である。
図１４は、ハフ変換行列のテンプレートの一例を示す図である。

たとえば、図１１の画像をハフ変換すると、図１２のハフ変換行列が得られる。元画像の直線Ｂに対応する極大点近傍の部分を示したものが図１３である。
本実施形態に係る図形パターン認識装置１０では、図１３のハフ変換行列上で極大点を探索することはせず、テンプレートとして用意したハフ変換行列とのパターンマッチングを実行する。
テンプレートＴＭＰＬとしては、図１４のハフ変換行列を用いることができる。

図１４のテンプレートＴＭＰＬは、ハフ変換行列上の極大点（ρ−θ）=（３０，９０）、の近傍を示したものである。中央の値“１８”をもつ点が極大点である。これは、元画像の直線Ｂに対応する。
ただし、ピーク位置を検出するには、ピークと判定するための閾値を設定する必要があるが、ピーク点は元画像の撮像条件等により大きく変動し、適切に閾値を選ぶことは、簡単ではない。また、二次元空間での極大値検出は二次元的に最大勾配を求める必要があるなど、計算負荷が大きくなる。
しかしながら、図１４は事前に求めておくことが前提のテンプレートであることから、高速に求める必要もなく、高性能なハードウェアやプロセッサを必要とせず、処理系のコストアップにつながることはない。

図５の処理に戻る。
ステップＳＴ５の直線有無判定において、所望の図形パターンである長方形ＲＣＴＡが認識され、ＩＣカード２００の所定の位置に長方形ＲＣＴＡがあるものと判定され、逆ハフ変換処理部７０で長方形があると判断されると（ステップＳＴ６）、逆ハフ変換処理部７０で逆変換処理が行われる（ステップＳＴ７）。
逆ハフ変換処理部７０においては、ハフ変換処理部４０によりハフ変換された累積点に対して逆ハフ変換が行われて、直線群等の画像パターンが求められ、その結果を図形表示処理部８０に出力される。

図形表示処理部８０においては、逆ハフ変換処理部７０で取得された画像パターンが、たとえばＣＰＵ３０１の制御の下、液晶ディスプレイ等からなるモニタ（表示部）３０４に表示される（ステップＳＴ８）。

［カードリーダ１００の主要部の動作］
次に、本実施形態に係るカードリーダ１００の主要部の動作について図１５に関連付けて説明する。
図１５は、本実施形態に係るカードリーダ１００の主要部の動作を説明するためのフローチャートである。

ここでは、カードリーダ１００において実行される基本処理動作（処理シーケンス）について概説する。

まず、ＩＣカード２００がカード挿入口（ゲート口）１０１から挿入される（ステップＳＴ１１）。
挿入されたＩＣカード２００は、駆動ローラ１０３ａ，１０３ｂや従動ローラ１０４ａ，１０４ｂ等の搬送系により奥に取り込まれるに従って、磁気ヘッド１３０によってＩＣカード２００上の磁気ストライプ２０２に記録された磁気データが読み込まれる（ステップＳＴ１２）。
ＩＣカード２００は、さらにその奥に運ばれ、エンボスイメージ読取機構（図示せず）によって、エンボスイメージの取り込みが行われる（取り込まれたイメージは、偽造有無の確認のため、保管される）。
挿入されたカードがＩＣカード２００である場合（ステップＳＴ１３）、ＩＣカード２００は一旦カード挿入口１０１の近くまで搬送され、再度後方（奥）の撮像領域ＩＭＧＡに搬送される（ステップＳＴ１４）。

撮像領域ＩＭＧＡでは、図形パターン認識装置１０の撮像部２０により、カードリーダ１００に挿入され、所定の位置まで搬送されるＩＣカード２００の長方形状に形成されたＩＣ端子２０１を含む矩形領域が撮像され（ステップＳＴ１５）、撮像した画像がデジタル画像として前処理部３０に供給され、以降、図形パターン認識処理が行われる（ステップＳＴ１６）。
図形パターン認識装置１０において、デジタル画像を用いて、処理対象媒体であるＩＣカード２００上の特定の図形パターンであるＩＣ端子２０１を検出して認識するに際し、ハフ変換行列から極大点を解析的に抽出する代わりに、ハフ変換行列を、あらかじめ用意したテンプレートと比較照合して類似度が求められ、類似度の大小によって所定の図形パターンの有無が判定される。これにより、演算負荷が軽減され、安価な処理系が実現可能となる。

そして、たとえば、図形パターン認識装置１０によりＩＣ端子２０１であると認識されると（ステップＳＴ１７）、ＩＣカード２００はＩＣ接点ブロック機構１２０の配置領域ＩＣＣＡに搬送される（ステップＳＴ１８）。また、たとえば、図形パターン認識装置１０によりＩＣ端子２０１でないと認識されると（ステップＳＴ１７）、ＩＣカード２００は搬出処理される（ステップＳＴ１９）。

そして、ＩＣカード２００のＩＣ端子１０１２、ＩＣ接点１２１を正確に下ろすための位置出しが行われる（ステップＳＴ２０）。この位置出しは、図示しないフォトセンサあるいは機械スイッチ等により行うことができる。
ＩＣカード２００が所定の通信位置に搬送されると、ＩＣ接点１２１がＯＮされて、ＩＣカード２００との通信が行われる（ステップＳＴ２１）。通信が完了すると、ＩＣ接点１２１がＯＦＦされて、ＩＣカード２００がカード挿入口１０１に搬送されてＩＣカード２００がユーザに返却されて「取引き」が完了する（ステップＳＴ２２）。

なおここで、ＩＣ接点１２１をＯＮするとは、ＩＣ接点１２１がＩＣカード２００のＩＣ端子２０１に接触している状態をいい、ＩＣ接点１２１をＯＦＦするとは、ＩＣ接点１２１とＩＣカード２００のＩＣ端子２０１とが非接触の状態のことをいう。

（本実施形態の主な効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の図形パターンを認識する図形パターン認識装置１０が、認識対象図形を含む画像に前処理を施す前処理部３０と、抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得るハフ変換処理部４０と、ハフ変換行列を、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートと比較照合を行う比較照合部５０と、比較照合部５０の比較照合の結果得られる類似度に基づいて、目的の図形パターンが存在するか否かを判定する判定処理部６０とを有する。

したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の図形パターン認識装置１０によれば、デジタル画像を用いて、処理対象媒体であるＩＣカード２００上の特定の図形パターンであるＩＣ端子２０１を検出して認識するに際し、ハフ変換行列から極大点を解析的に抽出する代わりに、ハフ変換行列を、あらかじめ用意したテンプレートと比較照合して類似度を求め、類似度の大小によって所定の図形パターンの有無を判定することが可能となり、演算負荷を軽減でき、安価な処理系を実現することができる。

本実施形態の比較照合においては、所定の位置に所定の図形パターンが存在するときに、類似度が最大となり、この条件が満たされないときには、類似度が相対的に小さい値となる。
本実施形態の比較照合においては、極大点を求める必要がなく、ノイズの影響も受けにくく、単純に積和演算によって長方形の有無が判定できるので、比較的低コストで処理系を実現することができる。

（応用例）
本実施形態の図形パターン認識装置１０では、比較照合部５０が、たとえばハフ変換行列全体をテンププレートマッチングに用いる例について説明したが、たとえば図形パターンが矩形（たとえば長方形）の場合、４つの累積度数極大点の近傍のみを取り出して作成しておいたテンプレートと比較照合を行うように構成することも可能である。

これにより、比較照合の精度を高く保持しつつ、比較照合処理の高速化を図ることができる。

なお、以上詳細に説明した方法は、上記手順に応じたプログラムとして形成し、ＣＰＵ等のコンピュータで実行するように構成することも可能である。
また、このようなプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体、この記録媒体をセットしたコンピュータによりアクセスし上記プログラムを実行するように構成可能である。

１０・・・図形パターン認識装置、２０・・・撮像部、３０・・・前処理部、４０・・・ハフ変換処理部、５０・・・比較照合部、６０・・・判定処理部、７０・・・逆ハフ変換処理部、８０・・・図形表示処理部、１００・・・カードリーダ、２００・・・ＩＣカード、２０１・・・ＩＣ端子。

Claims (10)

1. デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の図形パターンを認識する図形パターン認識装置であって、
   抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得るハフ変換処理部と、
   前記ハフ変換行列を、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートと比較照合を行う比較照合部と、
   前記比較照合部の比較照合の結果得られる類似度に基づいて、目的の図形パターンが存在するか否かを判定する判定処理部と
   を有することを特徴とする図形パターン認識装置。
2. 前記比較照合部は、
   ハフ変換行列全体をプレートマッチングに用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の図形パターン認識装置。
3. 前記比較照合部は、
   前記図形パターンが矩形の場合、４つの累積度数極大点の近傍のみを取り出して作成しておいたテンプレートと比較照合を行う
   ことを特徴とする請求項１の図形パターン認識装置。
4. 認識対象図形を含む画像に前処理を施して前記ハフ変換処理部に供給する前処理部を含む
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の図形パターン認識装置。
5. 前記処理対象媒体はＩＣカードであり、前記特定の図形パターンはＩＣカード上のＩＣ端子を含む図形パターンである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の図形パターン認識装置。
6. デジタル画像を用いて、処理対象媒体上の特定の図形パターンを認識する図形パターン認識方法であって、
   抽出された画像パターンに対してハフ変換を施して累積点に変換してハフ変換行列を得るハフ変換処理ステップと、
   前記ハフ変換行列を、認識すべき図形パターンに対応して事前に作成しておいたテンプレートと比較照合を行う比較照合ステップと、
   前記比較照合ステップの比較照合の結果得られる類似度に基づいて、目的の図形パターンが存在するか否かを判定する判定処理ステップと
   を有することを特徴とする図形パターン認識方法。
7. 前記比較照合ステップでは、
   ハフ変換行列全体をプレートマッチングに用いる
   ことを特徴とする請求項６記載の図形パターン認識方法。
8. 前記比較照合ステップは、
   前記図形パターンが矩形の場合、４つの累積度数極大点の近傍のみを取り出して作成しておいたテンプレートと比較照合を行う
   ことを特徴とする請求項６記載の図形パターン認識方法。
9. 認識対象図形を含む画像に前処理を施して前記ハフ変換処理ステップに供給する前処理ステップを含む
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の図形パターン認識方法。
10. 前記処理対象媒体はＩＣカードであり、前記特定の図形パターンはＩＣカード上のＩＣ端子を含む図形パターンである
    ことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の図形パターン認識装置。

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