JP2620094B2 - 図形パタ−ンの計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加工機の自動化に伴うマテリアル・ハンド
リング等に際して、部材の位置や姿勢角を計測する場合
に有効に利用できるパターン認識技術に関するものであ
り、特に、そのパターン認識に際して図形パターンの位
置及び姿勢を短時間に正確に計測する方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 物体をテレビカメラ等により２次元的な図形パターン
として撮像し、その図形パターンの基準パターンに対す
る姿勢角や位置ずれ等を計測するには、従来から提案さ
れている各種パターン認識技術あるいはその他の方法を
利用することができる。

本発明者らも、上述した図形パターンの姿勢角や位置
ずれを非常に簡単な装置で極めて容易に判別可能にした
計測方法を、先に特願昭62−256804号（特開平１−9918
1号）により提案している。

この既提案の計測方法は、検出した図形パターンを２
値化して、その輪郭部における各頂点の抽出を行い、そ
の頂点のデータに基づいて基準パターンとの比較による
パターンマッチングを行うと共に、特定の頂点を特徴点
コーナーとして、両パターンの対応する特徴点コーナー
の座標関係から、アフィン逆変換により基準パターンに
対する図形パターンの姿勢角と位置ずれを計測するもの
である。

しかるに、上記計測方法の実施に際し、図形パターン
の認識精度を高めるために、1024×1024という大容量メ
モリを用いることを考えると、図形パターンの輪郭追跡
により頂点検出を行う場合に、大量のデータ処理を行う
ために長時間を必要とすることになる。

そして、加工機の加工速度や精度などとの関連で、図
形パターンの認識を非常に短時間で行うことが要求さ
れ、しかも高精度な姿勢、位置ずれの認識を要求される
ことが少なくないことから、このような点を考慮する
と、テレビカメラ等のパターン入力装置により２次元的
な図形パターンとして取込む際には比較的高精度に、従
って大量のデータを取込み、それらのデータを処理する
際には、何らかの手段により高速処理を可能にし、最終
的には高精度な測定をすることが望まれる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、高精度な姿勢や位置ずれの計測を行
うことを前提として、大量の図形パターンのデータを取
込みながら、そのデータによる高精度な形状認識に先立
ち、上記大量のデータから予め概略的な輪郭形状を高速
で計測し、その後に必要部分のみを高精度に計測して、
計測精度を維持しながら処理時間の短縮を可能にするこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の図形パターン計測
方法は、計測対象物体の図形パターンを２値化して、そ
の輪郭部における各頂点の抽出を行い、図形パターンの
特定の頂点が、基準パターンにおけるどの頂点に対応す
るかの判定を行い、この判定は、図形パターンにおける
特定の頂点の並びを順次一つずつずらして両者が一致す
るか否かの判定を繰返すことであって、この判定によっ
てパターンマッチングを行うと共に、アフィン逆変換に
必要な図形パターンの特定の２頂点を特徴点コーナーと
し、それに対応する基準パターン上の２点の特徴点コー
ナーとの座標関係から、アフィン逆変換により所期の計
測値である図形パターンの基準パターンに対する姿勢角
及び位置ずれを計測する図形パターンの計測方法におい
て、上記計測対象物体の輪郭部における各頂点の抽出
は、２値化された計測対象物体の図形パターンが記憶さ
れたメモリを、バッファの値に応じて複数ピクセル飛び
毎に飛び飛びに読み出すことによって、計測対象物体の
輪郭部における概略的な頂点を抽出することであって、
この概略的な頂点の周辺のみについて１ピクセル毎の処
理による輪郭追跡を行い、上記特定の頂点の検出を行う
ことによって、計測対象物体の姿勢角及び位置ずれを計
測することを特徴とするものである。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について詳述する。

計測域に置かれた物体の姿勢角や位置の計測に際し、
その対象物体をテレビカメラ等のパターン入力装置によ
り２次元的な図形パターンとして取込み、その走査線上
の各サンプル点についての出力をAD変換によりサンプル
点の明暗に応じた２値化信号とし、これによって得られ
た２値化マトリクス・パターンの処理により図形パター
ンの姿勢角や位置の計測を行う場合に、一旦概略的な形
状、即ち、図形パターンにおける輪郭部上の頂点の数や
概略的な位置を実時間的に計測し、この概略的な計測の
結果に基づき、必要部分のみを正確に計測すれば、図形
パターンの全体を処理して正確な姿勢角や位置の計測を
行う場合に比して、実質的に同程度の精度での計測を非
常に短時間に行うことが可能になる。

本発明は、このように大量の図形パターンのデータを
取込みながら、その大量のデータから予め概略的な輪郭
形状を高速に計測し、この概略的な計測の結果に基づ
き、必要部分のみを正確に計測しようとするものである
が、このような方法は、本発明者らが先に提案している
アフィン逆変換による図形パターンの姿勢角・位置計測
方法においても好適なものである。

先ず、上記アフィン逆変換を利用した姿勢角・位置計
測方法について説明すると、同計測方法においては、計
測対象の図形パターンとして、テレビカメラ等のパター
ン入力装置により２値化したマトリクス・パターンとし
て画像処理装置に入力された図形パターンが用いられ
る。この場合に、図形パターンの認識精度を高めるため
に、1024×1024程度の比較的大容量メモリが用いられ
る。

画像処理装置においては、図形パターンの姿勢角や位
置を高精度に計測する場合、そのマトリクス・パターン
における相隣接する２×２のメッシュポイントに着目
し、それらの４つのポイントにおけるいずれのデータが
２値化された０または１であるかによって、図形パター
ンの輪郭、即ち実部と空部の間の境界線におけるデータ
を、その輪郭線の方向に関して分類し、さらに図形パタ
ーンの輪郭線に沿ってその分類付けされたデータを追跡
して、輪郭線を構成する線分の交差部分である図形パタ
ーンの頂点を検出し、その座標が求められる。

なお、このような頂点検出の方法は、本発明者が既に
特公昭56−47581号により提案している方法であり、こ
こでは図形パターンの輪郭線に沿っての分類付けをパタ
ーン変換と、またパターン変換を利用した頂点検出を輪
郭追跡による頂点検出と呼ぶ。

一方、上記図形パターンが基準位置にある場合の基準
パターンは、他の図形パターンと共に画像処理装置内の
記憶装置に予め記憶させておき、上記頂点検出を行った
図形パターンについては、アフィン逆変換によって基準
パターンに対する姿勢角・位置ずれを計測するに先立っ
て、どの基準パターンと対応関係を有するか、また図形
パターンにおける特定の頂点が対比する基準パターンの
頂点のデータ群のどれに対応するのかが判別される。

このような図形パターンと基準パターンとの対比関係
の判定には、本発明者らが、先に特願昭62−256804号
（特開平１−99181号）において詳細に開示しているよ
うに、図形パターンの頂点の数、コーナーのタイプ、マ
スクの数等を利用するのが好ましいが、それ以外の要素
を用いることもできる。なお、上記コーナーのタイプと
は、図形の内側からみて、頂角が180゜未満の頂点を凸
コーナー、180゜以上のものを凹コーナーと名付けたと
きの、凸コーナー及び凹コーナーの配列の態様により表
わされる図形のタイプ、また、マスクの数とは、図形パ
ターン中において凸コーナーと凹コーナーの並び方が特
定の態様にある部分の数を意味している。

このようなパターンマッチングにおいて一致する基準
パターンが存在した場合は、図形パターンの特定の頂点
が基準パターンにおけるどの頂点に対応するかの判定を
行うが、この判定は、図形パターンにおける頂点の並び
を順次一つずつずらして両者が一致するか否かの判定を
繰返すことにより行われる。

このようにして、アフィン逆変換に必要な特定の２頂
点を特徴点コーナーとし、それに対応する基準パターン
上の２点の特徴点コーナーとの座標関係から、アフィン
逆変換により所期の計測値である図形パターンの基準パ
ターンに対する姿勢角及び位置が求められる。

上述した方法においては、データの処理速度について
特に考慮していないため、大容量メモリを用いて大量の
図形パターンのデータを取込み、その大量のデータにお
ける図形パターンの輪郭追跡において１ピクセル毎に操
作していては、非常に時間がかかることになる。そこ
で、本発明においては、上述した高精度な形状認識に先
立ち、上記大量のデータから予め概略的な輪郭形状を高
速で計測する。

第１図は、本発明に基づき、大量の図形パターンのデ
ータを取込みながら、予め概略的な輪郭形状を高速で計
測可能にするためのハードウェアを示している。ここ
で、メモリ１は1024×1024の密なマトリクス・パターン
を記憶する領域を示す。

これは、物理的に同じ所をメモリマップにおける論理
アドレスを変えた空間に配置することにより、それらの
アクセス法を異ならしめたもので、上記メモリマップに
おけるエリア１をアクセスするときには、１アドレス単
位の正規のリード・ライトを可能にし、またエリア２を
アクセスするときには、アドレスバス上の信号によりデ
コーダを介してゲートを制御し、アドレス信号にそのゲ
ートを通してバッファにセットされた値が加算されてリ
ード・ライトされるようにしている。上記バッファは、
外部からその値を自由に設定可能にしたものであり、従
って、このバッファの値に応じて複数ピクセル飛び毎の
アクセスが論理的にリニアに実現される。

第２図は、操作する単位を２ピクセルとした場合の画
像メモリを模式的に示すもので、輪郭追跡による頂点検
出においてパターン変換処理も上記と同様な方法で実施
でき、その結果はメモリ２に記憶する。同図では、測定
対象の輪郭を太い実線により、正確な頂点位置を☆印に
より、画像メモリ上における輪郭追跡の軌跡をハッチン
グにより、その輪郭追跡により検出される頂点を○印に
より示している。

このようにして、操作する単位を１ピクセルではな
く、２ピクセル、４ピクセル、・・とすれば原理的に、
1/4,1/16・・のメモリ容量となるので、輪郭追跡による
頂点検出のための処理時間もそれに比例して小さくな
る。しかも、このように操作する単位を１ピクセル、２
ピクセル、４ピクセルと変えていっても、輪郭追跡を行
うソフトウエアに改変を加える必要はない。さらに、操
作するピクセルの単位をバッファに自由に設定できるの
で、計測対象となる図形パターンの複雑さの程度が事前
にわかっていれば、それに対応した値を設定して、適切
な概略形状の計測を行うことが可能になる。

このような計測により輪郭部の各頂点の概略的な位置
を求め、図形パターンの概略的な輪郭形状の計測を行っ
た後は、それらの頂点のデータに基づいて基準パターン
との比較によるパターンマッチングを行ったうえで、先
に説明した手段により、特定の２頂点を特徴点コーナー
として検出し、それらの特徴点コーナーの周辺のみにつ
いて、先に説明した輪郭追跡による正確な頂点検出を、
メモリにおける１ピクセル毎の処理によって行う。この
場合には、特徴点コーナーの周辺のみについて処理する
ため、頂点検出を１ピクセル毎の操作によって行って
も、非常に速く処理することができる。

次いで、図形パターンと基準パターンとの対応する特
徴点コーナーの座標関係から、アフィン逆変換により基
準パターンに対する図形パターンの姿勢角と位置ずれを
計測する。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の方法によれば、高精度な姿勢
や位置ずれの計測を行うことを前提として、大量の図形
パターンのデータを取込みながら、そのデータによる高
精度な形状認識に先立ち、上記大量のデータから予め概
略的な輪郭形状を高速で計測し、その後に必要部分のみ
を高精度に計測するので、計測精度を維持しながら処理
時間を短縮することができ、しかも図形パターンの輪郭
追跡を行うソフトウエアに改変を加える必要がなく、そ
れを高精度な計測と概略的な計測に共用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測方法を実施するハードウエア
ついての説明図、第２図は操作する単位を２ピクセルと
した場合の画像メモリを模式的に示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 矢田 歩 審判官 谷川 洋 審判官 石井 研一 (56)参考文献 特開 昭59−142677（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−64610（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−47581（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測対象物体の図形パターンを２値化し
   て、その輪郭部における各頂点の抽出を行い、図形パタ
   ーンの特定の頂点が、基準パターンにおけるどの頂点に
   対応するかの判定を行い、この判定は、図形パターンに
   おける特定の頂点の並びを順次一つずつずらして両者が
   一致するか否かの判定を繰返すことであって、この判定
   によってパターンマッチングを行うと共に、 アフィン逆変換に必要な図形パターンの特定の２頂点を
   特徴点コーナーとし、それに対応する基準パターン上の
   ２点の特徴点コーナーとの座標関係から、アフィン逆変
   換により所期の計測値である図形パターンの基準パター
   ンに対する姿勢角及び位置ずれを計測する図形パターン
   の計測方法において、 上記計測対象物体の輪郭部における各頂点の抽出は、２
   値化された計測対象物体の図形パターンが記憶されたメ
   モリを、バッファの値に応じて複数ピクセル飛び毎に飛
   び飛びに読み出すことによって、計測対象物体の輪郭部
   における概略的な頂点を抽出することであって、 この概略的な頂点の周辺のみについて１ピクセル毎の処
   理による輪郭追跡を行い、上記特定の頂点の検出を行う
   ことによって、計測対象物体の姿勢角及び位置ずれを計
   測する図形パターンの計測方法。