JP2638074B2

JP2638074B2 - 交点位置検出装置

Info

Publication number: JP2638074B2
Application number: JP63130593A
Authority: JP
Inventors: 和夫三上
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1997-08-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JPH01298478A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この発明は、例えば多角形状をなす物体画像の２辺に
つきその交点位置を検出するのに用いられる交点位置検
出装置に関する。

＜従来の技術＞従来この種の交点位置検出装置は、カメラで得た物体
画像につき、所定の画像処理を行ってその物体部分の輪
郭を求めたり、或いは直目した２辺上の任意の点検出し
た後、これら輪郭線や検出点から着目した２辺の交点位
置を検出している。

＜発明が解決しようとする問題点＞しかしながら輪郭線による方式では、画像処理が複雑
となって処理時間が長くかかり、また検出点による方式
では、各辺上の任意の点の検出が容易でなく、しかもノ
イズや画像の歪などの影響を受けて、検出誤差が大きく
なるなどの問題がある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、物
体画像における着目した２辺に対してウィンドウ設定を
行った後、各ウィンドウ内の画像につき積分的な処理を
実行することにより、高速かつ安定して２辺の交点位置
を検出し得る交点位置検出装置を提供することを目的と
する。

＜問題点を解決するための手段＞上記目的を達成するため、この発明の交点位置検出装
置では、物体を撮像して物体画像を生成する手段と、物
体画像における着目した２辺に対し第1,第２のウィンド
ウを設定する手段と、第1,第２の各ウィンドウ内の領域
を分割する手段と、分割された各領域に含まれる物体部
分の面積を第1,第２の各ウィンドウにつき計測する手段
と、各領域内の物体部分の面積に基づき着目した２辺の
交点の座標を算出する手段とを具備させることにした。

＜作用＞交点位置の検出に際して、まず物体を撮像して得た物
体画像につき交点をはさむ２辺に着目して、各辺に対し
第1,第２のウィンドウを設定する。しかる後、各ウィン
ドウ内の領域を分割して各分割領域内の物体部分の面積
を計測し、その計測結果より着目した２辺の交点の座標
を算出する。このように交点位置の検出対象となる２辺
について、それぞれ単一のウィンドウを指定するだけで
よいから、操作性に優れ、しかも積分的処理によるか
ら、ノイズや画像の歪による計測誤差が小さくなり、安
定した計測が可能である。

＜実施例＞第１図は、この発明の一実施例にかかる交点位置検出
装置の回路構成例を示し、第２図および第３図はこの装
置の原理を示している。

第２図および第３図は、XY座標系で示される物体画像
１を示すもので、この画像中に多角形状の物体部分２が
含まれている。この物体画像１は、具体的には物体を撮
像して得たビデオ信号を２値化処理して求められた２値
画像であって、前記物体部分２が例えば黒画素、背景部
分２′が白画素により構成される。

図示例では、交点Ｈをはさむ２辺3,4に着目し、水平
に近い傾きをもつ辺３に対しては、第２図に示す如く、
２個の点Ｐ（X₁,Y₁）およびＱ（X₂,Y₂）を指定すること
により、横長形状の第１のウィンドウ５を設定し、また
垂直に近い傾きをもつ辺４に対しては、第３図に示す如
く、２個の点Ｒ（X₃,Y₃）およびＴ（X₄,Y₄）を指定する
ことにより、縦長形状の第２のウィンドウ６を設定して
いる。

第２図において、第１のウィンドウ５内の領域を中央
の垂直線７より左右均等に分割すると、ウィンドウ５の
Ｘ方向の長さはX₂−X₁で与えられるから、矩形状をなす
各分割領域a,bのＸ方向の長さｌは（X₂−X₁）/2とな
る。

いま垂直線７を挟んで左右の各分割領域a,bに含まれ
る物体部分２の面積（具体的には黒画素の数）をS_a,S_b
とし、各分解領域a,bの中心線8,9と辺３との交点をA,B
とすると、交点A,Bの座標（X_A,Y_A）（X_B,Y_B）は次式で
与えられる。

よって２点A,Bを通る直線の方程式は、つぎの式で
与えられる。

Ｙ−Y_A＝ｍ（Ｘ−X_A） ‥‥ ただしである。

つぎに第３図において、第２のウィンドウ６内の領域
を中央の水平線10により上下均等に分割し、この水平線
10を挟んで上下の各分割領域c,dに含まれる物体部分２
の面積（具体的には黒画素の数）をS_c,S_dとし、各分割
領域c,dの各中心線11,12と辺４との交点をC,Dとする
と、交点C,Dの座標（X_C,X_C）（X_D,X_D）はつぎの〜
式で与えられ、さらに2C,Dを通る直線の方程式はつぎの
で与えられる。

Ｙ−Y_C＝ｎ（Ｘ−X_C） ‥‥ ただしである。

かくして２点A,Bを通る直線と２点C,Dを通る直線との
を交点をＨとすると、この交点Ｈの座標（X_H,X_H）は、
式より、 Y_H＝ｍ（X_H−X_A）＋Y_A ＝ｎ（X_H−X_C）＋Y_C ‥‥ となり、を得る。

ただしｍは、式に〜式を代入して、であり、またｎは、式に〜式を代入して、である。

この実施例の場合、式により交点Ｈの座標（X_H,Y
_H）を求めるのに、下表に示す各パラメータを設定し、
第１群に属する各パラメータの算出をウィンドウ5,6の
設定時に、第２群に属する各パラメータの算出をビデオ
信号の１フィールド目の垂直帰線期間に、第３群に属す
る各パラメータの算出並びに交点Ｈの座標（X_H,Y_H）の
算出を２フィールド目の垂直帰線期間に、それぞれ行う
ようにしている。

上表の第２群や第３群の各パラメータを垂直帰線期間
に算出するに際し、１フィールド目の各水平走査ライン
毎に、まず第１のウィンドウ５につき、ウィンドウ５や
各分割領域a,bに含まれる物体部分の面積（黒画素数）
を求めると共に、有効垂直走査期間にわたる面積（黒画
素数）の累積加算値を求め、ついで２フィールド目の各
水平走査ライン毎に、第２のウィンドウ６につき、ウィ
ンドウ６や各分割領域c,dに含まれる物体部分の面積
（黒画素数）を求めると共に、有効垂直走査期間にわた
る面積（黒画素数）の累積加算値を求めることになる。

第４図は、この実施例におけるビデオ信号VD_iのタイ
ムチャートを示す。同図において、上半分の図は、垂直
走査期間にかかるビデオ信号VD_iを、それぞれ示してい
る。

図中、VDは垂直同期信号、HDは水平同期信号を示し、
１垂直走査期間（16.7ミリ秒）は20H（ただし1Hは１水
平走査期間を意味し63.5マイクロ秒である）の垂直帰線
期間と、残りの有効垂直走査期間とから構成されてい
る。この有効垂直走査期間には、242本の水平走査ライ
ンを含み、また各水平走査ラインには、256個の画素デ
ータを含んでいる。

第１図は、上記原理に基づく交点位置検出装置の具体
例を示している。

第１図において、テレビカメラ20は、物体21を例えば
上方より撮像して濃淡画像を生成する。この濃淡画像の
ビデオ信号VD_iは同期分離回路22へ出力され、ここで水
平同期信号HD,垂直同期信号VD,クロック信号CKなどが分
離される。２値化回路23はビデオ信号VD_iに対し一定の
スレシュホールドレベルを設定することにより、濃淡画
像を白黒２値化して２値画像を生成する。ウィンドウ制
御回路24は、ウィンドウ設定部40により２個の点P,Qや
R,Tが指定されて、ウィンドウ5,6の設定が行われたと
き、このウィンドウ5,6のＸ方向領域X₁〜X₂やX₃〜X₄に
対応してオンするウィンドウ信号WDを出力し、ゲート回
路25,26を開閉制御する。

これらゲート回路25,6には２値化回路23より２値デー
タが与えられ、一方のゲート回路25はウィンドウ信号WD
がオンのとき、２値データを第１の画素カウンタ27へ与
え、他方のゲート回路26はウィンドウ信号WDおよび後記
の分割信号DVがオンのとき、２値データを第２の画素カ
ウンタ28へ与える。

第１の画素カウンタ27は、ビデオ信号VD_iの１水平走
査ライン毎に、ウィンドウ5,6に含まれる物体部分２を
構成する画素（この実施例では黒画素）の数を計数する
ためのものであり、また第２の画素カウンタ28は、横長
形状のウィンドウ５内の一方の分割領域ｂに含まれる黒
画素の数を計数するためのものであって、各画素カウン
タ27,28による計数値N_j,N_j2はI/Oポート29を介してマイ
クロコンピュータにおけるCPU30に取り込まれる。この
場合にCPU30は、ウィンドウ5,6のＹ方向領域Y₁〜Y₂やY₃
〜Y₄に対応して計数値の取込みを行うことになる。

水平カウンタ31は、２値画像の水平座標アドレス（第
2,3図ではＸ座標）を与えるためのもの、ラッチ回路34
は横長形状のウィンドウ５を左右均等に分割する垂直線
６の水平座標位置（第２図では（X₁＋X₂）/2）をラッチ
するためのもの、コンパレータ33は前記水平カウンタ31
の計数値とラッチ回路34のラッチデータとを比較して両
者の一致・不一致を判定するためのものであって、フリ
ップフロップ35はコンパレータ33の一致出力および水平
同期信号HDを入力して分割領域ｂに対応してオンする分
割信号DVを出力する。

また垂直カウンタ36は、２値画像の垂直座標アドレス
（第２図ではＹ座標）を与えるためのもので、垂直同期
信号VDの立下がりより20Hに相当する時間経過後より水
平同期信号HDの計数を開始し、その計数値Y_jはI/Oポー
ト29を介して前記CPU30に取り込まれる。

CPU30は、第２図に示す原理によるときは、CPU30に対
し水平同期信号HDによる割込みINTがある毎に、第５図
に示す制御手順を実行し、また第３図に示す原理による
ときは、同様に水平同期信号HDによる割込みINTがある
毎に、第６図に示す制御手順を実行する。

なお第１図中、PROM37は交点位置の検出にかかる一連
のプログラムを格納し、またRAM38は各種データを格納
する他、ワークエリアとして用いられる。また通信制御
部39はCPU30の演算結果を上位の制御機を送信する。

つぎに第１図の回路動作を第５図および第６図に基づ
き詳細に説明する。

まずテレビカメラ20により物体21を撮像すると、同期
分離回路22で垂直同期信号VD,水平同期信号HD,クロック
信号CKが分離され、さらに２値化回路23でビデオ信号VD
_iの２値化処理が実行されて、２値画像が生成される。
この段階で２値画像をモニタし、ウィンドウ設定部40に
より２点P,Qを指定して第１のウィンドウ５を設定し、
また他の２点R,Tを指定して第２のウィンドウ６を設定
すると、CPU30はこの入力データより前表の第１群に属
する各パラメータを算出して、RAM38に格納する。

前記２値画像出力は、ゲート回路25,26を介して第1,
第２の各画素カウンタ27,28へ送られ、第１の画素カウ
ンタ27では、各水平走査ラインにつき、まず第１のウィ
ンドウ５にかかるウィンドウ信号WDによりゲート回路25
がオンのとき、ウィンドウ５に含まれる黒画素数を計数
し、また第２の画素カウンタ28では、ウィンドウ信号WD
および分割信号DVによりゲート回路26がオンのとき、分
割領域ｂに含まれる黒画素数を計数する。

そして各水平走査期間毎に、CPU30に対し水平同期信
号HDによる割込みINTが発生すると、まずCPU30は、第５
図のステップ１（図中「ST1」で示す）において第１の
画素カウンタ27の計数値N_jを読み取り、続くステップ２
でその累積加算値Ｎを演算して、これをRAM38に格納す
る。さらにCPU30はつぎのステップ３において第２の画
素カウンタ28の計数値N_j2を読み取り、続くステップ４
でその累積加算値N₂を演算して、これをRAM38に格納す
る。

つぎにCPU30は、ステップ５で垂直カウンタ36の計数
値Y_jを読み取ると、続くステップ６でその値Y_jが242に
達したか否か、すなわち最終の水平走査ラインについて
のステップ１〜５の処理が完了したか否かを判定し、も
しその判定が“NO"であれば、つぎの割込みINTに待機
し、以下の水平走査ラインについての上記の各処理が繰
り返し実行される。

かくして最終の水平走査ラインについの処理が終了す
ると、ステップ６が“YES"となってステップ７へ進み、
CPU30は第１の画素カウンタ27の計数値の累積加算値Ｎ
（ウィンドウ５内に含まれる物体部分２の面積に相当す
る）より第２の画素カウンタ28の計数値の累積加算値N₂
（分割領域ｂに含まれる物体部分２の面積S_bに相当す
る）を差し引くことにより、分割領域ａに含まれる物体
部分２の面積S_aに相当する値N₁を算出して、これをRAM3
8に格納する。

つぎにステップ８において、CPU30は各分割領域a,bの
面積S_a,S_bや前表第１群のパラメータを用いて前表の第
２群のパラメータを算出してRAM38に格納する。

つぎのステップ９は、１フィールド目についての処理
か否かを判定しており、この場合、その判定は“YES"で
あるから、つぎに２フィールド目についての処理へ移る
ことになる。なお上記のステップ１からステップ８に至
る手順が２フィールド目についての処理であれば、ステ
ップ９が“NO"となり、ステップ10で交点Ｈの座標（X_H,
Y_H）の算出を行って、最後にRAM38の格納データをクリ
アすることになる（ステップ11）。

つぎに２フィールド目の処理へ移って、各水平走査期
間毎に、CPU30に対し水平同期信号HDによる割込みINTが
発生すると、CPU30は、第６図のステップ１′において
第１の画素カウンタ27の計数値N_jを読み取り、続くステ
ップ２′で垂直カウンタ36の計数値Y_jを読み取る。この
場合、画素カウンタ27に与えられる２値データは第２の
ウィンドウ６にかかるウィンドウ信号WDによりその範囲
が規制されている。

つぎにCPU30は、ステップ３′で垂直カウンタ36の計
数値Y_jが分割領域c,dの境界位置（Y₃＋Y₄）/2に達した
か否かを判定しており、もしその判定が“NO"であれ
ば、ステップ４′へ進み、CPU30は計数値N_jの累積演算
を実行し、その算出値を分割領域ｃの面積相当値N₁とし
てRAM38の所定エリアに格納する。

もしステップ３′の判定が“YES"となれば、分割領域
ｃの面積の計測が終了したものと判断してステップ５′
へ進み、CPU30は同様に計数値N_jの累積演算を実行し、
その算出値を分割領域ｄの面積相当値N₂としてRAM38の
他のエリアに格納する。

つぎにステップ６′では、CPU30は、垂直カウンタ36
の計数値Y_jが242に達したか否か、すなわち最終の水平
走査ラインについてのステップ１′〜５′の処理が完了
したか否かを判定しており、もしその判定が“NO"であ
れば、つぎの割込みINTに待機し、以下の水平走査ライ
ンについての上記の処理が繰り返し実行される。

かくして最終の水平走査ラインについての処理が終了
すると、ステップ６′が“YES"となってステップ７′へ
進み、CPU30は２個の累積加算値N₁（分割領域ｃに含ま
れる物体部分２の面積S_Cに相当する）およびN₂（分割領
域ｄに含まれる物体部分２の面積S_dに相当する）と前表
の第１群のパラメータとを用いて前表の第３群のパラメ
ータを算出してRAM38に格納する。そしてこのステップ
１′からステップ７′に至る手順は２フィールド目につ
いての処理であるから、ステップ８′の判定は“NO"で
あり、ステップ９′で交点Ｈの座標（X_H,X_H）の算出を
行って、最後にRAM38の格納データをクリアする（ステ
ップ10′）。

なお上記実施例は、交点Ｈをはさむ一方の辺３に対し
ては横長形状の第１のウィンドウ５を、他方の辺４に対
しては縦長方形状の第２のウィンドウ６を、それぞれ設
定し、各辺3,4についてのパラメータを順次算出して交
点Ｈの座標（X_H,X_H）を算出しているが、この発明はこ
れに限らず、着目した２辺がそれぞれ水平に近い傾きを
もつか、垂直に近い傾きをもつかに応じていずれか形状
ののウィンドウ5,6を適宜選択して用い、同様のパラメ
ータを算出演算の後、交点Ｈの座標を求めることは勿論
である。

またこの実施例では、パラメータをその都度算出して
いるが、これをテーブル化して必要に応じて所望のパラ
メータをメモリ（ROM）より読み出すようにしてもよ
い。

＜発明の効果＞この発明は上記の如く、物体画像の２辺に対して個別
のウィンドウ設定し、各ウィンドウ内の領域を分割して
各分割領域内の物体部分の面積を計測し、その計測結果
より着目した２辺の交点の座標を算出するよう構成した
から、交点位置の検出対象となる２辺について、それぞ
れ単一のウィンドウを設定すれば足り、操作性が大幅に
向上する。しかも、積分的処理によるから、ノイズや画
像の歪による計測誤差が小さくなり、安定した計測が可
能であるなど，発明目的を達成した顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる交点位置検出装置
の回路ブロック図、第２図および第３図はこの発明の原
理を示す説明図、第４図はビデオ信号のタイムチャー
ト、第５図および第６図はCPUの割込み制御の手順を示
すフローチャートである。 5,6……ウィンドウ 20……テレビカメラ 24……ウィンドウ制御回路 25,26……ゲート回路 27,28……画素カウンタ 30……CPU、31……水平カウンタ 33……コンパレータ、34……ラッチ回路 36……垂直カウンタ 40……ウィンドウ設定部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体画像の２辺が交わる交点の位置を検出
するための交点位置検出装置であって、物体を撮像して物体画像を生成する手段と、物体画像における着目した２辺に対し第1,第２のウィン
ドウを設定する手段と、第1,第２の各ウィンドウ内の領域を分割する手段と、分割された各領域に含まれる物体部分の面積を第1,第２
の各ウィンドウにつき計測する手段と、各領域内の物体部分の面積に基づき着目した２辺の交点
の座標を算出する手段とを具備して成る交点位置検出装
置。