JP2648882B2 - 輪郭線の直線部検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、対象物の画像の輪郭線の直線部を検出する
ための方法に関する。

従来の技術 産業用ロボツトによつて対象物であるワークなどをハ
ンドリングする際に、その対象物の座標位置だけでな
く、その対象物の姿勢は、重要な特徴パラメータの１つ
である。対象物の姿勢を表すものとしては、たとえば慣
性主軸の傾き、最大半径方向、最小半径方向の３つであ
る。最大半径方向、最小半径方向は、一部に突起や切欠
きがある場合を除いて、姿勢の検出には使えない。慣性
主軸の傾きも、慣性等価楕円が円になるような形状、た
とえば正多角形などでは不安定になり、慣性等価楕円が
円に近い形状（アスペクト比が１に近い形状）では著し
く精度が悪くなる。よつて、突起や切欠きがなく、慣性
等価楕円が円に近い形状に対しては、正確な姿勢が検出
できない。

実際のワークには、輪郭線すべてが曲線で構成されて
いるものは少なく、一部分が直線により構成されている
ものが多い。そのようなワークでは、従来の特徴パラメ
ータで姿勢を検出できない場合でも、輪郭線の直線部の
方向が検出できれば姿勢を求めることができる。

輪郭線の直線部を検出するための従来の方法には、ハ
フ（Hough）変換の手法および最小自乗法を用いる手法
があるけれども、これらの各方法では、対象物の画像の
多数の点の情報を用いて演算を行う必要があり、その演
算処理時間が長くなるという問題がある。

他の先行技術として、対象物の画像のコーナー、すな
わち角隅部を検出し、これらの角隅部を直線で結んで輪
郭線を決定する手法がある。この先行技術では、コーナ
ーが丸みを帯びているときには、そのコーナーを見付け
にくいという問題がある。この先行技術としては、たと
えば特開昭58−12077号公報のものがある。

発明が解決すべき課題 本発明の目的は、輪郭線の直線部を簡単な演算で高速
度で、曲線部と識別して検出するための輪郭線の直線部
検出方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、Ｘ−Ｙ座標を有する多数の画素によって表
される２値画像を、Ｘ方向の一方向に、かつＹ方向の一
方向に各画素が一方の論理値から他方の論理値に変化す
る点を探索し、 各画素毎に、追跡済みであるとき、その追跡済みであ
ることを表す情報をストアし、 前記探索によって、追跡済み情報をもたない輪郭追跡
の開始点を決定し、 輪郭線上の現在の画素Ｑに移動してくる前の画素Ｐか
ら前記現在の画素Ｑへの移動方向上にある画素P3と、現
在の画素Ｑに関して前記移動方向の左右両端側でかつ現
在の画素Ｑから移動方向下流側に１つずれた位置にある
４つの画素P1,P2;P5,P4とを、現在の画素Ｑのまわりに
予め定める回転方向に順に調べて、最初に見付けた前記
他方の論理値を有する画素を選択して追跡し、 現在の画素Ｑが開始点であるときには、現在の画素Ｑ
のＸ方向の他方向に隣接する画素P1から前記予め定める
回転方向に順に調べてゆき、 調べる画素に探索済み情報がついていれば、輪郭探索
を打ち切り、 こうして輪郭を予め定める一方向に追跡して、輪郭線
の閉じたループを求め、 この追跡時に、輪郭線を有する各画素毎のチエーンコ
ードの列を求め、 このチエーンコードは、輪郭線を構成する各画素の
右、右斜め上、上、左斜め上、左、左斜め下、下および
右斜め下に隣接する合計８つの画素の方向にそれぞれ対
応した数字０〜７であり、 チエーンコードの列における予め定める数ｋだけ離れ
た２つの画素の位置の範囲にわたる移動平均値Ｔ
（ｉ）、 を求め、 その移動平均値の絶対値が予め定める値以下である点
の位置の部分が、予め定める最小直線長以上、続いたと
き、その部分を直線部の候補であると判定し、 その直線部候補の両端点51,52を結ぶ仮想直線53とＸ
軸とのなす角θ１だけチエーンコードを回転し、 各直線部候補を構成するチエーンコードのｙ成分の積
算値を、前記直線部候補を構成する各点の位置との距離
として、その距離が予め定める距離の弁別レベル値未満
のとき、直線部であると判断することを特徴とする輪郭
線の直線部検出方法である。

作 用 本発明に従えば、対象物の画像の輪郭線を、方向を表
すデータ列、すなわちチエーンコードで表現し、チエー
ンコードの予め定める数だけ離れた２つの位置における
チエーンコードの差を求め、その差を、前記２つの各位
置から予め定める数の位置の範囲にわたつて積算して移
動平均値を求める。この移動平均値の絶対値が読め定め
る値以下であるとき、その予め定める値以下である位置
にわたる輪郭線の部分を直線部の候補とし、その直線部
後方の両端点を結ぶ仮想直線とＸ軸とのなす角だけチエ
ーンコードを回転し、このチエーンコードのｙ成分の積
算値を、弁別レベルと比較し、弁別レベル値未満のとき
直線部であると判断する。この構成によれば、直線部候
補の各点の位置を直接座標変換する方法に比べて、計算
コストが低いという優れた効果が達成される。

また本発明に従えば、Ｘ−Ｙ座標を有する多数の画素
によつて表される２値画像の輪郭を、自動的に探索し、
自動的に閉ループである輪郭線を求めることができるよ
うになる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の全体の構成を示す図であ
り、第２図はその演算処理を行う構成を示すブロック図
である。画像メモリ１には、対象物をたとえば撮像して
得られた画素毎の２値画像がストアされている。この画
像メモリ１のストア内容は、マイクロコンピュータなど
によつて実現される処理回路２において演算されて画像
処理され、輪郭線の直線部の検出を行い、その演算結果
などは陰極線管などの表示手段３によつて表示される。

第３図は処理回路２において実行される動作を説明す
るための簡略化したフローチヤートである。ステツプa1
からステツプa2に移り、対象物の画像の輪郭線の開始点
の検出を行い、次にステツプa3において輪郭線の追跡を
行い、こうしてチエーンコードを生成する。ステツプa4
では、このチエーンコードを用いて、輪郭線に含まれる
直線部の候補の検出を行い、その直線部候補について、
安定した直線部であるかどうかを判定し、ステツプa6に
おいて一連の動作を終了する。

輪郭線追跡法とは、処理領域全域の探索により見付け
られた対象物の領域上の一点（開始点）から、反時計ま
わりに対象物の輪郭を追跡して行き、それにより得られ
たデータをその後の処理（特徴パラメータの算出など）
に用いる方法である。輪郭情報は、開始点の座標と追跡
の過程で得られる隣接する２点間の方向を表すコード
（すなわちチエーンコード）列の形で表示される。

第４図は画像メモリ１にストアされている暗背景中の
明物体を表す２値画像を示す。この第３図において、黒
丸は、第５図（１）で示されるように、論理「０」の画
素を示し、白丸は第５図（２）で示されるように論理
「１」の画素を示す。この画像中の物体の輪郭線を、次
の手順（１）〜（５）で探索する。

（１）第４図に示される２値画像の左上から右下に向つ
て、すなわちＸ方向に左方から右方に、かつＹ方向に上
から下にこの順序で、各画素が論理「０」すなわち暗か
ら論理「１」すなわち明へ変化する点を一般的に述べる
と、Ｘ−Ｙ座標を有する多数の画像によつて表される２
値画像を、Ｘ方向の一方向（上述のように左方から右
方）に、かつＹ方向の一方向（上述のように上から下）
に各画素が一方の論理値（上述のようにたとえば
「０」）から他方の論理値（上述のようにたとえば
「１」）に変化する点を探索する。

（２）第４図の四角枠30で囲んだ点が、輪郭線上の候補
として検出され、未だ輪郭線が追跡されていなければ、
この点は、マークと呼ばれる追跡済みの情報をもたず、
輪郭追跡の開始点として決定される。各画素毎には、上
述のように追跡済みであるかどうかを表す情報を併せて
ストアしておく。

（３）第６図に示すように、輪郭線上の現在の画素をＱ
とし、この画素Ｑに移動してくる前の画素をＰとしした
とき、画素Ｑから移動する画素の探索を、第６図に従つ
て処理する。すなわち画素Ｑの８つの近傍点のうち、画
素Ｐ→画素Ｑの方向上の画素P3と、その方向の左右にあ
る４つの画素P1,P2;P5,P4とを、P1→P5の順に調べ、最
初に見付けた論理「１」の画素を選択する。画素Ｑが開
始点であるときには、画素P1を開始点の左隣りの画素に
選ぶ。もし、この画素P1に探索済みのマーカがついてい
れば、この輪郭探索を一般的に述べると、第６図を参照
して、輪郭線上の現在の画素Ｑに移動してくる前の画素
Ｐから前記現在の画素Ｑへの移動方向（第６図の上下方
向）上にある画素P3と、現在の画素Ｑに関して移動方向
の左右両端でかつ現在の画素Ｑから移動方向下流側（第
６図の下方）に１つずれた位置にある前述の４つの画素
P1,P2;P5,P4とを、現在の画素Ｑのまわりに予め定める
回転方向（第６図におけるP1→P5の順、すなわち反時計
方向）に順に調べて、最初に見付けた前記他方の論理値
（すなわち上述のようにたとえば「１」）を有する画素
を選択して追跡する。

また現在の画素Ｑが開始点であるときには、現在の画
素ＱのＸ方向の他方向（第６図の右方から左方）に隣接
する画素P1から前記予め定める回転方向に順に調べてゆ
く。

（４）このようにして輪郭線を追跡し、元の開始点に戻
つた時点で、輪郭追跡を終了する。第７図はこの追跡結
果を示す。輪郭線の追跡は、左手で画素が輪郭「１」の
領域をたどる形で行われるので、物体の輪郭線の追跡
は、この実施例では、反時計まわりとなる。第７図にお
いて、輪郭線は参照符31で示す。

このような手順は、穴の輪郭線の追跡に関しても同様
に実施される。穴の輪郭線の追跡は、第８図に示される
ように、時計まわりに行われ、その穴の輪郭線は参照符
32で示される。第７図および第８図における開始点は二
重丸で示される。

（５）このように輪郭線追跡が完了すると、輪郭線31,3
2上の画素に、マーカと呼ばれる追跡済みの情報が付け
られる。したがつて再び前述のステツプ（１）におい
て、輪郭線31,32上の候補点、たとえば第７図の破線枠3
3で示される点が検出されても、その候補点には追跡済
みの情報であるマーカがストアされているので、それ以
上の追跡は行われない。

この輪郭線は、第７図における２重丸で示される開始
点S1と、そこからの移動方向を第９図に示すように、隣
接線を構成する各画素の右、右斜め上、上、左斜め上、
左、左斜め下、下および右斜め下に隣接する合計８つの
画素の方向にそれぞれ対応した０〜７の数字で順次表し
たチエーンコードによつて記録されてストアされる。た
とえば第７図の開始点S1から開始される輪郭線31のチエ
ーンコードは、「54565465…」となる。

このような手順（１）〜（５）による輪郭線の追跡の
利点（a1）〜（a3）を、列挙すると、次のようになる。

（a1）輪郭線が物体を表す場合でも穴を表す場合でも、
共通である。

（a2）構造が簡単で、処理が高速である。

（a3）輪郭線追跡では、画像情報を１次元的に（線状
に）使用するので、物体の大きさ（面積）がＮ倍になり
画素数が増大しても、追跡に要する時間は、Ｎの平方根
倍にしかならない。

こうして第１図に示される対象物の画像とその背景と
の間の境界線40を追跡方向41に沿つて追跡して第１図
（２）のチエーンコードの列を生成する。第１図（１）
において示されている数字は、各点の位置毎のチエーン
コードを示している。

第10図（１）は、対象物の画像の同様な輪郭線42を示
しており、その追跡方向は参照符43で示されており、こ
れによつて得られるチエーンコードの列は、第10図
（２）に示されている。

このようにして得られるチエーンコードは輪郭線上の
隣接する２点を結ぶ直線の方向を表しているので、チエ
ーンコードの差は方向の変化を表す。この方向の変化を
調べることにより、輪郭線の凸部、凹部、直線部を判別
することができる。すなわち凸部では正の値、凹部では
負の値、直線部は０となる。しかし、対象物の輪郭線は
折れ線となるため、２つのチエーンコード間の差では、
細かい凹凸しか検出できない。そこで、ある程度離れた
２点のチエーンコードの差を積算し、その値、すなわち
移動平均値により直線部の判別を行う。

第１図（３）は、移動平均値の列を示している。この
移動平均値を求めて、輪郭線40から、直線部の候補を検
出するための手順を、第11図を参照しながら、説明す
る。ステツプb1において、チエーンコードを算出した後
には、ステツプb2に移り、輪郭線上の各点の位置毎の移
動平均値Ｔ（ｉ）を第１式から求める。

ここでchは各点の位置のチエーンコードの値を表す。
この実施例では、ｋ＝８である。i,jは自然数である。

このようにして、予め定める数（この実施例では８）
だけ離れた２つの点の位置、この実施例ではch（ｉ）と
ch（ｉ＋８）におけるチエーンコードの差（＝ch（ｉ＋
８）−ch（ｉ））を、その各位置から予め定める数（こ
の実施例では８）の位置の範囲にわたつて、積算し、上
述のように第１式から、移動平均値Ｔ（ｉ）を求める。

次に第11図のステツプb3において、その移動平均値Ｔ
（ｉ）の絶対値が、予め定める値（この実施例ではたと
えば８）以下であるかどうかを判断し、そうであれば、
ステツプb4において直線部の候補であるものと判断す
る。こうして第１図（３）では移動平均値を予め定める
値８以下である範囲を第１図（３）の参照符45,46で示
されるように直線部と判断し、移動平均値が８以上であ
れば、凸部47であるものと判断し、その移動平均値が、
８以上の絶対値を有し、かつ負であるとき凹部であるも
のと判断する。前述のステツプb3において移動平均値Ｔ
（ｉ）の絶対値が予め定める値である８を超えるとき、
凸部または凹部である非直線部であるものと、ステツプ
b5において判断する。

本発明では、移動平均値が、予め定める弁別レベル値
であるしきい値以下である点の位置が一定数、すなわち
最小直線長以上、続いたとき、その部分を直線部の候補
であると判定する。ところが緩やかな曲線部ではしきい
値以下の点が続く場合があり、直線部であると判定され
てしまう。それを避けるために、しきい値を小さくする
と、そこで、小さな凹凸の影響を受けやすくなり、安定
した直線部の検出ができなくなる。そこで、緩やかな曲
線部を直線部と区別するために、第11図の動作で得られ
た直線部の候補に対して、直線部の候補を構成する各点
と、直線部の候補の両端点を結ぶ仮想直線との間の距離
を算出し、距離の最大値が予め定める距離弁別レベル値
である一定値（直線幅）未満のとき、直線であると判定
する。

第12図を参照して、斜線を施した直線部の候補に含ま
れる位置において、その直線部候補の両端点51,52を仮
想直線53で結ぶ。この仮想直線53と、直線部候補を構成
する各点の位置、たとえば54との間の距離l1と算出す
る。この距離l1が最大である値は、参照符l2で示されて
いる。これらの距離l1,l2が、予め定める距離弁別レベ
ル値未満であるとき、その直線部候補を、直線部である
ものと判定して検出する。

このような演算をさらに高速度で行うことができるよ
うにするために、本発明の前提となる構成における処理
回路２では、第13図に示される動作を行う。ステツプc1
において、前述の第１図に関連して述べたように、直線
部の候補を検出し、次のステツプc2において、直線部候
補のＸ軸と成す姿勢角θ１（第12図参照）だけ、その直
線部候補を構成する点列を回転し、仮想直線53が画像メ
モリ１のＸ軸に一致するようにし、これによつて直線部
候補を構成する各点の位置の座標を、座標変換する。

ステツプc3では、回転した点列のＹ軸上への射影を算
出する。すなわち直線部候補を構成する各点の位置の座
標変換後のＹ座標の値を求め、これによつて、仮想直線
53と各点の位置との間の距離l1を求める。この射影の距
離l1のばらつき幅が、予め定める距離弁別レベル値であ
る一定値未満であるとき、ステツプc4からステツプc5に
移り、直線部候補が直線部であるものと判断し、その距
離l1が予め定める距離弁別レベル値以上であるとき、ス
テツプc6に移り、非直線部、すなわち凸部または凹部で
あるものと判断する。このようにして座標変換を行うこ
とによつて、処理時間の短縮を行うことができる。

本発明に従えば、前記各点の位置の座標変換後のＹ座
標のばらつきを高速に求めるために、チエーンコードを
直線部候補の姿勢角θ１だけ回転し、直線部候補を構成
するチエーンコードのｙ成分の積算値を求めることによ
り、ｙ軸への射影のばらつき幅を求める。

さらに処理時間を短縮するために、次の演算処理を行
う。すなわち直線の判別と方向の算出には、浮動小数点
演算（SQRT,ATAN）が必要であるが、ソフトウエアライ
ブラリによる浮動小数点演算は時間がかかる。そこで、
最も長い直線部だけを検出する場合（モード０）は、浮
動小数点演算の回数を必要最小限にするために、次のよ
うな順序，で処理する。

得られた直線部の候補を長さによりソートし、長い順
に並べ換える。

長い方から順に判別を行い、最初に直線部であると判
定されたものについてだけ、その方向を算出する。

発明の効果 本発明によれば、対象物の画像の輪郭線のチエーンコ
ードを求め、前記移動平均値を求め、その絶対値が予め
定める値以下であるとき、直線部の候補とし、この直線
部後方の両端点を結ぶ仮想直線とＸ軸とのなす角だけチ
エーンコードを回転し、そのｙ成分の積算値を、レベル
弁別し、直線部かどうかを判断するようにしたので、直
線部候補の各点の位置を直接座標変換する方法と比べ
て、計算コストが低いという優れた効果が達成される。

さらに本発明によれば、Ｘ−Ｙ座標を有する多数の画
素によつて表される行列上の２値画像を、探索してその
開始点を決定し、前述の第６図に関連して述べたように
輪郭線上の現在の画素Ｑに移動してくる前の画素Ｐから
現在の画素Ｑへの移動方向上にある画素P3と、その現在
の画素Ｑに関して移動方向の左右両側でかつ移動方向下
流側に１つずれた位置にある４つの画素P1,P2;P5,P4と
を現在の画素Ｑのまわりに予め定める回転方向、たとえ
ば反時計方向に順に調べて、最初に見付けた前記他方の
論理値を有する画素を選択することによつて、追跡を行
うことができる。このようにして輪郭線を自動的に追跡
することを初めて可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の手法を示す図、第２図は本発明の一実
施例の構成を示すブロツク図、第３図は処理回路２の動
作を簡略化して示すフローチヤート、第４図は輪郭線追
跡を行う暗背景中の明物体を示す位置画像の図、第５図
は画素の論理値を示す図、第６図は探索する画素を示す
図、第７図は物体の追跡結果を示す図、第８図は穴の追
跡結果を示す図、第９図はチエーンコードの原理を示す
図、第10図はこのチエーンコードを算出する動作を説明
する図、第11図は直線部の候補の検出を行うための動作
を説明するフローチヤート、第12図は直線部候補から直
線部の判別を行うための動作を説明するための図、第13
図はその直線部の候補から直線部を検出して判定する動
作を説明するためのフローチヤートである。 １……画像メモリ、２……処理回路、３……表示手段、
40,42,……輪郭線、41,43……追跡方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 孝夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 平松 新 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 小倉 一樹 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 中村 洋一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (56)参考文献 特開 昭62−282379（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24471（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ−Ｙ座標を有する多数の画素によつて表
   される２値画像を、Ｘ方向の一方向に、かつＹ方向の一
   方向に各画素が一方の論理値から他方の論理値に変化す
   る点を探索し、 各画素毎に、追跡済みであるとき、その追跡済みである
   ことを表す情報をストアし、 前記探索によつて、追跡済み情報をもたない輪郭追跡の
   開始点を決定し、 輪郭線上の現在の画素Ｑに移動してくる前の画素Ｐから
   前記現在の画素Ｑへの移動方向上にある画素P3と、現在
   の画素Ｑに関して前記移動方向の左右両端でかつ現在の
   画素Ｑから移動方向下流側に１つずれた位置にある４つ
   の画素P1,P2;P5,P4とを、現在の画素Ｑのまわりに予め
   定める回転方向に順に調べて、最初に見付けた前記他方
   の論理値を有する画素を選択して追跡し、 現在の画素Ｑが開始点であるときには、現在の画素Ｑの
   Ｘ方向の他方向に隣接する画素P1から前記予め定める回
   転方向に順に調べてゆき、 調べる画素に探索済み情報がついていれば、輪郭探索を
   打ち切り、 こうして輪郭を予め定める一方向に追跡して、輪郭線の
   閉じたループを求め、 この追跡時に、輪郭線を有する各画素毎のチエーンコー
   ドの列を求め、 このチエーンコードは、輪郭線を構成する各画素の右、
   右斜め上、上、左斜め上、左、左斜め下、下および右斜
   め下に隣接する合計８つの画素の方向にそれぞれ対応し
   た数字０〜７であり、 チエーンコードの列における予め定める数ｋだけ離れた
   ２つの画素の位置の範囲にわたる移動平均値Ｔ（ｉ）、 を求め、 その移動平均値の絶対値が予め定める値以下である点の
   位置の部分が、予め定める最小直線長以上、続いたと
   き、その部分を直線部の候補であると判定し、 その直線部候補の両端点51,52を結ぶ仮想直線53とＸ軸
   とのなす角θ１だけチエーンコードを回転し、 各直線部候補を構成するチエーンコードのｙ成分の積算
   値を、前記直線部候補を構成する各点の位置との距離と
   して、その距離が予め定める距離の弁別レベル値未満の
   とき、直線部であると判断することを特徴とする輪郭線
   の直線部検出方法。