JP3058791B2 - 画像認識装置の図形の切出し方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば２次元コード読
取装置等の画像認識装置の図形の切出し方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像認識装置は、周囲の少なく
とも２辺或いは４辺が直線となる構成のマトリックス状
にデータを配した矩形の２次元コード図形又はそれに類
似した図形を含む画像を読取り、その読取った画像から
２次元コード図形又はそれに類似した図形を切出して認
識するようになっている。

【０００３】このような画像認識装置では、図１２の
(a) に示すように読取った２次元画像１から切出し対象
の２次元図形２の位置を検出するようにしているが、こ
の位置検出には例えば特公昭６２−３４７５号公報に見
られるようなパターンマッチング法がよく用いられてい
る。

【０００４】このパターンマッチング法は、図１２の
(b) に示すような複数の標準パターン３，３，…を使用
し、この標準パターン３により２次元画像１をスキャン
し、その類似度を数値として表現し、得られる数値が２
次元画像１の数値に近い部分を切出して対象の２次元図
形２の位置を検出する方法である。

【０００５】また、位置検出としては例えば特公平１−
３５３８５号公報に見られるような輪郭線縁追跡法もよ
く用いられている。

【０００６】この輪郭線縁追跡法は、図形の輪郭の特徴
を捕らえる方法で、図１３に示すように、黒画素部４と
白画素部５との縁、すなわちエッジを図中実線の矢印６
で示すように追跡しその輪郭を捕らえるというものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したパターンマッ
チング法は、ある特徴をもつ２次元画像１の中から対象
の２次元図形２を切出す方法としては非常に有効な方法
として知られている。従って周囲の少なくとも２辺が直
線となる構成のマトリックス状にデータを配した矩形の
２次元コード図形や周囲の４辺が直線となる構成のマト
リックス状にデータを配した矩形の２次元コード図形の
ように特徴をもった図形を切出す場合にも有効となる
が、しかし画像の読取りを行なった場合に２次元画像に
対して２次元コード図形が図１２に示すように常に平行
に存在することは希で、多くの場合図１４の(a) に示す
ように２次元画像１に対して２次元コード図形２が傾斜
して読取られる。

【０００８】このため実際にパターンマッチング法で２
次元コード図形２を切出すには、図１４の(b) に示すよ
うに様々な傾斜角度の直線を表わす標準パターン７，
７，…を用意し、順に２次元画像１をスキャンして対象
の２次元図形２の位置を検出することになり、図形の切
出しに多大な時間を要するという問題があった。

【０００９】また、前述した輪郭線縁追跡法は、パター
ンマッチング法とは異なり、傾斜した直線の位置検出に
は何等問題はなく、また、２次元画像の中の特徴ある部
分のみを検索していくため図形の切出しに要する時間も
比較的短くて済むが、輪郭線縁追跡のための開始地点の
特定が難しいという問題があった。また、開始地点をう
まく取れても図１５に示すように、傷８の付いた図形が
読み込まれると、図中点線の矢印９で示すように傷８の
部分を輪郭として追跡してしまい、本来の輪郭と違った
輪郭を認識してしまうという問題があった。

【００１０】そこで本発明は、直線の位置検出にハフ変
換法と最小２乗近似法を用いることにより、周囲の少な
くとも２辺或いは４辺が直線となる構成のマトリックス
状にデータを配した矩形の２次元コード図形又はそれに
類似した図形を高速にかつ正確に切出すことができる画
像認識装置の図形の切出し方法を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】請求項１対応の発
明は、周囲の少なくとも２辺が直線となる構成のマトリ
ックス状にデータを配した矩形の２次元コード図形又は
それに類似した図形を含む画像を読取り、その読取った
画像から２次元コード図形又はそれに類似した図形を切
出して認識する画像認識装置において、２次元コード図
形又はそれに類似した図形の画像に対してハフ変換法及
び最小２乗近似法により周囲の互いに交差する２本の直
線の位置を検出するステップと、このステップにて検出
した２本の直線の長さを検出するステップと、各ステッ
プで検出した２本の直線の位置と長さを元に周囲の互い
に交差する残り２本の直線の位置を検出するステップを
設け、各ステップにより２次元コード図形又はそれに類
似した図形を切出すことにある。

【００１２】請求項２対応の発明は、周囲の４辺が直線
となる構成のマトリックス状にデータを配した矩形の２
次元コード図形又はそれに類似した図形を含む画像を読
取り、その読取った画像から２次元コード図形又はそれ
に類似した図形を切出して認識する画像認識装置におい
て、２次元コード図形又はそれに類似した図形の画像に
対してハフ変換法及び最小２乗近似法により周囲の４本
の直線の位置を検出するステップを設け、ステップによ
り２次元コード図形又はそれに類似した図形を切出すこ
とにある。

【００１３】請求項３対応の発明は、請求項１又は２対
応の発明において、直線の位置を検出するステップは、
優先順位を持ったいくつかの直線候補を抽出し、その抽
出した直線候補の中から優先順位の高い順に順次組合わ
せを行なって正しい直線を検出することにある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】第１実施例 図１は矩形の２次元コード図形を読取ったときの２次元
画像領域１１と画像領域１１内の切出し対象となる２次
元コード図形１２を示した図である。この２次元コード
図形１２は周囲の２辺１２ａ，１２ｂが直線となる構成
のマトリックス状にデータを配した矩形の２次元コード
図形となっている。すなわち、データの範囲は実際には
図中一点鎖線で示す範囲まで配置されている。

【００１６】前記２次元コード図形１２の直線となる２
つの辺１２ａ，１２ｂに対して、図２に示すように横方
向に一定の間隔でスキャンして図中○や△で示したエッ
ジ点を抽出する。また、２つの辺１２ａ，１２ｂに対し
て、図３に示すように縦方向に一定の間隔でスキャンし
て図中○や△で示したエッジ点を抽出する。

【００１７】なお、横方向及び縦方向のスキャンを全画
面の全画素に対して行なうのではなく、一定の間隔で行
なうのは処理時間の短縮のためである。

【００１８】このスキャンによりエッジ点が立上がりエ
ッジ（図中○で示すエッジ点）か立下がりエッジ（図中
△で示すエッジ点）の属性を決定する。

【００１９】こうしてエッジ点が検出されると続いてハ
フ変換法による直線の抽出を行なう。ハフ変換法は画像
中の直線抽出アルゴリズムとして知られている。すなわ
ち、ハフ変換法は任意のサンプリング点を通る角度θの
直線の原点からの距離をＲとし、その角度θに対応する
距離Ｒを全サンプリング点の全ての角度において計算
し、その全ての角度θと距離Ｒの組合わせのうち、多か
った組合わせの表わす直線を抽出直線とする手法であ
る。

【００２０】このハフ変換をコンピュータで行なう場合
は、θとＲをパラメータとする２次元配列を確保し、そ
の配列要素への投票を各サンプリング点から行なうこと
になる。このとき、θを細かく取ればその分演算回数が
増大し、処理速度の問題が生じる。また、Ｒを厳密に取
ると非常に大きな２次元配列を取る必要が出てくる。そ
こで、本実施例ではθとＲを大まかに取り、厳密に直線
抽出を行なうステップを後に設けている。

【００２１】図４は図２においてハフ変換を行ない、直
線抽出を行なった結果を示す図であり、また、図５は図
３においてハフ変換を行ない、直線抽出を行なった結果
を示す図である。

【００２２】図４においてハフ変換した直線１３及び図
５においてハフ変換した直線１４はθとＲを大まかに取
っているため、実際の検出すべき直線とはやや異なった
角度及び距離の直線となる。

【００２３】そこでこの直線を支持した各点をサンプリ
ング点として最小２乗近似を行ない、図４に示す精密な
直線１５及び図５に示す精密な直線１６を計算により求
める。

【００２４】ところで大まかなハフ変換を行なった場
合、立上がりエッジと立下がりエッジの混合した直線を
ハフ変換により検出する場合がある。このようなときに
この直線を支持したすべてのエッジ点をサンプリング点
として最小２乗近似を行なうと、図６に示すように実際
に検出すべき直線１７と異なった直線１８を検出してし
まう問題が発生する。

【００２５】そこで本実施例では、横スキャン及び縦ス
キャンによるハフ変換を行なった後、図７に示すよう
に、そのハフ変換による検出直線が約９０度で交差する
直線の組合わせ、すなわち、直線１９と２０を選び出
し、その直線１９，２０を支持したエッジ点の分布によ
りその図形の存在方向を図７に実線の矢印２１，２２で
示すように決定する。

【００２６】すなわち、ハフ変換により検出された２本
の直線の交点を中心としてどちらの方向にエッジ点が多
く存在しているかを調べて図形の存在方向を決定する。

【００２７】こうして図形の存在方向が決定すれば、検
出すべき直線の立上がり、立下がりのどちらなのか明ら
かになり、それにあった属性のエッジ点のみをサンプリ
ング点として最小２乗近似を行なうことにより、正しい
直線を検出することができる。

【００２８】こうして図８に示すように２次元コード図
形１２の周囲の２辺１２ａ，１２ｂに対応する直線２
３，２４が厳密に決定されることになる。

【００２９】そして検出する図形は、矩形の図形である
から、２本の直線２３，２４の対辺の位置にも四角２５
が存在することになり、その端線２６，２７はハフ変換
で直線として認識可能である。

【００３０】そして対辺位置の四角２５がつながってい
ないとき、最小２乗近似法により求めた２本の直線２
３，２４と互いに向かい合う位置に平行に、そして端点
２８，２９により仮想の端線を引き、その端線と距離、
角度が類似し、ハフ変換により検出された直線を端線２
６，２７として決定する。

【００３１】このときの端線２６，２７の検出も最初に
２本の直線２３，２４を検出したときと同様、ハフ変換
から最小２乗近似を行なうことにより厳密な直線抽出を
行なう。

【００３２】以上の処理を流れ図で示すと図９に示すよ
うになる。すなわち、最初のステップＳ1 で２次元画像
を入力し、次のステップＳ2 でエッジ検出を行ない、次
のステップＳ3 でハフ変換による直線抽出を行ない、次
のステップＳ4 で直線の組合わせ選択を行なう。そして
次のステップＳ5 で図形の大きさを検出し、次のステッ
プＳ6 で残りの２直線の抽出を行ない、最後にステップ
Ｓ7 で画像認識処理を行なう。ステップＳ3 のハフ変換
においては正確な直線検出を行なうために最小２乗近似
も行なう。

【００３３】ステップＳ5 及びステップＳ6 ではそれぞ
れ図形の大きさの検出や残りの２直線の抽出を行なう
が、検出や抽出が失敗したときには再度ステップＳ4 の
直線組合わせ選択に戻り、再度直線の組合わせ選択を行
なう。

【００３４】そして再度ステップＳ5 の図形の大きさの
検出、ステップＳ6 の残りの２直線の抽出を行なう。

【００３５】また、ステップＳ7 の画像認識処理は、４
本の直線の位置及び大きさを検出した後に行なう処理全
体を示し、その処理において検出した図形の位置が正し
くないと判明した時には再度ステップＳ4 の直線組合わ
せ選択に戻り、再度直線の組合わせ選択を行なう。

【００３６】そして再度ステップＳ5 の図形の大きさの
検出、ステップＳ6 の残りの２直線の抽出を行なってか
ら、ステップＳ7 の画像認識処理を行なう。

【００３７】ステップＳ7 の画像認識処理では検出対象
図形の４辺及び四隅座標が決定されることになる。

【００３８】このように、先ず、読取った２次元画像領
域１１に対して一定の間隔で横スキャンと縦スキャンを
行なって２次元コード図形１２の２つの辺１２ａ，１２
ｂに対する立上がりエッジ点と立下がりエッジ点の抽出
を行ない、各エッジ点の属性を決定する。

【００３９】そして大まかなハフ変換を行なって直線の
抽出を行ない、続いて抽出した直線が約９０度で交差す
る直線の組合わせを選び出し、その直線を支持したエッ
ジ点の分布によりその図形の存在方向を決定する。

【００４０】そして検出すべき直線の立上がり、立下が
りを明確にしてから検出直線にあった属性のエッジ点の
みをサンプリング点として最小２乗近似を行ない、正し
い直線を検出する。

【００４１】続いて検出した２本の直線から矩形の図形
であることを利用して対辺の位置にある２本の直線をハ
フ変換で認識する。このときもハフ変換から最小２乗近
似を行なうことにより正しい直線を検出する。

【００４２】こうして検出対象図形の４辺及び四隅座標
を決定し、２次元画像１１から２次元コード図形１２を
切り出す。

【００４３】このように大まかなハフ変換を行なった
後、約９０度で交差する直線の組合わせを選択し、図形
の存在方向を決定してから最小２乗近似により正しい直
線を検出する方法を取っているので、処理時間が短く高
速な２次元コード図形の切り出しができ、また、傷等が
あっても正確に２次元コード図形の切り出しができる。

【００４４】第２実施例 これは図１０に示すように読取った２次元画像領域３１
内に周囲の４辺３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが直線
となる構成のマトリックス状にデータを配した矩形の２
次元コード図形３２がある場合の図形切り出しについて
述べる。

【００４５】この２次元コード図形３２は２辺３２ａ，
３２ｂが直線３３，３４としてつながっているのみでな
く、その２辺３２ａ，３２ｂの対辺である２辺３２ｃ，
３２ｄも直線３５，３６としてつながっている。すなわ
ち、この２次元コード図形３２は４辺すべてが直線３３
〜３６で囲まれた図形ということになる。

【００４６】第１実施例では、２本の直線を抽出した
後、図形の大きさ、端点を元に対辺の端線を決定してい
た。これは対辺が黒画素の連続する直線でないため、そ
れから得られる端線はつながった直線に比べて直線とし
ての特徴が弱く、画像全体から端線を正しく検出するこ
とが難しいためであった。

【００４７】しかし、本実施例においては２本の直線３
３，３４及び２本の端線３５，３６ともに同等の強い直
線としての特徴を持っている。

【００４８】従って、本実施例において図形の切り出し
は、図１１に流れ図を示すように、ステップＳ2 でエッ
ジ検出を行なうと、続いてステップＳ13にて検出対象図
形の４辺すべてをハフ変換による直線の抽出で検出する
ことができる。

【００４９】そして最終的な正しい直線抽出は第１実施
例同様、ハフ変換による直線の抽出後に、ステップＳ14
にて最小２乗近似法を用いて複数の優先順位をもった直
線候補の組合わせを選択し、ステップＳ7 にて正しい画
像認識が行なわれるまで、ステップＳ14の処理を繰り返
し、最終的にステップＳ7 にて正しい画像認識が行なわ
れることになる。

【００５０】この実施例においては、第１実施例に比べ
て図形の大きさ検出や残りの２直線の抽出というステッ
プが不要となるため、処理量が減少し、さらに図形切り
出しの高速化を図ることができる。勿論、本実施例にお
いても第１実施例同様、傷等に対しても正確な２次元コ
ード図形の切り出しができる。

【００５１】なお、前記各実施例は、周囲の２辺或いは
４辺が直線となる構成のマトリックス状にデータを配し
た矩形の２次元コード図形の切り出しについて述べたが
必ずしもこれに限定するものではなく、２次元コード図
形に類似した周囲の２辺或いは４辺が直線となる構成の
図形の切り出しにも適用できるのは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】以上、本発明によれば、直線の位置検出
にハフ変換法と最小２乗近似法を用いることにより、周
囲の少なくとも２辺或いは４辺が直線となる構成のマト
リックス状にデータを配した矩形の２次元コード図形又
はそれに類似した図形を高速にかつ正確に切出すことが
できる画像認識装置の図形の切出し方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の２次元画像領域と２次元
コード図形を示す図。

【図２】同実施例の横スキャンによるエッジ点抽出を説
明するための図。

【図３】同実施例の縦スキャンによるエッジ点抽出を説
明するための図。

【図４】同実施例の横スキャンにより抽出したエッジ点
をもとにしたハフ変換と最小２乗近似による直線抽出を
説明するための図。

【図５】同実施例の縦スキャンにより抽出したエッジ点
をもとにしたハフ変換と最小２乗近似による直線抽出を
説明するための図。

【図６】誤ったハフ変換による直線抽出を説明するため
の図。

【図７】同実施例の図形存在方向の検出を説明するため
の図。

【図８】同実施例において残った２つの直線の抽出を説
明するための図。

【図９】同実施例の図形切り出し処理を示す流れ図。

【図１０】本発明の第２実施例の２次元画像領域と２次
元コード図形を示す図。

【図１１】同実施例の図形切り出し処理を示す流れ図。

【図１２】第１従来例における図形切り出しを説明する
ための図。

【図１３】第２従来例における図形切り出しを説明する
ための図。

【図１４】第１従来例の課題を説明するための図。

【図１５】第２従来例の課題を説明するための図。

【符号の説明】

１１…２次元画像領域 １２…２次元コード図形

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周囲の少なくとも２辺が直線となる構成
   のマトリックス状にデータを配した矩形の２次元コード
   図形又はそれに類似した図形を含む画像を読取り、その
   読取った画像から前記２次元コード図形又はそれに類似
   した図形を切出して認識する画像認識装置において、前
   記２次元コード図形又はそれに類似した図形の画像に対
   してハフ変換法及び最小２乗近似法により周囲の互いに
   交差する２本の直線の位置を検出するステップと、この
   ステップにて検出した２本の直線の長さを検出するステ
   ップと、前記各ステップで検出した２本の直線の位置と
   長さを元に周囲の互いに交差する残り２本の直線の位置
   を検出するステップを設け、前記各ステップにより前記
   ２次元コード図形又はそれに類似した図形を切出すこと
   を特徴とする画像認識装置の図形の切出し方法。
2. 【請求項２】 周囲の４辺が直線となる構成のマトリッ
   クス状にデータを配した矩形の２次元コード図形又はそ
   れに類似した図形を含む画像を読取り、その読取った画
   像から前記２次元コード図形又はそれに類似した図形を
   切出して認識する画像認識装置において、前記２次元コ
   ード図形又はそれに類似した図形の画像に対してハフ変
   換法及び最小２乗近似法により周囲の４本の直線の位置
   を検出するステップを設け、前記ステップにより前記２
   次元コード図形又はそれに類似した図形を切出すことを
   特徴とする画像認識装置の図形の切出し方法。
3. 【請求項３】 直線の位置を検出するステップは、優先
   順位を持ったいくつかの直線候補を抽出し、その抽出し
   た直線候補の中から優先順位の高い順に順次組合わせを
   行なって正しい直線を検出することを特徴とする請求項
   １又は２記載の画像認識装置の図形の切出し方法。