JP3180985B2 - Object shape description device - Google Patents

Object shape description device

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JP3180985B2
JP3180985B2 JP02678593A JP2678593A JP3180985B2 JP 3180985 B2 JP3180985 B2 JP 3180985B2 JP 02678593 A JP02678593 A JP 02678593A JP 2678593 A JP2678593 A JP 2678593A JP 3180985 B2 JP3180985 B2 JP 3180985B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体の形状を記述する
物体形状記述装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object shape description device for describing the shape of an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】様々な形状を有する物体を特定の基本モ
デルで記述する場合、このモデルで記述できるように物
体を複数の部品に分割する。分割方法としては、対象物
に内接する最大の基本モデルを求め、その最初のモデル
で表現できない部分に対し、同様にして、内接する最大
の基本モデルを順次求めて行く方法がある。これにより
様々な大きさの基本モデルに対象物が分割されることに
なる。また、幾何特徴を利用した形状の凸性に関する規
準を設けて、対象物をこの規準に沿って凸分割を行い、
個々の凸部分に基本モデルを近似することで部品に分割
する方法もある。しかし、これらの手法は、対象物を必
要以上に細かに分割してしまうという欠点がある。
2. Description of the Related Art When an object having various shapes is described by a specific basic model, the object is divided into a plurality of parts so that the object can be described by the model. As a division method, there is a method in which a maximum basic model inscribed in an object is obtained, and a maximum basic model inscribed is sequentially obtained for a portion that cannot be expressed by the first model. As a result, the object is divided into basic models of various sizes. In addition, a criterion for convexity of the shape using the geometric feature is provided, and the object is subjected to convex division according to the criterion,
There is also a method of dividing a component into parts by approximating a basic model to each convex portion. However, these methods have a drawback that an object is divided more than necessary.

【0003】そこで、これら複数の分割された部品を適
切な部品構成に統合する方法として、あらかじめ評価関
数を設定しておき、隣接する部品を統合したとき、評価
関数値が統合以前より良くなれば統合し、そうでなけれ
ば分離したままといった操作を繰り返し計算していくと
いった方法がとられる。この方法では、各部品は2分木
構造をなす記述で表されることになり、先の繰り返し計
算は、あらかじめ設定した収束条件を満たした段階で最
終の分割結果とするといった方法である。
[0003] Therefore, as a method of integrating these plurality of divided parts into an appropriate part configuration, an evaluation function is set in advance, and if adjacent parts are integrated, if the evaluation function value becomes better than before integration, A method of repeatedly calculating an operation of integrating and otherwise separating the data is used. In this method, each component is represented by a description having a binary tree structure, and the above-described iterative calculation is a method in which a final divided result is obtained when a predetermined convergence condition is satisfied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の物体形
状記述装置では、下記のような欠点があった。 (1)対象により異なった評価関数及び収束条件を設定
する必要がある。 (2)2分木構造による部品の統合を行う場合、一箇所
でも間違った統合がなされると、それ以降の統合が全て
間違った(あるいは妥当でない)統合が行われてしま
う。 (3)更に、幾何特徴を利用する場合は、形状データと
して密なデータが得られる場合に限られる。
The above-described conventional object shape description apparatus has the following drawbacks. (1) It is necessary to set different evaluation functions and convergence conditions depending on the object. (2) In the case where components are integrated using a binary tree structure, if any one portion is incorrectly integrated, all subsequent integrations will be incorrectly (or not appropriate). (3) Further, the use of geometric features is limited to the case where dense data is obtained as shape data.

【0005】本発明の目的は、異なった対象に対しても
同一の評価関数を用いることができ、対象物の形状にか
かわらず関数で表現できる部品に容易に分割することが
できる物体形状記述装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an object shape description device which can use the same evaluation function for different objects and can be easily divided into parts which can be expressed by functions regardless of the shape of the object. Is to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の物体形状
記述装置は、形状データを入力するデータ入力部と、
力された形状データをn(≧2)個のデータセットに分
割する部品分割部と、 前記入力データを関数で記述する
形状記述部と、 前記分割された個々のデータセットから
k(<n)個選択し、データセットを統合し、前記統合
されたデータセットならびに、残されたデータセットに
対して前記形状記述部において関数近似を実行させ、近
似誤差を獲得し、前記近似された関数モデルの近似誤差
と、前記近似に用いたデータセットの数、ならびに前記
関数モデルが有する自由パラメータの数を引数とする評
価関数の値を求め、評価関数の値が最小となるデータセ
ットを求める処理を行う制御部を有する。
The first object shape description device of the present invention, in order to solve the problems] includes a data input unit for inputting shape data, input
The input shape data is divided into n (≧ 2) data sets.
Describe the part division part to be divided and the input data by a function
From the shape description part and the individual data set
k (<n) are selected, the data sets are integrated, and the integration is performed.
Data set and the remaining data set
On the other hand, a function approximation is executed in the shape
Obtain the similarity error, and the approximate error of the approximated function model
And the number of data sets used for the approximation, and
Evaluation with the number of free parameters of the function model as an argument
The value of the value function is calculated, and the data
And a control unit for performing a process for obtaining the cost.

【0007】本発明の第2の物体形状記述装置は、形状
データを入力するデータ入力部と、 入力された形状デー
タをn(≧2)個のデータセットに分割する部品分割部
と、 データセットをパラメータの数が可変の関数モデル
で近似する形状記述部と、前記分割された個々のデータ
セットからk(<n)個選択し、データセットを統合
し、前記形状データと、パラメータの数を変化させて記
述された関数モデルとの誤差とパラメータの数を引数と
する評価関数の値を求め、前記評価関数の値が最小とな
る関数モデルを求める制御部を有する。
A second object shape description device of the present invention, the shape
A data input unit for inputting data, and input shape data
Part division unit that divides data into n (≧ 2) data sets
And a function model with a variable number of parameters
Shape description part approximated by
Select k (<n) items from the set and merge the data sets
And changing the shape data and the number of parameters.
The error with the described function model and the number of parameters
To determine the value of the evaluation function
And a control unit for obtaining a function model.

【0008】[0008]

【作用】本発明の第1の物体形状記述装置では、多数に
分割された部品の組み合わせとして、異なる2つの部品
の統合から始め、n個の部品の統合(これが全データセ
ットを1つの部品とした場合になる)迄の全ての組み合
わせを求め、各組み合わせの各部品について、独立に関
数近似を行う。各組み合わせ中で、関数モデルで近似で
きない形状のデータは誤差が大きくなるため、各部品の
近似誤差を引数とする評価関数の項から、限定された複
数の候補を選び出すことができる。更に、もう一つの項
としてデータセット数ならびにパラメータ数の項があ
り、これが最小になる組み合わせを求めることで、近似
誤差が同じであっても、部品の数がより少なく、関数モ
デルとしてもより簡単なモデルを最終分割結果として選
択することができる。
According to the first object shape description apparatus of the present invention, as a combination of a large number of divided parts, starting from the integration of two different parts, the integration of n parts (this makes the entire data set into one part) ) Are obtained, and function approximation is performed independently for each component of each combination. In each combination, the error of data having a shape that cannot be approximated by the function model has a large error. Therefore, a limited plurality of candidates can be selected from the evaluation function term having the approximation error of each component as an argument. Further, there is another term of the number of data sets and the number of parameters. By finding the combination that minimizes this, even if the approximation error is the same, the number of parts is smaller and the function model is simpler. Model can be selected as the final division result.

【0009】本発明の第2の物体形状記述装置は、第1
装置と異なり、対象物を部品に分割しない場合で、代
わりに対象物の形状データに対してパラメータの数が可
変の関数モデルでパラメータの数を変化させて記述する
ものである。評価関数の値を求めるステップと、評価関
数の値が最小となる関数モデルを求めるステップは第1
の方法と同じである。ただし、部品の数は常に1である
ので、部品の数(全データセットの数)は評価関数の引
数に含まれていない。
According to a second object shape description device of the present invention,
Unlike the apparatus described above , the object is not divided into parts. Instead, the shape data of the object is described by changing the number of parameters using a function model in which the number of parameters is variable. The step of obtaining the value of the evaluation function and the step of obtaining a function model that minimizes the value of the evaluation function are the first steps.
Method is the same. However, since the number of components is always 1, the number of components (the number of all data sets) is not included in the argument of the evaluation function.

【0010】[0010]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の第1の実施例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【0012】本実施例は、形状データを入力するデータ
入力部1と、入力された形状データを部品に分割する部
品分割部2と、マイクロプロセッサからなり、図示しな
いメモリに書込まれている制御プログラムに従い、後述
するデータ処理を行なう制御部3と、物体の形状を記述
する形状記述部4から構成されている。制御部3は、複
数のデータセットを1つのデータセットに統合する部品
統合手段5と、データセットへの関数近似を行なう関数
近似手段6と、評価規準による分割結果の比較を行なう
部品統合結果評価手段7で構成されている。
This embodiment comprises a data input unit 1 for inputting shape data, a component dividing unit 2 for dividing the input shape data into components, and a microprocessor. It comprises a control unit 3 for performing data processing to be described later according to a program, and a shape description unit 4 for describing the shape of an object. The control unit 3 includes a component integration unit 5 for integrating a plurality of data sets into one data set, a function approximation unit 6 for performing a function approximation to the data set, and a component integration result evaluation for comparing a division result based on evaluation criteria. Means 7 are provided.

【0013】図2は本実施例の各部の処理を示すフロー
チャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the processing of each section of the present embodiment.

【0014】まず、データ入力部1において形状データ
を入力する(ステップ10)。次に、部品分割部2にお
いて形状データを超二次関数の形状に部品に分割し、重
み付き最小近似法により入力データに内接する関数を求
める(ステップ11)。次に、該関数の外部に存在する
データにラベリングし(ステップ12)、入力された形
状データを2つ以上のデータセットに分割する(ステッ
プ13)。分割されたデータセットに対して同様に内接
する関数を求める操作を繰り返す(ステップ14)。以
上のステップ10〜14は特願平4−7392号公報に
記載された発明である。次に、全データセットからデー
タセットを取りだし、新たなデータセットを生成する
(ステップ15)。新たに生成されたデータセットに対
して関数の最小二乗法により近似を行なう(ステップ1
6)。全てのデータセットに対して評価関数Fの値を求
める(ステップ17)。全ての評価関数Fの値のうち最
小の値を持つデータセットを求める(ステップ18)。
First, shape data is input in the data input section 1 (step 10). Next, the shape data is divided into components of a super quadratic function in the component dividing unit 2, and a function inscribed in the input data is obtained by a weighted minimum approximation method (step 11). Next, data existing outside the function is labeled (step 12), and the input shape data is divided into two or more data sets (step 13). The operation of obtaining the inscribed function for the divided data set is similarly repeated (step 14). Steps 10 to 14 described above are the invention described in Japanese Patent Application No. 4-7392. Next, a data set is extracted from all the data sets, and a new data set is generated (step 15). Approximate the newly generated data set by the function least squares method (step 1)
6). The value of the evaluation function F is obtained for all data sets (step 17). A data set having the minimum value among all the values of the evaluation function F is obtained (step 18).

【0015】ここで、超二次関数は次式(1)で定義さ
れる。
Here, the super quadratic function is defined by the following equation (1).

【0016】[0016]

【数1】 εは形状パラメータと呼ばれ、関数形状の角張り具合を
変化させるパラメータである。a1 ,a2 はスケールパ
ラメータと呼ばれ、関数のx,y軸方向の大きさを変化
させることができる。つまり、形状パラメータならびに
スケールパラメータを変化させることにより、1つの関
数でさまざまな形状(長方形、楕円、菱形など)を表現
することができる。一般に超二次関数というと、3次元
の関数を指すが、ここでは対象データが2次元の輪郭デ
ータであるため、2次元の関数として使っている。
(Equation 1) ε is called a shape parameter, and is a parameter that changes the degree of angularity of the function shape. a 1 and a 2 are called scale parameters, and can change the size of the function in the x and y axis directions. That is, by changing the shape parameter and the scale parameter, various shapes (rectangle, ellipse, rhombus, etc.) can be expressed by one function. Generally, a super-quadratic function refers to a three-dimensional function. Here, since the target data is two-dimensional contour data, it is used as a two-dimensional function.

【0017】図3は本実施例による、入力された形状デ
ータの分割例を示す図、図4は部品統合例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an example of dividing input shape data according to the present embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing an example of component integration.

【0018】まず、データ入力部1により形状データ
(図3(a))が入力される(ステップ10)。入力さ
れた形状データは部品分割部2により超二次関数で表現
可能な形状に分割される。まず、データの重心Gに初期
関数(単位円の形状をしている)をおき、そして、重み
付最小二乗法により、内接する関数形状p0(図3
(b))を求める(ステップ11)。ここで、重み付最
小二乗法とは、関数内部のデータは重く、関数表面から
離れるほど重みが小さくなるように各データに重みをつ
けた最小二乗法のことである。
First, shape data (FIG. 3A) is input by the data input unit 1 (step 10). The input shape data is divided by the component dividing unit 2 into shapes that can be expressed by a super quadratic function. First, an initial function (having the shape of a unit circle) is placed at the center of gravity G of the data, and the inscribed function shape p0 (FIG. 3) is obtained by the weighted least squares method.
(B)) is obtained (step 11). Here, the weighted least squares method is a least squares method in which data inside a function is heavy and each data is weighted such that the weight decreases as the distance from the function surface increases.

【0019】初期値として、単位円の形状を対象物の内
部に置き、関数パラメータを変化させることで、対象物
に内接する関数形状を求める。超二次関数は、楕円を表
す式の定義式において、べき乗の部分を実数に置き換え
た関数と考えられるため、各データをS(x,y)に代
入して、S>1ならば、このデータは関数外部、S=1
ならばデータは関数上、S<1ならばデータは関数内部
に存在すると判断できる。関数内部のデータとは、この
楕円(球)内部に存在するデータを意味する。そして、
二乗誤差の和を
As an initial value, the shape of a unit circle is placed inside the object and the function parameters are changed to obtain a function shape inscribed in the object. Since the hyperquadric function is considered to be a function in which the exponent part is replaced with a real number in the definition expression of the expression representing the ellipse, each data is substituted for S (x, y). Data is outside the function, S = 1
If so, it can be determined that the data is within the function, and if S <1, the data is within the function. The data inside the function means data existing inside the ellipse (sphere). And
Sum of squared errors

【0020】[0020]

【数2】 として求め、各データが関数の外部に位置するか内部に
位置するかによって、重みωの値を変化させることを行
なう。
(Equation 2) And the value of the weight ω is changed depending on whether each data is located outside or inside the function.

【0021】次に、関数p0の外部に存在するデータを
ラベリングすることで(ステップ12)、入力された形
状データは、5つのデータセットd0,d1,d2,d
3,d4に分割される(ステップ13)。ここで、d0
は、関数p0上に存在するデータである(図3
(c))。分割された各データに対して同様に内接する
関数を求める操作を繰り返すことで(ステップ14)、
入力された形状データは5つの関数モデルp0,p1,
p2,p3,p4(図3(d))により記述されること
になる。
Next, by labeling data existing outside the function p0 (step 12), the input shape data is converted into five data sets d0, d1, d2, d
3 and d4 (step 13). Where d0
Is data existing on the function p0 (FIG. 3)
(C)). By repeating the operation of similarly obtaining an inscribed function for each of the divided data (step 14),
The input shape data includes five function models p0, p1,
It will be described by p2, p3, p4 (FIG. 3 (d)).

【0022】次に、制御部4での処理が行なわれる。ま
ず、全てのデータセットd0,d1,d2,d3,d4
からk(2≦k≦5)個のデータセットを取りだし、新
たなデータセットを作成する(ステップ15)。例え
ば、全てのデータセットd0,d1,d2,d3,d4
を1つの部品P00と見なしたとき(つまり、データセ
ットd0,d1,d2,d3,d4は図3(a)そのも
ののデータということになる)、部品P00を構成する
新しいデータセットd00は、各データセットd0,d
1,d2,d3,d4の総和d0+d1+d2+d3+
d4となる(ステップ15)。このデータセットd00
に対して最小二乗法を適用し超二次関数を近似させる
(ステップ16)。その結果、図4(a)に示すような
部品形状P00が得られる。このときの残差(二乗誤
差)をr00とする。また、データセットd0とd1を
1つの部品と見ると、新しいデータセットd01は、デ
ータセットd0とd1の和によるデータセットとなる。
この場合、d01,d2,d3,d4の4つのデータセ
ットになる(ステップ15)。各データセットd01,
d2,d3,d4に関数を近似した結果、図4(b)に
示すように、入力された形状データは4つの部品P0
1,P2,P3,P4として記述されることになる(ス
テップ16)。この場合の各部品P01,P2,P3,
P4における残差をそれぞれr01,r2,r3,r4
とする。また、データセットd0とd1とd2を1つの
データセットとしたときのデータセットは、d02(=
d0+d1+d2),d3,d4の3つのデータセット
になり(ステップ15)、このときの関数近似結果は図
4(c)P02に示すようになる(ステップ16)。こ
の場合の各部品P02,P3,P4における残差をそれ
ぞれr02,r3,r4とする。このように5つのデー
タセットd0,d1,d2,d3,d4に対して、全て
の組み合わせにおける部品記述を求める。
Next, the processing in the control section 4 is performed. First, all data sets d0, d1, d2, d3, d4
, K (2 ≦ k ≦ 5) data sets are extracted, and a new data set is created (step 15). For example, all data sets d0, d1, d2, d3, d4
Is regarded as one part P00 (that is, the data sets d0, d1, d2, d3, and d4 are the data of FIG. 3A itself), the new data set d00 that configures the part P00 is Each data set d0, d
1, d2, d3, d4 sum d0 + d1 + d2 + d3 +
d4 (step 15). This data set d00
The least squares method is applied to to approximate a super quadratic function (step 16). As a result, a part shape P00 as shown in FIG. 4A is obtained. The residual (square error) at this time is r00. When the data sets d0 and d1 are regarded as one component, the new data set d01 is a data set based on the sum of the data sets d0 and d1.
In this case, four data sets d01, d2, d3, and d4 are obtained (step 15). Each data set d01,
As a result of approximating the functions to d2, d3, and d4, as shown in FIG.
1, P2, P3, and P4 (step 16). In this case, each part P01, P2, P3,
The residuals at P4 are r01, r2, r3, r4, respectively.
And When the data sets d0, d1, and d2 are one data set, the data set is d02 (=
d0 + d1 + d2), d3, and d4 are obtained (step 15), and the function approximation result at this time is as shown in P02 of FIG. 4C (step 16). In this case, the residuals of the components P02, P3, and P4 are r02, r3, and r4, respectively. As described above, component descriptions in all combinations are obtained for the five data sets d0, d1, d2, d3, and d4.

【0023】全ての組み合わせに対して残差が求まった
ら、各組み合わせにおいて評価関数Fの値を求める(ス
テップ17)。ここでは、近似の良さを評価するための
残差の対数尤度の総和と、部品の数と関数モデルの自由
パラメータ数との積との和を評価関数Fの値とする。つ
まり、
When the residuals are obtained for all the combinations, the value of the evaluation function F is obtained for each combination (step 17). Here, the sum of the log likelihood of the residual for evaluating the goodness of approximation and the product of the number of parts and the number of free parameters of the function model is defined as the value of the evaluation function F. That is,

【0024】[0024]

【数3】F=(残差の対数尤度の総和)+(部品の数)
×(関数モデルの自由パラメータ数) により評価を行なう。
F = (sum of log likelihood of residual) + (number of parts)
× (the number of free parameters of the function model) is evaluated.

【0025】本実施例の場合、超二次関数の自由パラメ
ータ数は、関数自身が有するパラメータ3つ(前述の
ε,a1 ,a2 )と、データセットを関数座標系に変換
するためのパラメータ3つと、データセットが特定の分
散を持ったデータとするための分散パラメータ1つ、以
上計7つになる。ここで、データセットを関数座標系に
変換するためのパラメータとは、データの重心に関数を
並行移動させるため、x,y軸方向の並行移動のパラメ
ータ2つと、関数の持つ軸を回転させることでデータ形
状によく近似させるための回転パラメータ1つの計3個
のことを意味する。
In the case of this embodiment, the number of free parameters of the hyperquadric function is three for the function itself (the above-mentioned ε, a 1 , a 2 ) and the number of parameters for transforming the data set into the function coordinate system. There are three parameters and one distribution parameter for the data set to have data with a specific variance, for a total of seven or more. Here, the parameters for transforming the data set into the function coordinate system include two parameters for the parallel movement in the x and y axis directions and the rotation of the axis of the function in order to move the function in parallel to the center of gravity of the data. Means a total of three rotation parameters for approximating the data shape well.

【0026】[0026]

【数4】 F(例1;図4(a))=log(r00)+1×7 F(例2;図4(b))=(log(r01)+log(r2)+log(r 3)+log(r4))+4×7 F(例3;図4(c))=(log(r02)+log(r3)+log(r 4))+3×7 ・ ・ F(例k)=Σ(log(ri)+k×7 を計算する(ステップ17)。F (Example 1; FIG. 4 (a)) = log (r00) + 1 × 7 F (Example 2; FIG. 4 (b)) = (log (r01) + log (r2) + log (r3) + log (R4)) + 4 × 7 F (Example 3; FIG. 4 (c)) = (log (r02) + log (r3) + log (r4)) + 3 × 7 F (Example k) = Σ (log (ri ) + K × 7 is calculated (step 17).

【0027】全ての評価関数Fの値の中から最小の値を
持つ評価関数F(この場合例k)を捜し、このときのデ
ータセットの組み合わせが分割されるべき部品のデータ
セットと考える(ステップ18)。以上のステップ15
から18までを、全体の部品の数が変化しなくなるまで
繰り返す(ステップ19)。
An evaluation function F having the minimum value (in this case, k) is searched for from all the values of the evaluation function F, and the combination of the data sets at this time is considered as a data set of a part to be divided (step 18). Step 15 above
To 18 are repeated until the total number of components no longer changes (step 19).

【0028】最終的には、図4(d),(e)に示すよ
うな2つの組み合わせが得られる。即ち、データセット
d0とd1とd3の統合により部品P04が得られ、デ
ータセットd2とd4の統合により部品P05が得ら
れ、あるいは、データセットd0とd2とd4の統合に
より部品P07と、データセットd1とd3の統合によ
り部品P06が求められ、記述される(図4(d),
(e),ステップ20)。この場合、どちらも2つの部
品からなる形状記述となっている。
Finally, two combinations as shown in FIGS. 4D and 4E are obtained. That is, the component P04 is obtained by integrating the data sets d0, d1, and d3, the component P05 is obtained by integrating the data sets d2, d4, or the component P07 is obtained by integrating the data sets d0, d2, and d4. A part P06 is obtained by integrating d1 and d3 and described (FIG. 4D,
(E), step 20). In this case, each is a shape description composed of two parts.

【0029】次に、本発明の第2の実施例として、得ら
れた形状データが疎なデータのみの対象物に対しての適
用例を説明する。関数モデルとして超二次関数を用い
る。図5(a)に示すような、対象物の形状データとし
て、コーナエッジ検出により図5(b)に示すような対
象物の形状データが得られた場合について説明する。
Next, as a second embodiment of the present invention, an example of application to an object having only sparse data is described. A super quadratic function is used as a function model. A case where the shape data of the target as shown in FIG. 5B is obtained by corner edge detection as the shape data of the target as shown in FIG. 5A will be described.

【0030】まず、対象データをラベリングすること
で、形状データを複数のデータセットd0,d1,d
2,d3,d4,d5,d6,d7に分割する(ステッ
プ12)(図5(c))。各分類されたデータセットに
対して関数を近似した結果、記述p0,p1,p2,p
3,p4,p5,p6,p7が得られる(ステップ1
3)(図5(d))。これらを8つの部品と考え、第1
の実施例で示したように、データセットの統合を行なっ
ていく。図5(e)は、データセットd0とd1を1つ
の部品として統合した例である。まず、データセットの
統合を行ない(ステップ15)、新しいデータセットに
対して関数を近似し、部品p01を得る(ステップ1
6)。同様にして、図5(f)は、データセットd3,
d4,d5,d6を統合した結果を示し、部品p02,
p0,p1,p2,p7を得る。図5(g)は、データ
セットd1とd7を統合した結果を示し、部品p03,
p0,p2,p3,p4,p5,p6を得る。図5
(n)は、データセットd0,d1,d2,d7を統合
した結果、部品p04が求められ、データセットd3,
d4,d5,d6を統合した結果、部品p05が求めら
れた結果を示す。
First, by labeling the target data, the shape data is converted into a plurality of data sets d0, d1, d.
2, d3, d4, d5, d6, and d7 (step 12) (FIG. 5C). As a result of approximating the function to each classified data set, descriptions p0, p1, p2, p
3, p4, p5, p6, and p7 are obtained (step 1).
3) (FIG. 5 (d)). Considering these as eight parts,
As described in the embodiment, the data sets are integrated. FIG. 5E shows an example in which the data sets d0 and d1 are integrated as one component. First, data sets are integrated (step 15), and a function is approximated to a new data set to obtain a part p01 (step 1).
6). Similarly, FIG. 5F shows data sets d3 and d3.
The result of integrating d4, d5, and d6 is shown, and the parts p02,
p0, p1, p2, p7 are obtained. FIG. 5 (g) shows the result of integrating the data sets d1 and d7, and the parts p03,
p0, p2, p3, p4, p5, p6 are obtained. FIG.
In (n), as a result of integrating the data sets d0, d1, d2, and d7, a part p04 is obtained, and the data set d3 is obtained.
As a result of integrating d4, d5, and d6, the result of obtaining the part p05 is shown.

【0031】各場合について第1の実施例で示した評価
関数Fを計算することにより、評価関数Fが最小の値を
持つ図5(n)の記述が選ばれ、図5(n)に示す分割
結果を得る。
By calculating the evaluation function F shown in the first embodiment for each case, the description of FIG. 5 (n) in which the evaluation function F has the minimum value is selected, and shown in FIG. 5 (n). Obtain the division result.

【0032】次に、本発明の第3の実施例として、得ら
れた形状データに対して、パラメータの数が可変の関数
モデルで記述する例について説明する。関数モデルとし
てフーリエ記述子を用いる。
Next, as a third embodiment of the present invention, an example will be described in which the obtained shape data is described by a function model in which the number of parameters is variable. The Fourier descriptor is used as a function model.

【0033】この場合、関数モデルの次数の決定手段
が、図1〜図5の実施例における統合されるデータセッ
ト組み合わせの決定手段に相当する。まず、図6(a)
に示すような対象物の形状データに対して、フーリエ記
述子の次数を変化させると図6(b),(c),
(d),(e)の実線で示す記述が得られる。
In this case, the means for determining the order of the function model corresponds to the means for determining the data set combination to be integrated in the embodiment shown in FIGS. First, FIG.
When the order of the Fourier descriptor is changed for the shape data of the object as shown in FIG.
The description shown by the solid lines of (d) and (e) is obtained.

【0034】例えば、フーリエ記述子の次数が1次の場
合、図6(b)に示すような記述が得られる。このとき
の、記述子と形状データとの誤差をr01とする。ま
た、フーリエ記述子の次数が3次の場合、図6(c)に
示すような記述が得られる。このときの、記述子と形状
データとの誤差をr02とする。また、フーリエ記述子
の次数が10次の場合、図6(d)に示すような記述が
得られる。このときの、記述子と形状データとの誤差を
r10とする。例えば、フーリエ記述子の次数が30次
の場合、図6(e)に示すような記述が得られる。この
ときの、記述子と形状データとの誤差をr30とする。
以上のように、フーリエ記述子の次数が増えればそれだ
け、もとのデータ形状を詳細に記述することが可能であ
る(つまり誤差をより少なくすることができる)が、あ
る次数以上では形状変化はあまり見られなくなる。
For example, when the degree of the Fourier descriptor is first, a description as shown in FIG. 6B is obtained. At this time, the error between the descriptor and the shape data is r01. When the degree of the Fourier descriptor is third, a description as shown in FIG. 6C is obtained. At this time, the error between the descriptor and the shape data is r02. When the order of the Fourier descriptor is 10, the description as shown in FIG. 6D is obtained. At this time, an error between the descriptor and the shape data is r10. For example, when the order of the Fourier descriptor is 30, the description as shown in FIG. 6E is obtained. At this time, the error between the descriptor and the shape data is r30.
As described above, as the order of the Fourier descriptor increases, the original data shape can be described in detail (that is, the error can be reduced). I can hardly see it.

【0035】次に、図6(b)〜図(e)の各記述にお
ける、評価関数Fの値を求める。この場合、部品の数は
常に1である。
Next, the value of the evaluation function F in each description of FIGS. 6B to 6E is obtained. In this case, the number of parts is always one.

【0036】[0036]

【数5】 F(図6(b))=log(r01)+1×1 F(図6(c))=log(r03)+3×1 F(図6(d))=log(r10)+10×1 F(図6(e))=log(r30)+30×1 図6(b),(c)においては、誤差が大きく、フーリ
エ記述子の次数を上げて行くと、評価関数Fの値は徐々
に減少する。しかし、フーリエ記述子の次数の増加によ
り徐々に、誤差よりも、評価関数の第2項のパラメータ
数が大きくなる。図6(d)以降、第2項の値が第1項
(距離の総和)よりも大きくなり、今度は、評価関数F
の値が大きくなってくる。その結果、図6(d)の記述
において評価関数Fの値が最小になり、最終結果とし
て、図6(d)の記述が得られる。以上、第1,第2の
実施例では、関数として超二次関数、第3の実施例では
フーリエ記述子を用いたが、その他球調和関数等多数考
えられ、物体形状を表現する基本モデルであれば特定は
されない。また、部品の分割手法として、ここでは内接
関数を求めることで部品分割を行なっているが、外部か
ら関数収縮により凸部分を分割していったり、他の部品
分割手法であっても、部品統合手段において何等変更は
なく、基本モデルに部品分割する手法に特定はされな
い。また、第1,第2,第3の実施例では、形状データ
として2次元の輪郭データを用いているが、2値化され
た領域を物体の形状データとしても何等問題はない。さ
らに、基本モデルとして3次元のモデルを用いること
で、3次元物体の記述(距離画像からの物体記述等)へ
も容易に適用でき、データの次元に特定はされない。第
3の実施例においては、1つのデータに対する関数モデ
ルの決定方法の例を示したが、第1,第2の実施例で用
いた各データセットに対して、第3の実施例の手法を適
用することも可能である。
F (FIG. 6 (b)) = log (r01) + 1 × 1 F (FIG. 6 (c)) = log (r03) + 3 × 1 F (FIG. 6 (d)) = log (r10) +10 × 1 F (FIG. 6E) = log (r30) + 30 × 1 In FIGS. 6B and 6C, the error is large, and as the order of the Fourier descriptor increases, the value of the evaluation function F increases. Gradually decreases. However, as the order of the Fourier descriptor increases, the number of parameters of the second term of the evaluation function gradually becomes larger than the error. From FIG. 6D, the value of the second term becomes larger than the first term (sum of distances).
Becomes larger. As a result, the value of the evaluation function F is minimized in the description of FIG. 6D, and the description of FIG. 6D is obtained as a final result. As described above, the superquadratic function is used as the function in the first and second embodiments, and the Fourier descriptor is used in the third embodiment. If there is, it is not specified. As a part dividing method, here, the part division is performed by obtaining an inscribed function. However, even if a convex part is divided by function contraction from the outside, or even if another part dividing method is used, the part is divided. There is no change in the integration means, and the method of dividing the components into the basic models is not specified. In the first, second, and third embodiments, two-dimensional contour data is used as shape data. However, there is no problem even if a binarized region is used as object shape data. Furthermore, by using a three-dimensional model as a basic model, it can be easily applied to the description of a three-dimensional object (such as a description of an object from a distance image), and the data dimension is not specified. In the third embodiment, an example of a method of determining a function model for one data has been described. However, the method of the third embodiment is applied to each data set used in the first and second embodiments. It is also possible to apply.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、以下に示
す効果がある。 1.請求項1の発明は、多数に分割された部品の組み合
わせとして、異なる2つの部品の統合から始め、n個の
部品の統合迄の全ての組み合わせを求め、各組み合わせ
の各部品について、独立に関数近似を行ない、各組み合
わせ中で、各部品の近似誤差を引数とする評価関数の項
から、限定された複数の候補を選び出し、更に、データ
セット数ならびにパラメータ数の項が最小になる組み合
わせを求めることにより、下記の効果がある。 (1)対象物の形状にもかかわらず、基本モデル(関
数)で表現できる部品に容易に分割することが可能であ
り、しかも最少の部品数での記述を求めることができ
る。このとき、分割の仕方が複数考えられる場合であっ
ても、評価関数のを用いることで統一規準での分割が可
能である。 (2)また、最初に入力されたデータが疎らであって
も、最初は多数の部品に分割されるが最終的には、もと
もと1つの部品を構成していた複数のデータセットは1
つの関数で記述されることになり、かつ近似誤差が同じ
であっても、部品の数がより少ない候補が最終分割結果
として求めることができる。 (3)また、基本モデルが球調和関数等自由パラメータ
数の変化するモデルを有する場合、関数の次数が多くな
るほどより精度良く記述が可能となるが、形状記述にお
いてはできるだけ簡単な記述であることが望ましい。本
発明では、評価関数の第2項により、最終的にはより自
由パラメータ数の少ないモデルが選択されるため、複数
モデルにおいて近似誤差が同じ場合、より簡単な記述で
のモデルを選び出すことができる。 2.請求項2の発明は、得られた形状データに対して、
パラメータの数が可変の関数モデルで記述し、請求項1
の発明と同様に、評価関数の値が最小となる関数モデル
を求めることにより、より簡単な関数モデルで精度良く
物体形状を記述できる。
As described above, the present invention has the following effects. 1. According to the first aspect of the present invention, as a combination of a large number of divided parts, all combinations from the integration of two different parts to the integration of n parts are obtained, and a function is independently performed for each part of each combination. An approximation is performed, and in each combination, a limited plurality of candidates are selected from terms of the evaluation function with the approximation error of each part as an argument, and further, a combination that minimizes the terms of the number of data sets and the number of parameters is obtained. This has the following effects. (1) Despite the shape of the object, it is possible to easily divide the parts into parts that can be represented by a basic model (function), and to obtain a description with the minimum number of parts. At this time, even when a plurality of division methods are conceivable, division by the unified standard is possible by using the evaluation function. (2) Even if the initially input data is sparse, the data is initially divided into a large number of parts, but ultimately a plurality of data sets that originally constituted one part are 1
Even if the approximation errors are the same and the approximation error is the same, a candidate with a smaller number of components can be obtained as the final division result. (3) When the basic model has a model in which the number of free parameters changes, such as a spherical harmonic function, the higher the degree of the function, the more accurate the description. However, the shape description should be as simple as possible. Is desirable. In the present invention, a model having a smaller number of free parameters is finally selected by the second term of the evaluation function. Therefore, when the approximation errors are the same in a plurality of models, a model with a simpler description can be selected. . 2. According to the second aspect of the invention, the obtained shape data is
2. The method according to claim 1, wherein the number of parameters is described by a variable function model.
In the same manner as in the invention described above, by obtaining a function model that minimizes the value of the evaluation function, the object shape can be accurately described with a simpler function model.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例の処理を示すフローチャートであ
る。
FIG. 2 is a flowchart showing a process of the embodiment of FIG. 1;

【図3】入力された形状データの分割例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an example of division of input shape data.

【図4】部品統合例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of component integration.

【図5】本発明の第2の実施例で、得られた形状データ
が疎なデータのみの対象物の場合の部品統合例を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of component integration in a case where obtained shape data is only an object having sparse data in the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例で、得られた形状データ
に対して、パラメータの数が可変の関数モデルで記述し
た結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of describing obtained shape data with a function model having a variable number of parameters in a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 データ入力部 2 部品分割部 3 制御部 4 形状記述部 5 部品統合手段 6 関数近似手段 7 部品統合結果評価手段 10〜20 ステップ G 重心 p0〜p4 関数モデル P00,P01,P02,P03,P04,P05,P
06,P07 関数近似結果(部品) d0〜d7 データセット d01〜d07 統合されたデータセット p0〜p7,p01,p02,p03,p04,p05
部品に対する関数近似結果
Reference Signs List 1 data input unit 2 parts division unit 3 control unit 4 shape description unit 5 parts integration means 6 function approximation means 7 parts integration result evaluation means 10 to 20 steps G center of gravity p0 to p4 function model P00, P01, P02, P03, P04, P05, P
06, P07 Function approximation result (parts) d0 to d7 Data set d01 to d07 Integrated data set p0 to p7, p01, p02, p03, p04, p05
Function approximation results for parts

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−73673(JP,A) 特開 平5−197785(JP,A) 特開 平4−246786(JP,A) 特開 平4−96871(JP,A) 特開 平5−94524(JP,A) 堀越外2名、”超2次関数による3次 元物体の基本要素分割”、電子情報通信 学会論文誌D−▲II▼、Vol.J76 −D−▲II▼、No.1、pp.30− 39、1993年1月 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/50 G06T 1/00 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-73673 (JP, A) JP-A-5-197785 (JP, A) JP-A-4-246786 (JP, A) 96871 (JP, A) JP-A-5-94524 (JP, A) Horikoshi et al., "Basic element division of three-dimensional object by hyperquadric", IEICE Transactions D- ▲ II ▼, Vol. J76-D-IIII, No. 1, pp. 30-39, January 1993 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 17/50 G06T 1/00 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 形状データを入力するデータ入力部と、 入力された形状データをn(≧2)個のデータセットに
分割する部品分割部と、 前記入力データを関数で記述する形状記述部と、 前記分割された個々のデータセットからk(<n)個選
択し、データセットを統合し、前記統合されたデータセ
ットならびに、残されたデータセットに対して前記形状
記述部において関数近似を実行させ、近似誤差を獲得
し、前記近似された関数モデルの近似誤差と、前記近似
に用いたデータセットの数、ならびに前記関数モデルが
有する自由パラメータの数を引数とする評価関数の値を
求め、評価関数の値が最小となるデータセットを求める
処理を行う制御部を有する物体形状記述装置。
1. A data input unit for inputting shape data, and converting the input shape data into n (≧ 2) data sets
A part dividing unit to be divided, a shape description unit that describes the input data as a function, and k (<n) pieces are selected from the divided individual data sets.
Select the data set, merge the data set,
And the shape for the remaining dataset
Execute function approximation in the description part and obtain approximation error
The approximation error of the approximated function model and the approximation error
The number of data sets used for
The value of the evaluation function with the number of free parameters
Find the data set that minimizes the value of the evaluation function
An object shape description device having a control unit for performing processing.
【請求項2】 形状データを入力するデータ入力部と、 入力された形状データをn(≧2)個のデータセットに
分割する部品分割部と、 データセットをパラメータの数が可変の関数モデルで近
似する形状記述部と、 前記分割された個々のデータセットからk(<n)個選
択し、データセットを統合し、前記形状データと、パラ
メータの数を変化させて記述された関数モデルとの誤差
とパラメータの数を引数とする評価関数の値を求め、前
記評価関数の値が最小となる関数モデルを求める制御部
を有する物体形状記述装置。
2. A data input unit for inputting shape data, and converting the input shape data into n (≧ 2) data sets.
The part division part to be divided and the data set are close by a function model with a variable number of parameters.
A similar shape description section and k (<n) pieces are selected from the divided individual data sets.
Select the data set, integrate the data set,
Error from the function model described by changing the number of meters
And the value of the evaluation function with the number of parameters as arguments
Control unit that finds a function model that minimizes the value of the evaluation function
An object shape description device having:
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堀越外2名、"超2次関数による3次元物体の基本要素分割"、電子情報通信学会論文誌D−▲II▼、Vol.J76−D−▲II▼、No.1、pp.30−39、1993年1月

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