JP4267475B2 - 図面照合装置 - Google Patents
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Description
既知の方法の一つとして、S.Tabboneは、F−Signatureによって、図面のプリミティブを照合する方法を提案している(非特許文献1を参照されたい)。この方法は、図面のプリミティブを特殊なヒストグラム、すなわち、F−Signatureと照合する。しかし、この方法は、図面から取り出されたプリミティブを照合し、検索できるのみである。部分検出や部分照合は出来ず、従って、応用範囲も限られている。
S. Tabbone, L. Wendling, K. Tombre, Matching of graphical symbols in line-drawing images using angular signature information, International Journal of Document Analysis and Recognition, volume 6, issue 1, June 2003
本発明の課題は、図面に含まれる形状を直接照合して、図面の検索結果を出力することのできる図面照合装置を提供することである。
本発明の実施形態の図面照合装置は、3つの部分からなる。
(1)プリミティブ抽出部10、
(2)属性グラフ生成部11、
(3)属性グラフ照合部12。
1.プリミティブ抽出部10
一般に、図面は、目的の物体の形状、構造、大きさを示すように、互いに組み合わされるいくつかの基本的な要素、例えば、直線や、曲線などからなっている。プリミティブ抽出部10は、これらの直線や曲線を、すなわち、入力図面からのプリミティブを、再生するように設計される。
図2に示されるように、プリミティブ抽出部10は、3つの部分からなっており、(1)細線化処理により、図面の全ての線を1ピクセル幅の線に変換する画像細線化部13、
(2)図面を、細線化画像の交点に基づいて、粗プリミティブ集合に分解する画像分解部14、
(3)滑らかで意味のあるプリミティブを生成するために、画像分解部14からの粗プリミティブを合成するマージ−スプリット部15
からなる。
1.1画像細線化部13
画像細線化部は、図面の全ての太い線を1ピクセル幅の線に変換するが、これは、既知の細線化方法によって実現できる。Anil K. Jain, Fundamentals of digital image processing, page 382-383, Prentice-Hall, NJ, 1989を参照されたい。
1.2画像分解部14
図面に含まれる直線と曲線の組み合わせは一般に複雑で、互いに交差する。従って、図面から意味のあるプリミティブを再生する、すなわち、直線や曲線を生成することは、実際上図形認識の機能を必要とし、図面の交点を解析しなければならない。
1)各ピクセルの8連結隣接点の数を計算し、
2)8連結隣接の関係で接続されており、且つ、隣接ピクセルは2より多くはないピクセルを連結する、
ステップからなり、これらにより粗プリミティブを生成する。
図3(a)は、2つの交差する曲線からなる図面を示し、黒と灰色の点は、2つより多い隣接点を持たないピクセルを表し、白丸は、2つより多い隣接点を持つピクセルを表す。図3(b)は、画像分解部の処理結果を示し、4つの粗プリミティブが、2つの交差する曲線から得られ、図において、1〜4とラベル付けされいる。
1.3マージ−スプリット部15
上記画像分解部15の処理のあと、図面中の1つの曲線は、複数の粗プリミティブに分割される可能性がある。実際、図3(b)では、2つの曲線が4つの粗プリミティブに分解されている。マージ−スプリット部15は、これらの粗プリミティブをそれらの接線方向と空間距離に従って合成し、意味のあるプリミティブを形成する。基本的な基準は、生成されたプリミティブは、できるだけ滑らかな曲線であるべきであるということである。図4aに示されるように、マージ−スプリット部15は、2つの部分からなっている。マージ部16とスプリット部17である。
1.3.1マージ部16
マージ処理とは、上記画像分解部14からの出力である粗プリミティブを合成することである。ある粗プリミティブが与えられると、マージ処理において、注目した粗プリミティブのそばの粗プリミティブをチェックし、必要な条件が満たされているかを判断し、満たされている場合、greedy strategyに従って、これらを合成する。
マージ処理は以下の基準を満たさなくてはならない。
1)マージ処理は、粗プリミティブの端点においてのみ実行されなくてはならない。
2)排他性。合成は、粗プリミティブの端点において、多くとも1回のみ許される。従って、多くとも2回のマージ処理が1つの粗プリミティブに発生する。
3)共線形性。2つの粗プリミティブの端点での接線方向がほぼ同じ時のみ、該2つの端点でこれらを合成することができる。
4)空間ギャップ。2つの粗プリミティブの端点間の距離が十分小さいときのみ、これらは、該2つの端点で合成できる。
(1)画像分解部14から出力された粗プリミティブを入力として受け取り、1つの粗プリミティブを選択し、ciの任意の端点を選択し、aと表記する(ステップS10)。
(2)排他性チェック。ciは、a点ですでに合成されたかをチェックし(ステップS11)、そうであれば、ステップ(7)に進む。他の場合には、次のステップに進む。
(3)空間ギャップと共線形性ルールで候補を絞り込む。画像分解部14から出力された他の粗プリミティブをチェックし、粗プリミティブと以下の条件に合うそれぞれの端点を登録する(ステップS12、S13)。
i.この粗プリミティブは、この端点において、ciの端点aに近い。
ii.この粗プリミティブのこの端点の接線方向は、ciの端点aのそれと同様である。
iii.粗プリミティブのこの端点では、マージ処理は行わない。
(4)dimの最小値を計算する。di=min{dim、m=1、・・・、M}
(5)許容値を設定し、候補集合の範囲を更に狭める(ステップS15)。
cim={cim|dim<di+許容値}、cimは、新しい候補集合。
(6)すなわち、cimのサイズが1の場合、すなわち、集合cimに1つの要素しかない場合、これをciと表す。ciを現在の粗プリミティブとし、(3)〜(5)で、((3)で登録された)対応する端点において、ciの候補集合を計算する。ciの候補集合が、粗プリミティブciのみを含んでおり、ciの対応する端点がaである場合、ciの対応する端点とciの端点aを合成する(ステップS16、S17)。
(7)ciの他の端点をbとし、(2)〜(6)を端点aと同様に繰り返す。
(8)集合中の全ての粗プリミティブについて、処理が終わったかを判断し(ステップS18)、そうでない場合には、次の粗プリミティブを現在のプリミティブとして、ステップ(1)に戻り、送でなければ、(9)に進む。
(9)この間マージ処理が起こったか否かを判断し(ステップS19)、そうでなければ、プログラムを終了し、他の場合には、(1)〜(8)を繰り返して、全ての粗プリミティブについて処理を行う。
・第1に、粗プリミティブc1を選択し、共線形性ルールの接線方向の差の閾値をπ/3とする。上記(3)より、c1の候補集合が{c2、c3}であることを得、対応する接線方向の差は、0.3と0.25である。図5の矢印の方向から見ると、c1とc4間の接線方向差は、1.3−1.1=0.2である。しかし、2つの粗プリミティブがこの端点で1つのプリミティブを形成するよう接続されていると仮定すると、矢印の一方の方向を反対にしなければならず、c1とc4間の実際の接線方向差は、π−0.2=2.94である。
・上記(4)から、最小接線方向差、0.25が得られる。
・許容値を0.15に設定する。ステップ(5)より、新しい候補集合は、変わらず、依然{c2、c3}である。
・(3)〜(5)から、c2の最終候補集合{c1}を得る。
・(6)を行う。c1の候補集合は、上記計算から得られた。しかし、サイズは、1でない。従って、(8)に進み、次の粗プリミティブc3を選択する。
・c3の候補集合、{c1、c4}は、(3)より得られ、対応する接線方向差値は、0.25と0.05である。
・(4)より、最小接線方向差は、0.05である。
・許容値を0.15としておく。(5)から、c3の候補集合は、{c4}に変化する。
・(6)を実行する。c4の候補集合、{c3}を計算する。これはマージ条件を満たす。従って、c3とc4を対応する端点(図5の黒い点)で合成する。
・同様のステップにより、粗プリミティブc5、c6も合成する。
・今までで、1回目の一通りの処理が終わったので、(9)に進む。マージ処理が生じたので、2回目の処理をする。
・粗プリミティブc1を選択する。c3は、前回の繰り返し処理において、合成されたので、(3)で得られるc1の候補集合は、{c2}に変化する。同様に、c2の候補集合は、{c1}である。(6)により、これら2個の粗プリミティブを合成する。
1.3.2スプリット部17
マージ処理の後、上記画像分解部14で得られた粗プリミティブは、再び集められ、共線形ルールに従う空間的に近い粗プリミティブは合成される。しかし、上記処理では、粗プリミティブに対し、滑らかさが補償されない、すなわち、これらの粗プリミティブの中には、鋭い屈曲があるかもしれない。スプリット処理は、可能な屈曲点に従って、粗プリミティブを滑らかなプリミティブに分割する。
(1)合成された粗プリミティブの各点での曲率を計算する。このために、既存の方法が使用できる。J. Matas, Z. Shao, J.Kittler, Estimation of curvature and tangent direction by median filtered differencing, 8th international conference on image analysis and processing, San Remo, September 1995を参照されたい。
(2)プリミティブの曲率から極大値を見つける。
(3)(2)から得られた極大値のある点において滑らかなプリミティブにプリミティブを分割する。
2.属性グラフ生成部11
プリミティブ抽出部10の処理の後、図面は、プリミティブの集合に分解される。属性グラフ生成部11は、これらのプリミティブとこれら間の関係を属性グラフに記述する。属性グラフ生成部11は2つの部分からなる。
(1)変形delaunay三角形方法で、属性グラフのフレームワークを生成する。すなわち、属性グラフでプリミティブをノードとして表し、これらプリミティブ間の隣接関係をエッジで表す処理。
(2)属性抽出、特に、属性グラフのノードとエッジの属性を計算し、これらプリミティブとそれらの空間的関係を定量的に表す処理。
2.1属性グラフフレームワークを生成する処理
図面において、長いプリミティブは、しばしば、その中間点や端部などの異なる点で、他のいくつかのプリミティブに接近して存在する。従って、生成される属性グラフは、全てのこれらの接続関係を示さなくてはならない。しかし、いくつかの従来の方法では、属性グラフの生成において、プリミティブを表すのに、中間点などの1点のみを使用するので、いくつかの接続関係が失われる可能性が高い。
1.プリミティブサンプリング。プリミティブを複数の点で均等にサンプリングする。そして、各サンプル点の位置に対応する、元のプリミティブを記録する。
2.Delaunayグラフを生成する。全てのサンプル点を入力として、Delaunay triangle tessellationにより属性グラフのフレームワークを生成する。このグラフでは、各サンプル点は、1つのノードで表され、接続関係は、属性グラフではエッジで表される。
3.グラフの簡単化。ステップ2で得られたグラフにおいて、同じプリミティブからのサンプル点を1つのノードにマージし、同時に対応するエッジもマージすることによって簡単化する。すなわち、1つのプリミティブの複数のサンプル点を1つノードにマージするに伴い、各サンプル点に接続されたエッジも接続されたままマージされるので、1つのノードへの接続として表現される。
2.2属性抽出
属性グラフの生成によって、図面のプリミティブは、属性グラフにおいて、ノードとして表され、これらプリミティブ間の空間的関係は、属性グラフのエッジとして表される。しかし、この属性グラフのフレームワークは、これらの空間関係及びプリミティブの特徴を定量的には記述しない。
図8に示されるように、直線ABとCDは、それぞれ個別のプリミティブを表す。ABが処理されるべきプリミティブであり、CDがABの隣のプリミティブであると仮定すると、ABからCDへの指向性のある属性集合は、
・相対角度は、ABとCDの間の角度とする。図8(a)に示されるように、この角度をαと記述する。
・相対長は、ABの長さで割った、CDの長さとする。
・相対位置は、交点の位置、あるいは、これら2つのプリミティブの潜在的交点を記述するものとする。
相対位置=|OA|/|OB|、OAがOBより短い場合
|OB|/|OA|、OBがOAより短い場合
ここで、Oは、交点、|・|は、線分の長さを表す。
相対位置=|OA|/|OB|、潜在的交点Oが端点Aの側にある場合
|OB|/|OA|、潜在的交点Oが端点Bの側にある場合
とする。
・相対距離。まず、これらの2つのプリミティブの中間点間の距離を計算する。相対距離の値を得るため、ABの長さでこの距離を割る。
・相対最小距離。これらの2つのプリミティブ間の最小距離を計算し、相対最小距離は、最小距離をABの長さで割ったものとする。
3.属性グラフ照合部12
上記プリミティブ抽出部10と属性グラフ生成部12によって処理された後、問い合わせ図面と照合図面は、属性グラフの表現形式に変換される。図面照合は、属性グラフの照合に還元される。属性グラフ照合部12では、問い合わせ図面と照合図面間の図面の内容に基づいた対応関係が得られる。このような照合結果によれば、問い合わせ図面と最も似通った図面が、図面検索の過程でデータベースから自動的に取得される。
図9(a)と図9(b)は、問い合わせ図面と照合図面のそれぞれを示し、図9(a)の図面は、機械ベアリングの一部であり、図9(b)は、ベアリング全体である。図10(a)と図10(b)は、問い合わせ図面と照合図面それぞれの粗プリミティブを示している。図11(a)と図11(b)は、問い合わせ図面と照合図面それぞれのプリミティブを示している。図12(a)と図12(b)は、属性グラフ生成部11によって得られる、問い合わせ図面と照合図面に対応する属性グラフを示している。図13は、本具体例の照合結果を示す。
第1に、画像細線化部13は、入力された問い合わせ図面と照合されるべき図面に細線化処理を行い、粗プリミティブが画像分解部14によって抽出される。図10(a)と10(b)に示す結果が得られる。
情報処理装置は、演算部であるCPU20を有し、プログラムを実行する。CPU20は、バス21を介して、RAM22、ROM23、通信インターフェース24、記憶装置27、読み取り装置28、及び入出力装置30に接続される。記憶装置27には、当該プログラムが格納され、RAM22にコピーされることによって、CPU20によって実行される。ROM23は、情報処理装置の基本動作を行うためのBIOSなどが格納される。また、記憶装置27には、図面を多く蓄えるデータベースが構築される。このデータベースは、必ずしも記憶装置27に格納されていなくても良く、例えば、通信インターフェース24に接続されたネットワーク24を介して、同図の情報処理装置に接続される情報提供者26の記憶装置に設けられていても良い。また、読み取り装置28は、CD−ROM、DVDなどの可搬記録媒体29からデータを読み取る装置であり、可搬記録媒体29に当該プログラムが記録されている場合には、これを同図の情報処理装置にインストールしてCPU20に実行させる。入出力装置30は、キーボード、マウス、パッド、ディスプレイなどからなり、同図の情報処理装置を使用するユーザが当該プログラムを実行する場合に、問い合わせ図面を入力したり、図面照合結果を確認するために使用される。
データベースに格納された照合図面と問い合わせ図面とを照合する図面照合方法を情報処理装置に実現させるプログラムであって、
入力された図面を、図面の構成要素であるプリミティブに分解するプリミティブ抽出ステップと、
得られた該プリミティブから、図面に記載された図の構成及び内容を記述する属性グラフを生成する属性グラフ生成ステップと、
該照合図面と該問い合わせ図面それぞれについて得られた属性グラフを照合することにより、該照合図面と該問い合わせ図面の対応関係を取得する属性グラフ照合ステップと、
を備えることを特徴とする図面照合方法を情報処理装置に実現させるプログラム。
前記プリミティブ抽出ステップは、
図面に描かれる線を予め規定された幅の線に細線化する細線化ステップと、
該細線化された図を、構成要素に分解し、1次的なプリミティブである粗プリミティブを生成する画像分解ステップと、
該粗プリミティブを所定の基準に従って合成・分解し、最終的なプリミティブを生成する合成・分解ステップと、
からなることを特徴とする付記1に記載のプログラム。
前記合成・分解ステップは、
前記画像分解ステップで得られた前記粗プリミティブを最適化手法に従って、端点における接線方向が互いに似通った該粗プリミティブを結合することを特徴とする付記2に記載のプログラム。
前記属性グラフ生成ステップは、
前記プリミティブの1つ1つを、複数のサンプル点でサンプリングし、複数の該プリミティブについて複数のサンプル点を空間的関係を示すエッジで結ぶことにより得られるグラフを生成し、該生成されたグラフを、1つのプリミティブには1つのノードとなるように複数のサンプル点をエッジと共に各プリミティブのノードに集合させることによって、簡単化することを特徴とする付記1に記載のプログラム。
データベースに格納された照合図面と問い合わせ図面とを照合する図面照合装置であって、
入力された図面を、図面の構成要素であるプリミティブに分解するプリミティブ抽出手段と、
得られた該プリミティブから、図面に記載された図の構成及び内容を記述する属性グラフを生成する属性グラフ生成手段と、
該照合図面と該問い合わせ図面それぞれについて得られた属性グラフを照合することにより、該照合図面と該問い合わせ図面の対応関係を取得する属性グラフ照合手段と、
を備えることを特徴とする図面照合装置。
前記プリミティブ抽出手段は、
図面に描かれる線を予め規定された幅の線に細線化する細線化手段と、
該細線化された図を、構成要素に分解し、1次的なプリミティブである粗プリミティブを生成する画像分解手段と、
該粗プリミティブを所定の基準に従って合成・分解し、最終的なプリミティブを生成する合成・分解手段と、
からなることを特徴とする付記6に記載の図面照合装置。
前記合成・分解手段は、
前記画像分解ステップで得られた前記粗プリミティブを最適化手法に従って、端点における接線方向が互いに似通った該粗プリミティブを結合することを特徴とする付記7に記載の画像照合装置。
前記属性グラフ生成手段は、
前記プリミティブの1つ1つを、複数のサンプル点でサンプリングし、複数の該プリミティブについて複数のサンプル点を空間的関係を示すエッジで結ぶことにより得られるグラフを生成し、該生成されたグラフを、1つのプリミティブには1つのノードとなるように複数のサンプル点をエッジと共に各プリミティブのノードに集合させることによって、簡単化することを特徴とする付記6に記載の画像照合装置。
データベースに格納された照合図面と問い合わせ図面とを照合する図面照合方法であって、
入力された図面を、図面の構成要素であるプリミティブに分解するプリミティブ抽出ステップと、
得られた該プリミティブから、図面に記載された図の構成及び内容を記述する属性グラフを生成する属性グラフ生成ステップと、
該照合図面と該問い合わせ図面それぞれについて得られた属性グラフを照合することにより、該照合図面と該問い合わせ図面の対応関係を取得する属性グラフ照合ステップと、
を備えることを特徴とする図面照合方法。
前記プリミティブ抽出ステップは、
図面に描かれる線を予め規定された幅の線に細線化する細線化ステップと、
該細線化された図を、構成要素に分解し、1次的なプリミティブである粗プリミティブを生成する画像分解ステップと、
該粗プリミティブを所定の基準に従って合成・分解し、最終的なプリミティブを生成する合成・分解ステップと、
からなることを特徴とする付記11に記載の図面照合方法。
前記合成・分解ステップは、
前記画像分解ステップで得られた前記粗プリミティブを最適化手法に従って、端点における接線方向が互いに似通った該粗プリミティブを結合することを特徴とする付記12に記載の図面照合方法。
前記属性グラフ生成ステップは、
前記プリミティブの1つ1つを、複数のサンプル点でサンプリングし、複数の該プリミティブについて複数のサンプル点を空間的関係を示すエッジで結ぶことにより得られるグラフを生成し、該生成されたグラフを、1つのプリミティブには1つのノードとなるように複数のサンプル点をエッジと共に各プリミティブのノードに集合させることによって、簡単化することを特徴とする付記11に記載の図面照合方法。
11 属性グラフ生成部
12 属性グラフ照合部
13 画像細線化部
14 画像分解部
15 マージ−スプリット部
16 マージ部
17 スプリット部
Claims (8)
- データベースに格納された照合図面と問い合わせ図面とを照合する図面照合方法を情報処理装置に実現させるプログラムであって、
入力された図面を、図面を構成する基本的な要素の直線や曲線であるプリミティブに分解するプリミティブ抽出ステップと、
得られた該プリミティブから、図面に記載された図の構成及び内容を記述する属性グラフを生成する属性グラフ生成ステップと、
該照合図面と該問い合わせ図面それぞれについて得られた属性グラフを照合することにより、該照合図面と該問い合わせ図面の対応関係を取得する属性グラフ照合ステップと、
を備え、
前記属性グラフ生成ステップは、
前記プリミティブの1つ1つを、複数のサンプル点でサンプリングし、複数の該プリミティブについて複数のサンプル点を空間的関係を示すエッジで結ぶことにより得られるグラフを生成し、該生成されたグラフを、1つのプリミティブには1つのノードとなるように複数のサンプル点をエッジと共に各プリミティブの ノードに集合させる
ことを特徴とする図面照合方法を情報処理装置に実現させるプログラム。 - 前記プリミティブ抽出ステップは、
図面に描かれる線を予め規定された幅の線に細線化する細線化ステップと、
該細線化された図を、構成要素に分解し、1次的なプリミティブである粗プリミティブを生成する画像分解ステップと、
該粗プリミティブを所定の基準に従って合成・分解し、最終的なプリミティブを生成する合成・分解ステップと、
からなることを特徴とする請求項1に記載のプログラム。 - 前記合成・分解ステップは、
前記画像分解ステップで得られた前記粗プリミティブを最適化手法に従って、端点における接線方向が互いに似通った該粗プリミティブを結合することを特徴とする請求項2に記載のプログラム。 - 前記属性グラフ生成ステップで生成される前記属性グラフは、前記プリミティブ間の相対角度、相対長、交点、相対距離、及び最小相対距離を少なくとも属性値として持つことを特徴とする請求項1に記載のプログラム。
- データベースに格納された照合図面と問い合わせ図面とを照合する図面照合装置であって、
入力された図面を、図面を構成する基本的な要素の直線や曲線であるプリミティブに分解するプリミティブ抽出手段と、
得られた該プリミティブから、図面に記載された図の構成及び内容を記述する属性グラフを生成する属性グラフ生成手段と、
該照合図面と該問い合わせ図面それぞれについて得られた属性グラフを照合することにより、該照合図面と該問い合わせ図面の対応関係を取得する属性グラフ照合手段と、
を備え、
前記属性グラフ生成手段は、
前記プリミティブの1つ1つを、複数のサンプル点でサンプリングし、複数の該プリミティブについて複数のサンプル点を空間的関係を示すエッジで結ぶことにより得られるグラフを生成し、該生成されたグラフを、1つのプリミティブには1つのノードとなるように複数のサンプル点をエッジと共に各プリミティブの ノードに集合させることを特徴とする図面照合装置。 - 前記プリミティブ抽出手段は、
図面に描かれる線を予め規定された幅の線に細線化する細線化手段と、
該細線化された図を、構成要素に分解し、1次的なプリミティブである粗プリミティブを生成する画像分解手段と、
該粗プリミティブを所定の基準に従って合成・分解し、最終的なプリミティブを生成する合成・分解手段と、
からなることを特徴とする請求項5に記載の図面照合装置。 - 前記合成・分解手段は、
前記画像分解ステップで得られた前記粗プリミティブを最適化手法に従って、端点における接線方向が互いに似通った該粗プリミティブを結合することを特徴とする請求項6に記載の画像照合装置。 - 前記属性グラフ生成手段で生成される前記属性グラフは、前記プリミティブ間の相対角度、相対長、交点、相対距離、及び最小相対距離を少なくとも属性値として持つことを特徴とする請求項5に記載の画像照合装置。
Priority Applications (3)
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