JP4798018B2 - 画像照合装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力画像と基準画像の画像データの比較を行い、類似度を判定することで画像を照合する画像照合装置に関し、特に、比較されるそれぞれの画像領域の相互に対応する点の絶対差分値を利用する画像照合装置に関する。

従来、入力画像と基準画像の画像データの類似度により画像の照合を行う画像照合装置には、基準画像と入力画像間で相互に対応する画像領域の絶対差分値（Sum of Absolute Ｄifference：ＳＡＤ）を利用して画像の照合を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、非特許文献１には、上記絶対差分値を、２枚の画像間で対応点を決定するためのテンプレートマッチングの評価基準とし、一方の画像中の所望の点（以下、基準点という）の周りにウインドウを設定してこれをテンプレートとするとともに、他方の画像中において着目する点の回りに同様にウインドウを設定し、二つのウインドウ内の相互に対応する点の輝度差（以下、領域絶対差分値という）が最も小さくなる領域を探索して、この領域をテンプレートに対応する領域とすることで、上記他方の画像中にあって基準点に対応する点を抽出することが記載されている。

特開平０７−４３３０９号公報 ３次元画像用語辞典編集委員会 「３次元画像用語辞典」新技術コミュニケーションズ出版、2000年

非特許文献１に記載されているように、２枚の画像間で対応する点を決定するために絶対差分値を用いる場合は、上述した領域絶対差分値が最も小さくなる領域を求めればよい。しかしながら、製品の検査等のように基準画像中に設定したテンプレートの画像データと、入力画像中にテンプレートに対応する領域として設定した領域（以下、比較領域という）の画像データとの類似度を判定することで画像の照合を行う場合、次の問題が考えられる。

即ち、それぞれ同一の基準画像、入力画像であっても、画像中に設定するテンプレートと比較領域の大きさが異なれば、画素数の変化に伴って領域絶対差分値が変動する。従って、テンプレートの大きさを変更する度に、テンプレートと上記比較領域との類似度を判定するための閾値の設定を変更する必要があるという問題である。

また、テンプレートと、比較領域の大きさが一定であっても、照合される各々の入力画像の明度、即ち比較領域内の平均の輝度値に差異がある場合、テンプレートと、比較領域とが類似していたとしても、算出される領域絶対差分値が大きくなる等の虞があるため、比較領域（又はテンプレート）の明度に応じてテンプレートと上記比較領域との類似度の判定に用いる閾値の設定を変更する必要があるという問題である。

以上のことから本発明は、２つの画像の類似度の判定に用いられる照合閾値の設定を簡便化することを可能とした画像照合装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る画像照合装置は、基準画像と入力画像の画像データを比較して画像の類似度を判定する画像照合装置であって、基準画像及び入力画像を入力する画像入力手段と、前記基準画像中の所望の領域をテンプレートとして設定するテンプレート設定手段と、前記入力画像中の前記テンプレートに対応する領域を比較領域として設定する計測位置設定手段と、前記テンプレートと前記比較領域間の正規化絶対差分値Ｄを、

によって計算する画像データ照合手段と、前記照合閾値と前記正規化絶対差分値とを比較して前記テンプレートと前記比較領域の類似度を判定する照合判定手段と、前記照合判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段と、各々のデータを保存する記憶手段とを備えることを特徴とする。

第二の発明に係る画像照合装置は、第１の発明において、前記演算部が、前記正規化絶対差分値Ｄを用いて、反転正規化絶対差分値ｄを、
ｄ＝１−Ｄによって計算することを特徴とする。

第１の発明に係る画像照合装置によれば、２つの画像の類似度を０〜１の数値で表すため、２つの画像の類似度を判定するための照合閾値をテンプレート領域の大きさや、テンプレート又は比較領域の明度等に応じてそれぞれ設定する必要がなく、照合閾値の設定を容易に行うことが可能になる。

第２の発明に係る画像照合装置によれば、２つの画像の類似度を０〜１の数値で表すとともに、類似度の判定に用いられる値を２つの画像の類似度が高いほど大きく、２つの画像の類似度が低いほど小さくなるように表示するため、第１の発明の効果に加えて、２つの画像の類似の度合いを直感的に判断しやすくなり、照合閾値の設定をより容易に行うことが可能になる。

以下に示す実施例において、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１乃至図３に基づいて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は本実施例に係る画像照合装置の構成を示すブロック図、図２（ａ），（ｂ）は入力画像の一例を模式的に示す説明図、図３は本実施例における基準輝度差を設定するための説明図である。

図１に示すように、本実施例に係る画像照合装置は、画像入力部１、基準画像テンプレート設定部２、計測位置設定部３、照合閾値設定部４、画像データ照合部５、照合判定部６、判定結果出力部７、及びメモリ８を備えている。

画像入力部１は、基準画像や入力画像（又は参照画像）を装置に入力する。基準画像テンプレート設定部２は、基準画像中の一部の領域であって照合の対象となる領域をテンプレートとして設定する。

計測位置設定部３は、入力画像（又は参照画像）中のテンプレートに対応する領域（以下、比較領域という）の位置、具体的には、入力画像中における比較領域の座標を設定する。比較領域の座標の設定は、比較領域の中心、又は、例えばテンプレート及び比較領域を矩形の領域として設定した場合は４頂点のいずれかとする等、設定しやすい位置を選択すれば良い。

照合閾値設定部４は、照合判定部６において使用する照合閾値を設定し、メモリ８に入力する。なお、照合閾値は照合精度の調整のため使用されるものであって、既に最適値が入力されている場合は改めて照合閾値を設定する必要はなく、必要に応じて設定、入力すればよい。

画像データ照合部５は、テンプレートと比較領域の差分計算を行う。照合判定部６は、画像データ照合部５において算出された結果を照合閾値設定部４において設定した照合閾値と比較して、比較領域の画像データがテンプレートの画像データと一致するか否かの判定を行う。判定結果出力部７は、照合判定部６による判定結果を例えばコンピュータモニタ、または音声等によって出力する。また、メモリ８には各データが保存される。

以下に、本実施例に係る画像照合装置によって、図２（ａ）に示す画像１１を基準画像とし、図２（ｂ）に示す画像２１の照合を行う例を示す。なお、図２に示す画像１１，２１は、プリント基板１３，２３をそれぞれ撮像した画像の例である。

まず、画像入力部１によってメモリ８に入力された入力画像の中から、一つの画像、ここでは図２（ａ）に示す画像１１を、基準画像として基準画像テンプレート設定部２に入力する。そして、基準画像テンプレート設定部２において、基準画像１１中にあって照合処理に必要な領域をテンプレート１２として設定し、メモリ８に格納する。テンプレート１２は、例えば矩形の領域として設定される。

次に、計測位置設定部３において、テンプレート１２に対応する入力画像２１中の座標の指定を行い、計測位置である比較領域２２を設定する。比較領域２２は、テンプレート１２と同一の大きさの領域とし、例えば、矩形の領域として設定されたテンプレート１２の４頂点のうち、図２中左上の頂点Ｐに対応する点Ｑの座標を指定することにより位置を決定する。照合閾値設定部４は、照合判定部６において使用する照合閾値を設定する。

そして、画像データ照合部５において、差分計算として（１）式に示す、絶対差分値を基準輝度差で正規化した、画像領域の正規化絶対差分値Ｄを算出する演算を行う。

（１）式において、Ｎはテンプレート１２（比較領域２２）内の画素数、ｆ（ｉ，ｊ）はテンプレート１２内の点ｐ（ｉ，ｊ）に位置する比較対象となっている画素の輝度値、ｇ（ｉ，ｊ）は比較対象画像２２内の点ｑ（ｉ，ｊ）に位置する比較対象となっている画素の輝度値、Ｉmaxは最大輝度値である。なお、点ｑは、比較領域２２内の点ｐに対応する点である。

また、max（ａ，ｂ）はａ，ｂのうちのどちらか大きい値を選択する演算である。即ち、図３（ａ）に示すように、基準画像の対象画素の輝度値ｆ（ｉ，ｊ）が最大輝度値Ｉmaxの半値より小さい場合、Ｉmax−ｆ（ｉ，ｊ）を選択し、図３（ｂ）に示すように、基準画像の対象画素の輝度値ｆ（ｉ，ｊ）が最大輝度値Ｉmaxの半値より大きい場合、ｆ（ｉ，ｊ）を選択するものである。

（１）式から明らかなように、画像データ照合部５において算出される画像領域の正規化絶対差分値Ｄは、テンプレート１２内の画素数、即ち、テンプレート１２の画像領域の大きさや、基準画像の明暗等の輝度の度合いに関わらず０〜１の範囲の値を取る。そして、算出された値が０に近いほど画像の類似度が高く、１に近いほど画像の類似度が低いという特徴を有する。

画像データ照合部５において算出された照合結果は、照合判定部６によって照合閾値設定部４で設定した照合閾値に基づいて類似度の判定が行われ、判定結果出力部７によってモニタ又は音声等により判定結果が出力される。

本実施例に係る画像照合装置によれば、製品の検査等を画像照合によって行う場合、テンプレート１２の画像領域の大きさや、基準画像１１の輝度の度合いが異なる場合であっても、基準画像１１と入力画像２１との類似度を０〜１の範囲の値として検出することができるため、基準画像１１と入力画像２１との類似度の判定に用いる照合閾値をテンプレート１２のサイズや基準画像１１の輝度の度合い毎に設定する必要がなく、画像照合におけるパラメータの設定を容易にすることができる。

図４に基づいて、本発明の第２の実施例を説明する。図４は、本実施例に係る画像照合装置の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、本実施例に係る画像照合装置は、画像入力部１、基準画像テンプレート設定部２、計測位置設定部３、照合閾値設定部４、画像データ照合部９、照合判定部６、判定結果出力部７、及びメモリ８から構成される。本実施例は、上述した実施例１において説明した画像領域の正規化絶対差分値Ｄを算出する画像データ照合部５に変えて、画像領域の反転正規化絶対差分値ｄを算出する画像データ照合部９を設けたものである。その他の構成は実施例１と概ね同様であり、同様の機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

画像データ照合部９は、実施例１において説明した画像データ照合部５に比較して、上述した（１）式に表す画像領域の正規化絶対差分値Ｄを求める点は同様であり、反転正規化絶対差分値ｄを算出するため、更に以下の（２）式に示す計算を行う点が異なる。

ｄ＝１−Ｄ ・・・（２）

（２）式において、Ｄは上述した（１）式から算出される正規化絶対差分値であり、詳細な説明は省略する。

実施例１において説明したように、正規化絶対差分値Ｄは０〜１の値を取ることから、（２）式に示す反転正規化絶対差分値ｄについても、テンプレート１２の画像領域の大きさや、基準画像の明暗等の輝度の度合いに関わらず０〜１の範囲の値を取る。そして、実施例１とは異なり、算出された数値が０に近いほど画像の類似度が低く、１に近いほど画像の類似度が高いという特徴を有する。画像データ照合部９において算出された照合結果は、メモリ８に格納される。

本実施例に係る画像照合装置によれば、製品の検査等を画像照合によって行う場合、テンプレート１２の画像領域の大きさや、基準画像１１の輝度の度合いが異なる場合であっても、基準画像１１と入力画像２１との類似度を０〜１の範囲の値として検出することができるため、基準画像１１と入力画像２１との類似度の判定に用いる照合閾値をテンプレート１２のサイズや基準画像１１の輝度の度合い毎に設定する必要がなく、画像照合におけるパラメータの設定を容易にすることができる。

さらに、テンプレート１２と比較対象画像２２の類似度が高いほど画像データ照合部９において算出される反転正規化絶対差分値ｄが大きくなるために、２つの画像の類似度と反転正規化絶対差分値ｄとの対応関係を作業者が直感的に判断しやすいという利点がある。そして、画像の類似度と照合閾値設定部６において設定する照合閾値の増減方向を相互に一致させることにより、パラメータ設定作業における人為的な誤りを抑制することにも繋がると考えられる。

本発明は、入力画像と基準画像の画像データの比較を行い、類似度の判定を行う画像照合装置に関し、特に、比較されるそれぞれの画像領域の相互に対応する点の絶対差分値を利用して画像の照合を行う画像照合装置に適用可能である。

本発明の実施例１に係る画像照合装置の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）は基準画像の一例を示す説明図、図２（ｂ）は入力画像の一例を示す説明図である。 本発明の実施例１における基準輝度差を設定するための説明図である。 本発明の実施例２に係る画像照合装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 画像入力部
２ 基準画像テンプレート設定部
３ 計測位置設定部
４ 照合閾値設定部
５，９ 画像データ照合部
６ 照合判定部
７ 判定結果出力部
８ メモリ
１１ 基準画像
１２ テンプレート
２１ 入力画像
２２ 比較対象画像

Claims (2)

1. 基準画像と入力画像の画像データを比較して画像の類似度を判定する画像照合装置であって、
   基準画像及び入力画像を入力する画像入力手段と、
   前記基準画像中の所望の領域をテンプレートとして設定するテンプレート設定手段と、
   前記入力画像中の前記テンプレートに対応する領域を比較領域として設定する計測位置設定手段と、
   照合閾値を設定する照合閾値設定手段と、
   前記テンプレートと前記比較領域間の正規化絶対差分値Ｄを、
   

   

   によって計算する画像データ照合手段と、
   前記照合閾値と前記正規化絶対差分値とを比較して前記テンプレートと前記比較領域の類似度を判定する照合判定手段と、
   前記照合判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段と、
   各々のデータを保存する記憶手段と
   を備えることを特徴とする画像照合装置。
2. 前記演算部が、前記正規化絶対差分値Ｄを用いて、反転正規化絶対差分値ｄを、
   ｄ＝１−Ｄ
   によって計算することを特徴とする請求項１記載の画像照合装置。

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