JPH01180075A - パターン認識のための特徴点コーナーの位置計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、加工機の自動化に伴うマテリアル・ハンドリ
ンク等に際して、部材の位置や姿勢角を計測する場合に
有効に利用てきるパターン認識技術に関するものてあり
、特に、そのパターン認識のための特徴点コーナーの位
置を高精度に計測する方法に関するものである。

［従来の技術］ 物体をテレビカメラ等により２次元的な図形パターンと
して撮像し、その図形パターンの基準パターンに対する
姿勢角や位置ずれ等を計測するには、従来から提案され
ている各種パターン認識技術あるいはその他の方法を利
用することがてきる。

本発明者らも、上述した図形パターンの姿勢角や位置ず
れを非常に簡単な装置で極めて容易に判別可能にした計
測方法を、先に特願昭６２−２５５８０４号により提案
している。

この既提案の計測方法は、検出した図形パターンを２値
化して、その輪郭部における各頂点の抽出を行い、その
頂点のデータに基づいて基準パターンとの比較によるパ
ターンマッチンクを行うと共に、特定の頂点を特徴点コ
ーナーとして、両パターンの対応する特徴点コーナーの
座標関係から、アフィン逆変換により基準パターンに対
する図形パターンの姿勢角と位置ずれを計測するもので
ある。

このような既提案の計測方法ばかりでなく、各種パター
ン認識技術においては、２値化された図形パターンにお
ける特徴点コーナーの座標を計測する必要か多々存在し
、この場合に、加工機の加工速度や精度などとの関連で
、計測を実時間的に行うことが要求され、しかも高精度
な計測を要求されることか少なくない。

しかるに１図形パターンにおける特徴点コーナーの計ｌ
ｌ１１精度を高めるために、例えば、１０２４ｘ１０２
４というような大容量メモリを用いることを考えると、
図形パターンの特徴点コーナー、例えは輪郭追跡により
検出される頂点の座標を計測するに際して、大量のデー
タ処理を行う必要かあるため、長時間を要することにな
る。従って、伺らかの手段によつ計測精度を低下させる
ことなくデータの処理量を少なくする必要がある。

［発明か解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上述した図形パターンにおける特徴点
コーナーの概略的な位置か検出済であることを前提とし
、大量のデータ処理を行うことなく、簡単で迅速な処理
によつ、しかも計測精度を低下させることなく特徴点コ
ーナーを計測可能にすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係る特徴点コーナー
の位置計測方法は、検出した図形パターンを２値化して
、その輪郭部における頂点の抽出を行い、そのデータに
基づいて図形パターンの認識を行うに際し、上記輪郭部
上の頂点のうちで図形パターンの認識のために必要な特
定の頂点を特徴点コーナーとして、この特徴点コーナー
の概略的な位置に、そこに重心を持つウィンドをそれぞ
れ設定し、これらのウィンドの水平及び垂直方向のサイ
ズを、特徴点コーナーの座標値と、その特徴点コーナー
の両側に隣接している両頂点の座標値との差のうちで小
さい方の値とし、このウィンド内における特徴点コーナ
ーの座標を計測することにより正確な座標計測を行うこ
とを特徴とするものである。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について詳述する。

一般に、計測域に鷹かれた物体の姿勢角や位置の計測に
際し、その対象物体をテレビカメラ等のパターン入力装
置により２次元的な図形パターンとして取込み、その走
査線上の各サンプル点についての出力をＡＤ変換により
サンプル点の明暗に応した２値化信号とし、これによっ
て得られた２値化マトリクス・パターンの処理により図
形パターンの姿勢角や位置の計測を行う方法としては、
種々の方法かある。そして、これらの方法においては、
２値化した図形パターンの輪郭部における頂点の抽出を
行い、そのデータに基づいて図形パターンの認識か行わ
れることが多いか、このような場合には１通常、図形パ
ターンにおけるその輪郭部上の頂点のうちで少なくとも
上記認識に必要な特徴点コーナーの座標を計測して、姿
勢角や位置の計測のためのデータとする。

本発明は、このような各種方法による図形パターンの姿
勢角や位置等の計測に際して、上記特徴点コーナーの座
標計測を短時間に高精度で行うためのものであるか、こ
こでは、本発明者らが先に提案しているアフィン逆変換
による図形パターンの姿勢角・位置計測方法に適用する
場合について説明する。

先ず、上記アフィン逆変換を利用した姿勢角・位置計測
方法の概要について説明すると、同計測方法においては
、計測対象の図形パターンか、テレビカメラ等のパター
ン入力装置により２値化したマトリクス・パターンとし
て画像処理装置に入力される。この場合に、図形パター
ンの認識精度を高めるためには、１０２４ｘ　１０２４
程度の比較的大容量メモリか用いられる。

画像処理装置においては、図形パターンの姿勢角や位置
を高精度に計測する場合、そのマトリクス・パターンに
おける相隣接する２×２のメツシュポイントに着目し、
それらの４つのポイントにおけるいずれのデータが２値
化されたＯまたはｌであるかによって、図形パターンの
輪郭、即ち実部と空部の間の境界線におけるデータを、
その輪郭線の方向に関して分類し、さらに図形パターン
の輪郭線に沿ってその分類付けされたデータを追跡して
、図形パターンの頂点が検出され、その座標か求められ
る。

なお、このような頂点検出の方法は、本発明者らか既に
特公昭　５６−４７５８１号により提案している方法で
あり、ここではそれを輪郭追跡による頂点検出と呼ぶ。

一方、上記図形パターンか基準位置にある場合の基準パ
ターンは、他の図形パターンと共に画像処理装置内の記
憶装置に予め記憶させておき、上記頂点検出を行った図
形パターンについては、アフィン逆変換によって基準パ
ターンに対する姿勢角・位置ずれを計測するに先立って
、どの基準パターンと対応関係を有するか、また図形パ
ターンにおける特定の頂点が、対応する基準パターンの
頂点のデータ群のどれに対応するのかが判別される。

このような図形パターンと基準パターンとの対応関係の
判定には、本発明者らか、先に特願昭６２−２５６８０
４号において詳細に開示しているように、図形パターン
の頂点の数、コーナーのタイプ、マスクの数等の特徴パ
ラメータを利用するのか好ましいか、それ以外の要素を
用いることもできる。また、このパターンマツチングに
おいて一致する基準パターンが存在した場合は、図形パ
ターンにおける特定の頂点か基準パターンにおけるどの
頂点に対応するかの判定を行うか、この判定は、図形パ
ターンにおける頂点の並びを一つずつずらして両者か一
致するか否かの判定を繰返すことにより行われる。

上記図形パターンと基準パターンとのアフィン逆変換に
よる姿勢角・位置ずれの計測に際しては、輪郭追跡によ
り検出した少なくとも二つの頂点の位置的関係を求める
必要かあり、そのため、相互間の距離か比較的大きい特
定の頂点を特徴点コーナーとして抽出するが、この特徴
点コーナーは、頂点間の距離か最も離れた２頂点とする
のが計測精度を高めるうえて最適である。第１図の図形
パターンの例では、Ｍ−Ｎデジタル座標系における頂点
（Ｍｌ、Ｎｌ）及び頂点（Ｍ、、Ｎ％）かこの特徴点コ
ーナーに相出し、これらは各頂点間距離を順次計算する
ことにより容易に検出することかできる。

このようにして、アフィン逆変換に必要な特定の２頂点
を特徴点コーナーとすると、それに対応する基準パター
ン上の２点の特徴点コーナーとの座標関係から、アフィ
ン逆変換により所期の計測値である図形パターンの基準
パターンに対する姿勢角及び位置ずれか求められる。

本発明者らが先に提案している図形パターンの姿勢角・
位置計測方法においては、上述した過程によつ図形パタ
ーンのＤｉを行うようにしているか、この場合に、認識
精度を高めるために１０２４ｘ１０２４程度の比較的大
容量メモリを用いると、データの処理に非常に長い時間
を必要とする。

そこで、このデータ処理時間を短縮するため、本発明に
おいては、以下に説明するような「ウィンド」を用いて
、データ処理時間の短縮化を図るようにしている。但し
、この場合には、上記「ウィンド」の設定のため、予め
特徴点コーナーの概略的な位置かわかっていることか前
提となる。しかしながら、このような概略位置は、テレ
ビカメラ等のパターン入力装置と認識対象物体の位置的
関係が常に一定の範囲内にある場合などには計測するま
でもなく既知であり、また上記対象物体の２値化マトリ
クス・パターンの簡単な処理によっても、容易に、しか
も実時間的に得られるものである。

なお、上記特徴点コーナーの概略的な位置を計測する方
法としては、本発明者らか同日出願（発明の名称「図形
パターンの概略的輪郭形状計測方法」）により別途提案
している概略的輪郭形状計測方法などか適している。そ
の計測方法は、計測対象をサンプル点の明暗に応した２
値化信号として大容量メモリに取込み、その輪郭部にお
ける頂点の検出を行い、そのデータに基づいて図形パタ
ーンの認識を行うに際し、メモリにおける複数ピクセル
毎のアクセスを可能にして、頂点検出のための処理時間
を短縮するものである。

このような計測等により特徴点コーナーの概略的な位置
かわかった後は、その特徴点コーナーの周辺に上記ウィ
ンドを設定して、そのウィンド内のみのデータ処理によ
り、特徴点コーナーの正確な座標計測を短時間に行うこ
とか可能になる。

上記ウィンドの設定に際しては、各ウィンドにそれぞれ
特徴点コーナーである頂点のみか独立に包含されるよう
に、そのサイズを設定する必要かある。それは、同一ウ
ィンドにおいて、複数個の頂点を検出してしまうと、ア
フィン逆変換を行うのに必要な特徴点を特定することか
、一般に困難になるからである。

また、図形パターンをその内側からみて、頂角か１８０
”未満の頂点を凸コーナー、　１８０”以上のものを凹
コーナーと名付けると、ウィンドか設定される特徴点コ
ーナーは常に凸コーナーであり、ウィンドの重心位置は
、前述したように、頂点間の距離か最も離れた２頂点を
特徴点コーナーとする場合、頂点間距離か下式の最大値
を与えるところの両頂点になる。

ｌ　Ｍｊ−１１１ｉ１　＋　ｌ　Ｎｊ−Ｎｉｌ（ｉ、ｊ
ε（１，２，・・・、１０））従って、第１図の例では
、Ｍ−Ｎデジタル座標系に３ける頂点（Ｍｌ、Ｎ、）及
び頂点（ｘ５．ｒｔｓ）かそれぞれウィンド１及びウィ
ンド２の重心になる。

また、設定されるウィンドの水平及び垂直方向のサイズ
は、可能な範囲内て小さいことか望ましいか、Ｍ−Ｎデ
ジタル座標系において、注目している特徴点コーナーの
Ｍ、Ｎ座標値と、その両側に隣接している両頂点のＭ、
Ｎ座標値との差て、いずれか小さい方の値か用いられる
。従って、ウィンド１及びウィンド２の重心位置をそれ
ぞれ（Ｍｈ、Ｎｈ）、（ＭＱ、ＮＱ）とするとき、両ウ
ィンドのサイズは下式て与えられる。

ウィンドｌの水平方向のサイズ ＭＩＮ（ｌ　Ｌ−＋−Ｌ　ｌ　、ｌ　Ｌ−＋−Ｌ　ｌ　
）ウィンドｌの垂直方向のサイズ ＭＩＮ（ｌ　Ｎｋ−ｘ−Ｎｔ＝　ｌ　、　　ｌ　Ｎｈ、
１−　Ｎｈ　ｌ　）ウィンド２の水平方向のサイズ ＭＩＮ（ｌ　Ｍｐ−ｔ−ＭＱｌ　、　　ｌ　ＭＱ、１−
Ｌｌ　）ウィンド２の垂直方向のサイズ ＭＩＮ（ｌ　ＮＱ−＋　−Ｎ９１　、　　ｌ　ＮＱ＊＋
　−ＮＱｌ　）但し、ウィンド設定後の輪郭追跡等のデ
ータ処理に必要な最小のサイズは確保する必要かあるた
め、そのウィンドのサイズか一定最小値以下にならない
ように設定される。また、前述したように、特徴点コー
ナーの概略的な位置を計測するに際して、メモリにおけ
る複数ピクセル毎のアクセスを可能にするなどにより、
特徴点コーナーの概略的位置か正確な位置との間でどの
程度ずれているかか判断できる場合には、ウィンドのサ
イズの最小値の設定に際してその点を考慮するべきであ
る。

第２図は、上述した処理の流れを示すフローチャートで
、図形パターンの頂点の数をｍ、頂点の種別（凹コーナ
ー＝１．凸コーナー＝０）をＣ，、ＣＪ、頂点間の距離
を文、、により示している。

このフローチャートにおいて示しているように、上述の
処理においては、ｉ及び−ｊの値を逐次更新しながら、
凸コーナーの場合のみ二つの頂点間の距離文、Ｊを計算
して、それか最大になる場合のｌ、ｊにより、ウィンド
を設定する特徴点コーナーか決定される。

特徴点コーナーの座標計側に際しては、このようにして
設定したウィンドの内部のみのデータを処理することに
より、極めて短い時間内に正確な計測を行うことかでき
る。特徴点コーナーの計測方法自体は、従来から用いら
れている任意方法を利用することか可能である。

このような特徴点コーナーの位置計測においては、マト
リクス・パターンの全体に比べて非常に小さいウィンド
内における特徴点コーナーの座標を計測することにより
、アフィン逆変換を実施するための２個の特徴点コーナ
ーの正確な座標計測を短時間に効率良く計測することか
てきる。また、特徴点コーナーの位置情報である座標デ
ータはＭ−Ｎ座標系のものてあり、整数タイプであるの
て、情報量か少なく、処理も高速化される。

［発明の効果コ 以上に詳述した本発明の方法によれば、図形パターンに
おける特徴点コーナーの概略的な位置か検出であること
を前提とし、大量のデータ処理を行うことなく、簡単で
迅速な処理により、しかも計測精度を低下させることな
く特徴点コーナーの座標を計測することかできる。

即ち、大容量メモリを用いて大量の図形パターンのデー
タを取込みながら、特徴点コーナーの概略的な計測の結
果に基づき、適切なウィンドを設定してそれにより与え
られる必要部分のみを正確に計測することにより、図形
パターンの全体のデータを処理することなく、正確な図
形パターンの認識を極めて短時間に行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測方法についての説明図、第２
図は上記計測方法における特徴点コーナーの検出等に関
して説明するためのフローチャートである。 第　ｌ　昌

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検出した図形パターンを２値化して、その輪郭部に
   おける頂点の抽出を行い、そのデータに基づいて図形パ
   ターンの認識を行うに際し、上記輪郭部上の頂点のうち
   で図形パターンの認識のために必要な特定の頂点を特徴
   点コーナーとして、 この特徴点コーナーの概略的な位置に、そこに重心を持
   つウインドをそれぞれ設定し、 これらのウインドの水平及び垂直方向のサイズを、特徴
   点コーナーの座標値と、その特徴点コーナーの両側に隣
   接している両頂点の座標値との差のうちで小さい方の値
   とし、 このウインド内における特徴点コーナーの座標を計測す
   ることにより正確な座標計測を行う、ことを特徴とする
   パターン認識のための特徴点コーナーの位置計測方法。