JPH01180076A - パターン認識のための頂点検出方法 - 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・ハントリ
ンク等に際して、部材の位置等を計測する場合に有効に
利用できるパターン認識技術に関するものであり、特に
、そのパターン認識のための頂点検出を行う方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 本発明者らは、先に特公昭５６−４７５８１号において
、図形パターンの各頂点を検出することによりパターン
認識等を行う方法を提案している。

それは、本明細書において輪郭追跡による頂点検出と呼
ぶ方法についての提案であり、具体的には、対象物体を
テレビカメラ等のパターン人力装置により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
じた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・パターンについて次のような処理を行うことに
より、図形パターンの形状等を認識するものである。

上記２値化マトリクス・パターンの処理は、その２値化
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０または１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について、その輪郭線の線分の方向
をマーキングするための信号の変換を行い、次いで、そ
れによって変換された変換情報におけるパターン輪郭部
を一巡し、その変換情報に基づいてパターンの頂点（コ
ーナー）の存在を検出し、図形パターンを認識するため
のデータとするものである。

このような方法によって図形パターンの認識を行う場合
には、上述したように変換情報におけるパターン輪郭部
を一巡して頂点の存在を検出するため、マトリクス・パ
ターン内に図形パターンの全体像を捉えておく必要かあ
り、必然的に、頂点検出のアルゴリズムも、パターン輪
郭部を一巡して頂点の存在を検出することを前提とする
。従って、マトリクス・パターンに図形パターンの全体
像か捉えられていない場合、即ち図形パターンがマトリ
クス・パターンの周辺部分にまで達している場合には、
頂点検出を行うことかてきず、それを可能にするために
は、別途アルゴリズムによる頂点検出を可能にする必要
かある。

［発明か解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上述のマトリクス・パターン内に図形
パターンの全体像か捉えられることなく、従って図形パ
ターンかマトリクス・パターンの周辺部分にまで達して
いる場合にも、−数的な頂点検出のアルゴリズム、即ち
マトリクス、パターンに図形パターンの全体像が捉えら
れている場合に用いられる頂点検出のアルゴリズムをそ
のまま利用可能にし、処理装置の簡素化を図ることにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の頂点検出方法は、対
象物体を２次元的な図形パターンとして取込み、その各
サンプル点についての出力をサンプル点の明暗に応じた
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・パターンの全部または一部領域についての頂点検出
処理により、図形パターンの頂点の検出を行うパターン
認識処理において、上記マトリクス・パターンにおける
検出処理領域の周囲に、図形パターンの輪郭部に沿って
一周する頂点検出処理に必要な空白部分を付設して、そ
の検出処理領域を拡大し、この拡大された検出処理領域
について、図形パターンの輪郭部に沿って一周する頂点
検出処理を行うことにより、その図形パターンの頂点を
検出することを特徴とし、さらに、上記頂点検出処理を
行った後、検出された図形パターンの頂点のうちで、上
記検出領域の拡大部分に接する位置において検出された
頂点を除き、それ以外を図形パターンの頂点として検出
することを特徴とするものである。

［実施例コ 以下に本発明の実施例について詳述する。

一般に、計測域に置かれた物体の形状、位置等の計測を
行うパターン認識においては、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じた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、図形パターンの形状や位置の認
識か行われ、その認識処理方法としては各種の方法かあ
る。そして、これらの方法においては、通常、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。

このような図形パターンの認識を行う場合には、前述し
たように、図形パターンの輪郭部を一巡して頂点の存在
を検出するため、マトリクス・パターン内に図形パター
ンの全体像を捉えておくことを前提とした頂点検出のア
ルゴリズムか採用されるか、この点は本発明においても
同様である。

しかるに、そのような頂点検出のアルゴリズムは、マト
リクス・パターンに図形パターンの全体像が捉えられて
いない場合、即ち図形パターンがマトリクス・パターン
の周辺部分にまで達している場合には、そのまま利用す
ることかできない。

このような問題に対処し、本発明の方法においては、図
形パターンの全体像か捉えられていないマトリクス・パ
ターンに対して後述するような処理を施すことにより、
上記アルゴリズムによる頂点検出を可能にするものであ
る。

なお、本発明は、各種のアルゴリズムによる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形状や位
置の認識を行う場合に適用でき、さらに、２値化マトリ
クス・パターンの全部または一部領域についての頂点検
出処理を行う場合、また適宜理由によって図形パターン
かマトリクス・パターンの周辺部分にまで達している場
合、例えばパターン入力装置により図形パターンの一部
の像のみを取込んだ場合等にも適用てきるか、ここでは
、本発明者らか先に特願昭５２−２５６８０４号により
提案したアフィン逆変換による図形パターンの姿勢角・
位置計測方法において、特徴点コーナーの位置を高精度
に検出するためのウィンドを設定し、このウィンド内を
頂点の検出処理領域とする場合（同日出願により提案：
発明の名称「パターン認識のための特徴点コーナーの位
置計測方法」）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が、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、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若目し、
それらの４つのポイントにおけるいずれのデータか２値
化された０または１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か検出され、即ち輪郭追跡による
頂点検出か行われ、その頂点の座標が求められる。

一方、上記図形パターンが基準位置にある場合の基準パ
ターンは、他の各種基準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か、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
。

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
り検出した二つの相互の距離か最も大きい特定の頂点を
特徴点コーナーとして、これらの特徴点コーナーに対応
する基準パターン上の特徴点コーナーとの座標関係から
、図形パターンの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、上述した過程により図形パタ
ーンの認識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。

このデータ処理時間を短縮するためには、２値化マトリ
クス・パターンに対して以下に説明するような「ウィン
ド」を適用し、その２値化マトリクス・パターンの一部
を頂点の検出領域とすることにより、データ処理時間の
短縮化を図ることかできる。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が
わがっていることか前提となるか、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
の位置的関係か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（本発明者らか同
日出願により別途提案：発明の名称「図形パターンの概
略的輪郭形状計測方法」）によっても、容易に、しかも
実時間的に得られるものである。

特徴点コーナーの概略的な位置かわかったときは、その
特徴点コーナーの周辺にウィンドを設定し、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
水平及び垂直方向のサイズは、特徴点コーナーに隣接し
ている頂点の座標値との関連において適切に設定する必
要かある。

このような方法によって特徴点コーナーの認識を行う場
合には、必然的に、図形パターンの一部かウィンド即ち
マトリクス・パターンにおける検出処理領域の周辺部分
にまて達することになる。

そのため、パターン輪郭部を一巡して頂点の存在を検出
しようとしても、ウィンドの周辺に達することにより一
巡ができなくなり、−数的な輪郭追跡による頂点検出の
アルゴリズムを利用することができない。

このような問題に対処するため、上記マトリクス・パタ
ーンに３ける頂点検出に先立ち、そのマトリクス・パタ
ーンにおけるウィンドの周囲には、図形パターンの輪郭
部に沿って一周する頂点検出処理に必要な空白部分が付
設され、それによって検出処理領域が拡大される。

即ち、第１図に模式的に示すような上記ウィンドに対応
する画像メモリのＭ−Ｎ座標系において、最初にｍｘｎ
のマトリクス・パターンにおける点線で示す位置に図形
パターンの輪郭部が存在したとすると、その２値化マト
リクス・パターンは、（ｍ＋４）ｘ　（ｎ＋４）に拡大
され、図形パターンの輪郭部が実線の位置に移される。

ここで、上記マトリクス・パターンの拡大巾は、この後
に行う輪郭追跡による頂点検出において必要な値に設定
される。具体的には、この輪郭追跡において、前述した
ように、２値化マトリクス・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か２値化された０また
はｌであるかによって図形パターンの輪郭部における信
号の変換を行う場合、ｍｘｎのマトリクス・パターンに
おける各周辺にそれぞれ２ピクセルの拡大部分が設けら
れる。

このような検出処理領域の拡大は、第２図のフローチャ
ートによって示すように、ｉ及びｊの値をそれぞれｍ及
びｎから順次減少させながら、画像アドレス（ｉ、ｊ）
のデータを画像アドレス（ｎ＋２．ｊ中２）に移動させ
、最後に周辺の拡大部分にあるデータをクリアすること
により完了するものである。

このような方法により検出処理領域の拡大を行うと、ウ
ィンドに対応する画像メモリと拡大部分を加えた容量を
有するコピー用の画像メモリを別々に用意せずに、画像
メモリにおけるウィンドと同一の領域を用いることかで
き、メモリの使用効率か非常に高くなる。また、操作原
理か簡単であるので、容易にハードウェア化でき、高速
処理か可能である。

次に、上述したところにより拡大された検出処理領域に
ついて、図形パターンの輪郭部に沿って一周する頂点検
出処理、即ち前述の輪郭追跡による頂点検出を行うか、
上記拡大により輪郭部を一巡して信号の変換等が可能で
あるため、−数的に用いられている頂点検出のアルゴリ
ズムをそのまま利用することかできる。

また、このような方法によって頂点検出を行った場合に
は、上記検出領域の拡大部分に接する位置において、本
来は検出されはずのない頂点が検出されることになる。

従って、それらを除いて本来の特徴点コーナーを抽出す
る必要があるが、この処理は、輪郭追跡により検出され
た頂点の座標値か下記の不等式のいずれかを満足すれば
、検出領域の拡大により生じた頂点であるとして、それ
を特徴点コーナーから除外すればよい。

Ｍｉ≦３　、　　Ｘｉ≧１１＋２．　　Ｎｉ≦３．Ｎｉ
≧ｎ＋２なお、このうような不等式の計算は、単純な整
数計算であって、それにより検出した頂点か求めようと
している特徴点コーナーであるか否かを判定できるので
、非常に高速で処理することかできる。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の方法によれば、マトリクス・パ
ターン内に図形パターンの全体像か捉えられることなく
、従って図形パターンかマトリクス・パターンの周辺部
分にまで達している場合にも、−数的な頂点検出のアル
ゴリズムをそのまま利用することかでき、処理装置の簡
素化を図ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法についての説明図、第２図は
上記方法における検出処理領域の拡大等に関して説明す
るためのフローチャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物体を２次元的な図形パターンとして取込み、
   その各サンプル点についての出力をサンプル点の明暗に
   応じた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・パターンの全部または一部領域についての頂
   点検出処理により、図形パターンの頂点の検出を行うパ
   ターン認識処理において、 上記マトリクス・パターンにおける検出処理領域の周囲
   に、図形パターンの輪郭部に沿って一周する頂点検出処
   理に必要な空白部分を付設して、その検出処理領域を拡
   大し、 この拡大された検出処理領域について、図形パターンの
   輪郭部に沿って一周する頂点検出処理を行うことにより
   、その図形パターンの頂点を検出する、 ことを特徴とするパターン認識のための頂点検出方法。 ２、対象物体を２次元的な図形パターンとして取込み、
   その各サンプル点についての出力をサンプル点の明暗に
   応じた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・パターンの全部または一部領域についての頂
   点検出処理により、図形パターンの頂点の検出を行うパ
   ターン認識処理において、 上記マトリクス・パターンにおける検出処理領域の周囲
   に、図形パターンの輪郭部に沿って一周する頂点検出処
   理に必要な空白部分を付設して、その検出処理領域を拡
   大し、 この拡大された検出処理領域について、図形パターンの
   輪郭部に沿って一周する頂点検出処理を行い、 それにより検出された図形パターンの頂点のうちで、上
   記検出領域の拡大部分に接する位置において検出された
   頂点を除き、それ以外を図形パターンの頂点として検出
   する、 ことを特徴とするパターン認識のための頂点検出方法。