JPH03228183A - 輪郭線の直線部検出方法 - 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 本発明は、対象物の画像の輪郭線の直線部を検出するた
めの方法に関する。

従来の技術 産業用ロボットによって対象物であるワークなどをハン
ドリングする際に、その対象物の座標位置だけでなく、
その対象物の姿勢は、重要な特徴パラメータの１つであ
る。対象物の姿勢を表すものとしては、たとえば慣性主
軸の傾き、最大半径方向、最小半径方向の３つである。

最大半径方向最小半径方向は、一部に突起や切欠きがあ
る場合を除いて、姿勢の検出には使えない。慣性主軸の
傾きも、慣性等価楕円が円になるような形状、たとえば
正多角形などでは不安定になり、慣性等価楕円が円に近
い形状（アスペクト比が１に近い形状）では著しく精度
が悪くなる。よって、突起や切欠きがなく、慣性等価楕
円が円に近い形状に対しては、正確な姿勢が検出できな
い。

実際のワークには、輪郭線すべてが曲線で構成されてい
るものは少なく、一部分が直線により構成されているも
のが多い。そのようなワークでは、従来の特徴パラメー
タで姿勢を検出できない場合でも、輪郭線の直線部の方
向が検出できれば姿勢を求めることができる。

輪郭線の直線部を検出するための従来の方法には、八ツ
（Ｈｏｕｇｈ）変換の手法および最小自乗法を用いる手
法があるけれども、これらの各方法では、対象物の画像
の多数の点の情報を用いて演算を行う必要があり、その
演算処理時間が長くなるという問題がある。

他の先行技術として、対象物の画像のコーナーすなりち
角隅部を検出し、これらの角隅部を直線で結んで輪郭線
を決定する手法がある。この先行技術では、コーナーが
丸みを帯びているときには、そのコーナーを見付けにく
いという問題がある。

この先行技術としては、たとえば特開昭５８−１２０７
７がある。

発明が解決すべき課題 本発明の目的は、輪郭線の直線部を簡単な演算で高速度
で、曲線部と識別して検出するための輪郭線の直線部検
出方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、対象物の画像の輪郭線を、方向を表すデータ
列で表現し、このデータの変化量を求め、その値が一定
値以下で連続する部分を、直線部とすることを特徴とす
る輪郭線の直線部検出方法である。

また本発明は、対象物の画像の輪郭線のチェーンコード
を求め、 予め定める数だけ離れた２つの位置におけるチェーンコ
ードの差を、その各位置がち予め定める数の位置の範囲
にわたって積算して移動平均値を求め、 その移動平均値の絶対値が、予め定める値以下であると
き、その予め定める値以下の輪郭線の部分を直線部と判
断することを特徴とする輪郭線の直線部検出方法である
。

また本発明は、前記直線部を、直線部の候補とし、その
直線部候補の両端点を結ぶ仮想直線と、前記直線部候補
を構成する各点の位置との距離を算出し、 その距離が予め定める距離の弁別レベル値未満であると
き、直線部であると判断することを特徴とする。

また本発明は、各直線部候補の各点の位置の座標を、前
記仮想直線がＸ軸となるように、座標変換し、 前記各点の位置の座標変換後のＹ軸の値を、前記距離と
して、その距離が前記距離弁別レベル値未満のとき、直
線部であると判断することを特徴とする。

作　　用 本発明に従えば、対象物の画像の輪郭線を、方向を表す
データ列、すなわちチェーンコードで表現し、このデー
タの変化量を求め、その値が予め定める一定値以下で連
続する部分を直線部と判断する。

また本発明に従えば、チェーンコードの予め定める数だ
け離れた２つの位置におけるチェーンコードの差を求め
、その差を、前記２つの各位置がら予め定める数の位置
の範囲にわたって積算して移動平均値を求める。この移
動平均値の絶対値が予め定める値以下であるとき、その
予め定める値以下である位置にわたる輪郭線の部分を直
線部と判断する。

さらに直線部を安定に判断するために、前記直線部を、
直線部の候補とし、その直線候補の両端点を結ぶ仮想直
線と、前記直線部候補を構成する各点の位ｌどの距離を
算出し、その距離が予め定める距離弁別レベル値未満で
あるとき、直線部であると判断する。

この距離を求めるということは、本発明に従えば、たと
えば、前記仮想直線をＸ軸となるように、各直線部候補
の各点の位１の座標を座標変換し、前記各点の位置の座
標変換後のＹ軸の値を、前記距離として、距離弁別レベ
ル値と比較する。すなわち前記仮想直線がＸ軸となるよ
うに座標変換し、各点のＹ軸への射影を求めることによ
って、射影のばらつき幅が前記距離弁別レベル値未満で
あるとき、直線部であるものと判断する。このような座
標変換を行うと、処理時間を短縮することができる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の全体の構成を示す図であり
、第２図はその演算処理を行う構成を示すブロック図で
ある０画像メモリ１には、対象物をたとえば撮像して得
られた画素毎の２値画像がストアされている。この画像
メモリ１のストア内容は、マイクロコンピュータなどに
よって実現される処理回路２において演算されて画像処
理され、輪郭線の直線部の検出を行い、その演算結果な
どは陰極線管などの表示手段３によって表示される。

第３図は処理回路２において実行される動作を説明する
ための簡略化したフローチャートである。

ステップａ１からステップａ２に移り、対象物の画像の
輪郭線の開始点の検出を行い、次にステップａ３におい
て輪郭線の追跡を行い、こうしてチェーンコードを生成
する。ステップａ４では、このチェーンコードを用いて
、輪郭線に含まれる直線部の候補の検出を行い、その直
線部候補について、安定した直線部であるかどうかを判
定し、ステップａ６において一連の動作を終了する。

輪郭線追跡法とは、処理領域全域の探索により見付けら
れた対象物の領域上の一点（開始点）がら、反時計まわ
りに対象物の輪郭を追跡して行き、それにより得られた
データをその後の処理（特徴パラメータの算出など）に
用いる方法である。輪郭線情報は、開始点の座標と追跡
の過程で得られる隣接する２点間の方向を表すコード（
すなわちチェーンコード）列の形で表示される。

第４図は画像メモリ１にストアされている暗背景中の引
物体を表す２値画像を示す。この第３図において、黒丸
は、第５図（１）で示されるように、論理「０」の画素
を示し、白丸は第５図（２）で示されるように論理「１
」の画素を示す。この画像中の物体の輪郭線を、次の手
順（１）〜（５）で探索する。

（１）第４図に示される２値画像の左上から右下に向っ
て、すなわちＸ方向に左方から右方に、かつＹ方向に上
から下にこの順序で、各画素が論理「０」すなわち暗か
ら論理「１」すなわち明へ変化する点を探索する。

（２）第４図の四角枠３０で囲んだ点が、輪郭線上の候
補として検出され、未だ輪郭線が追跡されていなければ
、この点は、マーカと呼ばれる追跡済みの情報をもたず
、輪郭追跡の開始点として決定される。各画素毎には、
上述のように追跡済みであるかどうかを表す情報を併せ
てストアしておく。

（３）第６図に示すように、輪郭線上の現在の画素をＱ
とし、この画素Ｑに移動してくる前の画素をＰとしたと
き、画素Ｑから移動する画素の探索を、第６図に従って
処理する。すなわち画素Ｑの８つの近傍点のうち、画素
Ｐ−画素Ｑの方向上の画素Ｐ３と、その方向の左右にあ
る４つの画素ＰＬ、Ｐ２　、Ｐ５．Ｐ４とを、Ｐ１→Ｐ
５の順に調べ、最初に見付けた論理「１ノの画素を選択
する。画素Ｑが開始点であるときには、画素Ｐ１を開始
点の左隣りの画素に選ぶ、もし、この画素Ｐ１に探索済
みのマーカがついていれば、この輪郭探索を打ち切る。

（４）このようにして輪郭線を追跡し、元の開始点に戻
った時点で、輪郭追跡を終了する。第７図はこの追跡結
果を示す０輪郭線の追跡は、左手で画素が論理「１」の
領域をたどる形で行われるので、物体の輪郭線の追跡は
、この実施例では、反時計まわりとなる。第７図におい
て、輪郭線は参照符３１で示す。

このような手順は、穴の輪郭線の追跡に関しても同様に
実施される。穴の輪郭線の追跡は、第８図に示されるよ
うに、時計まわりに行なわれ、その穴の輪郭線は参照符
３２で示される。第７図および第８図における開始点は
二重丸で示される。

（５）このように輪郭線追跡が完了すると、輪郭線３１
．３２上の画素に、マーカと呼ばれる追跡済みの情報が
付けられる。したがって再び前述のステップ（１）にお
いて、輪郭線３１．３２上の候補点、たとえば第７図の
破線枠３３で示される点が検出されても、その候補点に
は追跡済みの情報であるマーカがストアされているので
、それ以上の追跡は行われない。

この輪郭線は、第７図における２重丸で示される開始点
Ｓ１と、そこからの移動方向を第８図に示す０〜７の数
字で順次衣したチェーンコードによって記録されてスト
アされる。たとえば第７図の開始点Ｓ１から開始される
輪郭線３１のチェーンコードは、ｒ５４５６５４６５・
・・」となる。

このような手順（１）〜（５）による輪郭線の追跡の利
点（ａｌ）〜（ａ３）を、列挙すると、次のようになる
。

（ａｌ）輪郭線が物体を表す場合でも穴を表す場合でも
、共通である。

（ａ２）構造が簡単で、処理が高速である。

（ａ３）輪郭線追跡では、画像情報を１次元的に（線状
に）使用するので、物体の大きさ（面積）がＮ倍になり
画素数が増大しても、追跡に要する時間は、Ｎの平方根
倍にしかならない。

こうして第１図に示される対象物の画像とその背景との
間の境界線４０を追跡方向４１に沿って追跡して第１図
（２）のチェーンコードの列を生成する。第１図（１）
において示されている数字は、各点の位置毎のチェーン
コードを示している。

第１０図（１）は、対象物の画像の同様な輪郭線４２を
示しており、その追跡方向は参照符４３で示されており
、これによって得られるチェーンコードの列は、第１０
図（２）に示されている。

このようにして得られるチェーンコードは輪郭線上の隣
接する２点を結ぶ直線の方向を表しているので、チェー
ンコードの差は方向の変化を表す。

この方向の変化を調べることにより、輪郭線の凸部、凹
部、直線部を判別することができる。すなわち凸部では
正の値、凹部では負の値、直線部は０となる。しかし、
対象物の輪郭線は折れ線となるため、２つのチェーンコ
ード間の差では、細かい凹凸しか検出できない。そこで
、ある程度離れた２点のチェーンコードの差を積算し、
その値、すなわち移動平均値により直線部の判別を行う
。

第１図（３）は、移動平均値の列を示している。

この移動平均値を求めて、輪郭線４０から、直線部の候
補を検出するための手順を、第１１図を参照しながら、
説明する。ステップｂ１において、チェーンコードを算
出した後には、ステップｂ２に移り、輪郭線上の各点の
位置毎の移動平均値Ｔ（ｉ）を第１式から求める。

ここでｃｈは各点の位置のチェーンコードの値を表す、
この実施例では、ｋ＝８である。ｉ、　ｊは自然数であ
る。

このようにして、予め定める数（この実施例では８）だ
け離れた２つの点の位置、この実施例ではｃｈ（ｉ）と
ｃｈ（ｉ＋８）におけるチェーンコードの差（＝ｃｈ　
（ｉ−ｔ−８）−ｃｈ　（ｉ））を、その各位置から予
め定める数（この実施例では８）の位置の範囲にわたっ
て、積算し、上述のように第１式から、移動平均値Ｔ（
ｉ）を求める。

次に第１１図のステップｂ３において、その移動平均値
Ｔ（ｉ）の絶対値が、予め定める値（この実施例ではた
とえば８）以下であるかどうかを判断し、そうであれば
、ステップｂ４において直線部の候補であるものと判断
する。こうして第１図（３）では移動平均値を予め定め
る値８以下である範囲を第１図（３）の参照符４５．４
６で示されるように直線部と判断し、移動平均値が８以
上であれば、凸部４７であるものと判断し、その移動平
均値が、８以上の絶対値を有し、かつ負であるとき凹部
であるものと判断する。前述のステツブｂ３において移
動平均値Ｔ（ｉ）の絶対値が予め定める値である８を超
えるとき、凸部または凹部である非直線部であるものと
、ステップｂ５において判断する。

本発明の他の実施例として、凸部または四部である曲線
部と直線部の候補４５．４６との差を大きくし、直線部
４５．４６の判別を安定して行うことができるようにす
るために、着目点である移動平均値Ｔ（ｉ）を有する点
の位置と、その前後の２点ずつ、合計５点の移動平均値
の和をとって、予め定める弁別レベル値でレベル弁別す
るようにしてもよい、第１図（３）では、着目点の追跡
方向４１前方の２点の移動平均値はＴ（ｉ＋１）とＴ　
（ｉ　＋　２　）で示しである。このようにして、移動
平均値の和をレベル弁別することによって、直線部４５
．４６の判別を安定に行うことができるようになる。

本発明では、移動平均値が、予め定める弁別レベル値で
あるしきい値以下である点の位置が一定数、すなわち最
小直線長以上、続いたとき、その部分を直線部の候補で
あると判定する。ところが緩やかな曲線部ではしきい値
以下の点が続く場合があり、直線部であると判定されて
しまう、それを避けるために、しきい値を小さくすると
、そこで、小さな凹凸の影響を受けやすくなり、安定し
た直線部の検出ができなくなる。そこで、緩やかな曲線
部を直線部と区別するために、　第１１図の動作で得ら
れた直線部の候補に対して、直線部の候補を構成する各
点と、直線部の候補の両端点を結ぶ仮想直線との間の距
離を算出し、距離の最大値が予め定める距離弁別レベル
値である一定値（直線幅）未満のとき、直線であると判
定する。

第１２図を参照して、斜線を施した直線部の候補に含ま
れる位置において、その直線部候補の両端点５１．５２
を仮想直線５３で結ぶ。この仮想直線５３と、直線部候
補を構成する各点の位置、たとえば５４との閏の距離１
１を算出する。この距離１１が最大である値は、参照符
１２で示されている。これらの距離１１．１２が、予め
定める距離弁別レベル値未満であるとき、その直線部候
補を、直線部であるものと判定して検出する。

このような演算をさらに高速度で行うことができるよう
にするために、処理回路２では、第１３図に示される動
作を行う、ステップＣ１において、前述の第１図に関連
して述べたように、直線部の候補を検出し、次のステッ
プＣ２において、直線部候補の姿勢角θ１（第１２図参
照）だけ、その直線部候補を構成する点列を回転し、仮
想直線５３が画像メモリ１のｙ軸に一致するようにし、
これによって直線部候補を構成する各点の位置の座標を
、座標変換する。

ステップｃ３では、回転した点列のＹ軸上への射影を算
出する。すなわち直線部候補を構成する各点の位置の座
標変換後のＹ座標の値を求め、これによって、仮想直線
５３と各点の位置との間の距離１１を求める。この射影
の距離１１のばらつき幅が、予め定める距離弁別レベル
値である一定値未満であるとき、ステップｃ４からステ
ップＣ５に移り、直線部候補が直線部であるものと判断
し、その距離１１が予め定める距離弁別レベル値以上で
あるとき、ステップＣ６に移り、非直線部、すなわち凸
部または凹部であるものと判断する。

このようにして座標変換を行うことによって、処理時間
の短縮を行うことができる。

なお、前記各点の位置の座標変換後のＹ座標のばらつき
を高速に求める方法としては、チェーンコードを直線部
候補の姿勢角θ１だけ回転し、直線部候補を構成するチ
ェーンコードのｙ成分の積算値を求めることにより、ｙ
軸への射影のばらつき幅を求める方法がある。

さらに処理時間を短縮するために、次の演算処理を行う
。すなわち直線の判別と方向の算出には、浮動小数点演
算（ＳＱＲＴ、ＡＴＡＮ）が必要であるが、ソフトウェ
アライブラリによる浮動小数点演算は時間がかかる。そ
こで、最も長い直線部だけを検出する場合（モードＯ）
は、浮動小数点演算の回数を必要最小限にするために、
次のような順序■、■で処理する。

■得られた直線部の候補を長さによりソートし、長い順
に並べ換える。

■長い方から順に判別を行い、最初に直線部であると判
定されたものについてだけ、その方向を算出する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、対象物の画像の輪郭線を
、方向を表すデータ列であるチェーンコードを用いて表
現し、このチェーンコードから、直線部を検出するよう
にしたので、情報の演算処理量を減小することができ、
したがって簡便に短時間に直線部を検出することが可能
となる。また本発明によれば、直線部候補の両端点を結
ぶ仮想直線と、その直線部候補を構成する各点の位置と
の距離を算出し、その距離が予め定める距離弁別レベル
値未満であるとき、直線部であると判断するようにした
ので、画像の丸みをおびたコーナーなどのような曲線部
と識別して、直線部を検出することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の手法を示す図、第２図は本発明の一実
施例の構成を示すブロック図、第３図は処理回路２の動
作を簡略化して示すフローチャート、第４図は輪郭線追
跡を行う暗背景中の明物体を示す位置画像の図、第５図
は画素の論理値を示す図、第６図は探索する画素を示す
図、第７図は物体の追跡結果を示す図、第８図は穴の追
跡結果を示す図、第９図はチェーンコードの原理を示す
図、第１０図はこのチェーンコードを算出する動作を説
明する図、第１１図は直線部の候補の検出を行うための
動作を説明するフローチャート、第１２図は直線部候補
から直線部の判別を行うための動作を説明するための図
、第１３図はその直線部の候補から直線部を検出して判
定する動作を説明するためのフローチャートである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物の画像の輪郭線を、方向を表すデータ列で
   表現し、このデータの変化量を求め、その値が一定値以
   下で連続する部分を、直線部とすることを特徴とする輪
   郭線の直線部検出方法。
2. （２）対象物の画像の輪郭線のチェーンコードを求め、 予め定める数だけ離れた２つの位置におけるチェーンコ
   ードの差を、その各位置から予め定める数の位置の範囲
   にわたつて積算して移動平均値を求め、 その移動平均値の絶対値が、予め定める値以下であると
   き、その予め定める値以下の輪郭線の部分を直線部と判
   断することを特徴とする輪郭線の直線部検出方法。
3. （３）前記直線部を、直線部の候補とし、その直線部候
   補の両端点を結ぶ仮想直線と、前記直線部候補を構成す
   る各点の位置との距離を算出し、その距離が予め定める
   距離の弁別レベル値未満であるとき、直線部であると判
   断することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の輪
   郭線の直線部検出方法。
4. （４）各直線部候補の各点の位置の座標を、前記仮想直
   線がＸ軸となるように、座標変換し、 前記各点の位置の座標変換後のＹ軸の値を、前記距離と
   して、その距離が前記距離弁別レベル値未満のとき、直
   線部であると判断することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の輪郭線の直線部検出方法。