JPH03246777A - パターン認識装置 - 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、撮像手段からの画像データにより対象物を検
出するために必要なパターンを認識する装置に関する。

従来の技術 位置決めに必要なパターンの認識には、第５図に示した
ような装置が使用されている。

第５図において、図中符号３２は、２値化回路で、テレ
ビカメラ等の撮像手段３１からの対象物体の画像信号を
定められた２値化レヘルにより２値化し、１画面分の画
像データを２値画像メモリ３３に格納させるものである
。３４は、標準パターンメモリで、２値の入力画像デー
タから所定サイズ、この例では１６　Ｘ　１６画素の領
域を切出して標準パターンとして記憶している。３５は
、切出アドレス発生回路で、２値画像メモリ３３のデー
タから比較対象となる領域を決定するための切出アドレ
スを順次発生するものである。３６は掃引アドレス発生
回路で、２値画像メモリ３３、及び標準パターンメモリ
３４から所定サイズ（１６Ｘ１６画素）の領域をシフト
させるための掃引アドレスを発生し、続出アドレスとし
て標準パターンメモリ３４に出力する。３７は、加算器
で、切出アドレス発生回路３５からの切出アドレスと掃
引アドレス発生回路３６からの掃引アドレスを受け、両
者の和を２値画像メモリ続出アドレスとして２値画像メ
モリ３３に出力する。３８は、比較回路で、２値画像メ
モリ３３からの入力画像と、標準パターンメモリ３４か
らの標準パターン画像を比較し、両者が同一値を持つ場
合には「０」を、また相違する場合にはｒｌ」を出力す
る。３９は累算器で、掃引アドレス発生回路３６が掃引
を開始する時点でリセットされ、比較回路３８から出力
される入力画像と、標準パターン画像の比較結果を、所
定サイズ（１６×１６画素）の領域に亘って累算し、そ
の値を評価値として保持する。４０は、最小値保持回路
で、切出アドレス発生回路３５が入力画像の切出を開始
する時点で、自身が持っている最小値がりセントされ、
所定サイズ（１６Ｘ１６画素）の領域に掃引が終了する
毎に、累算器３９が保持している評価値と比較し、累算
器３９の評価値の方が小さい場合には、累算器３９の評
価値に置換する一方、置換した場合には置換パルスを出
力する。４１は、切出アドレス保持レジスタで、切出ア
ドレス発生回路３５の発生する切出アドレスを受け、最
小値保持回路４０からの置換パルスを受けたとき、切出
アドレスを記憶する。

このような従来装置において、２値画像メモリ３３から
の２値の入力画像から認識対象となる特徴部分を標準パ
ターンとして標準パターンメモリ３４にセットしておく
。

まず、第１の大きなループでの動作に先立って、切出ア
ドレス発生回路３５から最小値リセット信号を出力して
最小値保持回路４０に適当な値を設定する。このような
準備を終えた段階で、切出アドレス発生回路３５が出力
する切出アドレスをＸ方向に６４、Ｙ方向に６４の矩形
の領域を掃引するように変更しながら評価の最小値を求
める。第１のループにおける切出アドレスの一つに対し
て、掃引アドレス発生回路３６からの累算器リセット信
号を出力して累算器３９の評価値を「０」とする。

次に、第２のループの動作に入ると、掃引アドレス発生
回路３６は、１６　Ｘ　１６画素の領域を掃引するよう
に掃引アドレスを発生する。この掃引アドレスは標準パ
ターンメモリ３４の続出アドレスとなり、標準パターン
の左上隅の画素を示すアドレスから標準パターンの１６
　Ｘ　１６画素を掃引するように次々と出力されていく
。

掃引アドレスは、切出アドレス発生回路３５から出力さ
れる切出アドレスと加算器３７により加算されて２値画
像メモリ続出アドレスに変換される。

２値画像メモリ続出アドレスは、最初、２値の入力画像
の切出アドレスから始まって、このアドレスを左上隅と
する１６　Ｘ　１６画素の領域を掃引するように次々と
出力される。２値画像メモリ続出アドレスは、２値画像
メモリ３３に出力され、２値画像メモリ３３に記憶され
ている入力画像の続出アドレスを決定させる。このよう
にして２値画像メモリ３３から読出された入力画像は、
比較回路３８に出力される。

一方、標準パターン続出アドレスは、標準パターンメモ
リ３４に出力され、標準パターンメモリ３４に格納され
ている標準パターン画像の読出しのためのアドレスの決
定に用いられる。標準パターンメモリ３４から読出され
た標準パターン画像は、比較回路３８に出力され、先の
２値画像メモリ３３からの入力画像と比較され、比較結
果が累算器３９に出力される。

累算器３９は、掃引アドレス発生回路３６の指示により
、２値画像メモリ３３と標準パターンメモリ３４の１６
　Ｘ　１６画素の領域の掃引により、その１画素毎に比
較回路３８の出力を累算器３９に加算する。２値画像メ
モリ３３と標準パターンメモリ３４の１６　Ｘ　１６画
素の領域の掃引が終了すると、累算器３９に評価値が得
られるから、この値を最小値保持回路４０に出力する。

最小値保持回路４０では、掃引アドレス発生回路３６か
らの評価ストローブ信号により評価値と最小値を比較し
、評価値が小さい場合には最小値を評価値で更新して、
置換パルスを切出アドレス保持回路４１に出力する。

切出アドレス保持回路４１では、切出アドレス発生回路
３５からの切出アドレスを置換パルスによって保持し、
評価の最小値を出力したアドレスを記憶する。

２値画像メモリ３３と標準パターンメモリ３４の１６　
Ｘ　１６画素の掃引を行うループが終了して評価ストロ
ーブ信号により評価値と最小値を比較すると、切出アド
レス発生回路３５の出力する切出アドレスを次の値と比
較して再び第１のループを実行する。

このようにして、切出アドレス発生回路３５が出力する
切出アドレスがＸ、Ｙそれぞれ６４画素の矩形領域の掃
引を行うと、第１のループを終了し、最小の評価値、及
びこの最小値を得たＸ、Ｙの値が求められて、目的とす
る認識動作を終了する。

発明が解決しようとする課題 このように画像データを２値化してから認識処理を行う
ため、２値化のための適切な２値化レベルを設定する必
要があるばかりでなく、濃淡を含む多階調な物体の認識
には適用できないという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、多階調物体の認識をも可能ならしめる新規なパターン
認識装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 このような問題を解決するために本発明においては、撮
像手段からの画像信号をディジタル画像データに変換し
て得た標準パターンを格納する手段と、画像に順次オフ
セットを加算する加算手段と、該加算手段からのディジ
タル画像がら切出アドレスに基づいて領域を切出す手段
と、前記切出された画像と標準パターンとの対応する画
素毎に差分の絶対値を求める手段と、標準パターンの全
画素について前記差分を加算した評価値を得る手段と、
前記評価値が最小となるオフセットレベルと切出アドレ
スを算出する手段を備えるようにした。

作用 入力画像に加えるオフセットレベルと入力画素の切出位
置を求めることにより、濃淡情報を含む標準パターンに
最も近位した点を検出することができる。

実施例 そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づい
て説明する。

第１回は、本発明の一実施例を示すものであって、図中
符号２１は、Ａ／Ｄコンバータで、テレビカメラ等の撮
像装置１１からの画像信号をディジタル信号に変換し、
１画面分のデータをフレームメモリ１３に格納させる。

１４は、標準パターンメモリで、入力画像から所定サイ
ズ、この実施例では１６Ｘ１６画素分の領域を切出して
標準パターンとして格納する。１５は、切出アドレス発
生回路で、フレームメモ１月３の入力画像データから、
標準パターンと比較するための領域を決定するための切
出アドレスを順次発生する。１６は、掃引アドレス発生
回路で、フレームメモリ１３、及び標準パターンメモリ
１４から所定サイズ、例えば１６Ｘ１６画素の領域を掃
引するための掃引アドレスを発生し、これを標準パター
ンメモリ続出アドレスとして標準パターンメモ１月４に
出力する。１７は加算器で、切出アドレス発生回路１５
からの切出アドレスと、掃引アドレス発生回路１６から
の掃引アドレスとを受け、両アドレスの和をフレームメ
モリ続出アドレスとしてフレームメモリ１３に出力する
。

１８はオフセント発生回路で、切出アドレス発生回路１
５が定められた切出領域の掃引を終了する毎に発生する
パルスによりｌずつ増加するオフセット値を出力する。

１９は、加算器で、フレームメモリ１３から読出される
入力画像にオフセット発生回路１８からのオフセフ）値
を加算する。２０は減算器で、加算器１９から出力され
る入力画像とオフセント値の和から標準パターンメモリ
１４からの標準パターン画像を引算し、絶対値回路２１
に出力する。

２２は累算器で、掃引アドレス発生回路１６が掃引を開
始する時点で、リセットされ、絶対値回路２１から出力
される絶対値を１６　Ｘ　１６画素分の領域の掃引の間
、累算して絶対値として保持する。２３は、最小値保持
回路で、切出アドレス発生回路１５が入力画素の切出を
開始する時点で、自身が保持している最小値をリセット
され、１６　Ｘ　１６画素の領域の掃引が終了する毎に
累算器２２が保持している評価値と自身の持つ最小値を
比較する。評価値の方が小さい場合には最小値保持回路
２２の最小値を評価値で更新するとともに、置換したこ
とを示す置換パルスを出力する。２４は、切出アドレス
保持レジスタで、切出アドレス発生回路１５からの切出
アドレスを受け、最小値保持回路２３が置換パルスを出
力したときに、切出アドレスを記憶する。

次に、このように構成した装置の動作について説明する
。

第３図は、前述したフレームメモリ１３を示すものであ
って、Ｘ方向、Ｘ方向にともに７９画素を有しており、
第２図に示したフレームメモリ続出アドレスが〔１〕の
タイミングにおいては、第３図の（１）に示すＸ＝１．
Ｙ＝１を切出すためのアドレスを出力し、また第２図の
フレームメモリ続出アドレスが〔２］のタイミングでは
、第３図の１２〕に示すＸ＝２．Ｙ＝１を切出アドレス
を出力するというように、切出アドレスを順次増加しな
がら、Ｘ方向に６４、Ｘ方向に６４の矩形領域を掃引し
、最後に第２図のフレームメモリ続出アドレスが（４０
９６）のタイミングでは第３図の（４０９６）に示すＸ
＝６４．　Ｙ＝６４の切出アドレスを出力する。

このようにして、切出アドレスが決ると、この切出アド
レスを左上の画素とする１６Ｘ１６画素の領域が評価の
対象となる。

次に、第１図に示した装置の動作をさらに詳説する。

入力画像から認識対象となる形状のうち、特徴をとらえ
た部分を標準パターンとして標準パターンメモリ１４に
セットしておく。この実施例では、オフセット値を変更
しながら評価の最小値を求める第１の大きなループと、
フレームメモリ１３の切出アドレスを変更しながら評価
の最小を求める第２の中ループと、フレームメモリ続出
アドレス、及び標準パターンメモリの続出アドレスを掃
引しながら評価値を求める第３のループの動作に分かれ
ており、第３のループは第２のループに、また第２のル
ープは第１のループに含まれている。

第１のループの動作に先立って、切出アドレス発生回路
１５は、最小値リセット信号を最小値リセット保持回路
２３に出力して、最小値を適当な値にセットする。同時
にオフセット発生回路１８からのオフセット値を「０」
として第１ループ、第２ルプの動作に入る。

第１の大きなループにおいては、オフセット発生回路１
８が出力するオフセント値を第２図（Ｖｌ）に示したよ
うに１ずつ増加させながら評価の最小値を求める。第２
のループでの動作は、切出アドレス発生回路１５が出力
する切出アドレスを、第２図、第３図に示したようにＸ
方向に６４、Ｘ方向に６４の矩形の領域を掃引するよう
に変更しながら評価の最小値を求める。第２のループに
おける切出アドレスの１つに対して第２図に示したよう
に、掃引アドレス発生回路１６から累算器リセット信号
（ｎ）を出力して累算器２２の評価値をｒ□、にする（
１）。

次に第３のループの動作に入り、掃引アドレス発生回路
１６は、１６Ｘ１６画素の領域を掃引するように掃引ア
ドレスを発生する。この掃引アドレスは、標準パターン
メモリ続出用のアドレスとなり、最初に標準パターンの
左上隅の画素を示すアドレスから始まって、標準パター
ンの１６　Ｘ　１６の領域を掃引するように次々と出力
される。この掃引アドレスは、加算器１７により切出ア
ドレス発生回路１５からの切出アドレスと加算され、フ
レームメモリ１３の続出アドレスになる。このフレーム
メモリ続出アドレスは、最初、入力画像の切出アドレス
から始まって、このアドレスを左上隅とする１６　Ｘ　
１６画素を掃引するように次々と出力される。このフレ
ームメモリ続出アドレスは、フレームメモリ１３に送ら
れ、ここで格納されている入力画像の続出アドレスを決
定するのに用いられる。このようにしてフレームメモリ
１３から続出された入力画像はオフセット回路１８から
のオフセット値と加算器１９により加算されて減算器２
０に出力される。

一方、標準パターン続出アドレスは、標準パターンメモ
リ１４に送られ、標準パターンメモリ１４に記憶されて
いる標準パターン画像（第４図）の続出アドレスの決定
に使用される。このようにして標準パターンメモリ１４
から読出された標準パターン画像は、減算器２０に送ら
れ、加算器１９からの入力画像からこの標準パターン画
像が差引かれて絶対値回路２１に出力される。絶対値回
路２１は、入力画像と標準パターン画像の差分画像の絶
対値を累算器２２に出力する。累算器２２は、掃引アド
レス発生回路１６からのアドレスによりフレームメモリ
１３と標準パターンメモリ１４の１６　Ｘ　１６画素の
領域の掃引に基づいて、その１画素毎に差分画像の絶対
値を自身の値に加算する。

フレームメモリ１３と標準パターン１４の１６Ｘ１６の
領域の掃引が終了すると、累算器２２には評価値が得ら
れていることになるから、この値を最小値保持回路２３
に格納させる。最小値保持回路２３は、掃引アドレス発
生回路１６からの評価ストローブ信号（第２図■）によ
り評価値と、自身の最小値とを比較し、評価値の方が小
さいときには評価値で更新し、同時に置換パルスを切出
アドレス保持回路２３に出力する。切出アドレス保持回
路２３は、切出アドレス発生回路１５からの切出アドレ
スを置換パルスに基づいて保持し、評価の最小値を得た
切出アドレスを記憶する。

フレームメモリ１３と標準パターンメモリ１４の１６　
Ｘ　１６画素の領域の掃引を行う第３のループの動作が
終了して評価ストローブ信号により評価値と最小値の比
較を行うと、切出アドレス発生回路１５は切出アドレス
を次の値に変更して第２のループの実行を続ける。切出
アドレス発生回路１５からの切出アドレスがＸ、Ｙそれ
ぞれ６４の矩形領域の掃引を完了すると、第２のループ
の動作が終了したことになり、１つのオフセント値に対
する最小の評価値が求められることになる。第２のルー
プの動作が終了すると、オフセット発生回路１８からの
オフセット値を「１」だけ増加させて第１のループの実
行を続ける。オフセット発生回路１８から出力するオフ
セット値が所定値、この実施例では「３」に達した段階
で、第１のループの動作を終了して、オフセット値全体
に対する最小の評価値と、この値を得たＸ、Ｙのアドレ
スを求めて認識動作を終了する。

このようにオフセント値を順次変更しながら認識動作を
行うため、濃淡を有する多階調パターンであっても認識
動作を行うことができる。

なお、この実施例においてオフセット値をｒ□。

から「３」まで正の値として変化させる場合に例を採っ
て説明したが、負から正に変化、例えば「−５」から「
５」に変化させるようにすれば、階調差を拡大して正確
なパターン認識を行うことができる。

また、この実施例においては、入力画像と標準パターン
画像の差分の絶対値を用いているが、自乗値を用いるよ
うにしても同様の作用効果を奏することは明らかである
。

発明の効果 以上、説明したように本発明においては、撮像手段から
の画像信号をディジタル画像データに変換して得た標準
パターンを格納する手段と、画像に順次オフセットを加
算する加算手段と、該加算手段からのディジタル画像か
ら切出アドレスに基づいて領域を切出す手段と、前記切
出された画像と標準パターンとの対応する画素毎に差分
の絶対値を求める手段と、標準パターンの全画素につい
て前記差分を加算した評価値を得る手段と、前記評価値
が最小となるオフセントレベルと切出アドレスを算出す
る手段を備えたので、入力画像と標準パターン画像の差
分画像の絶対値を最小にする切出アドレスと、オフセッ
ト値を定められた範囲で変化させて認識動作を行わせる
ことができて、濃淡を含む多階調画像や撮像手段の感度
変化、照明の照度変化、さらには対象物体を状態変化に
対しても高い安定性と信頼性でもって認識を行うことが
できる。

また、２値レヘルの設定が不要となるため、認識時間を
短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置のブロック図、第
２図、第３図は同上装置の動作を示すタイミング図と、
フレームメモリ上の画像配置切出アドレスの関係を示す
説明図、第４図は標準パターンメモリ上の画素配置を示
す説明図、及び第５図は従来のパターン認識装置の一例
を示すブロック図である。 １１・・・・・・撮像手段、１２・・・・・・Ａ／Ｄコ
ンバータ、１３・・・・・・フレームメモリ、１４・・
・・・・標準パターンメモリ、１５・・・・・・切出ア
ドレス発生回路、１６・旧・・掃引アドレス発生回路、
１７・・・・・・加算器、１８・・・・・・オフセット
発生回路、１９・・・・・・加算器、２０・・・・・・
減算器、２１・・目・・絶対値回路、２２・・・・・・
累算器、２３・・・・・・最小値保持回路、２４・・・
・・・切出アドレス保持回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像手段からの画像信号をディジタル画像データに変換
   して得た標準パターンを格納する手段と、画像に順次オ
   フセットを加算する加算手段と、該加算手段からのディ
   ジタル画像から切出アドレスに基づいて領域を切出す手
   段と、前記切出された画像と標準パターンとの対応する
   画素毎に差分の絶対値を求める手段と、標準パターンの
   全画素について前記差分を加算した評価値を得る手段と
   、前記評価値が最小となるオフセットレベルと切出アド
   レスを算出する手段からなるパターン認識装置。