JPH03260782A - 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］ 本発明はパターン認識装置、特に予め用意された複数の
参照パターンと入力画像パターンとを比較するパターン
マツチング法を用いたパターン認識装置に関する。

［従来の技術］ 画像読取り装置によって読取られた画像を処理して物体
の位置や姿勢、形状等の幾何学的性状を認識するパター
ン認識は外界の状況に応じて自らの行動を変更できる知
的ロボットの視覚装置等に必須の機能であり、ロボティ
ックスやコンピュータビジョンの分野において中心的な
課題となっている。

従来より、このパターン認識を行うための実用的かつ基
本的な手法の一つとしてパターンマッチジグ法が知られ
ている。このパターンマツチング法は入力画像パターン
を予め設定された複数の参照パターンと直接比較し、複
数の参照パターンから入力画像パターンに最も近いもの
を選択することにより認識する方法であり、最も近い参
照パターンを選択する際に一般に評価関数と呼ばれる関
数が用いられている。

この評価関数は入力画像パターンと参照パターンとの相
関の度合、すなわち相関値を算出するものであり、一般
に入力画像パターンと参照パターンとの一致画素数が大
なるほど、あるいは不一致画素数が小なるほど大きな値
となる。従って、たとえ入力画像パターンと参照パター
ンとが同一パターンであっても互いの相対的位置にずれ
が生じている場合には一致画素数が小、あるいは不一致
画素数が大となって評価関数の値、すなわち相関値は小
さくなり、両パターンは同一ではないと判断される誤認
識を生じてしまう。

そこで、従来においては、この誤認識を防止すべく種々
の方法が提案されており、その代表的なものに入力画像
パターンと参照パターンとを比較し、もし一致しない場
合には入力画像パターンを上下及び左右にシフトさせた
位置で改めて参照パターンとの相関をとり、その最大値
をもってその人力画像パターンと参照パターンとの相関
値とする方法が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このように入力画像パターンを上下及び
左右にシフトさせたそれぞれの位置で参照パターンとの
相関をとる方法では、計算回数の増大をまねいて認識処
理に長時間を要してしまう問題があった。もちろん、入
力画像パターンの位置を正確に検出するために、入力画
像パターンと参照パターンとの相関をとる前に予め入力
画像パターンの位置情報を輪郭や重心等によって検出し
、この位置情報に基づいて入力画像パターンを最適位置
に補正する方法も考えられているが、この方法では入力
画像パターンの位置検出プロセスが必須であり、高速認
識には適用しがたい問題があった。

また、このような方法を用いたパターン認識装置の構成
要素として、新たに入力画像パターンの位置検出部が必
要となるため、システム構成が複雑化しコスト増加をま
ねいてしまう問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は図形等の入力画像パターンを容易かつ高速に自
動認識することが可能なパターン認識装置を提供すると
共に、入力画像パターンの位置ずれに対する広範な許容
範囲を有し、認識精度が極めて高い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］ 上記目的を達成するために、本発明のパターン認識装置
は、参照パターンの輪郭近傍に不感領域を設けてなる第
２参照パターンを構成する第２参照画素データを格納す
る第１記憶手段と、前記第２参照パターンを所定画素分
平行移動してなる第３参照パターンを構成する第３参照
画素データを格納する第２記憶手段と、前記第１及び第
２記憶手段に格納された画素データの内、前記不感領域
以外の画素データと入力画像パターンを構成する入力画
素データとを比較する比較手段と、この比較手段での比
較結果に基づき前記入力画像パターンと前記参照パター
ンとの相関の度合を算出する相関値算出手段と、この相
関値算出手段からの相関値に基づき入力画像パターンを
複数の参照パターンのいずれか一の参照パターンに特定
する決定手段とを具備することを特徴としている。

［作用］ 本発明のパターン認識装置はこのような構成を有してお
り、人力画像パターンと参照パターンとの一致、または
不一致の判定を行わない不感領域（幅Ｗ）を参照パター
ンの輪郭近傍に設け、かつこのように不感領域が設けら
れた第２参照パターンを所定画素分、例えば（Ｗ＋１）
Ｘｎ　（ｎは整数）画素付平行移動して得られる第３参
照パターンを予め用意し、これら第２．第３参照パター
ンと人力画像パターンとの比較を行うものである。

すなわち、第１記憶手段に格納された参照パターンの輪
郭近傍に不感領域を設けてなる第２参照パターンの画素
データ、及び第２記憶手段に格納された第２参照パター
ンを所定画素付平行移動してなる第３参照パターンの画
素データと入力画像パターンの画素データとを比較手段
で比較するが、このとき不感領域に相当する画素データ
とは比較を行わない。

このように不感領域を設けた第２参照パターン及びこの
第２参照パターンを平行移動して得られる第３参照パタ
ーンとの比較を行って入力画像パターンとの相関値を相
関値算出手段で算出することにより、入力画像パターン
と参照パターンとの間に相対的ずれが生じても不感領域
がこの相対的な位置ずれを吸収して認識精度を向上させ
ると共に、所定画素分の位置ずれがある入力画像パター
ンも第３参照パターンと比較を行うことによりパターン
マツチング回数を減じ、高速にパターン認識を行うこと
が可能となる。

［実施例］ 以下、図面を用いながら本発明に係るパターン認識装置
の好適な実施例を説明する。

第１図は本実施例の構成ブロック図である。図形等の入
力画像はＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄ
ｃｖｌｃｅ）固体撮像カメラ等の画像読取り装置１０に
よって読取られる。画像読取り装置１０に用いられるＣ
ＣＤがＭＸＮ個の二次元配列ＣＣＤ素子から構成されて
いる場合、この画像読取り装置１０からの出力はＣＣＤ
固体撮像素子に対応したＭＸＮ個の画素情報として出力
される。そして、この画像情報は画像切出し回路１２に
入力され、後述の予め用意された参照パターンと同一画
素数にすべく所定の画素のみを切出す切出し処理が行わ
れる。

この時、例えば入力画像パターンが図形等の場合、切出
された画像の中央にこの図形が位置する必要はなく、従
って図形の位置を検出する位置検出回路等を用いる必要
はない。そして、切出された画像情報は比較・相関値算
出回路１４に入力される。

一方、この比較・相関値算出回路１４には第ｌＲＯＭ１
６、第２ＲＯＭ１８、第３ＲＯＭ２０からの画素データ
も入力される構成である。

以下、第ｌＲＯＭ１６、第２ＲＯＭ１８、第３ＲＯＭ２
０に格納される画素データを第２図を用いて詳細に説明
する。第２図（Ａ）は本実施例における一の参照パター
ンの画素データを示したものである。水平方向１６６画
素垂直方向１０画素の計１６０画素からなり、各画素は
黒及び自レベルに二値化されている。そして、Ｌ型頭域
に存在する画素のみが黒レベルデータであり、参照図形
を形成している。

また、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）に示されたこのよう
な参照パターンに対し、その輪郭に位置する画素に隣接
する±１画素に図中斜線領域で示すような不感領域が形
成された第２参照パターンを表している。

さらに、第２図（Ｃ）は第２図（Ｂ）に示された第２参
照パターンを図中左方向に３画素分平行移動して得られ
る第３Ａ参照パターンを示したものであり、第２図（Ｄ
）は第２図（Ｂ）に示された第２参照パターンを図中右
方向に３画素分平行移動して得られる第３Ｂ参照パター
ンを示したものである。そして、第２図（Ｂ）、　　（
Ｃ）、　　（Ｄ）に示されたこれら参照パターンの画素
データかそれぞれ第ｌＲＯＭ１６、第２ＲＯＭ１８、第
３ＲＯＭ２０に格納される。格納の方法としては、例え
ば１６Ｘ１０の計１６０個の画素数に１：１に対応した
アドレスを指定し、各アドレスに黒レベル（０）または
自レベル（１）の二値化データを格納すればよい。また
、不感領域に位置する画素の画素データとしては、各Ｒ
ＯＭの所定アドレスに、例えば１のデータを格納してこ
の領域に位置する画素が不感領域画素であることを示し
てもよく、また不感領域専用のＲＯＭを設け、この不感
領域ＲＯＭにデータを格納してもよい。そして、この第
ｌＲＯＭ１６、第２ＲＯＭ１８、第３ＲＯＭ２０に格納
された各画素データは比較・相関値算出回路１４に入力
され、各画素データと画像切出し回路１２からの入力画
像の画素データとが比較される。

第３図に本実施例の比較・相関値算出回路１４の回路図
を示す。比較・相関値算出回路１４はＲＯＭからの読出
しを制御するアドレス回路１４ａ１ＲＯＭからの読出し
画素データ及び入力画像の画素データが入力されるＤ型
フリップフロップ１４ｂ、１４ｃ、これらＤ形フリップ
フロップ１４ｂ。

１４ｃのＱ出力が入力されるＥＸ−ＯＲゲート１４ｄ、
　こ（７）ＥＸ−ＯＲゲート１４ｄからの出力及び不感
領域ＲＯＭから読出された画素データが入力されるＡＮ
Ｄゲート１４ｅ、１４ｆ、これらＡＮＤゲート１４ｅ、
１４ｆからの出力値をカウントする同期カウンタ１４ｇ
、１４ｈ、そして同期カウンタ１４ｇ、１４ｈでのカウ
ント値を除算する除算器１４ｉから構成されており、Ｒ
ＯＭに格納された画素データ及び入力画像の画素データ
との比較を行って一致した画素数と不一致画素数の比率
を算出する構成である。

以下、ＲＯＭとして第２参照パターン画素データが格納
された第ｌＲＯＭ１６を例にとり動作を説明する。リセ
ットパルスによってアドレス回路１４ａがリセットされ
た後、クロック信号によってアドレスがインクリメント
され、第ｌＲＯＭｌ６から読出された画素データがＤ型
フリップフロップ１４ｂのＤ端子に入力される。

一方、入力画像パターンの画素データはＤ型フリップフ
ロップ１４ｃのＤ端子に人力され、これらＤ型フリップ
フロップ１４ｂ、１４ｃのクロック端子Ｃに入力される
クロック信号によって位相が揃えられた後、ＥＸ−ＯＲ
ゲート１４ｄに出力される。周知の如く、ＥＸ−ＯＲゲ
ート１４ｄは入力が共に同−論理レベルであるときに０
レベルを出力し、入力が異なる論理レベルを有する時に
はルベルを出力するゲートである。従って、人力画像パ
ターンの画素データが入力されるＤ型フリップフロップ
１４ｃ並びに第ｌＲＯＭ１６に格納された第２参照パタ
ーン画素データが入力されるＤ型フリップフロップ１４
ｂの出力が異なる、すなわち両画素データが不一致であ
る場合にのみこのＥＸ−ＯＲゲート１４ｄからルベルが
出力される。そして、このＥＸ−ＯＲゲート］４ｄから
の出力はＡＮＤゲート１４ｅ及びＡＮＤゲート１４ｆ（
反転出力）の一方の入力端子に入力する。

一方、このＡＮＤゲート１４ｅ及びＡＮＤゲト１４ｆの
他方の入力端子には不感領域に位置する画素データが格
納された不感領域ＲＯＭからの出力が入力するが、アド
レス回路１．４　ａにて指定されたアドレスが不感領域
画素に対応する場合には０レベルが人力し、それ以外の
アドレスが指定された時にはルベルが入力する。従って
、入力画像パターンの画素データと比較されるべき画素
データが不感領域画素データであった場合には、これら
ＡＮＤゲート１４ｅ、１４ｆからの出力は常にＯであり
、同期カウンタ１４ｇ、１４ｈでのカウントは行われな
い。

一方、画素データが不感領域以外の画素データであった
場合には、同期カウンタ１４ｇにて不一致画素数がカウ
ントされ、一方、同期カウンタ１４ｈにて一致した画素
数がカウントされる。そして、除算器１４ｉにてこれら
同期カウンタ１４ｇ、１４ｈからの出力の除算が行われ
、（一致した画素数）／（不一致の画素数）が出力され
ることとなる。この式の値は入力画像パターンと第ｌＲ
ＯＭ１６に格納された第２参照パターンがほぼ一致する
場合には分母が小さく、かつ分子が大きくなるためにそ
の値は大きくなり、従って両パターンの一致の度合を示
す相関値として用いることができる。

このように、第２参照パターンの画素データが格納され
た第ｌＲＯＭ１６からの画素データにより人力画像パタ
ーンの画素データとの比較及び相関値算出が行われた後
、次に第２ＲＯＭ１８、第３ＲＯＭ２０からの画素デー
タをアドレス回路１４ａにて読出し、同様の比較・相関
値算出が行われる。

そして、これら第ｌＲＯＭ１６、第２ＲＯＭ］８、第３
ＲＯＭ２０に格納された画素データはいずれも参照パタ
ーン（第２図（Ａ）参照）と同一の参照パターンと見な
されることになる。すなわち、入力画像パターンが第２
図（Ａ）に示された参照パターンと同一であり、しかも
その相対位置が水平方向に±４画素分ずれている場合で
も第２図（Ｂ）、　　（Ｃ）、　　（Ｄ）のいずれか、
すなわち第１　ＲＯＭ１６、第２ＲＯＭ１８、第３ＲＯ
Ｍ２０に格納された画素データのいずれかによって不一
致の画素数をほぼ０にすることができ、従って、入力画
像パターンと参照パターンとの間に相対的位置ずれかな
い場合と同一の相関値を得ることができる。

そして、この比較・相関値算出回路１４にて算出された
相関値は決定回路２２に入力される。

方、第２図（Ａ）に示された参照パターン以外の他の参
照パターンについて同様の比較及び相関値算出が行われ
、決定回路２２に入力される。

決定回路２２は入力された各参照パターンからの相関値
を相互に比較し最大値を出力する比較器を用いて構成す
ることができ、これにより入力画像パターンに最も近い
参照パターンが選択されることとなる。

このように、本実施例においては参照パターンに対して
その輪郭に幅Ｗの不感領域を設け、かつこのように不感
領域が設けられた参照パターンを（Ｗ＋１）Ｘｎ　（ｎ
　：整数）なる画素分だけ平行移動して入力画像パター
ンとの比較を行うものであり、入力画像パターンと参照
パターンとの相対的位置ずれが（Ｗ＋　１　）　Ｘ　ｎ
　＋Ｗ／　２画素分だけ生じていても、位置ずれが生じ
ない場合と同一の結果を得ることができ、広範囲の許容
範囲で入力画像パターンのパターン認識を行うことがで
きる。

なお、本実施例においては、入力画像と参照パターンと
の間に水平方向の相対的位置ずれが生じている場合を示
したが、垂直方向に位置ずれが生じる場合も考慮し、予
め参照パターンに対して垂直方向に所定画素分だけすら
した参照パターンをＲＯＭに格納して比較することによ
り、上下左右いずれの方向にも広範囲の許容範囲を設定
することができる。

また、本実施例においては比較・相関値算出回路として
第３図に示すような一致した画素数及び不一致の画素数
をカウントし、その比率を求める回路構成としたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えば最小誤差
や周知の空間距離ｆ−ｇｌ（ｆは入力画像パターンベク
トル、ｇは参照パターンベクトル）を算出する回路構成
でも良い。

更に、本実施例においては、第２図（Ｂ）。

（Ｃ）、　　（Ｄ）に示された第２参照パターン及び第
３参照パターンを別個のＲＯＭに格納したが、第４図に
示すようにこれらの参照パターンの画素データを１個の
ＲＯＭ２４に格納し、アドレス回路２６により適宜これ
らの画素データを読出し、比較・相関値算出回路１４に
出力するように構成することもできる。またこの際、ま
ず初めに第２参照画素データと入力画素データとの比較
・相関値算出を行い、決定回路２２での最大相関値が十
分大きくないときにのみ、第３参照画素データを読出し
、比較・相関値算出を行うようにすれば、更に処理の高
速化が図れる。

なお、本実施例においては人力画像パターンとしてＬ字
形の図形を例示したが、他の活字文字や数字パターンに
も適用できることは言うまでもない。また相関値の算出
方法も第３図に示すものに限定する必要はなく、不一致
画素の最大等、−船釣にパターン認識に用いる他の手法
が適用できることも言うまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係るパターン認識装置に
よれば、入力画像パターンと参照パターンとの間に相対
的位置ずれが生じていても、位置検出プロセス等を行わ
ずに高速、かつ高精度にパターン認識を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るパターン認識装置の一実施例の構
成ブロック図、 第２図は同実施例における各参照パターンの説明図、 第３図は同実施例における比較・相関値算出回路の回路
図、 第４図は本発明に係るパターン認識装置の他の実施例の
構成ブロック図である。 １０　・・・　画像読取り装置 １２　・・・　画像切出し回路 １４　・・・　比較・相関値算出回路 １６ 第ｌＲＯＭ 　８ 第２ＲＯＭ ０ 第３ＲＯＭ ２ 決定回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力画像パターンを予め与えられた複数の参照パターン
   と比較することにより認識するパターン認識装置におい
   て、 参照パターンの輪郭近傍に不感領域を設けてなる第２参
   照パターンを構成する第２参照画素データを格納する第
   １記憶手段と、 前記第２参照パターンを所定画素分平行移動してなる第
   ３参照パターンを構成する第３参照画素データを格納す
   る第２記憶手段と、 前記第１及び第２記憶手段に格納された画素データの内
   、前記不感領域以外の画素データと入力画像パターンを
   構成する入力画素データとを比較する比較手段と、 この比較手段での比較結果に基づき前記入力画像パター
   ンと前記参照パターンとの相関の度合を算出する相関値
   算出手段と、 この相関値算出手段からの相関値に基づき入力画像パタ
   ーンを複数の参照パターンのいずれか一の参照パターン
   に特定する決定手段と、 を具備することを特徴とするパターン認識装置。