JPH0512448A

JPH0512448A - 画像認識装置

Info

Publication number: JPH0512448A
Application number: JP2414200A
Authority: JP
Inventors: Fumio Shibata; 文男柴田; Toshimichi Masaki; 俊道政木
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1990-12-26
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】認識対象の形状全体を１度の処理で認識可能
な画像認識装置を提供する。【構成】入力画像の任意のエッジ点を比較開始点とし
て設定し（ステップ１５２）、そこに標準パターンの原
点を一致させて重ね（ステップ１５４）、その標準パタ
ーンのエッジ点を順次隣接するエッジ点に移動させるこ
とによって座標値を集計し（ステップ１５５〜１５
８）、入力画像のエッジ点を移動させる度に座標値を集
計し（ステップ１５１からステップ１５８、ステップ１
６１）、その集計値がしきい値以上のものを記憶する
（ステップ１６０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、認識対象を撮像して得
られる濃淡画像を処理して認識対象を特定したり、その
認識対象の位置を判別したりするための画像認識装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、認識対象を特定する装置が各
種提案されている。その一例として画像をｍ行ｎ列の画
素データで構成された２次元パターンで表し、入力画像
のデータと標準画像（パターン）のデータとを１画素ず
つ比較し一致度を検出する、いわゆるテンプレートマッ
チングと呼ばれる方法を用いる装置があった。

【０００３】しかし、このような従来のものは入力画像
のデータと標準パターンのデータを記憶するのにそれぞ
れｍ行ｎ列分、すなわちｍ×ｎ個ずつのフリップフロッ
プ（記憶要素）が必要であり、さらにそれぞれのフリッ
プフロップのデータを比較するアンド回路がｍ行ｎ列分
必要である。このため、１００画素×１００画素のデー
タを処理するとした場合、２万個分のフリップフロップ
と、１万個分のアンド回路が必要になる。

【０００４】このように膨大なフリップフロップとアン
ド回路を使用して装置を構成することは事実上不可能に
近いので、少ない素子数で済むような工夫をしている。
例えば図７に示すように半径がＲ（この例の場合Ｒ＝３
０画素）の円を認識しようとするとき、図８(a)に示す
ように３０画素×３０画素の範囲に記憶された１種類の
円弧データ（標準パターン）との一致を、図７の円の４
分の１の部分についてだけ調べ、この部分が一致すれば
他の全ての部分（残りの４分の３の部分）も一致すると
推定する第１の方法と、図８(a)〜(d)に示すように４種
類の円弧データの標準パターンを用意し、それぞれにつ
いて一致するか否かを調べる第２の方法のいずれかを取
っていた。このような方法を取れば１回の比較作業は円
の４分の１の部分に付いてだけ行えば良いので、フリッ
プフロップおよびアンド回路が前述の４分の１で済むこ
とにより、部品の使用量は少なくて良い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
第１の方法は、例えば図９(a)に示すように、図形の一
部に標準パターンと一致する図形を含むものを認識する
場合、標準パターンが一致すると他の全てが一致すると
認識するので、図９(a)のような図形も図７のような円
であると誤認識してしまう。また、上記した第２の方法
は図９(b)の実線のように、一致する部分だけを認識す
るところから、点線の部分を推測しなければ全体を認識
することができない。またこの例では認識を行うため図
８(a)〜(d)の標準パターンのそれぞれについて比較する
必要があることから、４回の比較作業が必要であり、処
理時間が長くなるという課題を有する。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、認識対象の形状全体を標準パターンと比較する
ことで誤認識を防止し、大きな形状のものでも１回の処
理で認識を行える画像認識装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の画像認識装置
は、認識対象を撮像して得た濃淡画像を微分処理してそ
の画像のエッジを抽出し、そのエッジをあらかじめ記憶
されている標準パターンのエッジと照合して一致度を検
出する画像認識装置において、標準パターン図形を形成
する各エッジ点の座標および総数を認識し記憶する標準
パターン情報記憶手段（エッジ座標検出部４、エッジ座
標メモリ５、ＣＰＵ８、標準パターン座標メモリ７）
と、入力画像図形を形成する各エッジ点の座標および総
数を認識し記憶する入力画像情報記憶手段（エッジ座標
検出部４、エッジ座標メモリ５、ＣＰＵ８、画像メモ
リ６）と、入力画像図形の任意のエッジ点を比較開始点
として設定し、そこに標準パターンの原点を一致させた
うえ、標準パターンのエッジ点を順次隣接するエッジ点
に移動する第１のエッジ点移動手段（図５ステップ１５
４、１５５、１５８）と、入力画像の標準パターンの原
点との一致点を比較開始点から順次隣接するエッジ点に
移動させる第２のエッジ点移動手段（ステップ１５１〜
ステップ１５９、ステップ１６１）と、第１のエッジ点
移動手段により移動される標準パターンのエッジ点の座
標値を集計する座標値集計手段（ステップ１５６、１５
７）と、座標値集計手段の集計結果に対応して、入力画
像と標準パターンとの認識結果に関する情報を生成、出
力する認識結果情報出力手段（ＣＰＵ８）とを備えたこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成の画像認識装置においては、入力画像
図形の任意のエッジ点を比較開始点として設定し、そこ
に標準パターンの原点を一致させて重ね、その標準パタ
ーンのエッジ点を順次隣接するエッジ点に移動させ、各
移動位置における座標値を集計する。この集計結果から
入力画像と標準パターンの認識が行なわれる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の構成を示すブロッ
ク図であって、１は対象物を撮像する撮像装置、２は撮
像装置１から出力される映像信号をデジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換器、３はＡ／Ｄ変換器２でデジタル信号
に変換された画像データを微分する微分処理部、４は微
分処理されたデータから画像のエッジ座標を検出するエ
ッジ座標検出部、５はそのエッジ座標を記憶するエッジ
座標メモリである。

【００１０】６は微分処理部３で微分された画像データ
を記憶する画像メモリ、７は標準パターンの座標を記憶
する標準パターン座標メモリ、８は全体の処理制御を行
うＣＰＵ、９は所定の操作を行う操作部、１０は外部回
路との間でデータの授受を行う外部インターフェイス、
１１は認識結果を記憶する認識結果メモリである。

【００１１】このように構成された装置はティーチング
モード、エッジ画像およびエッジ座標の記憶モード、エ
ッジ画像およびエッジ座標の認識モードの３つの動作モ
ードがある。図２はティーチングモードにおける動作を
示すフローチャートであり、ステップ１００に示すエッ
ジ画像取り込みの処理では撮像装置１からの標準画像の
映像信号をＡ／Ｄ変換器２でデジタル化し、微分処理部
３で微分および２値化し、エッジ画像を得る。

【００１２】このエッジ画像はＣＰＵ８の制御手順に従
って画像メモリ６に取込まれる。この時の画像は図３
(a)に示すように太い輪郭を有するために、ＣＰＵ８は
画像メモリ６に記憶されているエッジ画像に図２のステ
ップ１０１に示す細線化処理を行い、図３(b)に示すよ
うな細線化画像を得ている。

【００１３】次いで、ＣＰＵ８は図２のステップ１０
２、１０３に示すように操作部９からの入力に対応し
て、図３(c)で例えば点線で示すように対象を指定し、
図３(d)の×印で示すようにその対象に原点を指定す
る。そして、ステップ１０４に示すように、指定を受け
た標準パターンについてエッジ点の数Ｍと、エッジ点の
座標、（０，０），・・・・，（ｘ_m，ｙ_m），・・・
・，（ｘ_M，ｙ_M）を標準パターン座標メモリ７に記憶し
てティーチングモードを終了する。

【００１４】次に対象入力画像のエッジ画像およびエッ
ジ座標の記憶処理が行われる。この処理においてはティ
ーチングモード同様、撮像装置１からの映像信号をＡ／
Ｄ変換器２でデジタル化した後、微分処理部３で微分お
よび２値化してエッジ画像を得る。このエッジ画像はエ
ッジ座標検出部４および画像メモリ６に供給される。画
像メモリ６ではＣＰＵ８で指定されるアドレスに対応し
た格納エリアにエッジ画像データが記憶され、エッジ座
標検出部４ではエッジ座標（Ｘ₀，Ｙ₀），・・・・，
（Ｘ_n，Ｙ_n），・・・・，（Ｘ_N，Ｙ_N）が検出されてエ
ッジ座標メモリ５に記憶されるとともに、エッジ点の数
ＮがＣＵＰ８に供給される。

【００１５】エッジ座標検出部４とエッジ座標メモリ５
の構成例を図４に示す。エッジ座標検出部４はＸ座標カ
ウンタ４１、Ｙ座標カウンタ４２、エッジ点カウンタ４
３から構成され、エッジ座標メモリ５はＦＩＦＯ（ファ
ーストイン・ファーストアウト形式のレジスタ）５１、
５２から構成されている。

【００１６】Ｘ座標カウンタ４１はＹ座標インクリメン
ト信号の遅延信号（Ａ／Ｄ変換器２から出力されたデジ
タルビデオ信号のＹ座標インクリメント信号を微分処理
部３の処理時間だけ遅延させた信号）がＬレベルのとき
サンプリングクロックをカウントするようになってい
る。Ｙ座標カウンタ４２は１フレーム開始信号の遅延信
号（Ａ／Ｄ変換器２から出力されたデジタルビデオ信号
の１フレーム開始信号を微分処理部３の処理時間だけ遅
延させた信号）がＬレベルのときＹ座標インクリメント
信号の遅延信号をカウントするようになっている。

【００１７】そして、エッジ画像信号が供給される度に
Ｘ座標カウンタ４１のカウント結果がＦＩＦＯ５１に、
Ｙ座標カウンタ４２のカウント結果がＦＩＦＯ５２に取
込まれ、ＦＩＦＯ５１および５２はレジスタが一杯にな
ると最初に取込んだデータから順番にＸ座標値およびＹ
座標値として出力するようになっている。また、エッジ
画像信号の供給回数がカウンタ４３でカウントされ、エ
ッジ点の総数Ｎを出力するようになっている。なお、Ｘ
座標値およびＹ座標値はＦＩＦＯ取込まず、アドレス指
定しながら通常のメモリに格納しても良い。

【００１８】次に認識モードについて説明する。このモ
ードでは前述したように、入力画像に関して画像メモリ
６に格納されたエッジ画像データおよびエッジ座標メモ
リ５に格納されたエッジ座標データと、ティーチングモ
ードで標準パターン座標メモリ７に格納された標準パタ
ーンの座標とを用いて図５の手順に従って処理が行われ
る。

【００１９】この処理は図６(a)を標準パターン（この
例では半径Ｒが３０画素の円としている）、図６(b)の
実線を入力画像としたとき、入力画像の任意のエッジ点
を比較開始点（この図においてはエッジ点（Ｘ_n，
Ｙ_n））とし、この比較開始点と標準パターンの原点
（０，０）を一致させ、標準パターンの画素をｍ＝０か
らｍ＝Ｍ−１まで変化させて図６(b)に点線で示す軌跡
を描き、この時の各画素位置ｍにおける画像メモリ上の
座標（Ｘ，Ｙ）の座標値Ｐ（Ｘ，Ｙ）（＝０または１）
をＣＰＵ８にロードし、座標値Ｐの総和Ｆを求める。

【００２０】ＣＵＰ８はこの座標値の総和Ｆの値と、あ
らかじめ設定されたしきい値ＴＨを比較してＦ＞ＴＨで
あればＸ₀，Ｙ₀，Ｆを認識結果メモリ１１に記憶する。
この手順をエッジ座標メモリ５に記憶されている座標
（Ｘ₀，Ｙ₀）から（Ｘ_N，Ｙ_N）までの全てのエッジ点に
ついて実行する。認識モードの手順がすべて終了する
と、座標値Ｐの総和Ｆが最大である一致点が認識対象の
位置として出力される。

【００２１】図５は以上の処理を具体的な手順で記載し
たフローチャートであり、ステップ１５０でｍ＝０，ｎ
＝０，Ｆ＝０に設定される処理、すなわちイニシヤライ
ズ処理が行われる。ここでｍは標準パターンにおける座
標の変数、ｎは認識対象パターンにおける座標の変数で
ある。Ｆは前述したように座標値Ｐの総和である。

【００２２】ステップ１５０におけるイニシャライズが
終了すると、ステップ１５１においてｎ＜（Ｎ−１）で
あるか否かの判断が行われる。ここでＮは入力画像のエ
ッジ点総数である。図５の処理の開始時点ではｎ＝０す
なわちｎ＜（Ｎ−１）であるから、ステップ１５２に示
すようにエッジ座標メモリ５の座標（Ｘ_n，Ｙ_n）をＣＰ
Ｕ８にロードする処理、すなわちＣＰＵ８からエッジ座
標メモリ５にエッジ点ｎの指定がなされ、エッジ座標メ
モリ５から入力画像のエッジ点座標（Ｘ_n，Ｙ_n）を読み
出す処理が行われる。ただしこの時点ではステップ１５
０においてｍ，ｎを０にセットしたので、入力画像のエ
ッジ点座標（Ｘ₀，Ｙ₀）がロードされる。

【００２３】次にステップ１５３においてｍ＜Ｍ−１で
あるか否かの判断が行われる。ここでＭは標準パターン
のエッジ点総数である。この時点ではｍ＝０であるから
ｍ＜Ｍ−１と判断されステップ１５４に示すように座標
（Ｘ_m，ｙ_m）をＣＰＵ８にロードする処理、すなわちＣ
ＰＵ８から標準パターン座標メモリ７にエッジ点ｍの情
報が供給され、標準パターンのエッジ点座標（Ｘ_m，
ｙ_m）を読出す処理が行われる。この時、ｍ，ｎが０に
セットされているので標準パターンの原点座標（Ｘ₀，
ｙ₀）がロードされる。

【００２４】そして、ステップ１５５に示すようにＸ＝
Ｘ_n＋Ｘ_m、Ｙ＝Ｙ_n＋ｙ_mの演算が行われるが、現時点で
はＸ＝Ｘ₀＋ｘ₀、Ｙ＝Ｙ₀＋ｙ₀である。次のステップ１
５６ではステップ１５５で計算された座標データがアド
レス信号として画像メモリ６に供給され、その座標デー
タにおける画素値Ｐ（Ｘ，Ｙ）が読出され、ＣＰＵ８に
ロードされる。その後、ステップ１５７でＦ＋Ｐの演算
が行われその結果が新たなＦの値として記憶されるが、
この時点ではステップ１５０でＦ＝０に設定されている
ので、Ｐの値がそのままＦの値として記憶される。

【００２５】次にステップ１５８でｍ＝ｍ＋１の演算が
行われる。すなわち標準パターンのエッジ点を一つ進め
る処理が行われる。ステップ１５８の処理が終了すると
フローはステップ１５３に戻り、１だけインクリメント
されたｍについて、ｍ＜Ｎ−１の判断が行われる。以下
同様にして、前述したステップ１５３から１５８の処理
を繰り返す。

【００２６】ステップ１５３から１５８の処理を繰り返
すことは標準パターンのエッジ点ｍを順次隣に移しなが
ら座標値Ｐを加算していくことを意味する。この処理が
進み、やがてｍがＭまで達すると、すなわち標準パター
ンのエッジ点を全てトレースすると、ステップ１５３は
ｍ＝Ｍと判断するので、ステップ１５９に示すＦ＞ＴＨ
すなわちステップ１５３でｍ＝Ｍと判断した時点のＦの
値がしきい値ＴＨより大きいか否かを判断する。Ｆ＞Ｔ
Ｈであればステップ１６０に示すように、認識結果メモ
リ１１へＸ_n，Ｙ_n，Ｆを記憶し、ステップ１６１に示す
ｎ＝ｎ＋１、Ｆ＝０の処理、すなわち、ｎを１だけイン
クリメントし、かつ、Ｆをリセットする処理を行う。ま
たＦ≦ＴＨであればステップ１６０の処理を行わずステ
ップ１６１の処理を行う。

【００２７】ステップ１６１の処理は入力画像のエッジ
点を隣接するエッジ点に移す処理である。この処理が行
われた後、フローはステップ１５１に戻り、ステップ１
５２に示す１だけインクリメントされたｎに対応する入
力画像のエッジ点座標（Ｘ_n，Ｙ_n）のロードが行われ、
前述と同様にステップ１５３からステップ１５８の処理
を繰り返す。すなわち、入力画像のエッジ点を隣接する
位置に移した後、標準パターンのエッジ点を順次隣接す
る位置に移しながらＦの値を加算していく。

【００２８】これらの処理を続けると、入力画像のエッ
ジ点がＮ個のエッジ点まで移動したとき、ステップ１５
１でｎ＝Ｎと判断されるので全体の処理を終了する。こ
の処理が終了した時点でＦの数が最も大きな座標点（Ｘ
_n，Ｙ_n）を一致点（認識対象の位置）として出力する。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明の画像認識装置によ
れば、入力画像の各エッジ点毎に標準パターンの原点を
一致させ、標準パターン上の座標値を集計し、その座標
値の集計結果からパターン認識するので、入力画像の形
状が大きくても一度の処理で認識でき、かつメモリの容
量はエッジ点の数だけで事足りるため、少ない容量で済
むという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像認識装置の一実施例の構成を示す
ブロック図である。

【図２】ティーチングモードの動作を表すフローチャー
トである。

【図３】細線化と標準パターンの選択を示す図である。

【図４】エッジ座標検出部およびエッジ座標メモリの一
実施例の構成を示す回路図である。

【図５】認識モードの動作を表すフローチャートであ
る。

【図６】標準パターンと入力図形の関係を示す図であ
る。

【図７】入力図形の一例を示す図である。

【図８】従来の標準パターンの一例を示す図である。

【図９】入力図形と従来方法による認識結果の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１撮像装置２Ａ／Ｄ変換器３微分処理部４エッジ座標検出部５エッジ座標メモリ６画像メモリ７標準パターン座標メモリ８ＣＰＵ９操作部１０外部インターフェイス１１認識結果メモリ

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】認識対象を撮像して得た濃淡画像を微分
処理してその画像のエッジを抽出し、そのエッジをあら
かじめ記憶されている標準パターンのエッジと照合して
一致度を検出する画像認識装置において、標準パターン図形を形成する各エッジ点の座標および総
数を認識し記憶する標準パターン情報記憶手段と、入力画像図形を形成する各エッジ点の座標および総数を
認識し記憶する入力画像情報記憶手段と、入力画像図形の任意のエッジ点を比較開始点として設定
し、そこに標準パターンの原点を一致させたうえ、標準
パターンのエッジ点を順次隣接するエッジ点に移動する
第１のエッジ点移動手段と、前記入力画像の前記標準パターンの原点との一致点を比
較開始点から順次隣接するエッジ点に移動させる第２の
エッジ点移動手段と、前記第１のエッジ点移動手段により移動される標準パタ
ーンのエッジ点の座標値を集計する座標値集計手段と、前記座標値集計手段の集計結果に対応して、前記入力画
像と標準パターンとの認識結果に関する情報を生成、出
力する認識結果情報出力手段と、を備えたことを特徴とする画像認識装置。