JPH0520460A - パターン識別方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】テンプレート・マッチングにおける、識別対象
画像の照明条件の変化の影響を除去する。 【構成】テンプレートと同サイズに切り出された識別パ
ターンの各画素の濃度を、その濃度順位に応じて、テン
プレート要素の濃度で置き換える濃度変化を行なうこと
により比較パターンを作成し、この比較パターンとテン
プレートとの類似度もしくは非類似度を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パターン識別方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パターン識別技術の１ジャンルとしてテ
ンプレート・マッチングが広く知られているが、このテ
ンプレート・マッチングに関して、従来、以下の如き問
題があった。

【０００３】即ち、識別対象画像の濃度分布をそのまま
用いて、多値のテンプレート・マッチングを行なう場
合、画像読取時の照明の影響を受け易く、照明状態が変
化すると類似度あるいは非類似度が異なり、識別対象画
像自体のコントラスト変化等によっても識別能力が低下
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の如
き事情に鑑みてなされたものであって、従来のテンプレ
ート・マッチングを改良し、照明条件や識別対象画像の
コントラスト変化等の影響を受けにくい、新規なパター
ン識別方法および、この方法を実施する装置の提供を目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のパター
ン識別方法は、従来から知られたテンプレート・マッチ
ング方式の識別方法であって、その特徴とする処は、
「テンプレートと同サイズに切り出された識別パターン
の各画素の濃度を、その濃度順位に応じて、テンプレー
ト要素の濃度で置き換えて比較パターンを作成し、この
比較パターンとテンプレートとの類似度もしくは非類似
度を演算する」点にある。

【０００６】請求項２の方法は、上記請求項１の方法を
具体化したものであって、「画像入力工程と、切り出し
領域設定工程と、切り出し工程と、濃度順テーブル作成
工程と、濃度番号テーブル作成工程と、濃度変換工程
と、マッチング工程と、判定工程と」を含む。

【０００７】この方法を表したフローチャートである図
１を参照して説明する。「画像入力工程」は、識別対象
画像を読取り、画素ごとの濃度をデジタル信号として記
憶する工程である。

【０００８】「切り出し領域設定工程」は、画像入力工
程により記憶された画像情報に対して、パターン識別を
行なう領域として切り出し領域と切り出し開始位置とを
設定する工程である。

【０００９】「切り出し工程」は、切り出し領域から、
テンプレートと同サイズの識別パターンを切りだす工程
である。

【００１０】図１のフロー図で第４ステップの「濃度変
換」は、以下に説明する、濃度順テーブル作成工程と濃
度番号テーブル作成工程と濃度変換工程とを含む。「濃
度順テーブル作成工程」は、切り出された識別パターン
の、各画素の濃度とアドレスとを濃度順に再配列して、
濃度順テーブルと濃度順画像アドレステーブルとを作成
する工程である。

【００１１】「濃度番号テーブル作成工程」は、作成さ
れた濃度順テーブルの各画素濃度を、所定の濃度番号付
与方式に従って濃度番号の配列に変換する工程である。

【００１２】「濃度変換工程」は、作成された濃度番号
テーブルの各テーブル要素を、予め用意されたテンプレ
ート濃度順番アドレステーブルと比較し、上記テーブル
要素により指定されるアドレスへ、上記テーブル要素と
同値の濃度順番に対応するテンプレート要素の濃度を書
き込んで、比較パターンを作成する工程である。

【００１３】「マッチング工程」は、比較パターンと、
テンプレートとの類似度もしくは非類似度を演算する工
程である。

【００１４】上記の「切り出し工程からマッチング工程
まで」は、識別パターンの切り出し位置を変えて切り出
し領域にわたって繰り返される。

【００１５】「判定工程」は、マッチング工程による演
算結果に基づき、上記切り出し領域内にテンプレートと
同一もしくは類似のパターンが存在するか否かを判定す
る工程である。

【００１６】請求項３の装置は、上記請求項２の方法を
実施するための装置であって、読取手段と、記憶手段
と、切り出し手段と、濃度順テーブル作成手段と、濃度
番号テーブル作成手段と、濃度変化手段と、演算手段
と、制御識別手段とを有する。

【００１７】「読取手段」は、識別対象画像を読取る読
取手段である。この読取手段は、テレビカメラや１次元
センサー、２次元センサー等、識別対象画像の画素ごと
の濃度を電気信号に変換する手段と、この変換された信
号を多値のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とで構
成することができる。例えば、Ａ／Ｄ変換機として８ビ
ットのものを用いれば各画素の濃度を２５６（＝２⁸）
段階に多値化できる。

【００１８】「記憶手段」は、読取られた識別対象画像
の画素ごとの濃度を多値のデジタル信号として記憶す
る。

【００１９】「切り出し手段」は、記憶手段に記憶され
た画像情報に対して、パターン識別を行なう領域として
切り出し領域と切り出し開始位置とを設定し、設定され
た切り出し領域からテンプレートと同サイズの識別パタ
ーンを切り出す手段である。

【００２０】「濃度順テーブル作成手段」は、切り出さ
れた識別パターンの、各画素の濃度とアドレスとを濃度
順に再配列して、濃度順テーブルと濃度順画像アドレス
テーブルとを作成する手段である。

【００２１】「濃度番号テーブル作成手段」は、作成さ
れた濃度順テーブルの各画素濃度を、所定の濃度番号付
与方式に従って濃度番号の配列に変換する手段である。

【００２２】「濃度変換手段」は、作成された濃度番号
テーブルの各テーブル要素を、予め用意されたテンプレ
ートの濃度順番アドレステーブルと比較し、テーブル要
素により指定されるアドレスへ、そのテーブル要素と同
値の濃度順番に対応するテンプレート要素の濃度を書き
込んで、比較パターンを作成する手段である。

【００２３】「演算手段」は、比較パターンとテンプレ
ートとの類似度もしくは非類似度を演算する手段であ
る。類似度もしくは非類似度の演算式は従来から、テン
プレート・マッチングで知られた種々のものを適宜利用
することができる。

【００２４】「制御識別手段」は、マッチング工程によ
る演算結果に基づき、上記切り出し領域内にテンプレー
トと同一もしくは類似のパターンが存在するか否かを判
定する判定と上記各手段の制御とを行なう手段である。

【００２５】上記の、記憶手段と切り出し手段と濃度順
テーブル作成手段と濃度番号テーブル作成手段と濃度変
化手段と演算手段と制御識別手段とは、コンピューター
あるいはコンピューターと付加的なメモリーとで、これ
らを構成することができる。

【００２６】

【作用】図２は、請求項３のパターン識別装置を機能ブ
ロック図として示している。

【００２７】図に示すように、識別対象画像は映像信号
として画像入力部２１により読取られ、Ａ／Ｄ変換部２
２で、画素ごとの濃度が多値のデジタル信号に変換さ
れ、画像メモリー２３に記憶される。画像入力部２１
は、前述のようにテレビカメラ等であり、Ａ／Ｄ変換部
２２とともに前記読取手段を構成する。また画像メモリ
ー２３は前記記憶手段を構成する。

【００２８】切り出し手段を構成する画像切り出し部２
４は、画像メモリー２３に記憶された画像情報に対し
て、パターン識別を行なう領域として切り出し領域と切
り出し開始位置とを設定し、設定された切り出し領域か
ら、テンプレートと同サイズの識別パターンを切り出
す。即ち、画像切り出し部２４は、切り出し領域設定工
程と切り出し工程とを行なう。

【００２９】図３に、切り出し領域の設定と切り出し工
程とを説明図的に示す。破線で示す領域３０は、記憶手
段としての画像メモリー２３に記憶された識別対象画像
全体のデータ領域である。このデータ領域３０中に実線
で示された領域３１が「切り出し領域」である。即ち、
この切り出し領域３１中の画像情報がマッチングの対象
となる。切り出し領域３１中に描かれた、ハッチを施し
た矩形の領域３２が、切り出される「識別パターン」で
ある。この識別パターン３２は、テンプレートと同じサ
イズを有し、切り出し開始位置から切り出し終了位置ま
で、所定の順序で次々に切り出され、切り出される識別
パターンの一つ一つがテンプレートのパターンとのマッ
チングの対象となる。

【００３０】再び図２に戻ると、切り出された識別パタ
ーンは、濃度順テーブル作成手段を構成する濃度順テー
ブル作成部２５において「濃度順テーブル」に作成され
る。即ち、切り出された識別パターンにおける各画素の
アドレス及び濃度情報（多値のデジタル情報）が、濃度
の濃い順もしくは薄い順にソートされる。ソートされた
濃度情報は、ソートされる順序に従って再配列されて濃
度順テーブルが作成される。一方、アドレスもソートさ
れる順序に再配列されて「濃度順画像アドレステーブ
ル」が作成される。これら２つのテーブルは、互いにマ
トリックス的に対応し、対応する位置にある濃度とアド
レスとが、識別パターンにおける各画素アドレスとその
画素の濃度とを表す。

【００３１】識別パターンから濃度順テーブルと濃度順
画像アドレスを作成する状態を、図４の上の部分に模式
的に示す。勿論、画像アドレスとは、切り出された識別
パターンの各画素のアドレス情報である。この図４を参
照すると、上記のように作成された濃度順テーブルか
ら、「濃度番号テーブル」が作成される。この濃度番号
テーブルの作成は、濃度順テーブルの各画素濃度を、所
定の濃度番号付与方式に従って濃度番号の配列に変換す
ることにより行なわれる。この工程の詳細は後述の実施
例の説明において詳述する。

【００３２】このように作成された濃度番号テーブルの
各「テーブル要素」は「濃度番号」である。この濃度番
号は、一方においてテンプレート濃度順番テーブル（予
めテンプレートとともに用意される）と比較されるとと
もに、他方においては、「比較パターンのアドレス位置
の指定」に用いられる。即ち、個々の濃度番号は、濃度
順画像アドレステーブルにおいて、その濃度番号のアド
レスに対応したアドレスにある濃度順画像アドレスを選
択して、比較パターンのアドレスとする。

【００３３】一方、上記濃度番号は、テンプレート濃度
順番テーブルにおいて、「この濃度番号のアドレスと同
じアドレス」にあるテンプレート濃度順番テーブルの濃
度順番を指定し、この指定により指定されたテンプレー
ト要素の濃度（テンプレートの要素を濃度順に配列した
配列順番で、上記指定された濃度順番を配列順位とする
テンプレート要素の濃度）を選択する。上記のようにし
て決定されたアドレスに、上記選択された濃度を書き込
むことを、「濃度番号テーブルの全てのテーブル要素に
就いて」行うと比較パターンが得られる（図４参照）。

【００３４】この「比較パターン」は、識別パターンの
濃度配列を、テンプレート要素の濃度を用いて表したも
のであり、識別パターンの濃度配列が変換されたもので
あるから、上のプロセスを濃度変換工程と呼ぶのであ
る。

【００３５】濃度順テーブルの作成から比較パターンの
作成に到るプロセスを図５にフロー図として示す。図中
「濃度番号によるテンプレートの濃度値読み出し」とあ
るのは、上に説明した「濃度番号により指定された濃度
順番を順位とするテンプレート要素の濃度を選択する」
ことを意味し、「画像アドレステーブルの示す位置へ値
の書き込み」とあるのは、「濃度番号に応じて定まるア
ドレスへ上記選択された濃度を書き込む」ことを意味す
る。また「テーブル終了？］の判定は、比較パターンの
書き込みが終了したか否かの判定である。

【００３６】図２に戻ると、濃度番号テーブル作成工程
から比較パターンの作成に到るプロセスは濃度変換部２
６において行われる。即ち、濃度変換部は、濃度番号テ
ーブル作成手段と濃度変換手段とを構成する。そして、
比較パターンを作成するために、テンプレート濃度順番
データ（テンプレート濃度順番テーブルと、その各濃度
順位に対応する濃度のデータ）２９−Ａを入力させる。

【００３７】次いで、上記のように作成された比較パタ
ーンとテンプレートの類似度もしくは非類似度を演算す
るマッチング工程が行われる。この工程は、演算手段を
構成する演算部２７で行われる。ここで行われる類似度
もしくは非類似度の演算としては、前述のように従来か
ら知られている各種の演算方式を適宜利用できる。

【００３８】図６は、比較パターンとテンプレートとを
模式的に表している。テンプレートの情報内容をｔ
（ｕ，ｖ）、比較パターンの情報内容をｆ（ｕ，ｖ）
（ｕ，ｖは各情報のアドレス）とすると、例えば、演算
式：Σ｜ｆ−ｔ｜やΣ（ｆ−ｔ）²あるいはΣ（ｆ・
ｔ）（和は、アドレスｕ，ｖの全域にわたって取る）を
非類似度として利用できる。これらの演算式の演算結果
が大きい程、比較パターンとテンプレートとの非類似度
が高い。

【００３９】ここでまた図２に戻ると、演算部２７に
は、濃度変換工程で作成された比較パターンの情報と予
め容易されたテンプレートデータ２９−Ｂが取り込ま
れ、上記の演算により非類似度が算出される。

【００４０】以上のプロセスは、切り出す識別パターン
を順次変えて、必要なだけ繰り返される。図１において
「領域終了？」との判定ステップは、切り出し領域全域
にわたって切り出すべき識別パターンを全て切り出し
て、上記の濃度変換とマッチング工程とを行ったか否か
の判定を行うステップである。続いて判定工程が行われ
る。この工程は、図２の例では、制御識別手段を構成す
る制御識別部２８で実行される。判定は、上記マッチン
グ工程で、各識別パターンごとに演算した非類似度が、
所定の閾値を超えるか否かを調べ、上記閾値を超えると
きは、切り出し領域中にはテンプレートと類似するパタ
ーンは無いと判断し、逆の場合には類似パターンが存在
すると判断することにより行う。

【００４１】

【実施例】以下具体的な実施例として、切り出された識
別パターンとテンプレートとが類似である場合と、非類
似である場合とを説明する。

【００４２】図７に示す実施例は、切り出された識別パ
ターンとテンプレートとが類似している場合の例であ
る。即ち、図７において（Ｅ）はテンプレートを示して
いる。テンプレートは４×４の１６画素の多値のデジタ
ルデータで構成される。このテンプレートのデータを濃
度の順に配列し直したのが、図７（Ｆ−１）で、テンプ
レート濃度順番テーブルである。このテンプレート濃度
順番テーブルの各要素に対応して、順番に０から１５ま
で番号を配列させたものが同図（Ｆ−２）に示すテンプ
レート濃度順番アドレステーブルであり、前述したテン
プレート濃度順番データは、図７（Ｆ−１）（Ｆ−２）
により構成される。

【００４３】さて、図７において（Ａ−１），（Ａ−
２）はそれぞれ、切り出された識別パターン（テンプレ
ートと同じく４×４の１６画素で構成されている）と、
そのアドレスとを示している。この識別パターンとアド
レスとを、濃度の薄い順に配列し直したのが、図７（Ｂ
−１）の濃度順テーブルと（Ｂ−２）の濃度順アドレス
テーブルである。この濃度順テーブルにおける各濃度値
を、所定の濃度番号付与方式に従って濃度番号に置き換
えたのが図７（Ｃ）の濃度番号テーブルである。

【００４４】濃度番号は、テンプレートの構成画素数：
１６に従い最大濃度を０として０から１５までが用意さ
れている。今、濃度順アドレステーブルにおける、第ｎ
番目（ｎ＝１〜１６）のアドレスにある濃度に対して濃
度番号：ｉ（ｉ＝０〜１５）が与えられているとし、第
ｎ番目の濃度順アドレステーブルから連続してｍアドレ
ス分だけ、同じ濃度が続いているときは、これらアドレ
ス：ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，．．，ｎ＋ｍ−１にある同一
濃度には、濃度番号：ｉを与え、アドレス：ｎ＋ｍの濃
度に対しては、濃度番号：ｉ＋ｍを与えるのである。こ
の事情は、スポーツのレースで１着が２人いるときに、
１位が２人で２位が欠番になり、次着は３位になるのと
同様である。

【００４５】勿論、濃度番号の付与方式はこの例に限ら
ず、別の方式によっても良い。

【００４６】このようにして作成された濃度番号テーブ
ル（Ｃ）の各要素は、比較パターン（図７（Ｄ））のア
ドレス指定と、この指定されたアドレスに書き込まれる
濃度情報の選択に用いられる。以下、この濃度番号テー
ブルに基づく比較テーブルの作成を具体的に説明する。

【００４７】図７（Ｃ）に示す濃度番号テーブルの左上
隅の要素に着目する。この要素は、濃度番号「０」を持
っている。この要素と同じアドレス（テーブルの左上
隅）を、濃度順画像アドレステーブル（Ｂ−２）にあて
はめると、濃度順画像アドレステーブルの上の同要素
は、アドレス：２をその内容としている。このアドレ
ス：２が比較アドレスにおけるアドレスを決定する。即
ち、濃度番号テーブルの左上隅の要素は、比較テーブル
において、アドレス：２即ち、図７（Ｄ）のテーブルの
最上段の左から２番目の升を指定する。

【００４８】次に、濃度番号テーブルの左上隅の要素の
濃度番号「０」を、テンプレート濃度順番アドレステー
ブル上で探すと、上記濃度番号「０」と同値の濃度順番
｛０｝には、テンプレートの濃度値１６が対応している
ことが分かる（テンプレート濃度順番テーブル（Ｆ−
１）参照）。

【００４９】そこで、図７（Ｄ）に示された比較パター
ンの、アドレス：２には、上記濃度値：１６が書き込ま
れることになる。濃度番号テーブルの各要素に就いて、
上記のプロセスを繰り返して、比較パターンの書き込み
を行なうと、図７（Ｄ）に示すような比較パターンが作
成されることになる。

【００５０】従来のテンプレート・マッチングでは、切
り出された識別パターン（Ａ−１）とテンプレート
（Ｅ）とが対比させられて、類似度もしくは非類似度が
演算されるが、この発明においては、比較パターン
（Ｄ）とテンプレート（Ｅ）の類似・非類似が問題とさ
れる。ここで注目すべきは、この実施例の場合、識別パ
ターン（Ａ−１）とテンプレートと（Ｅ）とは、類似し
てはいるが、全く同一のパターンではない。しかし、識
別パターンが濃度変換により比較パターンに変換される
と、図７に示すように、比較パターンとテンプレートと
は同じパターンになっている。 識別パターンとテンプ
レートとが非類似である場合の実施例を、図７にならっ
て図８に示す。この場合、濃度変換により得られる、比
較パターン（８図（Ｄ））とテンプレート（Ｅ）とは全
く別個のパターンである。

【００５１】このことから次のことが言える。即ち、こ
の例での濃度番号付与方式では、識別パターンがテンプ
レートパターンに類似している場合に、濃度変換により
テンプレートパターンにより類似した比較パターンが作
成される性質がある。これによりマッチングの効率・精
度が向上する。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、この発明によればテンプ
レート・マッチング方式における新規なパターン識別方
法及び装置を提供できる。この発明は上記のように、切
り出された識別パターンを直接にテンプレートと比較せ
ず、比較パターンをテンプレートの濃度を用いて変換し
た比較パターンを、テンプレートと比較するので、識別
対象画像の照明条件が変化しても、また識別対象画像自
体の絶対的なコントラストが変化しても、識別対象画像
の相対的なコントラストさえ正しく信号化できれば、適
正なパターン識別が可能である。

【００５３】なお、この発明で用いている「濃度変換」
自体は、マッチングのみならず、ニューラルネットワー
ク演算等への応用も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の工程を説明するための図である。

【図２】請求項３の装置の１例を示す機能ブロック図で
ある。

【図３】識別パターンの切り出しを説明するための図で
ぁる。

【図４】濃度変換を説明するための図である。

【図５】濃度変換を説明するためのフロー図である。

【図６】テンプレートと比較パターンの非類似度演算を
説明するための図である。

【図７】１実施例を説明するための図である。

【図８】別実施例を説明するための図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テンプレート・マッチング方式のパターン
   識別方式であって、 テンプレートと同サイズに切り出された識別パターンの
   各画素の濃度を、その濃度順位に応じて、テンプレート
   要素の濃度で置き換えて比較パターンを作成し、この比
   較パターンとテンプレートとの類似度もしくは非類似度
   を演算することを特徴とする、パターン識別方法。
2. 【請求項２】識別対象画像を読取り、画素ごとの濃度を
   デジタル信号として記憶する画像入力工程と、 記憶された画像情報に対して、パターン識別を行なう領
   域としての切り出し領域と切り出し開始位置とを設定す
   る切り出し領域設定工程と、 上記切り出し領域から、テンプレートと同サイズの識別
   パターンを切り出す切り出し工程と、 切り出された識別パターンの、各画素の濃度とアドレス
   とを濃度順に再配列して、濃度順テーブルと濃度順画像
   アドレステーブルとを作成する濃度順テーブル作製工程
   と、 作成された濃度順テーブルの各画素濃度を、所定の濃度
   番号付与方式に従って濃度番号の配列に変換する濃度番
   号テーブル作成工程と、 作成された濃度番号テーブルの各テーブル要素を、予め
   用意されたテンプレート濃度順番アドレステーブルと比
   較し、上記テーブル要素により指定されるアドレスへ、
   上記テーブル要素と同値の濃度順番に対応するテンプレ
   ート要素の濃度を書き込んで、比較パターンを作成する
   濃度変換工程と、 比較パターンと、テンプレートとの類似度もしくは非類
   似度を演算するマッチング工程と、 マッチング工程による演算結果に基づき、上記切り出し
   領域内にテンプレートと同一もしくは類似のパターンが
   存在するか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴
   とする、請求項１のパターン識別方法。
3. 【請求項３】請求項２の方法を実施する装置であって、 識別対象画像を読取る読取手段と、 読取られた識別対象画像の画素ごとの濃度を、多値のデ
   ジタル信号として記憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶された画像情報に対して、パターン
   識別を行なう領域として切り出し領域と切り出し開始位
   置とを設定し、設定された切り出し領域から、テンプレ
   ートと同サイズの識別パターンを切り出す切り出し手段
   と、 切り出された識別パターンの、各画素の濃度とアドレス
   とを濃度順に再配列して、濃度順テーブルと濃度順画像
   アドレステーブルとを作成する濃度順テーブル作成手段
   と、 作成された濃度順テーブルの各画素濃度を、所定の濃度
   番号付与方式に従って濃度番号の配列に変換する濃度番
   号テーブル作成手段と、 作成された濃度番号テーブルの各テーブル要素を、予め
   用意されたテンプレート濃度順番アドレステーブルと比
   較し、上記テーブル要素により指定されるアドレスへ、
   上記テーブル要素と同値の濃度順番に対応するテンプレ
   ート要素の濃度を書き込んで、比較パターンを作成する
   濃度変換手段と、 比較パターンとテンプレートとの類似度もしくは非類似
   度を演算するマッチング工程を行なう演算手段と、 マッチング工程による演算結果に基づき、上記切り出し
   領域内にテンプレートと同一もしくは類似のパターンが
   存在するか否かを判定する判定と上記各手段の制御とを
   行なう制御識別手段とを有するパターン識別装置。