JPH0614359B2

JPH0614359B2 - パタ−ン判別装置

Info

Publication number: JPH0614359B2
Application number: JP59157375A
Authority: JP
Inventors: 道明宮川; 忠幸山田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPS6136881A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の属する技術分野〕この発明は、未知パターンの標準パターン（テンプレー
ト）との整合の度合からパターン判別を行なうテンプレ
ートマツチング方式を拡張したマルチウインドウ式パタ
ーン判別装置、特にその改良に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

マルチウインドウ方式のパターン判別装置は種々の提案
がなされていて明らかなように、１つの画面視野内に対
象パターンの観測領域、すなわちウインドウ（窓）領域
を設定し、このウインドウ内で所定の画像特徴を計測し
てウインドウ毎にその特徴量を所定のしきい値（判定基
準）と比較することによりパターンの良否を判定し、さ
らに、所定のウインドウ間の組合せについては特徴量の
相関演算を行ない、この相関演算値に対して別の所定し
きい値（判定基準）と比較することによりパターンの良
否を決定するものである。このためには、対象パターン
を撮像する撮像装置（例えば、工業用テレビジヨン（Ｉ
ＴＶ）カメラ）からの信号を２値化し、この２値化情報
から画像の特徴量を抽出するとともに、画像視野内での
対象パターン像の位置を検出し、この位置情報にもとづ
いてウインドウをかける領域の補正（位置の正規化）を
行なつた後、設定されたウインドウ内で所定の画像特徴
を計測することが行なわれる。なお、マルチウインドウ
方式のパターン判別装置について、必要ならば、特開昭
58−189780号公報，特開昭58−189781号公報等を参照さ
れたい。

ところで、対象パターンが複雑な形状、例えば立体形状
でこれを見る角度によつてはその形状が全く異なる場合
には、特定の１方向からだけでなく多くの視野方位（視
野角度）から観測して、その観測結果を総合して判断し
た方が判定精度の向上を図る点からも望ましい。このた
めには、上記の如きマルチウインドウ方式のパターン判
別装置を複数系列設けることが考えられるが、このよう
にすると装置構成がぼう大なものとなるばかりでなく、
経費が掛かりすぎるという難点がある。また、対象パタ
ーンの形状がその視野角度や検査対象位置（領域）によ
つて全く異なる場合は、その良否判定のための判定基準
も形状や位置に応じて変える必要があるが、上述の如き
１パターンを対象とする判別装置では対処することがで
きない。という問題がある。

〔発明の目的〕

この発明はかかる諸点に鑑みてなされたもので、検査対
象パターンの形状や検査位置に関係なくその画像情報を
高分解能をもつて高精度に抽出することができ、かつ個
々の画像情報毎に適切な判定基準をもつてその判定を行
なうことが可能な、小型でしかも安価なパターン判別装
置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、マルチウインドウ方式のパターン判別装置
において、対象パターンを互いに異なる視野角度から撮
像する撮像手段と、これを順次選択する選択手段と、パ
ターン判別を行なうための２値化しきい値，撮像画面内
のパターン位置，ウインドウおよび判定基準の各種判別
情報を記憶するメモリと、該メモリの内容を指示，選択
する指示・選択手段とを設け、撮像手段と各種情報との
組み合わせを適宜に指示，選択することにより、検査対
象パターンの形状や検査位置に応じて適切な判定基準を
与えて画像情報を高分解能をもつて高精度に抽出するこ
とができるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す構成図である。同図に
おいて、１１，１２は判別対象物パターン、２１〜２Ｎ
は工業用テレビジヨン（ＩＴＶ）カメラの如き撮像装
置、３はＴＶカメラ選択回路、４はパターン判別回路、
５はパネル設定部、６は情報選択制御回路、７（７１〜
７４）は情報選択回路、８（８１〜８４）はメモリであ
る。また、パターン判別回路４は２値化回路４１、画面
分割回路４２、画像メモリ４３、画像位置検出・補正回
路４４、ウインドウ発生回路４５、アンドゲート４６、
特徴抽出回路４７、特徴データメモリ回路４８および判
別回路４９等から構成されている。

以下、第１図を参照してその動作を説明する。

対象物パターン１１，１２はこゝでは互いに異なる搬送
ライン上を流れて来るものであり、図示されない搬送装
置によつてそれぞれ独立にＴＶカメラ２１〜２Ｎの撮像
視野内に運ばれる。ＴＶカメラはこゝでは一方のライン
については２１，２２の２個、他方のラインについては
２Ｌ，２Ｍ，２Ｎの３個であるが、一般的にはそれぞれ
Ｎ個ずつ設けられ、対象パターンの光学的画像を逐次走
査して電気信号に変換する。各ＴＶカメラからの撮像信
号はカメラ選択回路３に導びかれ、こゝでその１つだけ
が選択されてパターン判別回路４に与えられる。この選
択は情報選択制御回路６からの指令にもとづいて行なわ
れるが、該指令は各ＴＶカメラ２１〜２Ｎと対応する個
々のセンサより与えられる信号Ｓ１によつて形成され
る。すなわち、各ＴＶカメラには所定の番号を予め付け
ておくとともに、その視野内に対象パターンが到達した
ことを検出して信号Ｓ１を発する如く構成しておくこと
により、情報選択制御回路６は、該信号Ｓ１から選択す
べきＴＶカメラ番号を指示することができる。また、回
路６に導かれている信号Ｓ２は図示されない他の装置か
ら与えられ、複数個ある対象パターンが何であるかを表
わす信号である。パネル設定部５は例えばキーボードを
備えていて、これら信号Ｓ１，Ｓ２と後述する判別情報
との対応関係を設定するもので、選択されたＴＶカメラ
からの撮像信号をどのように処理，判別するかを決定す
る。撮像信号をどのように処理，判別するかを表わす情
報（以下、パターン判別情報または単に判別情報ともい
う。）は、例えばＡ₁〜Ａ_n，Ｂ₁〜Ｂ_n，Ｃ₁〜Ｃ_n，Ｄ₁
〜Ｄ_nの如くメモリ８に記憶されており、このうちの所
望のものが情報選択回路７を介して読み出され、パター
ン判別回路４の所定部分に与えられる。なお、Ａ（Ａ₁
〜Ａ_n）は撮像信号を２値化するためのしきい値レベル
情報、Ｂ（Ｂ₁〜Ｂ_n）は撮像画面内のパターン基準位置
情報、Ｃ（Ｃ₁〜Ｃ_n）はウインドウ情報、Ｄ（Ｄ₁〜
Ｄ_n）は判定基準情報である。

一方、パターン判別回路４では、カメラ選択回路３を介
して選択された撮像信号を２値化回路４１にて適当なレ
ベルに増幅し２値化することにより２値化画像を作成す
るが、このときの２値化しきい値情報Ａが情報選択回路
７１を介して２値化回路４１に与えられる。この２値化
画像は画面分割回路４２により所定数の画素に分割され
て画像メモリ４３に記憶されるとともに、撮像画面内に
おけるパターンの２次元座標位置が画像位置検出回路４
４により検出される。この位置データはウインドウ発生
回路４５に与えられ、これによりウインドウの発生タイ
ミングが補正される。つまり、対象パターンの観測領域
を表わすウインドウ情報Ｃが情報選択回路７３を介して
ウインドウ発生回路４５に与えられるが、この情報は撮
像画面の所定の点を基準にして与えられる。しかるに、
画像位置検出回路４４を介して検出されるパターン位置
は一般に変動するので、これにもとづいてウインドウの
発生位置を補正（位置の正規化）しなければならない。
このため、位置検出・補正回路４４に対して基準となる
位置情報Ｂを与え、この情報と検出回路４４との比較か
ら補正量を求めてウインドウ情報を補正するようにす
る。なお、上述したパターン判別情報のうち、パターン
基準位置情報Ｂ（Ｂ₁〜Ｂ_n）は、例えば、Ｘ座標，Ｙ座
標の二次元座標で表されるカメラ視野領域内において、
パターンが所定の位置にあるときの該パターン画像のＸ
座標方向の最小値，Ｙ座標方向の最小値という形で、パ
ターンの基準位置を代表するものとしてメモリ８２に記
憶されている。

したがって、予め設定したパターンの基準位置の座標値
が（Ａ，Ｂ）、このパターンを撮像して求めた実際の基
準位置の座標値が（ａ，ｂ）であったとすると、位置ず
れ量（α，β）は、 α＝Ａ−ａ β＝Ｂ−ｂとして求めることができ、この位置ずれ量を上記検出回
路４４（本願発明でいう位置補正・検出手段に相当）か
らウインドウ発生回路４５へ補正量として与えれば、実
際のパターンの位置ずれ量に従ってウインドウの設定位
置を補正することができる。ウインドウ発生回路４５か
らの出力と、画像メモリ４３からの出力とはアンドゲー
ト４６にて論理積がとられ、これによつて特徴抽出回路
４７では所定形状のウインドウ領域内における面積値等
の特徴量データが計測される。なお、この特徴抽出回路
４７は公知の如く二次元局部メモリ，二次元局部演算回
路およびカウンタ等により構成することができる。こう
して得られる部分的な特徴データは、メモリ４８に記憶
される。判別回路４９は、メモリ４８からのデータを、
情報選択回路７４を介して与えられる判定基準データと
比較し、その判別結果を出力する。

ＴＶカメラとパターン判別情報との組み合わせについて
は、次表の如く種々の場合が考えられる。

表のケースＩはＴＶカメラ番号ｉと、判別情報Ａ_i〜Ｄ_i
とをまとめて対応させる例であり、同じくケースIIは同
じテレビカメラで互いにその判別情報を変えてパターン
判別を行なう例であり、またケースIII〜VIIはテレビカ
メラ番号ｎと、判別情報Ａ_i，Ｂ_j，Ｃ_k，Ｄ_lとを個別に
対応させる例である。例えば、表のケースIVとＶの如く
１つの対象パターンについて、少なくともその２値化レ
ベルを変えて数回その処理を繰り返すことにより、最適
値でパターン判別することが可能となり、また、ケース
ＶとVIの場合のように位置情報Ｂを変えたり、前回の補
正値を流用したりすることが可能となる。

また、表のケースＩの如くＴＶカメラと判別情報とを組
み合わせるとともに、前述の如き選択信号の１つ（Ｓ）
を用いて次のようにすることができる。

例えば、第１図の如くカメラ２Ｌ〜２Ｎが或る搬送ライ
ンに対応して設けられている場合に、カメラ２Ｌ〜２Ｎ
のいずれかの視野に対象パターンが入つた時点からパタ
ーン判別を開始し、以後は所定の順序でパターン判別を
行なうとともに、各判別結果を記憶しておくようにすれ
ば、１つの対象物パターンについて各種の判別結果が得
られるので、これらを総合してその判定を行なうことが
可能となる。つまら、１つの対象パターンを複数の領域
に分割して判別することができるので、１つの撮像装置
からの信号にもとづいて判別を行なう場合に比べてその
画像分解能が向上し、これによつて高精度のパターン判
別が可能となるものである。なお、この場合の選択信号
Ｓとしては、例えば搬送ラインの所定位置に設けられた
センサからの出力を用いることができる。このとき、セ
ンサとしては１つ設けておき、その出力により順次ＴＶ
カメラを切り換えるようにするか、またはセンサをＴＶ
カメラと対応させて所定個数設けておき、センサ出力毎
にＴＶカメラを切り換えるようにすることができる。

さらに、表のケースIIIとIVの場合の如く、ウインドウ
情報Ｃと判定基準情報Ｄとを変えることにより、１つの
対象パターンに対してウインドウを連続して発生させ、
その特徴抽出をより効果的に行なうことも可能である。
以下、第２図を参照してもう少し詳しく説明する。な
お、第２図はウインドウの発生態様を説明するための説
明図である。

まず、表のケースIIIに示す如く、対象パターン画像Ｐ₅
を２値化しきい値Ａ₅により２値化し、その２値化画像
について基準位置情報Ｂ₅を用いて位置補正を行なう。
さらに、ウインドウ情報Ｃ₅を用いて特徴抽出を行な
い、この特徴抽出データ毎に判別基準情報Ｄ₅と比較し
てパターン判別を行なう。このとき、ウインドウ情報に
よつて、例えば第２図（イ）の如きウインドウＷ１，Ｗ
２が形成されるものとすれば、このウインドウを介して
得られる画像データについてのみパターン判別が行なわ
れることになる。また、２値化しきい値Ａ₅を設定して
取り出された画像データは、画像メモリ（第１図の符号
４３参照）に格納されているので、これに対して第２図
（ロ）の如きウインドウＷ３を設定して画像の特徴を抽
出し、そのパターン判別を行なうことのできる。このと
きの判別情報としては、表のケースIVに示されるように
ウインドウ情報はＣ₆であり、判定基準情報はＤ₆であ
る。これらの処理を外部から与えられる所定の信号を用
いて連続的に行なうことにより、第２図（ハ）の合成画
面のようにウインドウＷ１，Ｗ２，Ｗ３を連続的に形成
してパターン判別ができることになる。なお、判別結果
は２つの結果を合わせたものとなることは云う迄もな
く、また、組み合わせるウインドウの数も２つに限定さ
れないのは勿論である。

こうすることにより、１つの画像パターンについて複数
のウインドウを設定することが可能となり、判別の多様
化および精度の向上に寄与するものである。また、かか
る機能を実現するに当たつてウインドウ発生回路４５，
アンドゲート４６，特徴抽出回路４７および特徴データ
メモリ４８はそれぞれ１回路であり、したがつて、装置
が大型となつて高価格となる弊害も避けられることにな
る。

ところで、ＴＶカメラからの撮像信号は、対象物の表面
状態または照明条件等により部分毎にそのレベルが異な
るのが普通である。しかるに、従来は１つの２値化しき
い値により対象パターンを２値化するようにしているた
め、画面視野内における撮像信号の部分的変化に対応で
きず、このため、その後段にて行なわれる特徴抽出処理
に少なからず影響を及ぼしている。つまり、１つの対象
パターンについて、１つの２値化レベルを設定するだけ
では必ずしも安定した画像情報を得ることができない、
という問題がある。

第３図はかかる観点にもとづいてなされた、この発明の
他の実施例を示す構成図である。同図において、４０１
は２値化回路４１および２値レベルデータラツチ回路Ｌ
１からなる２値化部、４０２は画像の分割および記憶回
路４０，２値化信号選択回路ＳＥおよび２値化チヤネル
データラツチ回路Ｌ２からなるチヤネルデータ選択部、
４０３は座標データ発生回路Ｇ１，ウインドウ発生部Ｇ
２およびウインドウデータラツチ回路Ｌ３からなるウイ
ンドウ形成部、４０４はウインドウ領域メモリ回路Ｍ３
および２値化チヤネルメモリ回路Ｍ２からなるメモリ
部、Ｍ１は２値化レベルメモリ回路、ＭＣはメモリ制御
回路であり、２１〜２Ｎはテレビカメラ、３はカメラ選
択回路、４６はアンドゲートである。すなわち、この実
施例は、端的には複数チヤネルの２値化回路を設け、こ
れらのうちの所望のものを少なくともウインドウ毎に選
択することにより、安定した画像情報を得ることができ
るようにしたものである。

以下、第３図の動作について第４図および第５図も参照
して説明する。ここに、第４図はウインドウの発生態様
を説明するための説明図、第５図はウインドウ情報を説
明するための説明図である。

カメラ選択回路３を介して選択されるＴＶカメラ２１〜
２Ｎからの各撮像信号は、２値化部４０１に与えられ
る。２値化部４０１は複数の２値化回路４１を有し、各
チヤネル毎に２値化しきい値が２値化レベルメモリ回路
Ｍ１および２値化レベルデータラツチ回路Ｌ１を介して
設定される。したがつて、ＴＶカメラ２１〜２Ｎからの
各撮像信号は各チヤネル毎に２値化され、この２値化画
像情報が各チヤネル対応に設けられた画面の分割および
記憶回路４０にそれぞれ記憶される。

ここで、例えば第４図の如き形状のウインドウＷ４〜Ｗ
７を形成するためには、ウインドウ領域メモリＭ３に対
して第５図（ロ），（ハ）の如く、画面上でウインドウ
を開くべき水平方向の座標位置データｘ_u1〜ｘ_uiと、同
じく閉じるべき座標位置データｘ_d1〜ｘ_diとをテレビ信
号のラスタＲ１，Ｒ２……毎に格納しておくことが必要
である。なお、第４図のＰＭはモニタ画面であり、画面
ＰＭ内の「〇」印はウインドウを開くべき点ＯＰを、同
じく「×」印はウインドウを閉じるべき点ＣＬをそれぞ
れ示している。そして、これらのウインドウ情報に対し
て、第５図（イ）の如くメモリ回路Ｍ２の２値化チヤネ
ル情報ｙ₁〜ｙ_iを与えることにより、ウインドウＷ４〜
Ｗ７毎またはラスタＲ１，Ｒ２毎に２値化しきい値レベ
ルを指定することができる。なお、第５図に示されるデ
ータｚ₁〜ｚ_iは、垂直方向の切り換えを行なうためのデ
ータである。ウインドウ情報はテレビスキヤンの水平，
垂直信号と同期して発生されるが、このときメモリ制御
回路ＭＣでは、ウインドウ情報（ウインドウ開座標デー
タｘ_u1〜ｘ_ui，ウインドウ閉座標データｘ_d1〜ｘ_di）を
順次ウインドウデータラツチ回路Ｌ３に送り、この座標
データと、位置補正信号ＰＤにより正規化された座標デ
ータ発生回路Ｇ１からのデータとにより、ウインドウ発
生部Ｇ２を介してウインドウの発生を行なう。これと同
時に、メモリ制御回路ＭＣは２値化チヤネル情報ｙ₁〜
ｙ_iもウインドウ情報と同様にして２値化チヤネルデー
タラツチ回路Ｌ２に送り、２値化信号選択回路ＳＥを介
して所定の２値化画像データの１つを選択する。以後
は、アンドゲート４６にてこれらの信号の論理積をとる
ことにより、第１図と同様にウインドウ毎の特徴抽出が
行なわれる。こうすることにより、対象物の表面状態ま
たは照明条件の如何にかゝわらず、安定した特徴抽出を
行なうことができる。

なお、上記では１つの対象パターンについて考えたが、
このような操作を各対象パターンについて行なうことに
より、複数の対象パターンに対しても適用することが可
能となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、以下の如き効果を期待することがで
きる。

１）従来のパターン判別回路に対し、各種判別情報用メ
モリおよびその情報選択回路と、複数台のテレビカメラ
およびその切換回路とを付加してこれらを任意に切換え
る方式としたことにより、複数パターンの異なる基準に
もとづく判別を小型の装置で、しかも高速に行なうこと
ができる。

２）複数台のテレビカメラを接続して撮像信号の切換選
択を可能としたことにより、複数の検査ステーシヨン
（検査ライン）に適用することができるばかりでなく、
立体的な対象物を様々の視野角度から検査することが可
能となる。

３）複数台のＴＶカメラを接続するとともに、各種のパ
ターン判別情報を記憶しておき、これらを適宜に選択可
能としたことにより、所定の選択指令を与えて多品種，
多種パターンの判別処理を行なうことができる。また、
品種の変更やラインの切換による設定値の変更が容易と
なり、したがつて、ＦＡ（Ｆactory Ａutomation）化
および多品種混在ラインへの適応が可能となる。さら
に、１つの対象物について複数のＴＶカメラを介して画
像パターンを得、そのそれぞれでパターン判別情報を選
択してパターン判別処理を行ない、個々の結果を総合し
て総合判定が可能となるので、分解能および判別精度の
向上を図ることができる。

４）多種類のパターン判別情報をそれぞれ複数個用いる
ようにしたので、１つの対象パターンについてウインド
ウを連続的に形成させたり、あるいは１つの対象パター
ンについて２値化しきい値を変えたり、さらには位置補
正について前回のデータを流用する等の個々の判別情報
毎の選択や、画面毎に前回と今回のパターン判別結果を
組み合わせてパターン判別することができるので、複数
の対象パターンについて安定で精度の高いパターン判別
処理が可能となる。

５）２値化回路を複数チヤネル設け、１つの対象パター
ンに対して少なくともウインドウ毎に２値化レベルを選
択し得るようにしたので、対象物の形状や同一対象物の
照明による撮像信号レベルの部分的変動に対応すること
が可能となり、その結果、パターン判別の精度および安
定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図はウイ
ンドウの形成方法を説明するための説明図、第３図はこ
の発明の他の実施例を示す構成図、第４図はウインドウ
の発生態様を説明するための説明図、第５図はウインド
ウ情報を説明するための説明図である。符号説明１１，１２……対象パターン、２１〜２Ｎ……テレビカ
メラ、３……カメラ選択回路、４……パターン判別回
路、５……パネル設定部、６……情報選択制御回路、７
（７１〜７４）……情報選択回路、８（８１〜８４）…
…情報メモリ、４１……２値化回路、４２……画面分割
回路、４３……画像メモリ、４４……画像位置検出・補
正回路、４５……ウインドウ発生回路、４６……アンド
ゲート、４７……特徴抽出回路、４８……特徴データメ
モリ回路、４９……判別回路、４０……画像の分割およ
び記憶回路、４０１……２値化部、４０２……チヤネル
データ選択部、４０３……ウインドウ形成部、４０４…
…メモリ部、Ｌ１〜Ｌ３……ラツチ回路、Ｍ１〜Ｍ３…
…メモリ回路、ＭＣ……メモリ制御回路、Ｇ１……座標
データ発生回路、Ｇ２……ウインドウ発生部

フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−189781（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−68880（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−57975（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−189783（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−60571（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−37410（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる角度から対象パターンを撮像
する複数の撮像手段と、所定の指示にもとづいて該撮像
手段を順次選択する選択手段と、選択された撮像信号を
所定のしきい値レベルで２値化する２値化手段と、撮像
画面における対象パターンの相対的位置を検出しこれの
所定基準位置からの補正量を求める位置検出・補正手段
と、該補正量にもとづいて所定のウインドウ情報を修正
して２値化画像の観測領域（ウインドウ）を形成するウ
インドウ形成手段と、該ウインドウ内で対象パターンの
画像特徴量を抽出しこれを所定の判定基準と比較してそ
の判別を行なう判別手段と、前記２値化しきい値，基準
位置，ウインドウおよび判定基準の各情報をそれぞれ複
数種類ずつ記憶する記憶手段と、該記憶された個々の情
報を所定の指示にもとづいて読み出し対応する前記各手
段に与える情報分配手段と、該情報分配手段および前記
選択手段に対してそれぞれ所定の指示を与える指示手段
とを備え、前記撮像手段と判定のための各種情報とを適
宜に組み合わせて対象パターンの判別を行なうことを特
徴とするパターン判別装置。
【請求項２】前記指示手段を介して撮像手段の選択順序
を指示することにより、所定の順序で対象パターンの判
別を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載のパターン判別装置。
【請求項３】前記ウインドウ情報を適宜に組み合わせる
ことにより１つの対象パターンに対して複数の異なるウ
インドウ領域を連続して形成することを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記載のパタ
ーン判別装置。
【請求項４】前記２値化手段を複数チャンネル設けるこ
とにより、１つの対象パターンについて少なくともウイ
ンドウ毎に異なる２値化レベルを設定して２値化画像の
抽出を可能にすることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいずれかに記載のパターン判別装置。