JPH0634233B2 - 階層化構造的テンプレ−ト・マッチング方法 - Google Patents

階層化構造的テンプレ−ト・マッチング方法

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JPH0634233B2
JPH0634233B2 JP62128835A JP12883587A JPH0634233B2 JP H0634233 B2 JPH0634233 B2 JP H0634233B2 JP 62128835 A JP62128835 A JP 62128835A JP 12883587 A JP12883587 A JP 12883587A JP H0634233 B2 JPH0634233 B2 JP H0634233B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像処理装置に係り、とくに階層化構造的テ
ンプレート・マッチング方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、テンプレートのマッチング方法としては、テンプ
レートを入力画像(以下、「画像」という)内の候補点
領域全体にわたって1画素ずつずらしながら、それぞれ
の位置において1画素単位の解像度でテンプレートと画
像間の一致度を算出し、一致度が最大となる候補点の位
置を求める方法をとっている。
ところで、本発明者は先に提案した特願昭62−447
80号発明の名称・階層化構造的テンプレート・マッチ
ング方法を開発している。
この先行例は、大きさが異なる複数のテンプレート領域
を階層化構造的に使用し、マッチングを段階的に行なう
とともに、マッチングの各階段における処理データ両が
一定になるように、テンプレート領域の大きさに応じて
テンプレート領域および入力画像の解像度を変化させて
マッチングするテンプレート・マッチング方法である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の階層化構造的テンプレート・マッチング方法にお
ける最終段階以外のマッチングでは、サンプリング・レ
ートが粗いため、一致度が最大である候補点の近傍に真
の一致点が存在しない場合がある。
ところが、一致度が最大である候補点を基準に、次段階
の候補点領域が常に設定されてしまうので、この場合、
次段階以降のマッチングは無意味となる場合がある。
ここで、真の一致点とは、サンプリング・レートを1画
素単位として、テンプレート領域を、候補点領域内で1
画素ずつずらしながらマッチングを行なったときに、一
致度が最大となる候補点である。
ここにおいて、本発明は、従来例の難点を克服し、階層
化構造的テンプレート・マッチング方法の各マッチング
段階での候補点を適当に設定し、最終的に真の一致点を
確実に検出できる階層化構造的テンプレート・マッチン
グ方法を提供することを、その目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するための手段として、対象入
力画像とテンプレート画像とのマッチングを複数段階に
分けて行ない、しかも、各段階毎に、テンプレート画像
の大きさ、サンプリングレート、及び候補点領域を次第
に小さくしていく階層化構造的テンプレート・マッチン
グ方法において、全段階数をNとし、第1段階から第
(N−1)段階までの各段階を第M段階と表した場合
に、予め与えられている入力画像とテンプレート画像と
の真の一致点を中心にして±2N-M-1画像の正方形領域
内で両画像を1画素ずつずらして予備マッチングを行な
い、この予備マッチングにより得られた一致度のうち最
低値を第M段階でのマッチングに用いる閾値Tに設定
しておき、第1段階では、予め与えられた候補点領域内
におけるサンプリングレート2N-1により定まる各位置
毎に対象入力画像とテンプレート画像とのマッチングを
行なうと共に、そのときの一致度が閾値T以上である
位置のみを第2段階でのマッチングの基準位置として指
定し、第2段階から第(N−1)段階までの各段階で
は、前段階で指定された基準位置を中心として±2N-M
画素の正方形領域内を候補点領域とし、この領域内でサ
ンプリングレート2N-Mにより定まる各位置毎にマッチ
ングを行うと共に、そのときの一致度が閾値T以上で
ある位置のみを次段階でのマッチングの基準位置として
指定し、第N段階では、第(N−1)段階で指定された
基準位置を中心として±1画素の正方形領域内の全ての
位置でマッチングを行ない、そのときの一致度が最大と
なる位置を真の一致点と判別する、ことを特徴とするも
のである。
(作用) 上記構成において、入力画像とテンプレート画像とが完
全に一致する点すなわち真の一致点が予めわかっている
場合に、この真の一致点の周辺の領域内で両画像を一画
素ずつずらした各位置において予備マッチングを行い、
そのとき得られた一致度のうち最低値を閾値Tに設定
する。この閾値は第1段階から第N段階までの各段階毎
に設定される。また、予備マッチングが行なわれる領域
は段階数が大きなものほど小さくなる。
上記のように、予備マッチングに基き各段階で用いられ
る閾値Tが設定された後、対象入力画像とテンプレー
ト画像とのマッチングが行なわれる。
第1段階では、予め決められている候補点領域内で2
N-1画素毎のサンプリングレートでマッチングが行なわ
れ、閾値T以上の一致度が得られた位置のみが第2段
階での基準位置として指定される。
第2段階から第(N−1)段階までの各段階では、前段
階で指定された基準位置を中心にした周辺位置であっ
て、各段階所定のサンプリングレートにより定まる位置
のみにおいてマッチングが行なわれ、そのときの一致度
が閾値T以上となる位置が次段階でのマッチングの基
準位置に指定される。
このようにして、次第に真の一致点が存在する範囲が絞
り込まれていき、第N段階すなわち最終段階では、前段
階で指定された基準位置を中心として±1画素の正方形
領域内の全ての位置、つまり9個所の位置でマッチング
が行なわれ、最大一致度が得られる位置が真の一致点と
判別される。
(実施例) 以下、本発明の実施例を第1図乃至第2図に基き説明す
る。第1図は本実施例における予備マッチング領域と、
サンプリングレートによって定まる位置との関係を示す
説明図である。
いま、全段階数をNとし、第1段階から第(N−1)段
階までの各段階を第M段階として表わすことにすると、
位置101〜112はサンプリングレート2N-Mにより
定まる位置である。そして、位置106がテンプレート
領域の設定位置であるとすると、予備マッチング領域1
1の大きさは、位置106を中心に±2N-M-1画素の範
囲の領域となる。
第2図は、全段階数を4とした場合(N=1)の、第
1,第2,第3段階(M=1,2,3)における予備マ
ッチング領域の大きさを示した説明図である。ここで、
位置501は第1図における位置106と同じ位置であ
る。
次に全段階数を4とした場合の、第1乃至第3段階にお
ける予備マッチング、及びその後に行なわれる第1乃至
だいっ段階におけるマッチングについて説明する。
第3図は、本実施例における入力画像1と、各段階での
テンプレート画像の大きさとの関係を示す説明図であ
る。この図において、10,20,30,40は、それ
ぞれ、第1,第2,第3,第4段階で用いられるテンプ
レート領域1,2,3,4を有する各テンプレートを示
している。
いま、テンプレートの作成のため、および、予備マッチ
ングのために入力された画像1の各領域から、テンプレ
ート10,20,30,40が切り出されており、各テ
ンプレートの画像パターンは、入力画像1の画像パター
ンと完全に一致しているものとする。
すると、第1段階での予備マッチングは次のように行な
われる。すなわち、いま、テンプレート10の左上コー
ナ部は、第2図の位置501にあり、入力画像と完全に
一致しているが、この左上コーナ部を9×9=81個の
全ての画素に位置させたときの一致度を全て測定する。
そして、この81個の値のうちの最低値を、第1段階の
マッチング時に使用する閾値Tとして設定しておく。
同様に、第2、第3段階での予備マッチングも、位置5
01を中心にした、5×5=25個、及び3×3=9個
の全ての画素の位置において行なわれ、各段階における
最低一致度の値が、第2、第3段階のマッチング時に使
用する閾値T,Tとして設定される。
このように、予備マッチングが行なわれ、閾値T,T
,Tが設定された後、第1段階から順次対象とする
入力画像とテンプレート画像とのマッチングが行なわれ
る。
続いて、本来の目的(対象の位置決め等)のためのマッ
チングを行う対象となる画像1を入力する。当然なが
ら、この画像は、ワークの移動等により、一般的に、予
備マッチングの際に入力した画像画像とは異なってい
る。
第1段階の候補点領域として、第3図のテンプレート1
0の左上コーナ部位置501を中心とした25画素×2
5画素の正方形領域が事前に与えられているものとす
る。
第4図は、第3図において斜線で示した第1段階の候補
点領域(25画素×25画素)を示したものである。第
1段階でのサンプリングレートは24-1=2=8画素
であるから、図示するように、16カ所の位置101
1,1012,1013,…,1042,1043,1
044が候補点として定まることになる。そして、これ
ら16個所においてマッチングを行なって、そのときの
一致度を求め、この一致度が閾値T以上であるか否か
を判別する。
いま、位置1022,1033の2点における一致度の
みが閾値T以上であったとすると、これは、この2点
の位置付近に真の一致点が存在していることを意味して
いる。したがって、この2点が第2段階での基準位置と
して指定されることになる。
第5図は、第2段階におけるマッチングについての説明
図である。第4図において指定された基準位置102
2,1033は、第5図においては、それぞれ位置20
33,2054として示されている。
この第2段階における候補点領域の大きさは、基準位置
を中心として、±24-2=±4画素の範囲である。した
がって、位置2033,2054をそれぞれ中心とした
9×9=81個の画素の範囲内で、4画素のサンプリン
グレートによって定まる位置2022,2032,20
41,2023,2033,2042,2024,20
34,2043,2053,2063,2044,20
54,2064,2045,2055,2065の17
点においてマッチングが行なわれる。
そして、このような17個所の位置においてマッチング
が行なわれた結果、上記の閾値T以上となつた位置の
みが、次の第3段階における基準位置として指定され
る。第5図に示した例では、2022,2054,20
65の3つの位置が基準位置として指定されている。
第6図は、第3段階におけるマッチングについての説明
図である。第5図において指定された基準位置202
2,2054,2065は、第6図においては、それぞ
れ位置3033,3066,3088として示されてい
る。
この第3段階における候補点領域の大きさは、基準位置
を中心として、±24-3=±2画素の範囲である。した
がって、位置3033,3068,3088をそれぞれ
中心とした5×5=25個画素の範囲内で、2画素のサ
ンプリングレートによって定まる位置3022,303
2,3042,3023,3033,3043,302
4,3034,3044,……,3079,3089,
3088の26点においてマッチングを行なう。
そして、このような26個所の位置においてマッチング
を行った結果、上記の閾値T以上となつた位置のみ
が、次の第4段階すなわち最終段階における基準位置と
して指定される。第6図に示した例では、3033,3
066,3077の3つの位置が基準位置として指定さ
れている。
第7図は、第4段階におけるマッチングについての説明
図である。第6図において指定された基準位置303
3,3066,3077のうち、位置3066に対応す
る位置が位置4001として示されている。
この第4段階では、第3段階で指定された基準位置を中
心とした±1画素の正方形領域内の全ての位置でマッチ
ングが行なわれる。そして、そのときに最大一致度が得
られる位置が真の一致点と判別される。図示の例では、
位置4001が真の一致点となっている。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、予備マッチングに基き
閾値を設定した後、所定のサンプリングレートで散在す
る所定の位置においてマッチングを行い、閾値をクリア
した位置のみの周辺を真の一致点が存在する可能性があ
る領域とみなして、マッチングを行う領域を段階的に絞
り込む構成としたので、少ないマッチング回数で確実に
真の一致点を求めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における予備マッチング領域
と、サンプリングレートによって定まる位置との関係を
示す説明図、第2図は本発明の実施例における各段階で
の予備マッチング領域を示す説明図、第3図は本発明の
実施例における入力画像と各段階でのテンプレート画像
の大きさとの関係を示す説明図、第4図乃至第7図はそ
れぞれ本発明の実施例における第1段階乃至第4段階に
おけるマッチングの内容についての説明図である。 1……入力画像、11……予備マッチング領域、101
〜112……サンプリングレートに基く位置、2N-M
…サンプリングレート、2N-M-1……予備マッチング領
域における基準位置から端までの距離、N……全段階
数、M……現段階を示す数。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対象入力画像とテンプレート画像とのマッ
    チングを複数段階に分けて行ない、しかも、各段階毎
    に、テンプレート画像の大きさ、サンプリングレート、
    及び候補点領域を次第に小さくしていく階層化構造的テ
    ンプレート・マッチング方法において、 全段階数をNとし、第1段階から第(N−1)段階まで
    の各段階を第M段階と表した場合に、 予め与えられている入力画像とテンプレート画像との真
    の一致点を中心にして±2N-M-1画素の正方形領域内で
    両画像を1画素ずつずらして予備マッチングを行ない、
    この予備マッチングにより得られた一致度のうち最低値
    を第M段階でのマッチングに用いる閾値Tに設定して
    おき、 第1段階では、予め与えられた候補点領域内におけるサ
    ンプリングレート2N-1により定まる各位置毎に対象入
    力画像とテンプレート画像とのマッチングを行なうと共
    に、そのときの一致度が閾値T以上である位置のみを
    第2段階でのマッチングの基準位置として指定し、 第2段階から第(N−1)段階までの各段階では、前段
    階で指定された基準位置を中心として±2N-M画素の正
    方形領域内を候補点領域とし、この領域内でサンプリン
    グレート2N-Mにより定まる各位置毎にマッチングを行
    うと共に、そのときの一致度が閾値T以上である位置
    のみを次段階でのマッチングの基準位置として指定し、 第N段階では、第(N−1)段階で指定された基準位置
    を中心として±1画素の正方形領域内の全ての位置でマ
    ッチングを行ない、そのときの一致度が最大となる位置
    を真の一致点と判別する、 ことを特徴とする階層化構造的テンプレート・マッチン
    グ方法。
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