JPH07121711A - パターン・マッチングにおける正規化相互相関の相関値補正装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正規化相互相関を利用したパターン・マッチ
ングにおけるマッチングの輝度を向上させる。 【構成】 モデル画像の輝度の平均値に，入力画像の標
準偏差とモデル画像の標準偏差との標準偏差比率αが乗
じられ補正モデル画像平均値が算出される。残差平均値
算出回路14において入力画像の輝度の平均値から補正モ
デル画像平均値が減算され，残差平均値βが算出され
る。この残差平均値βが大きいほど大きな補正量によっ
て，正規化相互相関算出回路13において算出された相関
値ＣＣが小さくなるように相関値補正回路15Ａにおいて
補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は，パターン・マッチングにおけ
る正規化相互相関の相関値補正装置および方法に関す
る。

【０００２】

【背景技術】画像の中の特定の対象物を検出する方法と
してパターン・マッチングがある。このパターン・マッ
チングの１つの方法として正規化相互相関がある。正規
化相互相関の相関値は，特定の対象物を検出するための
標準となるモデル画像と入力画像の一部または全部の画
像とが完全に一致したときに１となり，モデル画像と入
力画像とが完全に不一致のとき（濃淡が反転したパター
ンのとき）に−１となる。正規化相互相関の相関値の値
があるしきい値以上となればモデル画像と入力画像また
はその一部の画像とがマッチングしたと判断される。

【０００３】正規化相互相関は，照明条件の変化などに
よって入力画像のコントラストがモデル画像のコントラ
ストと異なっても正しいマッチングを行なうことができ
るという利点を有している。

【０００４】しかし，正規化相互相関を利用したパター
ン・マッチングでは，入力画像とモデル画像とが同じ反
射率分布をもつ対象物から撮像されたときには，正規化
相互相関の相関値が１となるが，正規化相互相関の相関
値が１だからといって入力画像とモデル画像とが同じ反
射率分布をもつ対象物から撮像されたものとは限らない
という問題がある。また，正規化相互相関は入力画像の
コントラストが低くてもマッチングすることから入力画
像中の特定の部分とその背景とのコントラストがほとん
どなく一見一様に見えるパターンであっても，入力画像
中の記号を表わす信号波形とモデル画像中の記号を表わ
す信号波形とが偶然似ていれば高い相関値となるという
問題もある。

【０００５】以上のことを数式を用いて具体的に説明す
ると次のようになる。

【０００６】図17(A) は入力画像Ｉ(i) を，図17(B) は
モデル画像Ｍ(i) をそれぞれ示している。入力画像Ｉ
(i) はｘ軸方向Ｉ_x ，ｙ軸方向Ｉ_y の大きさからなり，
モデル画像Ｍ(i) はｘ軸方向Ｍ_x ，ｙ軸方向Ｍ_y の大き
さからなっている。ここでｉは画素の位置，ｎは画素数
を表わしている。

【０００７】式１は正規化相互相関の相関値ＣＣの２乗
ＣＣ² を求める式である。ｎはＭ_x×Ｍ_y で表わされ
る。

【０００８】

【数１】

【０００９】ここで，反射率分布Ｆ(i) の被写体を撮影
することにより得られる入力画像Ｉ(i) は式２によって
表わされる。式２においてａ_I は被写体への入射光強度
に比例する変数，ｂ_I は撮影するカメラのオフセット電
圧によって定まる定数である。

【００１０】

【数２】 Ｉ(i) ＝ａ_I Ｆ(i) ＋ｂ_I …式２

【００１１】またモデル画像Ｍ(i) も同じ反射率分布Ｆ
(i) をもつ被写体によって得られたものとすると，モデ
ル画像Ｍ(i) は式３によって表わされる。式３において
ａ_mはａ_I と同様に被写体への入射光強度に比例する変
数，ｂ_m はｂ_I と同様に撮影するカメラのオフセット電
圧によって定まる定数である。

【００１２】

【数３】 Ｍ(i) ＝ａ_m Ｆ(i) ＋ｂ_m …式３

【００１３】式２および式３を用いて入力画像Ｉ(i) は
式４のように変形できる。

【００１４】

【数４】 Ｉ(i) ＝αＭ(i) ＋β …式４

【００１５】但し，α，βは式５および式６のように置
く。

【００１６】

【数５】 α＝ａ_I ／ａ_m …式５

【００１７】

【数６】 β＝ｂ_I −（ａ_I ／ａ_m ）ｂ_m …式６

【００１８】またｂ_m とｂ_I は撮像カメラが同一ならば
等しいから式７が成立する。

【００１９】

【数７】 ｂ_m ＝ｂ_I …式７

【００２０】ここで，式１は正規化処理が含まれている
ため，式４が成立するとき，α，βの値にかかわらず正
規化相互相関の相関値は常に１となる。したがって同じ
反射率分布Ｆ(i) から得られた入力画像Ｉ(i) とモデル
画像Ｍ(i) との正規化相互相関値は常に１となる。

【００２１】しかし，式４が成立するとき，α，βの値
にかかわらず正規化相互相関の相関値は常に１となる
が，式５および式６または式７が成立しない場合でも式
４が成立する場合がある。すなわち，正規化相互相関の
相関値が１だからといって式５および式６または式７が
成立しなければ，入力画像Ｉ(i) とモデル画像Ｍ(i) と
は同じ反射率分布をもつ対象物から得られた画像とはい
えないこととなり，入力画像とモデル画像とが同じ反射
率でないのに高い相関値となることがある。

【００２２】

【発明の開示】この発明は，正規化相互相関の相関値を
用いたパターン・マッチングにおいて，マッチングの精
度を高めることを目的とする。

【００２３】第１の発明によるパターン・マッチングに
おける正規化相互相関の相関値補正装置は，撮影によっ
て得られる入力画像とのパターン・マッチングを行なう
ための標準となるモデル画像を表わすモデル画像データ
をあらかじめ記憶する記憶手段，上記入力画像を表わす
入力画像データと上記記憶手段に記憶されている上記モ
デル画像データとの正規化相互相関の相関値を計算する
相互相関値算出手段，上記相互相関値算出手段によって
計算された上記相関値が所定しきい値以上の場合に，入
力画像の輝度の平均値から，上記入力画像の輝度の標準
偏差と上記モデル画像の輝度の標準偏差との標準偏差比
率をモデル画像の輝度の平均値に乗じて得られる補正モ
デル画像輝度平均値を減算して残差平均値を算出する残
差平均値算出手段，および上記残差平均値算出手段によ
って算出された上記残差平均値が大きいほど大きな補正
量を用いて，上記残差平均値が小さいほど小さな補正量
を用いて上記相互相関値算出手段によって計算された上
記相関値が小さくなるように補正する補正手段を備えて
いることを特徴とする。

【００２４】第１の発明によるパターン・マッチングに
おける正規化相互相関の相関値補正方法は，撮影によっ
て得られる入力画像とのパターン・マッチングを行なう
ための標準となるモデル画像を表わすモデル画像データ
をあらかじめ記憶しておき，上記入力画像を表わす入力
画像データと，あらかじめ記憶されている上記モデル画
像データとの正規化相互相関の相関値を計算し，計算さ
れた上記相関値が所定しきい値以上の場合に，入力画像
の輝度の平均値から，上記入力画像の輝度の標準偏差と
上記モデル画像の輝度の標準偏差との標準偏差比率をモ
デル画像の輝度の平均値に乗じて得られる補正モデル画
像輝度平均値を減算して残差平均値を算出し，算出され
た上記残差平均値が大きいほど大きな補正量を用いて，
上記残差平均値が小さいほど小さな補正量を用いて，計
算された上記相関値が小さくなるように補正することを
特徴とする。

【００２５】入力画像とモデル画像とが同じ反射率分布
をもつ対象から得られたときは，入力画像の輝度の標準
偏差とモデル画像の輝度の標準偏差との標準偏差比率を
モデル画像の輝度の平均値に乗じて得られる補正モデル
画像輝度平均値と，入力画像の輝度の平均値との差（残
差平均値）は無いが，モデル画像と入力画像の正規化相
互相関値が１であってもモデル画像と入力画像とが異な
る反射率分布をもつ対象から得られたときは入力画像の
輝度の標準偏差とモデル画像の輝度の標準偏差との標準
偏差比率をモデル画像の輝度の平均値に乗じて得られる
補正モデル画像輝度平均値と，入力画像の輝度の平均値
との差が生じる。

【００２６】この残差平均値は，入力画像とモデル画像
との反射率分布が同じ場合は小さく，異なる場合には大
きくなる。

【００２７】第１の発明によると上記残差平均値が大き
いほど大きな補正量を用いて，上記残差平均値が小さい
ほど小さな補正量を用いて，計算された相関値が小さく
なるように補正される。したがって，入力画像とモデル
画像とが異なる反射率分布をもつ対象から得られたとき
には相関値が基準値（たとえば１）とならず，相関値の
信頼性が向上し，高精度のパターン・マッチングが実現
できる。

【００２８】上記補正処理は，計算された上記輝度差が
所定のしきい値以上のときに上記相関値を所定値に補正
し，上記輝度差が上記しきい値よりも小さければ上記相
関値の補正を停止してもよい。

【００２９】これによりノイズ成分が除去され，高精度
のパターン・マッチングが実現できるようになる。

【００３０】第２の発明によるパターン・マッチングに
おける正規化相互相関の相関値補正装置は，撮影によっ
て得られる入力画像とのパターン・マッチングを行なう
ための標準となるモデル画像を表わすモデル画像データ
をあらかじめ記憶する記憶手段，上記入力画像を表わす
入力画像データと上記記憶手段に記憶されている上記モ
デル画像データとの正規化相互相関の相関値を計算する
相互相関値算出手段，上記相互相関値算出手段によって
計算された上記相関値が所定しきい値以上の場合に，上
記入力画像の輝度の標準偏差と上記モデル画像の輝度の
標準偏差との標準偏差比率を算出する標準偏差比率算出
手段，および上記標準偏差比率算出手段によって算出さ
れた上記標準偏差比率が小さいほど大きな補正量を用い
て，上記標準偏差比率が大きいほど小さな補正量を用い
て上記正規化相互相関値算出手段によって計算された上
記相関値が小さくなるように補正する補正手段を備えて
いることを特徴とする。

【００３１】第２の発明によるパターン・マッチングに
おける正規化相互相関の相関値補正方法は，撮影によっ
て得られる入力画像とのパターン・マッチングを行なう
ための標準となるモデル画像を表わすモデル画像データ
をあらかじめ記憶しておき，上記入力画像を表わす入力
画像データと，あらかじめ記憶されている上記モデル画
像データとの正規化相互相関の相関値を計算し，計算さ
れた上記相関値がしきい値以上の場合に，上記入力画像
の輝度の標準偏差と上記モデル画像の輝度の標準偏差と
の標準偏差比率を算出し，算出された上記標準偏差比率
が小さいほど大きな補正量を用いて，上記標準偏差比率
が大きいほど小さな補正量を用いて，算出された上記相
関値が小さくなるように補正することを特徴とする。

【００３２】入力画像が見つけたい部分でなく，ノイズ
成分であってもそのノイズの信号波形がモデル画像の信
号波形と偶然似ていた場合には高い正規化相互相関値を
もつことがある。しかし，ノイズ成分の場合は普通コン
トラストが低いので，ノイズ成分から得られる標準偏差
も小さくなる。したがって入力画像がノイズ成分の場
合，入力画像の輝度の標準偏差とモデル画像の輝度の標
準偏差との標準偏差比率も小さくなる。

【００３３】第２の発明によると上記標準偏差比率が小
さいほど大きな補正量を用いて，上記標準偏差比率が大
きいほど小さな補正量を用いて，計算された相関値が小
さくなるように補正される。したがって，入力画像がノ
イズ成分の場合には相関値が基準値（たとえば１）とな
らず，相関値の信頼性が向上し，高精度のパターン・マ
ッチングが実現できる。

【００３４】上記補正処理は，計算された上記標準偏差
比率が所定のしきい値以下のときに上記相関値を所定値
に補正し，上記標準偏差比率が上記しきい値よりも大き
ければ上記相関値の補正を停止してもよい。

【００３５】これによりノイズ成分が除去され，高精度
のパターン・マッチングが実現できる。

【００３６】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示すもので，パタ
ーン・マッチングにおける正規化相互相関の相関値補正
装置の電気的構成を示すブロック図である。

【００３７】図１に示す相関値補正装置においては撮影
によって得られる入力画像と標準となるモデル画像との
正規化相互相関の相関値が算出される。入力画像の輝度
の平均値から，上記入力画像の標準偏差と上記モデル画
像の標準偏差との標準偏差比率をモデル画像の輝度の平
均値に乗じて得られる補正モデル画像平均値を減算して
残差平均値が計算される。残差平均値の大きさに応じ
て，計算された相関値が補正される。

【００３８】ここで相関値の補正について説明する。

【００３９】「背景技術」において説明したように，式
４が成立すれば式１によって求められる正規化相互相関
の相関値は「１」となる。

【００４０】式４を入力画像全体について考え総和をと
ると式８が成立する。

【００４１】

【数８】

【００４２】式８は式９のように変形することができ
る。

【００４３】

【数９】

【００４４】式９を式４に代入して整理すると式10が得
られる。

【００４５】

【数１０】

【００４６】式10の二乗和をとると式11が得られる。

【００４７】

【数１１】

【００４８】式11を変形すると式12が得られる。

【００４９】

【数１２】

【００５０】また，式10から式13が得られる。

【００５１】

【数１３】

【００５２】ここでα＞０のときは式13から式14が得ら
れる。

【００５３】

【数１４】

【００５４】α＜０のときは式13から式15が得られる。

【００５５】

【数１５】

【００５６】したがって，式14および式15からパラメー
タαの符号は式15の左辺の符号に一致することになる。

【００５７】式12によって表わされるパラメータαは入
力画像のコントラストとモデル画像のコントラストとの
比，コントラスト比を表わしている。コントラストと標
準偏差とは比例関係にあるから，このコントラスト比は
入力画像の標準偏差とモデル画像の標準偏差の比，標準
偏差比率を表わすことになる。

【００５８】また式９によって表わされるパラメータβ
はモデル画像のコントラストが入力画像のコントラスト
と同じになるように補正したときの，モデル画像の輝度
の平均値と入力画像の輝度の平均値との差（残差平均
値）を表わしている。

【００５９】したがって以降はパラメータαは標準偏差
比率，パラメータβは残差平均値ということにする。

【００６０】式12の標準偏差比率α，および式９の残差
平均値βは式４を満足しているから相関値は１である
が，入力画像とモデル画像とが一致するかどうかは不明
である。

【００６１】同一の反射率分布をもつ対象物から得られ
た入力画像とモデル画像との場合は入力画像のコントラ
ストとモデル画像のコントラストとは等しいとは限らな
いが，入力画像のコントラストと同じとなるようにモデ
ル画像のコントラストが補正されたあとのモデル画像の
輝度の平均値と入力画像の輝度の平均値との差，残差平
均値（パラメータβに相当する）は無い。

【００６２】このため図１に示す相関値の補正装置では
残差平均値βを検出し，残差平均値βの大きさが大きい
ほど大きな補正量によって正規化相互相関の相関値が小
さくなるように補正される。

【００６３】図６(A) は入力画像を，図６(B) はモデル
画像をそれぞれ示している。図６(A) および(B) におい
てハッチングで示されている部分が濃い部分であり，図
６(B) のモデル画像内のハッチングの部分が一番濃く，
図６(A) の入力画像のウィンドウＡ内のハッチングの部
分が次に濃く，図６(A) の入力画像のウィンドウＢ内の
ハッチングの部分が一番薄くなっている。図６(A) にお
いてウィンドウＡ内は被写体として存在する記号である
が，ウィンドウＢ内は被写体として存在せず，ノイズ成
分によって生じるものである。

【００６４】図７(A) 〜(C) は水平方向における画像の
明るさを表わすグラフであり，(A)はモデル画像を，(B)
は入力画像のウィンドウＡに存在する画像を，(C) は
入力画像のウィンドウＢに存在する画像をそれぞれ実線
で示している。

【００６５】図７(A) 中のｇ_m ，図７(B) 中のｇ_A およ
び図７(C) 中のｇ_B はそれぞれモデル画像Ｍ(i) の平均
値，入力画像のウィンドウＡの平均値および入力画像の
ウィンドウＢの平均値を表わしている。これらｇ_m ，ｇ
_A およびｇ_B はそれぞれ式16，式17および式18によって
表わすことができる。

【００６６】

【数１６】

【００６７】

【数１７】

【００６８】

【数１８】

【００６９】また図７(B) 中の破線は，モデル画像Ｍ
(i) のコントラストが入力画像のウィンドウＡの画像Ｉ
_A (i) のコントラストと等しくなるように，式12によっ
て表わされる，入力画像Ｉ_A (i) の標準偏差とモデル画
像Ｍ(i) の標準偏差との比の標準偏差比率α_A をモデル
画像に乗じて入力画像Ｉ_A (i) のコントラストと同じに
なるようにモデル画像Ｍ(i) を補正した補正画像を表わ
している。この補正画像の平均値ｇ_mAは式19によって表
わされる。

【００７０】

【数１９】

【００７１】図７(C) 中の破線も図７(B) 中の破線と同
様に，入力画像のウィンドウＢの画像Ｉ_B (i) のコント
ラストと同じになるようにモデル画像Ｍ(i) を補正した
補正画像を表わしている。この補正画像の平均値ｇ_mBは
式20によって表わされる。

【００７２】

【数２０】

【００７３】入力画像のウィンドウＡおよびウィンドウ
Ｂから得られる残差平均値β_A およびβ_B は式９を参照
して，式21および式22によって表わされ，図７(B) およ
び図７(C) にそれぞれ図示されている。

【００７４】

【数２１】

【００７５】

【数２２】

【００７６】図８は入力画像のウィンドウＡおよびＢで
示される部分におけるモデル画像との輝度差を表わすも
のであり，図９は入力画像のウィンドウＡおよびＢで示
される部分の補正後の正規化相互相関の相関値を示して
いる。

【００７７】図１を参照して，撮像カメラ10によって被
写体が撮像され，図６(A) に示す入力画像を表わす信号
はアナログ／ディジタル変換回路11に与えられる。アナ
ログ／ディジタル変換回路11において入力画像を表わす
信号はディジタル画像データに変換されて正規化相互相
関算出回路13および残差平均値算出回路14に与えられ
る。

【００７８】相関値の補正装置にはモデル画像記憶回路
12が含まれており，このモデル画像記憶回路12に図６
(B) に示すモデル画像を表わす画像データが記憶されて
いる。モデル画像記憶回路12に記憶されている画像デー
タは正規化相互相関算出回路13および残差平均値算出回
路14に与えられる。

【００７９】正規化相互相関算出回路13において，与え
られる入力画像データとモデル画像データとから入力画
像とモデル画像との正規化相互相関の相関値が，入力画
像の各画素ごとに計算される。正規化相互相関算出回路
13において計算された相関値を表わすデータは相関値補
正回路15Ａに与えられる。正規化相互相関値算出回路13
の詳細が図２に示されている。この正規化相互相関値算
出回路13の詳細については後述する。

【００８０】残差平均値算出回路14において，式９にも
とづいて残差平均値βが算出される。残差平均値算出回
路14の詳細が図３に示されている。この残差平均値算出
回路14の詳細も後述する。図６に示す例では入力画像の
ウィンドウＡおよびＢの残差平均値β_A およびβ_B は，
ウィンドウＡの残差平均値β_A ＝ｇ_A −ｇ_mAよりもウィ
ンドウＢの残差平均値β_B ＝ｇ_B −ｇ_mBの方が大きな値
となる。残差平均値算出回路14において算出された残差
平均値βは相関値補正回路15Ａに与えられる。相関値補
正回路15Ａの詳細が図４に示されている。この相関値補
正回路15Ａの詳細も後述する。

【００８１】相関値補正回路15Ａにおいて，相関値が所
定のしきい値以上のときに残差平均値算出回路14から与
えられる残差平均値βが大きいほど相関値が小さくなる
ように，正規化相互相関算出回路13から与えられる相関
値が補正される。補正後の相関値ＣＣＢを式で表わせば
相関値補正回路15Ａの機能は式23によって表わすことが
できる。式23において関数Ｇは任意の減少関数である。

【００８２】

【数２３】 ＣＣＢ＝ＣＣ＋Ｇ（β） …式23

【００８３】また相関値補正回路15Ａの機能は式24によ
っても表わすことができる。

【００８４】

【数２４】 ＣＣＢ＝ＣＣ／Ｇ（β） …式24

【００８５】相関値補正回路15Ａにおいて補正された相
関値ＣＣＢは出力回路16に与えられて出力されることに
なる。

【００８６】例えば図６におけるＡ領域とＢ領域とを比
較した場合，図９に示すようにＡ領域には相関値1.0 の
箇所があり，Ｂ領域には低い相関値しか存在しない。こ
のために従来と異なり比較的正確なパターン・マッチン
グを行なうことができるようになる。

【００８７】図２を参照して正規化相互相関値算出回路
13における正規化相互相関値算出処理について説明す
る。

【００８８】図２に示す正規化相互相関値算出回路13
は，式１にもとづいて正規化相互相関値を算出する回路
である。

【００８９】正規化相互相関値算出回路13には，入力画
像を表わすデータＩ(i) とモデル画像を表わすデータＭ
(i) とが与えられる。

【００９０】図２において，乗算器42，累積加算器46お
よび乗算器51により式１の分子のカッコ内の第１項ｎΣ
Ｍ(i) Ｉ(i) が算出される（説明の都合上以下，Σの下
端のｉ＝１および上端のｎは省略する）。また累積加算
器45および48ならびに乗算器52により式１の分子のカッ
コ内の第２項ΣＭ(i) ΣＩ(i) が算出される。さらに減
算器56により乗算器51の出力データから乗算器52の出力
データが減算されることにより式１の分子のカッコ内の
式ｎΣＭ(i) Ｉ(i) −ΣＭ(i) ΣＩ(i) が算出され，乗
算器58により式１の分子の式が得られる。

【００９１】乗算器43，累積加算器47および乗算器53に
より式１の分母の左側のカッコ内の第１項が算出され，
累積加算器48および乗算器54により式１の分母の左側の
カッコ内の第２項が算出される。減算器57により，乗算
器53の出力データから乗算器54の出力データが減算さ
れ，式１の分母の左側のカッコ内の式が算出される。

【００９２】また乗算器41，累積加算器44および乗算器
49により式１の分母の右側のカッコ内の第１項が算出さ
れ，累積加算器45および乗算器50により式１の分母の右
側のカッコ内の第２項が算出される。減算器55により乗
算器49の出力データから乗算器50の出力データが減算さ
れ，式１の分母の右側のカッコ内の式が算出される。

【００９３】さらに乗算器59において，減算器55の出力
データと減算器57の出力データとが乗算され，式１の分
母の式が算出される。

【００９４】そして，除算器60Ａにおいて，乗算器58の
出力データが乗算器59の出力データで除算され，式１に
示す正規化相互相関の相関値ＣＣの２乗ＣＣ² が算出さ
れる。平方根算出回路60Ｂによって相関値ＣＣの２乗Ｃ
Ｃ² の平方根が算出され相関値ＣＣが得られ図１に示す
相関値補正回路15Ａに与えられるのは上述の通りであ
る。

【００９５】図３を参照して残差平均値算出回路におけ
る残差平均値算出処理について説明する。

【００９６】図３において，累積加算器61により式９の
カッコ内の第１項ΣＩ(i) が算出され，標準偏差比率算
出回路18，累積加算器62および乗算器63により式９のカ
ッコ内の第２項αΣＭ(i) が算出される。標準偏差比率
算出回路18の詳細は図５に示されており，この回路につ
いては後述する。

【００９７】減算器64において，累積加算器61の出力デ
ータから乗算器63の出力データが減算されて式９のカッ
コ内の式が算出される。さらに，乗算器65において減算
器64の出力データの平均が算出され式９に示す残差平均
値βが算出される。この残差平均値βが相関値補正回路
15Ａに与えられ，残差平均値βの大きさに応じて補正さ
れるのは上述の通りである。

【００９８】図４を参照して相関値補正回路15Ａにおけ
る相関値補正処理について説明する。

【００９９】乗算器66において残差平均値βに定数ｋが
乗じられる。減算器67により正規化相互相関値ＣＣか
ら，乗算器66の出力データが減算され，式21にもとづい
て補正された正規化相互相関値ＣＣＢが得られる。

【０１００】図５を参照して標準偏差比率算出回路18に
おける標準偏差比率算出処理について説明する。

【０１０１】図５に示す標準偏差比率算出回路18は，式
12にもとづいて標準偏差比率を算出する回路である。標
準偏差比率算出回路18には入力画像を表わすデータＩ
(i) とモデル画像を表わすデータＭ(i) とが与えられ
る。

【０１０２】乗算器68，累積加算器70および画素数ｎが
与えられる乗算器74によって，式12のルート内の分子の
第１項ｎΣ｛Ｉ(i) ｝² が算出され，累積加算器71およ
び乗算器75によって式12のルート内の分子の第２項｛Σ
Ｉ(i) ｝² が算出される。減算器78によって乗算器74の
出力データから乗算器75の出力データが減算され，式12
のルート内の分子の式が算出される。

【０１０３】乗算器69，累積加算器72および画素数ｎが
与えられる乗算器76によって，式12のルート内の分母の
第１項ｎΣ｛Ｍ(i) ｝² が算出され，累積加算器73およ
び乗算器77によって式12のルート内の分母の第２項｛Σ
Ｍ(i) ｝² が算出される。減算器79によって乗算器76の
出力データから乗算器77の出力データが減算され，式12
のルート内の分母の式が算出される。

【０１０４】除算器80において減算器78の出力データが
減算器79の出力データで除算され，式12のルート内の分
数式が得られる。除算器80の出力データが平方根算出回
路81に与えられ，式12に示す標準偏差比率αが得られ
る。この標準偏差比率αは図３に示す残差平均値算出回
路14において残差平均値算出処理に利用されるのは上述
した通りである。

【０１０５】図10は相関値の補正の処理手順を示してい
る。

【０１０６】撮像カメラ10によって被写体が撮影され，
入力画像が得られる（ステップ21）。モデル画像の原点
（０，０）と入力画像の原点（０，０）とが一致したと
きの正規化相互相関の相関値が算出される（ステップ2
2，23）。

【０１０７】算出された相関値が所定のしきい値より小
さければモデル画像の大きさに相当するウィンドウはｘ
軸方向に１画素分シフトされる（ステップ24でNO，ステ
ップ27）。算出された相関値が所定のしきい値以上であ
れば（ステップ24でYES ），残差平均値算出回路14にお
いて残差平均値βが計算される（ステップ25）。

【０１０８】残差平均値βが大きいほど相関値ＣＣが小
さくなるように補正された相関値ＣＣＢが算出される
（ステップ26）。

【０１０９】ｘ軸方向に１画素分シフトされ（ステップ
27），入力画像のＸ軸方向における大きさＩ_x からモデ
ル画像のｘ軸方向における大きさＭ_x を差引いた大きさ
Ｉ_x−Ｍ_x まで，ステップ23からステップ26までの相関
値補正処理が繰返される（ステップ28）。１ライン分の
相関値補正処理が終了すると（ステップ28でNO），ｙ軸
方向に１画素シフトされ（ステップ29），再び相関値補
正処理が繰返される（ステップ30，31）。入力画像のｙ
軸方向における大きさＩ_y からモデル画像のｙ軸方向に
おける大きさＭ_y を差引いた大きさＩ_y −Ｍ_y まで相関
値補正処理が繰返される（ステップ23〜30）。

【０１１０】相関値補正の処理が終了すると（ステップ
32），相関値の大きさからモデル画像とマッチングする
入力画像の領域が検出される。

【０１１１】図11は他の実施例を示すもので，正規化相
互相関の相関値補正装置の電気的構成を示すブロック図
である。図11において図１に示すものと同一物には同一
符号を付して説明を省略する。

【０１１２】図11に示す相関値補正装置においては評価
値算出回路17が設けられている。評価値算出回路17にお
いて以下に述べる評価値が計算され，この評価値の大き
さに応じて正規化相互相関の相関値が補正される。

【０１１３】この評価値の算出方法について述べる。

【０１１４】Ｆ_I (i) の反射率分布をもつ対象物を撮影
することにより得られる入力画像は式２を参照して式25
によって表わされる。

【０１１５】

【数２５】 Ｉ(i) ＝ａ_I Ｆ_I (i) ＋ｂ_I …式25

【０１１６】一方，Ｆ_m (i) の反射率分布をもつ対象物
を撮影することにより得られる画像をモデル画像とする
と，モデル画像は，式４を参照して式26によって表わさ
れる。

【０１１７】

【数２６】 Ｍ(i) ＝ａ_m Ｆ_m (i) ＋ｂ_m …式26

【０１１８】式25および式26を式４に代入すると式27が
得られる。

【０１１９】

【数２７】 Ｆ_I (i) ＝α（ａ_m ／ａ_I ）Ｆ_m (i) ＋（１／ａ_I ）（β−ｂ_I ＋α・ｂ_m ） …式27

【０１２０】式27においてＦ_I (i) ＝Ｆ_m (i) が常に成
立すればモデル画像と入力画像とは一致していることに
なる。この条件は式28および式29となる。

【０１２１】

【数２８】 α（ａ_m ／ａ_I ）＝１ …式28

【０１２２】

【数２９】 （１／ａ_I ）（β−ｂ_I ＋α・ｂ_m ）＝０ …式29

【０１２３】実際はＦ_I (i) ＝Ｆ_m (i) となることは稀
であるためＦ_I (i) ＝ｋＦ_m (i) （ｋは実数）まで許容
すると，式29のβ−ｂ_I ＋α・ｂ_m が０に近ければ正規
化相互相関の相関値の信頼性は高く，β−ｂ_I ＋α・ｂ
_m が０から遠ければ正規化相互相関の相関値の信頼性は
低く補正が必要となる。入力画像を得るのに用いたカメ
ラのオフセット電圧が微少であることを考慮するとβ＋
α・ｂ_m の大きさによって正規化相互相関の相関値の補
正を行なうことができる。したがってβ＋α・ｂ_m を評
価値Ｚと考え，この評価値Ｚを評価値算出回路17におい
て算出し，算出された評価値が０から遠いほど，相関値
補正回路15Ｂにおいて正規化相互相関の相関値が補正さ
れる。

【０１２４】またあるしきい値を定め，評価値Ｚがある
しきい値よりも小さければ正規化相互相関の相関値の補
正は行なわず，評価値Ｚがあるしきい値以上であれば正
規化相互相関の相関値を零にしてもよい。これによりノ
イズ成分の影響を除去できるようになる。

【０１２５】図12に評価値算出回路17の詳細が示されて
いる。

【０１２６】標準偏差比率算出回路18，累積加算器83お
よび乗算器84によりαΣＭ(i) が算出される。減算器86
により累積加算器82の出力データから乗算器84の出力デ
ータが減算されてΣＩ(i) −αΣＭ(i) のデータが得ら
れる。このデータが，画素数ｎの逆数（１／ｎ）が与え
られている乗算器87に入力することにより（１／ｎ）
｛ΣＩ(i) −αΣＭ(i) ｝＝βが得られ残差平均値βが
算出される。この残差平均値βが加算器88に与えられ，
乗算器85の出力データα・ｂ_m と加算されることにより
評価値Ｚ＝β＋α・ｂ_m が得られる。この評価値Ｚは相
関値補正回路15Ｂに与えられ，評価値Ｚの大きさに応じ
て正規化相互相関値ＣＣが補正されるのは上述の通りで
ある。相関値補正回路15Ｂの構成は図４に示す回路15Ａ
と同じであり，残差平均値βの代わりに評価値Ｚが与え
られればよい。

【０１２７】図13はさらに他の実施例を示すもので，正
規化相互相関の相関値補正装置の電気的構成を示すブロ
ック図である。図13において，図１に示すものと同一物
には同一符号を付して説明を省略する。

【０１２８】図15(A) は入力画像の一例を，図15(B) は
モデル画像の一例をそれぞれ示している。

【０１２９】図16は図13に示す正規化相互相関の相関値
補正装置における補正処理の処理手順を示すフローチャ
ートである。図16において図10に示すものと同一処理に
は同一符号を付して説明を省略する。

【０１３０】図15(A) に示す入力画像および図15(B) に
示すモデル画像のように文字，図形などが明るく背景が
暗い場合において残差平均値βは等しく，標準偏差比率
αが異なるような領域ＡおよびＢが存在すると，残差平
均値βにもとづいて相関値を補正しても適正な相関値が
得られない。このために領域Ａがモデル画像とマッチン
グすると判断されるのみならず，モデル画像のコントラ
ストを縮小した濃度分布をもつ領域Ｂもモデル画像とマ
ッチングすると判断されることもある。これでは正確な
パターン・マッチングができない。図８に示す相関値の
補正装置はこのような問題点を解決するためのものであ
る。

【０１３１】図８に示す相関値の補正装置においては標
準偏差比率算出回路18が設けられている。

【０１３２】標準偏差比率算出回路18は，式12に基づい
て標準偏差比率αを算出するもので，算出された標準偏
差比率αは相関値補正回路15Ｃに与えられる（図16，ス
テップ34）。

【０１３３】相関値補正回路15Ｃにおいて，標準偏差比
率αが小さいほど大きな補正量で正規化相互相関算出回
路13から与えられる相関値ＣＣが小さくなるように補正
される。この関係を式で表わすと式30のようになる。

【０１３４】

【数３０】 ＣＣＡ＝ＣＣ−（１−Ｈ（α）） …式30 式30においてＨは単調増加関数である。

【０１３５】図14に相関値補正回路15Ｃの一例が示され
ている。

【０１３６】図14において，減算器91により定数Ｌから
乗算器90の出力データが減算されＬ−Ｋαのデータが得
られる。さらに減算器92により正規化相互相関の相関値
ＣＣから減算器91の出力データが減算されて補正された
正規化相互相関値ＣＣＡが得られる。図14において減算
器91に与えられる定数Ｌを１にすることにより式30に合
致した補正値ＣＣＡが得られる。

【０１３７】また標準偏差比率αが所定のしきい値Ｔｈ
αよりも大きいときは相関値を補正せず（式31），所定
のしきい値Ｔｈα以下のときは相関値を零としてもよい
（式32）。これによりノイズ成分の除去が可能となる。

【０１３８】

【数３１】 ＣＣＡ＝ＣＣ （α＞Ｔｈα） …式31

【０１３９】

【数３２】 ＣＣＡ＝０ （α≦Ｔｈα） …式32

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すもので，パターン・マ
ッチングにおける正規化相互相関の相関値の補正装置の
電気的構成を示すブロック図である。

【図２】正規化相互相関値算出回路の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図３】残差平均値算出回路の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】相関値補正回路の電気的構成を示すブロック図
である。

【図５】標準偏差比率算出回路の電気的構成を示すブロ
ック図である。

【図６】(A) は入力画像の一例を示しており，(B) はモ
デル画像の一例を示している。

【図７】(A) はモデル画像を表わすグラフの一例を，
(B) は入力画像を表わすグラフの一例を，(C) は入力画
像を表わすグラフの一例をそれぞれ示している。

【図８】入力画像の一部の領域における残差平均値を示
している。

【図９】入力画像の一部の領域における補正後の相関値
を表わしている。

【図１０】相関値の補正処理の処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図１１】他の実施例を示すもので，相関値の補正装置
の電気的構成を示すブロック図である。

【図１２】評価値算出回路の電気的構成を示すブロック
図である。

【図１３】他の実施例を示すもので，相関値の補正装置
の電気的構成を示すブロック図である。

【図１４】相関値補正回路の電気的構成を示すブロック
図である。

【図１５】(A) は，入力画像の一例を示しており，(B)
は，モデル画像の一例を示している。

【図１６】相関値の補正処理を示すフローチャートであ
る。

【図１７】(A) は入力画像の一例を，(B) は，モデル画
像の一例を示している。

【符号の説明】

12 モデル画像記憶回路 13 正規化相互相関算出回路 14 残差平均値算出回路 15Ａ〜15Ｃ 相関値補正回路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影によって得られる入力画像とのパタ
   ーン・マッチングを行なうための標準となるモデル画像
   を表わすモデル画像データをあらかじめ記憶する記憶手
   段，上記入力画像を表わす入力画像データと上記記憶手
   段に記憶されている上記モデル画像データとの正規化相
   互相関の相関値を計算する相互相関値算出手段，上記相
   互相関値算出手段によって計算された上記相関値が所定
   しきい値以上の場合に，入力画像の輝度の平均値から，
   上記入力画像の輝度の標準偏差と上記モデル画像の輝度
   の標準偏差との標準偏差比率をモデル画像の輝度の平均
   値に乗じて得られる補正モデル画像輝度平均値を減算し
   て残差平均値を算出する残差平均値算出手段，および上
   記残差平均値算出手段によって算出された上記残差平均
   値が大きいほど大きな補正量を用いて，上記残差平均値
   が小さいほど小さな補正量を用いて上記相互相関値算出
   手段によって計算された上記相関値が小さくなるように
   補正する補正手段，を備えたパターン・マッチングにお
   ける正規化相互相関の相関値補正装置。
2. 【請求項２】 上記補正手段が，上記残差平均値算出手
   段によって計算された上記残差平均値が所定のしきい値
   以上のときに上記相関値を所定値に補正し，上記残差平
   均値が上記しきい値よりも小さければ上記相関値の補正
   を停止するものである，請求項１に記載のパターン・マ
   ッチングにおける正規化相互相関の相関値補正装置。
3. 【請求項３】 撮影によって得られる入力画像とのパタ
   ーン・マッチングを行なうための標準となるモデル画像
   を表わすモデル画像データをあらかじめ記憶する記憶手
   段，上記入力画像を表わす入力画像データと上記記憶手
   段に記憶されている上記モデル画像データとの正規化相
   互相関の相関値を計算する相互相関値算出手段，上記相
   互相関値算出手段によって計算された上記相関値が所定
   しきい値以上の場合に，上記入力画像の輝度の標準偏差
   と上記モデル画像の輝度の標準偏差との標準偏差比率を
   算出する標準偏差比率算出手段，および上記標準偏差比
   率算出手段によって算出された上記標準偏差比率が小さ
   いほど大きな補正量を用いて，上記標準偏差比率が大き
   いほど小さな補正量を用いて上記正規化相互相関値算出
   手段によって計算された上記相関値が小さくなるように
   補正する補正手段，を備えたパターン・マッチングにお
   ける正規化相互相関の相関値補正装置。
4. 【請求項４】 上記補正手段が，上記標準偏差比率算出
   手段によって計算された上記標準偏差比率が所定のしき
   い値以下のときに上記相関値を所定値に補正し，上記標
   準偏差比率が上記しきい値よりも大きければ上記相関値
   の補正を停止するものである，請求項３に記載のパター
   ン・マッチングにおける正規化相互相関の相関値補正装
   置。
5. 【請求項５】 撮影によって得られる入力画像とのパタ
   ーン・マッチングを行なうための標準となるモデル画像
   を表わすモデル画像データをあらかじめ記憶しておき，
   上記入力画像を表わす入力画像データと，あらかじめ記
   憶されている上記モデル画像データとの正規化相互相関
   の相関値を計算し，計算された上記相関値が所定しきい
   値以上の場合に，入力画像の輝度の平均値から，上記入
   力画像の輝度の標準偏差と上記モデル画像の輝度の標準
   偏差との標準偏差比率をモデル画像の輝度の平均値に乗
   じて得られる補正モデル画像輝度平均値を減算して残差
   平均値を算出し，算出された上記残差平均値が大きいほ
   ど大きな補正量を用いて，上記残差平均値が小さいほど
   小さな補正量を用いて，計算された上記相関値が小さく
   なるように補正する，パターン・マッチングにおける正
   規化相互相関の相関値補正方法。
6. 【請求項６】 上記補正処理が，算出された上記残差平
   均値が所定のしきい値以上のときに上記相関値を所定値
   に補正し，上記残差平均値が上記しきい値よりも小さけ
   れば上記相関値の補正を停止するものである，請求項５
   に記載のパターン・マッチングにおける正規化相互相関
   の相関値補正方法。
7. 【請求項７】 撮影によって得られる入力画像とのパタ
   ーン・マッチングを行なうための標準となるモデル画像
   を表わすモデル画像データをあらかじめ記憶しておき，
   上記入力画像を表わす入力画像データと，あらかじめ記
   憶されている上記モデル画像データとの正規化相互相関
   の相関値を計算し，計算された上記相関値がしきい値以
   上の場合に，上記入力画像の輝度の標準偏差と上記モデ
   ル画像の輝度の標準偏差との標準偏差比率を算出し，算
   出された上記標準偏差比率が小さいほど大きな補正量を
   用いて，上記標準偏差比率が大きいほど小さな補正量を
   用いて，算出された上記相関値が小さくなるように補正
   する，パターン・マッチングにおける正規化相互相関の
   相関値補正方法。
8. 【請求項８】 上記補正処理が，算出された上記標準偏
   差比率が所定のしきい値以下のときに上記相関値を所定
   値に補正し，上記標準偏差比率が上記しきい値よりも大
   きければ上記相関値の補正を停止するものである，請求
   項７に記載のパターン・マッチングにおける正規化相互
   相関の相関値補正方法。