JPH09305760A - Method and device for matching form - Google Patents

Method and device for matching form

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JPH09305760A
JPH09305760A JP8139680A JP13968096A JPH09305760A JP H09305760 A JPH09305760 A JP H09305760A JP 8139680 A JP8139680 A JP 8139680A JP 13968096 A JP13968096 A JP 13968096A JP H09305760 A JPH09305760 A JP H09305760A
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pattern
input pattern
point
affine transformation
outside
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Toru Wakahara
徹 若原
Kazumi Odaka
和己 小高
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform stable and highly accurate form matching. SOLUTION: An affine transformation component to be applied to the respective points of an input pattern is determined by the method of weighted least square method while using a Gaussian function type weight coefficient based on an inter-point distance between the respective constitutive points of an input pattern and a standard pattern. Between a deformed input pattern generated by using the affine transformation component and the standard pattern, the average value of a distance between most adjacent points is calculated as an inter-pattern distance D1 and similarly, an inter-pattern distance between the input pattern and the standard pattern is also calculated as an inter-pattern distance D0 . When the D1 is not decreased from the D0 , the paired most adjacent points between the deformed input pattern and the standard pattern are outputted as the form matching result. When the D1 is decreased from the D0 , the deformed input pattern is regarded as the input pattern, the affine transforming operation is repeated and when the D1 is not decreased from the D0 , the paired most adjacent points are outputted as the form matching result.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、計算機によるパタ
ーン認識、動画像解析、ステレオビジョンなどの分野に
おいてパターンの変位・変形を、2次元平面上の2つの
点集合間での点対応づけにより決定するパターンマッチ
ング方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention determines the displacement / deformation of a pattern in the fields of computer-based pattern recognition, moving image analysis, stereovision, etc., by associating points between two point sets on a two-dimensional plane. Pattern matching method and device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、形状マッチング技術には、大別し
て、 (1) 組合せ探索型 (2) エネルギー最小化型 という2種類のアプローチがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, shape matching techniques are roughly classified into two types: (1) combination search type and (2) energy minimization type.

【0003】前者は、点数の階乗オーダーの組合せ総数
の中から最適解を探すため、本質的に処理量の発散の問
題がある。この処理量の発散を避けるためには、適当な
拘束条件を用いた探索木の枝刈りが必須となる。こうし
た制約下で、これまで、2つの点集合が合同変換(回転
・平行移動)のもとで一致するかどうかを判定する問
題、および相似変換(回転・伸縮・平行移動)のもとで
一致するかどうかを判定する問題、については点数のべ
き乗オーダーの処理量での解法アルゴリズムが報告され
ている(例えば、梅山伸二、“点パターンマッチングア
ルゴリズム、”信学論(D−II)、vol.J72−
D−II,no.2,pp.218−228,Feb.
1989を参照のこと)。しかし、枝刈りをするための
拘束条件に汎用性を持たせにくい、依然として処理量が
多い、相似変換にさらに歪みを加えたアフィン変換につ
いては未だ解法アルゴリズムが発見されていない、等の
問題点があった。
The former has an inherent problem of processing amount divergence because it searches for an optimal solution from the total number of combinations of point factorial orders of points. In order to avoid the divergence of this processing amount, pruning of the search tree using an appropriate constraint is essential. Under these constraints, so far, the problem of determining whether two sets of points match under the congruential transformation (rotation / translation) and the similarity transformation (rotation / expansion / translation) Regarding the problem of determining whether or not to do it, a solution algorithm with a throughput of a power of points has been reported (for example, Shinji Umeyama, “Point Pattern Matching Algorithm,” Theoretical theory (D-II), vol. J72-
D-II, no. 2, pp. 218-228, Feb.
1989). However, there are problems such as it is difficult to give versatility to the constraint condition for pruning, there is still a large amount of processing, and a solution algorithm has not yet been found for the affine transformation that further distorts the similarity transformation. there were.

【0004】一方、後者は力学系のエネルギー最小化問
題として定式化し、変分法、弛緩法や動的計画法を用
い、微小変位の反復適用により局所的に連続なマッチン
グを決定する。これら従来技術については、例えば、坂
上、横矢、“弛緩法と正則化、”情報処理、vol.3
0,no.9,pp.1047−1057,Sept.
1989,及び大田、山田、“動的計画法によるパター
ンマッチング、”情報処理、vol.30,no.9,
pp.1058−1066,Sept.1989,を参
照のこと。こうした技術は、マッチング問題を解析的あ
るいは代数的に扱える点に強みがあるが、有限変位に対
して微小変位の積み重ねで最適マッチングの大局解を求
めることは原理的に困難であった。これに対し、有限変
位を扱うために、パターンの各点の近傍毎に最適な局所
的アフィン変換を代数的に決定する手法(特願昭63−
281985)が提案された。しかし、この手法では、
近傍の大きさパラメータの制御に試行錯誤を要する、点
単位にアフィン変換を決定するために処理量が膨大化す
る、等の問題点があった。
On the other hand, the latter is formulated as an energy minimization problem of a dynamic system, and the variational method, the relaxation method and the dynamic programming method are used to determine locally continuous matching by repeatedly applying a small displacement. For these conventional techniques, see, for example, Sakagami, Yokoya, "Relative Method and Regularization," Information Processing, vol. 3
0, no. 9, pp. 1047-1057, Sept.
1989, and Ohta, Yamada, "Pattern Matching by Dynamic Programming," Information Processing, vol. 30, no. 9,
pp. 1058-1066, Sept. 1989, see. These techniques have the advantage of being able to handle the matching problem analytically or algebraically, but it has been difficult in principle to find a global solution for optimum matching by stacking small displacements for finite displacements. On the other hand, in order to handle the finite displacement, a method of algebraically determining the optimum local affine transformation for each neighborhood of each point of the pattern (Japanese Patent Application No. 63-
281985) was proposed. But with this technique,
There are problems that trial and error are required to control the size parameter in the neighborhood, and the amount of processing is enormous because the affine transformation is determined for each point.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、パ
ターンの変位・変形を2つの点集合間での点対応づけに
より決定する形状マッチング技術として、組合せ探索型
で適当な拘束条件による探索木の枝刈りを実行する手法
やエネルギー最小化型で微小変位の積み重ねで局所連続
なマッチングを実現するあるいは局所的アフィン変換を
用いる手法が考えられてきた。
As described above, as a shape matching technique for determining displacement / deformation of a pattern by associating points between two point sets, a combination search type search tree with appropriate constraint conditions is used. There have been considered methods for pruning, and energy-minimization type to realize local continuous matching by stacking small displacements or use local affine transformation.

【0006】しかし、それぞれに欠点が残り、実用的な
処理量で、微小でない有限かつ広い範囲の変位・変形を
扱える手法が提案されるに至っていない。
However, each of them has drawbacks, and a method capable of handling a finite and wide range of displacement / deformation that is not minute with a practical processing amount has not been proposed.

【0007】本発明の目的は、パターン間で任意のアフ
ィン変換(回転・伸縮・歪み・平行移動)で表現される
広い範囲の変位・変形を扱い、該アフィン変換を重み付
き最小2乗法の反復適用により実用的な処理量で厳密に
決定し、該アフィン変換で変形した変形入力パターンと
標準パターンとの間での点対応づけに基づく安定かつ高
精度な形状マッチングを実現する形状マッチング方法お
よび装置を提供することにある。
An object of the present invention is to handle a wide range of displacements / deformations expressed by arbitrary affine transformations (rotation / expansion / contraction / translation) between patterns, and iterating weighted least squares method for the affine transformations. A shape matching method and apparatus for realizing a stable and highly accurate shape matching based on point correspondence between a deformed input pattern deformed by the affine transformation and a standard pattern, which is strictly determined by a practical processing amount by application. To provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の形状マッチング
方法は、2次元平面上の点集合で表わされる入力パター
The shape matching method of the present invention is an input pattern represented by a set of points on a two-dimensional plane.

【0009】[0009]

【外39】 と標準パターン[Outside 39] And standard patterns

【0010】[0010]

【外40】 の間で[Outside 40] Between

【0011】[0011]

【外41】 にアフィン変換を施して変形入力パターン[Outside 41] Affine transformation is applied to the transformed input pattern

【0012】[0012]

【外42】 を生成する変換操作を導入し、標準パターン[Outside 42] Introduce a conversion operation to generate a standard pattern

【0013】[0013]

【外43】 への重なりが最大となるような変形入力パターン[Outside 43] Input pattern that maximizes the overlap with

【0014】[0014]

【外44】 を生成することにより、変形入力パターン[Outside 44] By generating the transformed input pattern

【0015】[0015]

【外45】 と標準パターン[Outside 45] And standard patterns

【0016】[0016]

【外46】 の間での最隣接点対をマッチング結果として出力する。[Outside 46] The nearest neighbor point pair between is output as a matching result.

【0017】本発明の実施態様によれば、入力パターン
と標準パターンの各構成点の間での点間距離に基づく重
み係数を算出し、該重み係数を用いた重み付き最小2乗
法によりアフィン変換成分を決定する。
According to the embodiment of the present invention, the weighting coefficient is calculated based on the point-to-point distance between the constituent points of the input pattern and the standard pattern, and the affine transformation is performed by the weighted least squares method using the weighting coefficient. Determine the ingredients.

【0018】また、本発明の形状マッチング装置は、2
次元平面上の点集合で表わされる入力パターン
Further, the shape matching device of the present invention has two types.
Input pattern represented by a set of points on a dimensional plane

【0019】[0019]

【外47】 と標準パターン[Outside 47] And standard patterns

【0020】[0020]

【外48】 をそれぞれ構成点の位置ベクトルの集合[Outside 48] Is the set of position vectors

【0021】[0021]

【外49】 として記憶装置に格納しておき、入力パターン[Outside 49] As an input pattern

【0022】[0022]

【外50】 の各点にアフィン変換[Outside 50] Affine transformation to each point of

【0023】[0023]

【外51】 (Aは2行2列の行列で、位置ベクトルの回転・伸縮・
歪みを表わす、
[Outside 51] (A is a matrix with 2 rows and 2 columns.
Represents distortion,

【0024】[0024]

【外52】 は2次元ベクトル、平行移動を表わす)を施して標準パ
ターン
[Outside 52] Is a two-dimensional vector, which means parallel movement)

【0025】[0025]

【外53】 への重なりを最大とするような変形入力パターン[Outside 53] Input pattern that maximizes the overlap with

【0026】[0026]

【外54】 を生成して2パターン間の点対応づけを行う形状マッチ
ング装置であって、入力パターン
[Outside 54] A shape matching device that generates points to associate points between two patterns,

【0027】[0027]

【外55】 と標準パターン[Outside 55] And standard patterns

【0028】[0028]

【外56】 の各構成点の間での点間距離[Outside 56] Point-to-point distance between each constituent point of

【0029】[0029]

【外57】 に基づくガウス関数型重み係数を算出する点間重み係数
算出手段と、前記重み係数を用いた重み付き最小2乗法
により入力パターン
[Outside 57] Point weight coefficient calculating means for calculating a Gaussian function type weight coefficient based on the above, and an input pattern by a weighted least squares method using the weight coefficient.

【0030】[0030]

【外58】 に対する最適なアフィン変換成分[Outside 58] Optimal affine transformation component for

【0031】[0031]

【外59】 が満たすべき連立一次方程式を生成するアフィン変換成
分連立一次方程式生成手段と、前記連立一次方程式を解
き、アフィン変換成分を決定するアフィン変換成分決定
手段と、前記決定されたアフィン変換成分を用いて入力
パターン
[Outside 59] Affine transformation component simultaneous linear equation generation means for generating simultaneous linear equations to be satisfied, affine transformation component determination means for solving the simultaneous linear equations and determining affine transformation components, and input using the determined affine transformation components pattern

【0032】[0032]

【外60】 の各点にアフィン変換[Outside 60] Affine transformation to each point of

【0033】[0033]

【外61】 を施して入力パターン[Outside 61] Input pattern

【0034】[0034]

【外62】 を変形して変形入力パターン[Outside 62] Transform and transform input pattern

【0035】[0035]

【外63】 を生成する変形入力パターン生成手段と、変形入力パタ
ーン
[Outside 63] Input pattern generating means for generating

【0036】[0036]

【外64】 と標準パターン[Outside 64] And standard patterns

【0037】[0037]

【外65】 の間で一方のパターンの各点から他方のパターン内の最
隣接点までの最隣接点間距離の平均値を2パターン間の
パターン間距離
[Outside 65] The average value of the distances between the nearest neighbor points from each point of one pattern to the nearest neighbor point in the other pattern between the two patterns

【0038】[0038]

【外66】 として算出し、同様に変形前の入力パターン[Outside 66] Input pattern before transformation

【0039】[0039]

【外67】 と標準パターン[Outside 67] And standard patterns

【0040】[0040]

【外68】 の間でのパターン間距離も[Outside 68] The distance between the patterns between

【0041】[0041]

【外69】 として算出するパターン間距離算出手段と、前記パター
ン間距離
[Outside 69] Inter-pattern distance calculation means for calculating as

【0042】[0042]

【外70】 を比較して[Outside 70] Compare

【0043】[0043]

【外71】 から減少していない場合には変形入力パターン[Outside 71] Input pattern if not decreased from

【0044】[0044]

【外72】 と標準パターン[Outside 72] And standard patterns

【0045】[0045]

【外73】 の間で各点に対する相手パターン中の最隣接点を対応づ
けて形状マッチング結果として出力し、一方
[Outside 73] And output the shape matching result by associating the closest point in the opponent pattern with each point between

【0046】[0046]

【外74】 から減少している場合には変形入力パターン[Outside 74] Deformation input pattern when decreasing from

【0047】[0047]

【外75】 を改めて入力パターン[Outside 75] Input pattern again

【0048】[0048]

【外76】 とみなして前記点間重み係数算出手段へ再び入力し、前
記アフィン変換操作を反復させる収束判定手段とを有す
る。
[Outside 76] And an input to the point-to-point weighting factor calculation means again, and a convergence determination means for repeating the affine transformation operation.

【0049】本発明の第1の特徴は、変位・変形の範囲
として任意のアフィン変換を扱うことにある。従来技術
で対象となった合同変換、相似変換に比べて変位・変形
の許容範囲がはるかに拡がる。
The first feature of the present invention is to handle arbitrary affine transformation as a range of displacement / deformation. The allowable range of displacement / deformation is much wider than that of the congruential conversion and the similarity conversion, which are the targets of the prior art.

【0050】本発明の第2の特徴は、アフィン変換成分
を重み付き最小2乗法の反復適用で厳密に決定すること
にある。特に、実用的な処理量でこれを実現する。ま
た、前記処理には制御用の任意パラメータを一切含まな
い汎用的手法になっている。
The second feature of the present invention resides in that the affine transformation component is strictly determined by iterative application of the weighted least squares method. In particular, this is achieved with a practical throughput. The processing is a general-purpose method that does not include any control parameters.

【0051】このように、本発明は、任意のアフィン変
換という広い範囲の変位・変形に対して実用的な処理量
で最適な点対応づけを決定する汎用的な形状マッチング
手法であり、上述した従来技術の問題点を解決してい
る。
As described above, the present invention is a general-purpose shape matching method for determining the optimum point correspondence with a practical processing amount for a wide range of displacement / deformation such as arbitrary affine transformation, and is described above. It solves the problems of the prior art.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0053】図1は本発明の一実施形態の形状マッチン
グ装置の構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of a shape matching device according to an embodiment of the present invention.

【0054】本形状マッチング装置は入力パターン構成
点格納部1と標準パターン構成点格納部2と点間重み係
数算出部3とアフィン変換成分連立一次方程式生成部4
とアフィン変換成分決定部5と変形入力パターン生成部
6とパターン間距離算出部7と収束判定部8で構成され
ている。
This shape matching apparatus includes an input pattern constituent point storage unit 1, a standard pattern constituent point storage unit 2, an inter-point weighting coefficient calculation unit 3, and an affine transformation component simultaneous linear equation generation unit 4.
It is composed of an affine transformation component determination unit 5, a modified input pattern generation unit 6, an inter-pattern distance calculation unit 7, and a convergence determination unit 8.

【0055】以下、各部の機能について具体的に説明す
る。
The functions of the respective parts will be specifically described below.

【0056】入力パターン構成点格納部1は、2次元平
面上の点集合で表わされる入力パターン
The input pattern constituent point storage unit 1 is an input pattern represented by a set of points on a two-dimensional plane.

【0057】[0057]

【外77】 を構成する各点の位置ベクトルの集合[Outside 77] Set of position vectors of each point

【0058】[0058]

【外78】 が格納される。ここで、[Outside 78] Is stored. here,

【0059】[0059]

【外79】 の第i点の位置ベクトルを表わし、XおよびY座標値が
格納される。ただし、点の順序づけは任意である。mは
入力パターン
[Outside 79] Represents the position vector of the i-th point of X, and the X and Y coordinate values are stored. However, the order of the points is arbitrary. m is the input pattern

【0060】[0060]

【外80】 の総点数を表わす。[Outside 80] Represents the total score of.

【0061】標準パターン構成点格納部2は、同じく2
次元平面上の点集合で表わされる標準パターン
The standard pattern constituent point storage unit 2 has the
Standard pattern represented by a set of points on a dimensional plane

【0062】[0062]

【外81】 を構成する各点の位置ベクトルの集合[Outside 81] Set of position vectors of each point

【0063】[0063]

【外82】 が格納される。ここで、[Outer 82] Is stored. here,

【0064】[0064]

【外83】 の第j点の位置ベクトルを表わし、XおよびY座標値が
格納される。ただし、点の順序づけは任意である。nは
標準パターン
[Outside 83] Represents the position vector of the j-th point of, and the X and Y coordinate values are stored. However, the order of the points is arbitrary. n is a standard pattern

【0065】[0065]

【外84】 の総点数を表わす。[Outside 84] Represents the total score of.

【0066】点間重み係数算出部3はThe point-to-point weighting coefficient calculation unit 3

【0067】[0067]

【外85】 の各構成点の間での点間距離[Outside 85] Point-to-point distance between each constituent point of

【0068】[0068]

【外86】 に基づくガウス関数型重み係数[Outside 86] Gaussian function type weighting factor

【0069】[0069]

【外87】 を次式により算出する。ただし[Outside 87] Is calculated by the following equation. However

【0070】[0070]

【外88】 はベクトルのノルムを表わし、例えばユークリッドノル
ムを用いればよい。
[Outside 88] Represents the norm of the vector, and for example, the Euclidean norm may be used.

【0071】[0071]

【数1】 ここで、[Equation 1] here,

【0072】[0072]

【外89】 は入力パターン[Outside 89] Is the input pattern

【0073】[0073]

【外90】 と標準パターン[Outside 90] And standard patterns

【0074】[0074]

【外91】 の間での一方パターンの各点から他方パターン内で最も
近い点までの最隣接点間距離の平均値になっており、ア
フィン変換前のパターン間距離を与える。式(1)によ
り算出された重み係数
[Outside 91] Is the average value of the distances between the closest points from each point of one pattern to the closest point in the other pattern, and gives the distance between patterns before affine transformation. Weighting factor calculated by equation (1)

【0075】[0075]

【外92】 はアフィン変換成分連立方程式生成部4へ送出される。[Outside 92] Is sent to the affine transformation component simultaneous equation generation unit 4.

【0076】アフィン変換成分連立方程式生成部4は、
標準パターンとの重なりを最大にするような入力パター
ンに対するアフィン変換成分
The affine transformation component simultaneous equation generation unit 4
Affine transformation component for the input pattern that maximizes the overlap with the standard pattern

【0077】[0077]

【外93】 を決定するための連立一次方程式を生成する。ここで、
Aは2行2列の行列で位置ベクトルの回転・伸縮・歪み
操作を表わし、
[Outside 93] Generate a system of linear equations for determining. here,
A is a matrix with 2 rows and 2 columns, and represents rotation, expansion, and distortion operations of the position vector,

【0078】[0078]

【外94】 は位置ベクトルの平行移動を表わし、入力パターン[Outside 94] Represents the translation of the position vector, and the input pattern

【0079】[0079]

【外95】 を構成する各点[Outside 95] Points that make up

【0080】[0080]

【外96】 に変換される。ここで、標準パターンとの重なりを最大
にするような入力パターンに対するアフィン変換成分
[Outside 96] Is converted to Here, the affine transformation component for the input pattern that maximizes the overlap with the standard pattern

【0081】[0081]

【外97】 は次式の目的関数Ψを最小にするものとする。明らか
に、Ψは重み係数
[Outside 97] Is to minimize the objective function Ψ of the following equation. Clearly, Ψ is the weighting factor

【0082】[0082]

【外98】 を用いた重み付き最小2乗法になっている。[Outside 98] It is a weighted least squares method using.

【0083】[0083]

【数2】 上式(3)のΨを最小にするような最適なアフィン変換
成分
[Equation 2] Optimal affine transformation component that minimizes Ψ in equation (3)

【0084】[0084]

【外99】 は、Ψを[Outside 99] Is Ψ

【0085】[0085]

【外100】 の各成分で偏微分した値が零になる条件から決定され
る。
[Outside 100] It is determined from the condition that the value of partial differentiation of each component becomes zero.

【0086】[0086]

【数3】 なる未知のアフィン変換成分(Equation 3) Unknown affine transformation component

【0087】[0087]

【外101】 に関する6元連立一次方程式が得られる。ただし、tは
ベクトルの転置を表わす。ここで、式(4)には制御用
の任意パラメータが一切含まれない点が大きな利点であ
る。上式(4)により生成されたアフィン変換成分連立
方程式はアフィン変換成分決定部5へ送出される。
[Outside 101] A six-dimensional system of linear equations for is obtained. However, t represents the transposition of the vector. Here, it is a great advantage that the equation (4) does not include any control parameters. The affine transformation component simultaneous equations generated by the above equation (4) are sent to the affine transformation component determination unit 5.

【0088】アフィン変換成分決定部5は、アフィン変
換成分連立方程式生成部4から送出された連立一次方程
式(4)を公知の数値解法、例えばガウスの消去法(岩
波講座 応用数学「線形計算」第1章、岩波書店、19
94を参照のこと)により解いて入力パターン
The affine transformation component determination unit 5 uses a known numerical solution method, for example, the Gaussian elimination method (Iwanami Course, Applied Mathematics, "Linear Computation" Chapter 1, Iwanami Shoten, 19
Input pattern solved by (see 94)

【0089】[0089]

【外102】 に対する最適なアフィン変換成分[Outside 102] Optimal affine transformation component for

【0090】[0090]

【外103】 を決定する。こうして得られたアフィン変換成分は変形
入力パターン生成部6へ送出される。
[Outside 103] To determine. The affine transformation component thus obtained is sent to the modified input pattern generation unit 6.

【0091】変形入力パターン生成部6は、アフィン変
換成分決定部5から送出されたアフィン変換成分
The modified input pattern generator 6 receives the affine transformation component sent from the affine transformation component determiner 5.

【0092】[0092]

【外104】 を用いて入力パターン[Outside 104] Input pattern using

【0093】[0093]

【外105】 を次式により[Outside 105] By

【0094】[0094]

【外106】 に変形する。[Outside 106] Deform to.

【0095】[0095]

【数4】 上式(5)により変形入力パターン(Equation 4) Deformation input pattern by the above equation (5)

【0096】[0096]

【外107】 が生成され、変形入力パターン[Outside 107] Is generated and transformed input pattern

【0097】[0097]

【外108】 はパターン間距離算出部7へ送出される。[Outside 108] Is sent to the inter-pattern distance calculation unit 7.

【0098】パターン間距離算出部7は変形入力パター
The inter-pattern distance calculation unit 7 uses the modified input pattern.

【0099】[0099]

【外109】 と標準パターン[Outside 109] And standard patterns

【0100】[0100]

【外110】 の間での最隣接点距離の平均値をパターン間距離[Outside 110] The average value of the distances of the nearest neighbors between

【0101】[0101]

【外111】 として次式により算出する。[Outside 111] Is calculated by the following formula.

【0102】[0102]

【数5】 同様に、アフィン変換前の入力パターン(Equation 5) Similarly, the input pattern before affine transformation

【0103】[0103]

【外112】 と標準パターン[Outside 112] And standard patterns

【0104】[0104]

【外113】 の間での最隣接点間距離の平均値をパターン間距離[Outside 113] The average value of the distances between the nearest neighbor points between

【0105】[0105]

【外114】 として前述の式(2)により算出する。[Outside 114] Is calculated by the above equation (2).

【0106】これらアフィン変換操作の前後でのパター
ン間距離の値
The value of the inter-pattern distance before and after these affine transformation operations

【0107】[0107]

【外115】 は収束判定部8へ送出される。[Outside 115] Is sent to the convergence determination unit 8.

【0108】収束判定部8は、パターン間距離算出部7
から送出された2つのパターン間距離
The convergence determination unit 8 is the inter-pattern distance calculation unit 7
Distance between two patterns sent from

【0109】[0109]

【外116】 を比較し、[Outside 116] Compare

【0110】[0110]

【外117】 から減少していない場合には変形入力パターン[Outside 117] Input pattern if not decreased from

【0111】[0111]

【外118】 と標準パターン[Outside 118] And standard patterns

【0112】[0112]

【外119】 の間で最隣接点対を決定して形状マッチング結果として
出力する。一方、
[Outside 119] The pair of nearest neighbor points is determined and output as the shape matching result. on the other hand,

【0113】[0113]

【外120】 から減少している場合には変形入力パターン[Outside 120] Deformation input pattern when decreasing from

【0114】[0114]

【外121】 を改めて入力パターン[Outside 121] Input pattern again

【0115】[0115]

【外122】 と見なして重み付き最小2乗法で決定されるアフィン変
換操作を再び施し、変換後のパターン間距離
[Outside 122] And the affine transformation operation determined by the weighted least squares method is performed again, and the distance between patterns after transformation is changed.

【0116】[0116]

【外123】 が変換前のパターン間距離[Outside 123] Is the distance between patterns before conversion

【0117】[0117]

【外124】 から減少しなくなるまでこの操作を反復する。こうして
パターン間距離
[Outside 124] This operation is repeated until the value does not decrease. Thus the distance between patterns

【0118】[0118]

【外125】 が単調に減少し、収束した時点で2パターン間の最隣接
点対を形状マッチング結果として出力し、動作を終了す
る。
[Outside 125] Decreases monotonically, and when it converges, the pair of nearest neighbor points between the two patterns is output as the shape matching result, and the operation ends.

【0119】図2は2次元平面上の文字パターン「型」
を例に、同図(a)に入力パターン(構成点を○で記
す)、同図(b)に標準パターン(構成点を◎で記す)
と入力パターンを重ねたものを示す。但し、●は入力パ
ターンと標準パターンの間で重なった点を示す。同図
(c)〜(f)には、入力パターンにアフィン変換操作
を反復回数=1、3、7、15だけ施した際の変形入力
パターンと標準パターンを重ねた図を示す。図中、
“・”は入力パターンの元の構成点の位置を示す。但
し、この例では反復回数=15でパターン間距離の減少
が収束し、アフィン変換操作の反復が終了している。
FIG. 2 shows a character pattern "type" on a two-dimensional plane.
As an example, the input pattern (composition points are marked with a circle) in FIG. 7A and the standard pattern (composition points are marked with a circle) in FIG.
And the input pattern is shown. However, ● indicates an overlapping point between the input pattern and the standard pattern. FIGS. 7C to 7F are diagrams in which the deformed input pattern and the standard pattern when the affine transformation operation is performed for the number of iterations = 1, 3, 7, and 15 are superimposed on the input pattern. In the figure,
“•” indicates the position of the original constituent point of the input pattern. However, in this example, when the number of iterations = 15, the decrease in the inter-pattern distance converges, and the iteration of the affine transformation operation ends.

【0120】図2より、アフィン変換が反復されていく
につれて、図2(c)の状態から図2(f)の最終状態
へ向けて重なり点(●で記す)が増大していき、図2
(f)の最終状態では変形入力パターンのほとんどの構
成点が標準パターンに重なっている。こうして最終状態
(図2(f))における最隣接点対が形状マッチング結
果として出力される。この図のように入力パターンにか
なり大きな変形が含まれる場合も、上記アフィン変換操
作の反復により正しい形状マッチングが実現されている
ことがわかる。
From FIG. 2, as the affine transformation is repeated, the number of overlapping points (indicated by ●) increases from the state of FIG. 2C toward the final state of FIG.
In the final state of (f), most of the constituent points of the modified input pattern overlap the standard pattern. In this way, the most adjacent point pair in the final state (FIG. 2 (f)) is output as the shape matching result. It can be seen that even when the input pattern includes a considerably large deformation as shown in this figure, correct shape matching is realized by repeating the affine transformation operation.

【0121】[0121]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意のアフィン変換成分(回転・伸縮・歪み・平行移
動)を含む入力パターンに対して、該アフィン変換を重
み付き最小2乗法の反復適用により実用的な処理量で厳
密に算出して、該アフィン変換で変形した変形入力パタ
ーンと標準パターンとの間で最隣接点対を決定すること
により、安定かつ高精度な形状マッチングを行うことが
可能である。特に、重み付き最小2乗法が連立一次方程
式の解法に帰着できるため、手順が単純で処理量も少な
くて済む。さらに、アフィン変換の算出処理の中に制御
用の任意パラメータが一切含まれないため、極めて汎用
的な形状マッチング技術になっている。
As described above, according to the present invention,
For an input pattern including an arbitrary affine transformation component (rotation, expansion, distortion, translation), the affine transformation is rigorously calculated with a practical processing amount by iterative application of the weighted least squares method, and the affine transformation is performed. By determining the nearest neighbor point pair between the transformed input pattern transformed by the transformation and the standard pattern, stable and highly accurate shape matching can be performed. In particular, since the weighted least squares method can be reduced to the solution of simultaneous linear equations, the procedure is simple and the processing amount is small. Further, since the affine transformation calculation process does not include any control parameters, it is an extremely general-purpose shape matching technique.

【0122】このように、広くパターン間の変位・変形
の抽出が2つの点集合間の点対応づけと考えられる以
上、本発明は任意のアフィン変換という広い範囲の変位
・変形に対して少ない処理量で高精度な点対応づけを可
能とする汎用的な形状マッチングの技術を提供してい
る。このため、パターン認識における文字・図形の変形
抽出や動画像理解における変位・変形の抽出、3次元奥
行知覚におけるステレオビジョンの対応点検出の分野に
適用される場合に利点が極めて大きい。
As described above, since it is considered that the extraction of the displacement / deformation between the patterns widely corresponds to the point correspondence between the two point sets, the present invention is a small process for a wide range of displacement / deformation such as arbitrary affine transformation. We provide a general-purpose shape matching technology that enables highly accurate point correspondence by quantity. Therefore, this is extremely advantageous when applied to the field of character / figure deformation extraction in pattern recognition, displacement / deformation extraction in moving image understanding, and stereovision corresponding point detection in three-dimensional depth perception.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態の形状マッチング装置の構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a shape matching device according to an embodiment of the present invention.

【図2】アフィン変換操作の反復による点対応づけの動
作を説明するための具体例を示す図である。 1 入力パターン構成点格納部 2 標準パターン構成点格納部 3 点間重み係数算出部 4 アフィン変換成分連立一次方程式生成部 5 アフィン変換成分決定部 6 変形入力パターン生成部 7 パターン間距離算出部 8 収束判定部
FIG. 2 is a diagram showing a specific example for explaining an operation of point association by repeating an affine transformation operation. 1 Input pattern constituent point storage unit 2 Standard pattern constituent point storage unit 3 Point weight coefficient calculation unit 4 Affine transformation component simultaneous linear equation generation unit 5 Affine transformation component determination unit 6 Modified input pattern generation unit 7 Pattern distance calculation unit 8 Convergence Judgment part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2次元平面上の点集合で表わされる入力
パターン 【外1】 と標準パターン 【外2】 の間で、 入力パターン 【外3】 にアフィン変換を施して変形入力パターン 【外4】 を生成する変換操作を導入し、標準パターン 【外5】 への重なりが最大となるような変形入力パターン 【外6】 を生成することにより、変形入力パターン 【外7】 と標準パターン 【外8】 の間での最隣接点対を形状マッチング結果として出力す
る形状マッチング方法。
1. An input pattern represented by a set of points on a two-dimensional plane. And standard pattern [Outside 2] Input pattern [External 3] Affine transformation is applied to the transformed input pattern [External 4] Introduce the conversion operation to generate the standard pattern Input pattern that maximizes the overlap with By generating the transformed input pattern And standard pattern [8] A shape matching method that outputs the pair of points closest to each other as a shape matching result.
【請求項2】 前記入力パターンと前記標準パターンの
各構成点の間での点間距離に基づく重み係数を算出し、
前記重み係数を用いた重み付き最小2乗法によりアフィ
ン変換成分を決定する、請求項1記載の形状マッチング
方法。
2. A weighting factor is calculated based on a point-to-point distance between each of the constituent points of the input pattern and the standard pattern,
The shape matching method according to claim 1, wherein the affine transformation component is determined by a weighted least squares method using the weighting factor.
【請求項3】 2次元平面上の点集合で表わされる入力
パターン 【外9】 と標準パターン 【外10】 をそれぞれ構成点の位置ベクトルの集合 【外11】 として記憶装置に格納しておき、入力パターン 【外12】 の各点にアフィン変換 【外13】 (Aは2行2列の行列で、位置ベクトルの回転・伸縮・
歪みを表わす、 【外14】 は2次元ベクトル、平行移動を表わす)を施して標準パ
ターン 【外15】 への重なりを最大とするような変形入力パターン 【外16】 を生成して2パターン間の点対応づけを行う形状マッチ
ング装置であって、 入力パターン 【外17】 と標準パターン 【外18】 の各構成点の間での点間距離 【外19】 に基づくガウス関数型重み係数を算出する点間重み係数
算出手段と、 前記重み係数を用いた重み付き最小2乗法により入力パ
ターン 【外20】 に対する最適なアフィン変換成分 【外21】 が満たすべき連立一次方程式を生成するアフィン変換成
分連立一次方程式生成手段と、 前記連立一次方程式を解き、アフィン変換成分を決定す
るアフィン変換成分決定手段と、 前記決定されたアフィン変換成分を用いて入力パターン 【外22】 の各点にアフィン変換 【外23】 を施して入力パターン 【外24】 を変形して変形入力パターン 【外25】 を生成する変形入力パターン生成手段と、 変形入力パターン 【外26】 と標準パターン 【外27】 の間で一方のパターンの各点から他方のパターン内の最
隣接点までの最隣接点間距離の平均値を2パターン間の
パターン間距離 【外28】 として算出し、同様に変形前の入力パターン 【外29】 と標準パターン 【外30】 の間でのパターン間距離も 【外31】 として算出するパターン間距離算出手段と、 前記パターン間距離 【外32】 を比較して 【外33】 から減少していない場合には変形入力パターン 【外34】 と標準パターン 【外35】 の間で各点に対する相手パターン中の最隣接点を対応づ
けて形状マッチング結果として出力し、一方 【外36】 から減少している場合には変形入力パターン 【外37】 を改めて入力パターン 【外38】 とみなして前記点間重み係数算出手段へ再び入力し、前
記アフィン変換操作を反復させる収束判定手段とを有す
る形状マッチング装置。
3. An input pattern represented by a set of points on a two-dimensional plane. And standard pattern [Outside 10] Is a set of position vectors of constituent points Stored in the storage device as Affine transformation to each point of (A is a matrix with 2 rows and 2 columns.
Represents distortion, [External 14] Is a two-dimensional vector, and represents a parallel movement) Input pattern that maximizes the overlap with A shape matching device for generating points and associating points between two patterns, the input pattern And standard pattern [Outside 18] Inter-point distance between each constituent point of Point-to-point weighting coefficient calculating means for calculating a Gaussian function-type weighting coefficient based on, and an input pattern by a weighted least squares method using the weighting coefficient Optimal affine transformation component for Affine transformation component simultaneous linear equation generation means for generating simultaneous linear equations to be satisfied, affine transformation component determination means for determining the affine transformation component by solving the simultaneous linear equations, and inputting using the determined affine transformation component Pattern [outside 22] Affine transformation to each point of Input pattern by applying [External 24] Transform and transform input pattern [External 25] A modified input pattern generating means for generating And standard pattern [External 27] The average value of the distances between the nearest neighbor points from each point of one pattern to the nearest neighbor point in the other pattern between And the input pattern before transformation And standard pattern [30] The distance between patterns is also [External 31] Inter-pattern distance calculation means for calculating as Comparing If there is no decrease from the modified input pattern [Ex. 34] And standard patterns [35] And output the shape matching result by associating the nearest neighbor point in the partner pattern with each point between If it is decreasing from the Input pattern again [outside 38] A shape matching device having a convergence determining unit that repeats the affine transformation operation by inputting again to the point-to-point weighting coefficient calculating unit.
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