JPH0981726A - パターンマッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目的のパターンが不鮮明な場合や、視野内に
類似パターンが存在する場合でも、高い信頼性をもって
目的のパターンを検出できるようにする。 【解決手段】 入力画像と目的のパターンとのマッチン
グに際して、マッチング率がある一定の値を超えるマッ
チング候補画素について、該候補画素の周辺の画素にお
けるマッチング率の分布形状が、マッチング率の理想的
な分布形状と一致しているか否かを見る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用テレビカメ
ラ等の画像入力手段により得られた画像中に特定のパタ
ーンを検出することにより、画像中の物体の同定、位置
決め等を行うパターンマッチング方法に係り、特に、目
的のパターンが不鮮明な場合や、視野内に類似パターン
が存在する場合でも、他のパターンに惑わされることな
く、高い信頼性をもって目的のパターンを検出すること
が可能なパターンマッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】入力画像中に特定のパターンがあること
を検出するパターンマッチング方法が幾つか知られてい
るが、従来は、いずれも、マッチングの過程において、
入力画像と目的のパターンとの一致度を示すマッチング
率が、各画素位置について計算され、このマッチング率
が最終的な判定基準とされていた。この判定方法として
は、例えば、田村秀行著「コンピュータ画像処理入門」
（１９８５）、総研出版発行、第１４９頁に示されてい
るように、マッチング率が最大を示す画素、あるいは一
定値を超えた画素をマッチング点とする方法が一般的で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明等
の入力条件により目的のパターンが不鮮明な場合や、視
野内に類似パターンが存在する場合には、目的のパター
ンが存在する画素位置のマッチング率が、目的としてい
ない他のパターンが存在する画素位置のマッチング率と
同等、あるいはそれ以下の値となり、結果として誤検出
することがあるという問題点を有していた。

【０００４】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、画像の入力条件が良くない場合で
も、高い信頼性をもって目的のパターンを検出すること
が可能なパターンマッチング方法を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力画像と目
的のパターンとの一致度を示すマッチング率に基づい
て、画像と目的のパターンとのマッチングを行うパター
ンマッチング方法において、前記マッチング率が所定値
を超える画素を、マッチング候補画素とし、該マッチン
グ候補画素の周辺の画素におけるマッチング率の分布を
求め、該マッチング率の分布形状を所定の分布形状とを
比較し、該分布形状の一致度も判定基準に加えてマッチ
ング点を判定するようにして、前記目的を達成したもの
である。

【０００６】本発明は、パターンマッチングにおいて入
力条件が良くない場合でも、真のマッチング点における
マッチング率は低下するが、周辺の各画素におけるマッ
チング率との相対関係、即ちマッチング率の分布は、マ
ッチング点を最高値として、ある一定の形状になること
を利用したものである。即ち、パターンマッチングに際
して、出力されたマッチング率が最大の画素あるいは一
定値を超えた画素を、直ちにマッチング点と判定するの
ではなく、その画素を、ひとまずマッチング候補画素と
して挙げておき、該マッチング候補画素の周辺の画素に
おけるマッチング率の分布を観察し、この分布形状と、
理想的なマッチングにおけるマッチング率の分布形状の
一致度も加味した上でマッチング点を判定する。

【０００７】特に、前記マッチング率の分布形状の、所
定の分布形状からのずれが所定範囲内であるマッチング
候補画素の内で、前記マッチング率が最高の画素をマッ
チング点と判定するようにした場合には、容易に高精度
でマッチング点を判定することが可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。

【０００９】この実施形態は、図１に示す如く、カメラ
１０から入力される画像を記録する画像記録部１２と、
検出したい目的のパターンｇ（ｘ、ｙ）を蓄えるパター
ン記録部１４と、前記画像記録部１２から入力される画
像ｆ（ｘ、ｙ）と前記パターン記録部１４に蓄えられた
目的のパターンｇ（ｘ、ｙ）とのマッチング率を計算す
るマッチング率計算部１６と、マッチング率の閾値を記
録する閾値記録部１８と、該閾値記録部１８に記録され
ている閾値を用いて、マッチング候補画素を判定するマ
ッチング候補画素判定部２０と、該マッチング候補画素
判定部２０で判定されたマッチング候補画素の周囲画素
のマッチング率を参照し、その値の分布形状が理想的な
マッチング形状に近いマッチング候補画素の内、マッチ
ング率が最高の画素をマッチング点と判定する周囲画素
マッチング率判定部２２と、該周囲画素マッチング率判
定部２２における判定結果を出力する結果出力部２４と
を含んで構成されている。

【００１０】以下、この実施形態の作用を説明する。

【００１１】まず、カメラ１０から画像記録部１２に画
像を入力し、マッチング率計算部１６において、この入
力が画像ｆ（ｘ、ｙ）と、パターン記録部１４に蓄えら
れた、検出したい目的のパターンｇ（ｘ、ｙ）とのマッ
チングを行う。具体的には、マッチング率計算部１６
で、図２に示すように、入力画像ｆ（ｘ、ｙ）中で、目
的のパターンｇ（ｘ、ｙ）と同じ大きさ、同じ形状の部
分画像と、目的のパターンｇ（ｘ、ｙ）との間で、画素
位置（ｕ、ｖ）毎にマッチング率を計算する操作を、入
力画像上を走査しながら全画面に対して行い、この結果
をマッチング候補画素判定部２０に送る。

【００１２】マッチング候補画素判定部２０では、送ら
れてきたマッチング率の集合の中から、閾値記録部１８
に蓄えられている閾値よりも大きな値を示す全ての画素
について、その位置座標データ（ｕ、ｖ）を周辺画素マ
ッチング率判定部２２に送る。周辺画素マッチング率判
定部２２では、送られてきた全てのマッチング候補画素
についての位置座標データを元に、該マッチング候補画
素の周辺の数画素におけるマッチング率を参照し、その
値の分布が、理想的なマッチングにおける値の分布にど
れだけ近いか判定し、ある一定の範囲内で近似していな
ければ、その画素をマッチング候補から外し、最終的に
残ったマッチング候補画素の中で、マッチング率が最高
の画素をマッチング点と判定して、結果出力部２４に送
る。

【００１３】前記マッチング率計算部１６におけるマッ
チング率の計算に際して、例えば正規化相互相関法で
は、入力画像をｆ（ｘ，ｙ）、目的のパターンをｇ
（ｘ，ｙ）、画素の位置を（ｕ，ｖ）、目的パターンの
形状を矩形、寸法を（ｗ，ｈ）とすると、次式が用いら
れる。

【００１４】

【数１】

【００１５】又、コンボリューション法を使うと、次式
が用いられる。

【００１６】

【数２】

【００１７】又、２値パターンマッチング法によれば、
マッチング率の逆数が、次式により計算される。

【００１８】

【数３】

【００１９】以上のような処理で、各画素位置（ｕ，
ｖ）におけるマッチング率が算出される。

【００２０】目的パターンの一例を図３に示す。又、マ
ッチング率の分布を観測する周辺領域の例を図４に示
す。図４のａ〜ｄが観測領域の例で、領域ａは、マッチ
ング点Ｐから一定距離内のｘ方向に一列に並んだ画素
群、領域ｂは、マッチング点Ｐから一定距離内のｙ方向
に一列に並んだ画素群、領域ｃは、マッチング点Ｐを中
心とする矩形領域、領域ｄは、マッチング点Ｐを中心と
する円形領域を表わしている。

【００２１】以下の説明では、領域ａの分布を例にとっ
て説明する。

【００２２】図３の目的パターンを、コンボリューショ
ン演算法を用いて検出する場合において、理想的なマッ
チングにおけるマッチング率の分布形状は図５に実線で
示す如くとなる。図５において、縦軸はマッチング率、
横軸はマッチング点Ｐを中心とするｘ方向の相対的な画
素を表わす。マッチング率は、マッチング点Ｐを最高値
として、その前後になだらかな凸状の分布形状をしてい
ることが分かる。この分布形状は、マッチング率の計算
手法、目的のパターン等により異なった形状となるが、
逆に、これらが決まれば一定の形状となる。従って、こ
の理想的なマッチングにおけるマッチング率の分布形状
と、各位置毎のマッチング率の分布形状の一致度を、マ
ッチング点判定の際の判断基準に加えると、高い信頼性
を持ってパターンを検出することができる。

【００２３】分布形状の一致度を計る尺度としては、図
５に斜線で示した如く、理想的な分布を中心として、あ
る幅をもった領域を許容分布範囲として設定しておき、
各マッチング候補画素周辺におけるマッチング率の分布
形状が、この範囲に入っていることを条件とする方法が
考えられる。

【００２４】図６はその一例で、（Ａ）、（Ｂ）はそれ
ぞれ実際の対象画像の一部分を切り出した部分画像１、
２であり、（Ｃ）、（Ｄ）はその各部分画像１、２中の
マッチング候補画素を中心としたマッチング率の分布形
状を示している。ここで、（Ａ）は、目的とするパター
ンを含む画像、（Ｂ）は、目的のパターンに類似したパ
ターンを含む画像である。

【００２５】図６の（Ｃ）と（Ｄ）を比較すると分かる
ように、類似したパターン（Ｄ）におけるマッチング率
が、目的のパターン（Ｃ）におけるマッチング率よりも
大きいので、単純にマッチング率だけでマッチング点Ｐ
を判定すると、類似のパターンの方をマッチング点と誤
検出してしまう。この現象は、目的のパターンを含む部
分画像１の入力条件が悪く、コントラストが十分取れて
いない場合に起こり易い。そこで、本発明では、マッチ
ング候補画素周辺におけるマッチング率の分布形状も観
測する。すると、図６（Ｄ）では、その分布の右半分が
斜線で示した許容範囲から外れているため、目的のパタ
ーンではないと判断でき、マッチング率は低いが、分布
形状が許容範囲に入っている図６（Ｃ）、即ち対応する
部分画像１を目的のパターンと推定することができる。

【００２６】なお、図５、図６では、コンボリューショ
ン演算法を用いてマッチング率を計算する場合を例にと
って本発明の実施形態を説明していたが、本発明の適用
対象は、これに限定されず、正規化相互相関法や２値パ
ターンマッチング法等、他のマッチング法を用いても良
いことは明らかである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パターンマッチングに際して、マッチング率の絶対値だ
けでなく、その分布形状までも判断基準として使うよう
にしているので、画像の入力条件が悪い場合でも、他の
パターンを誤検出することなく、高い信頼性をもって目
的のパターンを検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例を示すブロック線図

【図２】前記実施形態における画像マッチングを説明す
るための斜視図

【図３】前記実施形態における目的パターンの一例を示
す線図

【図４】同じくマッチング率観測領域の例を示す線図

【図５】同じく理想的なマッチングの際のマッチング率
の分布形状の例を示す線図

【図６】同じく目的パターン及び類似パターンを含む部
分画像でのマッチング判定例を比較して示す線図

【符号の説明】

１０…カメラ １２…画像記録部 ｆ（ｘ，ｙ）…入力画像 １４…パターン記録部 ｇ（ｘ，ｙ）…目的のパターン １６…マッチング率計算部 １８…閾値記録部 ２０…マッチング候補画素判定部 ２２…周囲画素マッチング率判定部 ２４…結果出力部 Ｐ…マッチング点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力画像と目的のパターンとの一致度を示
   すマッチング率に基づいて、画像と目的のパターンとの
   マッチングを行うパターンマッチング方法において、 前記マッチング率が所定値を超える画素を、マッチング
   候補画素とし、 該マッチング候補画素の周辺の画素におけるマッチング
   率の分布を求め、 該マッチング率の分布形状を所定の分布形状とを比較
   し、 該分布形状の一致度も判定基準に加えてマッチング点を
   判定することを特徴とするパターンマッチング方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記マッチング率の分
   布形状の、所定の分布形状からのずれが所定範囲内であ
   るマッチング候補画素の内で、前記マッチング率が最高
   の画素をマッチング点と判定することを特徴とするパタ
   ーンマッチング方法。