JPH10124666A - テンプレートマッチング処理方法 - Google Patents

テンプレートマッチング処理方法

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JPH10124666A
JPH10124666A JP8312517A JP31251796A JPH10124666A JP H10124666 A JPH10124666 A JP H10124666A JP 8312517 A JP8312517 A JP 8312517A JP 31251796 A JP31251796 A JP 31251796A JP H10124666 A JPH10124666 A JP H10124666A
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sub
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隆 徳山
Tomoo Nogi
知生 野木
Shinichi Koyanagi
伸一 小柳
Akio Tateishi
明生 立石
Mitsutoshi Akai
光俊 赤井
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Daido Denki Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 テレビカメラを用いた画像処理装置の画像間
の対応位置を求めるテンプレートマッチング処理に於い
て、濃度補間処理をせずに、極めて短時間にサブピクセ
ル精度の対応位置を求める処理方法を提供する。 【構成】 元画素データによるの最大相互相関値と、当
該最大相互相関値画素位置の周囲の画素位置の相関値の
差、或いは、傾きを利用して、サブピクセル精度の画像
間対応位置を求める様にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像処理に於ける、画
像間パターンマッチング処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、あらゆる分野で画像処理応用技術
が導入される中、得られた画像データを総合的に解析
し、高精度かつ多角的な特徴を抽出する処理手法が種々
試みられている。
【0003】FAの分野では、画像間の対応付けを求め
るパターンマッチング処理の用途が多く、特に、テンプ
レート画像とテクスチャー画像の類似度を走査、演算
し、対象物の位置を求めるテンプレートマッチング処理
は、物の位置決め、移動体の追跡、三次元形状計測等の
処理に用いられる、最も一般的な手法である。
【0004】ここで、テンプレートマッチング処理につ
いて説明する。図5に示す様に、求める対象物を含むテ
ンプレート画像データg(x,y)、テクスチャー画像
データf(x,y)とすると、正規化相互相関R(x,
y)は、画像データg(x,y)の中心座標を(k,
ι)とすると、式にて計算される。この演算をテクス
チャ画像全体の画素に対して施し、正規化相互相関値が
最大となる画素位置を求める。
【0005】式で演算された正規化相互相関値の分布
を図6に示す。この結果、最も相関の高い位置を元画素
精度で求めることが出来る。
【0006】次に対象物の位置をサブピクセルの精度で
求める場合について説明する。先に示したテンプレート
画像データg(x,y)、テクスチャ画像データf
(x,y)に濃度補間処理を施し、サブピクセルオーダ
ーの濃淡画像データを作り、式を用いて同様の演算を
補間画素全体に対して行えば良い。ここで、図7を用い
て、濃度補間処理の一例を説明する。元画素画像データ
の位置をu,v座標で表し、座標位置を(u,v)、
(u,v+1)、(u+1,v)、(u+1,v+1)
とし、濃度値を各々f(u,v)、f(u,v+1)、
f(u+1,v)、f(u+1,v+1)とし、濃度補
間後の(u,v)の位置の濃度をf(u,v
とすると、濃度値f(u,v)は式にて演算され
る。 f(u,v)=f(u,v)(1−α)(1−β)+f(u+1,v)α( 1−β)+f(u,v+1)(1−α)β+f(u+1,v+1)αβ………
【0007】α及びβは、元画像データ間を例えば各々
10等分(10×10=100倍補間)して補間する場
合は、図8に示すように0.1、0.2〜1という様に
変化させ、各点の濃度値を求める。以上の結果、最も相
関の高い位置をサブピクセル精度で求めることが出来
る。図9に従来のサブピクセル精度での対応点を求める
ための処理フローの一例を示す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した様に、テ
ンプレートマッチング処理で用いる固像データは多く、
サブピクセル精度で対応位置を求めようとした場合、元
画素のデータ量が、補間倍率(例えば、0.1ピクセル
精度では、10×10=100倍)により拡大される。
また、テクスチャ画像の全ての点に於いて、対応付け走
査を施すので、テンプレート画像パターンと最も良く一
致する場所を探し出すには、かなり長い演算時間を必要
とする問題が生じる。
【0009】これらの問題の解決策として、超高速動作
のCPUの導入や複数MPUによる並列分散処理構成等
のハードウェア的対応が考えられるが、処理装置のコス
ト上昇及び大型化につながることになり、得策ではな
い。一方、ソフトウェア的な解決策としては、相互相関
演算を高速フーリェ変換を用いて行う方法や、相互相関
演算の部分和が、あるしきい値を超えた時点で、演算を
中断させ、演算効率を上げるSSDA法(Sequen
tial Similarity Detection
Algorithm)や、飛び越し走査で対応範囲を
絞り込み、次にその範囲内を全て走査する粗密2段階の
サーチ方法等が提案さているが、位置検出精度を上げる
には濃度補間倍率を上げる他はなく、それに共ない、画
像データも増大し、結局の所、演算時間が伸びてしまう
という問題が生じる。
【0010】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
画像間の対応位霞を求めるテンプレートマッチング処理
に於いて、濃度補間処理をせずに、極めて短時間でサブ
ピクセル精度の対応位置を求めるテンプレートマッチン
グ処理方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】テレビカメラで撮像され
た濃淡画像間の対応付け走査により求められた、元画素
データによる最大相互相関値と、当該最大相互相関値価
素位置の周囲の画素位置の相互相関値の差、或いは、傾
きを利用して、サブピクセル精度の対応位置を求める様
にしたものである。
【0012】
【作用】元画素データによる正規化相互相関演算で求め
た、最大相互相関値と、当該最大相互相関値画素位置の
周囲の画素位置の相互相関値の差、或いは、傾きを利用
して、サブピクセル精度の対応点を求めることが出来る
ので、従来の様に濃度補間処理を施した大きな画像デー
タに対して、テンプレートマッチング処理を行う必要が
なくなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。図1は、本実施例のテンプレートマッチン
グ処理フローで、本処理フローの順序に従って説明す
る。まず、テレビカメラからのアナログ映像信号を取り
込み、順次A/D変換する。次にデジタイズされた取り
込み画像データ上で、図5に示すように、対象物を含む
テンプレート画像データg(x,y)と、テクスチャ画
像f(x,y)の領域を設定する。次に正規化相互相関
演算について説明すると、画像データg(x,y)の中
心座標を(k,ι)とすると、正規化相互相関R(x,
y)は、式にて計算される。この演算をテクスチャ画
像全体の画素に対して施し、正規化相互相関値が最大と
なる画素位置を求める。式で演算された正規化相互相
関値の三次元分布モデルを図2に示す。x軸、y軸は、
画素の座標軸、z軸は、各画素位置での相互相関値を表
す。図中W〜Wが各画素位置での相互相関値であ
り、高低差で相関の度合を表している。相互相関値の最
も高い位置はWの値を持つ画素であり、この画素内に
サブピクセル精度の対応点が存在することになる。
【0014】次にサブピクセル精度の対応点を求める方
法について説明する。図3は、図2の相互相関値を、最
大相互相関値Wを持つ画素の囲りのx軸、y軸方向4
点に集めたモデル図で、この状態からサブピクセル精度
の対応点を求める。まず、x軸方向に於けるサブピクセ
ル精度の対応点を求める方法について、図4を用いて説
明する。Wは最大相互相関値、W、Wは両隣の画
素の相互相関値であり、θはWとWを結ぶ線分
と、WよりOWに垂直に下ろした線分とのなす角、
θはWとWを結ぶ線分とWよりOWに垂直に
下ろした線分とのなす角である。サブピクセル精度の対
応点は、θ=θが成り立つ位置にOWがあること
であるから(図中点線で示す)、式で求められる。t
anθ=tanθ より
【0015】同様にy軸方向に於けるサブピクセル精度
の対応点は、W2、W4、W5を用いて、式で求めら
れる。
【0016】以上の結果から、サブピクセル精度の対応
点は画素中心から(Δι,Δι)だけずれた位置に
存在することが求められる。仮に元画素の最大相互相関
値Wと、当該最大相互相関値画素位置の周囲の画素位
置の相互相関値W、W、W、Wのいずれかとの
差が微小(ある定数以下、或いは、零)である場合は、
量子化誤差等を考慮して、最大相互相関値画素及び、最
大相互相関値との差が微小な相互相関値を持つ画素を含
む領域の周囲の画素位置の相互相関値を用いて同様の計
算を実施すれば良い。また、計算式から明らかな様に、
位置検出精度は、最大相互相関値Wと、当該最大相互
相関値画素位置の周囲の画素位置の相互相関値W、W
、W、Wとの差、或いは、傾きがあれば、量子化
誤差等を考慮に入れなければ、いくらでも高めることが
可能である。
【0017】
【発明の効果】上述した様に本発明は、元画素のデータ
より求めた相互相関値を利用するので、従来の様に濃度
補間処理を施した、大きな画像データを扱う必要がな
く、極めて高速かつ高精度な両像間のマッチングを低コ
ストでコンパクトな装置で実現出来るという大きな効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の処理フロー
【図2】相互相関の分布の3次元モデル図
【図3】サブピクセル精度の対応位置を求めるためのモ
デル図
【図4】x軸方向の対応位置を求める方法を説明するた
めの図
【図5】相互相関を説明するための図
【図6】相互相関の分布を示す図
【図7】濃度補間を説明するための図
【図8】濃度補間データを説明するための図
【図9】従来のサブピクセル精度の対応点を求めるため
の処理フロー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立石 明生 東京都千代田区岩本町3丁目11番5号 大 同電機工業株式会社内 (72)発明者 赤井 光俊 東京都千代田区岩本町3丁目11番5号 大 同電機工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テレビカメラからのアナログ映像信号をデ
    ジタイズし、演算素子により計測、解析処理を行う画像
    処理装置。前記、画像処理装置の計測、解析処理の内、
    画像間の対応付走査を行うための相互相関演算と、相互
    相関演算結果の最大相互相関値から対応位置を求めるテ
    ンプレートマッチング処理に於いて、前記、相互相関演
    算により求められた、元画素データによる最大相互相関
    値と、当該最大相互相関値画素位置の周囲の画素位置の
    相互相関値の差、或いは傾きを利用して、サブピクセル
    精度の対応位置を求めることを特徴とするテンプレート
    マッチング処理手法。
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