JPH1196372A

JPH1196372A - 画像処理方法およびその装置、ならびに画像処理用の制御プログラムの記録媒体

Info

Publication number: JPH1196372A
Application number: JP9270395A
Authority: JP
Inventors: Shiro Fujieda; 紫朗藤枝
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】対象物の向きの特定処理を簡単かつ精度良く
実施する。【解決手段】対象物を撮像して得られた画像上に所定
大きさの計測領域Ｒを設定し、この計測領域Ｒにエッジ
抽出用のマスクを順次走査する。着目画素がエッジと判
断される毎に、そのエッジ方向におけるエッジの度合い
が加算処理され、最終的にエッジ方向毎のエッジの度合
いを示すエッジ方向ヒストグラムが作成される。このヒ
ストグラム上で最大のピーク値が得られる角度Ｔ
_maxが、対象物の向きとして特定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、対象物を撮像して得
られた画像を用いてその対象物がいずれの方向を向いて
いるかを計測するための方法および装置に関連し、さら
にこの発明は、前記計測処理をコンピュータにより実施
させるための制御プログラムを記録した記録媒体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば所定の対象物について、その外
観形状の良否を判別する場合、この対象物の画像をあら
かじめ設定されたモデル画像と照合し、前記モデル画像
に対する類似度合いにより対象物の良否を判定する処理
が行われている。この照合処理に先立ち、画像上の対象
物がどの方向を向いているかを計測し、対象物のモデル
に対する回転ずれ分だけ画像を回転補正しておく必要が
ある。

【０００３】また工場で製品を出荷する際などに対象物
の向きが一定方向に揃っているか否かを判別する場合に
も、画像処理により対象物の方向を計測する処理が行わ
れている。

【０００４】従来の対象物の向きを計測するための代表
的な方法としては、主軸角を計測する方法、辺角を
計測する方法、マッチング処理による方法などが存在
する。このうちの方法は、対象物に等価楕円を設定し
てその対象物の主軸を特定し、その軸方向を求めるとい
うものである。またの方法では、画像上のエッジを追
跡して対象物の特定の輪郭線に相当する直線を特定した
後、その直線上に計測領域を設定して直線の傾きを求
め、その計測結果を対象物の傾きとする。

【０００５】さらにの方法では、対象物のモデル画像
を所定角度ずつ回転させて複数の回転モデルを設定して
おき、これら各モデル毎に対象物の画像とのマッチング
処理を実施する。これにより最も高い相関値が得られた
ときの回転モデルに対応する回転角度が、基準のモデル
画像に対する対象物の回転角度として特定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法では、対
象物に等価楕円を設定する必要があるが、正方形など等
価楕円が円に近似する対象物については主軸の特定が困
難になり、計測精度が悪くなる。また画像にノイズが存
在すると、等価楕円の設定に狂いが生じ、安定した計測
が行えないという問題も発生する。

【０００７】の方法では、エッジ追跡による直線の検
出や目的とする直線の特定は、複雑な処理を要するた
め、処理時間が多大なものとなる。さらにこの処理もノ
イズの影響を受けやすいので、計測精度が不安定であ
る。

【０００８】の方法を用いる場合は、複数の回転モデ
ルとのマッチング処理を実施するので、処理に多大な時
間がかかり、またこれら回転モデルを記憶するために容
量の大きなメモリが必要となる。また処理の高速化や高
精度化を実現するには、処理速度の速いＣＰＵや多数の
モデルを登録可能なメモリを組み込む必要があるので、
ハード構成にかかるコストが著しく増大する。しかもモ
デルに対し対象物の大きさや形状が変動すると、算出さ
れる相関値の値が小さくなり、やはり安定した計測を実
施できなくなるという問題もある。

【０００９】この発明は上記問題点に着目してなされた
もので、対象物を撮像して得られた濃淡画像上におい
て、対象物の特徴を示すエッジが、どの方向にどの位の
度合いで存在するかを示すヒストグラムを用いることに
より、対象物の向きの特定処理を簡単かつ精度良く行っ
て、計測処理の向上を実現することを技術課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記技術課題を解決する
ために、請求項１の発明にかかる画像処理方法では、対
象物の画像を含む所定の画像領域について、その領域に
含まれるエッジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグ
ラムを作成し、そのヒストグラムのパターンを用いて対
象物の向きを特定することを特徴とする。

【００１１】また請求項２の発明にかかる画像処理方法
では、所定の方向を向いて位置する対象物のモデルの画
像を用いて、前記モデルの画像を含む所定の画像領域に
おけるエッジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグラ
ムを作成した後、そのパターンを基準パターンとして登
録しておき、前記対象物の画像を含む所定の画像領域に
ついて、その領域内に含まれるエッジの度合いをエッジ
方向毎に示すヒストグラムを作成した後、そのヒストグ
ラムのパターンを前記基準パターンと照合して、対象物
の向きを特定するようにしている。

【００１２】請求項１の方法を実施するための画像処理
装置として、請求項３の発明は、対象物を撮像して得ら
れた濃淡画像を入力する画像入力手段と、入力された濃
淡画像上に所定の画像領域を設定してその領域内のエッ
ジを抽出するエッジ抽出手段と、前記エッジ抽出結果を
用いて前記画像領域におけるエッジの度合いをエッジ方
向毎に示すヒストグラムを作成するヒストグラム作成手
段と、前記作成されたヒストグラムのパターンを用いて
前記対象物の向きを特定する向き特定手段とを備えた装
置を構成する。

【００１３】請求項４の発明にかかる画像処理装置で
は、前記向き特定手段は、前記ヒストグラムにおけるピ
ークを用いて前記対象物の向きを特定する。

【００１４】請求項５の発明にかかる画像処理装置は、
請求項２の方法を実現するために、請求項３と同様の画
像入力手段、エッジ抽出手段、ヒストグラム作成手段を
具備するほか、所定の位置を向いて配置された対象物の
モデルの画像により前記エッジ抽出手段およびヒストグ
ラム作成手段を用いて作成されたヒストグラムのパター
ンを、基準パターンとして記憶するメモリと、前記ヒス
トグラム作成手段により作成されたヒストグラムのパタ
ーンを前記メモリ内の基準パターンと照合して対象物の
向きを特定する向き特定手段とを備えている。

【００１５】前記向き特定手段は、請求項６の発明で
は、前記ヒストグラム作成手段により作成されたヒスト
グラムのパターンに前記基準パターンの一部を照合して
対象物の向きを特定する。また請求項７の発明では、前
記ヒストグラム作成手段により作成されたヒストグラム
のパターンを前記基準パターンの全パターンと照合して
対象物の向きを特定する。

【００１６】請求項８，９の発明は、画像処理用の制御
プログラムの記録媒体にかかるもので、請求項８の発明
の記録媒体には、対象物を撮像して得られた濃淡画像上
に所定の画像領域を設定してその領域内のエッジを抽出
するステップ、前記エッジ抽出結果を用いて前記画像領
域におけるエッジの度合いをエッジ方向毎に示すヒスト
グラムを作成するステップ、前記作成されたヒストグラ
ムのパターンを用いて前記対象物の向きを特定するステ
ップ、の各ステップを実施するための制御プログラムが
記録される。

【００１７】請求項９の発明の記録媒体には、対象物を
撮像して得られた濃淡画像上に所定の画像領域を設定し
てその領域内のエッジを抽出するステップ、前記エッジ
抽出結果を用いて前記画像領域におけるエッジの度合い
をエッジ方向毎に示すヒストグラムを作成するステッ
プ、所定の位置を向いて配置された対象物のモデルの画
像に前記エッジ抽出のステップとヒストグラム作成のス
テップとを実施した後、作成されたヒストグラムを基準
パターンとしてメモリ内に登録するステップ、前記対象
物の濃淡画像について作成されたヒストグラムのパター
ンを前記メモリ内の基準パターンと照合して前記対象物
の向きを特定するステップ、の各ステップを実施するた
めの制御プログラムが記録される。

【００１８】

【作用】請求項１，３，８の発明では、所定の画像領域
について、その領域内に含まれるエッジの度合いをエッ
ジ方向毎に示すヒストグラムを作成し、そのヒストグラ
ムのパターンを用いて対象物の向きを特定するので、対
象物の形状や大きさにかかわらず、また画像上で対象物
の特定の部分を抽出するような複雑な処理も必要もな
く、簡単かつ高速に対象物の向きを特定することができ
る。しかも画像にノイズがのったり、照明が変動するな
どして画像の一部の明るさが変化しても、ヒストグラム
のパターン形態には大きな影響は及ばないので、安定し
た計測が可能である。

【００１９】請求項２，５，９の各発明では、あらかじ
め所定の位置を向いて配置された対象物のモデルにより
ヒストグラムの基準パターンを作成しておく。この後、
対象物についてエッジ方向毎のヒストグラムが得られる
と、そのパターンを前記基準パターンと照合することに
より対象物の向きが特定されるので、前記のマッチン
グ処理のように各方向毎の回転モデルを作成する必要な
く、モデルと対象物との位置関係を精度良く認識でき
る。

【００２０】

【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる画像処
理装置の構成を示すもので、テレビカメラ１（以下単に
「カメラ１」という），Ａ／Ｄ変換器２，Ｄ／Ａ変換器
３，モニタ４，画像メモリ５，キャラクタ・グラフィッ
クメモリ６，ＣＰＵ７，メモリ８，入力部９，出力部１
０などを構成として含んでいる。

【００２１】この画像処理装置は、例えば工場の検査ラ
インに設置されて、順次搬送される製品（以下「対象
物」という）が定められた所定の方向を向いて配置され
ているか否かを判別するためのもので、カメラ１により
対象物を撮像して得られた画像を処理して、対象物がい
ずれの方向を向いているかを計測する。その計測結果は
モニタ４に表示するなどの方法でオペレータに報知され
る。

【００２２】カメラ１により撮像されたアナログ量の画
像データは、Ａ／Ｄ変換器２に与えられてディジタル量
の画像データに変換され、画像メモリ５へと格納され
る。また前記Ａ／Ｄ変換された画像データは、画像バス
１１を介してＤ／Ａ変換器３に与えられて、アナログ量
のデータに復号された後モニタ４へと出力される。

【００２３】キャラクタ・グラフィックメモリ６は、後
記するエッジ方向ヒストグラムを作成する際などに用い
られるもので、ヒストグラムや所定のメッセージ情報な
どをモニタ４に表示させるためのイメージデータやキャ
ラクタデータを記憶する。

【００２４】前記メモリ８には、あらかじめフロッピィ
ディスクやＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記録された制
御プログラムがインストールされるほか、この制御プロ
グラムの実行時に生成される各種データやヒストグラム
の基準パターン（後記する第２実施例で詳細を説明す
る）を記憶するための記憶領域を具備している。制御主
体であるＣＰＵ７は、ＣＰＵバス１２を介して画像メモ
リ５にアクセスし、その画像データに前記インストール
された制御プログラムに基づく処理を実行することによ
り、前記計測処理に関する一連の制御処理を実施する。

【００２５】なお入力部９は、処理に先立ち計測領域の
設定データを入力したり、計測結果の確認処理を行う際
などに用いられる。出力部１０は、ＣＰＵ７の指令に応
じて判別結果をモニタ４や図示しない外部装置などに出
力する際に用いられる。

【００２６】上記構成の画像処理装置は、カメラ１によ
り取り込まれた対象物の画像上に所定大きさの計測領域
を設定した後、その領域内において、異なる方向毎にそ
の方向を向くエッジがどのくらい存在するかを示す度数
を表したヒストグラムを作成し、その分布パターンを用
いて対象物の方向を特定するようにしている（以下この
ヒストグラムを「エッジ方向ヒストグラム」という）。

【００２７】対象物の画像上では、その輪郭形状や模様
などを反映する複数方向のエッジが抽出されるが、一般
に、人は、最も多く出現するエッジ方向に基づいて対象
物の向きを認識する傾向にある。そこでこの発明の第１
の実施例では、作成されたエッジ方向ヒストグラム上で
最もエッジの度合いが高くなる方向を抽出し、この方向
を対象物の向きとして特定するようにしている。

【００２８】図２（１）は、矩形状の対象物を撮像して
得られた入力画像の一例を示す。この対象物の表面には
長手方向に伸びる複数本の縞模様１３が描かれており、
図中の対象物１４は、長手方向がｘ軸方向にほぼ沿った
状態で位置している。なお図中Ｒは、あらかじめ定めら
れた計測領域である。

【００２９】図２（２）は、前記計測領域Ｒ内の画像デ
ータより作成されたエッジ方向ヒストグラムを示す。図
中、横軸はエッジ方向に相当する角度Ｔを表すもので、
ｘ軸方向を基準の０度（１８０度）とおき、０度〜１７
９度の変動範囲が設定されている。また縦軸は、各角度
Ｔ毎のエッジの度合いを示すデータＨ（Ｔ）（以下「度
数データＨ（Ｔ）」という）である。

【００３０】前記計測領域Ｒの画像データにエッジ抽出
処理を施した場合、対象物の上下、左右の輪郭線に相当
するエッジのほかに、各縞模様の輪郭線に相当するエッ
ジが抽出されることになる。したがってその抽出結果に
基づくエッジ方向ヒストグラムは、図２（２）に示すよ
うに、ｘ軸方向およびその近傍方向（すなわち０度付
近）におけるエッジの度合いが優勢になるような度数分
布のパターンをとるもので、度数データが最大値をとる
ときの角度Ｔ_maxが、対象物の向きとして特定される。

【００３１】図３（１），図４（１），図５（１）は、
それぞれ前記対象物がその長手方向をｘ軸方向に対し所
定角度だけ傾けた状態で位置する場合の入力画像を示
す。また図３（２），図４（２），図５（２）は、それ
ぞれ図３（１），図４（１），図５（１）の各入力画像
より得られたエッジ方向ヒストグラムを示すもので、各
ヒストグラムとも、対象物の長手方向が入力画像上のい
ずれの方向を向くかに応じて最大のピークが得られる角
度方向が変動する。

【００３２】図６は、上記計測処理にかかる制御手順を
示すもので、以下同図の流れに沿って、ＣＰＵ７による
制御処理の詳細を説明する。なお図中の「ＳＴ」は、そ
れぞれ文中の「ステップ」を意味するものである。また
以下の説明で（ｘ１，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）はそれぞれ
前記計測領域Ｒの左上頂点、右下頂点の座標を示す。

【００３３】まずカメラ１により計測対象物が撮像され
ると、その濃淡画像は画像メモリ５に格納されるととも
に、モニタ４上に表示される（ステップ１）。これを受
けてＣＰＵ７は、ステップ２で、着目画素ｇの座標
（ｘ，ｙ）を（ｘ１，ｙ１）に初期設定し、この着目画
素ｇにおけるｘ，ｙ各軸方向毎の濃度勾配ｄｘ（ｘ，
ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ）を算出する（ステップ３）。

【００３４】この濃度勾配ｄｘ（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，
ｙ）は、図７に示すように、着目画素を中心に所定大き
さ（図７では５画素×５画素）の正方形状のマスクを設
定し、このマスク内の各画素の濃度値を、ソーベルオペ
レータなどのエッジ検出オペレータにあてはめることに
より、算出される。

【００３５】いまマスクの１辺の長さを２Ｌ＋１（Ｌ≧
１：図７の場合はＬ＝２）とおくと、ソーベルオペレー
タを用いた濃度勾配ｄｘ（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ）の
算出式は、つぎの（１）（２）式により表される。なお
（１）（２）式中、Ｉ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）の
画素における濃度値を意味する。

【００３６】

【数１】

【００３７】

【数２】

【００３８】つぎにＣＰＵ７は、算出された各濃度勾配
値ｄｘ（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ）をつぎの（３）式も
しくは（４）式にあてはめて、着目画素ｇが周辺画素に
対しエッジに相当するだけの濃度勾配を有しているか否
かを判別する（ステップ４）。なおｔｈ１，ｔｈ２は、
あらかじめ定められたしきい値である。

【００３９】

【数３】

【００４０】

【数４】

【００４１】上記判別処理により着目画素ｇがエッジに
相当すると判断されると、ステップ５が「ＹＥＳ」とな
ってステップ６へと移行し、ＣＰＵ７は、この着目画素
ｇにおけるエッジ方向を算出する。

【００４２】このエッジ方向は、前記各濃度勾配値ｄｘ
（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ）の示す濃度変化量の合成ベ
クトルの方向に相当するもので、ここでは、つぎの
（５）式によりｘ軸に対する角度Ｔ（ｘ，ｙ）として表
現される。なおＴ（ｘ，ｙ）は、０〜１７９の範囲の整
数値をとるように設定される。

【００４３】

【数５】

【００４４】こうして着目画素ｇのエッジ方向を示す角
度Ｔ（ｘ，ｙ）が求められると、つぎのステップ７で、
ＣＰＵ７は、前記エッジ方向ヒストグラム中で角度Ｔ
（ｘ，ｙ）に対応する度数データＨ（Ｔ（ｘ，ｙ））を
算出する。

【００４５】この度数データの算出は、前記ステップ６
で算出された角度Ｔ（ｘ，ｙ）に対応する度数データＨ
（Ｔ（ｘ，ｙ））の値に単純に「１」を加えるだけでも
よい（（６）式に示す）。しかしながらこの方法による
と、度数データは、画素のエッジ強度にかかわらず、抽
出されたエッジの数分ずつ平等に加算されていくことに
なるので、ヒストグラムの高低差が小さくなり、対象物
の方向を特定しにくいという問題がある。

【００４６】

【数６】

【００４７】このため上記（６）式を用いる場合には、
先のステップ４の判定処理に用いるしきい値ｔｈ１また
はｔｈ２を高く設定する必要がある。これを避けるに
は、つぎの（７）（８）式のいずれかを用いて、度数デ
ータＨ（Ｔ（ｘ，ｙ））に着目画素ｇのエッジ強度に応
じた重み付けを行い、強度の強いエッジの方向がヒスト
グラム上に優勢的に出現するように処理するのが望まし
い。

【００４８】

【図７】

【００４９】

【図８】

【００５０】この後、ステップ８〜１１の処理により、
計測領域Ｒ内で着目画素ｇを１画素ずつずらしながら順
次ステップ３〜７の処理が実施されて、エッジ方向ヒス
トグラムが作成される。さらにＣＰＵ７は、この後のス
テップ１２で、各度数データＨ（Ｔ）をつぎの（９）−
１〜（９）−３の規則にあてはめることにより、ヒスト
グラムの平滑化処理を実施し、ノイズによる影響を除去
する。

【００５１】

【数９】

【００５２】ＣＰＵ７は、完成したエッジ方向ヒストグ
ラムから度数が最大になる角度Ｔ_maxを抽出し、このＴ
_maxを対象物の方向として特定する（ステップ１３）。
最後のステップ１４で、ＣＰＵ７は、モニタ４などに対
し、対象物の方向の特定結果や前記エッジ方向ヒストグ
ラムのイメージデータなどを出力し、対象物に対する計
測処理を終了する。

【００５３】図８（１）は、前記図２（１）に示した入
力画像に対する計測結果の表示例を、また図８（２）
は、前記図３（１）に示した入力画像に対する計測結果
の表示例を、それぞれ示す。各例とも、入力画像のイメ
ージデータとともに、前記手順により作成されたエッジ
方向ヒストグラムを示すイメージデータＨＳＴが表示さ
れている。また画面上の所定位置には前記特定された対
象物の向きを示す角度Ｔ_maxの計測値が表示されるとと
もに、入力画像の対象物上に、その特定方向を示す直線
Ｌが表示されている。

【００５４】このように入力画像，向き特定の判断処理
に用いたヒストグラム，計測結果を対応づけて表示する
ことにより、オペレータは、上記の計測過程を確認しつ
つ、特定された対象物の向きを認識することができる。

【００５５】なお上記実施例では、説明を簡易化するた
めに矩形の対象物を計測対象としたが、計測対象はこれ
に限らず、方向を特定づけられるような特徴部分を備え
た対象物であれば、その形状に関わらず、上記方法によ
りその向きを計測することができる。

【００５６】図９（１）（２）（３）は、清涼飲料水の
缶を計測対象とした場合の計測結果の表示例を示す。各
例とも、計測対象の缶を異なる角度ずつ回転させてプル
タブのある上面側から撮像した後、各画像毎に上記図６
の計測処理を実施したものである。各エッジ方向ヒスト
グラムとも、画像上のプルタブ１５の引き上げ方向の向
きに対応する角度の度数データが最大のピーク値をと
り、対象物の画像上では、その最大のピーク値が得られ
た角度方向に、対象物の向きを示す直線が表示されてい
る。

【００５７】なおこの実施例では、エッジ方向を示す角
度を１度おきに設定しているが、０．５度おき、０．１
度おきなど、角度を細かく設定して、より詳細なヒスト
グラムを作成してもよい。もしくは図１０に示す原理に
基づき、最大のピーク値Ｈ（Ｔ_max）と、その前後の度
数データＨ（Ｔ_max−１），Ｈ（Ｔ_max＋１）とを用い
て、真の最大値が得られるときの角度を算出するように
してもよい。

【００５８】図１０に示す原理は、前記エッジ方向ヒス
トグラムから得られたピークを放物線と想定するもので
ある。ここでは前記３つの度数データＨ（Ｔ_max），Ｈ
（Ｔ_max−１），Ｈ（Ｔ_max＋１）により示される３点
がｆ（θ）＝ａθ²＋ｂθ＋ｃで表される放物線上にあ
るものとし、前記角度Ｔ_max，Ｔ_max−１，Ｔ_max＋１
をそれぞれθ_i，θ_i−１，θ_i＋１とおく。このとき
前記放物線の頂点Ｐの座標（θ_max，ｆ（θ_max））に
ついて、つぎの（１０）式の条件が成立する。

【００５９】

【数１０】

【００６０】ここでθ_i＝０，θ_i−１＝−１_,θ_i＋
１＝１と仮定して、これらの数値を前記放物線の式に代
入することにより、（１１）（１２）式が得られる。よ
って（１０）〜（１２）式より、前記放物線の頂点のθ
座標θ_maxの算出式は、（１３）式のようになる。

【００６１】

【数１１】

【００６２】

【数１２】

【００６３】

【数１３】

【００６４】上記方法により算出されたθ_maxを、前記
エッジ方向ヒストグラムにおいて真の最大値が得られる
角度方向とすることにより、対象物の方向を１度以下の
単位まで特定することができる。

【００６５】なお、上記実施例の場合、必ずしもヒスト
グラム上で最大のピーク値が得られる角度Ｔ_maxまたは
θ_maxを対象物の向きとする必要はなく、対象物の形状
に応じて２番目以降のピーク値が得られる角度を採用し
てもよい。また前記最大のピーク値が得られる角度Ｔ
_maxまたはθ_maxに直交する角度方向を対象物の向きと
すれば、前記図２〜５のように所定方向に並んだエッジ
を有する対象物について、エッジの並び方向を対象物の
向きとして抽出することができる。

【００６６】このように、対象物を撮像して得られた画
像上で、対象物の輪郭などの特徴を表すエッジが、どの
方向にどの位存在するかを示すエッジ方向ヒストグラム
を作成して、そのパターンにより対象物の向きを特定す
るので、対象物の大きさや形状にかかわらず、また画像
上で対象物の特定の部分を抽出するような複雑な処理も
必要もなく、簡単かつ高速に対象物の向きを特定するこ
とができる。しかもこの種の計測処理は、比較的簡易な
ハード構成で実現できるので、装置コストが削減でき、
装置の汎用性が向上する。

【００６７】また画像にノイズがのったり、照明が変動
するなどして画像の一部の明るさが変化しても、ヒスト
グラムの分布状態に大きな影響は及ばない。しかも前記
したエッジ判定処理やヒストグラム作成時の重み付け処
理などにより、対象物の特徴にかかるエッジの方向が優
勢的に反映されたヒストグラムが作成されるので、常に
安定した計測が可能である。

【００６８】つぎにこの発明にかかる第２の実施例につ
いて説明する。この実施例では、あらかじめ対象物のモ
デルを所定の方向に位置決めして撮像して、その画像デ
ータからエッジ方向ヒストグラムの基準パターンを生成
して、前記メモリ８内に記憶しておき、対象物の画像か
ら得られたエッジ方向ヒストグラムのパターンと前記基
準パターンとのマッチング処理を行うことにより、対象
物の方向を特定するというものである。

【００６９】図１１は、上記マッチング処理の原理を示
す。図１１（１）は、エッジ方向ヒストグラムの基準パ
ターンを示す。この基準パターンは、前記モデルの画像
に前記第１の実施例と同様の方法を実施することにより
得られたエッジ方向ヒストグラムのパターンであり、横
軸にエッジ方向を示す角度Ｕが、縦軸に各角度毎の度数
データをＭ（Ｕ）が、それぞれ設定されている。

【００７０】この基準パターンのマッチング対象となる
エッジ方向ヒストグラムは、図１１（２）に示すよう
に、０〜１７９度の範囲の実際に計測された度数データ
Ｈ（Ｔ）による分布パターンに同形態のパターンを連続
させて、０〜３５９度の範囲のパターンとして設定され
る。これは、実計測値に相当する０〜１７９度の範囲に
前記基準ヒストグラムを対応させる必要からなされたも
のである。

【００７１】前記マッチング処理は、計測対象物のエッ
ジ方向ヒストグラム上で前記基準パターンに最も類似す
るマッチング位置を抽出するものである。この場合のマ
ッチング位置は、モデルに対する対象物の回転ずれ量に
相当するものとなるので、この実施例では、前記モデル
の配置状態を回転角度０度として、抽出されたマッチン
グ位置の角度を対象物の方向として特定している。

【００７２】図１２は、この第２の実施例における計測
処理手順を示す。なおこの計測処理は、前記モデルの画
像による基準パターンの作成、登録処理の後に実施され
るもので、ステップ１で対象物の画像データが取り込ま
れた後、ステップ１２まで前記図６と同様の処理が実施
されて、０〜１７９度の範囲内のエッジ方向ヒストグラ
ムが作成される。

【００７３】つぎにＣＰＵ７は、このヒストグラムの１
８０度以降の度数データＨ（Ｔ）として、それぞれ角度
Ｔ−１８０における度数データＨ（Ｔ−１８０）を設定
し、ヒストグラムを２倍に拡張する（ステップ１３）。

【００７４】この後、ＣＰＵ７は、前記基準パターン
を、その原点が拡張処理されたエッジ方向ヒストグラム
上の原点に重なるように初期設定し、以下、Ｔ＝１７９
度になるまで１度ずつ基準パターンを走査しながら、各
走査位置Ｔ毎につぎの（１４）式を実行する（ステップ
１４）。

【００７５】なおここでいう走査位置Ｔとは、エッジ方
向ヒストグラムの角度Ｔの軸上において前記基準ヒスト
グラムの原点（Ｕ＝０の点）に重なった角度をいうもの
で、（１４）式により算出された相関値Ｓ（Ｔ）は、走
査位置ＴからＴ＋１７９までの度数データＨ（Ｔ）〜Ｈ
（Ｔ＋１７９）の変動パターンが前記基準パターンにど
の程度類似するかを意味するものである。

【００７６】

【数１４】

【００７７】このようにして対象物のエッジ方向ヒスト
グラムと基準パターンとのマッチング処理が終了する
と、ＣＰＵ７は、最も高い相関値が得られた走査位置の
角度Ｔ_maxを抽出し、この角度を対象物の方向として特
定する（ステップ１５）。なおこの相関値が最大となる
角度を抽出する際にも、前記図１０の原理を適用して、
対象物の向きを１度以下の単位まで特定することが可能
である。

【００７８】この後、ＣＰＵ７は、ステップ１６で、特
定された角度やエッジ方向ヒストグラムなどの計測結果
をモニタ４に出力し、処理を完了する。

【００７９】この実施例により対象物の向きとして特定
される角度Ｔ_maxは、前記したように、モデルに対する
対象物の回転角度に相当するので、対象物の画像とモデ
ルの画像とのマッチング処理を実施する場合などに、対
象物の画像を回転補正する処理にも適用できる。この方
法によれば、補正すべき角度を簡単かつ正確に抽出でき
るので、後の画像間のマッチング処理や対象物の良否判
定などの処理精度も大幅に向上し、高精度の画像処理装
置を提供することができる。

【００８０】

【発明の効果】請求項１，３，８の発明では、対象物の
特徴を示すエッジの度合いをエッジ方向毎に示すヒスト
グラムを作成し、そのヒストグラムのパターンを用いて
対象物の向きを特定するので、対象物の向きを、その形
状、大きさ、特徴にかかわらず、簡単かつ精度よく特定
することができる。しかもヒストグラムはノイズや照明
の変動などの影響を受けにくいので、安定した計測を行
うことができる。また画像上で対象物の特定の部分を抽
出するするなどの複雑な処理を必要としないので、簡易
なハード構成と高速処理とを、ともに実施できるという
効果も得られる。

【００８１】請求項２，５，９の各発明では、あらかじ
め対象物のモデルによりヒストグラムの基準パターンを
作成しておき、対象物の画像により作成されたヒストグ
ラムのパターンを前記基準パターンと照合することによ
り対象物の向きを特定するので、従来のマッチング処理
のように各方向毎の回転モデルを作成する必要なく、モ
デルと対象物との位置関係を精度良く認識できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる画像処理装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】入力画像の一例と、この入力画像から作成され
るエッジ方向ヒストグラムとを示す図である。

【図３】対象物が図２と異なる方向に位置する場合の入
力画像と、この入力画像から作成されるエッジ方向ヒス
トグラムとを示す図である。

【図４】対象物が図２と異なる方向に位置する場合の入
力画像と、この入力画像から作成されるエッジ方向ヒス
トグラムとを示す図である。

【図５】対象物が図２と異なる方向に位置する場合の入
力画像と、この入力画像から作成されるエッジ方向ヒス
トグラムとを示す図である。

【図６】第１の実施例にかかる計測処理の手順を示すフ
ローチャートである。

【図７】エッジを抽出するためのマスクを示す説明図で
ある。

【図８】図６の計測処理による結果の表示例を示す図で
ある。

【図９】図６の計測処理による結果の表示例を示す図で
ある。

【図１０】ヒストグラムの真の最大位置を求める原理を
説明する図である。

【図１１】第２実施例のマッチング処理に用いる基準パ
ターンと、マッチング処理対象として拡張処理されたエ
ッジ方向ヒストグラムとを示す図である。

【図１２】第２実施例にかかる計測処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１カメラ５画像メモリ７ＣＰＵ８メモリ

【数７】

【数８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物を撮像して得られた濃淡画像を用
いてその対象物がいずれの方向を向いているかを計測す
るための方法であって、前記対象物の画像を含む所定の画像領域について、その
領域に含まれるエッジの度合いをエッジ方向毎に示すヒ
ストグラムを作成し、そのヒストグラムのパターンを用
いて対象物の向きを特定することを特徴とする画像処理
方法。
【請求項２】対象物を撮像して得られた濃淡画像を用
いてその対象物がいずれの方向を向いているかを計測す
るための方法であって、所定の方向を向いて位置する対象物のモデルの画像を用
いて、前記モデルの画像を含む所定の画像領域における
エッジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグラムを作
成した後、そのパターンを基準パターンとして登録して
おき、前記対象物の画像を含む所定の画像領域について、その
領域内に含まれるエッジの度合いをエッジ方向毎に示す
ヒストグラムを作成した後、そのヒストグラムのパター
ンを前記基準パターンと照合して、対象物の向きを特定
することを特徴とする画像処理方法。
【請求項３】対象物を撮像して得られた濃淡画像を入
力する画像入力手段と、入力された濃淡画像上に所定の画像領域を設定してその
領域内のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、前記エッジ抽出結果を用いて前記画像領域におけるエッ
ジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグラムを作成す
るヒストグラム作成手段と、前記作成されたヒストグラムのパターンを用いて前記対
象物の向きを特定する向き特定手段とを備えて成る画像
処理装置。
【請求項４】前記向き特定手段は、前記ヒストグラム
におけるピークを用いて前記対象物の向きを特定する請
求項３に記載された画像処理装置。
【請求項５】対象物を撮像して得られた濃淡画像を入
力する画像入力手段と、入力された濃淡画像上に所定の画像領域を設定してその
領域内のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、前記エッジ抽出結果を用いて前記画像領域におけるエッ
ジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグラムを作成す
るヒストグラム作成手段と、所定の位置を向いて配置された対象物のモデルの画像に
より前記エッジ抽出手段およびヒストグラム作成手段を
用いて作成されたヒストグラムのパターンを、基準パタ
ーンとして記憶するメモリと、前記ヒストグラム作成手段により作成されたヒストグラ
ムのパターンを前記メモリ内の基準パターンと照合して
対象物の向きを特定する向き特定手段とを備えて成る画
像処理装置。
【請求項６】前記向き特定手段は、前記ヒストグラム
作成手段により作成されたヒストグラムのパターンに前
記基準パターンの一部を照合して対象物の向きを特定す
る請求項５に記載された画像処理装置。
【請求項７】前記向き特定手段は、前記ヒストグラム
作成手段により作成されたヒストグラムのパターンを前
記基準パターンの全パターンと照合して対象物の向きを
特定する請求項５に記載された画像処理装置。
【請求項８】対象物を撮像して得られた濃淡画像上に
所定の画像領域を設定してその領域内のエッジを抽出す
るステップ、前記エッジ抽出結果を用いて前記画像領域におけるエッ
ジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグラムを作成す
るステップ、前記作成されたヒストグラムのパターンを用いて前記対
象物の向きを特定するステップ、の各ステップを実施す
るための制御プログラムを記録した画像処理用の制御プ
ログラムの記録媒体。
【請求項９】対象物を撮像して得られた濃淡画像上に
所定の画像領域を設定してその領域内のエッジを抽出す
るステップ、前記エッジ抽出結果を用いて前記画像領域におけるエッ
ジの度合いをエッジ方向毎に示すヒストグラムを作成す
るステップ、所定の位置を向いて配置された対象物のモデルの画像に
前記エッジ抽出のステップとヒストグラム作成のステッ
プとを実施した後、作成されたヒストグラムを基準パタ
ーンとしてメモリ内に登録するステップ、前記対象物の濃淡画像について作成されたヒストグラム
のパターンを前記メモリ内の基準パターンと照合して前
記対象物の向きを特定するステップ、の各ステップを実
施するための制御プログラムを記録した画像処理用の制
御プログラムの記録媒体。