JPS58217086A

JPS58217086A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS58217086A
Application number: JP58030716A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Karasuno; 烏野　武; Sadahiro Ikeda; 池田　貞弘; Hirotada Ueda; 博唯上田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1983-12-16
Also published as: JPS6316793B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は映像信号を処理することにより、特定明細書の
浄書（内容に変更なし）の形状だけでなく、それ以外の形状も入っているような
複雑な映像の中ｂ）ら特定形状の部分映像を抽出し、こ
の部分映像が全映像のどの位置を占めているのかを認識
する形状位置認識装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、形状位置認識装置の研究が進むにつれ、工場の生
産装置の一部として形状位置認識装置が設備されること
が多くなっている。第１図に示す物体のはめ合いを行な
う装置もその１例である。

まず、この例の動作説明をする。作業対象である物体３
の映像を撮像装置１で撮像する。撮像装置１は相手方の
物体３の映像、たとえば第２図に示された映像を電気信
号に変換し、形状位置認識装置（映像処理装置）２へ入
力する。形状位置認識装置２では、その中の特定形状の
位置を認識し、マニプレータ６を制御する。このように
して、マニプレータ６に保持された物体５は、相手方の
物体３の１部に設けた穴４にはめ込まれる。

ところで、撮像装置１から形状位置認識装置２へ送られ
る信号は、第３図のように離散化されている。このよう
な離散化は、たとえばビジコンでは、映像の垂直方向に
５２５本の走査線（標準ＴＶ方式）で既に離散的映像と
なっており、水平方向にもこれと同様に、連続して出力
される映像信号を周期的にサンプリングし、離散化が行
なわれる。

これに対し、２次元に配列したＣＯＤのごとき固体撮像
素子を用いた撮像素子では、垂直方向および水平方向に
既に離散化されており、サンプリングの必要はない。

なお、第３図は第２図で示された映像を、１例として垂
直方向、水平方向ともに１６絵素、すなわち２５６絵素
に分割した映像信号として模式的に示したものである。

また、絵素の明るさは一般には多値であるが、説明の簡
略化のため、同図では２値の明暗、すなわち明るい絵素
は白い口で、暗い絵素は斜線を施した口で示した。

以下、明るい絵素を１”、暗い絵素をＯ″とし、形状位
置認識の対象である全映像を「対象パターン」、この対
象パターン中から検出すべき特定形状の部分映像を「標
準パターン」とする。すなわち上記の例では、第３図に
示されたパターンが対象パターン、認識すべき穴を表わ
す円パターンが標準パターンになる。

従来の形状認識装置においては、標準パターンそのもの
と、対象パターンの各部分とのマツチングをおり、対象
パターンのどの部分で標準パターンが一致したかを検知
し、標準パターンが対象パターンのどこにあるかを認識
していた。しかしこの方法では、マツチングをとる手段
として標準パターンを十分覆う大きさのマスク、ならび
にこのマスクの大きさと同等の情報を記憶するだけのメ
モリが必要であった。ここで、撮像装置から１水平走査
組ごとにサンプリングされて送られてくる信号（第３図
の（ｘ、ｙ）座標を使って送られてくる絵素信号の順番
を示せば％　　（０，０）％（１゜０）、（２，０）・
・・・・・（１５，Ｏ）、（ｏ、ｉ）、（１，１）・・
・・・（１５，１）、（０，２）・・・・・・となる）
を時系列処理するには、〔（１水平走査線のサンプリングピッチ）×（（マスク
の垂直方向の１辺の長さ）−１）＋（マスクの垂直方向
の１辺の長さ）〕だけの記憶容量が少なくとも必要であ
った。

また、標準パターンを１つのマスクで形成しているため
、対象パターン中の特定形状が変形したときなどは、標
準パターンとこの特定形状のパターンとの類似度は、特
定形状パターンが変形する以前のものと比べて急激に劣
化してしまう。特に物体認識においては、たとえば抽出
すべき特定形状が円の場合、撮像装置と被撮像物体との
距離変化によってその円の大きさが変化し、また撮像す
る方向によって円が楕円に変化するので、従来装置では
特定形状の部分″映像を認識できなくなることも多かっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、対象パターン中の抽出すべき特定形状
が多少変形してもこれを認識でき、しかも上記従来例に
比べ記憶容量が少ない形状位置認識装置を提供するもの
である。

〔発明の詳細な説明〕

この目的を達成するため、本発明の装置では標準パター
ンを幾つかに分割し、分割したパターンをサブ標準パタ
ーンとして用意し、この複数種類のサブ標準パターンと
対象パターンの各部分とを、対象パターン全体にわたり
それぞれマツチングをとって類似度を求め、対象パター
ン中に含まれるサブ標準パターンと似た形状の部分映像
をそれぞれ認識する。その後、この複数種類の部分映像
の相対位置関係を求め、この位置関係が所定の配置位置
関係を満足したときのみ上記標準パターンと同じ特定形
状が対象パターンにあるとみなし、その結果、標準パタ
ーンと同様な形状の特定形状パターンが、対象パターン
のどの位置にあるかを決定する構成をとっている。

なおサブ標準パターンとしては、具体的には標準パター
ンをｎ個（ｎ≧２）に分割したものを用いてもよく、さ
らに標準パターンの部分領域（この領域を合せても標準
パターンにはならない）を用いることもできる。以下、
説明を簡略にするため標準パターンを円とし、サブ標準
パターンとして１円を縦横に４分割したものを用いる。

第４図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、第３図の太線で囲まれた標準
パターンすなわち円を４等分したサブ標準パターンを示
し、ここでは認識目標である円以外に若干の周辺部分を
含ませている。

〔発明の原理説明〕

以下、本発明の原理を詳細に説明する。才ず、第４図に
示したサブ標準パターンＡを対象パターンの任意の位置
に重ね、サブ標準パターンＡの絵素と重ねられた対象パ
ターンの絵素とを比較し、類似度を調べる。具体的には
、各絵素同志で０”あるいは１”の状態が幾つ一致する
かを調べる。

次に、このようにして得られた類似度があらかじめ定め
た類似度以上であるか否かを判定する。ここでは簡単の
ため、状態が一致しない場合の数Ｎを求め、Ｎが所定の
数Ｎｍａｘ以下であるか否かで類似度を判定する。

なおＮがＮ　ｍａＸ未満であるか否かを判定することや
、状態が一致しない場合の数の代りに状態が一致する場
合の数Ｎ′を数え、Ｎ′が所定の数Ｎ’ｍｉｎ以上であ
るか否かを判定することは、結果的に上記の判定方法の
場合と同じことになるので、以下ではこのような変形は
全く等価なものとみなし、上記の判定方法で代表して述
べることにする。

判定した結果、状態が一致しない絵素数Ｎが所定の数Ｎ
ｍａｘ以下の場合には、Ｎおよびこのときの両パターン
の位置関係を記憶する。このあと、サブ標準パターンＡ
と対象パターンの位置を変え、同様な処理を行なう。か
くして最終的には、サブ標準パターンＡと対象パターン
Ｌがとり得るすべての位置関係についてこの処理を実行
する。

なお、サブ標準パターンＡと対象パターンとの上記位置
関係については、たとえば第４図Ａに・で示した点に対
応する対象パターンの座標で表わす。以下、標準パター
ンにおけるこのような点を「基準点」とするが、基準点
の選び方は後述するように、どのようにとってもよい。

以下では最も単純な方法として、第４図ＡからＤに示す
ように、円の中心（標準パターンの中心）に該当する点
をもって基準点とする。　　“ さて、サブ標準パターンＡについての処理と全く同様な
処理を、それぞれ標準パターンＢ、　Ｃ。

Ｄについても行なう。このようにして得られた結果すな
わち第３図に示した対象パターンに対して、第４図の四
種のサブ標準パターンＡ、　Ｂ％Ｃ，Ｄにより処理した
結果が次表である。この処理ではＮｍａｘを３とし、サ
ブ標準パターンの基準点の位置（ｘ、ｙ）は第３図に示
した座標系で表わしている。

次に、表のように得られた情報から標準パターンと類似
した円の存在を見いだし、かつ円の位置を求めなければ
ならない。

第１の円の中心位置を求める方法；これを求める第１の方法は、表の情報のうちサブ標準パ
ターンの種類と基準点の座標Ｘ、Ｙを用いるもので、ま
ず同一のサブ標準パターンから求めたもののうち、相互
間の距離りが所定の距離Ｌｍａｘ以下にあるものを１つ
のグループとしてまとめる。表の場合では、サブ標準パ
ターンＫから求めたものをＫｉミグループし、Ｌｍａｘ
を３とすれば、Ａ１グループ：整理番号　１〜７Ａ２グループ：整理番号　８〜１０Ｂ１グループ：整理番号１１〜１７Ｃ１グループ：整理番号１８〜２４Ｄ１グループ：整理番号２５〜３１という五つのグループに分けられる。

次に、各グループに含まれる点の座標の平均値を求める
。上記の例では次のようになる。

Ａ１グループ：　Ｘ−６，５、Ｙ−７，５Ａ２グループ
：Ｘ−１５，２，Ｙ−１１，２Ｂ１グループ：　Ｘ−６
，５、Ｙ＝　７．５Ｃｌグループ：　Ｘ−６，５、Ｙ−
７，５Ｄ□グループ：　Ｘ−６，５、Ｙ−７，５゛ここ
で、各グループに含まれる点の座標の平均位置間の距離
Ｍが所定の距離Ｍ　ｍ　ａ　ｘ以下であるものを１つの
ブロックとしてまとめる。Ｍｍａｘを３とし、上記の例
についてこの処理を行なうと、次のようになる。

第１ブロツク”　ＡＩ　ＨＢ１　、ＣＩ　＋　Ｄｌの各
グループ第２ブロツク二Ａ２グループさらに、サブ標準パターｙＡ、　Ｂ、　Ｃ％Ｄの囲者か
ら生成したグループを含むブロックを選び出す。上記の
例では、これは第１ブロツクのみである。

対象パターン中の円の部分からは、サブ標準パターンＡ
、Ｂ％Ｃ％Ｄについて、ともに非常に高い相関を持った
部分が抽出される。これらの抽出された各点は互いに近
い位置にあり、かつ各標準パターンの基準点を円の中心
付近にとる場合には、各標準パターンから抽出された魚
群の平均位置は互いに近い位置にある。よって、上記の
ようにサブ標準パターンＡ、　　Ｂ％Ｃ，Ｄの囲者から
生成したグループを含むブロックに限り、対象パターン
中の円の部分であると認識できる。すなわち、このよう
なブロックが存在するならば、対象パターンに円が存在
すると判定する。

次に、サブ標準パターンＡ、　Ｂ％Ｃ，Ｄの囲者から生
成したグループを含むブロックにおいて、各グループに
含まれる点の四つの平均位置について、更に平均位置を
求める。前述のように、この位置は対象パターンに含ま
れる円の中心点の座標である。上記の例では次のように
なる。

第１ブロック：　Ｘ−６，５、Ｙ−７，５このようにし
て、対象パターンの中から円を抽出し、その円が、対象
パター７のどの位置にあるかを認識することができる。

上述した第１の方法を使用した形状位置認識方法を、処
理の初めからまとめるき、次のようになる。すなわち、 ■：標準パターンである円を四分割したサブ標準パター
ンＡ％　Ｂ％Ｃ，Ｄを用意する。

■：■のサブ標準パターンのうち、その一つを対象パタ
ーンの任意の位置に設定し、この位置において、対象パ
ターンのうち、このサブ標準パターンに対応した部分パ
ターンとこのサブ標準パターンとを比較し、対応する絵
素ど・うじの明暗が幾つ異なっているかを調べる。この
絵素が異なっている数Ｎが、あらかじめ設定された数Ｎ
　ｍａ　ｘ以下である場合には、そのサブ標準パターン
の種類、およびそのサブ標準パターンと対象パターンの
部分パター７とが一致した位置を、たとえばＸ−Ｙ座標
の点（ｘ、ｙ）として記憶する。

■：■の処理において、サブ標準パターンを対象パター
ンの任意の位置に設定したが、この位置を選び得るあら
ゆる位置に変えて、それぞれの場合について■の処理を
行なう。

また、すべてのサブ標準パターンについて■、■の処理
を行なう。

■：■および■の処理によって記憶されたすべての点の
位置関係を調べ、同種のサブ標準パターンの点でありな
がら、その点間の距離りが所定の距離Ｌｍａｘ以下の場
合には、それらの点を１つのグループとして、それらの
点の平均値を求め、その平均値でそのグループの位置を
代表させる。

■：■の処理によって求めた各グループの代表点位置に
ついて互いの距離関係を調べ、この距離Ｍが所定の距離
Ｍ　ｍａ　ｘ以下にあるグループをまとめてブロックを
作る。これらのブロックのうち、サブ標準パターンＡ１
Ｂ１Ｃ，Ｄすべてによって生成されたブロックを選び出
し、これを標準パターンの円があるブロックと判定する
。そして、ブロックに含まれる各グループの位置を平均
して平均位置を求め、これを対象パターンの円の中心位
置とみなす。

なお、上記処理について若干の変形を行なってもよい。

たとえば、その第１の変形例としては、■の処理におけ
るサブ標準パターンと対象パターンの部分パターンとの
一致位置の表示方法があげられる。

上記例では第４図に示したように、特定形状パターンで
ある円の中心を基準点として、■の処理を簡単にしてい
た。しかし、この基準点を第５図（ａ）に示すように、
必ずしも円の中心に一致させなくてもよい。ただし、こ
のようにした場合には、■の処理においてブロックに含
まれる各グループの位置の平均値を求めても、これは円
の真の中心位置からずれている。このため、真の円の中
心位置を知るには補正が必要である。

さらにまた、各サブ標準パターンの基準点を、第５図（
ｂ）に示すように必ずしも一致させなくてもよい。ただ
し、このようにした場合には、Ｍｍａｘを大きく設定す
ることが必要である。なお、第５図（ｂ）の例では、４
つのサブ標準パターンの基準点は円の中心に対して対象
に配置されているので、■処理を行なったときには、そ
の処理で求められた平均値が円の中心位置を表わしてお
り、新たな補正は不用である。

第２の変形例としては、■の処理における円の存在の判
定方法である。上記例では、サブ標準パターンＡ％　８
％Ｃ１Ｄのすべてが含まれているブロックのみを、円が
あるブロックと判定していた。

そのため、実際には円があるのに、この円が対象パター
ンの周辺部分にあるため、この円が対象パターン中では
半円あるいは４分の１円となり、この判定方法では円と
は判定されない。

この欠点を除去するには、次の判定方法を採用してもよ
い。すなわち、■の処理によって求めたグループが対象
パターンの周辺に位置するときに限り、■の処理におい
て一部のサブ標準パターンによって生成されたグルーナ
からなるブロックであっても、これを円があるブロック
と判定する。

ただし、対象パターンの周辺ならば、どのサブ標準パタ
ーンによって生成されたブロックでもよいのではない。

すなわち、円が対象パターンのどの周辺に存在するかに
よって半円あるいは４分の１円となる形状には方向性が
あるため、対象パターンの周辺の部位によってブロック
を生成するサブ標準パターンの種類に条件がある。この
条件を第４図の例に従って示したのが第６図である。

たさえば対象パターンの左上の部位では、標準パター／
Ｃから生成されたグループだけが存在すれば、円の一部
分がここに存在すると判定してよい。しかし、他の標準
パターンによるグループでは、円が存在するき判定する
ことはできない。

同様に、対象パターンの右上の部位では、標準バター７
Ｂにより生成されたグループのみが存在するとき、また
対象パターンのその他の上部では、標準パターンＢおよ
びＣにより生成された二つのグループがともに存在する
とき、円の一部分が存在すると判定する。このようにし
て、対象パターン中に円の一部分しか存在しない場合で
も、円の存在を知ることができる。なお円の中心位置は
、関係するグループの位置の平均位！（ブロックが一つ
のグループからなる場合には、そのグループの位置）に
より求めることができる。ただし、この場合は精度が若
干劣化することがある。

第２の円の中心位置を求める方法：これを求める第２の方法は、前表の情報のうち、サブ標
準パターン種類と座標Ｘ、　Ｙのほか、Ｎを用いるもの
である。この方式における処理■では、記憶するものと
して標準パターンの種類と位置のほかにＮを加え、処理
■では各グループに含まれる点の平均位置を求める代り
に、各グループに含まれる点のうちＮが最も小さい点の
位置（複数点ある場合は平均位置）を求める。

前表を例として各グループの代表点およびその座標を示
せば、Ａ１グループ：整理番号　４　、　Ｘ−６，５、Ｙ＝　
　７．５Ａ２グループ：整理番号１０　、　Ｘ＝１５．
５　、　Ｙ−１１，５Ｂ１グループ：整理番号１４．Ｘ
＝　　６．５．Ｙ＝　　７．５０１グループ：整理番号
２１　、　Ｘ＝　　６．５　、　Ｙ＝　　７．５Ｄ１グ
ループ：整理番号２８．Ｘ＝　　６．５．Ｙ−７，５の
ようになる。

この結果かられかるように、本来の処理によって得た結
果に比べてＡ２グループ、すなわち標準パターンの円の
一部分でないグループが、その代表点の座標がわずかに
異なっているにすぎず、最終的に求める円の部分の中心
座標に何らの影響も与えないことがわかる。一般には、
本来の位置とこの変形処理によって求めた位置との間で
はグループの代表点の座標は必らずしも一致しないが、
■の処理において求めたブロックに含まれる各グループ
の代表点の位置の平均位置は、本来の位置とこの変形処
理によって求めた位置との間でほとんど差異がなくなる
のが普通である。なお、この第２の方法は、方法を実現
する装置化の点で第１の方法に比べて有利である。

上述した第２の方法を使用した形状位置認識方法を処理
の初めからまとめると、次のようになる。

すなわち ■：第１の方法の■と同じ。

■：■のサブ標準パターンのうち、その１つを対象パタ
ーンの任意の位置に設定し、この位置において、対象パ
ターンのうち、このサブ標準パターンに対応した部分パ
ターンとこのサブ標準パターンとを比較し、対応する絵
素どうしの明暗が幾つ異なっているかを調べ、これがあ
らかじめ設定された数Ｎ　ｍａ　ｘ以下である場合には
、そのサブ標準パターンの種類、そのサブ標準パターン
と対象パターンの部分パターンとが一致した位置、およ
びＮをさらに調べる。そして、以前の処理によって記憶
した位置のうち、同種類のサブ標準パターンの全ての位
置と、この新しく求めた位置との距離りを求め、これが
所定の距離ＬｍａＸ以下であるかどうか調べる。

もし、既に求めた位置と新しい位置との距離りが距離Ｌ
ｍａｘ以下ならば、この既に求めた位置に対応したＮと
、新しい位置に対応したＮとを比較し、前者よりも後者
が小さい場合には、既に求めた位置およびＮを新しく求
めた位置およびＮに更新する。

また、新たに求められた位置と距離がＬｍａｘ以下であ
るような位置が既に記憶されていない場合には、この新
たに求めた位置およびＮを、これまでに記憶したものの
ほかに追加して記憶する。記憶されたものが全くない場
合（初期状態）も、これに準じる。

■：（■の処理内容が上述のように変るが、文章的には
）第１の方法の■と同じ。

■：省く。■、■の処理を完結した時点では、個々に記
憶されたものは第１の方法の■に示したところの標準パ
ターンごとのグループになっており、記憶されている位
置は各グループの代表点の座標となっている。

■：第１の方法の■と同じ。

〔実施例〕

以下に、上記の処理を実際に行なうための装置および回
路構成について述べる。

第７図は基本的な処理方法に関する装置および回路構成
の一実施例図である。同図において、１はビジコンなど
を用いた撮像装置で、その他の部分は第１図に示した形
状位置認識装置２に相当する。また、１００は撮像装置
１から映像信号として送られてくる対象パターンを受信
し、該対象パターンからあらかじめ選出した全ての部分
パターンを順次出力する部分パターン切り出し手段で、
この実施例では、タイミング回路７、サンプリング回路
８．２値化回路９、補助メモリ１０および部分パターン
メモリ１１によって構成されている。

２００は、標準パターンの一部を表わす複数個のサブ標
準パターンと、部分パターンメモリ１１より出力された
部分パターンを比較し、この複数個のサブ標準パタフン
のそれぞれに対応した類似度を求める類似度計算手段で
、本実施例では、サブ標準パターンメモリ１２Ａ、１２
Ｂ、１２Ｃ，１２ＤおよびＮ計数回ｇ１３Ａ、１３Ｂ、
１３Ｃ，１３Ｄで構成されている。３００は、類似度計
算手段２００によって求められた類似歴から、サブ標準
パターンと部分パターンとが一致した位置を認識する一
致位置認識手段である。２２は一致位置認識手段３００
によって求めた一致位置から、異種のサブ標準パターン
にそれぞれ対応する一致位置同志を選び出し、その相対
的位置関係より、対象パターンにおける認識すべき形状
の存在位置を決定する手段で、この実施例ではＭ演算回
路で構成されている。

次に、本実施例の各蔀について、さらに詳細に説明する
。

撮像装置１は、タイミング回路７より出力される水平同
期、垂直同期等のタイミング信号により映像を走査し映
像信号を時系列で出力する。次にこの信号をサンプリン
グ回路８により離散化するが、このタイミングは同様に
タイミング回路７より系統的に与えられる。たとえば、
６メガ・ヘルツのサンプリング周期でサンプリングし、
その３８２周期ごとに水平同期信号を出し、水平同期信
号が２６２回出されるごとに垂直同期信号を出すように
すれば、離散化された映像信号は水平方向に３８２行、
垂直方向に２６２列となり、１映像面の走査時間は１６
．７ミリΦセカンドとなる。すなわち、このようにした
場合には３８２Ｘ２６２個の絵素の情報が処理の対象き
なる。なお実際には、水平方向、垂直方向ともに映像信
号を持たない無効な部分が存在するが、本質的なことで
はないので、以下これを無視して説明する。

サンプリング回路８により離散化した映像信号は２値化
回路９に印加され、２値化回路９では、この映像の明る
さに関する量（信号量）を”０”１″の２値情報にする
。この場合、明暗いずれの側を“０”、”１″にするか
は一般に任意に決められるが、ここでは暗い側を０″、
明るい側を”１″とする。

このようにして得られたものが前記の対象パターンであ
る。なお、上記のサンプリングとこの２値化は処理の順
序を逆にして実現することもできる。

補助メモリ１０と部分パターン・メモリ１１は、時系列
的に出力される映像信号を一時記憶することにより、あ
る時刻には、ある２次元的な部分の映像情報を同時に読
み出すためのものである。第４図の例のようなサブ標準
パターンを用いる場合には、部分パターン・メモリ１１
は４行４列の計１６絵素分（１６ピツト）の、また補助
メモリ１０はすでに走査した３水平走査線分の絵素分（
３８２×３ビツト）の各記憶容量をもつジフト・レジス
タにより構成する。なお、より具体的な構成は第８図に
示すが、その動作原理の詳細は特願昭４６−９２４３３
号に説明されている。

これらの補助メモリ１０および部分パターンメモリ１１
は、ともにタイミング回路７より与えられるタイミング
信号によりシフト制御が行なわれ、前記のサンプリング
と同周期で映像情報が転送される。この結果、部分パタ
ーンメモリ１１にはサンプリング周期ごとに映像上の異
なる位置の部分情報、すなわち対象パターンの一部が一
時記憶され、１映像面走食（１フイールド）時間中には
映像上のすべての位置の部分情報が一回ずつ現われるこ
とになる。

さて、サブ標準パターンＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄはそれぞれサブ
標準パターンメモリ１２Ａ、　１２Ｂ、　１２Ｃ。

１２Ｄに設定する。同図のＮ計数回路１３Ａ〜１３Ｄは
、ある瞬間の部分パターン・メモリ１１の内容と各サブ
標準パターン−メモリ１２Ａ〜１２Ｄの内容とを、それ
ぞれ位置的に対応する絵素の状態において比較し、状態
が相違する絵素の数Ｎを計数する回路である。それぞれ
のサブ標準パターンについて求められたＮは、Ｎ％Ｎ　
ｍａ　ｘ比較回路１４Ａ〜１４Ｄによって所定のＮｍａ
ｘとそれぞれ比較し、ＮがＮｍａＸ以下の場合には、次
に述べるＸｉ、Ｙｉメモリを動作させる座標書き込み信
号を出す。ここに、ｉはＡ、Ｂ、ＣまたはＤを示し、簡
単のため、以下ではこれに準じて表現する。

Ｘｉメモリ１５ｉ、Ｙｉメモリ１６ｉはタイミング回路
７より生成される部分パターン・メモリ１１が記憶して
いる位置に関わる座標情報Ｘｉ、Ｙｉを記憶するもので
、上述のように、Ｎ、Ｎｍａｘ比較回路１４１において
ＮがＮ　ｍ　ａ　ｘ以下となった場合に限リＸｉメモリ
１５ｉにＸｉを、Ｙｉメモリ１６ｉにＹｉを記憶する。

Ｘｉ、Ｙｉは対象パターンの座標によって各サブ標準パ
ターンの基準点位置を表わしたものである。

ここでは座標ＴＶ方式を採用しているため、映像の走査
は左から右へ、上から下へと行なわれる。

また、第３図に準じてＸ方向、Ｙ方向およびそれぞれの
原点を定め、垂直同期信号に応じて零クリヤした二つの
カウンタに、前者はサンプリングのたびに１を加え、３
８２になったとき零クリヤすることを繰返し、後者は前
者が３８２になって零クリヤするたびに１を加え、２６
２になったきき零クリヤすることを繰返す構成となって
いる。このため、前者の内容は走査点のＸ座標、後者の
内容は走査点のＸ座標を示すことになる。

部分パターン−メモリ１１に記憶されている映像の２次
元的な領域について考えれば、ここに求められる座標は
この部分パターン・メモリ１１に最も新しく入力された
絵素の座標、すなわち領域の左上の絵素の座標に相当す
る。いま、サブ標準パターンの基準点のとり方を第５図
（ａ）のようにし、部分パターンメモリ１１に記載され
た対象パターンが座標ＴＶ方式でこの部分パターンに入
力されたことを考慮し、このサブ標準パターンも座標Ｔ
Ｖ方式で座標変換されたものとする。すなわち、第５図
（ａ）のサブ標準パターンＡは同図（ｂ）のサブ標準パ
ターンＣと同じパターンに座標変換される０したがって、座標変換されたサブ標準パターンＡの基準
点の座標は、上記の２つのカウンタで指定されたＸ座標
、Ｘ座標に一致することになる。

すなわち、第７図に示すＸＡ計数回路１７Ａ、　Ｙ４ｔ
ｔ数回路１８Ａは、この二つのカウンタと同じ動作を行
なっている。

なお、座標変換されたサブ標準パターンＢについては、
第５図（ａ）より判るように、座標変換されたサブ標準
パターンＡに対し基準点がＹ方向に＋４だけずれており
、これを考慮すると、　ＹＢ計数回路１８Ｂはその内容
がＹＡ計数回路１８Ａよりも４だけ少なくすればよく、
またＸＢ計数回路１７ＢはＸＡ計数回路１７Ａと同一の
出力を出すようにすればよい。計数回路１７Ｃ，１８Ｃ
，１７Ｄ、１８Ｄについては同様にして構成すればよい
ので、説明は省略する。

以上述の処理はサンプリング回路８の１回のサンプリン
グをするたびに行なうが、この結果、１映像面の走査が
すべて終了した時点では、対象パターン中でサブ標準パ
ターンｉに近似したパターンの存在する部分がすべて抽
出され、その各位置（Ｘｉ　、　Ｙｉ　）がＸｉメモリ
１５ｉ％Ｙｉメモリ１６ｉに記憶される。

Ｌｉ　演ｘｔｍｇ　１９　ｉ　ｔｔ、Ｘｉ　メモｌＪ　
１５ｉ　トＹｉ　　メモリ１６ｉに記憶された各点の座
標をグループに分ける処理を行なう。グループ分けは、
Ｘｉメモリ１５ｉ％Ｙｉメモリ１６ｉに記憶されている
に番目の点（座標を（Ｘｉ（ｋｌ、　Ｙｉ（ｋｌ）とす
る）と１番目の点（座標を（Ｘｉ　（１）　、　Ｙｉ　
（ｌり　）とする）との距離りが設定距離Ｌｍａｘ以下
にある場合に同じグループに属するとする処理である。

すなわち、Ｌｉ演算回路１９ｉでは・・・・・・（１）但し　ｋＮｌなる演算を行ない、ＬとＬｉｍａｘを比較し、Ｌ　≦Ｌ
ｍａｘ　　　　　　　　　　　　　−−（２）を満すな
らば、サブ標準パターンｉに関してはに番目の点と１番
目の点とは同じグループに属すると決める処理を行なう
。この処理をすべてのに１１について行ない、その結果
得られたグループごとにＸｉ座標、Ｙｉ座標それぞれに
ついての平均処理を行ない、Ｘｉについての平均座標（
Ｘｉ）をＸｉメヒリ２０１へ、Ｙｉについての平均座標
（Ｙｉ）をＹｉメモリ２１ｉへ格納する。

Ｌｉ演算回路１９ｉは、ＩＣ化された既製の演算素子を
用いて容易に構成できるので詳述は避ける。

また実際の処理にあたっては、どの点きどの点が同一の
グループであるかを一時記憶するメモリなどが必要であ
るが、容易に類推できるため、これらについても詳述を
省く。なおＬを求める演算で二乗機を求める演算が含ま
れるが、これによる装置の複雑化を避けるため、（１）
式の代りに次式を用いて概算してもよい。

Ｌ　−Ｉ　Ｘｉ　（ｋ）−ｘｉ（ｚ）　ｌ　＋　Ｙｉ　
（ｋ）−ｙｔ（Ｉり　ｌ・・・・・・（３）但し、ｋΦｌあるいは上式の右辺の第１項と第２項をそれぞれＬｍａ
Ｘと比較し、両者がともにＬｍａｘ以下である場合にに
番目の点と１番目の点が同じグループに属すると判定し
てもよい。

上記のような処理をすべての標準パターンｉについて実
行したあき、Ｍ演算回路２２によりＸｉメモリ２０ｉ、
：Ｙｉメモリ２１ｉに記憶された各点グループの平均座
標（Ｘｉ％Ｙｉ）群をブロックに分ける処理を行なう。

このブロック分けは、Ｘｉメモリ２０ｉ％Ｙｉメモリ２
１ｉに記憶されているに番目のグループ（座標を（Ｘｉ
　（ｋ）、Ｙｉ（ｋ））とする）と、Ｘｉ／メモリ２０
ｉ’、Ｙｉ’メモリ２１１′に記憶されている１番目の
グループ（座標を（Ｘｉ’（八Ｙｉ’（１）とする）と
の距離Ｍが設定距離Ｍｍａ　ｘ以下にある場合に同じブ
ロックに属するとする処理である。すなわちＭ演算回路
２２では・・・・・・（４）但し、ｉΦ１′ なる演算を行ない、Ｍ　、！：　Ｍｍａｘ　（！：を比
較し、Ｍ　≦Ｍｍａｘ　　　　　　　　　　　　　−・
＝　（５）を満たすならば、サブ標準パターンｉに関す
るに番目のグループとサブ標準パターン１′に関する１
番目のグループは同じ、ブロックに属すると決める。

この処理をすべてのサブ標準パターンのすべてのグルー
プについて行ない、その結果得られたブロックごとに、
サブ標準パターンＡ、Ｂ％Ｃ１Ｄに関するグループがそ
のブロックにすべて含まれているかどうかを判定する。

もしサブ標準パターンＡ％　Ｂ％Ｃ％Ｄに関するグルー
プがすべて含まれるならば、それらのＸｉ座標、Ｙｉ座
標それぞれについての平均処理を行ない、Ｘｉこついて
の平均座標（Ｘ）をＸメモリ２３へ、Ｙｉについての平
均座標（ｙ）をＸメモリ２４へ格納する。

Ｍ演算回路２２とＬｉ演算回路１９ｉの処理内容はきわ
めて類似しているので、Ｍ演算回路２２の装置構成方法
や簡略化方法についてはＬｉ演算回路１９ｉについての
説明を参照されたい。ただし、第６図で説明したように
、対象パターン中に円の一部分しか存在しない場合にも
、その円の中心に近い座標を求める場合は、上記のＭ演
算回路２２に関する説明において「サブ標準パターンＡ
％Ｂ１Ｃ％Ｄに関するグループがそれぞれ含まれる場合
に・・・・・・」とした部分を、［ブロックに含まれる
グループの座標（Ｘｉ％Ｙｉ）に従って（第６図のよう
に）定まるサブ標準パターンＡ％　Ｂ、Ｃ，Ｄの一部あ
るいは全部に関するグループがそれぞれ含まれる場合に
・・・・・・」とすればよい。

たとえば、あるブロックにはＸＢ　＝　１０、ＹＡ−〇
のグループとＸ（！−１１、ＹＣ〜０のグループしか含
まれなかったとする。ところが、これらの座標は第６図
に示されたＢＳＣの領域にあり、しかもこの領域にはサ
ブ標準パターンＢとＣに関するグループがブロックに含
まれているから、このブロックを円の一部を表わすブロ
ックとする。

したがって、ＸｎとＸｃの平均ＸならびにＹＢとＹｃの
平均Ｙをそれぞれ求め（この例の数値ではＸ＝１０．５
、ｙ−ｏとなる）それぞれＸメモリ２３とＸメモリ２４
へ格納する。

このようにして得られる各ブロックの座標（Ｘ１Ｙ）が
形状位置認識装置２の出力情報であり、ここでは対象パ
ターンに含まれる円の数だけのブロックの座標（ｘ、ｙ
）が出力されることになる。

第８図（ａ）は第７図の撮像装置１から部分パターン・
メモリ１１に至る部分までの、より具体的な回路説明図
である。対象パターンが３８２列２６２行、標準パター
ンが４列４行の場合、補助メモリ１０は３８２ビツトの
シフト・レジスタ３個１０１．１０２．１０ｇよりなり
、これは１回のサンプリングごとに図の矢印方向に１ビ
ツトずつシフトする。

また、部分パターン・メモリ１１は４ピツトのシフト−
レジスタ４個１１１１１１２．１１３．１１４　よりな
り、上記と同じタイミングで矢印方向に１ビツトずつシ
フトする。

この例のような構成により、ある時点の部分ノくターン
・メモリ１１には対象パターンの中の２次元的な４列４
行の情報が記憶されていることになり、これらは１回の
サンプリングごとにシフトする。このため、部分パター
ン・メモリ１１に反映する対象パターンの２次元的な部
分の位置も、またこれに従って移動して行く。なお部分
パターン・メモリ１１の最も左上のビットおよび右下の
ビットは、それぞれ撮像装置１の走査出力の最新および
最古のものに相当する。このことかられかるように、同
図ではＸ方向が右から左へ、Ｙ方向が下から上へという
ように、前記第２．　３．４．　５．６図とは上下・左
右とも逆転している。

第８図（ｂ）は、第７図に示した部分パターン・メモリ
１１、サブ標準パターン１２Ａ％Ｎ計数回路１３Ａ、Ｎ
％Ｎ　ｍａ　ｘ比較回路１４人の、より具体的な例の説
明図である。部分パターン・メモリ１１は同図（ａ）に
準じて示してあり、サブ標準パター／Ａとして第４図あ
るいは第５図に例示したものを採用し、部分パターン・
メモリ１１に直接接続している。図示の○、・は部分パ
ターン・メモリ１１の該当ビットの状轢がそれぞれ”０
”、”１”のときにオンとなる端子、すなわちレジスタ
のそれぞれＱ、　Ｑの端子に接続することを示している
。

これらの端子は、それぞれ抵抗ｒを経由したのち抵抗Ｒ
に接子され、接地される。ここで、ｒに対して十分小さ
い抵抗値をもつＲを用いれば、Ｒには１６個の端子のう
ち、オンになっている端子の数に比例した電流が流れる
。上記の接続の場合には、部分パターン・メモリ１１に
記憶されている状態さサブ標準パターンＡの状態とが異
なるビットについてのみオンとなる端子が選ばれている
から、抵抗Ｒに流れる電流はサブ標準パターンＡについ
てのＮに比例することになる。すなわち、Ｎ計数回路１
３Ａはこれにより実現できる。また図示のように、設定
値Ｎ　ｍ　ａ　ｘに対応する電圧を供給する電圧線２５
と利得が十分に高い直流増幅器２６を組み合わせたしき
い処理回路をＲに接続することにより、ＮとＮ　ｍａ　
ｘを比較する回路１４Ａを実現できる。

なお、グループ分けをするのにＮを用いる方式では、Ｎ
の値そのものが必要となるので、同図（ｂ）ではＡ／Ｄ
変換器２７を付加し、数値化されたＮを得るようにしで
ある。

この方式については第７図およびその説明で触れなかっ
たので、ここで簡単に付言する。すなわち、この方式で
は、Ｘｉメモリ１５ｉ％Ｙｉメモリ１６ｉのほかに同様
な構成をもったＮｉメモリを設け、Ｘｉ、Ｙｉをこれら
に記憶すると同時にＮも記憶するようにする。そして、
第７図の実施例で、グループ化するためのＬｉ演算回路
１９ｉにおいて、得うしたグループごとにＸｉ座標、Ｙ
ｉ座標のツレぞれについての平均値を求め、これをｘｉ
、　ｙｉとしていた代りに、この方式では、得られたグ
ル−プごとに、Ｎが最も小さくなったときの座標Ｘ１１
Ｙｉをｘｉ％ｙ１とすればよい。もちろん、Ｎの最も小
さくなる座標が複数個あれば、それらのＸｉ％Ｙｉの平
均値をｘｉ％ｙｉとしてもよく、あるいは、それらの任
意の一点のＸｉ、Ｙｉをそれぞれｘｉ％ｙｉとするよう
な簡略化を行なっても、十分目的を達することができる
。なお、グループ分けするためにＮを用いる方式につい
ては、より簡単な装置例があり、これを第９図に示す。

第９図は、サンプリング回路が動作するたびにグループ
分けまでの処理を行なうようにした、Ｎを利用した一致
位置認識装置の一部分を示す。同図では、１つのサブ標
準パターンに関する部分だけを示しており、このため第
７図ではＸｉ、Ｙｉなどで示した添字ｉを省略している
。また、Ｎ、Ｘ。

Ｙは部分パターンメモリから求めた直後のものを示し、
過去のサンプリング時に求めたものをＮＪ％Ｘｊ％Ｙｊ
で示している。ｊはグループの番号である。

なお第９図は３個のグループまで記憶できるようにした
実施例であり、Ｊ＝Ｏ％　　Ｌ　　２に応じたＮＪ　ｓ
　ＸＪ％Ｙｊを記憶するレジスタを設けである。

また、フラグＦｊを記憶するレジスタも設けており、Ｊ
≦Ｊ′なるレジスタＮＪ１ＸＪ％Ｙｊが使用されている
とき、ｊ≦ｊ′なるレジスタＦｊは１”、」〉Ｊ′なる
レジスタＦｊは”０”の状態であるとしである。

同図の左側に示した枠は演算回路を示し、演算のための
入力情報のうちＮ、Ｎｊ％Ｆｊ％Ｘ％Ｘ１１Ｙ％Ｙ」は
上述の各レジスタの内容から得るものであり、　Ｎｍａ
ｘ％Ｌ　ｍ　ａ　ｘは設定用のスイッチあるいはレジス
タ（ともに図示せず）から得るものである。ただし、こ
こでは簡単のため情報入力線を省き、枠内に演算式を示
してこれに替えている。なお出力情報は、枠内の演算式
が成り立つとき１”とする。

アンド・ゲート２７はフラグＦ。が０″、すなわちｊ−
ｏのレジスタ群が用いられていないときにＮ≦Ｎｍａｘ
の条件が成立すると開となり、この出力によってゲート
２９．３０．３１，３２を開き、その時点で求まったＮ
、　Ｘ％ＹをそれぞれＮｏ％Ｘｏ％Ｙｏに記憶するとお
もにフラグＦＯを”１”にする。アンドゲート２８は、
フラグＦｏが“１”のときにＮ≦Ｎｍａｘｓかツｌ　Ｘ
−Ｘｏ　ｌ　＋　ＩＹ−Ｙｏ　ｌ≦ＬｍａＸであり、さ
らにＮ（Ｎｏであれば開となり、ゲート２９．３０．３
１．３２を開き、Ｎ、　Ｘ。

ＹをＮｏ、Ｘｏ％Ｙｏに記憶する。すなわち距離的に近
く、かつ求められたＮがかつて求められたＮ。

より小さいため、新情報で旧情報を更新することになる
。

アンドゲート３３は、１　Ｘ−Ｘｏ　１　＋１　Ｙ−Ｙ
ｏ　１≦ＬｍａＸなる条件が存在せず、他のグループに
ついて調べる必要が生じた場合をゲート開の１条件とし
たものであるが、この場合にも、Ｎ≦Ｎｍａｘが成り立
っているこ、およびｊ＝０のレジスタ群が書き込み動作
中でないことが同時に成立する場合に限ってゲート３３
は開かれる。

以下、Ｊ＝１％２に関する回路は上述の構成動作に準じ
るので説明は省略する。このような回路構成をとれば、
１つのグループあたりＦ％Ｎ％Ｘ１Ｙに関するレジスタ
が各１つずつで済み、第７図の構成ではＮ≦Ｎ　ｍａ　
ｘを満たすすべての点についてＸ、　　Ｙに関するレジ
スタ（メモリ）を設けたのに比べて有利であり、かつＬ
ｉ演算回路１９１では心安としたこれらのレジスタの内
容を交互に読み出すためのアドレス制御などが不要にな
る点でも有利である。

また、第９図では第７図と関連して、点（Ｘ１Ｙ）と点
（Ｘｊ％Ｙｊ　）の距離がＬ　ｍａ、ｘ以下であるかど
うかの判定に、Ｌｍａｘ　≧ＩＸ−Ｘｏ　ｌ　＋ｌ　Ｙ−Ｙｏ　ｌ　　
　−・・・（６）を用いて説明したが、第９図の方式で
は必ずＹ〉Ｙｏが成り立つため簡略化した演算が可能で
あり、たとえばＸｏンＸ−Ｌｍａｘ　　　　　　　−・−（７−１）Ｘ
ｏ　≦Ｘ＋Ｌｍａｘ　　　　　　　−−−−−−（７−
２）Ｙｏ　＞　Ｙ　−Ｌｍａｘ　　　　　　　−−（７
３）の３条件の成立をもって上記の絶対値演算を含む条
件式に代えることができる。さらには、Ｘの計数回路１
７、Ｙの計数回路」８のほかにＸ−Ｌｍａｘ。

Ｘ　十Ｌｍａｘ　、　Ｙ　−Ｌｍａｘ等の各計数回路を
設ければ上記の３条件の判定は単なる比較器で実現でき
、全く算術演算のない判定回路とすることができる。

これらは装置の構成を小規模にするばかりでなく、処理
時間を短縮するのに著しい効果があり、た♂えば５ＭＨ
ｚでサンプリングする場合のサンプリング周期１６７ｎ
ｓ以内にグループ分離の処理を実現する手段として、き
わめて有益なものである。

以上述べたように、本発明によるときは、複雑なパター
ン中に存在する特定の図形たきえば円だけを抽出し、そ
の円の位置を求めることができる。

実際には同じ円状の物体でも、撮像した場合、必ずしも
同じ大きさの円の映像にはならない。撮像装置と物体と
の距離の大小によって映像中の円の太きさも変化し、物
体の方向によっては円が楕円となって撮像される場合も
ある。しかし本発明によれば、認識の目標である形状（
標準パターン）の一部分をサブ標準パターンとし、これ
らを、たとえば４種類用いて判断するのでｔ映像上の、
すなわち対象パターン中の円の大きさが変化しても、標
準パターンとの一致状況が急激に劣化することはない。

したがってＮ　ｍ　ａ　ｘを太き目に選んでおけば、対
象パターン中の円の大きさの変動にかかわらず円の一部
を抽出でき、　Ｍｍａｘの選び方によって抽出できる円
の大きさを任意に調節することができるため、多くの用
途に対し適応度の高い装置である。

なおＭｍａ　ｘを大きく選んで抽出される円の大きさの
範囲を広げるとしても、たとえば第７図におけるＸＤ−
ＸＡ、　ＸＣ−ＸＢ、　ＶＢ−７人、ｙＣ−ｙＤなどに
よって抽出された円の大きさを知ることができる。これ
らがすべてＳであったとすると、対象パターン中の円は
標準パターンを作成したときの円よりもほぼＪ「だけ半
径が犬き０゛０と力“わ力゛る・これらを利用すると、
対象パターン中に楕円が存在しても、それが楕円である
ことや、長径の方向、長径き短径の大きさなども知るこ
とができる。

以上は映像あるいは対象パターン中の円を認識すること
を例として説明したが、認識の目標である特定の形状は
円に限定されることはなく、環状、同心環状形、もしく
は正方形や長方形であってもよく、非対称な形状であっ
てもよいことはもちろんで、ここに述べた例は本発明の
範囲を限定、縮小するものではない。

なお本発明の装置では、認識の目標である特定の形状（
標準パターン）をｎ分割し、これをサブ標準パターンと
しているため、対象パターンとの相関度を求める並列出
力領域（部分パターンメモリ）が小さくなり、装置規模
も縮小し得る七ともに処理時間を短縮し、実用可能な速
度の形状位置認識装置を構成することができる。才た、
ｎ分割したサブ標準パターンを用いるため、認識目標の
大きさに変動があっても認識目標を抽出（形状を認識）
する許容度を高めることができる。しかもこの許容度は
任意に設定できるとともに、たとえ許容度を高く設定ず
たとしても必要に応じて形状のより厳密な判定も可能で
ある。さらに認識目標の一部分しか撮像されず、その全
形は対象パターンに現われなくても目標の一部分である
ことを認識でき、これによって視野の移動あるいは物体
の移動をするための情報を得ることができる。これらの
ことは、映像情報処理による物体認識装置としてきわめ
て重袂な機能であり、視覚機能を有した省力化装置に利
用できるなど、工業利用上多大の利益をもたらすもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は形状位置認識装置を用いた省力化装置の模式図
、第２図および第３図は撮像すべき映像および撮像装置
から得られた映像を示す説明図、第４図と第５図は本発
明の装置によって円を認識するための各標準パターンを
示す説明図、第６図は映像処理の細部の説明図、第７図
は本発明の一実施例の構成図、第８図は該実施例の部分
説明図、第９図は本発明の他の実施例の構成図である。１２１：サブ標準パターンメモリ、１２ｉ：Ｎ計数回路
、１４ｉ　：　Ｎ％Ｎｍａｘ比較回路、１５ｉ、１５ｉ
；メモリ、１７ｉ：Ｘｉ座標計数回路、１８ｉ：Ｙｉ座
標計数回路、１９ｉ：Ｌｉ演算回路、２旧、２１ｉ：メ
モ１ハ　２２：Ｍ演算回路、２３，２４：メモ１ハ１０
０：部分パターン切り出し手段、２００：類似度５計算手段、３００ニ一致位置認識手段。、　４Ｇ ■面の浄書（内容に変更なし）第　１　　図第２図Ａ　　　　　　　　　　　　　　ＤＢ　　　　　　　　　　　　　　Ｃ（（１）Ｂ　　　　　　　　　　　　　　Ｃ図Ａ　　　　　　　　　　　　　　　ｖＢ　　　　　　　　　　　　　　　Ｃ（ｌ−）手続補正書（方式）事件の表示昭和５８　年特許願第　３０７１６　　号発明の名称位置検出装置補正をする者事件との関係　　　特　許　出　願　人名　　称　　　
Ｌ５１Ｑ＋株式会社　　日　　立　製作折代　　　理　
　　人

Claims

【特許請求の範囲】

対象物を走査的に撮像して得られる対象パターン信号か
ら二次元部分パターンを順次切り出す手段と、複数の標
準パターンの各々と該部分パターンとを順次比較し、各
標準パターンに一致する部分パターン位置を検出する手
段であって、各標準パターンに一致する部分パターン位
置が複数の領域に存在するときには、いずれの領域の一
致位置をも検出するものと、各標準パターンに対する一
致位置の組合せの内、所定の相対的位置関係を満足する
組合せを選択し、選択された組合せの一致位置に基づき
該対象パターンの位置を検出する手段と、を有する位置
検出装置。