JPS59135579A - パタ−ンの輪郭追跡方法 - Google Patents

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】 発明の属する技術分野 工業用テレビジ、ンカメラ等によって撮像された画像か
らパターンの形状を分離識別する方法として、パターン
の輪郭を追跡する方法があるが、本発明はこの輪郭追跡
を高速に行うための方法に関するものである。

従来技術とその問題点 従来パターンの形状認識にはいわゆるＲｕｎ　Ｌｅｎｇ
ｔｈＣｏｄｅ法のようにパターン走査線相互の重複部を
チーツクして行（面積的な追跡方法もあるが、パターン
の輪郭の持つ細部の特徴（例えば円形、多角形、丸味部
、角部、突出部その他の屈曲部等）や周囲長を求めるに
は、直接にパターンの輪郭を追跡することが効果的であ
る。ここで従来のこの種のパターンの輪郭を追跡する基
本的な方法を述べる。

第１図は撮像デバイス（図示せず）により撮像されたパ
ターンＳを含む２値画像Ｆを示す。この画像Ｆは矢印Ａ
ＲのごとくＸ方向の走査をＹ゛方向繰り返すいわゆるラ
スター走査で得られた画像信号を、２値化手段（図示せ
ず）を介して各画素ＰＥ毎に２値化した画素データから
なり、該画素データはここではパターンＳの領域ではＩ
Ｉ　Ｉ　１１、背景ではＩＩ　ＯＩＩの値として計算処
理装置（図示せず）内の画像メモリ上の、各画素の座標
（ｒ＋ｙ）で番地付１すされた領域に入力される。以後
この画素データなｐ（ｇ＋ｙ）で表わす。

次に前記画像メモリをもとに輪郭の追跡に入る。

まず座標（０，０）の画素ＰＯより前記のラスター走査
のように走査を始めパターンＳの領域の先端画素ＢＯを
見付ける。この画素ＢＯの座標をパターンＳの領域の輪
郭追跡の起点としての輪郭画素（第１）とし、また終点
になるものとして記憶する。追跡方向はパターンＳを反
時計（時計）方向に廻るものとする。

次に追跡すべき方向を見付けるために画素ＢＯを一般的
な意味で画素Ｐに置換え、第２図の如く画素Ｐを中心と
する３×３画素の局部領域を考え該画素Ｐ（以後３×３
画素の中心となる画素Ｐを一般に着目画素と呼ぶ）を囲
む隣接側素人１〜八８の画素データを下記の座標（番地
）により前記画像メモリから読みとる。すなわち画素Ｐ
の座標を（ｘ　＋　ｙ　）とすると、隣接側素人１〜八
８の座標はＡｌ；　（ｘ＋１＋　　３’　　）、　Ａ５
＋　（ａ：　　１＋　　ｙ　　）、Ａ２　；　（、Ｔ＋
１１１　１）　、　Ａ６　’、　（ａニー１　＋　ｙ＋
１）、Ａ３．（ｘ　　＋ｙ　１）、　Ａ７；　（ｘ　　
＋ｙ＋１）、Ａ４１　（Ｚ　　１＋ｙ　　ｉ）　、　Ａ
８　ｒ　（、ｚ＋１１　ｙ＋１）　。

で表される。

またここで追跡の方向を表すための方向コード（以下単
に方向とも呼ぶ）の定義は第３図に示される。即ち４５
″′の間隔で１〜８の数値で表される。

さて前記起点（画素ＢＯ）からの追跡方向を見出す方法
（初期追跡法と呼ぶ）を述べると、ラスクー走査が行わ
れて来た方向５には／くターンの存在は無い訳であるか
らノくターンを前記の様に反時計（時計）方向に廻ると
すると、方向５カ・ら反時計（時計）方向に回転した隣
接方向すなわち方向６データを調べ始めてｌ＋１″に当
った方向（次方向コード（第２））に進む。この時追跡
方向に隣接する輪郭画素（第２）の座標は第４図のごと
く着目画素と＋’ｔての画】素ＢＯの座標（ｘ＋ｙ）に
対し、次方向コードによって定まる操作量を加えて求め
られる。

なお、前記次方向コード（第２）の決定にお（・て、決
定のための手段面よりの理由から１ステ７ブ無駄とはな
るが、方向６（４）に代り方向５（−Ｘ家 方向）より該画像データを調べ始めてもよ（・。

次に第３の輪郭画素の追跡方法を述べると、前記第２の
輪郭画素を着目画素として前記と同様に隣接側素人１〜
八８の画素データを読みとる。以後の追跡方向の決定の
原則（正常追跡法と呼ぶ）は、該着目画素に到った前方
向コード・（−この場合前記の次方向コード（第２））
の方向より時計（反時計）方向に測って直角をなす方向
（走査開始方向コードと呼ぶがこれは一般に背景方向に
相当する。）に当った方向（次方向コード（第３））に
進む。

またこの時の隣接の第３の輪郭画素も前記と同様にして
求められる。なお第５図は前記前方向コードと前記走査
開始方向コードとの関係を示す。以後は第２の輪郭画素
および次方向コード（第２）からそれぞれ第３の輪郭画
素と次方向コード（第３）を求めたのと同じ方法で輪郭
を追跡する。

以上の輪郭追跡はパターンを廻りつつ順次求められる輪
郭画素の座標が前記起点に一致した時に終了する。

このようにして求められた各輪郭画素の座標やそれらの
方向コードから前記のように、輪郭のもつ細部の特徴や
周囲長などが求められる。

以上の方法の欠点は追跡すべき一輪郭画素を求めるたび
毎に着目画素とこれに隣接する８画素の座標と画素デー
タを読み出さねばならず、処理時間がかかることである
。また上記の処理を行うンフトウ−７を単純にバートウ
ー７で構成しようとしても構成が複雑になりまた画像メ
モリへのアクセス数も多く処理時間の短縮が難しい。

本発明の目的と要点 本発明は前記の従来のパターンの輪郭追跡方法の欠点を
排除し・・−トウー７化の容易で高速処理の可能なパタ
ーンの輪郭追跡方法を提供しようとするものである。

本発明の要点はパターンの輪郭追跡の基本原理は従来と
同様ではあるものの、ラスター走査で碍子 た画像信号を２値化の直列の画像データに変換し濠 たのち、こ、の直列の画情データをさらに、着目画素を
中心とする３×３画素の局部領域の画素データを該着目
画素に対応しその隣接画素の画素データによって定まる
多値画素データ（多値コード）に変換する多値コード変
換手段を介して、多値画像の形で多値画像メモリに記憶
すると共に、輪郭画素の前記多値コードと該輪郭画素を
追跡した前方向コードとをアドレスとして次に追跡すべ
き隣接の輪郭画素への次方向コードが検索可能なように
あらかじめ書込まれた次方向検索手段より次方向フード
を直ちに検索するようにした点にある。

本発明の実施例 第６図は本発明の主要部の構成を示すブロック図である
。すなわち、６０１は多値フードエンコーダ、６０２は
多値画像メモリ、６０３はメモリ走査部、６０４は終了
監視部、６０５は次方向検索手段、６０５ａは次方向テ
ーブル、　６０５ｂは前方向コードラッチである。次に
第６図の動作を第７〜９図を参照して述べると、多値コ
ードエンコーダ６０１はＭ１図に示す２値画像Ｆを次に
述べるように第７図のような該２値画素Ｆの各座標点に
対応した多値コードからなる多値画像ＦＭに変換する。

ここで多値コードエンコーダ６０１の内部構成は第８図
のようになっている。第８図において８０１は局部レジ
スタとしての３ビツトシフトレジスタ、８０２はＸ　（
Ｙ）方向の走査画素数より該局部レジスタ８０１のビッ
ト数３だけ少いビット長を持つ、残部レジスタとしての
多ビ、トシフトレジスタである。局部レジスタ８０１は
ラスター走査によって直列に連なった２値画像Ｆが矢印
ＡＲ８の順に入力されてシフトして行くので、この３つ
の局部レジスタの９つの画素データは図の都合で上下左
右を反転した形になっているが丁度、着目画素Ｐを中心
とする前記２値画像Ｆの中の３×３画素の局部領域の画
素データとなり、着目画素Ｐがラスター走査によって２
値画像Ｆの各座標を順次移動するので、あたかも３×３
画素分の窓で、２値画像Ｆの各座標点をラスター走査す
るような形になる。但し着目画素Ｐの座標が者値画像Ｆ
の画面の縁端部２行または２列分に入る場合の前記３×
３画素分の画素データ従ってこの多値コード（後述）は
不正値が入るので無視し、この場合＋１００Ｈ”とする
。

次にこのようにして得られる局部領域の画素データをど
のように前記多値コードに変換するかを述べると、着目
画素Ｐに対する隣接画素はＡ１−Ａ３０８つである。今
着目画素Ｐ内の画素データがＩＩ（）ＩＩ　（背景）の
場合、第８図においてＡＮＤゲート８０３によって該画
素データと隣接面素人１〜Ａ８内の各画素データとは椰
条件がとられるので該各画素データの値の如何にかかわ
らず多値コードラッチ８０４内のイ直（ｂｏ〜ｂ７　）
はＯＯＨ”となって出力される。着目画素Ｐ内の画素デ
ータがｌ＋１１１（パターン）の場合は隣接画素Ａｌ−
Ａ３内の各画素データが多値コードラッチ８０４内の値
ｂｏ−ｂ７．に夫夫対応して８ビツトの情報として出力
される。これが前述の多値コードであり、第６図におけ
る多値コード４エンコーダ６０１の出力となり該多値コ
ードエソコーダ６０１の入力に同期して多値画像メモリ
６０２に書込まれ第７図多値画像ＦＭの形で記憶される
。今、多値画像ＦＭ上の座標（ｘ　＋　ｙ　）における
着目画素（前者と呼ぶ）の多値コードをＦＭ（：ｔ＋　
３’　）で表わすと該着目画素は第１図２値画像Ｆ上の
座標（ｓｔｙ）における着目画素（後者と呼ぶ）に対応
しており後者の着目画素の隣接画素の画素データがＦＭ
（ｆｌｙ）となっている。

すなわち多値画像ＦＭは２値画像Ｆと大きさが等し−く
各座標点が対応しており後者の１ビツトの画素データＦ
（工＋ｙ）に代り８ビツトのＦＭ（ｒｙｙ）を持つ。ま
た以上の説明から明らかなように多値画像ｙ内の多値パ
ターンＳＭの形は２値画像Ｆ内のパターンＳと全く等し
い。なお第７図では各座標点の多値コードＦＭ（ｚ＋ｙ
）は１６進数表現で示されている。

なおこの場合多値画像メモリ６０２の１画素へのアクセ
スは従来の２値の画像メモリの９画素分へのアクセスに
対応する。つまり隣接側素人１〜Ａ８の８画素分（８ビ
、ト）と着目画素Ｐ自体（＋１０１１か！Ｉ　Ｉ　ＩＩ
の１ビツト）の分である。

ところで従来技術で説明したように着目画素である輪郭
画素から次の隣接の輪郭画素への追跡方向（次方向コー
ド）は、着目画素とその隣接画素だけでは定まらず着目
画素に到った前方向コードを知って始めて定められる。

すなわち第６図において次方向テーブル６０５ａは多値
画像メモリ６０２から得られる隣接画素の情報８ビツト
と前方向フードラ、チロ０５ｂの出力である前方向コー
ド（８方向、３ビツト情報）の計１１ビットの入力によ
ってアクセスされる。　ＲＯＭまたはＲＡＭからなる検
索テア−プルであり、内には前記１１ビツトの各値に対
する次の追跡方向の次方向コードがあらかじめ書込まれ
ており、該次方向コードが３ビ、トとして即座に出力さ
れる。ただしこの出力は多値画像メモＩＪ　６０２をア
クセスするアドレスを発生するメモリ走査部６０３、お
よび前方向コードラッチ６０５ｂに入力され、多値画像
メモリ６０２への書込み時と、パターンの輪郭を追跡す
る追跡処理の際に共に利用されるようになっている。従
って次方向テーブル６０５ａは、多値画像メモリ６０２
への多値コードＦＭ　（Ｊ　＋　３’　）の書込みの際
と、前記追跡処理においてＦＭ（、ＴＩ３’）の値が”
　ＯＯＨ″（背景部）の際は走査をＸ　（Ｙ）方向に＋
１する方向フードＩＩ　Ｉ　！′を出力するようになっ
ている。

第９図は次方向テーブル６０５ａの内容の一部分を示す
。これは従来技術の項で述べた正常追跡法を基；（シた
内容である。すなわち５種のメモリの内容をもつ局部領
域ＬＡと、該局部領域ＬＡに対応する多値コードＴＡＩ
と、３種の前方向コード（１１５１６）　ＴＡ２と、該
多値コードＴＡＩと該前方向コードＴＡ２の組合せの一
部としてのテーブルアドレスＴＡにより、次方向テーブ
ル６０５ａから検索されるテーブル出力としての８例の
次方向コードＴＯの対応関係が示される。ただしこの図
（丁）くターン輪郭を反時計方向に追跡する場合の例で
ある。なお第９図の適用例は後述する。

再び第６図において前記メモリ走査部６０３は例え＆ｆ
次方向テーブル６０５ａの次方向コードの出力に対応し
て第４図に示したような操作量を得るテーブルと、操作
後のＸ座標およびｙ座標を得るための加減算累計値を保
持する累算器（図示せず）とからなっている。従ってメ
モリ走査部６０３は前記のごとく多値画像ＦＭを多値画
像メモ！Ｊ６０２に記憶させるときは次方向テーブル６
０５ａの出力によりＸ座標を＋１づつ進め、Ｘ方向の全
画素数を越えるとｙ座標が＋１され、Ｘ方向走査は再び
左端より開始されるように動作し、ラスター走査と等価
なメモリ走査を行なう。このようにして２値画像Ｆ内の
各座標点（ｓ＋ｙ）上の２値の画素データｐ（ｘ。

次に多値画像メモリ６０２内の多値画像ＦＭにもとづい
てパターンの追跡処理を行う場合のメモリ走査部６０３
の動作を第７図を参照しつつ説明する。

この場合の多値画像メモリ６０２へのメモリ走査は記憶
時と異ルリランダムアクセスとなる。すなわち追跡処理
開始時、メモリ走査部６０３内のアクセス座標（−９ｙ
）に対応する前記累算器の値は（０゜０）にセラ）され
る。ついで多値画像メモリ６０２内の番地、換言すれば
第７図ＰＯ点座標（０，０）のメモリ（多値フード）が
読み出され−る。該多値コードが次方向テーブル６０５
ａに入力され次方向テーブル６０５ａから次方向コード
、が出力される。前述のごとく座標（ｓ　＋　ｙ　）点
の多値フードＦＭ　（ｓ　＋　’Ｉ　）が”　ＯＯＨ”
の時は該出力値はＸ方向走査を＋１するよ５な方向コー
ドとなり、またＹ方向の走査についてもメモリ走査部６
０３は多値画像メモリ６０２への書込みの場合と同じよ
うに動作する。従って多ｆｒｆｉコ−Ｆ　ＦＭ　（ｘ　
＋　ｙ　）　カ’ＯＯＨ”　テｔｘ　イＰＭｍ　点Ｍ　
７図ＢＯまではラスター走査によって走査追跡が行われ
る。該座標点ＢＯは前述におけるパターン輪郭追跡の起
点であり以後輪郭に沿ったランダムアクセスが実行され
る。終了監視部６０４は多値画像メモリ６０２の出力す
なわち多値コードＦＭ　（工＋ｙ）を監視して、該多値
コードが始めて”ＯＯＨ”でない値となった前記起点Ｂ
Ｏの座標を記憶し、以後輪郭の追跡処理実行中はメモリ
走査部６０３の出力座標を監視して、該出力座標が起点
ＢＯの座標に一致すれば輪郭追跡を一周完了したとして
追跡処理を終了させる。また起点ＢＯでは前記終了監視
部６０４は前方向コードラ、チロ０５ｂに起点であるこ
とを知らせる起点信号を送り、パターン輪郭追跡方向が
反時計（時計）廻りの場合便宜上仮想の前方向フードと
して１１８（２）ｌ＋を出力させる。これは次方向テー
ブル６０５ａのメモリ内容が従来技術の項で述べた正常
追跡法に基づいて次方向フードを検索するようになって
いるためで、このようにすれば起点における多値コード
と前記前方向フードｎ　８　（２）　ＩＩのアドレスに
より次方向テーブル６０５ａは従来技術の項で述べた走
査開始方向コードがＩＩ　６　（４）　ＩＩに等しい形
で動作、換言すれば追跡方向を１１６（４）　＝の方向
から反時計（時計）方向に走査して見出す形の断方向コ
ードを出力する。従ってこれは従来技術の項で述べた起
点（第１輪郭画素）から第２輪郭画素を追跡する方法と
等価になる。・なおこゆ場合も前記従来技術の項で附言
したように、走査開始方向コードをＩＩ　５（−Ｘ方向
）　ＩＩに対応させる形すなわち上記前方向コード’８
（２）″に代り１１７　Ｌ３１　′１としてもよい。

また上記の方法とは全く別に次方向テーブル６０５ａの
メモリ量の増大や回路構成の若干の複雑化を承知の上で
、従来技術の項で述べた初期追跡法に基づいて、起点か
らの次方向コード（第２）のみを見出す専用のメモリ領
域を、正常追跡法のメモリ領域とは別に次方向テーブル
６０５ａ内に設け、次方向コード（Ｊ２）のみは前記終
了監視部６０４からの起点信号と起点ＢＯの多値コード
とをアドレスとして、次方向テーブル６０５ａの前記専
用のメモリ領域から見出す方法を取ってもよく、この思
想も本発明に含まれる。

次方向コード（第２）の決定以後からは前方向コードラ
ッチ６０５ｂは次方向テーブル６０５ａの出力をラッチ
して次の輪郭画素の方向追跡のだめの前方向コードとし
て出力する。

このようにして行った輪郭追跡の例を第７図。

第９図および第１図で示す。すなわち、第７図の多値パ
ター７８Ｍ上の輪郭画素内の多値コードのうち、ＴＡＩ
Ｉ〜ＴＡ１４は第９図の多値コードＴＡＩ内の同符号と
対応し、パターンの輪郭を反時計方向に廻るとき、上記
多値コードＴＡＩＩ〜ＴＡ１４に対応する各例示輪郭画
素の部分の輪郭追跡の方向は、第９図におけるそれぞれ
の前方向コードＴＡ２に対応した次方向フードＴＯの方
向に一致している。また第１図では上記例示輪郭画素を
中心とする局部領域第９図ＬＡＩ〜ＬＡ４を同符号で対
応して示し、同時に上記の各例示軸郭画素を中心とする
輪郭追跡の方向を矢印で示している。以上のような構成
と機能により輪郭追跡の起点から終点までの間メモリ走
査部６０３および次方向テーブル６０５ａの出力を他の
メモリ（図示せず）に記憶すれば各輪郭点（画素）の位
置（座標）と方向のリスト情報が得られ、。

また起点から終点までの追跡処理回数を数えることによ
り輪郭部（境界点）画素数が得られる。なお特に高速に
これらの処理を行うことができる。

本実施例では８隣接画素の場合を説明したが、４隣接画
素の場合でも同様なことが可能であり本発明に含まれる
。なおこの４隣接画素の場合は第２図にて隣接画素ＡＩ
　、Ａ３＋Ａｓ　、Ａ７を用いて多値コード化を行う形
となる。

以上の実施例ではパターンの輪郭を一周して完了するも
のとしたが、例えば１１−ふでかき”や文字認識などで
は途中で一旦追跡を区切りつつ進めることがある。すな
わち入力画像を細線化した後のパターンに対して線引き
ストロークの分離を行なう時、前記実施例にお（する起
点を端点（多値コードが特殊値となる）にとり細線の追
跡を行ない、終点として新たな端点または交差点を取る
と言うように行なうことにより効率的にストロークの分
離の実施ができる。

前記説明中パターン追跡を反時計廻りとするか時計廻り
とするかにより変化する語や数値は括弧外が反時計廻り
の場合、括弧内が時計廻りの場合を示す。また水平、垂
直、あるいはＸ方向、Ｙ方向の関係はそれぞれ互に入れ
替っても本発明の思想には無関係なことは自明であろう
。

発明の効果と応用分野 本発明によればパターンの輪郭追跡を行う前処る多値コ
ードに変換する多値コード変換手段の適用により、例え
ば８つの隣接画素の場合輪郭追跡処理において画像メモ
リへの１アクセスが従来の９アクセスと同等となると同
時に、さらに着目の輪郭画素に対する多値コードとその
着目画素への前方向コ・−ドとから次方向コードを検索
する次方向検索手段を利用することにより１画像毎に行
うべき輪郭追跡処理が極めて高速に実施できることとな
り、従来の輪郭追跡処理における基本的な問題点を排除
することが可能となる。

本発明は画像を使用した計測、検査、位置決め制御、文
字認識など、各種の分野に、基本的な方式として広く適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２値画像の例を示す図、第２図は局部領
域の説明図、第３図は方向フードの説明図、第４図は次
方向コードと着目画素の座標値への操作量との関係を示
す図、第５図は正常追跡法において次方向コードを求め
るために走査を開始すべき開始方向を与える走査開始方
向コードと前方向コードとの関係を示す図、第６図は本
発明の主要部の構成を示すプロ、り図、第７図は本発明
による第１図に対応した多値画像を示す図、第８図は本
発明における多値コード変換手段の内容を示す図、第９
図は本発明における次方向テーブルの内容の一部を示す
図である。 符号説明 ６０１・・・多値コードエンコーダ、６０２・・・多値
画像メモリ、６０３・・・メモリ走査部、６０４・・・
終了監視部、６０５・・・次方向検索手段、６０５ａ・
・・次方向テーブル、６０５ｂ・・・前方向フードラッ
チ、Ｆ・・・２値画像、Ｓ・・・パターン、ＢＯ・・・
起点、Ｐ・・・着目画素、Ａ１〜Ａ８・・・隣接画素、
ＦＭ・・・多値画像、ＳＭ・・・多値パターン。 オ　　１　　目 →　Ｘ 才　　３　　図 才　　５　　面　　　　　　才　　４　　目７６＋￥］ ず　　７　　図 才　　８　　固

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水平（垂直）方向（Ｘ方向と呼ぶ）の走査を垂直（
   水平）方向（Ｙ方向と呼ぶ）に繰り返して得られる画像
   信号を２値化の直列の画素データに変換する２値化手段
   、着目画素の該画素データと該着目画素を包囲する隣接
   画素の前記画素データを前記着目画素に対する多値画素
   データ（多値コードと呼ぶ）に変換する多値コード変換
   手段、該多値コードからなる多値画像を記憶する多値画
   像記憶手段、およびパターンの任意の輪郭画素（甲と呼
   ぶ）から隣接の輪郭画素への追跡方向を示す次方向コー
   ドを出力する次方向検索手段を備え、該次方向検索手段
   へのアドレスとして前記輪郭画素（甲）の前記多値コー
   ドを入力すると共に、該輪郭画素（甲）がパターン輪郭
   追跡の起点であるときは該起点であることを識別するた
   めの起点信号を入力し、前記輪郭画素（甲）が前記起点
   でないときは、前記甲の輪郭画素を追跡した隣接の輪郭
   画素からの追跡方向を示す前方向コードを入力すること
   を特徴とするパターンの輪郭追跡方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のパターンの輪郭追跡
   方法において、前記起点信号として、〜Ｘ（−Ｙ）方向
   またはその隣接方向の方向コードが走査開始方向コード
   の関係にある追跡方向による仮想の前方向コードを入力
   することを特徴とするパターンの輪郭追跡方法。