JPS59201180A - 輪郭特徴検出方式 - 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〕 本発明は例えば自動化機械における物体の搬送や検査な
どに利用される、撮像手段を用いに物体の形状の検出装
置において、特に対象物体の輪郭部にある突起、溝、角
、割れなどの特徴部分の形状およびその位置の検出を行
う方式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来このような輪郭上の特徴部分（以下輪郭特徴と呼ぶ
）乞検出する装置の一つとして、“谷内田正彦：視覚を
用いに自動検査および自動組立システムの動向、日経エ
レクトロニクス、１９８２゜６．７．Ｐ、１６９″のよ
う１よ装置がある。この装置は対象物体の画１家から画
１象の重心２求め、該重心から両開の輪郭上の画素（輪
郭点と呼ぶ）までの距離（半径と呼ぶ）な、各輪郭点に
対して、ｊ訪医一定の回転方向（例えば反時計方向）に
求めて行き、この半径の最大値、最／Ｉ）値、前記回転
方向の回転角に対する変化率等を求め１このち、これら
の値暑綜合的に解釈して輪郭特徴乞検出するものである
。

次に第１図を用いてこの穂の装置を説明する。

１０１は対象物体を撮像するテレビカメラなどの撮像手
段、ｌ　０２）ユ撮像手段１０１からラスクー走食によ
り送られる連続濃淡の１Ｉｌｉｌｌ像信号を所定のしき
い値レベルによって２値化信号に変換する２値化手段、
１０３は前記２値化信号からなる画像データを一時記憶
する画像メモリで、第１図の後段部における演算処理に
おいて、撮像手段１０１の画像走査のタイミングに無関
係に、画像データの読出しを可能とするものである。画
像メモリー０３には前記の演算処理を容易にする１こめ
に、例えば撮像手段１０１の走査方向における、対象物
体の画像のジンすなわち１走青線上に連続して並ぶ前記
画像の画素の数（また換首すれば画像ン１走査線で切つ
１こ時の画像部の長さ）と、該走査線が最初に前記画像
に入る入口の画素（輪郭点であり、ここでＩ工別に走査
開始点と呼ふ）とが記憶されている。１０４）１このよ
うな画像メモリ１０３内の画像データ乞もとに対象物体
のｌｌ１ｌＩ像の重心をもとめる重心算出手段である。

すなわち第２図のように画像下の走査が水平（ＸＩＩ！
１４１）方向の走査を垂直（Ｙ＠）方向に繰返して行わ
れ、前記走査開始点（ＰＩ　〜Ｐｉ−Ｐｎ）の各座標（
（ｘｉ、ｙｌ）〜（ｘｉ、ｙｉ）〜（ｘｎ、ｙｎ））の
値と、これらの走査開始点に対応する前記ラン（１１−
１ｉ〜ｉｎ）の値が画像メモ！Ｊ　１０３　に記憶され
ているとき、画像Ｆの重心の座標（ｘｃ、ｙｃ）は、下
式に基づいて算出される。

ｎ ＸＣ，＝…蟲（（・ｒ＋ｉｔ・−１）（・ｉ＋１ｉ）−
（・１−１）・ｉ）積に対応する。なお上記式中のＸＣ
）ユランｌｉのＹ軸に対する１次モーメントを、Ｙ軸よ
りランＡｉの終点である走査終了点Ｑｉ（座標Ｘｉ＋１
Ｊｉ−１゜戸）までの全画素のＹ軸に対する１次モーメ
ント点Ｐｉまでの、すなわちＩｌ！ｌ１１８！Ｆに含ま
れぬ背景部の全画素のＹ＠に対する１次モーメン）−（
ｘｉ−１）ｘｉｔ差引くことによって求めるものである
。

次に１０５は画像メモリー０３に記憶されている画像デ
ータから、対象物体の画像の全輪部上の輪郭点の座標な
必要に応じ算出な加えて取り出す輪郭点算出手段である
。ここでシエ査号ｊの成る輪郭点ＰＪの座標ゲ（Ｘｊ、
Ｙｊ）とする。１０６）工重心算出手段１０４と輪郭点
算出手段１０５の算出結果に基づいて前記重心（ＸＣ，
ＹＣ）から輪郭点Ｐｊ　（ｘｊ−ｙｊ）までの、半径几
ｊの長さを次の算出式によって求める半径算出手段であ
る。

Ｒｊ＝　（（ｘｊ−ＸＣ）２＋（ｙｊ−ＹＣ）２）”１
０７は前記半径算出手段１０６の算出結果に基づいて、
特徴点の形状の解釈や位置決定を行なう特徴点解釈手段
であり、例えば最犬牛径、最小半径に対応する輪郭点の
座標を得て、＜＋ｉみゃ突起の位置を決定するものであ
る。

しかしながらこのような従来の輪郭特徴の検出方法では
計算処理中乗算の回数が極めて多く、汎用のマイクロプ
ロセッサなどを用いて実施しようとすると、処理速度を
高速にすることができなかった。また突起、くぼみ、講
、角、割れなどは輪郭だけで決まる特徴であるのに、重
心からの距離と言う間接的な数値を用いて評価するので
特徴の検出能力が低いという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は前記の欠点を除き、対象物体の画像（以下単に
画像と言う）の輪郭特徴のも勾となるデータを高速に算
出し、輪郭特徴を突起、溝、角、割れなどに分類して安
定に検出できる方式を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明の要点は、画像の隣接の輪郭点を順次全輪部にわ
たって追跡しつつ、各輪郭点の座標と、該輪郭点から次
の隣接の輪郭点に向う追跡方向の角度を示す追跡方向コ
ードとを得たのち、輪郭上で順次隣接する所定の数の輪
郭点からなる区間における、先頭の輪郭点と後尾の輪郭
点との追跡方向コードの差（変化量）を前記区間の中央
部の輪郭点に対応させ、順次輪郭を追跡しつつ該輪郭点
の移動とともに変化する前記の差、もしくは前記の差の
移動平均値、または該移動平均値に均等な物理量（これ
らを後述のように輪郭曲線と呼ぷンの変化パターンと前
記中央部の輪郭点の座標値とを用いて、輪郭特徴の形状
、位置、個数等乞検出する点にある。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明の実施例を示す構成図である。

なお第１図以下の各図において同一の符号は同一または
相当部分を示す。３０４は画像の輪郭に沿って輪郭点を
追跡しつつ、各輪郭点の座標と、該輪郭点から該輪郭点
に隣接する次の輪郭点に向う追跡方向を示す追跡方向コ
ードとを出方する輪郭点追跡手段である。

輪郭点の追跡は最初前記Ｙｉ標の値が最も小さく、かつ
その中でＸ座標の値の最も小さい輪郭点（起点ＰＯ）か
ら開始するものとし画像の輪郭（周）を反時計方向に追
跡するものとする。このような輪郭点の追跡方法として
は５本出願人による特願昭５８−９１０８号「パターン
の輪郭追跡方法」の提案における方法を用いる。

この場合隣接の輪郭点の追跡方向と追跡方向コードθと
の関係は、第４図（Ｂ）で示され、追跡方向の角度の変
化（反時計方向の角度の増加４田、時計方向の角度の増
加な日とする。）と、追跡方向コード変化量Δθとの関
係は第４図（５）に示される。

第５図は上述のような方法で外周の一部にコの字状の突
起Ｅを有する円形物体の画像の輪郭点な全輪郭にわたっ
て追跡し定場合の輪郭パターンの例である、第５図でシ
エ各輪郭点における追跡方向と追跡方向コードθの値が
示されている。まりＳＯ〜Ｓ２９は輪郭特徴としての前
記突起Ｅの前後を含む輪郭点を示す。

３０５に前記輪郭点追跡手段３０４から順次量ピ カされる画像の輪郭点の座標１追跡方向コードθから１
よる輪郭点情報りから柚々の輪郭時９を検出するための
輪郭曲軍を演算し解釈する輪郭特徴解釈手段である。例
えば３０５ａｉＸ所定の大きさの突起を、３０５ｂは所
定の大きさの溝を検出するともうように、検出すべき輪
郭特徴の数に対応した個別の輪郭特徴解釈手段からなっ
ている。

第６図にこのような輪郭特徴解釈手段３０５の演算処理
の手順の例な示す説明図であり、第５図における前記輪
郭点ＳＯ〜８２９についての前記呼ぶ）あｆこりの追跡
方向コード変化量Δθ、つまと定義される値の算出方法
とその結果を示している。

前記基準輪郭区間ΔＳの太きさとしてヲ丁、第５図にお
いて円形の画像を２値化することによって生じ良、、２
値化エラーとしての輪郭上の無視すべき小さな凹凸部、
例えば４つの輪郭点に挾まれた３つの単位輪郭区間（こ
こで１つの輪郭点から隣接の輪郭点までの区間を単位輪
郭区間と呼ぶ）からなる小凹部Ｃｌ−Ｃ４が覆われる程
度のなるべ（小さな区間として５つの単位輪郭区間から
なる区間とする。

従って第６図において前記基準輪郭区間ΔＳあたりの追
跡方向コード変化量Δθ従って原輪郭曲率μ＝Δθ／Δ
Ｓｉｔ次のようにして求められる。

すなわち基準輪郭区間の中央部の輪郭点としての輪郭点
Ｓ２の原輪郭曲率μについて１ユ２つの単位輪郭区間だ
け先行する輪郭点Ｓ４の追跡方向コ−ドθの値６から、
２つの単位輪郭区間だけ遅れる輪郭点ＳＯの追跡方向コ
ードθの値６を差引いたＯの値となる。同様にして輪郭
点Ｓ３の原輪郭曲率μを：輪郭点Ｓ５の追跡方向コード
θの値６から輪郭点８１の追跡方向コードθの値６を差
引いて０の値となり、ま１こ輪郭点Ｓ８の原輪郭曲率μ
は輪郭点８１０と８６の追跡方向コードθの差から−２
が得られ、このようにして輪郭点８２〜Ｓ２７の原輪郭
曲率が順次求められてゆ（。

なお上記の例では基準輪郭区間内に含まれる単位輪郭区
間の数１′！得数であるが、この数シ１後述のように検
出すべき輪郭特徴の形状や大きさに応じ１こ任意の数、
従ってイ＾数であってもよく、従って一般にｎｖ任意の
整数とじたとき、基準輪郭区間内において基準輪郭区間
の中央部の輪郭点に先行する単位輪郭区間の数と、後れ
る単位輪郭区間の数と、の差±ｎにおけるｎの値は通常
を丁Ｏまた１ユ１に選はれる。しかし基準輪郭区間に含
まれる単位輪郭区間の数が充分大きい場合は、ｎの値）
１これらに限定されるものでを１なく、その他の整数に
選に王れても輪郭特徴の検出の精度を保つことが可能で
ある。

第７図はこのような輪郭の追跡に沿っ定前記第６図の原
輪郭曲率μの変化の検出パターンを破線カーブで示す。

図の横軸には輪郭点８０−８２９の番号０〜２９がとら
れている。図から明らかなようにこの破線カーブは折れ
曲りや凹凸が激しくそのままでは機械的な検出に利用し
難いので移動平均によりカーブを滑らかにしＫものが実
線カーブの平均輪郭曲率；である。

この平均輪郭曲率；は第６図の原輪郭曲率μの値におい
て、成る輪郭点の原輪郭曲率μの値に、この場合の例で
は、前後１つづつの原輪郭曲率μの値を加えに３ケの値
の平均値を各輪郭点について求めたものである。すなわ
ち輪郭点Ｓ３の平均輪郭曲率；は、輪郭点Ｓ３とその前
後の輪郭点Ｓ４゜Ｓ２の各原輪郭曲率−の値の平均値で
ある。、従って 輪郭点Ｓ３における平均輪郭曲率＃　＝（０＋ｌ十〇　
）Ａ＝０．３ として求められ、このようにして各輪郭点Ｓ３〜８２６
の平均輪郭曲率＾が順次求められてゆ（。

第７図の実線カーブの平均輪郭曲率７の検出）（ターン
を第５図の輪郭パターンと対比すると、コ字状の災起Ｅ
（輪郭点ＳＬ３，８１４，８１５）附近で高い（田の山
となり、また前記突起Ｅのつけ根の附近（輪郭点８８．
８９および８１８，８１９８２０　）　ｔ’！、輪郭に
沿って見た場合）ゴくほみとして表われ（＠の低い山と
なる。また輪郭点８３〜Ｓ５および輪郭点８２２〜８２
６Ｔｔ２、基底部Ｇに対応する２値化以前の画像の外周
の曲率に対応した小さな（＋ｌの値をもった直線となる
。

第８図、第９図をヱ輪郭特徴として第５図の突出部に代
りコ字状の溝を検出しに場合の例を示す。

すなわち第８図（Ａｔ■簡単のため溝部分のみの追跡の
輪郭パターンを示し、実線（輪郭点（Ｓ人θ〜ＳＡ３０
　）　）、ヲ了婢の巾が基準輪郭区間ΔＳより狭い場合
を、ま定点縁（輪郭点（ＳＢＯ〜８Ｂ３Ｂ））は同じ（
基準輪郭区間ΔＳより広い場合を示す。

なおこの場合基準輪郭区間としては７つの単位輪郭区間
からなる区間を取っている。また溝の基底部Ｇは第５図
の円形と異り直線（曲率−０）となっている。

第９図（４）、β））コそれぞれ第８図（５）の実線と
点線郭区間からなるため、第９図（２）において例えば
輪郭点ＳＡ３の原輪郭曲率ｔｓｋ３輪郭点ＳＡ６の追跡
方向コードθの値から輪郭点８ＡＯの追跡方向コードの
値を差引（ことによって求められているが、その他の手
順ヲコ第６図の場合と同様である。

第８図回）ゴこのようにして求められた平均輪郭曲率；
の検出パターンを示し実線カーブと点線カーブは第８図
回の実線の溝の輪郭パターンと点線の溝の輪郭パターン
とにそれぞれ対応している。

第８図（Ｊ３）の実線カーブを第７図の実線カーブと比
較すると溝の場合は第７図の突起の場合と上下を逆に入
れ替えにような形となり溝の中央部の高いＨの山を挾ん
で低い田の山が両側に来る。

また紀８図回の点勝カーブで＆ゴ溝の中央部の平ことを
１基準輪郭区間の大きさを検出すべき輪郭特徴の大きさ
の前後に可変することにより、その形状の性質や大きさ
を知ることができろことな示している。

上記説明においてを１、原輪郭曲率μがら平均輪郭曲率
７を求めるのに移動平均法を用いたが、このようなデジ
タル演算に代り原輪郭曲率μの値化Ｄ／Ａ変換器を介し
てアナログ値に変換したのち、ロウ・バス・フィルタを
通して、前記移動平均値に均等なゆるやかに平滑化され
に変動成分のみを取り出す方法を取ってもよい。

第１０図は基準輪郭区１ｔ４１を一定としたままで円形
部の一部にそれぞれ中挟および中広の突起と溝のある形
状乞左側に、その平均輪郭曲率７の検出パターンを右側
にまとめて対比したが、このような検出パターンの得ら
れることは前述の説明から容易に推定できるであろう。

以上の説明ではコ字形の突起とａイとを代表例として硝
げＴこが本発明は対象物体の画像の輪郭に沿つて輪郭の
曲率な追跡するものであり、輪郭特徴により固有の検出
パターンが得られることは上述の説明から明らかであり
、検出パターンの形状や大きさから例えば７字形の割れ
や角なども検出することができる。なお本発明において
輪郭上の２点間の輪郭に沿う距離（沿輪郭距離と呼ぶ）
Ｌは次のように容易に求められる。すなわち隣接する２
つの輪郭点がＸ＠また１ゴＹ軸に平行１よ線上にあると
ぎ（このとき２つの輪郭点間の追跡方向コードθ（ま偶
数と１よる〕、前記２つの輪郭点間の距離を１とすると
、前記以外の場合（このとき２つの輪郭点間の追跡方向
コードθは奇数となる）においては、隣接する２つの輪
郭点間の距離は追跡方向の角度から判るようにｖ”Ｔと
なる。従って前記の沿輪郭距離Ｌｉｓ下式で表わされる
。

Ｌ＝Ｖｅ−１−ｙ’丁■０ ここに ■ｅ：沿輪郭距離りに含まれる 偶数の追跡方向コードθの数、 ■０：同じく奇数の追跡方向コードθの数、このように
前記輪郭点情報りのみから乗算を用いることなく沿輪郭
距離りが求められ、これ乞検出すべき輪郭特徴の部分の
沿輪郭距離の測定に利用し、前記の平均輪郭曲率；によ
る輪郭特徴の検出と併用して容易に検出の効果を高める
ことができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、輪郭点情報として
の輪郭点の座標と、該輪郭点における追跡方向コードと
によって輪郭点を表現し、この輪郭点を順次追跡して得
た輪郭に沿う基準輪郭区間ごとの追跡方向コードの変化
量によって、輪郭特徴を検出する方法を用いるＴこめ、
乗算を行う必要がなく高速の演算処理が容易となり、ま
た突起、溝、角、割れ１よどの輪郭特徴の検出や分類も
容易に実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図し従来の輪郭特徴検出装置の構成図、第２図を１
第１図の装置における画像の演算処理の説明図、第３図
シュ本発明を適用した輪郭ｔＰｆ徴検量検出装置成例を
示す図、第４図は本発明における追跡方向コードの説明
図、第５図は本発明により輪郭特徴を検出する対象の一
例としての輪郭バクーンを示す図、第６図は第５図に対
応する輪郭曲率の検出パターンの演算子ｊ哄を示す図、
第７図１丁第６図に対応する輪郭曲率の検出パターン馨
示す図、第８図シ１本発明により輪郭特徴を検出する他
の対象例としての輪郭パターンの一部と、これに対応し
て求められた輪郭曲率の検出パターンを示す図、第９図
は第８図に対応する輪郭曲率の検出パターンの計算手順
を示す図、第１Ｏ図は各種の凸起および溝を有する対象
物体と、本発明による当該部分の輪郭曲率の検出バクー
ンの例を総括対比する図である。 符号説明 １０１・・・・・・撮像手段、１０２・・・・・・２値
化手段、１０３・・・・・・画像メモリ、３０４・・・
・・・輪郭点追跡手段、３０５・・・・・・輪郭特徴解
釈手段、θ・・・・・・追跡方向コード、ΔＳ・・・・
・・基準輪郭区間、μ・・・・・・原輪郭曲率、＾・・
・・・・平均輪郭曲率 Ｙ 矛２図 牙４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　　少くとも対象物体の画像ヲラスター走査して画
   像信号を出力する撮像手段と、該画像信号を所定のしき
   い値で２値化信号に変換する２値化手段と、該２値化信
   号を画像データとして記憶する画像メモリと前記データ
   をもとに、前記画像の輪郭画素を前記画像の全輪郭にわ
   １こって１聰次追跡し、各輪郭画素の座標値と、該輪郭
   画素から次に追跡されるべき隣接の輪郭画素への方向２
   示す追跡方向コードとを出力する輪廓内索追跡手段とを
   備えに対象物体の輪郭の検出装置において、前記画像の
   輪郭上で順次隣接する所定の数の輪郭画素からなる区間
   における、先頭の輪郭画素と後尾の輪郭画素との追跡方
   向コード差を少（とも前記区間内の所定香目の輪郭画素
   に対応さぜ、順次物ｌＩＳを追跡しつつ該輪郭画素の移
   動とともに変化する前記の光、もしくは前記の差の移動
   平均値、または該移動平均値と同等のアナログ量、の変
   化パターンを用いて、輪郭上の特徴部分の形状を検出す
   ることを特徴とする特許 ２）特許請求の範囲第１項に記載の輪郭特徴検出方式に
   おいて、前記区間を構成する輪郭画素の数を可変とする
   ことにより、前記特徴部分の形状の検出乞選択的に行う
   ことを特徴とする輪郭特徴検出方式。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の輪郭特
   徴検出方式において、前記変化パターンに対応する前記
   所定管口の輪郭画素の座標値を用いて前記特徴部分の位
   置を検出することを特徴とする輪郭特徴検出方式。