JPS6041176A - パタ−ンマツチング方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、パターンマツチング方法に係り、特にパター
ンマツチングの標準パターンサイズを任意に指定するこ
とが可能で、かつぃがなるサイズツバターンマツチング
をも行なえる任意サイズのＡｐ−ンマッチング方法に関
する。

〔発明の背景〕

従来、この種のパターンマツチング方法トシて、固定小
形の標準パターン（例えば８×１２ドツト）を、対象と
する２値画像メモリ（２５６Ｘ２５６ドツト）に対して
ラスク走査を行ない、各ドツトでの２値データの一致数
をカウントし、そのカウント数の大小によって画像内の
２　Ｍ図形の分類。

識別１位置検出などを行なうものが知られている。

しかし、標準パターンのサイズ全任意変更してパターン
マツチングを行なうことはほとんど不可能なものであっ
た。例えば大型の標準パターン（例えば５１２Ｘ５１２
ドツトの画像に対して２　ｓ　６　ｘ　２５６　）”ッ
トの標準パターン）で行すうハードウェアを、大規模な
パターンマツチング専用に実現することは、装置として
は大形となるがそれなりの利用価値があると考えられる
。ところがこの様な大形な装置を小規模なパターンマツ
チングにも同程度の頻度で使用するとなると、システム
バスてのコストハーフォーマンスが悪くするという欠点
がある。すなわち、任意サイズの標準パターンを用いた
パターンマツチングを、ハードウェアで実現するには大
きな問題があるのである。

そこで、上述のような欠点を解消するため従来から提案
されている方法として、第１図（ａ）に示すように大規
模な２値図形１を、小規模な標準パターン２のサイズに
分割し、それぞれ標準パターンとして登録する。この時
適当な標準パターンの基点３を原点Ｔｏとし、全ての標
準パターンの基点ＴＩ　（Ｉ＝０．１，２．　・・印１
の座標値を第１図（ｂ）に示すように同時に登録する。

このように設定された標準パターンにより対象画像の対
応する領域における図形に対してパターンマツチングラ
行ない、各標準パターン毎に得られる基点を相対位置関
係を発見的手法によって解明することにより、対象とす
る図形の存在９位置２個数を知ることができるのである
。この方法によれば、各標準パターンによるパターンマ
ツチングをハードウェアによって実行できるという利点
があるが、その処理回数が美大になること、各標準パタ
ーンの相対位置を確認する処理が複雑なことなどの欠点
がある。

さらに、マツチングの精度の向上と標準パターンの個数
を減少させるため、第１図（Ｃ）に示すように、画像の
特徴ある部分図形に対応させて標準パターンを作成する
ことが考えられるが、その標準パターンの作成、登録方
法が複雑であることがら、過大な労力を要するという欠
点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、パターンマツチング処理を簡単化して
処理速度を高めることができ、かつ標準パターン作成を
簡単化することができるパターンマツチング方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、被写体の画像に基づいてその特徴的な微小部
分の図形データを表わす標準パターン■と、この標準パ
ターンＩとの相対位置が明確にされかつ広範囲部分の図
形データを表わす標準パターン■とを予め設定し、まず
標準パターンＩを用いてパターンマツチング探査を行な
い規準値以上の一致度を有する微小部分領域をもとめ、
次に標準パターン■とパターンマツチングすべき候補画
像領域を前記各微小部分領域に相対させてもとめ、前記
各候補画像領域の図形と標準パターン■との一致度およ
び候補画像領域の座標に基づいて対象画像の分類、識別
および位置検出を行なうものとすることにより、パター
ンマツチング処理を簡単化するとともに処理速度を高め
、さらに標準パターン作成を簡単化しようとするもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に本発明の適用された一実施例画像処理装置の全
体構成を示す。同図に示すように、画像処理装置は、被
写体から反射される光信号を電気信号に変換するビデオ
カメラ４、ビデオカメラ４から出力されるアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５、このコ
ンバータ５から出力される画像のデジタル信号等を格納
するイメージメモリ６、このイメージメモリ６の内容を
取り込み演算処理するイメージプロセッサ７、前記イメ
ージメモリ６のアクセス制御を行なうアドレスプロセッ
サ８、前記イメージメモリ６、イメージプロセッサ７、
およびアドレスプロセッサ８間におけるデータおよびコ
ントロール信号の転送を行なうイメージプロセッサバス
９、画像処理装置全体を管理するシステムプロセッサ１
０、このシステムプロセッサ１０を形成する中央演算処
理装置１１、主記憶装置１２および周辺機器との送受信
装置１３、前記各構成要素間におけるデータ転送を行な
うシステムバス１４、前記イメージメモリ６から呼び出
されるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコ
ンバータ１５、前記送受信装置１３から出力されるデジ
タル信号をキャラクタコードに変換して画像表示すると
ともに、Ｄ／Ａコンバータ１５から出力される画像のア
ナログ信号を表示する表示装置１６、前記送受信装置１
３を介して外部データを入力するキーボード１７、画像
処理装置全体を再起動させる際に必要なデータを格納し
ておく外部記憶装置１８から構成されている。

このように構成されてなる本実施例の処理動作には、大
きく分けて２つある。すなわち１つはパターンマツチン
グに用いる標準パターンを作成して登録する処理（オフ
ライン処理）であり、他はその標準パターンを用いてパ
ターンマツチングを実行し、画像の識別、被写体の位置
検出に必要なデータを出力する処理（オンライン処理）
である。

まず、標準パターンを作成、登録する方法について説明
する。第３図に、ビデオカメラ４により写８れた被写体
の２値画像２０（斜線部）が画像メモリ１９内に格納さ
れている状態を示す。これに対し、図形の標準パターン
として所定サイズの部分画像において、その図形の局所
的な特徴を最大限表わしている固定小形の部分図形に対
応する標準パターンＩと、２値画像２０の位置検出、識
別に必要な最小限サイズの部分画像に対応する積重図示
２値画像２０の溝部分２０ａ’ｅ含む所定サイズの部分
図形を標準パターンＩ２１とし、２値画像２０を最小限
囲む部分画像を標準パターン１１２２として選択登録す
る。すなわち、標準パターンの作成および登録処理は、
これら２つの標準パターンＩ２１．［２２と、これら２
つの標準ハターンｉ２１．［２２の相対位置関係と、第
３図図示の点Ｐｗと点ＰＴの位置関係、および標準パタ
ーン１．ＩＩに一致する図形または画像の存在が認識さ
れた場合、その図形または画［象の位置を表わすために
結果として出力する座標、例えば第３図図示の点Ｐ　ａ
ｎｔと、標準パターン）２１またはＩ［２２との相対位
置関係、すなわち点Ｐ　ａｎｔと点Ｐｗ、あるいは点２
丁との関係からなるパラメータとを登録することにある
。このような標準パターンの作成および登録時における
画像処理装置の動作概念図を第４図に示し、また、第５
図にフローチャートを示し、これらの図に沿って以下説
明する。

まず、第５図ステップ３３にて上述のパラメータを登録
するオンラインパラメータテーブル２３の内容を消去し
て初期状態にする。なお、このテーブル２３は数種部の
標準パターンに対応させて複数設けられている。第５図
にもどりステップ３４において、システム管理プロセッ
サ１０は画像入力が可能であるとして、画像入力要求を
表示装置１６にキャラクタで表示させ、キー人力による
指示待ちとなる。続いて、ステップ３５において、操作
者は表示装置１６の画像入力要求をみて、標準パターン
として登録する対象物の設定をしたのち所定のキー人力
を行ない、これによりシステム管理プロセッサ１０の管
理下で、ビデオカメラ４から画像信号がＡ／Ｄコンバー
タ５ｆ、介して取り込まれ、イメージメモリ６の対象画
像用濃淡メモリ２４に格納される。ステップ３６におい
て、イメージプロセッサ７は対象画像用濃淡メモリ２４
の内容に積和演算処理を施こした後、演算用ａ淡メモリ
２５に格納する。さらに、イメージプロセッサ７は所定
のしきい値で演算用濃淡メモリ２５の内容を２値化して
、対象画像用２値メモリ２６に格納し、つづいてこのメ
モリ２６の内容を表示装置１６に表示させる。ステップ
３７において、システムプロセッサ１０は送受信装置１
３を介して表示装置１６に、標準パターン■２１のサイ
ズに一致する口形カーソルを表示画像に重ね合わせて表
示し、さらに標準パターンｉ２１の登録が可能である旨
の入力要求をキャラクタ表示する。

これにより、システムプロセッサ１０はキーボードから
の次のキー割り込み待ちとなる。ステップ３８において
、操作者はキー人力によりシステムプロセッサ１０をし
てカーソルを上下左右に移動させ、最適な標準パターン
Ｉ２１が得られる位置に設定し、そのカーソルに囲まれ
た領域を標準パターンＩ２１としてシステムプロセッサ
１０に登録する。この登録は、カーソルの基点（第３図
図示点Ｐｔ　ンの座標（ＸＴ　、　ＹＴ　）をレジスタ
２７に格納することによってなされる。

次に、ステップ３９において、イメージプロセッサ７は
アドレスプロセッサ８のアドレス制御により、対象画像
用２値メモリ２６のカーソルで囲まれた領域の図形デー
タを、標準パターンＩメモリ２８に格納する。この標準
パターンＩメモリ２８は、複数枚設けられている。つづ
いて、ステップ４０において、システムプロセッサ１０
は第６図に示すよりな点２１点Ｑで交差する２つの十字
型カーソルＩ（Ｉ　Ｔ　Ｋ２　ｋ表示装置１６に重ね合
わせ表示し、標準パターン［２２の入力要求を行なう。

なお％２つのカーソルに、、に２はキー人力によって独
立に上下左右に移動させることができるようになってお
り、操作者は最適な標準パターン［２２が得られる位置
にカーソルＫｌ　、　Ｋ２を設定し、そのカーソルＫｘ
　、に２に囲まれた領域を標準パターン１１２２とする
ことをシステムプロセッサｌＯに指令する。これにより
、ステップ４１において、システムプロセッサ１０ｉｄ
［準パターン■２２の基点（第６図図示点Ｐあるいは第
３図図示点Ｐｗ　）の座標（Ｘｗ　、　Ｙｗ　）と、第
６図図示点Ｐに対する点Ｑの相対座標（第３図図示Ｌｘ
　、Ｌｙに相当）をレジスタ２９に登録する。

す１０は標準パターン［２２を格納すべき標準パターン
■メモリ３０ａアドレスＡａａ■、およびこのアドレス
Ａ　４　ｄＩ（で示されるメモリ内の座標、すなわち転
送側パラメータである基点座標（Ｘ’ｗ　、　Ｙ’ｗ）
をキーボードから入力するように、キャラクタ表示によ
って要求する。そこで、操作者はステップ４３において
、キー人力指示によりそのパラメータをレジスタ３１に
登録させる。つづいて、ステップ４４において、イメー
ジプロセッサ７はそのプロセッサアドレス制御によって
、対象画像用２値メモリ２６内の２つのカーソルＫｌ　
＊　Ｋ２で囲まれた領域にある図形データを標準パター
ン■メモＩＪ　３０の前記アドレスＡ　４４　Ｋと基点
座標（Ｘ’ｗ　、　Ｙ’ｗ　）で定まる領域に転送する
。これが終了するとステップ４５において、システムプ
ロセッサ１０は次に表示装置１６にプラスカーソルを表
示し、画像の出力座標の入力要求をキャラクタ表示する
。そこで、操作者は画像の適当な出力座標位置に前記プ
ラスカーソルを移動させて出力座標を設定する。そして
、システムプロセッサ１０はそのカーソルの位置する座
標（Ｘｏ　、　Ｙｏ　）を読み取りレジスタ３２に登録
する。次に、ステップ４７に移行し、システムプロセッ
サ１０はオンラインテーブルに、数値「１」と、標準パ
ターン１１２２に対する標準ノくターン１２１の基点の
相対座標（ＸＲ、ＹＲ）と、標準パターン■メモリ３０
における標準パターン［２２の基点座標（Ｘ’ｗ　、　
Ｙ’ｗ　）と、標準パターン１１２２のサイズ（Ｌｘ　
、　Ｌｙ　）と、その標準ノくターン［２２が格納され
ている標準パターン■メモリ３０内のアドレスＡ４６Ｉ
［と、標準パターン１２１０基点（Ｘ↑、Ｙ？）に対応
する出力座標（Ｘｏ　、　Ｙｏ　）の相対座標（Ｘｏ’
　、　Ｙｏ’　）とを登録する。そしてステップ４８に
移行して、キー人力指示により登録処理を終了するか、
次の標準パターンの登録をするかの選択を行ない、標準
パターンＩメモリ２８およびオンラインパラメータテー
ブルのアドレスを更新する。以上が、標準パターン■、
■の作成および登録の手順である。

上述のようにして作成登録した標準パターンＩ。

■を用いて、任意サイズのノくターンマツチングを行な
う方法について以下に説明する。第７図にオンライン処
理時の画像処理装置の動作概念図を示し、第８図にその
フローチャートを示す。

第８図に示すように、ステップ５６において、バタ、−
ンマッチングの出力を登録する出力テーブル４９をリフ
レッシュする。この出力テーブル４９ＫＵ、ｆｆ準パタ
ーンｉ２１のアドレスＡａａｌと、その対応する図形の
位置が登録される。なお、１つの対象画像内に複数種類
の図形が存在することもありうるので、出力テーブル４
９は複数設けられている。次に、ステップ５７において
、標準パターンの作成、登録時と同様に、被写体の２値
画像を対象画像用２値メモリ２６に格納する。これが終
了すると、ステップ５８においてイメージプロセッサ７
はアドレスプロセッサ８のアドレス制御に基づき、前記
対象画像用２値メモリ２６に対して標準パターン■メモ
リ２８に格納されていル標準パターンＩ２１を用いてラ
スク走査を行ない、標準パターンＩ２１の図形データと
対象図形の同一領域における図形データとを比較する。

この比較において、両者の画素の２値データの一致数を
演算用濃淡メモリ２５に格納する。この時の格納座標は
ラスク走査時の標準パターン）２１の基点座標Ｐ−ｒ　
（ＸＴ　、ＹＴ　）に対応させている。

次に、ステップ５９において、この演算用濃淡メモリ２
５の内容を所定のしきい値Ｔ　ｈ　Ｔで２値化し、演算
処理用２値メモリ５ｏに格納する。なお、しきい値Ｔｈ
Ｔは、標準パターン１１２２による最終判定で用いるし
きい値Ｔｈｗとともに、しきい値テーブル５１に登録さ
れている。前記ステップ５９で２値化により形成された
魚群の座標を探査するため、ステップ６ｏにおいてラス
ク走査し、ステップ６１において画素のｒｌｌｏＪを判
定し、画素が「１」と判定された場合は、マツチング候
補点し・ジスタ５２にその画素の座標値（Ｘ、Ｙ）を登
録し、ステップ６２に移行する。ステップ６２では、標
準パターンｌＩ２２による画像間演算を行なうために、
対象画像用２値メモリ２６の候補部分画像領域を決定す
る。すなわち、マツチング候補点レジスタ５２の座標値
（Ｘ、Ｙｌがら、オンラインパラメータテーブル２３に
登録されている基点間相対座標（ＸＲ、ＹＲ）を差し引
いた座標（Ｘ”ｗ　、Ｙ”ｗ　）’にレジスタ５３に登
録する。

次にステップ６３において、標準パターン１１２２によ
り候補部分画像領域の画像間演算を実行する。

すなわちイメージプロセッサ７はアドレスプロセッサ８
のアドレス制御のもとで、標準パターン■２２が格納さ
れている標準パターン■メモリ３０の何枚目のメモリか
を指定するアドレスＡａａＴｉ。

標準パターン■メモリ３０内の標準パターン■２２の基
点座標＜Ｘ’ｗ　、　Ｙ’ｗ　）およびそのサイズ（Ｌ
ｘ、Ｌｙ）を、オンラインパラメータテーブル２３内よ
り読み出して標準パターン［２２を切り出す。また、レ
ジスタ５３の座ｍ　値（Ｘ　”　ｗ　。

Ｙ／／、）および標準パターンＩ［２２のサイズ＜Ｌｘ
。

Ｌｙ）から、オンライン処理時の２値画１象全格納しで
ある対象画像用２値メモリ２６がら部分図形を切り出す
。このようにして切り出された標準パターン［２２と部
分図形との間で画像間演算（ＸＥＮＯＲ演算λを実行し
、両者の２値データ一致数をカウントする。カウントさ
れた２値データ一致数はイメージプロセッサ７内のヒス
トグラムレジスタ５４に格納される。このヒストグラム
レジスタ５４の内容をシステムプロセッサＩＯＫよりマ
ツチングカウントレジスタ５５に登録する。

次に、ステップ６４においてシステムプロセッサ１０は
しきい値テーブル５１内の！準パターン［２２用のしき
い値Ｔｈｗと、マツチングカウントレジスタ５５の値を
比較してマツチング判定を実行する。この比較判定にお
いて、後者が犬であればステップ６５に移行して現在の
標準パターンＪ２１のメモリアドレスＡ４．ｘおよび図
形の出力位置、すなわちマツチング候補点レジスタ５２
の座標値（Ｘ、Ｙ）と、オンラインテーブル内の出力座
標に対する相対座標（Ｘ’ｏ　、　Ｙ’ｏ　）を加算し
た座標（Ｘ”ｏ　、Ｙ／１０　）ｆ、出方テーブル４９
に登録する。一方、前者が大であれば、ステップ６０に
戻ってマツチング候補点レジスタ５２に示された座標に
より再びマッチング２値画像の探査を行なう。さらに、
ステップ６１において「０」と判定された場合は、ステ
ップ６６に移行して演算処理用２値メモリ５０の座標系
が終了したかどうか判定し、座標系終了と判定された場
合はステップ′６７に移行して、他の標準パターンの有
無を判定し、有りと判定された場合は次の標準パターン
を用いて処理を繰り返し、全ての標準パターンに対する
探査が終了した時には、オンライン処理によるパターン
マツチングは終了する。この時出力テーブル４９には対
象画像内に存在するパターンのうち、パターンマツチン
グの結果一致したパターンの番号（格納アドレス）とそ
の位置情報が全て格納されていることになる。

、上述したように、本実施例によれば、１つの対象図形
に対して２つの標準パターンしか使用しないため、従来
の方法に比べて標準パターンの作成および登録作業を著
しく簡単化することができ、かつその作業量を少なくす
ることができる。これにより、オフライン処理を半自動
化することが可能と々す、しかも柔軟なパターンマツチ
ング装置全構成することができる。

また、オンライン処理時のパター／間の位置合わせが簡
単化され、その処理回数を極めて削減することができる
。これにより、例えば２５６×２５０ドツトの画像に対
して％　１２×８ドツトのＭＰ　パターンを用いてパタ
ーンマツチングラ行なう場合、従来方法によれば１つの
図形に対して標準パターン数が３０必要となり、処理時
間としては約２秒かかることになる。これに対し、本実
施例によれば約０．３秒８度で処理完了でき高速化恣れ
るという効果がある。

なお、上記実施例においては標準パターンＩ２１の部分
図形が、標準パターン［２２の領域内に含まれるように
設定された場合について示したが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、第９図に示すように標準パターン■
２２′の外側領域に標準パターンＩ　２１’ｅ設定して
もよい。すなわち標準パターン■と標準パターン■との
相対位置関係はまったく任意のものである。

以上説明したように、本発明によれば、ツクターンマツ
チング処理を簡単化して処理速度を高めることができ、
しかも標準パターン作成を簡単化することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は従来方法の説明をするための図
、第２図は本発明の適用された一実施例装置の全体構成
図、第３図は標準パターンの作成登録方法を説明するた
めの図、第４図は第２図図示実施例の標準パターン作成
、登録処理を説明するための動作概念図、第５図は標準
パターン作成、登録処理の手順を示すフローチャート、
第６図は標準ノくターン■の設定方法を説明するための
図、第７図は第２図図示実施例のパターンマツチング処
理を説明するための動作概念図、第８図は、＜ターンマ
ツチング処理の手順を示すフローチャート、第９図２ｔ
−・−・君準パターン１．　、’　２２−−−−イ彰勲
ぐターンｒＬ　ゐ４−４像尚イ枦鳴：ｆμ゛）懲ガーシ
実ノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、標準パターンと画像の一致度に基づいて被写体の分
   類、識別および位置検出を行なうパターンマツチング方
   法において、被写体の画像に基ついて予め設定される特
   徴的な微小部分の図形データを表わす標準パターン■と
   、該標準パターンＩとの相対位置が明確にされかつ広範
   囲部分の図形データを表わす標準パターン■とを有し、
   前記標準パターンＩを用いたパターンマツチング探査に
   より規定値以上の一致度を有する微小部分領域をもとめ
   、前記標準パターン■とパターンマツチングすべき候補
   画像領域を前記各微小部分領域に相対させてもとめ、該
   各候補画像領域の図形と前記標準パターン■との一致度
   および当該候補画像領域の座標に基づいて対象画像の分
   類、識別および位置検出を行なうことを特徴とするパタ
   ーンマツチング方法。