JPS605881B2 - 傾き検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、文字列あるいは規則的図形列のような２次元
パターンの正規方向からの傾きを、その文字列または図
形列を撮像装置で撮像して得た撮像信号を処理して非接
触的に検出する煩き検出装置に関するものである。

瓶等に貼付されたラベルまたは印刷物などに記載された
商標等の文字列または規則的な図形列の正規方向からの
傾きを、非接触的に検出する方法として、従釆、所謂パ
タ−ンマツチングによる方法が知られている。

この方法は、正規位置姿勢時に於ける文字列等の標準２
次元パターンを予め用意しておき、この標準２次元パタ
ーンと被検査対象物を撮像装置で擬像して得た２次元パ
タ−ンとのマッチングをパターンマッチング装置でとり
、その相違の程度により文字列等の傾きを検出しようと
するものである。しかしこの方法は、標準２次元パター
ンと撮像して得られた２次元パターンとを高精度に位置
合せしなければならない欠点があり、従って微少な傾き
を検査することが困難であった。また、この種の他の方
法として、撮像装置を被検査対象物平面に垂直な軸を中
心として回転させ、被検査対象物の撮像パタ−ンが撮像
画面中に於いて所定の姿勢になったときの撮像装置の回
転角をその検査対象物の方向として検出するものが知ら
れている。

しかしこの方法は、１個の被検査対象物の方向を検出す
る為に上述した如く撮像装置を機械的に回転させその視
野を変えてやる必要がある為、懐きを高速に検出するこ
とができない欠点がある。本発明はこのような従釆の欠
点を改善したものであり、その目的は、２次元パターン
情報中に於ける文字列及び規則的な図形列の正規方向か
らの懐きを高速に且つ精度良く検出することにある。

以下これについて詳細に説明する。第１図乃至第７図は
、．本発明の原理を説明する為の図である。

第１図Ａ及び第２図Ａは、例えば白地に黒のように光学
的に区別し得る状態で描かれた「ＦＵＪＩ」の文字列を
、その上方から撮像装置で撮像して得た撮像画面を示し
、特に第１図Ａは「ＦＵＪＩ」の文字列が、その列方向
が撮像画面の横方向すなわち撮像装置の走査線方向と一
致する姿勢（以下このような姿勢を正規の姿勢という。

）で撮像された場合を示し、第２図Ａは「ＦＵＪＩ」の
文字列が正規の姿勢で撮像されず、正規の方向から角度
０だけ傾斜した場合を示している。尚、以下の説明に於
いては、撮像装置である２次元順次走査手段として代表
的なテレビカメラを使用するものとし、このテレビカメ
ラはパターン情報画を走査信号に従って画面横方向に走
査し、これが終ると前回の走査開始点付近に戻って前回
の走査線と平行な走査を繰返すものとする。また、撮像
画面上で方向を指す場合には、画面の横方向すなわち走
査線の方向を×方向とし、画面の縦方向すなわち走査線
に垂直な方向をＹ方向といい「ＸＹ座標系を考えた場合
は画面の左上を原点とする。さて、第１図Ａ及び第２図
Ａに示した撮像画面を例えばＸ方向にＭ分割し、Ｙ方向
にＮ分割して得たＭ×Ｎの升目をそれぞれ画素として考
え、且つ、斜線で示す文字列に含まれる画素は有意画素
として、また斜線以外の背景部分に含まれる画素は祭意
画素として考えると、撮像画面Ｇ中に於ける文字列の姿
勢状態は、一水走査線に現われる有意画素の個数を各水
平線毎に求め、これを水平走査線の番号順に並べて得た
有意画素の発生度数を表わすパターンで表現することが
できる。第１図Ｂ及び第２図Ｂは、それぞれ第１図Ａ及
び第２図Ａの文字列「ＦＵＪＩ」について上記作業を行
なって得たパターンの一例を示すものであり、縦軸はＹ
方向、機軸は各走査線に於ける有意画素の発生度数を示
している。このパターンは、換言すれば、撮像画面上の
文字列「ＦＵＪＩ」の有意画素を走査線方向すなわち×
方向に寄せたものと等価であり、文字列「ＦＵＪＩ」を
重み付けを行なってＹ軸に投影したものと考えられる。
そこで、以下上記パターンを投影積分パターンと呼ぶこ
とにする。ところで「第１図Ｂ及び第２図Ｂに示した各
投影積分パターンを対比観察すると、次のような事実が
明らかとなる。

（１｝ 文字列が正規の姿勢である場合は、その投影積
分パターンはＹ軸上で立上り及び立下りの急峻な方形状
パターンになり、文字列が正規方向に対し傾斜するに従
って、その投影積分パターンの立上り及び立下りは緩や
かになり山形パタ−ンになる。

即ち、第１図Ｂ及び第２図Ｂの各投影積分パターンに於
ける有意画素の発生度数の変化率を表わす第１図Ｃ及び
第２図Ｃに示すように、投影積分パターンの立上り、立
下り点に於ける発生度数の変化量△は、文字列が正規姿
勢である場合とそうでない場合とで大きく相違する。そ
してこの相違の程度は、一般に文字列の傾きの程度と一
致する。■ 第２図Ｂの投影積分パターンの幅Ｗ，は、
第１図Ｂの投影積分パターンの幅Ｗｏより広い。

即ち、Ｗ，＞Ｗｏである。このことから、一般に文字列
が傾斜するに従ってその投影積分パターンの幅Ｗは増大
し「その増大の程度は文字列の懐きの程度と一致すると
言える。以上の関係は、通常の文字列及び規則的図形列
に共通して言えることであるが、例えば第３図Ａ及び第
４図Ａに示す「ＥＬＥＣＴＲＩＣ」の文字列のように、
文字列の長さが文字の高さに対し相当に長いような文字
列の場合、その投影積分パターンはそれぞれ第３図Ｂ及
び第４図Ｂに示すものとなるので、更に次のような事実
が明らかになる。

糊 文字列が正規方向に対して傾斜するに従って、その
投影積分パターンの高さ日は文字の種類にもよるが一度
上昇して最大値に達したのち減少していく。一般的に高
さ日が最大値になるのは文字列の対角線の部分が投影積
分されたときである。従って、第３図Ｂに示す高さ瓜よ
り大きい部分では「同じ高さ日が異なる二つの穣斜角に
おいて得られることになるため（すなわち高さ日が増加
して最大値に達するまでと、最大値から減少するときに
同じ値をとることになる）、Ｈ＞比となるような範囲で
は高さ日だけで煩斜の程度を知ることができない。文字
列の長さが文字の高さに対して相当に長いような文字列
の場合には、Ｈ＞Ｈｏとなるような範囲の煩斜角は微少
であるので、このような範囲は無視して鏡斜無しと判定
するか、或は第１図や第２図に示すような変化量△や幅
Ｗと組合せて懐斜角を判定する。なお、文字列の長さが
文字の高さに対してあまり差がないような場合には、高
さ日がＨ＞Ｈｏとなるような範囲の傾斜角はかなり大き
い値となるので高さ日だけで傾きを検出することは不可
能となるので、変化量△や幅Ｗと組合せたり「或は変化
量△や幅Ｗを用いることにすれば良い。また更に、例え
ば第５図Ａ及び第６図Ａに示すように、複数個の文字列
の場合は、その投影積分パターンはそれぞれ第５図Ｂ及
び第６図Ｂに示すものとなる。

同図から明らかなように、複数の文字列が正規姿勢の場
合は、その投影積分パターンは２つに分割されて深い谷
が形成されるが、複数の文字列が頭斜した場合には、そ
の谷の深さは浅くなる。即ち、Ｄｏ＞Ｄ，となる。この
ことから一般に、（４｝ 複数の文字列の場合は、文字
列が傾斜するに従って、その投影積分パターンの谷の深
さは浅くなる。

そしてその浅くなる程度は、文字列の傾斜の程度にほぼ
一致する。と言える。

なお、第６図Ｂにおいて「谷の深さＤ，を図示の位置に
選択したのは、懐きにより二つの文字列の投影積分パタ
ーンが重なると第６図Ｂのように谷の中に山（谷の深さ
Ｄ，の箇所）ができ、この山の頂上は二つのパターンの
重なりの最も大きい部分であるので安定した点となるた
めである。勿論、より深い谷の深さを評価値としても良
く、後述するように投影積分パターンに対し移動平均を
行なって小さな凹凸を埋めた後の谷の深さを使用しても
良い。以上のように、文字列の投影積分パターンはその
文字列の姿勢に対応して変化し、特にその投影積分パタ
ーンに於ける立上り及び立下りの変化量△、幅Ｗ、高さ
日、谷の深さＤは、文字列の傾きの程度に対応して変化
するものとなる。

このことは先に掲げた文字列だけに限らず、他の文字列
であっても同様であり、また例えば第７図に示すような
ＩＣマスタパターンの如き規制的な図形列でも同様であ
る。そこで、投影積分パターンの前記変化量△、幅Ｗ、
高さ日、谷の深さＤを、文字列または図形列の傾きの評
価値として用いることができ、この評価値と、予め傾き
の程度の分っている文字列または図形列について統計的
に求めておいた変化量△、幅Ｗ、高さ日、谷の深さＤの
基準値とを比較することにより、文字列または図形列の
実際の懐き程度を求めることができる。本発明は、この
ような原理を利用して、文字列等の傾きを非接触的に検
出しようとするものである。以下実施例について詳細に
説明する。第８図は、本発明の一実施例を表わすブロッ
ク図である。

一般に製品の容器に貼付されるラベルには、その商品名
などを明確に表示する為に、背景に対してコントラスト
比を大きくとった比較的形状の大きな文字列が記載され
ているが、本実施例は、このような文字列の傾きを検査
する場合を示す。なお同図に於いて、１は瓶等の容器、
２は商標等の文字列、３はラベル、４は撮像装置、５は
２値化回路、６は量子化回路、７はカウンタ、８は投影
積分パターン記憶用のメモリ、９はマイクロプロセッサ
及びプログラムメモリ等を有するＣＰＵ回路、１０は基
準値記憶用のメモリ、１１は入出力装置、１２はシーケ
ンス制御回路である。このシーケンス制御回路１２は、
装置全体のシーケンス制御を行なうと共に、撮像装置４
等に与える水平同期信号、垂直同期信号及び後述する画
素単位の量子化を行なわせる為のクロツク信号等を各部
の供Ｖ給するものである。容器１の側面には、例えば第
１図Ａ及び第２図Ａに示したような「ＦＵＪＩ」の文字
列２が記載されたラベル３が貼付されており、この容器
１は、そのラベル３が撮像装置４に対向する姿勢で図示
しない搬送手段により矢印方向に搬送されている。

撮像装置４は、ラベル３の文字列２を撮像するもので、
ラベル３が容器１に正常な姿勢で貼付された場合に、走
査線の方向が文字列２の列方向と平行になるように取付
けられている。即ち、ラタベル３が正常に貼付された場
合に文字列２が水平になる場合には、走査線も水平にな
るようにし、ラベル３が正常に貼付された状態を縁像し
て得た撮像画面が、例えば第１図Ａに示すものとなるよ
うに設定しておくものである。０ この撮像装置４の撮
像信号は、２値化回路４に於いて、適切な闇値レベルと
比較されて文字パターンと背景とが分離され、その結果
、文字領域を表わす２値化信号が形成される。また、こ
の２値化信号は、次段の量子化回路６に於いて、画素単
位に量子化される。これらの回路５，６の動作の一例を
図を用いて説明すると、例えば第１図Ａの直線１の部分
を走査して得られた一水平走査期間に亘る撮像信号が、
例えば第９図Ａに示すような信号ａである場合、２値化
回路５は、その信号ａと閥値しベルｓｌとを比較し、嵐
図Ｂに示すような２値化信号ｂを形成し、量子化回路６
は、その２値化信号ｂを同図Ｃに示すようなクロツク信
号ｃによりサンプリングして、同図〇に示すような量子
化された信号ｄに変換するものである。ここで量子化信
号ｄの各パルスが一画素に対応するものであり、クロッ
ク信号ｃの周波数により一画素の大きさを選定すること
ができる。カウンタ７は、各水平走査開始時にリセット
され、一水平走査期間中に於ける童子化信号に含まれる
パルスの数、すなわち文字列に対応する有意画素数をカ
ウントするものであり、このカウント内容は、各水平走
査終了時にメモリ８に記憶される。

この記憶は、例えばＤＭＡ等によりハード的に行なわれ
る。このような動作により−垂直走査期間に亘つてカウ
ンタ７にカウント内容がメモリ８に記憶されると、メモ
リ８には、例えば第１図Ｂに示したような投影積分パタ
ーンが形成されたことになる。一方メモリ１ＯＩこは、
入出力装置１１を介して、予め文字列２に対応する投影
積分パターンの基準値、すなわち予め傾きの程度の分っ
ている文字列について統計的に求めた基準値を記憶させ
ておく。この場合、評価値として変化量△を用いる場合
には、変化量△の基準値を記憶しておき、他の評価値、
例えば幅Ｗ、高さ日あるいは谷の深さＤを用いる場合に
は、これらの基準値を記憶しておく。なお、複数の評価
値を用いて懐き検査を行なう場合には、それに必要な基
準値を記憶しておけば良い。ＣＰＵ回路９は、メモリ８
に記憶された文字列の投影積分パターンを続出して前述
した評価値を算出し、文字列の正規方向からの額き程度
を識別するものである。

即ち、例えば文字列２が懐斜している場合、撮像装置４
の撮像画面は例えば第２図Ａに示すものとなるから、メ
モリ８には、例えば第２図Ｂに示すような投影積分パタ
ーンが記憶されていることになる。ＣＰＵ回路９は、こ
の投影積分パターンから評価値を求め、その評価値とメ
モリ１川こ記憶された基準値とを比較して、文字列の傾
きの程度を検出し鏡き検査を行なうものである。この場
合、複数値の評価値について比較を行なっても良いが、
特定の評価値、例えば変化量△あるいは幅Ｗだけを比較
して額きを検査することもできる。一般的に言って、「
ＥＬＥＣＴＲＩＣ」等のように文字の高さに比較して文
字列の列方向の長さが相当に長い場合には、高さ日又は
幅Ｗを評価値として用いるのが有効である。尚、変化量
△を評価値として用いる場合には、被検査対象パターン
の投影積分パターンを作成する段階で水平、垂直の量子
化誤差が既に含まれる為、変化量△を算出するに当って
は、Ｙ軸の区分を１以上として移動変化量を求めるよう
にすれば良い。

また複数の文字列に対して有効な谷の深さＤを評価値と
して用いる場合は、第５図Ｂ及び第６図Ｂに示すように
投影積分パターンに小さな凹凸が生じるので、谷の深さ
Ｄを算出するときは投影積分パターンに対し移動平均を
行なってその小さな凹凸を埋めた後、谷の深さＤを算出
すれば良い。ここで移動平均とは、投影積分パターンの
ある走査線に於ける有意画素の発生度数を算出する場合
、その走査線の発生度数とそれ以前の走査線に於ける発
生度数との和を走査線数で割った値を、その発生度数と
する方法である。以上のようにして、容器１に貼付され
たラベル３に記載された文字列２の傾きを非接触的に検
査することができる。

なお、ラベル３に於ける文字列２の位置及び姿勢は通常
定まっているから「文字列２の傾きを検査することによ
り、ラベル３の貼付状態をも検査できることになる。と
ころで、容器等に貼付されたラベル中の文字列は、常に
横書きとは限らず、なかには縦書きのものもある。

このような文字列に対しては、第８図に於ける撮像装置
４を９０ｏ回転させ、その走査線が縦書の文字列に平行
になるように構成すれば良いが、撮像装置４をこのよう
に回転させ、その走査線の方向を水平あるいは垂直に正
しく設定する作業はかなりの時間を要し、適当でない。
また、撮像装置４と検査ラインの物理的形状によって撮
像装置４の方向が制限されるとき、或は、傾き検査以外
に他の検査を同じ画面を使用して行なわねばならない場
合で他の検査により撮像装置の方向が制限されるときな
ど、製品にラベルが正＆層に貼られたときに、撮像装置
の走査線方向と文字列が平行になるような位置関係にす
ることができない場合が生じることがある。このような
場合、例えば第１０図に示すように量子化回路６の次段
に撮像装置４の一画面分の容量を有する画像メモリ１３
を設け、文字列を撮像して得た例えば第１１図Ａに示す
ような撮像画面全体を一旦この画像メモリ１３に記憶さ
せ、次に撮像装置４の走査線方向と垂直に文字パターン
を読出すよう構成することにより、撮像装置４を回転さ
せずとも実質的に文字列に平行に走査することが可能と
なり、カウンタ７及びメモリ８によって例えば第１１図
Ｂに示すように先の実施例と同様な投影積分パターンを
得ることができる。

以上の実施例は、本発明装置を適用して容器に貼付され
たラベル中の文字列の傾きを検査する場合のものである
が、本発明の原理から明らかなように、本発明はその他
各種の分野に適用することが可能である。例えば、工業
用ロボットの目としてロボットの腕が掴もうとする物体
の姿勢を検出したり、ＯＣＲに於けるドキュメントの傾
き検出または印刷物を切断する際の紙面の傾き検出等に
適用することができる。以上設明したように本発明は、
文字列あるいは規則的図形列の２次元パターンの正規方
向からの傾きを非接触的に検出する為に、前記２次元パ
ターンを撮像して得た撮像信号を処理してその投影積分
パターンを求め、この投影積分パターンの立上り及び立
下りの変化量、幅、高さ、谷の深さのうちいずれか一つ
または複数を評価値として算出し、予め懐き程度の既知
であるパターンについて求めておいた基準値と比較する
ことにより前記２次元パターンの正規方向からの懐きを
検出するように構成したものであり、従来のように機械
的可動部がないので高速に煩きを検出することができる
。また、前記２次元パターンが僅かに便し、てもその投
影積分パターンは大きく変化するので微少な傾きをも検
出できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の原理を説明する為の図、第
８図は本発明の一実施例を表わすブロック図、第９図は
その動作説明図、第１０図は本発明の別の実施例を表わ
すブロック図、第１１図はその動作説明図である。 １…．・・容器、２・・・・・’文字列、３・・…・ラ
ベル、４・・・・・・撮像装置、５・・・・・・２値化
回路、６・・・・・・量子化回路、７・・・・・・カウ
ンタ、８・・・・・・投影積分パターン記憶用のメモリ
、９・・…・ＣＰＵ回路、１０・・・・・・基準値記憶
用のメモリ、１１・・・・・・入出力装置、１２・・・
・・・シーケンス制御回路、１３・・・・・・画像メモ
リ。 オ１図オ２図 オ３図 才４図 才５図 オ６図 オ７図 才８図 オ９図 才 １０ 図 オー１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 文字列あるいは規則的図形列から成る２次元パター
   ンの正規方向からの傾きを非接触的に検出する装置に於
   いて、走査線が前記正規方向と平行になるように前記２
   次元パターンを撮像する撮像装置と、該撮像装置の撮像
   信号を処理して前記２次元パターンの投影積分パターン
   を形成し且つ該投影積分パターンの立上り及び立下りの
   変化量、幅、高さ、谷の深さのうちのいずれか一つまた
   は複数を評価値として算出する手段と、傾き程度が既知
   である前記２次元パターンと同一の２次元パターンにつ
   いて求めた投影積分パターンの評価値を基準値として予
   め記憶しておく記憶手段と、該記憶手段に記憶された基
   準値と前記算出された評価値とを比較して前記２次元パ
   ターンの正規方向からの傾き程度を識別する手段とを具
   備したことを特徴とする傾き検出装置。