JPS6084669A - パタ−ン処理装置 - 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〕 本発明はパターン処理装置に係り、さらに詳しくは２つ
のパターン間の相互作用をめることができるパターン処
理装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、画像情報の処理は、画像の特徴点を抽出し、その
特徴点の配置にもとづいて、方向、距離等の３次元的な
物体配置を演算する方式が一般的である。この種の画像
情報処理においては画像情報かつ一つの特徴パターンと
予め抽出するために、多大な処理ステップを有すると共
に、特徴パターンと予め記憶した記憶パターンとの比較
照合のために多大な時間を有する。

一方、近年では上述の画像処理の高速化が要求されてい
るが、上述の処理方式では、処理の高速化が図れないの
が現状である。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、高速
で処理し得るパターン処理装置を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、２つのパターンにおける
いずれか一方のパターンを゛ハースとするポテンシャル
場を演算し、このポテンシャル場に置かれた他方のパタ
ーンの受ける作用力を演算して、２つのパターン間の相
互作用をめるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて参照Ｉ１．て説明
する。

まず、本発明の詳細な説明に先立って、本発明の詳細な
説明する。本発明の装置を備える誘導装置は、環境モデ
ル並びに移動経路に関する情報が既に与えられているど
の前提のもとで、移動体に搭載したカメラにより撮影し
た画像にもとづいて移動体の位置を推定し、その誘導信
号を演算するものである。この誘導信号を得るためのア
ルゴリズムを、さらに詳しく述べると、第１図に示すよ
うに、移動体の走行モータの回転量およびステアリング
量等にもとづいて、移動体の現在位置の事前推定値Ｘ°
をめ、ついでこれに対応する予測画像ｆｐを環境モデル
情報にと予測手段りとにより予測した後、この予測画像
ｆＰと観測画像ｆ１との比較を行ってその画像誤差Ｅｆ
をめ、この画像誤差Ｅｆを変換手段Ｍにより位置誤差Ｅ
Ｘに変換し、この位置誤差Ｅ、にもとづいて前記の事前
推定値Ｘ°を修正して位置推定値Ｘをめている。この位
置推定値Ｘにもとづいて移動体は所望の経路に誘導され
る。前述した移動体の現在位置を予め設定された経路に
一致させるための情報は、位置推定の残差Ｅ、とじてテ
レビカメラのサンプリング速度で常時入手される。

本発明においては、前述した誘導信号をめる演算フロー
における位置誤差変換のための予測画像ｆｐと観測画像
ｆ、どの比較に際して、これらの画像パターン間に力学
的モデルを導入して得られるダイナミックな位置推定手
段を用いている。

この位置推定手段は、第２図に示すように、同一空間Ｓ
内にパターンＡおよびパターンＢを配置し、さらに、こ
れらのパターンＡ、ＢにぞＩＬぞれの操作機構ＭＡ２Ｍ
Ｉ］を設け、操作機構ＭＡ、Ｍ。

のいずれかもしくは両者を操作して、パターンＡ。

８間に働く相互作用ΦＡｌｌを減少させるようにノ犬タ
ーンを動作させて、パターンマツチングをダイナミック
に実行する。

次に上述したパターン間に働く相互作用ΦＡ１１につい
て述べる。

以下、説明を単純化するために、第２図に示すように、
空間Ｓを画面とし、パターンＡ、Ｂを２値画像とする。

ここで、パターンＡは観測画像しこもとづくパターンと
し、パターンＢは環境モデルＫによって生成された予測
画像にもとづくパターンとする。いま、パターンＡが与
えられたとき。

パターンＢの位置をパターンＡに接近させる適応則を見
い出す必要がある。この適応則は空間Ｓ上にパターンＡ
により生成されるポテンシャルφ４を導入することによ
って得られる。このポテンシャルφ８は次の（１）式に
よりめることができる。

αφ、＋ＸＡ＝＝Ｏ・・・・・・　（１）ここで、αは なる微分作用素である。ただし、σ８．σ２はポテンシ
ャルφ４の空間的法がりを表わすパラメータである。ま
た、（１）式において、ＸＡはパターンＡを空間Ｓの部
分集合とみなしたときの定義関数である。

次の上述した空間Ｓ上のパターンＡのボテ〉・シャ川φ
い場により、パターンＢの受る作用Ｆ８は、次の（２）
式よりめることかできる。ここでは説明の便宜上、２次
元子面内でのＸ軸およびｙ軸方向への移動のみを対象と
している。

Ｆ８−５ＳｘＩｌ−ＤφＡｄ９　・・・・・・　（２）
ただし、Ｘ［ｌはパターンＢを空間Ｓの部分集合と同一
視しだどきの定＠関数−しあり、Ｄは勾配作用素、すな
わち なる微分作用素を表している。

上述の（１）式および（２）式により、パターンＢをパ
ターンＡに対して変形させるための情報、すなわち移動
体の誘導情報を得ることができる。しかし、この演算に
おける（１）式においては無限次元の連立方程式を含ん
でいるため、っぎの近似式（３）を用いることがよい。

上記（３）式のポテンシャルφ４の解を用いて、パター
ンＢをパターンＡに移動操作するための操作機構Ｍｌ］
の出力ＵＩＩは、次の（４）式によってめることができ
る。

Ｕ＋−＝　ＪｓＸ−・ＤφＡｄＳ　−（４）上記（３）
式および（４）式から構成されるパターンマツチング機
構は、画像メモリおよび２種類の領域演算装置によりハ
ードウェア化することができるものである。

以」二述べた本発明の原理にもとづいて、本発明の装置
の実施例を、第３図を参照して説明する。

この図において、誘導装置によって誘導される移動体１
は例えば車輪、無限軌道等の走行部］、Ａを備え操向装
置（図示せず）によって所望の方向に移動することがで
きる。この移動体１は自己の位置を予測するだめの情報
を提供する方位検出用のジャイロスコープＩＢおよび走
行部］、Ａの回転爪検出用の検出器ＩＣを備えている。

また、移動体１はその前方の状況を画像情報として取り
込むテレビカメラ２を備えている。

この移動体１を誘導する誘導装置は、ジャイロスコープ
１Ｂおよび検出器１ｃがらの情報信号にもとづいて移動
体１の経路中の位置を検出する移動体位置検出手段３と
、この移動体位置検出手段３からの移動体の位置にもと
づいてその位置から推定される環境の特徴推定パターン
、例えば建屋内の階段の平行線群、廊下と壁との境界、
窓等の線形状のパターンおよび建屋的経路情報を記憶し
ている記憶手段４と、テレビカメラ２がらの観測画像を
同時に複数の特徴パターンに処理すると共に、照合のた
めに有効な特徴パターンを抽出する画像処理手段５と、
この画像処理手段５からの有効な観測特徴パターンと前
記記憶手段４からの予測特徴パターンとの一致性を検討
する照合手段６と、この照合手段６で得られた観測特徴
パターンと予測特徴パターンとの比較により、移動体１
の誘導信号を演算し、移動体１に出力する誘導制御手段
７とを備えている。この誘導制御手段７の誘導信号は上
述のように移動体１を目標経路に沿って移動させると共
に、その位置制御のための信号として用いられる。誘導
制御手段７は前述したように予測パターン観測パターン
との間に働くポテンシャルφ４の場合を演算するポテン
シャル場演算手段７Ａと、このポテンシャルφ４の場に
よって得らＪＬる＃！イ１リパターンの予測パターンに
苅する作用力Ｆ８の勾配ベクトルを演算する作用力演算
手段７Ｂとを備えている。これらの演算手段７Δ。

７Ｂの演算内容は、前述した本発明の原理によって実行
される。

前述した画像処理袋Ｗ５は、第４図に示すように、入力
画像を書き込む入力画像メモリ５０１と、入力画像メモ
リ５０１への書き込みアドレスを制御するパターンメモ
リ５０２と、処理画像をスト・アする処理画像メモリ５
０３ど、与ｊ−られた画像の画素ごとに各画素の濃淡値
をその近傍の画素の濃淡値にもどづいで修正する伯正値
をＩｔ　Ｔ４する画像演算器５ｆ〕４と、入力画像メモ
リ５　ｏ　ｔおＪび処理画像メモリ５０３の画素の濃淡
値の大きい方の値に対応する語長のデータに列する演算
を火イイするバー・ドロシック回Ｖ（置し０１５ど、入
力画像メモ’Ｊ　５０３、処理画像メモリ５０３および
ハートロジック回路５０５の値を選択的に出力するスイ
ッチ５０６−５０９　ト、スイ°ツチ５０　Ｇ−５０８
を制御するメモ１．１コンｊ〜ローラ５１］と、メモリ
コニノドローラ５１１、パターンメモリ５０：：、ハー
ドＬ１シック回路５０５、画像演算器５０４　ｔ：よび
スイッチ５１０を制御するコン１−ローラ５１２とを備
えている。この画像処理装置５目入力画仰ず右゛わち、
観測画像から同時に複数の観測特徴パターンを抽出する
ために、複数個設置さＪｌ、ている。

この画像処理装置５は前述し六Ｊうにパターンメモリ５
０２により入力画像メモリ５０１の書き込みアドレスを
制御し、入力画像を入力画像メモリ５０１にストアし得
るので、変換演算は不要であり、画像入力信号に対して
リアルタイムで歪補正、位置向きの変換等を実行するこ
とができる。

この際、パターンメモリ５０２の内容はコントローラ５
１２により変換設定することができる。また、この画像
処理装置５はコントローラ５１２により操作される画像
演算器５０４とハードロジック回路５０５とにより、前
述した本発明のポテンシャル場演算手段７Ａおよび作用
力演算手段７Ｂの機能を持つように切換え使用すること
ができる。

次に上述した本発明の装置の実施例によって移動体１を
誘導する動作を説明する。

いま、第３図に示す移動体１はその前方しこある階段に
向って移動する場合を設定する。このとき、テレビカメ
ラ２はその階段を撮影し、その画像信号ｆを、画像処理
装置５に出力する。このとき、第５図に示すように画像
処理装置５におけるパターンメモリ５０２はテレビカメ
ラ２のレンズの収差補正データを書き込んだ歪パターン
メモリに設定され、また画像演算器５０４は水平方向の
拡散に対応した演算パラメータに設定され、さらにハー
ドロジック回路５０５は画素の減算を行なうように制御
される。この設定により、第５図に示すように歪をもっ
た階段画像Ｆ、が入力された場合に、この歪をもった階
段画像Ｆ、の情報は歪を除去した階段画像Ｆ２の情報と
して入力画像メモリ５０１にストアされる。この歪を除
去された階段画像Ｆ２はハードロジック回路５０５およ
び画像演算器５０４により、例えば階段のステップに相
当する水平線画像Ｆ３に処理される。この水平線画像Ｆ
３は処理画像メモリ５０３にストアされる。

このストアされた水平線画像Ｆ、の情報はスイッチ５０
８．５１．０によって誘導制御装置７のポテンシャル場
演算手段７Ａに出力される。

このポテンシャル場演算手段７Ａは、前述したように第
４図に示す画像処理装置５と同一構成で実行し得ること
を述べた。このため、第６図はポテンシャル場演算手段
７Ａの構成として取扱う。

この場合、パターンメモリ５０２は画像処理装置５から
の画像情報の特定領域を全画面に拡大する機能、すなわ
ち切り出し機能を行うように設定され、また、画像演算
器５０４はその演算パラメータを等方性の拡散に設定さ
れ、さらに、ハードロジック回路５０５は加算モードに
設定されている。

この状態シ；おいて、第５図に示す画像処理装置５から
の水平線画像Ｆ３の情報は切り出し設定されたパターン
メモリ５０２によって例えば１つの水平線の情報Ｆ４の
みが入力画像メモリ５０１にストアされる。この情報Ｆ
４はハードロジック回路５０５において画像演算器５０
４からの等方性の拡散を有する演算信号が加算されて、
認識した情報Ｆ４への接近の一つの尺度となるポテンシ
ャル場の情報Ｆ５に変換される。このポテンシャル場の
情報ＦＧは処理画像メモリ５０３にストアされると共に
、スイッチ５１０を通してこれに接続する作用力演算手
段７Ｂに出力される。

この作用力演算手段７Ｂは前述したポテンシャル場演算
手段７Ａと同様に第４図に示す画像処理装置５と同一の
構成で実現することができる。この作用力演算手段７Ｂ
の動作を第７図によって説明する。この場合、パターン
メモリ５０２は切り出し用のパターンメモリに設定され
、また画像演算器５０４は作用力における勾配計算用の
演算パラメータに設定され、さらにハードロジック回路
５０５は演算モードに設定されている。この状態におい
て、ポテンシャル場演算手段７Ａからのポテンシャル場
の情報Ｆ５はパターンメモリ５０２によりその一部の情
報Ｆ６のみを抽出されて、人力画像メモリ５０１にスト
アされる。この情報Ｆ６はハードロジック回路５０５を
通しで画像演算器５０４に加えられる。ここで、この情
報Ｆ６は作用力の要素を表わす勾配場の情報Ｆ７に演算
される。この勾配場の情報Ｆ７は予め設定した移動体１
の移動経路に苅する移動ずれ貝を表わしている。換言す
るならば、設定移動経路に対する移動体１が進むべき位
置・向きを表わしている。この勾配場の情報Ｆヮは処理
画像メモリ５０３にストアされると共に、移動体１の誘
導信号としてスイッチ５１０を通して第３図に示す移動
体１に出力される。この誘導信号は移動体１の操向装置
を操作する。二重により、移動体１は所定の経路に沿っ
て誘導され、目的地に向って移動することができる。ま
た、この誘導信号は移動体位置予測手段３からの移動体
の予測位置値に比較され、実環境を走行する際に生じる
種々の誤差、例えばスリップ、路面の凹凸等により生じ
る走行距離誤差、左右のモータのアンバランス、ジャイ
ロスコープのドリフトに起因するステアリング誤差等を
修正すると共に、走行開始時点での位置並びに方向誤差
を補正している。

上述した実施例によれば、テレビカメラによってＷｔ８
Ｌ、、た観測画像は画像処理装置によって、間約に複数
の特徴パターンに抽出され、その内で最も良好に認識さ
れたパターンを誘導の指標とするので、精度のよい誘導
が可能である。さらに、このＩ！１Ｉ８１１Ｊ特徴パタ
ーンと予測特徴パターンとの間の偏差を表す情報は、誘
導制御装置７によってリアルタイムで検出される。

なお、上述の実施例においては、誘導性の向上のために
、照合手段６によって観測特徴パターンと予測特徴パタ
ーンとの一致性を行ったが、この照合手段６を用いなく
ても、実行可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、パターン間の相
互作用を高速でめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するブロック図、第２図は
本発明の原理の動作を説明する図、第３図は本発明の装
置の一実施例を備えた誘導装置の（３成を示す図、第４
図は本発明の装置に用いられる画像処理装置の一例の構
成を示す図、第５図はその動作を示す図、第６図は本発
明の装置を構成するポテンシャル場演算手段の一例の構
成を示す図、第７図は本発明の装置を構成する作用力演
算手段の一例の構成を示す図である。 ■・・・移動体、ＩＡ・・・その走行部、ＩＢ・・・ジ
ャ、ｒロスコープ、ＩＣ・・・検出器、２・・・テレビ
カメラ、３・・・移動体位置検出手段、４・・・記憶手
段、５・・・画像処理装置、６・・・照合手段、７・・
・誘導制御装置。 代理人　弁理士　高橋明夫 等１図 Ｘ＠ｔｔ） 茅２０ 警３　図 警　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２つのパターンを比較処理する装置において、前記
   いずれか一方のパターンをソースとするポテンシャル場
   を演算するポテンシャル場演算手段と、この演算手段に
   よって得られたポテンシャル場に置かれた他方のパター
   ンの受ける作用力を演算する作用力演算手段とを備えた
   ことを特徴とするパターン処理装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のパターン処理装置にお
   いて、前記いずれか一方のパターンは観測画像から得ら
   れるパターンであることを特徴とするパターン処理装置
   。 ３、特許請求の範囲第２項記載のパターン処理装置にお
   いて、前記他方のパターンは予め記憶された予測パター
   ンであることを特徴とするパターン処理装置。