JPS61161582A - パタ−ン認識装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、製造工程等の生産技術分野において、製品・
半製品・部品等の検査・分類・位置決めを行なうパター
ン認識製蓋に関するものであ石。

従来の技術 近年、パターン認識装置は癒業用のＦＡ化・２ＭＳ化に
ともない製造工程や検査工程な□ど各種の生産現場にお
いて、部品・半製品・製品の位置決めをはじ一選別・形
状計測・外観検査等の目的で広範囲忙使用され始めてい
る。このパターン認識装置の汎用処理方式として現在実
用化されているものに、次の３方式があげられる〇 ■　室枠内面積計測 ■　パターンマツチング（部分パターンマツチング） ■　幾何学的特徴量抽出 室枠内面積計測は認識対象の位置決めを前提として、予
め設定された１つまたは複数の枠内の面積計測によシ検
査・分類を行なう方式である。これについては例えば、
富士時報、　Ｖｏｌ、ｓｓ　＋　４１２＋ＰＰ８１３〜
８１８．１９８２年１２月に詳しく記載サレテいる。ま
たパターンマツチングは認識対象の一部分を記憶してお
き、各々入力画像について記憶されたパターンと一致率
の高い部分を検出することて位置決め・検査等を行なう
方式である。

これについては例えば、電気学会論文誌、Ｖｏｌ。

５６−Ｃ，扁１．　ＰＰ、ｓ〜１６．１９７６年１月に
詳しく記載されている。幾何学的特徴抽出法は入力画像
の各々閉じた領域を検出し、これらＫついて面積・周囲
長・モーメント・重心等を計算して位置決め・検査等を
行なう方式である。これについて例えば、Ｐｒｏｃ、２
ｎｄＵＳ　Ａ　−ＪａｐａｎＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｎ
ｆ　、Ｐ、１１３　、１９７５に記載されている。

発明が解決しようとする問題点 飲料水・酒類をはじめとする大量生産を目的とする高速
生産ラインにある認識対象やタイプライタ−・パソコン
などのキーボードのキートップ配（時には５０ｍ５程度
）ということもあシ、このような極めて高速な処理が要
求されるときには上記のいずれの方式でも適用の難しい
場合が多い。

この原因として、室枠内面積計測法は認識対称を正しく
認識するためには複数個面積計測枠を持つ画面を一認識
対象について複数画面分設定しそのすべての計測結果か
ら総合的に判断しなければならないため、設定された複
数面面分の面積計測の処理タクトの関係から適用が難し
いという問題点があった。また複数画面分設定したとし
ても部分的な輝度レベル変動にともなう面積計測枠一部
分の２値化画像の微妙な変化への対応や設定枠内面積に
顕著な差のない認識対象間の判別等の点でも必ずしも十
分なものではなかった。またパターンマツチングはバー
ドウェア構成等の関係から記憶されるパターンサイズに
は制限があり、通常認識対称の複数部分のパターンを記
憶して各々部分について一致率最大の点を全画面中から
検出してこれらの結果から認識対称の位置決め・検査を
行なうため専用ハードウェア処理を行なっても１００ｍ
５以内という高速処理には適応しえない場合が多い。幾
何学的特徴抽出法は一画面全体について画面白画素の連
結性等を探索して全閉領域を検出し、これらについて面
積・周囲長・重心等のパラメータを計算するもので、演
算の多くはソフトウェア処理に依存するため閉領域検出
だけでも画面の複雑さＫも依存するが１００ｍ５をオー
バーすることもありこのような高速処理には向かない。

また光学変化による２値化画像の変化（画像の複雑さの
変化）によって処理時間が変化するという面から、厳密
な処理タクト管理が求められる場合には適用が難しい場
合があるという問題点もある。

本発明は上記問題点に鑑み、１００ｍＳ以内という極め
て高速な処理が要求されるような認識対称に対して対応
可能なパターン認識装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のパターン認識装置
は、認識対称の特定部分の輪郭情報を得るために必要な
任意の形状のマスクパターンを任意の個数だけ発生させ
ることが可能なマスクパターン発生回路と、２値化回路
によシ２値化されマスパターンによシマスギングされた
画像信号の変化点（エッヂと呼ぶ。）を検出するエッヂ
検出回路と、変化点の位置情報を記憶させるエッヂデー
タメモリと、認識対称の輪郭形状に関する情報等から認
識対称の位置決め・検査を行なうために必要な最小限度
の領域をマスクパターンとして設定する手段とを有する
ものである。

作　　用 ランダムな状ｇ（姿勢・位置・数量・タイミング等の意
味）Ｋある認識対称を処理することは含日の技術レベル
では困難であり、生産工程においては通常認識対象に対
して生産自動機・ロボット・各種搬送機などＫよシ機械
的に位置・姿勢・タイミングが可能な限り規制が加えら
れる。そこで上記手段を有する本発明のパターン認識装
置は、このような認識対称に対する機械的規制の精度や
認識対称自体の形状的特徴（主に部分的特徴）を利用し
て、高速化を図るための特徴部分に必要最小限の領域を
マスクパターンとして予め設定する。

そして各々認識対称の位置決め・検査等の処理の際にば
、認識対象の画像入力時にマスクパターン内の認識対称
に関する輪郭部位置情報がマスクパターン発生回路・エ
ッヂ検出回路より生成されエッヂデータメモリに記憶さ
れる。これによシエツヂデータメモリには処理に必要な
最小限のデータ軛のみが記憶されており、これに対して
特徴部分の形状を利用した種々のソフトウェア処理を施
すことで認識を行なう駅である０マスクパターンによシ
大巾なデータ圧縮が行なわれておシ、高速処理への対応
が可能となっている。

実施例 以下に本発明の一実施例について、図面にもとすいて説
明する。第１図は本発明の一実施例におけるパターン認
識装置の基本的な回路構成を表わす基本回路構成図であ
る。１はｇａａ：対象の画像を本パターン認識装置に入
力するＴＶカメラ、２は本発明のパターン認識装置の本
体部である。この本体部２は３〜１１の回路よシ成シ、
３はＴＶカメラ１の走査タイミングやこれに同期した種
々の画像に関するタイミングを発生する画像タイミング
発生回路、４は画像タイミング発生回路３の生成する外
部同期信号によって制御されるＴＶカメラ１から入力さ
れる画像をある閾値で２値化変換する２値什回路、６は
２値化回路４により２値化された画像の関心領域だけを
残して他の部分をマスキングさせた２値化画像のマスク
パターンを発生するマスクパターン発生回路、６は２値
化された画像信号を記憶しておく画像メモリ、７は２値
化画像のシリアル信号としての変化点（エッヂ）を検出
するエッヂ検出回路、８はエッヂ検出回路７により検出
されたエッヂのＴＶカメラの水平走査の意味での水平位
置（エッヂデータ）を−画面外又は複数面百分記憶して
おくエッヂデータメモリ、９は画像の関心領域だけを残
して他の部分をマスキングさせたマスクパターンを水平
・垂直方向に位置補正した位置補正マスクパターンを発
生する位置補正マスクパターン発生回路、１ｏは画像メ
モリ６に艷憶されている認識対象の関心領域を位置補正
マスクパターン発生回路９の発生する位置補正マスクパ
ターンを用いて面積計測する面積計測回路、１１は２値
化回路４への２値化閾値の設定・マスクパターン発生回
路６や位置補正マスクパターン発生回路９へのマスクパ
ターン設定・画像メモリ６やエッヂデータメモリ８への
データアクセス・本装置全体の認識処理の監視・制御等
を罵どるＣＰＵ部である。

以下に上記構成の本実施例のパターン認識装置の認識方
法を説明する。

第２図は本実施例のパターン認識装置の認識処理手順を
表わす基本フローチャートである。第２図の通り本装置
は基本的には、次の４ステツプより成る。

■　認識対象の画像を入力する〇 ■　マスクパターン内の特徴部検出による位置決め。

■　位置補正マスクパターン内の面積計測。

■　計測された面積より判定する。

′　これを第１図１〜１１の各回路と関連づけて説明す
る。画像タイミング発生回路３の発生する同期信号に制
御されたＴＶカメラ１により、画像信号が２値化回路４
を通って２値化信号として画像メモリ６に入力される。

このとき位置決めのだめに予め設定さ、れたマスクパタ
ーン内の２値化信号のエッチがエッヂ検出回路７により
検出され、エッチ検出のタイミングによりエッヂデータ
がエッヂデータメモリ８に入力される。次に、ＣＰυ部
１１がエッヂデータメモリａ内に記憶されているマスク
パターン内エッヂデータを用いて認識対称の特徴部をソ
フト的に検出して、位置決めを行なう。

そして、位置決め結果からＴＶカメ力視野内に於ける認
識対象の標準的位置と現認識対象位置との差を求める。

求めた値を補正値として位置補正マスクパターン発生回
路９に設定し、画像メモリ６内に記°憶されている画像
信号を位置補正された予め設定されているマスクパター
ンでマスキングしたものを位置補正マスクパターン発生
回路９で発生させる。そして、このマスキングパターン
内の面積計測を面積計測回路１ｏで行ない、このｏＷ積
計測の結果より認識判定を行なうものである。本実施例
における装置ではマスクパターン発生回路６に設定する
マスクパターンの情報形式も位置補正マスクパターン発
生回路９に設定するマスクパターンの情報形式もともに
各々適切なマスクパターンをマスクパターン自体の輪郭
エッヂデータをメモリ（ＲＡＭ）にソフト的に設定する
方法をとっている。従って、幾何学的位置情報をメモリ
にソフト的に設定する事で任意の（２次元的意味での）
図形をマスクパターンとして設定しうる構成となってい
る。

本装置の認識処理の基本は認識対象の位置決めと認識対
象の特定部分の面積計測にある。ここで本装置の特徴は
次の２点にある。

■　予め適切な形状のマスクパターンを設定しておき、
画像入力された認識対象の設定マスクパターン内に於け
るエッヂデータを利用して認識対象の特徴部を検出し位
置決めする。

■　認識対象のＴＶ画面水平方向についての２値化信号
変化点位置（エッヂデータ）を利用して、面積計測マス
クパターンを作成する。

第３．第４図より上記本装置特徴点について具体的に説
明する。第３図は本装置の認識対象特徴部位置検出の方
法を説明する位置検出方法説明図である。第３図では一
認識対象例として英文字のＡを挙げている。この位置決
め方法として認識対称の端点部分Ｐ１．Ｐ２を選び、こ
れを認識対称の特徴部分とする。そして認識対称がＴＶ
カメラ視野内の標準位置にあったときの特徴部分の位置
（水平・垂直）を記憶する。さらに認識対称特徴部分の
物理的移動範囲・位置規制等を考慮して、特徴部分の標
準位置を中心として必要最小限度の特徴部分探索範囲と
なるマスクパターンを設定する。

ｇｓ図に於て（ａ）の状態にあるとき認識対象が標準位
置にあ不とすると、１４．１５は選択した特徴部分であ
りこの位置を記憶しておく、認識文字Ａのカメラ視野内
に於ける物理的位置決め精度や認識対象自体の精度から
マスクパターンを設定する。本実施例のパターン認識装
置ではエッヂデータを用いて特徴部分検出を行なうため
、特徴部分検出のための探索範囲となるマスクパターン
は、標準位置にある認識対象の特徴点近傍のエッヂデー
タを利用してこれを垂直・水平各方向に等距離に探索範
囲を拡大する方法で設定するのがデータ量圧縮・計算時
間短縮・必要データ確保の観点から最も有効である。こ
のようにして設定したマスクパターンが１２．１３であ
る。第３図（ｂ）を用いて特徴点Ｐ１．Ｐ２の検出方法
を整理すると、マスクパターン１６．１７内のエッヂデ
ータが画像入力のときにエッヂデータメモリに入力され
ており、これを用いてソフト的にＰｌ、Ｐ２を検出する
訳である。また、マスクパターン１６．１７のいずれか
一方でもＰｌ、Ｐ２に相当する点が検出されなければ、
入力画像又は認識対称のいずれかが正常状態にないつま
り光学条件が変化したか又は認識対象の位置ズレ、認識
対象の異常と判断する。

また、照明条件や光学ノイズ等の関係でＴＶカメラ視野
内の特定部分の輝度レベルが２値化閾値に対して不安定
となる場合、予めその部分が既知ならばその部分を含ま
ないようにマスクパターンを設定することも可能である
。第３図＜ａ＞に於て、２０．２１の部分が光学的に不
安定でありマスキングしたい領域とすると２２．２３の
ようにマスクパターンを設定すればよい。以上のような
゛マスクパターンの設定により、認識処理の際に扱うデ
ータ量（エッヂデータ）が大巾に縮小され、また予め既
知な認識対称の輪郭形状だけを探索して対称形状の認識
（主に認識対称の位置決め）が行なえるためエッヂデー
タのＴＶ画面上位置についての連続性・変化率・直線性
等を利用した比較的単純で幾何学的に容易な認識アルゴ
リズムとなる０次に本装置の面積計測マスクパターンに
ついて第４図を用いて説明する。第４図は面積計測マス
クパターンの作成方法を示す面積計測マスクパターン説
明図である。本実施例の第１図パターン認識装置では各
認識対象に対して画像入力時に認識対象のエッヂデータ
が生成され、メモリに記憶される。このエッヂデータは
！４図（＆）の例えば垂直位置１１行では、この行の水
平方向についての境状をマスクパターンとする訳である
。つまり１８４図（ａ）の認識対称２４の輪郭を形成す
るエッヂデータより、認識対称２４の輪郭から見て内部
に相当する部分を残して他の部分をマスキングするよう
なマスクパターンを作成する。この方法で第４図（、ｌ
）の認識対称２４のマスクパターンを作成すると、第４
図中）のようになる。ここで２６が面積計測用マスクで
、斜線部がマスキングされている。個々の認識対象につ
いてこのようなマスクパターンの面積計測を行ったとき
、認識対象が２４と同一の形状をしていれば計測面積は
０になる。また異なっていれば、マスク２６内で個々の
認識対象と標準認識対象とのオーバラッグしない部分す
べての面積が計測される。このような計測面積の差から
対象を認識する訳である。基本的には上記方法で認識す
る訳であるが実際の認識対称の個々のバラツキや照明条
件等の光学的安定性を考慮すると、標準的な認識対象の
エッヂデータをそのままマスクパターン情報として利用
すると同一認識対象に対してマスクパター／内面積計測
を行なっても、認識対象の２値化画像輪郭部分の微小変
動から計測値が０にならない場合も発生する。これを防
止するため、マスクパターンを垂直・水平方向について
すべての輪郭部で１画素ないし数画素だけマスクパター
ン内部へ縮小させる方法をとる。本装置はマスクパター
ンのエッヂデータをメモリに設定することでマスクパタ
ーンを記憶させるので、垂直・水平方向への→スフパタ
ーンの縮小はソフト的に容易に行なえる。第３図（ｂ）
の２７が認識対象２４のエッヂデータより作成したマス
クパターン２６を垂直・水平方向に内部へ縮小させたマ
スクパターンである。認識対称とオーバラッグしない部
分がないつ″１υ認識対称を包含するような対象が存在
した飢光学条件等の関係からマスクパターンの一部又は
全体を含む部分がすべて２値化画像の陰（黒−）となる
可能性のある認識対称に対しては、認識対称のエッヂデ
ータを利用して認識対称の輪郭内部をマスキングして輪
郭外部をマスクパターンとして作成し、上記認識対象内
部のマスクパターン内計測面積とこの認識対象外部のマ
スクパターン内計測面積とから対象の認識を行なう事で
誤認識をなくする。第４図に於て２８の部分か認識対象
２４の輪郭外部のマスクパターンで、対象が標準認識対
象のときこのマスクパターン内の面積はマスクパターン
面積そのものＫなる。なお２９は以前と同様の考え方で
認識対象の輪郭部分の変動を考慮して、輪郭部分をマス
クパターン内部方向に縮小させたもので実際的な種々の
変動要因に対して適応性を増す方法である。

次に本実施例のパターン認識装置が位置計測や面積計測
の際に用いるマスクパターン発生回路の構成と機能につ
いて第５．６図により説明する。第５図はマスクパター
ン発生回路構成図であり、第６図はマスクパターン発生
回路に関する種々のタイミングを表わすタイミング図で
ある。マスクパターン発生回路は第６図の３０．・・・
・・・、３３の部分よりなり、３０はマスクパターンを
各行のエッヂデータとして記憶するマスクパターンメモ
リ、３１はマスクパターンメモリ３０に記憶されている
ある行のエッヂデータをその行に入る（帰線する）前の
水平帰線期間にラッチするエッヂデータ記憶部で、３２
はＴＶ左カメラ平走査タイミングとエッヂデータを比較
するコンパレータで、３３はＴＶ右カメラ水平走査がエ
ッヂデータの位置に来たときコンパレータ３２の出力に
よりセットまたはリセット動作をする７リツプ７０ツブ
である。

第６図の一連の回路動作を第９図のタイミングと関連づ
けて説明する。

第ｅ図１ｃ於テＶ０．　Ｖｌ、−、−、、ｖ、　、　、
ｖ、、ｖ、１゜・・・・・・はτＶ左カメラ垂直走査位
置を、Ｖ、　、Ｖｌ２゜Ｖ、３．　Ｖ、４．・・・・・
・は７１行に於けるマスクパターンのエッヂデータを表
わしている。いまＴＶ右カメラ走査タイミングがｖ、　
＋１　　行にあるとき画像タイミング発生回路３は垂直
走査タイミングｖ５−１をマスクパターンメモリのメモ
リアドレスとして入力する。３４がこれである。このと
き位置補正マスクパターン発生回路では、垂直方向位置
補正値をｖト、と加算したものをメモリアドレスとする
。

３６がこれである。このときマスクパターンのｖｊ行分
エッヂデータをマスクパターンメモリ３７は■Ｊ−１行
の帰線期間（ＨＢＬがアクティグ）に出力し、ｖｉ　　
桁分エッヂデータが画像タイミング発生回路によって生
成される水平帰線期間中のエッヂデータ記憶部３１への
ラッチ信号によりラッチされる。ＬＴＣＨがこのラッチ
信号。３７がマスクパターンメモリより出力されたエッ
ヂデータで、位置補正マスクパターン発生回路ではエッ
ヂデータに水平方向位置補正値を加算したものを、エッ
ヂデータ記憶部３１にラッチしている。３９はこれであ
る。エッヂデータ記憶部３１にランチされたデータと画
像タイミング発生回路３の生成する水平走査タイミング
をコンパレータで比較して、エッヂデータと等しい位置
に水平走査が来たときにフリップ７０ツブ３３にセット
またはリセット信号を出力してフリップフロップ３３０
セツト・リセットでマスクパターンを発生させる訳であ
る。

４ｏは水平走査タイミングであり、４１はフリップ７０
ツブのセット信号、４７はリセット信号で６る。ＨＴ　
＝　’Ｖｔ１．　Ｖ３３　　ｎセット信号テ、ＨＴ＝Ｖ
　１２　、　Ｖ　ｓ　４はリセット信号で、これにより
発生するマスクパターンはＭＡＳＫｌ、ＭＡＳＫ２であ
る。

発明の効果 以上のように本発明のパターン認識装置は、任意形状の
マスクパターンを任意の個数発生させることの可能なマ
スクパターン発生回路と、マスクパターンによりマスキ
ングされた２値化信号の変化点を検出するエッヂ検出回
路と、エッヂデータを記憶するエッヂデータメモリと、
認識処理に必要な最小限度の領域をマスクパターンとし
て設定する手段とを有することにより、不必要なデ〜り
の除去が図れ従来対応の難しかった高速性の要求される
分野へのパターン認識装置の適用が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における基本回路構成図、第
２図は同実施例の動作の基本フローチャート図、第３図
は位置検出方法の説明図、第４図は面積計測マスクパタ
ーンの説明図、第６図はマスクパターン発生回路の構成
図、第６図はマスクパターン発生に関するタイミング図
である。 ２６・・・・・・エッヂデータ、８・・・・・・エッヂ
データメモリ、１２，１３，１６，１７，２２．２３・
・・由マスクパターン、５・・・・・・マスクパターン
発生回路、７・・・・・・エッヂ検出回路、８・・・・
・エッヂデータメモリ０ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１基筒１
図 第２図 第３図 第４ｇ ｓ　５　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エッヂデータを予めエッヂデータメモリに入力す
   ることで任意形状のマスクパターンを発生させることが
   可能なマスクパターン発生回路と、前部マスクパターン
   発生回路と、前記マスクパターンによりマスキングされ
   た画像のエッヂを検出するエッヂ検出回路と、エッヂの
   画像上の位置を記憶するエッヂデータメモリとを有する
   ことを特徴としたパターン認識装置。
2. （２）認識対称のエッヂデータから認識に必要な最小限
   度の領域をマスクパターンとして設定する特許請求の範
   囲第１項記載のパターン認識装置。
3. （３）複数個の領域がマスクパターンとして設定可能で
   、かつ前記領域内のエッヂデータが利用可能な特許請求
   の範囲第１項記載のパターン認識装置。