JPS61161583A - 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１部品等の検査１分類９位置決めを行なうパター
ン認識装置に関するものである。

従来の技術 近年、パターン認識装置は産業界のＦＡ化。

ＦＭ、Ｓ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
め選別、形状計測、外観検査等の目的で広範囲に使用さ
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。

、　　■　短枠内面積計測 ′　　■　パターンマツチング（部分パターンマッチン
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り検
査９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、５５．Ｎｏ、１２゜ＰＰ８１３〜８
１８．１９８２年１２月に詳しく記載されている。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で位置決め・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、Ｖ
ｏｌ。

５６−Ｃ，Ｎｏ、１　、ＰＰ、９〜１６　、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、これらについて面積
１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。これについては例えば、Ｐｒ
ｏｃ、２ｎｄ　ＵＳＡ−工ａｐａｎに Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｎｆ、Ｐ、１１３　、１９７５
’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乞高速
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列のような多数個所認
識対象のあるものについては、一画面の処理に要求され
るタクトは１ｏｏｍｓ以内（時にはｓｏｍＳ程度）とい
うこともあり、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
れた複数両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
はノ・−ドウエ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
１ｏｏｍｓ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９周囲長１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にも依存するが１００ｍ
５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、１００ｍ５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十分
な精度の下で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、画面上のマスクパターンの輪郭位置データ（エッヂ
データ）をマスクパターンメモリに設定することで任意
の形状のマスクパターンを発生させることができるマス
クパターン発生回路と、２値化回路または画像メモリよ
り送られてくる２値化画像信号をマスクパターンでマス
キングした各パターン内の面積を計測する面積計測回路
と、画像メモリまたはエッヂデータメモリに記憶される
認識対称の輪郭に関する情報から認識対称自体の形状を
エッヂデータとしてマスクパターンメモリに設定しそれ
を認識対称に対するマスクパターンとして発生させる手
段と、認識対称の輪郭部の微小変化に対応するために上
記マスクパターンを縮小させる手段と、例外的なケース
など幅広い対象に対して認識の精度を向上させ適応性を
広めるために認識対称の輪郭外部に輪郭に関する情報を
利用して輪郭形状に沿った形状でマスクパターンを設定
する手段とを有するものである。

作　　用 標準の認識対称を画像メモリに入力しこれに対してソフ
トウェア処理するか、または画像入力するときエッヂ検
出回路で２値化信号の変化点を検出しこの位置データを
入力するエッヂデータメモリ内のデータを利用して認識
対称の輪郭位置データを求める。次に、この輪郭位置デ
ータ（エッヂデータ）をマスクパターンの輪郭位置デー
タとしてマスクパターンメモリに設定し、認識対象自身
をマスクパターンとする。以上の方法で予め認識対称に
対するマスクパターンを設定しておき、実（に個々の対
象を認識するときにはこのマスクパターン内の面積を計
測して処理を行なうもので、これにより極めて高速で信
頼性の高い認識が可能となる。また、光学的変動や認識
対称自体のバラツキなどを考慮して、前述のマスクパタ
ーンを予め数画素程度縮小させることで更に実用性を増
す予め設定しておき、二つのマスクパターン内の面積を
計測することで種々の幅広い認識対象に対しても高速、
高精度で対応可能となる。

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す基本回路構成図である
。１は認識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は本発明のバター７認識装置の本体部で
ある。この本体部２は３〜１１０回路より成り、３はＴ
Ｖ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値化回路、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−画面分又は複数両面分記憶しておくエ
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、１０は画像メモリ６
に記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９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、制御等を司ど
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。

■　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の各回路と関連ずけて説明する。

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
とき位置決めのために予め設定されたマスクパターン内
の２値化信号のエッヂがエッヂ検出回路７により検出さ
れ、エッヂ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、ＣＰＵ部１１が
エッヂデータメモリ８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カメラ１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ｅ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、この面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５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ＩＪ
（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３．４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。

第３図に於てａの状態にあるとき認識対象が標準位置に
あるとすると、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、特徴部分検出のだめの探索
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図すを用いて特徴点
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し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Ｃ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）が大幅に縮小され、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Ｔ
Ｖ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。

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第４図ａの例え
ば垂直位置ｖｉ行では、この行の水平方向についての境
界位置ｖ、１．ｖ１２．■、３．ｖ１４である。このエ
ッヂデータを利用して、認識対象の輪郭及び内部形状を
マスクパターンとする訳である。つまり第４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ａの認識対称２４のマスクパターンを
作成すると、第４図すのようになる。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
測を行なったとき、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
ップ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
ターン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
向へのマスクパターンの縮小はソフト的に容易に行なえ
る。第３図すの２７が認識対称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
ップしない部分がないつまり認識対称を包含するような
対象が存在したり、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
部分が認識対称２４の輪郭外部のマスクパター／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になる。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６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
表すタイ°ミング図である。マスクパタ−ン内部方向は
第５図の３０．・・・・・・、３３の部分よりなり、３
０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
カメラ゛の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
をするフリップフロップである。

第６図の一連の回路動作を第６図のタイミングと関連す
けて説明する。

第６図に於てｖｖ　　・・・・・・、ｖ、４．ｖ、、ｖ
、、。

Ｏｌ　　１１ ・・・・・・はＴＶ左カメラ垂直走査位置を、Ｖ、、Ｖ
、。

Ｖ、、Ｖ、４．・・・・・・はｖｊ　行に於けるマスク
パターンのエッヂデータを表している。いまＴＶ左カメ
ラ走査タイミングがｖ５−１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Ｖ、−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ｖｊ−４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７１行分
エッヂデータをマスクパターンメモリ３７はＶ、、行の
帰線期間（ＨＢＬがアクティグ）に出力し、７１行分エ
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にラッ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７リツプフロツプ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３３のセット
・リセットでマスクパターンを発生させる訳である。

４０は水平走査タイミングであり、４１はスリップ７０
ツブのセット信号、４２はリセット信号である。ＨＴ＝
ｖｊ１．ｖｊ３　はセット信号で、ＨＴ＝Ｖ、、Ｖ、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、マスクパターン内の２値化画像を面積計
測する面積計測回路と、認識対称の形状自体をマスクパ
ターンとしてマスクパターン発生回路に設定する手段と
、このマスクパターンを縮小する手段と、認識対称の外
部に認識対称輪郭に沿った形状でマスクパターンを設定
する手段とを有することにより、従来対応の難しかった
高速な認識処理を高精度で高い信頼性の下に可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

（Ｏ）へ（Ｃ） 第１５Ｍ禾発明の一実施例における基本回路構成図、第
２図は本発明装置の動作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？は面積計測マスクパター
ンの説明図、第６図はマ（Ｑン　（ｂノ スフパターン発生回路の構成図、第６璽育でスフパター
ン発生に関するタイミング説明図である。 ２６・・・・・・エッヂデータ、３ｏ・・・・・・マス
クパターンメモリ、２６，２７．２８．２９・・・・・
・マスクパターン、９・・・・・・マスクパターン発生
回路、１０・・・・・・面積計測回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名萬１
図 イ 第２図 第　３　図 第４図 實　５５１ 第　６　図 手続補正書蛎式） ％式％ ２発明の名称 パターン認識装置 ３補正をする者 事件との関係　　　　　　特　　　許　　　出　　　願
　　大佐　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地名
　称　（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　　
山　　下　　俊　　彦 ４代理人　〒５７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 ７、補正の内容 （１）明細書第２１ページ第９行の「第１図（＆）〜（
Ｃ）は」を「第１図は」と補正します。 （２）同第２１ページ第１１行の「第３図は」を「第３
図ｅ）〜（Ｃ）は」と補正します。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エッヂデータをマスクパターンメモリに予め入力
   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、前記マスクパタ
   ーン発生回路により発生されたマスクパターン内の２値
   化画像を面積計測する面積計測回路と、標準的な認識対
   称の輪郭位置を前記エッヂデータとして前記マスクパタ
   ーンメモリに入力して前記認識対称自身を前記マスクパ
   ターンとする手段とを有し、前記マスクパターン内の面
   積を計測することで認識処理する手段を有するパターン
   認識装置。
2. （２）面積計測回路は標準的な認識対称の 輪郭位置をエッヂデータとしてマスクパターンメモリに
   入力して発生させるマスクパターンを縮小したマスクパ
   ターンについて面積計測を行なう特許請求の範囲第１項
   記載のパターン認識装置。
3. （３）面積計測回路において、認識対称の輪郭外部に輪
   郭形状に沿った形状のマスクパターンについて面積計測
   を行なう特許請求の範囲第１項記載のパターン認識装置
   。