JPS6126716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は画像処理装置に関し、特に計測対象
となる画面に描かれた曲線の長さや曲率半径や変
極点や曲線の認識などを高精度に認識できるよう
な画像処理装置に関する。

従来、計測対象となる画面に描かれた曲線の長
さを計測する場合、テレビカメラで画面を撮像
し、テレビカメラから出力されたアナログの画像
信号をデジタル信号に変換して演算処理装置へ入
力して処理するような画像処理装置が用いられて
いた。従来の画像処理装置は、任意の曲線の長さ
を計測可能であるような汎用性のある演算処理装
置（プロセツサ）を備えたものではなく、計測す
べき曲線の特異性にあつた機能をもつ専用プロセ
ツサを備えたものである。そこで、最も汎用性が
あると考えられる画像処理装置として、第１図に
示すように、曲線を一定間隔で分割しながらｙ軸
走査（ｘ軸でもよい）を行い、曲線と一致する点
の座標（xi，yi）を求め、これを曲線の代表点と
してこれらの点間の距離の総和を求めることによ
り、曲線の長さを計測するものである。ここで、
ｙ軸走査と曲線が一致する点の座標を求める場
合、プロセツサに格納されている画像情報は、
Ｘ，Ｙ座標でプロツトすると、第２図(a)に示す釣
針を逆にしたような曲線であれば、第２図(b)に示
すように曲線に幅が生じた図形として記憶される
ので、通常、曲線の端かまたは中心を用いて計測
を行つていた。

ところが、従来の画像処理装置のように、軸走
査して曲線との交点を求める手法によつて曲線の
長さを計測するのは、曲線画像に幅があることに
起因して、走査軸と曲線の傾きが近づくほど、軸
方向での曲線の幅が広くなるとともに、曲線を代
表する点の間隔も大きくなり、計測の精度が低下
する欠点があつた。この欠点を防止するために
は、走査軸方向の変更などの対応策を施す必要が
ある。また、一度の走査に対して、曲線と一致す
る点が複数個得られるような複雑な形状をした曲
線の場合は、曲線の連続性を得ることが困難とな
る欠点がある。さらに、曲線が不連続点を有して
いたり、周辺にしま状雑音が存在するなど画像情
報の品質が低い場合、計測失敗をしやすいなどの
欠点もあつた。

それゆえ、この発明の目的は、汎用性に優れ、
高精度に被計測画像を計測でき、雑音特性をもつ
曲線等であつても計測ミスの少ないような画像処
理装置を提供することである。

この発明を要約すれば、イメージセンサから演
算処理装置へ入力された曲線画像の長さ等を計測
する場合、曲線各部を代表とする単位画像情報を
取出し、これらの単位画像情報の重心を求めて、
先に求めた重心を中心とする単位画像情報を取出
してさらに重心を求め、重心の軌跡に基づいて曲
線画像を計測するものである。

以下に、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。

第３図はこの発明の一実施例のブロツク図であ
る。構成において、イメージセンサ１は計測対象
物となる画面の被計測画像を撮像して画像の明る
さに応じた電気信号を発生するものであつて、た
とえば検出したある１点の明るさを256階調で表
わすコード化信号（テレビ信号）を導出する。こ
のイメージセンサ１としては、たとえば工業用テ
レビカメラなどが用いられる。イメージセンサ１
から導出される連続的なテレビ信号が２値化回路
２へ入力される。２値化回路２はテレビ信号を演
算処理装置へ入力可能なデジタルのデータに変換
する回路であつて、通常の白黒テレビのように画
像に濃淡のあるデータを予め定めるしきい値で白
か黒かに振分処理を行う。このようにして処理さ
れた画像情報が前述の第２図(b)のごとく表わされ
る。２値化された画像情報は画像メモリ３に与え
られ格納（記憶）される。画像メモリ３に格納さ
れた画像情報は読出し制御回路４によつて読出し
制御される。すなわち、読出し制御回路４は演算
処理装置の一例の処理プロセツサ５で演算された
重心の座標と曲線の傾きθに基づいて後述の第４
図で示されるトレーサによつて決まる領域の単位
画像情報を切り出して、処理プロセツサ５へ転送
する。処理プロセツサ５は読出し制御回路４から
転送された特定の領域の単位画像情報のうち２値
化情報の分布形状に基づいてその重心を求めると
ともに、前回求めた重心の座標と今回求めた重心
の座標とを結ぶ直線の傾きを求め、重心座標およ
び傾き情報を読出し制御回路４へ与える。この処
理プロセツサ５は順次算出される単位画像情報の
重心の座標から隣り合う単位画像情報の重心との
座標間の距離を計算し、その総和を計算して曲線
の長さを出力するとともに、重心の座標も出力す
るものである。

第４図は前記処理プロセツサの電気的な処理に
よつて単位画像情報の重心を算出する際に用いら
れるトレーサの図解図である。このトレーサは、
被計測画像の一例の曲線の各部分を代表する単位
画像情報を求める機能として、単位画像情報に相
当する記憶領域に格納されている曲線に対応する
情報を電気的にトレースするものであつて、曲線
上を移動していくときの途中の点すなわち論理
「１」の記憶されているビツトを代表点とするも
のである。このトレーサでトレースされる単位画
像情報は、正方形Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで表わされ、画
像メモリ３に格納されている画像情報を切り取つ
てアクセスする領域を示している。画像メモリ３
に格納されている画像情報はＸ，Ｙ座標で指定す
ると処理も簡単で速度も速いため、トレーサの現
在位置０を中心とする正方形で囲まれる領域の画
像情報を処理対象とする。そして、半円EFGは
アクセスされた単位画像情報のうち、曲線の各部
分を代表する点を求めるための画像の重心を求め
る演算の対象となる領域を示す。このとき、直線
0Gは曲線に接する接線となり、θは曲線とＹ軸
がなす角度を示している。したがつて、半円
EFGは曲線の傾きθの変化に伴いトレーサの中
心０を中心として、正方形ABCDに内接する円の
中を回転することになる。

第４Ａ図はこの発明の理解を容易にするため
に、トレーサの軌跡を示した図である。次に、第
４図および第４Ａ図を参照して、この発明の原理
について説明する。この発明では、前述の第４図
で説明したように、トレーサの現在位置０を中心
とした半円EFGの領域を次の重心を求めるため
の演算対象としていること、およびこの半円
EFGのEFと垂直なOGとＹ軸とのなす角θと重
心を演算するごとに演算して更新することの２点
によつて曲線のトレースが可能となる。すなわ
ち、今、前回の重心の計算によつて決められたト
レーサの中心がOjであり、同様にEiFiと垂直な
方向のＹ軸となす角がθｉのように演算されてい
る状態であるとすると、重心を演算する領域は
EiFiGiの半円である。直線Ｘのうち、半円内の
領域が読出し制御回路４によつて決められ、処理
プロセツサ５によつて半円内の曲線Ｘの重心Oi_-1
が求められる。このOi_-1とOiとを結ぶ直線とＹ
軸のなす角度θi_-1が同時に演算され、Oi_-1とθ
i_-1をもとにして、次の重心を求めるための半円
の領域Ei_-1Fi_-1Gi_-1が決まる。この処理を繰返す
ことによつて、次々とOi（ｉ＝０，１，…）が
求められる。たとえば、Oiの座標（Xi，Yi）と
すると、この曲線の長さは として近似できる。半円はＯ点よりもθ方向にあ
るために、半円内の曲線Ｘの重心は必ずθ方向に
近似（±90゜以内）した方向に移動する。θはこ
の移動方向のおおよその方向を与える目安であ
る。

第５図はこの発明の一実施例の動作を説明する
ためのフローチヤートである。次に、第３図ない
し第５図を参照して、この実施例の具体的な動作
を説明する。

イメージセンサ１は計測すべき画像を撮像して
画像入力する。このとき、入力する画像情報とし
ては、画像の１点を８ビツト（１バイト）すなわ
ち256階調で表現し、１バイトで１点の明るさを
表わす。たとえば、イメージセンサ１としてテレ
ビカメラを用い、このテレビカメラの水平方向の
走査におけるＡ／Ｄ変換器のサンプル数を256
点、垂直方向の走査数を256本に指定すると、検
出すべき画面は256×256≒64kバイトの情報とし
て表わされる。但し、この情報は512点×512本と
して256kバイトとするか、あるいは512点×1024
本で512kバイトとしてもよい。但し、その情報
量に応じたメモリ領域が必要となることは当然で
ある。

前述のイメージセンサ１で画像入力された情報
は、１バイトで表わされた１点の明るさの情報を
予め定める値でしきい値弁別し、しきい値を越え
た明るさであれば論理「１」とし、しきい値以下
であれば論理「０」として画像を２値化する。

前述のAD変換器を８ビツト（＝１バイト）と
すると、前述のごとく256点×256本×１バイト≒
64kバイトとなつたが、このＡ／Ｄ変換器の８ビ
ツトは濃淡情報である。この濃淡情報は０ないし
255の段階に分かれているが、適当なしきい値を
定めて２値化する。たとえば、しきい値が128の
とき、濃淡情報が235であれば「１」、濃淡情報が
88であれば「０」というようにして２値化する。
これは８ビツト（１バイト）のデータを１ビツト
の値に２値化するため、64kバイト（256点×256
本×８ビツト）の情報が64kビツト（256点×256
本×１ビツト）に圧縮されたことになる。そし
て、この画像の２値化情報が画像メモリ３に記憶
される。但し、画像メモリ３に記憶させる場合
は、画像情報を整理して８ビツトを１バイトと
し、各ビツトの横の列を圧縮することにより、
8kバイトの情報として記憶させる。すなわち、
64kビツトの情報（256点×256本×１ビツト）を
８ビツトずつまとめて画像メモリ３に記憶させる
と、8kバイトの情報となる。より具体的には、
水平方向のサンプルデータを２値化したものを、
８ビツトずつ画像メモリ３に記憶させることによ
り、32バイト×256本＝8kバイトとなる。

その後、処理プロセツサ５および読出し制御回
路４は以下のごとく計測処理動作を開始する。ま
ず、手動操作あるいは予め定めるプログラムによ
り、画像処理すべき対象図形（曲線で表わされる
図形）の始点とその方向を設定する。たとえば、
対象図図形が第２図(a)に示すように釣針を逆にし
たような図形であれば、画面左下方の曲線の始点
の座標を入力し、かつその方向として真上の方向
（θ＝０゜）を入力する。この始点を第４図に示
すトレーサの中心０とし、その角度をθとする。
このときの座標を（x₁，y₁）とする。次に、処理
プロセツサ５は始点の座標とその方向を読出し制
御回路４に与えて当該座標位置を中心とする単位
画像情報を画像メモリ３から読出させる。そし
て、処理プロセツサ５は読出した単位画像情報を
トレーサでトレースしてその単位画像情報におけ
る半円EFGで表わされる記憶領域の論理「１」
の分布されている形状の重心を算出する。この重
心の座標（Xh，Yh）は、第(1)式、第(2)式で表わ
される。

Xh＝ｋ_１ｘ_１＋…＋ｋｘ／ｎ …(1) ただしk₁＋k₂＋…＋ｋ＝ｎ Yh＝Ｌ_１ｙ_１＋Ｌ_２ｙ_２＋…＋Ｌｙ／ｍ …(2) ただしL₁＋L₂＋…Ｌ＝ｍ 次に、処理プロセツサ５は計測対象となる曲線の
方向を決定する。この方向はsinθ，cosθの値で
表わすことができるので、第(3)式、第(4)式で示さ
れる。

さらに、処理プロセツサ５は、移動距離を積算し
て距離を求める。この移動距離の積算は、第(5)式
で表わされる。

その後、処理プロセツサ５は計測すべき曲線が終
点か否かを判定する。この終点か否かの判定は、
たとえばトレーサで検出される半円の中に論理
「１」が記憶されている個数が所定値（α）以下
か否かの判定すなわち第(6)式の判定によつて行わ
れる。

√（−_-1）２＋（−_-1）２＜
＜α …(6) このとき、トレーサの半円で囲まれる領域に有る
論理「１」の個数が所定値以上であれば再び始点
とその方向の設定動作へ戻る。ここで、次の始点
となるのは、先に求めた重心座標（Xh，Yh）と
なる。

上述のごとくして、処理プロセツサ５は現在の
位置０と曲線の傾きθにより決定される半円の領
域EFG内の画像情報の重心を計算し、この重心
を次のトレースの中心とする動作を繰返すことに
より、曲線のトレースを実行する。ここで、曲線
の傾きθは現在のトレーサの中心０と移動前の中
心0_-とを結ぶ曲線の傾きである。そして、曲線の
長さを求める場合は、トレーサが移動していく途
中における各時点でのトレーサの中心の座標をも
とに隣り合う中心点間すなわち重心点間の距離の
総和を計算することによつて求められる。

上述の動作を繰り返している際に計測すべき対
象図形の終点すなわち終点座標（ｘ，ｙ）に
なると、トレーサの半円の中に実在する論理
「１」の個数が所定値よりも大幅に小さくなるの
で、処理プロセツサ５がそれを判定して対象図形
の計測を終了したことを判定する。

このとき、それまでに計測した曲線の距離をライ
ンプリンタなどによつて印字記録する。なお、必
要に応じて、刻々の重心座標や重心点間の距離や
その方向等を印字記録しておいてもよい。

上述のように、この実施例では、トレーサが次
の移動点を求める場合、トレーサの進行方向前面
の半円内の画像情報の重心を計算し、次の移動点
とするため、半円の半径に比べて小さいような曲
線情報の切れ目があつても確実にトレースでき、
画像情報の計測精度を向上できる利点がある。ま
た、画像情報の重心を求めることにより、次の中
心としてトレースすべき方向を刻々移動している
ので、曲線の画像情報が低品質であることに起因
する曲線の幅がランダムに変化する現象にも対処
でき、曲線周辺のしま状雑音に対しても誤作動す
ることなく、高精度に検出できる利点がある。な
お、、曲線を代表する点の算出する場合、軸走査
は直接関係しないため、曲線の傾きによる影響が
全くない利点もある。

なお、上述の実施例では、被計測画像の一例と
して曲線の長さを計測する場合を述べたが、この
発明の技術思想は曲率半径や変極点などの計測、
さらには曲線の認識などへの応用も可能である。
曲率半径や変極点を計測する場合は、算出した重
心の軌跡で折れ線近似される図形に基づいて計算
機で演算することによつて算出できる。また、曲
線の認識を行う場合であれば、曲線のデータを符
号化して行えばよい。

また、前述の第４図では、トレーサの構造とし
て、重心を求める領域を半円とした場合について
述べたが、第４図に示すψの値（ψ＝180゜）を
曲線情報の状態に応じて変化させることもでき
る。この場合、ψの値を小さくすると、トレーサ
の進行速度を向上できるが、曲がり方に対する余
裕は減少するので注意を要する。

以上のように、この発明によれば、計測対象の
曲線の傾きに何ら制限を受けず、雑音性が優れ、
極めて汎用的な曲線の計測が可能となり、しかも
対象図形をその重心を求めることによつて捕える
という特徴から目視検査に極めて近い高精度の計
測が可能となるなどの特有の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の曲線の長さを求める手法の原理
を示す図である。第２図は曲線画像の一例とその
曲線画像に基づいて得られる画像情報をＸ，Ｙ座
標でプロツトして画像メモリに記憶させた状態を
示す図である。第３図はこの発明の一実施例のブ
ロツク図である。第４図は単位画像情報を電気的
にトレースするためのトレーサを図解的に示した
図である。第４Ａ図はこの発明の理解を容易にす
るためにトレーサの軌跡を示す図である。第５図
はこの発明の一実施例の動作を示すフローチヤー
トである。 図において、１はイメージセンサ、２は２値化
回路、３は画像メモリ、４は読出し制御回路、５
は処理プロセツサを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 計測対象となる図面に描かれた被計測画像を
   撮像して電気信号に変換するイメージセンサ、前
   記イメージセンサで撮像された被計測画像の電気
   信号を２値化情報に変換する２値化情報変換手
   段、 前記２値化情報変換手段で変換された被計測画
   像の２値化情報を記憶するメモリ、 前記画面の或る大きさの領域を単位画像情報と
   して選び、前記メモリに記憶されている当該単位
   画像情報に対応する記憶領域を抽出して、該記憶
   領域に記憶されている２値化情報を読出すための
   読出し手段、および 前記読出し手段によつて読出された２値化情報
   の分布形状に基づいて単位画像情報の重心を求
   め、先行して求めた重心を次の単位画像情報の中
   心として順次選んで各単位画像情報の重心の軌跡
   に基づいて被計測画像を測定する演算処理手段を
   備えた、画像処理装置。