JPS6165376A - 画像照合方式 - 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〕 本発明は画像照合方式に係り、特に外枠に欠落のある印
影等、対称的な外形の一部に欠落または雑音のような欠
陥が存在する画像の照合に好適な画像の位置合わせ方式
に関する。

〔発明の背景〕

画像照合とは、あらかじめ登録した基準画像と新たに入
力した照合画像の同一性の判定を目的とした処理で、そ
の自動化アルゴリズムは通常両画像の位置合わせのステ
ップと、真偽判定のステラプから成る。

前者の位置合わせの方法としては、印影のように特に外
形が点対称性を有する画像については、外形に外接する
矩形から画像の中心を求め、これを位置の基準として位
置合わせを行う方法が、たとえば電子通信学会論文誌、
Ｖｏ　１．Ｊ６７−Ｄ。

Ｎα１　（１９８４年）における“図心に関する周辺密
度を利用した印影の位置合わせ”と題する文献で論じら
れている。

ただし上記方法では、画像の外形と矩形との４接点のみ
から中心位置を計算しているために、これらの接点また
はその近傍に局所的な雑音が存在するとき真の中心位置
が求まらない問題があった。

たとえば印影では、印鑑自体の欠け、捺印時の外枠のか
すれ、朱肉のにじみ１等により外形に欠陥を生ずる場合
が多く、この欠陥部分が上記接点位置に対応する場合に
は真の中心が求まらない。

この問題を解決するために、出願人はすでに“画像照合
方式″と題する発明を行い、特許出願済であるがこの発
明は、画像の外形を２分して外形の位置情報に関する２
つのパラメータの系列を求め、さらに上とは異なる位置
で外形を２分して上とは異なる２つのパラメータの系列
を求め、これらを２次元率面上でマツチングをとり、そ
のヒストグラムが最大となる位置（以下、最大点と省略
する）を求め、この位置から中心位置または中心線を計
算する方式である。これによれば、すべての外形上の点
をもとに多数決の原理により中心位置を計算するため、
欠陥部分が存在しても中心位置を精度よく求めることが
可能であった。

ただしこの発明では、上記ヒストグラムを最大とする２
次元率面上の位置を求めるために、全平面の各点につい
てヒストグラムの値を順次求めるため処理時間が大とな
る欠点があった。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、外形が本来対称的ではあるが、その一
部に欠落または雑音のような欠陥が存在する画像に対し
て、前記の既出順方式を一段と改良し高速の画像位置合
わせを可能とする画像照合方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は前記ヒストグラム
を作成してその最大点を求める処理を、段階的にサンプ
リングの格子間隔を狭めることにより実現する。すなわ
ち、全平面上の点についてそのヒストグラムの値を求め
るのではなく、まず間隔の大きい格子の上の点について
のみヒストグラムのサンプル値を求めて、この中で最大
の点を探索する。次にこの最大点の周囲についてのみ、
上記格子より間隔の小さい格子の上の点のヒストグラム
のサンプル値を求めて、この中で最大の点を探索する。

以下格子間隔が画素間隔に達するまで、順次格子間隔を
狭めて、以上の処理を繰返す。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を説明する。以下−例としてキー
ボードからのコマンドによりファイルから基準印影、ス
キャナから照合印影を取込み、ディスプレイ上に２つの
印影を重ね合わせた結果を表示する機能をもつ、印影照
合装置について説明する。

第１図は本実施例の装置の構成図である。図中、１は装
置全体の制御を行うＣＰＵ　（中央処理装置）２はＣＰ
ＵＩのプログラムおよび非画像データを格納するメモリ
、３は印影データを格納する画像メモリ、４は操作者が
各種コマンドを入力するためのキーボード、５は基準印
影を格納するファイル装置、６は基準印影検索時には基
準印影、照合時には照合印影を読取るスキャナ、７は基
準・照合両印影のモニタ表示、照合結果（前記の両印影
を重ね合わせた結果）、および操作者に対する各種メツ
セージを表示するためのディスプレイである。本装置の
動作は、大きく分けて基準印影の登録時の動作と、基準
・照合両印影の照合時の動作から成り、それぞれキーボ
ード４からの指示によりメモリ２内に格納された相異な
るプログラムがＣＰＵＩにより実行される。登録時の動
作は、まずスキャナ６から基準印影を読取り、画像メモ
リ３に一時的に格納する。次にキーボード４から入力し
た口座番号等の基準印影検索のためのキーワードをメモ
リ２に格納する。最後に上記基準印影と上記キーワード
を、いわゆるポインタ等により対応づけて、ファイル５
の所定のエリアに格納する。また照合時の動作は、まず
キーボード４から口座番号等のキーワードが入力される
と、対応する基準印影をファイル５から検索し、画像メ
モリ３の所定のエリアに格納する。次にスキャナ６から
照合印影が読取られると、画像メモリ３の上記基準印影
のエリアとは別のエリアにこの照合印影を格納する。こ
の後ＣＰＵＩの制御により、後に詳述する３印影の位置
合わせ処理を行い、２印影を重ね合わせた結果をディス
プレイ７に表示する。

次に上記位置合わせ処理の概要を、第２図のフローチャ
ートを用いて説明する。本処理は、メモリ２内のプログ
ラムで記述されＣＰＵＩで実行される。本処理では、基
準・照合両印影を重ね合わせるために、まず両印影の位
置の基準点である中心をそれぞれ求め、次に相対的な回
転角を求める。

前者の中心計算のアルゴリズムは、後に詳述する。

後者の回転角計算は、たとえば前記文献の中心に関する
周辺密度分布の相互相関により実現することもできるが
、単純に一方の印影を順次回転して類似度が最大となる
点を求めることによっても実現できる。最後に上記中心
９回転角に基づいて、照合印影を平行・回転移動を行い
基準画像に重ね合わせる。重ね合わせ処理は、たとえば
ディスプレイ７上で両印影が一致する部分を白、一致し
ない部分を黒と表示すべく、対応するパターンを画像メ
モリ３上に作成する処理である。

次に本発明のポイントである上記中心計算のアルゴリズ
ムを、第３図の印影を例として詳細に説明する。まず（
ａ）のように、印影枠の外形の上側部分Ａ−Ａ’　を ｙ＝ｆ、（ｘ）　　　　　　　　　　　・・・（１）と
求める。ここに上側とは、任意の黒画素の座標（ｘ、ｙ
）は、 ｙ（ｆ、　（ｘ） を満足することを意味する。また同様に下側部分Ｂ−Ｂ
’を ｙ＝ｆ−（ｘ）　　　　　　　　　　　・・・（２）と
求める。ここに下側とは、任意の黒画素の座標（ｘ、　
ｙ）は ｙ＞ｆ−（ｘ） を満足することを意味する。さらに第３図（ｂ）のよう
に、印影枠の外側の右側部分ｃ−ｃ’　をｘ＝ｇ、（ｙ
）　　　　　　　　　　　・・・（３）左側部分Ｄ−Ｄ
’　を ｘ　＝　ｇ−（ｙ）　　　　　　　　　　　・・・（４
）と、上記（１）、（２）と全く同様に求める。

次に上記（１）と（２）、および（３）と（４）のマツ
チングを行う。すなわち、印影１０の枠の外形が完全に
点対称であると仮定し、その中心位置を（α、β）とお
くと。

ｙ＝４．（ｘ）ならば２β−ｙ＝ｆ−（２ａ　　ｘ）お
よび、この逆が成立する。よって ｖ＝Ｆ　（ｘ、ｕ） ＝ｆ、（ｘ）＋ｆ−（ｕ−ｘ）　　　”（５）とおくと
、Ｖはｕ　＝　２αでＸに無関係に定数２βをとる。従
って（１）、（２）より未知の中心を求めるには、（５
）がＸに無関係な点をｕ−ｖ平面上で探索すればよい。

この探索の方法は、印影１０の枠の外形が欠陥により不
完全な場合も考慮して、まず（５）をＸについてのヒス
トグラムＺ、＝Ｈ，（ｕ、ｖ）　　　　　　　−（６）
に変換し、次に２１を最大とするｕ＝（＝ｕ）。

ｖ（＝ｖ）を求めるものとする。ただし矩形印影が座標
軸に平行に位置する場合等、特殊な場合には、（１）ま
たは（２）がすでに一定となるために（６）のＵが不定
となる。また上記に近く、しかも枠に欠陥がある場合に
は、Ｕは不定ではないが精度が悪くなる。そこで、本発
明では、（３）と（４）から上と全く同様にして ｕ　＝Ｇ　（ｙ　ｔ　ｖ） ＝ｇ、（ｙ）＋ｇ−（ｖ−ｙ）　　　・・・（７）を求
め、ｙについてのヒストグラム Ｚ２＝Ｈ，（ｕ、ｖ）　　　　　　　　−（８）に変換
し、（６）と（８）を加えた新しいヒストグラム Ｚ＝ＨＣｕ、　ｖ） ＝Ｈ，（ｕ、ｖ）＋Ｈｓ　（ｕ、ｖ）　・＝（９）の最
大点を探索する。（８）は（６）とは逆にＶが不定とな
る可能性があるが、Ｕは求まるため、（９）は（６）と
（８）の欠点を相殺し、長所を兼用した関数となる。以
上本発明の原理をまとめると、まず与えられた印影より
外形を（１）〜（４）とパラメータ化し、次にそれらの
マツチングを取るための関数（５）、（７）を求め、さ
らにこれをヒストグラム（６）、（８）から（９）に変
換してその最大点を探索し、最後にこの最大点から中心
を計算する。

次に上記ヒストグラム（９）およびその最大点を求める
ための、高速化を目的としたアルゴリズムについて説明
する。このアルゴリズムの基本的な考え方は、（９）の
最大値は１通常の外形がなめらかな画像では、ある範囲
内で単峰性をもつことを前提として、まず間隔がｄ。な
るｕ−ｖ平面上の格子の上の点（ｄｏ　　”ｍｅ　ｄｎ
　ｎ）についてのみヒストグラムＨの値をサンプル値と
して求め、この中でＨが最大となる点を探索する。ここ
に、ｍとｎは非負の整数とする。次にこの最大点の周囲
についてのみ上記ｄ、より小さいｄ、を間隔とする格子
上の点（ｄｌ　・ｍ、ｄ、ｎ）のヒストグラ（ｌＯ） ムＨの値をサンプル値として求め、この中でＨが最大と
なる点を探索する。以下ｄｚ＋ｄａｔ・・・（ｄｔ　＞
　ｄｉ　＞　ｄａ　＞・・・）なる格子間隔について、
ｄ、＝１、すなわち画素間隔に達するまで、順次以上の
処理を繰返す。ただし上記処理中、（９）の格子点のＨ
の値を求めるためには、次のようにその格子線上の−の
値を求める必要がある。すなわち（６）によるＺｌ　を
計算する場合、（５）によりＵは所定の間隔のサンプル
値とできるが、ＶはＸの頻度であるため全ての値を計算
する必要がある。

また同様に（８）によりＺ２を計算する場合、（７）に
よりＶはサンプル値とできるが、Ｕは全ての値を計算す
る必要がある。全ての値が求まった変数についても、再
度同じ間隔でサンプリングすることによって上記格子点
におけるＨを求めることは勿論できるが、本実施例では
さらに上記の全ての値が求まった変数については、各格
子間でＨの和を求め、この和を格子点における代表値と
して利用する。

以下上記のヒストグラムＨの最大点を求める処理のアル
ゴリズムを、第４図のフローチャートを用いて詳細に説
明する。図中、Ａ（ｉ＋−ｉ）は印影を含む画像のエリ
アで定義された画像濃度を表す２次元の配列で、点（ｉ
、、ｊ）が黒画素のときＡ　Ｈｅ　ｊ）＝１１点（ｉ、
ｊ）が白画素のときＡ　（ｉ、　ｊ）＝Ｏなるディジタ
ル２値画像とする。

第４図（ａ）は前述の（１）および（２）を計算するス
テップである。本処理は画像エリアの上端または、下端
より縦方向に画像を走査し、最初に黒画素が存在する点
までの距離を求めることにより実現する。第４図（ｂ）
は前述の（３）および（４）を計算するステップで、画
像走査の方向が異なるだけで、上記（ａ）と全く同様の
処理である。第４図（ｃ　）は前述のｖ　＝　Ｆ　（ｘ
　＋　ｕ　）およびこの結果に基づくＺ□＝Ｈ，（ｕ、
ｖ）を求めるステップである。

ただしＨ，（ｕ、ｖ）は次のステップとの関係でＨ（ｕ
、ｖ）のテーブルを直接用いる。本処理は、まずヒスト
グラムＨ（ｕ、ｖ）をすべてＯに初期化し、次に（ａ）
で計算済のｆ−（ｘ）＝　ｆ−（ｘ）からＶを計算し、
最後にＶの値に基づいてＨ（ｕ。

■）の対応する要素を１インクリメントすることによっ
て実現する。ただし、前記のように、Ｈの値は（ｕ、ｖ
）の格子点のみで十分であり、このためには、間隔ｄ単
位、■についても、格子線」二の値は最も近い格子点の
値に加算する処理を行う。

第４図（ｄ）は前述のｕ＝Ｇ　（ｙｙ　ｖ）およびこの
結果に基づ（Ｚ、　＝Ｈ，（ｕ、　ｖ）さらにはＺ＝Ｈ
（ｕ、ｖ）を求めるステップである。ただしＨ２（ｕ、
ｖ）は、前ステップのＨ（ｕ、ｖ）上に直接値を加算す
ることにより直接最終的なＨ（ｕ、ｖ）を求めるため、
省略する。本処理は、まず（ｂ）で計算済のｇ−（ｘＬ
　ｇ−（ｘ）からＵを計算し、次にＵの値に基づいてＨ
（ｕ、ｖ）の対応する要素を１インクリメントすること
によって実現する。ただし前ステップと同様にして、格
子線上の値は最も近い格子点の値に加算する処理を行う
。第４図（ｅ）は前述のＺ＝ＨＣｕｐ　Ｖ）を最大とす
るｕ　（＝ｕ）とｖ　（＝ｖ）を求めるステップである
。格子間隔ｄ、が１でないときは、上記（ｕ、ｖ）の周
囲について格子間隔を小さくして、さらに上前（ａ）以
−ヒの処理を繰返す。本実施例でｋ はｄ。＝１６で、ｄｋ＊１”−とする。また上記（Ｕ、
Ｖ）の周囲とはｕ、ｖそれぞれについて、本実施例では
±３ｄｋの範囲とする。また格子間本実施例によれば、
第４図（ｅ）の最大値を求める処理において、（ｕ、ｖ
）平面全体を探索する前記出願の方式に比べて、第１回
目のループで一＝□の処理時間、第２回目以降は探索範
囲ｏ　　１６ が極めて絞られるため、第１回目に比べて無視できる処
理時間であるため、中心計算に要する処理時間を、約１
６倍に高速化できる効果がある。

本実施例は特に水平方向に２分した（１）、（２）およ
び垂直方向に２分した（３）、（４）の２つのパラメー
タの系列を用いたが、本２分方向は必ずしも水平・垂直
方向である必要はなく、任意の２方向としても同様にし
て実現できる。また上記パラメータは、定数倍、定数加
算を含め、線形変換を施したものについても同様の効果
が得られる。また、ディジタル２値画像を対象としたが
、Ａ　（ｉ　。

ｊ）の値域を拡張することによって、容易にディジタル
多値画像にも適用できる。また本実施例では、点対称画
像の代表として、印影の照合の一例について記述したが
、印影以外にもたとえば工業用部品等、部分的に外形が
点対称性をもつものが多く本方式はこれらの照合にも、
全く同様にして適用できる。以上点対称画像の場合につ
いて実施例により詳述したが本発明は同様にしてその他
の対称（線対称９面対称など）の場合にも適用出来るも
のである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、たとえば画像の外形を表す４つのパラ
メータ系列のマツチング状態を示すヒストグラムの最大
値を求める処理において、まず間隔の大きい格子の上の
点についてのみヒストグラムのサンプル値を求めて、以
下この最大点の周囲のみ最大値の探索を行うため、上記
格子間隔をｄとすると、中心計算の処理時間を、全ヒス
トグラムの最大値の探索を行う方式に比べて、既述のよ
うに約８倍に高速化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の構成図、第２図は本発明による
印影位置合わせ処理のプログラムのフローチャート、第
３図は本発明における印影と座標等の関係を示す説明図
、第４図（ａ）〜（ｅ）は本発明による中心計算処理の
プログラムのフローチャートである。 Ａ（１１，］）・・・画像を表す配列、Ｈ（ｕ、ｖ）・
・・ヒストグラム、　（Ｕ、Ｖ）・・・ヒストグラム’
Ｆ！（ｕ。 ■）を最大とする点、ｐ・・・Ｈの最大値探索範囲のＵ
の最小値、Ｐ・・・同Ｕの最大値、ｑ・・・同Ｖの最小
菩３ｎ （ト） 咋 聾４凹 （Ｃ） ｔ７１捨てｔ覧４１５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像の入力手段と、画像の蓄積手段と、画像処理手段と
   から成る画像照合方式において、与えられた画像の、分
   割した外形間でのマッチング状態を示すヒストグラムの
   最大値を、格子間隔を順次狭めて求めるステップを有す
   ることを特徴とする画像照合方式。