JPS62202292A - パタ−ンマツチング方法 - 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 この発明は、たとえば、ＩＣ部品を回路基板に搭載する
ときに必要となる撮像装置から得られる画像パターン中
に存在する特定パターンの位置を高速に検出する、２次
元位置検出のためのパターンマツチング方法に関するも
のである。

６−・ 従来の技術 従来ツバターンマツチングによる位置検出方法を大別す
ると、 １　撮像手段から得た画像パターンを−たん記憶手段に
格納した後、マイクロコンビーータなどの中央処理手段
を用い、中央処理手段に対する命令群であるプログラム
によって画像パターンと標準パターンの照合処理を行う
方法。と、２　撮像手段から得た画像パターンを・くタ
ーンマツチング処理専用の回路を通すことによって、画
像パターンと標準パターンの照合処理を行う方法。

の２つに分類できる。

従来ＩＣ部品の位置検出といった生産技術の分野では、
処理の高速性という点で第２の方法を用いることが多く
、またコストの面においても画像パターンを記憶する半
導体メモリが高価であっただめ、第２の方法が有利であ
った。しかし、近年半導体メモリの集積度が著しく高ま
り単位記憶容量あたりの価格は年々低下してきたため、
シフト６　ｌ・−。

レジスタなどの論理素子を多数必要とする第２の方法よ
りも、半導体メモリを多数必要とする第１の方法を採用
した方が安価にパターンマツチング装置を実現できるよ
うになった。また第２の方法では撮像手段から得た画像
信号をリアルタイムで処理しているために、走査方式と
してインターレース方式を採用している標準的なテレビ
カメラで撮像した場合には、テレビカメラの出力できる
走査信号の半数の信号しか利用できないため、デジタル
化された画像パターンの解像度を容易に上げることはで
きないが、第１の方法ではテレビカメラが出力する走査
信号をデジタル情報に変換し−たん記憶手段に格納する
ことによって有効に利用できるため、画像パターンの解
像度を容易に上げることができる。しかし、第１の方法
は撮像手段から得た画像パターンをフレームメモリなど
の記憶手段に格納してからプログラムによってパターン
マツチングを行っているだめ、第２の方法に比べると処
理速度はかなり遅く、粗いパターンマツチングと詳しい
パターンマツチングを組み合せて７　・・− 処理の高速化を図る試みがなされているが、第２の方法
による場合と比べると、充分高速化されたとは言い難い
。

発明が解決しようとする問題点 以上のように上記の第１の方法では高速処理が難しく、
丑だ上記の第２の方法では解像度やコスト面において問
題を有するため、高速かつ高解像度のパターンマツチン
グ装置を安価に実現することはでき々いという問題点を
有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、高速で高解像度を有するパ
ターンマツチング装置を安価に実現するだめのパターン
マツチング方法を提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために、本発明のパターンマツチ
ング方法は、認識対象物を撮像手段により撮像すること
によって得られる画像信号をデジタル化した画像パター
ンとして記憶手段中に保持しておき、上記画像パターン
の特徴的な部分領域を標準パターンとしてあらかじめ上
記記憶手段とは別の記憶手段に保持しておいて、上記画
像パターンと上記標準パターンの照合処理を行い、一致
度が極大となる上記特徴的な部分領域に対応する認識点
を検出するバターマツチング処理において、上記２つの
パターンの位置合せの基準となる照合基準点を上記画像
パターン上で次々と発生させる順序を、上記画像パター
ン中に複数個存在する上記特徴的な部分領域の並び方に
対応して決定するものである。

またさらに第２の発明は、第１の発明に加え画像パター
ン中に複数個存在する特徴的な部分領域が規則的に並ん
でいる場合に、隣り合った−（二記特徴的な部分領域間
の位置関係を通常の認識処理に先だって保持しておき、
通常の認識処理において特徴的な部分領域を代表する位
置である認識点を初めて検出した時に、あらかじめ保持
しておいた上記隣り合った特徴的な部分領域間の位置関
係を用いて、上記初めて検出した認識点の隣りに存在す
る第２の認識点の存在範囲を小さな領域に限定すること
によって、第２の認識点を高速に検出し、９１“−・ まだ第ｎ（ｎは２以上の正の整数）の認識点が存在する
場合には、第ｎ−１の認識点が存在する位置から上記隣
り合った特徴的な部分領域間の位置関係を用いて上記ｎ
の認識点が存在する範囲を小さな領域に限定し、上記第
ｎの認識点を検出するパターンマツチング方法である。

また、第３の発明は第１の発明に加え画像パターン中に
複数個存在する特徴的な部分領域が規則的に並んでいな
い場合に、上記複数個の特徴的な部分領域間の位置関係
を通常の認識処理に先だって保持しておき、通常の認識
処理において特徴的な部分領域を代表する位置である認
識点を初めて検出した時に、あらかじめ保持しておいた
上記複数個の特徴的な部分領域間の位置関係を用いて、
まだ検出されていない特徴的な部分領域に対応する認識
点の存在範囲を小さな領域に限定することによって、上
記画像パターン中に複数個存在する認識点を検出するこ
とを特徴とするパターンマツチング方法を構成として有
するものである。

作　　用 １０・　− 上記技術的手段による作用を図面を参照しながら説明す
る。

第２図は画像パターン中において照合基準点を走査する
方向および順序を示したもので、照合基準点をＸ方向に
走査しなからｙ方向に移動する方式（以下Ｖ−Ｘ走査方
式と呼ぶ）２１，２２゜２３．２４と、照合基準点をｙ
方向に走査しながらＸ方向に移動する方式（以下Ｘ−７
走査方式と呼ぶ）２５，２６，２７．２８があり、それ
ぞれＸ方向、ｙ方向の符号によって４種に分類されてい
る。

第３図は認識対象物であるＩＣ部品のリードの画像パタ
ーン３１、画像パターンの特徴的な部分領域を切り出し
た標準パターン３２、標準パターン側の照合基準点３３
．３点の認識点３４　、３５　。

３６を示している。この画像パターン３１に対して市販
の撮像管カメラと同じ方式（第２図の２１）で照合基準
点を走査し、標準パターン３２と照合処理を行うと、認
識点３４、認識点３５の順で３点の認識点が検出されて
しまい、認識点検出後、１１、−。

名認識点の座標によって検出された認識点データの記憶
順序を変更し、認識点データとリードとの対応をとる必
要が生じる。ところが、照合基準点の走査方式としてｘ
　−ｙ走査方式（たとえば第２図の２５）を採用すれば
、認識点３４、認識点３５、認識点３６のり〜ドが並ん
でいる順で認識点が検出され、認識点データの記憶順序
を変更しなくても認識点データとり−ドとの対応がとれ
るばかりでなく、必要な点数の認識点が得られた時点で
処理を中止（たとえば第３図において左から２木目のリ
ードに対する認識点座標が必要なときには、認識点３５
が得られた時点で処理を中止）することによってパター
ンマツチング処理を短時間で終了させることもできる。

このように画像パターン中に複数個存在する特徴的な部
分領域がＸ方向に並んでいる場合にはｘ　−ｙ走査方式
を、ｙ方向に並んでいる場合にはＹ　−Ｘ走査方式を採
用して照合基準点を発生させて照合処理を行うことによ
って、ＩＣ部品のリードに対応づけられた認識点を直接
得ることができ、上述した理由によりパターンマツチン
グ処理の高速化が図れる。また画像パターン中における
特徴的な部分領域の位置に応じて照合基準上の走査方向
である”　ｒ　Ｖ方向の符号を定めるようにすれば、走
査開始位置からできる限り近い位置において認識点を検
出するこ、とができ、このこともパターンマツチング処
理の高速化に役立てることができる。

第２図に示されている８種数類の走査方式のうちのどの
走査方式を採用するかは、教示処理時に得られる認識点
の座標によって自動的に決定される。教示処理時に得ら
れた認識点が１個の場合には、画像パターンの４つの隅
の中で認識点に最も近い位置がパターンマツチング処理
の開始点として選ばれ、Ｘ−７，Ｖ−Ｘのどちらかの走
査方式が選ばれるかは認識点のｘ、ｙ座標値によって、
早く検出される方式が採用される。教示処理時に得られ
た認識点が複数個の場合には、複数個の認識点のｘ、ｙ
座標値を分析することによって規則的に並んだ認識点を
抽出し、その時の認識点の並′び方によってＸ−７１７
−Ｘのどちらかの走査方１３　ｌ＼−７ 式が自動的に決定される。

第４図は画像パターン中の特徴的な部分領域が規則的に
並んでいる場合に最初の認識点４１検出後、第２番目以
降の認識点４２．４３の検出においては、それぞれ一つ
前に検出された認識点４１゜４２から教示処理時に記憶
されている移動量だけ移動し、それぞれ移動した点４４
．４５において移動した点４４．４５が中心となるよう
に小領域４６．４７を設定し、第２番目以降の認識点４
２゜４３を検出するだめのパターンマツチング処理を行
う領域がこの小領域４６．４７に限定されて、処理の高
速化が図られることを示している。

第５図１′ｉ画像パターン中の特徴的な部分領域が規則
的に並んでいない場合にも最初の認識点５１検出後、第
２番目以降の認識点の検出においては、最初の認識点６
１から教示時にあらかじめ記憶されている移動量５２．
５３だけ移動した点５４゜５５が中心となるように小領
域５６．５７を設定し、第２番目以降の認識点を検出す
るだめのパターンマツチング処理を行う領域がこの小領
域４６゜１４　ノ、− ４７に限定されて、処理の高速化が図られることを示し
ている。ただしこの図では、画像パターン上での照合基
準点の走査は、第２図２６の方式により行われることを
仮定している。

以上の作用により、中央処理手段および中央処理手段に
対する命令群であるプログラムによって、画像パターン
と標準パターンとのパターンマツチング処理を行っても
、安価で高速処理が可能なパターンマツチング装置を実
現することができる。

実施例 以下本発明の一実施例のパターンマツチング方法につい
て、図面を参照しながら説明する。

第」図は本発明の実施例におけるパターンマツチング方
法のブロック図を示すものである。第１図において、中
央処理手段１（中央処理手段に対する命令群も含む）か
らの命令によって撮像手段２より得られた画像信号が２
値化手段３によって２値化され、画像パターンとなって
画像パターン記憶手段４に記憶される。通常のパターン
マツチング処理に先立って行われる教示処理では、中央
１５　　ｌニー。

処理手段からの命令に基づいて教示処理手段５が画像パ
ターン記憶手段４から画像パターン中の特徴的な部分領
域である標準パターンを切り出し、標準パターン記憶手
段６に記憶する。教示時のパターンマツチング処理は中
央処理手段１からの命令により照合基準点走査手段７が
画像パターン上に設定する照合基準点を第２図２１に示
される順序で定めて画像パターン記憶手段６より画像パ
ターンデータを読み出し、階層化パターンマツチング手
段８において標準パターン記憶手段６から読み出された
標準パターンデータとの照合が行われる。照合の結果、
充分高い一致度が得られた照合基準点は認識点として、
その座標データ（以下認識点データと呼ぶ）が認識点記
憶手段９に送られ保持される。中央処理手段１ば、画像
パターン全域に対してパターンマツチング手段が終了す
るまで、照合基準点走査手段７と階層化パターンマツチ
ング手段８に対してそれぞれ命令を発する。画像パター
ン全域に対するパターンマツチング処理が終了すると、
認識点記憶手段９に保持されている複数個の認識点デー
タは認識点分析手段１ｏに送られ、認識点の点数および
並び方が分析され画像パターン上に発生させる照合基準
点の走査方式が自動的に決定されて、その結果は照合基
準点走査手段７に送られる。また、認識点分析手段１゜
によって認識点が規則的に並んでいると判断された時に
は、認識点データより・隣り合った認識点のＸ方向、Ｘ
方向の移動量の平均値がそれぞれ計算されて、移動量記
憶手段１１に保持される。

通常のパターンマツチング処理では、１ず中央処理手段
１からの命令によって撮像手段２から得られた画像信号
が２値手段３によって２値化され、画像パターンとなっ
て画像パターン記憶手段４に改めて記憶される。この画
像パターンは教示処理時に標準パターン記憶手段６に保
持されている標準パターンと階層化パターンマツチング
手段８によって照合される。階層化パターンマツチング
手段８では、画像パターン上に数画素おきに粗く第１の
照合基準点を設定し、第１の照合基準点にお゛いて照合
を行い、充分高い一致度が得られた場合１７　ｔｌ−ノ には第１の照合基準点の近傍に第２の照合基準点を１画
素おきに複数個設けて、複数個の第２の照合基準点にお
いて再び照合を行い、得られた複数個の一致度のうちで
最大になった値があらかじめ定められている基準値以上
であれば認識点として検出するという処理を行っている
。この階層化パターンマツチング手段８によれば、照合
基準点を１画素おきに設定する通常のパターンマツチン
グ手段に比べて、画像パターンデータと標準パターンデ
ータの照合回数を大幅に減らすことが可能になる。

またこの時、画像パターン上に数画素間隔で次々と設定
される第１の照合基準点の設定順序は、教示処理時に認
識点分析手段１０によって自動的に決定され照合基準点
走査手段７に保持されており、第２図に示される８種類
の走査方式の中のどれか一つが選ばれることになる。

以上のようにしてパターンマツチング処理を行って、最
初の認識点が検出されると、中央処理手１８　・　− して、検出した認識点データを認識点記憶手段９に格納
するとともに、認識点データを小領域発生手段１２へ送
る。小領域発生手段１２では移動量記憶手段１ｏよりＸ
方向およびＸ方向の移動データをもらい、認識点データ
である認識点のＸ座標。

Ｘ座標にそれぞれの移動量を加えて第２番目の認識点が
存在する小領域の中心１位置座標を計算する。

そしてこの小領域の大きさばＸ方向、Ｘ方向の移動量よ
り計算される移動距離、認識対象物の」袂られた計算式
に基づいて計算される。第２番目の認識点の検出は、処
理対象領域をこのようにして求められた小領域に限定し
、中央処理手段１がらの命令により照合基準点走査手段
７がこの小領域内に照合基準点を発生させ、階層化パタ
ーンマツチング手段８によシ各照合基準点において画像
パターンと標準パターンとの照合処理を行うことによっ
て高速に行われる。そして求められた第２番目の認識点
データは最初の認識点データ同様、認１９　・　−。

識点記憶手段９と小領域発生手段１２に送られて、第２
番目の認識点検出時と同様の手順によって第３番目の認
識点検出が行われる。通常のパターンマツチング処理で
は、新たに設定した小領域が画像パターンの窓枠から完
全に外へ出るか、設定した小領域内において認識点が検
出されなかったか、あるいはパターンマツチング処理時
にあらかじめ定められた点数の認識点が得られた場合に
終了することになる。パターンマツチング処理終了後、
認識点記憶手段９に保持されている複数個の認識点デー
タはパターンマツチング処理の出力として上位コントロ
ーラ１３に送られる。

次に、実際の画像パターンに対し本発明のパターンマツ
チング方法によって認識点が高速に検出される様を、図
面を参照しながら説明する。

第６図は２種類の標準パターン６１，６２、ＩＣ部品の
リードを撮像して得た画像パターン６３、標準パターン
６１に対して検出される認識点６４゜６５．６６、およ
び標準パターン６２に対して検出される認識点６７．６
８．６９を示している。

標準パターン６１でパターンマツチング処理を行う時に
は、教示処理時に画像パターン上の特徴的な部分領域が
Ｘ方向に並んでいることが認識点分析手段により判明し
、ｘ−ｙ走査方式が自動的に採用されるが、このときの
走査方向は、第２図における２６か２８の走査方向に限
られる。第２図における２５や２７の走査方向が採用さ
れないのは、撮像されたＩＣ部品のリードが画像パター
ン上に何本存在しているかわからないためである。

第２図における２６か２８の走査方向を採用すれば、認
識点は６６．６５．６４の順で検出され、これらの認識
点はＩＣ部品のリードの右から数えて１木目、２本目、
３本目に相当するため、認識点データが記憶されている
順で右から数えたＩＣ部品のリードに対応している。第
２図における２６か２８の走査方式によれば、照合開始
点から最初に検出される認識点７６″！、ではやや処理
時間を要するが、第２番目の認識点６５、第３番目の認
識２１　ベー。

パターンマツチング処理がこの小領域内に限定されるた
め高速に行われる。また標準パターン６２でパターンマ
ツチング処理を行う時には、第２図における２３か２４
のｙ　−ｘ走査方式が教示処理において自動的に採用さ
れて、認識点を６９．６８゜６７の順で検出する。画像
パターン中に存在する全ての認識点データではなくて特
定の認識点データのみが必要な時には、その認識点デー
タが得られた時点で処理を終了させることによってパタ
ーンマツチング処理を高速化することができる。たとえ
ば第６図において、標準パターン６２でパターンマツチ
ング処理を行う時は、第２図の２３か２４の走査方式を
採用することになるが、仮に下から２本目のリードに対
する認識点データが必要な時には、認識点６８が検出さ
れた時点で処理を終了させ、認識点６７の検出は行わな
いことにすると、処理時間が短縮される。

以上のように、画像パターン中に複数個存在す２２　・
、−１ 向および順序を自動的に定めることによって、特徴的な
部分領域が規則的に並んでいる場合には、あらかじめ保
持しておいたこの特徴的な部分領域に対応する認識点の
隣り合った２点間の移動量を基にして、第２番目以降の
認識点を求めるだめの処理領域を小領域に限定すること
によって、また特徴的な部分領域が規則的に並んでいな
い場合においても、あらかじめ保持しておいた複数個の
特徴的な部分領域に対応する認識間の移動量に基づいて
、以降の認識点が存在する領域を小領域に限定すること
によって、処理の高速化を図っており、しかも、中央処
理手段と中央処理手段に対する命令群であるプログラム
によってパターンマツチング処理を行っているため安価
に実現することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、画像パターン上に複数個存在す
る特徴的な部分領域の位置および並び方に応じて、画像
パターン中で照合基準点を次々と゛発生させる方向およ
び順序を定めることによって、２３　・　−１ 画像パターン中に存在する特徴的な部分領域と対応がと
れる状態で認識点が検出され、パターンマツチング処理
終了後に検出された認識点データを記憶する順序を変更
する必要がなく、処理が行なえるものである。さらに第
２．第３の発明では教示処理時に得られた認識点座標か
ら、特徴的な部分領域に対応する認識点の隣り合う点間
の移動量の平均値を求めて保持しておき、通常の認識処
理時には最初の認識点検出後、第２番目以降の認識点の
検出に関しては、上記移動量に基づいて次の認識点が存
在する領域を小領域に限定し、この小領域内のみパター
ンマツチング処理を行えばよいことになる。このことに
より、中央処理手段と中央処理手段に対する命令群であ
るプログラムによってパターンマツチング処理を行う場
合においても高速処理が可能となり、高解像度を有しか
つ高速処理が可能なパターンマツチング装置を安価に実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパターンマツチング方
法の構成を示すブロック図、第２図は画像パターン上に
おいて照合基準点を走査する８種類の方式を示す図、第
３図は照合基準点の走査方式によっては特徴的々部分領
域の並んでい色順に認識点が検出されないことを示す図
、第４図は特徴的な部分領域が規則的に並んでいる場合
に第２番目以降の認識点検出のための処理領域を小領域
に限定することによって処理を高速化することを示す図
、第５図は特徴的々部分領域が規則的に並んでいない場
合にも処理を高速化できることを示す図、第６図は認識
対象物であるＩＣ部品のリードが実際に認識点として検
出される様を示す図である。 １・・・・・・中央処理手段、２・・・・・・撮像手段
、４・・・・・・画像パターン記憶手段、５・・・・・
・教示処理手段、６・・・・・・標準パターン記憶手段
、７・・・・・・照合基準点走査手段、８・・・・・・
階層化パターンマツチング手段、１ｏ・・・・・・認識
点分析手段、１２・・・・・・小領域発生手段、２１．
２２，２３．２４・・・・・・ｙ　−ｘ走査方式、２６
．２６，２７．２８・・・・・・ｘ−ｙ走査方式、３１
２５　　”　　’ ・・・・・・画像パターン、３２・・・・・・標準パタ
ーン、３４゜３６３６・・・・・・認識点、４１．４２
．４３・・・・・・認識点、４６．４７・・・・・認識
処理対象小領域、５２゜６３・・・・・・最初の認識点
からの移動量、５６．５７・・・・・・認識処理対象小
領域、６１．６２・・・・・標準パターン、６４，６５
．６６・・・・・・６１に対する認識点、６７．６８．
６９・・・・・・６２に対する認識点。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）認識対象物を撮像手段により撮像することによっ
   て得られる画像信号をデジタル化した画像パターンとし
   て記憶手段中に保持しておき、上記画像パターンの特徴
   的な部分領域を標準パターンとしてあらかじめ上記記憶
   手段とは別の記憶手段に保持しておいて、上記画像パタ
   ーンと上記標準パターンの照合処理を行い、一致度が極
   大となる上記特徴的な部分領域に対応する認識点を検出
   するパターンマッチング処理において、上記２つのパタ
   ーンの位置合せの基準となる照合基準点を上記画像パタ
   ーン上で次々と発生させる準序を、上記画像パターン中
   に複数個存在する上記特徴的な部分領域の並び方に対応
   して決定するパターンマッチング方法。
2. （２）認識対象物を撮像手段により撮像することによっ
   て得られる画像信号をデジタル化した画像パターンとし
   て記憶手段中に保持しておき、上記画像パターンの特徴
   的な部分領域を標準パターンとしてあらかじめ上記記憶
   手段とは別の記憶手段に保持しておいて、上記画像パタ
   ーンと上記標準パターンの照合処理を行い、一致度が極
   大となる上記特徴的な部分領域に対応する認識点を検出
   するパターンマッチング処理において、上記２つのパタ
   ーンの位置合せの基準となる照合基準点を上記画像パタ
   ーン上で次々と発生させる順序を、上記画像パターン中
   に複数個存在する上記特徴的な部分領域の並び方に対応
   して決定するパターンマッチング方法であって、画像パ
   ターン中に複数個存在する特徴的な部分領域が規則的に
   並んでいる場合に、隣り合った上記特徴的な部分領域間
   の位置関係を通常の認識処理に先だって保持しておき、
   通常の認識処理において特徴的な部分領域を代表する位
   置である認識点を初めて検出した時に、あらかじめ保持
   しておいた上記隣り合った特徴的な部分領域間の位置関
   係を用いて、上記初めて検出した認識点の隣りに存在す
   る第２の認識点の存在範囲を小さな領域に限定すること
   によって、第２の認識点を高速に検出し、また第ｎ（ｎ
   は２以上の正の整数）の認識点が存在する場合には、第
   ｎ−１の認識点が存在する位置から上記隣り合った特徴
   的な部分領域間の位置関係を用いて上記第ｎの認識点が
   存在する範囲を小さな領域に限定し、上記第ｎの認識点
   を検出するパターンマッチング方法。
3. （３）認識対象物を撮像手段により撮像することによっ
   て得られる画像信号をデジタル化した画像パターンとし
   て記憶手段中に保持しておき、上記画像パターンの特徴
   的な部分領域を標準パターンとしてあらかじめ上記記憶
   手段とは別の記憶手段に保持しておいて、上記画像パタ
   ーンと上記標準パターンの照合処理を行い、一致度が極
   大となる上記特徴的な部分領域に課応する認識点を検出
   するパターンマッチング処理において、上記２つのパタ
   ーンの位置合せの基準となる照合基準点を上記画像パタ
   ーン上で次々と発生させる順序を、上記画像パターン中
   に複数個存在する上記特徴的な部分領域の並び方に対応
   して決定するパターンマッチング方法であって、画像パ
   ターン中に複数個存在する特徴的な部分領域が規則的に
   並んでいない場合には、上記複数個の特徴的な部分領域
   間の位置関係を通常の認識処理に先だって保持しておき
   、通常の認識処理において特徴的な部分領域を代表する
   位置である認識点を初めて検出した時に、あらかじめ保
   持しておいた上記複数個の特徴的な部分領域間の位置関
   係を用いて、まだ検出されていない特徴的な部分領域に
   対応する認識点の存在範囲を小さな領域に限定すること
   によって、上記画像パターン中に複数個存在する認識点
   を検出することを特徴とするパターンマッチング方法。