JPS63211474A - 階層化構造的テンプレ−ト・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〕 本発明は、画像処理装置に係り、とくに階層化構造的テ
ンプレート壷マツチング方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、テンプレート（Ｔｅｍｐｌａｔｅ、いわゆる型板
でマスク（ａ＋ａｓｋ）ともいう〕のマツチング（ｍａ
ｔ−ｃｈｌｎｇ）方法としては、テンプレートを入力画
像（以下、単に「画像」と略す）内の候補点領域全体に
わたって１画素ずつずらしながら、それぞれの位置にお
いて１画素単位の解像度でテンプレートと画像間の一致
度を算出し、−散文が最大となる候補点の位置を求める
方法がとられていた。

ここに、候補点とはテンプレートをマツチングするため
にテンプレートをずらせるつまり移動させる位置の基準
となる点をいう。

また、先行例として特開昭６０−２００３７５号・テン
プレートマツチング方式がみられる。

この先行例は、 「人力ディジタル画像パターン内の被認識領域位置の認
識に際して上記入力ディジタル画像パターンに対しテン
プレートをスキャンさせ、これら両者間のマツチングを
とって上記位置認識を行なうテンプレートマツチング方
式において、上記テンプレートの各マツチング単位領域
のうちの境界に近いマツチング単位領域に小さなウェイ
トを付与する一方、上記境界から遠いマツチング単位領
域に大きなウェイトを付与してテンプレートを構成し、
そのテンプレートを用いて上記両者間のマツチングをと
るテンプレートマツチング方式」である。

さらに、参考例として特開昭６１−３４６７５号公報・
画像認識方法および装置がある。

その参考例は、 「撮像装置により対象物を撮像し、その画像を画像認識
装置に送って画像処理し、画像認識装置からの位置情報
に基づいて作業するツールに位置情報を送る画像処理方
法において、前記撮像装置の視野内の画像のうちの、任
意に選択された１つの画像に干渉チェック領域を配列し
たパターンを作り、このパターン内に他の対象物の画像
が干渉しているか、否かを判別し、干渉ありのときは、
干渉なしの対象物の画像が検出されるまで、繰り返し検
索する画像認識方法」 である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来のマツチング法は、テンプレートと画像
間の一致度が最大となる候補点の位置を求めるため、テ
ンプレートあるいは候補点領域が大きい場合、莫大な回
数の画素間演算が必要であった。

たとえば、マツチングの対象が第６図に表わすようにＪ
、　Ｘ　Ｊ画素の範囲のテンプレート１０に格納されて
おり、マツチングの対象３０の位置ずれが、Ｘ、Ｙ方向
にそれぞれＤＸ、ＤＹ画素分存在する場合を考える。

テンプレートの画像上での位置を第７図に示すテンプレ
ート左」〕の位置で表わすことにすると、この場合の候
補点領域７１は、ＤＸＸＤＹ画素の範囲である。

テンプレート１０を、ＤＸｘＤＹ画素の範囲の候補点領
域７１全体にわたって１画素ずらしては、テンプレート
１０と対象３０を含む画像２０間の一致度を求めるとい
う手続を踏まなければならない。

一致度の目安として、 を使い、 ’　Ｔ　（１，７）　−Ｆ　（１，Ｊ）　’を１画素演
算と数えると、 （ＩＸＪ）　Ｘ　（ＤＸＸＤＹ）回 の画素演算を要することになる。

なお、Ｔ　（Ｉ、　　Ｊ）　、Ｆ　（Ｉ、　　Ｊ）は（
１，Ｊ）おけるテンプレート画素および画像画素の濃度
値である。

しかして、先行例は、入力ディジタル画像パターン内の
被認識パターンとその背景パターンとの境界に存在する
不安定要素の影響を排除して検出精度を高め得るテンプ
レートマツチング方式であり、その技術分野は同一であ
るが着眼点・アイデアは全く異なる手段である。

また、参考例は、位置情報に基づいて作業するマニプレ
ータ等のツールと、このツールの対象物以外の他の対象
物との干渉を防止し得る画像認識方法に過ぎない。

ここにおいて本発明は、従来例の難点を克服し、テンプ
レートあるいは候補点領域が大きい場合に、少ない同数
の画素演算でテンプレート・マッチングを実行する階層
化構造的テンプレート・マッチング方法を提供すること
を、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上述のような問題点を解決するために、本発明は次の手
段をとる。

第３図は本発明を概括的に表わす説明図で、テンプレー
ト１０におけるマツチングの対象３０の画像等に対応し
て、テンプレート領域３１．テンプレート領域３２．テ
ンプレート領域３３．テンプレート領域３４．・・・・
・・を設定しており、もっとも第３図は４個のテンプレ
ート領域を設けている。

すなわち、 本発明は、テンプレート・マッチングをＮ（自然数）段
階に分割して行ない、原画像をテンプレート・メモリに
格納し、Ｎ個のテンプレート領域を、 エｘＪ。

（１／２）Ｘ　　（Ｊ／２）。

（１／４）、Ｘ　　（Ｊ／４）。

（１／８）Ｘ　　（Ｊ／８）。

（１／２　　　）　Ｘ　Ｃ１／２”　）画素の範囲に設
定しく第３図）、テンプレート領域同志の相対位置関係
に制限は無くし、第Ｍ段階で使用するテンプレート領域
の番号をＭとした場合に、テンプレート領域からＸ、　
Ｙ方向にそれぞれ２Ｎ−０画素ごとにサンプリングした
画素をテンプレートとして用いることにより、全てのテ
ンプレートは （１／２　　　）Ｘ（Ｊ／２Ｎ−１） 画素で構成されるようにする階層化構造的テンプレート
・マッチング方法である。

〔作　用〕

以下では、例として第３図に表わした４段階のテンプレ
ート・マッチングを行なう場合の一致度の目安として、
前述と同じものを採用して説明する。

■　まず、第１段階では、ＩｘＪ画素のテンプレート領
域３１を使用し、候補点領域をＤＸｘＤＹ画素全体とす
る。そして、テンプレート領域と画像のサンプリング・
レートを、Ｘ、Ｙ方向ともに８画素に１画素として、テ
ンプレート・マッチングを行なう。サンプリングの様子
を第４図（ａ）に示す。

つまり、テンプレート領域３１、画像３０をおのおの（
１／８）ｘ　（Ｊ／８）画素、〔（１十ＤＸ）／８）　
ｘ　（（Ｊ＋ＤＹ）／８）画素に圧縮してテンプレート
・マッチングを行なう。

この結果、テンプレート領域３１を８画素の精度で位置
決めできる。

第１段階で、必要な画素演算は、 テンプレート領域３１が（１／８）ｘ　（Ｊ／８）画素
、 候補点（図示していない）の数が（ＤＸ／８）ｘ　（Ｄ
Ｙ／８） であるので、 （（１／８）Ｘ　　（Ｊ／８））Ｘ　　（（ＤＸ／８）
ｘ　（ＤＹ／８）　）回 である。なお、４８１，４８２，４８３．・・・はサン
プリング（標本化）点である。

■　第２段階では、（１／２）ｘ　（Ｊ／２）画素のテ
ンプレート領域３２を使用し、候補点領域を、第１段階
で得られた位置にテンプレート領域３１．３２の相対位
置関係を加えた位置を中心にして±８８画素範囲に設定
する。これを第５図（ａ）に表わし、第５図（ｂ）は第
２段階での候補点領域５２の拡大図である。なお、５１
は第１段階での一致度最大点、５２１，５２２，５２３
゜・・・５２ｎは候補点であり、そのうち５２ｃはさき
の領域３１．３２の相対位置関係を加えた位置の中心の
候補点を示す。

そして、サンプリング参レートを４画素に１画素として
テンプレート・マッチングを行なう。

この結果、テンプレート領域３２を４画素の精度で位置
決めできる。サンプリングの様子を第４図（ｂ）に示し
、４４１，４４２，４４３．・・・はサンプリング点で
ある。

このようにして、第２段階で、必要な画素演算は、 テンプレート領域３２が（Ｉ／８）Ｘ　（Ｊ／８）画素
、 候補点の数が５×５ のため、 （Ｉ／８）　Ｘ　（Ｊ／８）　Ｘ　（５Ｘ５）回である
。

■　第３段階では、（Ｉ／４）Ｘ　（Ｊ／４）画素のテ
ンプレート領域３３を使用し、候補点領域を、第２段階
で得られた位置にテンプレート領域３２．３３の相対位
置関係を加えた位置を中心にして＋４画素の範囲に設定
する。

そして、サンプリング・レートを２画素に１画素として
テンプレート・マッチングを行なう。これを第４図（ｃ
）に示す。４２１，４２２゜４２３、・・・はサンプリ
ング点である。

この結果、テンプレート領域３３を２画素の精度で位置
決めできる。

第３段階で、必要な画素演算回数は、第２段階と同じで
ある。

■　第４段階では、（１／８）Ｘ　（Ｊ／８）画素のテ
ンプレート領域３４を使用し、候補点領域を、第３段階
で得られた位置にテンプレート領域３３．３４の相対位
置関係を加えた位置を中心にして＋２画素の範囲に設定
する。

そして、サンプリング・レートを１画素ずつとしてテン
プレート・マッチングを行なう。それを第４図（ｄ）に
示し、４１１・・・・・・はサンプリング点である。

この結果、テンプレート領域３４を１画素の精度で位置
決めできる。

第４段階で、必要な画素演算回数は、第２段階と同一で
ある。

〔実施例〕

本発明の一実施例における回路構成を表わすブロック図
を第１図に示す。

１はＴＶ（テレビ）カメラで、２はＴＶカメラからのビ
デオ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータで
ある。Ａ／Ｄコンバータ２の出力は、３の画像メモリに
送られ格納される。なお、４のテンプレート９メモリに
は予めテンプレート画像を格納しておく。

画像入力後、９のＣＰＵ　（中央処理装置）部がバス８
を介して５のアドレス発生部に対して、テンプレート領
域、候補点領域、サンプリング・レートを指定し起動を
掛けると、アドレス発生部５は画像メモリ３とテンプレ
ート・メモリ４に対し連続的に読み出しアドレスを発生
し、６のマツチング部には、画像メモリ３とテンプレー
ト・メモ　　　′す４の内容がそれぞれ１画素ずつ同期
させて送り込まれる。

マツチング部６で算出された一致度は、７の一致最大点
検出部に送られ、テンプレート１０の一致度が最大とな
る候補点の位置が検出される。

この結果は、ＣＰＵ部９に読み取られる。

このシーケンスが、最終（Ｎ）段階までＮ回繰り返され
る。

第２図は、そのシーケンスを表わすフロー・チャートを
示す。

つまり、ステップ２１でカメラ１より画像領域を入力し
、ステップ２２でＡ／Ｄコンバータ２によるＡ／Ｄ変換
がなされ、ステップ２３で画像メモリ３に格納し、ステ
ップ２４でＣＰＵ９からアドレス発生部５に指定して第
１段階のテンプレート領域、候補点領域、サンプリング
レートが選択される。

そして、画像メモリ３とテンプレート４のそれぞれの出
力のマツチングをステップ２５で行ない、−成度最大点
の検出がステップ２６でなされ、最終段階か否かをステ
ップ２７で判断し、否（ＮＯ）であればステップ２８の
次段階のテンプレート領域、候補点領域、サンプリング
・レートがＣＰＵ９の指定で選択され、ステップ２５の
マツチングへ戻り、これがＮ回繰り返され、ステップ２
９の終了ですなわちテンプレートがマツチングしたこと
になる。

［発明の効果〕 従来のパターン・マツチング方法では、テンプレート領
域３１を使用すれば、 （ＩＸＪ）Ｘ　（ＤＸＸＤＹ）回、 しかるに、本発明の階層化構造的テンプレート・マッチ
ング方法によれば、Ｎ段階でテンプレート・マッチング
を行なうと （（１／２　　　）Ｘ　（Ｊ／２Ｎ−１）］Ｘ　（（Ｄ
Ｘ／２”）Ｘ　（ＤＹ／２”　）＋　（Ｎ−１）　ｘ　
（５ｘ５）　）回の画素演算ですむ。

これをより具体的に示すために、たとえば１、Ｊ−２５
６でＤＸ、ＤＹ鴫６４ の場合、 従来方法では、 テンプレート領域３１を使用すると、 （２５６Ｘ２５６）Ｘ　（６４Ｘ６４）　Ｌ！２６８×
１０６回 の画素演算が必要であり、 ところが、本発明によれば （（２５６／８）Ｘ　（２５６／８）］Ｘ　（（６４／
８）Ｘ　（６４／８） ＋３Ｘ　（５ｘ５）　）師１４２Ｘ１０”回の画素演算
ですむ。

かくして本発明になる階層化構造的テンプレート・マッ
チング方法の使用により、Ｉ、Ｊ、ＤＸ。

ＤＹが十分大きい場合には、画素演算回数を約４（Ｎ−
１）　　。

１／２　　　に減少でき、マツチングの効率化を著しく
促進し、ひいては単に小さなテンプレートで画像全体と
のマツチングを行なう場合と比較して信頼性の向上にも
つながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における回路構成を表わすブ
ロック図、第２図はその動作シーケンスを示すフロー・
チャート、第３図は本発明の概要図、第４図は本発明の
各段階でのサンプリングφレートの変遷図、第５図は本
発明の第１段階での一致度最大点と第２段階での候補点
領域を表わす図、第６図、第７図は従来例の説明図であ
る。 １・・・・・・ＴＶ右カメ ラ・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ ３・・・・・・画像メモリ ４・・・・・・テンプレート・メモリ ５・・・・・・アドレス発生部 ６・・・・・・マツチング部 ７・・・・・・−成度最大候補点検出部８・・・・・・
バス ９・・・・・・ＣＰＵ部 １０・・・・・・テンプレート ４８１．４８２，４８３．　・・・４４ｊ、４４２゜４
４３、・・・、４２１，４２２．４２３．　・・・４１
１・・・・・・・・・・・・・・・サンプリング点５１
・・・・・・第１段階での一致度最大候補点５２・・・
・・・第２段階での候補点領域５２１．５２２，５２３
．・・・５２ｃ、・・・５２ｎ・・・・・・・・・・・
・・・・候補点。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 部１図 第２図 ンＵ目象　　第７図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大きさが異なる複数のテンプレート領域を階層化構
   造的に使用し、 マッチングを段階的に行なうとともに、 マッチングの各段階における処理データ量が一定になる
   ように、テンプレート領域の大きさに応じてテンプレー
   ト領域および入力画像の解像度を変化させてマッチング
   する ことを特徴とするテンプレート・マッチング方法。