JPH04213162A - データ処理方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速フーリエ変換（以
下「ＦＦＴ」という）によるデータ処理方法に関するも
ので、画像処理装置等に適用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】画像処理装置等における画像認識方法の
一つとして、画像の周期性を検出する方法が用いられて
いる。画像の周期性の検出手段としては、ＤＦＴ、ＦＦ
Ｔ、ＤＣＴ、ウオルシュ・アダマール変換（ＷＨＴ）、
ハール変換などがある。最近ではデジタル・シグナル・
プロセッサ（ＤＳＰ）を手軽に利用できるようになった
ことから、ＦＦＴ処理も現実的になってきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】画像処理をより高速に
行いたいという要求があり、そのためには画像の周期性
や位相をより高速で求めなければならない。汎用のＣＰ
Ｕを用いた処理では処理速度が遅く現実的でないので、
ＤＳＰを用いることが最低限必要な条件となってくる。 しかし、ＤＳＰを用いて高速処理を図っても、それ以上
に、画像処理の精度を高く維持したままさらに高速性が
求められているのが現状である。上記ＷＨＴはこのよう
な要求に対応することができず、ＷＨＴよりはＦＦＴで
高精度の値を得る方向に進んでいる。

【０００４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、ＦＦＴの計算方法を工夫することにより、計算精度
を高く維持したまま高速処理ができるデータ処理方法を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１のデータ
を実数部データとして入力するとともに第２のデータを
虚数部データとして入力し、これら二つのデータを同時
に高速フーリエ変換の計算を行い、計算した結果を第１
のデータの結果と第２のデータの結果とに分離し、第１
のデータの結果と第２のデータの結果を同時に求めるこ
とを特徴とする。

【０００６】

【作用】ＦＦＴの計算には実数部と虚数部とがあり、通
常は実数部にのみデータを入力して計算が行われるが、
本発明では、ＦＦＴの計算の実数部に第１のデータを、
虚数部に第２のデータを入力して同時に計算することに
より、異なった２種類のデータを処理する。処理速度自
体は通常のＦＦＴの計算と同程度であっったとしても、
同時に２種類のデータを処理するため、結果的には約２
倍の処理速度になる。

【０００７】

【実施例】ここでは、例えば硬貨を判別するため入力さ
れた画像データの処理方法の例を挙げて説明する。図２
において、画像入力部１はテレビカメラなどで構成され
、硬貨のパターンを撮像することによって得られる画像
信号が取り込まれる。画像入力部１は１次元センサ又は
２次元センサが用いられ、何れにせよ、２次元画像とし
て処理できるようにする。従って、１次元センサの場合
は対象物との間で相対移動させて一画面を入力する。 画像入力部１で取り込まれた画像信号はＡ／Ｄ変換部２
で多値のデジタル画像信号に変換され、画像処理部３に
入力される。

【０００８】画像処理部３は、画像メモリ部４、リング
形成部５、リングデータ取り込み部６、ＦＦＴ計算部７
、識別部９を有する。上記画像メモリ部４は、上記多値
のデジタル画像信号を記憶する。上記リング形成部５は
、画像メモリ部４に記憶された硬貨のパターンの中心を
求めるとともにこの中心を同心とする複数のリングを形
成する。

【０００９】上記リングデータ取り込み部６は、上記リ
ング形成部５で形成されたリングに沿って上記画像メモ
リ部４からデータを取り込み、このデータを記憶する。

【００１０】上記ＦＦＴ計算部７は、リングデータ取り
込み部６に記憶された上記複数のリングに沿ったデータ
を高速フーリエ変換する。

【００１１】上記識別部９は、ＦＦＴ計算部７でフーリ
エ変換されたデータと、予め記憶されている参照パター
ンデータとを比較し、双方のデータが類似しているか否
かによって硬貨のパターンを認識し、その結果を出力す
る。

【００１２】いま、画像入力部１から硬貨の画像信号を
入力したとする。図４（ａ）は硬貨の画像１０の例を示
す。入力した画像信号はＡ／Ｄ変換部２で多値の、例え
ば２５６階調のデジタル画像信号に変換し、画像メモリ
部４に記憶する。

【００１３】次に、リング形成部５で上記画像信号を演
算し中心位置を求める。ここでは、例えば画像信号のエ
ッジ上に複数の点をとり、この複数の点から最小自乗法
などを用いてできるだけ正確に求める。図４（ｂ）は、
上記のようにして画像信号のエッジ１１から中心点Ｏを
求めた状態を示す。求めた画像信号の中心点Ｏは画像メ
モリ部４に記憶する。リング形成部５ではさらに、求め
た中心点Ｏを同心とする２つのリングを形成する。図４
（ｃ）は、上記のようにして求めた２つのリング１３，
１４の例を示す。もっとも、リング数は２つ以上でもよ
い。

【００１４】次に、リングデータ取り込み部６において
上記複数のリングに沿って上記画像メモリ部４から画像
データを取り込み、各リングごとに画像データをメモリ
する。各リングに沿って取り込まれた上記画像データは
、各リングに沿ったパターンに応じて濃度が変化するデ
ータとなる。図４（ｄ）の左半部は上記リングに沿った
濃度変化の各種の例を示すもので、各リングに沿ったパ
ターンの変化に応じて、含まれる周波数成分が異なって
いる。

【００１５】次に、ＦＦＴ計算部７において上記２つの
リングに沿った２種類のデータにつき同時にＦＦＴ計算
を行う。このＦＦＴ計算についてはあとで詳細に説明す
る。ＦＦＴ計算を行うことにより、２つのリング状のデ
ータの周波数強度が求められる。周波数強度とは、リン
グが１回転する間の濃度変化を１Ｈｚ，２Ｈｚ・・・・
というように周波数で表したとき、同じ周波数成分が含
まれている頻度のことをいう。図４（ｄ）右半部は上記
リング状濃度変化のデータをＦＦＴ計算して求めた例を
示すものであって、横軸が周波数、縦軸が振幅（強度）
となっている。図４（ｄ）右半部からもわかるように、
リング状濃度の周波数成分が比較的小さいときはＦＦＴ
振幅は低い周波数域で大きく、リング状濃度の周波数成
分が比較的大きいときはＦＦＴ振幅は高い周波数域で大
きい。換言すれば、ＦＦＴ振幅波形は前記リングに沿う
パターンに依存して変化することになる。

【００１６】そこで次に、識別部９において、各リング
ごとに求められたＦＦＴ振幅データと、予めフーリエ変
換されて記憶されている参照パターンのＦＦＴ振幅デー
タとを比較し、その評価量によって対象物としての硬貨
がどの硬貨に該当するかを認識する。認識に当たっては
、対象物の特徴あるパターンを表す部分を大きな値とす
るなど、適宜の重み付けをする。このようにして硬貨の
パターンを認識することができる。図３は、以上の画像
処理動作を示す。

【００１７】以上の一連の画像処理によるパターン認識
の中で、ＦＦＴ計算について１００円硬貨の場合を例に
挙げてさらに説明する。図５（ａ）に示すように、１０
０円硬貨の裏面のパターン１０は比較的単純なパターン
であるから、これに所定の半径のリング１４を設定して
このリング１４に沿った画像信号の明るさ階調データを
とると、図５（ｂ）に示すように、リング１４が１回転
してその回転角度θが０から２πとなるまでの間の明る
さ階調の変化周期は比較的長く、周波数成分は比較的低
い。従って、この階調データをＦＦＴ処理すると、図５
（ｃ）に示すように、周波数が１Ｈｚあるいは２Ｈｚと
いうように低い領域での振幅（強度）が大きく、比較的
高い周波数領域での振幅（強度）は小さい。

【００１８】一方、図６（ａ）に示すように、１００円
硬貨の表面のパターン１０Ａは複雑なパターンであるか
ら、これに所定の半径のリング１４を設定してこのリン
グ１４に沿った画像信号の明るさ階調データをとると、
図６（ｂ）に示すように、リング１４が１回転してその
回転角度θが０から２πとなるまでの間の明るさ階調の
変化周期は短く、周波数成分は比較的高い。従って、こ
の階調データをＦＦＴ処理すると、図６（ｃ）に示すよ
うに、比較的高い周波数である５Ｈｚでの振幅（強度）
にピークが見られ、これが特徴となっている。図５（ｃ
）および図６（ｃ）における各周波数ごとの振幅（強度
）は、前述のように重み付けして評価することにより、
硬貨の種類およびその硬貨が表であるか裏であるかをよ
り正確に認識することができる。

【００１９】なお、対象物としての硬貨は、新しいもの
であるか使い古されたものであるかにより、あるいは、
硬貨の種類の違いによる材質の違いによっても反射強度
が異なり、リングに沿って取り込んだ画像信号に差が生
じて、パターン認識の信頼度を低下させることがありう
る。そこで、他のデータ、例えばリングごとの明るさの
和の比較を行い、その結果に応じてデータを正規化する
などして信頼度を確保する。図７はデータの正規化の一
例を示すもので、ＦＦＴ計算後の強度を補正した例であ
る。曲線ａは新硬貨の場合、曲線ｂは流通硬貨の場合を
示している。１Ｈｚでの流通硬貨の強度を１Ｈｚでの新
硬貨の強度に換算し、この換算値にあわせて他の周波数
での流通硬貨の強度をシフトさせ、これを評価に供する
。

【００２０】形成するリングの幅は画像入力部の１画素
分であっても、リングの幅を複数画素分にすれば、パタ
ーン認識の信頼性を向上させることができる。図８，図
９はその例を示す。図８（ａ）において、硬貨の入力画
像１０に対してその同心円状に形成されるリング１７の
幅ｗは３画素分に設定されている。図８（ｃ）は、３画
素分の幅に設定されたリング１７の展開図であり、１列
あたり３個の画素列が１列からｎ列まで並んでいる。そ
こで、図８（ｄ）のように各列の各画素の強度の和を求
め、これをＦＦＴ計算に供する。ここで、図９図に示す
ように各画素列を構成する３個の画素からそれぞれａ１
，ａ２，ａ３の強度信号が得られるものとしたとき、各
画素ごとに重み付けをするとよい。例えば、ａ１，ａ３
の重みを１とし、ａ２の重みを２とすれば、１列の強度
Ａは、Ａ＝ａ１＋２ａ２＋ａ３となる。このような処理
を行うことにより、対象物のパターンの特徴を強く出す
ことができ、仮りにリングの中心がずれたとしても認識
率を高めることができる。

【００２０】次に、ＦＦＴ計算によるデータ処理の具体
的方法について詳細に説明する。図１に示すように、第
１のリングの画像データを実数部データとして入力する
とともに、第２のリングの画像データを虚数部データと
して入力し、これら二つのデータに関して同時に高速フ
ーリエ変換（ＦＦＴ）の計算を行う。次に、計算した結
果を第１のデータの結果と第２のデータの結果とに分離
する。これによって、第１のリングのＦＦＴ計算結果の
実部と虚部が求められると同時に、第２のリングのＦＦ
Ｔ計算結果の実部と虚部が求められるので、それぞれの
実部をＦＦＴ計算結果として採用する。このようにして
各リングごとのＦＦＴ計算結果を求めたあとは、これを
画像パターンの周期性や位相情報として利用し、画像認
識に供することができる。

【００２１】上記一連のデータ処理の各段階を、入力、
ＦＦＴ計算、分離計算、出力に大別すると、全体の処理
時間の８〜９割がＦＦＴ計算に費やされる。例えば２５
６点ＦＦＴの場合８ステージの計算に分けられるが、リ
ングごとの分離計算は、１ステージ分の計算量にほぼ等
しい。

【００２２】ここで、フーリエ変換を実部入力データｘ
、虚部入力データｙ、位相回転子Ｗで表すと、

【数１】 周波数を反転した値は、

【数２】 となる。

【００２３】このことから、入力データｘに関するＦＦ
Ｔの結果はＮ／２を中心に実数部は偶関数、虚数部は奇
関数になっており、逆に入力データｙに関しては、実数
部は奇関数、虚数部は偶関数として得られることになる
。よって、入力データｘとｙのＦＦＴ計算結果を分離す
ることが可能になる。

【数３】

【００２４】上記の式によって、２種類の入力データの
ＦＦＴ計算結果が分離され、周波数が０からＮ／２まで
の実部と虚部が求められることになる。従って、ＦＦＴ
計算の入力データとして実部と虚部に独立した１次元画
像の強度データを入力し、前記の方法で計算すれば、周
波数０からＮ／２までの実部と虚部が独立に得られるこ
とになり、第１のデータと第２のデータのＦＦＴ計算結
果が同時に得られることになる。

【００２５】図１０は、以上のような２種類のデータを
実数部及び虚数部として入力してＦＦＴ計算し、その結
果を第１のデータの結果と第２のデータの結果とに分離
する一連の処理動作の様子を、図１に示す流れに沿って
線図で示したものである。これに対して図１１は、従来
行われているＦＦＴ計算によるデータ処理の様子を図１
０と対比させて示したものである。図１１に示す従来の
方法では、入力された１つのデータをＦＦＴ処理するこ
とにより実数部と虚数部が求められるが、もともと入力
されたデータは１つであるから、実数部と虚数部から求
められる結果も１つである。これに対して図１０に示す
本発明の実施例の場合は、１回のＦＦＴ計算を行えば、
その結果を分離するだけで２種類のデータについてのＦ
ＦＴ計算結果が得られるから、データ処理速度が約２倍
に高速化されたことになる。

【００２６】本発明は、硬貨の認識装置に限らず、その
他の画像処理装置あるいは画像処理装置以外のデータ処
理装置一般に適用可能である。また、ＦＦＴの入力デー
タとして実数部しかないものには総て利用することがで
きる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、第１のデータを実数部
データとして入力するとともに第２のデータを虚数部デ
ータとして入力し、これら二つのデータを同時にＦＦＴ
の計算を行い、計算した結果を第１のデータの結果と第
２のデータの結果とに分離することにより、第１のデー
タの結果と第２のデータの結果を同時に求めるようにし
たため、通常のＦＦＴ計算によって２つのデータを同時
に処理することができ、もって、通常のＦＦＴ計算によ
るデータ処理の約２倍の速度でデータ処理を行うことが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるデータ処理方法の実施例を示す
フローチャートである。

【図２】本発明方法を適用した画像処理装置の例を示す
ブロック図である。

【図３】同上画像処理装置の動作を示すフローチャート
である。

【図４】上記画像処理装置による信号処理過程を順に示
す概念図である。

【図５】上記画像処理装置による硬貨の裏面の認識原理
を段階的に示す説明図である。

【図６】上記画像処理装置による硬貨の裏面の認識原理
を段階的に示す説明図である。

【図７】上記画像処理装置において対象物の条件の変動
に対応して行う正規化の概念を示す線図である。

【図８】硬貨のパターン認識処理の別の例を段階的に示
す説明図である。

【図９】同上パターン認識処理に供する１列の画素の様
子を示す断面図である。

【図１０】本発明のデータ処理方法の概念を図１の流れ
に沿って示す波形図である。

【図１１】従来のデータ処理方法の概念を図１０との対
比で示す波形図である。

【符号の説明】

７　　ＦＦＴ計算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１のデータを実数部データとして入
   力するとともに第２のデータを虚数部データとして入力
   し、これら二つのデータを同時に高速フーリエ変換の計
   算を行い、計算した結果を第１のデータの結果と第２の
   データの結果とに分離し、第１のデータの結果と第２の
   データの結果を同時に求めることを特徴とするデータ処
   理方法。