JPH0954828A

JPH0954828A - 類似度算出装置及び方法ならびにこれを用いた位置検出装置

Info

Publication number: JPH0954828A
Application number: JP8120278A
Authority: JP
Inventors: Naomichi Mine; 直道嶺; Yoshihiko Hisamori; 芳彦久森
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: JP3598651B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モデル画像と背景の一部分が変化した入力画
像の類似度算出でも、精度よく、結果を出し得る類似度
算出装置を提供する。【解決手段】画像メモリ３に記憶の入力画像の各画素
の濃度勾配方向と、予めメモリ９に記憶のモデルの対応
する各画素の濃度勾配方向の差を減算部２０で求め、方
向差評価部２１で評価し、モデルより得られる重みで評
価値を重み付けて、積和演算部２２で加算し、除算部２
３で加算値を重み和算出部１９で算出された重み和で、
除算して類似度Ｒを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、入力画像とモデルと
類似度を算出する類似度算出装置及び方法並びにそれを
用いた位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、照明変動に対して影響の少ない濃
淡画像同士の類似度を算出する方法として、正規化相互
相関が知られている（画像解析ハンドブック、高木幹雄
・下田陽久監修、東京大学出版会）。この正規化相互相
関を用いた従来の画像処理装置の構成を図２３に示す。
この画像処理装置は、目的物を撮像するカメラ１と、撮
影した画像をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ
２と、デジタル化された画像を記憶する画像メモリ３
と、表示のためデジタル画像をアナログ信号に変換する
Ｄ／Ａコンバータ４と、ＣＲＴディスプレイ５と、アド
レス／データバス６と、タイミング制御部７と、入力画
像の取込み、表示、類似度算出等の種々の処理、制御を
実行するＣＰＵ８と、類似度算出のための画像データを
記憶するメモリ９と、類似度算出部１０と、しきい値判
定部１１とを備えている。

【０００３】上記の類似度算出部１０は、図２４に示す
ように、共分散算出部１２と、標準偏差算出部１３と、
積算部１４と、除算部１５とを備えている。この画像処
理装置において、カメラ１から出力されたアナログ映像
信号はＡ／Ｄコンバータ２で、タイミング制御部７から
のタイミング信号に同期して、Ａ／Ｄ変換された後、濃
淡画像として画像メモリ３に記憶される。画像メモリ３
に記憶された入力画像は、Ｄ／Ａコンバータ４を通じて
アナログ信号に変換された後、ＣＲＴディスプレイ５に
表示される。一方、類似度算出部１０において、画像メ
モリ３に記憶された入力画像と、予めメモリ９に記憶さ
れているモデル画像との類似度が算出され、メモリ９に
記憶される。メモリ９に記憶された類似度と予め設定さ
れているしきい値との比較がしきい値判定部１１で行わ
れ、ＯＫ／ＮＧの判定がされる。その結果は、メモリ９
に記憶される。各モジュール間のデータの受け渡しは、
アドレス／データバス６を通じて行われる。また、各モ
ジュールの起動コマンド発行は、ＣＰＵ８により行われ
る。

【０００４】類似度算出部１０では、モデル画像および
入力画像の大きさを（ｍｘ、ｍｙ）とし、入力画像の濃
度値をＩ（ｘ、ｙ）、モデル画像の濃度をＭ（ｘ、ｙ）
とすると、類似度（ＣＣ）は、以下の式により算出され
る。

【０００５】

【数１】

【０００６】画像メモリ３に記憶されている入力画像の
濃度値Ｉ（ｘ、ｙ）およびメモリ９に記憶されているモ
デル画像の濃度値Ｍ（ｘ、ｙ）が、アドレス／データバ
ス６を通じて類似度算出部１０に取り込まれる。共分散
算出部１２において、Ｉ（ｘ、ｙ）とＭ（ｘ、ｙ）の共
分散

【０００７】

【数２】

【０００８】が算出される。また、標準偏差算出部１３
において、Ｉ（ｘ、ｙ）の標準偏差

【０００９】

【数３】

【００１０】が算出される。積算部１４において、Ｉ
（ｘ、ｙ）の標準偏差とＭ（ｘ、ｙ）の標準偏差の積

【００１１】

【数４】

【００１２】が算出される。除算部１５において、正規
化相互相関値（ＣＣ）が算出され、モデル画像と入力画
像の類似度としてメモリ９に記憶される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の正規化
相互相関を求める手法は、濃度諧調の移動や伸縮の下で
不変なマッチング方法である。しかし、シェーディング
や背景変化等、モデル画像と入力画像との間に、線形変
換関係が成り立たない場合においては、モデル画像と入
力画像の共分散に対する各標準偏差の積の比が大きくな
ることにより、類似度が小さくなり、安定したパターン
認識ができないといった問題点がある。例えば、図２５
のように、モデル画像の背景の一部分が変化したような
入力画像とモデル画像の類似度の計算を行うと、類似度
は約０．６１となり、モデル画像同士の相関値１．０と
比べた場合、かなり低下し、安定した認識が行えない。

【００１４】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、モデル画像の背景の一部分が変化したよ
うな入力画像とモデル画像の類似度算出でも、精度良く
結果を出し得る装置および方法を提供することを目的と
している。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】この出願の特許
請求範囲の請求項１に係る類似度算出装置は、入力画像
の各画素における濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）を求める
濃度勾配方向算出手段と、この入力画像の濃度勾配方向
Ｉθ（ｘ、ｙ）と、所定のモデルの対応する画素の濃度
勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）との間で、濃度勾配方向の差を
評価する値ｆ｛Ｉθ（ｘ、ｙ）−Ｍθ（ｘ、ｙ）｝を求
める濃度勾配方向評価値算出手段と、この評価値に、前
記所定のモデルより得られる重みＭ_W（ｘ、ｙ）で重み
付けする重み付け手段と、重み付けした評価値を加算す
ることよって類似度

【００１６】

【数５】

【００１７】を算出する手段とを備えている。また、請
求項２に係る類似度算出装置は、入力画像の各画素にお
ける濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）を求める濃度勾配方向
算出手段と、この入力画像の濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、
ｙ）と、所定のモデルの対応する画素の濃度勾配方向Ｍ
θ（ｘ、ｙ）との間で、濃度勾配方向の差を評価する値
ｆ｛Ｉθ（ｘ、ｙ）−Ｍθ（ｘ、ｙ）｝を求める濃度勾
配方向評価値算出手段と、この評価値に、前記所定のモ
デルより得られる重みＭ_W（ｘ、ｙ）で重み付けする重
み付け手段と、重み付けした評価値を加算する加算手段
と、この重み付けされた加算値を重み合計で除算するこ
とにより類似度Ｒ

【００１８】

【数６】

【００１９】を算出する手段とを備えている。また、請
求項３に係る類似度算出装置は、請求項１、又は請求項
２に記載のものにおいて、重み付け手段の重みとして、
モデル画像の濃度勾配強度を使用している。また、請求
項４に係る類似度算出装置は、請求項１、請求項２、又
は請求項３記載のものにおいて、評価した値は濃度勾配
方向の差の余弦としている。

【００２０】また、請求項５に係る類似度算出装置は、
請求項１、請求項２、又は請求項３記載のものにおいて
評価した値は、濃度勾配方向の差が０°を含む所定の範
囲内の値であれば１とし、それ以外の所定の範囲内であ
れば−１とし、それ以外の所定の範囲内の値であれば０
としている。また、請求項６に係る類似度算出装置は、
請求項１、又は請求項２記載のものにおいて、重み付け
手段によって重み付けされた重み値が、所定値以上の画
素に対してのみ類似度算出を行うようにしている。

【００２１】また、請求項７に係る類似度算出装置は、
入力画像の各領域における濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）
を求める濃度勾配方向算出手段と、この入力画像の濃度
勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）と、所定のモデルの対応する領
域の濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）との間で、濃度勾配方
向の差を評価する値ｆ｛Ｉθ（ｘ、ｙ）−Ｍθ（ｘ、
ｙ）｝を求める濃度勾配方向評価値算出手段と、この評
価値に、前記所定のモデルより得られる重みＭ_W（ｘ、
ｙ）で重み付けする重み付け手段と、重み付けした評価
値を加算する加算手段と、この重み付けされた加算値を
重み合計で除算することにより類似度Ｒ

【００２２】

【数７】

【００２３】を算出する手段とを備えている。また、請
求項８に係る類似度算出方法は、入力画像の各画素につ
いて濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）を求め、所定のモデル
の対応する画素間でモデルの濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、
ｙ）の差を評価した値を、所定のモデルより得られる重
みＭ_W（ｘ、ｙ）で重み付けし、加算し、重み合計で除
算することによって、２つの濃淡画像の類似度

【００２４】

【数８】

【００２５】を算出する。また、請求項９に係る類似度
算出方法は、モデルより得られる重みとして、モデル画
像の濃度勾配強度とし、２つの濃淡画像の類似度を算出
する。また、請求項１０に係る類似度算出方法は、請求
項８に記載の方法において、評価した値として、濃度勾
配方向の差の余弦とし、２つの濃淡画像の類似度を算出
する。

【００２６】また、請求項１１に係る類似度算出方法
は、請求項８に記載の方法において、評価した値とし
て、濃度勾配方向の差が０°を含む所定の範囲内の値で
あれば１とし、それ以外の所定の範囲内の値であれば−
１とし、それ以外の所定の範囲内の値であれば０とし、
２つの濃淡画像の類似度を算出する。また、請求項１２
に係る位置検出装置は、モデル画像を記憶するモデル画
像記憶手段と、入力画像を記憶する入力画像記憶手段
と、モデル画像を入力画像内で位置移動させる走査手段
と、この走査過程でモデル画像と、その位置の入力画像
との類似度を算出する請求項１、請求項２記載の類似度
算出装置と、算出された類似度の最も高い入力画像の位
置を、入力画像中におけるモデルの位置とする位置決定
手段とを備えている。

【００２７】また、請求項１３に係る類似度算出装置
は、請求項１、請求項２又は請求項７に係るものにおい
て、複数のモデル画像の各画素における濃度勾配方向を
記憶する濃度勾配方向記憶手段と、前記複数モデル画像
の各画素における濃度勾配強度を記憶する濃度勾配強度
記憶手段と、前記濃度勾配方向から代表濃度勾配方向を
算出する代表濃度勾配方向算出手段と、前記濃度勾配方
向と前記濃度勾配強度から代表濃度勾配強度を算出する
代表濃度勾配強度算出手段を備えている。

【００２８】また、請求項１４に係る類似度算出方法
は、請求項９、請求項１０又は請求項１１に記載の方法
において、複数のモデル画像の各画素における濃度勾配
方向を記憶し、前記複数モデル画像の各画素における濃
度勾配強度を記憶し、前記濃度勾配方向から代表濃度勾
配方向を算出し、前記濃度勾配方向と前記濃度勾配強度
から代表濃度勾配強度を算出するようにしている。

【００２９】また、請求項１５に係る類似度算出装置
は、請求項１３に記載のものにおいて、代表濃度勾配方
向として、複数画像の濃度勾配方向の平均を求めるもの
である。また、請求項１６に係る類似度検出装置は、請
求項１３に記載のものにおいて、代表濃度勾配強度とし
て、複数画像の濃度勾配強度の相加手段を求めるもので
ある。

【００３０】また、請求項１７に係る類似度算出装置
は、請求項１３に記載のものにおいて、代表濃度勾配強
度として、複数画像の濃度勾配方向と濃度勾配強度およ
び複数画像の濃度勾配方向の平均から求めた代表濃度勾
配方向から濃度勾配強度の代表濃度勾配方向成分の相加
平均を求めるものである。また、請求項１８に係る類似
度検出装置は、複数画像の濃度勾配方向から、濃度勾配
方向の正弦の平均と余弦の平均を成分とするベクトルの
長さを求め、その値と請求項１７の代表濃度勾配強度と
の積を新たな代表濃度勾配強度として求めるものであ
る。

【００３１】また、請求項１９に係る類似度算出装置
は、予め複数の画像の各画素における濃度勾配方向を求
める濃度勾配方向算出手段と、前記複数画像の各画素に
おける濃度勾配強度を算出する濃度勾配強度算出手段
と、前記濃度勾配方向から代表濃度勾配方向を算出する
代表濃度勾配方向算出手段と、前記濃度勾配強度から代
表濃度勾配強度を算出する代表濃度勾配強度算出手段
と、を用いてモデルデータを作成し記憶しておく記憶部
と、入力画像の濃度勾配方向と、濃度勾配強度とを前記
モデルデータの対応する各画素の代表濃度勾配方向と代
表濃度勾配強度との間で、代表濃度勾配方向および代表
濃度勾配強度の差を評価する値を求める代表濃度勾配評
価値算出手段と、この評価値を加算することによって類
似度を算出する手段とを備えたている。

【００３２】また、請求項２０に係る類似度算出装置
は、予め複数の画像の各画素における濃度勾配方向を求
める濃度勾配方向算出手段と、前記複数画像の各画素に
おける濃度勾配強度を算出する濃度勾配強度算出手段
と、この濃度勾配方向から代表濃度勾配方向を算出する
代表濃度勾配方向算出手段と、前記濃度勾配強度から代
表濃度勾配強度を算出する代表濃度勾配強度算出手段
と、を用いてモデルデータを作成し記憶しておく記憶部
と、入力画像の濃度勾配方向と、濃度勾配強度とを前記
モデルデータの対応する各画素の代表濃度勾配方向と代
表濃度勾配強度との間で、代表濃度勾配方向および代表
濃度勾配強度の差を評価する値を求める代表濃度勾配評
価値算出手段と、この評価値を加算する加算手段と、こ
れを画素数で除算することによって類似度を算出する除
算手段とを備えている。

【００３３】また、請求項２１、請求項２２、請求項２
３、請求項２４に係る類似度算出装置は、いずれも請求
項１９あるいは請求項２０のものにおいて、それぞれ請
求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８と同様
の特徴を有するものである。

【００３４】請求項１ないし請求項６に係る類似度算出
装置では、濃度勾配方向の差を評価した値を加算するこ
とにより、２つの濃淡画像の類似度を算出する。濃度勾
配方向は、背景部と対象部とからなるコントラストが変
化した場合においても、値が同じであるという特徴があ
る。また、濃度勾配方向はマスク演算を用いて算出され
るため、連続的に背景部分が変化する場合においても、
局所的に見れば、背景部分は同じ濃度である。このた
め、濃度勾配方向が変化しにくいという特徴がある。ま
た、複雑背景上に対象が描かれている場合においても、
背景変化の不連続な部分で濃度勾配方向がおかしくなる
が、局所的に濃度勾配方向を算出しているため、画像全
体には伝播しないという特徴がある。よって、シェーデ
ィングのように背景部の濃淡値が連続的に変化するよう
なパターンや、複雑背景のように背景部に不連続な部分
はあるものの、その割合が少ないパターンにおいて、マ
ークや文字の認識が可能になる。

【００３５】請求項１、請求項２、請求項７、請求項８
に係る類似度算出装置では、画素数あるいは重み合計値
で除算するので、画素数や重み合計値が変化した場合に
おいても、類似度の意味が変化せず、しきい値決めが簡
単になる。請求項３、請求項９に係る類似度算出装置及
び方法では、濃度勾配強度で重み付けをした相関値とし
ているので、複雑背景のように背景が画像によって異な
るようなパターンにおいても、マークや文字の認識が可
能になる。

【００３６】請求項５、請求項１１に係る類似度算出装
置及び方法では、濃度勾配方向の差を評価した値を１、
０、−１の３値としているので、演算量が削減されると
いう効果があげられる。請求項５、請求項１１の類似度
算出装置及び方法では、濃度勾配方向の差を評価した値
の最大値を１とし、最少値を−１とし、請求項２、請求
項８の類似度算出装置及び方法では、画素数あるいは重
み合計値で除算するので、画素数や重み合計値が変化し
た場合においても、類似度最大値が１となり、最少値が
−１となり、モデル画像と同じ入力画像との類似度は１
となる。よって、１つのしきい値で複数のモデルの認識
が行えるため、しきい値設定が簡単になる。

【００３７】請求項４、請求項１０の類似度算出装置及
び方法では、濃度勾配方向の差を評価した値を濃度勾配
方向の差の余弦としているので、モデル画像と白黒反転
した入力画像との類似度は−１となる。請求項１５、請
求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、請求
項２０、請求項２１、請求項２２、請求項２３および請
求項２４の類似度検出装置では、代表濃度勾配方向と代
表濃度勾配強度を算出して類似度を求めるものであるか
ら、無地の上にマークや文字等が明瞭に描かれたワーク
を用意できない場合でも記載が可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の実施の
形態１の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
この実施の形態装置は、図２３に示した従来の画像処理
装置と同様のカメラ１、Ａ／Ｄコンバータ２、画像メモ
リ３、Ｄ／Ａコンバータ４、ＣＲＴディスプレイ５、ア
ドレス／データバス６、タイミング制御部７、ＣＰＵ
８、メモリ９、及びしきい値判定部１１を備える他、類
似度算出部１０に代えて、濃度勾配方向算出部１６、濃
度勾配強度算出部１７および類似度算出部１８を備えて
いる。

【００３９】上記類似度算出部１８は、図２に示すよう
に、重み和算出部１９と、減算部２０と、方向差評価部
２１と、積和演算部２２と、除算部２３とを備えてい
る。この実施の形態画像処理装置では、カメラ１から出
力されたアナログ映像信号はＡ／Ｄコンバータ２で、タ
イミング制御部７からのタイミング信号に同期してＡ／
Ｄ変換された後、画像メモリ３に記憶される。画像メモ
リに取り込まれた画像〔図４の（ａ）〕は、Ｄ／Ａコン
バータ４を通じてアナログ信号に変換された後、ＣＲＴ
ディスプレイ５に表示される。一方、画像メモリ３に取
り込まれた画像は、濃度勾配方向算出部１６において入
力濃度勾配方向〔図４の（ｂ）〕に変換され、メモリ９
に記憶される。類似度算出部１８において、予め濃度勾
配強度算出部１７および濃度勾配方向算出部１６におい
て算出され、メモリ９に記憶されているモデル濃度勾配
強度〔図３の（ｂ）〕と、モデル濃度勾配方向〔図３の
（ｃ）および入力濃度勾配方向〔図４（ｂ）〕を用いて
類似度が算出される。算出された類似度は、メモリ９に
記憶される。メモリ９に記憶されている類似度と予め設
定されているしきい値との比較がしきい値判定部１１で
行われ、ＯＫ／ＮＧの判定がされる。その結果は、メモ
リ９に記憶される。各モジュール間のデータの受け渡し
は、アドレス／データバス６を通じて行われる。また、
各モジュールの起動コマンド発行は、ＣＰＵ８により行
われる。

【００４０】類似度算出部では、モデル濃度勾配方向と
モデル濃度勾配強度および入力濃度勾配方向の大きさを
（ｍｘ、ｍｙ）とし、モデル濃度勾配方向をＭθ（ｘ、
ｙ）、モデル濃度勾配強度をＭ_W（ｘ、ｙ）、入力濃度
勾配方向をＩθ（ｘ、ｙ）とすると類似度（Ｒ）は、以
下の式により算出される。

【００４１】

【数９】

【００４２】ここで、入力濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）
とモデル濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）の差値の評価値を
濃度勾配方向の差の余弦とすれば、（請求項６）ｆ（ω）＝ｃｏｓω 一例として、また、評価した値として、濃度勾配方向の
差が０°を含む±４５°までの範囲内であれば１とし、
±（４５°〜１３５°）の場合は０とし、±（１３５°
〜１８０°）の場合は−１とし、（請求項７）

【００４３】

【数１０】

【００４４】となる。画像メモリ３に記憶されている入
力濃度勾配方向をＩθ（ｘ、ｙ）およびメモリ９に記憶
されているモデル濃度勾配強度をＭ_W（ｘ、ｙ）とモデ
ル濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）が、アドレス／データバ
ス６を通じて、類似度算出部１８に取り込まれる。重み
和算出部１９において、モデル濃度勾配強度の合計値

【００４５】

【数１１】

【００４６】が算出される。また、減算部２０において
各画素の入力濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）とモデル濃度
勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）の差

【００４７】

【数１２】

【００４８】が算出される。方向差評価部２１におい
て、

【００４９】

【数１３】

【００５０】が算出され、積和演算部２２において、

【００５１】

【数１４】

【００５２】が算出され、除算部２３において、本実施
形態に係る類似度が算出される。モデルは予め以下の手
順で作成され、メモリ９に記憶されている。モデル画像
をカメラ１より、Ａ／Ｄコンバータ２を通じて画像メモ
リ３に取り込む〔図３の（ａ）〕。モデル画像は、濃度
勾配方向算出部１６においてモデル濃度勾配方向〔図３
の（ｃ）〕に変換され、濃度勾配強度算出部１７におい
てモデル濃度勾配強度〔図３の（ｂ）〕に変換される。
モデル濃度勾配方向とモデル濃度勾配強度は、メモリ９
に記憶される。濃度勾配強度算出部１７においては、以
下の式（Ｓｏｂｅｌオペレータ）により、濃度勾配強度
が算出される。

【００５３】

【数１５】

【００５４】濃度勾配強度算出方法としては、グラジェ
ント等のオペレータでも良い。濃度勾配方向算出部１６
においては、以下の式（Ｓｏｂｅｌオペレータ）によ
り、濃度勾配方向〔０°、３６０°〕が算出される。Ｍθ（ｘ、ｙ）＝ａｔａｎ２（Ｄｘ、Ｄｙ）ここで、ａｔａｎ２とは、Ｄｘ座標、Ｄｙ座標で表され
るＤｘ−Ｄｙ座標の逆正接関数をさす（図５）。濃度勾
配方向算出方法としては、Ｐｒｅｗｉｔｔオペレータ等
の他のオペレータでも良い。

【００５５】正規化相互相関が苦手とする図２５のパタ
ーンについて、本発明に係る手法を適用する。ただし、
濃度勾配強度および濃度勾配方向の算出には、３×３の
マスク演算を行っているため、図６の（ａ）および
（ｂ）のように、モデル画像、入力画像ともに１画素の
余白があるものとする。モデル濃度勾配方向および入力
濃度勾配方向を上記手法を用いて算出すると、図６の
（ｃ）および（ｄ）のようになる。また、モデル濃度勾
配強度を上記手法を用いて算出すると、図６の（ｅ）の
ようになる。ここで、モデル濃度勾配方向についている
ＮＤというラベルは、Ｄｘ、Ｄｙともに０であったた
め、方向が不定となる画素を示している。この画素の方
向差評価は、ｆ（ω）＝０とする。入力濃度勾配方向と
モデル濃度勾配方向の差を図６の（ｆ）に示す。ｆ
（ω）＝ｃｏｓω、及び上記数値例を用いて、方向差の
評価を行うと、図７の（ｇ）や（ｈ）のようになり、方
向が不定の部分（ＮＤ）を除き、背景の濃度値の不連続
な部分では値が小さくなる。しかし、それ以外では、背
景と文字部のコントラストに影響されることなく、評価
値が１に近くなっていることがわかる。請求項６に係る
ｆ（ω）を用いた場合の類似度は、約０．９２、請求項
７に係るｆ（ω）を用いた場合の類似度は、約０．９４
となり、正規化相互相関を用いた類似度（約０．６１）
と比べても、評価値の低下が無いことがわかり、本発明
に係る類似度算出法が背景変化に強いことがわかる。

【００５６】この他、背景部にシェーディングがあるパ
ターン（図８）においても、正規化相互相関による類似
度は、約０．９１であるのに対し、本発明に係る類似度
算出法においては、請求項６に係るｆ（ω）を用いた場
合、約０．９８、請求項７に係るｆ（ω）を用いた場
合、１．０となり、本手法がシェーディングに対して
も、有効であることが示された。

【００５７】図９は、この発明の実施形態２の位置検出
装置を示すブロック図である。この実施形態位置検出装
置は、図１に示す画像処理装置の同一番号の構成部を備
える他、さらに類似度算出部１８、しきい値判定部１１
に代えて、照合位置検出部２４、重み和算出部２５、類
似度算出部２６、および位置検出部２７を備えている。

【００５８】類似度算出部２６は、図１０に示すよう
に、減算部２０と、方向差評価部２１と、積和演算部２
２と、除算部２３とを備えている。なお、除算部２３に
は、重み和算出部２５で算出された重み和がアドレス／
データバス６を介して、加えられるようになっている。

【００５９】この実施形態位置検出装置では、カメラ１
から出力されたアナログ映像信号は、Ａ／Ｄコンバータ
２で、タイミング制御部７からのタイミング信号に同期
してＡ／Ｄ変換された後、画像メモリ３に記憶される。
画像メモリ３に取り込まれた画像〔図１２（ａ）〕は、
Ｄ／Ａコンバータ４を通じてアナログ信号に変換された
後、ＣＲＴディスプレイ５に表示される。一方、画像メ
モリ３に取り込まれた画像は、濃度勾配方向算出部１６
において、入力濃度勾配方向〔図１２の（ｂ）〕に変換
され、メモリ９に記憶される。照合位置算出部２４にお
いて、モデルと入力画像との照合位置（ｉ、ｊ）（モデ
ルの左上隅座標基準）が計算される。類似度算出部２６
において、予め濃度勾配強度算出部１７および濃度勾配
方向算出部１６において算出され、メモリ９に記憶され
ているモデル濃度勾配強度〔図１１の（ｂ）〕と、モデ
ル濃度勾配方向〔図１１の（ｃ）〕および重み和算出部
２５において算出され、メモリ９に記憶されているモデ
ル濃度勾配強度の合計値を用いて類似度〔Ｒ（ｉ、
ｊ）〕が算出される。算出された類似度と、その照合位
置はメモリ９に記憶される。順次、照合位置算出部２４
において（ｉ、ｊ）の値を変化させ、すべての可能な照
合位置での類似度を算出する。なお、照合位置算出部２
４において、探索終了のメッセージが返ってきた場合に
は、処理を位置検出部２７にうつす。メモリ９に記憶さ
れている類似度の最大値と、予め設定されているしきい
値との比較が位置検出部２７で行われ、ＯＫ／ＮＧの判
定がされる。その結果は、メモリ９に記憶される。ま
た、ＯＫの場合には、最大値の位置、即ちモデルと入力
画像との照合位置（ｉｍａｘ、ｊｍａｘ）がメモリ９に
記憶される。各モジュール間のデータの受渡しは、アド
レス／データバス６を通じて行われる。また、各モジュ
ールの起動コマンド発行は、ＣＰＵ８により行われる。

【００６０】図１４に照合位置算出部の処理の流れを示
す。予め定められた探索範囲（図１３）を（ｓｘ、ｓ
ｙ）−（ｅｘ、ｅｙ）とする。初期値として（ｉ、ｊ）
＝（ｓｘ−１、ｓｙ）が設定されているものとする。モ
デルが探索範囲に収まるように探索範囲の左上から右下
に向かいモデルを走査し、モデルと入力画像との照合位
置を求める。右下隅まで、照合が済むと位置検出部は探
索終了の判定を返す。

【００６１】類似度算出部においては、照合位置（ｉ、
ｊ）での類似度Ｒ（ｉ、ｊ）が、以下の式により、算出
される。

【００６２】

【数１６】

【００６３】なお、算出手順については、実施形態１と
同様である。また、本実施形態においても、実施形態１
と同様に背景変化やシェーディングに対して、安定に認
識できるという効果があげられる。図１５は、この発明
の実施形態３の刻印文字読み取り装置の構成を示すブロ
ック図である。この実施例刻印文字読み取り装置は、基
本構成は、図９の位置検出装置とほぼ同じであり、図９
の位置検出装置と同一番号の構成部を有する他、さらに
位置検出部２７に代えて、文字読み取り部２８を備えて
いる。

【００６４】この実施形態刻印文字読み取り装置では、
カメラ１から出力されたアナログ映像信号は、Ａ／Ｄコ
ンバータ２で、タイミング制御７からのタイミング信号
に同期してＡ／Ｄ変換された後、画像メモリ３に記憶さ
れる。画像メモリ３に取り込まれた画像〔図１７の
（ａ）〕は、Ｄ／Ａコンバータ４を通じてアナログ信号
に変換された後、ＣＲＴディスプレイ５に表示される。
一方、画像メモリ３に取り込まれた画像は、濃度勾配方
向算出部１６において入力濃度勾配方向〔図１７の
（ｂ）〕に変換され、メモリ９に記憶される。照合位置
算出部２４において、モデルと入力画像との照合位置
（ｉ、ｊ）（モデルの左上隅座標基準）が計算される。

【００６５】各文字〔図１６の（ａ）〕毎に、モデル濃
度勾配強度〔図１６の（ｂ）〕と、モデル濃度勾配方向
〔図１６の（ｃ）〕が濃度勾配強度算出部１７におよび
濃度勾配方向算出部１６において、予め算出され、メモ
リ９に記憶されている。また、各文字毎に、モデル濃度
勾配強度の合計値が重み和算出部２５において算出さ
れ、メモリ９に記憶されている。類似度算出部２６にお
いて、モデル濃度勾配強度〔図１６の（ｂ）〕とモデル
濃度勾配方向〔図１６の（ｃ）〕およびモデル濃度勾配
強度の合計値を用いて、類似度〔Ｒ（ｉ、ｊ．ｍｏｄｅ
ｌ）〕が算出される。算出された類似度〔Ｒ（ｉ、ｊ．
ｍｏｄｅｌ）〕と、その照合位置（ｉ、ｊ）およびモデ
ル名（ｍｏｄｅｌ）は、メモリ９に記憶される。順次
（ｉ、ｊ）の値を変化させ、すべての可能な照合位置で
の類似度を算出する。これを読み取りを行うすべての文
字について行う。

【００６６】メモリ９に記憶されている類似度を用い、
文字読み取り部２８において文字の読み取りが行われ
る。ある照合位置（ｉ、ｊ）でのすべてモデルに対する
類似度の内、最大を示すモデルをｍｏｄｅｌ−ｍａｘと
する。その類似度Ｒ（ｉ、ｊ、ｍｏｄｅｌ−ｍａｘ）
が、予め設定され、メモリ９に記憶されているしきい値
以上の場合、（ｉ、ｊ）の位置にモデル（ｍｏｄｅｌ−
ｍａｘ）に対応する文字があるとの判定を行い、メモリ
９に文字と位置を記憶する。これをすべての可能な
（ｉ、ｊ）について行う。

【００６７】各モジュール（構成部）間のデータの受け
渡しは、アドレス／データバス６を通じて行われる。ま
た、各モジュールの起動コマンド発行は、ＣＰＵ８によ
り行われる。照合位置算出部の処理は、実施形態２と同
様である。類似度算出部においては、あるモデル（ｍｏ
ｄｅｌ）の照合位置（ｉ、ｊ）での類似度（ｉ、ｊ．ｍ
ｏｄｅｌ）が以下の式により、算出される。

【００６８】

【数１７】

【００６９】なお、算出手順については、実施形態１と
同様である。刻印文字〔図１８の（ａ）〕の場合には、
濃度勾配方向を見た場合、照明の方向により、同じ位置
でも方向が１８０°ずれる可能性がある〔図１９の
（ｆ）、（ｇ）〕。これは、照明の当り方によって、影
の位置が異なるため〔図１８の（ｂ）、（ｃ）〕、画像
の見え方が変化するためである〔図１８の（ｄ）、
（ｅ）〕。これに対応するため、類似度の式の関数ｆ
（ω）をｆ（ω）＝ｃｏｓ（２ω）とすれば、方向が１
８０°ずれた場合にも、ｆ（ω）＝１となり、方向が同
じであるように取り扱うことができる。即ち、ｆ（θ）
＝ｆ（θ＋１８０）である。

【００７０】例えば、図２０の（ａ）のモデル画像を用
いて、照明の方向が異なる画像〔図２１の（ｄ）〕との
類似度を求める場合、モデル濃度勾配方向〔図２１の
（ｃ）〕と、入力濃度勾配方向〔図２１の（ｅ）〕の角
度差は、照明の方向により１８０°となる〔図２２の
（ｆ）〕。よって、類似度の式のｆ（ω）をｆ（ω）＝
ｃｏｓ（２ω）とすることにより、ｆ（ω）の値が１．
０となる〔図２２の（ｈ）〕。従って、類似度を計算す
ると、１．０となり、類似度の低下はない。一方、従来
の手法を用いてモデル画像〔図２０の（ａ）〕と、入力
画像〔図２１の（ｄ）〕の類似度を求めると、−０．８
４となり、絶対値を取ったとしても０．８４となり、本
発明に係る手法の優位性が示された。

【００７１】上記図１〜図２５で示した実施形態の類似
度検出装置等の各装置では、無地の上にマークや文字等
の対象が明瞭に描かれたワークを撮像し、各画素位置で
の濃度勾配方向と濃度勾配強度をモデルとして登録して
いる。しかし、今ここで例として図２６のように透明シ
ート上に印刷されたマークが、背景パターン上の様々な
位置に重なり得るようなワークを考える。これらのワー
クを撮像したものが図２７の画像０〜４である。画像０
は無地の上にマークが重なっている。各画像の濃度勾配
方向と濃度勾配強度は例えば図２８、図２９のようにな
る。図２８、図２９の濃度勾配方向において黒く塗りつ
ぶされた箇所は方向が不定であることを意味する。

【００７２】類似度算出の式を、

【００７３】

【数１８】

【００７４】とする。ここでモデル濃度勾配方向とモデ
ル濃度勾配強度および入力濃度勾配方向の大きさをｍｘ
×ｍｙとし、モデル濃度勾配方向をＭθ（ｘ、ｙ）、モ
デル濃度勾配強度をＭ_w（ｘ、ｙ）、入力濃度勾配方向
をＩθ（ｘ、ｙ）とした。方向差を評価する関数ｆを

【００７５】

【数１９】

【００７６】とする。画像０のように無地の上にマーク
が重なったワークからモデルを作ると、入力が画像１の
ようにマークが背景パターン上に重なるようなワークで
も、相関値Ｒは約０．９３である。これはモデル画像同
士の相関値１．０と比べた場合にかなり近く、安定した
認識が行える。

【００７７】ところが、無地の上に対象が描かれたワー
クを用意できない場合に、背景パターン上に対象が描か
れたワークから作成したモデルを用いて照合を行おうと
すると、類似度が従来のモデルに比べて小さな値とな
り、認識の精度が悪くなるという問題点がある。例えば
画像４からモデルを作ると、画像１との類似度は０．７
４と小さくなり、安定した認識が行えない。

【００７８】以上のような問題点があるために、無地の
上に対象が描かれたワークを用意できない場合は、十分
な性能が得られないことがわかる。以下では、複数のワ
ークを撮像した画像から１つのモデルを作成する手段を
有することにより、無地の上に対象が描かれたワークを
用意できなくても、十分な性能の得られる実施形態類似
度算出装置について説明する。

【００７９】図３０は、この発明の実施形態４の類似度
算出装置のブロック図である。また、実施形態５の位置
検出装置のブロック図を図３１に示す。図３０は図１の
類似度算出装置に、図３１は図９の位置検出装置に、代
表濃度勾配方向算出部２９と代表濃度勾配強度算出部３
０を追加したものである。以下に代表濃度勾配方向算出
部２９と代表濃度勾配強度算出部３０が、代表濃度勾配
方向と代表濃度勾配強度の算出に必要な情報を得るまで
の過程を説明する。

【００８０】様々な背景パターンに対象が描かれたワー
クの画像が、カメラ１において撮像される。出力された
アナログ映像信号はＡ／Ｄコンバータ２で、タイミング
制御部７からのタイミング信号に同期してＡ／Ｄ変換さ
れた後、画像メモリ３に記憶される。前記手順によっ
て、大きさｍｘ×ｍｙのモデル画像がＮ枚、画像メモリ
３に記憶される。画像メモリ３に記憶されている画像ｉ
（１≦ｉ≦Ｎ）の位置（ｘ、ｙ）（０≦ｘ≦（ｍｘ−
１）、０≦ｙ≦（ｍｙ−１））における濃度勾配方向Ｍ
θ（ｉ、ｘ、ｙ）は濃度勾配方向算出部１６において、
濃度勾配強度Ｍ_w（ｉ、ｘ、ｙ）は濃度勾配強度算出部
１７において算出される。濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、
ｙ）と濃度勾配強度Ｍ_w（ｉ、ｘ、ｙ）はメモリ９に記
憶される。位置（ｘ、ｙ）の代表濃度勾配方向Ｍθ
_p（ｘ、ｙ）は、Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）に基づいて、代表
濃度勾配方向算出部２９において算出される。また、位
置（ｘ、ｙ）の代表濃度勾配強度Ｍ_wp（ｘ、ｙ）は、Ｍ
θ（ｉ、ｘ、ｙ）とＭ_w（ｉ、ｘ、ｙ）に基づいて、代
表濃度勾配強度算出部３０において算出される。

【００８１】図３２は代表濃度勾配方向と代表濃度勾配
強度の算出を、モデル画像中のすべての位置（ｘ、ｙ）
（０≦ｘ≦（ｍｙ−１）、０≦ｙ≦（ｍｙ−１））にお
いて行うことを示すフロー図である。先ず、変数ｘ、ｙ
を０とし（ＳＴ１１）、次に、各位置における代表濃度
勾配方向や代表濃度勾配強度を求める処理（フロー図３
３〜３６）を行い（ＳＴ１２）、変数ｘを１インクリメ
ントするとともに（ＳＴ１３）、この変数がｍｘに達す
るまで、ＳＴ１２、ＳＴ１３の処理を繰り返す。ｘ＝ｍ
ｘとなると、ＳＴ１４の判定がＮＯとなり、今度はｙを
１インクリメントとし、ｘを０とし（ＳＴ１６）、ＳＴ
１２に戻り、再びＳＴ１２、ＳＴ１３の処理をｘ＝ｍｘ
となるまで繰り返す。ｘ＝ｍｘとなると、再度変数ｙを
１インクリメントする。そして、ｙ＝ｍｙ−１となるま
で、上記ＳＴ１１〜ＳＴ１６の処理を繰り返す。

【００８２】請求項１６に係る代表濃度勾配方向算出部
２９のフロー図を図３３に示す。ここでは、先ず、変数
αを０、変数βを０、変数ｉを１とし、初期設定し（Ｓ
Ｔ２１）、次にＭθ（ｉ、ｘ、ｙ）≠方向不定か？を判
定する（ＳＴ２２）。不定でなければ、α＝α＋ｃｏｓ
Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）、β＝β＋ｓｉｎＭθ（ｉ、ｘ、
ｙ）の演算を行う（ＳＴ２３）。次に、変数ｉを１イン
クリメントし（ＳＴ２４）、変数ｉがＮを越えるまで
（ＳＴ２５）、ＳＴ２２〜ＳＴ２４の処理を繰り返す。
ＳＴ２５の判定がＹＥＳとなると、α＝α／Ｎ、β＝β
／Ｎの演算を行う（ＳＴ２６）。ステップＳＴ２６にお
いて、αの値は濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）の余弦
の平均、βの値は濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）の正
弦の平均となる。すなわち、

【００８３】

【数２０】

【００８４】濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）の値が不
定の時には、ＳＴ２２においてその判定が行われ、ＳＴ
２３をスキップし、ＳＴ２３での加算は行われない。
（α²＋β²）の平方根は濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、
ｙ）間のばらつきが大きいほど、その値は小さくなるの
で、注目画素（ｘ、ｙ）における濃度勾配方向Ｍθ
（ｉ、ｘ、ｙ）の安定性の指標となる。α、βの値に基
づいて、代表濃度勾配方向Ｍθ _p（ｘ、ｙ）は、

【００８５】

【数２１】

【００８６】となる。ここでδはあらかじめ設定された
しきい値である。ａｔａｎ２（Ｘ、Ｙ）とは、Ｘ座標、
Ｙ座標で表わされるＸ−Ｙ座標の逆正接関数をさす（図
５）。請求項１７に係る代表濃度勾配強度算出部３０の
フロー図を図３４に示す。ここでは、代表濃度勾配強度
を算出するのに、先ず、変数Ｍ₁を０とし、変数ｉを１
とし（ＳＴ３１）、Ｍ₁＝Ｍ₁＋Ｍ_W（ｉ、ｘ、ｙ）の演
算を行い（ＳＴ３２）、さらに変数ｉを１インクリメン
トし（ＳＴ３３）、変数ｉがＮになるまでＳＴ３２、Ｓ
Ｔ３３の処理を繰り返す。そして、ＳＴ３４でｉ＝Ｎと
なると、代表濃度勾配強度Ｍ_WP1（ｘ、ｙ）：（Ｍ
_WP1（ｘ、ｙ）＝Ｍ₁÷Ｎ）を算出する。代表濃度勾配強
度Ｍ_wp1（ｘ、ｙ）は、濃度勾配強度Ｍ_w（ｉ、ｘ、ｙ）
の相加平均、

【００８７】

【数２２】

【００８８】となる。請求項１８に係る代表濃度勾配強
度算出部３０のフロー図を図３５に示す。ステップＳＴ
４６においてＮＯと判定された時、Ｍ₂の値は、大きさ
が１、向きが代表濃度勾配方向Ｍθ_p（ｘ、ｙ）のベク
トルと、大きさが濃度勾配強度Ｍ_w（ｉ、ｘ、ｙ）、向
きが濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）のベクトルとの内
積和、

【００８９】

【数２３】

【００９０】となる。濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）
の値が不定の時には、ステップＳＴ４２においてその判
定が行われ、ステップＳＴ４３、ＳＴ４４の処理は行わ
れないでスキップされ、ＳＴ４５に移る。代表濃度勾配
強度Ｍ_wp2（ｘ、ｙ）は、Ｍ₂とＮとの商、

【００９１】

【数２４】

【００９２】となる（ＳＴ４７）。代表濃度勾配強度Ｍ
_wp2（ｘ、ｙ）には、濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）
が代表濃度勾配方向Ｍθ_p（ｘ、ｙ）から離れるほど、
濃度勾配強度Ｍ_w（ｉ、ｘ、ｙ）の寄与が小さくなると
いう性質がある。請求項１９に係る代表濃度勾配強度算
出部３０のフロー図を図３６に示す。ステップＳＴ５８
において、αの値は濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）の
余弦の平均、βの値は濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）
の正弦の平均となる。すなわち、

【００９３】

【数２５】

【００９４】となる。またＭ₃の値は、大きさが１、向
きが代表濃度勾配方向Ｍθ_p（ｘ、ｙ）のベクトルと、
大きさが濃度勾配強度Ｍ_w（ｉ、ｘ、ｙ）、向きが濃度
勾配強度Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）のベクトルとの内積和の平
均、

【００９５】

【数２６】

【００９６】となる。濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）
の値が不定の時には、ステップＳＴ５２においてその判
定が行われ、ＳＴ５３、ＳＴ５４、ＳＴ５５の処理は行
われない。代表濃度勾配強度Ｍ_wp3（ｘ、ｙ）は、Ｍ
₃と、濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）の安定性の指標
となる（α²＋β²）のルートの積になる。

【００９７】

【数２７】

【００９８】となる。代表濃度勾配強度Ｍ_wp3（ｘ、
ｙ）には、濃度勾配方向Ｍθ（ｉ、ｘ、ｙ）がばらつい
ているほど、その値が小さくなるという性質がある。以
下に前記の代表濃度勾配方向と代表濃度勾配強度を図２
７の画像１〜４から算出し、画像１との類似度を示す。
なお代表濃度勾配方向Ｍθ_p（ｘ、ｙ）と、代表濃度勾
配強度をＭ_wp3（ｘ、ｙ）の算出の際のしきい値δは、
０とした。

【００９９】画像１〜４から代表濃度勾配方向Ｍθ
_p（ｘ、ｙ）、代表濃度勾配強度をＭ_wp1（ｘ、ｙ）を求
めると図３７、図３８のようになる。このモデルと画像
１との類似度を算出すると約０．８９になる。画像１〜
４から代表濃度勾配方向Ｍθ_p（ｘ、ｙ）、代表濃度勾
配強度をＭ_wp2（ｘ、ｙ）を求めると図３９のようにな
る。このモデルと画像１との類似度を算出すると約０．
８９になる。

【０１００】画像１〜４から代表濃度勾配方向Ｍθ
_p（ｘ、ｙ）、代表濃度勾配強度をＭ_wp3（ｘ、ｙ）を求
めると図４０のようになる。このモデルと画像１との類
似度を算出すると約０．９７になる。いずれの場合も、
画像０と画像１との類似度（約０．９３）に近いため、
安定した認識が可能となる。

【０１０１】以上のように、本発明に係るモデル作成手
法によって、無地の上にマークや文字が描かれたワーク
を用意できない場合でも、モデルを作ることができる。

【０１０２】

【発明の効果】請求項１、請求項２、請求項７及び請求
項８に係る発明によれば、濃度勾配方向の差を評価した
値を加算することにより、２つの画像の類似度を算出す
るものであり、濃度勾配方向は、背景部と対象部とから
なるコントラストが変化した場合においても値が同じで
ある。マスク演算を用いて算出されるため、連続的に背
景部分が変化する場合においても、局所的に見れば、背
景部分は同じ濃度であり、濃度勾配方向が変化しにく
い。複雑背景上に対象が描かれている場合においても、
背景変化の不連続な部分で濃度勾配方向がおかしくなる
が、局所的に濃度勾配方向を算出しているため、画像全
体には伝播しない。等の特徴があるので、シェーディン
グのように背景部の濃淡値が連続的に変化するようなパ
ターンや、複雑背景のように背景部に不連続な部分はあ
るものの、その割合が少ないパターンにおいて、マーク
や文字の認識が可能になるという効果がある。

【０１０３】また、請求項２、請求項７及び請求項８に
係る発明によれば、画素数あるいは重み合計値で除算す
るので、画素数や重み合計値が変化した場合において
も、類似度の意味が変化せず、しきい値決めが簡単にな
るという効果がある。また、請求項３、請求項９に係る
発明によれば、濃度勾配強度で重み付けをした相関値と
しているので、複雑背景のように背景が画像によって異
なるようなパターンにおいても、マークや文字の認識が
可能になるという効果がある。

【０１０４】請求項２、請求項７、請求項８に係る発明
によれば、１つのしきい値で複数のモデルの認識が行え
るため、しきい値設定が簡単になるという効果がある。
また、請求項４、請求項１０に係る発明によれば、濃度
勾配方向の差を評価した値を濃度勾配方向の差の余弦と
するものであるから、モデル画像と白黒反転した入力画
像との類似度は−１となるという効果がある。

【０１０５】また、請求項１２に係る発明によれば、モ
デルの入力画像中での位置を精度良く検出できる。ま
た、請求項１３ないし請求項２４に係る発明によれば、
無地の上にマークや文字等が明瞭に描かれたワークを用
意できない場合でも、精度良く認識ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態画像処理装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】同実施形態画像処理装置の類似度算出部の構成
を示すブロック図である。

【図３】同実施形態画像処理装置におけるモデル画像を
説明する図である。

【図４】同実施形態画像処理装置における入力画像を説
明する図である。

【図５】同実施形態画像処理装置のモデル画像の濃度勾
配方向算出を説明する図である。

【図６】同実施形態画像処理装置の類似度算出の一例を
説明する図である。

【図７】図６とともに、同実施形態画像処理装置の類似
度算出の一例を説明する図である。

【図８】同実施形態画像処理装置の類似度算出の一例を
説明する図である。

【図９】この発明の他の実施形態位置検出装置の構成を
示すブロック図である。

【図１０】同実施形態位置検出装置の類似度算出部の構
成を示すブロック図である。

【図１１】同実施形態位置検出装置におけるモデル画像
を説明する図である。

【図１２】同実施形態位置検出装置における入力画像を
説明する図である。

【図１３】同実施形態位置検出装置における位置探索を
説明する図である。

【図１４】同実施形態位置検出装置における位置探索処
理を説明するフロー図である。

【図１５】この発明の他の実施形態刻印文字読み取り装
置の構成を示すブロック図である。

【図１６】同実施形態刻印文字読み取り装置におけるモ
デル画像を説明する図である。

【図１７】同実施形態刻印文字読み取り装置における入
力画像を説明する図である。

【図１８】同実施形態刻印文字読み取り装置における照
明方向の相違による読み取り画像の相違を説明する図で
ある。

【図１９】図１８とともに、同実施形態刻印文字読み取
り装置における照明方向の相違による読み取り画像の相
違を説明する図である。

【図２０】同実施形態刻印文字読み取り装置における刻
印文字照合の一例を示す図である。

【図２１】図２０ともに、同実施形態刻印文字読み取り
装置における刻印文字照合の一例を示す図である。

【図２２】図２０、図２１ともに、同実施形態刻印文字
読み取り装置における刻印文字照合の一例を示す図であ
る。

【図２３】従来の画像処理装置の構成を示すブロック図
である。

【図２４】同従来の画像処理装置の類似度算出部の構成
を示すブロック図である。

【図２５】同従来の画像処理装置のモデル画像と入力画
像の一例を示す図である。

【図２６】透明シートに覆われたワークを背景パターン
を有するものに設置する場合を示す図である。

【図２７】図２６に示すワークを撮像した画像の例を示
す図である。

【図２８】図２７に示す画像０の場合の濃度勾配方向と
濃度勾配強度を示す図である。

【図２９】図２７に示す画像１、画像２、画像３及び画
像４の場合の濃度勾配方向と濃度勾配強度を示す図であ
る。

【図３０】この発明の他の実施形態類似度算出装置の構
成を示すブロック図である。

【図３１】この発明のさらに他の実施形態位置検出装置
の構成を示すブロック図である。

【図３２】図３０、図３１に示す実施形態装置におい
て、モデル中の全画素を用いて代表濃度勾配方向と代表
濃度勾配強度の算出を行う場合のフロー図である。

【図３３】図３０、図３１に示す装置で、代表濃度勾配
方向の算出方法を示すフロー図である。

【図３４】図３０、図３１に示す装置で、代表濃度勾配
強度の算出方法を示すフロー図である。

【図３５】図３０、図３１に示す装置で、代表濃度勾配
強度の別の算出方法を示すフロー図である。

【図３６】図３０、図３１に示す装置で、代表濃度勾配
強度のさらに他の算出方法を示すフロー図である。

【図３７】図３２、図３３に示す算出フロー図によって
得られた画像１〜画像４からの代表濃度勾配方向を示す
図である。

【図３８】図３２、図３４に示す算出フロー図によって
得られた画像１〜画像４からの代表濃度勾配強度を示す
図である。

【図３９】図３２、図３５に示す算出フロー図によって
得られた画像１〜画像４からの代表濃度勾配強度を示す
図である。

【図４０】図３２、図３６に示す算出フロー図によって
得られた画像１〜画像４からの代表濃度勾配強度を示す
図である。

【符号の説明】

３画像メモリ９メモリ１９重み和算出部２０減算部２１方向差評価部２２積和演算部２３除算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像の各画素における濃度勾配方向Ｉ
θ（ｘ、ｙ）を求める濃度勾配方向算出手段と、この入
力画像の濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）と、所定のモデル
の対応する画素の濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）との間
で、濃度勾配方向の差を評価する値ｆ｛Ｉθ（ｘ、ｙ）
−Ｍθ（ｘ、ｙ）｝を求める濃度勾配方向評価値算出手
段と、この評価値に、前記所定のモデルより得られる重
みＭ_W（ｘ、ｙ）で重み付けする重み付け手段と、重み
付けした評価値を加算することよって類似度を算出する
手段とを備えた類似度算出装置。
【請求項２】入力画像の各画素における濃度勾配方向Ｉ
θ（ｘ、ｙ）を求める濃度勾配方向算出手段と、この入
力画像の濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）と、所定のモデル
の対応する画素の濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）との間
で、濃度勾配方向の差を評価する値ｆ｛Ｉθ（ｘ、ｙ）
−Ｍθ（ｘ、ｙ）｝を求める濃度勾配方向評価値算出手
段と、この評価値に、前記所定のモデルより得られる重
みＭ_W（ｘ、ｙ）で重み付けする重み付け手段と、重み
付けした評価値を加算する加算手段と、この重み付けさ
れた加算値を重み合計で除算することにより類似度Ｒを
算出する手段とを備えた類似度算出装置。
【請求項３】前記重み付け手段は、重みとして、モデル
画像の濃度勾配強度とする請求項１又は請求項２記載の
類似度算出装置。
【請求項４】前記差値の評価した値は、濃度勾配方向の
差の余弦である請求項１、請求項２あるいは請求項３記
載の類似度算出装置。
【請求項５】前記差値を評価した値は、濃度勾配方向の
差が０°を含む所定の範囲内の値であれば１とし、それ
以外の所定の範囲内の値であれば−１とし、それぞれ以
外の所定の範囲内の値であれば０とする請求項１、請求
項２又は請求項３記載の類似度算出装置。
【請求項６】前記重み付け手段によって重み付けされた
重み値が所定値以上の画素に対してのみ類似度算出を行
うようにした請求項１又は請求項２記載の類似度算出装
置。
【請求項７】入力画像の各領域における濃度勾配方向Ｉ
θ（ｘ、ｙ）を求める濃度勾配方向算出手段と、この入
力画像の濃度勾配方向Ｉθ（ｘ、ｙ）と、所定のモデル
の対応する領域の濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）との間
で、濃度勾配方向の差を評価する値ｆ｛Ｉθ（ｘ、ｙ）
−Ｍθ（ｘ、ｙ）｝を求める濃度勾配方向評価値算出手
段と、この評価値に、前記所定のモデルより得られる重
みＭ_W（ｘ、ｙ）で重み付けする重み付け手段と、重み
付けした評価値を加算する加算手段と、この重み付けさ
れた加算値を重み合計で除算することにより類似度を算
出する手段とを備えた類似度算出装置。
【請求項８】入力画像の各画素について濃度勾配方向Ｉ
θ（ｘ、ｙ）を求め、所定のモデルの対応する画素間で
モデルの濃度勾配方向Ｍθ（ｘ、ｙ）の差を評価した値
を、所定のモデルより得られる重みＭ_W（ｘ、ｙ）で重
み付けし、加算し、重み合計で除算することによって、
２つの濃淡画像の類似度を算出することを特徴とする類
似度算出方法。
【請求項９】前記モデルより得られる重みとして、モデ
ル画像の濃度勾配強度とし、２つの濃淡画像の類似度を
算出することを特徴とする請求項８記載の類似度算出方
法。
【請求項１０】前記評価した値として、濃度勾配方向の
差の余弦とし、２つの濃淡画像の類似度を算出すること
を特徴とする請求項８記載の類似度算出方法。
【請求項１１】前記評価した値として、濃度勾配方向の
差が０°を含む所定の範囲内の値であれば１とし、それ
以外の所定の範囲内の値であれば−１とし、それ以外の
所定の範囲内の値であれば０とし、２つの濃淡画像の類
似度を算出することを特徴とする請求項８記載の類似度
算出方法。
【請求項１２】モデル画像を記憶するモデル画像記憶手
段と、入力画像を記憶する入力画像記憶手段と、モデル
画像を入力画像内で位置移動させる走査手段と、この走
査過程でモデル画像と、その位置の入力画像との類似度
を算出する請求項１、又は請求項２記載の類似度算出装
置と、算出された類似度の最も高い入力画像の位置を、
入力画像中におけるモデルの位置とする位置決定手段と
を備えた位置検出装置。
【請求項１３】複数のモデル画像の各画素における濃度
勾配方向を記憶する濃度勾配方向記憶手段と、前記複数
モデル画像の各画素における濃度勾配強度を記憶する濃
度勾配強度記憶手段と、前記濃度勾配方向から代表濃度
勾配方向を算出する代表濃度勾配方向算出手段と、前記
濃度勾配方向と前記濃度勾配強度から代表濃度勾配強度
を算出する代表濃度勾配強度算出手段を備えた請求項
１、請求項２又は請求項７記載の類似度算出装置。
【請求項１４】複数のモデル画像の各画素における濃度
勾配方向を記憶し、前記複数モデル画像の各画素におけ
る濃度勾配強度を記憶し、前記濃度勾配方向から代表濃
度勾配方向を算出し、前記濃度勾配方向と前記濃度勾配
強度から代表濃度勾配強度を算出するようにした請求項
９、請求項１０又は請求項１１記載の類似度算出方法。
【請求項１５】代表濃度勾配方向として、複数画像の濃
度勾配方向の平均を求めるものである請求項１３記載の
類似度算出装置。
【請求項１６】代表濃度勾配強度として、複数画像の濃
度勾配強度の相加平均を求めるものである請求項１３記
載の類似度算出装置。
【請求項１７】代表濃度勾配強度として、複数画像の濃
度勾配方向と濃度勾配強度および複数画像の濃度勾配方
向の平均から求めた代表濃度勾配方向から、濃度勾配強
度の代表濃度勾配方向成分の相加平均を求めるものであ
る請求項１３記載の類似度算出装置。
【請求項１８】複数画像の濃度勾配方向から、濃度勾配
方向の正弦の平均と余弦の平均を成分とするベクトルの
長さを求め、その値と前記代表濃度勾配強度との積を新
たな代表濃度勾配強度として求める請求項１７記載の類
似度算出装置。
【請求項１９】予め複数の画像の各画素における濃度勾
配方向を求める濃度勾配方向算出手段と、前記複数の画
像の各画素における濃度勾配強度を算出する濃度勾配強
度算出手段と、前記濃度勾配方向から代表濃度勾配方向
を算出する代表濃度勾配方向算出手段と、前記濃度勾配
強度から代表濃度勾配強度を算出する代表濃度勾配強度
算出手段と、を用いてモデルデータを作成し記憶してお
く記憶部と、入力画像の濃度勾配方向と、濃度勾配強度
とを前記モデルデータの対応する各画素の代表濃度勾配
方向と代表濃度勾配強度との間で、代表濃度勾配方向お
よび代表濃度勾配強度の差を評価する値を求める代表濃
度勾配評価値算出手段と、この評価値を加算することに
よって類似度を算出する手段とを備えた類似度算出装
置。
【請求項２０】予め複数の画像の各画素における濃度勾
配方向を求める濃度勾配方向算出手段と、前記複数画像
の各画素における濃度勾配強度を算出する濃度勾配強度
算出手段と、この濃度勾配方向から代表濃度勾配方向を
算出する代表濃度勾配方向算出手段と、前記濃度勾配強
度から代表濃度勾配強度を算出する代表濃度勾配強度算
出手段と、を用いてモデルデータを作成し記憶しておく
記憶部と、入力画像の濃度勾配方向と濃度勾配強度と
を、前記モデルデータの対応する各画素の代表濃度勾配
方向と代表濃度勾配強度との間で、代表濃度勾配方向お
よび代表濃度勾配強度の差を評価する値を求める代表濃
度勾配評価値算出手段と、この評価値を加算する加算手
段と、これを画素数で除算することによって類似度を算
出する除算手段とを備えた類似度算出装置。
【請求項２１】代表濃度勾配方向として、複数画像の濃
度勾配方向の平均を求めるものである請求項１９又は請
求項２０記載の類似度算出装置。
【請求項２２】代表濃度勾配強度として、複数画像の濃
度勾配強度の相加平均を求めるものである請求項１９又
は請求項２０記載の類似度算出装置。
【請求項２３】代表濃度勾配強度として、複数画像の濃
度勾配方向と濃度勾配強度および複数画像の濃度勾配方
向の平均から求めた代表濃度勾配方向から、濃度勾配強
度の代表濃度勾配方向成分の相加平均を求めるものであ
る請求項１９又は請求項２０記載の類似度算出装置。
【請求項２４】複数画像の濃度勾配方向から、濃度勾配
方向の正弦の平均と余弦の平均を成分とするベクトルの
長さを求め、その値と前記代表濃度勾配強度との積を新
たな代表濃度勾配強度として求める請求項１９又は請求
項２０記載の類似度算出装置。