JPH10307912A - サーチ間隔決定装置およびその装置を用いた認識処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物を的確に認識できるようなサーチ間隔
を自動的に設定する。 【解決手段】 モデル画像ＭＭ上にこのモデル画像ＭＭ
から切り出して生成したサーチモデルＳを１画素ごとに
走査し、各走査位置毎に相関演算を実施する。この後、
各走査位置における算出結果のうち、あらかじめ設定さ
れたサーチ判定値を上回る相関値の得られた走査位置を
特定し、これら走査位置毎にサーチモデルＳの基準点に
重なる画素を抽出する。さらにこれら抽出された画素集
合に含まれ、かつ面積が最大となるような矩形領域を設
定し、その領域の各幅方向における画素数をサーチ間隔
として決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、対象物を撮像して得
られた画像上で対象物を認識する技術に関連し、殊にこ
の発明は、前記画像上で対象物をサーチするための演算
処理を何画素おきに実施するかを決定するためのサーチ
間隔決定装置、およびその決定されたサーチ間隔に基づ
く処理を実施する認識処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】文字や図形など所定のパターンを有する
対象物の位置を認識するための方法として、従来、認識
すべき対象物を撮像して得られた画像を取り込んで、こ
の画像上にあらかじめ登録されたモデルパターンを走査
しつつ相関演算を実行し、画像上で前記モデルパターン
に最も類似する位置を抽出する方法が存在する（以下こ
の方法による処理を「サーチ処理」、使用するモデルパ
ターンを「サーチモデル」という）。

【０００３】このサーチ処理において、対象物の位置を
正確に認識するためには、サーチモデルを１画素ずつず
らしながら順次相関演算を行うのが望ましい。しかしな
がらこのようなサーチ方法を用いると、処理時間は膨大
なものとなって、実用に耐えられない。このため、通
常、サーチモデルを数画素おきにずらして相関演算を実
施する方法（以下これを「間引きサーチ」という）によ
り、対象物の大まかな位置を特定した後、この特定され
た位置およびその近傍に対する詳細なサーチ処理を行っ
て、対象物の正確な位置を抽出するようにしている。

【０００４】図６は、前記間引きサーチを採用した装置
における一連の制御手順を示すもので、以下、図７〜９
を参照しつつ図６の流れに沿って、一般的なサーチ手順
を説明する。

【０００５】まずステップ１（図中「ＳＴ１」で示す）
では、認識処理に先立ち、サーチ処理に用いるサーチモ
デルの設定，登録が行われる。

【０００６】図７は、サーチモデルの設定例の一例を示
す。図中、Ｍは、対象物のモデルを撮像して得られたモ
デル画像であって、オペレータがモニタの表示画面を参
照するなどしてモデルの画像部分を含む所定の画像領域
３０を指定すると、この指定領域３０内の画像データが
切り出されてサーチモデルＳとして設定され、制御部内
のメモリに登録される。

【０００７】続くステップ２では、オペレータにより、
実際のサーチ処理時に前記サーチモデルをずらす画素間
隔（以下これを「サーチ間隔」という）と、後記するサ
ーチ候補点を抽出するためのサーチ判定値とが入力され
る。これら設定値は制御部のＣＰＵにより取り込まれ、
サーチモデルと同様、メモリ内に登録される。なお装置
によっては、これらサーチ間隔，サーチ判定値は所定の
値に固定されているものもある。

【０００８】このような初期設定が行われた後、ステッ
プ３で、認識すべき対象物を撮像して得られた画像が取
り込まれ、以下、ステップ４〜７の処理により、画像上
の対象物の位置が認識される。

【０００９】まずステップ４で、ＣＰＵは、取り込んだ
画像上に前記サーチモデルを設定した後、これを前記サ
ーチ間隔をおいて走査しつつ各走査位置毎に相関演算を
実施する。

【００１０】図８（１）は、認識対象の画像Ｉに対し、
前記図７のサーチモデルＳを間隔Ｔをおいて間引きサー
チする具体例を、図８（２）は画像Ｉの一部におけるサ
ーチ結果を、それぞれ示す。なお図８（２）中の各矩形
はそれぞれ１画素を示し、このうち塗りつぶされた画素
は、各走査位置においてサーチモデルの所定の基準点
（例えば左上端の画素とする）に重なった画素を示す。
またこれら画素内に表された数字は、それぞれその画素
に対応する走査位置において得られた相関値である。

【００１１】つぎにＣＰＵは、これら走査位置毎の相関
値を前記サーチ判定値と比較し、このサーチ判定値を上
回る走査位置に対応する画素をサーチ候補点として抽出
する（ステップ５）。さらにつぎのステップ６で、ＣＰ
Ｕは、このサーチ候補点およびその近傍の数画素を含む
画像領域を設定した後、この領域内に前記サーチモデル
を１画素ずつずらして走査しつつ、各走査位置で順次相
関演算を実施する（以下この処理を「詳細サーチ」とい
う）。この詳細サーチにより最も高い相関値の得られた
走査位置が前記サーチモデルに対応するものとして特定
され、この位置において前記基準点に対応する画素など
をもって対象物の位置を示す代表点が示される（ステッ
プ７）。

【００１２】図８の例において、サーチ判定値の設定値
を「７０」とすると、前記図８（２）に示された間引き
サーチの結果の中からこのサーチ判定値を上回る相関値
が得られるのは、前記サーチモデルの基準点が図中の画
素Ｅの位置に重なった時点（相関値「８３」が得られて
いる時点）である。

【００１３】図９は、この画素Ｅをサーチ候補点として
設定し、このサーチ候補点を中心に間引きサーチに用い
られた他の画素により囲まれる画像領域３１を、詳細サ
ーチの対象領域として設定した状態を示す。この図示例
では、前記サーチモデルの基準点がサーチ候補点Ｅの隣
の画素Ｆに重なったときの相関値が最大値「９８」とな
っているので、この画素Ｆが対象物の位置を示す代表点
として認識されることになる。

【００１４】このようにして各対象物毎に、その対象物
を撮像して得られた画像が順次取り込まれて間引きサー
チと詳細サーチとが実施されるもので、すべての対象物
に対する認識処理がなされると、ステップ８が「ＹＥ
Ｓ」となって一連の処理が終了する。このように間引き
サーチにより対象物の存在する可能性の高い画像領域を
特定した後、この特定された画像領域内における詳細サ
ーチを実施することにより、処理にかかる計算量を大幅
に削減して、処理を高速化することができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
法では、幅の細い対象物など、サーチ間隔がその大きさ
に適合しない対象物を認識対象とする場合に、適正なサ
ーチ候補点を抽出できなくなり、その結果、誤認識や誤
動作が生じるという問題がある。

【００１６】図１０（１）は、細線によるパターンを認
識対象とした場合の間引きサーチの一例であって、対象
物を撮像して得られた画像Ｉ´上に所定のサーチモデル
Ｓ´を前記図８と同様のサーチ間隔Ｔをおいて走査して
いる状態を示す。また図１０（２）には、前記画像Ｉ´
の一部における間引きサーチの結果（網掛けした画素内
の数値により示す）とともに、この画像上で前記サーチ
モデルＳ´と高い相関関係を示す位置およびその近傍に
おける相関値（図中白抜きの画素内の数値により示す）
が示してある。

【００１７】この図示例では、サーチモデルＳ´に対し
高い相関の得られる位置がいずれもサーチの間引き対象
となっており、実際に算出された各相関値はいずれも低
い値となっている。このようにサーチ判定値を上回る相
関値を得られる走査位置がない場合、対象物は存在しな
いものと誤認識され、詳細サーチに移行できないなどの
誤動作が生じることになる。

【００１８】したがってどのような対象物に対しても精
度の良い認識処理を行うためには、サーチ間隔やサーチ
判定値を、対象物に応じて適正に設定する必要がある。
しかしながらこのような設定を行うには、オペレータが
試行錯誤の入力を繰り返し行う必要があり、設定処理に
多大な労力と時間とを要することになる。またこれら設
定値が固定化された装置においては、種々の対象物を認
識対象とすること自体が不可能である。

【００１９】この発明は上記問題点に着目してなされた
もので、サーチモデルおよびこのモデルのソースとなる
モデル画像を用いて、対象物を的確に認識できるような
サーチ間隔を自動的に設定することを技術課題とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】ある対象物のサーチモデ
ルを、このモデルのソースであるモデル画像上に設定し
て走査し、各走査位置で相関演算を実施すると、走査位
置がこのサーチモデルの切出し位置に近づくほど、高い
相関値が得られる。したがってこれら算出結果の中から
サーチ候補点を抽出するのに十分な大きさの相関値が得
られた位置を抽出し、これらの位置により特定される画
素集合の大きさに応じた画素間隔を間引きサーチのため
のサーチ間隔とすると、対象物を含む画像上でこのサー
チ間隔による間引き処理を実施した場合、前記サーチモ
デルに対し高い類似度が得られる位置のうちのいずれか
が、走査位置に対応するようになる。

【００２１】この発明は上記原理に基づきなされたもの
で、請求項１の発明にかかるサーチ間隔設定装置は、対
象物のモデルを撮像して得られたモデル画像から所定サ
イズの画像データを切り出してサーチモデルとして設定
するモデル設定手段と、前記モデル画像上の所定の画像
領域内に前記サーチモデルを走査して、前記サーチモデ
ルとの類似度が所定値以上となる走査位置を抽出する抽
出手段と、前記抽出された各位置により特定される画素
集合の大きさに応じて前記対象物をサーチする画素間隔
を決定するサーチ間隔決定手段とを備えている。

【００２２】請求項２の発明にかかる認識処理装置は、
撮像手段からの画像を取り込む画像入力手段と、前記画
像入力手段により対象物のモデルを撮像して得られたモ
デル画像が取り込まれたとき、このモデル画像から所定
サイズの画像データを切り出してサーチモデルとして設
定するモデル設定手段と、前記モデル画像上の所定の画
像領域内に前記サーチモデルを走査して、前記サーチモ
デルとの類似度が所定値以上となる走査位置を抽出する
抽出手段と、前記抽出された各位置により特定される画
素集合の大きさに応じて対象物をサーチする画素間隔を
決定するサーチ間隔決定手段と、前記画像入力手段より
認識すべき対象物の画像が取り込まれたとき、この画像
上に前記決定された画素間隔をおいて前記サーチモデル
を走査し、各走査位置毎にサーチモデルとの類似度を算
出する第１のサーチ手段と、前記第１のサーチ手段によ
り最も高い類似度の得られた位置を含む所定大きさの画
像領域に対し、前記サーチモデルを前記第１のサーチ手
段よりも小さな画素間隔をおいて走査して、各走査位置
毎にサーチモデルに対する類似度を算出する第２のサー
チ手段と、前記第２のサーチ手段により最も高い類似度
の得られた位置に基づき、対象物の位置を認識する認識
手段とを具備している。

【００２３】さらに請求項３の発明では、前記画像入力
手段に、入力した画像を平滑化処理する手段を含ませて
いる。

【００２４】

【作用】請求項１の発明では、モデル画像上にサーチモ
デルを走査して、このサーチモデルに対する類似度が所
定の値以上となる位置を抽出した後、これらの位置によ
り特定される画素集合の大きさに応じて前記サーチ間隔
を設定することにより、対象物の大きさや形状に応じた
適切なサーチ間隔を自動的に設定することが可能とな
る。

【００２５】請求項２の発明では、対象物の画像上に、
上記の手法により設定されたサーチ間隔をおいてサーチ
モデルを用いた第１のサーチ処理を行った後、このサー
チ処理により最も高い類似度が得られた走査位置を含む
所定大きさの画像領域においてさらに詳細な第２のサー
チ処理を実行して、対象物の位置を認識するので、対象
物がどのような大きさ、形状のものであっても、その位
置を精度良く、かつ効率良く認識することができる。

【００２６】請求項３の発明では、前記モデル画像や認
識対象物の画像を平滑化処理することにより、各画像に
対象物の輪郭部分がにじんだ状態で拡大されるような加
工が施されるので、幅の細い対象物など、大きなサーチ
間隔を設定できない対象物に対しても、所定大きさのサ
ーチ間隔を設定することができる。

【００２７】

【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる認識処
理装置の構成を示す。この認識処理装置は、例えば工場
の検査ラインに設置されて、製品に印刷された文字やパ
ターンなどの対象物を認識するのに用いられるもので、
テレビカメラ１（以下単に「カメラ１」という），Ａ／
Ｄ変換器２，平滑化フィルタ３，Ｄ／Ａ変換器４，モニ
タ５，画像メモリ６，キャラクタ・グラフィックメモリ
７，ＣＰＵ８，メモリ９，入力部１０，出力部１１など
を構成として含んでいる。

【００２８】カメラ１により撮像されたアナログ量の画
像データは、Ａ／Ｄ変換器２に与えられてディジタル量
の画像データに変換される。平滑化フィルタ３は、この
ディジタル量の画像データに対し、各画素毎に、例えば
その画素の周囲８画素の平均値をあてはめるなどの平滑
化処理を実施する。これにより入力画像には、対象物の
輪郭部分がにじんだ状態で拡大されるような加工がなさ
れるもので、処理後の画像は画像メモリ６へと格納され
る。また前記Ａ／Ｄ変換された画像データは、画像バス
１２を介してＤ／Ａ変換器４に与えられ、アナログ量に
復号された後モニタ５へと出力される。

【００２９】キャラクタ・グラフィックメモリ７には、
モデル画像からサーチモデルを切り出すための領域を設
定する際など、オペレータによるデータ入力が要求され
る際に用いられるもので、モニタ画面上にメッセージや
カーソルなどを表示させるためのデータなどが格納され
る。

【００３０】前記メモリ９には、あらかじめフロッピィ
ディスクやＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶された制
御プログラムがインストールされるほか、この制御プロ
グラムの実行時に生成される各種データを記憶するため
の作業エリアが設けられる。

【００３１】制御主体であるＣＰＵ８は、ＣＰＵバス１
３を介して画像メモリ６にアクセスし、その画像データ
に前記制御プログラムに基づく認識処理を実行する。こ
の処理結果は出力部に与えられた後、モニタ５や図示し
ない外部記憶装置などに出力される。

【００３２】なお入力部１０は、前記サーチモデルの切
出し領域の設定や認識対象の製品名の入力などに用いら
れる。

【００３３】この認識処理装置では、処理に先立ち、カ
メラ１により認識対象物のモデルを撮像して得られたモ
デル画像を用いてサーチモデルを設定するとともに、こ
れらサーチモデル，モデル画像を用いて、間引きサーチ
のためのサーチ間隔を自動設定するようにしている。

【００３４】図２は、前記設定処理にかかる一連の手順
を示すもので、以下図３〜６を参照しつつ図２の流れに
沿って、設定処理の詳細を説明する。

【００３５】まずカメラ１により対象物のモデルが撮像
されると、この画像データは前記Ａ／Ｄ変換器２でディ
ジタル変換された後、平滑化フィルタ３により平滑化処
理を施されて画像メモリ６に格納される（ステップ
１）。なお以下の説明における「モデル画像」とは、こ
の画像メモリ６に格納された平滑化処理後のモデル画像
（図示例では符号ＭＭで示す）を意味するものとする。

【００３６】このときモニタ５には、前記Ｄ／Ａ変換器
４より供給された画像が表示されており、つぎのステッ
プ２で、オペレータは、この表示画面を参照しながら、
モデルの画像部分を含むような所定大きさの矩形領域を
設定する。ＣＰＵ８は、この領域の設定位置を取り込ん
で前記モデル画像上の対応する領域内の画像データを抽
出し、これをサーチモデルとしてメモリ９内に登録す
る。

【００３７】つぎのステップ３で、オペレータが、サー
チ判定値として所定の設定値を入力すると、ＣＰＵ８
は、続くステップ４で、前記モデル画像上にサーチモデ
ルの走査対象領域を設定した後、ステップ５以下の設定
処理へと移行する。

【００３８】図３は、前記走査対象領域の設定例を示
す。図中、１５は、サーチモデルＳを切り出すための指
定領域であって、この指定領域１５を各方向に同倍率だ
け拡大させた領域１６が走査対象領域として設定され
る。

【００３９】なお図中、Ｐは指定領域１５の左上端点に
対応する画素であって、サーチモデルＳの走査時にその
走査位置を特定するための基準点として用いられる。ま
たＯは各領域１５，１６に共通の中心点であって、以
後、ＣＰＵ８は、この中心点Ｏを原点として、前記基準
点Ｐの設定位置を特定する。

【００４０】まずステップ５で、ＣＰＵ８は、前記基準
点Ｐのｘ，ｙ座標の初期値を、前記走査対象領域１６の
左上頂点Ａの座標（−Ｃ，−Ｃ）に設定し、この位置に
サーチモデルＳを設定した状態で相関演算を実行する。
この後、ｘ，ｙの各座標値をが走査対象領域１６の右下
頂点Ｂの座標（Ｃ，Ｃ）に達するまで、順次インクリメ
ントすることにより、走査対象領域１６内にサーチモデ
ルＳが一画素ずつ走査され、各走査位置において相関演
算が実施される（ステップ６〜１０）。

【００４１】このようにして走査対象領域１６内におけ
る走査が終了すると、ステップ１１へと移行し、ＣＰＵ
８は、前記相関演算の結果の中から前記サーチ判定値を
上回る相関値が得られた走査位置を特定し、各走査位置
毎に前記基準点Ｐに対応する画素を抽出する。

【００４２】図４（１）は前記サーチモデルＳにより走
査対象領域１６を走査している状態を、図４（２）は、
この走査対象領域１６の一部における相関演算結果を、
それぞれ示す。なお図４（２）中、塗りつぶしされた各
画素は、前記サーチ判定値が「５０」に設定されている
場合に、前記ステップ１１の抽出対象となる画素であ
る。

【００４３】つぎのステップ１２で、ＣＰＵ８は、図５
に示すように、前記抽出された画素の集合体の中に含ま
れ、かつ面積が最大となるような矩形領域１７を設定
し、この領域のｘ，ｙ各軸方向の幅にあたる画素数（図
示例ではともに４画素）を、各方向におけるサーチ間隔
として設定する。

【００４４】このようにしてサーチ間隔が設定される
と、認識すべき対象物が順次カメラ１により撮像され、
以下、ＣＰＵ８は、先に説明した図６のステップ３〜７
と同様の手順により、画像メモリ６に格納された対象物
の画像に前記設定されたサーチ間隔に基づく間引きサー
チを行ってサーチ候補点を抽出した後、このサーチ候補
点を中心とする所定の画像領域に対する詳細サーチによ
り対象物の正確な位置を認識する。

【００４５】上記の方法で設定されたサーチ間隔を用い
て間引きサーチを行った場合、処理対象の画像にサーチ
モデルに対応する画像データが含まれていれば、前記サ
ーチ判定値以上の相関値が得られる各位置のうちのいず
れかが走査位置に該当することになる。この結果、この
走査位置にあたる画素がサーチ候補点として採用され、
その後の詳細サーチにより対象物の位置を確実に認識す
ることができる。

【００４６】上記の方法は、前記図１０に示したような
幅の細い対象物や、小さな対象物など、画像上で高い相
関値の得られる範囲が限られる対象物についても適用で
きるもので、その対象物の大きさや形状に応じた適正な
サーチ間隔を設定することにより、サーチ候補点が確実
に抽出されて精度の良い認識処理を行うことができる。
またこの実施例では、モデル画像，認識対象の各画像
に、ともに平滑化処理を施して対象物の画像部分を拡大
しているので、幅の細い対象物に対しても所定大きさの
サーチ間隔を設定することができる。

【００４７】なお前記図２の手順では、オペレータによ
りサーチ判定値を設定するようにしているが、これに限
らず、装置内部でサーチ判定値を自動設定するようにし
てもよい。またサーチ判定値を複数とおり設定して、そ
れぞれの設定値に対応するサーチ間隔を求めた後、これ
ら設定値の組毎にサーチ処理のシミュレーションを行っ
て、最も精度の良い認識結果の得られた設定値を採用す
るように構成することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の発明では、対象物のサーチモ
デルを、このモデルのソースであるモデル画像上に走査
して、サーチモデルに対する類似度が所定の値以上とな
る位置を抽出した後、抽出された各位置により特定され
る画素集合の大きさに応じて間引きサーチのためのサー
チ間隔を設定するようにしたから、認識対象物の大きさ
や形状にかかわらず、その対象物を抽出するのに適した
サーチ間隔を自動的に設定することができる。

【００４９】請求項２の発明では、上記のようにして設
定されたサーチ間隔を用いた認識処理を行うことによ
り、認識対象物の大きさや形状にかかわらず、画像上の
対象物を的確かつ効率良く抽出して、精度の良い認識処
理を行うことができる。

【００５０】請求項３の発明では、モデル画像や認識対
象物の画像を平滑化処理して対象物の画像部分を拡大す
るようにしたので、幅の細い対象物など、大きなサーチ
間隔を設定できない対象物に対しても、所定大きさのサ
ーチ間隔を設定して、効率の良い認識処理を行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる認識処理装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】サーチ間隔の設定処理にかかる手順を示すフロ
ーチャートである。

【図３】モデル画像上におけるサーチモデルの切出し領
域と走査対象領域との関係を説明する図である。

【図４】サーチ間隔を設定するための処理手順を説明す
る図である。

【図５】サーチ間隔を設定するための処理手順を説明す
る図である。

【図６】認識処理にかかる一般的な手順を示すフローチ
ャートである。

【図７】サーチモデルの設定方法を説明する図である。

【図８】間引きサーチの処理手順を説明する図である。

【図９】詳細サーチの処理手順を説明する図である。

【図１０】間引きサーチを実施する上での問題点を説明
する図である。

【符号の説明】

１ カメラ ３ 平滑化フィルタ ８ ＣＰＵ ９ メモリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段により対象物を撮像して得られ
   た画像上で対象物をサーチする画素間隔を決定する装置
   であって、 前記対象物のモデルを撮像して得られたモデル画像から
   所定サイズの画像データを切り出してサーチモデルとし
   て設定するモデル設定手段と、 前記モデル画像上の所定の画像領域内に前記サーチモデ
   ルを走査して、前記サーチモデルとの類似度が所定値以
   上となる走査位置を抽出する抽出手段と、 前記抽出された各位置により特定される画素集合の大き
   さに応じて前記対象物をサーチする画素間隔を決定する
   サーチ間隔決定手段とを備えて成るサーチ間隔設定装
   置。
2. 【請求項２】 撮像手段により対象物を撮像して得られ
   た画像上に所定の画素間隔をおいたサーチ処理を行っ
   て、画像上の対象物を認識する装置であって、 前記撮像手段からの画像を取り込む画像入力手段と、 前記画像入力手段により対象物のモデルを撮像して得ら
   れたモデル画像が取り込まれたとき、このモデル画像か
   ら所定サイズの画像データを切り出してサーチモデルと
   して設定するモデル設定手段と、 前記モデル画像上の所定の画像領域内に前記サーチモデ
   ルを走査して、前記サーチモデルとの類似度が所定値以
   上となる走査位置を抽出する抽出手段と、 前記抽出された各位置により特定される画素集合の大き
   さに応じて対象物をサーチする画素間隔を決定するサー
   チ間隔決定手段と、 前記画像入力手段より認識すべき対象物の画像が取り込
   まれたとき、この画像上に前記決定された画素間隔をお
   いて前記サーチモデルを走査し、各走査位置毎にサーチ
   モデルとの類似度を算出する第１のサーチ手段と、 前記第１のサーチ手段により最も高い類似度の得られた
   位置を含む所定大きさの画像領域に対し、前記サーチモ
   デルを前記第１のサーチ手段よりも小さな画素間隔をお
   いて走査して、各走査位置毎にサーチモデルに対する類
   似度を算出する第２のサーチ手段と、 前記第２のサーチ手段により最も高い類似度の得られた
   位置に基づき、対象物の位置を認識する認識手段とを備
   えて成る認識処理装置。
3. 【請求項３】 前記画像入力手段は、入力した画像を平
   滑化処理する手段を含んで成る請求項２に記載された認
   識処理装置。