JPS624588A - 重心および主軸角検出装置 - 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】 〈発明の技術分野〉 この発明は、例えばロボットの視覚装置に適用実施され
るものであって、被認識物体の画像を求めて、その画像
の基準位置に対する位置ずれや回転ずれを検出する技術
に関連し、殊にこの発明は、物体画像の重心および主軸
角をリアルタイムで算出する重心および主軸角検出装置
に関する。

〈発明の概要〉 この発明は、２値画像につき水平走査ライン毎に各種モ
ーメントを求め且つそれぞれの累積加算値を演算するこ
とによって、画像の重心および主軸角をリアルタイムで
検出できるようにした。

〈発明の背景〉 一般に物体画像の位置ずれや回転ずれを検出する場合、
まずテレビカメラで基準モデルの画像１　（第１０図（
１）に示す）を得た後、ＸＹ座棟上でのその画像１の重
心Ｇ０の座標（Ｘａｏ。

Ｙ　ｃ　ｏ　）および主軸角θ。を求める。つぎにテレ
ビカメラで被認識物体の画像２（第１０図（２）に示す
）を得、同様にその重心Ｇの座標（ＸＧ。

ＹＧ　）および主軸角θを求めた後、その位置ずれ量Δ
Ｘ、ΔＹや回転ずれ量Δθを次式で算出する。

ΔＸ　”　Ｘ　Ｇ。−ＸＧ・・・・■ ΔＹ＝ＹＧｏ　　Ｙａ　・・・・■ Δθ＝θ。−θ　・・・・■ ところで画像ノ（での多い物体画像につき、その位置ず
れや回転ずれを検出するのに、画像のモーメントを利用
してその重心の座標や主軸角を算出する方式が採用され
ている。

第１１図は、この方式による重心および主軸角の検出理
論を説明するための図であり、図中、升目は縦横各２５
６ビツトより成る各画素を示し、物体画像３を構成する
各画素の位置はＸＹ座標によって規定されるようになっ
ている。

同図において、任意の画素４の座標を（Ｘｉ。

Ｙｊ）（ただしＬ＋　　Ｊ　＝Ｉｎ　　Ｌ　・・・・、
　２５６）、その画素４の濃度の重み関数をｆ　（Ｘｚ
、Ｙｊ）とすると、画像３のモーメントＭｐｑＣただし
ｐ。

ｑ＝０．１．２．　　・・・・）はつぎの０式で与えら
れ、また画像３の重心Ｇの座標（Ｘａ、Ｙａ）および主
軸各θは、前記モーメントを利用して、つぎの０〜０式
で与えられる。

２　　　　　　　　　Ｍｚｏ　　Ｍｅｔかくして上記０
〜０式の演算を実行すれば、画像３の重心Ｇ°の座標（
ＸＧ、Ｙａ）や主軸角θが検出できる。ところが上記各
式は、二重積分。

乗除算、逆三角関数を含んでおり、これらの演算をソフ
ト的に実施すると、大幅な時間（秒オーダ）がかかり、
特に１画面分のビデオ信号出力期間以内に演算を終了さ
せる等、到底不可能であり、またこれをハード的に実施
すれば、コストやスペースの点で問題があった。

〈発明の目的〉 この発明は、上記問題を一挙に解消するためのものであ
って、物体画像の重心の座標や主軸角をリアルタイムで
検出できる重心および主軸角検出装置を提供することを
目的とする。

〈発明の構成および効果〉 上記目的を達成するため、この発明では、物体を揚傷し
て濃淡画像を構成するビデオ信号を出力する揚傷手段と
、このビデオ信号を２値化処理して縦横複数の画素より
成る２値画像を生成する２値処理手段と、角画素を構成
する２値データおよびその画素の座標に基づき物体の重
心および主軸角を算出する演算処理手段とで重心および
主軸角検出装置を構成し、前記演算処理手段には、前記
ビデオ信号の角水平走査ライン毎に２値画像の水平座標
アドレスに関する０次モーメント、１次モーメントおよ
び、２次モーメントを演算する手段、前記ビデオ信号の
各水平走査ライン毎に２値画像の垂直座標アドレスに関
する１次モーメントおよび２次モーメントを演算する手
段、前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の
水平・垂直座標アドレスに関する相関モーメントを演算
する手段、前記各モーメントのそれぞれにつき垂直走査
期間にわたる累積加算値を演算する手段、この累積加算
結果に基づき２値画像の重心および主軸角を算出する手
段を具備させることにした。

この発明によれば、ビデオ信号の１水平走査期間毎に１
水平走査ライン分の０次、１次、２次の各モーメントを
求め、各ラインの総和を有効垂直走査期間にわたり演算
し、次の帰線消去期間に重心および主軸角を演算するこ
とにより、ビデオ信号期間を無駄なくフルに利用して、
物体画像の重心位置やその傾きをリアルタイムで検出で
きる。従って物体位置や角度の情報が高速に得られ、ロ
ボット等の高速制御を実現できる。

また上記重心の座標や主軸角の検出は、ソフトと簡単な
ハード構成をもって可能であり、コストの低減や回路構
成の簡易化を実現できる等、発明目的を達成した顕著な
効果を奏する。

〈実施例の説明〉 第１図はこの発明の一実施例にかかる重心および主軸角
検出装置の回路構成例を示し、第２図はこの装置につい
ての理論を説明するための図である。

第２図において、縦横の各升目は画素を示し、各画素に
は水平座標アドレスＸ＋、Ｘｚ・・・・。

Ｘ　、ｓ、および、垂直座標アドレスＹ、、Ｙ！。

・・・・＋　ＹｔＳｋが割り当てられる。画像５は、物
体を撮像して得たビデオ信号を２値化処理して求めた２
値画像であって、例えば物体部分が黒画素、背景部分が
白画素より構成される。図中、Ｇは画像５の重心を示し
、その座標（ＸＧ、ＹＧ）や主軸角θは、つぎの■〜［
相］式で示す如く、Σの関数式として表される。

ΣＸｉΣｆ　　（Ｘｉ　Ｙｊ） ！　　　　　　Ｊ ΣＹｊΣｆ（ＸＬ、Ｙｊ）　　ＺＹｊ　−Ｎｊ！　　　
　　　ｊ なお画像５は２値画像であるから、前記した濃度の重み
関数ｆ　（Ｘｉ、Ｙｊ）は、次式で示す如く、ｒＯＪ　
　ｒｌＪのいずれか値をとる。

かくして上記■〜［相］式において、ＺＹｊ　−Ｎｊお
よびΣＹ、”　ＮＪは垂直座標アドレスに関する１次モ
ーメントおよび２次モーメント、Σ・Ｎｊ。

関する０次モーメント、１次モーメントおよび２アドレ
スに関する相関モーメントであり、第２図に示す実施例
において、それぞれモーメントの具体例が図の左右両側
にあられしである。

この実施例の場合、ビデオ信号の各水平走査ライン毎に
２値画像５の水平座標アドレスに関する０次モーメント
Ｎｊ、１次モーメントΣＸ！および、２次モーメントΣ
Ｘ、２をハード的に求め、つぎの水平走査ラインで垂直
座標アドレスに関する１次モーメントｙｊＮ、および２
次モーメントＹ”　Ｎ、　、さらに水平・垂直座標アド
レスに関する相関モーメントＹ＋　苓Ｘｔをソフト的に
算出すす ると共に、各水平走査ライン毎に有効垂直走査期間にわ
たる累積加算値ΣＮｊ、ΣＹ、ＮＪ　。

をそれぞれ求め、つぎの垂直帰線消去期間に前記累積加
算値に基づき■〜［相］式の演算を実行して、重心Ｇの
座標（ＸＧ、ＹＧ）および主軸θをソフト的に算出する
。

第３図は、この実施例におけるビデオ信号ＶＤ！のタイ
ムチャートを示す。同図において、上半分の図は、垂直
走査期間にかかるビデオ信号Ｖ　Ｄ　ｔを、下半分の図
は水平走査期間にかかるビデオ信号ＶＤ！を、それぞれ
示している。

図中、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号を示し
、１垂直走査期間（１６，６ミリ秒）は２０Ｈ（ただし
ＩＨは１水平走査期間を意味し６３．５マイクロ秒であ
る）の垂直帰線消去期間と、残りの有効垂直走査期間と
から構成されている。この有効垂直走査期間には、２４
２本の水平走査ラインを含み、また各水平走査ラインに
は、２５６個の画素データを含んでいる。

なお図中、Ｙ＋　、Ｙｚ、Ｙｘ　、　　・・・・、Ｙｚ
ａｚは前記第２図における垂直座標アドレスに、またＸ
１１ＸｚＩＸ３％””＋　　Ｘｚｓｂは水平座標アドレ
スにそれぞれ対応する。

つぎに第１図の回路構成を説明するに、図中、テレビカ
メラ６は、静止または移動中の物体７を例えば上方より
撮像し、濃淡画像を構成するところのビデオ信号ＶＤ、
を出力する。同期分離回路８は、ビデオ信号ＶＤ！より
水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ、クロック信号Ｃ
Ｋ等を分離して、これを２値化回路９へ出力する。

２値化回路９は、ビデオ信号Ｖ　Ｄ　、に対し一定のス
レシュホールドレベルを設定することにより、ビデオ信
号ＶＤ、を白黒２値化して２値化画像を生成する。画素
カウンタ１０は、ビデオ信号Ｖ　Ｄ　＋の１水平走査ラ
イン毎に、物体部分を構成する画素（この実施例では黒
画素）の数を計数するためのもので、その計数値Ｎ、は
１　／　Ｏ（Ｉｎｐｕｔｌｏｕｔｐｕｔ）ポート１１を
介してＣＰ　Ｕ　（ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ　Ｕｎｉｔ）　　１２に取り込まれるようになって
いる。

水平カウンタ１３は、前記の水平座標アドレスを割り当
てるためのもので、水平同期信号ＨＤの立下がりから例
えば１０画素分に相当する時間経過後よりクロック信号
ＧＫの計数を開始する。加算器１４およびバッファ１５
は、黒画素が存在位置する水平座標アドレスにつき、そ
の累積加算値ΣＸ！を求めてＣＰＵ１２へ出五 力するためのもので、水平カウンター３の内容Ｘｉとバ
ッファー５の内容とが加算器１４に入力されて累積加算
処理される。

テーブル変換ＲＯＭ１６は、水平カウンター３の内容Ｘ
直を、その２乗値ｘ！２に変換するためのテーブルＴＩ
　（第４図に示す）が格納されたものであり、水平カウ
ンター３の内容Ｘ！でテーブル変換ＲＯＭ１６のアドレ
スがアクセスされて、その２乗値Ｘｉ”が加算器１７へ
出力される。この加算器１７およびバッファ１８は、黒
画素が存在位置する水平座標アドレスにつき、その２乗
値ＸＬ！の累積加算（１１！苓Ｘｔ２を求めてＣＰＵ１
２へ出力するためのもので、テーブル変換ＲＯＭ１６の
出力ｘ盈２とバッフ７１８の内容とが加算器１７に入力
されて累積加算処理される。

°上記カウンター０の計数値Ｎｊや各バッファ金銀にＩ
１０ポート１１を介してＣＰＵ１２に取り込まれ、ＣＰ
Ｕ１２はこれらのデータに基づき所定の演算処理を実行
して、画像の重心Ｇの座標（ｘｅ　、　ＹＧ　）および
主軸角θを求める。

なお図中、Ｆ　ＲＯＭ　（Ｐｒｏｇｒａｍ＋ｗａｂｌｅ
　　ＲｅａｄＯｎｌｙ　Ｍｅａ＋ｏｒｙ）　　１９は位
置ずれ検出等の一連のプログラムを格納し、またＲ　Ａ
　Ｍ　（Ｒａｎｄｏｎ＋Ａｃｃｅｓｓ　　Ｍｅ＋５ｏｒ
ｙ）は各種データを格納する他、処理実行のためのワー
クエリアを有する。また通信制御部２１は、ＣＰＵ１２
の演算結果を、上位の制御機へ送信する。

第５図はこの発明の他の実施例を示し、上記算器２２と
２個のマルチプレクサ２３．２４とを用いて時分割処理
するようにしたものである。

なおこの実施例における他の構成は、第１図の実施例で
あり、対応する各構成に同一符号を付してここではその
説明を省略する。

しかして第１図の回路において、モードを学習モードに
設定した上で、テレビカメラ６で基準モデルを損傷する
と、同期分離回路８で同期信号等が分離され、さらに２
値化回路９でビデオ信号ＶＤ、の２値化処理が実行され
て、２値画像が生成される。この２値画像出力は、画素
カウンタ１０および各加算器１４．１７へ送られるもの
で、この画素カウンタ１０や各加算器１４．１７におい
ては、前記した所定の計数ないしは演算が実行される。

そして各水平走査期間毎に、ＣＰＵ１２に対し水平同期
信号ＨＤによる割込みＩＮＴが発生せられ、その都度、
画素カウンタ１０の内容や、各加算器１４．１７による
加算結果がＣＰＵ１２取り込まれる。

第６図はＣＰＵ１２における割込み制御動作を示す。

なお同図中、Ｙ、はＣＰＵ１２が内部に有する垂直カウ
ンタの計数値（前記垂直座標アドレスに相当する）を示
しており、この垂直カウンタは前記割込みＩＮＴの発生
がある毎に歩進されるものであって、垂直同期信号ＶＤ
の立下がりより２９．Ｈに相当する時間経過後より計数
を開始する。

今、Ｙｊ番目の水平走査ラインにつき、画素カウンター
０による黒画素計数動作が完了した時点を想定すると、
まずＣＰＵ１２はステップ１　（図中ｒｓＴＩＪ“で示
す）で画素カウンタ、１０の内容Ｎ、を読み取った後、
つぎのステップ２でその累積加算値Ｎ（前記ΣＮＪに対
応する）を演算して、ＲＡＭ２０へ格納する。さらにス
テップ３では、ＣＰＵ１２内の垂直カウンタの内容Ｙｊ
が読み取られ、つぎのステップ４でＣＰＵ１２はその累
積加算値ＮＴ、（前記ΣＮ、ｙ、に対応する）を演算し
て、演算結果をＲＡＭ２０へ格納する。続くステップ５
では、垂直カウンタの内容Ｙｊをその２乗値Ｙｊｚに変
換するため、ＦＲＯＭ１９に格納された変換テーブル（
図示せず）が参照されて２乗値ＹＪ′が求められる。そ
してつぎのステップ６では、Ｙ、”　Ｎｊの累積加算値
ＮＹ　（前記ΣＹｊ”　Ｎ。

に対応する）が演算されて、その演算結果がＲＡＭ２０
へ格納される。さらにステップ７では、バッファ１５の
内容ΣＸ直がＣＰＵ１２に盈 取り込まれて、つぎのステップ８で、その累積算される
と共に、つぎのステップ９で、に対応する）が演算され
て、それぞれ演算結果がＲＡＭ２０へ格納される。さら
にステップ１０では、バッファ１８の内容写Ｘｉ２がＣ
ＰＵ１２診 に取り込まれ、続くステップ１１で、ＣＰＵ１２はその
累積加算値Ｎ、（前記εεＸｉ　”対応すｌ る）を演算して、その結果をＲＡＭ２０へ格納する。つ
ぎのステップ１２は、前記垂直カウンタの内容Ｙｊがｒ
２４２Ｊに達したか否か、すなわち最終２４２番目の水
平走査ラインについてのステップ１〜１１の処理が完了
したか否かを判定しており、もしその判定が“Ｎｏ”の
とき、つぎの割込みＩＮＴに待機し、以下の水平走査ラ
インについての上記各処理が繰返し実行される。

かくして最終の水平走査ラインについてのステップ１〜
１１の処理が終了すると、ステップ１２の判定が“ＹＥ
Ｓ”となり、っぎのステップ１３．１４において、前記
累積加算値Ｎ。

Ｎ　Ｔ　ｌ、　Ｎ　Ｔ　ｔを用いて、重心Ｇ０の座標（
ｘｅ。。

Ｙｒ、。χが算出され、その結果がＲＡＭ２０の所定エ
リアに格納される。またっぎのステップ１５．１６にお
いて、前記累積加算値Ｎ　Ｘ　＋　Ｎ　ｙｙ　＋ＮＸ、
を用いて、主軸角θ。が算出され、その結果がＲＡＭ２
０の所定エリアに格納される（ステップ１７）。この場
合この実施例では、まずつぎの０式を換算してＺの値を
求め、このＺを１０倍または１／１０倍した値でＦＲＯ
Ｍ１９に格納された変換テーブル（第８図および第９図
）のアドレスをアクセスして、主軸角θ０の算出を行っ
ている。

なお第８図は主軸角θ。が０〜２２．５”である場合の
変換テーブルＴ２およびｔａｎθ。の変換曲線を、また
第９図は主軸角θ。が２２．５〜４５°である場合の変
換テーブルＴ３およびｃｏｔθ。の変換曲線をそれぞれ
示し、この変換テーブルＴ２．Ｔ３は主軸角θ。の大き
さに応じて用いわけられる。

上記重心Ｇ０の座標（Ｘｃｏ、　Ｙｃｏ）および主軸角
θ。の算出が終わると、最後にステップ１８でＲＡＭ２
０より各累積加算値Ｎ、ＮＴ、。

ＮＴｚ　、Ｎｘ　、Ｎｖ　、Ｎｘｖがクリアされ、基準
パターンについての一連の処理を終了する。

つぎにモードを計測モードに設定した上で、テレビカメ
ラ６で被認識物体を損傷する。この場合も、上記基準モ
デルの場合と同様の画像処理、さらには画素カウンタ１
０および各加算器１４．１７の計数ないしは演算が実行
される。

そして各水平走査毎に、ＣＰＵＩ　２に対し水平同期信
号ＨＤによる割込みｒＮＴが発生せられ、画素カウンタ
１０の内容や各加算器１４．１７による加算結果がその
都度読み込まれる。

第７図はこの場合のＣＰＵ１２における割込み制御動作
を示す。同図において、ステップ２１〜３１は累積加算
値Ｎ、ＮＴ＋、Ｎｖ　、ＮＴｚ　。

Ｎｘｖ、Ｎｘを算出するステップであって、これは第６
図のステップ１〜１１と全（同様である。

そして最終の水平走査ラインについてのステップ２１〜
３１の処理が済むと、ステップ３２の判定が“ＹＥＳ″
となり、ステップ３３〜３７において、重心Ｇの座標（
ｘｅ　、　Ｙｅ　）および主軸角θが算出される。しか
る後、ＣＰＵＩ　２は、これらデータおよび学習モード
で得た基準モデルについてのデータを用いて前記０〜０
式の演算が実行され、画像の位置ずれ量ΔＸ。

ΔＹ、および回転ずれ量Δθが算出される。

（ステップ３８〜４０）。そしてつぎのステップ４１で
この算出結果が通信制御部２１より上位制御機へ出力さ
れた後、ステップ４２において、　ＲＡＭ２０より各累
積加算値Ｎ、ＮＴ、。

ＮＴｚ、Ｎｘ　、Ｎｖ　、Ｎｘｖがクリアされて、一連
の処理を全て終了する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる重心および主軸角
検出装置の回路構成例を示すブロック図、第２図はこの
発明の装置の動作理論を説明するための図、第３図はビ
デオ信号のタイムチャート、第４図は変換テーブルの内
容を示す図、第５図は他の実施例の回路構成を示すブロ
ック図、第６図は学習モードでの割込み制御動作を示す
フローチャート、第７図は計測モードでの割込み制御動
作を示すフローチャート、第８図および第９図は変換テ
ーブルおよび変換曲線を示す図、第１０図は画像の位置
ずれ量や回転ずれ量を説明するための図、第１１図は重
心および主軸角の検出理論を説明するための図である。 ６・・・・・・テレビカメラ　　９・・・・・・２値化
回路１０・・・・・・画素カウンタ　　１２・・・・・
・ＣＰＵ１３・・・・・・水平カウンタ　　１４．１７
・・・・・・加算器１５、１８・・・・・・バッファ Ｇ、　Ｇ、・・・・・・重心 （ＩＩ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔ２２斗３
図　　　ビデ″オｒｆ３　句ノイ４チャート”ｌｒｌ　
図　ｆ’ｉｚ−ドでの＊ｒ、樋、ｌ・１ず卿啼りイシ＊
ｒ、−Ｈｙｏ−４ｖ−ｈ廿Ｉ口　動ｈ−グルｈＪ〆動芥
・０ｈ〒Ｔ口う＋９　図　　★４寿ｙ−７”ＩＬＨｚ区
゛支士史島４１汁、オシリ手続補正書く１訃 昭和６０°年７月１６日 １、事件の表示　　昭和６０年６月２８日提出の特許願
（２）事件との関係　特許出願人 住所〒６１６京都市右京区花園土堂町１０番地名称（２
９４）立方電機　株式会社 代表者立石孝雄 外１名 ４、代理人 を別紙のとおり補正。 明　　　　細　　　　書 １、発明の名称 重心および主軸角検出装置 ２、特許請求の範囲 ■　物体を撮像して濃淡画像を構成するビデオ信号を出
力する撮像手段と、このビデオ信号を２値化処理して縦
横複数の画素より成る２値画像を生成する２値処理手段
と、各画素を構成する２値データおよびその画素の座標
に基づき２値画像の重心および主軸角を算出する演算処
理手段とから成り、 前記演算処理手段は、 前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の水平
座標アドレスに関する０次モーメント、１次モーメント
および、２次モーメントを演算する手段、 前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の垂直
座標アドレスに関する１次モーメントおよび２次モーメ
ントを演算する手段、前記ビデオ信号の各水平走査ライ
ン毎に２値画像の水平・垂直圧アドレスに関する相関モ
ーメントを演算する手段、 上記各モーメントのそれぞれにつき垂直走査期間にわた
る累積加算値を演算する手段および、この累積加算結果
に基づき２値画像の重心および主軸角を算出する手段と
を具備して成る重心および主軸角検出装置。 ３、発明の詳細な説明 〈発明の技術分野〉 この発明は、例えばロボットの視覚装置に適用実施され
るものであって、被認識物体、の画像を求めて、その画
像の基準位置に対する位置ずれや回転ずれを検出する技
術に関連し、殊にこの発明は、物体画像の重心および主
軸角をリアルタイムで算出する重心および主軸角検出装
置に関する。 〈発明の概要〉 この発明は、２値画像につき水平走査ライン毎に各種モ
ーメントを求め且つそれぞれの累積加算値を演算するこ
とによって、画像の重心および主軸角をリアルタイムで
検出できるようにした。 、〈発明の背景〉 一般に物体画像の位置ずれや回転ずれを検出する場合、
まずテレビカメラで基準モデルの画像１　（第１０図（
１）に示す）を得た後、ＸＹ座標上でのその画像１の重
心Ｇ０の座標（ＸＧ。。 Ｙ、。）および主軸角θ。を求める。つぎにテレビカメ
ラで被認識物体の画像２（第１０図（２）に示す）を得
、同様にその重心Ｇの座標（Ｘ、。 ｙｃ）および主軸角θを求めた後、その位置ずれ量ΔＸ
、ΔＹや回転ずれ量Δθを次式で算出する。 ΔＸ　”　Ｘ　ａ。−ＸＧ・・・・■ ΔＹ＝ＹＧＩＩ−Ｙａ　・・・・■ Δθ＝θ。−θ　・・・・■ ところで画像ノイズの多い物体画像につき、その位置ず
れや回転ずれを検出するのに、画像のモーメントを利用
してその重心の座標や主軸角を算出する方式が採用され
ている。 第１１図は、この方式による重心および主軸角の検出理
論を説明するための図であり、図中、升目は縦横各２５
６ビツトより成る各画素を示し、物体画像３を構成する
各画素の位置はＸＹ座標によって規定されるようになっ
ている。 同図において、任意の画素４の座標を（Ｘｉ。 Ｙ、）（ただしｉｔ　　ｊ”ｌ＋　　２＋　・・・・、
　２５６）、その画素４の濃度の重み関数をｆ　（Ｘｉ
、Ｙｊ）とすると、画像３のモーメントＭｐ、Ｉ（ただ
しｐ。 ｑ＝Ｑ、１．２．　・・・・）はつぎの０式で与えられ
、また画像３の重心Ｇの座標（Ｘａ、Ｙｅ）および主軸
各θは、前記モーメントを利用して、つぎの０〜０式で
与えられる。 ２　　　　　Ｍｇｏ　　Ｍｏｗ　　２　　　　　ＮＸ　
　　Ｎｙただし、Ｍ’０６．は被測定パターンの面積。 Ｘ、、Ｙｃは被測定パターンの重心のＸ座標。 Ｙ座標である。 かくして上記０〜０式の演算を実行すれば、画像３の重
心Ｇの座標（Ｘｃ　Ｙｅ　）や主軸角θが検出できる。 ところが上記各式は、二重積分。 乗除算、逆三角関数を含んでおり、これらの演算をソフ
ト的に実施すると、大幅な時間（秒オーダ）がかかり、
特に１画面分のビデオ信号出力期間以内に演算を終了さ
せる等、到底不可能であり、またこれをハード的に実施
すれば、コストやスペースの点で問題があった。 〈発明の目的〉 この発明は、上記問題を一挙に解消するためのものであ
って、物体画像の重心の座標や主軸角をリアルタイムで
検出できる重心および主軸角検出装置を提供することを
目的とする。 〈発明の構成および効果〉 上記目的を達成するため、この発明では、物体を撮像し
て濃淡画像を構成するビデオ信号を出力する撮像手段と
、このビデオ信号を２値化処理して縦横複数の画素より
成る２値画像を生成する２値処理手段と、角画素を構成
する２値データおよびその画素の座標に基づき物体の重
心および主軸角を算出する演算処理手段とで重心および
主軸角検出装置を構成し、前記演算処理手段には、前記
ビデオ信号の角水平走査ライン毎に２値画像の水平座標
アドレスに関する０次モーメント、１次モーメントおよ
び、２次モーメントを演算する手段、前記ビデオ信号の
各水平走査ライン毎に２値画像の垂直座標アドレスに関
する１次モーメントおよび２次モーメントを演算する手
段、前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の
水平・垂直座標アドレスに関する相関モーメントを演算
する手段、前記各モーメントのそれぞれにつき垂直走査
期間にわたる累積加算値を演算する手段、この累積加算
結果に基づき２値画像の重心および主軸角を算出する手
段を具備させることにした。 この発明によれば、ビデオ信号の１水平走査期間毎に１
水平走査ライン分の０次、１次、２次の各モーメントを
求め、各ラインの総和を有効垂直走査期間にわたり演算
し、次の帰線消去期間に重心および主軸角を演算するこ
とにより、ビデオ信号期間を無駄なくフルに利用して、
物体画像の重心位置やその傾きをリアルタイムで検出で
きる。従って物体位置や角度の情報が高速に得られ、ロ
ボット等の高速制御を実現できる。 また上記重心の座標や主軸角の検出は、ソフトと簡単な
ハード構成をもって可能であり、コストの低減や回路構
成の簡易化を実現できる等、発明目的を達成した顕著な
効果を奏する。 〈実施例の説明〉 第１図はこの発明の一実施例にかかる重心および主軸角
検出装置の回路構成例を示し、第２図はこの装置につい
ての理論を説明するための図である。 第２図において、縦横の各升目は画素を示し、各画素に
は水平座標アドレスＸ、、Ｘ、・・・・。 ＸｔＳ＆および、垂直座標アドレスＹｌ　、Ｙ、。 ・・・・＋　ｙｚｓｉが割り当てられる。画像５は、物
体を描像して得たビデオ信号を２値化処理して求めた２
値画像であって、例えば物体部分が黒画素、背景部分が
白画素より構成される０図中、Ｇは画像５の重心を示し
、その座標（ＸＧ　Ｙ＠　）や主軸角θは、っぎの■〜
［相］式で示す如く、Σの関数式として表される。 ΣＸｉ　玉ｆ　　（Ｘ直、Ｙｊ　） 盈 なお画像５は２値画像であるから、前記した濃度の重み
関数ｆ　　（ｘｉ、ｙｊ）は、次式で示す如く、ｒ、０
ＪｒｌＪのいずれか値をとる。 か（して上記■〜［相］式において、ΣＹ、−Ｎ。 およびΣＹｊ”　Ｎ、は垂直座標アドレスに関する１次
モーメントおよび２次モーメント、Σ・Ｎｊドレスに関
する０次モーメント　１次モーメント垂直座標アドレス
に関する相関モーメントであり、第２図に示す実施例に
おいて、それぞれモーメントの具体例が図の左右両側に
あられしである。 この実施例の場合、ビデオ信号の各水平走査ライン毎に
２値画像５の水平座標アドレスに関する０次モーメント
ＮＪ　＋　　１次モーメントΣＸ正およム び、２次モーメントΣＸ！をハード的に求め、つぎの水
平走査ラインで垂直座標アドレスに関する１次モーメン
トＹｊＮ、および２次モーメントＹ”　Ｎ、　、さらに
水平・垂直座標アドレスに関する相関モーメントＹ、Σ
Ｘｉをソフト的に算出すす ると共に、各水平走査ライン毎に有効垂直走査期をそれ
ぞれ求め、つぎの垂直帰線消去期間に前記累積加算値に
基づき■〜［相］式の演算を実行して、重心Ｇの座標（
ｘＧｙｙｅ）および主軸θをソフト的に算出する。 第３図は、この実施例におけるビデオ信号ＶＤ、のタイ
ムチャートを示す、同図において、上半分の図は、垂直
走査期間にかかるビデオ信号ＶＤ、を、下半分の図は水
平走査期間にかかるビデオ信号ＶＤ、を、それぞれ示し
ている。 図中、ＶＤは垂直同期信号、）（Ｄは水平同期信号を示
し、１垂直走査期間（１６，６ミリ秒）は２０Ｈ（ただ
しＩＨは１水平走査期間を意味し６３．５マイクロ秒で
ある）の垂直帰線消去期間と、残りの有効垂直走査期間
とから構成されている。この有効垂直走査期間には、２
４２本の水平走査ラインを含み、また各水平走査ライン
には、２Ｓ６個の画素データを含んでいる。 なお図中、Ｙｒ　、Ｙｒ、Ｙコ、・・・・＊　Ｙｚ＊ｘ
は前記第２図における垂直座標アドレスに、またＸ　１
１　Ｘ　２．Ｘ　！＋・・・・、Ｘ□轟は水平座標アド
レスにそれぞれ対応する。 つぎに第１図の回路構成を説明するに、図中、テレビカ
メラ６は、静止または移動中の物体７を例えば上方より
撮像し、濃淡画像を構成するところのビデオ信号ＶＤ、
を出力する。同期分離回路８は、ビデオ信号ＶＤ！より
水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤ、クロック信号Ｇ
Ｋ等を分離して、これを２値化回路９へ出力する。 ２値化回路９は、ビデオ信号ＶＤｉに対し一定のスレシ
ュホールドレベルを設定することにより、ビデオ信号Ｖ
Ｄ、を白黒２硫化して２値化画像を生成する。画素カウ
ンタｌＯは、ビデオ信号ＶＤ、の１水平走査ライン毎に
、物体部分を構成する画素（この実施例では黒画素）の
数を計数するためのもので、その計数値Ｎ、はＩ　／　
Ｏ（Ｉｎｐｕｔｌｏｕｔｐｕｔ）ボート１１を介してＣ
Ｐ　Ｕ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎ
ｉｔ）　　１２に取り込まれるようになっている。 水平カウンタ１３は、前記の水平座標アドレスを割り当
てるためのもので、水平同期信号ＨＤの立下がりから例
えば１０画素分に相当する時間経過後よりクロック信号
ＧＫの計数を開始する。加算器工４およびバッファエ５
は、黒画素が存在位置する水平座標アドレスにつき、そ
の累積加算値４ｘ、を求めてＣＰＵ１２へ出力するため
のもので、水平カウンタ１３の内容Ｘ！とバッファ１５
の内容とが加算器１４に入力されて累積加算処理される
。 テーブル変換ＲＯＭ１６は、水平カウンタ１３の内容Ｘ
Ｊを、その２乗値Ｘ（”に変換するためのテーブルＴＩ
（第４図に示す）が格納されたものであり、水平カウン
タ１３の内容Ｘ！でテーブル変換ＲＯＭ１６のアドレス
がアクセスされて、その２乗値Ｘ、２が加算器１７へ出
力される。この加算器１７およびバッファ１８は、黒画
素が存在位置する水平座標アドレスにつき、その２乗値
Ｘ五ｚの累積加算値ΣＸ、ｚ五 を求めてＣＰＵ１２へ出力するためのもので、テーブル
変換ＲＯＭ１６の出力Ｘ！２とバッファ１８の内容とが
加算器１７に入力されて累積加算処理される。 上記カウンター０の計数値Ｎ、や各バッファ金銀にＩ１
０ボート１１を介してＣＰＵ１２に取り込まれ、ＣＰＵ
１２はこれらのデータに基づき所定の演算処理を実行し
て、画像の重心Ｇの座標（ＸＧ、Ｙｆｉ）および主軸角
θを求める。 なお図中、Ｆ　ＲＯＭ　（Ｐｒ６ｇｒａｍｍａｂｌｅ　
　ＲｅａｄＯｎｌｙ　）’Ｉｅ＋ｗｏｒｙ）　　１９は
位置ずれ検出等の一連のプログラムを格納し、またＲ　
Ａ　Ｍ　（ＲａｎｄｏｓＡｃｃｅｓｓ　　Ｍｅ＋５ｏｒ
ｙ）は各種データを格納する他、処理実行のためのワー
クエリアを有する。また通信制御部２１は、ＣＰＵ１２
の演算結果を、上位の制御機へ送信する。 第５図はこの発明の他の実施例を示し、上記算器２２と
２個のマルチプレクサ２３．２４とを用いて時分割処理
するようにしたものである。 なおこの実施例における他の構成は、第１図の実施例で
あり、対応する各構成に同一符号を付してここではその
説明を省略する。 しかして第１図の回路において、モードを学習モードに
設定した上で、テレビカメラ６で基準モデルを損傷する
と、同期分離回路８で同期信号等が分離され、さらに２
値化回路９でビデオ信号ＶＤ、の２値化処理が実行され
て、２値画像が生成される。この２値画像出力は、画素
カウンタｌＯおよび各加算器１４．１７へ送られるもの
で、この画素カウンタ１０や各加算器１４．１７におい
ては、前記した所定の計数ないしは演算が実行される。 そして各水平走査期間毎に、ＣＰＵ１２に対し水平同期
信号ＨＤによる割込みＩＮＴが発生せられ、その都度、
画素カウンタ１０の内容や、各加算器１４．１７による
加算結果がＣＰＵ１２取り込まれる。 第６図はＣＰＵ１２における割込み制御動作を示す。 なお同図中、ＹｌはＣＰＵ１２が内部に有する垂直カウ
ンタの計数値（前記垂直座標アドレスに相当する）を示
しており、この垂直カウンタは前記割込みＩＮＴの発生
がある毎に歩進されるものであって、垂直同期信号ＶＤ
の立下がりより２０Ｈに相当する時間経過後より計数を
開始する。 今、Ｙｊ番目の水平走査ラインにつき、画素カウンター
Ｏによる黒画素計数動作が完了した時点を想定すると、
まずＣＰＵ１２はステップ、１　（図中ｒｓＴＩＪで示
す）で画素カウンター０の内容Ｎ、を読み取った後、つ
ぎのステップ２でその累積加算値Ｎ（前記ΣＮ、に対応
する）を演算して、ＲＡＭ２０へ格納する。さらにステ
ップ３では、ＣＰＵＩ　Ｚ内の垂直カウンタの内容Ｙ、
が読み取られ、つぎのステップ４でＣＰＵ１２はその累
積加算値ＮＴ、（前記ΣＮ、Ｙ、に対応する）を演算し
て、演算結果をＲＡＭ２０へ格納する。続くステップ５
では、垂直カウンタの内容Ｙ、をその２乗値Ｙｊ”に変
換するため、ＦＲＯＭ１９に格納された変換テーブル（
図示せず）が参照されて２乗値Ｙｊｔが求められる。そ
してつぎのステップ６では、Ｙｊ”　Ｎ、の累積加算値
ＮＹ（前記ΣＹｊ”　Ｎｊに対応する）が演算されて、
その演算結果がＲＡＭ２０へ格納される。さらにステッ
プ７では、バッファ１５の内容ΣＸｉがＣＰＵ１２にム 取り込まれて、つぎのステップ８で、その累積加算値Ｎ
Ｔｔ　（前記８戸Ｘｉに対応する）が演ｊ　　工 算されると共に、つぎのステップ９で、に対応する）が
演算されて、それぞれ演算結果がＲＡＭ２０へ格納され
る。さらにステップｌＯでは、バッファ１８の内容Σｘ
ｉ２がＣＰＵ１２に取り込まれ、続くステップ１１で、
ＣＰＵ１２はその累積加算値Ｎ、（前記ΣΣＸ、ｚ対応
する）を演算して、その結果をＲＡＭ２０へ格納する。 つぎのステップ１２は、前記垂直カウンタの内容Ｙ、が
ｒ２４２Ｊに達したか否か、すなわち最終２４２番目の
水平走査ラインについてのステップ１〜１１の処理が完
了したか否かを判定しており、もしその判定が“Ｎｏ”
のとき、つぎの割込みＩＮＴに待機し、以下の水平走査
ラインについての上記各処理が繰返し実行される。 かくして最終の水平走査ラインについてのステップ１〜
１１の処理が終了すると、ステップ１２の判定が“ＹＥ
Ｓ”となり、つぎのステップ１３．１４において、前記
累積加算値Ｎ。 ＮＴ、、ＮＴｔを用いて、重心Ｇ０の座標（ＸＧ。。 Ｙ　ｒ、　ｏ　）が算出され、その結果がＲＡＭ２０の
所定エリアに格納される。またつぎのステップ１５．１
６．１７において、前記累積加算値Ｎｘ　、Ｎｖ　、Ｎ
ｘｖを用いて、それぞれＮ、＝Ｎｖ　　ＮＹｃｏ”・Ｎ
ｘｖ＝　Ｎｘｖ　　Ｎ　ＸＧＯＹＧ＠・Ｎ　Ｘ　＝　Ｎ
　Ｘ　　Ｎ　Ｘ　ｃ　ｏを演算して主軸角θ。が算出さ
れ、その結果がＲＡＭ２０の所定エリアに格納される（
ステップ２０）。この場合この実施例では、まずつぎの
０式を換算してＺの値を求め、このＺを１０倍または１
／１０倍した値でＰＲＯＭ１９に格納された変換テーブ
ル（第８図および第９図）のアドレスをアクセスして、
主軸角θ。の算出を行っている。 Ｎ　ｙｔ　−Ｎ　ｙ なお第８図は主軸角θ０がＯ〜２２．５”である場合の
変換テーブルＴ２およびｔａｎθ。の変換曲線を、また
第９図は主軸角θ。が２２．５〜４５″である場合の変
換テーブルＴ３およびｃｏｔθ。の変換曲線をそれぞれ
示し、この変換テーブルＴ２．Ｔ３は主軸角θ。の大き
さに応じて用いわけられる。 上記重心Ｇ０の座標（ＸＧＯ，Ｙｅ。）および主軸角θ
。の算出が終わると、最後にステップ２１でＲＡＭ２０
より各累積加算値Ｎ、ＮＴ、：ＮＴｚ　、ＮＸ　、Ｎｖ
　、Ｎｘｖがクリアされ、基準パターンについての一連
の処理を終了する。 つぎにモードを計測モードに設定した上で、テレビカメ
ラ６で被認識物体を撮像する。この場合も、上記基準モ
デルの場合と同様の画像処理、さらには画素カウンタ１
０および各加算器１４．１７の計数ないしは演算が実行
される。 そして各水平走査毎に、ＣＰＵ１２に対し水平同期信号
ＨＤによる割込みＩＮＴが発生せられ、画素カウンタ１
０の内容や各加算器１４．１７による加算結果がその都
度読み込まれる。 第７図はこの場合のＣＰＵ１２における割込み制御動作
を示す。同図において、ステップ２１〜３１は累積加算
値Ｎ、ＮＴ＋、Ｎｖ　、ＮＴｔ　。 Ｎ、ｖ、Ｎ、を算出するステップであって、これは第６
図のステップ１〜１１と全く同様である。 そして最終の水平走査ラインについてのステップ２１〜
３１の処理が済むと、ステップ３２の判定がＹＥＳ”と
なり、ステップ３３〜４０において、重心Ｇの°座標（
ＸＧ　、　Ｙｅ　）および主軸角θが算出される。しか
る後、ＣＰＵ１２は、これらデータおよび学習モードで
得た基準モデルについてのデータを用いて前記０〜０式
の演算が実行され、画像の位置ずれ量ΔＸ。 ΔＹ、および回転ずれ量へ〇が算出される。 （ステップ４１〜４３）。そしてつぎのステップ４４で
この算出結果が通信制御部２１より上位制御機へ出力さ
れた後、ステップ４５において、　ＲＡＭ２０より各累
積加算値Ｎ、ＮＴ、。 ＮＴｚ、Ｎｘ　、Ｎｖ　、Ｎｏｖがクリアされて、一連
の処理を全て終了する。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の一実施例にかかる重心および主軸角
検出装置の回路構成例を示すブロック図、第２図はこの
発明の装置の動作理論を説明するための図、第３図はビ
デオ信号のタイムチャート、第４図は変換テーブルの内
容を示す図、第５図は他の実施例の回路構成を示すブロ
ック図、第６図は学習モードでの割込み制御動作を示す
フローチャート、第７図は計測モードでの割込み制御動
作を示すフローチャート、第８図および第９図は変換テ
ーブルおよび変換曲線を示す図、第１０図は画像の位置
ずれ量や回転ずれ量を説明するための図、第１１図は重
心および主軸角の検出理論を説明するための図である。 ６・・・・・・テレビカメラ　　９・・・・・・２値化
回路１０・・・・・・画素カウンタ　　１２・・・・・
・ＣＰＵ１３・・・・・・水平カウンタ　　１４．１７
・・・・・・加算器１５、１８・・・・・・バッファ Ｇ、　Ｇ、・・・・・・重心

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体を撮像して濃淡画像を構成するビデオ信号を
   出力する撮像手段と、このビデオ信号を２値化処理して
   縦横複数の画素より成る２値画像を生成する２値処理手
   段と、各画素を構成する２値データおよびその画素の座
   標に基づき２値画像の重心および主軸角を算出する演算
   処理手段とから成り、 前記演算処理手段は、 前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の水平
   座標アドレスに関する０次モーメント、１次モーメント
   および、２次モーメントを演算する手段、 前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の垂直
   座標アドレスに関する１次モーメントおよび２次モーメ
   ントを演算する手段、 前記ビデオ信号の各水平走査ライン毎に２値画像の水平
   ・垂直座アドレスに関する相関モーメントを演算する手
   段、 上記各モーメントのそれぞれにつき垂直走査期間にわた
   る累積加算値を演算する手段および、この累積加算結果
   に基づき２値画像の重心および主軸角を算出する手段と
   を具備して成る重心および主軸角検出装置。