JP3651037B2 - 線分検出方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、入力画像から線分を検出する線分検出方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば自動車組立て工場における作業の自動化のためには部品のハンドリングが非常に重要な問題である。特に、組立て領域の自動化において必要とされているようなロボットによる多機能で正確な自動ハンドリングを実現するためには、対象物の画像の細線化処理を行なって線分を検出し、この線分から対象物の形状を精度良く抽出する技術が必要となってくる。
【0003】
従来の線分検出方法として、下記の方法が知られている。
(1) 入力画像に対して、エッジ検出、2値化、細線化等の前処理を行い、細線画像を得る。
(2) 上記細線画像に含まれる全てのセグメントについて、以下の処理(3) 〜(7)を行なう。ここで、「セグメント」とは、線幅1の、連続した画素列であって、分岐の無いものを意味する。
(3) 任意のセグメントの端点からk個の画素n1 〜nk (kの初期値として、例えばk=3とする)に対して、最小二乗法等を適用して直線を当てはめる。得られた直線をL1 とする。
(4) (k+1)番目の画素nk+1 が直線L1 に含まれるか否かを判別する。すなわち、画素n1 〜nk+1 に対して、最小二乗法等を適用して直線を当てはめる。得られた直線をL2 とする。
(5) 直線L1 の傾きα1 と直線L2 の傾きα2 とを比較し、|α1 −α2 |の値が所定のしきい値以下であれば、画素nk+1 は直線L1 上にあると判定し、|α1 −α2 |の値が所定のしきい値よりも大きければ、画素nk+1 は直線L1 上にないと判定する。
(6) 画素nk+1 が直線L1 上にあれば、画素n1 〜nk+1 に当てはまる直線をL2 として、処理(4) へ戻る。画素nk+1 が直線L1 上になければ、画素n1 〜nk は1本の線分と見なし、画素nk+1 を端点とし、処理(3) へ戻って新たに直線を検出する。
(7) 処理(3) 〜(6) をセグメントの終点に達するまで反復する。
【0004】
また、線分検出方法としては、上述以外に、画像情報から物体の輪郭を抽出して輪郭点座標を求め、該輪郭点座標からハフ(Hough )変換を行なって関数ρ=xicosθ+yisinθで表される正弦波に変換し、パラメータθ,ρに従って2次元ヒストグラムを作成し、該ヒストグラム上のピーク点を検出することにより、上記輪郭点座標の示す線分情報を検出する方法がある(特開昭64−74680号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の処理(1) 〜(7) からなる従来の線分検出方法には、次のような問題点があり、それが原因で、正確な線分抽出が困難であった。すなわち、(1)ノイズの影響や量子化誤差のために、本来同一線分を構成する画素が、図5に示すように、同一直線上に位置しない。特に、上述の処理(5) で用いられるしきい値が小さいと、このような同一線分上にあるべき画素が、同一線分上にないものと判断され、多数の線分に細分化されてしまう。
(2)問題点(1)を解決しようとしてしきい値を大きくすると、曲線上の画素等に対しても線分が当てはめられ、図6に示すように、誤った線分検出結果を得ることになる。
【0006】
また、ハフ変換を用いる方法は、複雑な処理を必要とし、使用メモリ量と処理コストの面で問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、入力画像から得られる線画画像からの正確な線分検出を容易になし得る線分検出方法およびその装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による線分検出方法は、入力画像から得られる線画画像中の線画から、複数の画素によって構成される第1の線分を抽出し、次いで新たな画素を取り込んで、上記第1の線分を構成する上記複数の画素と上記新たな画素とによって構成される第2の線分を抽出し、上記第1の線分と上記第2の線分との一致度を判定する線分検出方法において、
上記線分抽出処理における上記画素に対する上記線分の始端からの離れ度合いに応じた重み付けと、上記一致度判定処理における上記第1の線分の長さに応じた重み付けとのうち、少なくとも上記一致度判定処理における重み付けを行なうとともに、
上記一致度判定処理を、上記第1および第2の線分間の誤差を所定のしきい値と比較することによって行ない、上記一致度判定処理における重み付けを、上記誤差に対して上記第1の線分の長さを乗算することによって行なうことを特徴とする。
【0009】
上記線分抽出処理における重み付けは、上記線分の始端から離れた画素の重みを軽くすることによって行なうことができる。
【0010】
上記線分抽出処理は最小二乗法を適用して行なうことができる。
【0011】
本発明による線分検出装置は、入力画像から得られる線画画像中の線画から、複数の画素によって構成される第1の線分を抽出し、次いで新たな画素を取り込んで、上記第1の線分を構成する上記複数の画素と上記新たな画素とによって構成される第2の線分を抽出する線分抽出部と、
該線分抽出部により抽出された上記第1および第2の線分が同一直線を形成するか否かを該第1および第2の線分間の誤差を所定のしきい値と比較することによって判別する直線判別部とを備え、
上記線分抽出部において上記画素に対して上記線分の始端からの離れ度合いに応じた重み付けを行う機能と、上記直線判別部において上記第1および第2の線分間の誤差に対して上記第1の線分の長さを乗算することによって重み付けを行う機能とのうち、少なくとも上記直線判別部において重み付けを行う機能が付与されていることを特徴とする。
【0012】
【作用および発明の効果】
本発明の線分検出方法およびその装置によれば、曲線に対して誤って直線を当てはめたり、本来1本の線分が細分化されたりするような問題が解消され、正確な線分検出が可能になる。
【0013】
特に、本発明の線分検出方法は、2つの線分の一致度判定処理において、線分探索開始直後では、線分候補点の小さなばらつきでも線分のパラメータの大きなばらつきとなるが、線分の長さを重み付けることによって、2本の線分の検出誤差を相対的に小さくすることができる。またこれとは逆に、線分探索が進むにつれて、線分候補点が大きくばらついても線分パラメータには小さなばらつきとしかならないが、線分の長さを重み付けることによって、上記検出誤差を相対的に大きくすることができる。
【0014】
したがって、本発明によれば、2つの線分の一致度判定を安定的かつ正確に行なうことができる利点がある。
【0015】
なお、上述の線分抽出処理において、線分の始端から離れた画素の重みを軽くする場合には、曲がった部分での直線の引っ張りを小さく押さえることができる。このため、線分のパラメータ検出をより正確に行なうことができる。
【0016】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【0017】
図1は、本発明による線分検出装置の構成を示すブロック図で、前処理部1、線分抽出部2および直線判別部3によって構成されている。
【0018】
上記前処理部1は、入力画像に対して、エッジ検出、2値化、細線化およびラベル付け等の前処理を施して、線分候補点を抽出する機能を有する。上記線分抽出部2は、線分候補点に対して最小二乗法を適用して直線を当てはめる機能を有する。上記直線判別部3は、2つの線分が一致するか否か、すなわち2つの線分が同一直線を形成するか否かを判別する機能を有する。
【0019】
次に、上記線分検出装置によって実行される処理の1例について、図2のフロ−チャ−トを参照して説明する。
【0020】
(I)前処理
入力画像に対して、エッジ検出、2値化、細線化およびラベル付け等の各処理を順に行ない、ラベル付けされた線分候補点(画素)を得る(S1)。
【0021】
(II)線分抽出
ラベル1が付された線分候補点群の端点からi番目の点(画素)の座標を(xi ,yi )としたとき、1番目からn番目(例えばn=3)までの点(画素)で規定される線分を1次の最小二乗法で算出する(S2〜S4)。
【0022】
ただし、線分の始端から離れた終端部分のいくつかの点の重みを軽くして最小二乗法を適用する。例えば、終端の20%の点の重みを軽くする場合は、1番目から 0.8n番目未満までの点の重みを1とし、0.8n番目からn番目までの点の重みを例えば0.5とする。そして実際には、下式から直線の方程式y=ax+bを計算する。wi は画素の座標値に対する重み付け係数である。
【0023】
【数1】
【0024】
例えば、n=3であれば、1番目と2番目の点の重みを1とし、3番目の点の重みを0.5とする。また、n=6であれば、1番目から4番目までの点の重みのみを1とし、5番目と6番目の点の重みを0.5とする。
【0025】
(III )直線判別(一致度判定)
1番目からn番目までの点で規定される線分L1 を
a1 x+b1 y+c1 =0とし、
1番目からn+1番目までの点で規定される線分L2 を
a2 x+b2 y+c2 =0とする。
【0026】
線分L1 とL2 のパラメータをベクトルΛ1 =(a1 ,b1 ,c1 ),Λ2 =(a2 ,b2 ,c2 )で表し、2本の線分L1 とL2 間のパラメータの誤差をe=(Λ1 −Λ2 )(Λ1 −Λ2 )T LL1 とする。ただし、LL1 は線分L1 の長さを表す。
【0027】
次に、線分L1 とL2 が一致するか否か、すなわち、線分L1 とL2 が同一直線を形成するか否かを上記誤差eの値によって判別する(S5)。すなわち、上記誤差eが所定のしきい値よりも小さければ、線分L1 とL2 は同一直線であると見做し(S6:YES)、1番目からn+1番目までの点で線分L2 :a2 x+b2 y+c2 =0が規定される。また、上記誤差eが所定のしきい値よりも大きければ、線分L1 とL2 は同一直線上にないと見做し(S6:NO)、1番目からn番目までの点で線分L1 :a1 x+b1 y+c1 =0が規定され、n+1番目の点は異なる線分の端点とする。
【0028】
(IV)候補点群の全ての点について処理(II)〜(III )を反復する(S7〜S9)。
【0029】
(V)次のラベルへ移動し、処理(II)〜(IV)を反復する(S10,S11)。
【0030】
なお、直線判別(一致度判定)の方法として、上記2本の線分L1 とL2 のパラメータ誤差を求める方法の他に、図3に示すように、線分L1 の傾きα1 と線分L2 の傾きα2 との角度差によって求めることができる。
【0031】
なお、本実施例では、上記(I)の前処理において、入力画像に対しエッジ検出、2値化、細線化およびラベル付け等の各処理を順に行ない、かつ上記(II)の線分検出において、線画画像に含まれる任意のセグメントの端点からk個の画素n1 〜nk に対して当てはめられた第1の線分と、上記端点からk+1個の画素n1 〜nk+1 に対して当てはめられた第2の線分とのパラメータ誤差が所定のしきい値以下の場合に、画素nk+1 が上記第1の線分の延長線上にあると判定しているが、これに代わり、入力画像を微分して検出したエッジにおける各画素の濃度勾配のベクトル(方向および大きさ)を求め、互いに隣接する画素nk と画素nk+1 の濃度勾配のベクトルの差を所定のしきい値よりも小さい場合に、画素nk+1 が上記第1の線分の延長線上にあると判定するようにしても良い。
【0032】
すなわち、図4に示すように、座標(x0 ,y0 )を有する1つの画素n0 の8近傍の画素の濃度をf1 〜f8 とすると、画素p0 の水平方向の濃度勾配uおよび垂直方向の濃度勾配vはそれぞれ下式で表される。
【0033】
u=(f3 +f4 +f5 )−(f1 +f7 +f8 )
v=(f5 +f6 +f7 )−(f1 +f2 +f3 )
また、画素n0 (x0 ,y0 )の濃度勾配のベクトルの方向を示す直線をy=k×(x−x0 )+y0 とすると、上記ベクトルの方向を表す係数kおよび上記ベクトルの大きさP0 はそれぞれ下記の式で表される。
【0034】
k = tan-1(v/u)
P0 =√(u2 +v2 )
このような画素の濃度勾配のベクトルの方向および大きさを求める演算を画素nk と画素nk+1 について行なって、両画素の濃度勾配のベクトルの方向および大きさの差がそれぞれ所定のしきい値以内である場合に、画素n1 〜画素nk を含む線分と、画素n1 〜画素nk+1 を含む線分とが同一直線上にあると判定すれば良い。そして、その判定時に互いに隣接する画素の濃度勾配のベクトルの方向および大きさの差に対して、上述と同様に線分の長さを乗算して重み付けを行なえば良い。
【0035】
さらに、画素n1 〜画素nk を含む線分の延長線に対して画素nk+1 から垂線を引き、この垂線の長さに関し同様の重み付けを行なった上で所定のしきい値と比較して、画素n1 〜画素nk を含む線分と、画素n1 〜画素nk+1 を含む線分とが同一直線上にあると判定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による線分検出装置の構成の1例を示すブロック図
【図2】 本発明による線分検出方法における処理の流れを表すフロ−チャ−ト
【図3】 同 作用の説明図
【図4】 画素の濃度勾配を該画素の8近傍の画素の濃度から求める方法の説明図
【図5】 従来の線分検出方法の問題点の説明図
【図6】 従来の線分検出方法の問題点の説明図
【符号の説明】
1 前処理部
2 線分抽出部
3 直線判別部
Claims (4)
- 入力画像から得られる線画画像中の線画から、複数の画素によって構成される第1の線分を抽出し、次いで新たな画素を取り込んで、上記第1の線分を構成する上記複数の画素と上記新たな画素とによって構成される第2の線分を抽出し、上記第1の線分と上記第2の線分との一致度を判定する線分検出方法において、
上記線分抽出処理における上記画素に対する上記線分の始端からの離れ度合いに応じた重み付けと、上記一致度判定処理における上記第1の線分の長さに応じた重み付けとのうち、少なくとも上記一致度判定処理における重み付けを行なうとともに、
上記一致度判定処理を、上記第1および第2の線分間の誤差を所定のしきい値と比較することによって行ない、上記一致度判定処理における重み付けを、上記誤差に対して上記第1の線分の長さを乗算することによって行なうことを特徴とする線分検出方法。 - 上記線分抽出処理における重み付けを、上記線分の始端から離れた画素の重みを軽くすることによって行なうことを特徴とする請求項1に記載の線分検出方法。
- 上記線分抽出処理を最小二乗法を適用して行なうことを特徴とする請求項2に記載の線分検出方法。
- 入力画像から得られる線画画像中の線画から、複数の画素によって構成される第1の線分を抽出し、次いで新たな画素を取り込んで、上記第1の線分を構成する上記複数の画素と上記新たな画素とによって構成される第2の線分を抽出する線分抽出部と、
該線分抽出部により抽出された上記第1および第2の線分が同一直線を形成するか否かを該第1および第2の線分間の誤差を所定のしきい値と比較することによって判別する直線判別部とを備え、
上記線分抽出部において上記画素に対して上記線分の始端からの離れ度合いに応じた重み付けを行う機能と、上記直線判別部において上記第1および第2の線分間の誤差に対して上記第1の線分の長さを乗算することによって重み付けを行う機能とのうち、少なくとも上記直線判別部において重み付けを行う機能が付与されていることを特徴とする線分検出装置。
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JP31822294A JP3651037B2 (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 線分検出方法およびその装置 |
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