JPH01231183A - 画像処理装置における直線性判定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、テレビカメラなどから入力された映像信号
を利用する画像処理装置において、映像信号から得た線
分の直線性を判定する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の方法として白井良明著“コンピュータビ
ジョン”　（昭和５５年４月３０日、昭晃堂発行）１６
９頁の図８．１２に示すものがあった。第５図はこの従
来の判定方法を示すもので、これには視覚情報処理装置
の一般的な構成が４つ説明されている。これらは用途に
応じて同図（ａｌ〜ｔｄ）のなかから最適な装置が選ば
れる。

第５図（ａ）は泡箱写真の解析を行なう装置で、フライ
ングスポットスキャナ（ＦＳＳ）１０１を専用制御部１
０３で制御して特徴を計算機１０２で判定する。同図（
ｂｌはプリント基板の傷検出やポンプの給水口と排水口
の認識などで用いられており、専用装置１０４だけから
なる。同図（Ｃ１は専用装置１０５．１０６だけでは行
なえない柔軟な制御をマイクロコンピュータ１０７で行
なっており、ＩＣのボンディングに用いられている。同
図（ｄ）はテレビカメラ１０８〜１１１で物を見て認識
した結果を用いて作業を行なう場合に適している。すな
わち、作業を行なっている間は専用装置１１２゜１１３
は何もしなくてもよいため、１台の専用装置で何台もの
テレビカメラからの信号を処理できる。これもＩＣやト
ランジスタのボンディングに使われている。なお１１４
は計算機である。

ここで上記文献に戻り、本出願に直接関連する３６頁か
ら引用を続ける。第６図に上記文献の図２．２４を示す
。入力された画像から得られた点列が第６図の（ａ）で
ある。各点列の方向をその点とに点先の点とを結ぶ線の
方向であると定義する。

点Ａから点列に沿って測った距離をＳとすれば、直線の
部分では各点における方向ψ（ｓ）がほぼ一定になり、
円弧状の部分ではψ（ｓ）の傾きが一定となる。点列の
各点の曲率φ（ｓ）をその点の方向とｍ点前の点の方向
との差とし、図（Ｃ）を得る。これを直線と円弧に分割
する手順は、（１１明らかな分節点のある区間（（Ｌｌ
、Ｒ１）、　　（Ｌ２．Ｒ２））と明らかな曲線区間（
（Ｌ３、Ｒ３））を求める。

（２）　　（１）で得られた区間以外の区間（（Ａ’、
Ｌｌ）、　　（Ｒ１，Ｌ２）など）を直線２曲線、不明
の３種類に分類する。長い曲線区間はさらに曲線と直線
に分割することを試みる。

（３）隣り合う区間が連結可能であれば連結する。

（４）分節点の位置を決める。

ここでこの著者がこの方法についてコメントしている内
容を上記文献より直接引用する。

「この方法もかなり複雑で定式化しがたい。そもそも単
純な方法で人間の直感にあった分割を行なうことは無理
である。」 〔発明が解決しようとする課題〕 視覚認識装置において、輪郭線を発生させそれを直線と
円弧に分割することは上記文献の著者が記した通り、非
常に困難なことである。そのうえ視覚認識装置を実用装
置とするためには実用的な認識速度を得なければならず
、前述したような判断をコンピュータにおいて演算させ
るには反復のある複雑な演算では困るのである。前述の
方法の場合、例えばに点先とかｍ点前という数字はその
距離が大きいと微小な変化は平均化されて検出できない
し、逆に小さいとゆっくりした僅かな変化は見逃すこと
になったり、いわゆる雑音のために凹凸ができすぎたり
するので、色々な大きさの距離の数字で何回も演算を行
なった上で結果の内から適当な物を選択する演算まで必
要になる。又、上記文献から引用した“直線２曲線、不
明の３種に分類する。長い曲線区間はさらに曲線と直線
に分割することを試みる。”というような方式は何回演
算を繰り返せば演算を終わることができるのか予測でき
ず、実用装置を作る時にははなはだ都合が悪い方式と言
える。特に最近は演算時間を短縮して認識速度を向上さ
せるために演算の専用の電子回路を作り使用する方向に
あるが、予想される繰返しの最大回数に相当するだけの
個数の同じ電子回路を用意することは実用上古えられな
いことである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る画像処理装置における直線性判定装置は
上記のような従来のものの問題点に鑑みてなされたもの
で、既に追尾して連結した線分を基準にしてその両側に
対して直線が終了する条件となる限界線を引くという演
算を前もって行っておき、新しい点を連結するたびにそ
の限界線を越えるかどうかという判定を行ない、続いて
新しい点が加わった直線に対して新しい限界線を演算し
以前の限界線よりも内側にある方を限界線として残すと
いう走査を繰返すことにより、直線性の判定を行なうよ
うに構成したものである。ただし線に傾斜があるときは
角度で表現した方が比較の演算が速いので限界角を求め
ておく。

〔作用〕

本発明における判定装置によれば、すでに連結した直線
を基準にして一定の幅の限界線を設けるという方法で判
定するようにしたので、人の怒覚に近い判定ができるよ
うになった。又新しく加わった点が限界角を越えたかど
うかだけを判断すればよく、演算の負担は少ない。又新
しい点が加わった直線に対する新しい限界角の演算も単
純であり、かつ不確定な繰返し演算の要素がない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

まず本発明の一実施例の構成の説明に先立ってその判定
原理を第１図を用いて具体的に説明する。

第１図において、点列Ａ−Ｆがあり、点りで折れ曲がっ
ているとする。直線が外れたことを検出するためには何
等かの闇値が必要であるがその闇値をＤ−Ｄ　’の長さ
であるとすれば、点Ｅまで連結が進んだところにおいて
、１本の直線では表現できなくなっており、新しい直線
が必要になったことが検知されるはずである。言い換え
ると、線Ａ−Ｄ　’の延長線を越えた時はその直線の終
了であり、線Ａ−Ｄ　’の角度がわかっておれば点Ｅが
確定するとすぐにその線を越えたことが判断され都合が
良い。角度Ａ−Ｄ’の演算は線Ａ−Ｄの長さが判ってお
り難しくはない、そして点Ｂが演算しておいた角度Ａ−
Ｂ　’よりも内側にあるためにＡ−Ｄ’の方が厳密な検
定ができることからＡ−Ｄ′の角度だけを記憶しておけ
ば良い０点り以降ではＡ−Ｄ’より内側には点は発生し
ない。なお、点列が下側に曲がりはじめることに対応し
て下側にもＡ−ｃ’等の限界線を用意しておく。

点Ｅで直線がはずれたら、限界線が最後に決められた点
りまでが始めの直線であり、点りからが新しい直線であ
る。

本実施例は以上のような原理に基づき判定を行なうもの
で、そのブロック構成は従来例として引用した第５図と
かわらないが、説明の便宜を考え、あらためて第２図を
用いて説明する。図中、１は画像を入力するテレビカメ
ラである。２は視覚認識装置であり、その内部は以下の
もので構成されている。即ち、３はテレビカメラからの
映像信号を受けるバッファ、４はその出力をデジタル化
するＡ／Ｄ変換器、５．６はその信号を微分、細線化す
る微分回路および細線化回路、７は微分、細線化が行な
われた後の信号を記録するフレームメモリである。そし
てこのフレームメモリ７はコンピュータ８にも接続され
ており、コンピュータから座標を指定してその内容を読
出すことができる。

Ｐ！識結果はコンピュータから外部に出力される。

次に動作について説明する。テレビカメラ１からの映像
信号はＡ／Ｄ変換器４で８ビツトのデジタル信号に変換
される。微分回路５では縦、横方向に対し微分が行なわ
れ、撮影対象の輪郭等の明るさの変化が強いところに強
い線が発生する。細線化回路６では幅のある微分線の中
央に一点ずつの線を残す細線化が行なわれる。これらの
方法は従来から良く知られており、カメラからの入力に
合わせた順にそのまま行なわれて順次フレームメモリ７
に記録される。フレームメモリ７はコンピュータから座
標を指定して内容を読出されるが、撮影対象の明暗変化
が少ない所はＬレベル、変化が強い輪郭線があるところ
がＨレベルの１ビツトの点列の線として表現されている
。

本実施例のコンピュータが行なう演算の内容を第３図を
使って説明する。図中、１１はコンピュータの演算全体
を管理する処理であり、各部分に指示が出されている。

１２はフレームメモリを読出して輪郭点のある画素を順
次追尾して連結する追尾連結処理、１３は追尾処理であ
り、今までに連結した最後の点の周囲でまだ連結に使っ
たことがない輪郭点を見つける機能を持つ。またＩ４は
本発明で新規に設けられた直線検定処理であり、追尾さ
れて新しく加わった点が直線のままとするのがよいのか
新しい直線に分割するのがよいのかを判定する処理であ
る。１つの直線の判定が終わるとその直線の内容の認識
処理１６に送られる。

一方では全体管理処理１１から線分データベース１５に
指示が出され認識対象が持っているであろう輪郭線の内
容が認識処理１６に対して出力される。まず認識処理１
６において、線分マツチング処理１７で追尾連結処理１
２から出力された直線の内容と比較され一致すれば今ま
で一致していた線分と合わせてテレビカメラに撮影され
ている認識対象が何であったかが確定する。

さて、本発明の主眼である線分の直線の検定について第
４図を使って詳細に説明する。まず全体管理処理１１か
ら追尾を開始すべき位置座標ｘｓ。

ｙｓが指示される０輪郭点追尾処理１３は新しい輪郭点
を一回に一点だけ捜す機能を持ち、周囲に輪郭点がなく
追尾に失敗すると処理３２に行って前回までの追尾点ま
で、即ちｘｓ、ｙｓからｘｉ。

ｙｉまでを線分として出力して追尾を終了する。

追尾して新しい輪郭点が見つかるとその座標点Ｘｉ、ｙ
ｉを持って処理３３に行って始点からの偏差ｄｘ、ｄｙ
を求める。処理３４は中心角Ａｃを求めている。処理３
５では以前求めた上側限界角Ａｌｕと中心角とを比較し
、それを越えていれば直線が終わったものとして処理３
６．３７へ行く。

ここでは上側限界角Ａｌｕが最後に決められた時の座標
ｘｌｕ、ｙｌｕと新しい始点ｘｓ、ｙｓとの間が直線と
して出力されると共にｘｌｕ、ｙｌｕが新しい始点ｘｓ
、ｙｓとして登録される。

処理３５において中心角が上側限界角を越えていなけれ
ば処理３８に行き以前求めた下側限界角と比較され、そ
れを越えていれば処理３９．４０で下側限界角を求めた
時の座標ｘｌｄ、ｙｌｄと始点ｘｓ、ｙｓとの間が直線
であることが出力されｘｌｄ、ｙｌｄが次の直線の始点
とされる。処理４１では新しい始点と現在値の間であら
ためて中心角度Ａｃが求められる。処理３８において限
界角を越えない時と処理４１の後は処理４２において始
点と現在値との間の距１ｆ１１が求められ、続いて処理
４３で変位角Ｈが求められる。このＨは第１図でＤ−Ｄ
’として説明した直線が曲がったことを検出する閾値１
ｔｈを対辺、前述の長さｌを斜辺とした角度である。処
理４４は中心角Ａｃに対し変位角Ｈを加減し上側角Ａｕ
と下側角Ａｄとを求める処理である。

もしも上側限界角Ａｌｕよりも上側角が下側にあれば処
理４６．４７において上側角Ａｕを新しい上側限界角Ａ
ｌｕとし、座標値ｘｉ、ｙｉをＸｌｕ、ｙｌｕとして記
憶させる。もしも下側限界角Ａｉｄよりも下側角Ａｄが
上にあれば処理４９゜５０において下側角を下側限界角
とし、その位置の座標ｘｉ、ｙｉをｘｌｄ、ｙｌｄとし
て記憶させる０以上で新しい点ｘｉ、ｙｉが連結された
ことにともなう線の直線性の検定が終わったことになり
、処理１３に戻って連結すべき新しい点の探索が繰り返
される。

このように、本実施例による画像処理装置における直線
性判定装置によれば、新しい点がある範囲を越えたら直
線を終了するという限界を始点からの上側と下側の２つ
の角度で表現するという方法をとったため、限界角を越
えたことが簡単な演算で比較できる。

また２つの限界角を求める演算も始点を中心に行なうた
めに容易である。

長い直線のなかの僅かな変化も短い線分の場合と同様に
充分に検出できる。

直線のなかの一定の大きさの凹凸を闇値を変えることに
より検出したり無視したりすることが自由にできる。

なお、前述の説明ではｘｌｕ、ｙｌｕを新しい始点とし
てｘｉ、ｙｉから新しい追尾を始めるように説明した。

この方法でも実用上不都合なことは起こらないが数学的
に厳密に考えるとｘｌｕ。

ｙｌｕからあらためて一点ずつ追尾するべきである。

また処理４３の演算において逆正弦で行なったが、逆正
接を使用しても精度においては実用上差はない。

本実施例では追尾を１画素行なうたびに直線性の判定を
行なったが、まとめて別に追尾だけを行ない、追尾の結
果をもとにまとめて直線の検定を実施してもよい。

また本実施例では追尾と直線の検定をコンピュータで演
算する方法について説明したが、本発明の目的が電子回
路化にあることからも判るように電子回路化することは
いたって容易であり、本発明の範囲に含まれることは言
うまでもない。

さらに上記実施例では映像信号をデジタル化すした後微
分、細線化により明暗変化の大きい輪郭線の点列を発生
させるように説明しているが、二値化法も含め、どのよ
うな方法を使っても本出願の主眼である線分の直線性の
検定の機能に関係がないことは明白であり、輪郭線の点
列の発生方法に限定されることはない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る画像処理装置における直
線性判定装置によれば、新しい点がある範囲を越えたら
直線を終了するという限界を始点からの上側と下側の２
つの角度で表現するという方法で直線性の判定を行なう
ようにしたので、人の感覚に近い判定ができるようにな
り、演算の負担は少なくなり、又新しい点が加わった直
線に対する新しい限界角の演算も単純であり、かつ不確
定な繰返し演算の要素がなくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による直線性の検定の原理を
説明する図、第２図は本発明の一実施例の構成を示す図
、第３図は第２図のコンピュータで演算される内容を示
す図、第４図は直線の検定の演算を詳細に説明する図、
第５図は従来例の構成図、第６図は従来例の動作を説明
する図である。 図において、１はテレビカメラ、２は視覚認識装置、３
はバンファ、４はＡ／Ｄ変換器、５は微分回路、６は細
線化回路、７はフレームメモリ、８はコンピュータ、１
３は輪郭点追尾処理（輪郭点追尾手段）、１４は直線検
定処理（直線検定手段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）映像を入力し画像処理を行う装置において、点列
   あるいは線の直線性の判定を行なう装置であって、 映像中から取出された明暗変化の大きい部分からなる点
   列あるいは線を追尾する輪郭点追尾手段と、 上記点列あるいは線を追尾して新しい点が加わる度に新
   しい点の両側から決められた長さだけ離れた点とその線
   の他の端を通る延長線の角度を求め、以前求めた角度よ
   り内側であればその角度を残し、追尾による新しい点と
   線の他端の角度がその角度を越えたら、直線でなくなっ
   たと判断する直線性検定手段とを備えたことを特徴とす
   る画像処理装置における直線性判定装置。