JPH0130180B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 工業用テレビジヨンカメラ等によつて撮像され
た画像からパターンの形状を分離識別する方法と
して、パターンの輪郭を追跡する方法があるが、
本発明はこの輪郭追跡を高速に行うための方法に
関するものである。

従来技術とその問題点 従来パターンの形状認識にはいわゆるRun
Length Code法のようにパターン走査線相互の
重複部をチエツクして行く面積的な追跡方法もあ
るが、パターンの輪郭の持つ細部の特徴（例えば
円形、多角形、丸味部、角部、突出部その他の屈
曲部等）や周囲長を求めるには、直接にパターン
の輪郭を追跡することが効果的である。ここで従
来のこの種のパターンの輪郭を追跡する基本的な
方法を述べる。

第１図は撮像デバイス（図示せず）により撮像
されたパターンＳを含む２値画像Ｆを示す。この
画像Ｆは矢印ARのごとくＸ方向の走査をＹ方向
に繰り返すいわゆるラスター走査で得られた画像
信号を、２値化手段（図示せず）を介して各画素
PE毎に２値化した画素データからなり、該画素
データはここではパターンＳの領域では“１”、
背景では“０”の値として計算処理装置（図示せ
ず）内の画像メモリ上の、各画素の座標（ｘ，
ｙ）で番地付けされた領域に入力される。以後こ
の画素データをＦ（ｘ，ｙ）で表わす。

次に前記画像メモリをもとに輪郭の追跡に入
る。まず座標（０，０）の画素POより前記のラ
スター走査のように走査を始めパターンＳの領域
の先端面素BOを見付ける。この画素BOの座標
をパターンＳの領域の輪郭追跡の起点としての輪
郭画素（第１）とし、また終点になるものとして
記憶する。追跡方向はパターンＳを反時計（時
計）方向に廻るものとする。

次に追跡すべき方向を見付けるために画素BO
を一般的な意味で画素Ｐに置換え、第２図の如く
画素Ｐを中心とする３×３画素の局部領域を考え
該画素Ｐ（以後３×３画素の中心となる画素Ｐを
一般に着目画素と呼ぶ）を囲む隣接画素Ａ１〜Ａ
８の画素データを下記の座標（番地）により前記
画像メモリから読みとる。すなわち画素Ｐの座標
を（ｘ，ｙ）とすると、隣接画素Ａ１〜Ａ８の座
標は A1；（ｘ＋１，ｙ）、A5；（ｘ−１，ｙ）、 A2；（ｘ＋１，ｙ−１）、A6；（ｘ−１，ｙ＋
１）、 A3；（ｘ，ｙ−１）、A7；（ｘ，ｙ＋１）、 A4；（ｘ−１，ｙ−１）、A8；（ｘ＋１，ｙ＋１） で表される。

またここで追跡の方向を表すための方向コード
（以下単に方向とも呼ぶ）の定義は第３図に示さ
れる。即ち45゜の間隔で１〜８の数値で表される。

さて前記起点（画素BO）からの追跡方向を見
出す方法（初期追跡法と呼ぶ）を述べると、ラス
ター走査が行われて来た方向５にはパターンの存
在に無い訳であるからパターンを前記の様に反時
計（時計）方向に廻るとすると、方向５から反時
計（時計）方向に回転した隣接方向すなわち方向
６，４から順次反時計（時計）方向すなわち方向
７，３→８，２→１，１→…の順に隣接画素Ａ１
〜Ａ８の画素データを調べ始めて“１”に当つた
方向（次方向コード（第２））に進む。この時追
跡方向に隣接する輪郭画素（第２）の座標は第４
図のごとく着目画素としての画素BOの座標
（ｘ，ｙ）に対し、次方向コードによつて定まる
操作量を加えて求められる。

なお、前記次方向コード（第２）の決定におい
て、決定のための手段面よりの理由から１ステツ
プ無駄とはなるが、方向６，４に代り方向５（−
Ｘ方向）より該画素データを調べ始めてもよい。

次に第３の輪郭画素の追跡方法を述べると、前
記第２の輪郭画素を着目画素として前記と同様に
隣接画素Ａ１〜Ａ８の画素デーダを読みとる。以
後の追跡方向の決定の原則（正常追跡法と呼ぶ）
は、該着目画素に到つた前方向コード（この場合
前記の次方向コード（第２））の方向より時計
（反時計）方向に測つて直角をなす方向（走査開
始方向コードと呼ぶがこれは一般に背景方向に相
当する。）より順次反時計（時計）方向に前記と
同様に隣接画素Ａ１〜Ａ８の画素データを走査
し、始めて“１”に当つた方向（次方向コード
（第３））に進む。またこの時の隣接の第３の輪郭
画素も前記と同様にして求められる。なお第５図
は前記前方向コードと前記走査開始方向コードと
の関係を示す。以後は第２の輪郭画素および次方
向コード（第２）からそれぞれ第３の輪郭画素と
次方向コード（第３）を求めたのと同じ方法で輪
郭を追跡する。

以上の輪郭追跡はパターンを廻りつつ順次求め
られる輪郭画素の座標が前記起点に一致した時に
終了する。

このようにして求められた各輪郭画素の座標や
それらの方向コードから前記のように、輪郭のも
つ細部の特徴や周囲長などが求められる。

以上の方法の欠点は追跡すべき一輪郭画素を求
めるたび毎に着目画素とこれに隣接する８画素の
座標と画素データを読み出さねばならず、処理時
間がかかることである。また上記の処理を行うソ
フトウエアを単純にハードウエアで構成しようと
しても構成が複雑になりまた画像メモリへのアク
セス数も多く処理時間の短縮が難しい。

本発明の目的と要点 本発明は前記の従来のパターンの輪郭追跡方法
の欠点を排除しハードウエア化の容易で高速処理
の可能なパターンの輪郭追跡方法を提供しようと
するものである。

本発明の要点はパターンの輪郭追跡の基本原理
は従来と同様ではあるものの、ラスター走査で得
た画像信号を２値化の直列の画素データに変換し
たのち、この直列の画素データをさらに、着目画
素を中心とする３×３画素の局部領域の画素デー
タを該着目画素に対応しその隣接画素の画素デー
タによつて定まる多値画素データ（多値コード）
に変換する多値コード変換手段を介して、多値画
像の形で多値画像メモリに記憶すると共に、輪郭
画素の前記多値コードと該輪郭画素を追跡した前
方向コードとをアドレスとして次に追跡すべき隣
接の輪郭画素への次方向コードが検索可能なよう
にあらかじめ書込まれた次方向検索手段より次方
向コードを直ちに検索するようにした点にある。

本発明の実施例 第６図は本発明の主要部の構成を示すブロツク
図である。すなわち、６０１は多値コードエンコ
ーダ、６０２は多値画像メモリ、６０３はメモリ
走査部、６０４は終了監視部、６０５は次方向検
索手段、６０５ａは次方向テーブル、６０５ｂは
前方向コードラツチである。次に第６図の動作を
第７〜９図を参照して述べると、多値コードエン
コーダ６０１は第１図に示す２値画像Ｆを次に述
べるように第７図にような該２値画素Ｆの各座標
点に対応した多値コードからなる多値画像FMに
変換する。

ここで多値コードエンコーダ６０１の内部構成
は第８図のようになつている。第８図において８
０１は局部レジスタとしての３ビツトシフトレジ
スタ、８０２はＸ，Ｙ方向の走査画素数より該局
部レジスタ８０１のビツト数３だけ少いビツト長
を持つ、残部レジスタとしての多ビツトシフトレ
ジスタである。局部レジスタ８０１はラスター走
査によつて直列に連なつた２値画像Ｆが矢印AR
８の順に入力されてシフトして行くので、この３
つの局部レジスタの９つの画素データは図の都合
で上下左右を反転した形になつているが丁度、着
目画素Ｐを中心とする前記２値画像Ｆの中の３×
３画素の局部領域の画素データとなり、着目画素
Ｐがラスター走査によつて２値画像Ｆの各座標を
順次移動するので、あたかも３×３画素分の窓
で、２値画像Ｆの各座標点をラスター走査するよ
うな形になる。但し着目画素Ｐの座標が２値画像
Ｆの画面の縁端部２行または２列分に入る場合の
前記３×３画素分の画素データ従つてこの多値コ
ード（後述）は不正値が入るので無視し、この場
合“OOH”とする。

次にこのようにして得られる局部領域の画素デ
ータをどのように前記多値コードに変換するかを
述べると、着目画素Ｐに対する隣接画素はＡ１〜
Ａ８の８つである。今着目画素Ｐ内の画素データ
が“Ｏ”（背景）の場合、第８図においてANDゲ
ート８０３によつて該画素データと隣接画素Ａ１
〜Ａ８内の各画素データとはAND条件がとられ
るので該各画素データの値の如何にかかわらず多
値コードラツチ８０４内の値ｂ０〜ｂ７は
“OOH”となつて出力される。着目画素Ｐ内の画
素データが“１”（パターン）の場合は隣接画素
Ａ１〜Ａ８内の各画素データが多値コードラツチ
８０４内の値ｂ０〜ｂ７に夫夫対応して８ビツト
の情報として出力される。これが前述の多値コー
ドであり、第６図における多値コードエンコーダ
６０１の出力となり該多値コードエンコーダ６０
１の入力に同期して多値画素メモリ６０２に書込
まれ第７図多値画像FMの形で記憶される。今、
多値画像FM上の座標（ｘ，ｙ）における着目画
素（前者と呼ぶ）の多値コードをFM（ｘ，ｙ）
で表わすと該着目画素は第１図２値画像Ｆ上の座
標（ｘ，ｙ）における着目画素（後者と呼ぶ）に
対応しており後者の着目画素の隣接画素の画素デ
ータがFM（ｘ，ｙ）となつている。

すなわち多値画像FMは２値画像Ｆと大きさが
等しく各座標点が対応しており後者の１ビツトの
画素データＦ（ｘ，ｙ）に代り８ビツトのFM
（ｘ，ｙ）を持つ。また以上の説明から明らかな
ように多値画像FM内の多値パターンSMの形は
２値画像Ｆ内のパターンＳと全く等しい。なお第
７図では各座標点の多値コードFM（ｘ，ｙ）は
16進数表現で示されている。

なおこの場合多値画像メモリ６０２の１画素へ
のアクセスは従来の２値の画像メモリの９画素分
へのアクセスに対応する。つまり隣接画素Ａ１〜
Ａ８の８画素分（８ビツト）と着目画素Ｐ自体
（“０”か“１”の１ビツト）の分である。

ところで従来技術で説明したように着目画素で
ある輪郭画素から次の隣接の輪郭画素への追跡方
向（次方向コード）は、着目画素とその隣接画素
だけでは定まらず着目画素に到つた前方向コード
を知つて始めて定められる。すなわち第６図にお
いて次方向テーブル６０５ａは多値画像メモリ６
０２から得られる隣接画素の情報８ビツトと前方
向コードラツチ６０５ｂの出力である前方向コー
ド（８方向、３ビツト情報）の計11ビツトの入力
によつてアクセスされる、ROMまたはRAMか
らなる検索テーブルであり、内には前記11ビツト
の各値に対する次の追跡方向の次方向コードがあ
らかじめ書込まれており、該次方向コードが３ビ
ツトとして即座に出力される。ただしこの出力は
多値画像メモリ６０２をアクセスするアドレスを
発生するメモリ走査部６０３、および前方向コー
ドラツチ６０５ｂに入力され、多値画像メモリ６
０２への書込み時と、パターンの輪郭を追跡する
追跡処理の際に共に利用されるようになつてい
る。従つて次方向テーブル６０５ａは、多値画像
メモリ６０２への多値コードFM（ｘ，ｙ）の書
込みの際と、前記追跡処理においてFM（ｘ，ｙ）
の値が“OOH”（背景部）の際は走査をＸ，Ｙ方
向に＋１する方向コード“１”を出力するように
なつている。

第９図は次方向テーブル６０５ａの内容の一部
分を示す。これは従来技術の項で述べた正常追跡
法を基にした内容である。すなわち５種のメモリ
の内容をもつ局部領域LAと、該局部領域LAに対
応する多値コードTA１と、３種の前方向コード
（１，５，６）TA２と、該多値コードTA１と該
前方向コードTA２の組合せの一部としてのテー
ブルアドレスTAにより、次方向テーブル６０５
ａから検索されるテーブル出力としての８例の次
方向コードTOの対応関係が示される。ただしこ
の図はパターン輪郭を反時計方向に追跡する場合
の例である。なお第９図の適用例は後述する。

再び第６図において前記メモリ走査部６０３は
例えば次方向テーブル６０５ａの次方向コードの
出力に対応して第４図に示したような操作量を得
るテーブルと、操作後のｘ座標およびｙ座標を得
るための加減算累計値を保持する累算器（図示せ
ず）とからなつている。従つてメモリ走査部６０
３は前記のごとく多値画像FMを多値画像メモリ
６０２に記憶させるときは次方向テーブル６０５
ａの出力によりｘ座標を＋１づつ進め、Ｘ方向の
全画素数を越えるとｙ座標が＋１され、Ｘ方向走
査は再び左端より開始されるように動作し、ラス
ター走査と等価なメモリ走査を行なう。このよう
にして２値画像Ｆ内の各座標点（ｘ，ｙ）上の２
値の画素データＦ（ｘ，ｙ）は多値画像FM内の
各座標点（ｘ，ｙ）上に、多値コードFM（ｘ，
ｙ）として変換される。

次に多値画像メモリ６０２内の多値画像FMに
もとづいてパターンの追跡処理を行う場合のメモ
リ走査部６０３の動作を第７図を参照しつつ説明
する。この場合の多値画像メモリ６０２へのメモ
リ走査は記憶時と異なりランダムアクセスとな
る。すなわち追跡処理開始時、メモリ走査部６０
３内のアクセス座標（ｘ，ｙ）に対応する前記累
算器の値は（０，０）にセツトされる。ついで多
値画像メモリ６０２内の番地、換言すれば第７図
PO点座標（０，０）のメモリ（多値コード）が
読み出される。該多値コードが次方向テーブル６
０５ａに入力され次方向テーブル６０５ａから次
方向コードが出力される。前述のごとく座標
（ｘ，ｙ）点の多値コードFM（ｘ，ｙ）が
“OOH”の時は該出力値はＸ方向走査を＋１する
ような方向コードとなり、またＹ方向の走査につ
いてもメモリ走査部６０３は多値画像メモリ６０
２への書込みの場合と同じように動作する。従つ
て多値コードFM（ｘ，ｙ）が“OOH”でない座
標点第７図BOまではラスター走査によつて走査
追跡が行われる。該座標点BOは前述におけるパ
ターン輪郭追跡の起点であり以後輪郭に沿つたラ
ンダムアクセスが実行される。終了監視部６０４
は多値画像メモリ６０２の出力すなち多値コード
FM（ｘ，ｙ）を監視して、該多値コードが始め
て“OOH”でない値となつた前記起点BOの座標
を記憶し、以後輪郭の追跡処理実行中はメモリ走
査部６０３の出力座標を監視して、該出力座標が
起点BOの座標に一致すれば輪郭追跡を一周完了
したとして追跡処理を終了させる。また記点BO
では前記終了監視部６０４は前方向コードラツチ
６０５ｂに起点であることを知らせる起点信号を
送り、パターン輪郭追跡方向が反時計（時計）廻
りの場合便宜上仮想の前方向コードとして“８，
２”を出力させる。これは次方向テーブル６０５
ａのメモリ内容が従来技術の項で述べた正常追跡
法に基づいて次方向コードを検索するようになつ
ているためで、このようにすれば起点における多
値コードと前記前方向コード“８，２”のアドレ
スにより次方向テーブル６０５ａは従来技術の項
で述べた走査開始方向コードが“６，４”に等し
い形で動作、換言すれば追跡方向を“６，４”の
方向から反時計（時計）方向に走査して見出す形
の新方向コードを出力する。従つてこれは従来技
術の項で述べた起点（第１輪郭画素）から第２輪
郭画素を追跡する方法と等価になる。なおこの場
合も前記従来技術の項で附言したように、走査開
始方向コードを“５（−Ｘ方向）”に対応させる形
すなわち上記前方向コード“８，２”に代り
“７，３”としてもよい。

また上記の方法とは全く別に次方向テーブル６
０５ａのメモリ量の増大や回路構成の若干の複雑
化を承知の上で、従来技術の項で述べた初期追跡
法に基づいて、起点からの次方向コード（第２）
のみを見出す専用のメモリ領域を、正常追跡法の
メモリ領域とは別に次方向テーブル６０５ａ内に
設け、次方向コード（第２）のみは前記終了監視
部６０４からの起点信号と起点BOの多値コード
とをアドレスとして、次方向テーーブル６０５ａ
の前記専用のメモリ領域から見出す方法を取つて
もよく、この思想も本発明に含まれる。

次方向コード（第２）の決定以後からは前方向
コードラツチ６０５ｂは次方向テーブル６０５ａ
の出力をラツチして次の輪郭画素の方向追跡のた
めの前方向コードとして出力する。

このようにして行つた輪郭追跡の例を第７図、
第９図および第１図で示す。すなわち、第７図の
多値パターンSM上の輪郭画素内の多値コードの
うち、TA１１〜TA１４は第９図の多値コード
TA１内の同符号と対応し、パターンの輪郭を反
時計方向に廻るとき、上記多値コードTA１１〜
TA１４に対応する各例示輪郭画素の部分の輪郭
追跡の方向は、第９図におけるそれぞれの前方向
コードTA２に対応した次方向コードTOの方向
に一致している。また第１図では上記例示輪郭画
素を中心とする局部領域第９図LA１〜LA４を同
符号で対応して示し、同時に上記の各例示輪郭画
素を中心とする輪郭追跡の方向を矢印で示してい
る。以上のような構成と機能により輪郭追跡の起
点から終点までの間メモリ走査部６０３および次
方向テーブル６０５ａの出力を他のメモリ（図示
せず）に記憶すれば各輪郭点（画素）の位置（座
標）と方向のリスト情報が得られ、また起点から
終点までの追跡処理回数を数えることにより輪郭
部（境界点）画素数が得られる。なお特に高速に
これらの処理を行うことができる。

本実施例では８隣接画素の場合を説明したが、
４隣接画素の場合でも同様なことが可能であり本
発明に含まれる。なおこの４隣接画素の場合は第
２図にて隣接画素Ａ１，Ａ３，Ａ５，Ａ７を用い
て多値コード化を行う形となる。

以上の実施例ではパターンの輪郭を一周して完
了するものとしたが、例えば“一ふでがき”や文
字認識などでは途中で一旦追跡を区切りつつ進め
ることがある。すなわち入力画像を細線化した後
のパターンに対して線引きストロークの分離を行
なう時、前記実施例における起点を端点（多値コ
ードが特殊値となる）にとり細線の追跡を行な
い、終点として新たな端点または交差点を取ると
言うように行なうことにより効率的にストローク
の分離の実施ができる。

前記説明中パターン追跡を反時計廻りとするか
時計廻りとするかにより変化する語や数値は括弧
外が反時計廻りの場合、括弧内が時計廻りの場合
を示す。また水平，垂直、あるいはＸ方向、Ｙ方
向の関係はそれぞれ互に入れ替つても本発明の思
想には無関係なことは自明であろう。

発明の効果と応用分野 本発明によればパターンの輪郭追跡を行う前処
理として２値画像内の各画素の画素データを、該
画素を中心とする局部領域の画素データを表現す
る多値コードに変換する多値コード変換手段の適
用により、例えば８つの隣接画素の場合輪郭追跡
処理において画像メモリへの１アクセスが従来の
９アクセスと同等となると同時に、さらに着目の
輪郭画素に対する多値コードとその着目画素への
前方向コードとから次方向コードを検索する次方
向検索手段を利用することにより１画像毎に行う
べき輪郭追跡処理が極めて高速に実施できること
となり、従来の輪郭追跡処理における基本的な問
題点を排除することが可能となる。

本発明は画像を使用した計測、検査、位置決め
制御、文字認識など、各種の分野に、基本的な方
式として広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２値画像の例を示す図、第２図
は局部領域の説明図、第３図は方向コードの説明
図、第４図は次方向コードと着目画素の座標値へ
の操作量との関係を示す図、第５図は正常追跡法
において次方向コードを求めるために走査を開始
すべき開始方向を与える走査開始方向コードと前
方向コードとの関係を示す図、第６図は本発明の
主要部の構成を示すブロツク図、第７図は本発明
による第１図に対応した多値画像を示す図、第８
図は本発明における多値コード変換手段の内容を
示す図、第９図は本発明における次方向テーブル
の内容の一部を示す図である。 符号説明、６０１……多値コードエンコーダ、
６０２……多値画像メモリ、６０３……メモリ走
査部、６０４……終了監視部、６０５……次方向
検索手段、６０５ａ……次方向テーブル、６０５
ｂ……前方向コードラツチ、Ｆ……２値画像、Ｓ
……パターン、BO……起点、Ｐ……着目画素、
Ａ１〜Ａ８……隣接画素、FM……多値画像、
SM……多値パターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平（垂直）方向（Ｘ方向と呼ぶ）の走査を
   垂直（水平）方向（Ｙ方向と呼ぶ）に繰り返して
   得られる画像信号を２値化の直列の画素データに
   変換する２値化手段、着目画素の該画素データと
   該着目画素を包囲する隣接画素の前記画素データ
   を前記着目画素に対する多値画素データ（多値コ
   ードと呼ぶ）に変換する多値コード変換手段、該
   多値コードからなる多値画像を記憶する多値画像
   記憶手段、およびパターンの任意の輪郭画素（甲
   と呼ぶ）から隣接の輪郭画素への追跡方向を示す
   次方向コードを出力する次方向検索手段を備え、
   該次方向検索手段へのアドレスとして前記輪郭画
   素（甲）の前記多値コードを入力すると共に、該
   輪郭画素（甲）がパターン輪郭追跡の起点である
   ときは該起点であることを識別するための起点信
   号を入力し、前記輪郭画素（甲）が前記起点でな
   いときは、前記甲の輪郭画素を追跡した隣接の輪
   郭画素からの追跡方向を示す前方向コードを入力
   することを特徴とするパターンの輪郭追跡方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のパターンの輪
   郭追跡方法において、前記起点信号として、−Ｘ
   （−Ｙ）方向またはその隣接方向の方向コードが
   走査開始方向コードの関係にある追跡方向による
   仮想の前方向コードを入力することを特徴とする
   パターンの輪郭追跡方法。