JPH0130183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は例えば自動化機械における物体の搬送
や検査などに利用される、撮像手段を用いた物体
の形状の検出装置において、特に対象物体の輪郭
部にある突起、溝、角、割れなどの特徴部分の形
状およびその位置の検出を行う方式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来このような輪郭上の特徴部分（以下輪郭特
徴と呼ぶ）を検出する装置の一つとして、“谷内
田正彦：視覚を用いた自動検査および自動組立シ
ステムの動向、日経エレクトロニクス、1982，
6.7，P.169”のような装置がある。この装置は対
象物体の画像から画像の重心を求め、該重心から
画像の輪郭上の画素（輪郭点と呼ぶ）までの距離
（半径と呼ぶ）を、各輪郭点に対して、順次一定
の回転方向（例えば反時計方向）に求めて行き、
この半径の最大値、最小値、前記回転方向の回転
角に対する変化率等を求めたのち、これらの値を
綜合的に解釈して輪郭特徴を検出するものであ
る。

次に第１図を用いてこの種の装置を説明する。
１０１は対象物体を撮像するテレビカメラなどの
撮像手段、１０２は撮像手段１０１からラスター
走査により送られる連続濃淡の画像信号を所定の
しきい値レベルによつて２値化信号に変換する２
値化手段、１０３は前記２値化信号からなる画像
データを一時記憶する画像メモリで、第１図の後
段部における演算処理において、撮像手段１０１
の画像走査のタイミングに無関係に、画像データ
の読出しを可能とするものである。画像メモリ１
０３には前記の演算処理を容易にするために、例
えば撮像手段１０１の走査方向における、対象物
体の画像のランすなわち１走査線上に連続して並
ぶ前記画像の画素の数（または換言すれば画像を
１走査線で切つた時の画像部の長さ）と、該走査
線が最初に前記画像に入る入口の画素（輪郭点で
あり、ここでは別に走査開始点と呼ぶ）とが記憶
されている。１０４はこのような画像メモリ１０
３内の画像データをもとに対象物体の画像の重心
をもとめる重心算出手段である。すなわち第２図
のように画像Ｆの走査が水平（Ｘ軸）方向の走査
を垂直（Ｙ軸）方向に繰返して行われ、前記走査
開始点（P1〜Pi〜Pn）の各座標〔（x1，y1）〜
（xi，yi）〜（xn，yn）〕の値と、これらの走査
開始点に対応する前記ラン（I1〜Ii〜ln）の値が
画像メモリ１０３に記憶されているとき、画像Ｆ
の重心の座標（XC，YC）は、下式に基づいて算
出される。

XC＝１／2A_o 〓ⁱ⁼¹ ｛（xi＋li−１）（xi＋li） −（xi−１）xi｝ YC＝１／Ａ_o 〓ⁱ⁼¹ （yi・li） ここでＡは、Ａ＝_o 〓ⁱ⁼¹ li、すなわち画像Ｆの面積
に対応する。なお上記式中のXCはランliのＹ軸
に対する１次モーメントを、Ｙ軸よりランliの終
点である走査終了点Qi（座標xi＋li−１，yi）ま
での全画素のＹ軸に対する１次モーメント1/2
（xi＋li−１）（xi＋li）から、Ｙ軸より走査開始
点Piまでの、すなわち画像Ｆに含まれぬ背景部の
全画素のＹ軸に対する１次モーメント1/2（xi−
１）xiを差引くことによつて求めるものである。

次に１０５は画像メモリ１０３に記憶されてい
る画像データから、対象物体の画像の全輪郭上の
輪郭点の座標を必要に応じ算出を加えて取り出す
輪郭点算出手段である。ここでは番号ｊの或る輪
郭点Pjの座標を（xj，yj）とする。１０６は重心
算出手段１０４と輪郭点算出手段１０５の算出結
果に基づいて前記重心（XC，YC）から輪郭点Pj
（xj，yj）までの、半径Rjの長さを次の算出式に
よつて求める半径算出手段である。

Rj＝｛（xj−XC）₂＋（yj−YC）₂｝^1/2 １０７は前記半径算出手段１０６の算出結果に
基づいて、特徴点の形状の解釈や位置決定を行な
う特徴点解釈手段であり、例えば最大半径、最小
半径に対応する輪郭点の座標を得て、くぼみや突
起の位置を決定するものである。

しかしながらこのような従来の輪郭特徴の検出
方法では計算処理中乗算の回数が極めて多く、汎
用のマイクロプロセツサなどを用いて実施しよう
とすると、処理速度を高速にすることができなか
つた。また突起、くぼみ、溝、角、割れなどは輪
郭だけで決まる特徴であるのに、重心からの距離
と言う関接的な数値を用いて評価するので特徴の
検出能力が低いという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は前記の欠点を除き、対象物体の画像
（以下単に画像と言う）の輪郭特徴のもととなる
データを高速に算出し、輪郭特徴を突起、溝、
角、割れなどに分類して安定に検出できる方式を
提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明の要点は、画像の隣接の輪郭点を順次全
輪部にわたつて追跡しつつ、各輪郭点の座標と、
該輪郭点から次の隣接の輪郭点に向う追跡方向の
角度を示す追跡方向コードとを得たのち、輪郭上
で順次隣接する所定の数の輪郭点からなる区間に
おける、先頭の輪郭点と後尾の輪郭点との追跡方
向コードの差（変化量）を前記区間の中央部の輪
郭点に対応させ、順次輪郭を追跡しつつ該輪郭点
の移動とともに変化する前記の差、もしくは前記
の差の移動平均値、または該移動平均値に均等な
物理量（これらを後述のように輪郭曲線と呼ぶ）
の変化パターンと前記中央部の輪郭点の座標値と
を用いて、輪郭特徴の形状、位置、個数等を検出
する点にある。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明の実施例を示す構成図である。
なお第１図以下の各図において同一の符号は同一
または相当部分を示す。３０４は画像の輪郭に沿
つて輪郭点を追跡しつつ、各輪郭点の座標と、該
輪郭点から該輪郭点に隣接する次の輪郭点に向う
追跡方向を示す追跡方向コードとを出力する輪郭
点追跡手段である。

輪郭点の追跡は最初前記Ｙ座標の値が最も小さ
く、かつその中でＸ座標の値の最も小さい輪郭点
（起点P0）から開始するものとし画像の輪郭
（周）を反時計方向に追跡するものとする。この
ような輪郭点の追跡方法としては、本出願人によ
る特願昭58−9108号「パターンの輪郭追跡方法」
の提案における方法を用いる。

この場合隣接の輪郭点の追跡方向と追跡方向コ
ードθとの関係は、第４図Ｂで示され、追跡方向
の角度の変化（反時計方向の角度の増加を（＋）、
時計方向の角度の増加を（−）とする。）と、追
跡方向コード変化量△θとの関係は第４図Ａに示
される。

第５図は上述のような方法で外周の一部にコの
字状の突起Ｅを有する円形物体の画像の輪郭点を
全輪郭にわたつて追跡した場合の輪郭パターンの
例である。第５図では各輪郭点における追跡方向
と追跡方向コードθの値が示されている。またＳ
０〜Ｓ２９は輪郭特徴としての前記突起Ｅの前後
を含む輪郭点を示す。

３０５は前記輪郭点追跡手段３０４から順次出
力される画像の輪郭点の座標と追跡方向コードθ
からなる輪郭点情報Ｄから種々の輪郭特徴を検出
するための輪郭曲率を演算し解釈する輪郭特徴解
釈手段である。例えば３０５ａは所定の大きさの
突起を、３０５ｂは所定の大きさの溝を検出する
と言うように、検出すべき輪郭特徴の数に対応し
た個別の輪郭特徴解釈手段からなつている。

第６図はこのような輪郭特徴解釈手段３０５の
演算処理の手順の例を示す説明図であり、第５図
における前記輪郭点Ｓ０〜Ｓ２９についての前記
輪郭点情報Ｄと、これに基づいて、所定数の順次
隣接する輪郭点で作られる区間（基準輪郭区間△
Ｓと呼ぶ）あたりの追跡方向コード変化量△θ、
つまり 輪郭曲率：μ＝△θ／△Ｓおよび と定義される値の算出方法とその結果を示してい
る。

前記基準輪郭区間△Ｓの大きさとしては、第５
図において円形の画像を２値化することによつて
生じた、２値化エラーとしての輪郭上の無視すべ
き小さな凹凸部、例えば４つの輪郭点に挾まれた
３つの単位輪郭区間（ここで１つの輪郭点から隣
接の輪郭点までの区間を単位輪郭区間と呼ぶ）か
らなる小凹部Ｃ１〜Ｃ４が覆われる程度のなるべ
く小さな区間として５つの単位輪郭区間からなる
区間とする。

従つて第６図において前記基準輪郭区間△Ｓあ
たりの追跡方向コード変化量△θ従つて原輪郭曲
率μ＝△θ／△Ｓは次のようにして求められる。

すなわち基準輪郭区間の中央部の輪郭点として
の輪郭点Ｓ２の原輪郭曲率μについては２つの単
位輪郭区間だけ先行する輪郭点Ｓ４の追跡方向コ
ードθの値６から、２つの単位輪郭区間だけ遅れ
る輪郭点Ｓ０の追跡方向コードθの値６を差引い
た０の値となる。同様にして輪郭点Ｓ３の原輪郭
曲率μは輪郭点Ｓ５の追跡方向コードθの値６か
ら輪郭点Ｓ１の追跡方向コードθの値６を差引い
て０の値となり、また輪郭点Ｓ８の原輪郭曲率μ
は輪郭点Ｓ１０とＳ６の追跡方向コードθの差か
ら−２が得られ、このようにして輪郭点Ｓ２〜Ｓ
２７の原輪郭曲率が順次求められてゆく。

なお上記の例では基準輪郭区間内に含まれる単
位輪郭区間の数は寄数であるが、この数は後述の
ように検出すべき輪郭特徴の形状や大きさに応じ
た任意の数、従つて偶数であつてもよく、従つて
一般にｎを任意の整数としたとき、基準輪郭区間
内において基準輪郭区間の中央部の輪郭点に先行
する単位輪郭区間の数と、後れる単位輪郭区間の
数と、の差±ｎにおけるｎの値は通常は０または
１に選ばれる。しかし基準輪郭区間に含まれる単
位輪郭区間の数が充分大きい場合は、ｎの値はこ
れらに限定されるものではなく、その他の整数に
選ばれても輪郭特徴の検出の精度を保つことが可
能である。

第７図はこのような輪郭の追跡に沿つた前記第
６図の原輪郭曲率μの変化の検出パターンを破線
カーブで示す。図の横軸には輪郭点Ｓ０〜Ｓ２９
の番号０〜29がとられている。図から明らかなよ
うにこの破線カーブは折れ曲りや凹凸が激しくそ
のままでは機械的な検出に利用し難いので移動平
均によりカーブを滑らかにしたものが実線カーブ
の平均輪郭曲率である。

この平均輪郭曲率は第６図の原輪郭曲率μの
値において、或る輪郭点の原輪郭曲率μの値に、
この場合の例では、前後１つづつの原輪郭曲率μ
の値を加えた３ケの値の平均値を各輪郭点につい
て求めたものである。すなわち輪郭点Ｓ３の平均
輪郭曲率は、輪郭点Ｓ３とその前後の輪郭点Ｓ
４，Ｓ２の各原輪郭曲率μの値の平均値である、
従つて 輪郭点Ｓ３における平均輪郭曲率＝（０＋１
＋０）／３＝0.3 として求められ、このようにして各輪郭点Ｓ３〜
Ｓ２６の平均輪郭曲率が順次求められてゆく。
第７図の実線カーブの平均輪郭曲率の検出パタ
ーンを第５図の輪郭パターンと対比すると、コ字
状の突起Ｅ（輪郭点Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５）附
近で高い（＋）の山となり、また前記突起Ｅのつ
け根の附近（輪郭点Ｓ８，Ｓ９およびＳ１８，Ｓ
１９，Ｓ２０）は、輪郭に沿つて見た場合はくぼ
みとして表われ（−）の低い山となる。また輪郭
点Ｓ３〜Ｓ５および輪郭点Ｓ２２〜Ｓ２６は、基
底部Ｇに対応する２値化以前の画像の外周の曲率
に対応した小さな（＋）の値をもつた直線とな
る。

第８図、第９図は輪郭特徴として第５図の突出
部に代りコ字状の溝を検出した場合の例を示す。
すなわち第８図Ａは簡単のため溝部分のみの追跡
の輪郭パターンを示し、実線（輪郭点（SA0〜
SA30））、は溝の巾が基準輪郭区間△Ｓより狭い
場合を、また点線（輪郭点（SB0〜SB38））は同
じく基準輪郭区間△Ｓより広い場合を示す。なお
この場合基準輪郭区間としては７つの単位輪郭区
間からなる区間を取つている。また溝の基底部Ｇ
は第５図の円形と異り直線（曲率＝０）となつて
いる。

第９図Ａ，Ｂはそれぞれ第８図Ａの実線と点線
の輪郭パターンに対応した平均輪郭曲率の演算
結果を示す。この場合基準輪郭区間は７つの単位
輪郭区間からなるため、第９図Ａにおいて例えば
輪郭点SA３の原輪郭曲率μは輪郭点SA６の追跡
方向コードθの値から輪郭点SA０の追跡方向コ
ードの値を差引くことによつて求められている
が、その他の手順は第６図の場合と同様である。

第８図Ｂはこのようにして求められた平均輪郭
曲率の検出パターンを示し実線カーブと点線カ
ーブは第８図Ａの実線の溝の輪郭パターンと点線
の溝の輪郭パターンとにそれぞれ対応している。
第８図Ｂの実線カーブを第７図の実線カーブと比
較すると溝の場合は第７図の突起の場合と上下を
逆に入れ替えたような形となり溝の中央部の高い
（−）の山を挾んで低い（＋）の山が両側に来る。

また第８図Ｂの点線カーブでは溝の中央部の平
均輪郭曲率が０となつて（−）の山がつぶれてい
る。このことは基準輪郭区間の大きさを、検出す
べき輪郭特徴の大きさの前後に可変することによ
り、その形状の性質や大きさを知ることができる
ことを示している。

上記説明においては、原輪郭曲率μから平均輪
郭曲率を求めるのに移動平均法を用いたが、こ
のようなデジタル演算に代り原輪郭曲率μの値を
Ｄ／Ａ変換器を介してアナログ値に変換したの
ち、ロウ・パス・フイルタを通して、前記移動平
均値に均等なゆるやかに平滑化された変動成分の
みを取り出す方法を取つてもよい。

第１０図は基準輪郭区間を一定としたままで円
形部の一部にそれぞれ巾狭および巾広の突起と溝
のある形状を左側に、その平均輪郭曲率の検出
パターンを右側にまとめて対比したが、このよう
な検出パターンの得られることは前述の説明から
容易に推定できるであろう。

以上の説明ではコ字形の突起と溝とを代表例と
して挙げたが本発明は対象物体の画像の輪郭に沿
つて輪郭の曲率を追跡するものであり、輪郭特徴
により固有の検出パターンが得られることは上述
の説明から明らかであり、検出パターンの形状や
大きさから例えばＶ字形の割れや角なども検出す
ることができる。なお本発明において輪郭上の２
点間の輪郭に沿う距離（沿輪郭距離と呼ぶ）Ｌは
次のように容易に求められる。すなわち隣接する
２つの輪郭点がＸ軸またはＹ軸に平行な線上にあ
るとき（このとき２つの輪郭点間の追跡方向コー
ドθは偶数となる）、前記２つの輪郭点間の距離
を１とすると、前記以外の場合（このとき２つの
輪郭点間の追跡方向コードθは奇数となる）にお
いては、隣接する２つの輪郭点間の距離は追跡方
向の角度から判るように√２となる。従つて前記
の沿輪郭距離Ｌは下式で表わされる。

Ｌ＝Ve＋√２V0 ここに Ve：沿輪郭距離Ｌに含まれる偶数の追跡方向
コードθの数、 V0：同じく寄数の追跡方向コードθの数、 このように前記輪郭点情報Ｄのみから乗算を用
いることなく沿輪郭距離Ｌが求められ、これを検
出すべき輪郭特徴の部分の沿輪郭距離の測定に利
用し、前記の平均輪郭曲率による輪郭特徴の検
出と併用して容易に検出の効果を高めることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、輪郭点情
報としての輪郭点の座標と、該輪郭点における追
跡方向コードとによつて輪郭点を表現し、この輪
郭点を順次追跡して得た輪郭に沿う基準輪郭区間
ごとの追跡方向コードの変化量によつて、輪郭特
徴を検出する方法を用いるため、乗算を行う必要
がなく高速の演算処理が容易となり、また突起、
溝、角、割れなどの輪郭特徴の検出や分類も容易
に実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の輪郭特徴検出装置の構成図、第
２図は第１図の装置における画像の演算処理の説
明図、第３図は本発明を適用した輪郭特徴検出装
置の構成例を示す図、第４図は本発明における追
跡方向コードの説明図、第５図は本発明により輪
郭特徴を検出する対象の一例としての輪郭パター
ンを示す図、第６図は第５図に対応する輪郭曲率
の検出パターンの演算手順を示す図、第７図は第
６図に対応する輪郭曲率の検出パターンを示す
図、第８図は本発明により輪郭特徴を検出する他
の対象例としての輪郭パターンの一部と、これに
対応して求められた輪郭曲率の検出パターンを示
す図、第９図は第８図に対応する輪郭曲率の検出
パターンの計算手順を示す図、第１０図は各種の
凸起および溝を有する対象物体と、本発明による
当該部分の輪郭曲率の検出パターンの例を総括対
比する図である。 符号説明、１０１……撮像手段、１０２……２
値化手段、１０３……画像メモリ、３０４……輪
郭点追跡手段、３０５……輪郭特徴解釈手段、θ
……追跡方向コード、△Ｓ……基準輪郭区間、μ
……原輪郭曲率、……平均輪郭曲率。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも対象物体の画像をラスター走査して
   画像信号を出力する撮像手段と、該画像信号を所
   定のしきい値で２値化信号に変換する２値化手段
   と、該２値化信号を画像データとして記憶する画
   像メモリと前記データをもとに、前記画像の輪郭
   画素を前記画像の全輪郭にわたつて順次追跡し、
   各輪郭画素の座標値と、該輪郭画素から次に追跡
   されるべき隣接の輪郭画素への方向を示す追跡方
   向コードとを出力する輪郭画素追跡手段とを備え
   た対象物体の輪郭の検出装置において、前記画像
   の輪郭上で順次隣接する所定の数の輪郭画素から
   なる区間における、先頭の輪郭画素と後尾の輪郭
   画素との追跡方向コード差を少くとも前記区間内
   の所定番目の輪郭画素に対応させ、順次輪郭を追
   跡しつつ該輪郭画素の移動とともに変化する前記
   の差、もしくは前記の差の移動平均値、または該
   移動平均値と同等のアナログ量、の変化パターン
   を用いて、輪郭上の特徴部分の形状を検出するこ
   とを特徴とする輪郭特徴検出方式。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の輪郭特徴検出
   方式において、前記区間を構成する輪郭画素の数
   を可変とすることにより、前記特徴部分の形状の
   検出を選択的に行うことを特徴とする輪郭特徴検
   出方式。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   輪郭特徴検出方式において、前記変化パターンに
   対応する前記所定番目の輪郭画素の座標値を用い
   て前記特徴部分の位置を検出することを特徴とす
   る輪郭特徴検出方式。