JPH0139153B2

JPH0139153B2 -

Info

Publication number: JPH0139153B2
Application number: JP14919183A
Authority: JP
Inventors: Myahiko Orita; Masao Takato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1989-08-18
Also published as: JPS6041176A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、パターンマツチング方法に係り、特
にパターンマツチングの標準パターンサイズを任
意に指定することが可能で、かついかなるサイズ
のパターンマツチングをも行なえる任意サイズの
パターンマツチング方法に関する。

〔発明の背景〕

従来、この種のパターンマツチング方法とし
て、固定小形の標準パターン（例えば８×12ドツ
ト）を、対象とする２値画像メモリ（256×256ド
ツト）に対してラスタ走査を行ない、各ドツトで
の２値データの一致数をカウントし、そのカウン
ト数の大小によつて画像内の２値図形の分類、識
別、位置検出などを行なうものが知られている。

しかし、標準パターンのサイズを任意変更して
パターンマツチングを行なうことはほとんど不可
能なものであつた。例えば大型の標準パターン
（例えば512×512ドツトの画像に対して256×256
ドツトの標準パターン）で行なうハードウエア
を、大規模なパターンマツチング専用に実現する
ことは、装置としては大形となるがそれなりの利
用価値があると考えられる。ところがこの様な大
形な装置を小規模なパターンマツチングにも同程
度の頻度で使用するとなると、システムとしての
コストパーフオーマンスが悪くなるという欠点が
ある。すなわち、任意サイズの標準パターンを用
いたパターンマツチングを、ハードウエアで実現
するには大きな問題があるのである。

そこで、上述のような欠点を解消するため従来
から提案されている方法として、第１図ａに示す
ように大規模な２値図形１を、小規模な標準パタ
ーン２のサイズに分割し、それぞれ標準パターン
として登録する。この時適当な標準パターンの基
点３を原点T₀とし、全ての標準パターンの基点
T〓（＝０，１，２，……）の座標値を第１図ｂ
に示すように同時に登録する。このように設定さ
れた標準パターンにより対象画像の対応する領域
における図形に対してパターンマツチングを行な
い、各標準パターン毎に得られる基点を相対位置
関係を発見的手法によつて解明することにより、
対象とする図形の存在、位置、個数を知ることが
できるのである。この方法によれば、各標準パタ
ーンによるパターンマツチングをハードウエアに
よつて実行できるという利点があるが、その処理
回数が莫大になること、各標準パターンの相対位
置を確認する処理が複雑なことなどの欠点があ
る。さらに、マツチングの精度の向上と標準パタ
ーンの個数を減小させるため、第１図ｃに示すよ
うに、画像の特徴ある部分図形に対応させて標準
パターンを作成することが考えられるが、その標
準パターンの作成、登録方法が複雑であることか
ら、過大な労力を要するという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、パターンマツチング処理を簡
単化して処理速度を高めることができ、かつ標準
パターン作成を簡単化することができるパターン
マツチング方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、被写体の画像に基づいてその特徴的
な微小部分の図形データを表わす標準パターン
と、この標準パターンとの相対位置が明確にさ
れかつ広範囲部分の図形データを表わす標準パタ
ーンとを予め設定し、まず標準パターンを用
いてパターンマツチング探査を行ない規準値以上
の一致度を有する微小部分領域をもとめ、次に標
準パターンとパターンマツチングすべき候補画
像領域を前記各微小部分領域に相対させてもと
め、前記各候補画像領域の図形と標準パターン
との一致度および候補画像領域の座標に基づいて
対象画像の分類、識別および位置検出を行なうも
のとすることにより、パターンマツチング処理を
簡単化するとともに処理速度を高め、さらに標準
パターン作成を簡単化しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図に本発明の適用された一実施例画像処理
装置の全体構成を示す。同図に示すように、画像
処理装置は、被写体から反射される光信号を電気
信号に変換するビデオカメラ４、ビデオカメラ４
から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄコンバータ５、このコンバータ５か
ら出力される画像のデジタル信号等を格納するイ
メージメモリ６、このイメージメモリ６の内容を
取り込み演算処理するイメージプロセツサ７、前
記イメージメモリ６のアクセス制御を行なうアド
レスプロセツサ８、前記イメージメモリ６、イメ
ージプロセツサ７、およびアドレスプロセツサ８
間におけるデータおよびコントロール信号の転送
を行なうイメージプロセツサバス９、画像処理装
置全体を管理するシステムプロセツサ１０、この
システムプロセツサ１０を形成する中央演算処理
装置１１、主記憶装置１２および周辺機器との送
受信装置１３、前記各構成要素間におけるデータ
転送を行なうシステムバス１４、前記イメージメ
モリ６から呼び出されるデジタル信号をアナログ
信号に変換するＤ／Ａコンバータ１５、前記送受
信装置１３から出力されるデジタル信号をキヤラ
クタコードに変換して画像表示するとともに、
Ｄ／Ａコンバータ１５から出力される画像のアナ
ログ信号を表示する表示装置１６、前記送受信装
置１３を介して外部データを入力するキーボード
１７、画像処理装置全体を再起動させる際に必要
なデータを格納しておく外部記憶装置１８から構
成されている。

このように構成されてなる本実施例の処理動作
には、大きく分けて２つある。すなわち１つはパ
ターンマツチングに用いる標準パターンを作成し
て登録する処理（オフライン処理）であり、他は
その標準パターンを用いてパターンマツチングを
実行し、画像の識別、被写体の位置検出に必要な
データを出力する処理（オンライン処理）であ
る。

まず、標準パターンを作成、登録する方法につ
いて説明する。第３図に、ビデオカメラ４により
写された被写体の２値画像２０（斜線部）が画像
メモリ１９内に格納されている状態を示す。これ
に対し、図形の標準パターンとして所定サイズの
部分画像において、その図形の局所的な特徴を最
大限表わしている固定小形の部分図形に対応する
標準パターンと、２値画像２０の位置検出、識
別に必要な最小限サイズの部分画像に対応する標
準パターンを選択して登録する。例えば、第３
図図示２値画像２０の溝部分２０ａを含む所定サ
イズの部分図形を標準パターン２１とし、２値
画像２０を最小限囲む部分画像を標準パターン
２２として選択登録する。すなわち、標準パター
ンの作成および登録処理は、これらの２つの標準
パターン２１，２２と、これら２つの標準パ
ターン２１，２２の相対位置関係と、第３図
図示の点P_Wと点P_Tの位置関係、および標準パタ
ーン，に一致する図形または画像の存在が認
識された場合、その図形または画像の位置を表わ
すために結果として出力する座標、例えば第３図
図示の点P_putと、標準パターン２１または２
２との相対位置関係、すなわち点P_putと点P_w、あ
るいは点P_Tとの関係からなるパラメータとを登
録することにある。このような標準パターンの作
成および登録時における画像処理装置の動作概念
図を第４図に示し、また、第５図にフローチヤー
トを示し、これらの図に沿つて以下説明する。

まず、第５図ステツプ３３にて上述のパラメー
タを登録するオンラインパラメータテーブル２３
の内容を消去して初期状態にする。なお、このテ
ーブル２３は数種類の標準パターンに対応させて
複数設けられている。第５図にもどりステツプ３
４において、システム管理プロセツサ１０は画像
入力が可能であるとして、画像入力要求を表示装
置１６にキヤラクタで表示させ、キー入力による
指示待ちとなる。続いて、ステツプ３５におい
て、操作者は表示装置１６の画像入力要求をみ
て、標準パターンとして登録する対象物の設定を
したのち所定のキー入力を行ない、これによりシ
ステム管理プロセツサ１０の管理下で、ビデオカ
メラ４から画像信号がＡ／Ｄコンバータ５を介し
て取り込まれ、イメージメモリ６の対象画像用濃
淡メモリ２４に格納される。ステツプ３６におい
て、イメージプロセツサ７は対象画像用濃淡メモ
リ２４の内容に積和演算処理を施こした後、演算
用濃淡メモリ２５に格納する。さらに、イメージ
プロセツサ７は所定のしきい値で演算用濃淡メモ
リ２５の内容を２値化して、対象画像用２値メモ
リ２６に格納し、つづいてこのメモリ２６の内容
を表示装置１６に表示させる。ステツプ３７にお
いて、システムプロセツサ１０は送受信装置１３
を介して表示装置１６に、標準パターン２１の
サイズに一致する口形カーソルを表示画像に重ね
合わせて表示し、さらに標準パターン２１の登
録が可能である旨の入力要求をキヤラクタ表示す
る。これにより、システムプロセツサ１０はキー
ボードからの次のキー割り込み待ちとなる。ステ
ツプ３８において、操作者はキー入力によりシス
テムプロセツサ１０をしてカーソルを上下左右に
移動させ、最適な標準パターン２１が得られる
位置に設定し、そのカーソルに囲まれた領域を標
準パターン２１としてシステムプロセツサ１０
に登録する。この登録は、カーソルの基点（第３
図図示点P_T）の座標（X_T，Y_T）をレジスタ２７
に格納することによつてなされる。

次に、ステツプ３９において、イメージプロセ
ツサ７はアドレスプロセツサ８のアドレス制御に
より、対象画像用２値メモリ２６のカーソルで囲
まれた領域の図形データを、漂準パターンメモ
リ２８に格納する。この標準パターンメモリ２
８は、複数枚設けられている。つづいて、ステツ
プ４０において、システムプロセツサ１０は第６
図に示すような点Ｐ，点Ｑで光差する２つの十字
型カーソルK₁，K₂を表示装置１６に重ね合わせ
表示し、標準パターン２２の入力要求を行な
う。なお、２つのカーソルK₁，K₂はキー入力に
よつて独立に上下左右に移動させることができる
ようになつており、操作者は最適な標準パターン
２２が得られる位置にカーソルK₁，K₂を設定
し、そのカーソルK₁，K₂に囲まれた領域を標準
パターン２２とすることをシステムプロセツサ
１０に指令する。これにより、ステツブ４１にお
いて、システムプロセツサ１０は標準パターン
２２の基点（第６図図示点Ｐあるいは第３図図示
点P_W）の座標（X_W，Y_W）と、第６図図示点Ｐに
対する点Ｑの相対座標（第３図図示L_X，L_Yに相
当）をレジスタ２９に登録する。次に、ステツプ
４２において、システムプロセツサ１０は標準パ
ターン２２を格納すべき標準パターンメモリ
３０ａアドレスA_dd〓、およびこのアドレスA_dd〓
で示されるメモリ内の座標、すなわち転送側パラ
メータである基点座標（X′_W，Y′_W）をキーボー
ドから入力するように、キヤラクタ表示によつて
要求する。そこで、操作者はステツプ４３におい
て、キー入力指示によりそのパラメータをレジス
タ３１に登録させる。つづいて、ステツプ４４に
おいて、イメージプロセツサ７はそのプロセツサ
アドレス制御によつて、対象画像用２値メモリ２
６内の２つのカーソルK₁，K₂で囲まれた領域に
ある図形データを標準パターンメモリ３０の前
記アドレスA_dd〓と基点座標（X′_W，Y′_W）で定ま
る領域に転送する。これが終了するとステツプ４
５において、システムプロセツサ１０は次に表示
装置１６にプラスカーソルを表示し、画像の出力
座標の入力要求をキヤラクタ表示する。そこで、
操作者は画像の適当な出力座標位置に前記プラス
カーソルを移動させて出力座標を設定する。そし
て、システムプロセツサ１０はそのカーソルの位
置する座標（X₀，Y₀）を読み取りレジスタ３２
に登録する。次に、ステツプ４７に移行し、シス
テムプロセツサ１０はオンラインテーブルに、数
値「１」と、標準パターン２２に対する標準パ
ターン２１の基点の相対座標（X_R，Y_R）と、
標準パターンメモリ３０における標準パターン
２２の基点座標（X′_W，Y′_W）と、標準パター
ン２２のサイズ（L_X，L_Y）と、その標準パター
ン２２が格納されている標準パターンメモリ
３０内のアドレスA_dd〓と、標準パターン２１
の基点（X_T，Y_T）に対応する出力座標（X₀，
Y₀）の相対座標（X₀′，Y₀′）とを登録する。そ
してステツプ４８に移行して、キー入力指示によ
り登録処理を終了するか、次の標準パターンの登
録をするかの選択を行ない、標準パターンメモ
リ２８およびオンラインパラメータテーブルのア
ドレスを更新する。以上が、標準パターン，
の作成および登録の手順である。

上述のようにして作成登録した標準パターン
，を用いて、任意サイズのパターンマツチン
グを行なう方法について以下に説明する。第７図
にオンライン処理時の画像処理装置の動作概念図
を示し、第８図にそのフローチヤートを示す。

第８図に示すように、ステツプ５６において、
パターンマツチングの出力を登録する出力テーブ
ル４９をリフレツシユする。この出力テーブル４
９には、準標パターン２１のアドレスA_dd〓と、
その対応する図形の位置が登録される。なお、１
つの対象画像内に複数種類の図形が存在すること
もありうるので、出力テーブル４９は複数設けら
れている。次に、ステツプ５７において、標準パ
ターンの作成、登録時と同様に、被写体の２値画
像を対象画像用２値メモリ２６に格納する。これ
が終了すると、ステツプ５８においてイメージプ
ロセツサ７はアドレスプロセツサ８のアドレス制
御に基づき、前記対象画像用２値メモリ２６に対
して標準パターンメモリ２８に格納されている
標準パターン２１を用いてラスタ走査を行な
い、標準パターン２１の図形データと対象図形
の同一領域における図形データとを比較する。こ
の比較において、両者の画素の２値データの一致
数を演算用濃淡メモリ２５に格納する。この時の
格納座標はラスタ走査時の標準パターン２１の
基点座標P_T（X_T，Y_T）に対応させている。次に、
ステツプ５９において、この演算用濃淡メモリ２
５の内容を所定のしきい値Th_Tで２値化し、演算
処理用２値メモリ５０に格納する。なお、しきい
値Th_Tは、標準パターン２２による最終判定で
用いるしきい値Th_Wとともに、しきい値テーブル
５１に登録されている。前記ステツプ５９で２値
化により形成された点群の座標を探査するため、
ステツプ６０においてラスタ走査し、ステツプ６
１において画素の「１／０」を判定し、画素が
「１」と判定された場合は、マツチング候補点レ
ジスタ５２にその画素の座標値（Ｘ，Ｙ）を登録
し、ステツプ６２に移行する。ステツプ６２で
は、標準パターン２２による画像間演算を行な
うために、対象画像用２値メモリ２６の候補部分
画像領域を決定する。すなわち、マツチング候補
点レジスタ５２の座標値（Ｘ，Ｙ）から、オンラ
インパラメータテーブル２３に登録されている基
点間相対座標（X_R，Y_R）を差し引いた座標
（X″_W，Y″_W）をレジスタ５３に登録する。

次にステツプ６３において、標準パターン２
２により候補部分画像領域の画像間演算を実行す
る。すなわちイメージプロセツサ７はアドレスプ
ロセツサ８のアドレス制御のもとで、標準パター
ン２２が格納されている標準パターンメモリ
３０の何枚目のメモリかを指定するアドレス
A_dd〓、標準パターンメモリ３０内の標準パタ
ーン２２の基点座標（X′_W，Y′_W）およびその
サイズ（L_X，L_Y）を、オンラインパラメータテ
ーブル２３内より読み出して標準パターン２２
を切り出す。また、レジスタ５３の座標値
（X″_W，Y″_W）および標準パターン２２のサイ
ズ（L_X，L_Y）から、オンライン処理時の２値画
像を格納してある対象画像用２値メモリ２６から
部分図形を切り出す。このようにして切り出され
た標準パターン２２と部分図形との間で画像間
演算（XENOR演算）を実行し、両者の２値デー
タ致数をカウントする。カウントされた２値デー
タ一致数はイメージプロセツサ７内のヒストグラ
ムレジスタ５４に格納される。このヒストグラム
レジスタ５４の内容をシステムプロセツサ１０に
よりマツチングカウントレジスタ５５に登録す
る。次に、ステツプ６４においてシステムプロセ
ツサ１０はしきい値テーブル５１内の標準パター
ン２２用のしきい値Th_Wと、マツチングカウン
トレジスタ５５の値を比較してマツチング判定を
実行する。この比較判定において、後者が大であ
ればステツプ６５に移行して現在の標準パターン
２１メモリアドレスA_dd〓および図形の出力位
置、すなわちマツチング候補点レジスタ５２の座
標値（Ｘ，Ｙ）と、オンラインテーブル内の出力
座標に対する相対座標（X′₀，Y′₀）を加算した座
標（X″₀，Y″₀）を、出力テーブル４９に登録す
る。一方、前者が大であれば、ステツプ６０に戻
つてマツチング候補点レジスタ５２に示された座
漂により再びマツチング２値画像の探査を行な
う。さらに、ステツプ６１において「０」と判定
された場合は、ステツプ６６に移行して演算処理
用２値メモリ５０の座標系が終了したかどうかを
判定し、座標系終了と判定された場合はステツプ
６７に移行して、他の標準パターンの有無を判定
し、有りと判定された場合は次の標準パターンを
用いて処理を繰り返し、全ての標準パターンに対
する探査が終了した時には、オンライン処理によ
るパターンマツチングは終了する。この時出力テ
ーブル４９には対象画像内に存在するパターンの
うち、パターンマツチングの結果一致したパター
ンの番号（格納アドレス）とその位置情報が全て
格納されていることになる。

上述したように、本実施例によれば、１つの対
象図形に対して２つの標準パターンしか使用しな
いため、従来の方法に比べて標準パターンの作成
および登録作業を著しく簡単化することができ、
かつその作業量を少なくすることができる。これ
により、オフライン処理を半自動化することが可
能となり、しかも柔軟なパターンマツチング装置
を構成することができる。

また、オンライン処理時のパターン間の位置合
わせが簡単化され、その処理回数を極めて削減す
ることができる。これにより、例えば256×250ド
ツトの画像に対して、12×８ドツトの標準パター
ンを用いてパターンマツチングを行なう場合、従
来方法によれば１つの図形に対して標準パターン
数が30必要となり、処理時間としては約２秒かか
ることになる。これに対し、本実施例によれば約
0.3秒程度で処理完了でき高速化されるという効
果がある。

なお、上記実施例においては標準パターン２
１の部分図形が、標準パターン２２の領域内に
含まれるように設定された場合について示した
が、本発明はこれに限られるものではなく、第９
図に示すように標準パターン２２′の外側領域
に標準パターン２１′を設定してもよい。すな
わち標準パターンと標準パターンとの相対位
置関係はまつたく任意のものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、パター
ンマツチング処理を簡単化して処理速度を高める
ことができ、しかも標準パターン作成を簡単化す
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｃは従来方法の説明をするための
図、第２図は本発明の適用された一実施例装置の
全体構成図、第３図は標準パターンの作成登録方
法を説明するための図、第４図は第２図図示実施
例の標準パターン作成、登録処理を説明するため
の動作概念図、第５図は標準パターン作成、登録
処理の手順を示すフローチヤート、第６図は標準
パターンの設定方法を説明するための図、第７
図は第２図図示実施例のパターンマツチング処理
を説明するための動作概念図、第８図はパターン
マツチング処理の手順を示すフローチヤート、第
９図は標準パターンと標準パターンとの設定
方法を説明するための図である。２１…標準パターン、２２…標準パターン
、２４…対象画像用濃淡メモリ、２５…演算用
濃淡メモリ、２６…対象画像用２値メモリ、２８
…標準パターンメモリ、３０…標準パターン
メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

１標準パターンと画像の一致度に基づいて被写
体の分類、識別および位置検出を行なうパターン
マツチング方法において、被写体の画像に基づい
て予め設定される特徴的な微小部分の図形データ
を表わす標準パターンと、該標準パターンと
の相対位置が明確にされかつ広範囲部分の図形デ
ータを表わす標準パターンとを有し、前記標準
パターンを用いたパターンマツチング探査によ
り規定値以上の一致度を有する微小部分領域をも
とめ、前記標準パターンとパターンマツチング
すべき候補画像領域を前記各微小部分領域に相対
させてもとめ、該各候補画像領域の図形と前記標
準パターンとの一致度および当該候補画像領域
の座標に基づいて対象画像の分類、識別および位
置検出を行なうことを特徴とするパターンマツチ
ング方法。