JPH07220026A - 画像処理装置および方法 - Google Patents

画像処理装置および方法

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JPH07220026A
JPH07220026A JP6027525A JP2752594A JPH07220026A JP H07220026 A JPH07220026 A JP H07220026A JP 6027525 A JP6027525 A JP 6027525A JP 2752594 A JP2752594 A JP 2752594A JP H07220026 A JPH07220026 A JP H07220026A
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JP
Japan
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window
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image
affine
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JP6027525A
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Inventor
Masahiro Kawachi
雅弘 河内
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Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像処理装置において，あらかじめ登録して
おくモデルの種類数が少なく，小さなメモリ容量で対象
物の大きさ，傾き角度および位置を決定することができ
る装置および方法を提供する。 【構成】 カメラ１から得られる撮像画像データは，ア
フィン変換回路４で拡大／縮小または回転され，サーチ
計測回路７に与えられる。サーチ計測回路７は，変換後
の画像データ上でウィンドウを走査しながら，ウィンド
ウ内の部分画像データとあらかじめ登録されたモデル画
像データとの相互相関値を算出する。上記処理が変換パ
ラメータの値を変えながら複数回繰返される。最も高い
相互相関値を生じさせるウィンドウの位置および変換パ
ラメータに基づいて，対象物の大きさ，傾き角度および
位置が決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は，対象物の画像データをあらか
じめ登録されたモデル画像データと照合することによ
り，対象物の認識，対象物の位置の計測等を行う画像処
理装置および方法に関する。
【０００２】
【背景技術】対象物を撮像することによって得られた画
像データ上をウィンドウを走査し，ウィンドウ内の部分
画像データと，あらかじめメモリに記憶されている登録
モデルの画像データとの類似度（たとえば相互相関値）
を算出し，対象物の認識や対象物の位置の計測等を行う
画像処理装置が知られている。類似度が最も高い（相互
相関値が最も高い）部分画像データを検出することによ
り，登録モデルと同一または類似物が存在する位置を認
識することが可能となる。
【０００３】しかしながら，同じ対象物であっても画像
の大きさが異なる場合，たとえば文字サイズが８ポイン
トの文字と12ポイントの文字が混っていたり，対象物と
の距離が変化する場合がある。このような種々の場合に
備えるため，大きさの異なるモデル画像データをあらか
じめ多数個用意しておく必要がある。
【０００４】また，対象物が傾いているまたは回転して
いる場合，たとえば対象文字を印字した紙を斜めに置い
た状態で計測することもある。そのために様々な傾きを
もつモデル画像データを多数個用意しておく必要があ
る。
【０００５】このように，種々の大きさ，傾きのモデル
画像データをあらかじめ用意しなければならないので，
従来の画像処理装置では大きなメモリ容量を必要として
いた。より高い精度で計測を行なうためには，さらに多
くのモデル画像データを用意しておく必要がある。
【０００６】さらに，傾いている，または移動している
対象物を認識する場合に，多数の傾き，大きさの異なる
モデル画像データを取替えながら複数回パターン・マッ
チング処理を行なわなくてはならないので，計測処理に
時間がかかるという問題もあった。
【０００７】
【発明の開示】この発明は，あらかじめ登録しておくモ
デル画像データの種類数が少なくなり，小さな容量のメ
モリですむようにすることを目的とする。
【０００８】この発明はまた，より高速に画像処理を行
なうことができるようにするものである。
【０００９】この発明による画像処理装置は，対象物を
撮像し，対象物を表わす画像データを出力する撮像手
段，上記撮像手段から出力される画像データによって表
わされる対象画像の拡大／縮小および回転の少なくとも
いずれか一方のために，所与の変換パラメータにしたが
って上記画像データを変換するアフィン変換手段，上記
アフィン変換手段によって変換された画像データ上をウ
ィンドウを走査しながら，ウィンドウ内の部分画像デー
タとあらかじめメモリに登録されているモデル画像デー
タとの類似度を表わす指標値を算出する類似度演算手
段，変換パラメータの値を変えながら上記アフィン変換
手段による変換処理および上記類似度演算手段による指
標値算出処理を複数回繰返すよう制御する手段，ならび
に算出された複数の指標値のうち最も高い類似度を示す
指標値を検出し，その指標値を生じさせるウィンドウの
位置および変換パラメータに基づいて，対象物の大き
さ，傾き角度および位置を決定する位置決定手段を備え
ている。
【００１０】この発明による画像処理方法は，対象物を
表わす画像データを受付け，受付けた画像データが表わ
す対象画像の拡大／縮小および回転の少なくともいずれ
か一方のために，所与の変換パラメータにしたがって画
像データをアフィン変換し，アフィン変換された画像デ
ータ上をウィンドウを走査しながら，ウィンドウ内の部
分画像データとあらかじめメモリに登録しているモデル
画像データとの類似度を表わす指標値を算出し，変換パ
ラメータの値を変えながら上記アフィン変換処理および
上記類似度演算処理を複数回繰返し，算出した複数の指
標値のうち最も高い類似度を示す指標値を検出し，その
指標値を生じさせるウィンドウの位置および変換パラメ
ータに基づいて，対象物の大きさ，傾き角度および位置
を決定するものである。
【００１１】この発明によると，入力された画像データ
をアフィン変換により拡大／縮小または回転させ，アフ
ィン変換された画像データから切出された部分画像デー
タとあらかじめ登録されているモデル画像データとの類
似度を表わす指標値を算出している。したがって，登録
しておくモデル画像データは一つのモデルについて一つ
で済み，モデル画像データを格納するために必要なメモ
リ容量を大巾に減少させることができる。これによっ
て，ハード・ウェアの小規模化やコストの低減等を図る
ことができる。
【００１２】この発明はもう一つの画像処理装置を提供
している。この画像処理装置は，対象物を撮像し，対象
物を表わす画像データを出力する撮像手段，上記画像デ
ータに基づいて対象物の主軸角を算出する主軸角算出手
段，上記主軸角算出手段によって算出された主軸角にし
たがって上記画像データを回転させるアフィン変換手
段，上記アフィン変換手段によって回転された画像デー
タ上をウィンドウを走査しながら，ウィンドウ内の部分
画像データとあらかじめメモリに登録されているモデル
画像データとの類似度を表わす指標値を算出する類似度
演算手段，および算出された複数の指標値のうち最も高
い類似度を示す指標値を検出し，その指標値を生じさせ
るウィンドウの位置に基づいて対象物の位置を決定する
位置決定手段を備えている。
【００１３】この発明によるもう一つの画像処理方法
は，対象物を表わす画像データを受付け，受付けた画像
データに基づいて対象物の主軸角を算出し，算出した主
軸角にしたがってアフィン変換することによって回転さ
れた画像データを得，回転された画像データ上をウィン
ドウを走査しながら，ウィンドウ内の部分画像データと
あらかじめメモリに登録しているモデル画像データとの
類似度を表わす指標値を算出し，算出された複数の指標
値のうち最も高い類似度を示す指標値を検出し，その指
標値を生じさせるウィンドウの位置に基づいて対象物の
位置を決定するものである。
【００１４】この発明によると，対象物の主軸角を算出
することにより，アフィン変換のための回転角度を定め
ている。対象物の傾きが分るから，回転角度を変えなが
ら複数回にわたってアフィン変換する必要がなくなり，
１回のアフィン変換で済むので，計測処理に要する時間
の短縮を図ることができる。
【００１５】
【実施例】
第１実施例
【００１６】図１は，画像処理装置の電気的構成を示す
ブロック図である。
【００１７】画像処理装置は，カメラ１，Ａ／Ｄ変換回
路２，タイミング発生回路３，アフィン変換回路４，メ
モリ・インターフェイス５，画像メモリ６，サーチ計測
回路７，メモリ・インターフェイス８，モデル画像メモ
リ９，中央処理装置（ＣＰＵ）10，Ｉ／Ｏ制御回路11，
および記憶装置12（たとえばＲＯＭやＲＡＭ）を含んで
いる。タイミング発生回路３は，クロック信号，各種同
期信号を発生して上述の各回路の動作の同期をとる。Ｃ
ＰＵ10は画像処理装置に含まれる各回路の動作を統括す
る。
【００１８】カメラ１によって撮像された対象物を表わ
すアナログ映像信号は，Ａ／Ｄ変換回路２に与えられ
る。Ａ／Ｄ変換回路２は入力するアナログ映像信号をデ
ィジタル画像データに変換する。このディジタル画像デ
ータはアフィン変換回路４，メモリ・インターフェイス
５を通って画像メモリ６に蓄えられる。
【００１９】アフィン変換回路４は，対象物を表わす画
像データを拡大／縮小しまたは回転させるためのもので
あり，画像メモリ６から読出す画像データのアドレス
を，与えられた変換パラメータにしたがって算出する。
このアドレスにしたがって画像データが画像メモリ６か
ら読出されることにより，読出される画像データは実質
的にアフィン変換される。変換パラメータは，後述する
変換後の座標原点（走査開始座標値）（ｘ0 ，ｙ0 ），
拡大／縮小倍率ｋ，および回転角度θの３つであり，Ｃ
ＰＵ10から与えられる。
【００２０】モデル画像メモリ９には，標準的な対象物
を表わす画像データ（モデル画像データ）があらかじめ
格納されている。モデル画像データに代えて対象物の標
準的な特徴パラメータを格納してもよい。いずれにして
もモデル画像メモリ９に格納される登録データは，サー
チ計測（パターン・マッチング）処理の種類に応じて定
めればよい。
【００２１】サーチ計測回路７は，画像メモリ６から読
出されアフィン変換された画像データ上でウィンドウを
走査し，順次切出されるウィンドウ内の部分画像データ
と，モデル画像メモリ９に格納されているモデル画像デ
ータとの類似性の程度を表す指標値を算出する。この指
標値はたとえば，部分画像データとモデル画像データと
の相互相関値である。この指標値に基づいて対象物の認
識または対象物の位置の計測が行われる。
【００２２】このサーチ計測処理は，変換パラメータの
値を変えることによって対象画像の大きさおよび傾きを
変化させながら，所定複数回繰返される。計測精度を高
くしたければこの繰返し回数を増やし，より小刻みに大
きさおよび傾きを変化させればよい。算出された複数の
指標値のうち最も高い類似度を示す指標値が検出され，
その指標値を生じさせる変換パラメータおよびウィンド
ウの位置により，対象物の大きさ，傾きおよび位置が決
定される。
【００２３】サーチ計測処理の結果は，Ｉ／Ｏ制御回路
11を介してディスプレイやプリンタなどの外部装置へ出
力される。
【００２４】図２は，アフィン変換によって拡大／縮小
した対象画像データを登録モデルとパターン・マッチン
グしている様子を，図３は，アフィン変換によって回転
した対象画像データを登録モデルとパターン・マッチン
グしている様子をそれぞれ示している。
【００２５】大きさが異なったり変化する対象物や，傾
いているまたは回転している対象物を計測する場合，同
一の対象物であっても，大きさや傾きにあわせて登録モ
デル画像を複数個用意しなくてはならない。ここでは，
図２，図３に示すように，アフィン変換により対象画像
を拡大／縮小または回転させ，パターン・マッチング処
理が行われているので，登録すべきモデル画像は一つで
済む。
【００２６】図２において，入力対象画像を拡大したも
の，そのままのもの，および縮小したもののうち，縮小
したものが登録モデル画像に最も類似している。また図
３では，入力対象画像を右回転したもの，そのままのも
の，および左回転したもののうち，右回転したものが登
録モデル画像と最も類似している。
【００２７】対象画像データのアフィン変換処理につい
て，図４を用いて説明する。
【００２８】画像メモリ６に格納されている画像データ
を読出すアドレスを荒くすれば，読出される対象画像は
縮小され，細かくすれば拡大され，斜め方向に進ませれ
ば対象画像は傾くことになる。画像データのアフィン変
換はこの原理を応用したものである。
【００２９】図４に示すように，変換前の座標系をΑ
（アルファ）−Β（ベータ）直交座標系，変換後の座標
系をＸ−Ｙ直交座標系とする。変換前の画像の画素の座
標を（α，β），変換後の画像の画素の座標を（ｘ，
ｙ），画像の回転の中心の座標を（αc ，βc ）とする
と，行列式
【数１】 で表現される点（α，β）から点（ｘ，ｙ）への変換を
アフィン変換という。ここで，ｋは拡大／縮小倍率，θ
は回転角度であり，画像データを拡大／縮小および回転
するための変換パラメータである。θ＝０，すなわち-s
inθ＝sin θ＝０ならば回転はなく，画像は単に拡大／
縮小される。
【００３０】座標原点の移動，すなわち変換後の座標原
点（ｘ0 ，ｙ0 ）は，式
【数２】 で表現される。図４に示すように，変換後の座標原点
（ｘ0 ，ｙ0 ）はウィンドウの走査開始位置を示す。
【００３１】アフィン変換回路４は，拡大／縮小倍率
ｋ，回転角度θ，および変換後の座標原点（走査開始座
標値）（ｘ0 ，ｙ0 ）の３つの変換パラメータにしたが
って，画像メモリ６から読出すべき画像データのアドレ
ス，すなわち変換後の座標値（走査座標値）（ｘ，ｙ）
を自動的に順次算出するものである。算出されたアドレ
スにしたがって画像データが画像メモリ６から読出され
ることにより，読出される画像データは実質的に拡大／
縮小または回転されることになる。
【００３２】走査されるウィンドウの位置は，たとえば
ウィンドウの左上の角の点（「走査点」という）で表わ
される。ウィンドウは走査点（ｘ0 ，ｙ0 ）の示す位置
から，拡大／縮小倍率ｋで，回転角度θの方向へ走査さ
れる。一般にウィンドウはラスタ方向へ，すなわち左上
から始まり，左から右へ，上から下へと走査される。ウ
ィンドウ内の部分画像データ（斜線に示す部分画像デー
タ）が順次切出される。切出された部分画像データは，
メモリ９にあらかじめ登録されている標準的なモデル
（モデル画像データ）と比較され，各走査点における類
似度を表わす指標値が算出される。
【００３３】図５は，一連の計測処理の流れを示すフロ
ー・チャートである。
【００３４】カメラ１によって対象物が撮像され，対象
物を表す画像データが画像メモリ６に格納される（ステ
ップ21）。アフィン変換のための３つのパラメータ，す
なわち走査開始座標値（ｘ0 ，ｙ0 ），拡大／縮小倍率
ｋ，および回転角度θの初期値がＣＰＵ10によって設定
される（ステップ22）。一般的には，ｘ0 ＝０，ｙ0＝
０，ｋ＝１，θ＝０，すなわちアフィン変換をしない条
件が設定されよう。
【００３５】サーチ計測処理回数をカウントするカウン
タｉ（最大回数Ｎ）が１に設定される（ステップ23）。
計測精度を上げるには，この最大回数Ｎを大きく設定す
ればよい。画像メモリ６から画像データが読出される過
程で設定された変換パラメータに基づくアフィン変換が
行なわれ（アフィン変換なしも含まれる）（アフィン変
換回路４），アフィン変換された画像データ上をウィン
ドウが走査されながら，ウィンドウが切出す部分画像デ
ータとモデル画像データとの相互相関値が算出される
（サーチ計測回路７）。最大の相互相関値と，その最大
相互相関関係を与えるウィンドウ位置とが記憶装置12に
記憶される（ステップ24）。
【００３６】ＣＰＵ10によって，カウンタｉの値が最大
回数Ｎを超えたかどうかが判定され（ステップ25），超
えていない場合には，変換パラメータの値が変更される
（ステップ26）とともにカウンタｉがインクリメントさ
れる（ステップ27）。対象画像の大きさや角度を変えな
がら，サーチ処理が繰返される（ステップ24，25，26，
27の繰返し）。
【００３７】カウンタｉの値が最大回数Ｎを超えると
（ステップ25），各サーチ処理で得られた最大相互相関
値のうちの最も大きい相互相関値が選ばれる（ステップ
28）。最大相互相関値の最大値が得られたときのウィン
ドウ位置，アフィン変換パラメータに基づいて，対象物
の大きさ，角度，位置が決定される（ステップ29）。
【００３８】第２実施例
【００３９】第２実施例は，カメラ１から入力された画
像データを２値化し，得られた２値画像データに基づい
て対象物の主軸角を算出し，求まった主軸角に応じてア
フィン変換のための回転角度θを定めるものである。
【００４０】図６は，第２実施例による画像処理装置の
電気的構成を示す。図１に示すものと同一物については
同一符号を付し，重複説明を避ける。
【００４１】第２実施例では，２値化回路13，２値主軸
角計測回路14，メモリ・インターフェイス15，およびウ
ィンドウ・メモリ16が追加して設けられている。
【００４２】２値化回路13は，Ａ／Ｄ変換回路２から与
えられたディジタル画像データを２値化するものであ
る。
【００４３】２値主軸角計測回路14は，２値化された画
像データと，ウィンドウ・メモリ16に格納されているウ
ィンドウとを重合わせ，ウィンドウ内の主軸角を算出す
る。算出された主軸角に基づいて中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）10がアフィン変換のための回転角度θを決定し，こ
の回転角度θがアフィン変換回路４に与えられる。主軸
角計測回路そのものは既に知られている。
【００４４】図７は，第２実施例による計測処理の流れ
を示す。図５に示すものと同一の処理には同一の符号を
付してある。
【００４５】対象物を表す画像データは画像メモリ６に
格納される（ステップ21）とともに，２値化回路13にお
いて２値化される（ステップ30）。２値化された画像デ
ータに基づいて対象物の主軸角が算出され（ステップ3
1），算出された主軸角に基づいてアフィン変換のため
の回転角度θが決定される（ステップ32）。画像メモリ
６内の画像データが，決定された回転角度θに基づいて
アフィン変換回路４から出力されるアドレスにしたがっ
て，斜めに読出され，サーチ計測回路７に与えられる。
サーチ計測回路７は上述のようにウィンドウを走査しな
がら相互相関値が最大となるウィンドウ位置を決定する
（ステップ24，33）。
【００４６】第２実施例は，主軸角に基づいてアフィン
変換のための回転角度θを決定しているので，１回のア
フィン変換で済み，計測処理を高速化することができ
る。必要ならば，第２実施例でも対象画像の拡大，縮小
処理を拡大／縮小倍率ｋを変えながら複数回行ってもよ
い。
【００４７】上記第１，第２実施例では，アフィン変
換，サーチ処理等を専用のハードウェア回路で実施して
いるが，ソフトウェアで実施できるのはいうまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像処理装置の電気的構成を示すブロック図で
ある。
【図２】アフィン変換によって拡大，縮小された対象画
像データを登録モデルとパターン・マッチングしている
様子を示すものである。
【図３】アフィン変換によって回転された対象画像デー
タを登録モデルとパターン・マッチングしている様子を
示すものである。
【図４】対象画像データのアフィン変換処理について説
明する図である。
【図５】一連の計測処理の流れを示すフロー・チャート
である。
【図６】第２実施例による画像処理装置の電気的構成を
示すブロック図である。
【図７】第２実施例による画像処理の流れを示すフロー
・チャートである。
【符号の説明】
１ カメラ ４ アフィン変換回路 ６ 画像メモリ ７ サーチ計測回路 ９ モデル画像メモリ 10 中央処理装置（ＣＰＵ） 13 ２値化回路 14 ２値主軸角計測回路 16 ウィンドウ・メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 7/60 Ｇ０６Ｋ 9/62 Ｃ 9289−5Ｌ 9061−5Ｌ Ｇ０６Ｆ 15/70 ３５０ Ｈ 9061−5Ｌ ３５０ Ｂ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物を撮像し，対象物を表わす画像デ
    ータを出力する撮像手段，上記撮像手段から出力される
    画像データによって表わされる対象画像の拡大／縮小お
    よび回転の少なくともいずれか一方のために，所与の変
    換パラメータにしたがって上記画像データを変換するア
    フィン変換手段，上記アフィン変換手段によって変換さ
    れた画像データ上をウィンドウを走査しながら，ウィン
    ドウ内の部分画像データとあらかじめメモリに登録され
    ているモデル画像データとの類似度を表わす指標値を算
    出する類似度演算手段，変換パラメータの値を変えなが
    ら上記アフィン変換手段による変換処理および上記類似
    度演算手段による指標値算出処理を複数回繰返すよう制
    御する手段，ならびに算出された複数の指標値のうち最
    も高い類似度を示す指標値を検出し，その指標値を生じ
    させるウィンドウの位置および変換パラメータに基づい
    て，対象物の大きさ，傾き角度および位置を決定する位
    置決定手段，を備えた画像処理装置。
  2. 【請求項２】 対象物を撮像し，対象物を表わす画像デ
    ータを出力する撮像手段，上記画像データに基づいて対
    象物の主軸角を算出する主軸角算出手段，上記主軸角算
    出手段によって算出された主軸角にしたがって上記画像
    データを回転させるアフィン変換手段，上記アフィン変
    換手段によって回転された画像データ上をウィンドウを
    走査しながら，ウィンドウ内の部分画像データとあらか
    じめメモリに登録されているモデル画像データとの類似
    度を表わす指標値を算出する類似度演算手段，および算
    出された複数の指標値のうち最も高い類似度を示す指標
    値を検出し，その指標値を生じさせるウィンドウの位置
    に基づいて対象物の位置を決定する位置決定手段，を備
    えた画像処理装置。
  3. 【請求項３】 対象物を表わす画像データを受付け，受
    付けた画像データが表わす対象画像の拡大／縮小および
    回転の少なくともいずれか一方のために，所与の変換パ
    ラメータにしたがって画像データをアフィン変換し，ア
    フィン変換された画像データ上をウィンドウを走査しな
    がら，ウィンドウ内の部分画像データとあらかじめメモ
    リに登録しているモデル画像データとの類似度を表わす
    指標値を算出し，変換パラメータの値を変えながら上記
    アフィン変換処理および上記類似度演算処理を複数回繰
    返し，算出した複数の指標値のうち最も高い類似度を示
    す指標値を検出し，その指標値を生じさせるウィンドウ
    の位置および変換パラメータに基づいて，対象物の大き
    さ，傾き角度および位置を決定する，画像処理方法。
  4. 【請求項４】 対象物を表わす画像データを受付け，受
    付けた画像データに基づいて対象物の主軸角を算出し，
    算出した主軸角にしたがってアフィン変換することによ
    って回転された画像データを得，回転された画像データ
    上をウィンドウを走査しながら，ウィンドウ内の部分画
    像データとあらかじめメモリに登録しているモデル画像
    データとの類似度を表わす指標値を算出し，算出された
    複数の指標値のうち最も高い類似度を示す指標値を検出
    し，その指標値を生じさせるウィンドウの位置に基づい
    て対象物の位置を決定する，画像処理方法。
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