(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
判別すべきパターンより所定形状の比較パターンを得、該比較パターンを予め用意したテンプレートとマッチング演算を行って類似度を求める判別部を設け、該判別部により前記パターンの判別を行うようにしたパターンの判別装置において、前記判別部は、前記パターンの判別を行うための前記類似度に対するしきい値を書き換え可能に記憶したしきい値記憶部を備えるとともに、前記判別部のしきい値記憶部のデータを外部よりの指示に基づいて書き換え制御する通信制御部を備え、前記判別部のしきい値記憶部のデータを外部より書き換え可能に構成し、尚かつ前記しきい値は、前記判別すべきパターンと前記テンプレートとの前記類似度の最も高い類似度の統計分布と、前記判別すべきパターンに類似した前記判別すべきパターンとは異なる類似パターンと前記テンプレートとの前記類似度の最も高い類似度の統計分布とに基づいて設定されてなることを特徴とするパターンの判別装置。
【請求項２】
前記判別すべきパターンは円形パターンであり、前記比較パターンは前記円形パターンを円形状に切り出したデータを２次元の矩形パターンに変換したものであることを特徴とする請求項１記載のパターンの判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンの判別装置に関する。更に詳述すると、本発明は、特に硬貨などの判別に適したパターンの判別装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硬貨の判別等に使用されるパターン判別装置では、装置に判別対象物が取り込まれると判別対象物の円形パターンが撮影され、これを基に２次元の比較パターンが作成される。円形パターンから比較パターンを作成するには、例えば円形パターンの中心座標を中心に円形状または円環状に切り出して、この切り出したディジタルデータに必要な処理を施すことにより行う。
【０００３】
そして、作成された比較パターンを予め準備されている各種硬貨のテンプレート、すなわち基準パターンと比較して、両パターン間の類似度または非類似度を演算（以下、マッチング演算という）する。このマッチング演算は、比較パターンとテンプレートの相対角度を円形パターンの角座標に関して０から２πまで段階的に回転させながら行う。類似度を演算した結果の例を図７に示す。
【０００４】
更に、マッチング演算の結果であるマッチング値に基づいて円形パターンの認識や判別を行っている。類否の判定は、０から２πの各段階で得られるマッチング値のうちの最高点Ｐ１の値（以下、ベストマッチング値という）を用いて、該ベストマッチング値が予め定められたしきい値Ｍ０を超えているか否かにより判断している。すなわち、類似度に関するベストマッチング値がしきい値Ｍ０を超えていれば当該比較パターンとテンプレートとは一致する可能性が高いと判断され、また非類似度に関するベストマッチング値がしきい値を超えていれば当該比較パターンとテンプレートとは不一致である可能性が高いと判断される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、判別のためのしきい値は、製品完成時に、排除対象（テンプレートと一致しない円形パターン）と受入対象（テンプレートに一致する円形パターン）のベストマッチング値の分布により統計的に決められて設定されているので、新たに排除対象の円形パターンを増やそうとした場合、これに対応できないという問題がある。つまり、しきい値はこのように製品完成時に設定されてしまっているので、顧客もしくは装置の設置される状況により、排除対象円形パターンの排除率や受入対象円形パターンの受入率を変化させたい場合、これに対応させることができない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、排除対象が追加されてもこれに対応し新たな対象を排除できるようにしたパターンの判別装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、判別すべきパターンより所定形状の比較パターンを得、該比較パターンを予め用意したテンプレートとマッチング演算を行って類似度を求める判別部を設け、該判別部によりパターンの判別を行うようにしたパターンの判別装置において、判別部は、パターンの判別を行うための類似度に対するしきい値を書き換え可能に記憶したしきい値記憶部を備えるとともに、判別部のしきい値記憶部のデータを外部よりの指示に基づいて書き換え制御する通信制御部を備え、判別部のしきい値記憶部のデータを外部より書き換え可能に構成し、尚かつしきい値は、判別すべきパターンとテンプレートとの類似度の最も高い類似度の統計分布と、判別すべきパターンに類似した判別すべきパターンとは異なる類似パターンとテンプレートとの類似度の最も高い類似度の統計分布とに基づいて設定されてなることを特徴としている。
【０００８】
この場合、しきい値はしきい値記録部に一時的に格納されるデータとして扱われており、外部からの操作によって書き換えることができる。したがって、このデータの書き換え操作によってしきい値の再設定が可能であるから、新たに排除対象が追加された場合にあってもこの新対象を精度良く排除できるようにすることができる。また、この場合のデータ書き換えは外部からの操作であるため容易に行われ得る。
【０００９】
しかも、この場合、しきい値を上記２つの互いに接近した統計分布の間に設定することもできる。したがって、判別すべきパターンに非常に類似した新たな排除対象が追加された場合にも、これを判別対象から精度良く識別できるよう適宜しきい値を設定し直すことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のパターンの判別装置において、判別すべきパターンが円形パターンであり、比較パターンは円形パターンを円形状に切り出したデータを２次元の矩形パターンに変換している。この場合、硬貨をはじめとする円形対象物の表面形状・模様が円形のパターンとして認識され、２次元の矩形パターンに変換されて判別に利用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図６に本発明のパターンの判別装置１の一実施形態を示す。パターン判別装置１は、判別すべきパターンより所定形状の比較パターンｆを得、該比較パターンを予め用意したテンプレートｔとマッチング演算を行って類似度（又は非類似度）を求める判別部１０を設け、該判別部１０によりパターンの判別を行うようにしたものである。本実施形態におけるパターン判別装置１は、硬貨２を判別する装置として例えば顧客のシステムのコントローラに接続されているものであり、硬貨２の撮影を行う画像入力部３と、撮影された円形パターンの判別を行う識別処理部４とを有している。
【００１５】
画像入力部３は、図１に示すように、硬貨２の表面を照射する発光素子５と、硬貨２からの反射光を縮小または拡大するレンズや光学フィルタなどで構成される光学系６と、光学系６を経た円形パターンを受光して電気信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子７とを有している。一方、識別処理部４は、撮像素子７からの円形パターンのアナログ信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換素子８と、ディジタル変換された円形パターンを記憶する記憶素子９と、記憶された円形パターンを処理して硬貨２の判別を行う判別部１０と、しきい値記憶部１１のデータを書き換え制御する通信制御部１２とを有している。
【００１６】
判別部１０は、パターンの判別を行うための類似度に対するしきい値Ｍを書き換え可能に記憶したしきい値記憶部１１を備えている。しきい値記憶部１１は、しきい値Ｍを一時的に格納でき、このデータ（つまりしきい値Ｍ）を外部１３より書き換え可能となるように構成されている。しきい値Ｍは、判別すべきパターンとテンプレートｔとの類似度の統計分布に基づいて設定されている。なお、しきい値記憶部１１のしきい値Ｍを設定するための一連の装置（外部１３を含む）は、しきい値Ｍの設定プロセスを第三者に開示しないようにするためのセキュリティ機能を併有している。
【００１７】
このパターン判別装置１は、まず画像入力部３で硬貨２を撮像して画像入力処理を行い、Ａ／Ｄ変換素子８で円形パターンをディジタル変換して記憶素子９に記憶する。そして、判別部１０において、例えば円形パターンの中心座標を中心に円形状または円環状に切り出し、この切り出したディジタルデータを２次元パターンに変換するなど必要な処理を施して比較パターンを作成する。そして、作成された比較パターンを予め準備されている各種硬貨２のテンプレートｔと比較する。
【００１８】
テンプレートは、原画像に必要な画像処理を行って得られる、例えば縦方向１０画素、横方向１２８画素で構成される２次元の画素マトリクスで構成されており、これをｔ（ｕ，ｖ）と表現する。
【００１９】
ここで、マッチング演算について図２と図５を用いて説明する。マッチング演算は図１の画像入力部３で撮像され、Ａ／Ｄ変換素子８でディジタル変換され、記憶素子９に格納されている対象画像Ｆを、テンプレート作成時と同様の手順で切出し（図５のステップ２１）必要な画像処理を行って（図５のステップ２２）得た対象パターンｆとテンプレートｔについて、類似度または非類似度を計算するものである。ここで、比較パターンはテンプレートと同じサイズの２次元の画素マトリクスで構成されているので、これをｆ（ｕ，ｖ）と表現する。演算式については、この実施形態では、
【００２０】
【数１】
0003641368.tif 000002
【００２１】
なる非類似度の演算を行っている（図５のステップ２３）例を示す。
【００２２】
このマッチング演算を、比較パターンｆとテンプレートｔの相対角度を円形パターンの角座標に関して０〜２πまで回転させながら、すなわち比較パターンｆとテンプレートｔのどちらかを横方向に例えば１２８段階シフトさせながら行う（図２のステップ１）。この回転に関するマッチング演算の結果を図３に示す。非類似度のマッチング演算式を用いれば、図３（Ａ）に示すように、比較パターンｆとテンプレートｔがある角度θＰにおいて一致した場合には、非類似度が最低（類似度が最高）の顕著なピークＰを示す。このピークＰにおける非類似度の値をベストマッチング値と呼ぶ。一方、図３（Ｂ）に示すように、比較パターンｆとテンプレートｔがどの角度においても一致が見られない場合には、ピークＰ’でのベストマッチング値は、一致する場合と比べて高い（類似度が低い）値を示す。
【００２３】
本発明のパターン判別装置１を用いた判別は、このベストマッチング値をしきい値Ｍと比較することで、対象パターンｆがテンプレートｔと類似しているかどうかを判断するものである（図２のステップ２）。すなわち、ベストマッチング値がしきい値Ｍよりも低い値を示せば、対象パターンｆはテンプレートｔに類似していると判断されて、硬貨２は受け入れられる（図２のステップ３）。逆に、ベストマッチング値がしきい値Ｍよりも高い値を示せば、対象パターンｆはテンプレートｔとは異なると判断されて硬貨２は排除される（図２のステップ４）。
【００２４】
マッチング演算は、上記実施形態の他に、同じく非類似度を示す
【００２５】
【数２】
0003641368.tif 000003
【００２６】
や、類似度を示す
【００２７】
【数３】
0003641368.tif 000004
【００２８】
など、他の一般的な計算式を用いても良い。
【００２９】
ここで、判別の基準となるしきい値Ｍの定め方について図６を用いて説明する。しきい値Ｍはパターン判別装置１が判別動作を行う前に、しきい値記憶部１１に設定されるものであり、通常は装置出荷時に固定的な値となる。
【００３０】
まず、テンプレートｔと、受け入れ対象パターンＧと同種類の複数サンプル画像とでマッチング演算を行い、ベストマッチング値の分布を得る。同様に、排除対象パターンＲ１，Ｒ２と同種類の複数サンプルについても、テンプレートｔとマッチング演算を行ってベストマッチング値の分布を得る。図６に示すように、排除パターンのベストマッチング値の分布は、受け入れパターンのそれに比べて非類似度が高い（類似度が低い）側に分布する。次に図６に示すように、受け入れパターンの分布ｄ（Ｇ）に最も近い排除パターンの分布ｄ（Ｒ１）からの統計距離Ｄを用いて、しきい値Ｍを設定する。この統計距離Ｄはパターン判別装置１の排除能力および受け入れ能力を示す値で、装置仕様や顧客要求などにより定まっている。
【００３１】
以上のように硬貨２を判別する本実施形態のパターン判別装置１では、更に、新たな排除パターンを追加する場合や装置の判別能力を故意に変更しようとする場合にも柔軟に対応できるよう、しきい値記憶部１１において新たなしきい値を設定できるようにしている。すなわち、図１に示すように、判別部１０はそのしきい値記憶部１１が通信制御部１２を介して外部１３と接続され、外部１３からのしきい値ＭをＭ’へと再設定が可能となるように設けられている。
【００３２】
したがって、本実施形態のパターン判別装置１では、例えば図４に示すように、しきい値ＭをＭ’に設定し直すことができる。すなわち、図６に示すような当初の排除パターンＲ１，Ｒ２に対するしきい値Ｍが設定されていた場合、Ｒ１とＲ２に対してはこのしきい値Ｍを基準としてこれらを排除できる一方、Ｇに対してＲ１よりも更に類似度の高い新たな排除パターンＲ３が追加された場合、しきい値Ｍに対してＲ３の分布ｄ（Ｒ３）との統計距離が近くなってしまうため、Ｒ３がＧであると誤判別される確率が増加し装置仕様や顧客要求を満足できなくなるが、ｄ（Ｒ３）を考慮して新たなしきい値Ｍ’を再設定することによりＲ３をも確実に排除することができる。このとき、新たなしきい値Ｍ’は、新たに追加された排除パターンＲ３のベストマッチング分布ｄ（Ｒ３）との統計距離Ｄに基づいて設定されることになる。このように設定し直すことにより、新たな排除対象が追加された場合にも、外部１３からの簡易な操作をすることによって対象物の排除率あるいは受入率を変化させ、装置１における判別能力を維持させることができる。
【００３３】
このようにして外部１３からのしきい値Ｍの設定を可能とする場合、外部１３に設けられる装置としては例えばしきい値記憶部１１と接続されるコントローラがある。新たな排除対象の追加、またはフィールド適応などによりしきい値Ｍを変化させたい場合には、このコントローラからしきい値Ｍの設定コマンドを発行し、しきい値記憶部１１の書き換えを行うことにより行われる。このコントローラは、しきい値記憶部１１の内容を書き換える機能のみならず、例えばコントローラからパターン判別装置１へは判別動作の開始、終了などの命令が送信される一方で、装置１からコントローラ側へは判別結果などが送信されるといったような、装置１全体の制御を行うような機能と兼用してもよい。しきい値記憶部１１は例えば金種ごとに設けられている。そして識別処理部４の新たなしきい値Ｍ’をもとにして円形パターンを判別し、硬貨２の判別を継続する。なお、このコントローラの代わりとして、例えばハードディスクや無線通信機材などが外部１３の装置として使用可能である。
【００３４】
上述したように、本実施形態のパターンの判別装置１によればしきい値Ｍの再設定ができるため、新たな判別対象が追加された場合にも柔軟に対応できる。しかも外部１３からの通信・制御を可能としたことにより設定が容易であるし、例えばプログラムＲＯＭの付け替えなどといった装置１の変更も不要である。
【００３５】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、しきい値Ｍをしきい値記憶部１１に一時的に格納するようにした場合について説明したが、識別処理部４の内部に設けられたＥＥＰＲＯＭやＦＬＡＳＨメモリ、強誘電体メモリのような、装置１の電源を切断してもデータを保持している記憶素子を用いることもでき、これにより、外部１３との通信時間を最小にすることも可能である。
【００３６】
また、本実施形態では、矩形パターンのサイズを縦方向１０画素、横方向１２８画素として説明したがこの大きさに限らないし、テンプレートｔまたは比較パターンｆの相対シフト回数についても勿論１２８段階に限らない。
【００３７】
また、上述した実施形態ではマッチング演算として類似度の演算を行っているが、これには限られず非類似度を演算してこれに基づき類否判断を行うようにしても良い。
【００３８】
更に、上述した実施形態では判別対象が硬貨２である場合を説明したが、これに限らず、本発明は例えば王冠、ラベル、指紋、虹彩（アイリス）などの他の円形状物の判別にも実施可能できる。更には、これら以外にも、例えば紙幣や有価証券、チケットなどの認識処理において本発明の実施が可能である。換言すれば、本発明による判別対象は円形状物に限らず四角形状物にまで拡大できる。このように対象物を拡大した場合、新たな判別対象が追加されてもしきい値Ｍを再設定するという柔軟な対応が可能であることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載のパターンの判別装置によれば、しきい値を状況に応じて適宜変更できるので、排除対象追加時にも柔軟に対応して新たな対象を排除可能とし、ユーザの要求に適した判別能力を適宜設定することができる。しかも本発明では、しきい値の設定に関して装置の変更は不要であり、変更コストや変更所要時間の節約、短縮ができる。また、しきい値を設定するためのデータの書き換えは外部からの操作でできるため容易である。
【００４０】
しかも、請求項１記載のパターンの判別装置によれば、しきい値を、接近した２つの統計分布の間に設定できるから、判別すべきパターンに非常に類似した新たな排除対象が追加された場合にも、これを判別対象から精度良く識別することができる。
【００４１】
更に請求項２記載のパターンの判別装置によれば、判別すべきパターンとして円形パターンを対象としているから、硬貨をはじめとする円形対象物を精度良く判別できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターンの判別装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】硬貨を判別するときの流れを示すフローチャート図である。
【図３】比較パターン及びテンプレートをテンプレートに対してマッチング演算したときの回転角度及び類似度の関係の一例を示すグラフであり、（Ａ）は比較パターンとテンプレートがある角度で一致した場合、（Ｂ）は一致しない場合を示す。
【図４】本発明のパターン判別装置において、新たな判別対象に対してしきい値を設定し直す様子を示す図である。
【図５】マッチング演算の例を示す図である。
【図６】受け入れパターンおよび排除パターンの分布としきい値Ｍを決定する手順を示す図である。
【図７】従来の判別方法により比較パターン及びテンプレートをテンプレートに対してマッチング演算したときの回転角度及び類似度の関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  パターンの判別装置
１０  判別部
１１  しきい値記憶部
１２  通信制御部
１３  外部
Ｍ  しきい値
ｔ  テンプレート
【図１】
0003641368.tif 000005
【図２】
0003641368.tif 000006
【図３】
0003641368.tif 000007
【図４】
0003641368.tif 000008
【図５】
0003641368.tif 000009
【図６】
0003641368.tif 000010
【図７】
0003641368.tif 000011