(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的対象物に焦点を合わせた第１の画像，ならびにその焦点を前記目的対象物の前方および後方に一定量変化させた第２および第３の画像を入力する画像入力手段と、
前記第１，第２および第３の画像の１つからエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
前記エッジ抽出手段によって抽出したエッジについて前記第１，第２および第３の画像の尖鋭度を検出する尖鋭度検出手段と、
前記第１の画像の尖鋭度が最大となるエッジを特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたエッジを記憶する記憶手段と、
を備える、画像認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は画像認識装置に関し、特にたとえば作業用ロボット等に用いられ、目的対象物を限定することができる、画像認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば作業用ロボット等において３次元物体を認識処理するに際して、入力画像中には目的対象物だけが存在しているとは限らない。すなわち、目的対象物の前方や後方に他の対象物が存在する場合には、入力画像中に目的対象物とそれ以外の対象物が混在してしまう。このことは、認識処理を複雑にしたり誤認識の原因ともなるため、認識処理を効率よくかつ適切に行うためには、処理対象領域を最小限に限定し、その部分のみを比較照合することが望ましい。このため、従来の画像認識装置としては、濃淡や色情報などに基づいて画像を再分割して目的対象物のみを認識処理するものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の画像認識装置では、対象物の濃淡や色情報などが既知でなければ目的対象物のみを認識処理することができず、認識処理の効率化が図れないとともに目的対象物の誤認識が生じるという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な画像認識装置を提供することである。
【０００４】
その他の目的は、目的対象物を効率よく認識処理することができ、かつ誤認識を防止することができる、画像認識装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、目的対象物に焦点を合わせた第１の画像，ならびにその焦点を目的対象物の前方および後方に一定量変化させた第２および第３の画像を入力する画像入力手段と、第１、第２および第３の画像の１つからエッジを抽出するエッジ抽出手段と、エッジ抽出手段によって抽出したエッジについて第１、第２および第３の画像の尖鋭度を検出する尖鋭度検出手段と、第１の画像の尖鋭度が最大となるエッジを特定する特定手段と、前記特定手段により特定されたエッジを記憶する記憶手段と、を備える、画像認識装置である。この記憶手段には、第２の画像の尖鋭度が最大となるエッジと、第３の画像の尖鋭度が最大となるエッジは、記憶されない。第１の画像の尖鋭度が最大となるエッジとは、目的対象物のエッジのことであるから、記憶手段には目的対象物のエッジが記憶され、目的対象物以外の物体のエッジは記憶されない。したがって、この画像認識装置によれば、入力画像中に目的対象物とそれ以外の対象物が混在しても、誤認識することなく、目的対象物を正しく認識することができる。
【０００６】
【作用】
たとえばＣＣＤカメラのレンズの焦点を調整することによって、たとえばマイコンに目的対象物についての３つの画像が入力される。なお、この３つの画像のうちの第１の画像は、目的対象物に焦点が合わせられたものであり、第２および第３の画像は、目的対象物の前後にたとえば距離ＤＷ  だけ離れた位置に焦点が合わせられたものである。マイコンは、これらの画像のうちたとえば第１の画像からエッジを抽出し、このエッジについて３つの画像の尖鋭度を検出する。さらにマイコンは、第１の画像の尖鋭度が最大となるエッジを含む線分を特定し、これをたとえばメモリに格納する。これによって、メモリには目的対象物に係る線分のみが格納される。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、所定の画像の尖鋭度が最大となる線分のみが特定されるので、目的対象物を効率よく認識処理することができかつ誤認識を防止することができる。
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【実施例】
図１を参照して、この実施例の画像認識装置１０はＣＣＤカメラを構成するＣＣＤ１２を含み、このＣＣＤカメラはさらにレンズ１４を含む。ＣＣＤカメラによって撮像された画像がマイコン１６に与えられる。ＣＣＤカメラのレンズ１４は、焦点調整モータ１８によってその位置を変えられる。そこで、この実施例では、マイコン１６でモータ１８を制御することによって、図２に示すように、レンズ１４の焦点が、目的対象物２０が配置された位置Ｑ１（焦点距離Ｄ）と目的対象物２０の前方および後方に距離ＤＷ  だけ離れた位置Ｑ２およびＱ３（焦点距離Ｄ−ＤＷ  およびＤ＋ＤＷ  ）とに合わせられ、これによって同一対象物について焦点距離の異なる３つの画像がマイコン１６に与えられる。
【０００９】
マイコン１６においては、与えられた画像がＡ／Ｄ変換器２２によってディジタル信号に変換され、画像データとしてフレームメモリ２４ａ〜２４ｃに格納される。すなわち、位置Ｑ１に焦点が合わせられた焦点距離Ｄの画像データＧ１がフレームメモリ２４ａに格納され、位置Ｑ２に焦点が合わせられた（焦点距離Ｄ−ＤＷ  の）画像データＧ２がフレームメモリ２４ｂに格納され、そして位置Ｑ３に焦点が合わせられた（焦点距離Ｄ＋ＤＷ  の）画像データＧ３がフレームメモリ２４ｃに格納される。なお、位置Ｑ１までの焦点距離Ｄはマイコン１６がモータ制御信号に基づいて把握できる。
【００１０】
また、マイコン１６はエッジ画像メモリ２６および結果画像メモリ２８を含む。そして、エッジ画像メモリ２６には、後述のエッジ抽出処理によって抽出されたエッジが書き込まれ、結果画像メモリ２８には後述の処理によって特定された線分が書き込まれる。
次に図３〜図５を参照して、マイコン１６の処理動作について説明する。まず、図３のステップＳ１〜Ｓ５において位置Ｑ１〜Ｑ３における画像データＧ１〜Ｇ３をそれぞれメモリ２４ａ〜２４ｃに入力する。次に、メモリ２４ａから画像データＧ１のエッジを抽出し、抽出したエッジをエッジ画像メモリ２６に書き込む。その後、ステップＳ９においてエッジの尖鋭度を調べるための代表点Ｐｊ  （ｊ＝０〜ｎ）をエッジを含む１本の線分から選択する。続いて、ステップＳ１１において代表点Ｐｊ  について当該代表点Ｐｊ  を含む線分と直交する方向ａを求め、続いてステップＳ１３〜Ｓ１７のそれぞれにおいて、代表点Ｐｊ  についてメモリ２４ａ〜２４ｃの画像データＧ１〜Ｇ３における尖鋭度Ｓ１〜Ｓ３を計算する。そして、ステップＳ１９において尖鋭度Ｓ１〜Ｓ３を比較し、ステップＳ２１において尖鋭度Ｓ１が最大であるかどうか判断する。ここで、“ＮＯ”であれば直接ステップＳ２５に移行するが、“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ２３において代表点Ｐｊ  を通過する線分を結果画像メモリ２８に入力し、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５においては、全ての代表点（Ｐ１  〜Ｐｎ  ）について尖鋭度を調べたかどうか判断し、“ＹＥＳ”であれば処理を終了するが、“ＮＯ”であればステップＳ１１に戻る。
【００１１】
ステップＳ２３において尖鋭度Ｓ１が最大となる場合のみ線分を結果画像メモリ２８に入力するのは、以下の理由による。図７を参照して、目的対象物２０をＣＣＤ１２から距離Ｄの位置に配置し、焦点を距離ｄの前後で連続的に変化させた場合、尖鋭度は図７に示すように変化する。ここで（Ａ）はＤ＜ｄであるときの大小関係を示しており、（Ｂ）はＤ≒ｄであるときの大小関係を示しており、そして（Ｃ）はＤ＞ｄであるときの大小関係を示している。これより目的対象物２０のみを残すには、焦点を目的対象物２０付近に合わせ、尖鋭度Ｓ１が最大となる代表点を含む線分のみを結果画像メモリ２８に入力する必要がある。
【００１２】
次に、図５を参照して、ステップＳ９において代表点Ｐｊ  を選択するサブルーチンについて説明する。まず、ステップＳ１９においてフレームメモリ２４ａから抽出されたエッジによって描かれる画像を線分に分割し、その後ステップＳ２１において１本の線分の中央点や両端点などを代表点Ｐｊ  として選択し、リターンする。
【００１３】
続いて、図６を参照して、ステップＳ１３〜Ｓ１７において尖鋭度Ｓ１〜Ｓ３を計算するサブルーチンについて説明する。まず、ステップＳ２３において、画像データＧｉ（ｉ＝１〜３）について濃度をサンプリングする。このとき、サンプリングする方向はステップＳ１１において求められた方向ａであり、サンプリングの範囲は代表点Ｐｊ  を中心とした幅Ｗである。次に、ステップＳ２５において濃度値の変化量を算出し、その後ステップＳ２７において尖鋭度Ｓｉ（ｉ＝１〜３）を算出してリターンする。
【００１４】
次に、図８を参照して目的対象物２０のエッジが結果画像メモリ２８に書き込まれる際の動作について説明する。なお、この場合１本の線分から選択される代表点はＰ１  のみとする。まず、フレームメモリ２４ａに格納された画像データＧ１から（Ａ）に示すようにエッジによって描かれる画像が抽出されると、画像を構成する線分から代表点Ｐ１  が選択される。次に、（Ｂ）に示すようにエッジに直交する方向ａが求められ、その後（Ｃ）〜（Ｅ）に示す画像データＧ１〜Ｇ３についての濃度値が、（Ｆ）〜（Ｈ）に示すようにサンプリングされる。さらに、この濃度値に基づいて（Ｉ）〜（Ｋ）に示すように濃度値の変化量が算出され、この変化量から尖鋭度Ｓ１〜Ｓ３が算出される。ここで、算出された尖鋭度Ｓ１〜Ｓ３のうち尖鋭度Ｓ１が最大であるため、結果画像メモリ２８には、（Ｌ）に示すように代表点Ｐ１  を通過する線分が書き込まれる。このような動作を繰り返すことによって、最終的に、所望の距離に存在するエッジ、すなわち目的対象物２０についてのエッジが特定される。
【００１５】
この実施例によれば、尖鋭度Ｓ１が最大となるエッジのみが結果画像メモリ２８に書き込まれるため、目的対象物を効率よく認識処理することができ、また誤認識を防止することができる。
なお、この実施例では、図５のステップＳ２１において線分の中央点を代表点Ｐｊ  として選択するようにしたが、この発明はこの場合に限らず、対象物の性質上線分への分割が困難な場合にエッジ全てを代表点として選択する場合にも適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１実施例の動作の一部を示す図解図である。
【図３】図１実施例の動作の一部を示すフロー図である。
【図４】図１実施例の動作の一部を示すフロー図である。
【図５】図１実施例の動作の一部を示すフロー図である。
【図６】図１実施例の動作の一部を示すフロー図である。
【図７】（Ａ）はＤ＜ｄであるときの尖鋭度を示す図解図であり、（Ｂ）はＤ≒ｄであるときの尖鋭度を示す図解図であり、（Ｃ）はＤ＞ｄであるときの尖鋭度を示す図解図である。
【図８】図１実施例の動作の一部を示す図解図である。
【符号の説明】
１０  …画像認識装置
１２  …ＣＣＤ
１４  …レンズ
１６  …マイコン
２４ａ〜２４ｃ  …フレームメモリ
２６  …エッジ画像メモリ
２８  …結果画像メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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