(57)【要約】  画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理装置が提供される。画像処理装置は、入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付ける設定部と、前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算する有効度計算部とを含む。前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて前記有効度を計算する。
2014024655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理装置であって、
入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付ける設定部と、
前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算する有効度計算部とを備え、
前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて前記有効度を計算する、画像処理装置。
【請求項２】
前記有効度計算部は、
前記テンプレート候補画像を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力における個別の周波数について周波数有効度を計算する周波数有効度計算部とを備え、
前記周波数有効度計算部によって計算された個別の周波数についての周波数有効度を積算した値を前記有効度として出力する、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記周波数有効度計算部は、前記テンプレート候補画像に含まれる各周波数における振幅から周波数有効度を計算する、請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記周波数有効度計算部は、各周波数における振幅が所定値を下回る場合には、当該周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす、請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記周波数有効度計算部は、所定値を上回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす、請求項２〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記周波数有効度計算部は、所定値を下回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす、請求項２〜５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記周波数有効度計算部は、前記入力画像を撮影したカメラの空間周波数特性の直流成分の値を基準として、対象周波数での前記空間周波数特性の値が所定比率を下回る場合には、当該対象周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす、請求項２〜６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像に含まれる周波数成分の分布方向の多様性が大きいほど、より高い値を示す有効度を出力する、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記有効度計算部は、
前記テンプレート候補画像を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力における個別の周波数について周波数有効度を計算する周波数有効度計算部と、
前記周波数有効度計算部によって計算された周波数有効度を極座標変換する極座標変換部とを備える、請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像内の画像勾配の大きさが所定値を上回る画素数を前記有効度として出力する、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像内の画像勾配ベクトルの方向の多様性の大きさに基づいて前記有効度を補正する、請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記有効度計算部は、
前記テンプレート候補画像内のエッジを検出するエッジ検出部と、
前記エッジ検出部によって検出されたエッジの量に基づいて前記有効度を算出する部とを含む、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記有効度は、検出された総エッジ長に基づいて算出される、請求項１２に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記有効度は、検出されたエッジ本数に基づいて算出される、請求項１２に記載の画像処理装置。
【請求項１５】
前記画像処理装置は、前記有効度計算部により計算された前記有効度を表示する表示部をさらに備えた、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１６】
前記設定部は、ユーザーからの入力に基づいて、互いに領域が異なる複数のテンプレート候補画像を設定し、
前記有効度計算部は、前記複数のテンプレート候補画像について前記有効度をそれぞれ計算し、
前記画像処理装置は、有効度が最も高いテンプレート候補画像を前記テンプレート画像として決定する決定部をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１７】
画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理方法であって、
入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付けるステップと、
前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算するステップとを備え、
前記有効度は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて計算される、画像処理方法。
【請求項１８】
画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理プログラムであって、コンピューターに、
入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付けるステップと、
前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算するステップとを実行させ、
前記有効度は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて計算される、画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成する画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像のマッチング処理についての技術が各種提案されてきた。このようなマッチング処理の一つとして、予めテンプレート画像を用意しておき、当該テンプレート画像と処理対象の画像との間でマッチングを行なう、テンプレートマッチングがある。このようなテンプレートマッチングは、例えば、生産ライン上での不良品検査等に応用される。テンプレートマッチングにおいて、マッチングの精度を高めるためには、テンプレート画像が非常に重要である。【０００３】
例えば、特開２００１−１４８０１４号公報（特許文献１）に開示された手法は、テンプレート画像になり得る複数の画像パターンに対して、画像平面の座標に対応して計算された相関値分布（分散・標準偏差）を比較することで、最もユニークなパターンを自動的に決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４８０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示の手法は、テンプレート画像を評価するに際して、実際にテンプレートマッチングを行った結果を用いるものであり、マッチング処理を行うための計算コストがかかるものであった。
一方、例えば、位相限定相関法（Phase  Only  Correlation：以下「ＰＯＣ法」とも記す。）や位相シフト解析法（Phase  Shift  Analysis：以下「ＰＳＡ法」とも記す。）といった、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングでは、適切なテンプレート画像を生成することは容易ではない。テンプレート画像は、撮影された画像からユーザーが被写体（対象物）を含む領域をテンプレート画像として切り出して生成されるのが一般的である。この場合、例えば繰り返しパターンのように、人間の目にはテンプレート画像として有効に見えるが、周波数成分を利用する（つまり、周波数空間での）マッチング処理には適切とは言えないテンプレート画像が設定されてしまう可能性がある。【０００６】
本発明の目的は、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を適切に容易に生成できる画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に従えば、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理装置が提供される。画像処理装置は、入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付ける設定部と、前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算する有効度計算部とを含む。前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて前記有効度を計算する。【０００８】
好ましくは、前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像を周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力における個別の周波数について周波数有効度を計算する周波数有効度計算部とを含み、前記周波数有効度計算部によって計算された個別の周波数についての周波数有効度を積算した値を前記有効度として出力する。【０００９】
さらに好ましくは、前記周波数有効度計算部は、前記テンプレート候補画像に含まれる各周波数における振幅から周波数有効度を計算する。【００１０】
さらに好ましくは、前記周波数有効度計算部は、各周波数における振幅が所定値を下回る場合には、当該周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。【００１１】
さらに好ましくは、前記周波数有効度計算部は、所定値を上回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。【００１２】
さらに好ましくは、前記周波数有効度計算部は、所定値を下回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。【００１３】
さらに好ましくは、前記周波数有効度計算部は、前記入力画像を撮影したカメラの空間周波数特性の直流成分の値を基準として、対象周波数での前記空間周波数特性の値が所定比率を下回る場合には、当該対象周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。【００１４】
好ましくは、前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像に含まれる周波数成分の分布方向の多様性が大きいほど、より高い値を示す有効度を出力する。【００１５】
さらに好ましくは、前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像を周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力における個別の周波数について周波数有効度を計算する周波数有効度計算部と、前記周波数有効度計算部によって計算された周波数有効度を極座標変換する極座標変換部とを含む。【００１６】
好ましくは、前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像内の画像勾配の大きさが所定値を上回る画素数を前記有効度として出力する。【００１７】
さらに好ましくは、前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像内の画像勾配ベクトルの方向の多様性の大きさに基づいて前記有効度を補正する。【００１８】
好ましくは、前記有効度計算部は、前記テンプレート候補画像内のエッジを検出するエッジ検出部と、前記エッジ検出部によって検出されたエッジの量に基づいて前記有効度を算出する部とを含む。【００１９】
さらに好ましくは、前記有効度は、検出された総エッジ長に基づいて算出される。
さらに好ましくは、前記有効度は、検出されたエッジ本数に基づいて算出される。【００２０】
好ましくは、前記画像処理装置は、前記有効度計算部により計算された前記有効度を表示する表示部をさらに含む。【００２１】
好ましくは、前記設定部は、ユーザーからの入力に基づいて、互いに領域が異なる複数のテンプレート候補画像を設定し、前記有効度計算部は、前記複数のテンプレート候補画像について前記有効度をそれぞれ計算し、前記画像処理装置は、有効度が最も高いテンプレート候補画像を前記テンプレート画像として決定する決定部をさらに含む。【００２２】
本発明の別の実施の形態に従えば、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理方法が提供される。画像処理方法は、入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付けるステップと、前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算するステップとを含む。前記有効度は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて計算される。【００２３】
本発明のさらに別の実施の形態に従えば、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を生成するための画像処理プログラムが提供される。画像処理プログラムは、コンピューターに、入力画像におけるテンプレート候補画像としての領域の設定を受け付けるステップと、前記入力画像に設定されたテンプレート候補画像について、前記テンプレート候補画像自体を解析することにより、前記テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算するステップとを実行させる。前記有効度は、前記テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値に基づいて計算される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を適切に容易に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に従うテンプレートマッチングの適用例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に従う画像処理装置をパーソナルコンピューターにより実現した場合の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に従うテンプレートマッチングに係るブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に従うテンプレート有効度の計算処理に係るブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に従うテンプレート画像の生成手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に従うテンプレート画像の別の生成手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１に従う周波数有効度計算部における処理を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に従うテンプレート有効度の計算処理を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に従うエッジ抽出処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２７】
［Ａ．概要］
本実施の形態は、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像を評価する画像処理装置および画像処理方法に向けられている。典型的には、画像処理装置は、ユーザーによるテンプレート画像の設定時に、テンプレート画像としての適切さを示す有効度を計算し、その結果をユーザーへフィードバックすることで、より効果的なテンプレート画像の設定を支援する。
【００２８】
［Ｂ．システム構成］
まず、本発明の実施の形態に従う画像処理装置の実装例について説明する。
【００２９】
《ｂ１：適用例》
図１は、本発明の実施の形態に従うテンプレートマッチングの適用例を示す模式図である。図１を参照して、本実施の形態に従うシステム１は、一例として、ベルトコンベア２を含む生産ラインに適用される。このシステム１において、対象物３（ワーク）はベルトコンベア２上を連続的に搬送されるとともに、対象物３をカメラ４により撮影することで、対象物３の外観を含む画像（以下「撮影画像」とも記す。）が取得される。
【００３０】
撮影画像は、画像処理装置１００へ伝送される。画像処理装置１００は、予め格納しているテンプレート画像１５０に基づいて、撮影画像に含まれる対象物３の位置探索を実行する。画像処理装置１００は、このテンプレートマッチングによって得られた、テンプレート画像に一致する位置情報を出力する。
【００３１】
このようなテンプレート画像１５０は、一般的には、ユーザーが撮影画像を切り出すことで設定される。画像処理装置１００は、このユーザーが切り出した画像の有効度を評価するともに、ユーザーへ通知することで、より適したテンプレート画像１５０の設定を支援する。
【００３２】
《ｂ２：パーソナルコンピューターによる実現例》
図２は、本発明の実施の形態に従う画像処理装置１００をパーソナルコンピューターにより実現した場合の構成を示すブロック図である。
【００３３】
図２を参照して、パーソナルコンピューターにより実現される画像処理装置１００は、主として、汎用的なアーキテクチャーを有するコンピューター上に実装される。図２を参照して、画像処理装置１００は、主たるコンポーネントとして、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０２と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１０４と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１０６と、ネットワークインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１０８と、補助記憶装置１１０と、表示部１２０と、入力部１２２と、メモリーカードインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２４と、カメラインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２８とを含む。各コンポーネントは、バス１３０を介して、互いに通信可能に接続されている。
【００３４】
ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０６や補助記憶装置１１０などに格納された、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating  System）、テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および、テンプレート画像評価プログラム１１４などの各種プログラムを実行する。ＲＡＭ１０４は、ＣＰＵ１０２でプログラムを実行するためのワーキングメモリとして機能し、プログラムの実行に必要な各種データを一次的に格納する。ＲＯＭ１０６は、画像処理装置１００において起動時に実行される初期プログラム（ブートプログラム）などを格納する。
【００３５】
ネットワークインターフェイス１０８は、各種の通信媒体を介して、他の装置（サーバー装置など）とデータを遣り取りする。より具体的には、ネットワークインターフェイス１０８は、イーサネット（登録商標）などの有線回線（ＬＡＮ（Local  Area  Network）やＷＡＮ（Wide  Area  Network）など）、および／または、無線ＬＡＮなどの無線回線を介してデータ通信を行なう。
【００３６】
補助記憶装置１１０は、典型的には、ハードディスクなどの大容量磁気記録媒体などからなり、本実施の形態に従う各種処理を実現するための画像処理プログラム（テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および、テンプレート画像評価プログラム１１４）、ならびに、テンプレート抽出用画像１１６などを格納する。さらに、補助記憶装置１１０には、オペレーティングシステムなどのプログラムが格納されてもよい。テンプレート抽出用画像１１６は、テンプレート画像１５０を生成するために用いられる。
【００３７】
表示部１２０は、オペレーティングシステムが提供するＧＵＩ（Graphical  User  Interface）画面に加えて、テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および、テンプレート画像評価プログラム１１４の実行によって生成される画像などを表示する。
【００３８】
入力部１２２は、典型的には、キーボード、マウス、タッチパネルなどからなり、ユーザーから受付けた指示の内容をＣＰＵ１０２などへ出力する。
【００３９】
メモリーカードインターフェイス１２４は、ＳＤ（Secure  Digital）カードやＣＦ（Compact  Flash（登録商標））カードなどの各種メモリーカード（不揮発性記録媒体）１２６との間で、データの読み書きを行なう。
【００４０】
カメラインターフェイス１２８は、対象物３などの被写体を撮影することで取得される、各種画像をカメラ４から取り込む。カメラ４は、画像を取得する画像取得部として機能する。但し、画像処理装置１００本体が被写体を撮影する機能を有していなくともよい。この場合には、典型的には、何らかの装置で取得した各種画像を格納したメモリーカード１２６を介して、必要な画像が取り込まれる。すなわち、メモリーカードインターフェイス１２４にメモリーカード１２６が装着され、メモリーカード１２６から読み出された各種画像は、補助記憶装置１１０などへ格納（コピー）される。
【００４１】
補助記憶装置１１０に格納される、テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および／または、テンプレート画像評価プログラム１１４は、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disk-Read  Only  Memory）などの記録媒体に格納されて流通し、あるいは、ネットワークを介してサーバー装置などから配信される。テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および／または、テンプレート画像評価プログラム１１４は、画像処理装置１００（パーソナルコンピューター）で実行されるオペレーティングシステムの一部として提供されるプログラムモジュールのうち必要なモジュールを、所定のタイミングおよび順序で呼出して処理を実現するようにしてもよい。この場合、テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および／または、テンプレート画像評価プログラム１１４自体には、オペレーティングシステムによって提供されるモジュールは含まれず、オペレーティングシステムと協働して画像処理が実現される。また、テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および／または、テンプレート画像評価プログラム１１４は、単体のプログラムではなく、何らかのプログラムの一部に組込まれて提供されてもよい。このような場合にも、プログラム自体には、他のプログラムと共通に利用されるようなモジュールは含まれず、当該他のプログラムと協働して画像処理が実現される。このような一部のモジュールを含まない形態であっても、本実施の形態に従う画像処理装置１００の趣旨を逸脱するものではない。
【００４２】
さらに、テンプレートマッチング処理プログラム１１２、および／または、テンプレート画像評価プログラム１１４によって提供される機能の一部または全部を専用のハードウェアによって実現してもよい。
【００４３】
《ｂ３：その他の構成による実現例》
上述したパーソナルコンピューターにより実現する例に加えて、例えば、デジタルカメラ、携帯電話、あるいはスマートフォン上に実装してもよい。さらに、少なくとも１つのサーバー装置が本実施の形態に従う処理を実現する、いわゆるクラウドサービスのような形態であってもよい。この場合、ユーザーは、自身の端末（パーソナルコンピューターやスマートフォンなど）を用いて、少なくとも２つの処理対象画像をサーバー装置（クラウド側）へ送信し、当該送信された処理対象画像に対して、サーバー装置側が本実施の形態に従う画像処理を行なうような構成が想定される。さらに、サーバー装置側がすべての機能（処理）を行なう必要はなく、ユーザー側の端末とサーバー装置とが協働して、本実施の形態に従う画像処理を実現するようにしてもよい。
【００４４】
［Ｃ．テンプレートマッチング］
次に、本実施の形態に従うテンプレートマッチングの詳細について説明する。本実施の形態では、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングの一例として、ＰＯＣ法を採用した構成について例示する。
【００４５】
図３は、本発明の実施の形態に従うテンプレートマッチングに係るブロック図である。図３を参照して、本実施の形態に従う画像処理装置１００は、テンプレートマッチングに係る機能構成として、周波数変換部１５４，１６４と、マッチング画像切り出し部１６２と、位相差計算部１５６と、位相差情報計算部１５８と、位置決定部１６０とを含む。
【００４６】
これらの機能構成は、図２に示す画像処理装置１００において、ＣＰＵ１０２がテンプレートマッチング処理プログラム１１２を実行することで実現される。以下、各機能構成の詳細について説明する。
【００４７】
テンプレート画像１５０は、ユーザーによって予め生成され、補助記憶装置１１０に記憶されているものとする。テンプレートマッチングの手順としては、カメラ４及びカメラＩ／Ｆ１２８を介して撮影画像１５２が取得されると、マッチング画像切り出し部１６２によって撮影画像１５２からテンプレートマッチングの対象となるマッチング画像が切り出される。このマッチング画像は、テンプレート画像１５０と同じ大きさの画像であり、撮影画像１５２中の所定の領域（位置）の画像が順次切り出されたものである。なお、以降の説明では、テンプレート画像１５０によって検出したい被写体（対象物３）がマッチング画像に含まれているものとする。マッチング画像に対象物３が含まれていない場合には、次のマッチング画像（先のマッチング画像とは位置が異なる）との間で処理が繰り返される。
【００４８】
テンプレート画像１５０およびマッチング画像は、それぞれフーリエ変換により周波数空間に変換されて、それぞれ対応する位相画像が計算される。すなわち、周波数変換部１５４は、入力されたテンプレート画像１５０からテンプレート位相画像を生成し、周波数変換部１６４は、入力されたマッチング画像からマッチング位相画像を生成する。
【００４９】
次に、２つの位相画像の差から位相差画像が計算される。すなわち、位相差計算部１５６は、テンプレート位相画像とマッチング位相画像との間の位相差を計算して、位相差画像を生成する。
【００５０】
さらに、位相差画像を逆フーリエ変換することで、位相差情報が計算され、この位相差情報に基づいて位置ずれが計算される。すなわち、位相差情報計算部１５８は、入力された位相差画像を逆フーリエ変換することでＰＯＣ値を計算する。そして、位相差情報計算部１５８は、計算したＰＯＣ値がピークをとる周波数空間上の位置からマッチング画像とテンプレート画像１５０との位置ずれを計算する。位相差情報計算部１５８は、計算したＰＯＣ値および位置ずれを位置決定部１６０へ出力する。
【００５１】
位置決定部１６０は、入力されたＰＯＣ値を評価するとともに、マッチング画像を切り出した撮影画像１５２上の位置を位置ずれで補正することで、撮影画像１５２においてテンプレート画像１５０に対応する位置、すなわちテンプレート画像１５０に含まれる被写体（対象物３）に対応する位置を決定する。そして、位置決定部１６０は、このテンプレート画像１５０に対応する位置を示すテンプレート位置の情報を出力する。
【００５２】
［Ｄ．テンプレート画像１５０の有効度計算処理］
次に、本実施の形態に従うテンプレート画像１５０の有効度計算処理の概要について説明する。上述したＰＯＣ法といった、周波数空間上の位相情報を利用するテンプレートマッチングにおいて、マッチング結果の精度および安定性を考慮すると、設定したテンプレート画像１５０が周波数空間で適切な周波数分布を有しているか否かが重要である。しかしながら、ユーザーにとって、視認によって適切な周波数分布を有しているか否かを判断することは容易ではない。そこで、本実施の形態においては、テンプレート画像１５０の有効度（以下「テンプレート有効度」とも記す。）を用いて、適切なテンプレート画像１５０となっているか否かをユーザーが容易に判断できる構成を提供する。
【００５３】
《ｄ１：構成例》
図４は、本発明の実施の形態に従うテンプレート有効度の計算処理に係るブロック図である。図４を参照して、本実施の形態に従う画像処理装置１００は、テンプレート有効度の計算処理に係る機能構成として、テンプレート候補領域設定部１７０と、テンプレート有効度計算部１７２と、テンプレート有効度表示部１７４と、テンプレート画像決定部１７６とを含む。
【００５４】
これらの機能構成は、図２に示す画像処理装置１００において、ＣＰＵ１０２がテンプレート画像評価プログラム１１４を実行することで実現される。以下、各機能構成の詳細について説明する。
【００５５】
テンプレート抽出用画像１１６は、典型的には、カメラ４で被写体（対象物３）を撮影した画像（撮影画像１５２）であり、予め補助記憶装置１１０に格納されている。
【００５６】
テンプレート候補領域設定部１７０は、テンプレート抽出用画像１１６からテンプレート画像１５０として切り出したいテンプレート候補領域を設定する。すなわち、テンプレート候補領域設定部１７０は、入力画像であるテンプレート抽出用画像１１６に対して、テンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像としての領域設定を受け付ける。典型的には、ユーザーがマウスやキーボードなど（入力部１２２）を操作してテンプレート抽出用画像１１６中の位置および範囲を指定する。あるいは、予めテンプレート画像１５０として採用する領域の大きさを定めておき、マウスやキーボードなどを用いて、テンプレート抽出用画像１１６中の位置のみを指定するようにしてもよい。このように、テンプレート候補領域設定部１７０は、ユーザー操作に応じて、１または複数のテンプレート候補領域を設定する。
【００５７】
テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補領域設定部１７０によって設定されたテンプレート候補領域に対応するテンプレート候補画像について、テンプレート画像１５０としての適切さを示す有効度（テンプレート有効度）を計算する。このテンプレート有効度の計算方法の詳細については後述する。なお、後述するいずれか１つの計算方法のみを採用してもよいし、複数の計算方法を採用し、それらを統合して最終的なテンプレート有効度として出力してもよい。ここで、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレートマッチングの処理を行うことなく、テンプレート候補画像自体を解析することにより、テンプレート有効度を計算する。
【００５８】
テンプレート有効度表示部１７４は、テンプレート有効度計算部１７２によって計算されたテンプレート有効度をユーザーがわかるように表示する。例えば、テンプレート有効度を数値表示してもよいし、テンプレート有効度の大きさに応じた記号（例えば、○、△、×等）とテンプレート有効度の数値とを併せて表示してもよいし、テンプレート有効度の高低がわかるグラフ表示などを採用してもよい。
【００５９】
テンプレート画像決定部１７６は、あるテンプレート候補画像をテンプレート画像１５０としてユーザーなどが採用すると決定した場合、当該テンプレート候補画像をテンプレート画像１５０として出力する。具体的には、テンプレート画像決定部１７６は、採用されたテンプレート候補画像自体を、後のテンプレートマッチングでのテンプレート画像１５０として利用できるように補助記憶装置１１０に格納する。
【００６０】
《ｄ２：テンプレート画像１５０の生成手順（その１）》
次に、本実施の形態に従うテンプレート画像１５０の生成手順について説明する。
【００６１】
図５は、本発明の実施の形態に従うテンプレート画像１５０の生成手順を示すフローチャートである。図５に示す処理手順は、入力や設定をユーザーが実行する場合の例を示す。
【００６２】
図５を参照して、まず、ユーザーは、検出対象となる被写体（対象物３）を撮影することでテンプレート抽出用画像１１６を入力する（ステップＳ２）。このテンプレート抽出用画像１１６は、補助記憶装置１１０に格納され、表示部１２０（図２）に表示される。続いて、ユーザーは、表示部１２０に表示されたテンプレート抽出用画像１１６に対して、テンプレート画像１５０として設定したい領域（テンプレート候補領域）を設定する（ステップＳ４）。この操作によって、テンプレート候補領域設定部１７０（図４）は、テンプレート抽出用画像１１６に対して設定されたテンプレート候補画像を抽出する。
【００６３】
続いて、テンプレート候補画像について計算されたテンプレート有効度が表示部１２０に表示される（ステップＳ６）。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２（図４）は、抽出されたテンプレート候補画像について、テンプレート画像１５０としての適切さを計算し、テンプレート有効度表示部１７４（図４）は、計算によって得られた値をユーザーへ通知する。
【００６４】
ユーザーは、表示されたテンプレート有効度に基づいて、現在設定しているテンプレート候補画像がテンプレート画像１５０として適切であるかを判断する（ステップＳ８）。テンプレート画像１５０として適切ではないと判断した場合（ステップＳ８においてＮＯの場合）には、ユーザーは、テンプレート画像１５０として設定したい領域（テンプレート候補領域）を再設定する（ステップＳ４）。すなわち、ユーザーは、表示されたテンプレート有効度に基づいて、その値が低い場合には、テンプレート候補領域を修正する。これに対して、表示されたテンプレート有効度に基づいて、その値が十分に高い場合には、現在設定しているテンプレート候補画像をテンプレート画像１５０として採用する。すなわち、テンプレート画像１５０として適切であると判断した場合（ステップＳ８においてＹＥＳの場合）には、ユーザーは、現在設定しているテンプレート候補画像をテンプレート画像１５０として採用する指示を与える。すると、テンプレート画像決定部１７６は、当該時点で設定されているテンプレート候補画像をテンプレート画像１５０として出力し、補助記憶装置１１０に格納する（ステップＳ１０）。そして、テンプレート画像１５０の生成処理は終了する。
【００６５】
《ｄ３：テンプレート画像１５０の生成手順（その２）》
上述のようなテンプレート画像１５０の生成手順に代えて、よりユーザーフレンドリーの観点から、次のような生成手順を採用してもよい。
【００６６】
図６は、本発明の実施の形態に従うテンプレート画像１５０の別の生成手順を示すフローチャートである。図６に示す処理手順は、テンプレート抽出用画像１１６に対して、検出対象とすべき被写体を含むように範囲をユーザーが指定すると、画像処理装置１００が当該指定した範囲に基づいて、複数のテンプレート画像１５０の候補を設定し、各候補についてのテンプレート有効度を計算する。そして、画像処理装置１００は、テンプレート有効度が最も高いものをテンプレート画像１５０として採用する。
【００６７】
より具体的には、図６を参照して、画像処理装置１００は、テンプレート抽出用画像１１６を受付ける（ステップＳ１２）。このテンプレート抽出用画像１１６は、ユーザーが検出対象となる被写体を撮影することで生成される。続いて、画像処理装置１００は、テンプレート画像として設定したい領域（テンプレート候補領域）をユーザーから受付け（ステップＳ１４）、複数のテンプレート画像１５０の候補を設定する（ステップＳ１６）。より具体的には、テンプレート候補領域設定部１７０（図４）は、テンプレート画像１５０として設定したい領域の設定をユーザーから受けると、当該設定された領域およびその周辺に関して、複数のテンプレート画像１５０の候補を設定する。すなわち、テンプレート候補領域設定部１７０は、領域設定に応答して、テンプレート抽出用画像１１６に設定された領域、および当該領域の周辺に複数のテンプレート候補領域を設定する。例えば、設定された領域を基準として、それぞれ上下左右にＮ画素ずらした領域が設定される。
【００６８】
続いて、画像処理装置１００（図４のテンプレート有効度計算部１７２）は、設定した複数のテンプレート画像１５０の候補について、テンプレート有効度をそれぞれ計算する（ステップＳ１８）。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、設定されたそれぞれの領域に対応する複数のテンプレート候補画像についてテンプレート有効度をそれぞれ計算する。
【００６９】
そして、画像処理装置１００は、最もテンプレート有効度の高い候補をテンプレート画像１５０として採用する（ステップＳ２０）。すなわち、図４のテンプレート画像決定部１７６は、テンプレート有効度が最も高いテンプレート候補画像をテンプレート画像１５０として決定する。
【００７０】
図６に示す生成手順を採用することで、ユーザーの手間を軽減しつつ、テンプレート有効度の高いテンプレート画像を容易に取得できる。すなわち、本方式によれば、テンプレート画像として設定された領域の周辺に、さらに複数の領域が自動的に設定される。そして、それぞれの領域に含まれる部分画像をテンプレート候補画像とした場合の、テンプレート有効度がそれぞれ計算され、テンプレート有効度が最も高いテンプレート候補画像をテンプレート画像１５０として設定する。このような自動化処理を採用することで、ユーザーによる試行錯誤なしに有効なテンプレート画像を設定できる。
【００７１】
《ｄ４：小括》
以下、テンプレート有効度の計算処理について、以下、いくつかの実施の形態について説明する。以下の各実施の形態においては、テンプレートマッチングに用いるテンプレート画像を設定するにあたって、設定されたテンプレート候補画像がテンプレート画像としての適切さを示すテンプレート有効度を計算する。このテンプレート有効度の計算において、基本的には、テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値が計算される。このようなテンプレート有効度を計算し、ユーザーへ通知することで、テンプレート候補画像のテンプレート画像としての良し悪しをユーザーが容易に判断できる。
【００７２】
［Ｅ．実施の形態１］
実施の形態１においては、テンプレート候補画像の周波数空間の情報に基づいて、テンプレート有効度を計算する処理例について説明する。
【００７３】
より具体的には、実施の形態１に従う画像処理装置は、テンプレート候補画像を周波数変換することで、個別の周波数の有効性を計算し、それぞれの周波数について計算した周波数有効度を加算することで、テンプレート有効度を計算する。このような周波数空間の情報を用いることで、例えば、位相相関法（ＰＯＣ法）を用いたテンプレートマッチングにおける有効度をより適切に計算できる。
【００７４】
《ｅ１：機能構成》
図７は、本発明の実施の形態１に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。図７においては、他の実施の形態と区別するため、図４に記載のテンプレート有効度計算部をテンプレート有効度計算部１７２Ａと記す。これらの機能構成は、図２に示す画像処理装置１００において、ＣＰＵ１０２がテンプレート画像評価プログラム１１４を実行することで実現される。以下、各機能構成の詳細について説明する。
【００７５】
図７を参照して、実施の形態１に従うテンプレート有効度計算部１７２Ａは、フーリエ変換部１７２１と、周波数有効度計算部１７２２と、テンプレート有効度評価部１７２３とを含む。
【００７６】
フーリエ変換部１７２１は、テンプレート候補画像を周波数変換（典型的には、フーリエ変換）し、テンプレート候補画像から周波数空間での振幅成分を示す振幅成分画像を生成する。周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像に対して、個別の周波数についての周波数有効度を計算する。テンプレート有効度評価部１７２３は、これらの周波数有効度を周波数について積算することで、対象のテンプレート候補画像のテンプレート有効度を計算する。
【００７７】
すなわち、テンプレート有効度計算部１７２Ａは、テンプレート候補画像に含まれる周波数の振幅に基づいて周波数有効度を計算し、周波数有効度に基づいてテンプレート有効度を計算する。実施の形態１によれば、振幅の大きさに基づいて、個別に周波数の有効性を判断できる。すなわち、実施の形態１においては、テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値として、周波数空間における振幅の大きさを用いており、この振幅の大きさに基づいて、テンプレート有効度を計算する。
【００７８】
以下、周波数有効度計算部１７２２における周波数有効度の計算方法、および、テンプレート有効度評価部１７２３における周波数有効度に基づくテンプレート有効度の計算方法の詳細について、いくつかの変形例を含めて説明する。
【００７９】
《ｅ２：ＭＴＦベース手法》
本手法においては、テンプレート抽出用画像１１６を撮影したカメラ４の空間周波数特性を表現するＭＴＦ（Modulation  Transfer  Function）を用いて、振幅成分画像を評価した上で、周波数有効度を計算する。このように、振幅成分画像における振幅の強弱をＭＴＦベースで評価するのは、カメラ４としての空間周波数特性を用いることで、各周波数での振幅の強弱を妥当な判断基準で評価できるためである。
【００８０】
フーリエ変換部１７２１における周波数変換によって得られた振幅成分画像をＰと記述し、Ｘ方向周波数ｆｘおよびＹ方向周波数ｆｙに対応する振幅成分をＰ（ｆｘ，ｆｙ）（但し、−Ｆ≦ｆｘ≦Ｆ，−Ｆ≦ｆｙ≦Ｆ）と記述する。また、周波数（ｆｘ，ｆｙ）でのカメラ４のＭＴＦをＭＴＦ（ｆｘ，ｆｙ）と記述する。なお、ＭＴＦ（ｆｘ，ｆｙ）は、事前に実験的に取得されているものとし、また、ＭＴＦ（０，０）＝１となるように正規化されているものとする。
【００８１】
まず、周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像Ｐから直流成分についての振幅成分Ｐ（０，０）を取得する。そして、以下の（１）式に示すように、有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）を設定する。なお、αは、定数値である。
【００８２】
【数１】
2014024655.tif 000003
【００８３】
そして、周波数有効度計算部１７２２は、以下の（２）式に従って、周波数（ｆｘ，ｆｙ）に対する周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。さらに、テンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（３）式に従って、周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）を積算することで、テンプレート有効度Ｖを計算する。すなわち、周波数有効度計算部１７２２は、各周波数における振幅から周波数有効度を計算する。
【００８４】
【数２】
2014024655.tif 000004
【００８５】
振幅の弱い周波数成分の数が多いと、周波数有効度ｖｐの計算結果が不安定になり得る。そこで、本手法においては、振幅の大きさに応じて、周波数有効度ｖｐが計算される。より具体的には、周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像Ｐのうち、振幅が所定の大きさを下回る場合には、当該要素をゼロ（０）とみなす。すなわち、上述の（１）式似示す有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）より小さな振幅については、周波数有効度ｖｐの計算対象から除外する。このように、個別の周波数について有効性を判定する。
【００８６】
図８は、本発明の実施の形態１に従う周波数有効度計算部における処理を説明するための図である。図８には、振幅成分画像のある領域について、周波数−振幅成分の関係を示す。すなわち、図８の左側には、振幅成分画像の一例を示し、図８の右側には、振幅成分画像のある領域についての、振幅成分と有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）との関係を示す図である。図８の右側に示すグラフにおいて、ハッチングされた振幅成分に対応する周波数が有効であると判断され、それ以外の周波数については無効であると判断される。無効であると判断された周波数については、周波数有効度ｖｐの計算には用いられない。
【００８７】
振幅の弱い周波数成分の数が多いと、周波数有効度ｖｐの計算結果が不安定になり得るが、本手法によれば、これらの振幅の弱い周波数成分については無効とされる。これによって、周波数有効度ｖｐの計算をより安定化できる。
【００８８】
また、周波数有効度ｖｐの計算から除外される各周波数についてのしきい値は、評価対象の周波数に依存して決定される。すなわち、上述の（１）式に示すように、カメラ４のＭＴＦを用いて補正された、被写体が有する周波数成分に基づいて、有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）が決定される。より具体的には、有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）は、カメラ４のＭＴＦを定数倍（α倍）したものである。
【００８９】
このような有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）を用いることで、振幅が小さくなりがちな中〜高周波数域での妥当な判定が可能になる。また、カメラ４としての空間周波数特性を用いることで妥当な判断基準を設定できる。
【００９０】
《ｅ３：ＭＴＦベース手法（変形例１）》
上述の「ＭＴＦベース手法」に類似した技術思想によれば、周波数有効度を以下のような手順に沿って計算することもできる。
【００９１】
まず、周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像Ｐから直流成分についての振幅成分Ｐ（０，０）を取得する。そして、以下の（４）式に示すように、振幅成分Ｐ（０，０）を正規化する。
【００９２】
【数３】
2014024655.tif 000005
【００９３】
そして、周波数有効度計算部１７２２は、以下の（５）式に従って、正規化された振幅成分画像Ｐ’を用いて、周波数（ｆｘ，ｆｙ）に対する周波数有効度ｖｎ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。（５）式に示すように、周波数有効度計算部１７２２は、正規化された振幅成分画像Ｐ’のうち、振幅が所定の大きさ（ここでは、定数β）を下回る場合には、当該要素をゼロ（０）とみなす。
【００９４】
さらに、テンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（６）式に従って、周波数有効度ｖｎ（ｆｘ，ｆｙ）を積算することで、テンプレート有効度Ｖを計算する。
【００９５】
【数４】
2014024655.tif 000006
【００９６】
振幅の弱い周波数成分の数が多いと、周波数有効度ｖｎの計算結果が不安定になり得るが、本手法によれば、これらの振幅の弱い周波数成分については無効とされる。すなわち、周波数有効度計算部１７２２は、テンプレート候補画像に含まれる、いずれかの周波数の振幅が所定値を下回る場合には、当該周波数についての周波数有効度ｖｎをゼロであるとみなす。これによって、周波数有効度ｖｎの計算をより安定化できる。
【００９７】
《ｅ４：ＭＴＦベース手法（変形例２）》
カメラ４の空間周波数特性（ＭＴＦ）に加えて、カメラ４のノイズを考慮して、周波数有効度を計算してもよい。具体的には、予め無地面を撮影するなどして得た画像（以下「無地画像」とも記す。）に対して周波数変換を行なうことで、周波数空間の情報へ変換して、無地振幅画像Ｐｎを取得しておく。この無地振幅画像Ｐｎの振幅成分Ｐｎ（ｆｘ，ｆｙ）は、カメラ４のセンサノイズに起因するものである。
【００９８】
まず、周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像Ｐから直流成分についての振幅成分Ｐ（０，０）を取得する。そして、以下の（７）式に示すように、無地振幅画像Ｐｎの振幅成分Ｐｎ（ｆｘ，ｆｙ）を用いて、有効振幅判定関数Ｆｐ（ｆｘ，ｆｙ）を設定する。なお、αは、定数値である。
【００９９】
そして、周波数有効度計算部１７２２は、以下の（８）式に従って、周波数（ｆｘ，ｆｙ）に対する周波数有効度ｖｐ’（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。さらに、テンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（９）式に従って、周波数有効度ｖｐ’（ｆｘ，ｆｙ）を積算することで、テンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１００】
【数５】
2014024655.tif 000007
【０１０１】
振幅の弱い周波数成分の数が多いと、周波数有効度ｖｎの計算結果が不安定になり得るが、本手法によれば、これらの振幅の弱い周波数成分については無効とされる。これによって、周波数有効度ｖｎの計算をより安定化できる。
【０１０２】
さらに、本手法によれば、テンプレート候補画像の振幅成分からノイズ起因の振幅成分を減算してから周波数有効度を計算する。これにより、カメラ４のノイズの影響を減じてテンプレート有効度を計算できるようになる。すなわち、カメラ４のノイズ起因の周波数特性を除去して有効周波数を判定する。これによって、カメラ４のノイズ成分に起因する相対的に強い周波数をテンプレート有効度の計算に反映させないようにできる。
【０１０３】
《ｅ５：中周波数域の振幅成分を優先する手法（その１）》
振幅成分画像Ｐの高周波数域の振幅成分は、カメラ４のノイズの影響を受けて、より大きな振幅があらわれる場合がある。一方、低周波数域の振幅成分については、照明ムラなどの影響を受けて、より大きな振幅があらわれる場合がある。そのため、中周波数域の振幅成分を優先して、周波数有効度を計算してもよい。
【０１０４】
このような中周波数域の振幅成分を優先して周波数有効度を計算する場合には、例えば、以下の（１０）式に示すような周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）の計算式を用いることができる。すなわち、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）は、上述のいずれかの手法によって計算される周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）に対して、一種の窓関数を乗じたものである。この窓関数は、Ｘ方向周波数ｆｘおよびＹ方向周波数ｆｙのいずれもが最大振幅Ｆの半値（Ｆ／２）である場合に最大値をとり、Ｘ方向周波数ｆｘおよび／またはＹ方向周波数ｆｙが半値（Ｆ／２）から離れるに従って、徐々にその値を小さくする関数である。このような窓関数を用いることで、中周波数域の振幅成分を優先して周波数有効度を計算できる。
【０１０５】
より具体的には、周波数有効度計算部１７２２は、上述のいずれかの手法に従って、周波数（ｆｘ，ｆｙ）に対する周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。そして、周波数有効度計算部１７２２は、この周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）に対して窓関数を乗じることで、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。さらに、テンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（１１）式に従って、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）を積算することで、テンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１０６】
【数６】
2014024655.tif 000008
【０１０７】
本手法によれば、テンプレート候補画像に含まれる高周波数域の振幅成分については、周波数有効度の計算への寄与率を低減する。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる周波数成分が相対的に高い場合には、有効が低いことを示す周波数有効度を計算する。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる、所定値を上回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。振幅成分画像Ｐの高周波数域の振幅成分は、カメラ４のノイズの影響を受けて、ノイズ起因での挙動を含む場合があるが、本手法によれば、この影響を低減できる。
【０１０８】
また、本手法によれば、テンプレート候補画像に含まれる低周波数域の振幅成分については、周波数有効度の計算への寄与率を低減する。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる周波数成分が相対的に低い場合には、有効が低いことを示す周波数有効度を計算する。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる、所定値を下回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。振幅成分画像Ｐの低周波数域の振幅成分は、シェーディングや照明ムラの影響を受けて、ノイズ起因での挙動を含む場合があるが、本手法によれば、この影響を低減できる。
【０１０９】
《ｅ６：中周波数域の振幅成分を優先する手法（その２）》
上述の手法に代えて、別の窓関数を用いてもよい。例えば、以下の（１２）式に示すような周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）の計算式を用いることができる。すなわち、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）は、上述のいずれかの手法によって計算される周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）に対して、一種の窓関数を乗じたものである。この窓関数についても、上述の手法と同様に、Ｘ方向周波数ｆｘおよびＹ方向周波数ｆｙのいずれもが最大振幅Ｆの半値（Ｆ／２）である場合に最大値をとり、Ｘ方向周波数ｆｘおよび／またはＹ方向周波数ｆｙが半値（Ｆ／２）から離れるに従って、徐々にその値を小さくする関数である。このような窓関数を用いることで、中周波数域の振幅成分を優先して周波数有効度を計算できる。
【０１１０】
より具体的には、周波数有効度計算部１７２２は、上述のいずれかの手法に従って、周波数（ｆｘ，ｆｙ）に対する周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。そして、周波数有効度計算部１７２２は、この周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）に対して窓関数を乗じることで、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。さらに、テンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（１３）式に従って、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）を積算することで、テンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１１１】
【数７】
2014024655.tif 000009
【０１１２】
本手法によれば、テンプレート候補画像に含まれる高周波数域の振幅成分については、周波数有効度の計算への寄与率を低減する。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる周波数成分が相対的に高い場合には、有効性が低いことを示す周波数有効度を計算する。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる、所定値を上回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。振幅成分画像Ｐの高周波数域の振幅成分は、カメラ４のノイズの影響を受けて、ノイズ起因での挙動を含む場合があるが、本手法によれば、この影響を低減できる。
【０１１３】
また、本手法によれば、テンプレート候補画像に含まれる低周波数域の振幅成分については、周波数有効度の計算への寄与率を低減する。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる周波数成分が相対的に低い場合には、有効性が低いことを示す周波数有効度を計算する。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる、所定値を下回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。振幅成分画像Ｐの低周波数域の振幅成分は、シェーディングや照明ムラの影響を受けて、ノイズ起因での挙動を含む場合があるが、本手法によれば、この影響を低減できる。
【０１１４】
《ｅ７：中周波数域の振幅成分を優先する手法（その３）》
上述の手法に代えて、テンプレート有効度の計算に用いる周波数域を制限してもよい。例えば、以下の（１４）式に示すようなテンプレート有効度Ｖの計算式を用いることができる。すなわち、テンプレート有効度Ｖは、周波数有効度ｖｒ（ｆｘ，ｆｙ）を、Ｘ方向周波数ｆｘおよびＹ方向周波数ｆｙについて、それぞれ下限周波数Ｆｌから上限周波数Ｆｈの範囲内で積分することで計算される。すなわち、下限周波数Ｆｌより低い周波数および上限周波数Ｆｈより高い周波数の成分については、テンプレート有効度Ｖの計算に用いられない。
【０１１５】
【数８】
2014024655.tif 000010
【０１１６】
本手法によれば、テンプレート候補画像に含まれる高周波数域の振幅成分については、周波数有効度の計算への寄与率がゼロにされる。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる周波数成分が相対的に高い場合には、有効性が低いことを示す周波数有効度を計算する。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる、所定値を下回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。振幅成分画像Ｐの高周波数域の振幅成分は、カメラ４のノイズの影響を受けて、ノイズ起因での挙動を含む場合があるが、本手法によれば、この影響を低減できる。
【０１１７】
また、本手法によれば、テンプレート候補画像に含まれる低周波数域の振幅成分については、周波数有効度の計算への寄与率がゼロにされる。すなわち、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる周波数成分が相対的に低い場合には、有効性が低いことを示す周波数有効度を計算する。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２は、テンプレート候補画像に含まれる、所定値を下回る周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。振幅成分画像Ｐの低周波数域の振幅成分は、シェーディングや照明ムラの影響を受けて、ノイズ起因での挙動を含む場合があるが、本手法によれば、この影響を低減できる。
【０１１８】
《ｅ８：振幅の大きさを考慮した手法（その１）》
基本的には、振幅の大きい周波数成分が多いほどテンプレート有効度が大きくなればよいので、振幅成分画像の各周波数の振幅を周波数有効度として用いて、テンプレート有効度を計算してもよい。より具体的には、周波数有効度計算部１７２２およびテンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（１５）式に従って、振幅成分画像Ｐの振幅成分Ｐ（ｆｘ，ｆｙ）をそのまま積算することで、対象のテンプレート候補画像のテンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１１９】
【数９】
2014024655.tif 000011
【０１２０】
このように、周波数有効度計算部１７２２およびテンプレート有効度評価部１７２３は、テンプレート候補画像に含まれる、振幅の大きさをテンプレート有効度として出力する。
【０１２１】
本手法によれば、振幅成分画像の各周波数の振幅をそのまま周波数有効として、テンプレート有効度を計算するので、振幅の大きい周波数成分が多いほど、より高い値のテンプレート有効度が計算される。
【０１２２】
《ｅ９：振幅の大きさを考慮した手法（その２）》
上述の手法に代えて、振幅成分画像の各周波数の振幅をテンプレート有効度に反映させる方法として、次のような手法を採用することもできる。すなわち、以下の（１６）式に示すように、上述の手法によって計算される周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）に対して、振幅成分画像Ｐの振幅成分Ｐ（ｆｘ，ｆｙ）を重みとして掛け合わせたものを周波数有効度とし、この周波数有効度を積算することで、テンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１２３】
【数１０】
2014024655.tif 000012
【０１２４】
本手法によれば、振幅成分画像の各周波数の振幅を重みとして用いて、テンプレート有効度を計算するので、振幅の大きい周波数成分が多いほど、より高い値のテンプレート有効度が計算される。
【０１２５】
《ｅ１０：高周波数域の影響を考慮した手法》
上述の手法に従って周波数有効度を計算する際に、カメラ４の特性上、振幅が小さくなりがちな高周波数域の影響を除外してもよい。すなわち、対象周波数のＭＴＦの値が、直流成分のＭＴＦを基準とした所定値に満たない場合には、当該ＭＴＦをゼロ（０）とみなす。これにより、カメラ４の特性上、振幅が小さくなりがちな成分をテンプレート有効度の計算処理から除外できる。
【０１２６】
より具体的には、カメラ４のＭＴＦが以下の（１７）式を満たす周波数（ｆｘ，ｆｙ）についてのみ、上述したような手順に沿って、周波数有効度を計算するようにしてもよい。このとき、（１７）式を満たさない周波数（ｆｘ，ｆｙ）については、周波数有効度を「０」に設定してもよい。
【０１２７】
【数１１】
2014024655.tif 000013
【０１２８】
すなわち、周波数有効度計算部１７２２は、テンプレート抽出用画像１１６を撮影したカメラ４の空間周波数特性の直流成分の値（ＭＴＦ（０，０））を基準として、対象周波数での空間周波数特性の値（ＭＴＦ（ｆｘ，ｆｙ））が所定比率（γ）を下回る場合には、当該対象周波数についての周波数有効度をゼロであるとみなす。
【０１２９】
本手法によれば、高周波数域の影響を低減できる。すなわち、カメラ４の特性上、振幅が小さくなりがちな高周波数帯の影響をテンプレート有効度の計算から除外できる。
【０１３０】
《ｅ１１：利点》
ＰＯＣ法のような、周波数成分を利用した位相相関を用いたテンプレートマッチングでは、種々の周波数成分が偏りなく存在しているテンプレート画像を用いることで、安定して高精度なマッチング結果を取得できる。本実施の形態においては、十分な振幅をもつ周波数成分が多く存在しているか否かを示す周波数有効度を計算することで、テンプレート候補画像が有効であるかを容易に判断できる。そして、この判断結果に基づいて、適切なテンプレート画像を生成できる。
【０１３１】
［Ｆ．実施の形態２］
テンプレート候補画像が繰り返しを持つパターンで構成されている場合、有効な振幅の大きさを持つ周波数成分の分布が周波数空間内で偏る場合がある。このようなパターンは、ＰＯＣ法といった、周波数空間上の位相情報を利用するテンプレートマッチングに用いられるテンプレート画像としては不適であり、テンプレート有効度としては、より低い値を示すように計算する必要がある。実施の形態２においては、このような繰り返しパターンを含むような場合において、テンプレート有効度をより適切に計算可能な構成について説明する。すなわち、実施の形態２においては、テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値として、周波数成分の分布方向の多様性を用いており、この多様性の度合いに基づいて、テンプレート有効度を計算する。
【０１３２】
《ｆ１：機能構成》
図９は、本発明の実施の形態２に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。図９においては、他の実施の形態と区別するため、図４に記載のテンプレート有効度計算部をテンプレート有効度計算部１７２Ｂと記す。これらの機能構成は、図２に示す画像処理装置１００において、ＣＰＵ１０２がテンプレート画像評価プログラム１１４を実行することで実現される。以下、各機能構成の詳細について説明する。
【０１３３】
図９を参照して、実施の形態２に従うテンプレート有効度計算部１７２Ｂは、図７に示す実施の形態１に従うテンプレート有効度計算部１７２Ａと比較して、極座標有効度計算部１７２４をさらに含む。それ以外の構成については、実施の形態１において説明したので、詳細な説明は繰り返さない。
【０１３４】
フーリエ変換部１７２１は、テンプレート候補画像に対する周波数変換（典型的には、フーリエ変換）を行ない、テンプレート候補画像から周波数空間での振幅成分を示す振幅成分画像Ｐを生成する。
【０１３５】
周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像Ｐについて、上述の（２）式に従って周波数有効度ｖｐ（ｆｘ，ｆｙ）を計算し、あるいは、（５）式に従って周波数有効度ｖｎ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する。以下では、単に、「周波数有効度ｖ（ｆｘ，ｆｙ）」とも記す。
【０１３６】
極座標有効度計算部１７２４は、周波数（ｆｘ，ｆｙ）の各々を極座標変換して、極座標（ｒ，θ）を計算する。そして、極座標有効度計算部１７２４は、周波数有効度ｖ（ｆｘ，ｆｙ）に対応する極座標有効度ｖ（ｒ，θ）を計算する。
【０１３７】
テンプレート有効度評価部１７２３は、極座標有効度ｖ（ｒ，θ）を用いて、以下の（１８）式に従って、角度別有効度ｓ（θ）を計算する。
【０１３８】
【数１２】
2014024655.tif 000014
【０１３９】
さらに、テンプレート有効度評価部１７２３は、以下の（１９）式に示すような、角度別有効度ｓ（θ）がｎ（正の定数）を超えている場合のみ有効な値を示す関数ｖｓ（θ）を用いて、以下の（２０）式に従ってテンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１４０】
【数１３】
2014024655.tif 000015
【０１４１】
図１０は、本発明の実施の形態２に従うテンプレート有効度の計算処理を説明するための図である。図１０に示す振幅成分画像では、中心に白い線状の分布が偏在しており、このような特定の周波数での集中は排除することが好ましい。
【０１４２】
まず、周波数有効度計算部１７２２は、振幅成分画像について周波数有効度ｖ（ｆｘ，ｆｙ）を計算する（図１０の中央部上段のグラフ参照）。続いて、極座標有効度計算部１７２４は、周波数有効度ｖ（ｆｘ，ｆｙ）に対応する極座標有効度ｖ（ｒ，θ）を計算する（図１０の右側上段のグラフ参照）。
【０１４３】
テンプレート有効度評価部１７２３は、極座標有効度ｖ（ｒ，θ）から角度別有効度ｓ（θ）を計算する。具体的には、図１０に示すように、極座標空間（θ−ｒ座標系）上で所定の角度範囲（θ−ｄθ＜θ＜θ＋ｄθ）毎に積分することで、角度別有効度ｓ（θ）が計算される。この計算された角度別有効度ｓ（θ）がしきい値ｎを超えているか否かを判断し、しきい値ｎを超えている成分のみを有効化した上で、テンプレート有効度Ｖを計算する。このように、本実施の形態においては、振幅分布の偏りに基づいてテンプレート有効度を計算する。
【０１４４】
以上のように、極座標有効度計算部１７２４は、テンプレート候補画像の振幅分布を極座標変換し、テンプレート有効度評価部１７２３は、極座標変換により得られた振幅分布の偏りが小さいほど、より高い値を示すテンプレート有効度を出力する。
【０１４５】
《ｆ２：利点》
本実施の形態においては、周波数成分の分布方向の多様性が大きいほど、より高い値を示すテンプレート有効度を出力するように処理が実行される。より具体的には、振幅成分画像を極座標変換することで、角度についての振幅成分の分布偏りが小さいほど、有効性が高いとするテンプレート有効度を計算する。
【０１４６】
例えば、周期性を有するパターンを含むテンプレート画像では、周波数成分の分布に偏りができ、ＰＯＣ法といった、周波数空間上の位相情報を利用するテンプレートマッチングにおける精度が悪化するが、本実施の形態に従う手法を採用することで、このような事態を回避できる。
【０１４７】
このように、本実施の形態によれば、繰り返しパターンを持つようなテンプレート画像に対して、より低い値を示すテンプレート有効度が計算されるようになり、ユーザーは、このような好ましくないテンプレート画像を設定しないようにできる。
【０１４８】
［Ｇ．実施の形態３］
テンプレート候補画像内の被写体に起因する強いエッジの有無は、画像勾配の大きさに基づいて判断できる。また、テンプレート候補画像内の繰り返しパターンの有無は、画像勾配ベクトルの向きの多様性に基づいて判断できる。そこで、本実施の形態においては、このような画像勾配に関する情報に基づいて、テンプレート有効度を計算する構成例について説明する。すなわち、実施の形態３においては、テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値として、画像勾配を用いており、この画像勾配に基づいて、テンプレート有効度を計算する。
【０１４９】
《ｇ１：機能構成》
図１１は、本発明の実施の形態３に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。図１１においては、他の実施の形態と区別するため、図４に記載のテンプレート有効度計算部をテンプレート有効度計算部１７２Ｃと記す。これらの機能構成は、図２に示す画像処理装置１００において、ＣＰＵ１０２がテンプレート画像評価プログラム１１４を実行することで実現される。以下、各機能構成の詳細について説明する。
【０１５０】
図１１を参照して、実施の形態３に従うテンプレート有効度計算部１７２Ｃは、微分画像計算部１７２６と、テンプレート有効度評価部１７２７とを含む。
【０１５１】
微分画像計算部１７２６は、テンプレート候補画像（以下、「テンプレート候補画像Ｉ」とも記す。）のｕ，ｖ方向の画像勾配の大きさを計算し、それぞれｄＩｕ，ｄＩｖとして格納する。ここで、テンプレート候補画像Ｉは、ｕ方向およびｖ方向を有する２次元画像であるとし、微分画像計算部１７２６は、テンプレート候補画像Ｉのｕ方向微分画像およびｖ方向微分画像を計算する。このような微分画像の生成は、Ｓｏｂｅｌフィルタなどを用いることで実現される。
【０１５２】
ｄＩｕ（ｕ，ｖ）およびｄＩｖ（ｕ，ｖ）は、テンプレート候補画像Ｉ上の画素位置（ｕ，ｖ）における、ｕ方向画像勾配およびｖ方向画像勾配の大きさをそれぞれ表す。
【０１５３】
テンプレート有効度評価部１７２７は、画像勾配ｄＩｕ（ｕ，ｖ），ｄＩｖ（ｕ，ｖ）を用いて、テンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１５４】
以下、テンプレート有効度Ｖのいくつかの計算手法について説明する。
《ｇ２：テンプレート候補画像に含まれるエッジ数に基づく手法》
テンプレート有効度評価部１７２７は、以下の（２１）式に示すような、画像勾配ｄＩｕ（ｕ，ｖ）と画像勾配ｄＩｖ（ｕ，ｖ）とのノルムがｔ（正の定数）を超えている場合のみ有効な値を示す関数ｖｄ（ｕ，ｖ）を用いて、以下の（２２）式に従ってテンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１５５】
【数１４】
2014024655.tif 000016
【０１５６】
（２２）式に従って計算されるテンプレート有効度Ｖは、テンプレート候補画像Ｉに含まれるエッジと考えられる画素の数に相当する。
【０１５７】
本方式によれば、画像勾配に基づいて、テンプレート有効度が計算される。より具体的には、画像勾配の大きさ（画像勾配の幅およびエッジ画素数）に基づいて、テンプレート有効度が計算される。また、上述の（２２）式に示すように、テンプレート候補画像内の画像勾配の大きさが所定の大きさを超える画素数を有効なものとして、テンプレート有効度の計算に用いる。言い換えれば、テンプレート有効度計算部１７２Ｃは、テンプレート画像候補内の画像勾配の大きさが所定値を上回る画素数を有効度として出力する。このような方式を採用することで、画像勾配が大きい、すなわち強いエッジの有無を定量化でき、この強いエッジの有無に基づいて、テンプレート画像として有効であるか否かを評価できる。
【０１５８】
《ｇ３：方向単位ベクトルと正規化画像勾配ベクトルの内積の標準偏差に基づく手法》
画像勾配ベクトルの方向の多様性に基づいて、テンプレート候補画像内の繰り返しパターンの有無などを評価してもよい。より具体的には、テンプレート候補画像Ｉのｖ方向単位ベクトルと正規化画像勾配ベクトルとの内積（ベクトル間角度のｃｏｓに相当）の標準偏差を画像勾配ベクトルの方向の多様性として評価することができる。そして、この画像勾配ベクトルの方向の多様性をテンプレート有効度へ反映させることができる。
【０１５９】
より具体的には、テンプレート有効度評価部１７２７は、以下の（２３）式に示すような、画像勾配ｄＩｕ（ｕ，ｖ）と画像勾配ｄＩｖ（ｕ，ｖ）とのノルムがｔ（正の定数）を超えている場合のみ有効な値を示す関数ｖｄ（ｕ，ｖ）を用いて、以下の（２４）式に従って、ｖ方向単位ベクトルと正規化画像勾配ベクトルとの内積の標準偏差を計算する。そして、テンプレート有効度評価部１７２７は、これらの値からテンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１６０】
【数１５】
2014024655.tif 000017
【０１６１】
以上のように、テンプレート有効度計算部１７２Ｃは、テンプレート画像候補内の画像勾配ベクトルの方向の多様性の大きさに比例した補正量をテンプレート有効度に加える。本方式によれば、画像勾配に基づいて、テンプレート有効度が計算され、画像勾配ベクトルの方向の多様性の大きさに基づいてテンプレート有効度を補正する。例えば、画像勾配ベクトルが一方向に偏ると、その画像勾配ベクトルに直交する方向での位置探索が不安定化し得るが、本方式によれば、このような不具合を回避できる。
【０１６２】
また、本方式によれば、ｖ方向単位ベクトルに対する画像勾配ベクトルの角度の分散／標準偏差がより大きいものがより有効性が高いことを示すように、テンプレート有効度が計算される。本方式によれば、画像勾配ベクトルの方向分布を定量化できる。
【０１６３】
《ｇ４：正規化画像勾配ベクトルの分散に基づく手法》
上述したような画像勾配ベクトルの方向多様性に基づいて、テンプレート候補画像内の繰り返しパターンの有無などを評価する方法として、正規化画像勾配ベクトルの分散を用いてもよい。より具体的には、正規化画像勾配ベクトルの共分散行列を計算し、共分散行列の対角成分の和（画像勾配ベクトルの分散に相当）を画像勾配ベクトルの方向多様性と評価することができる。そして、この画像勾配ベクトルの方向多様性をテンプレート有効度へ反映させることができる。
【０１６４】
より具体的には、テンプレート有効度評価部１７２７は、以下の（２５）式に示すような、画像勾配ｄＩｕ（ｕ，ｖ）と画像勾配ｄＩｖ（ｕ，ｖ）とのノルムがｔ（正の定数）を超えている場合のみ有効な値を示す関数ｖｄ（ｕ，ｖ）を用いて、以下の（２６）式に従って、正規化画像勾配ベクトルの共分散行列を計算する。そして、テンプレート有効度評価部１７２７は、計算した共分散行列の対角成分の和に基づいて、これらの値からテンプレート有効度Ｖを計算する。
【０１６５】
【数１６】
2014024655.tif 000018
【０１６６】
本方式によれば、強いエッジであると考えられる画素は多いものの、エッジ向きが均一化していたり、繰り返しパターンを含んでいたりする場合のように、テンプレート候補画像がテンプレート画像として適切ではない場合において、より低い値を示すテンプレート有効度を計算できる。
【０１６７】
《ｇ５：画像勾配の大きさの分散／標準偏差に基づく手法》
上述したような、画像勾配の大きさの分散／標準偏差が大きいものを有効とした上で、テンプレート有効度を計算する手法として、以下のような手法を採用してもよい。すなわち、以下の（２７）式に示すように、画像勾配ベクトルの大きさの標準偏差を用いて、テンプレート有効度を計算してもよい。
【０１６８】
本方式によれば、画像勾配ベクトルの大きさの標準偏差に基づいて、具体的に、テンプレート有効度を計算できる。
【０１６９】
【数１７】
2014024655.tif 000019
【０１７０】
《ｇ６：その他の手法》
画像に含まれるコントラストの大きさを用いて、テンプレート有効度を計算してもよい。具体的には、輝度値の分散／標準偏差が大きさを用いて、テンプレート有効度を計算してもよい。
【０１７１】
あるいは、画像勾配を計算せずに、テンプレート候補画像Ｉに対して、以下の（２８）式または（２９）式に示すように、コントラストの大きさを計算して、テンプレート有効度を計算してもよい。
【０１７２】
【数１８】
2014024655.tif 000020
【０１７３】
《ｇ７：利点》
本実施の形態によれば、程度が大きく、かつ方向も多様な画像勾配をもつテンプレート画像が優先的に設定されるようになり、テンプレートマッチングの精度および安定性の向上が期待できる。
【０１７４】
［Ｈ．実施の形態４］
画像勾配の情報に基づいてテンプレート有効度を計算する別の処理例として、画像中のエッジ情報に基づいてテンプレート有効度を計算する方法がある。画像中に多くのエッジが存在すると、安定したマッチング処理が期待できることから、テンプレート候補画像内のエッジの量からテンプレート有効度を計算する。そこで、本実施の形態においては、このようなエッジ量に基づいて、テンプレート有効度を計算する構成例について説明する。すなわち、実施の形態４においては、テンプレート候補画像の周波数分布に関連する値として、テンプレート候補画像内のエッジを用いており、このエッジ量に基づいて、テンプレート有効度を計算する。
【０１７５】
《ｈ１：機能構成》
図１２は、本発明の実施の形態４に従うテンプレート有効度計算部（図４）のより詳細な機能構成を示すブロック図である。図１２においては、他の実施の形態と区別するため、図４に記載のテンプレート有効度計算部をテンプレート有効度計算部１７２Ｄと記す。これらの機能構成は、図２に示す画像処理装置１００において、ＣＰＵ１０２がテンプレート画像評価プログラム１１４を実行することで実現される。以下、各機能構成の詳細について説明する。
【０１７６】
図１２を参照して、実施の形態４に従うテンプレート有効度計算部１７２Ｄは、微分画像計算部１７２６と、エッジ抽出部１７２８と、テンプレート有効度評価部１７２９とを含む。
【０１７７】
微分画像計算部１７２６は、テンプレート候補画像（以下、「テンプレート候補画像Ｉ」とも記す。）の画像勾配の大きさを示す微分画像ｄＩを計算する。より具体的には、微分画像計算部１７２６は、テンプレート候補画像Ｉ上の画素位置（ｕ，ｖ）における、ｕ方向画像勾配ｄＩｕ（ｕ，ｖ）およびｖ方向画像勾配ｄＩｕ（ｕ，ｖ）に基づいて、以下の（３０）式に従って、微分画像ｄＩ（ｕ，ｖ）を計算する。
【０１７８】
【数１９】
2014024655.tif 000021
【０１７９】
エッジ抽出部１７２８は、微分画像計算部１７２６により計算された微分画像ｄＩ（ｕ，ｖ）に基づいて、テンプレート候補画像内のエッジを抽出する。すなわち、エッジ抽出部１７２８は、テンプレート画像候補内の画像勾配の大きさに基づいて、当該テンプレート画像候補内のエッジを検出する。このエッジの抽出処理については後述する。
【０１８０】
テンプレート有効度評価部１７２９は、エッジ抽出部１７２８によりテンプレート候補画像から抽出されたエッジ量に基づいて、テンプレート有効度を計算する。すなわち、テンプレート有効度評価部１７２９は、検出されたエッジ量に基づいてテンプレート有効度を算出する。このテンプレート有効度の計算処理については後述する。
【０１８１】
《ｈ２：エッジの抽出》
次に、エッジ抽出部１７２８によって実行される、テンプレート候補画像内からのエッジ抽出の処理について説明する。図１３は、本発明の実施の形態４に従うエッジ抽出処理を説明するための図である。
【０１８２】
まず、エッジ抽出部１７２８は、微分画像ｄＩ（ｕ，ｖ）≧ｔ（ｔは正の定数）となる画素を抽出する。図１３に示す例では、テンプレート候補画像の黒塗り画素が抽出された画素に相当する。そして、エッジ抽出部１７２８は、抽出された画素のうち、互いに隣接する３画素（注目画素および当該注目画素に隣接する２画素）を１つのエッジ点列Ｅｉとし、これらの画素（ｐｉ，ｑｉ，ｒｉ）を直線近似する（例えば、ｐｉ・ｕ＋ｑｉ・ｖ＋ｒｉ＝０）。さらに、エッジ抽出部１７２８は、互いに隣接する３画素（ｐｉ，ｑｉ，ｒｉ）の分布をクラスタリングし、クラスタＣｊを構成（Ｃｊ＝｛Ｅａ，Ｅｂ，…｝）する（例えば、図１３に示す微分画素を参照のこと）。このクラスタリングは、例えば、Ｋ平均法などを用いることができる。最終的に、エッジ抽出部１７２８は、クラスタＣｊに含まれるＥｉについて算出された（ｐｉ，ｑｉ，ｒｉ）の平均値を計算し、１つの直線（Ｐｊ，Ｑｊ，Ｒｊ）に統合する。
【０１８３】
ここで、エッジ抽出部１７２８は、クラスタＣｊに含まれるＥｉの数が所定数に満たない場合には、エッジを構成するエッジ点列ではないとみなし、当該クラスタと、そのクラスタに含まれるエッジ点列とを削除する。
【０１８４】
以上の処理によって、ノイズの影響を省いて、被写体の形状に起因する連続したエッジ部分を抽出できる（図１３に示す直線統合結果を参照のこと）。そして、抽出されたエッジ部分の量を定量的に評価する。
【０１８５】
《ｈ３：テンプレート有効度の計算》
次に、テンプレート有効度評価部１７２９によって実行される、テンプレート有効度の計算処理について説明する。テンプレート有効度の計算手法としては、種々の方法を採用できるが、以下では、典型例として２つの手法を説明する。
【０１８６】
まず、第１の手法として、最終的に全クラスタに含まれる総抽出画素数をエッジ長とみなして、これをテンプレート有効度に決定してもよい。より具体的には、各クラスタＣｊのＥｉに含まれる抽出画素数の総和、すなわち、テンプレート有効度Ｖ＝Σｉ（クラスタＣｊのＥｉに含まれる抽出画素数）を計算することで、テンプレート有効度Ｖを決定してもよい。言い換えれば、テンプレート有効度は、検出された総エッジ長に基づいて算出される。
【０１８７】
第２の手法として、同一直線の統合処理が完了した後の検出直線数をテンプレート有効度として決定してもよい。すなわち、テンプレート有効度Ｖ＝最終的なクラスタＣｊの数を計算することで、テンプレート有効度Ｖを決定してもよい。言い換えれば、テンプレート有効度は、検出されたエッジ本数に基づいて算出される。
【０１８８】
《ｈ４：利点》
本実施の形態においては、画像勾配の大きさに基づいて、テンプレート候補画像に含まれるエッジを抽出し、この抽出されたエッジ量の多さに基づいて、テンプレート有効度を計算する。すなわち、エッジの分布から、テンプレート有効度を計算する。一般的に、テンプレート候補画像により多くのエッジがあることで安定したマッチング結果が期待できるため、このような場合には、テンプレート候補画像として有効であることを示す値を算出できる。
【０１８９】
より具体的には、エッジ量として、抽出された総エッジ長を算出し、この総エッジ長に基づいて、テンプレート有効度を計算する。テンプレート候補画像において、エッジが占める割合が多いほど安定したマッチング処理が期待できることから、総エッジ長が多いテンプレート候補画像ほど、より高い値を示すテンプレート有効度を出力する。
【０１９０】
あるいは、エッジ量として、抽出されたエッジ本数を算出し、このエッジ本数に基づいて、テンプレート有効度を計算する。テンプレート候補画像において、画像中により多くのエッジがあることで安定したマッチング処理が期待できるから、エッジ本数の多いテンプレート候補画像ほど、より高い値を示すテンプレート有効度を出力する。
【０１９１】
本実施の形態によれば、より多くのエッジを含むテンプレート画像が優先的に設定されるようになり、テンプレートマッチングの精度および安定性の向上が期待できる。
【０１９２】
［Ｉ．その他の実施の形態］
《ｉ１：テンプレート候補画像に対する重み付け処理》
テンプレートマッチング処理の際に、画像に何らかの前処理が適用された上で用いられる場合も多い。そのような前処理の中には、ユーザーがテンプレート画像を設定した時に比較して、見た目も大きく変わってしまうようなものも存在する。このような場合には、ユーザーが有効だと思って設定したテンプレート画像が想定通りに機能しないこともある。
【０１９３】
そこで、例えば、上述の実施の形態３または４に従うテンプレート有効度の計算の際、これらの前処理を実際に適用した上で、テンプレート候補画像のテンプレート有効度を計算することで、より安定したマッチング結果が得られるテンプレートの設定を支援するようにしてもよい。このような重み付け処理としては、以下のような関数を用いることができる。
【０１９４】
（１）窓関数を適用することによる重み付け処理
例えば、画像を周波数空間へ変換する前処理として、画像に窓関数が適用されることが多い。このような場合には、テンプレート有効度を計算する際に、実際に窓関数を適用した画像を用いて計算を行なうことが好ましい。このような窓関数としては、ハニング窓関数、方形窓関数、ガウス窓関数等がある。
【０１９５】
（２）マスク処理による重み付け処理
例えば、テンプレートマッチングの際に、背景といった、想定している被写体以外の物体が写り込んでしまうことがある。そのため、被写体部分だけを有効とするようなマスク処理を画像に適用し、マッチング処理を実行することがある。このような場合には、テンプレート有効度を計算する際に、背景など、マッチング処理の際にノイズとなる箇所の重みを０とし、それ以外の領域の重みを１としたマスク処理を行なうことで、テンプレート有効度を計算することが好ましい。
【０１９６】
（３）平滑化処理による重み付け処理
例えば、テンプレートマッチングの対象となる撮影画像には、カメラ４を構成する画像センサに起因するノイズなどが重畳され、テンプレートマッチング処理の精度を低下させる要因となることがある。このようなノイズを除去する方法として、画像に対して平滑化処理を行なってノイズの影響を低下させた後に、テンプレートマッチング処理を実行することがある。このような場合には、テンプレート有効度を計算する際に、平滑化処理を適用した上でテンプレート有効度を計算することが好ましい。平滑化処理としては、平均化フィルタ、メディアンフィルタ等がある。
【０１９７】
《ｉ２：テンプレート有効度のスケーリング》
計算されたテンプレート有効度については、想定される変動幅に応じてスケーリングしてもよい。例えば、上述の実施の形態３においては、テンプレート有効度の最小値は０であり、最大値はテンプレート候補画像の画素数となる。このような変動幅を、例えば、最小が０で、最大が１００にスケーリングした上で、テンプレート有効度を計算してもよい。
【０１９８】
《ｉ３：テンプレートマッチング方法》
上述の実施の形態においては、画像の周波数成分を利用するテンプレートマッチングの位置例として、ＰＯＣ法を採用した例について説明した。しかしながら、本実施の形態に従う方法は、画像の周波数成分を利用するいずれのテンプレートマッチングに対しても適用可能である。このようなテンプレートマッチング法としては、回転不変位相限定相関法（Rotation  Invariant  Phase  Only  Correlation：ＲＩＰＯＣ法）や、フーリエメリン変換を用いたマッチング方法などを用いることもできる。
【０１９９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２００】
１  システム、２  ベルトコンベア、３  対象物、４  カメラ、１００  画像処理装置、１０２  ＣＰＵ、１０４  ＲＡＭ、１０６  ＲＯＭ、１０８  ネットワークインターフェイス、１１０  補助記憶装置、１１２  テンプレートマッチング処理プログラム、１１４  テンプレート画像評価プログラム、１１６  テンプレート抽出用画像、１２０  表示部、１２２  入力部、１２４  メモリーカードインターフェイス、１２６  メモリーカード、１２８  カメラインターフェイス、１３０  バス、１５０  テンプレート画像、１５２  撮影画像、１５４，１６４  周波数変換部、１５６  位相差計算部、１５８  位相差情報計算部、１６０  位置決定部、１６２  マッチング画像切り出し部、１７０  テンプレート候補領域設定部、１７２，１７２Ａ，１７２Ｂ，１７２Ｃ，１７２Ｄ  テンプレート有効度計算部、１７４  テンプレート有効度表示部、１７６  テンプレート画像決定部、１７２１  フーリエ変換部、１７２２  周波数有効度計算部、１７２３，１７２７，１７２９  テンプレート有効度評価部、１７２４  極座標有効度計算部、１７２６  微分画像計算部、１７２８  エッジ抽出部。
【図１】
2014024655.tif 000022
【図２】
2014024655.tif 000023
【図３】
2014024655.tif 000024
【図４】
2014024655.tif 000025
【図５】
2014024655.tif 000026
【図６】
2014024655.tif 000027
【図７】
2014024655.tif 000028
【図９】
2014024655.tif 000029
【図１１】
2014024655.tif 000030
【図１２】
2014024655.tif 000031
【図１３】
2014024655.tif 000032
【図８】
2014024655.tif 000033
【図１０】
2014024655.tif 000034
【国際調査報告】
2014024655.tif 000035
2014024655.tif 000036
2014024655.tif 000037
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