(57)【要約】【課題】照合対象物を撮像した撮像画像とモデル画像とを照合して照合対象物を認識するパターンマッチング装置において、パターンマッチングにかかる時間を短くすること。【解決手段】ワークを撮像した撮像画像の輪郭線により囲まれた閉領域における、長手方向の長さと短手方向の長さの比率を、特徴値ＷＡ[ｊ][０]として求める（ステップＱ７）。各モデル画像のそれぞれについて、上記特徴値ＷＡ[ｊ][０]と同じ基準に基づく特徴値ＭＡ[ｉ][０]（ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]）が予め記憶されている。上記撮像画像の特徴値ＷＡ[ｊ][０]に最も近い特徴値を有するモデル画像が、優先して撮像画像と照合される（ステップＱ１１）。【選択図】図８
2008090443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段から入力された照合対象物の二次元撮像画像を予め記憶された複数の二次元モデル画像と照合して、上記照合対象物にマッチするモデル画像を特定するパターンマッチング装置において、
上記撮像手段から入力された照合対象物の二次元撮像画像の所定の二方向の長さの比率からなる特徴値を求める特徴値抽出手段と、
上記複数の二次元モデル画像および各モデル画像毎の特徴値を記憶した記憶手段と、
特徴値抽出手段により抽出された特徴値に近い特徴値を有するモデル画像を優先して上記撮像画像と照合する照合手段とを備えることを特徴とするパターンマッチング装置。
【請求項２】
請求項１において、上記照合手段は、特徴値抽出手段により抽出された特徴値に近い特徴値を有するモデル画像から順に上記撮像画像と照合するパターンマッチング装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記所定の二方向は、対応する画像の輪郭線により囲まれる閉領域に関する長手方向と短手方向とを含むパターンマッチング装置。
【請求項４】
照合対象物としてのワークを撮像する撮像手段と、
請求項１，２または３記載のパターンマッチング装置と、
ワークを操作するための操作手段と、
上記パターンマッチング装置によって認識されたワークを操作手段に操作させる制御手段とを備えることを特徴とするワークハンドリング装置。
【請求項５】
入力された二次元撮像画像の所定の二方向の長さの比率からなる特徴値を抽出するステップと、
抽出された特徴値に近い特徴値を有するモデル画像を優先して上記撮像画像と照合するステップとを含むことを特徴とするパターンマッチング方法。
【請求項６】
請求項５において、上記照合するステップにおいて、抽出された特徴値に近い特徴値を有するモデル画像から順に上記撮像画像と照合するパターンマッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンマッチング装置およびこれを備えるワークハンドリング装置ならびにパターンマッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山積みされた複数のワーク（部品）からワークを１つずつ取り出すワークハンドリング装置は、取り出すべきワークの形状や姿勢を認識するための構成を有している。具体的には、ワークをカメラで撮影し、撮影したワーク画像と、予め記憶された複数の照合モデル画像のそれぞれとの類似度を判定するパターンマッチングを行う。
パターンマッチングの方法として、例えば、ワーク画像の濃淡と照合モデル画像の濃淡との類似度を判定する濃淡パターンマッチングや、ワーク画像の輪郭形状と照合モデル画像の輪郭形状との類似度を判定する形状パターンマッチング（例えば、特許文献１参照）があり、ロバスト性に優れたパターンマッチングが多く採用されている。
【特許文献１】特開平７−３１９５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、複数の照合モデル画像を順次、ワーク画像と照合し、ワーク画像とマッチする照合モデル画像に基づいて、取り出すべきワークの姿勢等を認識し、認識したワークを山積みのワークから取り出す。そして、上記認識・取り出し作業を繰り返し行った後に、照合モデル画像の照合の順番を入れ替える。具体的には、照合モデル画像のうち、ワーク画像と一致する回数の多い照合モデル画像が優先的にワーク画像と照合されるようにする。これにより、ワーク画像にマッチする照合モデル画像が決定されるまでの照合回数を減らし、パターンマッチングにかかる時間の短縮を図っている。
【０００４】
しかしながら、パターンマッチング作業を複数回行った後でなければ、照合モデル画像の順位を決められない。このため、パターンマッチング作業を開始した時点では、照合モデル画像の優先順位を決められず、照合モデル画像を規則性無く照合しなければならない。パターンマッチングに時間がかかる。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、パターンマッチングにかかる時間を短くすることのできるパターンマッチング装置およびこれを備えるワークハンドリング装置ならびにパターンマッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、撮像手段（４）から入力された照合対象物（ＷＡ[ｊ]）の二次元撮像画像（Ｐ３[ｊ]）を予め記憶された複数の二次元モデル画像（ＭＡ[１]〜ＭＡ「７」）と照合して、上記照合対象物（ＷＡ[ｊ]）にマッチするモデル画像を特定するパターンマッチング装置（５）において、上記撮像手段（４）から入力された照合対象物（ＷＡ[ｊ]）の二次元撮像画像（Ｐ３[ｊ]）の所定の二方向（ＷＡ[ｊ][４]、ＷＡ[ｊ][５]）の長さ（ＷＡ[ｊ][６]、ＷＡ[ｊ][７]）の比率からなる特徴値（ＷＡ[ｊ][０]）を求める特徴値抽出手段（１５）と、上記複数の二次元モデル画像（ＭＡ[１]〜ＭＡ「７」）および各モデル画像（ＭＡ[１]〜ＭＡ「７」）毎の特徴値（ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]）を記憶した記憶手段（１２）と、特徴値抽出手段（１５）により抽出された特徴値（ＷＡ[ｊ][０]）に近い特徴値を有するモデル画像を優先して上記撮像画像（Ｐ３[ｊ]）と照合する照合手段（１１）とを備えることを特徴とするパターンマッチング装置（５）を提供するものである（請求項１）。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、撮像画像にマッチする可能性の高いモデル画像を優先して照合することにより、撮像画像とモデル画像とを照合する回数を少なくでき、パターンマッチングにかかる時間を短くできる。また、二方向の長さの比率という簡易な値からなる特徴値に基づいて、優先すべきモデル画像を決定するので、優先すべきモデルの決定にかかる時間をより短くできる。さらに、以前行った照合作業の結果に依存することなく優先すべきモデル画像を決定するので、パターンマッチング作業の開始時から、優先すべきモデル画像を決定でき、パターンマッチングにかかる時間をより短くできる。
【０００７】
本発明において、上記照合手段（１１）は、特徴値抽出手段（１５）により抽出された特徴値（ＷＡ[ｊ][０]）に近い特徴値を有するモデル画像から順に上記撮像画像（Ｐ３[ｊ]）と照合することが好ましい（請求項２）。この場合、撮像画像にマッチする可能性の高いモデル画像から順に照合することにより、撮像画像にマッチする可能性の低いモデル画像を照合する時間を省くことが可能となる。
【０００８】
本発明において、上記所定の二方向（ＷＡ[ｊ][４]、ＷＡ[ｊ][５]）は、対応する画像の輪郭線（ＷＡ[ｊ][２]）により囲まれる閉領域（ＷＡ[ｊ][３]）に関する長手方向（ＷＡ[ｊ][４]）と短手方向（ＷＡ[ｊ][５]）とを含むことが好ましい（請求項３）。この場合、長手方向の長さと短手方向の長さとの比率という極めて簡易な値を用いることができる。
【０００９】
また、本発明は、照合対象物（ＷＡ[ｊ]）としてのワーク（ＷＡ[ｊ]）を撮像する撮像手段（４）と、上記パターンマッチング装置（５）と、ワーク（ＷＡ[ｊ]）を操作するための操作手段（６）と、上記パターンマッチング装置（５）によって認識されたワーク（ＷＡ[ｊ]）を操作手段（６）に操作させる制御手段（７）とを備えることを特徴とするワークハンドリング装置（１）を提供するものである（請求項４）。本発明によれば、ワークを撮像してからワークを認識できるまでの時間を短くでき、その結果、ワークの操作を開始するまでの時間を格段に短くできる。
【００１０】
また、本発明は、入力された二次元撮像画像（Ｐ３[ｊ]）の所定の二方向（ＷＡ[ｊ][４]、ＷＡ[ｊ][５]）の長さ（ＷＡ[ｊ][６]、ＷＡ[ｊ][７]）の比率からなる特徴値（ＷＡ[ｊ][０]）を抽出するステップと、抽出された特徴値（ＷＡ[ｊ][０]）に近い特徴値を有するモデル画像を優先して上記撮像画像（Ｐ３[ｊ]）と照合するステップとを含むことを特徴とするパターンマッチング方法を提供するものである（請求項５）。
【００１１】
本発明によれば、撮像画像にマッチする可能性の高いモデル画像を優先して照合することにより、撮像画像とモデル画像とを照合する回数を少なくでき、パターンマッチングにかかる時間を短くできる。また、二方向の長さの比率という簡易な値からなる特徴値に基づいて、優先すべきモデル画像を決定するので、優先すべきモデルの決定にかかる時間をより短くできる。さらに、以前行った照合作業の結果に依存することなく優先すべきモデル画像を決定できるので、パターンマッチング作業の開始時から、優先すべきモデル画像を決定でき、パターンマッチングにかかる時間をより短くできる。
【００１２】
上記照合するステップにおいて、抽出された特徴値（ＷＡ[ｊ][０]）に近い特徴値を有するモデル画像から順に上記撮像画像（Ｐ３[ｊ]）と照合することが好ましい（請求項６）。この場合、撮像画像にマッチする可能性の高いモデル画像から順に照合することにより、撮像画像にマッチする可能性の低いモデル画像を照合する時間を省くことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるパターンマッチング装置を備えるワークハンドリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、ワークハンドリング装置１は、載置台２上のトレイ３に山積みされた複数のワークＷ（部品）からワークＷを１つずつ取り出して操作するものである。
【００１４】
ワークＷとして、例えば、図２に示すように、円筒状に形成されて軸線ＬＷを有する芯軸１００と、芯軸１００の両端部に形成された円環状のフランジ部１０１，１０２と、芯軸１００の中間部に互いに間隔をあけて設けられた円筒状の第１および第２の膨出部１０３，１０４とを含む軸状部材を例示できる。
芯軸１００のうち、フランジ部１０１と第１の膨出部１０３との間にある部分は、この芯軸１００の他の部分に比べて小径とされている。第１の膨出部１０３は、第２の膨出部１０４に比べて小径とされている。
【００１５】
なお、ワークＷとして、断面多角形形状等の他の形状をなす部材を用いてもよい。また、ワークＷの材質は特に限定されず、例えば、金属製でもよいし、合成樹脂製でもよいし、２種類以上の材料を複合してなる複合材料製でもよい。
再び図１を参照して、ワークハンドリング装置１は、ワークＷを撮像する撮像手段としてのカメラ４と、カメラ４から入力されたワークＷの二次元撮像画像のデータに基づいて、取り出すべきワークＷを認識するパターンマッチング装置５と、ワークＷを操作するための操作手段としての操作機構６と、パターンマッチング装置５によって認識されたワークＷをトレイ３から取り出すように操作機構６に操作させる制御手段としての駆動制御部７とを備えている。
【００１６】
カメラ４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを含んでおり、撮像したワークＷの二次元撮像画像のデータを生成する。このカメラ４は、支柱８に支持されてトレイ３の上方に配置されており、トレイ３に山積みされた複数のワークＷを上方から撮像するようになっている。図３（Ａ）に示すように、撮像画像Ｐ１は、例えば、複数（本実施の形態において、１０個）のワークＷが積み重ねられたものとなっている。
【００１７】
図１を参照して、操作機構６は、載置台２上に配置されており、ワークＷを把持するための把持部６ａと、前後方向（図１の紙面に垂直な方向）、左右方向ＬＲおよび鉛直方向Ｖからなる３軸方向に把持部６ａを移動させるためのアクチュエータ６ｂと、を含んでいる。
図４は、ワークハンドリング装置１の電気的な構成の要部を示すブロック図である。図３（Ａ）および図４を参照して、パターンマッチング装置５は、ＣＰＵと、制御プログラム等を記憶したＲＯＭと、演算処理用のワークエリアとして用いられるＲＡＭとを含んでおり、パターンマッチング装置５の各構成要素は、ソフトウェア的に実現されている。
【００１８】
カメラ４から出力された撮像画像Ｐ１のデータは、パターンマッチング装置５のワーク数算出部９に入力される。ワーク数算出部９は、撮像画像Ｐ１に含まれるワークＷの数としてのワーク数Ｎｗを算出する。
具体的には、撮像画像Ｐ１から輪郭線を抽出した輪郭画像Ｐ２（図３（Ｂ）参照）から、輪郭線によって区画された閉じた領域のうち、所定の面積以上の領域の数を、ワーク数Ｎｗとして算出する。例えば、本実施の形態において、輪郭画像Ｐ２に含まれる閉じた領域の数は、所定の面積以下の領域を除外して、１０個となる。すなわち、Ｎｗ＝１０である。
【００１９】
図３（Ａ）および図４を参照して、ワーク数算出部９に入力された撮像画像Ｐ１のデータは、照合対象ワーク決定部１０に出力される。照合対象ワーク決定部１０は、撮像画像Ｐ１（輪郭画像Ｐ２でもよい）に含まれる複数のワークＷから、パターンマッチングを行う照合対象物としての照合対象ワークＷＡ[ｊ]を決定するものであり、例えば、撮像画像Ｐ１に含まれる複数のワークＷのうち、撮像画像Ｐ１の中央部に近いワークＷから順に、照合対象ワークＷＡ[１]、ＷＡ[２]、…ＷＡ[１０]と決定する。
【００２０】
照合対象ワーク決定部１０では、撮像画像Ｐ１から照合対象ワークＷＡ[ｊ]（例えば、ＷＡ[１]）を抽出した撮像画像Ｐ３[ｊ]（図５参照）が生成される。この撮像画像Ｐ３[ｊ]のデータは、照合手段としての照合部１１に入力される。
照合部１１は、モデル画像データ記憶部１２ａに記憶された複数の二次元モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[Ｎｍ]（図６参照。例えば、Ｎｍ＝７）を、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]（図５参照）と照合して、互いの画像がマッチするか否かを判定する（照合対象ワークＷＡ[ｊ]にマッチするモデル画像を特定する）ものである。照合部１１は、計数手段としてのカウンタ１１ａを含んでおり、変数Ｋを用いてカウントを行うようになっている。
【００２１】
図４および図６を参照して、モデル画像データ記憶部１２ａは、照合部１１と接続されている。各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]は、ワークＷを互いに異なる方向からみたときの二次元撮像画像にそれぞれ相当する。
具体的には、モデル画像ＭＡ[１]は、軸方向が所定の基準方向としての前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみたときの二次元撮像画像に相当する。
【００２２】
モデル画像ＭＡ[２]は、軸方向が前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみた状態から、ワークＷの他端が上側を向くようにワークＷを約２０°回転させたときの二次元撮像画像に相当する。
モデル画像ＭＡ[３]は、軸方向が前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみた状態から、ワークＷの他端が上側を向くようにワークＷを約３０°回転させたときの二次元撮像画像に相当する。
【００２３】
モデル画像ＭＡ[４]は、軸方向が前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみた状態から、ワークＷの他端が上側を向くようにワークＷを約４０°回転させたときの二次元撮像画像に相当する。
モデル画像ＭＡ[５]は、軸方向が前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみた状態から、ワークＷの一端が上側を向くようにワークＷを約２０°回転させたときの二次元撮像画像に相当する。
【００２４】
モデル画像ＭＡ[６]は、軸方向が前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみた状態から、ワークＷの一端が上側を向くようにワークＷを約３０°回転させたときの二次元撮像画像に相当する。
モデル画像ＭＡ[７]は、軸方向が前後方向ＦＲと平行になるように水平に寝かせたワークＷを真上からみた状態から、ワークＷの一端が上側を向くようにワークＷを約４０°回転させたときの二次元撮像画像に相当する。
【００２５】
各上記モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]のデータは、パーソナルコンピュータ等の入力装置（図示せず）から、入力端子を含むモデル画像入力部１３を介して、モデル画像データ記憶部１２ａに入力される。
図４および図５を参照して、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]のデータは、前記照合部１１に加え、傾き角算出部１４、および特徴値抽出手段としての第１の特徴値抽出部１５にそれぞれ出力される。
【００２６】
傾き角算出部１４は、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]における傾き角ＷＡ[ｊ][１]を算出する。傾き角ＷＡ[ｊ][１]とは、撮像画像Ｐ３[ｊ]における、所定の基準方向としての前後方向ＦＲと、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の軸線ＬＷとがなす角をいう。本実施の形態において、傾き角ＷＡ[ｊ][１]は、例えば、２０°となっている。傾き角ＷＡ[ｊ][１]は、照合部１１に出力される。
【００２７】
第１の特徴値抽出部１５は、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]を求めるものである。特徴値ＷＡ[ｊ][０]とは、撮像画像Ｐ３[ｊ]の輪郭線ＷＡ[ｊ][２]により囲まれる閉領域ＷＡ[ｊ][３]に関する、所定の二方向としての、長手方向ＷＡ[ｊ][４]および短手方向ＷＡ[ｊ][５]のそれぞれの長さＷＡ[ｊ][６]，ＷＡ[ｊ][７]の比率ＷＡ[ｊ][６]／ＷＡ[ｊ][７]をいう。すなわち、ＷＡ[ｊ][０]＝ＷＡ[ｊ][６]／ＷＡ[ｊ][７]である。
【００２８】
長手方向ＷＡ[ｊ][４]は、撮像画像Ｐ３[ｊ]の軸線ＬＷに平行で且つ閉領域ＷＡ[ｊ][３]の図心ＷＡ[ｊ][８]を通る方向であり、短手方向ＷＡ[ｊ][５]は、図心ＷＡ[ｊ][８]を通り且つ長手方向ＷＡ[ｊ][４]と直交する方向である。本実施の形態において、上記特徴値ＷＡ[ｊ][０]は、例えば、約２．５である。第１の特徴値抽出部１５で抽出された特徴値ＷＡ[ｊ][０]は、照合部１１に出力される。
【００２９】
図４および図６を参照して、パターンマッチング装置５には、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]と同じ基準に基づく特徴値が、各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]毎に記憶されている。具体的には、モデル画像入力部１３から第２の特徴値抽出部１６に各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]のデータが入力され、各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]毎の特徴値ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]が算出される。
【００３０】
特徴値ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]は、以下のように定義される。すなわち、対応する各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]において、輪郭線ＭＡ[１][２]〜ＭＡ[７][２]により囲まれる閉領域ＭＡ[１][３]〜ＭＡ[７][３]に関する、長手方向ＭＡ[１][４]〜ＭＡ[７][４]および短手方向ＭＡ[１][５]〜ＭＡ[７][５]のそれぞれの長さＭＡ[１][６]〜ＭＡ[７][６]，ＭＡ[１][７]〜ＭＡ[７][７]の比率ＭＡ[１][６]／ＭＡ[１][７]、ＭＡ[２][６]／ＭＡ[２][７]…ＭＡ[７][６]／ＭＡ[７][７]であると定義される。
【００３１】
すなわち、モデル画像ＭＡ[１]の特徴値ＭＡ[１][０]＝ＭＡ[１][６]／ＭＡ[１][７]であり、モデル画像ＭＡ[２]の特徴値ＭＡ[２][０]＝ＭＡ[２][６]／ＭＡ[２][７]であり、モデル画像ＭＡ[３]の特徴値ＭＡ[３][０]＝ＭＡ[３][６]／ＭＡ[３][７]であり、モデル画像ＭＡ[４]の特徴値ＭＡ[４][０]＝ＭＡ[４][６]／ＭＡ[４][７]であり、モデル画像ＭＡ[５]の特徴値ＭＡ[５][０]＝ＭＡ[５][６]／ＭＡ[５][７]であり、モデル画像ＭＡ[６]の特徴値ＭＡ[６][０]＝ＭＡ[６][６]／ＭＡ[６][７]であり、モデル画像ＭＡ[７]の特徴値ＭＡ[７][０]＝ＭＡ[７][６]／ＭＡ[７][７]である。
【００３２】
各長手方向ＭＡ[１][４]〜ＭＡ[７][４]は、対応するモデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の軸方向に平行で且つ当該対応するモデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の図心ＭＡ[１][８]〜ＭＡ[７][８]を通る方向であり、短手方向ＭＡ[１][５]〜ＭＡ[７][５]は、上記対応する図心ＭＡ[１][８]〜ＭＡ[７][８]を通り且つ対応する長手方向ＭＡ[１][４]〜ＭＡ[７][４]と直交する方向である。
【００３３】
本実施の形態において、例えば、モデル画像ＭＡ[１]の特徴値ＭＡ[１][０]は、約３．９であり、モデル画像ＭＡ[２]の特徴値ＭＡ[２][０]は、約３．７であり、モデル画像ＭＡ[３]の特徴値ＭＡ[３][０]は、約２．９であり、モデル画像ＭＡ[４]の特徴値ＭＡ[４][０]は、約２．５であり、モデル画像ＭＡ[５]の特徴値ＭＡ[５][０]は、約４．５であり、モデル画像ＭＡ[６]の特徴値ＭＡ[６][０]は、約２．７であり、モデル画像ＭＡ[７]の特徴値ＭＡ[７][０]は、約２．６である。
【００３４】
第２の特徴値抽出部１６で抽出された各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の特徴値ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]は、モデル画像特徴値記憶部１２ｂに記憶される。モデル画像特徴値記憶部１２ｂは、照合部１１と接続されており、記憶した特徴値ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]を照合部１１に出力する。モデル画像データ記憶部１２ａおよびモデル画像特徴値記憶部１２ｂは、記憶手段としての記憶部１２の一部を構成している。第２の特徴値抽出部１６は、計数手段としてのカウンタ１６ａを含んでおり、変数ｉを用いてカウントを行うようになっている。
【００３５】
図４〜図６を参照して、照合部１１は、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の投影画像Ｐ３[ｊ]とモデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]とを照合するためのものである。具体的には、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の投影画像Ｐ３[ｊ]の輪郭線ＷＡ[ｊ][２]と、撮像画像Ｐ３[ｊ]の向きに対応する方向に傾き角ＷＡ[ｊ][１]だけ回転させた対応するモデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の輪郭線ＭＡ[１][２]〜ＭＡ[７][２]とを重ね合わせ、互いの輪郭線の不一致度が所定の値以下（例えば、数％以下）である場合に、両者がマッチしていると判定する。これにより照合対象ワークＷＡ[ｊ]の形状、姿勢を認識する。
【００３６】
本実施の形態の特徴とするところは、照合部１１が、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]に近い特徴値を有するモデル画像を優先して（照合対象ワークＷＡ[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]に近い特徴値を有するモデル画像から順に）、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]と照合する点にある。
例えば、照合対象ワークＷＡ[ｊ]＝ＷＡ[１]である場合、照合対象ワークＷＡ[１]の特徴値ＷＡ[１][０]は約２．５であり、この値に最も近い特徴値ＭＡ[４][０]（≒２．５）を有するモデル画像ＭＡ[４]が、優先して照合される。
【００３７】
照合部１１で認識された照合対象ワークＷＡ[ｊ]の形状および姿勢に関するデータは、駆動制御部７に出力される。駆動制御部７は、ＣＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭを含んでおり、照合部１１からの上記データに基づいて、操作機構６に制御信号を出力する。これにより、操作機構６の把持部６ａおよびアクチュエータ６ｂを動作させ、照合対象ワークＷＡ[ｊ]を操作させる。
【００３８】
照合部１１には、カウンタ１７が接続されている。カウンタ１７は、照合部１１において照合が行われた回数としての照合回数を、変数ｊを用いてカウントするものであり、照合対象ワーク決定部１０およびマッチング終了判定部１８のそれぞれに接続されている。
マッチング終了判定部１８は、マッチング動作を終了するか否かを判定するためのものである。このマッチング終了判定部１８は、ワーク数算出部９に接続されており、ワーク数Ｎｗが入力されるようになっている。
【００３９】
図７は、ワークハンドリング装置１の初期設定の流れを説明するためのフローチャートである。
図７を参照して、ワークハンドリング装置１では、まず、パターンマッチング装置５へのモデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の登録が行われる（ステップＳ１）。具体的には、各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]のデータが、モデル画像入力部１３を介してモデル画像データ記憶部１２ａに入力される。
【００４０】
このとき、第２の特徴値抽出部１６のカウンタ１６ａの値がｉ＝０に設定される（ステップＳ２）。カウンタ１６ａの値ｉが、モデル画像数（本実施の形態において、７）以下である間（ステップＳ３でＹＥＳ）、第２の特徴値抽出部１６で、モデル画像ＭＡ[ｉ]の特徴値ＭＡ[ｉ][０]を算出し、モデル画像特徴値記憶部１２ｂに格納する（ステップＳ４）。ステップＳ４を経ると、カウンタ１６ａの値ｉが１つ加算され（ステップＳ５）、ステップＳ３に戻る。
【００４１】
カウンタ１６ａの値ｉが７を超えて８に達すると（ステップＳ３でＮＯ）、モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の登録が終了し、ワークハンドリング装置１の初期設定か終了する。
図８は、ワークハンドリング装置１の動作を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、まず、トレイ３に載置された山積みのワークＷが、カメラ４で撮影されて撮像画像Ｐ１が生成され、この撮像画像Ｐ１がワーク数算出部９に入力される（ステップＱ１）。ワーク数算出部９でワーク数Ｎｗが算出される（ステップＱ２）。
【００４２】
算出されたワーク数Ｎｗが零である場合（ステップＱ３でＮＯ）、マッチング終了判定部１８は、トレイ３上にワークＷがないと判定し、マッチング動作を終了する。一方、算出されたワーク数Ｎｗが１以上であり、ワークＷが存在する場合（ステップＱ３でＹＥＳ）、カウンタ１７の値ｊが１（ｊ＝１）に設定される（ステップＱ４）。
次に、マッチング終了判定部１８において、カウンタ１７の値ｊがワーク数Ｎｗを超えているか否かが判定される（ステップＱ５）。カウンタ１７の値ｊがワーク数Ｎｗを超えている場合（ステップＱ５でＮＯ）、モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ［７］にマッチする照合対象ワークＷＡ[ｊ]がないとしてマッチング動作を終了する。
【００４３】
カウンタ１７の値ｊがワーク数Ｎｗ以下の場合（ステップＱ５でＹＥＳ）には、照合対象ワーク決定部１０において、複数のワークＷから、照合対象ワークＷＡ[ｊ]が決定される（ステップＱ６）。具体的には、例えば、撮像画像Ｐ１に含まれる複数のワークＷのうち、撮像画像Ｐ１の中央部にｊ番目に近いワークＷを照合対象ワークＷＡ[ｊ]とする。
照合対象ワークＷＡ[ｊ]が決定されると、ステップＱ７に進む。すなわち、第１の特徴値抽出部１５が、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]を算出（抽出）すると共に、傾き角算出部１４が、当該撮像画像Ｐ３[ｊ]の傾き角ＷＡ[ｊ][１]を算出する。上記特徴値ＷＡ[ｊ][０]および傾き角ＷＡ[ｊ][１]は、照合部１１に格納される。
【００４４】
照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]および傾き角ＷＡ[ｊ][１]が算出されると、照合部１１では、カウンタ１１ａの値ＫがＫ＝１に設定される（ステップＱ８）。次に、照合部１１では、各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の特徴値ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]うち、照合対象ワークＷＡ[ｊ]に関する特徴値ＷＡ[ｊ][０]にＫ番目に近い特徴値を有するモデル画像（例えば、照合対象ワークＷＡ[ｊ]＝ＷＡ[１]且つＫ＝１の場合、モデル画像ＭＡ[４]）のデータが、ＭＡ[Ｋ]として格納される（ステップＱ９）。
【００４５】
モデル画像ＭＡ［Ｋ］は、照合部１１において所定の方向に傾き角ＷＡ[ｊ][１]だけ回転されて（ステップＱ１０）、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]と軸線が重なるように向きが補正される。
照合部１１は、向きが補正されたモデル画像ＭＡ[Ｋ]と、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]とを照合する（ステップＱ１１）。すなわち、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]にＫ番目に近い特徴値を有するモデル画像が、Ｋ＝１，２，３…の順番で、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]と照合される。
【００４６】
モデル画像ＭＡ[Ｋ]の輪郭線ＭＡ[Ｋ][２]と、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の輪郭線ＷＡ[ｊ][２]との重ね合わせ時の不一致割合が数％より大きく、両者がマッチしない場合（ステップＱ１１でＮＯ）、カウンタ１１ａの値Ｋが１つ加算される（ステップＱ１２）。
加算されたカウンタ１１ａの値Ｋが７以下である場合（ステップＱ１３でＮＯ）、照合対象ワークＷＡ[ｊ]と照合されていないモデル画像が未だあるとして、ステップＱ９に戻る。一方、加算されたカウンタ１６ａの値Ｋが７より大きい場合（ステップＱ１３でＹＥＳ）、照合対象ワークＷＡ[ｊ]とマッチするモデル画像はないので、カウンタ１７の値ｊが１つ加算されて（ステップＱ１４）、ステップＱ５に戻り、次の照合対象ワークＷＡ[ｊ]が決定される。このように、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]に近い特徴値を有するモデル画像から順に、上記撮像画像Ｐ３[ｊ]と照合される。
【００４７】
一方、モデル画像ＭＡ[Ｋ]の輪郭線ＭＡ[Ｋ][２]（例えば、ＭＡ[４][２]）と、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の輪郭線ＷＡ[ｊ][２]（例えば、ＷＡ[１][２]）との不一致割合が数％以下（零を含む）であり、両者がマッチする場合（ステップＱ１１でＹＥＳ）、当該マッチするモデル画像ＭＡ[Ｋ]、傾き角ＷＡ[ｊ][１]および撮像画像Ｐ３[ｊ]の図心ＷＡ[ｊ][８]の位置等から、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の位置、形状および姿勢が認識される。認識された照合対象ワークＷＡ[ｊ]に関するデータは、照合部１１から駆動制御部７に送信される（ステップＱ１５）。
【００４８】
駆動制御部７は、送信されたデータに基づいて操作機構６を駆動して（ステップＱ１６）、操作機構６の把持部６ａおよびアクチュエータ６ｂを駆動し、照合対象ワークＷＡ[ｊ]を操作させる。
照合対象ワークＷＡ[ｊ]が操作されてトレイ３から取り出されると、トレイ３上に残っているワーク数Ｎｗが１つ減ると共に、各ワークＷの姿勢が変化する。このため、ステップＱ１に戻り、以降のステップを行う。
【００４９】
本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。すなわち、照合対象ワークＷＡ[ｊ]（例えば、ＷＡ[１]）の撮像画像Ｐ３[ｊ]にマッチする可能性の高いモデル画像（例えば、モデル画像ＭＡ[４]）を優先して照合することにより、上記撮像画像Ｐ３[ｊ]と対応するモデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]とを照合する回数を少なくでき、パターンマッチングにかかる時間を短くできる。
【００５０】
また、撮像画像Ｐ３[ｊ]および各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]のそれぞれにおける対応する長手方向の長さと短手方向の長さとの比率という極めて簡易な値からなる特徴値ＷＡ[ｊ][０]，ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]に基づいて、優先すべきモデル画像を決定するので、優先すべきモデル画像の決定にかかる時間をより短くできる。
さらに、以前行った照合作業の結果に依存することなく、優先すべきモデル画像を決定するので、パターンマッチング作業の開始時から、優先すべきモデル画像を決定でき、パターンマッチングにかかる時間をより短くできる。
【００５１】
また、照合部１１は、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]の特徴値ＷＡ[ｊ][０]に近い特徴値を有するモデル画像から順に上記撮像画像Ｐ３[ｊ]と照合する。このように、撮像画像Ｐ３[ｊ]にマッチする可能性の高いモデル画像から順に照合することにより、撮像画像Ｐ３[ｊ]にマッチする可能性の低いモデル画像を照合する時間を省くことが可能となる。
【００５２】
以上より、ワークＷを撮像してから照合対象ワークＷＡ[ｊ]を認識できるまでの時間を短くでき、その結果、照合対象ワークＷＡ[ｊ]の操作を開始するまでの時間を格段に短くできる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【００５３】
例えば、上記照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]および各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の長手方向ＷＡ[ｊ][４]，ＭＡ[１][４]〜ＭＡ[７][４]は、対応する輪郭線ＷＡ[ｊ][２]，ＭＡ[１][２]〜ＭＡ[７][２]の閉領域ＷＡ[ｊ][３]，ＭＡ[１][３]〜ＭＡ[７][３]における、最も離れた２点間を通る方向であってもよい。
この場合、上記照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]および各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の短手方向ＷＡ[ｊ][５]，ＭＡ[１][５]〜ＭＡ[７][５]は、例えば、対応する閉領域ＷＡ[ｊ][３]，ＭＡ[１][３]〜ＭＡ[７][３]の図心[ｊ][８]、ＭＡ[１][８]〜ＭＡ[７][８]を通り上記長手方向ＷＡ[ｊ][４]，ＭＡ[１][４]〜ＭＡ[７][４]に直交する方向となる。
【００５４】
さらに、各上記特徴値ＷＡ[ｊ][０]，ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]は、対応する照合対象ワークＷＡ[ｊ]の撮像画像Ｐ３[ｊ]および各モデル画像ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]における相異なる二方向の長さの比率であれば良く、上記例示した長さとは異なる長さを基準としてもよい。
また、撮像画像Ｐ３[ｊ]の輪郭線ＷＡ[ｊ][２]の一部を抽出して、この輪郭線ＷＡ[ｊ][２]の一部を、対応するモデル画像の輪郭線の一部と照合してもよい。
【００５５】
さらに、モデル画像がＭＡ[１]〜ＭＡ[７]の７つある例を説明したが、モデル画像の数は、７つに限らず、２つ以上６つ以下でもよいし、８つ以上でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるパターンマッチング装置を備えるワークハンドリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】ワークの側面図である。
【図３】（Ａ）は、山積みされた複数のワークの撮像画像であり、（Ｂ）は、（Ａ）の撮像画像の輪郭線を抽出した輪郭画像である。
【図４】ワークハンドリング装置の電気的な構成の要部を示すブロック図である。
【図５】図３（Ａ）の撮像画像から照合対象ワークの撮像画像のみを抽出した図である。
【図６】モデル画像データ記憶部に記憶された複数のモデル画像である。
【図７】ワークハンドリング装置の初期設定の流れを説明するためのフローチャートである。
【図８】ワークハンドリング装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１…ワークハンドリング装置、４…カメラ（撮像手段）、５…パターンマッチング装置、６…操作機構（操作手段）、７…駆動制御部（制御手段）、１１…照合部（照合手段）、１２…記憶部（記憶手段）、１５…第１の特徴値抽出部（特徴値抽出手段）、ＭＡ[１]〜ＭＡ[７]…モデル画像、ＭＡ[１][０]〜ＭＡ[７][０]…（モデル画像の）特徴値、ＭＡ[１][２]〜ＭＡ[７][２]…（モデル画像の）輪郭線、ＭＡ[１][３]〜ＭＡ[７][３]…（モデル画像の）閉領域、ＭＡ[１][４]〜ＭＡ[７][４]…（モデル画像の）長手方向（所定の二方向の一方）、ＭＡ[１][５]〜ＭＡ[７][５]…（モデル画像の）短手方向（所定の二方向の一方）、ＭＡ[１][６]〜ＭＡ[７][６]…（モデル画像の長手方向の）長さ、ＭＡ[１][７]〜ＭＡ[７][７]…（モデル画像の短手方向の）長さ、Ｐ３[ｊ]…（照合対象ワークの）撮像画像（照合対象物の二次元撮像画像）、ＷＡ[ｊ]…照合対象ワーク（照合対象物、ワーク）、ＷＡ[ｊ][０]…（照合対象ワークの撮像画像の）特徴値、ＷＡ[ｊ][２]…（照合対象ワークの撮像画像の）輪郭線、ＷＡ[ｊ][３]…（照合対象ワークの撮像画像の）閉領域、ＷＡ[ｊ][４]…（照合対象ワークの撮像画像の）長手方向（所定の二方向の一方）、ＷＡ[ｊ][５]…（照合対象ワークの撮像画像の）短手方向（所定の二方向の他方）、ＷＡ[ｊ][６]…（照合対象ワークの撮像画像の長手方向の）長さ、ＷＡ[ｊ][７]…（照合対象ワークの撮像画像の短手方向の）長さ。
【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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