(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶装置に格納されている事前に用意された標準パターンを対象画像と照合することにより対象画像に含まれる標準パターンについて少なくとも位置と回転角度とを検出するパターンマッチング方法であって、標準パターンは、対称中心となる代表点の周りにおいて許容された回転では形状変化を生じない位置検出パターンと、前記代表点の周りでの回転により位置変化を生じる角度検出パターンとからなり、パターン抽出部が、標準パターンを位置検出パターンと角度検出パターンとに分離した後、位置検出部が、対象画像を位置検出パターンと比較することにより標準パターンとマッチングするパターンの候補の位置を対象画像から検出する位置検出過程と、角度検出部が、前記候補に対して標準パターンの代表点の周りで対象画像と角度検出パターンとを比較することにより標準パターンに対する前記候補の回転角度を検出する角度検出過程とを有することを特徴とするパターンマッチング方法。
【請求項２】
前記位置検出過程では、前記位置検出パターンについてサイズを変更して前記対象画像と照合することにより前記候補のサイズを求めることを特徴とする請求項１記載のパターンマッチング方法。
【請求項３】
前記位置検出過程と前記角度検出過程との間に、対象画像の画素のうち位置検出パターンと重複する画素を消去する消去過程を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のパターンマッチング方法。
【請求項４】
前記標準パターンに用いる画像にハフ変換を適用することにより、対称中心としての代表点と、代表点を対称中心とした回転対称性を有する位置検出パターンとを抽出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のパターンマッチング方法。
【請求項５】
前記位置検出過程では、対象画像にハフ変換を適用することにより、対称中心としての代表点と、代表点を対称中心とした回転対称性を有するパターンとを抽出することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のパターンマッチング方法。
【請求項６】
前記角度検出過程では、対象画像および角度検出パターンにおける各画素の座標について前記代表点を原点とした極座標系に座標変換し、座標変換後の角度検出パターンを極座標系の角度軸方向において座標変換後の対象画像と照合することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のパターンマッチング方法。
【請求項７】
事前に用意された標準パターンを対象画像と照合することにより対象画像に含まれる標準パターンについて少なくとも位置と回転角度とを検出するパターンマッチング装置であって、標準パターンは、対称中心となる代表点の周りにおいて許容された回転では形状変化を生じない位置検出パターンと、前記代表点の周りでの回転により位置変化を生じる角度検出パターンとからなり、標準パターンと対象画像とを格納する記憶装置と、標準パターンを位置検出パターンと角度検出パターンとに分離するパターン抽出部と、対象画像を位置検出パターンと比較することにより標準パターンとマッチングするパターンの候補の位置を対象画像から検出する位置検出部と、前記候補に対して標準パターンの代表点の周りで対象画像と角度検出パターンとを比較することにより標準パターンに対する前記候補の回転角度を検出する角度検出部とを有し、前記位置検出部は、前記位置検出パターンについてサイズを変更して前記対象画像と照合することにより前記候補のサイズを求め、前記角度検出部は、対象画像の画素のうち位置検出パターンと重複する画素を消去した後に回転角度を検出することを特徴とするパターンマッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事前に用意された標準パターンを対象画像と照合することにより対象画像に含まれる標準パターンを検出するパターンマッチング方法、パターンマッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタル画像である対象画像に対してコンピュータを用いて行う画像処理のうち、事前に用意された標準パターンを対象画像から検出するために用いるパターンマッチングの技術は、様々な用途において用いられている。もっとも簡単なパターンマッチングの方法であるテンプレートマッチングでは、標準パターンを対象画像に重ね合わせて類似度を評価すればよいから、画像処理の技術について習熟していない利用者であっても比較的容易に利用することができる。
【０００３】
ところで、対象画像としてワークを撮像した画像を用いる場合には、ワークを撮像するカメラとワークとの相対位置によって対象画像が変化する。たとえば、製造ラインを搬送されるワークであれば、カメラによってワークを撮像する向きは一定に保つことができるものの対象画像の中でのワークの回転角度は変化するから、対象画像において標準パターンと照合する領域について標準パターンに対する回転角度を検出する必要がある。また、ワークとカメラとの距離が変化する場合やワークに複数のサイズがある場合には、対象画像において標準パターンと照合する領域について標準パターンに対するサイズの倍率を検出する必要がある。
【０００４】
そのため、標準パターンとは相似形であって、回転角度とサイズとが異なる複数個のパターン（インスタンス）を形成し、各インスタンスを対象画像の中でそれぞれ走査して各インスタンスごとに一致度を評価する技術が一般に採用されている。つまり、一致度が最大になるインスタンスを総当たり法によって求め、このインスタンスの位置、回転角度、サイズを、対象画像の中で標準パターンに対応しているパターンの位置、回転角度、サイズとするのである。
【０００５】
上述の方法を採用する場合には、標準パターンとは相似形である多数のインスタンスを生成する必要があり、多数のインスタンスについて個々に一致度を評価する必要があるから、処理負荷が大きくなるという問題を有している。
【０００６】
処理負荷を軽減するために、対象画像とインスタンスとにハフ変換を施してパラメータ空間において両者を照合することや、ニューラルネットワーク（ニューロコンピュータ）を用いて類似度の高いインスタンスを求めることが考えられており、この種の技術を用いると標準パターンについて発生させた各インスタンスと対象画像との照合に関しては高速化が可能である。これらの技術を採用すると、１個のずつのインスタンスと対象画像との照合に要する処理負荷は軽減されるものの、依然として標準パターンに対して対象画像と照合すべき多種類のインスタンスを発生させる必要があるから、処理負荷の大幅な軽減はできないという問題がある。
【０００７】
また、標準パターンが、同心円に切欠やマークが付随しているような図形であって、切欠やマークの占める面積が図形全体の面積に対して微小であるときには、対象画像と照合するために標準パターンから生成するインスタンスを、回転角度とサイズとについて微小な刻み幅で生成することが必要であり、それだけ多くのインスタンスが必要になる。また、位置を検出するためにインスタンスを微小な刻み幅で移動させることが必要になる。
【０００８】
上述したように、インスタンスを対象画像に照合する際には、対象画像の中での２次元の位置を示す２個のパラメータに加えて回転角度とサイズとの合計４個のパラメータが必要であり、各パラメータの刻み幅を１／ｎにするとすれば、上述した総当たり法では、１個のパラメータについて一致度を評価する回数がｎ倍になるから、４個のパラメータの全体では一致度の評価回数がｎの４乗倍になる。つまり、処理負荷が爆発的に増加する可能性がある。
【０００９】
この種の問題に着目し、対象画像について標準パターンとマッチングさせる領域の重心を求めることで、標準パターンとマッチングする部位の位置を求め、重心の周りで標準パターンを回転させることにより、対象画像の回転角度を求める技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１６７６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、標準パターンが対称性を有していなければ重心位置がずれることになり、重心位置が回転中心からずれていると回転角度を正確に求めることができないという問題がある。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、標準パターンを位置の検出を行うパターンと回転角度の検出を行うパターンとに分割し、対象画像の位置と回転角度とを個々に求めることにより、処理負荷を軽減し、しかも回転中心を正確に求めて回転角度の正確な検出を可能としたパターンマッチング方法、パターンマッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、記憶装置に格納されている事前に用意された標準パターンを対象画像と照合することにより対象画像に含まれる標準パターンについて少なくとも位置と回転角度とを検出するパターンマッチング方法であって、標準パターンは、対称中心となる代表点の周りにおいて許容された回転では形状変化を生じない位置検出パターンと、前記代表点の周りでの回転により位置変化を生じる角度検出パターンとからなり、パターン抽出部が、標準パターンを位置検出パターンと角度検出パターンとに分離した後、位置検出部が、対象画像を位置検出パターンと比較することにより標準パターンとマッチングするパターンの候補の位置を対象画像から検出する位置検出過程と、角度検出部が、前記候補に対して標準パターンの代表点の周りで対象画像と角度検出パターンとを比較することにより標準パターンに対する前記候補の回転角度を検出する角度検出過程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、対象画像と照合する標準パターンを、代表点の周りにおいて許容された回転を行っても形状が変化しない位置検出パターンと、代表点の周りに回転させたときに位置変化を生じる角度検出パターンとに分割し、対象画像において標準パターンとマッチングする候補の位置を求めた後に、この候補について角度検出パターンと比較して回転角度を求めるから、位置を求める処理と回転角度を求める処理とを分離して行うことができ、総当たり法によってパターンマッチングを行う場合であれば、対象画像から標準パターンにマッチングするパターンの位置を求める処理負荷は従来構成と同様であるものの、回転角度を求める際の処理負荷を大幅に低減することができる。また、回転角度の検出の前に位置が検出済みであり、この位置は許容された回転による形状変化のない位置検出パターンから求めているから、回転角度の検出の際には１次元の探索空間になる上に、回転角度を求める際の回転中心を正確に決定することができるから、結果的に回転角度を高速かつ精度よく検出することが可能になる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記位置検出過程では、前記位置検出パターンについてサイズを変更して前記対象画像と照合することにより前記候補のサイズを求めることを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、対象画像内において標準パターンと照合されるパターンのサイズが変化する場合であっても標準パターンにマッチングするパターンを検出することが可能になる。また、回転角度の検出の前に位置およびサイズが検出済みであるから、回転角度の検出の際には１次元の探索空間になり、回転角度を高速かつ精度よく検出することが可能になる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記位置検出過程と前記角度検出過程との間に、対象画像の画素のうち位置検出パターンと重複する画素を消去する消去過程を有することを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、対象画像において標準パターンにマッチングする位置を検出した後に、位置検出パターンに重複する画素を消去することで、角度検出パターンと比較する画素数を大幅に減らすことができ、処理の高速化および精度の向上が期待できる。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記標準パターンに用いる画像にハフ変換を適用することにより、対称中心としての代表点と、代表点を対称中心とした回転対称性を有する位置検出パターンとを抽出することを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、標準パターンにハフ変換を適用してパラメータ空間での性質を利用して位置検出パターンを抽出するから、位置検出パターンの抽出が容易である。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記位置検出過程では、対象画像にハフ変換を適用することにより、対称中心としての代表点と、代表点を対称中心とした回転対称性を有するパターンとを抽出することを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、対象画像にハフ変換を適用してパラメータ空間での性質を利用して対象画像における回転対称性を有する部位を抽出するから、対象画像の画像空間で位置検出パターンを走査することなく対象画像において対称性を有する部位を容易に抽出することができる。また、対象画像において位置検出パターンとマッチングさせる形状が途切れているような場合でも抽出が可能になる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記角度検出過程では、対象画像および角度検出パターンにおける各画素の座標について前記代表点を原点とした極座標系に座標変換し、座標変換後の角度検出パターンを極座標系の角度軸方向において座標変換後の対象画像と照合することを特徴とする。
【００２３】
この方法によれば、座標変換後の平面内で角度検出パターンに相当するパターンを角度軸方向に移動させて照合するだけで回転角度を容易に求めることができる。
請求項７の発明は、事前に用意された標準パターンを対象画像と照合することにより対象画像に含まれる標準パターンについて少なくとも位置と回転角度とを検出するパターンマッチング装置であって、標準パターンは、対称中心となる代表点の周りにおいて許容された回転では形状変化を生じない位置検出パターンと、前記代表点の周りでの回転により位置変化を生じる角度検出パターンとからなり、標準パターンと対象画像とを格納する記憶装置と、標準パターンを位置検出パターンと角度検出パターンとに分離するパターン抽出部と、対象画像を位置検出パターンと比較することにより標準パターンとマッチングするパターンの候補の位置を対象画像から検出する位置検出部と、前記候補に対して標準パターンの代表点の周りで対象画像と角度検出パターンとを比較することにより標準パターンに対する前記候補の回転角度を検出する角度検出部とを有し、前記位置検出部は、前記位置検出パターンについてサイズを変更して前記対象画像と照合することにより前記候補のサイズを求め、前記角度検出部は、対象画像の画素のうち位置検出パターンと重複する画素を消去した後に回転角度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の方法によれば、位置を求める処理と回転角度を求める処理とを分離して行うことができ、回転角度を求める際の処理負荷を大幅に低減することができるという利点がある。また、回転角度の検出の前に位置が検出済みであるから、回転角度の検出の際には１次元の探索空間になり、回転角度を高速かつ精度よく検出することが可能になるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に説明する実施形態では、図１に示すように、ワーク１をＴＶカメラ２により撮像した画像を対象画像とし、事前に用意されている標準パターンが対象画像に含まれているか否かを検出するとともに、対象画像に標準パターンが含まれるときには、位置と回転角度とサイズとを求める。なお、標準パターンと照合しようとするパターンが、ワーク１とＴＶカメラ２との距離のみに依存してサイズを変化させる場合であって、ワーク１とＴＶカメラ２との距離が一定である場合には、サイズに関する照合は不要である。
【００２６】
ＴＶカメラ２により撮像された対象画像はデジタル画像として記憶装置３に格納される。また、標準パターンとしては、正常なワーク１についてＴＶカメラ２により良好な条件で撮像した画像から抽出する。したがって、対象画像と標準パターンとはともに記憶装置３に格納される。記憶装置３は、以後の処理のために半導体メモリを用いるが、対象画像が多数存在するときや標準パターンが多数存在するときにはハードディスクドライブを併用する。
【００２７】
対象画像と標準パターンとの照合は、濃淡画像によって行うことも可能であるが、本実施形態では、対象画像と標準パターンとのエッジ画像を用いて照合を行うものとする。いま、ＴＶカメラ２により撮像された濃淡画像において標準パターンとして抽出する領域が、図２（ａ）に示す図形ＩＭ１であるものとする。図２（ａ）の図形ＩＭ１からエッジ抽出すると図２（ｂ）に示すエッジ画像ＩＭ２が得られる。エッジの抽出にあたっては、周知のエッジ抽出オペレータ（たとえば、Sobelオペレータなど）を濃淡画像に適用した画像について、画素値が規定のしきい値よりも大きい画素をエッジとして抽出すればよい。濃淡画像の図形ＩＭ１からエッジ画像ＩＭ２を抽出する処理はエッジ抽出部４において行う。
【００２８】
図２（ｂ）に示すエッジ画像ＩＭ２は、二重の同心円状であるパターンＰ１と、三角形状のパターンＰ２とにより構成されている。パターンＰ１は、同心円の中心を代表点Ｃとすれば、代表点Ｃの周りでの回転に対して形状が変化せず、一方、パターンＰ２は、代表点Ｃの周りでの回転に対して位置が変化するという特性を有している。本発明は、この特性に着目し、各パターンＰ１，Ｐ２を対象画像に対して個々に照合することによって、パターンマッチングの処理負荷を軽減するものである。なお、以下では、パターンＰ１を位置検出パターンと呼び、パターンＰ２を角度検出パターンと呼ぶ。
【００２９】
上述の説明からわかるように、標準パターンでは、位置検出パターンＰ１と角度検出パターンＰ２とに分離する必要がある。位置検出パターンＰ１と角度検出パターンＰ２との分離は利用者が目視によって行うことも可能ではあるが、画像処理技術を適用して作業を定式化することにより位置検出パターンＰ１と角度検出パターンＰ２とを自動的に分離するほうが、結果のばらつきを抑制することができる。
【００３０】
そこで、エッジ画像ＩＭ２をパターン抽出部５に与える。パターン抽出部５では、ハフ変換（いわゆる円ハフ変換）を用い、エッジ画像ＩＭ２から位置検出パターンＰ１を分離し、エッジ画像ＩＭ２のうち位置検出パターンＰ１を分離した残りを角度検出パターンＰ２に用いる。位置検出パターンＰ１を分離するためのハフ変換にあたっては、図３（ａ）のように、エッジ画像ＩＭ２の画像空間の座標系において、任意に設定した基準点Ｄの座標（ｄ，θ）を求め、基準点Ｄとエッジ上の各点との距離ｒを求める。要するに、エッジ上の各点を３個のパラメータｄ，θ，ｒを用いて表す。ここで、基準点Ｄが円の中心Ｃであれば、距離ｒは円の半径になる。基準点Ｄが円の中心Ｃである条件は、特定位置（ｄ，θ）において距離ｒがほぼ一定になることである。
【００３１】
そこで、ｄ，θ，ｒをパラメータに持つ３次元のパラメータ空間（投票空間）において、エッジ上の各点から任意の基準点Ｄに対する投票を行う。このような投票を行えば、図３（ｂ）のように、パラメータ空間のｄ−θ平面において投票数のピークが得られる点（ｄｐ，θｐ）が円の中心Ｃの座標を表すと考えられる。また、図２（ｂ）に示すエッジ画像ＩＭ２では、パラメータ空間における点（ｄｐ，θｐ）を通るｒ軸方向の直線上Ｌｒの上で２箇所に投票数のピークｒｐ１，ｒｐ２が生じる。したがって、ｒ軸方向における各ピークｒｐ１，ｒｐ２の値を円の半径ｒ１，ｒ２に用いることができる。上述した手順により求めた円を図４（ａ）に示す。この円は二重の同心円であって、画像空間における中心Ｃの極座標は（ｄｐ，θｐ）であり、各円の半径はそれぞれｒｐ１，ｒｐ２になる。この二重の同心円を位置検出パターンＰ１に用いるのである。なお、パラメータ空間のｄ−θ平面において投票数のピークは点（ｄｐ，θｐ）以外にも現れることがあるが、投票数の大小関係によって位置検出パターンＰ１として採用できるか否かを判断すればよい。
【００３２】
ところで、図２（ｂ）のエッジ画像ＩＭ２には、位置検出パターンＰ１のほかに角度検出パターンＰ２が含まれていた。エッジ画像ＩＭ２から位置検出パターンＰ１と角度検出パターンＰ２とを分離するには、上述のようにして位置検出パターンＰ１を求めた後に、得られた位置検出パターンＰ１をマスクとして元のエッジ画像ＩＭ２に重ね合わせる。ここで、パラメータ空間（投票空間）のｒ軸方向における分解能をΔｒ（Δｒは０でもよい）とするとき、エッジ画像ＩＭ２に現れるエッジについて、代表点（ｄｐ，θｐ）から距離がｒｐ１±Δｒの点と、代表点（ｄｐ，θｐ）から距離がｒｐ２±Δｒの点とを消去すると、たとえば図４（ｂ）のような角度検出パターンＰ２を残すことができる。つまり、ハフ変換により位置検出パターンＰ１を抽出した後に、エッジ画像ＩＭ２に位置検出パターンＰ１を重ね合わせ、重複した画素を消去することにより、残りの角度検出パターンＰ２を抽出するのである。パターン抽出部５で抽出された位置検出パターンＰ１と角度検出パターンＰ２とは記憶装置１３に格納され、対象画像との照合に用いられる。
【００３３】
対象画像と標準パターンとの照合に際しては、まずワーク１を撮像した濃淡画像からエッジ画像を生成する。ワーク１の撮像からエッジ画像を生成するまでの手順は標準画像を生成する際の手順と同様である。いま、濃淡画像において図５（ａ）に示す図形ＩＭ３が抽出され、図５（ｂ）に示すエッジ画像ＩＭ４が得られたとする。
【００３４】
このようにしてワーク１から得られたエッジ画像ＩＭ４を対象画像として標準パターンと照合するには、位置検出部６において対象画像と位置検出パターンＰ１との照合を行う。位置検出パターンＰ１は中心Ｃの周りでの回転に対しては形状が不変であるから、対象画像と位置検出パターンＰ１との照合に際しては、回転角度については考慮する必要がなく、位置検出パターンＰ１の位置とサイズとについて変化させればよい。
【００３５】
つまり、位置検出部６では、位置検出パターンＰ１についてサイズの異なる複数のパターン（インスタンス）を形成し、対象画像を含む画像空間内でインスタンスの位置を走査すればよい。対象画像であるエッジ画像ＩＭ４と位置検出パターンＰ２との照合に際しては、通常のテンプレートマッチングと同様に一致度を評価し、一致度のピークが得られるときの中心Ｃの位置を標準パターンにマッチングするパターンの候補の代表点（中心点）の位置とする。また、対象画像との一致度のピークが得られた位置検出パターンＰ１（またはインスタンス）のサイズを標準パターンにマッチングするパターンの候補のサイズとする。なお、ワーク１とＴＶカメラ２との距離が一定であり、かつ標準パターンと対象画像とで図形ＩＭ１，ＩＭ３のサイズが変化しない場合には、位置検出パターンＰ１についてサイズを変化させることなく位置の走査のみを行えばよい。
【００３６】
位置検出部６において対象画像の位置およびサイズが検出されると、エッジ画像ＩＭ４は角度検出部７に入力される。角度検出部７では、対象画像の標準パターンに対する回転角度を求める。つまり、角度検出部７では、位置検出部６において求めた位置およびサイズを角度検出パターンＰ２に適用し、必要に応じて角度検出パターンＰ２のサイズを調節した後、当該位置の周りで角度検出パターンＰ２を回転させたパターン（インスタンス）を生成し、エッジ画像ＩＭ４とインスタンスとを照合する。
【００３７】
ここで、本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、対象画像であるエッジ画像ＩＭ４におけるエッジ上の画素のうち位置検出パターンＰ１に重複する画素を消去し、残った画素のみについて角度検出パターンＰ２との照合を行う。このように、照合すべき画素数を減らしておけば、処理対象が少なくなることによって処理の高速化が期待でき、しかも数値化した一致度の差が一致時と不一致時とで大きくなることによって一致・不一致の判断精度が高くなる。図５（ｂ）に示すエッジ画像ＩＭ４では、消去する画素は、座標位置（ｄｐ，θｐ）である円の中心Ｃの周りで距離がｒｐ１±Δｒの位置に存在する画素、および距離がｒｐ２±Δｒの位置に存在する画素である。
【００３８】
もっとも、エッジ画像ＩＭ４から位置検出パターンＰ２に相当する画素を消去しなくとも、位置およびサイズを調節した位置検出パターンＰ２（インスタンス）を回転させることで、エッジ画像ＩＭ４と位置検出パターンＰ２との照合を行うことが可能である。この場合、一致度として位置検出パターンＰ１に対応する画素分のバイアスがかかるが、バイアス分を除けばエッジ画像ＩＭ４から位置検出パターンＰ１に相当する画素を消去したことと等価になる。また、エッジ画像ＩＭ４から位置検出パターンＰ１に相当する画素を消去しない場合には、エッジ画像ＩＭ４と標準パターンとを照合してもよい。
【００３９】
いずれの方法を採用する場合であっても、対象画像に対して角度検出パターンＰ２を照合していることになる。また、角度検出パターンＰ２の照合の際には、位置およびサイズの調節は不要であり、回転角度についてのみ照合すればよいから、回転角度の刻み幅に応じた照合回数でエッジ画像ＩＭ４の回転角度を求めることができる。なお、角度検出部７において上述の手順で照合を行ったときに、一致度が規定した閾値に達しない場合には、対象画像において角度検出パターンＰ２にマッチングする部位が存在しないと判断する。
【００４０】
標準パターンを位置検出パターンＰ１と角度検出パターンＰ２とに分離した後の位置、サイズ、回転角度を検出する手順について、図６にまとめて示す。まず、ＴＶカメラ２を用いてワーク１を撮像し（Ｓ１）、エッジ検出部４において濃淡画像からエッジ画像を生成し対象画像とする（Ｓ２）。次に、位置検出過程に移行し、位置検出部６において、位置検出パターンＰ１（実際にはインスタンス）を対象画像に照合することにより、対象画像において標準パターンとマッチングする候補の位置およびサイズを抽出する（Ｓ３）。ここで、角度検出過程に移行し、対象画像のうち標準パターンとマッチングする候補について位置検出パターン１に重なる画素を消去した後（Ｓ４）、角度検出パターンＰ２と照合する（Ｓ５）。
【００４１】
上述のようにして、対象画像において標準パターンにマッチングするパターンが含まれているときには、位置、サイズ、回転角度を求めることができる。位置、サイズを求める際には従来技術と同様に、位置検出パターンＰ１について、複数のサイズのインスタンスを設定し、各位置ごとに位置検出パターンＰ１を対象画像と照合するから、ここまでの照合回数は従来構成と同様になる。ただし、本実施形態では、位置およびサイズを求めた後には、角度検出パターンＰ２を用いて回転角度のみを探索するから、回転角度の分解能により決まる照合回数を加算するだけであって、従来構成ではこの照合回数を乗算した回数だけ照合を行う必要があったので、照合に多大な処理負荷を要していたのに対して、本実施形態では照合のための処理負荷が大幅に軽減されることになる。
【００４２】
ところで、上述した動作例では、位置検出パターンＰ１についてサイズの異なる複数個のインスタンスを対象画像内で走査することにより、対象画像から標準パターンにマッチングする候補の位置およびサイズを検出していたが、対象画像内において位置およびサイズを検出するにあたり、対象画像内において標準パターンと照合するパターンが１個ないし数個程度しか存在しない場合には、必ずしも位置検出パターンＰ１との照合を行わなくてもよい。
【００４３】
すなわち、標準パターンから位置検出パターンＰ１を分離した方法と同様に、対象画像であるエッジ画像ＩＭ４にハフ変換を適用し、ｄ，θ，ｒの３次元のパラメータ空間を投票空間に用い、ｄ−θ平面において投票数がピークになる座標を位置に用い、この座標位置を通りｒ軸方向に並行な直線への投票数がピークになるときのｒ軸方向の値を半径とする円を標準パターンにマッチングする候補とする。また、対象画像から求めた半径ｒと、位置検出パターンＰ１における半径ｒとの比は、対象画像における候補のサイズに相当する。位置検出過程の処理において、ハフ変換を採用すれば、位置検出パターンＰ１のインスタンスを生成する必要がないから、位置検出過程における処理負荷が大幅に軽減される。
【００４４】
また、角度検出過程においては、位置およびサイズが既知であるから、図５（ｃ）にしめすように、標準パターンの中心Ｃの位置を原点とする極座標系を設定し、対象画像のエッジ上の各画素について極座標系における座標位置（ｑ，ψ）を求めることによって、回転角度を求めるようにしてもよい。このような極座標系において各画素の座標を求め、縦軸を距離、横軸を角度とする空間にマッピングすれば、図７に示すように、回転角度が横軸（角度軸）方向への変位として現れるから、対象画像から位置検出パターンＰ１に重複する画素を消去したエッジ上の画素についてマッピングした図形（図７（ａ））と、角度検出パターンＰ２をマッピングした図形（図７（ｂ））との角度軸方向のずれを求めれば、対象画像の回転角度を求めることができる。
【００４５】
両図形の角度軸方向におけるずれを求めるには、位置検出パターンＰ１のサイズを調節して対象画像から位置検出パターンＰ１に相当する画素を消去し、消去後の図形について極座標系への座標変換を行い、また、角度検出パターンＰ２についてサイズを調節した後に極座標系への座標変換を行う。その後、極座標系で表した角度検出パターンＰ２を図７の角度軸方向に走査して極座標系で表した対象画像と照合すれば、一致度が最大になるときの角度を回転角度として求めることができる。
【００４６】
上述の例では、位置検出パターンＰ１として円または同心円を想定したが、図８に示すように非円形であっても代表点Ｃの周りにｎ回回転対称であって（３６０／ｎ）度ずつの回転しか許容されていない場合であれば、上述した手順で回転角度を求めることが可能である。図８では位置検出パターンＰ１が４回回転対称である正方形が９０度刻みで回転する場合を示している。図８（ａ）のような対象画像（ここでは濃淡画像）に対しては、図８（ｂ）のように位置検出パターンＰ１を形成することができ、図９（ａ）に示す図形から図９（ｂ）の図形に相当する部分を消去すれば、図９（ｃ）のように位置検出パターンＰ１に重複しない画素が残る。そこで、図９（ｃ）に示す画像に対して角度検出パターンＰ２を照合すれば、最大４回の回転によって回転角度を求めることができる。なお、標準パターンから位置検出パターンＰ１を抽出したり、対象画像から位置検出パターンＰ１に相当する画素を抽出したりするには、ハフ変換（いわゆる直線ハフ変換）を適用して多角形の辺に相当する直線部分を抽出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ワーク
２  ＴＶカメラ
３  記憶装置
４  エッジ抽出部
５  パターン抽出部
６  位置検出部
７  角度検出部
【図１】
0004792939.tif 000002
【図２】
0004792939.tif 000003
【図３】
0004792939.tif 000004
【図４】
0004792939.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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