专利名称：位置检出方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视觉系统的物体位置检出方法及装置，更详细地说，是关于通过检出双值化图像数据上的物体轮廓线而进行位置检出的位置检出方法及装置。
最近，美国、日本等开发出许多用于物体的识别·位置检出等的通用视觉系统(visionsystem)。这些系统中，作为通过识别物体形状进行位置检出时的一般方法，主要有两种。第1种是利用图像数据上区域点统计性质的方法。例如在面积、长径、短径、惯性矩等统计量为基准，识别物体形状，检出其位置。第2种是以具有物体特征的部分为样板(基准图像)，与对象图像之间进行相关运算，根据该相关系数得出是否存在与基准图像相对应的图像，据此识别物体的特征部分，检出其位置的方法。
由于第1种方法不直接用轮廓形状，存在不能适用于复杂形状物体的问题。
第2种方法因样板的尺寸、角度等派生出限定条件，存在难以通用化的问题。
另外，作为根据轮廓线检出特征位置的方法，也有设想用计算机以程序方式检出图像中物体图形外部轮廓线，根据检出的轮廓线检出物体所定处的位置。由于这样的位置检出方法是以程序方式执行轮廓线检出，将它应用于大容量图像数据时存在处理速度变慢的问题。
本发明的目的在于针对上述以往问题，提供能适用于任意形状物体而具有通用性的、并能高速处理的、抗干扰性高的位置检出方法及装置。
本发明的位置检出方法的特征在于包括以下步骤，第一步让图像存贮器存贮由图像输入装置输入的双值化图像;第二步依次扫描存于图像存贮器内的图像数据，以检出的前未检出边界点作为起始点;第三步以起始点为跟踪结束点，写入重叠在图像存贮器上的覆盖存贮器;第四步将起始点设定为最初参考点;第五步对图像存贮器的当前参考点的8个附近点数据进行取数;第六步对应前一参考点至当前参考点方向的前方编号，选8种探索表中任一种，根据被选探索表对应图像存贮器的当前参考点周围8个附近点数据，读出朝下一参考点方向的当前方向编号，检出下一参考点;第七步对覆盖存贮器的当前参考点周围8个附近点数据取数，判断该8个附近点数据中对应当前方向编号的数据是否为跟踪结束点;第八步第七步的判断结果为否定时，以检出的参考点为跟踪结束点，写入覆盖存贮器，重复第五、第六和第七步，继续跟踪轮廓线，第七步的判断结果为肯定时，结束轮廓线跟踪，回到第二步;第九步根据检出的轮廓线计算曲率，并用计算结果检出特征点;第十步将对各轮廓线逐一地依次累积运算特征点间的轮廓长和角度的结果进行存贮;第十一步边在特征点之间逐一移位，边将登记形状的距离角度累积运算结果与输入图像方的运算结果作对照，检出最佳对合位置。
另外，本发明的位置检出装置的特征在于具有①存贮由图像输入装置输入的双值化图像的图像存贮器;②对存贮于图像存贮器的图像数据进行处理并检出物体轮廓线的构件;③根据检出的轮廓线计算曲率并用计算结果检出特征点的构件;④对各轮廓线逐一地依次累积运算、存贮特征点间的轮廓长和角度的构件;⑤边在特征点之间逐一移位，边将预先登记形状的距离角度累积运算结果与输入图像方的运算结果作对照，检出最佳对合位置的构件。
本发明的是根据存贮于图像存贮器的图像数据来检出物体轮廓线，由于采用轮廓线探索表使探索过程简单化，能以很高的处理速度检出轮廓线。还由于以计算曲率检出已检出轮廓线的特征点，再利用这些特征点间的距离、角度累积运算结果作形状对照而检出物体位置，从而具有通用性的同时，能可靠检出特征点，在其它部分，即使有影子、噪声等也能正确地进行位置检出，能进行高抗干扰性的位置检出。
以下参见
图1-图13说明本发明一实施例。
首先为易于理解依次详细说明本发明方法。
一般的轮廓线跟踪顺序可归纳为以下(1)对图像作系统性扫描，探查满足检出基准之点。若发现这样的点，就定为最初参考点。
(2)对参考点附近作调查，应用确切的跟踪基准。以检出的点为新参考点，在不满足终端条件下重复该处理。
(3)若完成系统性跟踪，则该算法结束。
用这样的步骤通过对检出基准、跟踪基准、终端基准作种种变更，构成各种各样的跟踪算法，本发明所用的方法为以下所述。
(1)如图1所示，从上端开始按线顺序对图像A进行横向扫描，将碰及图形B的边界点且前未检出的边界点为轮廓线跟踪的起始点。
(2)以所得的起始点为最初参考点，获得开始方向编号(检出方向编号)后开始跟踪。
(3)设在前一参考点上的检出方向为i，因后述原因，从i-3的方向开始，对参考点周围8个附近点依次以逆时针方向进行探索，查找区域点。
图2(a)示出了参考点PO及其周围8个附近点P1-P8、自参考点PO朝8个附近点P1-P8方向的方向编号1-8和探索顺序J。图2(b)示出了用编号i所示的前一参考点上的检出方向(实线箭号)和用编号i-3所示的探索开始方向(虚线箭号)。
(4)将检出的下一参考点座标数据加上数据串后作为新的参考点。该点与跟踪结束条件不一致时返回(3)。
(5)若下一参考点与跟踪结束条件一致，则结束对于一条轮廓线的跟踪。回到要求另一条轮廓线的(1)后再开始扫描，对整个图像A进行以上动作，检出所有的轮廓线。
(6)根据已检出的轮廓线计算曲率，用计算结果检出特征点。
(7)对各轮廓线逐一地依次累积运算检出的特征点之间的轮廓长和角度，存贮运算结果。
(8)边在特征点间逐一移动，边将登记形状的距离角度累积运算结果与输入图像方的(7)的运算结果作对照，检出最佳对合位置。
(9)结束。
以下说明用上述轮廓线方法能检出轮廓线。
首先假设自左端开始横向扫描，轮廓形状如图3(a)、(b)所示有闭合形状B1和开放形状B2，随之，被检出的起始点附近的轮廓形状也有两种，如图4所示。图4(a)对应开放图形B2，S2为起始点。图4(b)对应闭合图形B1、S1为起始点。假设前一参考点中这些起始点的检出编号i在图4(a)和图4(b)场合均为7，从编号4的方向开始探索。对于此情况下与下一参考点的位置关系，图4(a)的示于图5(a)-(e)，图4(b)的示于图6(a)-(e)。
由图5(a)-(e)可知，从起始点S2开始轮廓跟踪时，若从检出方向编号4(i-3＝4)方向的附近点P4开始探索，就能检出下一个参考点。这是因为在编号4方向的附近点P4上绝对不存在区域点。同样，图6场合也能检出。
接着，考虑轮廓线上的检出。当前参考点PO如图7(a)所示，由前一参考点P10沿例如6(前方编号)方向上被检出时，从当前参考点看过去，编号3(＝6-3)方向必成为背景点，并由此沿顺时针方向不存在下一个检出点，从而不存在障碍。因此，若从编号3方向逆时针探索，则能检出下一参考点。同样，当前参考点PO如图7(b)所示，由前一参考点沿5(前方编号)方向检出时，从当前参考点PO看过去，编号2(＝5-3)方向必成为背景点，并由此沿顺时针方向上不存在下一个检出点，从而不存在障碍，若从编号2方向逆时针探索，则能检出下一参考点。至于其它任何前方编号(n＝1-8)也同样能检出。
综上所述，若用本方法能检出所有的轮廓线。其结果，能使8个附近点探索过程化简。现用表1对此进行说明。表1表示自前一参考点P10至当前参考点PO的方向编号(前方编号)为5时的探索表。探索表中的方向编号1-8与图2(a)的方向编号对应。
前方编号5
×错误表1将参考点PO周围的附近点P1-P8的象素数据加上方向编号，作为编号1方向-编号8方向数据。
探索表的内容为位组合格式，白圆、黑圆分别表示背景点、区域点。
最未行数字，表示至下一参考点的方向编号，可在方向1-8的位组合格式中参照探索表而获得。另外，×记号为错误。
如表1所示，若前方编号为5，则从当前参考点PO看过去，编号2方向必成为背景点。接着，按编号2、3、4、5、6、7、8、1的方向顺序探索，获得最初的区域点的方向为至下一个参考点的方向编号。
若如此准备8种配合前方编号的探索表，只需检出8个附近点的象素数据和参见探索表，就能检出轮廓点。
备有以叠在图像存贮器上的形式为位平面的覆盖存贮器，将起始点和已检出参考点作为检出结束点预先写入其内。在检出8个附近点象素数据的同时将它检出，检查下一参考点是否已经到达检出结束点。
还有，对于图像的4周边界处理，可通过将边界上的点全作为图形的非区域点，将图3(b)所示图形B2也作为单一的闭合区域而检出，再通过后处理进行4周边界处理，便能作为开放图形而检出。
这样，由于采用写入探索表和检出结束点的覆盖存贮器，使以往用程序控制进行的轮廓点跟踪能用随机逻辑的硬件来实现，并能高速处理。
以下，边参见图8边说明用于实施上述方法的装置结构。图8中，101为图像输入部。被输入的三维物体正投影双值化图像，通过图像输入部101存贮于图像存贮部102。图像存贮部102由图像存贮器和叠在其上的覆盖存贮器构成。
起始点和已检出参考点依次被写入覆盖存贮器。
控制部107对图像存贮部102进行图1那样的横向扫描，边用覆盖存贮器实施已检出的检查，边用图像存贮部检出边界点。控制部107以该边界点为轮廓线跟踪的起始点，将起始点地址和开始方向编号送至各自的地址算出部和轮廓点探索部104，开始轮廓线跟踪。当DMA(直接存贮器存取)部103输出跟踪结束信号而结束轮廓线跟踪时，就进行继续扫描，并且一检出前未检出的边界点，就重复上述工作，一直执行到图像数据结束为止。
DMA103从图像存贮部102取出参考点或起始点周围8个附近点。将自图像存贮器取出的数据送至轮廓点探索部104，暂时存贮从覆盖存贮器取出的覆盖数据。同轮廓点探索部104所检出的、与至下一参考点方向编号相对应的存贮数据(覆盖数据)作比较，检出跟踪结束信息。检出结束信息时，将其送至控制部。
轮廓点探索部104根据自DMA部103获得的8个附近点数据和暂存的前方编号，用探索表读出至下一参考点(轮廓点)的方向编号。探索表由ROM构成，3位前方编号和8位8个附近点数据共11位，作为地址给出输入数据，由此能读出3位下一方向编号和1，位出错信息共4位。预先写入出错信息，使8个附近点为全“1”或全“0”时以及i-3方向为“1”时，输出“1”。读出的方向编号被送至地址算出部105，出错信息被送至控制部107。
地址算出部105，根据轮廓点探索部104所获得的方向数使地址在X、Y方向上各自增减，把下一个参考点地址送至DMA部103，并与检出方向编号一起送入轮廓数据存贮部106存贮。
图9为表示DMA103、轮廓点探索部104及地址算出部105的具体结构的框图。首先，起始点地址由控制部送至缓冲器1007，开始方向数送至缓冲器1004。根据缓冲器1007的地址，存贮器取数电路1001将8个附近点数据和覆盖数据取数，送至探索表1003及比较电路1002。送至比较电路1002的覆盖数据被暂时存贮。由探索表1003获得下一个方向编号，并将其送至缓冲器1004、运算表1005和轮廓数据存贮部106。根据缓冲器1004的方向编号，与先存贮的比较电路1002的相应位作比较，获得终端信息。运算表1005中写入了相对各方向的X方向和Y方向的增减值△X、△Y，将其送入运算电路1006，能算出下一参考点地址。运算结果送至轮廓数据存贮部106和缓冲器1007。
特征点检出部108根据检出的轮廓线计算曲率，用计算结果检出、存贮特征点位置。更详细些说，如图1所示，特征点检出部108由曲率值算出部111、曲率比较部112和特征点存贮部113构成。图11示出了轮廓数据存贮部106所存贮的轮廓线数据的实际形状的一个示例，以下参见此图进行说明。图11中，各轮廓点的编号表示跟踪编号。曲率值算出部111根据各轮廓点i逐一检出的方向编号codei，按例如下述(1)式所示的曲率值计算公式对每个轮廓点算出曲率值。另外，本例中，用n＝2进行运算，其结果示于表2。
曲率计算值( i ) =K = i + 1i + ncode ( k ) -k = i - 1i - ncode (k)n………( 1 )]]>注用模块8进行加减运算曲率值比较部112中，将曲率值算出部111算出的曲率值，与对各轮廓点设定为其曲率值的绝对值的阈值作比较，进行特征点判断。例如以下那样。
①｜曲率计算值｜≤阈值1时，判为直线;
②阈值1＜｜曲率计算值｜＜阈值2时，判为曲线;
③阈值2≤｜曲率计算值｜时，判为拐角。
图11的轮廓线的方向编号、曲率值和特征点的判断结果示于表2。
直线不作为特征点，曲线为连续点而其最初的点为曲线特征点，拐角为1点或者连续点，连续点情况下有最大值时，该点判为拐角特征点，无最大值时，将最初的点判为拐角特征点，将如此获得的特征点信息(X、Y座标和特征信息)存贮于特征点存贮部113。图11例的检出结果示于表3。
这样，通过利用计算曲率来求轮廓线的特征点，能大幅度压缩用于特别指定轮廓线的数据量，能进行高速处理。
距离角度累积运算部109，把对各轮廓线逐条地依次累积运算结果作存贮，该结果是对由特征点检出部108存贮的特征点位置间的轮廓长和相对图像横向的角度进行依次累积运算的结果，也就是说，根据存于特征点存贮部113中的特征点数据，按下述(2)、(3)计算公式进行距离角度累积运算。
S＝(下-(跟踪点编号)-(当前跟踪编号)-(前-跟踪点处的S)………(2)Φ＝tan-1((下一跟踪点的y)-(当前跟踪点的y))/((下一跟踪点的x)-(当前跟踪点的x)) +(前一跟踪点处的Φ)………(3)注设跟踪点编号为1情况下，S＝0、Φ＝0。
以上运算所得的距离角度累积运算结果示于图12。如此利用距离角度的累积运算结果，则即使轮廓线上有若干凹凸、变形部分，在图12的线上也仅仅表现为微小且局部的偏差，若整体形状相同，就认为是同一轮廓线图形，因此能高抗干扰地检出轮廓线形状。
形状对照部110边在特征点间逐一移位，边将登记的样板形状的距离角度累积运算结果与用距离角度累积运算部109存贮的运算结果对照，检出最佳对合位置。图13(a)表示样板的实际形状，图13(b)表示其距离角度累积运算结果。把下述(4)式所示一致度D为最小的点作为形状对合点而成为检出结果。
D(S＝a时的一致度)＝s = oL｛ φ (a + S) - φ t ( 0 + S ) ｝……( 4 )]]>注Φ为对象物、Φt为样板。
图14表示其它装置结构的框图。该位置检出装置由图像输入部1101、图像存贮部1102、CPU1103和暂存部1104构成。此时的CPU1103的动作程序如图15所示。现对此进行说明。
(1)按线顺序扫描存贮的图像，检出边界点座标数据。
(2)根据边界点座标数据检出前未检出的边界点，作为起始点。
(3)从所得的起始点开始轮廓线探索。
(4)根据探索表检出下一轮廓点。
(5)判断根据覆盖数据检出的轮廓点是否满足结束条件。不是结束条件时，回到(4)。
(6)继续扫描，直至图像的终端为止，判断是否有其它起始点。
(7)有其它起始点时，回到(3)。
(8)将对各轮廓线逐一地依次累积运算检出的特征点间的轮廓长和角度的结果进行存贮。
(9)边在特征点间逐一移位，边将登记形状的距离角度累积运算结果与输入图像(8)的结果作对照，检出最佳对合位置。
(10)结束。
本发明，因如上所述采用轮廓线探索表来根据存贮于图像存贮器的数据检出物体的轮廓线，使探索过程简单化，能以很高的处理速度检出轮廓线。并以曲率计算检出已检出的轮廓线的特征点，再用这些特征点间的距离角度累积运算结果，进行形状对照，检出物体的位置，所以，具有通用性的同时，能可靠检出特征点，并且其它部分上即使有影子、噪声也能正确检出位置，能高抗干扰地进行位置检出。
图1是本发明一实施例的纵向扫描及横向扫描的说明图;
图2是方向编号与探索顺序说明图;
图3是闭合图形及开放图形的说明图;
图4是检出起始点附近的轮廓形状说明图;
图5是表示开放图形中起始点及其相邻点的位置关系的说明图;
图6是表示闭合图形中起始点及其相邻点的位置关系的说明图;
图7是表示与轮廓线上的相邻点的位置关系的说明图;
图8是表示本发明一实施例位置检出装置的结构的框图;
图9是图8实施例关键部分的详细框图;
图10是图8实施例特征点检出部分的详细框图;
图11是图8实施例轮廓数据存贮部所存贮的轮廓线说明图;
图12是图8实施例中距离角度累积运算结果的说明图;
图13是图8实施例中用于对照位置的样板及其距离角度累积运算结果的说明图;
图14是本发明另一实施例位置检出装置的框图;
图15是用于说明图14实施例的工作的流程图。
最后说明附图中有关标号的含义。101图像输入部、102图像存贮部、103DMA部、104轮廓点探索部、105地址算出部、106轮廓数据存贮部、107控制部、108特征点检出部、109距离角度累积运算部、110形状对照部。
权利要求
1.一种位置检出方法，其特征在于包括以下步骤，第一步让图像存贮器存贮由图像输入装置输入的双值化图像；第二步依次扫描存于图像存贮器的图像数据，以检出的前未检出边界点作为起始点；第三步以起始点为跟踪结束点，写入重叠在图像存贮器上的覆盖存贮器；第四步将起始点设定为最初参考点；第五步对图像存贮器的当前参考点的8个附近点数据进行取数；第六步对应前一参考点至当前参考点方向的前方编号，选8种探索表中任一种，根据被选探索表对应图像存贮器的当前参考点周围8个附近点数据，读出朝下一参考点方向的当前方向编号，检出下一参考点；第七步对覆盖存贮器的当前参考点周围8个附近点数据取数，判断该8个附近点数据中对应当前方向编号的数据是否为跟踪结束点；第八步第七步的判断结果为否定时，以检出的参考点为跟踪结束点，写入覆盖存贮器，重复第五、第六和第七步，继续跟踪轮廓线，第七步的判断结果为肯定时，结束轮廓线跟踪，回到第二步；第九步根据检出的轮廓线计算曲率，并用计算结果检出特征点；第十步将对各轮廓线逐一地依次累积运算特征点间的轮廓长和角度的结果进行存贮；第十一步边在特征点之间逐一移位，边将登记形状的距离角度累积运算结果与输入图像方的运算结果作对照，检出最佳对合位置。
2.一种位置检出装置，其特征在于具有①存贮由图像输入装置输入的双值化图像的图像存贮器;②对存贮于图像存贮器的图像数据进行处理并检出物体轮廓线的构件;③根据检出的轮廓线计算曲率并用计算结果检出特征点的构件;④对各轮廓线逐一地依次累积运算、存贮特征点间的轮廓长和角度的构件;⑤边在特征点之间逐一移位，边将预先登记形状的距离角度运算结果与输入图像的运算结果作对照，检出最佳对合位置的构件。
全文摘要
位置检出方法及装置，通过按线顺序扫描输入的双值化图像，求出要检出轮廓线的起始点，从所得起始点起向8个附近处取数，用轮廓线探索表检出下一轮廓点，使探索过程简化并以高处理速度检出轮廓线，再检出如此检出的轮廓线的特征点，用其特征点间的距离、角度的累积运算结果作形状对照，检出物体的位置。具有可适用于任意形状物体的通用性，且能高速处理并高抗干扰地进行位置检出。
文档编号G06T7/00GK1096874SQ9410123
公开日1994年12月28日 申请日期1994年2月7日 优先权日1993年2月15日
发明者姉崎隆 申请人:松下电器产业株式会社