JPS5842902B2 - 特定パタ−ン抽出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複雑な映像の中から特定パターンを抽出し、映
像中のその位置を求める装置に関するものである。

従来の特定パターン抽出装置は、映像信号を処理対象（
以下対象パターンという）とし、その一部分（以下部分
パターンという）を逐次取出して標準パターンとの類似
度を調べ、これがあらかじめ設定した値以上の場合に取
出した部分パターンが特定パターンであると判定し、こ
のとき対象パターンにおける部分パターンの位置を求め
るものがほとんどであった。

しかし上記の方式では、対象パターンの微小な形状変化
に対しても検出能力がおちるという欠点があった。

微小な形状変化とは、例えば、円が特定パターンの場合
には大きさが変わったり、だ円になるようなことであう
、このようなことは映像では、撮像装置と被撮像物との
距離変化や撮像する方向によって、しばしば生ずること
である。

本発明の目的は、上記従来例に示すごとき標準パターン
を用いず、パターンの対称性に着目して円やだ円のごと
き特定パターンを検出し、その位置を求めることを特徴
とする特定パターン抽出装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の装置の基本構成を
、２値化し離散化した映像信号を対象パターンとして入
力する第１の手段と、上記対象パターンから所定の２次
元的部分パターンを順次切出す第２の手段と、上記部分
パターンの点対称度を求める第３の手段と、部分パター
ンが特定パターンと類似するかどうかを判定する第４の
手段と、上記判定結果を用いて対象パターン内における
特定パターンの存在位置を決定する第５の手段と、から
構成する。

また必要に応じて、部分パターンと特定パターンとの中
心付近の類似度を求める第６の手段と、第６の手段の結
果と前記第３の手段の結果との総合判定により部分パタ
ーンが特定パターンに類似するかどうかを判定する第４
の手段とから構成する。

筐た必要に応じて、部分パターンと特定パターンとの周
辺の類似度を求める第７の手段と、第７の手段の結果と
前記第３の手段の結果と前記第６の手段の結果との総合
判定により部分パターンが特定パターンに類似するかど
うかを判定する第４の手段とから構成する。

対象パターンというのは第１図に示すような２次元的に
離散化され、各離散化された絵素が論理的“０“または
“１“の２値をとり、認識対象となる特定パターンある
いはそれ以外のパターンが含壕れているものである。

ここで説明の簡単化のために、対象パターンは通常“０
“とじ、この中に特定パターンあるいはそれ以外のパタ
ーンが“１“とじて存在することとする。

このような対象パターンは、たとえばＴＶカメラのごと
き撮像装置から順次出力される時系列信号に対してあら
かじめ決めた量以上のレベルでは“１“、未満のレベル
では“０“というような２値化処理と、周期的なサンプ
リングによる離散化処理とを、全映像信号について実施
することにより求めることができる。

ここで特定パターンとは、対象パターンに含１れる検出
すべきパターンである。

本発明の場合には点対称形状であることが条件となって
いるが、サイズや形状は一種類に限定されるものではな
く、たとえば円を特定パターンとするときだ円をもこの
範囲に含むこととし、大きさもある範囲内にあるものを
すべて含むように決めるものである。

部分パターンとは、第２の手段によって対象パターンの
一部分を２次元的に切出すようにした絵素情報群である
。

第２の手段の具体的な実現方法については特願昭４６−
９２４３３号（特公昭５１−１２４９２号）に詳しいの
でこれを参照されたい。

第２図ａに示したのは円やだ円を検出するための部分パ
ターンの例で、１０ＸＩＯ絵素の場合を示している。

このように部分パターンの中心点を「基準点」と呼び、
この基準点をもとに部分パターンの位置を表わすように
約束する。

つぎに部分パターンが特定パターンであるかどうかを判
定するための点対称度、類似度を求める第３、第６、第
７の手段について説明する。

１ず部分パターンの中心付近の類似度を求める第６の手
段について述べる。

これは基準点付近に「中心領域」を設けておき、この中
心領域における特定パターンとの類似度であり、たとえ
ばこの中心領域の“１“の絵素数Ｍｌたは“０“の絵素
数Ｍ’）を求めることである。

第２図すに示したのは第２図ａの部分パターン内の２×
２絵素を中心領域とした例である。

つぎに部分パターンの周辺の類似度を求める第７の手段
について述べる。

これは基準点周辺に「周辺領域」を設けておき、この周
辺領域における特定パターンとの類似度であり、たとえ
ばこの周辺領域の“０“の絵素数Ｎ（または“１“′の
絵素数Ｎ’）を求めることである。

第２図Ｃに示したのは第２図ａの部分パターン内の４０
絵素を周辺絵素とした例である。

第３の手段で用いる点対称度とは、部分パターンの基準
点を原点とした点対称関係にある絵素同志を比較した際
に得られる一致の絵素対数Ｌ（−Ｉたは不一致の絵素数
Ｌ’）である。

ここでは部分パターン全体にわたって一致状態を調べた
が、前記中心領域や周辺領域においてその状態が判定さ
れた時点では、理想的にはこれらの領域は点対称性があ
るといえるから、これらを除いた領域だけで点対称度を
調べるようにしてもよい。

第２図ｄは第２図ａを部分パターンとしたときの点対称
度比較領域である。

ここでさらに変形例として第３図ａ、ｂ、ｃ。

ｄを挙げる。

これは第２図ａ、ｂ、ｃ、ｄの一つの変形例であり、回
路の小規模化をはかれるメリットをもつ。

以上の中心付近の類似度、周辺の類似度：点対称度を用
いて第４の手段により総合判定し、形状を認識すること
ができる。

たとえば中心領域の類似度Ｍが所定のＭ ｍ ｉｎ
より大きいが否かにより中心付近の状態を判定し、周辺
領域の類似度Ｎが所定のＮ’ ｍ ａｘ より小さい
か否かにより周辺の状態を判定し、点対称度Ｌ′が所定
のＬ’ｍａｘより小さいか否かにより点対称の状態を判
定し、上記３つの判定条件をすべて満足したとき切出さ
れた部分パターンを特定パターンと判定することができ
る。

またこのとき第２図の例でＭｍｉｎ＝４の場合は、Ｍを
カウントにより求めるのではなく、すべての絵素の状態
が“１“であるかどうかを判定する論理回路で実現でき
、この中心付近の状態判定は特定パターンの大きさにつ
いて最小サイズを限定するためのものともいえる。

同様に、Ｎ ’ｍ ａ ｘ−〇の場合は、Ｎ′をカウン
トにより求めるのではなく、すべての絵素の状態が“Ｏ
“であるかどうかを判定する論理回路で実現でき、この
周辺の状態判定は特定パターンの大きさについて最大サ
イズを限定するためのものともいえる。

なお特定パターンにどの程度近いかを表わす一つの目安
として点対称度のＬまたはＬ′の値を利用することがで
きる。

すなわち点対称度Ｌ′の最小のものを選んで、もつとも
特定パターンに近いものとして検出することもできる。

特定パターンの存在位置を決定する第５の手段は、上記
の結果から対象パターンに釦ける部分パターンの基準点
の座標をもってすればよい。

以下に、上記の処理を実際に行なうための装置及び回路
構成について具体例をあげて説明する。

ここでは特定パターンはだ円を含む円形状とし、部分パ
ターンが特定パターンに類似するかどうかの判定は、点
対称度と中心付近の状態と周辺状態から総合判定するも
のとし、このときの部分パターンの形は十文字形とする
。

第４図は基本回路構成ブロック図であり、タイミング信
号発生回路４から出力されるタイミング信号１８によっ
て駆動されるＴＶカメラのごとき撮像装置１からの時系
列映像信号１０は、２値化・サンプリング回路２によっ
て離散化された絵素単位の２値信号１１となり、この順
次送られてくる絵素情報はさらに部分パターン発生回路
３によって１次元の時系列絵素情報が２次元の時系列絵
素群情報の部分パターン情報１２となる。

２値化・サンプリング回路２および部分パターン発生回
路３はともにタイミング信号１８によって全体の同期を
はかつている。

このようにして得た部分パターン情報１２を使って、点
対再度算出回路５により部分パターン内の点対称絵素間
の不一致絵素数１３を求め、中心付近状態算出回路６に
より部分パターン内の中心領域の“１“の絵素数１４を
求め、周辺状態算出回路７により部分パターン内の周辺
領域の“１“の絵素数１５を求める。

この３つの結果は特定パターン判定回路８により判定さ
れ、部分パターンが特定パターンとなりうるか否かの検
出信号１６とこのときの特定パターンとの類似度１７を
得る。

この特定パターン検出信号１６と類似度１７および部分
パターンの位置信号１８から位置検出回路９Ｆｃよって
対象パターン中のどの位置に特定パターンが存在するか
という特定パターン位置信号１９を得る。

つ１り特定パターン検出信号１６が特定パターンの形状
認識結果であり、特定パターン位置信号１９が特定パタ
ーンの位置認識結果である。

ここで処理回路５，６゜７．８，９の処理時間は、次の
部分パターンが送られてくるまでにすべての処理を終え
ていなければならず、映像信号を６ＭＨｚでサンプリン
グして絵素情報をつくる場合には、部分パターンも普通
６ＭＨｚでつくられることになり、全処理時間は１６７
ｎｓ以内でおさえられるものとして釦く。

次に各ブロックをさらに詳細に説明する。

第５図に示したのは撮像装置の撮像面を模式的に表わし
たもので、４１〜４６のタイミング信号はこれに合わせ
て表現している。

タイミング信号のうち、４１と４２はＴＶカメラの水平
掃引波形と垂直掃引波形であり、撮像面を左から右方向
、上から下方向へ走査していく。

そして４３のサンプリングパルスにより図のととく絵素
として離散化する。

この４３のサンプリングパルスは、さらには部分パター
ン発生回路でのタイミング信号としても使うが、この部
分パターン発生回路についての動作原理はその一例とし
て前述の特願昭４６−９２４３３号（特公昭５１−１２
４９２号）を参照されたい。

タイミング信号４４は初期設定のためのパルスで１回の
撮像面走査に対して最初に１回出力し、４５の水平座標
と４６の垂直座標とともに位置検出回路で用いるもので
ある。

点対再度算出回路５は第６図に示すように、部分パター
ンの中で中心領域と周辺領域を除いた中間の領域を処理
対象とし、点対称の関係にある絵素どうしの不一致状態
を１２ケの排他的論理和ゲー）５１によって調べ、不一
致のとき、つ１す“０“と“１“または“１“と“Ｏ“
のときに“１“の結果を計数回路５２へ送り、計数回路
では排他的論理和ゲート５１で“１“の出力のものを数
えて不一致な点対称絵素数１３を求める。

中心付近状態算出回路６は第７図に示すように、部分パ
ターンの中で中心領域（ここでは中央の４絵素）を処理
対象とし、′１“となっている絵素の数を計数回路６１
で数えて中心領域の“１“の絵素数１４を求める。

周辺状態算出回路７は第８図に示すように、部分パター
ンの中で周辺領域（ここでは周辺部の８絵素）を処理対
象とし、′１“となっている絵素の数を計数回路７１で
数えて周辺領域の“１“の絵素数１５を求める。

特定パターン判定回路８は第９図に示すように、上記３
つの点対称状態、中心付近状態、周辺状態の結果を用い
て特定パターンの判定検出を行なう回路である。

不一致な点対称絵素数１３が比較回路８１で所定の値以
下かどうか判定され、中心領域の“１“の絵素数１４が
比較回路８２で所定の値以上であるかどうか判定され、
周辺領域の“１“の絵素数１５が比較回路８３で所定の
値以下であるかどうか判定され、以上の３つの結果が成
立したときにアンドゲート８４によって特定パターン検
出信号１６を得るとともに、アンドゲート８５を通して
このときの特定パターン類似度１７を得る。

位置検出回路９は第１０図に示すように、上記特定パタ
ーン検出信号１６と特定パターン類似度１７を用い、さ
らにタイミング信号発生回路４からの第５図に示す水平
座標（またはＸ座標）４５と垂直座標（またはｙ座標）
４６と初期状態設定信号４４を用いて、対象パターン中
に存在する特定パターンの位置を検出する回路である。

９１゜９２は最初に検出された特定パターンの類似度と
座標を記憶するための記憶回路であり、９２．９３は２
番目に検出された特定パターンの類似度と座標を記憶す
るための記憶回路であり、ｎ番目のものは９５．９６の
記憶回路に記憶される。

ここでは特定パターンを許容できる数をｎ個としたが、
特定パターンの数を数えるカウンタが９７であり、カウ
ンタパルス１０４がくる度Ｋａ、から順番にａ２・・・
ａｎが“０“から“１”Ｋ変わっていき、この特定パタ
ーンの有無を表わすａ、〜ａｎの信号が“１“のところ
のアンドゲート９８〜１０３がオンとなり、記憶してい
る特定パターンの分だけの類似度１９，１〜１９五、座
標１９１′〜１９ａを出力する。

カウンタ９７に入っている初期状態設定信号４４はカウ
ンタの内容をクリアするための信号で、これによりａ、
〜ａｎの信号がすべて“０“となり、特定パターンが存
在しないことを意味する。

またカウンタの出口のうチｂ１〜ｂｎは、１〜ｎ番目の
特定パターン候補点が最初に送られてきたときに１〜ｎ
番目の記憶回路に記憶するための信号で、カウンタパル
スによって特定パターンの有無を表わす信号ａ、〜ａｎ
のいずれか力γＯ“から“１“に変化する直前にａ、〜
ａｎに対応するす、〜ｂｎのいずれかが１パルス出力さ
れる。

信号を時間的流れで説明すると、初期状態設定信号４４
によりａ、〜ａｎ、 ｂ１〜ｂｎがクリアされ、その後
カウンタパルス１０４がくると、１パルスタけす、が出
力されてａ、は初期状態設定信号４４がくる１でレベル
的に“１“となり、さらにカウンタパルス１０４がくる
と、１パルスだケｂ２が出力されてａ２ もレベル的に
“１“となり、カウンタパルス１０４がくる度に順番に
出力される。

次にｎ個の記憶回路を含む特定パターン判定回路はすべ
て等しく並列に処理演算を行なっているので、１番目の
特定パターン判定回路についてだけ説明する。

記憶回路９１からの前特定パターン類似度と特定パター
ン検出回路８から送られてくる新たな特定パターン類似
度１７は比較回路１０５により比較され、新たな特定パ
ターン類似度１Ｔが小さい場合には更新する必要がある
という“１“の出力となる。

また記憶回路９２からの前特定パターン座標とタイミン
グ信号発生回路４から（７）ｘ、ｙ座標４５，４６は比
較回路１０６により両座標間の距離として所定の値と比
較され、距離が十分小さければすでに記憶されている１
番目の特定パターン候補と同一のものであるという“１
“の出力となる。

この１０５，１０６がともに“ｌ“の場合に現特定パタ
ーンが１番目のパターンと同一の位置にあり、その類似
度は現特定パターンの方がより小さいために更新する必
要があるという信号がアンドゲート１０７により得られ
、特定パターン検出回路８からの特定パターン検出信号
１６とアンドゲート１０８で同期をとる。

ここで特定パターンが全く記憶されていない場合には当
然ａ１＝０ となるから、アンドゲート９８゜９９がオ
フとなるために、比較回路１０５，１０６がともにオフ
となりアンドゲート１０８もオフとなるが、このときす
べて“０“であることを検出するゲート１１２がオンと
なり、特定パターン検出信号１６がくるとアンドゲート
１１３を通してカウンタパルス１０４となり、記憶パル
スｂ、が生ずる。

これはオアゲート１０９によりアンドゲート１０８から
の特定パターン更新信号と重ねられて、新たな特定パタ
ーンの類似度１７とその座標４５，４６がアンドゲート
１１０，１１１を通して記憶回路９８．９９にそれぞれ
記憶される。

ｂ、が発生した後ａ１ が“１“となるから９８゜９９
０ゲートは開けられ、次からの特定パターン候補が来た
ときには比較が１０５，１０６で行なわれる。

その結果、１０６により距離が大きく離れておれば１１
２がオンとなジ特定パターン検出信号１６によりカウン
タ９７が動作し、２番目の特定パターン設定信号ｂ２が
生じて記憶回路９３゜９４に特定パターンの類似度と座
標が記憶される。

このようにして最終結果として、存在する特定パターン
の個数分だけの類似度および座標が記憶回路に記憶され
、（１９，” 、 １９１”）〜（１９誓。

１９１）に出力される。

以上の例の中で５．６．７の回路に使った計数回路５２
，６１．７１の具体的な回路を第１１図に、また９の回
路に使ったカウンタ９７の具体的な回路例を第１２図に
示す。

計数回路は論理的に“１“となっている信号線の数を数
える回路であり、第１１図に示したものは、計数の対象
となるＰ、〜Ｐｎのｎ本の信号弁のパルスを２０３とし
てシフトレジスタ２０１に、送す、シフトレジスタ２０
１ではシフトパルス力くるごとに場所を変えながらアン
ドゲート２０４の１ゲートを選択し、そのゲートに入力
されている信号Ｐ、〜Ｐｎを判定し、オアゲート２０５
を通してカウンタ２０２でカウントする。

シフトレジスタ２０１がｎパルス受けて１巡すると、カ
ウンタ２０２にはＰ、〜Ｐｎのうち“１“となっている
信号の個数分数えられている。

第１２図に示すカウンタ９Ｔは、４４によってリセット
され、１０４によって順番に信号線をオンにしていくシ
フトレジスタ２１０，２１１によって構成される。

カウントパルス１０４がくると１ずシフトレジスタ２１
０が動作して左から順番に信号をオンにしていく。

このカウントパルス１０４はつぎに遅延回路２１２によ
って４時間遅らされたあと、シフトレジスタ２１０でオ
ンした線量線に相当するシフトレジスタ２１１０線号線
がオンとなり特定パターン候補存在信号ａ１〜ａｎが出
力される。

このとき２１０がオンになシ２１１がオフであるところ
の信号線は２１３のゲートで判定され、遅延回路２１２
の遅延時間ｔの幅をもつパルス力、特定パターン候補設
定パルスとしてす、〜ｂｒｌのいずれかから出力される
。

以上述べたように、本発明によると、複雑な対象パター
ンの中から特定なパターンだけを抽出し、複数個の特定
パターンの対象パターン中に存在する位置を、もつとも
特定パターンに近い位置として精度よく求めることがで
きる。

ここで特定パターンは点対称形状という条件下で、大き
さや形を一種類に限定することなく、許容できる幅をも
っていて、それは部分パターンや中心領域、周辺領域の
取り方および特定パターン検出の際に用いたＭｍｉｎや
ＮｍａｘやＬｍａｘの設定値によって決１す、ここで述
べた例は本発明の範囲を限定、縮小するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は対象パターン、部分パターン、特定パターンの
関係を示す説明図、第２図、第３図は切出された部分パ
ターンが特定パターン（円の場合）であるか否かを認識
するための処理領域を示す説明図、第４図は本発明の一
実施例の構成図、第５図は撮像画とタイミング信号との
関係を示す説明図、第６図〜第１２図は該実施例の部分
説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空間的に離散化され、明暗状態を表わす映像信号を
   対象パターンとして得る第１の手段と、該対象パターン
   から所定の２次元的部分パターンを順次切出す第２の手
   段と、それぞれの部分パターンの基準点に対する点対称
   度から特定パターンとの類似度を求める第３の手段と、
   該類似度に基づき、特定パターンと最も類似する部分パ
   ターンを決定する第４の手段と、決定された部分パター
   ンの基準点に対応する位置を上記特定パターンの存在位
   置として出力する第５の手段とからなることを特徴とす
   る特定パターン抽出装置。 ２ 前記第３の手段は、前記部分パターンの中心領域、
   中間領域および周辺領域の少くとも１つの領域における
   特定パターンとの類似度を求める手段からなる請求範囲
   第１項記載の特定パターン抽出装置。