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JPH0782548B2 - Circle figure center detection method - Google Patents
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JPH0782548B2 - Circle figure center detection method - Google Patents

Circle figure center detection method

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JPH0782548B2
JPH0782548B2 JP62165448A JP16544887A JPH0782548B2 JP H0782548 B2 JPH0782548 B2 JP H0782548B2 JP 62165448 A JP62165448 A JP 62165448A JP 16544887 A JP16544887 A JP 16544887A JP H0782548 B2 JPH0782548 B2 JP H0782548B2
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circular
circle
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英已 安井
敬一 宮本
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【発明の目的】[Object of the Invention]

(産業上の利用分野) この発明は、2値化処理されたディジタル画像内に含ま
れる円図形の中心を検出するのに利用する円図形の中心
検出方法に関するものである。 (従来の技術) 従来、2値化処理されたディジタル画像内の円図形の中
心を検出する方法としては、第13図(a)に示すディジ
タル画像f(i,j)に対して、第13図(b)に示すマッ
チング・フィルタh(l1,l2)を用いるものがあった。 ディジタル画像f(i,j)は、N×N個の画素から成る
ものであって、入力または前処理後の円図形Rと図示し
ない雑音とが含まれており、これらの撮像部分を“1"と
し、他の部分を“0"としている。マッチング・フィルタ
h(l1,l2)は、M×M個の画素から成るものであり、
前記円図形Rの輪郭に対応する画素に“1"をセットし、
他の画素に“0"がセットしてある。 前記ディジタル画像f(i,j)にマッチング・フィルタ
h(l1,l2)を重ね合わせ、次の式に基づいて互いの画
素値を乗算することにより、フィルタ出力g(i,j)を
得ることができる。 前記円図形Rの中心を検出するには、ディジタル画像f
(i,j)上をマッチング・フィルタh(l1,l2)で走査す
ると共に、ディジタル画像f(i,j)の全画素について
上記フィルタ出力g(i,j)を求める。そして、フィル
タ出力g(i,j)が最大となるマッチング・フィルタh
(l1,l2)の位置、つまり、円図形Rとマッチング用の
円とが一致した際のマッチング・フィルタh(l1,l2
の位置により、前記円図形Rの中心を検出する。 (発明が解決しようとする問題点) ところが、上記した従来の円図形の中心検出方法にあっ
ては、マッチング・フィルタh(l1,l2)を用いていた
ため、当然、円図形Rに応じて予め画素をセット(フィ
ルタ係数を設定)しておく必要があり、この際、フィル
タ係数は円図形Rの線幅とも一致させねばならない。こ
のため、例えば、円図形の半径が変化するような場合、
画像が変わる毎に予め用意したフィルタ係数を用いる必
要があり、中心検出のための処理がきわめて複雑である
という問題点があった。 (発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目して成され
たもので、マッチング・フィルタを廃止すると共に、中
心検出のための処理を簡略化することができ、円図形の
位置や大きさが変化する場合であっても、容易に中心を
検出することができる円図形の中心検出方法を提供する
ことを目的としている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circle figure center detection method used to detect the center of a circle figure included in a digital image that has been binarized. (Prior Art) Conventionally, as a method for detecting the center of a circular figure in a binarized digital image, a method for detecting the center of a digital image f (i, j) shown in FIG. Some use the matching filter h (l 1 , l 2 ) shown in FIG. The digital image f (i, j) is composed of N × N pixels, contains a circular figure R after input or preprocessing, and noise (not shown). ", And other parts are" 0 ". The matching filter h (l 1 , l 2 ) is composed of M × M pixels,
Set "1" to the pixel corresponding to the contour of the circular figure R,
"0" is set in other pixels. A matching filter h (l 1 , l 2 ) is superposed on the digital image f (i, j), and the pixel values are multiplied by each other according to the following equations to obtain a filter output g (i, j). Obtainable. To detect the center of the circular figure R, the digital image f
The matching filter h (l 1 , l 2 ) is scanned over (i, j), and the filter output g (i, j) is obtained for all the pixels of the digital image f (i, j). Then, the matching filter h that maximizes the filter output g (i, j)
Matching filter h (l 1 , l 2 ) when the position of (l 1 , l 2 ), that is, the circular figure R and the matching circle match
The center of the circular figure R is detected from the position of. (Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described conventional method for detecting the center of a circle figure, since the matching filter h (l 1 , l 2 ) is used, the circle figure R is naturally used. It is necessary to set pixels (set filter coefficients) in advance, and at this time, the filter coefficient must also match the line width of the circular figure R. Therefore, for example, when the radius of a circle changes,
Since it is necessary to use a filter coefficient prepared in advance every time the image changes, there is a problem that the process for detecting the center is extremely complicated. (Object of the Invention) The present invention has been made in view of such a conventional problem, and can eliminate the matching filter and simplify the process for center detection. An object of the present invention is to provide a method for detecting the center of a circular figure that can easily detect the center even when the position or size of the object changes.

【発明の構成】[Constitution of the invention]

(問題点を解決するための手段) この発明による円図形の中心検出方法は、2値化処理さ
れたディジタル画像内の円図形の中心を検出するに際
し、任意の軸を中心とする対称範囲内の画素値を乗算し
てその関数を前記軸の出力とし、前記出力が極値となる
軸を異なる方向において二本検出し、このとき、関数
は、一方の軸をj、他方の時をiとし、画面寸法をN、
円図形の半径をn、各軸方向に対する1〜Nの領域の変
数をk、各軸を中心とした対称範囲を決定する1〜nの
領域の変数をlとして、 と定義されるものとし、出力が極値となった両軸の交点
を円図形の中心として検出することを特徴としている。 (実施例) 以下、この発明を図面に基づいて説明する。 第1図〜第5図は、この発明の一実施例を説明する図で
ある。 すなわち、ディジタル画像f(i,j)は、第1図に示す
ように、N×N個の画素から成るものであって、円図形
Rおよび図示しない雑音成分が含まれており、これらの
撮像部分の画素を“1"とし、他の画素を“0"としてい
る。なお、図中におけるx,yは、ディジタル画像f(i,
j)の横方向とこれに直交する縦方向とを示し、この実
施例では、中心検出のための軸を上記x,y方向に対応さ
せている。 前記円図形Rの中心を検出するにあたっては、まず、x,
y方向の軸j,iを中心とする対称範囲の画素値を乗算して
その関数[gx(j),gy(i)]を軸j,iの出力とし、こ
こでは、出力gx(j),gy(i)を次のように定義す
る。 ここで、演算に用いる画素数や変数等は、x,y方向に対
して共通の符号を用いており、上記式において、nは円
図形の半径、kは各軸j,iの方向に対する1〜Nの領域
の変数、lは各軸j,iを中心とした対称範囲を決定する
1〜nの領域の変数である。つまり、上記の式は、第1
図中に破線で示すように、軸j(軸i)を中心とする対
称な範囲において、対称位置となる全画素同士のAND演
算を行うものであって、軸j(軸i)の片側の最大範囲
は、N(画面寸法;画素の列)×n(円図形Rの半径)
である。 次に、各軸j,iをy,x方向にそれぞれ走査し、画面全域に
ついて前記各軸j,iの出力gx(j),gy(i)を求める。 第2図〜第4図は、主としてx方向の軸jを例に挙げ
て、上記の処理を模式的に説明する図である。前記軸j
は、ディジタル画像f(i,j)の上側からy方向へ走査
する。なお、説明の都合上、円図形Rがディジタル画像
f(i,j)のほぼ中央に位置するものとし、走査位置を
示すために軸jに符号a〜cを付記する。 まず、第2図(a)に示すように、軸jaが円図形Rを横
断しておらず、破線で示す対称範囲の下側に円図形Rの
一部が含まれている場合には、第2図(b)に示すよう
に対称範囲の下側を上側に折り重ねたものとして択える
と、対称位置の画素同士が“0,0"および“0,1"であるか
ら、前述した出力の定義により、軸jaの出力gx(ja)は
「0」となる。次に、第3図(a)に示すように、軸jb
が円図形Rの円周寄りを横断している場合には、同様に
して第3図(b)の如く対称範囲を折り重ねると、円図
形Rが部分的に重なり、画素同士が“1,1"となった分の
出力gx(jb)が得られる。 さらに、第4図(a)に示すように、軸jcが円図形Rの
中心を横断している場合には、第4図(b)に示すよう
に、円図形Rが半分に折り重なる状態となり、画素同士
が“1,1"となる範囲が最大となる結果、出力gx(jc)が
最大値(極値)となる、換言すれば、出力の最大値を与
える位置の軸jcが円図形Rの対称軸である。したがっ
て、y方向の軸iについても同様の処理を行うことによ
り、第4図(c)に示すように、出力gy(i)が最大と
なる軸icを検出することができ、その結果、上記軸jc,i
cの交点Cを円図形Rの中心として検出することができ
る。なお、実際には、ディジタル画像f(i,j)の全域
について処理を行うため、第1図に示すような連続した
出力線を得ることができる。この場合、上述の説明から
明らかなように円図形Rの所定の線幅を有するため、出
力線は、円図形Rの対称軸に対応する部分でピークとな
り、その両側で徐々に減少する形態を成す。また、ディ
ジタル画像f(i,j)に雑送成分が含まれているため、
出力線は、円図形Rが存在しない部分で値を示すことも
あるが、軸対称状の大きな雑音成分が存在することは皆
無であるため、中心検出に影響することは無い。 第5図は、ディジタルコンピュータにおける上記処理の
過程を説明するフローチャートである。 まず、ステップ10において、画像データ、つまり、2値
化処理されたディジタル画像f(i,j)を入力すること
によって、ステップ11において画面寸法(画素の例)N
および定数Aを設定し、前記定数Aによってディジタル
画像f(i,j)上の円図形の半径を設定する。前記定数
Aは、例えば、撮像される実際の円図形の寸法や、撮像
装置の特性などによって定める。 次に、ステップ12において、x,y方向の出力の最大値を
プログラム中のダミー変数x max,y maxとしてこれらを
零に設定すると共に、x,y方向に同時に計算を行う都合
上、求めようとする軸(対称軸)ic,jcを軸iとして零
に設定する。さらに、ステップ13において、軸iの値を
i+1におき換えると共に、各方向の軸の出力gx
(i),gy(i)を零に設定し、軸の方向における画面
寸法領域の変数kを零としたのち、ステップ14におい
て、前記変数kをk=1におき換えると共に、軸を中心
とする対称範囲を決定する変数lを零とし、続いてステ
ップ15において、前記変数lをl+1とおき換える。 次に、ステップ16においては、軸iの値、対称範囲の変
数lおよび画面寸法Nを用いた関数に基づく演算値α,
βを求め、ステップ17において、前記演算部α,βを用
いて軸の出力gx(i),gy(i)を求める。こののち、
ステップ18において、対称範囲の変数lの値が円図形の
半径nの値以上であるか否かを比較し、以上(yes)の
場合には、ステップ19に進み、以下(no)の場合には、
図中で示すようにステップ15に戻る。ステップ19にお
いては、軸の方向に対する変数kの値が画面寸法Nの値
以上であるか否かを比較し、以上(yes)の場合にはス
テップ20に進み、以下(no)の場合には、図中で示す
ようにステップ14に戻る。ステップ20においては、x方
向の軸の出力gx(i)の値がダミー変数の最大値xmax
上であるか否かを比較し、以上(yes)の場合にはステ
ップ21において、ダミー変数の最大値xmaxと軸出力gx
(i)とが等しいとすると共に、軸iを求めようとして
いたx方向の対称軸icとおき換えたのちステップ22に進
み、以下(no)の場合には、前記ステップ21を省略して
ステップ22に進む。ステップ22においては、y方向の軸
の出力gy(i)の値がダミー変数の最大値ymax以上であ
るか否かを比較し、以上(yes)の場合にはステップ23
において、ダミー変数の最大値ymaxと軸出力gy(i)と
が等しいとすると共に、軸iを求めようとしていたy方
向の対称軸jcとおき換えたのちステップ24に進み、以下
(no)の場合には、前記ステップ23を省略してステップ
24に進む。ステップ24においては、軸iの値が画面寸法
Nの半分の値以上であるか否かを比較し、以上(yes)
の場合には、ステップ25に進んで一対の対称軸ic,jcの
交点から円図形の中心座標を検出し、以下(no)の場合
には、図中で示すようにステップ13に戻る。 つまり、上記実施例で説明した円図形の中心検出方法に
よれば、円図形Rが移動したり、その半径が変化したり
することがあっても確実に前記円図形Rの中心を検出す
ることができ、意図的に円図形Rの半径を変更する場合
には、その値nを変更するだけで良いので、操作もきわ
めて簡単なものとする。また、任意の軸i,jを中心とし
た対称範囲全域について演算を行うことも当然可能であ
るが、上記実施例のように、円図形Rの半径nを領域と
する変数lによって対称範囲を決定することにより、確
実な中心検出を損うことなく計算量を減少させることが
できる。 (応用例) 第6図〜第11図は、この発明の応用例を説明する図であ
って、無重力もしくは極低重力環境で被溶融物を加熱溶
融するのに用いる溶融装置に応用した場合を例に示して
いる。 すなわち、溶融装置30は、第6図に示すように、円筒形
を成すケーシング31の内部を二枚の隔壁32a,32bで区切
って三つの収容室33a,33b,33cを形成し、一方側(第6
図では上側)の収容室33a内に、レートジャイロ34と、
バッテリー35と、コンピュータ36と、出力分配装置37と
を収容すると共に、中間の収容室33b内に、略球形を成
す炉体38を収容し、他方の収容室33c内にスラスタ39の
燃料ボンベ40を収容している。前記スラスタ39は、ケー
シング31の側面の数個所に設けてあり、適宜の方向に開
口する複数の噴射ノズル39aを備えている。 前記炉体38は、当該炉体38の中心に向けて開口する複数
の照射部41を外側へ突出させた状態で備えている。照射
部41は、その内側に放物面から成る反射面を有すると共
に、頂点位置の内側にハロゲンランプやキセノンランプ
等のランプを備え、前記頂点位置の外側には、炉体38内
の熱を吸収し発散させるためのヒートシンク41aが設け
てある。前記照射部41は、照射効率の向上を図るため
に、炉体38の内面に対して正多面体の頂点に対応する配
置で設けてあり、第7図に示すように、炉体38の略中心
に浮遊している被溶融物Mに集中的に光を照射し、前記
被溶融物Mを加熱溶融する。 また、前記炉体38には、被溶融物Mの位置を検出するた
めの二組のカメラ42a,42b,43a,43bが設けてある。この
位置検出の手段は、異なる方向から得た二次元画像によ
って三次元座標上の物体の位置検出を行うステレオ・カ
メラ方式に基づくものであるが、ここでは、炉体38の中
心線上で相対向する一対のカメラ42a,42b(43a,43b)を
一組としている。前記カメラ42a,42b,43a,43bは、第8
図に示すように照射部41の配置が正8面体に基づく場
合、炉体38および対向する三角形の各中心を通る線上で
各々相対向するように設定してある。また、各カメラ42
a,42b,43a,43bには、対向するカメラが視野に入るた
め、被溶融物Mと反射率や形状の異なるフィルタ44が設
けてあり、撮像した被溶融物Mを明確にする。前記各カ
メラ42a,42b,43a,43bは、コンピュータ36に接続してあ
る。 ここで、この発明による円図形の中心検出方法は、上記
コンピュータ36における信号処理に用いられており、各
カメラ42a,42b,43a,43bで捉えた二次元画像を入力し、
先の実施例に基づいて円図形である被溶融物Mの中心位
置を検出したのち、三次元座標上の位置を検出する。 上記溶融装置30は、無重力もしくは極低重力環境におい
て浮遊しながら、炉体38の中心に浮遊する被溶融物Mと
加熱溶融し、この間、炉体38と被溶融物Mとに相対的な
変位が生じると、レートジャイロ34からの姿勢制御用の
信号と、各カメラ42a,42b,43a,43bからの画像信号とを
コンピュータ36に入力して前記変位を実時間で処理し、
さらに、その変位に追従させるための位置制御量を計算
して出力分配装置37に指令信号を送ることにより、スラ
スター39のうちの選択されたノズル39aからガスを噴射
してその推力で移動する。したがって、上記溶融装置30
は、炉体38と被溶融物Mとの変位に追従して移動し、前
記被溶融物Mを常に炉体38の中心に保つように動作す
る。 また、炉体38内をカメラで捉える場合、照射部41の光が
強力で画像に影響を及ぼすため、前記照射部41の部分が
実質上死角となる。ところが、上記溶融装置30は、一つ
の二次元画像を一対のカメラ42a,42b(43a,43b)で捉え
ているため、第9図に示すように、死角となる部分Dを
互いに補足し合うことが、結果として視野を拡大するこ
とができると共に、検出精度を向上させることができ
る。さらに、上記の位置検出には、少なくとも4台のカ
メラが必要となるが、コンピュータ36において当該円図
形の中心検出方法を用いているため、カメラ42a,42b,43
a,43bから入力した信号の処理を大幅に簡略化すること
ができる。 なお、上述したように照射部41の配置が正8面体に基づ
く場合や、第10図(a)(b)に示すように、正12面体
および正20面体に基づく場合には、平行を成す三角形も
しくは五角形同士が両者の中心軸まわりにずれている状
態であるため、この中心軸上で一対のカメラを相対向さ
せることにより、互いの死角部分を補足することができ
る。また、第11図(a)(b)に示すように、照射部41
の配置が正6面体に基づく場合には、一つの四角形にお
ける中心から所定距離lの分だけ離れた点と、炉体38の
中心点とを結ぶ線上に一対のカメラ42a,42bを設けるこ
とにより、各カメラ42a,42bの死角となる部分が重なる
のを防ぐことができる。前記距離lの値は、炉体38の直
径や照射部41の寸法によって適宜設定することができ
る。 第12図は、この発明の他の応用例を説明する図であっ
て、無重力もしくは極低重力環境にて微少な加速度を測
定するのに用いる加速度測定装置に応用した場合を例示
してい。 すなわち、加速度測定装置50は、密閉空間51を形成する
容器52と、前記密閉空間51に浮遊する目標物53と、前記
目標物53の変位を検出するための画像処理装置54と、前
記画像処理装置54からの出力信号を時間で二階微分して
出力する微分演算装置55と、前記目標物53を測定開始位
置に復帰させるための一対のアーム56,56とを備えてい
る。 前記容器52は、カップ状を成す一対の容器部材52a,52b
を結合して密閉空間51を形成するもので、その内部は真
空(例えば10-7Torr程度)状態に保たれている。前記目
標物53は、三次元的な変位測定に最も好適である球形を
成しており、例えば硫化カルシウムや硫化バリウム等を
素材とする燐光体53aで被覆してある。 前記画像処理装置54は、二つの二次元画像処理器57a,57
bと、三次元座標計算器58とを備えている。前記二次元
画像処理器57a,57bは、TVカメラ方式あるいはファイバ
方式などを利用した画像入力部59a,59bを備えており、
各画像入力部59a,59bを容器52の壁部に取付けている。
このとき、一方の画像入力部59aは、密閉空間51内のx
軸,y軸に基づく二次元画像を捉える位置にあり、他方の
画像入力部59bは、密閉空間51内のy軸,z軸に基づく二
次元画像を捉える位置にある。ここで、この発明による
円図形の中心検出方法は、上記各二次元画像処理器57a,
57bにおける信号処理に用いられており、円図形である
目標物53の中心位置を各二次元座標上に検出する。ま
た、三次元座標計算器58は、両二次元画像処理器57a,57
bからのデータに基づいて、三次元座標上の目標物53の
変位x(t),y(t),z(t)を検出し、これをデータ
として微分演算装置55に送る。 前記微分演算装置55は、二つの微分器60a,60bを接続し
て成るものであって、画像処理装置54から入力した目標
物53の変位x(t),y(t),z(t)を時間で二階分解
することにより、x,y,z軸方向の加速度(t),
(t),(t)を算出する。この微分演算装置55に
は、算出した加速度の表示装置(記録計類を含む)61
と、アーム56,56の駆動装置62とが接続してある。 前記アーム56は、容器52の相対向する端部から摺動可能
に挿通したロッド63を備えると共に、密閉空間51内にお
ける前記ロッド63の先端にカップ状の挟持部63aを形成
し、さらに、この挟持部63aの開口部周囲に、全体とし
てロッド63の軸線を中心にして放射状を成す多数のスポ
ーク64が設けてあると共に、前記挟持部63aの底部に照
明灯65が設けてある。各スポーク64,64は、対向するア
ーム56側へ先端部を寄せて傾斜した状態にあり、両アー
ム56,56が互いに接近した際、目標物53の直径よりも小
さいクリアランスをもって交互に食違うようになってい
る。なお、画像入力部59a,59bの位置するスポーク64
は、適宜切欠くか透明の材料とする。 上記の加速度測定装置50は、例えば、超高層大気圏にお
いて地球周回軌道を航行する航行体に取付けて測定を行
う。つまり、加速度測定装置50は、上記軌道を航行する
ための遠心力と地球の引力とのつり合いによって無重力
状態であると見なすことができ、とくに目標物53は、容
器52内のきわめて稀薄なガスとの相対速度を無視できる
大きさであるため、この容器52内で無重力下における等
速度運動を行っている状態にある。ところが、航行体
は、周囲の希薄大気による空力抵抗を受けて減速する。
したがって、当該加速度測定装置50にも上記の減速が作
用することから、等速度運動を保っている目標物53が容
器52に対して変位した状態となり、このときの変位から
加速度を測定することができる。このように、航行体の
減速によって動作する場合には、加速度は、表示装置61
に−(t),−(t),−(t)として表示され
る。 また、上記の測定を行うにあたっては、まず、照明灯65
を点灯し、これとともに両アーム56,56を互いに接近さ
せることにより、目標物53を両ロッド63,63の軸線上に
移動させて両挟持部63a,63aで挟持する。このとき、目
標物53は、密閉空間51のほぼ中央に位置する。次いで、
アーム56,56の後退と共に、所定時間経過後に消灯し、
目標物53を発光させた状態にして測定を行う。この測定
は、目標物53が容器52やアーム56に接触するまで行うこ
とができ、その後は、微分演算装置55から駆動装置62に
リセットの信号を送ることにより、アーム56の駆動や照
明灯65の点滅を自動的に行って測定を再開することがで
きる。 上記の加速度測定装置50は、画像処理装置54に当該円図
形の中心検出方法を用いているため、測定精度を何ら損
うことなく信号処理を簡略化することができる。また、
加速度測定装置50は、燐光体53aで被覆した目標物53を
用いているため、例えば容器内を照明しながら測定する
場合に比べると、容器内面による反射等が無く、捉えた
画像を著しく明確にすることができ、誤検出の防止や消
費電力の節約などを実現することができる。なお、照明
灯は、例えば、容器52に設けても良いが、上記説明の如
くアーム56に設けた構成とすれば、目標物53への照射を
乃至距離で行うことができ、発光作用の向上や電力の節
約により一層効果的である。
(Means for Solving the Problems) The method for detecting the center of a circle figure according to the present invention detects the center of a circle figure in a digital image that has been binarized within a symmetrical range about an arbitrary axis. Of the pixel values of the axes are multiplied by the output values of the axes, and two axes having the extreme values of the outputs are detected in different directions. At this time, the function is j on one axis and i on the other side. And the screen size is N,
Let n be the radius of the circular figure, k be the variable in the region of 1 to N with respect to each axial direction, and be 1 be the variable of the region of 1 to n that determines the symmetry range around each axis. It is characterized in that the intersection of both axes where the output becomes an extreme value is detected as the center of the circular figure. (Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 are views for explaining an embodiment of the present invention. That is, the digital image f (i, j) is composed of N × N pixels as shown in FIG. 1, and contains a circular figure R and a noise component (not shown). Partial pixels are "1" and other pixels are "0". In the figure, x and y are digital images f (i,
The horizontal direction of j) and the vertical direction orthogonal thereto are shown. In this embodiment, the axes for center detection correspond to the x and y directions. To detect the center of the circular figure R, first, x,
The function [gx (j), gy (i)] is used as the output of the axis j, i by multiplying the pixel values in the symmetrical range around the axis j, i in the y direction, and here the output gx (j) , gy (i) is defined as follows. Here, the number of pixels, variables, etc. used in the calculation use common signs in the x and y directions, and in the above equation, n is the radius of the circular figure and k is 1 with respect to the directions of the axes j and i. Is a variable in the region of 1 to n, and l is a variable in the region of 1 to n that determines the symmetric range about each axis j, i. That is, the above equation becomes
As shown by the broken line in the drawing, AND operation is performed on all pixels at symmetrical positions in a symmetrical range centered on the axis j (axis i). The maximum range is N (screen size; pixel row) x n (radius of circular figure R)
Is. Next, the axes j, i are scanned in the y, x directions, respectively, and the outputs gx (j), gy (i) of the axes j, i are obtained for the entire screen. 2 to 4 are diagrams for schematically explaining the above-mentioned processing, taking the axis j in the x direction as an example. The axis j
Scan in the y direction from the upper side of the digital image f (i, j). For convenience of explanation, it is assumed that the circular figure R is located substantially at the center of the digital image f (i, j), and the symbols a to c are added to the axis j to indicate the scanning position. First, as shown in FIG. 2A, when the axis ja does not cross the circular figure R and a part of the circular figure R is included below the symmetric range indicated by the broken line, As shown in FIG. 2 (b), if the lower side of the symmetrical range is folded upward, the pixels at symmetrical positions are "0,0" and "0,1". According to the output definition, the output gx (ja) of the axis ja is "0". Next, as shown in FIG. 3 (a), the axis jb
If the circle crosses the circumference of the circle R, the circle R is partially overlapped as shown in FIG. 3 (b) and the circle R partially overlaps with each other. The output gx (jb) for 1 "is obtained. Further, when the axis jc crosses the center of the circular figure R as shown in FIG. 4 (a), the circular figure R is folded in half as shown in FIG. 4 (b). , As a result of maximizing the range where pixels are "1,1", the output gx (jc) becomes the maximum value (extreme value). In other words, the axis jc of the position that gives the maximum output value is a circle It is the axis of symmetry of R. Therefore, by performing the same process for the axis i in the y direction, as shown in FIG. 4 (c), the axis ic that maximizes the output gy (i) can be detected. Axis jc, i
The intersection C of c can be detected as the center of the circular figure R. In practice, since the entire area of the digital image f (i, j) is processed, it is possible to obtain a continuous output line as shown in FIG. In this case, as is clear from the above description, since the circular figure R has a predetermined line width, the output line has a peak at a portion corresponding to the axis of symmetry of the circular figure R and gradually decreases on both sides thereof. Make up. Also, since the digital image f (i, j) contains miscellaneous components,
The output line may show a value in a portion where the circular figure R does not exist, but since there is no large axially symmetric noise component, it does not affect the center detection. FIG. 5 is a flow chart for explaining the process of the above process in the digital computer. First, in step 10, by inputting image data, that is, the binarized digital image f (i, j), in step 11, the screen size (example of pixel) N
And a constant A are set, and the radius of the circular figure on the digital image f (i, j) is set by the constant A. The constant A is determined by, for example, the size of the actual circular figure to be imaged, the characteristics of the imaging device, and the like. Next, in step 12, the maximum values of the outputs in the x and y directions are set to zero as dummy variables x max and y max in the program, and at the same time, the calculation is performed in the x and y directions at the same time. The axis (symmetry axis) ic, jc is set to zero as the axis i. Further, in step 13, the value of the axis i is replaced with i + 1 and the output gx of the axis in each direction is changed.
(I) and gy (i) are set to zero, and the variable k of the screen size area in the direction of the axis is set to zero. Then, in step 14, the variable k is replaced with k = 1 and the axis is set to the center. The variable l for determining the symmetry range to be set is set to zero, and then in step 15, the variable l is replaced with l + 1. Next, in step 16, the value of the axis i, the symmetric range variable l, and the calculated value α based on the function using the screen size N,
β is obtained, and in step 17, the outputs gx (i) and gy (i) of the axes are obtained using the arithmetic units α and β. After this,
In step 18, it is compared whether or not the value of the variable l in the symmetric range is greater than or equal to the value of the radius n of the circular figure. If it is more than (yes), the process proceeds to step 19, and if it is less than (no), Is
Return to step 15 as shown. In step 19, it is compared whether or not the value of the variable k with respect to the direction of the axis is greater than or equal to the value of the screen size N. If it is more than (yes), the process proceeds to step 20, and if it is less than (no), , Return to step 14 as shown. In step 20, it is compared whether or not the value of the output gx (i) of the axis in the x direction is equal to or more than the maximum value x max of the dummy variable, and if it is (yes), in step 21, the dummy variable Maximum value x max and shaft output gx
(I) is equal, and the axis i is replaced with the symmetry axis ic in the x direction that was to be obtained, and then the process proceeds to step 22. In the following case (no), the step 21 is omitted and the step is omitted. Proceed to 22. In step 22, it is compared whether or not the value of the y-axis output gy (i) is greater than or equal to the maximum value y max of the dummy variable, and if it is greater than or equal to (yes), step 23
, The maximum value y max of the dummy variable is equal to the axis output gy (i), and the axis i is replaced with the symmetric axis jc in the y direction that was to be obtained, and then the process proceeds to step 24, and the following (no) In the case of,
Proceed to 24. In step 24, it is compared whether or not the value of the axis i is equal to or more than half the value of the screen size N, and the result is (yes)
In the case of, the process proceeds to step 25 to detect the center coordinates of the circular figure from the intersection of the pair of symmetry axes ic and jc, and in the case of (no) below, the process returns to step 13 as shown in the figure. That is, according to the circle figure center detection method described in the above embodiment, the center of the circle figure R can be reliably detected even if the circle figure R moves or its radius changes. When the radius of the circular figure R is intentionally changed, it is sufficient to change the value n, and therefore the operation is extremely simple. Further, it is of course possible to carry out the calculation over the entire symmetric range centered on an arbitrary axis i, j, but as in the above embodiment, the symmetric range is defined by the variable l having the radius n of the circular figure R as the region. By making the determination, the amount of calculation can be reduced without impairing reliable center detection. (Application Example) FIGS. 6 to 11 are views for explaining an application example of the present invention, showing a case where the present invention is applied to a melting apparatus used for heating and melting a material to be melted in a zero gravity or extremely low gravity environment. Shown in the example. That is, as shown in FIG. 6, the melting device 30 divides the inside of a cylindrical casing 31 by two partition walls 32a, 32b to form three storage chambers 33a, 33b, 33c, and one side ( Sixth
In the accommodation chamber 33a (upper side in the figure), a rate gyro 34 and
A battery 35, a computer 36, and an output distribution device 37 are housed, a furnace body 38 having a substantially spherical shape is housed in an intermediate housing chamber 33b, and a fuel cylinder 40 of a thruster 39 is housed in the other housing chamber 33c. Are housed. The thruster 39 is provided at several places on the side surface of the casing 31, and is provided with a plurality of injection nozzles 39a that are opened in appropriate directions. The furnace body 38 is provided with a plurality of irradiation portions 41 that open toward the center of the furnace body 38 and are projected outward. The irradiation unit 41 has a reflecting surface formed of a parabolic surface inside thereof, and is provided with a lamp such as a halogen lamp or a xenon lamp inside the vertex position, and the heat inside the furnace body 38 is provided outside the vertex position. A heat sink 41a for absorbing and diverging is provided. In order to improve the irradiation efficiency, the irradiation part 41 is provided in an arrangement corresponding to the apex of the regular polyhedron with respect to the inner surface of the furnace body 38, and as shown in FIG. The material M to be melted floating in the interior is irradiated with light intensively to heat and melt the material M to be melted. Further, the furnace body 38 is provided with two sets of cameras 42a, 42b, 43a, 43b for detecting the position of the melted material M. This position detecting means is based on the stereo camera method for detecting the position of the object on the three-dimensional coordinates by the two-dimensional images obtained from different directions, but here, it is opposed to each other on the center line of the furnace body 38. A pair of cameras 42a, 42b (43a, 43b) are set as one set. The cameras 42a, 42b, 43a, 43b are
As shown in the figure, when the irradiation parts 41 are arranged in a regular octahedron, the irradiation parts 41 are set to face each other on a line passing through the furnace body 38 and the centers of the opposing triangles. Also, each camera 42
The a, 42b, 43a, and 43b are provided with filters 44 having different reflectances and shapes from those of the melted object M so that the cameras facing each other are in the field of view to clarify the imaged melted object M. Each of the cameras 42a, 42b, 43a, 43b is connected to the computer 36. Here, the circle figure center detection method according to the present invention is used for signal processing in the computer 36, and inputs a two-dimensional image captured by each of the cameras 42a, 42b, 43a, 43b,
After detecting the center position of the melted object M which is a circular figure based on the previous embodiment, the position on the three-dimensional coordinates is detected. The melting device 30 heats and melts with the melted material M floating in the center of the furnace body 38 while floating in a zero-gravity or extremely low-gravity environment, and during this time, relative displacement between the furnace body 38 and the melted material M. When occurs, the signal for attitude control from the rate gyro 34 and the image signal from each camera 42a, 42b, 43a, 43b are input to the computer 36 to process the displacement in real time,
Further, by calculating a position control amount for following the displacement and sending a command signal to the output distribution device 37, gas is ejected from the selected nozzle 39a of the thruster 39 and moved by its thrust. Therefore, the melting device 30
Moves following the displacement between the furnace body 38 and the melted material M, and operates so as to always keep the melted material M at the center of the furnace body 38. Further, when the inside of the furnace body 38 is captured by a camera, the light of the irradiation unit 41 is strong and affects the image, so that the portion of the irradiation unit 41 substantially becomes a blind spot. However, since the melting device 30 captures one two-dimensional image with the pair of cameras 42a, 42b (43a, 43b), as shown in FIG. 9, the blind spots D should be complemented with each other. However, as a result, the field of view can be expanded and the detection accuracy can be improved. Further, at least four cameras are required for the position detection, but since the computer 36 uses the center detection method of the circular figure, the cameras 42a, 42b, 43 are used.
It is possible to greatly simplify the processing of signals input from a and 43b. In addition, when the arrangement of the irradiation unit 41 is based on a regular octahedron as described above, or based on a regular dodecahedron and a regular icosahedron, as shown in FIGS. Since the triangles or pentagons are displaced from each other about their central axes, the blind spots can be complemented by making a pair of cameras face each other on this central axis. Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, the irradiation unit 41
When the arrangement is based on a regular hexahedron, by providing a pair of cameras 42a and 42b on the line connecting the center point of the furnace body 38 and the point separated from the center of one quadrangle by a predetermined distance l. It is possible to prevent the blind spots of the cameras 42a and 42b from overlapping. The value of the distance 1 can be appropriately set depending on the diameter of the furnace body 38 and the size of the irradiation section 41. FIG. 12 is a diagram for explaining another application example of the present invention, and illustrates an example of application to an acceleration measuring device used for measuring a minute acceleration in a zero gravity or extremely low gravity environment. That is, the acceleration measuring device 50 is a container 52 forming a closed space 51, a target 53 floating in the closed space 51, an image processing device 54 for detecting the displacement of the target 53, and the image processing. A differential operation device 55 for second-order differentiating an output signal from the device 54 and outputting it, and a pair of arms 56, 56 for returning the target object 53 to the measurement start position are provided. The container 52 is a pair of cup-shaped container members 52a, 52b.
To form a closed space 51, and the inside thereof is kept in a vacuum state (for example, about 10 −7 Torr). The target 53 has a spherical shape most suitable for three-dimensional displacement measurement, and is covered with a phosphor 53a made of, for example, calcium sulfide or barium sulfide. The image processing device 54 includes two two-dimensional image processors 57a, 57.
It is provided with b and a three-dimensional coordinate calculator 58. The two-dimensional image processor 57a, 57b is equipped with an image input unit 59a, 59b using a TV camera system or fiber system,
The image input sections 59a and 59b are attached to the wall of the container 52.
At this time, one of the image input units 59a displays the x in the closed space 51.
The two-dimensional image based on the axes and the y-axis is located, and the other image input unit 59b is located in the position to capture the two-dimensional image based on the y-axis and the z-axis in the closed space 51. Here, the method of detecting the center of a circular figure according to the present invention, the two-dimensional image processor 57a,
It is used for signal processing in 57b, and detects the center position of the target object 53 which is a circular figure on each two-dimensional coordinate. Further, the three-dimensional coordinate calculator 58 is a two-dimensional image processor 57a, 57
Based on the data from b, the displacement x (t), y (t), z (t) of the target 53 on the three-dimensional coordinates is detected, and this is sent to the differential operation device 55 as data. The differential operation device 55 is configured by connecting two differentiators 60a and 60b, and the displacement x (t), y (t), z (t) of the target object 53 input from the image processing device 54. The second-order factorization of time gives the acceleration (t) in the x, y, and z-axis directions,
Calculate (t) and (t). The differential calculation device 55 includes a display device (including a recorder) 61 for displaying the calculated acceleration.
And the drive device 62 for the arms 56, 56 are connected. The arm 56 includes a rod 63 slidably inserted from opposite ends of the container 52, and forms a cup-shaped holding portion 63a at the tip of the rod 63 in the closed space 51. Around the opening of the sandwiching portion 63a, a large number of spokes 64 are provided that are radially arranged around the axis of the rod 63 as a whole, and an illuminating lamp 65 is provided at the bottom of the sandwiching portion 63a. The spokes 64, 64 are in a state of being inclined with their tips approaching the opposing arm 56 side, and when both arms 56, 56 approach each other, they may stagger alternately with a clearance smaller than the diameter of the target 53. It has become. The spokes 64 where the image input units 59a and 59b are located
Is a notch or a transparent material. The acceleration measuring device 50 described above is mounted on a navigation body that orbits the earth in the upper atmosphere, for example, and performs measurement. That is, the acceleration measuring device 50 can be regarded as a zero gravity state due to the balance between the centrifugal force for navigating the orbit and the attractive force of the earth, and in particular, the target object 53 is an extremely dilute gas in the container 52. Since the relative velocity of is small enough to be ignored, the container 52 is in a state of performing uniform velocity motion under zero gravity. However, the navigation vehicle decelerates due to aerodynamic resistance caused by the surrounding rare atmosphere.
Therefore, since the above-mentioned deceleration also acts on the acceleration measuring device 50, the target object 53 maintaining a constant velocity motion is displaced with respect to the container 52, and the acceleration can be measured from the displacement at this time. it can. In this way, when operating by decelerating the navigation body, the acceleration is displayed by the display device 61.
Is displayed as-(t),-(t),-(t). In addition, when performing the above measurement, first,
Is turned on, and both arms 56, 56 are moved closer to each other, so that the target object 53 is moved on the axis of both rods 63, 63 and held by both holding portions 63a, 63a. At this time, the target object 53 is located substantially in the center of the closed space 51. Then
When the arms 56 and 56 move backward, the lights go out after a predetermined time has passed,
The measurement is performed with the target object 53 in a light emitting state. This measurement can be performed until the target object 53 comes into contact with the container 52 or the arm 56, and thereafter, the differential operation device 55 sends a reset signal to the drive device 62 to drive the arm 56 and the illumination lamp 65. The measurement can be restarted by automatically flashing. Since the acceleration measuring device 50 uses the method of detecting the center of the circular figure in the image processing device 54, the signal processing can be simplified without any loss of measurement accuracy. Also,
Since the acceleration measuring device 50 uses the target object 53 coated with the phosphor 53a, compared to, for example, a case where the inside of the container is measured while being illuminated, there is no reflection or the like due to the inner surface of the container, and the captured image is significantly clearer. Therefore, erroneous detection can be prevented and power consumption can be saved. The illuminating lamp may be provided, for example, in the container 52, but if it is provided in the arm 56 as described above, it is possible to irradiate the target object 53 at a distance or to improve the light emitting action. It is even more effective by saving electricity and electricity.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上説明してきたように、この発明の円図形の中心検出
方法によれば、従来用いていたマッチング・フィルタを
廃止し、且つ中心検出のための処理を著しく簡略化する
ことができると共に、円図形の位置や大きさが変化する
場合であっても、容易且つ確実に中心を検出することが
できるという優れた効果を奏し、処理に関する人為的な
操作の簡易化や処理装置への負荷の軽減および処理の高
速化などを実現することができる。
As described above, according to the method for detecting the center of a circular figure of the present invention, the matching filter used conventionally can be eliminated, and the processing for detecting the center can be remarkably simplified. Even if the position or size of the object changes, it has an excellent effect that the center can be detected easily and surely, simplifying the artificial operation related to the processing and reducing the load on the processing device. It is possible to realize high-speed processing and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例におけるディジタル画像お
よび軸の出力を示す説明図、第2図〜第4図は軸の走査
とともに行う処理過程を模式的に示す各々説明図、第5
図はディジタル・コンピュータにおける処理過程を説明
するフローチャート、第6図〜第11図はこの発明の応用
例を示し、第6図は溶融装置を部分的に破断して説明す
る斜視図、第7図は照射部による加熱溶融の状態を示す
説明図、第8図はカメラの配置を説明する斜視図、第9
図はカメラに対する死角部分を説明する斜視図、第10図
(a)(b)は照射部の配置を説明する正12面体および
正20面体の斜視図、第11図(a)(b)は照射部の配置
が正6面体に基づく場合のカメラの位置および軸線を示
す説明図、第12図はこの発明の他の応用例である加速度
測定装置を容器の断面とともに概略的に示す説明図、第
13図(a)(b)は従来におけるディジタル画像および
マッチング・フィルタを示す各々説明図である。 f(i,j)……ディジタル画像、 R……円図形、 i,j……軸、 gx(i),gy(j)……出力(軸の関数)。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a digital image and axis output in one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are explanatory diagrams each schematically showing a processing process performed together with axis scanning.
FIG. 6 is a flow chart for explaining the processing steps in a digital computer, FIGS. 6 to 11 show an application example of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view for partially explaining the melting apparatus and FIG. Is an explanatory view showing a state of heating and melting by the irradiation unit, FIG. 8 is a perspective view for explaining the arrangement of the camera, and FIG.
The figure is a perspective view for explaining a blind spot portion with respect to the camera, FIGS. 10 (a) and (b) are perspective views of a regular dodecahedron and a regular icosahedron for explaining the arrangement of the irradiation unit, and FIGS. 11 (a) and (b) are Explanatory drawing which shows the position and axis of a camera when arrangement | positioning of an irradiation part is based on a regular hexahedron, FIG. 12 is explanatory drawing which shows the acceleration measuring apparatus which is another application example of this invention with the cross section of a container schematically, First
13 (a) and 13 (b) are explanatory views showing a conventional digital image and matching filter, respectively. f (i, j) ... Digital image, R ... Circle figure, i, j ... Axis, gx (i), gy (j) ... Output (function of axis).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2値化処理されたディジタル画像内の円図
形の中心を検出するに際し、任意の軸を中心とする対称
範囲内の画素値を乗算してその関数を前記軸の出力と
し、前記出力が極値となる軸を異なる方向において二本
検出し、このとき、関数は、一方の軸をj、他方の軸を
iとし、画面寸法をN、円図形の半径をn、各軸方向に
対する1〜Nの領域の変数をk、各軸を中心とした対称
範囲を決定する1〜nの領域の変数をlとして、 と定義されるものとし、出力が極値となった両軸の交点
を円図形の中心として検出することを特徴とする円図形
の中心検出方法。
1. When detecting the center of a circular figure in a binarized digital image, a pixel value within a symmetrical range about an arbitrary axis is multiplied and the function is output as the axis. Two axes having the extreme values of the output are detected in different directions. At this time, the function has j as one axis and i as the other axis, the screen size is N, the radius of the circle is n, and each axis is Let k be a variable in the region of 1 to N with respect to the direction, and l be a variable of the region of 1 to n that determines the symmetric range around each axis. The method for detecting the center of a circle figure is characterized by detecting the intersection of both axes, where the output becomes an extreme value, as the center of the circle figure.
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