專利名稱:識(shí)別物體的方法
本發(fā)明涉及一種通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物體的輪廓線來(lái)識(shí)別物體的方法，在該方法中使用電視攝象機(jī)或與其類似的攝象設(shè)備。
識(shí)別物體的傳統(tǒng)方法是利用該物體相應(yīng)表面的沿進(jìn)行的，根據(jù)這個(gè)方法，將亮度急劇變化的點(diǎn)提作為沿，連接這些沿便形成一個(gè)線圖形。
下面將參照附圖1a至1b敘述使用輪廓線提取法識(shí)別圓形物體的步驟。首先，沿著相應(yīng)的掃描線對(duì)電視攝象機(jī)所攝制的原始圖象(如圖1a所示)進(jìn)行差分，從而取出一個(gè)其亮度急劇變化的輪廓線候選點(diǎn)(見(jiàn)圖1b)。然后，對(duì)這個(gè)點(diǎn)附近的象素進(jìn)行差分。在這些差分值中，選取具有最大差分值的那個(gè)象素作為與輪廓線候選點(diǎn)連續(xù)的點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程進(jìn)行了一定時(shí)間之后便得到連續(xù)的輪廓線點(diǎn)(輪廓線候選點(diǎn))(參見(jiàn)圖1c)。當(dāng)這些候選點(diǎn)封閉時(shí)(見(jiàn)圖1d)，便識(shí)別出是一個(gè)物體。
然而，按照這種先有技術(shù)中的輪廓線提取法，下述因素將使得輪廓線候選點(diǎn)軌跡的描繪變得很困難
(1)由于金屬光澤所引起的圖象浮散(見(jiàn)圖2a);
(2)物體的重影(見(jiàn)圖2b);
(3)由于物體表面的透斑和損壞所造成的模糊不清，以及
(4)由于電噪聲所引起的圖象失真。
結(jié)果產(chǎn)生了這樣一個(gè)缺陷，即檢測(cè)不到真正呈現(xiàn)的物體。此外，解決這些問(wèn)題的識(shí)別算法也變得很復(fù)雜，以至于幾乎不可能進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新穎的識(shí)別物體的方法，使其能夠簡(jiǎn)化被測(cè)物體的識(shí)別算法，減少圖象處理的時(shí)間并且增加正確地檢測(cè)物體的比例。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種識(shí)別攝制的物體的方法，對(duì)該物體的識(shí)別是通過(guò)檢測(cè)攝制的圖象的輪廓線而進(jìn)行的。這種方法的特征在于由下列步驟組成配備濾光器裝置;使用該濾光器裝置對(duì)圖象進(jìn)行掃描，以便確定第一組數(shù)量預(yù)定的連續(xù)象素和第二組多個(gè)象素，其中第二組與第一組有一段間隔，該間隔與物體的輪廓線相適應(yīng);在各自的象素組中檢測(cè)一個(gè)亮度急劇變化的輪廓線候選點(diǎn)是否存在;當(dāng)在各個(gè)象素組中同時(shí)檢測(cè)到輪廓線候選點(diǎn)時(shí)，便識(shí)別該物體呈現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一種變型，提供了一種識(shí)別其部分輪廓線包含平行線的物體的方法，這種方法的特征在于由下列步驟組成配備濾光器裝置;用該濾光器裝置確定一對(duì)象素組，使它們的中心至中心距離與平行線之間的間隔相適應(yīng);認(rèn)定一種掃描位置(在這種位置上，輪廓線候選點(diǎn)在象素組中同時(shí)被檢測(cè)到)，將其作為濾光器特征點(diǎn);在檢測(cè)到濾光器特征點(diǎn)之后，從掃描位置沿著輔助掃描方向進(jìn)行尋跡掃描，以檢測(cè)濾光器特征點(diǎn)的存在與否;當(dāng)掃跡長(zhǎng)度變得比一個(gè)預(yù)置長(zhǎng)度還長(zhǎng)的時(shí)候便識(shí)別被測(cè)物體呈現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方施方案，提供了一種識(shí)別具有大體上是圓形輪廓的物體的方法。這種方法的特征在于由下列步驟組成配備濾光器裝置;用該濾光器裝置確定一對(duì)象素組，它們的中心至中心的距離與大體上圓形的輪廓線的直徑相適應(yīng);將一種掃描位置(在這種位置上，輪廓線候選點(diǎn)在象素組中同時(shí)被檢測(cè)到)作為濾光器特征點(diǎn);在檢測(cè)到濾光器特征點(diǎn)之后，從掃描點(diǎn)沿著輔助掃描方向進(jìn)行尋跡掃描，以檢測(cè)濾光器特征點(diǎn)的存在與否;當(dāng)掃跡長(zhǎng)度超過(guò)某一個(gè)預(yù)置長(zhǎng)度時(shí)，用濾光器裝置從象素組之間的中心位置確定一個(gè)大體上圓形輪廓線的中心位置候選點(diǎn)和一個(gè)掃跡長(zhǎng)度的中心位置;通過(guò)在中心位置候選點(diǎn)附近連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)濾光器裝置來(lái)檢測(cè)濾光器特征點(diǎn)或某一個(gè)輪廓線候選點(diǎn)是否存在，當(dāng)濾光器特征點(diǎn)或輪廓線特征點(diǎn)的出現(xiàn)百分比超過(guò)某一預(yù)置值時(shí)，鑒定該物體的呈現(xiàn)或不呈現(xiàn)。
下面是附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。
在所附的圖中
圖1a至圖1b是示意圖，用來(lái)說(shuō)明按照先有技術(shù)的輪廓線提取法識(shí)別物體的步驟;
圖2a和2b表示了一些因素，這些因素使得根據(jù)先有技術(shù)方法去掃跡一個(gè)輪廓線是很困難的;
圖3a和3b是用來(lái)解釋本發(fā)明的原理的示意圖;
圖4和圖5展示了本發(fā)明所用的濾光器;
圖6是一個(gè)方框圖，表示了用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明方法的邏輯電路的一個(gè)例子;
圖7，圖19和圖25表示了圖6所示的RAM陣列中所貯存的圖象數(shù)據(jù)亮度;
圖8，16，17，18，23和24是用以表示圖6中所示的中央處理單元CPU處理步驟的流程圖;
圖9和圖10是用來(lái)表示不同的差分電路例子的方框圖;
圖11至15展示了濾光器的其它例子;
圖20是圖19中一個(gè)部分的放大圖;
圖21a，21b和21c以及圖22a和22b是用來(lái)解釋如何去識(shí)別不同類型的平行線的示意圖;
圖26和27是用來(lái)解釋圖24中所示流程圖的示意圖。
下面將根據(jù)最佳實(shí)施方案來(lái)詳細(xì)敘述本發(fā)明。
首先，參照附圖3a和3b來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的方法的原理，假設(shè)被檢測(cè)的暗色物體1呈現(xiàn)在明亮的背景之中，沿著截線a的物體1的亮度(黑或白)如圖3b中的圖解所示。圖3b中所示的亮度急劇變化的點(diǎn)A和B是該物體的特征點(diǎn)。在A點(diǎn)，亮度是減小的或下降的，而B(niǎo)點(diǎn)的亮度是增加的或上升的。
根據(jù)本發(fā)明的方法，物體的識(shí)別是通過(guò)檢測(cè)輪廓線候選點(diǎn)的存在與否來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些輪廓線候選點(diǎn)是指其亮度在與被測(cè)物體輪廓線相關(guān)的多個(gè)范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生急劇變化的點(diǎn)。此外，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)候選點(diǎn)亮度的變化方向是否與背景和其亮度所確定的方向相一致，使物體的識(shí)別變得更為準(zhǔn)確。
更具體地講，如圖4所示，其中心位置與參考點(diǎn)P相距L1的一個(gè)范圍A1(＝△L1)，其中心位置與參考點(diǎn)P相距L3的一個(gè)范圍A2(＝△L2)，……，以及其中心位置與參考點(diǎn)P相距Ln的一個(gè)范圍An(＝△Ln)被確定為一個(gè)組，相應(yīng)于被測(cè)物體的輪廓線設(shè)置濾光器，以便確定范圍A1，A2，……，An內(nèi)的亮度變化方向，移動(dòng)參考點(diǎn)P來(lái)掃描輸入圖象并且檢查是否存在這樣的輪廓線候選點(diǎn)，其亮度在各個(gè)范圍A1，A2，……，An中發(fā)生急劇的變化，還需檢查是否存在一個(gè)點(diǎn)(濾光器特征點(diǎn))，在這個(gè)點(diǎn)上，各個(gè)范圍A1，A2，……，An內(nèi)的亮度變化方向與物體及其背景的亮度所確定的方向一致。
例如對(duì)于本實(shí)施方案的物體1(見(jiàn)圖3)，圖5中兩個(gè)范圍A1和A2被指定(它們之間的距離為l)。在范圍A1，設(shè)置一個(gè)鑒定亮度下降的濾光器，而在范圍A2設(shè)置一個(gè)鑒定亮度上升的濾光器。然后在移動(dòng)濾光器位置(如畫陰影線的圓所示)時(shí)，檢查是否存在一個(gè)濾光器特征點(diǎn)，在這點(diǎn)，輪廓線候選點(diǎn)在范圍A1和A2中同時(shí)出現(xiàn)，并且亮度的變化彼此一致。距離L1，L2……，Ln由被測(cè)物體的幾何形狀所確定，并且在原則上由電視攝象機(jī)的放大能力所確定。由于這個(gè)原因，可以很快地確定濾光器結(jié)構(gòu)而不需要復(fù)雜的專門知識(shí)過(guò)程。距離△L1，△L2，……，△Ln由噪聲、圖象浮散及光學(xué)系統(tǒng)的失真等因素確定。
如圖6所示Ⅰ，一個(gè)工業(yè)電視攝象機(jī)2對(duì)置于預(yù)定的視場(chǎng)內(nèi)的被測(cè)物體1進(jìn)行攝制，以便把含有輸入圖象亮度信號(hào)的視頻復(fù)合信號(hào)送給一個(gè)同步分離電路3和一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4(A/D)。同步分離電路3把同步信號(hào)從視頻復(fù)合信號(hào)中分離出來(lái)。該分離出來(lái)的同步信號(hào)用來(lái)指定隨機(jī)存取存貯器陣列5(RAM陣列)的地址，而A/D轉(zhuǎn)換器4則把輸入的視頻復(fù)合信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有16個(gè)亮度色調(diào)的圖象數(shù)據(jù)，從而將圖象數(shù)據(jù)寫入所指定的地址。以這種方式，代表著如圖7所示的原始圖象亮度的一個(gè)圖象數(shù)據(jù)被存入RAM陣列5中。通過(guò)指定RAM陣列5中X和Y的地址，任何圖象數(shù)據(jù)都可以被讀出來(lái)。
為了執(zhí)行本發(fā)明的方法，一個(gè)存貯器電路6存貯著主程序等程序。中央處理單元(CPU)7根據(jù)主程序的內(nèi)容對(duì)存貯在RAM陣列5中的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
下面將參照?qǐng)D8所示的流程圖說(shuō)明由CPU7所執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理步驟。在步驟100，如圖5所示的濾光器位置(掃描位置)移動(dòng)到如圖7所示的起始位置PST，在步驟101檢查掃描位置是不是濾光器特征點(diǎn)。
判斷掃描位置是不是濾光器特征點(diǎn)的工作是通過(guò)對(duì)濾光器所確定的兩個(gè)象素組的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運(yùn)算而實(shí)現(xiàn)的。
為了對(duì)D/A轉(zhuǎn)換之后的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行差分，必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)差分運(yùn)算。通常用下面的方程式進(jìn)行差分運(yùn)算
一階差分運(yùn)算△f(i)＝f(i)-f(i-1)…(1)
二階差分運(yùn)算△2f(i-1)＝f(i)+f(i-2)
-2f(i-1)…(2)
如圖9所示的差分電路8執(zhí)行方程式(1)所示的差分運(yùn)算，在此電路中，從濾光器所指定的連續(xù)象素組中連續(xù)得到的圖象數(shù)據(jù)f(i)送到寄存器8a和減法器8b。寄存器8a的功能是將圖象數(shù)據(jù)延遲一個(gè)象素，并將提前一個(gè)圖象元素的圖象數(shù)據(jù)f(i-1)送給減法器8b。減法器8b根據(jù)兩個(gè)輸入信號(hào)執(zhí)行如方程式(1)所示的減法運(yùn)算，并輸出表征一階差分△f(i)的圖象數(shù)據(jù)。
圖10示出了另一個(gè)差分電路的例子，它執(zhí)行方程式(2)的二階差分運(yùn)算。在這個(gè)電路中，從濾光器所指定的連續(xù)象素組中連續(xù)得出的圖象數(shù)據(jù)f(i)送給寄存器9a和減法器9b。寄存器9a的功能是將圖象數(shù)據(jù)延遲一個(gè)象素，并將提前一個(gè)象素的圖象數(shù)據(jù)f(i-1)送給寄存器9c和移位寄存器9d。與寄存器9a的方式一樣，寄存器9c將圖象數(shù)據(jù)延遲一個(gè)象素，從而給減法器9e提供提前兩個(gè)圖象元素的圖象數(shù)據(jù)f(i-2)。
移位寄存器9d通過(guò)對(duì)輸入圖象數(shù)據(jù)f(i-1)移一位而將其乘以2，并將此兩倍的圖象數(shù)據(jù)送入減法器9b。該減法器從圖象數(shù)據(jù)2f(i-1)中減去圖象數(shù)據(jù)f(i)，然后將其差值送給減法器9e，減法器9e從寄存器9c輸出的圖象數(shù)據(jù)中減去來(lái)自減法器9b的差值，以產(chǎn)生表征二階差分△2f(i-1)的圖象數(shù)據(jù)。
當(dāng)差分電路8和9的差分輸出的絕對(duì)值超過(guò)給定的門限值時(shí)，則判斷為存在一個(gè)亮度急劇變化的輪廓線候選點(diǎn)。在步驟101，根據(jù)差分輸出信號(hào)符號(hào)的正或負(fù)來(lái)判斷亮度變化的方向。
假設(shè)這樣檢查的掃描位置不是濾光器特征點(diǎn)，則在步驟102中，掃描位置向右(X方向)移動(dòng)幾個(gè)象素，其移動(dòng)量由濾光器的檢查范圍圖△L1和△L2確定。
在步驟103，判斷掃描位置是否在掃描范圍的最右端。假如判斷的結(jié)果是No(非)，則在步驟101，判斷現(xiàn)行的位置是否為濾光器特征點(diǎn)，當(dāng)判斷結(jié)果為No(非)時(shí)則重復(fù)上述過(guò)程。
以這種方式，當(dāng)掃描位置到達(dá)掃描范圍的最右端還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)濾光器特征點(diǎn)時(shí)，在步驟104，判斷掃描位置是否在最低端。
當(dāng)掃描位置在最低端時(shí)，即處于如圖6所示的位置PED時(shí)，在步驟106則判出在圖中不存在被測(cè)物體，圖象處理過(guò)程便結(jié)束。另一方面，如果掃描位置不是處于掃描范圍的最低端，則掃描位置回到最左端，在步驟105，如圖7所示，掃描位置向下(Y)方向移動(dòng)一段距離△Y。在此之后，從該位置重新開(kāi)始掃描，檢查是否存在一個(gè)特征點(diǎn)。
當(dāng)濾光器掃描圖象檢測(cè)到濾光器特征點(diǎn)時(shí)，在步驟107便判斷出在該掃描位置檢測(cè)到了一個(gè)物體。
應(yīng)當(dāng)理解，濾光器不只限于如實(shí)施方案所示的類型，在該類型中范圍A1，A2，……，An是沿掃描線排列的，也不只限于圖11至圖14所示的濾光器類型，在此類型中，濾光器可以沿不同方向設(shè)置，并且每個(gè)范圍內(nèi)的幾個(gè)象素是朝向?yàn)V光器位置(如陰影線圓圈所示)排列的。
此外，由于濾光器具有方向性，在根據(jù)被測(cè)物體設(shè)置的L濾光器對(duì)一個(gè)圖象進(jìn)行掃描并且判斷出沒(méi)有被測(cè)物體存在的情況下，該濾光器便旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)先確定的角度，然后重新開(kāi)始掃描。這個(gè)過(guò)程重新復(fù)進(jìn)行，直至判斷出已檢測(cè)到物體。這樣，物體的方向可以通過(guò)濾光器的角度來(lái)確定。
在被測(cè)物體10是由一個(gè)如圖15所示的指定了范圍A1，A2和A3的濾光器來(lái)識(shí)別的情況下，由于濾光器通過(guò)該物體的大體上的中心位置時(shí)濾光器特征點(diǎn)將出現(xiàn)，故指明該物體的正確位置是不可能的。在這種情況下，濾光器沿垂直方向(一個(gè)輔助掃描方向)移動(dòng)，去探查一個(gè)包含濾光器特征點(diǎn)的區(qū)域，以便鑒別物體的精確位置。一個(gè)附加的判斷是這樣做出的，當(dāng)沿著輔助掃描方向的特征點(diǎn)的掃跡長(zhǎng)度超過(guò)某一個(gè)參考長(zhǎng)度時(shí)，則判斷出物體10呈現(xiàn)，從而可以以更高的精度識(shí)別物體。
下面將參照?qǐng)D16，17和18中的流程圖詳細(xì)說(shuō)明識(shí)別一個(gè)其輪廓線的一部分是平行線的物體的方法。
假定被檢測(cè)的物體是如圖19中所示的一個(gè)圓棒20，在這種情況中，使用一個(gè)如圖5所示的濾光器，它的特定范圍A1和A2的中心至中心距離與圓棒20的直徑相適應(yīng)。
在圖16所示的流程圖中，在步驟200-206尋找圓棒20的橫截面，由于這些步驟的處理過(guò)程與圖8所示的步驟100-106的處理過(guò)程一樣，所以不再敘述。
下面將敘述圓棒20的橫截面也即其濾光器的特征點(diǎn)已被檢測(cè)到的情況。
在這種情況下，程序便進(jìn)展到圖17所示的流程圖。首先，如圖20所示，已被發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)為濾光器特征點(diǎn)的濾光器位置(掃描位置)Pi移動(dòng)到兩個(gè)輪廓線候選點(diǎn)Pa和Pb之間的中心位置Ps。在步驟211Ps被存貯起來(lái)，作為沿輔助掃描方向的掃跡起始點(diǎn)Ps。更具體地講，當(dāng)如此被檢測(cè)到的濾光器特征點(diǎn)是由所期望的平行輪廓線所引起時(shí)，可以認(rèn)為濾光器特征點(diǎn)沿垂直方向連續(xù)出現(xiàn)。為了檢查這種連續(xù)性，掃跡起始點(diǎn)Ps便首先被存貯起來(lái)。
然后，掃描位置從起始點(diǎn)Ps向上移動(dòng)一段距離S，在步驟212檢查該點(diǎn)是不是濾光器特征點(diǎn)。當(dāng)掃描位置是濾光器特征點(diǎn)時(shí)，該掃描位置便移動(dòng)到輪廓線候選點(diǎn)之間的中心位置，并在步驟213將該掃描位置存貯起來(lái)。然后，再檢查在中心點(diǎn)上面距離為S的一點(diǎn)是不是濾光器特征點(diǎn)。以這種方式不斷進(jìn)行濾光器特征點(diǎn)的掃跡，直至不再有濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)(見(jiàn)圖20)。
另一方面，當(dāng)在掃描位置上面距離為S的一點(diǎn)不是濾光器特征點(diǎn)時(shí)，特征點(diǎn)，當(dāng)判斷結(jié)果為No(非)時(shí)則重復(fù)上述過(guò)程。
以這種方式，當(dāng)掃描位置到達(dá)掃描范圍的最右端還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)濾光器特征點(diǎn)時(shí)，在步驟104，判斷掃描位置是否在最低端。
當(dāng)掃描位置在最低端時(shí)，即處于如圖6所示的位置PED時(shí)，在步驟106則判出在圖中不存在被測(cè)物體，圖象處理過(guò)程便結(jié)束。另一方面，如果掃描位置不是處于掃描范圍的最低端，則掃描位置回到最左端，在步驟105，如圖7所示，掃描位置向下(Y)方向移動(dòng)一段距離△Y。在此之后，從該位置重新開(kāi)始掃描，檢查是否存在一個(gè)特征點(diǎn)。
當(dāng)濾光器掃描圖象檢測(cè)到濾光器特征點(diǎn)時(shí)，在步驟107便判斷出在該掃描位置檢測(cè)到了一個(gè)物體。
應(yīng)當(dāng)理解，濾光器不只限于如實(shí)施方案所示的類型，在該類型中范圍A1，A2……，An是沿掃描線排列的，也不只限于圖11至圖14所示的濾光器類型，在此類型中，濾光器可以沿不同方向設(shè)置，并且每個(gè)范圍內(nèi)的幾個(gè)象素是朝向?yàn)V光器位置(如陰影線圓圈所示)排列的。
此外，由于濾光器具有方向性，在根據(jù)被測(cè)物體設(shè)置的L濾光器對(duì)一個(gè)圖象進(jìn)行掃描并且判斷出沒(méi)有被測(cè)物體存在的情況下，該濾光器便旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)先確定的角度，然后重新開(kāi)始掃描。這個(gè)過(guò)程重新復(fù)進(jìn)行，直至判斷出已檢測(cè)到物體。這樣，物體的方向可以通過(guò)濾光器的角度來(lái)確定。
在被測(cè)物體10是由一個(gè)如圖15所示的指定了范圍A1，A2和A3的濾光器來(lái)識(shí)別的情況下，由于濾光器通過(guò)該物體的大體上的中心位置時(shí)濾光器特征點(diǎn)將出現(xiàn)，故指明該物體的正確位置是不可能的。在這種情況下，濾光器沿垂直方向(一個(gè)輔助掃描方向)移動(dòng)，去探查一個(gè)包含濾光器特征點(diǎn)的區(qū)域，以便鑒別物體的精確位置。一個(gè)附加的判斷是這樣做出的，當(dāng)沿著輔助掃描方向的特征點(diǎn)的掃跡長(zhǎng)度超過(guò)某一個(gè)參考長(zhǎng)度時(shí)，則判斷出物體10呈現(xiàn)，從而可以以更高的精度識(shí)別物體。
下面將參照?qǐng)D16，17和18中的流程圖詳細(xì)說(shuō)明識(shí)別一個(gè)其輪廓線的一部分是平行線的物體的方法。
假定被檢測(cè)的物體是如圖19中所示的一個(gè)圓棒20，在這種情況中，使用一個(gè)如圖5所示的濾光器，它的特定范圍A1和A2的中心至中心距離與圓棒20的直徑相適應(yīng)。
在圖16所示的流程圖中，在步驟200-206尋找圓棒20的橫截面，由于這些步驟的處理過(guò)程與圖8所示的步驟100-106的處理過(guò)程一樣，所以不再敘述。
下面將敘述圓棒20的橫截面也即其濾光器的特征點(diǎn)已被檢測(cè)到的情況。
在這種情況下，程序便進(jìn)展到圖17所示的流程圖。首先，如圖20所示，已被發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)為濾光器特征點(diǎn)的濾光器位置(掃描位置)Pi移動(dòng)到兩個(gè)輪廓線候選點(diǎn)Pa和Pb之間的中心位置Ps。在步驟211Ps被存貯起來(lái)，作為沿輔助掃描方向的掃跡起始點(diǎn)Ps。更具體地講，當(dāng)如此被檢測(cè)到的濾光器特征點(diǎn)是由所期望的平行輪廓線所引起時(shí)，可以認(rèn)為濾光器特征點(diǎn)沿垂直方向連續(xù)出現(xiàn)。為了檢查這種連續(xù)性，掃跡起始點(diǎn)Ps便首先被存貯起來(lái)。
然后，掃描位置從起始點(diǎn)Ps向上移動(dòng)一段距離S，在步驟212檢查該點(diǎn)是不是濾光器特征點(diǎn)。當(dāng)掃描位置是濾光器特征點(diǎn)時(shí)，該掃描位置便移動(dòng)到輪廓線候選點(diǎn)之間的中心位置，并在步驟213將該掃描位置存貯起來(lái)。然后，再檢查在中心點(diǎn)上面距離為S的一點(diǎn)是不是濾光器特征點(diǎn)。以這種方式不斷進(jìn)行濾光器特征點(diǎn)的掃跡，直至不再有濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)(見(jiàn)圖20)。
另一方面，當(dāng)在掃描位置上面距離為S的一點(diǎn)不是濾光器特征點(diǎn)時(shí)，換句話說(shuō)，當(dāng)向上的濾光器特征點(diǎn)掃跡完成時(shí)，在步驟214，其掃描位置回到掃跡起始點(diǎn)Ps。在此之后，在步驟215和216，以如上所述的同樣方式做濾光器特征點(diǎn)的掃跡，直至不再有濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)為止。
如上所述，當(dāng)從掃跡起始位置開(kāi)始的沿垂直方向的濾光器特征點(diǎn)的掃跡工作完成時(shí)，掃跡長(zhǎng)度(平行線的長(zhǎng)度)便從圖19中所示的最高點(diǎn)PT和最低點(diǎn)PB想得到確定，該最高點(diǎn)PT和最低點(diǎn)PB是在掃跡期間被順序存貯起來(lái)的一系列掃描位置中的兩點(diǎn)。然后，在步驟217檢查掃跡長(zhǎng)度是不是比某一參考長(zhǎng)度長(zhǎng)。當(dāng)掃跡長(zhǎng)度比參考長(zhǎng)度短時(shí)，則判斷出那些平行線并不是所期望的平行線。然后，根據(jù)圖16所示的流程圖重新做尋找濾光器特征點(diǎn)的掃跡。當(dāng)掃跡長(zhǎng)度比參考長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)，在步驟218判斷掃跡的軌線是不是一個(gè)基本上沿直線排列的線。
這種判斷方法可以被認(rèn)為是一種線性逼近法和一種幾何加速法。根據(jù)前一種方法，從掃跡期間存貯的所有掃描位置中獲得一條近似的直線，然后判斷是否所有的點(diǎn)大體上都處于與近似直線相距一段預(yù)定的距離之內(nèi)。根據(jù)后一種方法，沿著有關(guān)所有的掃描位置的垂直方向相繼進(jìn)行兩次差分運(yùn)算，并判斷兩次差分值是否為零。作為判斷的結(jié)果，便能識(shí)別如圖21a和21b所示的兩條線以及如圖21c所示的平行線。為了敘述方便起見(jiàn)，這里稱圖21a和21b所示的兩條線為平行線。
當(dāng)判斷結(jié)果為掃跡軌線并不是一條直線時(shí)，則判斷出它們并不是所期望的平行線，這時(shí)根據(jù)圖16所示的流程圖執(zhí)行搜索濾光器特征點(diǎn)的掃描。當(dāng)判斷結(jié)果為掃跡軌線是一條大體上的直線時(shí)，則在如圖16所示的步驟230判斷出該物體已經(jīng)被檢測(cè)到，并且結(jié)束這個(gè)圖象處理過(guò)程。
確定近似直線的傾斜角度也是可能的。當(dāng)傾斜角度大于某一預(yù)定值時(shí)，則判斷出這些線不是平行的，用這種方法也可以鑒別出圖22a和22b所示的兩種類型的平行線。
不用如圖17所示的掃跡處理過(guò)程，還可以根據(jù)如圖18所示的流程圖執(zhí)行掃跡處理過(guò)程。正如圖7所示的流程圖一樣，圖18所示的流程圖中包含著這樣的處理過(guò)程，即在沿垂直方向?qū)V光器位置進(jìn)行掃跡的同時(shí)設(shè)置并改變移動(dòng)距離S。更具體地說(shuō)，在步驟220，移動(dòng)距離S被設(shè)置，然后進(jìn)行類似于圖17所示的掃跡處理過(guò)程。當(dāng)判斷出掃跡軌線是沿著一條大體上的直線之后，在如圖18所示的步驟221判斷距離S是否是足夠小。當(dāng)該距離足夠小時(shí)，在如圖16所示的步驟230則判斷出物體已被檢測(cè)到，然后結(jié)束圖象處理過(guò)程。另一方面，當(dāng)距離S不是足夠小時(shí)，在步驟222減小該距離S，并按此減小的距離S重新檢查濾光器特征點(diǎn)。距離S設(shè)置判斷距離S是否足夠小的參考值，而距離S的減小率是由檢查精度所確定的，而該精度又是由這樣的實(shí)事實(shí)所確定，即圖象包含了多少可被認(rèn)為是平行線的特征曲線。
雖然上述實(shí)施方案中被測(cè)物體是一個(gè)圓棒，但也可以用任何包含著部分平行線的物體，該平行線部分足以鑒別該物體。
下面將參照?qǐng)D23和24所示的流程圖說(shuō)明識(shí)別一個(gè)具有大體上的圓形輪廓線的物體的方法。
假定被測(cè)物體是一個(gè)如圖25所示的圓形物體30，使用一個(gè)與圖5所示濾光器一樣的濾光器，且兩個(gè)指定的范圍A1和A2的中心距離與圓形物體30的直徑相適應(yīng)。
在圖23中，為了搜尋圓形物體30的中心位置候選點(diǎn)，在步驟300-306搜尋圓形物體30的直徑部分的輪廓線。由于這些步驟的過(guò)程與圖8所示的步驟100-106相似，所以不再加以敘述。
下面將說(shuō)明圓形物體30的直徑部分的輪廓線已經(jīng)被檢測(cè)到的情況。即特征點(diǎn)已被檢測(cè)到的情況。
在該情況下，程序進(jìn)展到圖24所示的流程圖。濾光器的位置(掃描位置)Pi在檢測(cè)濾光器特征點(diǎn)時(shí)被移動(dòng)到兩個(gè)輪廓線候選點(diǎn)Pa和Pb之間的中心點(diǎn)Ps，且該點(diǎn)Ps被存貯起來(lái)作為輔助掃描方向的掃跡起始位置Ps。更具體地說(shuō)，注意到與園形物體的中心對(duì)稱的輪廓線在給定的一段上大體上是相互平行的，在步驟311，掃跡起始位置Ps被存貯起來(lái)用以檢查濾光器特征點(diǎn)在輔助掃描方向的給定長(zhǎng)度上是否連續(xù)。
然后，掃描位置移動(dòng)到一個(gè)恰好在起始位置Ps上面的點(diǎn)，接著在步驟312，判斷該點(diǎn)是不是濾光器特征點(diǎn)。當(dāng)該掃描位置是濾光器特征點(diǎn)時(shí)，在步驟313，掃描位置移動(dòng)到兩個(gè)輪廓線候選點(diǎn)之間的中心位置，同時(shí)該掃描位置被存貯起來(lái)。然后，判斷存貯的位置與起始位置Ps之間的距離是否小于某個(gè)參考距離時(shí)，在流程圖的處理過(guò)程中再向上掃跡，而當(dāng)該距離大于參考距離時(shí)，在圖24所示的步驟314執(zhí)行搜索濾光器特征點(diǎn)的掃跡。濾光器特征點(diǎn)的掃跡以這種方式連續(xù)進(jìn)行，直至不再有濾光器特征點(diǎn)為止。下上面提到的參考距離取為被測(cè)園形物體半徑的2/3。當(dāng)距離超過(guò)參考值時(shí)，則判斷出該距離對(duì)于園形的平行部分而言太長(zhǎng)了。
當(dāng)剛好處于掃描位置上面的一點(diǎn)不是濾光器特征點(diǎn)時(shí)，也就是說(shuō)當(dāng)濾光器特征點(diǎn)的向上掃跡結(jié)束時(shí)，在步驟315，則掃描位置回到掃描起始位置Ps。然后，在步驟316、317和318，以上述同樣的方式進(jìn)行向下的濾光器特征點(diǎn)掃跡。
當(dāng)濾光器特征點(diǎn)的向下掃跡是在從起始位置Ps到掃描位置的距離小于參考值的狀態(tài)下終至?xí)r，沿向上和向下的整個(gè)掃跡長(zhǎng)度可以從最上點(diǎn)PT和最下點(diǎn)PB(見(jiàn)圖19)之差得到，其中，該最上點(diǎn)PT和最下點(diǎn)PB已在掃跡期間被存貯起來(lái)。在步驟319，判斷掃跡長(zhǎng)度是否大于預(yù)定參考長(zhǎng)度。當(dāng)掃跡長(zhǎng)度比參考長(zhǎng)度短時(shí)，判斷出該掃跡長(zhǎng)度并不是所期望的輪廓線。然后根據(jù)圖23所示的流程圖執(zhí)行搜尋濾光器特征點(diǎn)的掃描。另一方面，當(dāng)掃跡長(zhǎng)度比參考長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)，則判斷為有園形物體輪廓線存在的可能性，然后檢查是否存在一個(gè)園形輪廓線。
在這種情況下，園形物體的候選點(diǎn)PO。(見(jiàn)圖26)是根據(jù)在步驟32的中所執(zhí)行的掃跡最高點(diǎn)PT和最低點(diǎn)PB之間的中心點(diǎn)而確定下來(lái)的。然后在步驟321，濾光器位置移動(dòng)到中心位置候選點(diǎn)PO，設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度θ，濾光器以該角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。然后，如圖27所示，濾光器在步驟322旋轉(zhuǎn)一個(gè)θ角，在步驟323判斷該旋轉(zhuǎn)位置是不是濾光器特征點(diǎn)，以此種方式，在步驟323和324連續(xù)檢查濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)與否，直至濾光器轉(zhuǎn)到180度。在濾光器已經(jīng)轉(zhuǎn)過(guò)180度后，在步驟325確定濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)的百分比，當(dāng)該百分比小于某一參考值時(shí)，根據(jù)圖23所示的流程圖執(zhí)行搜尋濾光器特征點(diǎn)的掃跡。當(dāng)該百分比大于參考值時(shí)，在步驟326判斷旋轉(zhuǎn)角度θ是否足夠小。
角度θ是由檢測(cè)精度所確定的，而檢測(cè)精度取決于圖象包含園形特征的程度。因此，當(dāng)園形包含較少的園形特征時(shí)，角度θ取得小。參考百分比取決于圖象中輪廓線的原始狀態(tài)，使得當(dāng)輪廓線連續(xù)性高的時(shí)候選取接近于1的百分比。
當(dāng)角度θ足夠小時(shí)，在圖23所示的步驟330判斷出物體已被檢測(cè)到，并結(jié)束圖象處理過(guò)程。另一方面，當(dāng)θ角不是足夠小時(shí)，在步驟327將θ減小，利用該減小的θ角重新檢測(cè)濾光器特征點(diǎn)。
雖然在前述的實(shí)施例中，判斷被測(cè)物體的出現(xiàn)與否是根據(jù)濾光器特征點(diǎn)的百分比，然而也可以根據(jù)輪廓線候選點(diǎn)總數(shù)的百分比判斷物體的出現(xiàn)與否。很明顯，被測(cè)物體不僅限于園形，任何具有類似于園形(橢園或多邊形)輪廓線的物體都可以被檢測(cè)到。
權(quán)利要求
1、一種識(shí)別已被照相的物體的方法，這種方法是通過(guò)檢測(cè)攝制圖象的部分輪廓線而識(shí)別物體，該方法包括下列步驟
準(zhǔn)備濾光器裝置；
用所述的濾光器裝置對(duì)所述的圖象進(jìn)行掃描，從而確定第一組數(shù)量預(yù)定的連續(xù)象素和第二組多個(gè)象素，該第二組與第一組有一個(gè)與所述物體的輪廓線相適應(yīng)的間隔；
在各自的象素組中檢測(cè)其亮度急劇變化的輪廓線候選點(diǎn)的存在與否；
當(dāng)在各自的象素組中同時(shí)檢測(cè)到所述的輪廓線候選點(diǎn)時(shí)，便識(shí)別所述物體呈現(xiàn)。
2、根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，所述的濾光器裝置確定第一象素組，該象素組具有△L1的長(zhǎng)度和一個(gè)中心位置，該中心位置與代表著掃描位置的一個(gè)參考位置P相距L1，所述的濾光器裝置確定第二象素組，該象素組具有△L2的長(zhǎng)度和一個(gè)中心位置，該中心位置與所述參考位置相距L2，……，所述濾光器裝置確定第n象素組，該象素組具有△Ln長(zhǎng)度和一個(gè)中心位置，該中心位置與所述參考位置相距Ln。
3、根據(jù)權(quán)項(xiàng)2的方法，所述的距離L1，L2，……，Ln是由所述被測(cè)物體的幾何結(jié)構(gòu)確定的。
4、根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，所述濾光器附加有確定所述象素組亮度密度變化方向的功能，所述方法進(jìn)一步包括下列步驟
當(dāng)所述輪廓線候選點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，在各自的象素組中檢測(cè)亮度密度變化方向;
同時(shí)檢測(cè)所述象素組中的所述輪廓線候選點(diǎn);
當(dāng)所述亮度密度變化方向與所述濾光器指明的方向一致時(shí)，識(shí)識(shí)別出所述物體的輪廓線。
5、根據(jù)權(quán)項(xiàng)4的方法，所述亮度密度變化方向是這樣一個(gè)方向，在該方向上，所述象素組內(nèi)急劇變化的亮度由亮變暗或相反。
6、根據(jù)權(quán)項(xiàng)4的方法，所述的亮度密度變化方向是由所述物體及其背景的亮度所決定的。
7、識(shí)別一種其輪廓線的一部分包含平行線的物體的方法，所述方法包括下列步驟
準(zhǔn)備濾光器裝置;
用所述濾光器裝置確定一對(duì)象素組，使其中心至中心的距離與所述平行線之間的間隔相適應(yīng);
識(shí)別一種掃描位置(在該位置上，輪廓線候選點(diǎn)在所述象素組中同時(shí)被檢測(cè)到)，將其作為濾光器特征點(diǎn);
在檢測(cè)到所述濾光器特征點(diǎn)之后，從所述掃描位置沿一個(gè)輔助掃描方向進(jìn)行尋跡掃描，從而檢測(cè)所述濾光器特征點(diǎn)的出現(xiàn)與否;
當(dāng)掃跡長(zhǎng)度變得比一個(gè)預(yù)置長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)便識(shí)別所述被測(cè)物體呈現(xiàn)。
8、根據(jù)權(quán)項(xiàng)7的方法，當(dāng)?shù)竭_(dá)充當(dāng)所述濾光器特征點(diǎn)的一個(gè)掃描位置時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行所述的尋跡掃描，該尋跡掃描是以兩個(gè)輪廓線候選點(diǎn)的中心點(diǎn)作為掃跡起始點(diǎn)的，所述方法包括下列步驟
把所述濾光器裝置的中心位置移到恰好在所述起始位置之上的一點(diǎn);
檢測(cè)所述濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)與否;
當(dāng)所述濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，重新把所述濾光器裝置的中心位置移到恰好處于兩輪廓線候選點(diǎn)中心位置之上的一點(diǎn);
檢測(cè)所述濾光器特征點(diǎn)的出現(xiàn)與否;
從所述掃跡起始位置向上向下連續(xù)進(jìn)行尋跡掃描，直至不再檢測(cè)到濾光器特征點(diǎn)為止。
9、一種識(shí)別具有大致上園形輪廓線的物體的方法，該方法包括下列步驟
準(zhǔn)備濾光器裝置;
用所述濾光器裝置確定一對(duì)象素組，使其中心至中心距離與所述大致上園形輪廓線的直徑相適應(yīng);
指定一種掃描位置(在該位置上，輪廓線候選點(diǎn)在所述象素組中同時(shí)被檢測(cè)到)，將其作為濾光器特征點(diǎn);
在檢測(cè)到所述濾光器特征點(diǎn)之后，從所述掃描位置沿輔助掃描方向進(jìn)行尋跡掃描，從而檢測(cè)所述濾光器特征點(diǎn)出現(xiàn)與否;
當(dāng)所述掃跡長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)預(yù)置長(zhǎng)度時(shí)，用所述濾光器裝置從象素組的中心位置確定所述大致上園形輪廓線的中心位置候選點(diǎn)和所述掃跡長(zhǎng)度的中心位置;
通過(guò)在所述中心位置的所述候選點(diǎn)附近連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所述濾光器裝置，確定所述濾光器特征點(diǎn)或輪廓線候選點(diǎn)的出現(xiàn)與否;
當(dāng)所述濾光器特征點(diǎn)或所述輪廓線候選點(diǎn)的出現(xiàn)百分比超過(guò)一個(gè)預(yù)置值時(shí)，識(shí)別所述物體呈現(xiàn)。
專利摘要
在一種識(shí)別物體的方法中，物體是由電視攝象機(jī)攝制的，物體的輪廓線的一部分是由一個(gè)攝制的圖象來(lái)檢測(cè)的，濾光器掃描該圖象，以確定第一組數(shù)目預(yù)定的連續(xù)象素和第二組多個(gè)象素，第二組與第一組的間隔與物體輪廓線相適應(yīng)，然后檢測(cè)輪廓線候選點(diǎn)的出現(xiàn)與否，在這些點(diǎn)上，亮度在各自象素組內(nèi)急劇變化，當(dāng)在各自象素組中同時(shí)檢測(cè)到輪廓線候選點(diǎn)時(shí)便識(shí)別該物體出現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01B9/08GK85103882SQ85103882
公開(kāi)日1986年11月5日 申請(qǐng)日期1985年5月10日
發(fā)明者渡辺裕司, 中村昌弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社小松制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan