JP3501907B2 - 色識別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像に内在
する対象領域の色を所定の登録色と比較して識別する色
識別装置に関し、特に、カラー画像に含まれる対象領域
の色が背景領域の色と混色した場合に、背景領域の色の
影響を除去しつつ該対象領域の色を正確に識別する色識
別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、青果類の選果場などでは、青果の
品質等を表示するための等級文字と階級文字をスタンプ
印字した段ボール箱に青果を収納した後、その等階級文
字を読み取って等階級ごとに選別して出荷される。

【０００３】ここで、この等階級文字は、文字の種類の
みならず文字色によっても等階級を分類しているため、
かかる等階級文字を自動認識する際には文字色について
も識別しなければならない。

【０００４】このため、従来は、ＲＧＢの値を持つ原画
像の色情報を、合成色の色調をコントロールし易いマン
セル表色系のＨＳＬ空間やＬａ^*ｂ^*表色系の均等知覚色
空間に変換して、かかる空間上で色の識別を行う技術が
使用される。

【０００５】例えば、ＲＧＢの値を持つ原画像の色情報
をＨＳＬ変換して、色相（Ｈ：hue）、彩度（Ｓ：satur
ation）及び明度（Ｌ：lightness ）の成分に分解し、
分解した各成分と予め登録した登録色のＨ、Ｓ、Ｌとの
距離をそれぞれ求めて、求めた距離に基づいて識別対象
の原画像の色が登録色と一致するか否かを識別する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、識別対象となる原画像が良好な状態で色情報
を持つ場合には有効であるが、原画像の色情報が背景色
の影響を受けて劣化した場合には、当然ながらその識別
精度は低下する。

【０００７】具体的には、段ボール箱に印字された等階
級文字が、段ボール箱自体の色の影響を受けて混色した
ような場合には、この等階級文字の文字色が本来の文字
色とすでに別のものとなっているため、かかる文字色を
ＨＳＬ空間又は均等知覚色空間に変換したとしても、適
切に文字色を識別することはできない。

【０００８】特に、スタンプ印字された文字がかすれた
り、インクが薄い場合は、文字の色が背景色の影響で背
景色の方に近くなるため、色の類似度を単にユークリッ
ド距離等で計算するとほとんどの色が背景色に類似し、
判別不能となる。

【０００９】そこで、本発明では上記問題を解決して、
カラー画像に含まれる対象領域の色が背景領域の色と混
色した場合に、背景領域の色の影響を除去しつつ該対象
領域の色を正確に識別することができる色識別装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、所定の色を登録色として予め登録
し、カラー画像に内在する対象領域の色を前記登録色と
比較することにより識別する色識別装置において、前記
対象領域の色および前記対象領域の背景に位置する背景
領域の色を検出する検出手段と、前記検出手段で検出し
た対象領域の色と背景領域の色とが色空間上でなす第１
の角度および前記登録色と前記検出手段で検出した背景
領域の色とが色空間上でなす第２の角度を算定する角度
算定手段と、前記角度算定手段が算定した前記第１の角
度と前記第２の角度との角度差に基づき前記対象領域の
色が前記登録色に対応するかを識別する色識別手段とを
具備したことを特徴とする。

【００１１】 また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記検出手段は、前記カラー画像から対象領域と背
景領域を分離する分離手段と、前記分離手段が分離した
対象領域及び背景領域の各画素が持つ色を明度成分を含
まない単位色にそれぞれ変換する変換手段と、前記変換
手段が変換した対象領域の各画素の単位色のうち出現頻
度が最も高い単位色を該対象領域の色として選択すると
ともに、前記変換手段が変換した背景領域の各画素の単
位色のうち出現頻度が最も高い単位色を該背景領域の色
として選択する色選択手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、
カラー画像に含まれる文字の文字色を識別対象とした場
合について説明する。

【００１３】図１は、本実施の形態で用いる色識別装置
１０の構成を示す図である。

【００１４】図１に示す色識別装置１０は、予め登録し
た色（以下「登録色」と言う。）と識別対象となる文字
（以下「識別文字」と言う。）の文字色とを単に比較す
るのではなく、かかる識別文字の文字色と該識別文字の
背景に付された背景色とが色空間上でなす角度と、登録
色及び背景色が色空間上でなす角度との一致度に基づい
て識別文字の文字色が登録色と一致するか否かを識別す
る。

【００１５】すなわち、識別文字の文字色を単に登録色
と比較したのでは、背景色の影響を除去できないため、
本実施の形態では、背景色を考慮した色識別を行ってい
る。

【００１６】なお、この色識別装置１０は、識別文字の
比較の対象となる登録色をあらかじめ登録する色登録モ
ードと、この登録色との比較によって識別文字の識別を
行う識別モードとを有し、図示しない操作部を用いてこ
れらのモード切り替えを行っている。

【００１７】図１に示すように、この色識別装置１０
は、画像入力部１１と、切り出し処理部１２と、文字背
景分離部１３と、識別処理部１４と、正規化処理部１５
と、ヒストグラム作成部１６と、角度算定部１７と、色
登録処理部１８と、登録色記憶部１９とからなる。

【００１８】ここで、これらの機能部のうち、画像入力
部１１、切り出し処理部１２、文字背景分離部１３、識
別処理部１４、正規化処理部１５、ヒストグラム作成部
１６、角度算定部１７及び登録色記憶部１９について
は、上記識別モードにおいて機能し、また、画像入力部
１１、正規化処理部１５、ヒストグラム作成部１６、色
登録処理部１８及び登録色記憶部１９については、上記
色登録モードにおいて機能する。

【００１９】なお、第１の発明における角度算定手段及
び色識別手段は、それぞれ上記角度算定部１７及び識別
処理部１４に対応し、第２の発明における分離手段、変
換手段及び色選択手段は、それぞれ文字背景分離部１
３、正規化処理部１５及びヒストグラム作成部１６に対
応する。

【００２０】画像入力部１１は、登録色又は識別文字を
有するカラー画像データを光学的に取り込み、それぞれ
色登録処理部１８又は切り出し処理部１２に出力する入
力部である。

【００２１】すなわち、この色識別装置１０は、色登録
モードで動作する場合には画像データを色登録処理部１
８に出力し、識別モードで動作する場合には画像データ
を切り出し処理部１２に出力する。

【００２２】切り出し処理部１２は、画像入力部１１か
ら受け取った画像データから識別文字を含む矩形領域
（以下「文字テンプレート領域」と言う。）を切り出し
て、文字背景分離部１３に出力する処理部である。

【００２３】なお、かかる切り出しを行う場合には、正
規化相関や一般化ハフ変換等のテンプレートマッチング
を用いて位置決めした後、識別文字の文字テンプレート
領域を切り出すことになる。

【００２４】図２は、画像データから切り出した文字テ
ンプレート領域の一例を示す図であり、同図に示す文字
テンプレート領域２０は、アルファベットの’Ｌ’を示
す文字領域２０ａと、該文字領域２０ａ以外の背景領域
２０ｂとからなる。

【００２５】文字背景分離部１３は、切り出し処理部１
２が画像データから切り出した文字テンプレート領域を
文字領域及び背景領域に分離して、それぞれ識別処理部
１４に出力する処理部である。

【００２６】例えば、この文字背景分離部１３が、図２
に示す文字テンプレート領域２０を受け付けた場合に
は、アルファベットの’Ｌ’を示す文字領域２０ａと背
景領域２０ｂとを分離することになる。

【００２７】識別処理部１４は、文字領域及び背景領域
を文字背景分離部１３から受け付けた際に、背景領域の
色及び文字領域の色の相互関係と、背景領域の色及び登
録色の相互関係とを求め、それぞれの相互関係を識別指
標とする識別処理を行っている。

【００２８】具体的には、この識別処理部１４は、正規
化処理部１５を用いて背景領域及び文字領域の色をそれ
ぞれＲＧＢ空間上で正規化した後、ヒストグラム作成部
１６を用いて正規化した色の２成分（ｒ，ｇ）を縦軸及
び横軸とした２次元ヒストグラムをそれぞれ作成する。

【００２９】そして、背景領域に対応する２次元ヒスト
グラムの最大度数を持つ座標（ｒｂ，ｇｂ）を背景領域
の特徴量とし、文字領域に対応する２次元ヒストグラム
の最大度数を持つ座標（ｒｃ，ｇｃ）を文字領域の特徴
量とする。なお、登録色の特徴量（ｒｔ，ｇｔ）につい
ては、色登録処理部１８が予め算定して登録色記憶部１
９に格納している。

【００３０】次に、角度算定部１７を用いて背景領域の
色及び文字領域の色の角度θｃと、背景領域の色及び登
録色の角度θｔとを算定し、これらの角度が所定の範囲
内にあれば文字領域の色と登録色とが同一であると識別
する。

【００３１】なお、本実施の形態において２次元ヒスト
グラムの最大頻度を用いる理由は、背景がスタンプ等に
より汚れていたりしていても、安定して背景色を検出で
きるためである。

【００３２】正規化処理部１５は、識別処理部１４又は
色登録処理部１８から画像データの画素値（Ｒ，Ｇ，
Ｂ）を受け付けた際に、 ｒ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ｇ＝Ｇ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） を計算し、計算したｒ及びｇを識別処理部１４又は色登
録処理部１８に対して出力する。

【００３３】図３は、かかる正規化処理部１５が行う処
理の概念を示す図であり、同図に示すように、この正規
化処理部１５では、背景領域又は文字領域の色を示すＲ
ＧＢ空間上の色ベクトルＣとＲＧＢ空間上の単位面との
交点（ｒ，ｇ，ｂ）を求めることにより、背景領域又は
文字領域の色を正規化している。

【００３４】すなわち、ＲＧＢ空間上では、色の違いを
色ベクトル方向の違いとして捉えることができるため、
ＲＧＢ空間上の単位面との交点を用いて正規化すること
により、背景領域及び文字領域の各画素が持つ色を明度
成分を含まない色（単位色）にそれぞれ変換しているの
である。

【００３５】ここで、ｒ成分及びｇ成分という２成分の
みを算定した理由は、単位面上における ｒ＋ｇ＋ｂ＝１ という関係式からｂ成分が一意に定まり、色を特定でき
るためである。

【００３６】ヒストグラム作成部１６は、Ｒ成分を横軸
としＧ成分を縦軸とした２次元平面を準備し、識別処理
部１４から順次受け付けた座標（ｒ，ｇ）の度数をイン
クリメントする処理を繰り返して２次元ヒストグラムを
算定し、作成した２次元ヒストグラムの最大度数を持つ
座標を識別処理部１４に出力する処理部である。

【００３７】角度算定部１７は、識別処理部１４から背
景領域に対応する座標（ｒｂ，ｇｂ）と、文字領域に対
応する座標（ｒｃ，ｇｃ）と、登録色に対応する座標
（ｒｔ，ｇｔ）を受け付け、座標（ｒｂ，ｇｂ）及び座
標（ｒｃ，ｇｃ）がなす角度θｃと、座標（ｒｂ，ｇ
ｂ）及び座標（ｒｔ，ｇｔ）がなす角度θｔを算定して
識別処理部１４に出力する。

【００３８】具体的には、 θｃ＝ｔａｎ-1（（ｇｃ−ｇｂ）／（ｒｃ−ｒｂ）） θｔ＝ｔａｎ-1（（ｇｔ−ｇｂ）／（ｒｔ−ｒｂ）） という２つの計算式を用いて、かかる角度を算定するこ
とになる。

【００３９】図４は、上記角度算定部１７の処理の概念
を示す図であり、同図に示すように、この角度算定部１
７では、単に文字領域に対応する座標（ｒｃ，ｇｃ）及
び登録色に対応する座標（ｒｔ，ｇｔ）がそれぞれ原点
となす角度を求めているのではなく、それぞれ背景領域
に対応する座標（ｒｂ，ｇｂ）となす角度を求めてい
る。

【００４０】すなわち、単に原点０となす角度を求め、
背景領域の色を何等考慮しないこととすると、識別文字
の文字色が背景色と混色した際に、識別文字本来の文字
色の識別が事実上不可能となる。

【００４１】このため、この角度算定部１７では、背景
領域の色に対応する座標（ｒｂ，ｇｂ）を基準とした場
合の角度を求めている。

【００４２】色登録処理部１８は、識別文字の比較の対
象となる登録色を登録する色登録モードにおいて機能す
る処理部であり、具体的には、画像入力部１１から登録
する色を含む所定の領域を切り出した後に、識別処理部
１４と同様に正規化処理部１５及びヒストグラム作成部
１６を用いて２次元ヒストグラムの最大度数を持つ座標
（ｒｔ，ｇｔ）を算出して登録色記憶部１９に格納す
る。

【００４３】登録色記憶部１９は、識別文字の比較の対
象となる登録色に対応する２次元ヒストグラム上の座標
を記憶する記憶部である。

【００４４】上記構成を有する色識別装置１０を用いる
ことにより、背景領域の色及び文字領域の色の相互関係
と、背景領域の色及び登録色の相互関係とを求め、それ
ぞれの相互関係を識別指標とする識別処理を行い、もっ
て識別文字の文字色と背景色との混色の影響を除去して
識別を行うことができる。

【００４５】次に、図１に示す色識別装置１０の色登録
モードにおける処理手順について説明する。

【００４６】図５は、図１に示す色識別装置１０の色登
録モードにおける処理手順を示すフローチャートであ
る。

【００４７】図５に示すように、この色識別装置１０
は、登録色を含むカラー画像（ＲＧＢ）を画像入力部１
１から取り込んだ後に（ステップ５０１）、登録する色
を含む領域を指定する（ステップ５０２）。

【００４８】次に、指定領域の各画素を ｒ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ｇ＝Ｇ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） の算定式を用いて（ｒ，ｇ）に変換する正規化処理を行
い（ステップ５０３）、指定領域内のすべての画素の
（ｒ，ｇ）の２次元ヒストグラムＨ（ｒ，ｇ）を求める
（ステップ５０４）。

【００４９】そして、この２次元ヒストグラムＨ（ｒ，
ｇ）の最大度数の（ｒ，ｇ）を（ｒｔ，ｇｔ）として登
録色記憶部１９に登録する（ステップ５０５）。

【００５０】なお、かかる登録処理を繰り返すことによ
り、識別文字の文字色の比較の対象となる複数の色を登
録できることになる。

【００５１】次に、図１に示す色識別装置１０の識別モ
ードにおける処理手順について説明する。

【００５２】図６は、図１に示す色識別装置１０の識別
モードにおける処理手順を示すフローチャートである。

【００５３】図６に示すように、この色識別装置１０
は、識別文字を含むカラー画像（ＲＧＢ）を画像入力部
１１から取り込んだならば（ステップ６０１）、切り出
し処理部１２がテンプレートマッチングにより文字テン
プレート領域を切り出し（ステップ６０２）、文字背景
分離部１３がこの文字テンプレート領域をＲＧＢ画像か
ら濃度画像に変換して２値化し、文字領域と背景領域に
分離して識別処理部１４に出力する（ステップ６０
３）。

【００５４】そして、この文字領域及び背景領域を受け
取った識別処理部１４は、正規化処理部１５を用いて ｒ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ｇ＝Ｇ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） の算定式により背景領域の各画素を正規化して（ｒ，
ｇ）を作成し（ステップ６０４）、さらにヒストグラム
作成部１６を用いて背景領域内の全ての画素の（ｒ，
ｇ）の２次元ヒストグラムＨ（ｒ，ｇ）を求めた後に
（ステップ６０５）、該ヒストグラムＨ（ｒ，ｇ）の最
大度数の（ｒ，ｇ）を（ｒｂ，ｇｂ）として採用する
（ステップ６０６）。

【００５５】次に、識別処理部１４は、同様にして文字
領域の各画素を正規化して（ｒ，ｇ）を作成し（ステッ
プ６０７）、文字領域内の全ての画素の（ｒ，ｇ）の２
次元ヒストグラムＨ（ｒ，ｇ）を求めた後に（ステップ
６０８）、該ヒストグラムＨ（ｒ，ｇ）の最大度数の
（ｒ，ｇ）を（ｒｃ，ｇｃ）として採用する（ステップ
６０９）。

【００５６】その後、識別処理部１４は、背景の位置
（ｒｂ，ｇｂ）を中心として文字領域の色（ｒｃ，ｇ
ｃ）の角度θｃと、あらかじめ登録した登録色（ｒｔ，
ｇｔ）の角度θｔとを角度算定部１７を用いて算出し
（ステップ６１０）、このθｃとθｔの差の絶対値が一
定値以内であるならば、文字領域の色が登録色であると
識別する（ステップ６１１）。

【００５７】上記一連の処理を行うことにより、背景色
を考慮した識別文字の文字色の識別を行うことが可能と
なる。

【００５８】なお、ここでは説明の便宜上、１つの登録
色と識別文字の文字色とが一致するか否かを識別する場
合を示したが、実際には複数種類の登録色をあらかじめ
準備しておき、識別文字の文字色がいずれの登録色に近
いかを識別指標とすることもできる。

【００５９】例えば、図７に示すように３つの登録色ｔ
１（ｒｔ１，ｇｔ１）、ｔ２（ｒｔ２，ｇｔ２）及びｔ
３（ｒｔ３，ｇｔ３）と背景色ｂが存在する場合には、
背景色ｂと各登録色ｔ１、ｔ２及びｔ３とのなす角度
は、それぞれ θｔ１＝ｔａｎ-1（（ｇｔ１−ｇｂ）／（ｒｔ１−ｒ
ｂ）） θｔ２＝ｔａｎ-1（（ｇｔ２−ｇｂ）／（ｒｔ２−ｒ
ｂ）） θｔ３＝ｔａｎ-1（（ｇｔ３−ｇｂ）／（ｒｔ３−ｒ
ｂ）） となる。ここで、同図から明らかなように、文字色ｃと
背景色ｂのなす角度は、登録色ｔ２に最も近いことか
ら、かかる文字色は登録色ｔ２とみなされることにな
る。

【００６０】上述してきたように、本実施の形態では、
識別処理部１４が、正規化処理部１５を用いて背景領域
及び文字領域の色をそれぞれＲＧＢ空間上で正規化した
後、ヒストグラム作成部１６を用いて正規化した色の２
成分（ｒ，ｇ）を縦軸及び横軸とした２次元ヒストグラ
ムをそれぞれ作成し、背景領域に対応する２次元ヒスト
グラムの最大度数を持つ座標（ｒｂ，ｇｂ）及び文字領
域に対応する２次元ヒストグラムの最大度数を持つ座標
（ｒｃ，ｇｃ）をそれぞれ背景領域の色及び文字領域の
色とし、角度算定部１７を用いて背景領域の色及び文字
領域の色の角度θｃと、背景領域の色及び登録色の角度
θｔとを算定し、これらの角度が所定の範囲内にあれば
文字領域の色と登録色とが同一であると識別するよう構
成したので、以下に示す効果が得られる。

【００６１】１）カラー画像に含まれる文字領域の色が
背景領域の色と混色した場合に、背景領域の色の影響を
除去しつつ文字領域の色を正確に識別することができ
る。

【００６２】２）背景領域の色及び文字領域の色の角度
θｃと背景領域の色及び登録色の角度θｔとを効率良く
算出することができる。

【００６３】なお、本実施の形態では、カラー画像に含
まれる文字の文字色を識別対象とした場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種
識別対象に適用することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
は、対象領域の色と該対象領域の背景に位置する背景領
域の色が色空間上でなす第１の角度と、あらかじめ登録
した登録色と背景領域の色が色空間上でなす第２の角度
を算定し、算定した第１の角度及び第２の角度の角度差
に基づいて対象領域の色を識別するよう構成したので、
カラー画像に含まれる対象領域の色が背景領域の色と混
色した場合に、背景領域の色の影響を除去しつつ該対象
領域の色を正確に識別することが可能となる。

【００６５】また、第２の発明では、カラー画像から対
象領域と背景領域をそれぞれ分離し、分離した対象領域
及び背景領域の各画素が持つ色を明度成分を含まない単
位色にそれぞれ変換し、変換した対象領域の各画素の単
位色のうち出現頻度が最も高い単位色を該対象領域の色
として選択するとともに、背景領域の各画素の単位色の
うち出現頻度が最も高い単位色を該背景領域の色として
選択する。そして、選択した対象領域の色と背景領域の
色が色空間上でなす第１の角度と、選択した背景領域の
色と登録色が色空間上でなす第２の角度を算定し、算定
した第１の角度及び第２の角度の角度差に基づいて対象
領域の色を識別するよう構成したので、第１及び第２の
角度を効率良く算出することがさらに可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態で用いる色識別装置の構成を示す
図。

【図２】図１に示す切り出し処理部が画像データから切
り出した文字テンプレート領域の一例を示す図。

【図３】図１に示す正規化処理部が行う処理の概念を示
す図。

【図４】図１に示す角度算定部の処理の概念を示す図。

【図５】図１に示す色識別装置の色登録モードにおける
処理手順を示すフローチャート。

【図６】図１に示す色識別装置の識別モードにおける処
理手順を示すフローチャート。

【図７】識別文字の文字色を複数種類の登録色から選択
する場合の説明図。

【符号の説明】

１０…色識別装置、 １１…画像入力部、 １２…切り
出し処理部、１３…文字背景分離部、 １４…識別処理
部、 １５…正規化処理部、１６…ヒストグラム作成
部、 １７…角度算定部、１８…色登録処理部、 １９
…登録色記憶部、２０…文字テンプレート領域、 ２０
ａ…文字領域、 ２０ｂ…背景領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−84962（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−72040（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−133809（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−61974（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の色を登録色として予め登録し、カ
   ラー画像に内在する対象領域の色を前記登録色と比較す
   ることにより識別する色識別装置において、 前記対象領域の色および前記対象領域の背景に位置する
   背景領域の色を検出する検出手段と、 前記検出手段で検出した対象領域の色と背景領域の色と
   が色空間上でなす第１の角度および前記登録色と前記検
   出手段で検出した背景領域の色とが色空間上でなす第２
   の角度を算定する角度算定手段と、 前記角度算定手段が算定した前記第１の角度と前記第２
   の角度との角度差に基づき前記対象領域の色が前記登録
   色に対応するかを識別する色識別手段とを具備したこと
   を特徴とする色識別装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記カラー画像から対
   象領域と背景領域を分離する分離手段と、 前記分離手段が分離した対象領域及び背景領域の各画素
   が持つ色を明度成分を含まない単位色にそれぞれ変換す
   る変換手段と、 前記変換手段が変換した対象領域の各画素の単位色のう
   ち出現頻度が最も高い単位色を該対象領域の色として選
   択するとともに、前記変換手段が変換した背景領域の各
   画素の単位色のうち出現頻度が最も高い単位色を該背景
   領域の色として選択する色選択手段とを具備することを
   特徴とする請求項１記載の色識別装置。