JPS595944B2 - トクテイシヨクチユウシユツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体中の特定の光の状態をもつ部分の像を映像
中から抽出する手段に関するものである。

従来この種の技術では、光の状態の中でも明るさについ
ては高速で処理することができた。すなわち、ＴＶカメ
ラのごとき撮像装置で得られる明るさにほぼ比例した電
気信号をアナログ・コンパレータによつて例えば明るい
部分を“１″、暗い部分を″ｏ″とするようなことが簡
単にできる。この処理はアナログ・コンパレータの応答
時間が数ナノ セカンド程度であるので、標準走査方式
のＴＶカメラの映像信号に対しても十分応答できる。し
かし、第１図ａのごとく、青色の壁１の前の緑色のテー
ブル２の上に赤色のボール３が載つていてそれぞれの明
暗がハッチシダの粗密で表わされるような場合、明るさ
についてアナログ・コンパレータ（以下処理という）し
、ボールだけを抽出しよラとすると、第１図ｂのごとき
処理パターンが得られる。ここでは″１″の部分がボー
ルであるが、ボールのすべてが″１″として抽出されて
いるわけではない。もしボールのすべての部分を抽出す
るように値を変える（アナログ・コンパレータの動作レ
ベルを変える）ようにすれば、第１図ｃのごとくになつ
てボール以外の部分も″１″の状態となつて、結局ボー
ルの部分だけを″１″として抽出することはできない。
これに対してボールの部分が赤色であることに着目して
、撮像装置から色別の信号をとり出し、赤色の信号のみ
を抽出するようにすれば目的を達することができる筈で
あるが、この処理には複雑な演算を行なわねばならず、
処理時間がかかり標準走査方式のＴカメラの映像信号に
対して実時間で処理することは不可能である。実時間で
処理できないということは、映像信号を一度記憶装置に
記憶したのち、映像の各部分について処理を実行するこ
とになり装置の規模も大きく複雑になつてしまうという
不利がある。以上説明した例からも分るように、本発明
の目的は第１図ａのごとき物体の映像からボールの部分
だけを抽出した第１図ｄのごときパターンを得ることに
ある。

厳密には、物体中の特定の色を有する部分を、その部分
の明るさには関係なく抽出することが本発明の目的であ
る。第２図は本発明の装置の原理的な構成を示す図であ
り、４１，４２は撮像装置、６は乗算器すなわち増幅器
あるいは減衰器のごとく入力にある―定の定数を乗じた
出力を出す装置、７はアナログ・コンパレータ、８はＣ
ＲＴ（ブラウン管）デイスプレイ装置である。

とくに４，５は互いに異なる色感度特性を有する撮像装
置であり、例えば４１は青色フイルタを付加したビジコ
ン・カメラ、４２は赤色フイルタを付加したビジコン・
カメラのごときものである。４、，４２は場合によりカ
ラーＴＶカメラ１台で同じ目的を達することもできる。

すなわち、カメラのフイルタを自動的に取り換えられる
ようにし、それぞれのフィルタ一に対応した映像を時分
割で取り込むこともできる。

このときは、４１と４２は一体となることはもちろんで
あるが、７に供給される信号は上記の例に従えば青色成
分の映像信号、６に供給される信号は赤色成分の映像信
号である。もちろんこれらは例であつてどのような色の
成分の映像信号を６や７に供給するかは任意である。ま
た、ここでは処理結果を受け取る側の装置として簡単に
するためにデイスプレイ装置８を用いているが、これは
説明の便宜上用いた装置であつて本発明の装置の構成上
不可欠のものではない。さて、第３図ａは第１図ａを写
し直した図であるが簡単にするため輪郭と色の記号のみ
を示してある。

ここでも明暗に関しては第１図ａのハツチングの密度が
高いと禽暗く（２）府哨く併いシ？田ス１・という傾向
にあるとする。第３図ａにおいて点線で示す部分の位置
を横軸に、該当位置の明るさを縦軸にとると、第３図Ｂ
，ｃのごとくになる。

同図ｂは赤色のフイルタをかけた場合の映像信号に相当
し、同図ｃは青色のフイルタをかけた場合の映像信号に
相当する。第２図に対応させて述べれば、第３図Ｂ，ｃ
はそれぞれ４２，４１の出力映像信号である。もし、こ
こで撮像装置４２の出力を乗算器６によつて減衰させる
と、乗算器６の出力は第３図ｂの破線のごとくになる。
このような乗算器６の出力信号と撮像装置４１の出力信
号とを入力しこれらがほぼ同じ値をとる場合に出力が″
１″となるようにアナログ・コンパレータを構成すると
、その出力信号は１ｊ第３図ｄのようになる。

すなわちここでは赤いボール３の部分だけが″１１１と
して抽出されていることになる。このようにして″１″
の部分を明るく、″０Ｉの部分を暗くしてデイスプレイ
装置８に表示すると第１図ｄのごときパターンが得られ
所期の目的を達することができる。このようなアナログ
・コンパレータ７はウインド・コンパレータとも呼ばれ
、二つの入力信号電圧をＥｌ，ｅ２とするときは、例え
ばなる条件のとき出力を″１″とし、その他のときは出
力を″ｏ″とするが如きものであり、第４図のごとき構
成で実現することができる。

同図において９，１０はそれぞれ電圧がβ、αなる直流
電源、１１，１２は利得が十分に大きい直流増幅器、１
３，１３５は否定回路、１４は論理積回路である。いま
端子１５とアース間に（以下同種であるため省略）ｅ１
なる電圧がかかると１１の上側の入力端子にはｅ１＋β
の電圧がかかる。いまならば増幅器１１はカツト・オフ
になり出力電圧が０となる。

この状態を″０″としておけば、論理和回路１４の出力
が″１１となる一つの条件が整のうことになる。また端
子１５１ｆＣｅ．．ｔｒる雷圧力ζかか７一．シ１ワの
ならば増幅器１２はカツト・オフになり出力電圧が０と
なり、同様にして論理和回路１４の出力が″１″となる
もう一つの条件が調うことになる。

かくして（２）式および（３）式をともに満す（１）式
の条件が成り立つとき論理和回路１４の出力は１１″と
なる。第２図における７にこのようなアナログ・コンパ
レータを用いると、例えば撮像装置４２からの出力を６
によつて減衰させた電圧が、撮像装置４１の出力電圧に
ある電圧βを加えた電圧よりも低くかつ撮像装置４１の
出力電圧からある電圧αを減じた電圧よりも高ければ、
アナログ・コンパレータ７の出力は″１″となり、ある
特定の色相をもつ部分の７の出力を１１Ｉとすることが
できる。

第３図では、撮像装置４２の出力にある減衰を与えて、
赤色である部分のみを抽出するようにしているが、乗算
器６の減衰率あるいは増幅率を適宜設定することにより
、例えば青色の部分のみあるいは緑色の部分のみを″１
″とするようにすることができる。前述と同様にしてこ
れらの処理結果をデイスプレイ装置８に表示させたパタ
ーンがそれぞれ第１図Ｅ，ｆである。とくに第３図にお
いて注目すべきことは、赤いボール３の部分においても
明暗変化があり、図ａの左側よりも右側の方が暗くなつ
ていて、これが図Ｂ，ｃの映像信号電圧にも反映してい
ることである。

しかし、第２図に示すごとき回路構成によれば、この明
暗変化にかかわらず、赤色をもつ部分がすべて″１″と
してアナログ・コンパレータ７の出力に現われる。すな
わち第２図の回路は物体のもつ明るさにはかかわらず、
特定の色をもつ部分だけを抽出する機能を有することが
わかる。もちろん、物体の色は３つの原色よりなるから
、これまでの説明のごとく、赤色のフィルタと青色のフ
ィルタのかけられた二つの撮像装置の映像信号を処理す
るだけで、すべての色の中の特定の色だけを抽出するこ
とはできない。しかし撮像装置の視野の中に入つてくる
物体の色があらかじめ制限されている場合にはこれまで
の説明のごとき簡単な装置で十分な場合が多いことは言
うまでもない。以上の説明はやや定性的であるので、こ
こで厳密に考察しておく。

第５図のすべての図は水平方向に光の波長ｘをとつたも
ので、同図ａは垂直方向に第１撮像系の分光感度ｆ１を
、同図ｂは垂直方向に第２撮像系の分光感度Ｆ２を同図
ｃは抽出しようとする物体ａの分光輝度Ｇａを示したも
のである。上記のうち分光感度は撮像系の撮像素子の分
光感度や物体と撮像素子の間に介在する光学フイルタや
レンズなどの分光透過率などの総合的効果を示すもので
あり、分光輝度とは物体の分光反射率や物体への照明の
分光照度などの総合的効果を示すものとしておく。ただ
し物体の分光輝度は物体面の傾きや他の物体の影などに
よつて分光照度が各波長にわたつて一定の比率で増減す
るので、この比率をｋとしてと定義しておく。

さて撮像系１，２によつて物体ａを撮像した場合の映像
信号Ｈｌ，ｈ２はそれぞれ比例定数をｌとしてとなる。

したがつて物体ａに関しては、ｈ となり」は物体ａの面の傾きや他の物体によるＨｔ．影
などの影響に関わらず一定であると言える。

今この式を書き換えてとすればわかるように、物体ａの
部分の映像信号については撮像系２の映像信号にユなる
一定係Ｌ数を乗じたものと撮像系１の映像信号とは一致
すノ ｊ１ １◆↓日′五−ｆ？４ ′７．覧り、４
，が撮像系２であり、６が芒なる一定係数の乗算器であ
り、１が左辺と右辺が等しいかどうかを調べるための比
較器であつたことになる。

このことからも判るように一般的に２つの撮像系の映像
信号から物体ａの映像の部分を抽出する回路は第６図の
ごとく表わすことができ、６１がＨ２、６２がｈｌなる
垂算器でも良いし、６，が一、６，が一なる乗算器でも
良いし、６１が１．ｋ二五なる乗算器で６，が１なる乗
算器（すなわちｋ単なる導線）でも良い。

更に一般的にであれば６１と６２はど のような乗数の乗算器であつてもよいことになる。

さて、（５成で表わされる例をとりあげるとして、物体
ａの部分の映像信号が（５）式を満すことは明らかであ
るが、物体ａのもつ分光輝度以外の分光輝度をもつ物体
の映像信号が常に（５式を満さないというと必らずしも
そうではない。（５成を変形してで表わし、各辺の｛｝
で囲まれた部分の各分光特性を描いたものが第５図ｄで
ある。いまＧａ＊（有）が輝線分光特性をもつもつとも
簡単な例を考えると第５図ｅのごとき場合でも、第５図
ｆの場合にも（Ｃ５）式は満され、したがつて（５）式
も満されることになる。このような−モ例からも判るよ
うに、（５）式の判定条件あるいは第２図の回路構成だ
けではあらゆる色が含まれる物体の中から物体ａの部分
だけを抽出することはできない。しかしながら、撮像装
置にとらえられる視野の中に入つて来る物体のうち物体
ａ以外の物体の色は（５成を満さないεという条件さえ
あれば、第２図に示す回路構成のごとくわずか２系統の
撮像系だけでも物体ａだけを抽出することができ、また
このような場合はかなり多いのが一般である。とくに生
産工程における物体を対象とするような場合には物体の
色は人工的な色が多く、この種の回路構成で十分な効果
を得ることができる。もし撮像系の分光感度Ｆ，やＦ２
を適切に変更してもなおかつ２系統の撮像系だけでは特
定の物体ａのみを抽出できない場合には撮像系の系統数
をｉまで増やし、が成立つようにし、たとえば第６図の
構成を拡張して第１系統には二、第２系統には゛ 第ｉ系統には一の乗算器を設けるようにすればｋ； ▲
物体ａ以外の物体を抽出しないようにする効果は著しく
ない。

もちろんこのような処理においても、（７）式を変形し
て得る。によつて第？図のごとき構成をとれば乗算器は
１個省略することができる。

この場合第１系統において乗算器を省略しているが、ど
の分光感度をもつ撮像系統を第１系統に選ぶかはまつた
く自由である。なお第１図では第２系統から第ｉ系統の
乗算器６，，６２，・・・・・・・・・，６ｉによるそ
れぞれの乗算の出力を第１系統の映像信号とアナログ・
コンパレータ、Ｔ，，７３，・・・・・・・・・，Ｔｉ
とで比較しその結果を論理積回路１７で論理積をとつて
いるが、こうした比較するものの組合せは任意であつて
必らずしも第７図のごとくでなくても差支えないことは
（８）式を見ても容易にわかることである。なお、撮像
系統数を十分に多く用いる場合には第８図に示すごとく
各系統の分光感度を十分に波長帯域の狭いものとし、そ
れらの中心波長がほぼ等間隔に並ぶようにすれば、物体
ａのみを抽出する能力はいつそう高くなる。また、各撮
像系統に対して異なる乗数の乗算器を設け第９図のよう
に構成すれば、物体ａのほかに物体ｂ、物体ｃなどそれ
ぞれ異なる色をもつ物体を独立して抽出することができ
ることは言うまでもない。

図では第７図に準じて記号をつけ物体Ａ，ｂ，ｃを抽出
するための専用回路にはそれぞれＡ，ｂ，ｃの添字をつ
けて示している。以上説明したごとく、複数種類の分光
感度を有する撮像装置がそれぞれほぼ同一視野をとらえ
るように配置し、これらの映像信号を直接あるいはあら
かじめ定める一定の増幅率の増幅器あるいはあらかじめ
定める一定の減衰率の減衰器を介したのち、それらの信
号中の任意の組合せよりなる二つの信号が互いに近似し
た値であることを調べる比較器を複数個用い、“すべて
の比較器の出力が比較器の入力である二信号の近似状態
に対応しているとぎと６そうでないとぎに互いに異なる
状態を出力するように構成すれば、特定の色の部分とそ
うでない部分とを選別することができる。

ここに複数種類の分光感度を有する撮像装置には、例え
ばカラーＴＶカメラのごときものを用いることもできる
し、異なる色フイルタを用いたＴＶカメラをほぼ同一位
置においてほぼ同一の視野をとらえるように配置するこ
とによつても実現できる。ハーフミラーを用いて、各Ｔ
Ｖカメラの光軸を一致させるようにすれば一そう良い結
果を得ることは言うまでもな〜）。増幅器は通常のトラ
ンジスタやＩＣを用いた増幅器でよく、減衰器は抵抗器
を用いた電圧分割回路で実現できる。

また、これらの増幅器や減衰器は、たとえばレジスタと
ＤＡ変換器とを併置した形にすることによつて、外部か
らこのレジスタにセツトされた数値によつて増幅率や減
衰率を制御できる。このようにすれば、この装置を計算
機などによつて自在に制御し、任意の色情報をもつ物体
を抽出することが可能である。また比較器は第４図で述
べたごとき回路で容易に実現できる。またこの中で用い
られている１３，１４、あるいは第７図あるいは第９図
で用いられている１７のごとき論理回路もきわめて一般
的なものである。これらの要素はこのようにきわめて容
易に得られるばかりでなく動作速度も高速であるから、
たとえば標準走査方式のＴカメラの映像信号の数メガヘ
ルツという高速にも十分応答できるから映像信号の送出
速度に合わせた実時間で特定色の物体像だけを抽出する
ことが可能となる。もちろんこの処理結果をそのままＣ
ＲＴデイスプレイ装置に接続すると、例えば特定色を有
した物体の部分だけを明るく、他の部分を暗くした映像
を見ることができるので、人間がこのデイスプレイを見
ることにより容易に特定色物体の形状、位置、姿勢など
を知ることができるメリツトがある。こうした単なる表
示目的だけではなく、色と明るさの情報をもつた膨大な
情報、たとえば映像上の１点あたり４色それぞれが２５
６段階程度の明暗変化範囲をもつとすれば１０ビツト／
点の情報がわずか１ビツト／点に圧縮されることになる
から、この情報を例えば特願昭４６−９７１２２、４７
一１０１８８２、４８−２１６３６、５０−３６７５８
に示すごとき物体の形状、位置、姿勢等を認識する装置
に与えれば、きわめて簡単な装置で複雑な色や明暗をも
つ物体の中から特定色の物体の諸性質を認識できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理対象映像と処理出力パターンの説
明図、第２図から第９図は本発明の構成および動作の説
明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに異なる分光感度分布を有する少くとも二つの
   第１、第２の光電変換手段と、検出すべき特定色に対す
   る該第１、第２の光電変換手段の出力比としてあらかじ
   め設められた値を該第２の光電変換手段の出力に乗算し
   た値の信号を出力する手段と、該乗算した値の信号と該
   第１の光電変換手段の出力とを比較する手段を有するこ
   とを特徴とする特定色抽出装置。 ２ 互いに異なる分光感度分布を有する複数の光電変換
   手段と、検出すべき特定色に対する該光電変換手段の各
   々の出力値の逆数に比例した値を該光電変換手段の各々
   の出力に乗算した値の信号を出力する手段と、該乗算し
   た値の信号を相互に比較する手段を有することを特徴と
   する特定色抽出装置。