(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力カラー画像信号を輝度信号と色信号に分離する入力信号処理手段と、
上記入力信号処理手段により入力カラー画像信号から得られた輝度信号の信号レベルに基づいて、予め演算モジュールのビット数に対応した数の色モデルを設定しておいたテーブルを検索して、色領域を示す信号をリファレンスとして取り出す色テーブル管理手段と、
上記色テーブル管理手段により取り出されたリファレンスの色領域を示す信号と、上記入力信号処理手段によりカラー画像信号から得られた色信号の信号レベルを比較して、上記色信号により示される色が上記リファレンスの色領域に含まれるか否を判定する色領域比較手段と、
上記色領域比較手段による比較出力として得られる入力カラー画像信号に対する色抽出結果を蓄積する記憶手段と、
上記輝度信号の信号レベルに対応したテーブルを上記色テーブル管理手段に予め設定する制御手段と、
上記色領域比較手段によりリファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果の回数を色の種類毎に算出する手段と、
上記リファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果が得られた画像内の位置から各色の画面内の面積を示す情報と各色の重心を示す情報を算出する手段とを備え、
上記制御手段は、上記色テーブル管理手段のテーブルに演算モジュールのビット数に対応した数の色モデルを設定し、
上記色テーブル管理手段は、上記入力信号処理手段により入力カラー画像信号から得られた輝度信号の信号レベルに対して上記演算モジュールのビット数に対応した数の色モデルが設定されたテーブルを検索して、各色に対応する色領域を示す信号をリファレンスとして取り出し、
上記色領域比較手段は、上記色テーブル管理手段により取り出されたリファレンスの色領域群を示す信号と、上記入力信号処理手段によりカラー画像信号から得られた色信号の信号レベルを比較して上記リファレンスの色領域群に含まれるか否を判定し、
上記記憶手段は、上記色領域比較手段による比較出力として得られる入力カラー画像信号に対する色抽出結果を画像内の位置に対応してまとめたものを単位として、各算出結果を各色毎に独立に記憶することを特徴とする色抽出装置。
【請求項２】
抽出対象の色モデルを記憶し、記憶された色モデルの領域を入力カラー画像信号の輝度信号レベルに基づいて読み出し、読み出された領域と入力カラー画像信号の色信号レベルを比較し、その比較結果を色抽出結果として蓄積する色抽出方法であって、
演算モジュールのビット数に対応した複数種類の色モデルをテーブルに設定し、
入力カラー画像信号を輝度信号と色信号に分離し、
上記入力カラー画像信号から得られた輝度信号の信号レベルに基づいて、上記複数種類の色が設定されたテーブルを検索することにより、各色に対応する色領域群を示す信号をリファレンスとして取り出し、
上記リファレンスの色領域群を示す信号と上記入力カラー画像信号の色信号の信号レベルを比較して、上記色信号により示される色が上記リファレンスの色領域群に含まれるか否を判定し、
上記リファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果の回数を色の種類毎に算出するとともに、
上記リファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果が得られた画面内の位置から各色の画像内での面積を示す情報と各色の重心を示す情報を算出し、
上記入力カラー画像信号に対する色抽出結果を画像内の位置に対応してまとめたものを単位として、上記各算出結果を各色毎に独立に記憶することを特徴とする色抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力カラー画像信号から特定の色を抽出するための色抽出装置及び色抽出方法に関し、例えば、エンターテーメントロボットや撮像システムにおける特定の色の目標物体を認識して自動追尾する機能を実現する場合等に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、特開平８−５１５６４号公報に開示されているように、テレビジョンカメラで撮影した画像により目標物の動きを検出して撮像方向を制御するようにした目標追尾装置等において、目標物の形状情報に加えてカラー画像信号のもつ色情報を用いて目標物を追尾することが行われている。
【０００３】
また、色の抽出手法としては、特願昭５９−１２４８１号や特願平５−３２９２７２号で提案されているされるように入力輝度信号で入力色信号を正規化して、設定値と比較を行うことで色の抽出を行う手法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の正規化による色の抽出手法においては、輝度と色の張る空間での色モデルが限定されるという制限があった。
【０００５】
また、本件出願人は、特願平９−４８７８６号において、高次の色モデルを導入してマイクロコンピュータ（単にマイコンという。）によりモデルと入力画像の距離を算出させて判定を行う手法を先に提案しているが、このように、マイコンを導入することでモデルの制限をなくする手法においては、入力画像をマイコンが扱うために、実行速度や複数色への対応に対して制限があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、このような従来の実状に鑑みて、画像処理のための信号処理手段の負担を軽減するとともに、色モデルの拡張性を向上させ、より柔軟なモデルで高速にかつ多色を同時に抽出することを可能にした色抽出装置及び色抽出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る色抽出装置は、入力カラー画像信号を輝度信号と色信号に分離する入力信号処理手段と、上記入力信号処理手段により入力カラー画像信号から得られた輝度信号の信号レベルに基づいて、予め演算モジュールのビット数に対応した数の色モデルを設定しておいたテーブルを検索して、色領域を示す信号をリファレンスとして取り出す色テーブル管理手段と、上記色テーブル管理手段により取り出されたリファレンスの色領域を示す信号と、上記入力信号処理手段によりカラー画像信号から得られた色信号の信号レベルを比較して、上記色信号により示される色が上記リファレンスの色領域に含まれるか否を判定する色領域比較手段と、上記色領域比較手段による比較出力として得られる入力カラー画像信号に対する色抽出結果を蓄積する記憶手段と、上記輝度信号の信号レベルに対応したテーブルを上記色テーブル管理手段に予め設定する制御手段と、上記色領域比較手段によりリファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果の回数を色の種類毎に算出する手段と、上記リファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果が得られた画面内の位置から各色の画像内での面積を示す情報と各色の重心を示す情報を算出する手段とを備え、上記制御手段は、上記色テーブル管理手段のテーブルに演算モジュールのビット数に対応した数の色モデルを設定し、上記色テーブル管理手段は、上記入力信号処理手段により入力カラー画像信号から得られた輝度信号の信号レベルに対して上記演算モジュールのビット数に対応した数の色モデルが設定されたテーブルを検索して、各色に対応する色領域を示す信号をリファレンスとして取り出し、上記色領域比較手段は、上記色テーブル管理手段により取り出されたリファレンスの色領域群を示す信号と、上記入力信号処理手段によりカラー画像信号から得られた色信号の信号レベルを比較して上記リファレンスの色領域群に含まれるか否を判定し、上記記憶手段は、上記色領域比較手段による比較出力として得られる入力カラー画像信号に対する色抽出結果を画像内の位置に対応してまとめたものを単位として、各算出結果を各色毎に独立に記憶することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る色抽出方法は、抽出対象の色モデルを記憶し、記憶された色モデルの領域を入力カラー画像信号の輝度信号レベルに基づいて読み出し、読み出された領域と入力カラー画像信号の色信号レベルを比較し、その比較結果を色抽出結果として蓄積する色抽出方法であって、演算モジュールのビット数に対応した複数種類の色モデルをテーブルに設定し、入力カラー画像信号を輝度信号と色信号に分離し、上記入力カラー画像信号から得られた輝度信号の信号レベルに基づいて、上記複数種類の色が設定されたテーブルを検索することにより、各色に対応する色領域群を示す信号をリファレンスとして取り出し、上記リファレンスの色領域群を示す信号と上記入力カラー画像信号の色信号の信号レベルを比較して、上記色信号により示される色が上記リファレンスの色領域群に含まれるか否を判定し、上記リファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果の回数を色の種類毎に算出するとともに、上記リファレンスの色領域内であると判定された色抽出結果が得られた画面内の位置から各色の画像内での面積を示す情報と各色の重心を示す情報を算出し、上記入力カラー画像信号に対する色抽出結果を画像内の位置に対応してまとめたものを単位として、上記各算出結果を各色毎に独立に記憶することを特徴とする。
【００１３】
【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詳細に説明する。
【００１４】
本発明に係る色抽出装置は、例えば図１に示すように構成される。この図１に示した色抽出装置は、色に応じて行動を変更するエンターテインメントロボットに適用したものであって、カラービデオカメラ１０、Ｙ／Ｕ／Ｖ信号分離回路１１、Ａ／Ｄ変換ブロック１２、色テーブル管理ブロック１３、色領域比較ブロック１４、画面内情報演算ブロック１５、抽出結果変換ブロック１６、記憶ブロック１７及び中央演算処理装置（CPU:Central Processing Unit ）１８からなり、ロボットの行動を決定するＣＰＵ１８が指定する８色に対して色抽出を行うものである。
【００１５】
この色抽出装置において、カラービデオカメラ１０は、ロボットの目に相当するもので、被写体を撮影することにより得られる入力カラー画像信号をＹ／Ｕ／Ｖ信号分離回路１１に供給する。
【００１６】
Ｙ／Ｕ／Ｖ信号分離回路１１は、上記カラービデオカメラ１０により得られた入力カラー画像信号を輝度信号と各色信号に分離してＡ／Ｄ変換ブロック１２に供給する。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換ブロック１２は、上記Ｙ／Ｕ／Ｖ信号分離回路１１で分離された輝度信号Ｙと各色信号Ｕ／Ｖを３個のＡ／Ｄ変換器１２Ｙ，１２Ｕ，１２Ｖによりそれぞれデジタル化することにより、輝度信号の信号レベルＹを示す輝度レベルデータ（以下、入力輝度信号Ｙという）と、各色信号の各信号レベルＵ／Ｖを示す各色レベルデータ（以下、各入力色信号Ｕ／Ｖという）を出力する。
【００１８】
このＡ／Ｄ変換ブロック１２において、Ａ／Ｄ変換器１２Ｙにより輝度信号をデジタル化して得られた入力輝度信号Ｙは、色テーブル管理ブロック１３と色領域比較ブロック１４に供給される。また、Ａ／Ｄ変換器１２Ｕ，１２Ｖにより各色信号Ｕ／Ｖをそれぞれデジタル化して得られた各入力色信号Ｕ／Ｖは、色領域比較ブロック１４に供給される。
【００１９】
色テーブル管理ブロック１３は、上記Ａ／Ｄ変換器１２Ｙから供給される入力輝度信号Ｙに基づいてテーブルを検索し、８色に対して入力輝度信号Ｙの入力時に想定されるリファレンス色領域を示す領域信号を色領域比較ブロック１４に出力する。
【００２０】
色領域比較ブロック１４は、上記色テーブル管理ブロック１３により与えられるリファレンス色領域を示す領域信号と上記Ａ／Ｄ変換器１２Ｕ，１２Ｖから供給される各入力色信号Ｕ／Ｖを比較して、各色に対する比較結果を画面内情報演算ブロック１５及び抽出結果変換ブロック１６に出力する。
【００２１】
画面内情報演算ブロック１５は、上記色領域比較ブロック１４による比較結果と画像内の位置から面積と重心を算出する。また、抽出結果変換ブロック１６は、上記色領域比較ブロック１４による８個の比較結果をまとめて画面内の位置に対して８色の抽出結果をバイトデータに変換する。
【００２２】
記憶ブロック１７は、上記画面内情報演算ブロック１５による演算結果及び上記抽出結果変換ブロック１６よる変換結果を保存しておく。
【００２３】
そして、ＣＰＵ１８は、上記記憶ブロック１７に保存されているデータに基づいて、ロボットの行動を決定して、各種周辺装置の制御を行うようになっている。
【００２４】
ここで、この色抽出装置における色データ管理ブロック１３、色領域比較ブロック１４、画面内情報演算ブロック１５及び抽出結果変換ブロック１６の具体的な構成及びその動作を説明する。
【００２５】
すなわち、色データ管理ブロック１３は、その具体的な構成を図２に示すように、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（SRAM:Static Random Access Memory）２０とバス調停回路２１から構成される。
【００２６】
ＳＲＡＭ２０は、色領域のテーブルを格納するもので、ここでは、ＣＰＵ１８のデータバス幅を３２ｂｉｔとし、かつ入力輝度信号Ｙが８ｂｉｔでテーブルが８種類設定できるように、８ｋＢｙｔｅの記憶容量を有するものが用いられる。また、バス調停回路２１は、ＣＰＵ１８からのＳＲＡＭ２０上のテーブルへの書き込みと、色領域比較ブロック１４からのＳＲＡＭ２０上のテーブルへの問い合わせを調停する。
【００２７】
上記ＳＲＡＭ２０は、２５６アドレス毎に論理的な切れ目が存在しており、入力輝度信号Ｙの８ｂｉｔと色領域比較ブロック１４からの色の種類を示す色指定信号の３ｂｉｔの計１１ｂｉｔがアドレスとして入力される。
【００２８】
さらに、このＳＲＡＭ２０に格納される色領域について、図３と図４を参照して説明する。
【００２９】
図３は、輝度信号Ｙに比例して色信号Ｕも色信号Ｖも単調に信号レベルが増加するモデルを想定した場合の（Ｙ，Ｕ，Ｖ）空間での軌跡を示している。このモデルをＵＶ平面に平行な平面ＳでＹ座標のＹｓで切った場合の図を図４に示してある。
【００３０】
図４の点Ａが図３の点Ａと同一の点を示している。このモデルと同一の色と判定してよい矩形領域Ｐを表現する点を（Ｕｈ，Ｕｌ，Ｖｈ，Ｖｌ）の３２ｂｉｔのデータとする。
【００３１】
このように、各輝度信号Ｙのレベルにおいて矩形領域を示す点の集合をこのモデルに関する色領域としてＳＲＡＭ２０に格納する。同様に８色分テーブルを準備することで、色モデルの設定が完了する。
【００３２】
また、色領域比較ブロック１４は、図５に示すように、８色多重タイミング信号発生ブロック５０、領域信号デコーダ５１、Ｕ比較ブロック５２、Ｖ比較ブロック５３及び論理積回路５４から構成される。この色領域比較ブロック１４の具体例は、画像のサンプリング周波数の８倍以上のクロックが存在していて、同様の処理を８回多重することで８色の色検出を行うようものである。
【００３３】
この色領域比較ブロック１４の具体例において、８色多重タイミング信号発生ブロック５０は、３ｂｉｔのビットカウンタ回路からなり、次の画素が入力するまでに０〜７までカウントアップを行い、８色多重抽出の基本となるタイミングを発生する。また、この８色多重タイミング信号発生ブロック５０の３ｂｉｔ出力と入力輝度信号Ｙの信号レベルを示す８ｂｉｔを加えた１１ｂｉｔが上記色データ管理ブロック１３のＳＲＡＭ２０上のテーブルを読むためのアドレスとなる。
【００３４】
領域信号デコーダ５１は、アドレスに従って上記色データ管理ブロック１３からリファレンス色領域として出力された矩形領域を示す３２ｂｉｔデータを色信号Ｕの上限値／下限値（Ｕｈ／Ｕｌ）と色信号Ｖの上限値／下限値（Ｖｈ／Ｖｌ）に分ける処理を行う。
【００３５】
Ｕ比較ブロック５２は、入力色信号Ｕと上記領域信号デコーダ５１から供給される色信号Ｕの上限値／下限値（Ｕｈ／Ｕｌ）と比較し、上記入力色信号Ｕが上記色信号Ｕの上限値／下限値（Ｕｈ／Ｕｌ）の間に入っているか否かを示す比較結果を出力する。また、Ｖ比較ブロック５３は、入力色信号Ｖと上記領域信号デコーダ５１から供給される色信号Ｖの上限値／下限値（Ｖｈ／Ｖｌ）と比較し、上記入力色信号Ｖが上記色信号Ｖの上限値／下限値（Ｖｈ／Ｖｌ）の間に入っているか否かを示す比較結果を出力する。
【００３６】
そして、論理積回路５４は、上記Ｕ比較ブロック５２及びＶ比較ブロック５３による各比較結果の論理積をとる。
【００３７】
この色領域比較ブロック１４では、上記論理積回路５４による論理積出力が登録されているある色モデル（タイミングの３ｂｉｔで決定する）の画面内のその位置での抽出結果となる。この処理を８色多重タイミング信号発生ブロック５０を構成しているカウンタ回路のカウントアップに従い繰り返すことで、画素毎に８色の抽出結果を得ることができる。
【００３８】
以上の処理により、画面内のある位置の色が登録された８色に対して当てはまるかどうかの判定が行われたことになる。
【００３９】
また、画面内情報演算ブロック１５は、図６に示すように、レジスタ６０〜６Ｆと加算器５９とからなる。
【００４０】
各レジスタ６０〜６７は、各色の面積を記憶するものであって、垂直同期信号に同期してクリアされるようになっている。各レジスタ６０〜６７は、上述の８色多重タイミング信号発生ブロック５０を構成しているカウンタ回路のカウントが進むのに同期してデータが受渡しされる。あるカウンタ値の時間にレジスタ６７に格納されていたデータに処理結果を加算器５９で足し込みレジスタ６０に戻すことを次の垂直同期まで行い、クリアするタイミングで各レジスタ６０〜６７のデータをレジスタ６８〜６Ｆに移すことで、各色の画面内の面積を算出結果がレジスタ６８〜６Ｆに得られる。このレジスタ６８〜６Ｆに得られる算出結果が記憶ブロック１７に転送される。
【００４１】
重心に関しても同様で、あてはまった時の水平位置を足し込み面積で割り算を行うことと垂直位置を足し込み面積で割り算を行うことで、図６と同様の回路により、各色の重心を算出することができる。
【００４２】
この画面内情報演算ブロック１５は、このようにして、上記色領域比較ブロック１４による比較結果と画像内の位置から面積と重心を算出して、その結果を上記記憶ブロック１７に転送する。
【００４３】
さらに、抽出結果変換ブロック１６は、図７に示すように、ビットレジスタ７０〜７７とバイトレジスタ７８とからなる。
【００４４】
この抽出結果変換ブロック１６において、ビットレジスタ７０〜７７は、上記色領域比較ブロック１４による比較結果すなわち色抽出処理結果が１ビットデータとしてビットレジスタ７０に入力され、上述の８色多重タイミング信号発生ブロック５０を構成しているカウンタ回路のカウントが進むのに同期してビットレジスタ７７に向かってシフトされる。そして、上記カウンタ回路のカウントが７から０に戻るタイミングで８ｂｉｔレジスタ７８に８ビットデータとして移される。この８ｂｉｔレジスタ７８に得られる８ビットデータが記憶ブロック１７に転送される。
【００４５】
すなわち、この抽出結果変換ブロック１６は、上記色領域比較ブロック１４による比較結果として得られる色抽出処理結果を示す１ビットデータを８ビットデータに変換して一種の多値画像として上記記憶ブロック１７に転送する。
【００４６】
その結果を参照することにより、上述のＣＰＵ１８は、エンターテインメントロボットが特定の色の方向に進んだりとか、逆に特定の色から離れたり等の行動を決定する。
【００４７】
ここで、本発明に係る色抽出装置では、上記抽出結果変換ブロック１６により８色に対応する色モデル０〜色モデル７の色抽出処理結果を示す８ビットデータを得て、例えば図８に示すような論理演算ブロック１９を介して記憶ブロック１７に転送するようにしてもよい。
【００４８】
この図８に示す論理演算ブロック１９は、テーブルの番号で指定される色モデルの演算を行うもので、２ビット演算モジュール８１Ａ，８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ、４ビット演算モジュール８３〜８６及び８ビットレジスタ８７からなる。
【００４９】
２ビット演算モジュール８１Ａは、テーブル番号０に設定された色モデル０とテーブル番号１に設定された色モデル１の交差の演算をする。また、２ビット演算モジュール８２Ａは、色モデル０の結果を反転させて色モデル１の結果との交差の演算を行う。同様に、２ビット演算モジュール８１Ｂは、色モデル２と色モデル３の交差の演算をする。また、２ビット演算モジュール８２Ｂは、色モデル２の結果を反転させて色モデル３の結果との交差の演算を行う。
【００５０】
この２ビット演算モジュール８１Ａ，８１Ｂ，８２Ａ，８２Ｂのように、各色モデルでの色抽出結果を２入力の論理演算を行うことにより、図９に例えば９−１として示すような環状の領域を新たなモデルとして扱うことができる。
【００５１】
また、各４ビット演算モジュール８３〜８６は、それぞれ色モデル４〜色モデル７での色抽出結果について、４入力の論理演算を行う。これにより、例えば、図９の９−２に示すような新たなモデルの設定も可能となる。
【００５２】
また、基本となる８種類の色モデルのテーブルのＳＲＡＭ１３上の順序を代えることで、各演算の入力部分の選択回路は不要となる。
【００５３】
以上のように、簡単な論理演算回路と組み合わせることで、色モデルの拡張が容易に可能である。
【００５４】
また、本発明に係る色抽出装置では、色の抽出だけではなく、ある特定の区間の色信号Ｕに対して色信号Ｖ全体が含まれるテーブルを全ての輝度信号Ｙで共通に設定して、面積算出回路を使用することで、色信号Ｕのヒストグラムを算出したり、同様に色信号Ｖや輝度信号Ｙのヒストグラムを算出したりすることが可能である。
【００５５】
また、論理演算ブロックに関しても上述のように固定された論値演算を行うのはなく、プログラミング可能な演算装置を導入する事でより高度なモデルを導入できる。
【００５６】
また、上述の実施の形態では８種類の色モデルに関して記述を行っているが、同様の方法でモデル数を増やす事や、時間多重ではなく並列回路で多色を同時に比較することも可能である。
【００５７】
さらに、色モデルの記憶に関しても、ＲＡＭではなくＲＯＭなどを使用することでも同様の効果が得られる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、色差の張る空間において特定の分布を示す色モデルに従った色抽出が高速に行える。また、抽出された色の画面内の大きさ位置などの情報も同時に検出が可能となる。また、同時に多色のモデルに関して検出を行う回路への拡張が容易である。さらに、モデルの設定を自由に行えてかつ、モデルの連結などの操作からモデルの拡張が可能となる。
【００５９】
したがって、本発明に係る色抽出装置及び色抽出方法では、柔軟なモデルで高速にかつ多色を同時に色抽出ができると同時に、画像内の多色の面積や重心位置などの情報を同時に抽出することができ、画像認識に関するＣＰＵの前処理に関する負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る色抽出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記色抽出装置における色テーブル管理ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】輝度信号Ｙに比例して色信号Ｕも色信号Ｖも単調に信号レベルが増加するモデルを想定した場合の（Ｙ，Ｕ，Ｖ）空間での軌跡を示す図である。
【図４】図３の色空間モデルをＵＶ平面に平行な平面ＳでＹ座標のＹｓで切った場合の図である。
【図５】上記色抽出装置における色比較ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図６】上記色抽出装置における画面内情報演算ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図７】上記色抽出装置における抽出結果変換ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図８】上記色抽出装置に設けられる論理演算ブロックの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図９】上記色抽出装置に論理演算ブロックを設けることにより拡張された新たなモデルの輝度信号レベルでの領域例を示す図である。
【符号の説明】
１０  カラービデオカメラ、１１  Ｙ／Ｕ／Ｖ分離回路、１２  Ａ／Ｄ変換ブロック、１３  色テーブル管理ブロック、１４  色領域比較ブロック、１５  画面内情報演算ブロック、１６抽出結果変換ブロック、１７  記憶ブロック、１８
ＣＰＵ、１９  演算ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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