(57)【要約】【課題】画像から特徴抽出を行う前に、撮像装置での変換特性を補正することにより、特徴抽出を精度よく行うことを可能にする。【解決手段】前置処理手段１０は、撮像装置２により撮像した画像内の画素の画素値を補正テーブル１２に従って補正した画像を出力する。主処理手段２０は、前置処理手段１０から出力された画像を用いて撮像装置２により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う。撮像装置２により明度の関係が既知である標準領域が表記されたサンプル指標を撮像し、画像内で標準領域を撮像した領域の明度の既知の関係と、撮像装置２から出力される画素値の関係とを用いて、テーブル生成手段１３が補正テーブルを生成する。【選択図】図１
2011249883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置により撮像した画像内の画素の画素値を補正する前置処理手段と、前記前置処理手段から出力された補正後の画像を用いて前記撮像装置により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う主処理手段とを有し、前記前置処理手段は、前記撮像装置での受光強度のうちの少なくとも所望範囲において受光強度と前記前置処理手段から出力する画素値とが線形関係になるように前記前置処理手段に入力される画素値と前記前置処理手段から出力する画素値とを対応付けた補正テーブルと、前記前置処理手段に入力された画素値を前記補正テーブルに照合し前記前置処理手段から出力する画素値を抽出する補正処理手段と、前記撮像装置から既知の複数の受光強度と前記撮像装置から出力される画素値との関係を用いて前記補正テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記テーブル生成手段は、それぞれ異なる明度を有する複数の標準領域が表記されたサンプル指標を前記撮像装置により撮像したときの画素値を取得し、前記サンプル指標の各標準領域の既知の明度と、前記撮像装置から出力された画像内で前記標準領域に対応する領域の画素値とを用いることにより、前記補正テーブルを生成することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記テーブル生成手段は、前記撮像装置の視野内の明度が一様である環境下において前記撮像装置により異なる複数のシャッタ速度で撮像したときの画素値を取得し、各シャッタ速度から求められる前記撮像装置での受光強度と、前記撮像装置から出力された画素値とを用いることにより、前記補正テーブルを生成することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記テーブル生成手段は、所定の期間ごとに前記補正テーブルを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置により撮像した空間領域の画像から特徴抽出を行う画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外観検査や空間監視などの目的において、撮像装置により撮像した空間領域の画像に対してデジタル信号処理による画像処理を行い、空間領域に関する特徴を抽出する技術が種々提案されている（たとえば、特許文献１参照）。撮像装置により撮像した画像の画像処理は、プログラムに従ってデジタル信号処理を行うプロセッサを備えた画像処理装置により行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４５０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、撮像装置が撮像した画像に含まれる画素ごとの画素値は、撮像装置の各画素での受光強度（受光光量）に対して単調に変化するが、必ずしも線形関係にはなっていない。一方、画像処理装置において、特徴を精度よく抽出するには、受光強度と画素値との関係が線形であることが望ましい。たとえば、受光強度の小さい領域において画素値の変化が大きく、受光強度の大きい領域において画素値の変化が少なくなると、受光強度の大きい領域では小さい領域よりも特徴抽出の精度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、画像から特徴抽出を行う前に、撮像装置での変換特性を補正することにより、特徴抽出を精度よく行うことを可能にした画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、撮像装置により撮像した画像内の画素の画素値を補正する前置処理手段と、前置処理手段から出力された補正後の画像を用いて撮像装置により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う主処理手段とを有し、前置処理手段は、撮像装置での受光強度のうちの少なくとも所望範囲において受光強度と前置処理手段から出力する画素値とが線形関係になるように前置処理手段に入力される画素値と前置処理手段から出力する画素値とを対応付けた補正テーブルと、前置処理手段に入力された画素値を補正テーブルに照合し前置処理手段から出力する画素値を抽出する補正処理手段と、撮像装置から既知の複数の受光強度と撮像装置から出力される画素値との関係を用いて補正テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、テーブル生成手段は、それぞれ異なる明度を有する複数の標準領域が表記されたサンプル指標を撮像装置により撮像したときの画素値を取得し、サンプル指標の各標準領域の既知の明度と、撮像装置から出力された画像内で標準領域に対応する領域の画素値とを用いることにより、補正テーブルを生成することが望ましい。
【０００８】
あるいはまた、テーブル生成手段は、撮像装置の視野内の明度が一様である環境下において撮像装置により異なる複数のシャッタ速度で撮像したときの画素値を取得し、各シャッタ速度から求められる撮像装置での受光強度と、撮像装置から出力された画素値とを用いることにより、補正テーブルを生成してもよい。
【０００９】
さらに、テーブル生成手段は、所定の期間ごとに補正テーブルを生成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構成によれば、画像から特徴抽出を行う前に、撮像装置での変換特性を改善することにより、特徴抽出が精度よく行えるようになるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上に用いるサンプル指標の一例を示す正面図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
図１に示すように、画像処理装置１には撮像装置２が接続される。撮像装置２は、ＣＣＤイメージセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサからなる撮像素子（図示せず）を内蔵し、レンズを備える受光光学系（図示せず）を通して所望の空間領域を撮像する。また、撮像装置２は、画像処理装置１からの指示を受けて、電子式シャッタのシャッタ速度を調節することにより感度を調節する。撮像装置２は、撮像素子の出力を増幅する増幅器（図示せず）を内蔵し、画像処理装置１からは増幅器の増幅度を指示することが可能になっている。撮像装置２としては、絞り（アイリス）を備える構成を採用してもよく、絞りを備える撮像装置２では、画像処理装置１からの指示を受けて、絞りの開口径を変化させることにより感度を調節する。
【００１３】
本実施形態では、説明を簡単にするために、撮像装置２がモノクロ画像（濃淡画像）を出力する場合を想定する。なお、以下に説明する技術は、モノクロ画像ではなくカラー画像にも適用することが可能である。カラー画像を用いる場合、撮像装置２からは画素値が三刺激値（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））の濃淡値で表した画像信号が出力される。
【００１４】
一方、画像処理装置１は、撮像装置２から出力された画像信号を画像処理に適した信号に変換する前置処理手段１０と、前置処理手段１０による変換後の画像を用いて撮像装置２により撮像した空間領域の特徴を抽出する主処理手段２０とを備える。ここでは、撮像装置２により対象物を含む空間領域を撮像し、対象物の外観検査を行うために特徴抽出を行う場合を想定する。なお、外観検査のための特徴抽出を行う画像処理技術は種々提案されており、また要旨ではないので説明を省略する。
【００１５】
画像処理装置１にはモニタ装置３および操作装置４が接続される。モニタ装置３の画面には前置処理手段１０から出力された画像が、画像表示手段３０を通して表示される。また、操作装置４は、数個の押釦スイッチを備える簡単な構成であって、モニタ装置３に表示する画面を選択する操作、モニタ装置３に表示された選択肢を選択する操作などの簡単な操作が可能になっている。すなわち、操作装置４はモニタ装置３とともに用いて対話的な入力が可能になっている。また、画像処理装置１には、パーソナルコンピュータのような外部装置５を接続することが可能であって、外部装置５を用いることにより、画像に対する処理の手順および内容（パラメータ）の設定が可能になっている。
【００１６】
前置処理手段１０は、撮像装置２から出力された画素値を補正して主処理手段２０に与える補正処理手段１１を備える。補正処理手段１１は、撮像装置２の受光強度（受光光量）と、主処理手段２０に与える画素値（前置処理手段１０から出力する画素値）との関係を線形関係になるように補正する。
【００１７】
ただし、撮像装置２の受光強度のすべての範囲において、前置処理手段１０から出力する画素値と線形関係になる必要はなく、受光強度の所望の範囲において線形関係が得られていればよい。そのため、前置処理手段１０には、受光強度の範囲を、モニタ装置３と操作装置４とを用いて対話的に設定する範囲指定手段４０が設けられる。
【００１８】
また、画像処理装置１は、主処理手段２０による画像処理を行う運転モードと、後述する補正テーブル１２の内容を調節する校正モードとを有している。校正モードと運転モードとの切替は、操作装置４を操作するか、画像処理装置１に接続されるパーソナルコンピュータのような外部装置５から指示することにより行う。あるいは、校正モードと運転モードとを切り替えるスイッチを画像処理装置１に設けてもよい。
【００１９】
補正テーブル１２としては、運転モードにおいて停電などが生じてもデータが消失することのないように不揮発性メモリを用いることが望ましい。また、校正モードでは、補正テーブル１２の内容を変更するから、作業用メモリとして揮発性メモリを用いることにより内容の変更に対応しやすくするのが望ましい。すなわち、校正モードにおいて揮発性メモリを用いて補正テーブル１２の内容を作成し、校正モードから運転モードに移行する際に、揮発性メモリから不揮発性メモリにデータを転送し、不揮発性メモリを補正テーブル１２として用いるのが望ましい。
【００２０】
補正テーブル１２は、撮像装置２が撮像した空間領域において所望の受光強度（受光光量）の範囲について、受光強度と前置処理手段１０から出力する画素値とが線形関係になるように、撮像装置２から出力される画素値を補正する目的で設けられている。このように、撮像装置２における受光強度と、主処理手段２０が処理する画素値とが線形関係であれば、主処理手段２０では、撮像装置２での受光強度の相違を正確に反映させて空間領域の特徴抽出を正確に行うことが可能になる。
【００２１】
以下では、補正テーブル１２の作成手順を説明する。本実施形態では、図２に示すように、それぞれ異なる明度を有する複数の標準領域Ｄ１，Ｄ２，…が表記されたサンプル指標６を撮像装置２により撮像する。前置処理手段１０は、各標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の明度と撮像装置２から出力される画素値とを用いて補正テーブル１２を生成するテーブル生成手段１３を備えている。
【００２２】
サンプル指標６は、たとえば標準領域Ｄ１，Ｄ２，…をシートに表記したものであり、シートの材料としては紙あるいは合成樹脂を用いることができる。また、各標準領域Ｄ１，Ｄ２，…を異なる明度となるように表記し、かつ隣接する標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の明度差が等しくなるように設定してある。なお、標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の内部において、明度は一定であるものとする。図示例では，白色から黒色まで９段階の明度の標準領域Ｄ１，Ｄ２，…を設定しているが、段階数は適宜に選択することが可能である。
【００２３】
適正な照明下でサンプル指標６の全体が撮像装置２の視野に含まれるように撮像した場合には、撮像装置２において各標準領域Ｄ１，Ｄ２，…に対応する画素の受光強度は、標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の明度に比例するとみなすことができる。
【００２４】
撮像装置２の受光強度と前置処理手段１０から出力される画素値とが線形関係であるには、以下の条件が満たされなければならない。すなわち、サンプル指標６における隣接する標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の明度差は一定であるから、撮像装置２により撮像された画像内において標準領域Ｄ１，Ｄ２，…に対応する領域の画素値の差が一定になるという条件を満たす必要がある。
【００２５】
撮像装置２により撮像された画像内において標準領域Ｄ１，Ｄ２，…に対応する領域の画素値を抽出するには、モニタ装置３と操作装置４とを用いて範囲指定手段４０により対話的に標準領域Ｄ１，Ｄ２，…を指定する。標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の指定には単純形状（矩形や円形）を標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の中に置けばよい。標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の明度の関係は既知であるから、指定した標準領域Ｄ１，Ｄ２，…に対応する画素値を抽出することにより、撮像装置２における受光強度と出力される画素値との関係を求めることが可能になる。すなわち、テーブル生成手段１３では、この関係を用いることによって、撮像装置２における受光強度と前置処理手段１０から出力する画素値とが線形関係になるように補正テーブル１２を生成する。
【００２６】
ここに、標準領域Ｄ１，Ｄ２，…は３個以上指定する必要があり、指定数が多いほど精度のよい補正テーブル１２を生成することができる。また、テーブル生成手段１３は、範囲指定手段４０により指定された標準領域Ｄ１，Ｄ２，…の明度を内挿した補正テーブル１２を生成することが望ましい。
【００２７】
すなわち、明度の上限値と下限値との範囲内において画素値を対応付けた補正テーブル１２を作成し、明度の範囲外については画素値を対応付けないようにすれば、画素値が取り得る範囲の全体を明度の範囲に割り当てることが可能になる。この場合、画素値の刻み幅（画素値の１段階）当たりの明度の変化を小さくすることが可能になり、主処理手段２０において明度の微小変化を利用して特徴抽出に利用することが可能になる。
【００２８】
上述した処理により、撮像装置２での受光強度と前置処理手段１０から出力する画素値とが線形関係になるように、前置処理手段１０に入力される画素値と前置処理手段１０から出力する画素値とを対応付けることが可能になる。たとえば、撮像装置２での受光光量と画素値とが図３（ａ）の関係である場合に、補正テーブル１２を用いて補正することにより、撮像装置２での受光光量と前置処理手段１０が出力する画素値との関係を図３（ｂ）のように線形関係に補正することが可能になる。
【００２９】
上述の動作例では、校正モードを操作装置４などによって選択しているが、タイマ（図示せず）を設けておき、所定の期間ごとに校正モードが選択されるようにして補正テーブル１２を自動的に更新するようにしてもよい。補正テーブル１２を自動的に更新する構成を採用することにより、経時変化に対しても受光強度と画素値との線形関係を維持することが可能になる。ただし、校正モードにおいてはサンプル指標６が必要であるから、校正モードを自動化するには、校正モードでは撮像装置２の視野にサンプル指標６が自動的に現れる機構を設けることが必要である。
【００３０】
上述の構成例では、モノクロ画像について説明したが、また、カラー画像を扱う場合には、前置処理手段１０において、色空間における所望範囲の色を抽出するフィルタの機能を持たせることが望ましい。カラー画像に対しては、三刺激値ＲＧＢの各色ごとにモノクロ画像に対する処理と同様の処理を行えばよい。ただし、カラー画像に適用する場合は、各色成分の比率は変化させないようにする。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態１は、サンプル指標６を用いているが、サンプル指標６を用いずに補正テーブル１２を生成することが可能である。すなわち、実施形態１において説明したように、撮像装置２における受光強度が既知であれば、撮像装置２から出力される画素値と受光強度とを対応付けることが可能である。撮像装置２の受光強度を知る技術としては、サンプル指標６を用いるほかに、撮像装置２のシャッタ速度や絞りを利用する技術を採用することが可能である。本実施形態では、シャッタ速度を利用する場合について説明する。
【００３２】
本実施形態では、撮像装置２のシャッタ速度を画像処理装置１から指示可能であるものとする。また、校正モードにおいて撮像装置２では、視野内の照度が一様である環境下において撮像を行うものとする。たとえば、撮像装置２の視野全体を白色の物体が占めるようにする。この場合、理想的には、撮像装置２の視野内において受光強度には差が生じない。
【００３３】
この状態において、異なる複数のシャッタ速度を設定して撮像装置２で複数回の撮像を行う。すなわち、複数枚の画像が生成されることになる。シャッタ速度は撮像装置２の受光光量とは線形関係になるから、複数のシャッタ速度で撮像することによりシャッタ速度に対する受光光量の関係は既知であるということができる。つまり、シャッタ速度を３段階以上に設定することにより、受光光量と撮像装置２から出力される画素値との関係を求めることができる。
【００３４】
シャッタ速度の設定は、校正モードにおいてテーブル生成手段１３が設定する。本実施形態では、実施形態１のように明度を空間領域で分離するのではなく、時間で分離しているから、複数枚の画像が必要になる。ただし、撮像装置２の視野内の同じ領域から得られる受光光量を用いることができるから、撮像装置２に設けた受光光学系の中央部と周辺部との性能差の影響が低減される。他の構成および動作は実施形態１と同様である。なお、所定の期間ごとに校正モードが選択される構成とするには、撮像装置２の視野内の照度が一様になる環境を自動的に生成する機構が必要になる。
【符号の説明】
【００３５】
１  画像処理装置
２  撮像装置
３  モニタ装置
４  操作装置
１０  前置処理手段
１１  補正処理手段
１２  補正テーブル
２０  主処理手段
３０  画像表示手段
４０  範囲指定手段
５０  テーブル生成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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