(57)【要約】【課題】  スペクトル計測の分野において、高速／リアルタイムにスペクトル計測が可能な計測装置を提供する。【解決手段】  画像を得るための画像信号入力手段、画像信号をハール・ウェーブレット変換によりスペクトルに変換するスペクトル変換手段、該スペクトルを外部出力するスペクトル出力手段を具備するスペクトル変換装置において、該スペクトル変換手段が、平均化処理、水平成分スペクトル処理、垂直成分スペクトル処理、格子成分スペクトル処理からなるハール・ウェーブレット変換を並列実行することによりスペクトル変換することを特徴とするスペクトル変換装置を提供する。【選択図】図１
2008077555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を得るための画像信号入力手段、画像信号をハール・ウェーブレット変換によりスペクトルに変換するスペクトル変換手段、該スペクトルを外部出力するスペクトル出力手段を具備するスペクトル変換装置において、
該スペクトル変換手段が、平均化処理、水平成分スペクトル処理、垂直成分スペクトル処理、格子成分スペクトル処理からなるハール・ウェーブレット変換を並列実行することによりスペクトル変換することを特徴とするスペクトル変換装置。
【請求項２】
ハール・ウェーブレット変換において、変換結果の一部をフィードバックすることによるスペクトル繰り返し演算手段を具備することを特徴とする請求項１記載のスペクトル変換装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、画像信号をスペクトルとして変換・抽出する技術に属する。
【０００２】
近年、スペクトル解析分野において、ウェーブレット変換が画像圧縮やスペクトル解析で有力な手段となりつつある。また前記解析だけでなく、計測分野（リアルタイム計測等）でも必要性が高まってきている。しかし、ウェーブレット変換は繰り返し型（再帰型）の処理形態を採ることもあり、高速化／リアルタイム化しにくい処理の１つであった。特に画像サイズが大きくなればなるほど困難になる傾向があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、スペクトル計測の分野において、高速／リアルタイムにスペクトル計測が可能な計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために請求項１にかかる発明は、画像を得るための画像信号入力手段、画像信号をハール・ウェーブレット変換によりスペクトルに変換するスペクトル変換手段、該スペクトルを外部出力するスペクトル出力手段を具備するスペクトル変換装置において、該スペクトル変換手段が、平均化処理、水平成分スペクトル処理、垂直成分スペクトル処理、格子成分スペクトル処理からなるハール・ウェーブレット変換を並列実行することによりスペクトル変換することを特徴とするスペクトル変換装置とした。
【０００５】
また、請求項２にかかる発明は、ハール・ウェーブレット変換において、変換結果の一部をフィードバックすることによるスペクトル繰り返し演算手段を具備することを特徴とする請求項１記載のスペクトル変換装置とした。
【発明の効果】
【０００６】
連続入力されてくる画像に対して、取りこぼすことなく全ての画像に対して画像スペクトルを抽出することが可能となる。また、このことは前記画像のサイズの如何に依存しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１を用いて本発明を詳細に説明する。該図は本発明の構成を示す模式図である。本発明は、大きく分類して、画像信号選択部２、ウェーブレット変換部Ａ（１６）、ウェーブレット変換部Ｂ（１９）、スペクトル抽出部２１、スペクトル表示部２２から構成される。ウェーブレット変換部は２系統あり、交互に処理させることにより高速化を図っている。画像信号１を選択・分配するのが画像信号選択部２、ウェーブレット変換部（１６／１９）の結果を統合するのが画像信号統合部である双方向画像データバッファ部２０である。
【０００８】
そして、変換されたスペクトルは必要に応じてスペクトルフィルタ２１により、ウェーブレット変換された信号から必要なスベクトルを抽出、あるいは制限を施し、抽出・制限されたスペクトルを必要に応じて逆変換し、その結果をスペクトル表示部２２により表示する構造となっている。
【０００９】
画像を得るための画像信号入力手段である画像信号選択部２は、撮像素子を用いること
により画像信号を入力する。画像信号選択部２により得られる画像信号としては、２次元状に配列された撮像素子を走査することによって得た画像、あるいは、１次元状に配列された撮像素子をある一定回数走査することにより得た画像が挙げられる。
【００１０】
次に、スペクトル変換手段であるウェーブレット変換部（１６／１９）について説明する。画像入力１から得られる画像のサイズを２N×２Nとすると、Ｎ回のウェーブレット変換を繰り返すこととなる。各ウェーブレット変換は、図３に示す如く入力画像４１に対して、各４成分を求める。すなわち、数１のＭaveにより平均成分４２、数２のＭvrtにより垂直成分４３、数３のＭhozにより水平成分４４、数４のＭlatから格子成分４５を演算する。
【００１１】
各４成分の全ての処理は、出力画像は入力画像に対して１／４の画像サイズになることを意味する。従って、以降のウェーブレット変換では、平均成分４２を入力画像４１として同様な処理を繰り返すこととなる。
【００１２】
各４成分の４種類の画像マスクを用いたウェーブレット変換のブロック図の一例を図２に示す。この例における伝達関数を以下に示す。
【００１３】
Ｈave（ｚ），Ｈvrt（ｚ），Ｈhoz（ｚ），Ｈlat（ｚ）はそれぞれ、ウェーブレット分解した平均成分、垂直成分、水平成分、格子成分に対する伝達関数、 は画像の水平方向のピクセル数の遅延、 は１ピクセル遅延を表すものとする。
【００１４】
すると、Ｈave（ｚ）＝１／４（１＋ｚ-1＋ｚ-h＋ｚ-(h+1)），Ｈvrt（ｚ）＝ｚ-1／４（−１＋ｚ-1＋ｚ-h＋ｚ-(h+1)），Ｈhoz（ｚ）＝ｚ-h／４（−１−ｚ-1＋ｚ-h＋ｚ-(h+1)），Ｈlat（ｚ）＝ｚ-(h+1)／４（１−ｚ-1−ｚ-h＋ｚ-(h+1)）である。
【００１５】
ここで、平均成分以外の各ウェーブレットの係数として各式の先頭に がついているが、各ウェーブレットの出力を時間的に画像にはめ込むためである（後述）。この系を介して、平均成分ｙave（ｔ），ｙvrt（ｔ）垂直成分，ｙhoz（ｔ）水平成分，ｙlat（ｔ）格子成分を得る。
【００１６】
前記４成分に対する演算は独立した処理であるため、並列に実行することが可能であるが、出力画像４６に示すような配置を取る必要があり、画像の並べ替えが必要となる。並べ替えは以下に示す２つのステップで実行する。
【００１７】
ステップ１として、前記４成分を数５に示す２×２の配列として考える。
【００１８】
この配列を水平方向へはｔ＋ｎ、垂直方向へはｔ−ｍ＊ｈの時間間隔で示すように数６の様に配列しておく。これが、前記ｚ-pの意味するところである。
【００１９】
ステップ２として、各４成分を出力画像４６のように配置するために、メモリに書き込み時にそれぞれ、アドレスジェネレータ１〜４に固有の書き込みアドレスを割り当てておき、アドレスセレクタ１０により該当するアドレスジェネレータを選択する方法を採る。ここでアドレスジェネレータは、メモリに書き込むアドレスを生成するものとする。以下にその割り当てを示す。
アドレスジェネレータ０（ＡＧ０）  →  入力画像に適用
アドレスジェネレータ１（ＡＧ１）  →  平均成分に適用
アドレスジェネレータ２（ＡＧ２）  →  垂直成分に適用
アドレスジェネレータ３（ＡＧ３）  →  水平成分に適用
アドレスジェネレータ４（ＡＧ４）  →  格子成分に適用
アドレスジェネレータの動作を図６に示す。
【００２０】
初回のウェーブレット変換時、前述の通り画像入力１から得られる画が対象とするため、ＡＧ０は未使用である。ＡＧ１〜ＡＧ４は、初回ＡＧの走査７３〜７６に示された範囲（入力画像の１／４の領域）で走査し、各成分はこれらアドレスに書き込まれる。
【００２１】
次回のウェーブレット変換時、ＡＧ０は新たにウェーブレット変換対象となる平均成分（初回に書き込みしたもの）に対する走査（８２）を実行する。ＡＧ１〜ＡＧ４は、次回ＡＧの走査７８〜８１に示された範囲（平均成分の１／４の領域）で走査し、各成分はこれらのアドレスに書き込まれる。以降、平均成分の要素数が１個になるまで、同様に前述の動作を繰り返す。
【００２２】
次に、ウェーブレット変換の繰り返し処理について説明する。ウェーブレット分解部４により得られた値は画像メモリ１４、または画像メモリ１５に書き込まれる。画像メモリ１４に書き込みをしている場合は、画像メモリ１５は出力のための読み出しになる（逆も同様）。初回のウェーブレット変換する画像として、画像帰還信号セレクタ３により画像入力信号１が選択されるが、２回目以降は画像帰還データ信号１２が選択される。
【００２３】
画像メモリのリード／ライトは、双方向データバストランシーバ１１により、方向やタイミングの制御が行われる。データのリードとライトを交互に時分割で行う場合におけるタイムチャートを図５に示す。
【００２４】
あらかじめ、ピクセルクロック５１に対して、メモリのリードサイクルとライトサイクルを時分割に割り当てておく。以下にその動作を説明する。
【００２５】
（１）画像のリード
ＡＧ０から生成される画像アドレス６２で示されるメモリアドレスから画像データを読み出しする。
【００２６】
（２）スペクトル変換
数１から４の式で示される演算を実行する（Ｇ１→Ｇ１’）。
【００２７】
（３）画像のライト
ＡＧ１〜ＡＧ４のうちいずれか１つから生成される画像アドレス６２で示されるメモリアドレスに変換後データＧ１’が書き込まれる。
【００２８】
次に画像データこの動作の一例として、２回目のウェーブレット変換で平均成分を求める場合、入力画像としてＡＧ０のアドレスの画像がリード（６３）され、変換（６４）された出力画像はＡＧ１のアドレスにライト（６５）される。
【００２９】
ところで、Ｎ回のウェーブレット変換をした場合の処理時間ｔtotalは、ｔVDを１画像の取り込み周期とするとｔtotal＝ｔVD（１＋（１／４）N）なので、ｔtotal≦２ｔVDであるから、リアルタイムで実行するためには、並列度を２にする必要がある。
【００３０】
以上のことから、高速／リアルタイムでスペクトル処理するためには、図１に示す如くウェーブレット変換部を２系統用意され、画像メモリはウェーブレット変換値の書き込みとその読み出しを同時に実行するために画像メモリは２バンク用意される（ウエーブレット変換部Ａ（１６）ではＡ１（１４）／Ａ２（１５））。前記構成によるタイムチャートを図４に示す。
【００３１】
次に、図４について説明する。画像信号５１において、六角形で囲まれたＧ１〜Ｇ８はそれぞれ一枚の画像を表しており、Ｇ１の画像が時間Ｔ１、Ｇ２の画像が時間Ｔ２・・・Ｇ８の画像が時間Ｔ８の順に取り込まれる様子を示している。
【００３２】
この画像信号５１は画像メモリ５２〜５５により交互に取り込まれていく。なお、画像メモリ５２，５３は奇数番の画像、画像メモリ５４，５５は偶数番の画像となる。次にＧ１の画像を例として処理の流れを説明する。
【００３３】
時間Ｔ１で画像メモリ５２にＧ１の画像を取り込むのと同時に、１回のウェーブレット変換し、再度画像メモリ５２に結果を書き込む。時間Ｔ２で画像メモリ５２を読み出して、２〜Ｎ回のウェーブレット変換を繰り返す。前記繰り返し処理は、Ｎ回のウェーブレット変換をした場合の処理時間ｔtotalは、ｔVDを１画像の取り込み周期とするとｔtotal＝ｔVD（１＋（１／４）N）なので、ｔtotal≦２ｔVDであることで示される如くＮの値の如何に関わらずＴ２の時間内で処理が可能である。画像Ｇ１はＴ１，Ｔ２の時間内でスペクトル変換され、Ｔ３のタイミングでウェーブレット出力５６のＧ１として出力される。
【００３４】
ウェーブレット変換部（１６／１９）によって得られた結果は、画像信号統合部である双方向画像データバッファ２０によってスペクトルとして統合される。統合されたスペクトルは、必要に応じてスペクトル抽出手段であるスペクトルフィルタ部２１によりスペクトル抽出がおこなわれ、スペクトル出力手段であるスペクトル表示部においてスペクトルとして抽出される。
【００３５】
スペクトル抽出手段であるスペクトルフィルタ部２１としてはフィルタを用いることができる。スペクトルフィルタ処理は、スペクトル変換手段により得られたスペクトルにおいて、必要となる周波数のみを選択、あるいは、必要でない周波数成分をカットするものである。
【００３６】
画像信号出力手段であるスペクトル表示部２２は、スペクトル変換手段を施し、スペクトル抽出をおこなったスペクトルを逆ウェーブレットを施すことにより得られる画像を出力するものである。また、このとき、スペクトルフィルタ部２１によるスペクトル抽出をせずにスペクトル変換をおこなったスペクトルを画像としてそのまま出力してもよい。
【００３７】
各数式は以下の通り。
【００３８】
【数１】
2008077555.tif 000003
【００３９】
【数２】
2008077555.tif 000004
【００４０】
【数３】
2008077555.tif 000005
【００４１】
【数４】
2008077555.tif 000006
【００４２】
【数５】
2008077555.tif 000007
【００４３】
【数６】
2008077555.tif 000008
（ただし、ｎ、ｍは正の整数）
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の高速スペクトル抽出装置を用いることにより、撮像装置などから途切れることなく出力される画像に対して、取りこぼしなくスペクトルの抽出が可能となる。リアルタ
イム計測をおこなう際に有効に用いることができる。具体的には、例えばロール・ツー・ロール方式といった連続して製造されるフィルム状の製品の欠陥の有無等の検査をインラインでおこなう際に、本発明のスペクトル抽出装置を有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明における構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明におけるウェーブレット分解部の構成の一例を示す模式図である。
【図３】本発明におけるウェーブレット分解（変換）の様子を示す模式図である。
【図４】本発明におけるウェーブレット変換のタイミングチャートを示す図である。
【図５】本発明におけるウェーブレット変換のフィードバックのタイミングチャートを示す図である。
【図６】本発明におけるアドレスジェネレータの動作を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・画像信号（入力）
２・・・画像信号選択部
３・・・画像帰還信号セレクタ
４・・・ウェーブレット分解部
５・・・アドレスジェネレータ１（ＡＧ１）
６・・・アドレスジェネレータ２（ＡＧ２）
７・・・アドレスジェネレータ３（ＡＧ３）
８・・・アドレスジェネレータ４（ＡＧ４）
９・・・アドレスジェネレータ０（ＡＧ０）
１０・・・アドレスセレクタ
１１・・・双方向画像データバストランシーバ
１２・・・画像帰還データ信号
１３・・・ウェーブレット出力
１４・・・画像メモリＡ１（バンク１）
１５・・・画像メモリＡ２（バンク２）
１６・・・ウェーブレット変換部Ａ
１７・・・画像メモリＢ１（バンク１）
１８・・・画像メモリＢ２（バンク２）
１９・・・ウェーブレット変換部Ｂ
２０・・・双方向画像データバッファ
２１・・・スペクトルフィルタ部
２２・・・スペクトル表示部
３１・・・入力画像信号
３２・・・遅延素子（１ピクセル）
３３・・・遅延素子（１水平ライン）
３４・・・平均成分出力
３５・・・垂直成分出力
３６・・・水平成分出力
３７・・・格子成分出力
４１・・・入力画像
４２・・・平均成分
４３・・・垂直成分
４４・・・水平成分
４５・・・格子成分
４６・・・出力画像
７１・・・初回分解ステップ１
７２・・・次回分解ステップ２
７３・・・初回ＡＧ１の走査
７４・・・初回ＡＧ２の走査
７５・・・初回ＡＧ３の走査
７６・・・初回ＡＧ４の走査
７７・・・初回ＡＧ０の走査（なし）
７８・・・次回ＡＧ１の走査
７９・・・次回ＡＧ２の走査
８０・・・次回ＡＧ３の走査
８１・・・次回ＡＧ４の走査
８２・・・次回ＡＧ０の走査
【図１】
2008077555.tif 000009
【図２】
2008077555.tif 000010
【図３】
2008077555.tif 000011
【図４】
2008077555.tif 000012
【図５】
2008077555.tif 000013
【図６】
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