高速ビジョンチップの応岸削こ関する研究
高速ビジョンチップのためのぶれ画像復ノセ〝）一手法

沓掛暁史亀 ′佐藤辰雄
大分県ら庵業技術総合研究所研究交流センターー馳撼那掛軸離磁蘭澗滅隠灘描画融牒巌潤駁触ÅMe七hodoぎ訳estoぞimg‡mages畏1㍊yぎed幅跳ovimgfoで祖ig払n軸eed篭r】Siりmむ胤pÅkiぎ㍊mi琵びTSび絶食監灰色 警ats電ユO SÅで睡￠i℃auA‡STJoうnt毘eきナeaぎCh Centeヱ3

要旨
高速ビジョンチップをjノL潤した超高速検査8計測装置の実収をH指している・ニれまでの研究に⊥りプ 高速移
執する物体をビジョンチップで撮像したときに登牛するいぶれ の影響のため，ビジョンチップの演笥二能力かご〕

予想される処理時価で物体の検査㍉計測処理ができないことが明らかになった∴本町度はぷ向に移動する物

体を擬像した場令のぶれ画像に対して劣イヒ過程を単純な線形結合によりモデル化し〉 ぶれ封懐から原画像爪推定を試みた ノ実験げ）結乳 提案するモデルを用いた復元処酢が可能であることが明らかとなった・て．撼じめに臣阻検査〜封測♂〕自動化技術は 丁業製誹−の製造分野だけでなく，農海應物の選別や交通量計測など様々な産業分野で必要とされており，かつオンラインでプ）ー享子て速処腰が可能なシステムげ〕需要が高まっている。
近年9リアルタイム処難が可能なデバイスとしてさ 光検出器と処理回路を1チップに寛積化したビジョンチップが注目されている．その叶十、＝∴＼・、∴∵∴∴∴∴∴1、卜厄。1ぶれによる劣化画像の例

でも特に，S3ト）盲」．アーヰテク

チャに基づくビジョンチップ（以卜∵ハ）＝√C）は？何像処理〝）汎用性を有しながら1）COOフレームノ′／秒げ）∫たi速処理が可能な高機能視覚センサである（il（2川1我々イ上が捏∵汀 を耶′′、，た高速移儲する物体げJ検査⊂ノ計測装㌍の…辱∴∵対敵装筐外礫実現を目指しているがプ 装置の実喋に際し〉 得られた画像にぶれによる劣化が雪三じ）ニれが高速検奪、計測シス∈巨確な検透こや計測処理は行えない。高速移動する対象テム構築の阻害稟藩となることが明らかになった伸物に対し／てS与‡くこ㌔r（二を用いたシステムを構築する湯やそこで本研究ではjが押㌔℃への機能撚敲をFH巨」とてノぶれ画像復元処理の ∧手法を提案し，計算機を酌＼た復っ七実験によりそ〃）効灘を確認する。

＼ し1〔川向像演ノ齢寺間技卜分速いた牒ゝ二アンーームレしl＼∴ふ F−卜何俊敏り，みみ時の画像の状態に依イ字する⊂

劣化画像の復元につい ごきま、ニれ去でに様々な手法が提二宕され成果が挙げられている（「三ノブ㍉それらは訂牒牒」几

針 ぷ動感億儲穣義
2．1復元爵あ要性
t：i圭‡∴に，劣化何像の 一例を示す。これは直販のデ1
タルカメラで撮影Lた画像であるがブ が勇＼ 〔二で高速移で複雑ぢ演ノ算と多くレ〕メモリ慣域を必糞と √「る。
S：座㌔てに，汎用（二宮と比べ、こr錮屯な演算しか夫二行でき−一プ かつ脹られたメモリ量Lか持たないた左〜〕，SヤE㌔℃でノ表現するシステムにノ 既存L7）復元処酢‡飾†卜17てキ、チ「、ノ1J ㌧ん 」 ′い

動する物体を嶺像する際もぅ 卜揉∴（1′））のようなぶれにょる劣化が発車する．ニのままF毎．i（を−）を二偵化Lた
婁（◆キ・）目許」（（こ）のょうに物掛亨至に存在する穴甘㈲滅し錯≡ 劣化宅デ路

春樹究∴㌧Lト木パ＝∴★す室蘭蔑滞日リ巨バてノ検証を行ノ．豊潤黒∴ 同磨可能な選ジけ′さノリル∴ドゥ∴㌧とぅ窮聖

圧い亘隠遁照別により撞局悠れておりフ ドラムを高速回モデルネノ考える たれ j ソレし品ム処ユ【軌〉〕「う†で単位画素び〕転させることに⊥り，ドラム上に描画すしノた対象物が高速

ぷれ量を LしPl）と（）1Jとし，ニれが址知であるとする．

移動する穣「をシミュレー1、する。太装置をJilいることⅠ二i㌢。3（t〕）はき ぶれが登生する過程を模式的にホLたもが）でさL＝ユとしている血 劣化モデルは，時刻がi⊥ 12，で〜 物体レー〕移動は単一方向のみ（fT土g。1（を〕二≧においてはyt3。息づ と進む転に物体の投影点がi画素ザっ均等に、軸方向）を考えるb

物体の移動亮「占］（i∫うg∴うれノブ「hj）ヘザれていく様を想定

画像の劣化はト原画像をぎ＞ 劣化軒像を gとし∴＼次の様に線形結合モデルで表す。

する∴初期位眉から巨」画素分ずれたとニ7〕で1フレーー

g＝遜意i＋駁

ム分の劣化過程は終了し，終r時点での物体投影点の結（且）和が下 向素に対」ノ己二する光センサプ〕山力階調阻となるニニで B 巨㍗劣化道雄む こn にノイズであろ㍍ 簡単化〝）
たぎJ5 ニニではノイズを無視できる（n＝＝む）と仮定す

けig∴う（（ノ）：）一 これが，ぶれによる劣化画像であるレ ニる。式＝十より，頂凍像を復元Lアニ軒像は，B が逆行列の慶合j 伊えば画素iにおける劣化画像しハ階調伯 glを持つ場合には式甘で表されるbは次げJくj二つに／下すことんÅできる。

ぎ＝＝選一1g（れ＋明＋α3十〔才′4g喜 ＝＝＝にだし／〉 ん椴には次式で表される．

4雷二欝ヰーg

さ 盟Tは疑似逆行列である
劣化モデル

ヱ堅攣㌦塗パ
44＋4ニのモデルでは，例えばドig∴う（t））c7〕画素1が画像び）

B は5 ヱ丁とg∴う に示すようなぷれ画像の発端た，つまり 二 ＝ 0の場合Jil以Fのデし一夕は画像生過程を基に設定卜する。

領域外となり適昔できない】そのたれ 何素 j が 0 ≦物体が静止Lておりヲ ぶれが登生しないときに「g】3トiぴ〕場合は境界条件として特別に扱うこととL7（員）ジ〕ような画傾が得られる例で考える。ニ仇）ときY 静B の紫素を次式のょうにモデル化するく止する物棒の毀影点である画素iニうソ ト2，トj。1の位
ヱょうプ‡、物体が堰懐中に移動することにょるぶれの劣化

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㍍引二階謂値が ∵様にaiんa2Taヨ小a詑C引珂像となる【ニの（4）∑ ‰ ま−ヂ鮎≦豆≦閥冊且︑皆 室聖圭塁狛∵＋2≡一字＋3∑：眞旦 g㌔を）≦孟≦監伽且∴−旦

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Nは対象画像のy軸方向の画素数であるレ 式（づ）より，例えばぷれの長さ L＝3〔りときげ）劣化閲教員は，式（5）羞二＼∴∴ −、ノのようになる】このような劣化牒数の逆子」二列 迅VL

1 、 ∵∴＼ ∵∴ ∴∴∴ 二㌢算出しぅ 式㍑わにより棲宣画傍＝1ト求凍〕る．

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綬ノ毛処彗！について計算機による実験を行／、→∴

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撞纏臨撒錮閤駆（（：）であろ それぞれの画像は糾 〉く 椚画素フ 銚∴階

厄∴；ぶれ漸′像の登′中一卜る退京二丁を調である。 また同牒＝ポフ

ほノ′は劣化勒像（t））と復元由謝げ）意を表します．去た，研究に対し貴重なアドバイスと便宜を図って牒きました石川橋本糟潔室ビジョンチッ
プ研究グルし一ブ♂〕小室孝氏と鏡憤子ミニ氏、お」二び様々な血（封0「轡na彗血石9e 囲b【ur「edでご協ノ」煩いたイ川【橋本研究室サ皆様に 心より感謝の〔c）「esto「ed意を豪L去す参考 文 献り 小川 哉フ 小室孝j 石サニ抱，イ」川i卜俊： S加ニアーー「djbFn三汀奉Zed （e）bna「izedキテクナヤに基づくナシグルビションチップとそレJ，イ言学技報∴抑713，！999．

lTig−4理想画像の復元処理実験結果

集積化（毘）原耐億軋＝0）〉（b）（a）ぴ）劣化画像（L＝10）2）鏡慎吾，小室孝ブ小川一■＆∴（b）の復元画像，（d）（b）♂）二伯化画像ア

市井魔Lそ川正俊：

6ノ1

×6ノ1PE を集稽した超並列ビジョンチップとそのシ（e）（（三）し7）二眼化画像

ステム開発

ン 第′1回システムLH琵琶湖ワークショ

ノブ＼r叩∴71274タ 2（〕00。

ニう）小室孝＼石川【t二俊： PE結合機能を祷／二）汎用デジタルビジョンチップぴ）設計う

信′手技辛軋 伸9165

2001。

（a）b【u汀ed岳「「a9e（b）L＝10 1：cjL＝11 （〔′l）L＝124）沓掛暁史，佐藤辰雄ク 鏡慎吾，小室孝，有川LL俊 ＝ぎ瓶∴う実画像にてぶれ良一．を変化させたときプ〕復元画像

ビジョンチップの高速検査計測への適用 ，第墨同R本ロボット学会学術講演会，1rγ31，200i【像（r、）をそれぞれ閣郁仁ほ0て二値化した≠）ので，これを5）勝江硝†軋坂本禎宏，古けj靖夫： 非 人様画像モデ

見て明らかなとおり， 向後を復元したことに上り原画ルを基礎とした運動劣化令酎或び）拙LUと復元∵電「情懐中の穴が擾元されている．「揉j に∴ 某漕に物体を報通信学会論文誌，1ト＝＼ト0∴㌧ p匹57ニト58（j，1ぎ∋92。

「舘速移動はせて撮影した画像について復元処ヂ壬！した結6）杏掛暁史ヲ 佐藤辰雄ク 鏡憶説 小室孝＼矛り正俊 ＝果をホす＝ L＝11（ドjg．5（（二））が5 復元画像としゝr妥当で高速ビジョンチップのためぴ）ぶれ何像復元ザ）一手ある．

法 プ 第20同日木口ポット学会学術講演会㍉i㌫‖

しかしi二＼j針5（ヒ））（（1）（d）の画像にはノ 縞模様げ）構造的

2Cト02．

なノイズが見てとれる。実験により｝ 提案しノたモデルによる復元処理の欠点が明らかとなった．

5．お離凝に

本年度ル研究で甘∴押E江を用いた検虜′計測装置の構築のために ぷれ画像か㌦原画懐を復元するモデルを提案しp 計算機による復元実験によりその有効性を検証した。ノイズ成分を無視し 簡単なモデルを用いたにも「を‡さわ〔〕ず，復ノ1三処理は車；巨であることが確認できた．

次〝〕ステップとLて9 復元動機に存在・す￣る構造的なノイズを抑制または除去する手法を検討することヶ およびビジョンチノナ／、＼の復元処理の実登と樵証の必柴がある．
ビジョンチップを応用す鳶ことで写〔＼〔コ）カメラなどを用いた既存の画像処理システムプ）処理速度（例えば1秒間に30フレー一ムの処腰を前提としたビデオい一卜）を超える甘速検査じ封澱ほ増枠将現が叶能となる，本楯究の遂行にあたり，懇切丁寧なご儒導を賜りました東京大学情報埋i二学系′研究深手 市川正俊教授に深く感2わ