JPH02236689A - 画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、被写体からの光学像を電気的な画像信号に変
換して出力する画像人力装置に関し、照明のムラにも影
響を受けず、正しい明度を出力するとともに画像信号を
要素に圧縮して出力することのできる画像入力装置に関
する。

［従来の技術］ 従来から一般に、画像入力装置は被写体からの、例えば
反射光な光電変換素子により光電変換している． 上記光電変換素子はライン状もしくは２次元的じ、画像
出力する際にその部分の画像の質が劣化するという不具
合が生じる。

このような、不具合を解消するために、本願出願人は、
予め定めたヒトの視覚系の特性をもつスケール変換間数
Ｖ−Ａ，・Ｘｎ／　（ｘｎ＋５ｎ）を用いて光電変換素
子群の中の局所的な光電変換素子の出力レベルＳを局所
的に変えることにより調整する局所順応スケール変換方
式（特願昭６０−　２５７２８２号，特開昭６２−　１
１７４８号）を提案した．や明度値への変換回路（スケ
ール変換回路）の信号処理系を介して外部出力されるが
、局所的な照明むらや照明条件の強弱の変化などにより
画像信号の中で部分的に感度不足や感度過剰の部分が生
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の局所の順応スケール変換方式
では、ｎ・０．６　としたとぎに、レベル変換後の出力
特性がヒトの視覚の変換特性と近似するのであるが、ス
ケール変換式にｎ乗（ｎ≠１）の項があると、スケール
変換回路を精度よく製作しなければならないという問題
点があった．また、この方式では局所的な問題は解決で
きたが、照明の片よりのある（例えば右側が明るく左に
ゆくにつれ暗くなる）照明条件のとき正しい値を得るこ
とができなかった。

そこで、本発明の目的は、スケール変換回路の変換特性
を改善し、照明条件に片よりがあっても正確な明度値を
得ることが可能な画像人力装置を提供することにある． 像の基準位置に対応した撮像手段の明度値と、輪郭抽出
手段から得られる輪郭部分の位置情報と、演算手段から
得られる差分値とを圧縮画像情報として外部へ出力する
信号出力手段とを具えたことを特徴とする． 本発明の第２形態は、第１形態に加えて、撮像手段は光
電変換素子を画素毎に配列してなるセンサと、各光電変
換素子の出力強度値Ｘとすると次式（１）　．　（２）
、 ［諜題を解決するための手段］ 抽出手段と、撮像手段と輪郭抽出手段の出力に基いて、
輪郭部分を境界線とする被写体画像の２つの地色部分の
明度値の差分値を輪郭部分で分けられた地色部分毎に演
算する演算手段と、被写体画度値■を平均した平均結果
が予め定めた目標値となるように定める変数とする） により求まる明度値Ｖを出力する出力部とを有すること
を特徴とする。

［作　用］ 本発明は、地の画像の近隣の明るさの差が小さいこと、
かつ、明るさの異なる２つの地色部分の境界部に画像の
特徴を表す輪郭部分が生じることに着目し、輪郭抽出手
段により抽出した輪郭部分の位置情報と、演算手段によ
り計算した、輪郭部分をはさむ２つの地色部分の明度値
の差分値と、特定の基準点の明度値とを画像情報として
出力するようにしたもので、これらの情報を受信する画
像処理装置側では基準点の位置の明度値を初期値として
輪郭部分の位置までの画素の明度値を上記初期と同じ値
に設定し、輪郭部分を超える他の地の地色部分の画素位
置は上記設定値に差分値を加算した値とすることにより
画面全ての画素の明度値、すなわち、画像情報を構築す
ることができの変化による照度むらがあったり、信号処
理系の出力特性の相似性が部分的に劣化しても地の画像
部分については補正され、良質の画像を得ることができ
る．さらに、画像入力装置から画像情報として出力され
る情報は輪郭部分の位置情報および明度情報に相当する
明度の差分値および基準点の明度値のみなので、従来の
ように１画面全ての画素の明度値を出力する必要がなく
、画像情報の情報量を大幅に圧縮することができる。

さらに本発明の第２形態では、第１形態に加えて、明度
値への変換がヒトの視覚の特性に正確に合った明度への
変換を行い、かつ、明暗変化に対し自動的に感度を調整
することが可能であり、さ〔実施例］ 以下、図面を参照して本発明実施例を詳細に説明する． 第１図は本発明実施例の機能構成を示す．第１図におい
て、１００は被写体画像の画素毎の明度値を読取る撮像
手段である． ２００は該撮像手段から得られた前記明度値に基き、前
記被写体画像の輪郭部分の位置を抽出する輪郭抽出手段
である． ３００は前記撮像手段と前記輪郭抽出手段の出力に基い
て、前記輪郭部分を境界線とする前記被写体画像の２つ
の地色部分の明度値の差分値を前記輪郭部分で分けられ
外地色部分毎に演算する演算手段である。

４００は前記被写体画像の基準位置に対応した前記撮像
手段の明度値と、前記輪郭抽出手段から得られる前記輪
郭部分の位置情報と、前記演算手段から得られる前記差
分値とを圧縮画像情報として外部へ出力する信号出力手
段である。

る． 第２図は本発明実施例の具体的な回路構成を示す． 第２図において、ｌＯは被写体からの反射光を輝度レベ
ルの画像信号に光電変換する画像検出器であり、画素と
対応させた複数の光電変換素子、例えば固体撮像素子を
２次元（平面的）に配列させている． Ｓ　（ｘ）　ａｘ，　（１＋５　．ａＸ／　（ｘ＋１−
ｅｘｅ））　　　　ｍ式（２）（ただし、Ａｍは定数，
ｘ．は標準値で各画素毎の明度値Ｖを平均した平均結果
が予め定めた目標値となるように定める変数とする） により求まる明度値Ｖを出力する出力部とを有す力する
増幅器である。

３０は増幅器２０からの出力信号をアナ口グーデジタル
変換する＾／Ｄ変換器である． ４０は＾／Ｄ変換された画像信号に対して、輝度レベル
から明度レベルへのスケール変換処理および照明むら（
シェーディング）補正を行うマイクロコンピュータ４０
である． マイクロコンピュータ４０は中央演算処理装置（ＣＰＩ
Ｉ）４１　，　　リードオンリメモリ（ＲＯＭ）　、ラ
ンダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４３および人出力イン
ターフェース（Ｉ／Ｏ）　４４−１　．４−２を共通バ
スに接続した構成となっている。

ＲＯＭ４２には、第３図（＾）〜（Ｄ）に示す制御手順
が記憶され、ＣＰｔｌ４１により読出し実行される．Ｒ
ＡＭ４３はスケール変換データ記憶領域４３−１，差分
データ記憶領域４３−２および一般の演算データ記憶領
域４３−３の記憶領域が設けられている．ここで、スケ
ール変換データはスケール変換を行った後の画像データ
であり、差分データはスり演算データ記憶領域４３−３
に一時記憶される（ステップ５１００）　． 次に、ＣＰＩＩ４１によりこの画像４ｇ号に対して後述
する、スケール変１！ｌｌｊ．理（ステップ５２００）
　，差分計算処理（ステップ５３００）および画像圧縮
処理（ステップ５４００）が施された後、圧縮された画
像信号がＩ／０４４−２から不図示の画像処理装置に対
して出力される． 第３図（＾）を参照して第２図に示す回路の動作を説明
する。

増幅器２０および＾／Ｄ変換器３０を介して画像検出器
１０から送信されてぎた輝度レベルの１画面分の画像信
号はマイクロコンピュータ４０のＣＰｔｌ４　１によ左
上端から右に向かって１，２，３．４・・・というよう
に順に画素位置の番号を定める。

第３図（Ｂ）において、最初に、１番目（Ｉ−１）の輝
度信号の大きさを明度に変換する。このとき明度関数と
して次式を用いる。

■−＾．・ｘ／　（ｘ＋Ｓ　（ｘ））　　　　　　　　
　　・・・（１）Ｓ　（ｘ）＝ｘ．　（１＋５．６−ｘ
／（ｘ＋１．８ｘｓ））・・・（２）ここでＡｍは定数
で数“２０”，Ｘは■番目の位置の輝度信号レベルの画
像データ＋ＸＩはｌ画面分のスケール変換後の画像デー
タの平均値Ｒ８が設定値、例えば中間の灰色明度“５”
となるように定める標準値である．本例では、第４図（
＾）に示す画面中の任意のＰ０を基゛準点として定め、
この点Ｐ０の画像データ、すなわち輝度信号の大きさを
Ｘ．の初期値として定める。

（１）式および（２）式より第１番目の画像データに対
するスケール変換データ■を計算すると、ブ５２１１〜
５２０１）。このフィードバック処理を繰り返し、全体
平均の明度がほぼ”５”となる各画素毎のスケール変換
値が得られたとき、その画像データを演算データ記憶領
域４３−３からスケール変換データ記憶領域４３−１に
ＣＰＵ４１により転送記憶する（ステップ５２１１　−
　５２１３）。

第３図（Ｃ）は第３図（Ａ）に示すステップ５３００の
差分針算処理の詳細な制御手順を示す。

この差分針算処理は、画像の輪郭を抽出する処理であり
、ある画素位置のスケール変換データケール変換処理を
実行すると、次にスケール変換データの明度平均Ｒａを
算出する（ステップＳ２０６→５２１０）。

この明度平均Ｒａと目標値“５”との差が許容値範囲内
にないときは、目標値に近づく方向に設定値Ｘ，の値を
微小値Δｘ１だけ増加または減少させて、再び第１番目
の画像データ（輝度信号）から第２回目のスケール変換
処理を繰り返す（ステン各差分値を近傍の画像データの
方が大きいときは″＋”の符号、小さいときは“一”の
符号を付して計算し各差分値を閾値０．１と比較する．
この差分値の絶対値が０．１以下のときは画像データと
しての差分値は“０″、また０．１以上のときはそのま
まに設定し、差分データ記憶領域４３−２の対応記憶領
域に記憶する（ステップ５３０４．５３０５）　，例え
ば、第４図（＾）に示すような明度４の画像Ａ，明度５
の画像Ｂ，明度６の画像Ｃ，明度３の画像Ｄに対して上
記差分値計算を行った場合、差分データ記憶領域４３−
２の記憶データは平面的に展開すると第４図（Ｂ）に示
すようになる．例えば、線分Ｑｌ−Ｑ３とＱ３−Ｑ８で
示される画像Ａ内の地の画像データの差分値は全て“０
”であり，他の画像との境界線が“０”以外の差分値を
示す． 第３図（Ｄ）は第３図（＾》におけるステップ５４００
の画像圧縮処理の詳細な手順を示す。

最初に基準位置ＰＯ明度データをスケール変換記憶領域
４３−１から読出し、この明度データ（本例の場合明度
“６″》とその画素位置を演算データ記憶領域４３−３
に記憶する（ステップ５４０２）　．次に、第５図示の
基準点ｐｏから差分データ記憶領域４３−２内の一定方
向に明度データを読出し、差分値が“Ｏ”以外の値、す
なわち輪郭部分の明度差分値およびその位置を画像情報
の圧縮データとして演算データ記憶領域４３−３に記憶
する（ステップＳ４０４→５４０５）　．画像情報を画
像処理装置に転送するときは、上記基準点の明度値と共
に、その画素位置に近い圧縮された画像データから順次
に演算データ記憶領域４３−３から読出しＩ／０４４−
２を介して転送する． 一方、画像処理装置側では上記圧縮データに基き、通常
の１画面分の画像データに展開記憶する． 例えば、展開の一例を紹介すると、基準点ｐｏの明度デ
ータをメモリ内のＰＱの画素位置に記憶する．次に、右
隣の画素位置を示す位置情報が上記圧縮データの中に有
るか否かを判別し、肯定判定のときは基準点ＰＯの明度
値に差分値を加算した結果を基準点の右隣の明度値とし
て記憶する．以下、順次に現在の位置の明度値を基にし
て隣りの明度値を定めることにより１画面分の画像を伸
張展開することができる． 以上説明した各種の処理を行った例を示す．照明が一様
の条件下で反射率が部分的に異なる帯状（ライン状）の
色紙に対して画像入力を行フた場合、第５図（＾）に示
すような反射率Ｘｉと輝度特性Ｙｌは比例した値が得ら
れ、また、スケール変換後の明度特性Ｚｌも第５図（Ｂ
）に示すように第５図（＾）の反射率特性から計算され
る明度と非常に近いものとなる． 第５図（Ｃ）に示すように、照明に偏りがあった場合、
輝度値は反射率を正しく示さなくなる．し加し本実施例
の信号処理をするとスケール変換値は照明の変化の傾斜
を含むが、さらに、差分針算処理を行って１画像の明度
構築を行うと、第５図（Ｄ）に示すように照明条件が一
様の場合とほぼ同様の明度値が得られる。

以上説明したように、本発明は隣接する画素の明度デー
タは画像輪郭部分以外の（無）地の部分は、大幅に変化
しない点に着目し、１画面中の画像の中から輪郭部分の
みの明度差データを抽出する．その輪郭で区切られる無
地の明度を一定値、本例では第４図の画像Ａは明度“４
′″，画像Ｂは明度“６“というようにすることによっ
て、照度むらや信号処理系の信号特性に部分的に相異性
があっても、照度むらを平滑化する従来例以上の効果を
得ることができる．さらに、このような処理の後に得ら
れる画像データは輪郭部分の差分明度データ、その位置
データおよび基準位置の明度データだけあれば、１画面
分の明度データに展開でき、′かつ、上記差分明度デー
タ等の個数は１画面の画素毎のデータに比べると非常に
少ないので、画像入力装置から画像処理装置へ入力情報
を送信する際も転送時間が従来よりも短くなることは明
らかである． これまで充電変換後の処理は、計算機による方式を中心
に述べてきたが、電気回路で非線形変換・輪郭情報抽出
を行うこともできる．このときには光検出器出力個々に
第６図（＾》に示すようなスケール変換回路を付けて、
並列処理をすることが望ましい．以下にこの方式につい
て述べる．明度スケールへの変換は式（１）　，　（２
）を実現するのが望ましいが、割り算回路を節約するた
め次のように変形して実現した．また、入力Ｘを標準値
ｘｅとの比を取りＺとして、その後の回路の動作を２の
値が普通に“０”から５の範囲で動作するように規格化
した．その式は、 となる．ここで、ｓ（Ｘ）の第２項と■の形を比べて次
式で近似する． ただし、ａは定数 ・これらの式から第６図（Ｂ）のスケール変換回路が一
例として構成される．ここでｓａ．ｎＹは回路が最も明
度変換関数に近似するために決められた定数値で、ａ雪
８．２，ｎｙ＝　０．０２５とした．この回路では明度
への変換の誤差として０．２以下となり、ほぼ満足でき
る結果を得た． ｘ０の値は正確な明度を求めるためには、先に述べた計
算機による方法のように変換後の値の平均が明度の中間
値５になるように図の方法で負帰還をしてもよいが、簡
便には人力光の平均値に比例した値を取ることもある． 輪郭情報検出回路は変換値出力の隣合ったもの同士の出
力を減算して閾値以下の小信号に不感帯を持った演算器
を用いて実現する．ここまでの処理は個々の光検出器毎
に並列的に処理されている．この後は信号出力手段（第
１図４００）に準ずる処理が施される． 本実施例の応用例としては次のことが考えられる． （１）本実施例ではマイクロコンピュータ４０を信号処
理系の最後端に配置して、照明むらおよび出力特性の部
分的なずれを補正するようにしているが、例えば、画像
検出器１０の各光電変換素子の出力特性の不均一さを補
正したい場合などは、マイクロコンピュータ４０に代わ
り、本発明と同様の機能を有するアナログ回路を構成し
、増幅器２０と画像検出器ｌＯの間に設ければよい． このとき、上述の補正回路を画像検出器１０，増１１１
２０，マイクロコンピュータ４０に代わるスケール変換
回路と共に層構造として集積回路を作製すると、例えば
ロボットの視覚やビデオカメラに用いることが可能であ
り、しかも高質な画像を提供することができる． （２）本実施例では、スケール変換関数としては本願出
願人が提案した式を用いているが、単に、輝度レベルを
非線形変換するだけであれば例えば、対数変換式，べき
乗変換式．マンセルの明度関数の近似式などを用いても
よい． （３）本実施例では画像検出器が検出した輝度を明度に
変換した後に画像処理を行っているが輝度レベルで画像
信号を出力する装置にも本発明を適用可能である．この
場合、明度データを輝度データと読み換えて本実施例の
第３図（＾）〜（Ｄ）の制御手順を実行するとよい．な
お、このとき、第３図（Ｂ）のスケール変換処理は増幅
器の信号レベル変換処理に相当する． ［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明では輪郭抽出手段により
抽出した輪郭部分の位置情報と、演算手段により計算し
た、輪郭部分をはさむ２つの地色部分の明度値の差分値
と、特定の基準点の明度値とを画像情報として出力する
ようにしたで、これらの情報を受信する画像処理装置側
では基準点の位置の明度値を初期値として輪郭部分の位
置までの画素の明度値を上記初期と同じ値に設定し、輪
郭部分を超える他の地の地色部分の画素位置は上記設定
値に差分値を加算した値とすることにより画面全ての画
素の明度値、すなわち、画像情報を構築することができ
る． この結果、構築された画像情報の中の地色の部分の各画
素の明度値は一定の値となり、照明条件の，変化による
照度むらがあったり、信号処理系の出力特性の相似性が
部分的に劣化しても地の画像部分については補正され、
良質の画像を得ることができる。さらに、画像入力装置
から画像情報として出力される情報は輪郭部分の位置情
報および明度情報に相当する明度の差分値および基準点
の明度値のみなので、従来のように１画面全ての画素の
明度値を出力する必要がなく、画像情報の情報量を大幅
に圧縮することができる． さらに本発明の第２形態では、第１形態に加えて、明暗
変化に順応する正確な明度変換式を局所順応方式のスケ
ール変換式を用いたので、被写体の全体画像の明度を信
号処理に好適な輝度レベルに相対的に調整することが可
能であり、かつ、上記変換式は一次式のため計算も簡単
で電気回路で実現できる特長をもち高質の画像を得るこ
とができる． 対応を示す説明図、 第５図（＾）〜（０）は本発明実施例のスケール変換特
性を示す説明図、 第６図（＾）は本発明実施例の他の回路構成を示すブロ
ック図、 第６図（Ｂ）は第６図（＾）に示すスケール変換回路５
０の回路構成を示す回路図、 第７図は従来例の機能構成を示すブロック図である．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の機能構成を示すブロック図、 第２図は本発明実施例の具体的な回路構成を示すブロッ
ク図、 第３図（＾》〜（Ｄ）は本発明実施例のＣＰＩＩ４１が
実行する制御手順を示すフローチャート、第４図（＾）
および（Ｂ）は本発明実施例の被写体画像と差分データ
記憶領域４３−２の記憶データとの本兜日月実″ｔｒＬ
びりのフローチャート第３図（Ａ） 本発明実充タリのフローチヱート 第３図（Ｃ） 第３図（Ｄ） 本、発明実施例のスケーノレ崇換竹１Ｆｔと示す虞見明
図第５図 ｉ＆聞実施例の輸祁情報検出器の原理奮示才ブロッ７図
第６図（Ａ） イ芝敦例の櫂前構瓜１示すブロック図 第７図 手続補正書 １　事件の表示 平成１年特許願第５７６４７号 ２　発明の名称 画像入力装置 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 １１４　　工業技術院長　　　　　　杉浦　賢４　指定
代理人 ７　補正の内容 １）明細書中、第４頁第９行のｒ６２−１１７４８」を
ｒ６２−１１７４７８Ｊと訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被写体画像の画素毎の明度値を読取る撮像手段と、 該撮像手段から得られた前記明度値に基き、前記被写体
   画像の輪郭部分の位置を抽出する輪郭抽出手段と、 前記撮像手段と前記輪郭抽出手段の出力に基いて、前記
   輪郭部分を境界線とする前記被写体画像の２つの地色部
   分の明度値の差分値を前記輪郭部分で分けられた地色部
   分毎に演算する演算手段と、 前記被写体画像の基準位置に対応した前記撮像手段の明
   度値と、前記輪郭抽出手段から得られる前記輪郭部分の
   位置情報と、前記演算手段から得られる前記差分値とを
   圧縮画像情報として外部へ出力する信号出力手段と を具えたことを特徴とする画像入力装置。 ２）請求項１に記載の画像入力装置において、前記撮像
   手段は光電変換素子を画素毎に配列してなるセンサと、 各前記光電変換素子の出力強度値Ｘとすると次式（１）
   、（２）、 Ｖ＝Ａ＿ｍ・ｘ／（ｘ＋Ｓ（ｘ））・・・式（１）Ｓ（
   ｘ）＝ｘ＿（１＋５．６ｘ／（ｘ＋１．８ｘ＿ｓ））・
   ・・式（２）（ただし、Ａ＿ｍは定数、ｘ＿ｓは標準値
   で各画素毎の明度値Ｖを平均した結果が予め定めた目標
   値となるように定める変数とする） により求まる明度値Ｖを出力する出力部と を有することを特徴とする画像入力装置。