JPH09185711A - 形状認識方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 背景部や影の部分を明確に分離して対象物の
形状を正確に認識する。 【解決手段】 反射率が一様な背景中に対象物を置き，
当該対象物自身には影が生じないように光源を配置して
該対象物を照明し，その反射光の画像から当該対象物の
形状を認識する方法であって，上記反射光を波長域の異
なる２以上に色分解し，各分解された色ごとの画像を撮
像すると共に，上記色分解画像の中の２種の色分解画像
を特定し，特定された２種の色分解画像信号の比に基づ
いて上記対象物の形状を認識する形状認識方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，食品，木材等の自
然物のように表面が光を乱反射する対象物の形状を正確
に認識する方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種対象物を光学的に認識する方法とし
て下記の〜に示すような種々の方法が開発されてい
る。 透過照明（バックライト照明）で対象物を照射し，モ
ノクロ（白黒）カメラによって撮像した濃淡画像を２値
化処理し，対象物の領域を抽出する方法（「映像情報」
１９９１年７月号の第３７ページ〜第４３ページ）。…
この場合透過拡散照明によって対象物の影が出来ないよ
うにしている。 反射照明（明視野照明や一様照明）で対象物を照明
し，モノクロカメラによって撮像した濃淡画像を２値化
処理して，対象物の領域を抽出する方法（「映像情報」
１９９１年７月号の第３７ページ〜第４３ページ）。…
この場合，同軸落射照明や複数光源を多方向から照明す
ることで，対象物の影が出来ないようにしている。 複数の光源からなる照明装置で順次単独で点灯した状
態で撮像して得た画像から，各光源からの照明によって
生じる認識対象物の影領域の画像を抽出し，各影領域の
画像の論理和演算によって認識対象の形状を認識する方
法（特開閉６−３０７８３３号）。…この場合対象物と
の影の境界の濃淡画像レベルの差を利用している。 検査員の判定と一致しうる「あかめ海苔」の検出のた
めに，４７９ｎｍと６３０ｎｍの波長の反射率を測定
し，この２波長の反射率の比を求め，これと評価基準値
とを比較して，上記「あかめ海苔」の品質を評価する方
法（特開閉７−２７６９８号） ガラスのカレット（屑ガラス）の色を識別する方法と
して，波長の異なる２種の特定光を検出し，その強度差
から上記カレットの色識別する方法（特開閉３−２００
０２５号）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】の場合，透過光を検
出するものであるため，対象物と照明光源との間に光透
過体を設ける必要があり，製造工程等で連続搬送される
対象物を自動判定するような場合には，上記光透過体が
経時的に汚れて透過率が変化して受光量が変化するの
で，安定して測定することができない欠点がある。また
自動化する場合，通常対象物をベルトコンベア等で搬送
するので，透過体を利用して対象物を撮像することは現
実的でない。の場合，照明光源の光量変動や照明むら
によって対象物の濃淡画像レベルが変動し，対象物の領
域を安定して抽出出来ない。の場合，何度も照明−撮
像を繰り返す必要があり，高速で搬送されつつある対象
物を正確に認識することに無理がある。また多数の光源
が必要で，コスト高となる。の場合，対象物の色彩に
よる品質の判定を行うのみで，対象物の影や背景を除外
して対象物の形状を抽出する技術ではない。の場合，
と同様，対象物の影や背景を除外して対象物の形状を
抽出することはできない。従って本発明が目的とすると
ころは，自動搬送されつつある対象物について光透過体
を設けることなく，照明光源の光量変動や照明むらなど
に影響されることなく，また高速で処理することができ
る対象物認識方法及び装置であって，対象物の影及び背
景を除去して対象物自身の形状のみを正確に抽出するこ
とのできる対象物の形状認識方法及び装置を提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に方法面における本発明は，背景中に対象物を置き，当
該対象物自身には影が生じないように光源を配置して該
対象物を照明し，その反射光の画像から当該対象物の形
状を認識する方法において，使用しようとする２種の光
の波長帯域において高い反射率を示し，その比がほぼ１
となる背景中に認識対象物を置き，上記反射光を波長域
の異なる２以上に色分解し，各分解された色ごとの画像
を撮像すると共に，上記色分解画像の中の上記２種の色
分解画像を特定し，特定された２種の色分解画像信号の
比に基づいて上記対象物の形状を認識することを特徴と
する形状認識方法である。また装置面における本発明
は，背景中に対象物を置き，当該対象物自身には影が生
じないように光源を配置して該対象物を照明し，その反
射光の画像から当該対象物の形状を認識する装置におい
て，使用しようとする２種の光の波長帯域において高い
反射率を示し，その比がほぼ１となる背景中に認識対象
物を置き，上記反射光を波長域の異なる２以上に色分解
し，各分解された色ごとの画像を撮像する画像入力手段
と，上記画像入力手段により得られた色分解画像の中の
上記２種の色分解画像を特定し，特定された２種の色分
解画像信号の比を算出する分解比算出手段とを具備し，
上記分解比算出手段で得られた比の値と所定値とを比較
して上記対象物の形状を認識することを特徴とする形状
認識装置である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して，本発明
を具体化した実施形態につき説明し，本発明の理解に供
する。尚，以下の実施形態は，本発明を具体化した一例
であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のもので
はない。ここに，図１は本発明の一実施形態に係る形状
認識装置の概略を示すブロック図，図２は対象物の色彩
によって周波数ごとの反射率が異なることを示すグラ
フ，図３は背景について周波数ごとの反射率に差がない
ことを示すグラフ，図４は対象物（ちくわ）について撮
像された画像，図５は従来の方法で得た２値化画像，図
６は本発明方法により得られた撮像画像である。まず本
発明の一実施形態にかかる形状認識装置の概略を図１を
用いて説明する。図において，白色等の分光反射率が可
視光領域である４００ｎｍから７００ｎｍにわたり一様
な背景１中の対象物（この場合“ちくわ”）２に照明光
源３から光が照射される。対象物２及びその近傍の背景
部分は二次元撮像装置４で撮像される。該撮像装置４は
３板式のカラーテレビカメラでＲ〔赤〕，Ｇ〔緑〕，Ｂ
〔青〕の３成分を分解して撮像する。上記撮像装置４か
らの出力は，ビデオ信号としてアナログ／デジタル変換
器（Ａ／Ｄ変換器）５に伝送され，Ａ／Ｄ変換された
後，画像処理装置６で後記するように画像処理される。

【０００６】画像処理装置６では，撮像した色分解画像
の中から２種の色分解画像（この例では，Ｒ〔赤〕とＢ
〔青〕）の比を特徴量（α）として演算し，所定値と比
較して対象物２の形状識別を行い，対象物２の領域とそ
の他の領域とを区別するための２値化処理などを施し
て，その結果を演算結果出力装置７に出力する。また，
その結果は画像モニタ８にも出力されて対象物２の領域
抽出された画像を表示する。この実施形態では対象物２
からの反射光の画像から，背景１の部分及び影の部分を
除去して対象物２自身の形状を抽出するので，対象物２
の内部にそれ自身の影が生じると抽出精度が低下する事
が考えられる。そのため，照明光源３は対象物内部に影
が生じないような向きから光を照射する必要がある。但
し余程凸凹の激しい対象物でないとこのような内部の影
が生じることは有り得ないので，通常の食品等の対象物
については，１〜２個の照明光源３を配置すれば足り
る。この実施形態では２本一組の蛍光灯を使用してい
る。上記画像処理装置６における画像処理の内容につい
て，詳しく説明する。この実施形態では，使用しようと
する２種の光の波長帯域において高い反射率を示し，そ
の比がほぼ１となる背景中に認識対象物を置く。上記の
ような背景の一例として白色板が用いられている。一
方，対象物である“ちくわ”２にはその表面に焦げ目が
付いており，焼き上がりの状態に応じて生地に近い白黄
色系の色の部分から，薄茶色，茶色及び焦げ茶色へと変
化している。

【０００７】図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）は，それぞ
れ対象物の焼き具合に応じた白黄色（ａ）），薄茶色
（ｂ），焦げ茶色（ｃ）の３色の分光反射率分布を示
す。波長域は４００ｎｍ〜７００ｎｍである。図１の撮
像装置４の色成分で言えば，４００〜５００ｎｍが青色
〔Ｂ〕，５００〜６００ｎｍが緑色〔Ｇ〕，６００〜７
００ｎｍが赤色〔Ｒ〕にほぼ対応する。対象物２の図２
に示す（ａ），（ｂ），（ｃ）の焼き具合に応じて分光
反射率分布が変わっていることから，前記３つの色成分
領域〔Ｒ，Ｇ，Ｂ〕の値が対象物２内の場所によって変
わることが分かる。例えば，焦げ茶に対応する赤〔Ｒ〕
領域では絶対値が大きくその変化が小さく，また青色
〔Ｂ〕領域では総体的に小さくその変化が大きくなって
いることが分かる。一方，図３は，背景１として用いた
白色板の分光反射率分布を示す。背景の白色板の分光反
射率分布はほぼ一様で，前記３つの色成分領域〔Ｒ，
Ｇ，Ｂ〕の値はほぼ同じ値をとることが分かる。また対
象物周辺に出来る影は，光量レベルは変化するものの，
影の分光反射率分布は照明光源と白色板の分光特性で決
まり，その分布は白色板の分光反射率分布と同様周波数
によらず一様である。

【０００８】上記のことから，３つの色成分〔Ｒ，Ｇ，
Ｂ〕の中から２種のの色成分を特定し，その２信号の比
を特徴量（α）とした場合を考えると（この実施形態で
は赤色〔Ｒ〕と青色〔Ｂ〕の組み合わせの場合が背景及
び影との差異が一番大きくなると判断して，その比Ｒ／
Ｂを特徴量αとする）， ・照明が当たっている背景の部分は，ＲとＢがほぼ等し
く，α＝１ ・照明が当たっていない影の部分は，ＲとＢがほぼ等し
く，α＝１ ・対象物の部分は，焼き具合によってＲとＢの値が変化
し，α≠１ の関係が成り立つ。実際，対象物２の焼き具合によっ
て，生地に近い白黄色の場合αは１．２，薄茶色から焦
げ茶色の場合：α＝１．２〜２．８の値を示すことが分
かった。このことから，本実施形態の対象物“ちくわ”
の場合，特徴量（α）の範囲が，α＝１．２〜２．８の
範囲にある領域を対象物の領域として抽出することで，
対象物２を識別できる。本実施形態では，背景及び影と
対象物２を分離する観点にたち，画像演算処理を簡素化
するため，１．１をしきい値として，α≧１．１の点を
対象物として認識した。その結果が図４〜図６に示され
ている。

【０００９】図４は，図１に示す撮像光学系で対象物
“ちくわ”を撮像した結果を示す。図４から，対象物の
周辺に影が生じていることが分かる。図５は，従来技術
の一例として図４の画像データを適当なしきい値で２値
化処理した結果を示す。図５から対象物が正確に分離・
抽出出来ていないことが分かる。図６は，本実施形態の
方法で，前記特徴量（α）を演算し，α≧１．１を評価
基準として，対象物の領域抽出した結果を示す。図６か
ら，本実施形態方法により，対象物２を正確に分離・抽
出できていることが分かる。

【００１０】

【実施例】上記実施形態では背景１として白色板を用い
たが，背景及び影と対象物が２種の色成分比（＝特徴
量）で分離出来る背景色であれば任意の色を選ぶことが
できる。また本発明では，対象物中に背景や影と同じ分
光反射率分布の部分があれば対象物から除外してしまう
ので，対象物として選択できない。その点，機械部品や
プラスチック部品の鏡面部分は，全反射するため白色部
分と同一部分として撮像されてしまうので，対象物とし
ては不適切であるが，本発明は最初に述べたように，た
とえばパン，練り製品（ちくわ，蒲鉾など），野菜，魚
介類等食品その他の自然物等，表面で光が乱反射するも
のを対象とするので，上記のような問題は生じない。

【００１１】

【発明の効果】本発明に係る形状認識方法は以上述べた
ように，背景中に対象物を置き，当該対象物自身には影
が生じないように光源を配置して該対象物を照明し，そ
の反射光の画像から当該対象物の形状を認識する方法に
おいて，使用しようとする２種の光の波長帯域において
高い反射率を示し，その比がほぼ１となる背景中に認識
対象物を置き，上記反射光を波長域の異なる２以上に色
分解し，各分解された色ごとの画像を撮像すると共に，
上記色分解画像の中の上記２種の色分解画像を特定し，
特定された２種の色分解画像信号の比に基づいて上記対
象物の形状を認識することを特徴とする形状認識方法で
あり，また本発明に係る形状認識装置は上記したごと
く，背景中に対象物を置き，当該対象物自身には影が生
じないように光源を配置して該対象物を照明し，その反
射光の画像から当該対象物の形状を認識する装置におい
て，使用しようとする２種の光の波長帯域において高い
反射率を示し，その比がほぼ１となる背景中に認識対象
物を置き，上記反射光を波長域の異なる２以上に色分解
し，各分解された色ごとの画像を撮像する画像入力手段
と，上記画像入力手段により得られた色分解画像の中の
上記２種の色分解画像を特定し，特定された２種の色分
解画像信号の比を算出する分解比算出手段とを具備し，
上記分解比算出手段で得られた比の値と所定値とを比較
して上記対象物の形状を認識することを特徴とする形状
認識装置として構成されている。従って，透明体を介在
する必要がないので，その汚れに関する問題がなく，工
程の自動化等の自動検査に適用できる。また２種の色分
解画像信号の比を求めるものであるから，光源の光量変
動や照明むらの影響や，陰影いの濃淡レベルの場所によ
るばらつきによる影響がなく，さらに凹凸物体のの形
状，特に反射照明（明視野照明や一様照明）でも対象物
の陰影が出来やすい非定形の食品（ソーセージ，ちく
わ，パン等）の形状認識に適用して好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る形状認識装置の概
略を示すブロック図。

【図２】 対象物の色彩によって周波数ごとの反射率が
異なることを示すグラフ。

【図３】 背景について周波数ごとの反射率に差がない
ことを示すグラフ。

【図４】 対象物（ちくわ）について撮像された画像。

【図５】 従来の方法で得た２値化画像。

【図６】 本発明方法により得られた撮像画像本発明の
一実施形態に係る付き合わせ治具を示す斜視図。

【符号の説明】

１…背景 ２…対象物 ３…照明光源 ４…撮像装置 ５…Ａ／Ｄ変換装置 ６…画像処理装置 ７…演算結果出力装置 ８…画像モニタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年３月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して，本発明
を具体化した実施形態につき説明し，本発明の理解に供
する。尚，以下の実施形態は，本発明を具体化した一例
であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のもので
はない。ここに，図１は本発明の一実施形態に係る形状
認識装置の概略を示すブロック図，図２は対象物の色彩
によって周波数ごとの反射率が異なることを示すグラ
フ，図３は背景について周波数ごとの反射率に差がない
ことを示すグラフ，図４は対象物（ちくわ）のディスプ
レー上に表示された中間調画像，図５は従来の方法で得
た「ちくわ」のディスプレー上に表示された中間調画
像，図６は本発明方法により得られた「ちくわ」のディ
スプレー上に表示された中間調画像である。まず本発明
の一実施形態にかかる形状認識装置の概略を図１を用い
て説明する。図において，白色等の分光反射率が可視光
領域である４００ｎｍから７００ｎｍにわたり一様な背
景１中の対象物（この場合“ちくわ”）２に照明光源３
から光が照射される。対象物２及びその近傍の背景部分
は二次元撮像装置４で撮像される。該撮像装置４は３板
式のカラーテレビカメラでＲ〔赤〕，Ｇ〔緑〕，Ｂ
〔青〕の３成分を分解して撮像する。上記撮像装置４か
らの出力は，ビデオ信号としてアナログ／デジタル変換
器（Ａ／Ｄ変換器）５に伝送され，Ａ／Ｄ変換された
後，画像処理装置６で後記するように画像処理される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る形状認識装置の概
略を示すブロック図。

【図２】 対象物の色彩によって周波数ごとの反射率が
異なることを示すグラフ。

【図３】 背景について周波数ごとの反射率に差がない
ことを示すグラフ。

【図４】 対象物（ちくわ）のディスプレー上に表示さ
れた中間調画像。

【図５】 従来の方法で得た「ちくわ」のディスプレー
上に表示された中間調画像。

【図６】 本発明方法により得られた「ちくわ」のディ
スプレー上に表示された中間調画像。

【符号の説明】 １…背景 ２…対象物 ３…照明光源 ４…撮像装置 ５…Ａ／Ｄ変換装置 ６…画像処理装置 ７…演算結果出力装置 ８…画像モニタ

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 背景中に対象物を置き，当該対象物自身
   には影が生じないように光源を配置して該対象物を照明
   し，その反射光の画像から当該対象物の形状を認識する
   方法において，使用しようとする２種の光の波長帯域に
   おいて高い反射率を示し，その比がほぼ１となる背景中
   に認識対象物を置き，上記反射光を波長域の異なる２以
   上に色分解し，各分解された色ごとの画像を撮像すると
   共に，上記色分解画像の中の上記２種の色分解画像を特
   定し，特定された２種の色分解画像信号の比に基づいて
   上記対象物の形状を認識することを特徴とする形状認識
   方法。
2. 【請求項２】 背景中に対象物を置き，当該対象物自身
   には影が生じないように光源を配置して該対象物を照明
   し，その反射光の画像から当該対象物の形状を認識する
   装置において，使用しようとする２種の光の波長帯域に
   おいて高い反射率を示し，その比がほぼ１となる背景中
   に認識対象物を置き，上記反射光を波長域の異なる２以
   上に色分解し，各分解された色ごとの画像を撮像する画
   像入力手段と，上記画像入力手段により得られた色分解
   画像の中の上記２種の色分解画像を特定し，特定された
   ２種の色分解画像信号の比を算出する分解比算出手段と
   を具備し，上記分解比算出手段で得られた比の値と所定
   値とを比較して上記対象物の形状を認識することを特徴
   とする形状認識装置。