JPH11144031A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像読取装置での切り出し処理において、装置
の大型化を図ることなく、リアルタイム処理で背景画像
から対象画像を容易に分離して切り出し処理を可能とす
る。 【解決手段】物体からの反射光をその強度に応じた出力
データとして検出する可視光イメージセンサ１及び赤外
線イメージセンサ２を有し、各イメージセンサより得ら
れた各出力データを画素毎に相互に対応させる画像処理
装置３により、可視光イメージ１０及び赤外線イメージ
２０から構成される画像データを得ることにより、可視
光線データでは背景画像と区別が困難な人物や動物、植
物の画像についても、赤外線イメージでのデータを使用
してエッジを抽出することにより、背景画像から容易に
切り出し処理を行うことを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体からの広帯域
な透過／反射光を帯域の強度に応じた出力データとして
検出し、これらの出力データを一つの画像に結合する画
像読取装置に係り、特に、背景画像から同一輝度の対象
画像を容易に分離して切り出し可能とする手段を備えた
画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、種々の撮像手段で得られた二次元
画像において、画像中の対象を切り出す場合には、一般
には画像処理により行われていた。すなわち、切り出し
たい対象画像のエッジを周辺画像との輝度差により抽出
して、背景画像から対象画像を分離させる手段が取られ
ていた。

【０００３】また、別の手段としては、特開平４−１６
９８０５号公報の三次元画像測定装置に記載されるよう
に、可視光による物体像（輝度画像）を形成するカメラ
と、物体の距離画像を形成するレーザレーダと、可視光
による物体像と物体の距離画像を同軸上で測定する光分
離光学系と、可視光による物体像と物体の距離画像を画
素単位に対応づける画像処理装置とを備えた画像測定装
置が提案されている。

【０００４】この画像測定装置によれば、輝度画像と距
離画像との対応づけは、輝度画像の一画素毎に距離画像
を対応させることにより、任意の画像上の全ての点（画
素）に三次元座標を与えてている。そして、背景から物
体の輝度画像のみを抽出する場合、一定の距離画像の範
囲の輝度画像のみを選択することにより切り出し処理を
行うため、切り出したい対象画像と背景画像との輝度差
が小さくても、任意の距離領域の切り出し処理を容易に
行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たエッジを抽出して切り出し処理を行う方法によれば、
切り出したい対象画像と背景画像との輝度差が小さい場
合、エッジ抽出を正確に行うことができず、対象物の切
り出しができないという問題があった。このような場合
には、人手による操作で、対象物と背景との境界を見極
めて分離するという大変手間のかかる作業が必要であっ
た。

【０００６】また、一画素毎に輝度画像と距離画像を対
応させた三次元画像情報により切り出し処理を行う方法
によれば、距離画像を得るためにレーザレンジファイン
ダ等の測距装置を必要とし、画像読取装置が大型化する
とともに、距離画像を取得しこれを一画素毎に対応させ
るため膨大な時間がかかるといった問題点がある。その
結果、装置のコストアップを招いたり、リアルタイム処
理ができず使用に際して煩わしさが生じるという不都合
があった。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、画像読取装置での切り出し処理において、装置の大
型化を図ることなく、リアルタイム処理で背景画像から
対象画像を容易に分離して切り出し処理を可能とする画
像読取装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による画像読取装置は、撮像対象物の透過光や反
射光に対して異なる感度波長領域での出力データが得ら
れる構成を主要な特徴としている。すなわち、本発明の
画像読取装置（請求項１）は、物体からの透過／反射光
をその強度に応じた複数画素の出力データとして検出す
る光検出手段を有し、前記出力データを画像に変換する
画像読取装置において、次の構成を含むものである。前
記光検出手段は、異なる感度波長領域を有する複数の光
検出装置で構成する。そして、これら複数の光検出装置
より得られた各出力データを画素毎に相互に対応させる
出力データ対応手段を設ける。

【０００９】請求項２は、請求項１記載の画像読取装置
において、複数の光検出装置は、可視光線に対して感度
波長領域を有する撮像装置と、可視光線以外の赤外線か
ら短波長側に対して感度波長領域を有する撮像装置とか
ら構成されることを特徴としている。

【００１０】請求項３は、請求項２記載の画像読取装置
において、可視光線に対して感度波長領域を有する撮像
装置は、ＲＧＢの各波長ごとに感度波長領域を有する複
数の撮像素子から成ることを特徴としている。

【００１１】請求項４は、物体からの反射光をその強度
に応じた複数画素の出力データとして検出する光検出手
段を有し、前記出力データを画像に変換する画像読取装
置において、次の構成を含むことを特徴としている。前
記光検出手段は、可視光線領域及び赤外線領域を感度波
長領域とするＣＣＤにより構成する。可視光線領域又は
赤外線領域の波長領域の反射光を選択的に前記ＣＣＤへ
透過させるフィルタ手段を設けている。前記光検出手段
で得られた各波長領域の反射光に対応する各出力データ
を画素毎に相互に対応させる出力データ対応手段を設け
ている。

【００１２】画像読取装置は、被写体となる撮像対象物
からの透過光又は反射光を検出する光検出手段を有し、
前記透過光又は反射光の強度を前記光検出手段により出
力データとして検出することにより、撮像対象物を複数
画像の集合体から構成される濃淡画像として表現するこ
とができる。例えば、可視光による濃淡画像を得る画像
読取装置においては、光検出手段としてカメラやスキャ
ナ等を使用し、感度波長領域を略３８０〜７８０ｎｍと
して可視光の波長領域をカバーするようにしている。

【００１３】また、カラーの画像読取装置では、可視光
領域をさらにＲＧＢの色調ごとの波長領域に分け、それ
ぞれの波長領域に感度を持たせた撮像素子を使用し、そ
れぞれの出力画像を後で画像処理することにより、フル
カラー画像を再現している。代表的な撮像素子として
は、ＣＣＤなどの固体撮像素子や真空管を用いた撮像管
がある。透過光を検出する画像読取装置としては、その
代表的なものにレントゲン写真像が得られるＸ線撮像装
置がある。Ｘ線撮像装置で使用される光検出手段の波長
領域は、可視光より短波長側の０．００１〜１９ｎｍ
（Ｘ線領域）である。

【００１４】本発明の画像読取装置は、撮像対象物の透
過光や反射光に対して、異なる感度波長領域での出力デ
ータが得られるように構成するもので、異なる感度波長
領域での各出力データを得て各出力データを画素毎に対
応させることにより、切り出し等の画像処理を容易に行
うものである。異なる感度波長領域とは、可視光領域と
赤外線領域、可視光領域と紫外線領域、可視光領域とＸ
線領域等、撮像対象物に適したものを選択する。例え
ば、自然風景及びこれを背景とした人物を撮像対象とす
る場合には、可視光領域と赤外線領域に対応する各出力
データを得ることが適している。

【００１５】すなわち、撮像対象物を人物、動物、植
物、建造物、自然風景（山：樹木等を除く、川、海、
空)等とし、例えば、自然風景を背景とする人物を撮像
対象とした場合、可視光領域での反射光から輝度画像
（可視光線イメージ）を検出する画像読取装置では、切
り出そうとする人物像と背景像とが同色の場合、人物像
のエッジが検出できないという場合がある。これは、可
視光領域の反射スペクトルが人物像と背景像とで類似し
ていることに他ならない。したがって、このような撮像
対象物の画像を読み取る場合、可視光以外のスペクトル
帯域、例えば赤外域の反射スペクトルを何等かのセンシ
ングデバイスで画像データ（赤外線イメージ）として検
出すれば、人物と自然風景での反射強度が異なるため、
可視光線イメージでは区別できない部分についても赤外
線イメージでは分離することが可能になる。

【００１６】さらに、人物や動物、植物などの生命体
は、建造物や自然風景などの無機物とは違い自ら温度を
発するため、これらの温度を例えば中から遠赤外領域に
感度があるセンシングデバイス（赤外線イメージセン
サ）により検出すれば、物体からの輻射熱の差により両
者の違いをさらに明確に分離することが可能となる。こ
の場合に使用されるセンシングデバイスとしの赤外線イ
メージセンサは、赤外線の波長領域である略７８０ｎｍ
〜１ｍｍにおいて感度を有するものであれば何でもよい
が、特に非接触なものが適している。

【００１７】具体的には、ＣＣＤ等の撮像素子で可視光
領域から近赤外領域まで感度を持たせたものや、内部光
電効果型検出器や各種熱効果型検出器を使用する。内部
光電効果型検出器は、液体窒素や液体ヘリウム温度に保
った冷却型が主流を占め、高感度かつ時間応答性に優れ
ており、４０〜５０μｍ以下の波長域で広く実用化され
ている。各種熱効果型検出器は、波長２００μｍ以上の
遠赤外からミリ波の帯域に感度を有するものであり、ボ
ロメータ（Ｃ、Ｇｅ、Ｓｉ）や自由電子光電セル（ｎ型
インジウムアンチモン）、ジョセフソン検出器等があ
る。

【００１８】これら赤外線イメージセンサから得られた
赤外線イメージと、可視光領域において固体撮像素子で
あるＣＣＤや真空管を用いた撮像管などの撮像素子で得
られた輝度画像（可視光線イメージ）とを画素毎に対応
させるようにすれば、撮像素子で得られた二次元の画像
中で、背景となる建造物や自然風景などから手前側にあ
る人物や動物あるいは植物などを切り出すことは、可視
光線イメージに対応した赤外線イメージを用いた画像処
理により容易に行うことができる。

【００１９】また、固体撮像素子を利用した赤外線イメ
ージセンサから得られる赤外線イメージは、可視光線領
域に感度がある通常の固体撮像素子から得られる可視光
線イメージと同様に簡単に得られるので、データ取得の
際の時間の制約やシステムの大型化からくるコストアッ
プ等の問題も生じない。

【００２０】赤外線イメージセンサから得られる赤外線
イメージは、測定対象に温度差があればデータとして区
別できるので、同質の物体の一方が加熱あるいは冷却さ
れた場合においてもその違いの検出が可能である。

【００２１】さらに個体認証の分野において人物認識す
る際に、二次元の画像情報（輝度情報）のみで識別する
際の認識率の低下を防止することにも有効である。すな
わち、赤外線イメージセンサを使用すれば、人物像の顔
等からの赤外線イメージが取得できるため、赤外線イメ
ージからの人物の特徴抽出も可能となり、可視光線イメ
ージからの特徴化と併用することにより、認識率の向上
に貢献できる。また、外見を似せたマスク（お面）等で
人物認識に誤認識が発生する場合でも、赤外線イメージ
センサを使用することにより、赤外線イメージでの顔部
分における比較が可能であるため、マスク使用の有無を
判断でき誤認識を防止できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明に係る画像読取装置の実施
の形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
図１は、画像読取装置のブロック結線図及びこの画像読
取装置により読み取られる測定対象（撮像対象物）を示
す説明図である。測定対象物には、一般的な対象として
手前側に人物や動物、樹木などの植物、これらの背景と
して建造物及び山を想定している。図１では、画像読取
装置による撮像対象物は野外を想定しているが、当然の
ことながら室内で撮像する場合でも適用できる。

【００２３】画像読取装置は、撮像対象物からの自然光
による反射光をその強度に応じた複数画素の出力データ
として検出する可視光線イメージセンサ１と、撮像対象
物からの自然光による反射光をその強度に応じた複数画
素の出力データとして検出する赤外線イメージセンサ２
と、可視光線イメージセンサ１及び赤外線イメージセン
サ２より得られた各出力データを画素毎に相互に対応さ
せる画像処理装置（出力データ対応手段）３と、前記画
像読取装置で得た画像情報を外部に出力する外部出力装
置４と、から構成されている。

【００２４】可視光線イメージセンサ１は、可視光線に
対して感度波長領域を有する撮像装置であり、例えば、
固体撮像素子である二次元のＣＣＤを用いる。モノクロ
のＣＣＤでは、測定対象からの可視光線の反射光量に応
じて、対象物を濃淡画像として現すことができ、一画素
ごとの輝度値としてのデータを可視光線イメージ（出力
データ）として得ることができる。また、カラー読み取
り対応のＣＣＤを用いてもよく、その場合はＲＧＢの３
色のフィルターを用いて可視光線領域を３分割し、ＲＧ
Ｂの色調ごとの輝度画像（可視光線イメージ）を得る。

【００２５】赤外線イメージセンサ２は、赤外線領域に
感度波長領域を有する撮像装置であり、例えば、ＣＣＤ
と同様な固体撮像素子を用いている。使用したＣＣＤ
は、分光感度が３２０ｎｍ〜１１００ｎｍであるが、可
視光線領域である７８０ｎｍ未満の領域をフィルタによ
り遮断し、７８０ｎｍ以上の赤外線領域のみに感度を持
たせたものである。この赤外線イメージセンサ（固体撮
像素子）によれば、ＣＣＤと同様に一画素ごとに赤外線
イメージ（出力データ）が高速に得られ、また小型化も
可能である。また、対象物を室内で撮像する場合は、赤
外線を発する光源を用いればさらに効果的に赤外線イメ
ージを取得できる。

【００２６】画像処理装置（出力データ対応手段）３
は、可視光線イメージセンサ１で取り込んで可視光線イ
メージと、赤外線イメージセンサ２で取り込んで赤外線
イメージとをそれぞれ一時的にデータバッファ（図示せ
ず）で格納した後、各出力データ（イメージデータ）を
一画素毎に相互に対応させて新たな画像データとして記
憶するものである。画像処理装置３により一画素単位で
対応づけられた可視光線イメージと赤外線イメージとか
ら成る画像データは、外部出力装置４からコンピュータ
等の外部装置へ出力され、この画像データにより切り出
し処理等の画像処理が行われる。

【００２７】画像処理装置３において画素毎の対応付け
を行うに際しては、あらかじめ既知の大きさと輝度値を
持ちかつ既知の赤外線反射スペクトル特性や温度分布を
持つ基準物体について、可視光線イメージセンサ１及び
赤外線イメージセンサ２にて撮像を行うことにより、ど
の画素同士が対応しているのかの校正をとっておく必要
がある。あるいは、別の方法としては、固体撮像素子の
画素数や配置が同じ可視光線イメージセンサ及び赤外線
イメージセンサを使用し、かつ、両者の光軸を一致させ
て光路長及び画角を一致する光学系（図示せず）を介在
させ、可視光線イメージセンサ及び赤外線イメージセン
サで読み取る撮像対象物の位置がセンサの画像上で同一
位置となるように設定すれば、前記したような校正をと
る必要はない。

【００２８】上記画像読取装置によれば、可視光線イメ
ージセンサ１で得られた可視光線イメージ１０は図２
（ａ）に示すようになり、赤外線イメージセンサ２で得
られた赤外線イメージ２０は図２（ｂ）に示すようにな
る。図２（ａ）の可視光線イメージ１０は、背景画像か
ら人物画像（切り出し対象物）を切り出そうとする場
合、右端の人物像１１と背景の建造物１２の輝度画像が
類似し、対象物のエッジが検出できない場合を示してい
る。すなわち、可視光線イメージ１０では、右端の人物
像１１の頭部と背景の建造物１２との輝度値がほぼ同じ
値であり、両者を分離できない。

【００２９】一方、赤外線イメージ２０では、人物およ
び動物、植物は、無機物の建造物に対して反射スペクト
ル強度が違い、また高い温度を保有しているため、図２
（ｂ）に示すような像を得ることができる。これによれ
ば、可視光線イメージ１０では背景との境が明確でなか
った右端の人物像２１についても、形状の認識が可能と
なり、エッジを容易に検出することができる。

【００３０】上記構造の画像読取装置によれば、外部出
力装置４で出力された画像データは、可視光線イメージ
と赤外線イメージとの両方を保有しているため、上述し
たような可視光線データでは背景画像と区別が困難な人
物や動物、植物の画像について、これを分離して切り出
し処理を行いたい場合、赤外線イメージでのデータを使
用して前記人物画像等のエッジを抽出することにより、
背景画像から容易に切り出し処理を行うことが可能とな
る。また、可視光線イメージセンサ１と赤外線イメージ
センサ２で画像を取り込むだけで、可視光線イメージと
赤外線イメージから成り画素毎に対応付けられた画像デ
ータを得ることができるので、リアルタイム処理で背景
画像から対象画像を容易に分離することが可能となる。

【００３１】図３は、本発明に係る画像読取装置の実施
の形態の他の例を示すブロック結線図である。図１と同
様の構成をとる部分については同一符号を付して詳細な
説明を省略する。この画像読取装置では、可視光線イメ
ージセンサ及び赤外線イメージセンサの代りに一つの撮
像装置５（光検出手段）を設け、この撮像装置５の測定
対象物からの反射光入射側に光学フィルタ変換部６を設
けている。

【００３２】撮像装置５にはＣＣＤを用いている。ＣＣ
Ｄの分光感度は、先に述べたように３２０ｎｍ〜１１０
０ｎｍであるため、可視光線領域と赤外線領域をカバー
できる。そこで、撮像装置５の測定対象側方向手前（反
射光入射側）に光学フィルタ変換部６を配置している。
光学フィルタ変換部６は、赤外線領域を遮断するフィル
タ（赤外線フィルタ）と可視光線領域を遮断するフィル
タ（可視光線フィルタ）とが備えられ、所定のタイミン
グでフィルタが切り替わるように駆動される。

【００３３】この画像読取装置によれば、光学フィルタ
変換部６の動作により、一つの撮像装置５で可視光線イ
メージと赤外線イメージを得ることができ小型化が可能
になる。また、撮像装置５で得られる可視光線イメージ
及び赤外線イメージは、光軸を共通として撮像対象物の
同じ位置を読み取っているので、画素毎の対応付けを行
った読み取りを常に行うことができ、先の例で行ったよ
うな校正は必要なくなる。また、光軸の合わせ込み等の
光学系の調整や光を分岐させる装置も不要となるので、
更なる小型化を図ることができる。

【００３４】この画像読取装置では、画像を得る手順と
して、例えば赤外線フィルタを選択して撮像装置５にお
いて可視光線領域の可視光線イメージを得、次に可視光
線フィルタを選択して赤外線イメージを得た後、画像処
理装置３により両者を一画素単位で対応づけ、可視光線
イメージと赤外線イメージを合わせ持った画像データと
して記憶し、外部出力装置４に出力する。当然ながら、
先に可視光線フィルタを選択して赤外線イメージを得
て、その後に、可視光線イメージを得るように撮像装置
５を動作させてもよい。赤外線フィルタと可視光線フィ
ルタの切り替えのタイミングは、全画素取り込みを終了
した後に切り替えてもよいし、一フレームごとに切り替
えてもよい。

【００３５】上記各例では、赤外線イメージセンサとし
てＣＣＤを用いたが、代りに赤外線感光フィルムを用い
てもよい。この場合、通常のアナログカメラを用い、可
視光線をカットするフィルタあるいは可視光の青領域の
みをカットするフィルタを装着して撮像を行う。また、
フィルム上の赤外線イメージは、ＣＤ−ＲＯＭに落とす
ことでデジタル化できる。これらのデジタル画像を用い
て、可視光線イメージ及び赤外線イメージの統合を行
う。

【００３６】上述した画像読取装置は、撮像対象物の反
射光（検出光）に対して、異なる感度波長領域で各出力
データが得られるように構成したが、一方又は両方の検
出光を撮像対象物の透過光とし、透過光に対して感度波
長領域を有する光検出装置を使用するものであってもよ
い。例えば、検出光を可視光（赤外線）の反射光と、Ｘ
線の透過光とし、可視領域（赤外線領域）とＸ線領域に
それぞれ感度波長領域を有する光検出装置を使用して得
られた各出力データを画素毎に対応させることにより、
可視光線（赤外線）イメージを使用することによりＸ線
で得られた画像データの認識誤差を少なくし、撮像対象
物の画像解析をより確実なものとすることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、撮像対象物の透過光や
反射光に対して、異なる感度波長領域での出力データを
取り込むことにより、これらの出力データを画素毎に対
応させた画像を得ることができるので、データ取得の際
の時間の制約やシステムの大型化から生じるコストアッ
プ等の問題を生じさせることなく、リアルタイム処理で
切り出し等の画像処理を容易に行うことができる。すな
わち、可視光線領域と赤外線領域において感度を有する
光検出装置を設け、これらの出力データを対応させた画
像データを得ることにより、赤外線イメージを基に対応
する可視光線イメージの輝度画像を抽出することによ
り、所望の対象の輝度画像を容易に背景画像から切り出
し処理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像読取装置の実施の形態の一例
を示すブロック結線図である。

【図２】（ａ）は画像読取装置で得られた可視光線イメ
ージを示し、（ｂ）赤外線イメージを示す説明図であ
る。

【図３】本発明に係る画像読取装置の実施の形態の他の
例を示すブロック結線図である。

【符号の説明】

１…可視光線イメージセンサ（光検出装置）、 ２…赤
外線イメージセンサ（光検出装置）、 ３…画像処理装
置、 ４…外部出力装置、 ５…撮像装置（光検出手
段）、 ６…光学フィルタ変換部、 １０…可視光線イ
メージ、 ２０…赤外線イメージ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体からの透過／反射光をその強度に応じ
   た複数画素の出力データとして検出する光検出手段を有
   し、前記出力データを画像に変換する画像読取装置にお
   いて、 前記光検出手段は、異なる感度波長領域を有する複数の
   光検出装置で構成し、 これら複数の光検出装置より得られた各出力データを画
   素毎に相互に対応させる出力データ対応手段を設けたこ
   とを特徴とする画像読取装置。
2. 【請求項２】複数の光検出装置は、可視光線に対して感
   度波長領域を有する撮像装置と、可視光線以外の赤外線
   から短波長側に対して感度波長領域を有する撮像装置と
   から構成される請求項１記載の画像読取装置。
3. 【請求項３】可視光線に対して感度波長領域を有する撮
   像装置は、ＲＧＢの各波長ごとに感度波長領域を有する
   複数の撮像素子から成る請求項２記載の画像読取装置。
4. 【請求項４】物体からの反射光をその強度に応じた複数
   画素の出力データとして検出する光検出手段を有し、前
   記出力データを画像に変換する画像読取装置において、 前記光検出手段は、可視光線領域及び赤外線領域を感度
   波長領域とするＣＣＤにより構成し、 可視光線領域又は赤外線領域の波長領域の反射光を選択
   的に前記ＣＣＤへ透過させるフィルタ手段と、 前記光検出手段で得られた各波長領域の反射光に対応す
   る各出力データを画素毎に相互に対応させる出力データ
   対応手段とを設けたことを特徴とする画像読取装置。