JP2006011608A - パターン認識装置およびパターン認識方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
撮像素子から出力される複数の色信号に基づいて高速かつ高精度でパターン認識を行う。
【解決手段】
パターン認識の対象を撮像し、撮像信号を画素単位にＲＧＢ信号１１として出力する撮像部１と、ＲＧＢ信号１１中から最も画素密度の高いＧ信号１２のみを取り出すＧ成分分離部２と、Ｇ成分分離部２で取り出されたＧ信号１２から輝度信号（Ｙ信号）を求めるフォーマット変換部３と、フォーマット変換部３からＹ信号１４を取り出すＹ成分分離部４とを備える。パターン認識処理部５は、ＲＧＢ信号中から最も画素密度の高いＧ信号のみから求めたＹ信号１４に基づいてパターン認識を行う。
【選択図】
図１

Description

本発明は、パターン認識装置およびパターン認識方法に関し、特に撮像素子から出力される複数の色信号に基づいてパターン認識を行う装置および方法に関する。

近年、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）に代表される小型電子機器には、付属のデジタルカメラを用いたＯＣＲ（Optical Character Reader）やバーコードリーダのようなパターン認識機能が搭載されるケースが増えてきている。このパターン認識機能は、煩雑なキー操作を行わずにＵＲＬ（Uniform Resource Locator）等の情報を取り込む目的としても使われている。パターン認識のためのイメージセンサは、小型かつ安価な単板式のカラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）が採用されることが多く、この単板式ＣＣＤを用いたパターン認識の高速化、高精度化が要求されている。

単板式ＣＣＤを用いたパターン認識の例が、特許文献１に開示されている。図４は、特許文献１に記載されている画像認識処理装置の構成を示すブロック図である。カメラ機構部３２によって撮影されたバーコード３１に関する画像データは、撮像素子３３で光電変換され、画像処理部３４でアナログ／デジタル変換される。デジタル変換された画像信号は、フォーマット変換部４４において異なる２種類のデータフォーマット、例えばＹＵＶ４２２とＲＧＢ５６５とに変換される。

なお、このＹＵＶ信号（輝度色差信号）は、画像信号がＲＧＢ（赤緑青）の３つの信号で構成される場合、図３に示す変換式によってＲＧＢ信号から変換される。

２種類の異なるデータフォーマットに変換された画像データは、一方のＹＵＶ４２２は、さらにＹ信号のみがＹ信号分離部４５で分離抽出されて、データフォーマット毎にメモリ３７にストアされる。ＣＰＵ３９は、メモリ３７に異なるデータフォーマットでストアされている画像データを読出し、Ｙ信号に基づいて画像認識するとともに、ＲＧＢ５６５に基づいて表示部３８に画像表示する。ＣＰＵ３９は、予めフォーマット変換部４４で変換された２種類のデータフォーマットのそれぞれに基づいて画像認識と画像表示とを実行するので、処理時間の短縮が実現される。

特開２００４−８００７９号公報 （図１）

単板式ＣＣＤでは、個々の受光素子に予め単色のフィルタをかけておき、別の色を受け取っている近隣の受光素子の信号を総合して最終的な色信号を得ている。さらに、一般的なＣＣＤには全画素情報を出力するモードの他に、ドラフトモードと呼ばれる情報量を間引いて高速に出力する駆動方式がある。ドラフトモードを使用することで高速なフレーミングを実現することができ、その結果、高速なパターン認識が可能となる。しかし、ドラフトモードでは情報量の少なさを後段の画像処理による画素補間によって補う必要があるため、物理的にかなり離れた受光素子同士の信号を組み合わせて画像が作られる。このため最終的に得られる画像データの解像度が下がり画質が低下することがパターン認識の精度向上のネックとなっていた。

ところで、図４のフォーマット変換部４４で行われるＲＧＢ色空間からＹＵＶ色空間への変換処理を行う際、図３のＹＵＶ変換式に示すように、Ｙ成分にはＲ、Ｇ、Ｂ全ての信号情報が必要である。単板式原色ＣＣＤでは、１つの画素（受光素子）は、ＲもしくはＧもしくはＢのいずれか１つの情報しか出力しない。従って、足りない色成分を近隣の画素から補間する必要がある。この結果、生成されたＹＵＶ画像は、ローパスフィルタを通したのと似た状態となり、解像度が下がる。これが画質やパターンの認識率の下がる要因となる。

一方、小型電子機器は、内蔵のバッテリで動作するため、省電力で動作する構成が望まれる。ＲＧＢ色空間からＹＵＶ色空間への変換では、図３のＹＵＶ変換式に示すように、乗算が使われているが、乗算器を使用しないようにすることで消費電力を軽減することが期待できる。

しかしながら、従来、小型電子機器において、省電力で動作し、高速かつ高精度でパターン認識を行うパターン認識の技術は知られていなかった。

従って、本発明の目的は、撮像素子から出力される複数の色信号に基づいて省電力で動作し、高速かつ高精度でパターン認識を行うパターン認識装置およびパターン認識方法を提供することにある。

前記目的を達成する本発明の一つのアスペクトに係るパターン認識装置は、パターン認識の対象を撮像し、撮像信号を画素単位に複数の色信号として出力する撮像部と、複数の色信号中から最も画素密度の高い色信号のみを取り出す信号分離部と、を備える。また、信号分離部で取り出された色信号に基づいて、撮像部で撮像された対象に対してパターン認識を行うパターン認識処理部を備える。

第１のアスペクトにおける第１の展開形態のパターン認識装置において、複数の色信号は、ＲＧＢ信号であって、信号分離部は、ＲＧＢ信号中のＧ信号のみを取り出すようにしてもよい。

第２の展開形態のパターン認識装置において、Ｇ信号は、ＲＧＢ信号中のＲ信号およびＢ信号に対し高解像度な信号であってもよい。

第３の展開形態のパターン認識装置において、撮像部から出力されるＲＧＢ信号は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの時間順に時分割して並べられた信号を含んでもよい。

第４の展開形態のパターン認識装置において、撮像部は、単板式のＣＣＤ素子を含んで構成されてもよい。

本発明の第２のアスペクトに係るパターン認識方法は、パターン認識の対象を撮像するステップと、撮像した信号を画素単位に複数の色信号として取り出すステップと、複数の色信号中から最も画素密度の高い色信号を選択するステップと、選択された色信号に基づいて、パターン認識の対象に対してパターン認識を行うステップと、を含む。

第２のアスペクトにおける第１の展開形態のパターン認識方法において、複数の色信号は、ＲＧＢ信号であって、最も画素密度の高い色信号は、Ｇ信号であることが好ましい。

本発明によれば、ＹＵＶ変換を行う前に受光素子数が最も多い（補間距離の短い）Ｇ信号成分のみを抽出し、解像度低下を招く要因となるＲ、Ｂ信号成分を排除するようにする。高解像度のＧ信号成分に基づいてパターン認識を行うので、高精度なパターン認識が実現される。

また、輝度信号へのフォーマット変換における乗算が不要となるため、高速かつ低消費電力化を図ることができ、省電力化が図られる。

本発明の実施形態に係るパターン認識装置は、パターン認識の対象を撮像し、撮像信号を画素単位に複数の色信号（例えばＲＧＢ信号）として出力する撮像部と、複数の色信号中から最も画素密度の高い色信号（例えばＧ信号）のみを取り出す信号分離部と、信号分離部で取り出された色信号から輝度信号（Ｙ信号）を求める輝度変換部と、を備える。このようなパターン認識装置は、撮像した信号を画素単位に複数の色信号として取り出し、複数の色信号中から最も画素密度の高い色信号のみから輝度信号を求め、パターン認識の対象に対して輝度信号に基づいてパターン認識を行うように動作する。以下、具体的な装置構成について実施例に基づき、詳しく説明する。

図１は、本発明の実施例に係るパターン認識装置の構成を示すブロック図である。図１において、パターン認識装置は、撮像部１、Ｇ成分分離部２、フォーマット変換部３、Ｙ成分分離部４、パターン認識処理部５を備える。

撮像部１は、パターン認識の対象となる文字や記号を撮像して光電変換する単板式のＣＣＤ素子を含み、撮像信号としてＲＧＢ信号１１を生成する。撮像部１から出力されるＲＧＢ信号１１は、Ｇ成分分離部２に出力される。Ｇ成分分離部２は、ＲＧＢ信号１１からＧ信号の成分を分離し、分離されたＧ信号１２がフォーマット変換部３に出力される。

フォーマット変換部３は、図３に示すような変換式に基づき、入力されるＲＧＢ信号をＹＵＶ信号に変換する。本実施例においては、Ｇ成分分離部２によってＧ信号１２のみが入力され（Ｒ＝０、Ｇ＝０）、ＹＵＶ信号１３に変換されて、Ｙ成分分離部４に出力される。Ｙ成分分離部４は、ＹＵＶ信号１３からＹ（輝度）信号１４を分離し、分離されたＹ信号１４をパターン認識処理部５に出力する。パターン認識処理部５は、入力されるＹ信号１４を元に撮像部１で撮像された文字や記号のパターン認識を実行する。

次に、より具体的に撮像部１から出力されるＲＧＢ信号１１について説明する。図２は、撮像部１において生成されるＲＧＢ信号１１の構成例を示す図である。不図示の単板式ＣＣＤ素子からは、全画素の出力信号となるＲＧＢ信号が出力される。すなわち、全画素出力信号の第１ライン目には、Ｒ１、Ｂ２、Ｒ３、Ｂ４、Ｒ５、Ｂ６、Ｒ７、Ｂ８、・・の画素信号が出力され、第２ライン目には、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、・・の画素信号が出力され、第３ライン目には、Ｂ１、Ｒ２、Ｂ３、Ｒ４、Ｂ５、Ｒ６、Ｂ７、Ｒ８、・・の画素信号が出力され、第４ライン目には、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８、・・の画素信号が出力される。以下、同様の系列が繰り返される。ここで画素信号Ｒｎは赤色を表し、Ｇｎは、緑色を表し、Ｂｎは青色を表す。数字ｎは、画素の並び順であって、出力される順でもある。

出力された全画素の出力信号は、２画素ずつ離れた画素同士の平均が取られ、平均された信号がドラフトモードと呼ばれるＲＧＢ信号となる。すなわち、ドラフトモードにおける１ライン目は、全画素出力信号の１ライン目と２ライン目とから合成され、ｒ１＝（Ｒ１＋Ｒ３）／２、ｇ２＝（Ｇ１＋Ｇ３）／２、ｂ３＝（Ｂ２＋Ｂ４）／２、ｇ４＝（Ｇ２＋Ｇ４）／２、・・が出力される。また、ドラフトモードの２ライン目は、全画素出力信号の３ライン目と４ライン目とから合成され、ｂ１＝（Ｂ１＋Ｂ３）／２、ｇ２＝（Ｇ１＋Ｇ３）／２、ｒ３＝（Ｒ２＋Ｒ４）／２、ｇ４＝（Ｇ２＋Ｇ４）／２、・・が出力される。以下、同様の系列が繰り返される。ドラフトモードでは、Ｒ信号とＢ信号は、４画素おきに、Ｇ信号は、２画素おきに出力されることとなる。

そして、撮像部１からＧ成分分離部２に出力されるＲＧＢ信号１１は、（ｒ１、ｇ２、ｂｘ）、（ｒ１、ｇ２、ｂ３）、（ｒ１、ｇ４、ｂ３）、（ｒ１、ｇ４、ｂ３）、（ｒ５、ｇ６、ｂ３）、（ｒ５、ｇ６、ｂ７）、（ｒ５、ｇ８、ｂ７）、（ｒ５、ｇ８、ｂ７）、・・のそれぞれの組として出力される。すなわち、ＲＧＢ信号１１中のＧ信号は、Ｒ信号およびＢ信号に対して高解像度であって、倍の周波数成分を持つことができる。

Ｇ成分分離部２では、ＲＧＢ信号１１からＧ信号のみが分離され、Ｇ信号が輝度信号（Ｙ信号）としてパターン認識処理部５に入力される。パターン認識処理部５では、高解像度のＧ信号を元に撮像された文字や記号のパターン認識を実行するので、より認識率を上げることができる。すなわち、ＲＧＢ信号１１からＧ信号のみを分離せずにＹＵＶ変換を行うと、Ｙ信号には、図３に示すような式に基づき、低解像度なＲ信号およびＢ信号の成分が含まれることとなり、結果的にＹ信号の解像度が低下してしまう。これに対し、Ｇ信号のみからＹ信号を求めると、Ｙ信号の解像度は、Ｇ信号と同一であり高解像度を保つことができる。また、図３に示すようにＹ信号は、Ｇ信号の成分が多く占めるため、Ｒ信号、Ｂ信号の成分が無くても、パターン認識情報のダイナミックレンジに対して影響が少ない。

さらに、Ｇ信号のみからＹ信号を求める場合には、図３に示すようなマトリクスの乗算が不要となる。なお、０．５０４の係数が残るが、これは単なる利得を示すものであるから、例えば０．５等、適宜係数を設定しても構わない。したがって、フォーマット変換部３において乗算が不要となる。乗算が不要のため、装置の回路規模が小さくなり、小型電子機器における省電力化に好ましい影響を与えることとなる。また、ソフトウェアで処理する場合、乗算が不要になることで処理を高速化することができる。

なお、Ｇ成分分離部２は、ＣＣＤ入力Ｉ／Ｆを持つ一般的な画像処理装置に実装されているＲＧＢゲインコントロールやＲＧＢトーンカーブを用い、例えばＲ＝０、Ｂ＝０として実現することも可能である。

以上のように本発明のパターン認識装置では、撮像部１から出力されたＲＧＢ信号１１のＧ成分のみがフォーマット変換部３に送られてＹＵＶ色空間に変換されるため、最終的にパターン認識処理部５で使用されるＹ成分には、図３の式においてＧ成分の情報のみが含まれる。従って、Ｒ成分やＢ成分からの影響を受けて解像度が下がることがなくなる。

すなわち、パターン認識に用いる情報として、単板式ＣＣＤの受光素子中最も数が多く（補間距離の短い）、認識処理に利用するＹ成分（輝度）に影響の大きいＧ成分のみを抽出することで、ドラフトモードのように画素の間引き・混合による画質低下の発生する状況においても、高い認識率を実現することができる。

本発明の実施例に係るパターン認識装置の構成を示すブロック図である。 撮像部において生成されるＲＧＢ信号の構成例を示す図である。 ＲＧＢ信号からＹＵＶ信号への変換式を表す図である。 従来の画像認識処理装置の構成を示すブロック図である

符号の説明

１ 撮像部
２ Ｇ成分分離部
３ フォーマット変換部
４ Ｙ成分分離部
５ パターン認識処理部
１１ ＲＧＢ信号
１２ Ｇ信号
１３ ＹＵＶ信号
１４ Ｙ信号

Claims (7)

1. パターン認識の対象を撮像し、撮像信号を画素単位に複数の色信号として出力する撮像部と、
   前記複数の色信号中から最も画素密度の高い色信号のみを取り出す信号分離部と、
   前記信号分離部で取り出された色信号に基づいて、前記撮像された対象に対してパターン認識を行うパターン認識処理部と、
   を備えることを特徴とするパターン認識装置。
2. 前記複数の色信号は、ＲＧＢ（赤緑青）信号であって、前記信号分離部は、前記ＲＧＢ信号中のＧ信号のみを取り出すことを特徴とする請求項１記載のパターン認識装置。
3. 前記Ｇ信号は、前記ＲＧＢ信号中のＲ信号およびＢ信号に対し高解像度な信号であることを特徴とする請求項２記載のパターン認識装置。
4. 前記撮像部から出力される前記ＲＧＢ信号は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの時間順に時分割して並べられた信号を含むことを特徴とする請求項２記載のパターン認識装置。
5. 前記撮像部は、単板式のＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子を含むことを特徴とする請求項１または４記載のパターン認識装置。
6. パターン認識の対象を撮像するステップと、
   前記撮像した信号を画素単位に複数の色信号として取り出すステップと、
   前記複数の色信号中から最も画素密度の高い色信号を選択するステップと、
   前記選択された色信号に基づいて、前記撮像された対象に対してパターン認識を行うステップと、
   を含むことを特徴とするパターン認識方法。
7. 前記複数の色信号は、ＲＧＢ信号であって、前記最も画素密度の高い色信号は、Ｇ信号であることを特徴とする請求項６記載のパターン認識方法。

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