JP2006293419A - 画像モーメントセンサ、画像モーメント計測装置、画像モーメントセンサの演算方法及び画像モーメント計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素回路の構成を簡易にする。
【解決手段】信号処理部３は、画像処理部１にクロック信号φ[0]を供給し、列選択信号ｘ^pi[0]〜ｘ^pi[N-1]を供給する。遅延回路（delay）11_1〜11_(N-2)は、クロック信号φ[0]を順次遅延させる。ＦＩＦＯ12_1〜12_(N-1)は、信号処理部３から供給された列選択信号ｘ^pi[0]〜ｘ^pi[N-1]を各処理要素13_xyに供給する。値“１”の列選択信号が供給された処理要素は、行方向に、入力画像の部分和を演算して、演算結果を列加算部２に供給する。信号処理部３は、この列加算部２に行選択信号ｙjを供給し、列加算部２は、供給された行選択信号ｙjに従って、加算演算を行い、信号SOUTを外部に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像モーメントセンサ、画像モーメント計測装置、画像モーメントセンサの演算方法及び画像モーメント計測方法に関するものである。

センサ情報を用いた機器の自動制御は一般的に行われているものの、画像情報を利用したものは少ない。画像情報をリアルタイムに分析し、必要な情報を取得しようとすると、イメージセンサの他に膨大な画像情報を処理する強力なプロセッサを必要とする。このことが機器の大型化と高コスト化を招くことになる。

一方、半導体位置検出素子（ＰＳＤ）を用い、画像情報そのものではなく画像の特徴量のみを出力するポジションセンサがある。しかし、このポジションセンサでは、得られる特徴量が単一対象の位置のみであることや、背景画像が分離されないことから、限られた環境下でしか使用することができない。

そこで、このような問題を解決するセンサとして、イメージセンサの画素毎に処理回路を有するビジョンチップがある（例えば、特許文献１参照）。このビジョンチップは、像面上で撮像を行うとともに、各処理回路が画像処理、演算処理を行うことにより、画像の様々な特徴量を出力することができる。
特開２００１−１９５５６４号公報（第３−５頁、図１）

しかし、従来のビジョンチップでは、イメージセンサの画素毎に処理回路を有するため、個々の画素回路が大きくなり、高解像度化、高感度化が難しい。また、このビジョンチップでは、特徴量としてのモーメント量取得に必要な演算を高速に行うことができるものの、さらなる高速化についても改善する余地がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、画素回路の構成を簡易にすることである。また、本発明は、モーメント量の演算の高速化が可能な構成とすることである。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る画像モーメントセンサは、
行数をＭ（Ｍは正の整数）、列数をＮ（Ｎは正の整数）として、Ｍ×Ｎ個の処理要素が行列配置され、各処理要素が、前記画像から受光した光を光強度に対応した信号レベルの光検出信号に変換し、前記光検出信号を２値化して２値データを生成し、数１に示すモーメント量ｍ_pqの取得に必要な列を選択するための列選択信号ｘ^p _iが供給されて、供給された列選択信号ｘ^p _iに基づいて選択された列の処理要素が行方向に前記２値データを加算演算し、各行の処理要素の演算結果として、それぞれ、数２に示すデータｄxを出力するように構成された画像処理部と、
前記モーメント量ｍ_pqの取得に必要な行を選択するための行選択信号ｙ^q _jが供給されて、前記画像処理部の各行から出力されたデータｄxのうち、供給された行選択信号ｙ^q _jに基づいて選択された行から出力されたデータｄxを列方向に加算演算して、数３に示すデータｄyを出力する列加算部と、
前記数１に示すモーメント量ｍ_pqの取得に必要な行と列とを設定して前記列選択信号ｘ^p _iと前記行選択信号ｙ^q _jとを生成し、生成した前記列選択信号ｘ^p _iを前記画像処理部に供給し、前記行選択信号ｙ^q _jを前記列加算部に供給する信号処理部と、を備えたことを特徴とする。

前記信号処理部は、矩形領域を示す領域情報が供給されて、供給された領域情報に基づいて矩形領域用の列選択信号を生成し、前記矩形領域用に生成した列選択信号と前記列選択信号ｘ^p _iとの論理積演算を行い、前記論理積演算の演算値を前記画像処理部に供給するとともに、前記領域情報に基づいて矩形領域用の行選択信号を生成し、前記矩形領域用に生成した行選択信号と前記行選択信号ｙ^q _jとの論理積演算を行い、前記論理積演算の演算値を前記列加算部に供給するようにしてもよい。

前記画像処理部の各処理要素は、
前記画像からの光を受光して、受光した光を光強度に対応する信号レベルの光検出信号に光電変換して出力する光検出部と、
前記光検出部が出力した光検出信号を２値化して２値データを出力する２値化部と、
前記列選択信号ｘ^p _iが供給され、供給された前記列選択信号ｘ^p _iに基づいて、前記２値化部が出力した２値データの出力を制御する２値データ出力制御部と、
前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された加算データとを加算して新たな加算データを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に供給する行加算部と、を備えるようにしてもよい。

前記各処理要素の前記行加算部は、
（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素に供給されたクロック信号の立ち下がり時に、生成されたキャリーデータを保持し、保持したキャリーデータを、次の加算時に出力するキャリーデータ保持部と、
前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された２値データと前記キャリーデータ保持部から出力されたキャリーデータとを加算して新たな加算データとキャリーデータとを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に出力し、前記生成したキャリーデータを前記キャリーデータ保持部に供給する全加算部と、を備えるようにしてもよい。

前記信号処理部は、前記画像処理部にクロック信号を供給し、
前記各処理要素の前記行加算部は、供給されたクロック信号に従い、充電、評価を繰り返し、評価期間に加算したデータを、トランジスタの寄生容量を利用して保持するダイナミック回路によって構成され、
前記信号処理部から供給されたクロック信号を、順次、遅延させて、第ｎ（ｎは、１以上の整数）クロック信号を生成し、生成した第ｎクロック信号を第ｎ列の各処理要素の行加算部に供給するクロック信号遅延部を備え、
前記ダイナミック回路が多段接続されて前記画像処理部が構成されたたものであってもよい。

前記信号処理部又は前記クロック信号遅延部から供給されたクロック信号に同期して、前記信号処理部から供給された前記列選択信号ｘ^p _iを、供給された順に、前記各処理要素に供給する列選択信号供給部を備え、
前記画像処理部が可変長パイプライン構成によって構成されたものであってもよい。

前記画像処理部と前記列加算部と信号処理部とは、集積化された集積回路によって構成されていてもよい。

前記画像処理部の各処理要素は、
前記画像からの光を受光して、受光した光を光強度に対応する信号レベルの光検出信号に光電変換して出力する光検出部と、
前記光検出部が出力した光検出信号を２値化して２値データを出力する２値化部と、
前記領域情報に基づいて生成された列選択信号と前記列選択信号ｘ^p _iとの論理積演算の演算値が供給され、供給された演算値に基づいて、前記２値化部が出力した２値データの出力を制御する２値データ出力制御部と、
前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された加算データとを加算して新たな加算データを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に供給する行加算部と、を備えるようにしてもよい。

前記各処理要素の前記行加算部は、
（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素に供給されたクロック信号の立ち下がり時に、生成されたキャリーデータを保持し、保持したキャリーデータを、次の加算時に出力するキャリーデータ保持部と、
前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された２値データと前記キャリーデータ保持部から出力されたキャリーデータとを加算して新たな加算データとキャリーデータとを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に出力し、前記生成したキャリーデータを前記キャリーデータ保持部に供給する全加算部と、を備えるようにしてもよい。

前記信号処理部は、前記画像処理部にクロック信号を供給し、
前記各処理要素の前記行加算部は、供給されたクロック信号に従い、充電、評価を繰り返し、評価期間に加算したデータを、トランジスタの寄生容量を利用して保持するダイナミック回路によって構成され、
前記信号処理部から供給されたクロック信号を、順次、遅延させて、第ｎ（ｎは、１以上の整数）クロック信号を生成し、生成した第ｎクロック信号を第ｎ列の各処理要素の行加算部に供給するクロック信号遅延部を備え、
前記ダイナミック回路が多段接続されて前記画像処理部が構成されたものであってもよい。

前記信号処理部又は前記クロック信号遅延部から供給されたクロック信号に同期して、前記信号処理部から供給された演算値として前記矩形領域用に生成された列選択信号と前記列選択信号ｘ^p _iとの論理積演算の演算値を、供給された順に、前記各処理要素に供給する列選択信号供給部を備え、
前記画像処理部が可変長パイプライン構成によって構成されたものであってもよい。

前記画像処理部と前記列加算部と信号処理部とは、集積化された集積回路によって構成されてもよい。

本発明の第２の観点に係る画像モーメント計測装置は、
数３に示す前記データｄｙを出力する上述の画像モーメントセンサと、
前記画像モーメントセンサが出力した前記データｄｙを数１に代入して演算を行うことにより、前記モーメント量ｍ_pqを取得する制御部と、を備えたことを特徴とする。

前記制御部は、供給された画像に対して、複数の矩形領域を設定し、前記各矩形領域の領域を示す領域情報を、順次、前記信号処理部に供給して、前記列加算部から出力された前記データｄyを取得し、各領域情報毎に取得した各データｄyに基づいて、それぞれ、数１に従い、モーメント量を演算し、前記供給された画像に対応した領域毎に、演算により取得したモーメント量を加算することにより、前記供給された画像のモーメント量をそれぞれ取得するようにしてもよい。

前記制御部は、前記各矩形領域が未知の場合、全体の領域を所定の大きさのブロックに分割し、各ブロックの総和値を求め、各ブロックの総和値を用いてラベリング処理を行うことにより、各矩形領域の領域情報を取得するようにしてもよい。

前記制御部は、前記各処理要素の２値化部に、複数の輝度閾値を供給して各輝度閾値毎にモーメント量を取得し、対象とする画像のモーメント量を、取得した複数のモーメント量の差を求めることにより取得するようにしてもよい。

前記制御部は、前記光検出部の露光中の異なるタイミングで出力された前記光検出信号に対し、前記２値化部に、順次、２値化を行わせ、前記列加算部からデータｄyを取得して前記画像のモーメント量の演算を行うようにしてもよい。

光を発する光源部と、
前記光源部が発した光を、モーメント量計測対象物と背景とに投光する投光部と、を備え、
画像モーメントセンサは、前記モーメント量計測対象物と背景とからの光の反射光に基づいて形成された画像についての数３に示す前記データｄｙを出力し、
前記制御部は、前記光源部に、光を点滅させる点滅信号を供給して光を点滅させ、前記光が点灯しているときと前記光が消灯しているときとで、前記画像モーメントセンサから出力された数３に示す前記データｄｙを取得し、取得したデータｄｙに基づいて得られた両モーメント量の差を求めることにより、前記計測対象物の画像と前記背景画像とを分離して、前記計測対象物のモーメント量を取得するようにしてもよい。

本発明の第３の観点に係る画像モーメントセンサの演算方法は、
行数をＭ（Ｍは正の整数）、列数をＮ（Ｎは正の整数）として、Ｍ×Ｎ個の処理要素が行列配置され、各処理要素が、前記画像から受光した光を光強度に対応した信号レベルの光検出信号に変換し、各処理要素が行方向に前記２値データを加算演算して、各行毎にデータｄxを出力するように構成された画像処理部と、
前記画像処理部の各行から出力されたデータｄxを加算演算してデータｄyを出力する列加算部と、を備えて画像のモーメント量を取得する画像モーメントセンサの演算方法であって、
数１に示すモーメント量ｍ_pqの取得に必要な行と列とを設定して前記列選択信号ｘ^p _iと前記行選択信号ｙ^q _jとを生成するステップと、
生成した前記列選択信号ｘ^p _iを前記画像処理部の各処理要素に供給して、前記処理要素の列を選択して、前記画像処理部に、各行の処理要素の演算結果として、それぞれ、数２に示すデータｄxを出力させるステップと、
生成した行選択信号ｙ^q _jを前記列加算部に供給して、前記列加算部に、画像処理部の各行から出力されたデータｄxのうち、供給された行選択信号ｙ^q _jに基づいて選択された行から出力されたデータｄxを加算演算して、数３に示すデータｄyを出力させるステップと、
前記列加算部から出力されたデータｄyを取得して、数１に従って前記モーメント量ｍ_pqの演算を行うステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明の第４の観点に係る画像モーメント計測方法は、
モーメント量計測対象物と背景とに光を投光するステップと、
上述の画像モーメントセンサの演算方法に従って、前記投光した光の反射光に基づいて形成された画像のモーメント量を演算するステップと、
消灯して、前記モーメント量計測対象物と背景とへの光の投光を停止するステップと、
上述の画像モーメントセンサの演算方法に従って、前記投光した光の反射光に基づいて形成された画像のモーメント量を演算するステップと、
投光しているときに演算したモーメント量と前記投光を停止したときに演算したモーメント量との差を求めることにより、前記計測対象物の画像と前記背景画像とを分離して、前記計測対象物のモーメント量を取得するステップと、を備えた、ことを特徴とする。

本発明によれば、画素回路の構成を簡易にすることができる。また、モーメント量の演算の高速化も可能な構成となる。

以下、本発明の実施形態に係る画像モーメントセンサ、画像モーメント計測装置を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係る画像モーメントセンサの構成を図１に示す。
実施形態１に係る画像モーメントセンサは、被写体からの光を受光して、被写体画像の特徴量として、モーメント量を取得するものである。

一般に、モーメント量ｍ_pqは、次の数４によって表される。

ここで、整数をｄとして２進数で表すと、整数ｄは、次の数５によって表される。

数１に示すモーメント量ｍ_pqは、この数５を用いて、数６によって求められる。

この数６によれば、図２に示すようなアルゴリズムが成り立つ。このアルゴリズムは、モーメント量の演算に必要な各画像データＩ（ｘ，ｙ）の列を指定して行方向に加算演算を行い、得られた演算結果を、モーメント量の演算に必要な行を指定して列方向に加算すれば、画像データＩ（ｘ，ｙ）のモーメント量を求めることができることを示す。

このため、画像データＩ（ｘ，ｙ）に直接、行を指定するような構成は不要となる。そして、画像データＩ（ｘ，ｙ）の画素毎に、このような構成を省略できれば、回路構成を大幅に簡略化することができる。

画像モーメントセンサは、この数３に基づいてモーメント量ｍ_pqを取得するため、画像処理部１と、列加算部２と、信号処理部３と、からなり、ビジョンチップによって構成される。尚、この画像モーメントセンサは、画像処理部１と、列加算部２と、信号処理部３と、が集積化されて１チップで構成されたものである。

信号処理部３は、画像モーメントセンサの外部回路（図示せず）からCommandが供給されて画像処理部１にクロック信号φ[0]と列選択信号ｘ^p _i[0]〜ｘ^p _i[N-1]とを供給し、行選択信号ｙ^q _jを列加算部２に供給するものである。

列選択信号ｘ^p _i[0]〜ｘ^p _i[N-1]は、モーメント量の取得に必要な列を選択するための信号である。行選択信号ｙ^q _jは、モーメント量の取得に必要な行を選択するための信号である。また、列加算部２から出力された信号SOUTは、数６に示すようにモーメント量を２進数で表現した場合の２の各桁の係数を示す。尚、以後、列選択信号ｘ^p _i[0]〜ｘ^p _i[N-1]を、それぞれ、ｘi[0]〜ｘi[N-1]と記し、行選択信号ｙ^q _jをｙjと記すものとする。

画像処理部１は、遅延回路（図中、「ｄｅｌａｙ」と記す。）11_0〜11_(N-2)と、ＦＩＦＯ（First-In First-Out）12_0〜12_(N-1)と、画像処理要素（以後、単に「処理要素」と記す。）13_xy（ｘ＝０〜Ｎ−１，ｙ＝０〜Ｎ−１；Ｎは、正の整数）と、からなる。

遅延回路11_0〜11_(N-2)は、信号処理部３から供給されたクロック信号φ[0]を順次遅延させて、第ｋ（ｋは、１以上の整数）クロック信号φ[k]を生成するものである。

遅延回路11_0は、図３に示すように、信号処理部３から供給されたクロック信号φ[0]を時間tdだけ遅延させてクロック信号φ[1]を生成する。遅延回路11_0は、生成したクロック信号φ[1]を、遅延回路11_1と、ＦＩＦＯ12_1と、処理要素13_10〜13_1(N-1)と、に供給する。

遅延回路11_k1（k1＝１〜(N-2)）は、供給されたクロック信号φ[k1]を時間tdだけ遅延させて、生成したクロック信号φ[k1+1]を、遅延回路11_(k+1)と、ＦＩＦＯ12_(k+1)と、処理要素13_(k+1)1〜13_(k+1)Nと、に供給する。

ＦＩＦＯ12_0〜12_(N-1)は、可変長パイプラインを構成するために備えられたものである。ＦＩＦＯ12_0〜12_(N-1)は、それぞれ、図３に示す時刻ｔ０において、信号処理部３から供給された列選択信号ｘi[0]〜ｘi[N-1]を、図４に示すように、一旦格納する。

ＦＩＦＯ12_0〜12_(N-1)は、クロック信号φ[0]〜[N-2]のクロックタイミングに合わせて、それぞれ、格納した列選択信号ｘi[0]〜ｘi[N-1]を、供給された順に各処理要素13_xyに供給する。図５に示すように、ＦＩＦＯ12_0〜12_(N-1)は、時刻ｔ４になると、残りの列選択信号ｘi[0]〜ｘi[N-1]を格納する。

処理要素13_xyは、取得した画像からの反射光を受光して光検出信号に変換し、変換した光検出信号毎に、それぞれ、演算処理を行うものである。

図６に示すように、ｙ行目の処理要素13_xyを処理要素13_ky（０≦ｋ≦Ｎ−１）として、各処理要素13_kyは、ＰＤ（光検出器）１０１と、２値化回路１０２と、ＡＮＤ回路（論理積回路）１０３と、ＦＡ（全加算器）１０４と、ＤＦＦ１０５と、を備える。

ＰＤ１０１は、受光した光を、その光強度に対応する信号レベルの光検出信号に光電変換する光検出器である。

２値化回路１０２は、ＰＤ１０１によって変換された光検出信号の信号レベルを、供給された輝度閾値と比較することにより、光検出信号を２値化して、２値データを出力するものである。

２値化回路１０２は、光検出信号Ｓ２の信号レベルが輝度閾値以上の場合、“１”（Ｈｉ）レベルの信号を出力し、輝度閾値未満の場合、“０”（Ｌｏｗ）レベルの信号Ｓ３を出力する。

処理要素13_kyのＡＮＤ回路１０３は、ＦＩＦＯ12_kから供給された列選択信号ｘi[k]に基づいて、２値化回路１０２から出力された２値データの出力を制御するものである。ＡＮＤ回路１０３は、列選択信号ｘi[k]と２値データとの論理積を演算することにより、２値化回路１０２が生成した２値データを出力したり遮断したりする。

ＡＮＤ回路１０３は、ＦＩＦＯ12_kから供給された列選択信号ｘi[k]が“１”の場合に、２値化回路１０２から出力された２値信号をＦＡ１０４に出力する。

また、ＡＮＤ回路１０３は、ＦＩＦＯ12_kから供給された列選択信号ｘi[k]が“０”の場合に、２値化回路１０２から出力された２値データのＦＡ１０４への出力を遮断して、ＦＡ１０４に“０”を出力する。

各処理要素1３_xyが、それぞれ、このようなＡＮＤ回路１０３を備えることにより、画像モーメントセンサは、処理要素1３_xyのいずれかを選択して画像の特徴量（モーメント量）を取得することができる。

ＦＡ１０４は、全加算器であり、行方向左隣の処理要素13_(k-1)yから供給されたデータＤk-1と、ＡＮＤ回路１０３から供給されたデータＤkと、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣiと、を加算して、新たな加算データとして、データＤk+1を生成する。

ＦＡ１０４は、図７に示すように、ＮＭＯＳ回路１１１，１１２と、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４と、を備える。

トランジスタＱ１１，Ｑ１２は、それぞれ、ＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ１１のソースは、電源に接続され、トランジスタＱ１２のソースは、接地され、トランジスタＱ１１，Ｑ１２のそれぞれのゲートには、クロック信号φ[k]が供給される。

トランジスタＱ１３，Ｑ１４は、それぞれ、ＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ１３のソースは、電源に接続され、トランジスタＱ１４のソースは、接地され、トランジスタＱ１３，Ｑ１４のそれぞれのゲートには、クロック信号φ[k+1]が供給される。

ＮＭＯＳ回路１１１は、トランジスタＱ１５〜Ｑ１９からなる。トランジスタＱ１５〜Ｑ１９は、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ１５のドレインは、トランジスタＱ１１のドレインに接続され、ゲートには、キャリーＣiが供給される。

トランジスタＱ１６，Ｑ１７のそれぞれのドレインは、トランジスタＱ１５のソースに接続され、それぞれのソースは、トランジスタＱ１２のドレインに接続される。トランジスタＱ１６，Ｑ１７のゲートには、それぞれ、データＤk-1，Ｄkが供給される。データＤk-1は、同じ行において隣の処理要素13_(k-1)yから供給されたものである。データＤkは、処理要素13_kyのＡＮＤ回路１０３から供給されたものである。

トランジスタＱ１８，Ｑ１９のそれぞれのドレインは、トランジスタＱ１１のドレイン，トランジスタＱ１８のソースにそれぞれ接続され、ゲートには、それぞれ、データＤk-1，Ｄkが供給される。トランジスタＱ１９のソースは、トランジスタＱ１２のドレインに接続される。

ＮＭＯＳ回路１１１とトランジスタＱ１１，Ｑ１３とによってダイナミックＮＭＯＳ回路が構成される。即ち、図８に示すように、時刻ｔ１２前のクロック信号φ[k]が“０”のとき、トランジスタＱ１１がオンし、トランジスタＱ１２がオフする。ＮＭＯＳ回路１１１は、キャリーＣiと、データＤk-1，Ｄkの状態に従って充電される。ＮＭＯＳ回路１１１は、加算データを保持する。

時刻ｔ１２において、クロック信号φ[k]が“１”になると、トランジスタＱ１１はオフし、トランジスタＱ１２がオンする。キャリーＣoの値は、キャリーＣiと、データＤk-1，Ｄkと、の状態で決定される。

ＮＭＯＳ回路１１２は、トランジスタＱ２０〜Ｑ２６からなる。トランジスタ２０〜Ｑ２６は、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ２０のドレインは、トランジスタＱ１３のドレインに接続され、ゲートには、キャリーＣoが供給される。

トランジスタＱ２１、Ｑ２２，Ｑ２３のそれぞれのドレインは、トランジスタＱ２０のソースに接続され、それぞれのソースは、トランジスタＱ１４のドレインに接続される。トランジスタＱ２１、Ｑ２２，Ｑ２３のゲートには、それぞれ、データＤk-1，Ｄk，キャリーＣoが供給される。

トランジスタＱ２４のドレインはトランジスタＱ１３のドレインに接続される。トランジスタＱ２５のドレインは、トランジスタＱ２４のソースに接続される。トランジスタＱ２６のドレインは、トランジスタＱ２５のソースにそれぞれ接続される。トランジスタＱ２６のソースは、トランジスタＱ１４のドレインに接続される。

ＮＭＯＳ回路１１２とトランジスタＱ１２，Ｑ１４とによってダイナミックＮＭＯＳ回路が構成される。即ち、図８に示すように、時刻ｔ１３前のクロック信号φ[k+1]が“０”のとき、トランジスタＱ１３がオンし、トランジスタＱ１４がオフする。ＮＭＯＳ回路１１１は、キャリーＣo，Ｃiと、データＤk-1，Ｄkの状態に従って充電される。ＮＭＯＳ回路１１１は、加算データを保持する。

時刻ｔ１３において、クロック信号φ[k+1]が“１”になると、トランジスタＱ１３はオフし、トランジスタＱ１４がオンする。インバータ１１３の入力端のデータＤinvの値は、キャリーＣo，Ｃiと、データＤk-1，Ｄkの状態で決定される。インバータ１１３は、データＤinvの値を反転し、反転したデータＤk+1を処理要素13_(k+1)yに供給する。

本実施形態のＦＡ１０４は、このようなダイナミックＮＭＯＳ回路を備えて構成されている。

ＤＦＦ１０５は、クロック信号φ[k]の前の立ち上がり時にＦＡ１０４からのキャリーＣｏを取り込んで、キャリーＣｉをＦＡ１０４に供給するものである。ＤＦＦ１０５は、インバータ１２１〜１２３と、トランジスタＱ３１〜Ｑ３６と、からなる。

インバータ１２１，１２２，１２３は、それぞれ、２つの制御端を備え、２つの制御端に“１”が供給されたときに、入力端に供給された信号を反転出力するものである。インバータ１２１の入力端は、ＦＡ１０４のトランジスタＱ１１のドレインに接続されてキャリーＣoが供給される。インバータ１２１の出力端は、インバータ１２２の入力端に接続される。インバータ１２２の出力端は、インバータ１２３の入力端に接続される。インバータ１２３の出力端は、ＮＭＯＳ回路１１１のトランジスタＱ１５のゲートに接続され、キャリーＣiを供給する。

トランジスタＱ３１，Ｑ３３，Ｑ３５は、ＰＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ３１，Ｑ３３，Ｑ３５のそれぞれのソースは、正電圧の電源に接続される。トランジスタＱ３１，Ｑ３３，Ｑ３５のそれぞれのドレインは、インバータ１２１，１２２，１２３の一方の制御端に接続される。トランジスタＱ３１，Ｑ３３，Ｑ３５のそれぞれのゲートにクロック信号φ[k-1]の反転信号、クロック信号φ[k]の反転信号、クロック信号φ[k]が供給される。

トランジスタＱ３２，Ｑ３４，Ｑ３６は、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ３２，Ｑ３４，Ｑ３６のそれぞれのソースは、負電圧の電源に接続され、それぞれのドレインは、インバータ１２１，１２２，１２３の他方の制御端に接続され、それぞれのゲートにクロック信号φ[k-1]、φ[k]，φ[k]の反転信号が供給される。

図８に示すように、時刻ｔ１４において、クロック信号φ[k-1]が立ち下がると、トランジスタＱ３１，Ｑ３２はオフして、インバータ１２１は、キャリーＣoの値を反転出力する。

次に、クロック信号φ[k]が立ち上がったときに、トランジスタＱ３３，Ｑ３４はオンして、インバータ１２２は、インバータ１２１の出力値を反転出力する。

そして、クロック信号φ[k]が立ち下がったときに、トランジスタＱ３５，Ｑ３６はオンして、インバータ１２３は、インバータ１２２の出力値を反転出力する。

このように、時刻ｔ１４〜ｔ１５において、ＤＦＦ１０５がキャリーデータＣoを取り込まないようにしたのは、時刻ｔ１４後では、データＤk-1が、前段の処理要素13_(k-1)yが加算データとして更新されているためである。このため、ＤＦＦ１０５は、前述のように、クロック信号φ[k-1]の前の立ち下がる時刻ｔ１４において、ＦＡ１０４からのキャリーＣｏを取り込むようにしている。

また、本実施形態の画像モーメントセンサでは、ダイナミックＮＭＯＳ回路が多段接続されたドミノ論理回路によって構成されている。さらに、この画像モーメントセンサは、self-timed domino論理回路によって構成されている。

self-timed domino論理回路は、前段の処理要素13_xyに供給されたクロック信号φ[k-1]を遅延して生成されたクロック信号φ[k]が次の処理要素13_xyに供給されるように構成された回路である。

self-timed domino論理回路では、ダイナミックＮＭＯＳ回路の出力信号が“１”から“０”にしか変化せず、出力が安定するまでの間に信号が何度も反転するようなこともないので、低消費電力化が図られる。

しかし、ダイナミックＮＭＯＳ回路は、直接接続されると、正しい論理値を出力することができない。このダイナミックＮＭＯＳ回路を直接接続した例を図９（ａ）に示す。

この図９（ａ）において、トランジスタＱ２０１，Ｑ２０２と、ＮＭＯＳ論理回路２０１と、で第１段目のダイナミックＮＭＯＳ回路が構成されている。トランジスタＱ２０３，Ｑ２０４と、ＮＭＯＳ論理回路２０２と、で第２段目のダイナミックＮＭＯＳ回路が構成されている。ＮＭＯＳ論理回路２０１には、信号Ｓ２０１が供給され、ＮＭＯＳ論理回路２０２には、信号Ｓ２０２が供給され、第２段目のダイナミックＮＭＯＳ回路は、信号Ｓ２０３を出力する。

図９（ｂ）に示すように信号Ｓ２０２が、“１”→“１”又は、“１”→“０”に変化した場合、信号Ｓ２０３も、“１”→“１”又は、“１”→“０”に変化する。しかし、信号Ｓ２０３は、一旦、“０”に変化すると、“１”に戻ることはできない。このように、ダイナミックＮＭＯＳ回路が直接多段接続されたself-timed domino論理回路では、各出力段の信号が“１”→“０”にしか、変化しない。

これに対して、図１０（ａ）に示す回路は、遅延回路（delay）２０３を備える。遅延回路（delay）２０３は、トランジスタＱ２０２のゲートに、クロック信号Φを遅延させて生成したクロック信号Φ’を供給する。

図１０（ｂ）に示すように、信号Ｓ２０３は、一旦、“０”に変化しても“１”に戻ることができる。このため、self-timed domino論理回路は正しい論理値を出力することができる。前述の遅延回路12_1〜12_Nは、self-timed domino論理により、ダイナミックＮＭＯＳ回路を多段接続するために備えられたものである。

列加算部２は、画像処理部１の処理要素11_(N-1)0〜11_(N-1)(N-1)から出力された行データのうち、行選択信号ｙjに基づいて行を選択し、選択された行のデータをさらに列方向に演算するものである。そして、列加算部２は、この演算結果を、モーメント量を示す信号SOUTとして、画像モーメントセンサの外部に出力する。

次に実施形態１に係る画像モーメントセンサの動作を説明する。
尚、ここでは、画像処理部１を８×８画素として、１次モーメント量を取得する場合について説明する。

１次モーメント量は、数６に従い、次の数７によって表される。

この数７に従い、１次モーメント量を求めるためには、画像処理部１に図１１（ａ）〜（ｄ）に示すようなパターンを生成させればよい。図１１（ａ）に示すパターンは、数７に示すｉ＝０の場合、即ち、２の０乗の係数を求めるためのパターンである。このようなパターンを生成させるための列選択信号ｘ0[0]〜ｘ0[7]は、“０１０１０１０１”となる。

図１１（ｂ）に示すパターンは、数７に示すｉ＝１の場合、即ち、２の１乗の係数を求めるためのパターンである。このようなパターンを生成させるための列選択信号ｘ1[0]〜ｘ1[7]は、“００１１００１１”となる。

図１１（ｃ）に示すパターンは、数７に示すｉ＝２の場合、即ち、２の２乗の係数を求めるためのパターンである。このようなパターンを生成させるための列選択信号ｘ2[0]〜ｘ2[7]は、“００００１１１１”となる。

図１１（ｄ）に示すパターンは、数５に示すｉ＝３の場合、即ち、２の３乗の係数を求めるためのパターンである。このようなパターンを生成させるための列選択信号ｘ3[0]〜ｘ3[7]は、“００００００００”となる。

信号処理部３は、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すようなパターンを生成させるための列選択信号ｘ0[0]〜ｘ0[7]乃至ｘ3[0]〜ｘ3[7]を画像処理部１に供給する。これらのパターンと画像データＩ（ｘ、ｙ）との論理積をそれぞれ求め、求められた各パターンについての部分和を加算すれば、１次モーメント量が求められる。

ＦＩＦＯ12_0〜12_7は、図１２に示すように、信号処理部３から供給された列選択信号ｘ0[0]〜ｘ3[7]乃至ｘ0[7]〜ｘ3[7]を、図１３に示す時刻ｔ２０において、供給された順に格納する。

図１３に示すように、時刻ｔ２１において、信号処理部３から供給されたクロック信号φ[0]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_0は、立ち上がりに同期して、処理要素13_00〜13_07に、それぞれ、列選択信号ｘ0[0]を供給する。

入力された画像データＩ(x,y)を図１４（ａ）に示すような画像データとして、処理要素13_04〜13_74における加算動作を、図１５（ａ）〜（ｈ）に示す。尚、図中、Ｄ₀₄〜Ｄ₇₄は、処理要素13_04〜13_74のそれぞれの値を示し、Ｃ₁₄〜Ｃ₇₄は、処理要素13_04〜13_74のそれぞれのキャリーを示す。

処理要素13_04では、ＰＤ１０１が画像データＩ(1,1)の光強度に対応する信号レベルの光検出信号に変換する。２値化回路１０２は、ＰＤ１０１によって変換された光検出信号の信号レベルを、供給された輝度閾値と比較することにより、光検出信号を２値データ“０”に変換する。

処理要素13_04のＡＮＤ回路１０３は、列選択信号ｘ0[0]＝０であるため、２値化回路１０２が変換した２値データ“０”のＦＡ１０４への出力を遮断し、処理要素13_04のＦＡ１０４にデータ“０”を出力する。

処理要素13_04のＦＡ１０４は、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータ“０”と、キャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₀₄＝０とキャリーＣ₀₄＝０とを取得する。そして、処理要素13_04のＦＡ１０４は、図１５（ａ）に示すように、取得したデータＤ₀₄＝０を処理要素13_14に供給し、取得したキャリーＣ₁₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_00〜13_03，13_05〜13_07においても同様である。従って、処理要素13_00〜13_07のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_10〜13_17に、Ｄ₀₀〜Ｄ₀₇＝“００００００００”を供給する。

図１３に示すように、遅延時間ｔｄ後の時刻ｔ２２になって、遅延回路11_0が生成したクロックφ[1]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_1は、クロックφ[1]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[1]＝１を処理要素13_10〜13_17に供給する。

処理要素13_14では、画像データＩ(1,4)の光強度が、ほぼ“０”となるため、ＰＤ１０１が変換した光検出信号の信号レベルもほぼ“０”になる。２値化回路１０２は、この光検出信号を２値データ“０”に変換する。

ＡＮＤ回路１０３は、列選択信号ｘ0[1]＝１であるため、２値化回路１０２が変換した２値データ“０”をＦＡ１０４に出力する。

処理要素13_14のＦＡ１０４は、既に、処理要素13_04からデータＤ₀₄＝０が供給されている。このため、処理要素13_14のＦＡ１０４は、このデータＤ₀₄＝０と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₁₄＝０と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₁₄＝０とキャリーＣ₁₄＝０とを取得する。そして、処理要素13_14のＦＡ１０４は、図１５（ｂ）に示すように、取得したデータＤ₁₄＝０を処理要素13_24に供給し、取得したキャリーＣ₁₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_10〜13_13，13_15〜13_17においても同様である。従って、処理要素13_10〜13_17のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_20〜13_27に、Ｄ₁₀〜Ｄ₁₇＝“００００００００”を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２３において、遅延回路11_1が生成したクロック信号φ[2]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_2は、クロック信号φ[2]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[2]＝０を処理要素13_20〜13_27に供給する。

処理要素13_24のＦＡ１０４は、処理要素13_14から供給されたデータＤ₁₄＝０と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₂₄＝０と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₂₄＝０とキャリーＣ₂₄＝０とを取得する。そして、処理要素13_24のＦＡ１０４は、図１５（ｃ）に示すように、取得したデータＤ₂₄＝０を処理要素13_34に供給し、取得したキャリーＣ₂₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_20〜13_23，13_25〜13_27においても同様である。従って、処理要素13_20〜13_27のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_30〜13_37に、Ｄ₂₀〜Ｄ₂₇＝“００００００００”を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２４において、遅延回路11_2が生成したクロック信号φ[3]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_3は、クロック信号φ[3]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[3]＝１を処理要素13_30〜13_37に供給する。

処理要素13_34のＦＡ１０４は、処理要素13_24から供給されたこのデータＤ₂₄＝０と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₃₄＝１と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₃₄＝１とキャリーＣ₃₄＝０とを取得する。そして、処理要素13_34のＦＡ１０４は、図１５（ｄ）に示すように、取得したデータＤ₃₄＝１を処理要素13_44に供給し、取得したキャリーＣ₃₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_30〜13_33，13_35〜13_37においても同様である。従って、処理要素13_30〜13_37のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_40〜13_47に、Ｄ₃₀〜Ｄ37＝“００００１１００”を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２５において、遅延回路11_3が生成したクロック信号φ[4]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_4は、クロック信号φ[4]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[4]＝０を処理要素13_40〜13_47に供給する。

処理要素13_44のＦＡ１０４は、処理要素13_34から供給されたデータＤ₃₄＝１と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₄₄＝０と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₄₄＝１とキャリーＣ₄₄とを取得する。そして、処理要素13_44のＦＡ１０４は、図１５（ｅ）に示すように、取得したデータＤ₄₄＝１を処理要素13_54に供給し、取得したキャリーＣ₄₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_40〜13_43，13_45〜13_47においても同様である。従って、処理要素13_40〜13_47のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_50〜13_57に、Ｄ₄₀〜Ｄ₄₇＝“００００１１００”を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２６において、遅延回路11_4が生成したクロック信号φ[5]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_5は、クロック信号φ[5]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[5]＝１を処理要素13_50〜13_57に供給する。

処理要素13_54のＦＡ１０４は、処理要素13_44から供給されたデータＤ₄₄＝１と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₅₄＝１と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₅₄＝０とキャリーＣ₅₄＝１とを取得する。そして、処理要素13_54のＦＡ１０４は、図１５（ｆ）に示すように、取得したデータＤ₅₄＝０を処理要素13_64に供給し、取得したキャリーＣ₅₄＝１をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_50〜13_53，13_55〜13_57においても同様である。従って、処理要素13_50〜13_57のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_60〜13_67に、Ｄ₅₀〜Ｄ₅₇＝“００１１００００”を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２７において、遅延回路11_5が生成したクロック信号φ[6]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_6は、クロック信号φ[6]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[6]＝０を処理要素13_60〜13_67に供給する。

処理要素13_64のＦＡ１０４は、処理要素13_45から供給されたデータＤ₅₄＝０と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₆₄＝０と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₆₄＝０とキャリーＣ₆₄＝０とを取得する。そして、処理要素13_64のＦＡ１０４は、図１５（ｇ）に示すように、取得したデータＤ₆₄＝０を処理要素13_74に供給し、取得したキャリーＣ₆₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_60〜13_63，13_65〜13_67においても同様である。従って、処理要素13_60〜13_67のＦＡ１０４は、それぞれ、処理要素13_70〜13_77に、Ｄ₆₀〜Ｄ₆₇＝“００１１００００”を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２８において、遅延回路11_6が生成したクロック信号φ[7]が立ち上がると、ＦＩＦＯ12_7は、クロック信号φ[7]の立ち上がりに同期して、列選択信号ｘ0[7]＝１を処理要素13_70〜13_77に供給する。

処理要素13_74のＦＡ１０４は、処理要素13_64から供給されたデータＤ₆₄＝０と、ＡＮＤ回路１０３から出力されたデータＤ₇₄＝０と、ＤＦＦ１０５から供給されたキャリーＣi＝０と、を加算して、データＤ₇₄＝０とキャリーＣ₇₄＝０とを取得する。そして、処理要素13_74のＦＡ１０４は、図１５（ｈ）に示すように、取得したデータＤ₇₄＝０を列加算部２に供給し、取得したキャリーＣ₇₄＝０をキャリーＣoとして、ＤＦＦ１０５に供給する。

処理要素13_70〜13_73，13_75〜13_77においても同様である。従って、処理要素13_70〜13_77のＦＡ１０４は、図１４（ｂ−３）に示すように、列加算部２に、Ｄ₇₀〜Ｄ₇₇＝“００１１００００”を供給する。

画像処理部１は、このようにして、列選択信号ｘ0[0]〜ｘ0[7]が供給された場合、図１４（ｂ−１）に示すような画像データの部分和を演算する。

そして、画像処理部１は、図１４（ｂ−３）に示すような演算結果を行毎に列加算部２に供給する。列加算部２は、信号処理部３から供給された行選択信号ｙjに基づいて行を選択し、選択した行から出力された部分和を、順次、加算する。そして、列加算部２は、加算結果として、２の０乗の係数を示すデータを出力する。

また、図１３に示すように、時刻ｔ２５では、信号処理部３から供給されたクロック信号φ[0]が立ち上がり、ＦＩＦＯ12_0は、立ち上がりに同期して、処理要素13_00〜13_07に、それぞれ、列選択信号ｘ1[0]＝０を供給する。

図１３に示すように、時刻ｔ２６になると、遅延回路11_1から供給されたクロック信号φ[1]が立ち上がり、ＦＩＦＯ12_1は、立ち上がりに同期して、処理要素13_10〜13_17に、それぞれ、列選択信号ｘ1[1]＝０を供給する。

同様に、ＦＩＦＯ12_2も、時刻ｔ２７になると、処理要素13_20〜13_27に、それぞれ、列選択信号ｘ1[2]＝１を供給する。ＦＩＦＯ12_3も、時刻ｔ２８になると、処理要素13_30〜13_37に、それぞれ、列選択信号ｘ1[3]＝１を供給する。

ＦＩＦＯ12_3〜12_7も、それぞれ、ｘ0[3]＝１を処理要素13_30〜13_37に、ｘ0[4]＝０を処理要素13_40〜13_47に、ｘ0[5]＝０を処理要素13_50〜13_57に、ｘ0[6]＝１を処理要素13_60〜13_67に、ｘ0[7]＝１を処理要素13_70〜13_77に、時間の経過に伴って、順次、供給する。

従って、図１６（ｃ−１）に示すように、信号処理部３から供給された列選択信号ｘ1に基づいて、第３列目の処理要素13_20〜13_27と、第４列目の処理要素13_30〜13_37と、第６列目の処理要素13_50〜13_57と、第８列目の処理要素13_70〜13_77と、が選択される。

これらの処理要素が選択されると、選択された各処理要素は、図１６（ｃ−２）に示すような画像データＩ(x,y)の部分和を求め、図１６（ｃ−３）に示すように、求めた部分和を列加算部２に供給する。

列加算部２は、信号処理部３から供給された行選択信号ｙ1に基づいて行を選択し、選択した行から出力された部分和を、順次、加算する。そして、列加算部２は、加算結果として、２の１乗の係数を示すデータを出力する。

次に、図１６（ｄ−１）に示すように、信号処理部３から供給された列選択信号ｘ2に基づいて、第５列目の処理要素13_40〜13_47と、第６列目の処理要素13_50〜13_57と、第７列目の処理要素13_60〜13_67と、第８列目の処理要素13_70〜13_77と、が選択される。

これらの処理要素が選択されると、選択された各処理要素13_40〜13_47，13_50〜13_57，13_60〜13_67，13_70〜13_77は、図１６（ｄ−２）に示すような画像データＩ(x,y)の部分和を求め、図１６（ｄ−３）に示すように、求めた部分和を列加算部２に供給する。

列加算部２は、信号処理部３から供給された行選択信号ｙ2に基づいて行を選択し、選択した行から出力された部分和を、順次、加算する。そして、列加算部２は、加算結果として、２の２乗の係数を示すデータを出力する。

次に、図１６（ｅ−１）に示すように、ＦＩＦＯ12_0〜12_7は、信号処理部３から供給された列選択信号ｘ3[0]〜ｘ3[7]＝“００００００００”を各処理要素13_xy（ｘ＝０〜７，ｙ＝０〜７）に供給する。各処理要素13_xyのＡＮＤ回路１０３は、２値化回路１０２が出力した２値データのＦＡ１０４への供給を遮断して、“０”をＦＡ１０４に供給する。

各処理要素13_xyは、図１６（ｅ−２）に示すように左隣の処理要素から供給された値とキャリーＣoとの加算を行い、加算した値を右隣の処理要素に供給する。そして、処理要素13_70〜13_77は、図１６（ｅ−３）に示すように、それぞれ、加算結果を列加算部２に供給する。

列加算部２は、信号処理部３から供給された行選択信号ｙ3に基づいて行を選択し、選択した行から出力された部分和を、順次、加算する。そして、列加算部２は、加算結果として、２の３乗の係数を示すデータを出力する。

このようにして、各処理要素13_xyのデータは、図１６（ｆ−１）〜（ｆ−３）に示すようにクリアされる。

尚、図１３に示すように、時刻ｔ２５では、ＦＩＦＯ12_4が処理要素40_13_47に列選択信号ｘ0[0]＝０を供給して、加算演算を実行するものの、処理要素13_00〜13_07では、加算演算は終了しており、列選択信号ｘ1[0]＝０が供給されても、処理要素13_00〜13_07では、加算演算の実行が可能になっている。このように、画像処理部１が可変パイプラインによって構成されるため、画像処理部１は、複数の加算演算を並列して行うことができ、より高速にモーメント量の演算を行うことができる。

ここで、画像モーメントセンサが可変長パイプラインによって構成された場合の動作速度と構成されなかった場合の動作速度とを比較する。各処理要素13_xy１段あたりの遅延時間が0.5nsとして、段数（列数）が２４０とした場合、可変長パイプラインを備えなければ、動作周波数は8.3ＭＨｚとなる。一方、外部制御信号が100ＭＨｚの場合、１２段の可変長パイプラインドミノ回路を備えることにより、動作速度は、備えない場合と比較して１２倍になる。

また、画像モーメントセンサが可変長パイプラインドミノ回路を備えることにより、外部制御信号の周波数が変わったり、割込等によって周期が安定しなかったりした場合でも、ハードウェアを変更することなしに、常に最適な動作速度が得られる。

以上説明したように、本実施形態１によれば、画像モーメントセンサは、各画像データＩ(x,y)に列選択信号ｘ_iを乗算して行方向に演算結果を加算し、得られた演算結果に行選択信号ｙjを乗算して、列方向に加算して、画像データＩ(x,y)のモーメント量を求めるようにした。

従って、画像データＩ(x,y)に直接行選択信号ｙjを供給するような構成が不要となり、画素回路の構成を簡易にすることができる。また、すべてのｉ，ｊの組み合わせについて部分和の計算を行う必要がなくなることから、演算処理も少なくなり、演算時間を短縮することもできる。即ち、モーメント量の演算の高速化も可能な構成となる。

また、各処理要素13_xyのＦＡ１０４は、ダイナミックＮＭＯＳ回路によって構成され、各ダイナミックＮＭＯＳ回路は、ドミノ論理（self-timed domino）回路によって多段接続される。従って、低面積化、省電力化を実現することができる。

特に、画素毎に、演算機能を有する各処理要素を低面積化することにより、各処理要素13_xyを小さくすることができ、各処理要素13_xyが小さくなれば、解像度を高めることができ、感度を向上させることもできる。

また、ドミノ論理回路のクロックタイミングに対応させて列選択信号ｘiを各処理要素13_xyに供給し、画像処理部１を可変長パイプラインによって構成するようにしたので、モーメント量の演算を高速に行えるようになる。そして、画像処理部１の各処理要素13_xyは、外部回路から供給される外部制御信号のタイミングに対して常に最適の動作速度で演算を行うことができる。

（実施形態２）
実施形態２〜５は、実施形態１に係る画像モーメントセンサを用いて、対象画像のモーメント量を計測する画像モーメント計測装置に関するものである。

まず、実施形態２に係る画像モーメント計測装置は、モーメント量を求める対象画像が複数存在する場合に、対象画像毎にモーメント量を取得するようにしたものである。

モーメント量を求める対象画像として、図１７（ａ）に示すように、複数の対象画像g11，g12が存在する場合、図１７（ｂ）に示すように、複数の矩形領域Sp_11，Sp_12，Sp_13に分割して、モーメント量を示すデータを求める。そして、求めたデータを実施形態１に係る画像モーメントセンサの外部で加算演算すれば、対象画像g11，g12のそれぞれのモーメント量が得られる。

実施形態２に係る画像モーメント計測装置は、このようにモーメント量を取得するように構成されたものである。

図１８に示すように、実施形態２に係る画像モーメント計測装置２０は、画像モーメントセンサ２１と制御部２２とからなる。

制御部２２は、画像モーメントセンサ２１に、処理に必要な情報を供給して画像モーメントセンサ２１を制御し、画像モーメントセンサ２１からモーメント量に関するデータを取得するものである。対象画像g11，g12のそれぞれの矩形領域Sp_11，Sp_12，Sp_13が既知の場合、制御部２２は、この各領域情報を、順次、画像モーメントセンサ２１に供給する。

画像モーメントセンサ２１は、実施形態１のものと同様のものである。画像モーメントセンサ２１の信号処理部３は、図１７（ａ）に示すように、矩形領域Sp_11，Sp_12，Sp_13の領域情報が既知の場合、供給された領域情報に基づいて矩形領域用の列選択信号を生成し、生成した列選択信号と列選択信号ｘi[0]〜[N-1]との論理積を演算して、その演算値を画像処理部１に供給する。

また、信号処理部３は、供給された領域情報に基づいて矩形領域用の行選択信号を生成し、生成した行選択信号と行選択信号ｙjとの論理積を演算して、その演算値を列加算部２に供給する。

制御部２２は、領域情報を供給する毎に、列加算部２から出力された行列データｄyを取得して、数１に従ってモーメント量ｍ_pqの演算を行い、演算したモーメント量ｍ_pqを加算する。

対象画像g11，g12のそれぞれの矩形領域Sp_11，Sp_12，Sp_13の領域が未知の場合、制御部２２は、図１９（ａ）に示すように、全体の領域を所定の大きさのブロックに分割し、各ブロックの総和値を求める。

制御部２２は、図１９（ｂ）に示すように、各ブロックの総和値からラベリング処理により、矩形領域Sp_11，Sp_12，Sp_13の領域情報を取得する。

制御部２２は、ラベリング処理を以下のようにして行う。制御部２２は、まず、各ブロックを左上よりラスタ走査し,ラベルが付加されてない総和が一定値以上のブロックを判別した場合、左と上のブロックを調べ、ラベルが付されているならばそのラベルと同じ値のラベルを付する。ラベルが付されていない場合、制御部２２は、新しいラベルを付する。

制御部２２は、あるブロックに着目し、左ブロックと上ブロックと着目ブロックが連結している場合、その各ブロックのラベルの値を調べる。制御部２２は、３ブロックとも同じラベルである場合、次の総和が一定値以上のブロックを判別するまでラスタ走査を行う。

着目ブロックと左ブロックか上ブロックのうちいずれかに、異なるラベルが付されている場合、制御部２２は、左ブロックと上ブロックのラベルの値を比較し、小さい値のラベルを着目ブロックに付する。

制御部２２は、付されなかったラベルを有するブロックを新たに注目ブロックとして同様の操作を行い、各対象ブロック毎に、各ブロックの連結性を調べる。尚、総和が一定値を越えなければ、制御部２２は、そのブロックを対象領域とはしないようにする。

例えば、ブロックの総和が予め設定された値未満の小さなものである場合、そのブロックはノイズによるものである可能性がある。このような場合、制御部２２は、そのブロックを、モーメント量取得の対象領域から除外する。

以上説明したように、本実施形態２によれば、複数の対象画像が存在する場合に、複数の矩形領域Sp_11，Sp_12，Sp_13に分割して、モーメント量を示すデータを求め、制御部２２がこのデータを加算演算するようにした。

従って、各対象画像のそれぞれのモーメント量を取得することができる。また、対象領域の領域情報が未知の場合、制御部２２が、ブロック総和を求めてラベリング処理を行うようにしたので、領域情報を取得することができ、また、ノイズによる誤処理を防ぐことができる。

また、複数の領域に分けてモーメント量を取得することにより、モーメント量を取得する回数が増えた場合でも、実施形態１に係る画像モーメントセンサを用いることにより、短時間で対象画像のモーメント量を取得することができる。

（実施形態３）
実施形態３に係る画像モーメント計測装置は、明るさが異なる複数の画像の中から、特定の画像を対象画像として、そのモーメント量を取得するようにしたものである。

例えば、図２０に示すように、全体画像g20に、画像g21，g22，g23が存在し、その輝度値が、それぞれ、v1，v2，v3（v1＜v2＜v3）であるとする。この場合、この対象画像g21，g22，g23の輝度に対して、輝度閾値を設定して２値化すれば、輝度毎に画像を選択して２値画像を取得することができ、また、特定の画像を対象画像として、そのモーメント量を取得することもできる。

このため、実施形態３に係る画像モーメント計測装置２０は、実施形態１の構成を備えるとともに、制御部２２はメモリ（図示せず）を備え、輝度閾値Vth1，Vth2（v1＜Vth1＜v2＜Vth2＜v3）と取得したモーメント量とを記憶するように構成される。この輝度閾値Vth1，Vth2は、各輝度値v1，v2，v3が既知であれば、予め設定されたものであってもよく、また、未知であれば、可変のものであってもよい。

また、実施形態３に係る画像モーメント計測装置２０は、制御部２２がこの輝度閾値Vth1，Vth2を各処理要素13_xyの２値化回路１０２に供給するように構成されている。

対象画像をg22として、対象画像g22のモーメント量を取得する場合、制御部２２は、輝度閾値Vth1をメモリから読み出して、各処理要素13_xyの２値化回路１０２に供給する。v1＜Vth1＜v2＜v3であるため、画像処理部１は、図２１（ａ）に示すような２値画像(G22+G23)を取得する。

信号処理部３は、実施形態１と同様、画像処理部１に、モーメント量を取得するための列選択信号を供給する。画像処理部１の各処理要素13_xyは、この画像に対して行方向に演算処理を行う。信号処理部３は、列加算部２に行選択信号ｙjを供給する。制御部２２は、列加算部２から、モーメント量を示す信号SOUTを取得する。制御部２２は、取得した信号SOUTに基づいて画像（g22＋g23）のモーメント量m(g22+g23)を演算する。

次に、制御部２２は、輝度閾値Vth2をメモリから読み出して、各処理要素13_xyの２値化回路１０２に供給する。v1＜v2＜Vth2＜v3であるため、画像処理部１は、図２１（ｂ）に示すような２値画像G23を取得する。

信号処理部３は、実施形態１と同様、画像処理部１に、モーメント量を取得するための列選択信号を供給し、列加算部２に行選択信号ｙjを供給する。制御部２２は、列加算部２から、モーメント量を示す信号SOUTを取得し、取得した信号SOUTに基づいて画像g23のモーメント量m(g23)を演算する。

制御部２２は、取得したモーメント量m(g22+g23)とm(g23)との差を求める。モーメント量m(g22+g23)とm(g23)との差は、画像g22のモーメント量m(g22)となる。従って、制御部２２は、図２１（ｃ）に示すような対象画像g22の仮想的な２値画像G22を取得して、この２値画像G22に基づいて対象画像g22のモーメント量m(g22)を取得するのと同じ結果を得ることになる。

尚、対象画像をg21として、対象画像g21のモーメント量m(g21)を取得する場合、制御部２２は、図２０に示す画像g20のモーメント量m(g21+g22+g23)を取得し、取得したモーメント量m(g21+g22+g23)とm(g22+g23)との差を求める。このようにすれば、対象画像g21のモーメント量m(g21)を取得することができる。即ち、制御部２２は、図２０に示す画像g20から、すべての画像g21、g22，g23のモーメント量を個別に取得することができる。

以上説明したように、本実施形態３によれば、制御部２２は、輝度閾値を画像モーメントセンサ２１に供給し、明るさが異なる複数の画像に対して、輝度閾値を設定して得られた複数の２値画像に基づいて、特定の画像のモーメント量を演算するようにした。

従って、明るさが異なる複数の画像の中から、対象画像のモーメント量を取得することができる。また、このような処理を行うことにより、モーメント量を取得する回数が増えた場合でも、実施形態１に係る画像モーメントセンサを用いることにより、短時間で対象画像のモーメント量を取得することができる。

（実施形態４）
実施形態４に係る画像モーメント計測装置は、輝度閾値を一定にしたまま、ＰＤ（光検出器）の露光中の異なるタイミングで２値化を行い、モーメント量を演算するようにしたものである。

実施形態３のように輝度閾値を可変しなくても、ＰＤ１０１の露光中の異なるタイミングで２値化を行うことにより、異なる明るさの画像を取得することができる。

そして、ＰＤ１０１の光検出信号の出力タイミング毎に、これらの画像のモーメント量を、それぞれ、取得することができる。

また、このような処理を行うことによりダイナミックレンジを広くすることができるといった利点がある。但し、露光中に、モーメント量の演算を行うため、グレースケールの階調を大きくしようとすると、高速でモーメント量の演算を行う必要がある。

実施形態４に係る画像モーメントセンサの各処理要素13_xyは、実施形態１の構成を備えるとともに、図２２に示すような構成を有する２値化回路１０２を備える。この２値化回路１０２は、トランジスタＱ４１，Ｑ４２と、コンデンサＣ１１と、コンパレータ１３１と、を備える。

ＰＤ１０１は、フォトダイオードからなるものであり、光を受光すると、受光した光の光強度に対応する電流量の光電流Ｉpdが流れる。フォトダイオードのカソードは、電源に接続され、アノードは接地される。

コンパレータ１３１は、ＰＤ１０１の光検出信号Ｖpdを２値化信号に変換するものであり、−端子（反転入力端子）に基準電圧Ｖrefが印加される。コンパレータ１３１は、ＰＤ１０１の光検出信号Ｖpdの信号レベルが基準電圧Ｖrefよりも高いときに、“１”のレベルの信号を出力する。

トランジスタＱ４１は、コンパレータ１３１の＋端子とフォトダイオード（ＰＤ１０１）のカソードとを接続するためのトランジスタであり、ＮＭＯＳトランジスタからなる。

トランジスタＱ４１のドレインは、コンパレータ１３１の＋端子（非反転入力端子）に接続され、ソースはフォトダイオード（ＰＤ１０１）のカソードに接続される。

トランジスタＱ４１のゲートには、信号samが供給される。この信号samのレベルが“１”になると、トランジスタＱ４１は、オンして、コンパレータ１３１の＋端子とフォトダイオード（ＰＤ１０１）のカソードとを接続する。

トランジスタＱ４２は、コンパレータ１３１の＋端子に電源の電圧を印加するためのトランジスタであり、ＮＭＯＳトランジスタからなる。トランジスタＱ４２のドレインは、電源に接続され、ソースはコンパレータ１３１の＋端子に接続される。

トランジスタＱ４２のゲートには、信号resが供給される。この信号resのレベルが“１”になると、トランジスタＱ４２は、オンして、コンパレータ１３１の＋端子に電圧を印加する。

コンデンサＣ１１は、コンパレータ１３１の＋端子の電圧を保持（サンプルホールド）するためのものである。

次に実施形態４に係る画像モーメント計測装置２０の動作を説明する。
図２３に示すように、時刻ｔ４０前において、トランジスタＱ４１は、ゲートに“０”のレベルの信号samが供給されてオフし、コンパレータ１３１の＋端子とフォトダイオードのカソードとの間を切断する。

また、トランジスタＱ４２は、ゲートに“１”のレベルの信号resが供給されてオンし、コンパレータ１３１の＋端子に電圧を印加する。

時刻ｔ４０になって、信号samの信号レベルが“１”になると、トランジスタＱ４１は、オンして、コンパレータ１３１の＋端子とフォトダイオード（ＰＤ１０１）のカソードとを接続する。

時刻ｔ４１において、トランジスタＱ４２のゲートに供給される信号resの信号レベルが“１”になると、トランジスタＱ４２はオフして、コンパレータ１３１の＋端子への電圧の印加を停止する。

ＰＤ１０１が光を受光すると、ＰＤ１０１に光電流Ｉpdが流れる。光電流Ｉpdが流れることによって、ＰＤ１０１の光検出信号Ｖpdの信号レベルは低下する。ＰＤ１０１に流れる光電流Ｉpdの電流量は、ＰＤ１０１が受光する光の光強度によって決定され、ＰＤ１０１の光検出信号Ｖpdの信号レベルは低下する割合は、ＰＤ１０１に流れる光電流Ｉpdの電流量に基づいて決定される。

入力画像g(t40)が、図２３に示すように、位置によって階調が異なるようなグレースケール画像の場合、ＰＤ１０１が受光する光の光強度は、処理要素13_xyの位置によって変わってくる。

中央の処理要素13_44の場合、図２３の特性線L13_44で示すように、ＰＤ１０１が受光する光の光強度は大きく、光電流Ｉpdの電流量も大きくなる。従って、光検出信号Ｖpdは、最も早く低下する。

図２３の特性線L13_33で示すように、処理要素13_33の場合、ＰＤ１０１が受光する光の光強度は、処理要素13_44のＰＤ１０１よりも小さく、光電流Ｉpdの電流量も小さくなる。従って、光検出信号Ｖpdは、処理要素13_44よりも遅く低下する。

図２３の特性線L13_22で示すように、処理要素13_22の場合、このＰＤ１０１が受光する光の光強度は、最も小さく、光電流Ｉpdの電流量も最も小さくなる。従って、光検出信号Ｖpdは、最も遅く低下する。

時刻ｔ４２になったときに得られる２値画像は、図２３に示すような２値画像G(t42)になるものとする。このとき、制御部２２は画像モーメントセンサ２１にコマンドを送り、信号処理部３が列選択信号を画像処理部１に供給し、モーメント量を取得するための行選択信号ｙjを列加算部２に供給すると、制御部２２は、２値画像G(t42)のモーメント量を示す信号SOUTを列加算部２から取得する。制御部２２は、取得した信号SOUTに基づいて２値画像G(t42)を再構成する。

同様に、時刻ｔ４３になったときに得られる２値画像は、図２３に示すような２値画像G(t43)になるものとする。このとき、制御部２２は画像モーメントセンサ２１にコマンドを送り、信号処理部３が列選択信号を画像処理部１に供給し、モーメント量を取得するための行選択信号ｙjを列加算部２に供給する。制御部２２は、２値画像G(t43)のモーメント量を示す信号SOUTを列加算部２から取得する。制御部２２は、取得した信号SOUTに基づいて２値画像G(t43)を再構成する。

同様に、時刻ｔ４４になったときに得られる２値画像は、図２３に示すような２値画像G(t44)になるものとする。このとき、制御部２２は画像モーメントセンサ２１にコマンドを送り、信号処理部３が列選択信号を画像処理部１に供給し、モーメント量を取得するための行選択信号ｙjを列加算部２に供給する。制御部２２は、２値画像G(t44)のモーメント量を示す信号SOUTを列加算部２から取得する。制御部２２は、取得した信号SOUTに基づいて２値画像G(t44)を再構成する。

そして、制御部２２は、２値画像G(t42)とG(t43)とG(t44)とを合成することにより、再構成画像G(t40)を形成する。

以上説明したように、本実施形態４によれば、制御部２２は、輝度閾値を一定にしたまま、ＰＤ（光検出器）の露光中の異なるタイミングで画像モーメントセンサ２１にコマンドを送り、画像モーメントセンサ２１は、コマンドに従って光検出信号の２値化を行い、モーメント量を演算するようにした。

従って、グレースケールの画像の場合であっても、画像のモーメント量を取得することができ、ダイナミックレンジを広くすることもできる。そして、各２値画像に基づいて再構成画像を形成することもできる。

また、実施形態１に係る画像モーメントセンサを用いることにより、短時間で対象画像のモーメント量を取得することができるので、２値画像が時間の経過に伴って変化しても、このような処理を行うことが可能となる。

（実施形態５）
実施形態５は、画像モーメント計測装置に関するものであり、この画像モーメント計測装置は、モーメント量の計測対象物が背景と重なっている場合に、点滅光を投光することにより、背景画像と対象物画像とを分離するようにしたものである。

図２４（ａ）に示すように、計測対象物ｍが背景b1，b2と重なり、しかも、計測対象物ｍの輝度と背景b1，b2の輝度とがほとんど同じである場合、画像モーメントセンサ２１は、図２４（ｂ）に示すような２値画像G31を形成する。図２４（ｂ）に示すように、形成した２値画像G31においては、計測対象物ｍの画像と背景画像とが重なってしまい、これらの画像を分離することが難しくなる。また、計測対象物ｍの画像と背景b1，b2の画像とを分離することができなければ、計測対象物ｍのモーメント量を取得することも困難になる。

この場合、図２４（ｃ）に示すように、光源装置２３が点滅光を投光することにより、図２４（ｄ）に示すような画像G32が得られれば、画像G31，G32の両画像の差により、計測対象物ｍの画像と背景b1，b2の画像とを分離することが可能となる。実施形態５に係る画像モーメント計測装置は、このような考え方に基づいて構成される。

実施形態５に係る画像モーメント計測装置の構成を図２５に示す。
実施形態５に係る画像モーメント計測装置２０は、画像モーメントセンサ２１と、制御部２２と、光源装置２３と、ビームスプリッタ２４と、レンズ２５と、を備える。

画像モーメントセンサ２１は、実施形態１の構成を有するものである。光源装置２３は、制御部２２から供給された制御信号S21に基づいて、点滅光を発するものである。制御信号S21は、信号レベルが“１”と“０”とに一定周期で切り替わるパルス信号である。光源装置２３は、供給された制御信号S21の信号レベルが“１”のときに点灯し、制御信号S21の信号レベルが“０”のときに消灯する。

ビームスプリッタ２４は、出射光と入射光とを分離するためのものである。ビームスプリッタ２４は、光源装置２３が発した点滅光を出射するように導き、入射した光を画像モーメントセンサ２１へと導く。レンズ２５は、投光する光を拡散するためのものである。

制御部２２は、光源装置２３に制御信号S21を供給し、画像モーメントセンサ２１に対して、受光した光による画像のモーメント量を取得するように制御するものである。制御部２２は、供給した制御信号S21の信号レベルが“１”のときと“０”のときとで、モーメント量を取得するように画像モーメントセンサ２１を制御する。

次に実施形態５に係る画像モーメント計測装置２０の動作を説明する。
制御部２２は、光源装置２３に、図２６（ａ）に示すような制御信号S21を供給する。光源装置２３は、供給された制御信号S21の信号レベルが“１”のとき、点灯する。

光源装置２３が発した光は、ビームスプリッタ２４、レンズ２５を介して出射し、計測対象物ｍ、背景b1，b2に投光される。

計測対象物ｍ、背景b1，b2に投光された光は反射して、反射光がレンズ２５、ビームスプリッタ２４を介して画像モーメントセンサ２１に入射する。

図２６（ｂ）に示すように、光源装置２３が点灯しているとき、画像モーメントセンサ２１は、受光した光により、２値画像G31を形成する。この図２６（ｂ）に示すように、この２値画像G31は、計測対象物画像ｍの２値画像と背景b1，b2の２値画像とを含んでいる。画像モーメントセンサ２１は、この２値画像G31のモーメント量を演算し、演算したモーメント量を制御部２２に供給する。

光源装置２３は、供給された制御信号S21の信号レベルが“０”になると、消灯する。

画像モーメントセンサ２１は、入射光により、図２６（ｂ）に示すような２値画像G32を形成する。この２値画像G32は、背景b1，b2の画像だけを含み、計測対象物ｍの画像は含まない。

画像モーメントセンサ２１は、この２値画像G32のモーメント量を取得して、制御部２２に供給する。制御部２２は、供給された２値画像G31のモーメント量と２値画像G32のモーメント量との差を求め、２値画像G31，G32の差分画像である２値画像G33のモーメント量を取得する。このモーメント量は、計測対象物ｍのモーメント量になる。

以上説明したように、本実施形態５によれば、画像モーメント計測装置２０は、点滅光を投光し、画像モーメントセンサ２１は、供給した制御信号の信号レベルが“１”のときと、“０”のときと、で２値画像G31，G32のモーメント量を取得する。制御部２２は、２つの２値画像G31，G32のモーメント量の差を求めて、計測対象物ｍのモーメント量を取得するようにした。

従って、計測対象物ｍの画像と背景b1，b2の画像とが重なって、直接、計測対象物ｍのモーメント量を取得できないような場合でも、計測対象物ｍのモーメント量を取得することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態２〜５では、画像モーメント計測装置として説明した。このうち、実施形態２〜４は、画像モーメントセンサに制御部を含めて、画像モーメントセンサが上記処理を実行するように構成されてもよい。

本発明の実施形態１に係る画像モーメントセンサの構成を示すブロック図である。 図１に示す画像モーメントセンサのアルゴリズムを示す図である。 図１に示す各遅延回路が生成するクロック信号を示すタイミングチャートである。 図１に示す信号処理部が列選択信号を供給したときに、各ＦＩＦＯが格納した列選択信号を示す図である。 時間が経過したときに図１に示す各ＦＩＦＯが格納した残りに列選択信号を示す図である。 図１に示す各処理要素の構成を示すブロック図である。 図６に示すＦＡとＤＦＦとの構成を示す回路図である。 図７に示すＦＡとＤＦＦとの動作を示すタイミングチャートである。 ダイナミックＮＭＯＳ回路を直接接続した例を示す図とその動作を示すタイミングチャートである。 遅延回路を備えてダイナミックＮＭＯＳ回路を接続した例を示す図とその動作を示すタイミングチャートである。 １次モーメント量を取得するためのパターンを示す図である。 ８×８画素として、信号処理部から列選択信号が供給されたときに、各ＦＩＦＯが格納した列選択信号を示す図である。 各ＦＩＦＯが図１２に示す列選択信号を格納した場合の可変パイプラインの動作を示すタイミングチャートである。 入力画像の１次モーメント量を取得する場合の動作（１）を具体的に示す図である。 加算動作を具体的に示す図である。 入力画像の１次モーメント量を取得する場合の動作（２）を具体的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る画像モーメント計測装置の処理の概要を示す図である。 本発明の実施形態２に係る画像モーメント計測装置の構成を示すブロック図である。 領域情報が未知の場合の画像モーメント計測装置の処理を示す図である。 本発明の実施形態３に係る画像モーメント計測装置の処理の概要を示す図である。 実施形態３に係る画像モーメント計測装置の動作を示す図である。 本発明の実施形態４に係る画像モーメント計測装置が備える２値化回路の構成を示す回路図である。 実施形態４に係る画像モーメント計測装置の動作を示す図である。 本発明の実施形態５に係る画像モーメント計測装置の処理の概要を示す図である。 本発明の実施形態５に係る画像モーメント計測装置の構成を示すブロック図である。 図２５に示す画像モーメント計測装置の動作を示す図である。

符号の説明

１ 画像処理部
２ 列加算部
３ 信号処理部
11_0〜11_(N-2) 遅延回路
12_0〜12_(N-1) ＦＩＦＯ
13_xy（ｘ＝０〜Ｎ−１，ｙ＝０〜Ｎ−１） 処理要素

Claims (21)

1. 行数をＭ（Ｍは正の整数）、列数をＮ（Ｎは正の整数）として、Ｍ×Ｎ個の処理要素が行列配置され、各処理要素が、前記画像から受光した光を光強度に対応した信号レベルの光検出信号に変換し、前記光検出信号を２値化して２値データを生成し、数１に示すモーメント量ｍ_pqの取得に必要な列を選択するための列選択信号ｘ^p _iが供給されて、供給された列選択信号ｘ^p _iに基づいて選択された列の処理要素が行方向に前記２値データを加算演算し、各行の処理要素の演算結果として、それぞれ、数２に示すデータｄxを出力するように構成された画像処理部と、
   前記モーメント量ｍ_pqの取得に必要な行を選択するための行選択信号ｙ^q _jが供給されて、前記画像処理部の各行から出力されたデータｄxのうち、供給された行選択信号ｙ^q _jに基づいて選択された行から出力されたデータｄxを列方向に加算演算して、数３に示すデータｄyを出力する列加算部と、
   前記数１に示すモーメント量ｍ_pqの取得に必要な行と列とを設定して前記列選択信号ｘ^p _iと前記行選択信号ｙ^q _jとを生成し、生成した前記列選択信号ｘ^p _iを前記画像処理部に供給し、前記行選択信号ｙ^q _jを前記列加算部に供給する信号処理部と、を備えた、
   ことを特徴とする画像モーメントセンサ。
   
   
   
2. 前記信号処理部は、矩形領域を示す領域情報が供給されて、供給された領域情報に基づいて矩形領域用の列選択信号を生成し、前記矩形領域用に生成した列選択信号と前記列選択信号ｘ^p _iとの論理積演算を行い、前記論理積演算の演算値を前記画像処理部に供給するとともに、前記領域情報に基づいて矩形領域用の行選択信号を生成し、前記矩形領域用に生成した行選択信号と前記行選択信号ｙ^q _jとの論理積演算を行い、前記論理積演算の演算値を前記列加算部に供給する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像モーメントセンサ。
3. 前記画像処理部の各処理要素は、
   前記画像からの光を受光して、受光した光を光強度に対応する信号レベルの光検出信号に光電変換して出力する光検出部と、
   前記光検出部が出力した光検出信号を２値化して２値データを出力する２値化部と、
   前記列選択信号ｘ^p _iが供給され、供給された前記列選択信号ｘ^p _iに基づいて、前記２値化部が出力した２値データの出力を制御する２値データ出力制御部と、
   前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された加算データとを加算して新たな加算データを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に供給する行加算部と、を備えた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像モーメントセンサ。
4. 前記各処理要素の前記行加算部は、
   （（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素に供給されたクロック信号の立ち下がり時に、生成されたキャリーデータを保持し、保持したキャリーデータを、次の加算時に出力するキャリーデータ保持部と、
   前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された２値データと前記キャリーデータ保持部から出力されたキャリーデータとを加算して新たな加算データとキャリーデータとを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に出力し、前記生成したキャリーデータを前記キャリーデータ保持部に供給する全加算部と、を備えた、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像モーメントセンサ。
5. 前記信号処理部は、前記画像処理部にクロック信号を供給し、
   前記各処理要素の前記行加算部は、供給されたクロック信号に従い、充電、評価を繰り返し、評価期間に加算したデータを、トランジスタの寄生容量を利用して保持するダイナミック回路によって構成され、
   前記信号処理部から供給されたクロック信号を、順次、遅延させて、第ｎ（ｎは、１以上の整数）クロック信号を生成し、生成した第ｎクロック信号を第ｎ列の各処理要素の行加算部に供給するクロック信号遅延部を備え、
   前記ダイナミック回路が多段接続されて前記画像処理部が構成された、
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像モーメントセンサ。
6. 前記信号処理部又は前記クロック信号遅延部から供給されたクロック信号に同期して、前記信号処理部から供給された前記列選択信号ｘ^p _iを、供給された順に、前記各処理要素に供給する列選択信号供給部を備え、
   前記画像処理部が可変長パイプライン構成によって構成された、
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像モーメントセンサ。
7. 前記画像処理部と前記列加算部と信号処理部とは、集積化された集積回路によって構成されている、ことを特徴とする請求項１、３乃至６のいずれか１項に記載の画像モーメントセンサ。
8. 前記画像処理部の各処理要素は、
   前記画像からの光を受光して、受光した光を光強度に対応する信号レベルの光検出信号に光電変換して出力する光検出部と、
   前記光検出部が出力した光検出信号を２値化して２値データを出力する２値化部と、
   前記領域情報に基づいて生成された列選択信号と前記列選択信号ｘ^p _iとの論理積演算の演算値が供給され、供給された演算値に基づいて、前記２値化部が出力した２値データの出力を制御する２値データ出力制御部と、
   前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された加算データとを加算して新たな加算データを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に供給する行加算部と、を備えた、
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像モーメントセンサ。
9. 前記各処理要素の前記行加算部は、
   （（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素に供給されたクロック信号の立ち下がり時に、生成されたキャリーデータを保持し、保持したキャリーデータを、次の加算時に出力するキャリーデータ保持部と、
   前記２値データ出力制御部が出力した２値データと（（ｘ−１），ｙ）座標の処理要素から供給された２値データと前記キャリーデータ保持部から出力されたキャリーデータとを加算して新たな加算データとキャリーデータとを生成し、生成した新たな加算データを（（ｘ＋１），ｙ）座標の処理要素に出力し、前記生成したキャリーデータを前記キャリーデータ保持部に供給する全加算部と、を備えた、
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像モーメントセンサ。
10. 前記信号処理部は、前記画像処理部にクロック信号を供給し、
    前記各処理要素の前記行加算部は、供給されたクロック信号に従い、充電、評価を繰り返し、評価期間に加算したデータを、トランジスタの寄生容量を利用して保持するダイナミック回路によって構成され、
    前記信号処理部から供給されたクロック信号を、順次、遅延させて、第ｎ（ｎは、１以上の整数）クロック信号を生成し、生成した第ｎクロック信号を第ｎ列の各処理要素の行加算部に供給するクロック信号遅延部を備え、
    前記ダイナミック回路が多段接続されて前記画像処理部が構成された、
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像モーメントセンサ。
11. 前記信号処理部又は前記クロック信号遅延部から供給されたクロック信号に同期して、前記信号処理部から供給された演算値として前記矩形領域用に生成された列選択信号と前記列選択信号ｘ^p _iとの論理積演算の演算値を、供給された順に、前記各処理要素に供給する列選択信号供給部を備え、
    前記画像処理部が可変長パイプライン構成によって構成された、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の画像モーメントセンサ。
12. 前記画像処理部と前記列加算部と信号処理部とは、集積化された集積回路によって構成されている、ことを特徴とする請求項２，８乃至１１のいずれか１項に記載の画像モーメントセンサ。
13. 数３に示す前記データｄｙを出力する請求項１，３乃至７のいずれか１項に記載の画像モーメントセンサと、
    前記画像モーメントセンサが出力した前記データｄｙを数１に代入して演算を行うことにより、前記モーメント量ｍ_pqを取得する制御部と、を備えた、
    ことを特徴とする画像モーメント計測装置。
14. 数３に示す前記データｄｙを出力する請求項２，８乃至１２のいずれか１項に記載の画像モーメントセンサと、
    前記画像モーメントセンサが出力した前記データｄｙを数１に代入して演算を行うことにより、前記モーメント量ｍ_pqを取得する制御部と、を備えた、
    ことを特徴とする画像モーメント計測装置。
15. 前記制御部は、供給された画像に対して、複数の矩形領域を設定し、前記各矩形領域を示す領域情報を、順次、前記信号処理部に供給して、前記列加算部から出力された前記データｄyを取得し、各領域情報毎に取得した各データｄyに基づいて、それぞれ、数１に従い、モーメント量を演算し、前記供給された画像に対応した領域毎に、演算により取得したモーメント量を加算することにより、前記供給された画像のモーメント量をそれぞれ取得する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の画像モーメント計測装置。
16. 前記制御部は、前記各矩形領域が未知の場合、全体の領域を所定の大きさのブロックに分割し、各ブロックの総和値を求め、各ブロックの総和値を用いてラベリング処理を行うことにより、各矩形領域の領域情報を取得する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の画像モーメント計測装置。
17. 前記制御部は、前記各処理要素の２値化部に、複数の輝度閾値を供給して各輝度閾値毎にモーメント量を取得し、対象とする画像のモーメント量を、取得した複数のモーメント量の差を求めることにより取得する、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の画像モーメント計測装置。
18. 前記制御部は、前記光検出部の露光中の異なるタイミングで出力された前記光検出信号に対し、前記２値化部に、順次、２値化を行わせ、前記列加算部からデータｄyを取得して前記画像のモーメント量の演算を行う、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の画像モーメント計測装置。
19. 光を発する光源部と、
    前記光源部が発した光を、モーメント量計測対象物と背景とに投光する投光部と、を備え、
    画像モーメントセンサは、前記モーメント量計測対象物と背景とからの光の反射光に基づいて形成された画像についての数３に示す前記データｄｙを出力し、
    前記制御部は、前記光源部に、光を点滅させる点滅信号を供給して光を点滅させ、前記光が点灯しているときと前記光が消灯しているときとで、前記画像モーメントセンサから出力された数３に示す前記データｄｙを取得し、取得したデータｄｙに基づいて得られた両モーメント量の差を求めることにより、前記計測対象物の画像と前記背景画像とを分離して、前記計測対象物のモーメント量を取得する、
    ことを特徴とする１３乃至１８のいずれか１項に記載の画像モーメント計測装置。
20. 行数をＭ（Ｍは正の整数）、列数をＮ（Ｎは正の整数）として、Ｍ×Ｎ個の処理要素が行列配置され、各処理要素が、前記画像から受光した光を光強度に対応した信号レベルの光検出信号に変換し、各処理要素が行方向に前記２値データを加算演算して、各行毎にデータｄxを出力するように構成された画像処理部と、
    前記画像処理部の各行から出力されたデータｄxを加算演算してデータｄyを出力する列加算部と、を備えて画像のモーメント量を取得する画像モーメントセンサの演算方法であって、
    数１に示すモーメント量ｍ_pqの取得に必要な行と列とを設定して前記列選択信号ｘ^p _iと前記行選択信号ｙ^q _jとを生成するステップと、
    生成した前記列選択信号ｘ^p _iを前記画像処理部の各処理要素に供給して、前記処理要素の列を選択して、前記画像処理部に、各行の処理要素の演算結果として、それぞれ、数２に示すデータｄxを出力させるステップと、
    生成した行選択信号ｙ^q _jを前記列加算部に供給して、前記列加算部に、画像処理部の各行から出力されたデータｄxのうち、供給された行選択信号ｙ^q _jに基づいて選択された行から出力されたデータｄxを加算演算して、数３に示すデータｄyを出力させるステップと、
    前記列加算部から出力されたデータｄyを取得して、数１に従って前記モーメント量ｍ_pqの演算を行うステップと、を備えた、
    ことを特徴とする画像モーメントセンサの演算方法。
21. モーメント量計測対象物と背景とに光を投光するステップと、
    請求項２０に記載の画像モーメントセンサの演算方法に従って、前記投光した光の反射光に基づいて形成された画像のモーメント量を演算するステップと、
    消灯して、前記モーメント量計測対象物と背景とへの光の投光を停止するステップと、
    請求項２０に記載の画像モーメントセンサの演算方法に従って、前記投光した光の反射光に基づいて形成された画像のモーメント量を演算するステップと、
    投光しているときに演算したモーメント量と前記投光を停止したときに演算したモーメント量との差を求めることにより、前記計測対象物の画像と前記背景画像とを分離して、前記計測対象物のモーメント量を取得するステップと、を備えた、
    ことを特徴とする画像モーメント計測方法。