JP2634317B2 - 照明変化補償装置 - Google Patents

照明変化補償装置

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JP2634317B2 JP2306962A JP30696290A JP2634317B2 JP 2634317 B2 JP2634317 B2 JP 2634317B2 JP 2306962 A JP2306962 A JP 2306962A JP 30696290 A JP30696290 A JP 30696290A JP 2634317 B2 JP2634317 B2 JP 2634317B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は画像に存在する物体を評価するための画像信
号処理装置に関係し、特に物体の照度変化による画像信
号の変動を補償する装置に関係する。
(従来の技術) 自動組立装置がより精巧になるにつれ、装置に視覚を
付加する必要が出てくる。これは装置に製造している物
体の位置を位置決めすると共に、部品の存在又は適正位
置と特定機能の寸法用に物体を検査することを可能とす
る。このため、工作物の1次元又は2次元電気画像を発
生し解折する各種視覚装置が工夫されていて、この画像
は従来一連の画像素子から構成されている。
一般の画像解折技術は画像の一部の相対輝度を基に工
作物をその背景から区別する。瞬間的な画像信号電圧は
対応する画像素子の輝度により変化する。設定閾値以上
又は以下の輝度を有する画像素子のみを処理することに
より、物体を背景からの分離可能である。例えば物体が
閾値より明るい時、簡単な解折技術で閾値レベルより上
の輝度を有する画像素子を計数し、その合計が物体の幅
又は面積を表わす。
この技術に関連する1つの問題は、光強度の変化が相
対画像素子の輝度を変化させる点である。例えば、人工
光源の時間がたつにつれ、その光出力は変化する。加え
て、自然光及び人工光レベルは一日を通して変化する。
光の変化は画像の輝度の変化、物体と背景輝度レベルと
の間の関係、そしてこれらの画像域間を区別するために
用いる閾値に翻訳される。
この問題を克服するため、画像信号の変化を測定し、
これに比例して閾値を調節する補償装置が使用されてき
た。このような装置の1例は米国特許第4,855,830号に
開示されている。他の装置では、カメラの絞りと増幅器
の利得を変化させて、最も明るい画像素子と最も暗い画
像素子を相対的に一定の信号レベルに保持する。
機械視覚装置の1つの利点は、組立てラインに沿って
迅速に動作する物体を検査する能力である。このような
応用例では、物体がその視野に存在しない時でも画像セ
ンサは連続的に画像を得ている。物体が画像中に存在し
ない場合、従来の光線補償技術は絞りとセンサの利得を
調節して、あたかも物体が存在しているかのように最も
明るい画像素子と最も暗い画像素子を所定のレベルに設
定する。以後、物体がセンサの視野に入ると、センサ信
号は飽和し、信号レベルを適正に調節して物体を解折す
るには補償技術の何回かのくり返しを必要とする。この
過程は時間がかかり、視覚装置を収容するためには組立
てラインが遅い速度で走行することを必要とする。それ
故、物体が存在しない時を認識し、過補償しない光線補
償技術を提供することが望ましい。
(発明の要旨) 画像プロセッサは画像の照明の変化を補償する機構を
含む。プロセッサは背景に対して位置決めされた物体を
含む画像を表わす電気画像信号を受信する。補償機構は
物体と背景の基準画像信号レベル間の関係を指示するデ
ータを記憶する装置を含む。例えば、機械視野装置で
は、物体とその背景の基準レベルを設定するため例示光
線条件を用いてサンプル画像を処理する。これら2つの
基準レベルの比を得てプロセッサ内のメモリに記憶す
る。
以後の画像処理の間、物体とその背景の実際の画像信
号レベルが検出される。背景の検出画像信号レベルと基
準信号比から論理信号レベルを計算する算術装置が設け
られる。2つの信号の関係を指示する信号を作製するた
め、物体の画像信号レベルを理論画像信号レベルと比較
する。物体の画像信号レベルと論理画像信号間に所定の
関係が存在するかどうかに応じて2つの基準の内の一方
を基に画像信号の振幅を変化させるため画像信号のプレ
プロセッサ回路を調節する。所定の関係が存在する時、
画像信号の振幅は、背景の信号レベルと物体の信号レベ
ルが所定値に対応するまで調節される。例えば、この所
定値はサンプル画像の背景中の物体の基準信号レベル間
の差でもよい。所定の信号レベル関係が存在しない時、
背景の画像信号レベルと物体の理論画像信号レベルの差
が所定値と等しくなるまで画像信号の振幅を調節する。
画像信号がプロセッサの動的信号域の所定部分内に収
まるように、画像信号を一定量オフセットさせる別の回
路を設けてもよい。与えられるオフセット量は背景と物
体の検出信号レベル間の関係とプロセッサの全動的域の
所定基準レベルにより決定される。
本発明の主要な目的は、取られている情景の照明強度
の一時的変化による画像信号の変動の補償を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、物体と背景の画像信号レベルの
基準比を提供し、この基準比を用いて照明変動の効果を
補償するために以後の画像信号を調節すべきかどうかを
決定する。
(実施例) 第1図は機械を操作するプログラム命令を実行するア
レンブランドレイPLC−2/15装置のような従来のプログ
ラマブル・コントローラ10を図示する。コントローラ10
は、多数の機能モジュール13−16が収められ、ラック内
のマザーボードにより相互接続されているラック11を含
む。ラツク11は機能モジュールの各々へ電気を供給する
電源12を含む。プロセッサ・モジュール13は機械の動作
を支配するユーザ定義の制御プログラムを記憶実行す
る。ラック11の他の場所にはプロセッサ・モジュール13
を被制御機械上の検出及び操作素子へインターフェース
する多数の入出力(I/O)モジュール14−16が配置され
ている。これらの内の1つは、別々の直流電圧が印加さ
れる8本の入力端子19を有する従来のディスクリート直
流入力モジュール15である。標準的には、これらの直流
電圧の各々は被制御機械の一定条件に応答するセンサ・
スイッチの状態を表わす。アナログ入力モジュール16は
4から20ミリアンペアの間のアナログ電流信号の形式で
検出素子からデータを受信する。この入力モジュール16
はプロセッサ・モジュール13への伝送用のアナログ信号
をディジタル化する。直流出力モジュール17は外部素子
を制御する2進出力信号を与えるために含まれる。
第1図に示す装置では、アナログ入力モジュール15と
直流入力モジュール16両方の入力端子が線走査画像プロ
セッサ20からの出力へ結合されている。画像プロセッサ
20は、物体の特徴がレンズ21により画像プロセッサ内の
線走査センサへ集束されるように画像プロセッサ20は物
体18上に位置決めされる。光源強度の変化が両方に同程
度に影響するように物体18とその背景の両方が同じ光源
により照明される。
線走査センサはその視野に入る各物体18を横切る線に
沿って1次元画像を発生する。この画像はセンサ内の画
像検出器位置に対応する多数の画像素子から構成され
る。センサの出力信号は、個個の信号がその位置に当た
る光量を表わしている各検出器位置からの信号の電気的
結合である。
画像プロセッサ20は線走査センサのみならず、ユーザ
定義のパラメータの解折結果を表わす出力信号を発生す
る回路とにより線形画像を解折する全ての論理部も含
む。画像は個々の画像素子を評価することにより解折さ
れる。例えば、画像の残部より明るい物体の幅又はその
特徴の1つを測定するため一定の輝度レベルより上の画
像素子の数を計数可能である。
直流出力モジュール17によりプログラマブル・コント
ローラ10は画像プロセッサ20に画像を得て解折するよう
指令するトリガ信号を送信する。解折の結果は2つの形
式の内のどちらかでケーブル22を介してプログラマブル
・コントローラ10へ送られる。最初のものは評価製品が
所定の限界内にあるかどうかを表わす2進決定ビットで
ある。この決定ビットは直流入力モジュール15の入力へ
印加される。画像ブロセッサ20は又選択した評価結果の
大きさに対応する4から20ミリアンペアの電流信号を発
生する。この電流信号はアナログ入力モジュール16へ印
加される。
第2図を参照すると、画像プロセッサ20のレンズ21は
光を線走査画像センサ30へ集束させる。例えば、センサ
は1024画像検出個所の線形アレイで、画像素子と等価な
数を有する画像信号を発生する。センサからの出力信号
の電圧レベルVsはその瞬間にセンサから流出される画像
素子の輝度に依存して変化する。センサの画像獲得と読
出はパルス整形回路により印加される制御パルスにより
支配される。
画像センサからの出力信号は、反転入力をオフセット
・ディジタル対アナログ変換器(DAC)36の出力へ結合
した加算増幅器34の非反転入力へ結合される。オフセッ
トDAC36は画像プロセッサ内のデータ・バス40へ結合し
たディジタル入力を有し、線路38上で受信した制御信号
に応答してバス上のディジタル数を記憶するデータ・ラ
ッチを含む。オフセットDAC36はセンサ出力信号の電圧
レベルを移動させるため加算増幅器34へ印加されるアナ
ログ信号を発生する。標準的な画像センサは、信号が零
ボルトへ決して落ちないようにその出力信号へのバイア
スを与える。画像プロセッサの最大動的信号電圧域を使
用するため、以下で詳細に説明するように、信号を処理
するために全動的域が使用不可能となるようオフセット
DACは画像信号を移動させる。
加算増幅器34からのオフセット画像信号は従来の乗算
ディジタル対アナログ変換器(DAC)42のアナログ入力
へ印加される。データ・バス40は、線路44上の信号によ
り付勢された時データ・バス40からのディジタル値を記
憶するDAC42内の一組のデータ・ラッチへ接続される。
乗算DAC42は画像信号の可変利得増幅器として作用し、
その利得はデータ・バス40からのディジタル値により決
定される。以下で詳細に説明するように、物体とその背
景の照明変化を補償するため信号の利得を変更する。
乗算DAC42の出力信号はこの出力信号を積分する画素
平均器46の入力へ印加され、4画像素子の各郡の平均化
信号から単一の画素を発生する。本発明書で使用するよ
うに、用語「画像素子」は画像センサ30の各検出器位置
で検出した画像の部分を参照し、用語「画素」は4個の
画像素子を平均化することにより発生される画素平均器
46の出力を参照する。画素平均器46は画像データの量を
4分の1に減少させ、実時間で解折可能な妥当な量の画
像データを含む低解像度画像信号を発生する。必要な
ら、データ減少因子はユーザ選択可能とできる。
2個のディジタル対アナログ変換器36,42、加算増幅
器34、画像平均器46は画像信号のプレプロセッサ回路35
を形成する。画像センサ30からの電圧Vsに対するプレプ
ロセッサ回路35の出力線路48の画像信号電圧(VOUT)の
関係は以下の式により与えられる、 VOUT=(Vs−VOFFSET).(GDAC.GAVE) (1) ここでVOFFSETはオフセットDAC36の出力電圧、GDACは乗
算DAC42の利得、 GAVEは画素平均器46からの信号利得である。
画素平均器からの出力信号はマイクロコンピュータ50
のアナログ入力に印加される。モトローラ社製造のMC68
HC11Aのようなマイクロコンピュータ50はオンチップ・
メモリ、タイマ回路、直列通信インターフェース、アナ
ログ対ディジタル(A/D)変換器、並列入出力ポート、
外部バス・インターフェースを含む。前処理した画像信
号を担持する線路48はマイクロコンピュータのA/D変換
器の入力に印加される。外部バス・インターフェースは
画像プロセッサ内のデータ・バス40とアドレス・バス41
に結合される。並列I/Oポートの一方の線路はパルス整
形器32の入力に結合されて画像獲得と読出機能を調節す
るセンサ20への制御パルスを与える。並列I/Oポートの
1他方の線路はケーブル22により直流入力モジュール15
へ結合される画像処理の結果を指示するディスクリート
な出力信号を与えるI/Oインターフェース回路52へ接続
される。
1対の線路54がマイクロプロセッサの直列通信インタ
ーフェースから第1図に示す画像プロセッサ20のハウジ
ング上のコネクタ23へ延びる。これは構成用にプロセッ
サへ端末を結合可能とするための直列通信リンクを与え
る。
データ及びアドレス・バス40,41の各々は、画像フロ
セッサの動作を制御するためのマイクロプロセッサが実
行するソフトウェア・プログラムを記憶する読取専用メ
モリ(ROM)56に結合される。ランダム・アクセス・メ
モリ(RAM)58も又マイクロプロセッサ50の画像デー
タ、変数及び処理結果の記憶用にアドレス及びデータ・
バス40,41に結合される。アドレス・バス41は画像プロ
セッサ20内の特定部品用の制御信号を発生することによ
り選択アドレスへ応答するアドレス・デコーダ60の入力
に結合される。例えば、アドレス・デコーダ60は、各素
子のデータ・ラッチを個別に付勢するためオフセットDA
C36の乗算DAC42へ線路38,44を介して付勢信号を発行す
ることにより、2つのアドレスに応答する。
データ・バスには出力ディジタル対アナログ変換器DA
C62が結合され、これはアドレス・デコーダからの線路6
3上の信号により付勢された時に、データ・バスからの
ディジタル値を一組の内部データ・ラッチに記憶する。
出力DAC62は記憶したディジタル値に対応する大きさを
有するアナログ信号をその出力に発生する。電流ドライ
バ64は出力DAC62からのアナログ信号を使用し、画像解
折結果の大きさを表わす従来の4から20ミリアンペア電
流ループ出力信号を発生する。電流ループ信号はプログ
ラムブル・コントローラ10のアナログ入力モジュール16
へのケーブル22の導体上に担持される。
データ・バス40には又複数個のトライステート・バッ
ファから構成されるスイッチ・インターフェース66も結
合され、これはアドレス・デコーダ60から付勢された時
一組のモジュール構成スイッチ68をデータバスへ結合す
る。スイッチ・インターフェース66はインターフェース
へのスイッチ入力線路の各々に一組のプルアップ抵抗を
含む。以下で説明するように、構成スイッチ68は、異な
る処理オプションを選択し、画像プロセッサを異なる動
作モードとする手段をユーザに与える。スイッチ70の内
の1つは画像プロセッサ20を設定6モード又は実行モー
ドとするのに用いられる。
画像プロセッサ動作の異なるモードは、物体が明るい
背景と対比して相対的に暗い画像と関連して説明され
る。しかしながら、当業者には明らかとなるように、本
発明は物体が背景より明るい画像を処理するようにする
ことも可能である。事実、望ましい実施例のスイッチの
1つはユーザに物体が背景より明るいか又は暗いかを指
定させることが可能である。この指定はマイクロコンピ
ュータ50により行なわれて、以後説明する照明補償過程
の段階をいかに実行するかを決定する。物体が背景より
明るいか又は暗いかに係らず、正しい照明補正と共に画
像解折には2者の間に顕著なコントラストが存在しなけ
ればならない。
本発明を説明する例示の例の場合、線走査画像センサ
30により発生される1次元画像の電圧波形は第3A図の波
形により表わされる。画像センサの出力電圧Vsの大きさ
は画像素子の輝度に反比例する。すなわち、画像の純白
部分は相対的に低電圧で、相対的に黒い部分は波形に示
すように高電圧を有する。例では物体は相対的に暗いた
め、波形に示すようにこれは高電圧を有し、背景は相対
的に低電圧を有する。標準的には、背景は純白ではな
く、物体は純黒でもないため、対応する両極の信号レベ
ルからわずかにずれた画像電圧を発生する。画像センサ
30も又、画像の純白部分が零電圧レベルを発生するので
はなく、図示のようにわずかに零より高い電圧を発生す
るように、その出力電圧に固有のバイアスを与える。し
かしながら、この信号が加算回路34のオフセットDAC36
からの出力と組合わされると、第3A図の波形は、純白レ
ベルが零ボルトにより表わされるように移動される。
第3B図はプレプロセッサ回路35の出力線48上の画像信
号波形を図示する。マイクロプロセッサ50のアナログ入
力の動的域は零から5ボルトで、これがプレプロセッサ
出力電圧VOUTの最大許容域を定める。プレプロセッサ回
路35が正しく調節されると、その出力画像信号波形は回
路の動的域の中央の1/3を占める。本発明はプレプロセ
ッサ回路35と画像センサ動作を周期的に調節して、物体
の照明が変化する時の画像信号電圧域とマイクロコンピ
ュータの動的信号電圧域との間のこの関係を保持する。
特に、プレプロセッサ回路出力信号の電圧域が実質的に
マイクロコンピュータの動的信号電圧域の中央1/3内と
なるように画像センサ露出時間、オフセットDAC36から
の出力電圧、及び乗算DAC42の利得が調節される。
この補償を行なうためには、画像プロセッサ20は被解
折画像により発生される電圧用に構成されなけれればな
らない。構成過程では、被検査物体のサンプルをプロセ
ッサの前に置き照明する。次いで操作員はモード・スイ
ッチ70を設定モード位置として、サンプル画像の電圧波
形用にプレプロセッサ回路35を構成すべきであることを
マイクロプロセッサ50へ指示する。
この時点で、マイクロプロセッサは第4図の流れ図に
より図示される設定モード・ルーチンの実行を開始す
る。ルーチンは段階100で、設定プログラムを実行する
流れて使用される変数とカウンタを初期化することによ
り開始する。この段階では、マイクロコンピュータ50に
より読取専用メモリ56中の記憶からデフォールト値を検
索し、DAC36,42のデータ・バッファへロードする。
一旦初期化が完了すると、段階102で画像センサ30に
画像を得させるパルス整形器32への制御パルスをマイク
ロコンピュータ50は発行する。この状態で、画像センサ
の個々の検出器位置は、入射光に応答して変更された電
気的特性を有する。例えば、画像センサが電荷結合素子
である場合、各検出器位置に累積する電荷は露出間隔の
間その位置に入射する光量に比例して変動する。マイク
ロコンピュータにより画像センサへ送られるパルス長が
露出の時間間隔を決定する。以下で説明するように、こ
の露出間隔は物体の照明変動を補償するために調節され
る1つの変数である。
一度画像が得られると、プログラム実行は、各画像素
子をセンサ30から読出し、画像を発生するように平均化
し、次いでこれを画像の最小及び最大電圧レベルを検出
するために検査するループに入る。前述したように、画
像素子と画素の電圧レベルはその輝度に対応する。プロ
グラム・ループは段階104で開始し、ここで4画像素子
の第1郡がセンサ30から読出され、加算回路34の正入力
へ印加される。同時に、オフセットDAC36は加算回路34
の負入力へ一定電圧レベルを印加する。この電圧レベル
はオフセットDAC36のデータ・バッファ、前にロードし
たディジタル値により決定される。回路34の信号加算に
より発生したレベル移動した画像信号は乗算DAC42のア
ナログ入力へ印加される。このDAC42では、アナログ信
号レベルはそのデータ・バッファに記憶したディジタル
数により乗算されて、画素平均器46の入力へ印加される
増幅画像信号を発生する。
4画像素子の各群は画素平均器46により平均化されて
マイクロプロセッサ50の入力に印加される画像データの
量を減少させる。例えば、画素平均器46は、画像センサ
30の読出速度に同期したクロック信号(図示せず)によ
り各第4画像素子毎に零にリセットされる積分器から構
成される。4個の平均化した画像素子の各群が、マイク
ロプロセッサ50によりディジタル化され解折される1つ
の画素を発生する。
マイクロプロセッサ50により受取った画素の電圧レベ
ルは段階106でRAM58に記憶した電圧レベルと比較され、
この素子が画像の最大電圧レベルを有しているかどうか
が決定される。この比較は最も暗い画素のレベルを検出
する。この画素が従前の最大電圧より大きな電圧レベル
を有している場合、プログラムの実行は段階108へ分岐
して、この画素の電圧レベルが新たな最大電圧レベルと
してRAM58に記憶される。プログラム実行は次いで段階1
10へ進行し、ここで画素の電圧レベルを従来画像の素子
で出会った最小電圧レベルと比較する。この最小電圧レ
ベルもRAM58に記憶される。この画素が画像で前に出会
った最小電圧レベルにより下の電圧レベルを有している
場合、この画素電圧レベルを段階112で最小レベルとし
て記憶する。このようにして、最も明るい画素の電圧レ
ベルが検出される。
画素を画像で生じた最小及び最大電圧レベルと比較し
た後、段階114で画像の最後の画素を比較したかどうか
がマイクロコンピュータ50により決定される。画像の終
りに到達していない場合、プログラム実行ループは段階
104へ戻り、他の群の画像素子を読出して、平均化と従
前の最小及び最大電圧との比較を行なう。プログラムの
段階104−114から構成されるループにより全画像を処理
した後、実行は段階116へ進む。この時点で、RAM58の指
定記憶位置は現在の画像の最小及び最大電圧レベルVmin
とVmaxを含む。最小及び最大電圧レベルは各々最も明る
い及び最も暗い画素と画像により発生される電圧の範囲
を表わす。情景を照射する方法のため、最も明るい画素
は画像背景により発生され、最も暗い画像は物体により
発生される。
次いで、マイクロコンピュータ50は画像の最小及び最
大電圧レベル間の差を計算し、差がマイクロコンピュー
タ・アナログ入力の動的信号圧域の1/3に等しいかどう
かを決定する。この関係が存在しない場合、プログラム
の実行は段階116から段階118へ分岐し、ここでマイクロ
コンピュータ50は乗算DAC42の利得とセンサ露出間隔の
どちらか又は両方を調節する。これらのパラメータの組
合せ調節は、最小及び最大画像信号電圧(VminとVmax
間の実際の電圧域がマイクロプロセッサの動的信号電圧
域の1/3から偏位している量に比例して画像信号を変更
する。それ故、実際の電圧域がこの動的信号電圧域の割
合より大きい場合、露出及び/又は利得レベルは減少し
て画像電圧域を圧縮する。同様に、実際の電圧域がこの
動的信号電圧域の割合より小さい場合、露出間隔を利得
は増大して画像信号の電圧域を拡大する。これを実行す
るため、マイクロコンピュータは利得の新たな値を計算
し、データ・バス40を介して乗算DAC42内のバッファへ
これを送信する。同様に、マイクロコンピュータ50は画
像センサ30の露出間隔を指示するRAM58内の変数を調節
する。段階118でこれらのパラメータが一旦調節される
と、プログラム実行は段階102へ復帰して新たな画像を
得る。プログラム実行は、利得と露出が調節されて画像
の最も明るい部分と最も暗い部分の差が実質的にマイク
ロプロセッサの動的信号電圧域の1/3に等しくなるまで
その実行部をループする。
画像信号の電圧域が一度正しく調節されると、プログ
ラム実行は段階120へ進み、ここでこの電圧域の平均を
マイクロコンピュータの動的信号電圧域の平均と比較す
る。特に、画像の最大及び最小電圧レベル(Vmin
Vmax)を平均し、動的信号域が零から5ボルトの場合に
結果の値を2.5ボルトと比較する。動的信号電圧域の平
均からの画像電圧域の平均の偏位を段階122で使用して
オフセットDAC36により与えられる画像信号電圧オフセ
ットを調節する。マイクロコンピュータ50はこの偏位を
基に新たな電圧オフセットを計算し、データ・バス40を
介してオフセットDAC36内のバッファへ新たなオフセッ
トをディジタル的に送信する。プレプロセッサ回路35を
調節して出力線路48の画像信号がマイクロコンピュータ
の動的信号電圧域の中央1/3を占有すると、プログラム
の実行は段階124へ進む。
この時点で、プレプロセッサ回路35は被解折物体を含
むサンプル画像用に転正された。次いで、サンプル物体
とその背景の基準輝度レベルの比率を得て、RAM58に被
検査物体の以後の照明の変動を検出するためのベンチマ
ークとして使用する。センサからの出力電圧VSは画像輝
度に直接関係している。しかしながら、マイクロコンピ
ュータ50はこの出力電圧VSを受取らず、センサ出力電圧
VSと変換するプロセッサ回路35により発生される電圧レ
ベルVoutを受取る。信号変換は上式(1)により定義さ
れているため、物体と画像背景の相対輝度レベルは、最
小及び最大画素電圧レベル(VminとVmax)を電圧Vout
して使用して等価画像センサ出力電圧Vsの式を解くこと
により得ることが可能である。段階124で、式を解いてV
MINとVMAX用の等価画像センサ出力電圧VSを発生し、各
々画像背景と物体の相対輝度レベルに直接対応する1対
の数値を発生する。これら2つの等価センサ出力電圧の
比は段階126で得られてRAM56内に記憶される。以後で説
明するように、この比は画像を評価している時照明補償
技術の実行モード時に検索される。又は、VMINとVMAXの
値又はその等価画像センサ出力電圧をこの時点で記憶
し、段階124,126で実行される計算を、以後電圧比を必
要とする時まで延期することも可能である。しかしなが
ら、設定モードでこれからの値を計算することは実行モ
ードでの補償ルーチンの実行速度をあげる利点を有す
る。
以後段階128で、マイクロコンピュータはモード・ス
イッチ70を検査し、操作員が設定モードを出たいと考え
ているかどうかを決定する。スイッチが設定モードにと
どまっている限り、プログラム実行は段階100へ復帰
し、プレプロセッサ調節と輝度比計算過程を繰返す。
モード・スイッチ70が実行モードに変化した時、マイ
クロプロセッサ50は、画像処理されている物体の照明変
動を補償するため信号処理を再調節するルーチンを含む
画像解折プログラムの実行を開始する。第2図を参照す
ると、画像プロセッサ20がI/Oインターフェース52への
入力線53上にトリガ信号を受信すると、画像の取込みと
解折を開始する。マイクロコンピュータ50は、センサに
画像を取込ませる画像センサへの制御パルスを送信する
ことによりトリガ信号に応答する。各センサ検出位置か
らの信号はプレプロセッサ35を介して連続的に読出さ
れ、マイクロプロセッサ50へのアナログ入力に一連の画
素を発生する。これらの画素の各々を受取るにつれ、マ
イクロコンピュータ50は従来の画像解折プログラムを実
行する。例えば、プログラムは各画素の電圧レベルを閾
値と比較して、閾値以上の電圧レベルを有する画素をカ
ウントする。
各画素がマイクロコンピュータの画像解折ルーチンに
より評価されている間、これは又第5図に図示する照明
補償ルーチンによっても処理される。この後者のルーチ
ンの段階140で、現在処理している画素の電圧レベルを
同一画像の従前の画素からの最小及び最大電圧レベルと
比較し、前の最大値以上であるか又は前の最小電圧レベ
ル以下であるかを決定する。比較は第4図の設定モード
・ルーチンの段階106−112と同様のプログラム・ステッ
プの組により実行される。現在の画素電圧レベルが前の
極値の一方を越えている場合、これはRAM58中の前の値
と置換えられ、新たな最大又は最小となる。段階142
で、マイクロコンピュータは画像の最後の画素を処理し
たかどうかを決定する。別の画素が残っている限り、プ
ログラム実行は直ちに画像解折ルーチンへ復帰して他の
画素を処理する。
センサ30からの全ての画像素子を読出すと、照明補償
ルーチンは段階144へ進む。この時点で、画像背景に対
応する電圧レベルが得られる。第3図に図示する例で
は、背景は物体より明るく、物体により発生したものよ
り低い電圧レベルを有する背景を表わす画素を発生す
る。結果として、画像の最小電圧Vminは背景と関係す
る。マイクロコンピュータ50は上式(1)を用いて最小
画素電圧Vminの等価センサ出力電圧VSMINを計算する。
又は、物体が背景より明るい場合、画像の最大電圧Vmax
を背景を表わすレベルとして使用して、マイクロコンピ
ュータはVSMAXを計算する。
等価最小センサ電圧VS minと設定モード時に記憶した
最大及び最小センサ電圧の比から、画像の最大電圧レベ
ルの論理センサ電圧レベルVSREFが段階146で計算され
る。この論理電圧レベルVSREFは理想的には物体の画像
の最暗部に対応する。次いで、マイクロコンピュータは
再び式(1)を用いて段階148で物体の論理センサ電圧
レベルVSREFを等価プレプロセッサ回路出力電圧レベルV
REFに変換する。
論理プレプロセッサ回路出力電圧レベルVREFは現在の
画像の最暗画素からの実際の最大電圧レベルVMAXと比較
される。物体を適正に照らしている時は、最暗の画素は
物体の一部により発生されるべきである。第3C図の電圧
波形に図示するように、物体が画像中に存在する場合、
VMAXのレベルの論理電圧レベルVREFに大体等しい。それ
故、VMAXが物体の理論電圧レベルVREFの90%より大きく
ない場合、マイクロコンピュータは物体が画像中に存在
せず、背景のみが投影されていると結論する。たとえ物
体が存在する時でも、VREFの90%以上の最大電圧レベル
VMAXを発生しない場合には、装置は物体が存在しないと
結論する。物体の光強度が変化した時に生じるように、
第3C図の画像波形は動的信号域の中央にはなく、最大電
圧レベルは論理最大値より大きいことに注意すべきであ
る。
上述したように、画像プロセッサ20は背景が物体より
暗い画像用に構成可能である。この場合第3E図に示すよ
うに、プレプロセッサ回路35の出力の画像信号は第3C図
のものと比較して反転している電圧波形を有する。物体
の画素は背景画素より低い電圧レベルにより表わされる
ため、物体が存在するかどうかを決定するために用いら
れる論理は反転されなければならない。すなわち物体が
存在すると結論するためには、実際の最小画像信号電圧
Vmin(物体に関係)は物体の論理電圧レベルVREFの110
%以下でなければならない。
照明補償技術により使用される電圧レベルは、物体が
存在するかどうかに関する結論に依存している。背景が
物体より明るい第3C図の例に戻ると、物体が存在すると
結論された場合画像の測定最大電圧レベルVMAXが最明画
像レベルとして使用され、この場合以外は物体の論理電
圧レベルVREFが使用される。第5図の段階150で、VMAX
の値が理論電圧レベルVREFの90%を越えない場合、装置
は画像中に物体が存在しないと結論する。この場合、フ
ログラムは段階152へ分岐し、ここでVMAXの値は論理電
圧レベルVREFの値により置換えられる。それ故、照明補
償ルーチンの残りの部分では、論理電圧レベルが物体の
最暗画素の実際の電圧レベルの代わりに使用される。し
かしながら、画素を検査して前に決定したVMAXの値が物
体の電圧の理論値の90%を越えている場合、補償技術の
残りの部分では実際の値が使用される。
VMAXの値を一度選択すると、プログラムは段階156へ
進み、ここでVMINの実際の値とVMAXと選択値との間の差
を決定し、マイクロコンピュータ50の動的信号電圧域の
1/3に等しいレベルと比較する。物体の照明に実質的な
変化が発生した場合、VMAXとVMINのレベル間の差はマイ
クロコンピュータの動的信号電圧域の1/3から相当異な
っている。この場合には、プログラムは段階158へ分岐
し、乗算DAC42の利得GADCと露出時間を偏位量に比例し
て調節する。VMAXとVMIN間の差が動的信号電圧域の1/3
と実質的に等しくなる前には、利得と露出時間変更過程
の何回かの相互作用を必要とする。
段階160で、VMAXとVMIN間の平均を計算し、マイクロ
コンピュータの動的信号電圧域の平均と比較する。計算
した平均が動的信号電圧域の平均と実質的に一致しない
場合、プログラムは段階162へ分岐し、オフセットDAC36
の出力を調節して、2つの平均を一致させる。従って、
段階56−62は、物体に当る光の強度の変化による画像信
号の変動を補償するため、マイクロコンピュータ50のア
ナログ入力へ印加される信号の調節を行なう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を含む画像プロセッサを有するプログラ
マブル・コントローラ装置の図式表現、第2図は画像プ
ロセッサの電気回路の概略ブロック線図、第3A図から第
3E図までは第2図の回路の異なる点の画像信号と、異な
る画像の信号を示す図、第4図は本照明補償機構の設定
の流れ図、第5図は照明補償機構の動作の流れ図であ
る。 符号の説明 10……プログラマブル・コントローラ、13……プロセッ
サ・モジュール、15……直流入力モジュール、16……ア
ナログ入力モジュール、18……物体、20……画像プロセ
ッサ、21……レンズ、30……画像センサ、34……加算増
幅器、35……プレプロセッサ回路、36……オフセットDA
C、42……乗算DAC、46……画素平均器、50……マイクロ
プロセッサ、60……アドレス・デコーダ、62……出力DA
C、64……電流トライバ、66……スイッチ・インターフ
ェース、68……構成スイッチ。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像の背景に対応する第1極値レベルと、
    画像の中の物体の存在に対応する第2極値レベルを有す
    る画像信号への照明変動により生じた効果を補償する装
    置において、 上記物体を含む既知の基準画像から得られた基準値であ
    って、上記第1極値レベル用の第1基準値と上記第2極
    値レベル用の第2基準値との間の比を示す比データを格
    納する手段と、 上記画像信号の第1極値レベルを検出する手段と、 上記画像信号の第2極値レベルを検出する手段と、 上記格納された比データと上記画像信号の上記検出され
    た第1極値レベルとから上記画像信号の論理極値レベル
    を算出する手段と、 上記画像信号の第2極値レベルと上記論理極値レベルと
    を比較して、上記第2極値レベルが少なくとも上記論理
    極値レベルの所定パーセンテージ以内である時に上記画
    像中の物体の存在を決定し、さらに上記第2極値レベル
    が上記論理極値レベルの上記所定のパーセンテージ以外
    の時に上記画像中に物体が存在しないとみなす手段と、 上記物体が画像中に存在するとみなされた時は上記ゲイ
    ンとオフセットとの調整は上記第2極値レベルに基づい
    て、また上記画像中に上記物体が存在しないとみなされ
    た時は上記ゲインとオフセットとの調整は上記論理極値
    レベルに基づいて、画像信号レベルを検出する手段の利
    得とオフセットとを調整して画像信号レベルの振幅を所
    定の領域に維持する手段と を含む照明変動により生じた効果を補償する装置。
  2. 【請求項2】画像の背景に対応する第1極値レベルと、
    画像の中の物体の存在に対応する第2極値レベルを有す
    る画像信号への照明変動により生じた効果を補償する方
    法において、 上記物体をを含む既知の基準画像から得られた基準値で
    あって、上記第1極値レベル用の第1基準値と上記第2
    極値レベル用の第2基準値との間の基準値の比を設定
    し、 上記画像信号の第1極値レベルを検出し、 上記画像信号の第2極値レベルを検出し、 上記基準値の比と上記画像信号の上記検出された第1極
    値レベルとから上記画像信号の論理極値レベルを算出
    し、 上記画像信号の第2極値レベルと上記論理極値レベルと
    を比較して、上記第2極値レベルが少なくとも上記論理
    極値レベルの所定パーセンテージ以内である時に上記画
    像中の物体の存在を決定し、さらに上記第2極値レベル
    が上記論理極値レベルの上記所定のパーセンテージ以外
    の時に上記画像中に物体が存在しないとみなし、 上記物体が上記画像中に存在するとみなされると、上記
    第2極値レベルに基づいて上記画像信号レベル検出ステ
    ップのゲインとオフセットを調整して上記画像信号の振
    幅を所定の領域に維持するよう調整し、 上記物体が上記画像中に存在しないとみなされると、上
    記論理極値レベルに基づいて、上記画像信号レベル検出
    ステップのゲインとオフセットを上記画像信号レベルの
    上記振幅を維持するように調整する、 ステップを含む画像信号への照明変動により生じた効果
    を補償する方法。
  3. 【請求項3】第1項に記載の装置において、 上記画像中の上記物体の存在が上記背景により生成され
    る画像レベルよりも数値的に大きな画像レベルを生成
    し、 上記背景に対応する上記第1極値レベルは最少画像信号
    レベルであり、 上記物体に対応する上記第2極値レベルは最大画像信号
    レベルであり、 上記最大画像信号レベルが上記論理極値レベルの90パー
    セント以上の時に上記物体が上記画像中に存在するとみ
    なす、 ことを特徴とする装置。
  4. 【請求項4】第1項に記載の装置において、 上記画像中の上記物体の存在は上記背景で生成される画
    像レベルよりも数値的に小さい画像レベルを生成し、 上記背景に対応する上記第1極値レベルは最大画像信号
    レベルであり、 上記物体に対応する上記第2極値レベルは最少画像信号
    レベルであり、 上記最少画像信号レベルが上記論理極値レベルの110パ
    ーセント以下の時に上記物体が上記画像中に存在すると
    みなす、 ことを特徴とする装置。
  5. 【請求項5】第2項に記載の方法において、 上記画像中の上記物体の存在は上記背景で生成される画
    像レベルよりも数値的に大きな画像レベルであり、 上記背景に対応する上記第1極値レベルは最少画像信号
    レベルであり、上記物体に対応する上記第2極値レベル
    は最大画像信号レベルであり、上記最大画像信号レベル
    が上記論理極値レベルの90パーセント以上の時に上記物
    体が上記画像中に存在するとみなす、 ことを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】第2項に記載の方法において、 上記画像中の上記物体の存在は上記背景で生成される画
    像レベルよりも数値的に小さい画像レベルを生成し、 上記背景に対応する上記第1極値レベルは最大画像信号
    レベルであり、 上記物体に対応する上記第2極値レベルは最少画像信号
    レベルであり、 上記最少画像信号レベルが上記論理極値レベルの110パ
    ーセント以下の時に上記物体が上記画像中に存在すると
    みなす、 ことを特徴とする方法。
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