JP2743509B2 - フロック計測装置の２値化閾値決定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、フロック計測装置で画像を２値化する際の
２値化閾値決定方法に関し、特に、検出部の水中カメラ
の照明を並列対向方式とするフロック計測装置の２値化
閾値決定方法に関する。

B.発明の概要 本発明は、検出部の水中カメラの照明を並列対向方式
とするフロック計測装置でフロック画像を２値化する際
の２値化閾値決定方法において、 フロック画像の濃度ヒストグラムから所定の公式で２
値化閾値を決定することにより、 カメラの相違を考慮した２値化閾値を決定し、形成状
態の異なるフロックに対しても、連続的にフロックの面
積や個数を計測する場合にも、簡便な処理で、所要のフ
ロックをすべて認識する技術を提供するものである。

C.従来の技術 フロック計測装置は、第５図に一般的な構成を示すよ
うに、フロック形成池51で浮遊しているフロックを検出
する水中カメラ検出部52と、フロックを認識する画像処
理装置53と、画像処理装置のデータを格納しているホス
トコンピュータ54とから成る。検出部52と画像処理装置
53とは密接な関係にあり、特に、水中カメラ検出部52で
はその照明方式が重要になる。例えば、計測の対象とな
る画像の輝度バランスが一様でないと、２値化処理を旨
く行えない。そのため、濃度処理やフィルタ処理などの
複雑な前処理をしなければならない。

２値化処理方法については、従来から多種多様な方法
が考案されていて、特に画面の殆どを背景として画面上
に点在するフロック画像等の認識を企図する２値化方法
としては下記のようなものがある。

第６図は、画像全体の輝度ヒストグラムを示す説明図
である。図（ａ）に示すようなモニタ画面61に黒以上の
輝度を有するフロック62が点在する場合、その画面輝度
ヒストグラムは図（ｂ）に示すようになる。同図（ｂ）
において、縦軸は画素数比（％）を示し、横軸は映像信
号をA/D変換して得られる輝度レベルを255階調に区分し
て示している。この輝度ヒストグラムでは、斜線部分が
全体の80〜90％を占めていることが判る。この分布か
ら、画像を画面上の黒又は白に対応する“0"又は“1"の
２値に変換する際の閾値を決定するには、一般的に、ク
ラスター法,P−タイル法，微分ヒストグラム法，クラス
ター法と微分ヒストグラム法との組合わせ法など各種の
方法がある。

クラスター法は輝度ヒストグラムに２つの山が現れた
とき、その谷間を閾値とする方法で、２つの山の分布が
正規分布であるならば、この方法で閾値を決定できる
が、フロック画像では山が対称的に現れる場合は殆どな
く、フロック画像の如く背景が圧倒的な部分を占める画
像に対しては有効ではない。

Ｐ−タイル法は、全体画像に対する２値化画像の割合
が予め判っている場合に適用される方法であるが、フロ
ック画像のように、その割合が常に変化するものに対し
ては有効でない。

微分ヒストグラム法（二次微分によるラプラシアンヒ
ストグラム法を含む）又はクラスター法と微分ヒストグ
ラム法との組合わせ法は、第７図に示す如く、画面上の
フロック画像71をＸ軸方向に走査したとき、画像の中心
に対応する輝度変化72は二次微分の絶対値が大きく、周
辺に対応する輝度変化73は一次微分の絶対値が大きいこ
とを利用したもので、画像の周辺部分の輝度変化は少な
いけれども背景の輝度変化に対しては２値化の閾値とみ
なすことができ、フロック画像のように背景部分が圧倒
的に多い画像に対しては適していると考えられる。た
だ、この方法では、微弱なノイズが強調され、フロック
以外のものまで認識してしまうという難点がある。

このように多種多様の２値化処理方法が考案されてい
るが、いずれも一長一短があり、フロック認識に最適の
２値化方法が待望されいた。

D.発明が解決しようとする課題 そのような要求に答えて、フロック計測装置における
２値化処理の前処理として閾値を算出し、その値にもと
づいてフロック画像を２値化処理する方法が、本件出願
人の提案に係る実願昭63-80165号の並列対向型照明器に
よるカメラ視野範囲（例えば縦50mm×横52mm）に輝度ム
ラを生じない照明方式で可能になっている。

第８図は、並列対向型照明器の概略説明図で、同図
（ａ）に正面図を示す一対の投光器81a,81bが同図
（ｂ）に示す如くスクリーン82の両脇に配設され、光フ
ァイバ83に導光された光84がスクリーン82手前のフロッ
クを照射し、これをカメラ85で撮像するものである。図
中のスクリーン82は黒色で、投影されるフロックは黒色
以上の輝度で映し出される。２値化処理は、ある輝度階
調に閾値を設定し、その値よりも低い輝度の画像“0"
（黒）に変換し、その値以上の輝度の画像は“1"（白）
に変換する。

第９図は、フロック画像の１画面を示すグラフで、横
軸が輝度（濃度）を示し、縦軸が画素個数を示してい
る。図中（ａ）は輝度と画素個数の関係を示し、図
（ｂ）はそれに加えて輝度と対数密度関数ｆ（Ｘ）の関
係を示している。尚、１画素は画像の単位であり、それ
ぞれ輝度（濃度）情報を持っている。図中斜線部分はフ
ロック以外の背景部分を示し、その領域は画面（フロッ
クの大きさやフロックの密度等の影響等）によって常に
変化する。従って、フロックの面積や個数を計算するに
は、斜線領域の限界を示す閾値Siも各画面に応じて最適
の値を算出する必要がある。

本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもの
で、カメラの相違を考慮した２値化の閾値を決定し、形
成状態の異なるフロックに対しても、連続的にフロック
の面積や個数を計測する場合にも、簡便な処理で、所要
のフロックをすべて認識可能なフロック計測装置の２値
化閾値決定方法を提案することを目的としている。

E.課題を解決するための手段 本発明における上記課題を解決するための手段は、水
中カメラ検出部の照明方式を並列対向型とし、所定の閾
値によりフロック画像の２値化処理を行うフロック計測
装置の２値化閾値決定方法において、所要の範囲内で対
数平均輝度の値により重みづけされた値を該フロック画
像の閾値とする２値化閾値決定方法であって、各濃度
（輝度）Ｘから対数平均値μ及び対数標準偏差σを演算
し、撮影カメラの特性係数a,実験により決まる実数ｎと
してフロック画像の２値化の閾値Siを決定する式が、 Si（μ）∝（μ＋ａ・σ＋0.2・σ/LOG（ｎ）） であり、算出閾値Siと最適閾値TSiの標準誤差Gsを算出
する式が Gs＝（Si−TSi）÷TSi であり、標準誤差と輝度積算和との関係から求まるA,B
の値を第４図の値として最適閾値TSiを算出する式が TSi＝Si÷｛１＋（Ａ×Kw＋Ｂ）｝ であることを好適とするものである。

F.作用 本発明は、水中カメラ検出部の照明を並列対向型とす
るフロック計測装置でフロック画像を２値化する際、フ
ロック画像の濃度ヒストグラムから所定の公式で２値化
閾値を決定するものである。

第９図（ａ）に示す如く、並列対向型照明方式による
フロックが画像は低輝度の方に偏っていて、対数平均値
及び対数標準偏差を計算し、対数密度関数を描くと同図
（ｂ）に示すようになり、フロック画像を撮像するカメ
ラの特性を考慮する係数をａとすると前記対数平均値μ
及び対数標準偏差σと閾値Ｓとの関係から、 μ＋σ×ａ≦Ｓ≦μ＋σ×（ａ＋0.2）の範囲内に閾
値Ｓが入ることがわかった。この範囲内の閾値で対数平
均輝度の値によって重みづけされた値（整数）を該フロ
ック画像の閾値とすれば、フロック画像をその閾値によ
り２値化することができる。

G.実施例 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は、本発明の２値化閾値決定方法の一例を示す
工程図である。本実施例は第５図に示したフロック計測
装置により実施されるもので、工程はまず、前記水中カ
メラ検出部52でフロックを撮像し、１画面の画像データ
を入力する。次に、その画像データに基づいて前記画像
処理装置53で濃度ヒストグラムを作成する。該ヒストグ
ラムは前記ホストコンピュータ54に入力され、下記の演
算を行わせる。

（１）フロック画像１画面の輝度積算和（Kw）の算出、 （２）計算閾値（Si）の算出、 （３）最適輝度相関式による最適閾値（TSi）の算出。

上記各演算が終了すると、ホストコンピュータ54は、
最適閾値（TSi）によって画像処理装置53に２値化処理
を行う命令を出し、２値化処理を行う。

第２図は、第８図に示した並列対向型照明器によって
フロック群に光をあてた画像の濃度ヒストグラムを示す
グラフである。同図において、横軸はフロック画像の輝
度を示し、縦軸は画素個数を示す。まず、各輝度Ｘ（濃
度;0〜255）毎の画素個数から対数平均値μ及び対数標
準偏差σを計算し、公知の対数密度関数式 に値を代入する。

一方で、作用欄で述べた公式 μ＋σ×ａ≦Si≦μ＋σ×（ａ＋0.2） にも値を代入して重ねると、第３図に示す如くになる。
この公式によりフロック画像の閾値範囲が算出され、そ
の範囲内で下記の式により対数平均輝度による重みづけ
を行う。

Ｓ（μ）∝（μ＋ａ・σ＋0.2・σ/LOG（128）） ……（１） この結果得られた閾値Ｓ（μ）を、対象となるフロッ
ク画像の閾値Siとする。

この閾値Siを使用して２値化処理を行うことにより、
並列対向型照明器による画面視野範囲内のシェーディン
グを解消し、下記の効果が生ずる。

（１）画面内に点在するフロックをすべて認識可能とな
る（但し、画素解像度と関係があるため、200μｍ以上
のフロックに関する）。

（２）輝度（濃度）ヒストグラム値から対数平均値と対
数標準偏差を算出し、前記式（１）によって２値化閾値
を得ることができる。

（３）従って、形成状態の異なるフロック画像にもそれ
ぞれの輝度（濃度）ヒストグラムから最適の閾値を得る
ことができる。

（４）更に上記（３）により、フロックの面積や個数を
連続的に計測する際にも、コンピュータ等で自動的に最
適の閾値を算出することにより連続計測が可能となる。

（５）２値化の際に濃度変換やフィルタ処理の必要性が
なくなり、処理が簡便になる。

ところで、上記処理では、式中にカメラの特性を考慮
するための項ａが含まれている。この項ａは、カメラを
取り替えた場合、その値の調整が必要で、煩わしいこと
もある。そこで、この項ａ＝0.9に固定してカメラに対
する調節を不要にする方法が考えられる。

前記式（１）によって算出された閾値を計算閾値Siと
し、第２図で実測された最適の閾値を最適閾値TSiと
し、その標準誤差をGsとすると、 Gs＝（Si−TSi）÷TSi ……（２） これを変形すると、 TSi＝Si÷（１＋Gs） ……（３） となり、更に、第２図中の横軸とそれに対応する縦軸の
値の積の和をフロック画像１画面の輝度積算和Kwとし、
標準誤差Gsを縦軸にとり、輝度積算和Kwを横軸にとる
と、第４図に示す特性が得られ、非常に良好な相関関係
が存在することが判明する。そこで、この式（３）に、
前記式（１）で得られた計算閾値Siを代入すれば、 TSi＝Si÷｛１＋（Ａ×Kw＋Ｂ）｝ ……（４） となる。

即ち、第４図での関係式は、 Ｙ＝Ａ・（Ｘ＋Ｂ） ……（５） であり、ここで、ＹはGs,XはKwと読み替えることができ
るので、（５）式は次のようになる。

Gs＝Ａ・Kw＋Ｂ ……（６） 但し、Y:標準誤差、A,B:定数、X:輝度積算和 この（６）式を（３）式に代入すると（４）式とな
り、最適閾値TSiが算出される。またこの方法では、カ
メラの違いを調整しなくてもよく、カメラを交換しても
係数を変更することなく最適な閾値の算出を行うことが
できる。

H.発明の効果 以上説明したとおり、本発明によれば、カメラの相違
を考慮した２値化閾値を決定し、形成状態の異なるフロ
ックに対しても、連続的にフロックの面積や個数を計測
する場合にも、簡便な処理で所要のフロックをすべて認
識可能なフロック計測装置の２値化閾値決定方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程図、第２図及び第３図
は実施例の輝度ヒストグラム、第４図は標準誤差と輝度
積算和の関係を示すグラフ、第５図はフロック計測装置
の構成図、第６図は輝度ヒストグラムの説明図、第７図
はフロック輝度変化の説明図、第８図は並列対向型照明
器の説明図、第９図は輝度と画素個数の関係のグラフで
ある。 51……フロック形成池、52……検出部、53……画像処理
装置、54……ホストコンピュータ、81……投光器、82…
…スクリーン、83……光ファイバ、84……光、85……カ
メラ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中カメラ検出部の照明方式を並列対向型
   とし、所定の閾値によりフロック画像の２値化処理を行
   うフロック計測装置の２値化閾値決定方法において、フ
   ロック画像の輝度（濃度）ヒストグラムから対数平均値
   （μ）、対数標準偏差（δ）を算出し、撮影カメラの特
   性係数（ａ）を考慮した閾値（ｓ）が μ＋δ×ａ≦Ｓ≦μ＋δ×（ａ＋0.2） の範囲内で、且つ対数平均輝度の値によって重みづけさ
   れた値をフロック画像の閾値とすることを特徴とするフ
   ロック計測装置の２値化閾値決定方法。
2. 【請求項２】水中カメラ検出部の照明方法を並列対向型
   とし、所定の閾値によりフロック画像の２値化処理を行
   うフロック計測装置の２値化閾値決定方法において、フ
   ロック画像の輝度（濃度）ヒストグラムから対数平均値
   （μ）、対数標準偏差（δ）を算出し、且つフロック画
   像を撮像するカメラの特性を考慮した係数をa,実験によ
   り決まる実数ｎとしたとき、閾値Siを Si（μ）∝｛μ＋ａ・δ＋0.2・δ/log（ｎ）｝ の式によってフロック画像の２値化閾値を求めるように
   したことを特徴としたフロック計測装置の２値化閾値決
   定方法。
3. 【請求項３】請求項（２）に記載のフロック計測装置の
   ２値化閾値決定方法において、フロック画像１画面の輝
   度積算和（Kw），標準誤差と輝度積算和との関係から求
   まった値A,Bとして最適閾値TSiを TSi＝Si÷｛１＋（Ａ×Kw＋Ｂ）｝ の式により算出することを特徴とするフロック計測装置
   の２値化閾値決定方法。