JP3449469B2 - 色・形状識別方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体が有する色・
形状を自動的に識別する方法及び装置に関し、特に廃ガ
ラスビンを再資源化するために形・色を識別するビンの
色・形状識別方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の色及び形を機械により自動的に識
別・判定する方法と装置が種々の産業の様々な工程で必
要とされ、多数開発されてきた。特に、使用済みガラス
ビンや合成樹脂製のビンを回収して再利用するときには
ガラス等に付された色により回収価値が異なるため、ガ
ラス等の色に従って異なる工程で処理する必要がある。
また、種類によっては洗浄を経て再使用する場合がある
ため、ガラスビン等の形に従って分別できることが望ま
しい。このように、ガラスビン等の形状及び色によりガ
ラスビン等の処理工程を特定し、選別する必要がある。
そこで作業者がガラス等の色及び形を判別し、手作業で
ビンを分別しているが、作業環境は良好とは言い難くこ
の分別工程を機械化する要求が強い。この工程の機械化
に欠かせない技術がガラスビン等の色及び形の自動判別
である。

【０００３】従来、ガラスビン、プラスチックボトルな
どの透過性物体の色及び形を識別するものとして、透過
光照明とＣＣＤカメラなどの撮像装置によって画像を取
得し識別する方法が採られている。しかし、流通してい
るガラスビンは色の種類や肉厚によって光の透過率が大
きく異なる。従って、一定の照明光をビンに照射して撮
像すると個々のガラスビンによって透過光量が異なるた
め、レンズ絞りを一定にした撮像装置で全てを識別する
ことは難しい。

【０００４】たとえば、透過率の小さいガラスビンの色
や形を識別するのに適した照明量に設定すると、透過率
の大きなガラスビンではカメラに入射する光量が多すぎ
てハレーションを起こし、ビンの色、形を判別できな
い。逆に透過率の大きいガラスビンの色を識別するのに
適した照明量に設定すると、透過率の小さいガラスビン
の色を識別するに十分な透過光を得られない。そのた
め、カメラの絞りを対象物によって変更する、または露
出の異なる複数のカメラを用いるなどして透過率の違い
に対応するか、透過光量を検出して光源を適切な光量に
調整する必要があった。また、回収された廃ガラスビン
にはラベルが貼付されていたり汚れが付着していたり内
容物が残っていたりして透過光が一部遮蔽されている場
合も多く、色の識別効率が上がらないこともあった。

【０００５】このような問題を解決する方法として、た
とえば特開平１０−５４７６２公報には、ビンを透過し
た透過光をビーム分割素子によって上下２つに分割し、
その片側にフィルターを作用させて減光することによ
り、透過率の異なるビンでも減光された領域、減光され
ていない領域のどちらかを用いることで色の判定を行う
ことができるようにした発明が開示されている。しか
し、この開示発明は対象物の形状や姿勢を検出しないた
め、色の判別位置を適切に設定できず、貼付されている
ラベルや残留している内容物、ビンに付着した汚物の影
響を受ける可能性が高く、色判別効率が悪い。また、ビ
ーム分割素子は高価であり、像を上下２つ得るには調整
が難しいため、設置、維持にコストがかかるという問題
がある。また、この開示発明では形状の判定を行わない
ため、洗浄すればそのまま再使用できる特定の形状のガ
ラスビンを選別して取り出すことができない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、透過率もしくは反射率の異なる物
体の色及び形状を一つのカラー撮像装置で撮像して識別
する方法及び装置を提供するところにある。特に透過光
を利用して透過性物体の色及び形状を識別する方法及び
装置であって、再生利用や再使用を目的としてガラスビ
ンを色及び形状に基づいて自動分別する装置に適用でき
る色・形状識別方法と装置を提供するところにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の色・形状識別方法は、対象物を透過または
反射した光を２面以上の鏡面を持つ複数面鏡もしくは複
数の反射鏡に反射させることでカラー撮像装置に複数の
像を結像し、その光路中に相当する数の減光フィルター
を設置して光透過率の異なる複数の減光領域を作り、
色、形それぞれについて適した領域において色・形状を
識別するようにしたことを特徴とする。コンベア等の搬
送装置で順次供給される廃ガラスビンを対象とすること
が可能である。

【０００８】上記課題を解決するため、本発明の色・形
状識別装置は、照明光を搬送装置に支持された対象物に
照射する照明装置と、対象物を透過もしくは反射した光
を複数面鏡もしくは複数の反射鏡及び減光フィルターを
介して受光するカラー撮像装置を備え、撮像装置が複数
面鏡もしくは反射鏡に反射され減光フィルターを透過し
た光を検出し、減光フィルターによって適切な光量に調
節された光に基づいて対象物の色及び形状を識別するこ
とを特徴とする。

【０００９】なお、カラー撮像装置はカラーＣＣＤカメ
ラとし、カメラの水平走査が対象物の軸方向に対して垂
直に行われるように撮像装置及び対象物を設置すること
が好ましい。また、搬送装置はコンベア装置や輸送ロボ
ットなど順次廃ガラスビンを搬送するようなものとする
ことができる。さらに、前記複数面鏡は二面鏡とし、そ
れぞれの光路中に挿入される２つの前記減光フィルター
のうち一方は例えば透過率約１０％などの透過率の小さ
な減光フィルター、他方は例えば透過率約１００％など
の透過率の大きな減光フィルターとすることができる。
前記二面鏡は別々に設置された２枚の鏡であっても良い
ことは言うまでもない。

【００１０】本発明の色・形状識別方法によれば、対象
物の映像が透過率の大きいフィルター及び透過率の小さ
いフィルターを介して得られるため、対象物の透過率が
測定毎に異なる場合でも光源の光量やカメラの絞り、シ
ャッタースピード等を設定し直すことなく色及び形状の
識別が可能である。このため、カメラの設定を撮像の度
に変更したり、複数のカメラを設置する必要がなく、安
価な色・形状識別装置を提供することができる。透過光
を複数得る手段として複数面鏡もしくは複数の反射鏡を
用いているため、撮像装置に結ぶ像の調整や視野サイズ
の調節が容易であり、運用コストを安価に抑えた色・形
状識別装置を提供することができる。

【００１１】透過率の小さい、すなわち色の濃いビンに
ついては透過率の大きい減光フィルターを通した像から
色を判定し、透過率の大きい、すなわち色の淡いビンに
ついては透過率の小さい減光フィルターを通した像から
色を判定することで、様々な透過率の廃ガラスビンの色
を機器の再調整を行うことなく高い精度で識別すること
ができる。なお、有色のガラスビンについては色毎に最
適な減光率が存在するが、透過率の小さい減光フィルタ
ーの減光率を約１０％に設定すると、現状対象とする淡
色のガラスビンのほとんどが判定可能になるので便利で
ある。また、特に廃ガラスビンにおいては、透過率の小
さい減光フィルターを介した減光領域の撮像からガラス
ビンの形を捉え、登録してあるビンと照合して分別する
ことができる。さらに、検出した既知のビンの形状や一
般的なビン形状をもとにビンの色判定がしやすい領域、
たとえばビンの底に近い部分や口に近い部分などのラベ
ルが貼られない小領域を設定し、この小領域において色
の判定を行うようにすることができる。

【００１２】形状の判定に用いる減光フィルターは透過
率約５％に設定しても良い。また、色判定のための小領
域を設定せず、ガラスビン全体を色判定領域に設定し色
判定を行う場合においても、透過率の小さい減光領域で
識別した形状をもとに任意の減光領域における像で色判
定を行うことにより、ガラスビン全体の輪郭をより正確
に設定でき、正確な色判定が可能となる。ここで、カラ
ーＣＣＤカメラの水平走査の走査方向をビンの軸方向に
垂直に設定すると、インターレース走査のカメラの単一
フィールドのみの利用でもガラスビンの幅方向の形状を
高精度に計測できる。また、複数面鏡や複数の反射鏡に
よって像を複数映す際、カメラの水平走査方向にビンの
像が並ぶようにすると、形状計測に用いる像と色識別に
用いる像の位置関係が対応するため正確な色判定領域の
設定が可能になる。

【００１３】なお、減光フィルターにインコネル蒸着板
を用いると、波長に依存する減光率の偏りが小さいた
め、減光フィルターを介した物体色についても補正せず
に正確な色の判定を行うことができる。さらに、機器の
小型化のため撮像装置のレンズに短焦点レンズを用いる
場合、撮像装置の光軸の中心部に形状測定に適した透過
率の減光フィルターを介した像が位置するように設置す
ると、形状測定の際の歪みを小さくすることができる。
対象物を搬送する装置にガラスビンを測定位置に順次搬
入し、測定後搬出する搬送装置を採用すると、廃ガラス
ビンの選別工程において人の手を介することなく安価で
高速に廃ガラスビンの選別を行い、廃ガラスビン再生処
理工程に分別供給することができる

【００１４】

【発明の実施の形態】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明にかかる色・
形状識別方法と装置を詳細に説明する。図１は本発明の
色・形状識別装置の１実施例を示す概観図、図２は画像
処理画面のイメージ図、図３は減光フィルターの１形態
の概念図、図４は色・形状識別の手順を示すチャート図
である。

【００１５】図１において、照明装置１から照射された
光がコンベア２に搬送される廃ガラスビン３を透過し、
二面鏡４に反射して減光フィルタ５を透過し、カラーＣ
ＣＤカメラ６に受光されて画像処理装置７およびモニタ
ＴＶ８にデータとして送られる。照明装置１は例えばパ
ネル照明など、広範囲を白色光で均一に照らす照明装置
である。照明装置１から照射された光は、コンベア２に
よって左右に転がらないように規制されながら運ばれて
きた廃ガラスビン３を透過し、二面鏡４で反射される。
二面鏡４は照明装置１から照射され廃ガラスビン３を透
過した光をそれぞれ正確に減光フィルター５の２つの領
域に照射するように角度を調整されている。二面鏡４に
よって分離された２つの透過光はそれぞれ減光フィルタ
ー５の透過率の異なる領域を透過してカラーＣＣＤカメ
ラ６に入射し、カラーＣＣＤカメラ６に２つの像を結
ぶ。カラーＣＣＤカメラ６によって撮像された像は画像
データとして画像処理装置７に転送され、色・形状を識
別するアルゴリズムによって色・形状を判定されると共
に、モニタＴＶ８に映し出される。

【００１６】モニタＴＶ８に映し出される画像の一例が
図２に示されている。モニタ画像の中心部に透過率の小
さい減光フィルターを透過した減光領域、その隣に減光
率の大きい減光フィルターを透過した減光領域がそれぞ
れ映し出されている。カラーＣＣＤカメラ６は二面鏡４
によって並列に並べられた廃ガラスビン３の２つの像の
幅方向の対応する部位を一度に走査するよう水平走査方
向が設定されている。これにより、インターレース方式
のカメラを用いた場合にも寸法精度の良い水平走査によ
り径方向の計測ができるので、廃ガラスビン３の形を正
確に識別すると共に画像処理装置７に保存されているビ
ンの形状データと照合させるのに必要とされる正確な寸
法データを取得することができる。また、二面鏡４によ
って分離された２つの像の対応する部分を一度の走査で
撮像するため、画像処理装置７で２つの画像イメージを
対応させることが容易になる。

【００１７】なお、機器の小型化等の目的でカラーＣＣ
Ｄカメラ６に短焦点カメラを用いる場合など、撮像の際
に形状のひずみが大きくなる可能性があるときは、カメ
ラの視野の中心付近に形状の判定のための像を映すよう
に装置を設定する等、形状判定のための像を撮像する位
置を適切に設定すると形状判定のための像の歪みが小さ
くなり、便利である。

【００１８】図３は減光フィルターの１形態を示す概念
図である。図の右半分１０は透過率の小さい減光部分、
左半分１１は透過率の大きい減光部分になっている。減
光フィルターの右半分１０は透過率約１０％に設定され
ており、このフィルターを通して撮像装置で撮像する場
合はカメラの絞りを絞って撮影すると同等の効果を得ら
れるようになっている。この領域を介して撮像された像
は、あらゆるガラスビンの形状の識別に用いられると同
時に無色、淡青色など淡色のガラスビンの色の判定に用
いられる。減光フィルターの左半分１１は透過率約１０
０％に設定されており、この領域においては廃ガラスビ
ンを透過した光全てを撮像装置に透過する。この領域を
介して撮像された像は黒、茶色など濃色のガラスビンの
色の判定に用いられる。

【００１９】透過率約１００％の領域を介して淡色のガ
ラスビンを撮像すると透過光量が過多になりハレーショ
ンを起こすため、色、形状とも正確に判定することはで
きない。逆に透過率約１０％の領域を介して濃色のガラ
スビンを撮像すると、色判定のために十分な光量を得る
ことができず、正確な色を識別することができない。形
状判定のためには少量の透過光で十分正確な輪郭が得ら
れるため、濃色のガラスビン、淡色のガラスビン共に透
過率約１０％の領域を介して撮像された画像で処理する
のが便利である。なお、透過率約１０％の減光フィルタ
ーによって現状対象とするほとんどの淡色のガラスビン
について色判定を行うことができるため、透過率の小さ
い減光フィルターは透過率約１０％とするのが特に好ま
しい。

【００２０】減光フィルターには、透明ガラス板にイン
コネルを蒸着したインコネル蒸着板を用いるのが好まし
い。減光フィルターは、図３のように一枚のフィルター
を部分的に減光処理することで減光率の差を設けても良
いし、減光率の異なる２枚のフィルターを並置すること
で目的を果たしても良い。

【００２１】図４は本実施例における色・形状識別の手
順を表すチャート図である。該図は主に画像処理装置内
で行われる色、形状の判別手順を示している。カラーＣ
ＣＤカメラ６から出力された画像を取り込み（Ｓ１）、
透過率の小さい減光領域の画像で形状を識別し（Ｓ
２）、ビンの種別・姿勢を判定する（Ｓ３）。判定され
たビンの種別や形状を判定結果として出力する（Ｓ７）
と共に、ビンの形状に基づき色検出部位を設定する（Ｓ
４）。設定された色検出部位について、ビンの色濃度に
応じ、透過率の小さい減光領域（Ｓ５）もしくはほとん
ど減光されていない領域で色の判定を行い（Ｓ６）、判
定結果として出力する（Ｓ７）。なお、図では透過率の
小さい減光領域を「減光領域」、ほとんど減光されてい
ない領域を「非減光領域」と表記したが、これはそれぞ
れ前者と同意とする。

【００２２】以下、本実施例の色・形状識別装置におけ
る色・形状判定の手順を説明する。照明装置１から照射
され、廃ガラスビン３、二面鏡４、減光フィルター５を
経てカラーＣＣＤカメラ６によって撮像された画像は、
画像処理装置７に送られる。画像を受け取った画像処理
装置７はまず透過率の小さい減光領域を撮像した暗い画
像を用いてガラスビンの形状を判定する。このとき、画
像処理装置７に予め記憶されている特定のガラスビンの
形状と一致した場合、その情報を図示していない制御装
置に出力する。予め記憶されているガラスビンの形状と
一致しない場合、一般的なガラスビンの形状のデータを
もとに廃ガラスビン３のサイズ、姿勢等を判断し、図示
していない制御装置に出力する。

【００２３】また、識別された廃ガラスビン３のサイ
ズ、姿勢等をもとにビンの底付近や口付近など通常ラベ
ルが貼られず、汚れの付着しにくい部位を識別し、色検
出部位とする。色検出部位を設定することで、ラベルや
汚物などによって照射光が遮蔽され、色情報を検出でき
ない危険性が著しく低下し、色検出効率が大幅に改善す
る。なお、色検出部位をガラスビン全体に設定してもよ
い。この場合はガラスビン全体の色信号の積算値から色
を判定するので、ラベルや不透明の汚物によって遮蔽さ
れた部分のデータが無視されると共に、透過性の汚物や
内容物によって数値が攪乱される割合も小さくなるた
め、ラベル・汚れや残留した内容物等によって生じる誤
差が小さくなるという利点がある。

【００２４】色検出部位の透過率約１００％もしくは約
１０％における光量を測定に基づいてビンの色濃度を判
断する。ビンの色が濃色であった場合、透過率約１００
％の領域に形成された像における色検出部位からビンの
色を判定する。ビンの色が淡色であった場合、透過率約
１０％の領域における像の色検出部位からビンの色を判
定する。減光フィルター５に用いたインコネル蒸着板は
減光率の波長依存性が十分に小さいため、色による減光
率の偏りが小さく、検出した色を補正する必要がない。
判定された色は図示していない制御装置に出力される。
色・形状データを入力した制御装置がコンベアー２を制
御することで廃ガラスビン３は適切な再処理工程に送ら
れる。

【００２５】なお、本実施例に用いた複数面鏡は二面鏡
であり、従って減光フィルターも２つに分割されていた
が、複数面鏡に三面以上の多数面鏡を用い、減光フィル
ターもそれに相当する領域に分割するとより細かい透過
率を設定できるため、判定アルゴリズムは煩雑になる
が、より高精度で色を判定することができる。また、視
野の中心に形状判定に適した透過率の減光フィルターを
配し、その両側にそれぞれ濃色、淡色のビンの色判定に
適した減光率のフィルターを配すると便利である。な
お、形状判定用に透過率約５％の減光フィルター、濃色
のビンの色判定用に透過率約１００％の減光フィルタ
ー、淡色のビンの色判定用に透過率約１０％の減光フィ
ルターを用いるのが好ましい。透過率約１００％の減光
フィルター部分にはあえて減光フィルターを用いなくて
もよい。

【００２６】本実施例で用いた複数面鏡と減光フィルタ
ーは別の部品であったが、例えば複数面鏡のそれぞれの
面の反射率を低減して撮像装置に入射する光量を減光す
るような部品を設置しても良い。また、本実施例では複
数面鏡と撮像装置の間に減光フィルターを挿入したが、
複数面鏡と照明装置の間の適切な位置に減光フィルター
を挿入することもできる。本実施例で用いた搬送装置は
コンベアーであったが、例えばロボットアームでガラス
ビンを分別する等、搬送装置の形態は任意に選択でき
る。

【００２７】上記実施例は廃棄ガラスビンの回収再生設
備において廃ガラスビンを色・形状に基づいて分別する
ための色・形状識別装置に関するものであったが、多く
の種類の製品が流れる搬送工程で仕分けをする装置や、
ガラス以外の材料の分別回収装置など、他の装置であっ
ても物体の色や形に基づいて識別する場合に本発明が有
効に利用できる。対象物の材質も、ガラスや合成樹脂な
どの光透過性物質に限らない。輝度が異なる不透明の物
体についても物体に反射した反射光を利用することで透
過光と同様に複数面鏡もしくは複数の反射鏡及び減光フ
ィルターを介し、照明や絞りの調整を省略して単一の機
器で色・形状に基づいて分別することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明の色・
形状識別方法及び装置は、対象物を透過または対象物か
ら反射した光を複数面鏡で複数の像に分離し、それぞれ
に透過率の異なる減光フィルターを挿入することで一台
の撮像装置で絞りやシャッタースピードの異なる複数の
撮像装置を用いたと同様の効果をもたらし、透過率また
は反射率の異なる対象物の色及び形状をその都度機器の
調整をすることなく判定することができる。また、透過
光の分離に反射鏡を用いたことで、従来の装置より遙か
に設置、維持の費用を軽減することができる。このよう
に撮像装置と画像処理装置が一式あれば済むため設備費
用が節約できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の色・形状識別装置の１実施例を示す概
観図である。

【図２】本実施例における画像処理画面のイメージ図で
ある。

【図３】本実施例における減光フィルターの一形態の概
念図である。

【図４】本実施例における色・形状識別の手順を表すチ
ャート図である

【符号の説明】

１ 照明装置 ２ コンベア ３ 廃ガラスビン ４ 二面鏡 ５ 減光フィルター ６ カラーＣＣＤカメラ ７ 画像処理装置 ８ モニタＴＶ １０ 減光フィルターの右半分 １１ 減光フィルターの左半分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B07C 5/342

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の反射鏡を用い、それぞれ異なる透
   過率を有する減光フィルターを介してカラー撮像装置の
   撮像面の複数箇所に対象物の像を結像させ、そのうち１
   個の結像部分における像と予め登録してある対象物の形
   状を対比して対象物の形状の識別を行うと共に、対象物
   の性状に基づいて適宜に選択した色識別可能な結像部分
   における前記形状識別した結像部分の像の位置に対応し
   て定める領域から対象物の色の識別を行うことを特徴と
   する物体の色・形状識別方法。
2. 【請求項２】 前記対象物の形状の識別を行った結果に
   基づいて該対象物の色を測定する部位を特定して色の識
   別を行うことを特徴とする請求項１に記載の色・形状識
   別方法。
3. 【請求項３】 前記対象物がガラスビンであって、ガラ
   スビンを透過した光によって色・形状の識別を行うこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の色・形状識別方
   法。
4. 【請求項４】 照明光を対象物に照射する照明装置と、
   複数の反射鏡、複数の減光フィルター、該照射光を受光
   する１枚の撮像面を有するカラー撮像装置、および該カ
   ラー撮像装置から入力された画像データを処理する画像
   処理装置を備えた色・形状識別装置であって、該照明光
   によって照明された該対象物を該複数の反射鏡を通して
   前記撮像面に一度に複数並べて撮像するよう該複数の反
   射鏡および該カラー撮像装置が設置されており、前記照
   明装置と該カラー撮像装置の間の光路中に該減光フィル
   ターが設置されているとともに、前記画像処理装置が前
   記撮像面の所定の位置に形成された像と登録してある対
   象物の形状を対比して前記対象物の形状を認識し、光量
   に応じて選択した像における前記認識した形状に対応し
   て設定された色判定領域における出力信号に基づいて該
   対象物の色を識別することを特徴とする色・形状識別装
   置。
5. 【請求項５】 前記反射鏡が二面鏡であって、２本の前
   記光路の一方に透過率の小さい減光フィルターを、他方
   に透過率の大きい減光フィルターを用いることを特徴と
   する請求項４に記載の色・形状識別装置。
6. 【請求項６】 対象物の形状判定を前記カラー撮像装置
   の撮像面の光軸近傍部分で行うことを特徴とする請求項
   ４または５に記載の色・形状識別装置。
7. 【請求項７】 前記対象物がガラスビンであり、前記搬
   送装置がガラスビンを順次搬送するものであることを特
   徴とする請求項４から６のいずれかに記載の色・形状識
   別装置。
8. 【請求項８】 前記カラー撮像装置がカラーＣＣＤカメ
   ラであり、ビンの軸方向がカメラの水平走査方向と垂直
   になるようカメラとビンを配置し、前記複数の結像が前
   記水平走査方向に並ぶようにすることを特徴とする請求
   項７に記載の色・形状識別装置。
9. 【請求項９】 前記減光フィルターがインコネル蒸着板
   であることを特徴とする請求項４から８のいずれかに記
   載の色・形状識別装置。