JP3716466B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像を処理する種々の計測装置等において例えば特定色の画素を検出する画像処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、カラー画像を処理する種々の計測装置等にあっては、撮像結果でなる画像データから各画素の色相(H)、彩度(S)、明度(I)を検出し、この色相(H)、彩度(S)、明度(I)を基準にして特定色の画素を検出することにより、処理対象の画像を抽出処理している。
【0003】
このような画像処理装置においては、赤色、青色、緑色の色信号(以下原色色信号と呼ぶ)の形式で撮像結果を入力するようにされており、この原色色信号の信号レベルを基準にしても、特定色の画像を検出することができる。
ところが赤色、青色、緑色で表される原色色信号の信号レベルを基準にして、特定色の画像を検出する場合、輝度レベルが変動すると3つの原色色信号において、どの信号レベルも同時に変化するので、輝度レベルの変動に追従して特定色の画像を正しく検出することが困難になる。
【0004】
これに対して原色色信号を輝度信号、色差信号に変換し、この色差信号を基準にして処理対象の画像データを抽出する手段も考えられる。
すなわち図5に示すように、画像データにおいては、色差信号R−Y、B−Yを基準にした2次元の色差空間上で色彩を表すことができる。
【0005】
これにより画像処理装置において、2つの色差信号R−Y及びB−Yに対応した2つの信号レベルr及びbを中心にして、この信号レベルr及びbに対してそれぞれ値Δr/2、Δb/2だけ変位してしきい値を設定することにより、2次元の色差空間で座標(r、b)を中心にしてそれぞれΔr、Δbだけ広がる矩形形状の領域を設定することができ、これによりこのしきい値を基準にして色差信号の信号レベルを判断して、この矩形形状の領域に分布する特定色の画像を検出することができる。
【0006】
ところで、この色差空間においては、原点から座標(r、b)までの距離で座標(r、b)の彩度が規定されるのに対し、原点と座標(r、b)とを結ぶ直線の角度で座標(r、b)の色相が規定される。
これによりこのように色差信号を基準にして特定色の画像を検出する場合、同じようにしきい値を設定しても、特定色の座標が座標軸R−Y又はB−Yから離れている場合と、特定色の座標が座標軸R−Y又はB−Yに近接している場合とで、色相及び彩度の変化に対して異なる検出結果が得られる。
この場合も色彩の変化に対して、追従が困難になってしまう。
【0007】
これに対してそれぞれ色相(H)、彩度(S)、明度(I)を表す3つの信号(以下HSI信号と呼ぶ)に原色色信号を変換した後、このHSI信号に基づいて特定色を検出する場合、輝度変化に追従して、さらには色相及び彩度の変化に追従して特定色を検出することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、HSI信号を生成のためにには、煩雑な演算処理を繰り返す必要がある。このためHSI信号に基づいて特定色を検出する場合、処理に時間を要してしまい、また、演算処理過程の桁落ちによりHSI信号の精度が劣化し、特定色検出の精度が劣化してしまう。
【0009】
本発明は上記課題に鑑みてされたもので、簡単かつ短時間で、特定色を確実に検出することができる画像処理装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明の画像処理装置は、処理対象画像から特定の色の画素を検出する画像処理装置において、色差空間において、前記特定の色が水平座標軸または垂直座標軸になるように、前記処理対象画像の画像データを座標変換する手段と、この座標変換した色差空間において検出領域を設定し、前記処理対象画像から前記特定の色を検出する手段とを備えたものである。
【0011】
上記した構成によれば、色空間の本来の座標軸から特定の色が離間した場合でも、この座標軸に特定の色が近接している場合と同様に特定色を検出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様の限られるものではない。
【0013】
図2は、本発明の一実施形態に係る画像処理システムを示すブロック図である。
図において、この画像処理システム1は、カメラ2で処理対象3を撮像し、その撮像結果を原色色信号R、G、Bの形式で画像処理装置4に出力する。
【0014】
画像処理装置4は、この原色色信号R、G、Bをモニタ5に表示し、これにより撮像結果をモニタできるようになっている。さらにキーボード7及びマウス8を操作して、必要に応じてこの撮像結果に予備的処理を行い、処理対象の画像を1フレーム分取り込み得るようになっている。
この予備的処理としては、撮像結果の色相を補正する色補正、撮像結果のコントラストを補正するコントラスト変換、撮像結果の色調を補正するカラー強調及び撮像結果の空間周波数を補正するフィルタリングの処理等であり、オペレータは、必要に応じてこれらの処理を選択できるようになっている。
【0015】
さらに画像処理装置4は、この取り込んだ処理対象画像を確認できるように、この処理対象画像をモニタ5に表示し、このとき選択可能なメニューを併せてモニタ5に表示する。
これにより画像処理装置4は、このモニタ5の表示画面を目視確認しながらマウス8を操作してアイコンをクリックすることにより、検出対象の特定色を設定し、さらに検出モード等を選択できるようにされ、これに加えて必要に応じて検出結果を表示できるようになっている。
【0016】
ここで画像処理装置4は、検出モードとして、HSI信号を基準にして特定色を検出するHSIモード、色差信号を座標変換した後、その座標変換結果を基準にして特定色を検出する第1の色差モード、さらに輝度信号レベルでこの色差信号を正規化した後、同様にその座標変換結果を基準にして特定色を検出する第2の色差モード、及び原色色信号に基準にして特定色を検出する原色無変換モードを有している。そして、必要に応じてこれらの中から検出モードを選択でき、これにより確実に特定色を検出できるようになっている。
【0017】
図1に示すように、この画像処理装置4は、システム制御回路12で所定の処理プログラムを実行し、これによりプロセッサバス10に接続されたインターフェース回路(IF)11を介してキーボード7、マウス8の操作を検出すると共にこれらの操作に応動して全体の動作を制御する。
【0018】
この画像処理装置4は、プロセッサバス10にインターフェース制御回路(IF制御)13、インターフェース回路(IF)14を接続し、これによりインターフェース回路14にインターフェースバス15及び又は光ファイバーケーブル16を接続して、別途コンピユータ等で全体の動作を制御し、さらには検出結果を別途コンピユータ等に出力できるようになっている。
またこの画像処理装置4においては、このプロセッサバス10にメインメモリ(MM)18、リードオンリメモリ(ROM)19及びオーバーレイ用のフレームメモリ20を接続し、これによりメモリ18にワークエリアを確保して所定の処理プログラムを実行できるようにされ、さらにリードオンリメモリ19に格納したキャラクタデータに基づいて、オーバーレイ用の画像データをフレームメモリ20に格納してアイコン等を表示できるようになっている。
【0019】
この画像処理装置4において、アナログディジタル変換回路(A/D)22は、カメラ2から出力される原色色信号R、G、Bを受け、タイミングジェネレータ(TG)23から出力される基準信号に基づいてこの原色色信号R、G、Bをアナログディジタル変換処理し、これによりこの原色色信号R、G、Bを画像データに変換して入力側データバス24に出力する。
この入力側データバス24は、バス切換回路25を介して第1及び第2のフレームメモリ26及び27に接続され、これにより画像処理装置4では、この入力側データバス24に出力される画像データを必要に応じて第1及び第2のフレームメモリ26及び27に取り込み得るようにされ、また第1及び第2のフレームメモリ26及び27に取り込んだ画像データを入力側データバス24に出力できるようになっている。
これにより画像処理装置4においては、特定色の検出処理過程において、必要に応じて検出対象の画像、処理中間過程の画像、検出結果を表す画像をフレームメモリ26及び又は27に保持できるようになっている。
【0020】
さらに入力側データバス24は、バス切換回路30を介して出力側データバス31に接続され、この出力側データバス31は、モニタ出力回路33に接続されると共に、バス切換回路34を介してフレームメモリ35に接続されるようになっている。
モニタ出力回路33は、画像データをアナログ信号に変換して原色色信号R、G、Bを生成し、この原色色信号R、G、Bをモニタ5に出力する。
これにより画像処理装置4においては、第1及び第2のフレームメモリ26及び27と同様に、必要に応じて検出対象の画像、処理中間過程の画像、検出結果を表す画像をフレームメモリ35に保持できるようにされ、またこれらの画像に代えて順次入力される原画像をモニタ5でモニタできるようになっている。
【0021】
さらに入力側データバス24は、タイミング合わせ用の遅延回路37を介して色空間変換回路38及びフィルタ回路39に接続される。この色空間変換回路38は、システム制御回路12で係数を切り換え得るようにされたプログラマブルのマトリックス演算回路で形成されている。また、フィルタ回路39は、同様にシステム制御回路12で係数を切り換え得るようにされた垂直方向3画素、水平方向7画素の2次元フィルタで形成されている。これらは共に処理結果を出力側データバス31に出力するようになっている。
【0022】
これにより画像処理装置4においては、色空間変換回路38及び又はフィルタ回路39で予備的処理を実行し、さらに処理対象画像の画像データを色空間変換回路38及び又はフィルタ回路39で処理することにより、この処理対象画像に特定色検出のために必要な処理を実行する。
さらに画像処理装置4においては、このように処理した画像データをフィルタ回路39を介してフレームメモリ35及び又はモニタ出力回路33に出力することにより、特定色の検出結果をフレームメモリ35に保持すると共にモニタできるようにされ、さらにこのフレームメモリ35に格納した検出結果に基づいて、処理対象画像から特定色をマスキングして表示し、またこれとは逆に処理対象画像から特定色の画像を抽出して表示できるようになっている。
【0023】
すなわち画像処理装置4は、予備的処理として、オペレータが色補正、コントラスト変換、カラー強調の何れかを選択した場合、アナログディジタル変換回路22から出力される画像データを色空間変換回路38を介して出力側データバス31に出力し、予備的処理として、オペレータがフィルタリングの処理を選択した場合、アナログディジタル変換回路22から出力される画像データをフィルタ回路39を介して出力側データバス31に出力する。
これに対してオペレータが予備的処理を選択しない場合、アナログディジタル変換回路22から出力される画像データをバス切換回路30を介して出力側データバス31に出力する。
【0024】
これにより画像処理装置4は、原画像をモニタしながら必要に応じて予備的処理を実行し、さらにこの予備的処理を実行した原画像をモニタしながら検出対象でなる特定色(以下、対象色と言う)、検出感度及び検出モードを設定できるようになっている。
さらにこの検出モード等の設定後、画像処理装置4は、オペレータの操作に応動してこの予備的処理した原画像から処理対象の画像をフレームメモリ35に格納し、さらにこの処理対象の画像をモニタ5に表示するようにされ、これにより使い勝手を向上できるようになっている。
【0025】
このとき画像処理装置4は、原画像をモニタしながらオペレータがマウス8を操作して対象色を指定すると、原色色信号に対応した赤色、青色、緑色の色信号レベルでこの対象色を取り込んだ後、所定の演算処理を実行することにより、検出モードに対応してしきい値を設定する。
すなわちオペレータが原色無変換モードを選択した場合、画像処理装置4は、赤色、青色、緑色の色信号レベルについて、対象色の色信号レベルを中心にしてそれぞれ上限及び下限の信号レベルを設定し、この信号レベルをしきい値に設定する。
【0026】
これに対してオペレータがHSIモード、第1及び第2の色差モードの何れかの検出モードを選択した場合、画像処理装置4は、原色色信号に対応した対象色の色信号レベルR、G、Bについて、次式
【数1】
の演算処理を実行し、これにより図3に示すように、この対象色の信号レベルを色差空間座標で表現される信号レベル(r,b)に変換する。なおこの実施形態においては、階調−128〜127の範囲で色差信号を表せるように、係数を正規化して処理するようになっている。
【0027】
かくして画像処理装置4においては、システム制御回路12において、メインメモリ18のワークエリアを用いて、次式
【数2】
【数3】
【数4】
の演算処理を実行することにより、(1)式の演算処理を実行する。
【0028】
さらに画像処理装置4においては、このようにして得られた色差信号の信号レベル(r,b)に基づいて、色差空間を表す水平方向の座標軸(R−Y)に対して、色差空間における対象色の座標(r,b)と原点とを結ぶ直線が形成する角度θを検出する。
これにより画像処理装置4においては、オペレータがHSIモードを選択した場合、この角度θ、輝度信号レベルY、対象色の座標(r,b)から原点までの距離を検出することにより、色相、明度、彩度に対応した特定色の判定中心を検出し、この各判定中心をそれぞれ中心にして特定色検出用のしきい値を設定する。
【0029】
これに対してオペレータが第1及び第2の色差モードの何れかの検出モードを選択した場合、画像処理装置4は、さらに次式
【数5】
の演算処理を実行し、これにより色差空間における対象色の座標(r,b)と原点とを結ぶ直線について、この直線が2次元直交座標空間の水平座標軸xになるように対象色の座標(r,b)を座標変換する。
【0030】
これにより図4に示すように、オペレータが第1又は第2の色差モードを選択した場合、オペレータの操作に応動して、この座標軸方向と、この座標軸方向に直交する方向に、対象色の座標(r,b)を中心にしてそれぞれΔx/2及びΔy/2だけ変位したしきい値を設定する。
これにより画像処理装置4においては、色差空間における対象色の座標(r,b)と原点とを結ぶ直線が2次元直交座標空間の水平座標軸xになるように座標変換した色差空間について、図4において座標(r,b)を囲んで示す矩形形状の領域を設定し、この領域内に分布する画素を検出することにより、特定色を検出する。
【0031】
なお画像処理装置4においては、色差モードにおいて、これらのしきい値に加えて輝度信号Yについてもしきい値を設定できるようにされ、さらに第2の色差モードにおいては、この対象色の座標(r,b)を輝度信号レベルYで正規化して表現するようになっている。
このようにして対象色についてしきい値を設定すると、画像処理装置4は、続くオペレータの操作に応動して出力側データバス31上の画像データをフレームメモリ20に取り込むことにより、予備的処理した原画像から処理対象の画像を抽出してフレームメモリ20に格納し、さらにバス切換回路34の動作を切り換えることにより、この処理対象画像をモニタ5に表示する。
【0032】
続いて画像処理装置4は、必要に応じてこの処理対象画像を入力側データバス24側のフレームメモリ26又は27に転送した後、この処理対象画像の画像データをフィルタ回路39に出力し、これによりこの検出対象画像から特定色を検出する。このとき画像処理装置4は、検出モードに応じて、色空間変換回路38に対してこの画像データの入出力を繰り返すと共に、必要に応じてこの色空間変換回路38の出力データをフレームメモリ27に格納する。
これにより画像処理装置4は、オペレータの選定した検出モードに応じて、処理対象画像の画像データを変換処理した後、この変換処理した画像データからフィルタ回路39で特定色を検出するようになっている。
【0033】
すなわちオペレータが原色無変換モードを選択した場合、画像処理装置4は、赤色、青色、緑色の色信号レベルに対応して設定されたしきい値を基準にして各画素の原色色信号レベルを判定することにより、各画素毎に、原色色信号に対応した3種類の2値化データを生成する。さらに画像処理装置4は、各画素毎に、この3種類の2値化データの論理積を検出し、これにより処理対象画像に対応した2次元の広がりを有し、かつ特定色について論理レベルが立ち上がる2値画像データを生成する。
さらに画像処理装置4は、この2値画像データの論理レベルを基準にして処理対象画像をフレームメモリ35に選択入力し、これにより処理対象画像から特定色の画像を抽出して出力する。
【0034】
一方、オペレータがHSIモードを選択した場合、画像処理装置4は、色空間変換回路38に所定の係数をセットした後、処理対象画像の画像データを順次この色空間変換回路38に繰り返し出力することにより、各画素の画像データについて、(1)式の演算処理を実行し、これにより原色色信号に対応した画像データを色差信号に対応した画像データに変換する。
さらに画像処理装置4は、色空間変換回路38の係数を切り換えた後、この変換処理した画像データを繰り返し色空間変換回路38に出力することにより、順次、色差空間において、各画素の座標と原点とを結ぶ直線が座標軸(R−Y)との間で形成する角度、輝度信号レベルY、各画素の座標から原点までの距離を検出する。
【0035】
これにより画像処理装置4は、原色色信号に対応する画像データを色差空間で表される画像データに変換した後、この変換した画像データからしきい値に対応して色相、明度、彩度で表される画像データを生成する。
かくしてこの場合も画像処理装置4は、色相、明度、彩度で表される画像データについて、信号レベルを判定することにより、各画素毎に、色相、明度、彩度に対応した3種類の2値化データを生成し、この3種類の2値化データの論理積を検出することにより、処理対象画像に対応した2値画像データを生成し、これによりこの2値画像データの論理レベルを基準にして処理対象画像から特定色の画像を抽出して出力する。
【0036】
これに対してオペレータが第1及び第2の色差モードの何れかの検出モードを選択した場合、画像処理装置4は、原色色信号に対応する画像データを、直接、対象色を水平座標軸xに設定した色差空間に座標変換した後、この座標変換した画像データに基づいて特定色を検出する。
【0037】
ここで(5)式においては、対象色の座標(r,b)から、次式
【数6】
で表できることにより、処理対象の画像データを色差空間座標に座標変換した後、(6)式の演算処理を実行すれば、パラメータに対応した2次元空間に各画像データを変換処理できることがわかる。
【0038】
さらに(6)式の演算処理においては、(1)式を代入して次式
【数7】
の関係式で表し得、これをまとめると次式、
【数8】
の関係式で表すことができる。
【0039】
すなわち画像処理装置4においては、(8)式に対応して色空間変換回路38の係数を切り換えると共に、原色色信号に対応した画像データを繰り返し色空間変換回路38に出力することにより、(8)式の演算処理を実行し、これにより原色色信号に対応する画像データを、直接、対象色を水平座標軸xに設定した色差空間に変換する。
【0040】
かくして画像処理装置4においては、このようにして座標変換して生成された3次元の画像データについても同様に、それぞれしきい値を基準にして信号レベルを判定することにより、各画素毎に、3種類の2値化データを生成し、この3種類の2値化データの論理積を検出することにより、処理対象画像に対応した2値画像データを生成し、これによりこの2値画像データの論理レベルを基準にして処理対象画像から特定色の画像を抽出する。
【0041】
かくして対象色を座標軸に設定してなる色差空間に画像データを変換処理して特定色を検出することにより、この座標軸を基準にした矩形形状の領域(図4)を基準にして特定色を検出することができ、これにより色の濃さ及び色相のばらつきに対して安定した特定色検出結果を得ることができる。
【0042】
すなわち図4及び図5の対比で説明すると、色差信号を基準にして特定色を検出する従来手法においては、赤色のばらつきΔrと青色のばらつきΔbとで特定色検出範囲を設定するのに対し、この実施形態の色差モードにおいては、色の濃さのばらつきΔxと色相のばらつきΔyとで特定色検出範囲を設定することになり、その分特定色の色変化に対して安定した検出結果を得ることができる。
【0043】
さらにこの実施形態の色差モードによれば、直接、原色色信号を目的の色差空間座標に変換できることにより、その分、短い時間で特定色を検出することができ、また桁落ちによる検出精度の劣化も有効に回避することができる。
【0044】
具体的には、HSIモード(すなわちHSI信号を基準にして特定色を検出する場合)においては、始めに上述の(2)〜(4)式の演算処理を実行した後、続いてこの演算処理結果から角度θ及び原点までの距離を検出する演算処理を実行する必要があり、特定色検出結果を得るまでに、計5回、色空間変換回路38に画像データを出力し、さらにこの変換処理した画像データをフィルタ回路39に出力する必要がある。
これに対してこの実施形態によれば、(8)式の演算処理を実行するために、3回、原色色信号の画像データを色空間変換回路38に出力した後、この変換処理した画像データをフィルタ回路39に出力するだけで特定色を検出することができ、これにより簡単かつ短時間で、精度の高い特定色検出結果を得ることができる。
【0045】
かくして、この実施形態において、画像処理装置4は、このようにして処理対象画像に対応した2値画像データを生成すると、この2値画像データから論理レベルが真の画像データをカウントし、これにより特定色の画素数が所定の規格値内か否か判断する。これにより画像処理装置4においては、必要に応じて特定色でなる検出対象について、その大きさ等を判断でき、さらに判断結果を出力できるようになっている。
【0046】
尚、第2の色差モードが選択された場合においては、このようにして座標変換した画像データを輝度信号レベルYで正規化した後、フィルタ回路39に出力して特定色を検出するようになっている。
【0047】
また、上述の実施形態においては、対象色が水平軸になるように座標変換する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、対象色が垂直軸になるように座標変換してもよい。
【0048】
さらにまた、上述の実施形態においては、原色色信号を処理する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、色差信号と輝度信号の形式で入力されるビデオ信号を処理する場合、輝度信号とクロマ信号の形式で入力されるビデオ信号を処理する場合、さらにはディジタル信号の形式で入力されるビデオ信号を処理する場合等に広く適用することができる。
【0049】
さらに上述の実施形態においては、特定色検出結果に基づいて画素数をカウントする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、検出結果に基づいて処理対象画像を画像処理する場合等に広く適用することができる。
【0050】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡単な演算処理で確実に特定色を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る画像処理装置を示すブロック図である。
【図2】図1の画像処理装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図3】図1の画像処理装置の説明のための特性グラフである。
【図4】特定色の判断の説明のための特性グラフである。
【図5】従来の色差信号を基準とした特定色の判断の説明のための特性グラフである。
【符号の説明】
1 画像処理システム
2 カメラ
3 処理対象
4 画像処理装置
5 モニタ
12 システム制御回路
20 フレームメモリ
26 フレームメモリ
27 フレームメモリ
35 フレームメモリ
22 アナログディジタル変換回路
25 バス切換回路
30 バス切換回路
34 バス切換回路
38 色空間変換回路
39 フィルタ回路
Claims (4)
- 処理対象画像から特定の色の画素を検出する画像処理装置において、
色差空間において、前記特定の色が水平座標軸または垂直座標軸になるように、前記処理対象画像の画像データを座標変換する手段と、
この座標変換した色差空間において検出領域を設定し、
前記処理対象画像から前記特定の色を検出する手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 前記座標変換手段は、
色差空間における座標軸と、前記色差空間における前記特定の色の座標と原点とを結ぶ直線とが形成する角度を検出し、
前記処理対象画像の画像データを前記検出した角度だけ前記原点を中心にして回転させることにより、
前記特定の色が水平座標軸または垂直座標軸になるように、前記処理対象画像を変換する構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記特定の色を入力する入力手段を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記座標軸における特定の色の座標を中心にして、前記座標軸の延長する方向、前記座標軸と直交する方向、及び所定の輝度レベルを基準にして、前記画像変換した画像データを判断することにより、該画像変換した画像データを基準にして、前記処理対象画像から前記特定の色の画素を検出する手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
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JPH09114985A (ja) | 1997-05-02 |
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