JP4596129B2 - 物体識別方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば地中等に放置されていた砲弾の種別を、そのＸ線透視画像から識別するに好適な物体識別方法および装置に関する。

長期間に亘って地中等に放置されていた砲弾を回収して廃棄処理する場合、その砲弾の種別を識別することが重要である。このような物体の識別は、専ら、Ｘ線装置を用いて検査対象物である砲弾のＸ線透視画像を得、その外形形状や内部構造の特徴を調べることにより行われる（例えば特許文献１を参照）。具体的には砲弾の外形寸法、その内部構造物の有無や大きさ等の特徴量を求め、これらの特徴量に従って砲弾の種別が判定される。
特開２００３−９０７００号公報

しかしながら検査対象物である砲弾が長期間に亘って地中等に放置されていた場合、腐食や付着物の影響によってその外形や内部構造が変形している虞がある。これ故、検査対象物（砲弾）のＸ線透視画像を得ても、そのＸ線透視画像から砲弾の種別を判定するに必要な特徴点の情報、例えば最大砲弾径や伝火薬筒の長さ、更には炸薬筒の有無等を正確に抽出することが困難なことが多々ある。例えば検査対象物である砲弾が薬莢、弾頭栓、尾翼等の付属物を含んでいると、Ｘ線透視画像に写り込んだ上記付属物からその弾底部等を誤検出する虞があり、砲弾自体の特徴量を正確に検出することが困難となる。また腐食や付着物の影響を受けて砲弾筒部の厚みが変化しているような場合、最大砲弾径等の特徴的な寸法・構造、更にはその内部構造物の特徴量を正確に求めることが困難となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えば長期間に亘って地中等に放置されていたことに起因して腐食や変形を生じた砲弾であっても、そのＸ線透視画像から各種の砲弾に固有な特徴量（特徴情報）を精度良く求めることができ、その特徴情報に従って砲弾の種別を精度良く識別することのできる物体識別方法および装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る物体識別方法は請求項１に記載するように
<ａ> 外形および内部構造物が種別毎に固有な特徴を有する砲弾のＸ線透視画像を得、このＸ線透視画像から求められる上記砲弾の特徴量から該砲弾の種別を判定するに際して（前提条件）、
<ｂ> 前記砲弾において損壊している可能性のある部品部分の画像成分を前記Ｘ線透視画像から除去した後、
<ｃ> 前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムにおけるピークまたはその近傍のヒストグラム値が急激に低下する輝度レベルに従って前記砲弾の特徴部分を検出する為の閾値を決定し、
<ｄ> この閾値に従って前記Ｘ線透視画像の輝度成分を弁別した画像成分の一方を前記砲弾の特徴部分として抽出し、抽出した特徴部分の特徴量から前記砲弾の種別を判定する
ことを特徴としている。

好ましくは請求項２に記載するように前記砲弾が、地中等に長期間に亘って放置されていたものである場合には、この砲弾における薬莢、弾頭栓、および尾翼等の部品に相当する画像部分を前記Ｘ線透視画像から除去した後、前記Ｘ線透視画像から前記砲弾の画像領域の抽出に用いる為の閾値を決定する。そしてこの閾値に従って前記Ｘ線透視画像から抽出した画像領域において前記砲弾の特徴部分を検出することで、その前記特徴量を、例えば最大砲弾径、炸薬筒の有無、伝火薬筒の長さ等として求めることを特徴としている。

また本発明に係る物体識別装置は請求項３に記載するように
<Ａ> 外形および内部構造物が種別毎に固有な特徴を有する砲弾のＸ線透視画像を得るＸ線透視装置と、上記Ｘ線透視画像を画像処理して前記砲弾の種別を判定する画像処理装置とを備えたものであって（前提条件）、
前記画像処理装置は、
<Ｂ> 前記砲弾において損壊している可能性のある部品部分の画像成分を前記Ｘ線透視画像から除去する第１の画像処理手段と、
<Ｃ> 前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムにおけるピークまたはその近傍のヒストグラム値が急激に低下する輝度レベルに従って前記砲弾の特徴部分を検出する為の閾値を決定し、この閾値に基づいて前記Ｘ線透視画像の輝度成分を弁別した画像成分の一方を前記砲弾の特徴部分として抽出する第２の画像処理手段と、
<Ｄ> この第２の画像処理手段にて抽出した上記特徴部分における特徴量を求め、その特徴量に従って前記砲弾の種別を判定する判定手段と
を具備したことを特徴としている。

好ましくは請求項４に記載するように前記砲弾が地中等に放置されていたものである場合には、前記第１の画像処理手段においては、前記砲弾における薬莢、弾頭栓、尾翼等の付属部品の前記Ｘ線透視画像中における画像領域を検出して当該画像領域を画像処理対象から除外する。また前記第２の画像処理手段においては、前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムがピークとなる輝度レベルを前記砲弾の外筒部を特定するレベルであると看做し、前記輝度ヒストグラムにおけるピークの輝度レベルに基づいて上述した如く設定される閾値を用いて前記Ｘ線透視画像中における前記砲弾の特徴部分を抽出して特徴量の検出に供するように構成される。

本発明に係る物体識別方法および装置によれば、検査対象物における損壊し易い部品部分、具体的には砲弾における薬莢、弾頭栓、尾翼等の付属部品の画像成分を前記Ｘ線透視画像から除去した後、更に前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムに従って前記検査対象物の特徴部分を検出する為の閾値を決定し、この閾値に基づいて前記Ｘ線透視画像から前記検査対象物の特徴量を検出するための画像領域を切り出すので、検査対象物（砲弾）の腐食や付着物に起因する変形に拘わることなく、その種別の判定に必要な特徴量を精度良く検出することが可能となる。

特に砲弾における薬莢、弾頭栓、尾翼等の付属部品の画像成分をＸ線透視画像から除去するので、種別の判定に必要な特徴量を含む砲弾領域を正しく検出することができる。更には輝度ヒストグラムに基づいて決定された閾値に従って前記Ｘ線透視画像から砲弾領域を抽出するので、砲弾の外表面等における腐食や付着物による外形変形の影響を受けることなしに砲弾領域の画像だけを正確に抽出することが可能となる。この結果、最大砲弾径等の特徴量を高精度に計測することが可能となり、またその内部構造等を精度良く認識することが可能となるので、これらの特徴情報に基づいて検査対象物（砲弾）の種別を高精度に識別することが可能となる。

従って本発明によれば検査対象物（砲弾）の変形の影響を受けることなく、そのＸ線透視画像から求められる特徴量に従って上記検査対象物（砲弾）の種別を精度良く識別（判定）することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る物体の識別方法および装置について、地中等から掘り出された各種砲弾の識別検査を例に説明する。
図１は砲弾（検査対象物Ｓ）のＸ線透視画像を得、このＸ線透視画像を画像処理して上記砲弾の種別を識別する物体識別装置の要部概略構成図である。この物体識別装置は、概略的にはＸ線透視装置１０と、砲弾（検査対象物）Ｓを移送して上記Ｘ線透視装置１０による透視検査に供するコンベア機構２０と、前記Ｘ線透視装置１０を用いて得られる砲弾（検査対象物）ＳのＸ線透視画像を入力して前記砲弾（検査対象物）Ｓの種別を判定する画像処理装置３０とを備える。尚、ここではＸ線透過量が多い場合には高輝度となり、Ｘ線透過量が少ない場合には低輝度となるＸ線透視画像を例に説明する。

コンベア機構２０は、インバータ２１により回転駆動されるモータ２２を動力源として搬送駆動されるベルトコンベア２３からなり、砲弾（検査対象物）Ｓはこのベルトコンベア２３上に載置されて前記Ｘ線透視装置１０による透視検査に供される。特に概略円柱形状をなして転がり易い砲弾（検査対象物）Ｓは、例えば架台２４上に載置され、その転がりが防止された状態で前記コンベア機構２０による搬送に供される。尚、コンベア機構２０による砲弾（検査対象物）Ｓの搬送は、例えば砲弾（検査対象物）Ｓの軸方向を前記コンベア機構２０の搬送方向に揃えた状態で行われる。

一方、前記Ｘ線透視装置１０は、前記コンベア機構２０の側部に設けられて、Ｘ線制御装置１１により駆動されて前記コンベア機構２０による搬送路を略直角に横切るＸ線を発生するＸ線発生装置１２と、前記コンベア機構２０を挟んで前記Ｘ線発生装置１２に対峙して設けられて前記砲弾（検査対象物）Ｓを透過したＸ線を検出するラインセンサ１３とを備える。このラインセンサ１３は、図２に示すようにベルトコンベア２３上の砲弾（検査対象物）Ｓを輪切りにした状態で、その断面におけるＸ線透過量を線状に検出する役割を担う。

このようにしてラインセンサ１３にて線状に検出されるＸ線透過量の情報を前記ベルトコンベア２３による砲弾（検査対象物）Ｓの搬送（移送）に同期して該砲弾（検査対象物）Ｓの軸方向に異なる各部位毎に順次得、これらの各部位でのＸ線透過量の情報を前記ベルトコンベア２３の搬送方向（砲弾Ｓの軸方向）に繋ぎ合わせることで前記砲弾（検査対象物）Ｓの全体に亘る１枚（１フレーム）のＸ線透過画像が求められる。

一方、例えばマイクロコンピュータを主体として構成される画像処理装置３０は、上述したラインセンサ１３を介して検出される前記砲弾（検査対象物）Ｓの全体に亘るＸ線透過画像を取り込んで画像処理に供するフレームグラバ３１を備える。そして画像処理装置３０は、上記砲弾ＳのＸ線透過画像に対して後述する画像処理を施すことで、前記砲弾Ｓの外形やその内部構造に対する特徴情報を得、更にその特徴量を求めることで検査対象物である砲弾Ｓの種別を識別している。

尚、図中３２は前記画像処理装置３０に組み込まれて前述したＸ線透過画像の表示や、その画像処理結果の表示等に用いられるディスプレイである。また図中３３は、画像処理の為の各種制御パラメータの入力等に用いられるキーボードであり、更に図中３４は前記ディスプレイ３２に表示された各種情報に対するポインティングデバイスとしてのマウスである。

ここで前記画像処理装置３０における前記砲弾（検査対象物）ＳのＸ線透過画像に対する画像処理について説明すると、この画像処理は基本的には図３に示す手順に従って実行される。
即ち、前記Ｘ線透視装置１０を用いて求められた砲弾（検査対象物）ＳのＸ線透過画像が求められると（ステップＳ１）、画像処理装置３０においては、先ず上記Ｘ線透過画像に対する濃度変換処理を実行する（ステップＳ２）。この濃度変換処理は、Ｘ線透過画像中の主として砲弾を透過した領域の輝度レベルが低くなった部分（暗い部分）における輝度差を引き延ばすことで（拡大して）、砲弾における特徴部が明確に表れるようにする処理からなる。即ち、Ｘ線透視画像における砲弾部分の画像は、砲弾の弾殻が厚いが故に低輝度レベルの画像成分に偏ることが多い。そこで低輝度レベルでのコントラストを高くして砲弾における特徴部の特徴を明確に表すべく、例えば図４に示すようなセンサ出力に対する表示明度の関係に従ってＸ線透視画像を濃度変換処理し、砲弾を透過した部位におけるＸ線透過画像の明暗差を大きくし、逆に砲弾を透過することのない高輝度レベルの背景部分のコントラストを圧縮する。この結果、例えば図５(ａ)(ｂ)に示すように砲弾部分の特徴を幅広く階調表現した画像を得る。

しかる後、前記Ｘ線透過画像中から砲弾の特徴を明確に表現する砲弾領域だけを抽出する（ステップＳ３）。この処理は砲弾以外のノイズ要素、具体的には砲弾における薬莢、弾頭栓、尾翼等の付属部品の画像成分を、例えばその画像領域の連続性や輝度レベルの違い等を利用して検出し、これらの情報を画像処理対象から除外する処理からなる。即ち、図５(ａ)(ｂ)に示したように砲弾のＸ線透過画像には、その砲弾部に付属する薬莢、弾頭栓、尾翼等の画像成分が含まれることが多々ある。しかもこれらの付属部品は腐食等に起因して砲弾部に比較して大きく変形していることが多く、砲弾の種別を特定する特徴に関与していないことが多い。

そこで、例えば前記Ｘ線透過画像に対してメディアンフィルタ処理を施して１画素幅のノイズ成分を除去する。更には上記Ｘ線透過画像を２値化処理した後、その２値化画像を所定回数に亘って収縮・膨張処理を施して線状部分を除去し、また孤立した微小な画像領域を検査対象から除去する。即ち、図５(ｂ)に示すようなＸ線透過画像を所定の閾値にて２値化した場合、例えば図６(ａ)に示すようにその２値化画像を得ることができる。このような２値化画像に対して収縮処理を施せば、図６(ｂ)に示すように所定幅以下の細線部分が画像領域の収縮によって消滅し、この収縮画像を膨張処理すれば図６(ｃ)に示すように或る大きさを有する画像領域だけが残されることになる。その上で、所定面積以上の画像領域を砲弾部分として判定し、この砲弾領域から孤立している画像領域を上記砲弾に付属している部品部分であると判定すれば、図６(ｄ)に示すようにその付属品部分を除去した砲弾部分の画像だけを抽出することが可能となる。

このようにして形状変形している可能性の高い砲弾の付属部品（薬莢、弾頭栓、尾翼等）の画像成分を除去し、砲弾部分の画像領域だけを抽出したならば、その砲弾領域に関する特徴情報、具体的にはその面積や輝度平均値、輝度分散値等を保存する。その上で砲弾の中心軸を求め（決定し）、この中心軸が水平になるように画像を回転させて、その後の特徴量検出の為の画像処理の容易化を図る（ステップＳ４）。この画像の回転処理については、例えば上記砲弾領域のモーメントを計算し、一次モーメントからその重心位置を求める。次いで上記重心位置と砲弾領域の二次モーメントとから重心を通る主軸（砲弾の中心軸）の傾きを求め、この傾きに従って砲弾の中心軸が水平となるように画像を回転処理するようにすれば良い。

以上のようにしてＸ線透過画像に対する前処理を終了したならば、次に上記砲弾の画像からその外形に関する特徴量、具体的には砲弾の長さ、弾頭部および弾底部の幅、最大砲弾径をそれぞれ計測し、更には弾頭栓の有無を判定する（ステップＳ５）。次いで前記Ｘ線透過画像から砲弾の内部構造を調べ、特に砲弾内部の伝火薬筒を検出して該伝火薬筒に関する特徴量、具体的には伝火薬筒の位置、伝火薬筒の長さとその幅、砲弾の中心軸に対する芯ずれ量等をそれぞれ計測する（ステップＳ６）。

しかる後、前記Ｘ線透過画像から砲弾の内部に炸薬筒が存在するか否かを調べ、炸薬筒が存在する場合には、その位置、長さ、幅、砲弾の中心軸に対する芯ずれ量等の炸薬筒に関する特徴量をそれぞれ計測する（ステップＳ７）。そして上述したようにして砲弾の幾つかの特徴部分に関する特徴量をそれぞれ求めたならば、これらの特徴量を総合判定し、予めデータベース（図示せず）に蓄積されている各種砲弾の特徴と照合する等して検査対象としている砲弾の種別を判定する（ステップＳ８）。

即ち、検査対象とする砲弾は、その種別に応じた異なる特徴を有している。例えば図７(ａ)〜(ｈ)に代表的な砲弾の特徴を示すように、その弾殻１がなす外形形状と大きさ（弾径、長さ）が異なると共に、その内部構造物である伝火薬筒２の長さが異なる。また砲弾の種別によって炸薬筒３を備えたものと、備えていないものとがある。従って前述したＸ線透過画像から上述したステップＳ６,〜Ｓ８によりそれぞれ求められる砲弾の特徴を調べれば、その特徴量から検査に供した砲弾の種別を識別することが可能となる。

しかしながら検査対象とする砲弾は、前述したように長期間に亘って地中等に放置されていたものであり、腐食や付着物（泥や錆）によって形状変形していることが多い。そしてこの形状変形に起因してＸ線透過画像における弾殻の厚みが変化し、その最大砲弾径が誤って計測される虞がある。しかも砲弾の弾殻１とその内部構造物である炸薬筒３の区別がつき難くなることもある。更にはアダプタが装着される弾頭部の変形に起因して、その内部構造物である伝火薬筒２の長さが誤って計測される虞もある。

具体的には
(ａ) 泥や錆等の付着物の影響により最大砲弾径が実際の砲弾径よりも大きく計測される
(ｂ) 付着物の影響により付着物と弾殻１との境目を炸薬筒３との境目であると誤判定し、炸薬筒３の有無が誤って判定される
(ｃ) 薬莢を砲弾の一部として誤検出し、砲弾外形の抽出が失敗する
(ｄ) 弾頭栓の有無を誤判定し、弾頭部の位置検出に失敗して砲弾の長さや伝火薬筒２の長さが誤計測される
等の不具合が生じ易い。

そこで本発明においては前述した如くしてＸ線透過画像から砲弾の特徴量を検出するに際して前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムを求め、この輝度ヒストグラムに従って前記検査対象物の特徴部分を検出する為の閾値を設定するようにしている。具体的にはＸ線透視画像の輝度ヒストグラムがピークとなる輝度レベルが、主として砲弾の弾殻（外形部）１を表していることに着目し、輝度ヒストグラムにおいてピークとなる輝度レベルに基づいて閾値を動的に設定し、この閾値を用いて前記Ｘ線透過画像から砲弾領域を抽出するようにしている。

即ち、砲弾の外形を正確に認識してその最大砲弾径を計測する場合には、Ｘ線透過画像から砲弾（弾殻）表面への付着物を確実に除去し、砲弾領域だけを抽出し得る閾値を最適設定することが重要である。そこで砲弾のＸ線透過画像における輝度レベルのヒストグラムを求めてみたところ、砲弾における弾殻１の厚みによってピークをとる輝度レベルが変化し、またこのピークをとる輝度レベルを境として、低輝度レベル側に砲弾の画像成分が集中して存在することを見出した。

具体的には図８に炸薬筒を有する図７(ａ)に示した砲弾の輝度ヒストグラムの例Ａと、炸薬筒を有する図７(ｃ)に示した砲弾の輝度ヒストグラムの例Ｂとをそれぞれ示すように、砲弾領域を形成する画像成分の輝度レベルは、或る輝度レベルをピークとした低輝度レベル側に分布する。そして上記ピークをとる輝度レベルが砲弾の外殻（弾殻）の厚みによって変化することから、当該輝度レベルは、専ら上記砲弾の外殻（弾殻）部分の輝度を表していると認められる。また上記ピークをとる輝度レベルを超える高輝度の画像成分の出現頻度は急激に低下し、これらの高輝度レベルの画像成分は、専ら砲弾の内部空間を透過した成分や、砲弾の周囲の背景部分の画像成分を示していると認められる。

そこで本発明においては上述したヒストグラムがピークをとる輝度レベルを基準として砲弾領域を抽出する為の閾値を動的に設定し、この閾値が砲弾の弾殻とその背景との境界を形成していると看做して前記Ｘ線透過画像から砲弾領域を抽出するようにしている。この結果、砲弾の弾殻部分での輝度レベルとその周囲に付着した泥や錆等の付着物との輝度レベルとの微妙な差を弁別可能な閾値を最適設定することが可能となり、砲弾に付着した泥や錆等の画像成分を除去し、弾殻に囲まれた砲弾領域だけを精度良く切り出すことが可能となる。従って砲弾の最大砲弾径やその砲弾長等の特徴量を精度良く計測することが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばＸ線透過画像の輝度レベルのヒストグラムに基づいて設定する閾値については、ピークとなる輝度レベルの近傍において、そのヒストグラム値が急激に低下する輝度レベル等として定めることも可能である。また砲弾の頭部における弾頭栓装着用の凹部を特徴量の検出対象から除外することで、その弾頭部の位置を正確に検出することも可能である。更には特徴量の検出処理手順等については、検出対象やその検出仕様等に応じて種々変更可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る物体識別装置の概略構成図。 Ｘ線透視装置による検出対象物（砲弾）のＸ線透視検査の形態を示す図。 本発明に係る物体識別の処理手順の一例を示す図。 Ｘ線透視画像に対する濃度変換処理の特性例を示す図。 砲弾のＸ線透視画像の例を示す図。 Ｘ線透視画像からの薬莢等の付属部品の除去処理の概念を示す図。 代表的な砲弾の特徴を示す図。 砲弾のＸ線透視画像における輝度ヒストグラムの例を示す図。

符号の説明

Ｓ 検査対象物（砲弾）
１ 弾殻
２ 伝火薬筒
３ 炸薬筒
１０ Ｘ線透視装置
１２ Ｘ線発生装置
１３ ラインセンサ
２０ コンベア機構
３０ 画像処理装置

Claims (4)

1. 外形および内部構造物が種別毎に固有な特徴を有する砲弾のＸ線透視画像を得、このＸ線透視画像から求められる上記砲弾の特徴量から該砲弾の種別を判定するに際し、
   前記砲弾において損壊している可能性のある部品部分の画像成分を前記Ｘ線透視画像から除去した後、前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムにおけるピークまたはその近傍のヒストグラム値が急激に低下する輝度レベルに従って前記砲弾の特徴部分を検出する為の閾値を決定し、この閾値に従って前記Ｘ線透視画像の輝度成分を弁別した画像成分の一方を前記砲弾の特徴部分として抽出し、抽出した特徴部分の特徴量から前記砲弾の種別を判定することを特徴とする物体識別方法。
2. 前記砲弾は、地中等に放置されていた砲弾であって、前記Ｘ線透視画像から除去する画像成分は、上記砲弾における薬莢、弾頭栓、および尾翼等の部品に相当する画像部分であり、
   前記閾値は、前記Ｘ線透視画像からの前記砲弾の画像領域の抽出に用いられ、
   前記特徴量は、前記砲弾の画像領域に示される最大砲弾径、炸薬筒の有無、伝火薬筒の長さ等として求められるものである請求項１に記載の物体識別方法。
3. 外形および内部構造物が種別毎に固有な特徴を有する砲弾のＸ線透視画像を得るＸ線透視装置と、上記Ｘ線透視画像を画像処理して前記砲弾の種別を判定する画像処理装置とを備えてなり、
   前記画像処理装置は、前記砲弾において損壊している可能性のある部品部分の画像成分を前記Ｘ線透視画像から除去する第１の画像処理手段と、
   前記Ｘ線透視画像の輝度ヒストグラムにおけるピークまたはその近傍のヒストグラム値が急激に低下する輝度レベルに従って前記砲弾の特徴部分を検出する為の閾値を決定し、この閾値に従って前記Ｘ線透視画像の輝度成分を弁別した画像成分の一方を前記砲弾の特徴部分として抽出する第２の画像処理手段と、
   抽出した上記特徴部分の特徴量を求め、その特徴量に従って前記砲弾の種別を判定する判定手段と
   を具備したことを特徴とする物体識別装置。
4. 前記砲弾は、地中等に放置されていたものであって、
   前記第１の画像処理手段は、前記砲弾における薬莢、弾頭栓、尾翼等の前記Ｘ線透視画像中における画像領域を検出して当該画像領域を画像処理対象から除外し、前記第２の画像処理手段は、前記閾値を用いて前記Ｘ線透視画像中における前記砲弾の画像領域を抽出して該砲弾の特徴量の検出に供するものである請求項３に記載の物体識別装置。

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