JP5328723B2 - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Description
非特許文献1および特許文献1の画像処理装置では、レンズにより光源からの光を集光させているので、スポット光が尖りすぎる(集光されすぎる)場合がある。すなわち、スポット光の尖り具合は、レンズの焦点距離fと、レンズ前で平行光を絞るアパーチャの開口径rとによって決定され、焦点距離fを開口径rで割った値として表されるレンズのF値(=f/r)が小さくなるほど、スポット光は、尖る性質を有している。
また、この発明に係る画像処理方法によれば、円描画ステップは、1次重心を中心とする所定半径の円を描き、重複割合算出ステップは、所定半径の円とスポット光が入射した画像の各画素との重複割合を算出し、重み設定ステップは、重複割合を0から1までの重みに切り詰める。
これにより、円の境界部分において、重みを滑らかに変化させることができる。
そのため、レンズをデフォーカスさせた場合であっても、スポット光の重心位置を高精度に算出することができる画像処理装置および画像処理方法を得ることができる。
下記に示す各実施の形態では、この発明に係る画像処理装置が、測定対象の微小角度変化を測定する角度センサに適用された場合について説明する。
図1は、この発明の各実施の形態に係る画像処理装置が適用された角度センサを示す構成図である。図1において、この角度センサは、レーザ光源1から放射されてレンズ2で集光されたスポット光を、CCD受光面4で受光するカメラ3と、受光した画像におけるスポット光の重心位置を算出する画像処理部5(画像処理装置)とを備えている。
画像処理部5は、それぞれ図示しない1次重心決定部、円描画部、重複割合算出部、重み設定部および重心位置算出部を有している。
まず、1次重心決定部は、切り取った画像において、輝度値が最大となるピーク画素の位置を求め、ピーク画素の中心を1次重心と決定する(ステップS1)。
まず、1次重心決定部は、切り取った画像における各画素の輝度値のうち、最大の輝度値p_Mを選択する(ステップS11)。
次に、1次重心決定部は、切り取った画像における各画素の輝度値とステップS12で決定された閾値p_αとを比較し、輝度値が閾値p_αよりも低い画素の輝度値を0とする(ステップS13)。
c1_y=Σp_i・y_i/Σp_i (2)
次に、重複割合算出部は、ステップS2で描かれた半径rの円とi番目の画素との重複割合(重み)w_iを、次式(3)で表される近似式を用いて算出する(ステップS3)。式(3)において、a_iは、1次重心からi番目の画素の中心までの距離を示している。
ここで、図5および図6を参照しながら、重み設定部での重みw_iの切り詰め処理について説明する。
また、円の半径rは、スポット光の形状によって決定される。図5に示されたスポット光の形状であれば、円の半径rを3〜3.5画素とすることにより、重心位置の算出精度を最も高めることができる。
c_y=Σw_i・p_i・y_i/Σw_i・p_i (5)
アルゴリズム[IP]−[WA]を実現する構成によれば、1次重心がサブピクセル単位で決定されるので、重みが0から1へと変化する境界部分において、滑らかに変化するように重みを設定したことによる効果が倍増する。
これにより、円の境界部分において、重みを滑らかに変化させることができる。
そのため、レンズをデフォーカスさせた場合であっても、スポット光の重心位置を高精度に算出することができる。
上記実施の形態1では、図2のステップS1において、1次重心決定部が1次重心を決定する際に、ピーク画素の中心を1次重心と決定すると説明したが、これに限定されない。1次重心決定部は、図12に示す処理によって、サブピクセル単位で1次重心を決定してもよい。この場合には、最終的なスポット光の重心位置の算出精度を向上させることができる。
まず、1次重心決定部は、切り取った画像において、輝度値が最大となるピーク画素の位置を求め、ピーク画素の中心を2次重心と決定する(ステップS21)。
続いて、1次重心決定部は、画素メッシュ上で、2次重心を中心とする半径rの円を描く(ステップS22)。
続いて、1次重心決定部は、ステップS23の処理を施した切り取った画像に対して、上記式(1)、(2)で表される重心位置の算出処理を実行し、得られた位置(座標)(c1_x,c1_y)を1次重心と決定する(ステップS24)。
図11において、アルゴリズム[CA]−[WA]は、図2に示された一般的な重心位置の算出処理において、1次重心決定部が、ステップS1で1次重心を決定する代わりに、図12で示されたように、サブピクセル単位で1次重心を決定するものである。
上記実施の形態1では、1次重心を中心とする円の半径rを例えば3画素として説明したが、これに限定されず、円描画部は、半径rを動的に決定して円を描いてもよい。
以下、円描画部が半径rを動的に決定して円を描く処理について説明する。
上記実施の形態1では、図6で示されたように、重みは、0から1へと変化する境界部分において、0から0.5、0.5から1へと、0.5を経ることにより、1画素分の幅で滑らかに変化する構成になっている。しかしながら、重みは、1画素分の幅で滑らかに変化するものに限定されず、複数の画素幅を含む任意の画素幅で滑らかに変化するものであってもよい。
Claims (12)
- 光源からの光を集光させたスポット光が入射した画像におけるスポット光の重心位置を算出する画像処理装置であって、
前記スポット光が入射した画像の各画素の輝度値に基づいて、前記画像の1次重心を決定する1次重心決定手段と、
前記1次重心を中心とする所定半径の円を描く円描画手段と、
前記所定半径の円と前記各画素との重複割合を算出する重複割合算出手段と、
前記重複割合を、0から1までの重みに切り詰める重み設定手段と、
前記各画素の輝度値に前記重みを乗算して、前記スポット光の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 前記1次重心決定手段は、
前記スポット光が入射した画像における各画素の輝度値のうち、最大の輝度値を選択し、
前記最大の輝度値のα(0≦α≦1)倍の値を閾値と決定し、
前記各画素の輝度値と前記閾値とを比較して、輝度値が前記閾値よりも低い画素の輝度値を0とし、
前記閾値と比較した画像に対して重心位置の算出処理を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記1次重心決定手段は、
輝度値が最大となるピーク画素の位置を求め、前記ピーク画素の中心を2次重心と決定し、
前記2次重心を中心とする所定半径の円を描き、
前記2次重心から前記各画素までの距離と前記所定半径とを比較して、前記所定半径よりも距離の大きい画素の輝度値を0とし、
前記所定半径と比較した画像に対して重心位置の算出処理を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記1次重心決定手段は、輝度値が最大となるピーク画素の位置を求め、前記ピーク画素の中心を1次重心と決定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記円描画手段は、
前記スポット光が入射した画像の各画素を、所定の輝度値を閾値として2値化して円形の2値化結果を求め、
前記円形の2値化結果に含まれる前記所定の輝度値以上の輝度値を有する画素の数を数えて前記円形の面積を求め、
円の面積の公式を用いて自身が描く円の半径を逆算する
ことを特徴とする請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の画像処理装置。 - 重複割合算出手段は、前記重み設定手段によって切り詰められる重みが、任意の画素幅で滑らかに変化するように、前記重複割合を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項5までの何れか1項に記載の画像処理装置。 - 光源からの光を集光させたスポット光が入射した画像におけるスポット光の重心位置を算出する画像処理方法であって、
前記スポット光が入射した画像の各画素の輝度値に基づいて、前記画像の1次重心を決定する1次重心決定ステップと、
前記1次重心を中心とする所定半径の円を描く円描画ステップと、
前記所定半径の円と前記各画素との重複割合を算出する重複割合算出ステップと、
前記重複割合を、0から1までの重みに切り詰める重み設定ステップと、
前記各画素の輝度値に前記重みを乗算して、前記スポット光の重心位置を算出する重心位置算出ステップと、
を備えたことを特徴とする画像処理方法。 - 前記1次重心決定ステップは、
前記スポット光が入射した画像における各画素の輝度値のうち、最大の輝度値を選択するステップと、
前記最大の輝度値のα(0≦α≦1)倍の値を閾値と決定するステップと、
前記各画素の輝度値と前記閾値とを比較して、輝度値が前記閾値よりも低い画素の輝度値を0とするステップと、
前記閾値と比較した画像に対して重心位置の算出処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。 - 前記1次重心決定ステップは、
輝度値が最大となるピーク画素の位置を求め、前記ピーク画素の中心を2次重心と決定するステップと、
前記2次重心を中心とする所定半径の円を描くステップと、
前記2次重心から前記各画素までの距離と前記所定半径とを比較して、前記所定半径よりも距離の大きい画素の輝度値を0とするステップと、
前記所定半径と比較した画像に対して重心位置の算出処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。 - 前記1次重心決定ステップは、輝度値が最大となるピーク画素の位置を求め、前記ピーク画素の中心を1次重心と決定することを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。
- 前記円描画ステップは、
前記スポット光が入射した画像の各画素を、所定の輝度値を閾値として2値化して円形の2値化結果を求めるステップと、
前記円形の2値化結果に含まれる前記所定の輝度値以上の輝度値を有する画素の数を数えて前記円形の面積を求めるステップと、
円の面積の公式を用いて自身が描く円の半径を逆算するステップと、
を含むことを特徴とする請求項7から請求項10までの何れか1項に記載の画像処理方法。 - 重複割合算出ステップは、前記重み設定ステップによって切り詰められる重みが、任意の画素幅で滑らかに変化するように、前記重複割合を算出する
ことを特徴とする請求項7から請求項11までの何れか1項に記載の画像処理方法。
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