JP5961938B2 - Monospectral marker and method and apparatus for detecting the same - Google Patents

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Description

この発明は,同定,識別等のために用いられるモノスペクトル・マーカならびにその検出方法および装置に関する。   The present invention relates to a monospectral marker used for identification, identification and the like, and a detection method and apparatus therefor.

マーカはその配置位置やそれが取付けられた(または,それが表わされた)物体の位置の同定,それらの位置または物体の識別等のために古くから用いられてきた。最近では撮像装置により撮像された画像上におけるマーカを画像処理することにより,観測物体や撮像装置の位置,姿勢を推定する技術が検討されている。特に,仮想空間と現実空間の位置合わせのためのマーカとして,ARToolKit のマーカが一般に用いられる(非特許文献1)。ARToolKit のマーカは黒の矩形枠の内部に任意のパターンを描き加えて構成される。観測画像中で矩形枠の四隅の頂点を検出し,カメラに対するマーカの位置,姿勢を検出する。内部のパターンは,位置,姿勢を検出した後に既知パターンとの照合を行い,どのマーカが観測されているのかを識別するために使われる。   Markers have been used for a long time to identify the location of the object and the position of the object to which it is attached (or represented), to identify the position or object. Recently, a technique for estimating the position and orientation of an observation object and an imaging device by performing image processing on a marker on an image taken by the imaging device has been studied. In particular, the ARToolKit marker is generally used as a marker for positioning the virtual space and the real space (Non-patent Document 1). The ARToolKit marker is constructed by drawing an arbitrary pattern inside a black rectangular frame. The vertex of the four corners of the rectangular frame is detected in the observed image, and the marker position and orientation relative to the camera are detected. The internal pattern is used to identify which marker is observed by comparing the pattern with a known pattern after detecting the position and orientation.

H. Kato, and M. Billinghurst,“Marker tracking and hmd calibration for a video-based augmented reality conferencing system, ”International Workshop on Augmented Reality, pp.85〜94, 1999.H. Kato, and M. Billinghurst, “Marker tracking and hmd calibration for a video-based augmented reality conferencing system,” International Workshop on Augmented Reality, pp. 85-94, 1999.

この白黒で構成されるマーカの問題点は,観測画像に生じる動きぶれや焦点ぼけに対処できないことである。これはマーカの位置,姿勢の検出のために,高周波成分であるエッジを利用することに依るものである。すなわち,観測画像に動きぶれや焦点ぼけが生じると,画像上の高周波成分は抑制され,エッジの位置を正しく検出することができない。   The problem with this black and white marker is that it cannot cope with motion blur and defocusing that occur in the observed image. This is because the edge, which is a high-frequency component, is used to detect the position and orientation of the marker. In other words, when motion blur or defocus occurs in the observed image, high-frequency components on the image are suppressed, and the edge position cannot be detected correctly.

この発明は,動きぶれや焦点ぼけがある画像からでも抽出することができるマーカ(これをモノスペクトル・マーカと呼ぶ)を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a marker (this is called a monospectral marker) that can be extracted even from an image with motion blur or defocus.

この発明はまた,上記のモノスペクトル・マーカの検出(同定または識別)方法および装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting (identifying or identifying) the above-described monospectral marker.

この発明による第1の態様のモノスペクトル・マーカは,明るさに関連する値を表わす第1の要素と,色相に関連する値を表わす第2の要素を含む色空間を用いて,二次元表面を持つ媒体に表わされるマーカである。このマーカは上記第1の要素の値が基礎値である境界を持つマーカ領域を有し,少なくとも2つの独立した位置セグメントが上記マーカ領域内の所定位置に配置される。上記位置セグメントは中心位置を有し,この中心位置を通るすべての方向において,上記第1の要素の値が,上記中心位置でピークを示しかつこのピークの値と基礎値との間で単一周波数で変化するものである。上記位置セグメントの上記第2の要素が特定の色相を表わす値を持つものである。   A monospectral marker according to a first aspect of the present invention is a two-dimensional surface using a color space including a first element representing a value related to brightness and a second element representing a value related to hue. Is a marker represented on a medium having This marker has a marker area having a boundary where the value of the first element is a basic value, and at least two independent position segments are arranged at predetermined positions in the marker area. The position segment has a center position, and in all directions through the center position, the value of the first element shows a peak at the center position and a single value between the value of the peak and the base value. It changes with frequency. The second element of the position segment has a value representing a specific hue.

明るさ(輝度,明度)に関連する第1の要素と,色相(色,色差)に関連する第2の要素を含む色空間(表色系)にはたとえば,色相(Hue),彩度(Saturation, Chroma ),明度(Brightness, Lightness, Value)の三成分からなるHSV色空間(HSB色空間ともいう),輝度Y(luminance)と色差U,V(chrominance)からなるYUV色空間,明度Lと赤の強さa,黄の強さbをもつLab色空間などがある。   A color space (color system) including a first element related to brightness (luminance, brightness) and a second element related to hue (color, color difference) includes, for example, hue (Hue), saturation ( Saturation, Chroma), brightness (Brightness, Lightness, Value) HSV color space (also referred to as HSB color space), brightness Y (luminance) and color difference U, V (chrominance) YUV color space, brightness L Lab color space having red intensity a and yellow intensity b.

明るさに関する第1の要素は,HSV色空間では明度Vが相当し,YUV色空間では輝度Yが相当し,Lab色空間では明度Lが相当する。   The first element relating to brightness corresponds to brightness V in the HSV color space, brightness Y in the YUV color space, and brightness L in the Lab color space.

色相に関する第2の要素は,HSV色空間では色相Hが相当し,YUV色空間では色差UまたはVが相当し,Lab色空間では赤の強さaまたは黄の強さbが相当する。   The second element relating to the hue corresponds to the hue H in the HSV color space, the color difference U or V in the YUV color space, and the red intensity a or yellow intensity b in the Lab color space.

HSV色空間を用いた場合には,第3の要素である彩度Sも利用することができる。   When the HSV color space is used, the third element, saturation S, can also be used.

マーカの媒体としては,紙,プラスチック等のシート,板状体,壁等の平面,物体(商品)の一表面(物体を梱包するダンボール箱等の一表面を含む)等がある。この場合には,モノスペクトル・マーカはこれらの媒体に印刷,描画,ペイント等により表わされるであろう。マーカの媒体としてはさらに,マーカを表示する表示画面でもよい。   Examples of the marker medium include a sheet such as paper and plastic, a flat surface such as a plate-like body and a wall, and one surface of an object (product) (including one surface such as a cardboard box for packing the object). In this case, monospectral markers will be represented by printing, drawing, painting, etc. on these media. The marker medium may be a display screen for displaying the marker.

マーカ領域を規定する境界(境界領域)はマーカの周囲を連続的に囲むもので(このために実施例では連結領域ともいう),第1の要素の値が基礎値であることにより特徴づけられる。基礎値とは,最も典型的には第1の要素の値の最小値であるが,最小値に近い値でもよい。   The boundary that defines the marker area (boundary area) continuously surrounds the periphery of the marker (for this reason, also referred to as a connected area in the embodiment), and is characterized by the value of the first element being a basic value . The basic value is most typically the minimum value of the value of the first element, but may be a value close to the minimum value.

この発明によるモノスペクトル・マーカの特徴は,マーカ領域内に複数の相互に独立した位置セグメントが配置されている点にあり(「独立した」とは相互に離れた,または重ならないことを意味する),さらに,この位置セグメントが中心位置を有し,この中心位置を通るすべての方向において,第1の要素の値が単一周波数(単一空間周波数)で変化する点にある。さらに詳しく述べると,第1の要素の値は位置セグメントの中心位置でピークを示す。中心位置から離れたところでは第1の要素の値は上記の基礎値であり,中心に向かうにしたがって増大し,ピークに達する。この変化が単一周波数で表わされる。ピークの値とは一般的には第1の要素の値の最大値であるが,これに近い値でもよい。   The monospectral marker according to the present invention is characterized in that a plurality of mutually independent position segments are arranged in the marker region ("independent" means that they are separated from each other or do not overlap with each other). In addition, the position segment has a center position, and the value of the first element changes at a single frequency (single spatial frequency) in all directions passing through the center position. More specifically, the value of the first element shows a peak at the center position of the position segment. At a position away from the center position, the value of the first element is the above basic value, increases toward the center, and reaches a peak. This change is represented by a single frequency. The peak value is generally the maximum value of the value of the first element, but may be a value close to this.

単一周波数の値(周波数値)は,位置セグメントの中心位置を通るすべての方向で等しい値でもよいし,後述する実施例に示すように,角度方向に連続的に変化してもよい。単一周波数の値が角度方向に変化する場合には,後述するバンド・パス・フィルタの通過帯域に,単一周波数の値の変化に相当する周波数帯の広がりを考慮しなければならない。   The single frequency value (frequency value) may be equal in all directions passing through the center position of the position segment, or may change continuously in the angular direction as shown in the embodiments described later. When the value of the single frequency changes in the angular direction, the spread of the frequency band corresponding to the change of the value of the single frequency must be considered in the pass band of the band-pass filter described later.

位置セグメントはさらに第2の要素の値によって特徴づけられる。第2の要素の値は範囲を持っていてもよい。   The location segment is further characterized by the value of the second element. The value of the second element may have a range.

以上説明した第1の態様のモノスペクトル・マーカは複数の位置セグメントのみによって特徴づけられるモノスペクトル・マーカであるが,モノスペクトル・マーカは位置セグメントとは異なるIDセグメントを備えることもできる。IDセグメントは,特に,複数種類のモノスペクトル・マーカ(位置セグメントは同じでもよい)が存在する場合に,これらのモノスペクトル・マーカを互いに識別するために有効利用される。   The monospectral marker of the first aspect described above is a monospectral marker characterized by only a plurality of position segments, but the monospectral marker can also include an ID segment different from the position segment. The ID segment is effectively used to distinguish these monospectral markers from each other particularly when there are a plurality of types of monospectral markers (position segments may be the same).

すなわち,第2の態様のモノスペクトル・マーカは,上記マーカ領域内にさらに上記位置セグメントから離れてIDセグメントが配置され,上記IDセグメントの上記第2の要素は上記位置セグメントの第2の要素の値とは異なる値を持つことを特徴とするものである。IDセグメントの第1の要素の値は単一周波数をもって変化するものでもよいし,エッジを持つものでもよい。   That is, in the monospectral marker of the second aspect, an ID segment is further arranged in the marker area away from the position segment, and the second element of the ID segment is the second element of the position segment. It is characterized by having a value different from the value. The value of the first element of the ID segment may change with a single frequency or may have an edge.

上述したように,ARToolKit マーカはその検出のためにエッジを利用する。エッジは高周波成分を含むから動きぶれや焦点ぼけがあると,高周波成分が抑制され,エッジが正しく検出されにくくなる。この発明によるモノスペクトル・マーカにおいては,少なくともその位置セグメントの第1の要素の値は単一周波数(しかも,エッジのように高周波ではなく,低周波である)をもって変化するものであるから,動きぶれや焦点ぼけがあってもその影響を受けにくく,動きぶれや焦点ぼけがあっても検出することができる。   As mentioned above, the ARToolKit marker uses edges for its detection. Edges contain high-frequency components, so if there is motion blur or defocus, the high-frequency components are suppressed and the edges are difficult to detect correctly. In the monospectral marker according to the present invention, since the value of at least the first element of the position segment changes with a single frequency (and not a high frequency like an edge, but a low frequency), Even if there is blurring or defocusing, it is not easily affected, and even if there is motion blur or defocusing, it can be detected.

この発明は上述したモノスペクトル・マーカを検出する方法および装置を提供するものである。   The present invention provides a method and apparatus for detecting the monospectral marker described above.

第1の態様のモノスペクトル・マーカの検出方法は,第1の態様のモノスペクトル・マーカを含むシーンを撮像して得られる画像データを上記色空間の画像データに変換して,画素ごとに,少なくとも上記第1の要素の値と上記第2の要素の値とを取得し,上記第1の要素の値に対して,上記単一周波数に相当する周波数を含む通過帯域を持つバンド・パス・フィルタでフィルタリングしてこのバンド・パス・フィルタを通過する画素を特定し,上記第1の要素の値について上記マーカ領域(境界領域)を抽出し,上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内の値であるかどうかを判定し,上記第1の要素の値が上記バンド・パス・フィルタを通過し,かつ上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内にある画素の中で,上記第1の要素の値がピークを示す画素を特定して上記位置セグメントの中心位置候補を決定し,上記決定した中心位置候補のうち上記抽出したマーカ領域(境界領域)内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致することによりモノスペクトル・マーカであると同定するものである。   According to the first aspect of the method for detecting a monospectral marker, image data obtained by imaging a scene including the monospectral marker of the first aspect is converted into image data of the color space, and for each pixel, A band path having a passband including a frequency corresponding to the single frequency with respect to the value of the first element, at least obtaining the value of the first element and the value of the second element; Filtering with a filter identifies a pixel that passes through the band pass filter, extracts the marker region (boundary region) for the value of the first element, and the value of the second element is the specific hue. The value of the first element passes through the band pass filter, and the value of the second element falls within the range representing the specific hue. In a pixel, above A pixel whose first element value indicates a peak is identified to determine a center position candidate of the position segment, and among the determined center position candidates, a center position candidate existing in the extracted marker area (boundary area) Is identified as a monospectral marker by matching the predetermined number with a predetermined number.

第1の態様のモノスペクトル・マーカの検出装置は,第1の態様のモノスペクトル・マーカを含むシーンを撮像して得られる画像データを上記色空間の画像データに変換して,画素ごとに,少なくとも上記第1の要素の値と上記第2の要素の値とを取得する画像変換手段,上記単一周波数に相当する周波数を含む通過帯域を持つバンド・パス・フィルタを備え,このバンド・パス・フィルタで上記第1の要素の値をフィルタリングして該バンド・パス・フィルタを通過する画素を特定するフィルタリング手段,上記第1の要素の値について上記マーカ領域(境界領域)を抽出するマーカ領域(境界領域)抽出手段,上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内の値であるかどうかを判定する第2要素判定手段,上記フィルタリング手段により特定された画素であって,かつ上記第2要素判定手段により上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内にある画素の中で,上記第1の要素の値がピークを示す画素を特定して上記位置セグメントの中心位置候補を決定する中心位置候補決定手段,および上記中心位置候補決定手段により決定された中心位置候補のうち上記マーカ領域抽出手段により抽出されたマーカ領域(境界領域)内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致することによりモノスペクトル・マーカであると同定するマーカ同定手段を備えるものである。   The monospectral marker detection apparatus according to the first aspect converts image data obtained by imaging a scene including the monospectral marker according to the first aspect into image data of the color space. Image conversion means for acquiring at least the value of the first element and the value of the second element; and a band pass filter having a pass band including a frequency corresponding to the single frequency. Filtering means for filtering the value of the first element with a filter to identify pixels passing through the band pass filter; a marker area for extracting the marker area (boundary area) for the value of the first element (Boundary region) extraction means, second element determination means for determining whether or not the value of the second element is within the range representing the specific hue, the filtering means Among the pixels specified by (2) and the value of the second element is within the range representing the specific hue by the second element determination means, the value of the first element has a peak. A center position candidate determining means for determining a center position candidate for the position segment by specifying a pixel to be indicated, and a marker area extracted by the marker area extracting means from the center position candidates determined by the center position candidate determining means ( Marker identification means for identifying a monospectral marker by matching the number of center position candidates existing in the boundary region) with a predetermined number.

バンド・パス・フィルタの通過帯域は,撮像により得られる画像上におけるモノスペクトル・マーカのサイズ,モノスペクトル・マーカの位置セグメントを表わす第1の要素の値の単一周波数の値(単一周波数が変化する範囲),シーンにおけるモノスペクトル・マーカの姿勢(傾きの有無),撮像手段によるシーンの撮像角度等を考慮して,第1の要素の値によって表わされる位置セグメントの像が通過するように定められる。   The pass band of the band pass filter is a single frequency value (single frequency is the size of the monospectral marker on the image obtained by imaging, the value of the first element representing the position segment of the monospectral marker). The position segment image represented by the value of the first element is passed in consideration of the range of change), the attitude of the monospectral marker in the scene (presence or absence of tilt), the imaging angle of the scene by the imaging means, etc. Determined.

動きぶれや焦点ぼけがあっても第1の要素の値によって表わされる位置セグメントの像は,上述のように,影響を受けにくいので,位置セグメントの中心位置を正しく抽出してモノスペクトル・マーカを同定することができる。第2の要素の値は位置セグメントの抽出に寄与する。なお,マーカ領域(境界領域)の抽出は第1の要素の値の基礎値付近のレベルの閾値処理により可能であるから,動きぶれや焦点ぼけの影響を受けにくい。   As described above, the position segment image represented by the value of the first element is not easily affected by motion blur or defocusing. Therefore, the center position of the position segment is correctly extracted and the monospectral marker is selected. Can be identified. The value of the second element contributes to the location segment extraction. Note that the marker area (boundary area) can be extracted by threshold processing at a level near the basic value of the value of the first element, and thus is not easily affected by motion blur or defocus.

ここでモノスペクトル・マーカの同定とは,少なくとも一つのモノスペクトル・マーカの存在と位置を決定することを意味する。後述するモノスペクトル・マーカの識別とは,少なくとも2種のモノスペクトル・マーカが存在する場合に,これらを区別してその存在と位置を決定することを意味する。そして,検出は同定と識別の両方を含む概念である。   Here, the identification of a monospectral marker means determining the presence and position of at least one monospectral marker. The identification of a monospectral marker, which will be described later, means that when there are at least two types of monospectral markers, the presence and position thereof are determined by distinguishing them. Detection is a concept that includes both identification and identification.

第2の態様のモノスペクトル・マーカを検出する方法は,モノスペクトル・マーカを含むシーンを撮像して得られる画像データを上記色空間の画像データに変換して,画素ごとに,少なくとも上記第1の要素の値と上記第2の要素の値とを取得し,上記第1の要素の値に対して,上記単一周波数に相当する周波数を含む通過帯域を持つバンド・パス・フィルタでフィルタリングしてこのバンド・パス・フィルタを通過する画素を特定し,上記第1の要素の値について上記マーカ領域(境界領域)を抽出し,上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内の値であるかどうかを判定し,上記第1の要素の値が上記バンド・パス・フィルタを通過し,かつ上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内にある画素の中で,上記第1の要素の値がピークを示す画素を特定して上記位置セグメントの中心位置候補を決定し,上記抽出されたマーカ領域内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致する場合に,その中心位置候補を上記位置セグメントの中心位置としてこの中心位置に基づいて上記IDセグメントの少なくとも中心位置を求め,求めた中心位置の上記第2の要素の値が所定の範囲内にあるかどうかにより,特定のモノスペクトル・マーカかどうかを判定するものである。   According to a second aspect of the method for detecting a monospectral marker, image data obtained by capturing a scene including a monospectral marker is converted into image data of the color space, and at least the first spectrum is detected for each pixel. The value of the element and the value of the second element are obtained, and the value of the first element is filtered by a band pass filter having a passband including a frequency corresponding to the single frequency. A pixel that passes through the band pass filter is specified, the marker area (boundary area) is extracted for the value of the first element, and the value of the second element is within a range representing the specific hue. Among the pixels in which the value of the first element passes through the band pass filter and the value of the second element is within the range representing the specific hue. In the first When a pixel whose prime value indicates a peak is specified to determine a center position candidate of the position segment, and the number of center position candidates existing in the extracted marker region matches a predetermined number, The center position candidate is set as the center position of the position segment, and at least the center position of the ID segment is obtained based on the center position. Depending on whether the value of the second element of the obtained center position is within a predetermined range. , It is determined whether it is a specific monospectral marker.

第2の態様のモノスペクトル・マーカの検出装置は,モノスペクトル・マーカを含むシーンを撮像して得られる画像データを上記色空間の画像データに変換して,画素ごとに,少なくとも上記第1の要素の値と上記第2の要素の値とを取得する画像変換手段,上記単一周波数に相当する周波数を含む通過帯域を持つバンド・パス・フィルタを備え,このバンド・パス・フィルタで上記第1の要素の値をフィルタリングして該バンド・パス・フィルタを通過する画素を特定するフィルタリング手段,上記第1の要素の値について上記マーカ領域(境界領域)を抽出するマーカ領域(境界領域)抽出手段,上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内の値であるかどうかを判定する第2要素判定手段,上記フィルタリング手段により特定された画素であって,かつ上記第2要素判定手段により上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内にある画素の中で,上記第1の要素の値がピークを示す画素を特定して上記位置セグメントの中心位置候補を決定する中心位置候補決定手段,および上記マーカ領域抽出手段により抽出されたマーカ領域(境界領域)内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致する場合に,その中心位置候補を上記位置セグメントの中心位置としてこの中心位置に基づいて上記IDセグメントの少なくとも中心位置を求め,求めた中心位置の上記第2の要素の値が所定の範囲内にあるかどうかにより,特定のモノスペクトル・マーカかどうかを判定するマーカ識別手段を備えるものである。   The monospectral marker detection apparatus according to the second aspect converts image data obtained by capturing a scene including a monospectral marker into image data in the color space, and at least the first spectrum is obtained for each pixel. Image conversion means for acquiring an element value and a value of the second element; and a band pass filter having a pass band including a frequency corresponding to the single frequency. Filtering means for filtering the value of one element to identify pixels passing through the band pass filter, and extracting a marker area (boundary area) for extracting the marker area (boundary area) for the value of the first element Means, second element determining means for determining whether or not the value of the second element is within a range representing the specific hue, specified by the filtering means Among the pixels that are determined by the second element determination means and the value of the second element is within the range representing the specific hue, the pixel having the peak value of the first element Center position candidate determination means for determining a center position candidate of the position segment by specifying the position segment, and the number of center position candidates existing in the marker area (boundary area) extracted by the marker area extraction means is predetermined. If the number matches the number, the center position candidate is set as the center position of the position segment, and at least the center position of the ID segment is obtained based on the center position. The value of the second element of the obtained center position is a predetermined value. Marker identifying means for determining whether or not a specific monospectral marker is determined depending on whether it is within the range or not.

IDセグメントの第2の要素の値を用いているから位置セグメントが同じ(その構成と位置が同じ)複数のモノスペクトル・マーカにおいてIDセグメントの第2の要素の値が異なるようにしておけば,これによって複数のモノスペクトル・マーカを識別することが可能となる。IDセグメントの中心位置は位置セグメントの中心位置に基づいて求めているから,IDセグメントの第1の要素が単一周波数を持つものでない場合であっても,IDセグメントの第2の要素の値の取得が可能であり,動きぶれや焦点ぼけの影響を受けにくい。   If the value of the second element of the ID segment is used in a plurality of monospectral markers having the same position segment (the same configuration and position) because the value of the second element of the ID segment is used, This makes it possible to identify a plurality of monospectral markers. Since the center position of the ID segment is determined based on the center position of the position segment, even if the first element of the ID segment does not have a single frequency, the value of the second element of the ID segment It can be acquired and is not easily affected by motion blur or defocus.

上記いずれの検出方法,検出装置においても,撮像装置からモノスペクトル・マーカまでの距離が固定している場合には,一つのバンド・パス・フィルタで足りるが,撮像装置からモノスペクトル・マーカまでの距離がモノスペクトル・マーカに応じて異なる場合や変動する場合には,撮像装置からモノスペクトル・マーカまでの距離に応じて異なる通過帯域を持つ複数のバンド・パス・フィルタを用意しておいて,それらのバンド・パス・フィルタを用いて上記第1の要素の値をそれぞれフィルタリングしていずれかのバンド・パス・フィルタを通過する画素を特定する。   In any of the above detection methods and devices, if the distance from the imaging device to the monospectral marker is fixed, a single band-pass filter is sufficient, but the distance from the imaging device to the monospectral marker is sufficient. If the distance varies or varies depending on the monospectral marker, prepare multiple band pass filters with different passbands depending on the distance from the imaging device to the monospectral marker. Those band pass filters are used to filter the values of the first element to identify pixels that pass through one of the band pass filters.

(A)はモノスペクトル・マーカの一例を示し,(B),(C),(D)はそれぞれ(A) のL1線に沿う明度V,色相H,彩度Sの値の変化を示す。(A) shows an example of a monospectral marker, and (B), (C), and (D) show changes in values of lightness V, hue H, and saturation S along the L1 line of (A), respectively. (A)はモノスペクトル・マーカの一例を示し,(B),(C),(D)はそれぞれ(A) のL2線に沿う明度V,色相H,彩度Sの値の変化を示す。(A) shows an example of a monospectral marker, and (B), (C), and (D) show changes in values of lightness V, hue H, and saturation S along the line L2 in (A), respectively. 図1(A) に示すモノスペクトル・マーカのL1線に沿う明度Vのスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum of the brightness V along the L1 line of the monospectral marker shown to FIG. 1 (A). モノスペクトル・マーカの他の例を示す。Another example of a monospectral marker is shown. モノスペクトル・マーカのさらに他の例を示す。Still another example of a monospectral marker is shown. モノスペクトル・マーカのさらに他の例を示す。Still another example of a monospectral marker is shown. モノスペクトル・マーカのさらに他の例を示す。Still another example of a monospectral marker is shown. モノスペクトル・マーカのさらに他の例を示す。Still another example of a monospectral marker is shown. モノスペクトル・マーカが配置されたシーンの撮像により得られる画像の一例を示す。An example of an image obtained by imaging a scene in which a monospectral marker is arranged is shown. モノスペクトル・マーカの検出システムの全体を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the whole monospectral marker detection system. (A)はバンド・パス・フィルタの通過周波数帯域を周波数領域で示し,(B)は空間領域で示すものである。(A) shows the pass frequency band of the band pass filter in the frequency domain, and (B) shows in the spatial domain. 位置セグメントの中心画素を求める処理(モノスペクトル・マーカの同定処理)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process (monospectral marker identification process) which calculates | requires the center pixel of a position segment. 図12のステップS12の位置セグメントの第1候補の画素を抽出する処理を説明するための機能ブロック図である。FIG. 13 is a functional block diagram for explaining a process of extracting a first candidate pixel of a position segment in step S12 of FIG. IDセグメントを利用したモノスペクトル・マーカの検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection process of the monospectral marker using an ID segment. IDセグメントの中心位置を求める処理を説明するものである。A process for obtaining the center position of the ID segment will be described.

まずモノスペクトル・マーカの構成について説明する。   First, the configuration of the monospectral marker will be described.

この実施例のモノスペクトル・マーカはHSV色空間(HSV表色系)により表現される。HSV色空間は色相(Hue),彩度(Saturation, Chroma)および明度(Brightness, Lightness, Value)の三つの成分からなる(HSB色空間ともいわれる)。   The monospectral marker of this embodiment is expressed by the HSV color space (HSV color system). The HSV color space is composed of three components of hue (Hue), saturation (Saturation, Chroma), and brightness (Brightness, Lightness, Value) (also referred to as HSB color space).

明度Vを第1の要素とし(明るさに関連する値を表わす),その値を0〜 100%で表わす。   The brightness V is the first element (representing a value related to brightness), and the value is represented by 0 to 100%.

色相Hを第2の要素とし(色に関連する値を表わす),その値を0〜 360°で表わす。   Hue H is the second element (representing a value related to color), and the value is represented by 0 to 360 °.

彩度Sを第3の要素とし(鮮やかさに関連する値を表わす),その値を0〜 100%で表わす。   Saturation S is the third element (representing a value related to vividness), and the value is represented by 0 to 100%.

図1(A) および図2(A) はこの発明の実施例によるモノスペクトル・マーカの一例を示している(符号MK1で示す)。図1(A) と図2(A) は全く同じモノスペクトル・マーカを示す(線L1,L2の引いてある位置のみが異なる)。   FIG. 1A and FIG. 2A show an example of a monospectral marker according to an embodiment of the present invention (indicated by reference numeral MK1). FIGS. 1A and 2A show exactly the same monospectral marker (only the positions where lines L1 and L2 are drawn are different).

モノスペクトル・マーカMK1は正方形の境界を持つ。この境界の内側に幅の狭い正方形の枠状の境界領域(連結領域)BDを有している。境界領域BDは黒の領域である(V=0,H=0,S=0)。境界領域BDおよびその内部がマーカ領域である。境界領域BDはマーカ領域の周囲を囲んでいる閉じた領域である。   The monospectral marker MK1 has a square boundary. A narrow square frame-shaped boundary region (connection region) BD is provided inside the boundary. The boundary area BD is a black area (V = 0, H = 0, S = 0). The boundary area BD and the inside thereof are marker areas. The boundary area BD is a closed area surrounding the marker area.

境界領域BDにより囲まれたマーカ領域の内部には,合計9個のセグメントが配置されている。正方形の四隅の位置に配置されている4つのセグメントを位置セグメントといい,それぞれSp1,Sp2,Sp3,Sp4で表わす。これらの位置セグメントの中間およびマーカ領域内の中央に配置されているのがIDセグメントSd1,Sd2,Sd3,Sd4,Sd5である(ID=Identification)。   A total of nine segments are arranged inside the marker area surrounded by the boundary area BD. The four segments arranged at the four corners of the square are referred to as position segments and are represented by Sp1, Sp2, Sp3, and Sp4, respectively. The ID segments Sd1, Sd2, Sd3, Sd4, and Sd5 are arranged in the middle of these position segments and in the center of the marker area (ID = Identification).

図1(B),(C),(D)に,図1(A)の最上段の3個のセグメントSp1,Sd1,Sp2の中心を通る線L1に沿う明度V,色相H,彩度Sの値の変化を示す。同様に,図2(B),(C),(D)に,図2(A)の中段の3個のセグメントSd2,Sd3,Sd4の中心を通る線L2に沿う明度V,色相H,彩度Sの値の変化を示す。   FIGS. 1B, 1C, and 1D show brightness V, hue H, and saturation S along line L1 passing through the centers of the top three segments Sp1, Sd1, and Sp2 in FIG. Shows the change in the value of. Similarly, FIGS. 2B, 2C, and 2D show brightness V, hue H, and saturation along line L2 passing through the centers of the three segments Sd2, Sd3, and Sd4 in the middle of FIG. The change of the value of degree S is shown.

図1(B) において,明度Vは,左端の境界領域BDの値0(最小値,基礎値)から線L1に沿って正弦波(余弦波)状に滑らかに変化し,それぞれセグメントSp1,Sd1,Sp2の中心でピークを示し,これらのセグメントの中間で最小値を示し,右端の境界領域BDに至っている。すなわち,明度Vの値の変化は線L1に沿って単一周波数(単一の空間周波数)によって表わされる。これがモノスペクトル・マーカの意義である。   In FIG. 1 (B), the brightness V smoothly changes in a sine wave (cosine wave) along the line L1 from the value 0 (minimum value, basic value) in the boundary region BD at the left end, and the segments Sp1, Sd1 respectively. , Sp2 shows a peak, shows a minimum value in the middle of these segments, and reaches the rightmost boundary region BD. That is, the change in value V is represented by a single frequency (single spatial frequency) along the line L1. This is the significance of the monospectral marker.

この明度Vの変化の周波数スペクトルを図3に示す。マーカMK1は充分に視認できる程度の大きさのものであるから,明度Vの変化は空間的に比較的緩やかであり単一周波数スペクトルは,相対的に低周波領域に現れる。   The frequency spectrum of this change in brightness V is shown in FIG. Since the marker MK1 is large enough to be visually recognized, the change in the brightness V is relatively moderate spatially, and the single frequency spectrum appears in a relatively low frequency region.

図1(C)の色相(H)についてみると,位置セグメントSp1,Sp2の色相(H) の値は60°(黄色)であり,中央のIDセグメントSd1の色相(H)の値は0°(赤色)である。   Looking at the hue (H) in FIG. 1 (C), the hue (H) value of the position segments Sp1 and Sp2 is 60 ° (yellow), and the hue (H) value of the central ID segment Sd1 is 0 °. (Red).

図1(D) の彩度Sについてみると,境界領域BDを除くマーカ領域の内部では均一に最大値100 を示す。彩度Sは必ずしも最大値になくてもよいが,できるだけ高い値が好ましい。   Looking at the saturation S in FIG. 1D, the maximum value 100 is uniformly shown inside the marker area excluding the boundary area BD. The saturation S is not necessarily the maximum value, but is preferably as high as possible.

図2(B) において,モノスペクトル・マーカMK1の2段目の線L2に沿う明度Vもまた単一周波数を描く変化を示し,その周波数の値は図1(A) に示すものと同じである。図2(C) において,IDセグメントSd2,Sd3,Sd4の色相Hは,それぞれ, 120°(緑), 180°(青),0°(赤)である。図2(D) において彩度Sは最大値を示す。   In FIG. 2 (B), the brightness V along the second line L2 of the monospectral marker MK1 also shows a change depicting a single frequency, and the frequency value is the same as that shown in FIG. 1 (A). is there. In FIG. 2C, the hues H of the ID segments Sd2, Sd3, and Sd4 are 120 ° (green), 180 ° (blue), and 0 ° (red), respectively. In FIG. 2D, the saturation S shows the maximum value.

モノスペクトル・マーカMK1の最下段のセグメントSp3,Sd5,Sp4についても,その中心を通る線に沿う明度Vの変化は図1(B),図2(B)に示すものと同じ周波数の正弦波状である。これらのセグメントSp3,Sd5,Sp4の色相はそれぞれ60°(黄), 180°(青),60°(黄)である。彩度Sは最大値を示す。   For the lowermost segments Sp3, Sd5, Sp4 of the monospectral marker MK1, the change in brightness V along the line passing through the center thereof is a sine wave having the same frequency as that shown in FIGS. 1 (B) and 2 (B). It is. The hues of these segments Sp3, Sd5, and Sp4 are 60 ° (yellow), 180 ° (blue), and 60 ° (yellow), respectively. Saturation S indicates the maximum value.

モノスペクトル・マーカMK1の各セグメントの縦方向の並び(Sp1,Sd2,Sp3の並び,Sd1,Sd3,Sd5の並び,Sp2,Sd4,Sp4の並び)に沿う明度Vの変化も正弦波状に単一周波数を持ち,この単一周波数の周波数値は図1(B),図2(B)に示すものと同一である。   The change in brightness V along the vertical direction of each segment of the monospectral marker MK1 (sequence of Sp1, Sd2, Sp3, sequence of Sd1, Sd3, Sd5, sequence of Sp2, Sd4, Sp4) is also a single sinusoidal change. The frequency value of this single frequency is the same as that shown in FIGS. 1 (B) and 2 (B).

対角線方向のセグメントの並び(Sp1,Sd3,Sp4の並び,Sp2,Sd3,Sp3の並び)に沿う明度Vの変化も単一周波数で正弦波状であるが,周波数は図1(B),図2(B)に示す周波数の1/√2である。   The change in brightness V along the array of diagonal segments (sequence of Sp1, Sd3, Sp4, sequence of Sp2, Sd3, Sp3) is also a sine wave at a single frequency, but the frequency is shown in FIG. It is 1 / √2 of the frequency shown in (B).

モノスペクトル・マーカMK1の各セグメント(Sp1〜Sp4,Sd1〜Sd5)においては,横方向(線L1,L2の方向)および縦方向(線L1,L2に直交する方向)の2方向(各セグメントの中心において直交する2方向)において,明度Vの値は同じ周波数値の単一周波数で変化する。各セグメントの中心を通るすべての方向において,明度Vの値は単一周波数で変化するが,その周波数は上記の直交する2方向から角度方向に離れるにしたがって低下し,回転した方向において上述のように上記直交する2方向の周波数の1/√2となる。   In each segment (Sp1 to Sp4, Sd1 to Sd5) of the monospectral marker MK1, two directions (directions of the segments L1 and L2) and a vertical direction (direction orthogonal to the lines L1 and L2) In two directions orthogonal to the center, the value of brightness V changes at a single frequency with the same frequency value. In all directions passing through the center of each segment, the value of brightness V changes at a single frequency, but that frequency decreases with increasing angular distance from the two orthogonal directions, and in the rotated direction as described above. Is 1 / √2 of the frequency in the two orthogonal directions.

このように,各セグメントはその明度Vが各セグメントの中心を通るすべての方向について単一周波数で変化し,周波数は角度が異なると連続的に変化するがその周波数変化の幅は比較的狭い。   Thus, each segment changes its brightness V at a single frequency in all directions passing through the center of each segment. The frequency changes continuously at different angles, but the frequency change is relatively narrow.

すべてのセグメントSp1〜Sp4,Sd1〜Sd5は相互に独立している(離れている,または重ならない)。すなわち,各セグメント間において,セグメントの明度Vの値が0となる少なくとも1画素が存在する。   All the segments Sp1 to Sp4 and Sd1 to Sd5 are independent from each other (separate or do not overlap). In other words, there is at least one pixel having a value of segment brightness V of 0 between the segments.

IDセグメントSd1〜Sd5についても明度Vの値の変化を単一周波数をもつものとしているが,後に例を示すように(図8),IDセグメントについては明度Vは必ずしも単一周波数を持つ必要はなく,方形波のように不連続に変化するものでもよい。   For the ID segments Sd1 to Sd5, the change in the value of brightness V has a single frequency. As shown in an example later (FIG. 8), the brightness V of the ID segment is not necessarily required to have a single frequency. Alternatively, it may be a discontinuous change such as a square wave.

このようなモノスペクトル・マーカMK1は二次元表面を持つ媒体の表面上に表わされるか,または観測物体の表面上に直接に表わされる。媒体には,紙,プラスチック等のシートもしくは板状体,壁等の平面,表示画面を含む。   Such a monospectral marker MK1 is represented on the surface of the medium having a two-dimensional surface or directly on the surface of the observation object. The medium includes a sheet or plate such as paper, plastic, a flat surface such as a wall, and a display screen.

図4はモノスペクトル・マーカの他の例を示すものである。このモノスペクトル・マーカMK2は,上述したモノスペクトル・マーカMK1の最下段の3つのセグメントSp3,Sd5,Sp4を取り出して幅のきわめて狭い長方形枠状の境界領域内に配置したものである。   FIG. 4 shows another example of a monospectral marker. The monospectral marker MK2 is obtained by taking out the bottom three segments Sp3, Sd5, Sp4 of the monospectral marker MK1 and placing them in a border region having a very narrow width.

図5は正三角形枠状の境界領域を有し,この境界領域内の正三角形の頂点に近い位置に3つの位置セグメントSp7,Sp8,Sp9(色相はいずれも黄)を配置し,位置セグメントの間にIDセグメントSd7(青),Sd8(赤),Sd9(青)を配置したものである。すべてのセグメントにおいて,その明度は,各セグメントの中心を通るすべての方向において,単一周波数の変化を示す。明度のピーク値は各セグメントの中心であり,中心を通るすべての方向において単一周波数の周波数値は等しい。   FIG. 5 has an equilateral triangle frame-like boundary area, and three position segments Sp7, Sp8, Sp9 (the hue is yellow) are arranged at positions near the apex of the equilateral triangle in the boundary area. ID segments Sd7 (blue), Sd8 (red), and Sd9 (blue) are arranged between them. In every segment, its brightness shows a single frequency change in all directions through the center of each segment. The lightness peak value is the center of each segment, and the frequency value of a single frequency is equal in all directions through the center.

図6はさらに他のモノスペクトル・マーカの例を示すものである。このモノスペクトル・マーカMK4は2つの位置セグメントSp11とSp12のみを含む。各位置セグメントSp11,Sp12の明度Vの値はそれらの中心においてピーク値を示し, 360°の全方向においてすべて同じ単一周波数で変化し,最外周において明度の値が0となっている。この明度の値が0となっている部分が境界領域である。位置セグメントSp11とSp12の色相Hの値は60°(黄),彩度Sの値は 100%である。このように,モノスペクトル・マーカはIDセグメントを備えず,位置セグメントのみで構成してもよい。   FIG. 6 shows another example of a monospectral marker. This monospectral marker MK4 includes only two position segments Sp11 and Sp12. The lightness value V of each position segment Sp11, Sp12 shows a peak value at the center thereof, changes in all directions of 360 ° at the same single frequency, and the lightness value is 0 at the outermost periphery. The portion where the brightness value is 0 is the boundary region. The value of hue H of position segments Sp11 and Sp12 is 60 ° (yellow), and the value of saturation S is 100%. As described above, the monospectral marker may not be provided with the ID segment but may be configured only with the position segment.

図7はさらに他のモノスペクトル・マーカの例を示す。このモノスペクトル・マーカMK5は,長方形枠の境界領域(連結領域)BDと,この境界領域BD内にこの境界領域から離れて設けられた2つの位置セグメントSp13,Sp14とから構成される。位置セグメントSp13,Sp14の明度Vの値は,いずれも,直交する方向に同じ単一周波数で変化し(中心にピークがある),これらの方向から回転するにしたがい上記単一周波数よりも小さい単一周波数で変化する(45°回転した位置で1/√2倍に小さくなる)ものである。位置セグメントSp13,Sp14の色相Hの値は60°(黄),彩度Sの値は 100%である。このように,境界領域BDと位置セグメントSp13,Sp14とは離れていてもよい。   FIG. 7 shows another example of a monospectral marker. The monospectral marker MK5 includes a rectangular frame boundary region (connected region) BD and two position segments Sp13 and Sp14 provided in the boundary region BD apart from the boundary region. The values of the brightness V of the position segments Sp13 and Sp14 both change at the same single frequency in the orthogonal direction (there is a peak at the center), and a single value smaller than the single frequency as they rotate from these directions. It changes at one frequency (it becomes 1 / √2 times smaller at a position rotated by 45 °). The value of hue H of position segments Sp13 and Sp14 is 60 ° (yellow), and the value of saturation S is 100%. As described above, the boundary region BD and the position segments Sp13 and Sp14 may be separated from each other.

図8に示すモノスペクトル・マーカMK6では2つの位置セグメントSp13とSp14の間に,2つのIDセグメントSd11,Sd12が設けられている。これらのIDセグメントSd11,Sd12の明度Vの値は正弦波状に単一周波数で変化するものではなく,方形波状に不連続に変化するもので,100%一定である。IDセグメントSd11の色相Hの値は0°(赤),IDセグメントSd12の色相Hの値は180°(青)である。またこれらのIDセグメントSd11,Sd12の彩度Sの値は 100%である。2つのIDセグメントSd11,Sd12の位置セグメントSp13,Sp14に対する相対的な位置はあらかじめ定められている(既知である)。   In the monospectral marker MK6 shown in FIG. 8, two ID segments Sd11 and Sd12 are provided between the two position segments Sp13 and Sp14. The value V of the brightness V of these ID segments Sd11 and Sd12 does not change at a single frequency in a sine wave shape but discontinuously changes in a square wave shape and is constant at 100%. The ID segment Sd11 has a hue H value of 0 ° (red), and the ID segment Sd12 has a hue H value of 180 ° (blue). The value of the saturation S of these ID segments Sd11 and Sd12 is 100%. The relative positions of the two ID segments Sd11 and Sd12 with respect to the position segments Sp13 and Sp14 are predetermined (known).

図10は上述したモノスペクトル・マーカを含むシーン(背景,風景,情景,場)を撮像し,これにより得られる画像データを解析してモノスペクトル・マーカを検出するシステム全体を示すものである。   FIG. 10 shows an entire system for detecting a monospectral marker by imaging a scene (background, landscape, scene, field) including the above-described monospectral marker and analyzing image data obtained thereby.

このシステムは基本的にはデジタル・カメラ70と,マーカ検出装置10とから構成される。   This system basically includes a digital camera 70 and a marker detection device 10.

マーカ検出装置10は一般的にはコンピュータ・システム(パーソナル・コンピュータPC,その他のコンピュータ装置)により実現される。図10にはこのコンピュータ・システムが果たす機能(処理)がブロックの形で表現されている。すなわち,画像変換処理(手段)21,直流成分除去処理(手段)22,n個のバンド・パス・フィルタ処理(手段)31,32,…,3n(以下,BFP1,2,…,nと略す),マーカ抽出処理(手段)60はすべてコンピュータを動作させるソフトウェアによって実現されるものである。また,Vメモリ23,Vメモリ41,42,…,4n(以下,Vメモリ1,2,…,nと略す),Hメモリ51,Sメモリ52も機能的に分けて記載しているにすぎず,これらのメモリは実現的には一個ないしは数個のメモリにより実現されるものである。   The marker detection device 10 is generally realized by a computer system (personal computer PC or other computer device). In FIG. 10, the functions (processes) performed by this computer system are represented in the form of blocks. That is, image conversion processing (means) 21, DC component removal processing (means) 22, n band pass filter processing (means) 31, 32,..., 3n (hereinafter abbreviated as BFP1, 2,..., N) ), The marker extraction process (means) 60 is all realized by software for operating a computer. In addition, the V memory 23, the V memory 41, 42,..., 4n (hereinafter abbreviated as V memory 1, 2,..., N), the H memory 51, and the S memory 52 are only described functionally. However, these memories are practically realized by one or several memories.

図9はデジタル・カメラ70が撮像したシーンの画像の例を示すものである。このシーンは机80の上に電話機81,本82,コーヒーカップ83等が置かれ,さらに2つのモノスペクトル・マーカMK11,MK12が置かれているものである。   FIG. 9 shows an example of a scene image captured by the digital camera 70. In this scene, a telephone 81, a book 82, a coffee cup 83, etc. are placed on a desk 80, and two monospectral markers MK11 and MK12 are further placed.

デジタル・カメラ70から図9に示されるような画像を表わすRGB画像データが出力され,マーカ検出装置10に与えられる。   RGB image data representing an image as shown in FIG. 9 is output from the digital camera 70 and applied to the marker detection device 10.

マーカ検出装置10において,画像変換処理21により,デジタル・カメラ70から入力する1画像分のRGB画像データがHSV色空間のV(明度),H(色相),S(彩度)のデータに変換される。このうちの明度Vの画像データに関しては,直流成分除去処理22により直流成分を除去し,直流成分除去後の明度VのデータをVメモリ23に記憶する。後述するようにBPFによるフィルタリングの前後の明度データを比較する処理において,直流成分の存在による影響を事前に取り除くためである。色相Hおよび彩度Sの画像データはそれぞれHメモリ51,Sメモリ52に記憶される。   In the marker detection device 10, RGB image data for one image input from the digital camera 70 is converted into V (lightness), H (hue), and S (saturation) data in the HSV color space by image conversion processing 21. Is done. Among the image data of lightness V, the direct current component removal processing 22 removes the direct current component, and the lightness V data after removal of the direct current component is stored in the V memory 23. This is because, as will be described later, in the process of comparing the brightness data before and after filtering by the BPF, the influence due to the presence of the DC component is removed in advance. Image data of hue H and saturation S are stored in the H memory 51 and S memory 52, respectively.

複数の異なる通過帯域が設定されているBPF1〜nが用意されている。これは次の理由による。モノスペクトル・マーカの大きさは一定であるが,撮像画像上に写るモノスペクトル・マーカの大きさは,モノスペクトル・マーカとカメラ70との間の距離に応じ変わる。上述のようにモノスペクトル・マーカの少なくとも位置セグメントの明度Vの値は単一周波数の空間周波数を有しているが,撮像画像上においてはモノスペクトル・マーカの画像の大きさによってその画像の単一周波数は変わる。撮像画像上のモノスペクトル・マーカの画像の大きさは予め分らないことが多いので,モノスペクトル・マーカの種々の画像の大きさに対応できるようにするために,複数の異なる通過帯域を持つBPFが用意されている訳である。撮像画像上のモノスペクトル・マーカの画像の大きさが一定でかつあらかじめ分っている場合には,BPFは1つでもよい。   BPF1 to n having a plurality of different passbands are prepared. This is due to the following reason. Although the size of the monospectral marker is constant, the size of the monospectral marker that appears on the captured image varies depending on the distance between the monospectral marker and the camera 70. As described above, the value V of the brightness V of at least the position segment of the monospectral marker has a single spatial frequency. On the captured image, the value of the monospectral marker varies depending on the size of the monospectral marker image. One frequency changes. Since the size of the monospectral marker image on the captured image is often unknown in advance, a BPF having a plurality of different passbands can be used in order to be able to cope with various image sizes of the monospectral marker. Is prepared. If the size of the monospectral marker image on the captured image is constant and known in advance, one BPF may be used.

モノスペクトル・マーカの少なくとも位置セグメントにおいても,その明度Vの値の変化を表わす単一周波数の値は方向によって異なり,一つのモノスペクトル・マーカのもつ単一周波数は一定の幅(帯域)を持っている。そこでモノスペクトル・マーカの持つ単一周波数の帯域に対応させて各BPF1,2,…,nには,図11(A) に示すように,一定幅の通過帯域を持たせる。一つのモノスペクトル・マーカの単一周波数は,図1(A),図2(A)に示されるモノスペクトル・マーカの場合には,上述のように異なる2方向の単一周波数からその1/√2まで変化する。シーン(モノスペクトル・マーカ)を斜めに撮影したり,モノスペクトル・マーカが画像(XY平面)内で斜めに傾いている場合等を考慮すると,BPFの通過帯域の最小周波数f1と最大周波数f3とは,大体の目安としては,その比が1対2程度となろう。   Even at least in the position segment of the monospectral marker, the value of the single frequency representing the change in the value of brightness V varies depending on the direction, and the single frequency of one monospectral marker has a certain width (band). ing. Therefore, each BPF 1, 2,..., N has a fixed pass band as shown in FIG. 11 (A) in correspondence with the single frequency band of the monospectral marker. In the case of the monospectral marker shown in FIG. 1 (A) and FIG. 2 (A), the single frequency of one monospectral marker is calculated from the single frequencies in two different directions as described above. √2 changes. Considering the case where the scene (monospectral marker) is photographed diagonally or the monospectral marker is tilted obliquely in the image (XY plane), the minimum frequency f1 and maximum frequency f3 of the passband of the BPF As a general guide, the ratio will be about 1 to 2.

BPFによるフィルタリングはウィンドウWD(図9参照)をV画像データ上をスキャニングしながら行うことになる。このBPFのウィンドウの大きさ(ウィンドウ・サイズ)(一辺の大きさ)は,図11(A),(B)に示すようにBPFの通過帯域の最小周波数f1(空間領域の一周期M1が対応)と最大周波数f3(空間領域の一周期M3が対応)との平均値f2の一周期M2とする。   Filtering by BPF is performed while scanning the window WD (see FIG. 9) on the V image data. As shown in FIGS. 11A and 11B, the BPF window size (window size) (size of one side) corresponds to the minimum frequency f1 of the BPF pass band (one period M1 in the spatial domain). ) And the maximum frequency f3 (corresponding to one period M3 in the spatial region) is defined as one period M2 of the average value f2.

Vメモリ23のVデータは複数のBPF1〜nによってそれぞれフィルタリングされ,そのフィルタリング結果はVメモリ1〜nにそれぞれ記憶される。   The V data in the V memory 23 is filtered by a plurality of BPFs 1 to n, and the filtering results are stored in the V memories 1 to n, respectively.

これらのVメモリ1〜n,Hメモリ51,Sメモリ52に記憶されたデータを用いて,マーカ抽出処理60により,モノスペクトル・マーカが次のようにして抽出される。   Using the data stored in the V memories 1 to n, the H memory 51, and the S memory 52, the monospectral marker is extracted by the marker extraction process 60 as follows.

図12を参照して,上述のように,複数の異なる通過帯域をもつBPF1〜nによりVデータにフィルタリングをかける(ステップS11,フィルタリング手段)。その結果は,一画面(一画像)分のすべての画素についてVメモリ1〜nに記憶される。   Referring to FIG. 12, as described above, V data is filtered by BPF1 to n having a plurality of different passbands (step S11, filtering means). The result is stored in the V memories 1 to n for all pixels for one screen (one image).

これらのVメモリ1〜nに記憶されたすべてのデータを用いて,モノスペクトル・マーカの位置セグメントの候補(第1の候補)の画素を抽出する(ステップS12)。この処理を図13を用いて詳しく説明する。   Using all the data stored in these V memories 1 to n, the monospectral marker position segment candidate (first candidate) pixel is extracted (step S12). This process will be described in detail with reference to FIG.

BPF1によるフィルタリングを行う前のVデータ(Vメモリ23に記憶されている)とBPF1によるフィルタリング後のVデータ(Vメモリ1に記憶されている)との差を算出し,その差分画像を得る(これを差分画像1とし,ある画素の差分画像データをd1(i,j)とする)。同じように,BPF2,…,nによるフィルタリングを行う前のVデータとBPF2,…,nによるフィルタリング後のVデータ(Vメモリ2,…,nに記憶されている)との差を算出し,その差分画像をそれぞれ得る(これらを差分画像2,…,nとし,ある画素の差分画像データをd2(i,j),…,dn(i,j)とする)。   The difference between the V data before filtering by BPF1 (stored in the V memory 23) and the V data after filtering by BPF1 (stored in the V memory 1) is calculated, and a difference image is obtained ( This is the difference image 1, and the difference image data of a certain pixel is d1 (i, j)). Similarly, the difference between the V data before filtering by BPF2, ..., n and the V data after filtering by BPF2, ..., n (stored in V memory 2, ..., n) is calculated, The respective difference images are obtained (these are set as difference images 2,..., N, and the difference image data of a certain pixel is set as d2 (i, j),..., Dn (i, j)).

差分画像1〜nの特定の画素(i,j)に着目し,それらの差分データのうちの最小のものを求める。そして,この最小の差分データを所定の閾値(できるだけ小さい値とする)と比較し,所定の閾値よりも小さいものを明度Vに関して位置セグメントの候補(第1の候補)の画素とする。この処理は,一画像(撮像画像)のすべての画素について行なう。   Focusing on a specific pixel (i, j) of the difference images 1 to n, the smallest one of the difference data is obtained. Then, the minimum difference data is compared with a predetermined threshold (a value as small as possible), and a pixel smaller than the predetermined threshold is set as a position segment candidate (first candidate) with respect to the brightness V. This process is performed for all pixels of one image (captured image).

BPFによるフィルタリングの前後のVデータの差が小さいということは,その画素のVデータはBPFを通過したということを意味する。上述したように,撮像画像上のモノスペクトル・マーカの種々のサイズに応じた通過帯域をもつ複数のBPFが用意されている。各画素ごとに,いずれかのBPFを通過した画素かどうかが判定されることになる。   A small difference in V data before and after filtering by BPF means that the V data of that pixel has passed through BPF. As described above, a plurality of BPFs having passbands corresponding to various sizes of monospectral markers on the captured image are prepared. For each pixel, it is determined whether the pixel has passed any BPF.

位置セグメントは上述のように単一周波数で変化する明度Vの値を持っているので,位置セグメントを表わす画素のVデータであればいずれかのBPFを通過することになる。これにより,位置セグメントに属する可能性の高い画素が抽出されることになる。これは,動きぶれや焦点ぼけがあっても影響を受けることは殆どない。   Since the position segment has a value of brightness V that changes at a single frequency as described above, any BPF passes through any BPF if it is V data of a pixel representing the position segment. As a result, pixels that are likely to belong to the position segment are extracted. This is hardly affected by motion blur or defocus.

位置セグメントは上述のように特定の色相の値(上記の例ではH=60°(黄))を持っている。位置セグメントに属する可能性のある第1候補の画素について,そのHデータ(Hメモリ51内に記憶されている)が所定の許容範囲内にあるかどうかがチェックされる(ステップS13,第2要素判定手段)。Hデータがあらかじめ定めたHの値の所定範囲内にあればその画素を位置セグメントに属する可能性のある候補(第2の候補)とする。このチェックにより,背景画像内に含まれるモノスペクトル・マーカ以外の画像の部分が殆ど排除される。   The position segment has a specific hue value (H = 60 ° (yellow) in the above example) as described above. For the first candidate pixel that may belong to the position segment, it is checked whether the H data (stored in the H memory 51) is within a predetermined allowable range (step S13, second element). Determination means). If the H data is within a predetermined range of a predetermined H value, the pixel is determined as a candidate (second candidate) that may belong to the position segment. This check eliminates most of the image portion other than the monospectral marker included in the background image.

さらに彩度Sの値を用いて位置セグメントに属する画素かどうかのチェックが行なわれる。位置セグメントの画素の彩度は上述のように最大値, 100%に設定される。そこで,第2候補の画素のSデータが所定の閾値( 100%に近い値)を超えているかどうかがチェックされ,超えている画素を位置セグメントに属する候補(第3の候補)とする(ステップS14)。これにより背景中に存在する位置セグメントに似た性質をもつ画像部分が排除される。このステップS14の処理は必ずしも行なわなくてもよい。   Further, it is checked whether the pixel belongs to the position segment using the value of saturation S. The saturation of the pixels in the position segment is set to the maximum value, 100%, as described above. Therefore, it is checked whether the S data of the second candidate pixel exceeds a predetermined threshold (a value close to 100%), and the exceeding pixel is set as a candidate (third candidate) belonging to the position segment (step 3). S14). This eliminates image portions having properties similar to the position segments present in the background. The process of step S14 is not necessarily performed.

このようにして,位置セグメントに属する画素の集合(ある範囲に集っている)が見い出されるので(第3の候補),この第3の候補の画素のVデータの中で近傍の画素のVの値よりも大きいもの,すなわちピークに相当する画素を見つける(ステップS15,位置セグメント中心位置候補決定手段)。上述のように,位置セグメントの明度Vの値は正弦波状に変化しており,位置セグメントの中心においてVの値が最も高い。ステップS15の処理により,位置セグメントの中心位置が求まる。因みに水玉模様のように,明度Vの値が一定で変化しない領域をもつ画像部分ではピーク検出は失敗に終わる(ピークが検出できない)。   In this way, since a set of pixels belonging to the position segment (collected in a certain range) is found (third candidate), the V data of the neighboring pixels in the V data of the third candidate pixel is found. The pixel corresponding to the peak is found (step S15, position segment center position candidate determining means). As described above, the lightness value V of the position segment changes sinusoidally, and the value of V is the highest at the center of the position segment. Through the processing in step S15, the center position of the position segment is obtained. Incidentally, peak detection fails in an image portion having an area where the value of brightness V is constant and does not change like a polka dot pattern (a peak cannot be detected).

境界領域は黒で表わされている。したがって,明度Vを黒に近い閾値で弁別し,この閾値よりも低い値のVデータを持つ画素を黒領域として抽出する。そして黒領域として抽出された画素が相互に連結(連続)し,かつ閉じた領域(閉ループ)を形成していれば,それはモノスペクトル・マーカの境界領域の可能性が高い。このようにして,境界領域を抽出する(ステップS16,マーカ領域(境界領域)抽出手段)。   The border area is represented in black. Therefore, the brightness V is discriminated by a threshold value close to black, and pixels having V data having a value lower than the threshold value are extracted as a black region. If the pixels extracted as the black area are connected (continuous) to each other and form a closed area (closed loop), it is highly likely that the boundary area of the monospectral marker. In this way, the boundary area is extracted (step S16, marker area (boundary area) extracting means).

ステップS16で抽出した境界領域の中に,ステップS15で判定した位置セグメントの中心位置候補の画素が存在するかどうかを判定し,存在する場合にはその個数を数える。図1(A),図2(A)に示すモノスペクトル・マーカの場合には境界領域の中に4個の位置セグメントがある。そこで,上で数えた個数がモノスペクトル・マーカの位置セグメントの数と一致するかどうかを確認し,一致すれば,上記の中心位置候補の画素を位置セグメントの中心位置とする。この位置セグメントの中心位置は,図14に示す処理において,IDセグメントの中心位置を求めるために用いられる。また,抽出した境界領域に存在する位置セグメントの中心位置の数が既知のモノスペクトル・マーカの位置セグメントの数と一致するということはその境界領域と位置セグメントはモノスペクトル・マーカのものであると判定できることを意味する(ステップS17,マーカ同定手段)。   In the boundary area extracted in step S16, it is determined whether or not there is a pixel of the center position candidate of the position segment determined in step S15. If there is, the number is counted. In the case of the monospectral marker shown in FIGS. 1 (A) and 2 (A), there are four position segments in the boundary region. Therefore, it is confirmed whether or not the number counted above matches the number of position segments of the monospectral marker, and if they match, the pixel of the center position candidate is set as the center position of the position segment. The center position of this position segment is used to obtain the center position of the ID segment in the processing shown in FIG. Also, the fact that the number of center positions of the position segments existing in the extracted boundary region matches the number of known monospectral marker position segments means that the boundary region and the position segment belong to the monospectral marker. This means that it can be determined (step S17, marker identification means).

このようにして,位置セグメントと境界領域の抽出のみで撮像画像の中からモノスペクトル・マーカを同定(特定)することができる。マーカ検出装置10からは,同定したモノスペクトル・マーカの位置を表わすデータ等が出力される。   In this way, it is possible to identify (specify) the monospectral marker from the captured image only by extracting the position segment and the boundary region. The marker detection device 10 outputs data representing the position of the identified monospectral marker.

図14は,位置セグメントに加えて,IDセグメントを利用してモノスペクトル・マーカを識別する処理の例を示している。図12に示す処理は位置セグメントのみを用いてモノスペクトル・マーカを同定(シーンの画像中にモノスペクトル・マーカが存在することを判定しかつその画像上の位置を特定すること)している。この処理ではモノスペクトル・マーカにおける位置セグメントの中心の位置(中心画素の位置)が求められる。モノスペクトル・マーカの境界領域内に存在する位置セグメントの数によりモノスペクトル・マーカであると同定しているので,位置セグメントの数が等しい2つのモノスペクトル・マーカを識別することはできない。もっとも,2つのモノスペクトル・マーカにおける位置セグメントの色相の値が異なれば,色相の値により識別することは可能である。   FIG. 14 shows an example of processing for identifying a monospectral marker using an ID segment in addition to a position segment. The process shown in FIG. 12 identifies the monospectral marker using only the position segment (determines that the monospectral marker is present in the scene image and specifies the position on the image). In this process, the center position (position of the center pixel) of the position segment in the monospectral marker is obtained. Since the monospectral marker is identified by the number of position segments existing in the boundary region of the monospectral marker, two monospectral markers having the same number of position segments cannot be identified. However, if the hue values of the position segments in the two monospectral markers are different, they can be identified by the hue value.

図14に示す処理では,図12による処理の結果に基づき,さらにIDセグメントを利用することにより,モノスペクトル・マーカであることを一層高精度に同定するとともに,2以上のモノスペクトル・マーカが存在する場合に,それらの位置セグメントの位置と数が同じでもIDセグメントの位置,数または色相の値Hが異なれば,これらの2つ以上のモノスペクトル・マーカを相互に識別することができる。   In the process shown in FIG. 14, based on the result of the process shown in FIG. 12, the ID segment is further used to identify the monospectral marker with higher accuracy, and two or more monospectral markers exist. In this case, these two or more monospectral markers can be distinguished from each other if the position segment number, the number, or the hue value H of the ID segment are the same, even if the position segment number is the same.

図1(A)または図2(A)に示されるモノスペクトル・マーカMK1を例にとると,このモノスペクトル・マーカMK1では正方形の境界領域内の四隅に相当する位置に位置セグメントが配置され,これらの4つの位置セグメントの中間の位置に5つのIDセグメントが配置されている。図12における処理により4つの位置セグメントの中心位置(座標データ)が求められたので,これに基づいて,位置セグメントとの相対的位置関係を利用してIDセグメントの位置を求めることができる(ステップS21)。   Taking the monospectral marker MK1 shown in FIG. 1 (A) or FIG. 2 (A) as an example, in this monospectral marker MK1, position segments are arranged at positions corresponding to the four corners in a square boundary region. Five ID segments are arranged in the middle of these four position segments. Since the center positions (coordinate data) of the four position segments are obtained by the processing in FIG. 12, the position of the ID segment can be obtained using the relative positional relationship with the position segment based on this (step) S21).

たとえば図15に示すようにモノスペクトル・マーカが画像上で傾いている場合であっても(撮影角度によりモノスペクトル・マーカが平行四辺形,菱形,台形等のような形に多少変形していても),4つの位置セグメントSp1,Sp2,Sp3,Sp4の中心位置を[0,1],[1,1],[0,0][1,0]とする座標系においては,IDセグメントSd1,Sd2,Sd3,Sd4,Sd5の中心位置の座標は,それぞれ,[0.5,1],[0,0.5],[0.5,0.5],[1,0.5],[0.5,0]で表わされるから,図12の処理により検出した4つの位置セグメントの画像上の中心位置に基づき,上記座標系による変換を通してIDセグメントの画像上の中心位置(画素)を求めることができる。   For example, even if the monospectral marker is tilted on the image as shown in Fig. 15 (the monospectral marker is slightly deformed into a parallelogram, rhombus, trapezoid, etc. depending on the shooting angle) In the coordinate system in which the center positions of the four position segments Sp1, Sp2, Sp3, Sp4 are [0, 1], [1, 1], [0, 0] [1, 0], the ID segment Sd1 , Sd2, Sd3, Sd4, and Sd5, the coordinates of the center positions are represented by [0.5, 1], [0, 0.5], [0.5, 0.5], [1, 0.5], and [0.5, 0], respectively. Based on the center position on the image of the four position segments detected by the processing of FIG. 12, the center position (pixel) on the image of the ID segment can be obtained through the conversion by the coordinate system.

IDセグメントの中心位置の画像上の位置が得られれば,Hメモリ51に記憶した色相Hデータから,IDセグメントの中心位置の色相Hの値を求めることができる(ステップS22)。この色相Hの値のすべてが,あらかじめ定めた色相Hの値(IDセグメントSd2(緑)ならH=120,IDセグメントSd3(青)ならH=180など)を中心とした許容範囲内にあれば(Hのパターン照合),それは所定のモノスペクトル・マーカであると判定される(ステップS23,マーカ識別手段)。もちろん,5つのIDセグメントの1つでもその色相Hが既知の範囲内になければそれはモノスペクトル・マーカであるとは判定されない。位置セグメントの中心位置は同じでも,IDセグメントの位置や色相のパターンが異なる2種類以上のモノスペクトル・マーカの相互の識別も可能となる。マーカ検出装置10からは,識別したモノスペクトル・マーカを表わすデータや,その位置を表わすデータ等が出力される。   If the position on the image of the center position of the ID segment is obtained, the value of the hue H at the center position of the ID segment can be obtained from the hue H data stored in the H memory 51 (step S22). If all of the hue H values are within an allowable range centered on a predetermined hue H value (H = 120 for ID segment Sd2 (green), H = 180 for ID segment Sd3 (blue), etc.) (H pattern matching), it is determined to be a predetermined monospectral marker (step S23, marker identifying means). Of course, if even one of the five ID segments does not have a hue H within a known range, it is not determined to be a monospectral marker. Even if the center positions of the position segments are the same, two or more types of monospectral markers having different ID segment positions and different hue patterns can be distinguished from each other. The marker detection device 10 outputs data representing the identified monospectral marker, data representing its position, and the like.

モノスペクトル・マーカはHSV色空間以外にも,YUV色空間,Lab色空間等を用いても表現可能である。YUV色空間の場合には第1の要素として輝度Yを,第2の要素として色差UまたはVを用いる。Lab色空間の場合には,第1の要素として明度Lを,第2の要素として赤の強さaまたは黄の強さbを用いる。   The monospectral marker can be expressed using a YUV color space, a Lab color space, or the like in addition to the HSV color space. In the case of the YUV color space, luminance Y is used as the first element, and color difference U or V is used as the second element. In the case of the Lab color space, the lightness L is used as the first element, and the red intensity a or the yellow intensity b is used as the second element.

この発明によるモノスペクトル・マーカおよびその検出方法,装置は多くの分野で応用可能である一例としては,拡張現実マーカとして利用可能であり,この場合には,特に物体が移動する場合の拡張現実感実現で真価を発揮する(たとえば手術ナビゲーション,プラント保守,ロボット位置推定,各種ゲーム)。   The monospectral marker and its detection method and apparatus according to the present invention can be used as an augmented reality marker as an example that can be applied in many fields. In this case, the augmented reality especially when an object moves is used. Realize the real value in realization (for example, surgical navigation, plant maintenance, robot position estimation, various games).

10 マーカ検出装置
21 画像変換処理
22 直流成分除去処理
23,41,42,4n Vメモリ
31,32,3n バンド・パス・フィルタ(BPF)
51 Hメモリ
52 Sメモリ
60 マーカ検出処理
70 デジタル・カメラ
S11 フィルタリング処理(手段)
S13 第2要素判定処理(手段)
S15 位置セグメント中心位置候補決定処理(手段)
S16 マーカ領域抽出処理(手段)
S17 マーカ同定処理(手段)
S23 マーカ識別処理(手段)
MK1,MK2,MK3,MK4,MK5,MK6,MK11,MK12 モノスペクトル・マーカ
Sp1,Sp2,Sp3,Sp4,Sp7,Sp8,Sp9,Sp11,Sp12,Sp13,Sp14 位置セグメント
Sd1,Sd2,Sd3,Sd4,Sd5,Sd7,Sd8,Sd9,Sd11,Sd12 IDセグメント
10 Marker detector
21 Image conversion processing
22 DC component removal treatment
23, 41, 42, 4n V memory
31, 32, 3n band pass filter (BPF)
51 H memory
52 S memory
60 Marker detection processing
70 Digital camera S11 Filtering processing (means)
S13 Second element determination process (means)
S15 Position segment center position candidate determination process (means)
S16 Marker area extraction process (means)
S17 Marker identification process (means)
S23 Marker identification processing (means)
MK1, MK2, MK3, MK4, MK5, MK6, MK11, MK12 monospectral markers Sp1, Sp2, Sp3, Sp4, Sp7, Sp8, Sp9, Sp11, Sp12, Sp13, Sp14 Position segments Sd1, Sd2, Sd3, Sd4, Sd5, Sd7, Sd8, Sd9, Sd11, Sd12 ID segment

Claims (7)

明るさに関連する値を表わす第1の要素と,色相に関連する値を表わす第2の要素を含む色空間を用いて,二次元表面を持つ媒体に表わされるマーカであり,
上記マーカは上記第1の要素の値が基礎値である境界を持つマーカ領域を有し,少なくとも2つの独立した位置セグメントが上記マーカ領域内の所定位置に配置され,
上記位置セグメントは中心位置を有し,この中心位置を通るすべての方向において,上記第1の要素の値が,上記中心位置でピークを示しかつこのピークの値と基礎値との間で単一周波数で変化するものであり,
上記位置セグメントの上記第2の要素が特定の色相を表わす値を持つ,
ことを特徴とするモノスペクトル・マーカを含むシーンを撮像して得られる画像データを上記色空間の画像データに変換して,画素ごとに,少なくとも上記第1の要素の値と上記第2の要素の値とを取得し,
上記第1の要素の値に対して,上記単一周波数に相当する周波数を含む通過帯域を持つバンド・パス・フィルタでフィルタリングしてこのバンド・パス・フィルタを通過する画素を特定し,
上記第1の要素の値について上記マーカ領域を抽出し,
上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内の値であるかどうかを判定し,
上記第1の要素の値が上記バンド・パス・フィルタを通過し,かつ上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内にある画素の中で,上記第1の要素の値がピークを示す画素を特定して上記位置セグメントの中心位置候補を決定し,
上記決定した中心位置候補のうち上記抽出したマーカ領域内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致することによりモノスペクトル・マーカであると同定する,
ことを特徴とするモノスペクトル・マーカの検出方法。
A marker represented on a medium having a two-dimensional surface using a color space including a first element representing a value related to brightness and a second element representing a value related to hue;
The marker has a marker area having a boundary where the value of the first element is a base value, and at least two independent position segments are arranged at predetermined positions in the marker area;
The position segment has a center position, and in all directions through the center position, the value of the first element shows a peak at the center position and a single value between the value of the peak and the base value. Changes with frequency,
The second element of the position segment has a value representing a particular hue;
Image data obtained by imaging a scene including a monospectral marker is converted into image data of the color space, and at least the value of the first element and the second element are converted for each pixel. And the value of
Filtering with a band pass filter having a pass band including a frequency corresponding to the single frequency with respect to the value of the first element to identify a pixel passing through the band pass filter;
Extracting the marker region for the value of the first element;
Determining whether the value of the second element is within a range representing the specific hue;
Among the pixels in which the value of the first element passes through the band pass filter and the value of the second element is within the range representing the specific hue, the value of the first element is Identify the peak pixel and determine the center position candidate for the position segment.
The number of center position candidates existing in the extracted marker region among the determined center position candidates is identified as a monospectral marker by matching with a predetermined number.
A monospectral marker detection method characterized by the above.
上記モノスペクトル・マーカの上記マーカ領域内にさらに上記位置セグメントから離れてIDセグメントが配置され,上記IDセグメントの上記第2の要素は上記位置セグメントの第2の要素の値とは異なる値を持つものであり,
上記抽出されたマーカ領域内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致する場合に,その中心位置候補を上記位置セグメントの中心位置としてこの中心位置に基づいて上記IDセグメントの少なくとも中心位置を求め,求めた中心位置の上記第2の要素の値が所定の範囲内にあるかどうかにより,特定のモノスペクトル・マーカかどうかを判定する,
ことを特徴とする請求項に記載のモノスペクトル・マーカの検出方法。
An ID segment is further arranged in the marker region of the monospectral marker away from the position segment, and the second element of the ID segment has a value different from the value of the second element of the position segment Is,
When the number of center position candidates existing in the extracted marker region matches a predetermined number, the center position candidate is set as the center position of the position segment, and at least the ID segment is based on the center position. Determine the center position, and determine whether the second element value of the determined center position is within a predetermined range to determine whether it is a specific monospectral marker,
The method of detecting a monospectral marker according to claim 1 .
撮像装置からモノスペクトル・マーカまでの距離に応じて異なる通過帯域を持つ複数のバンド・パス・フィルタを用いて上記第1の要素の値をそれぞれフィルタリングしていずれかのバンド・パス・フィルタを通過する画素を特定する,請求項またはに記載のモノスペクトル・マーカの検出方法。 Each of the values of the first element is filtered using a plurality of band pass filters having different pass bands depending on the distance from the imaging device to the monospectral marker, and passes through one of the band pass filters. The monospectral marker detection method according to claim 1 or 2 , wherein a pixel to be identified is specified. 明るさに関連する値を表わす第1の要素と,色相に関連する値を表わす第2の要素を含む色空間を用いて,二次元表面を持つ媒体に表わされるマーカであり,
上記マーカは上記第1の要素の値が基礎値である境界を持つマーカ領域を有し,少なくとも2つの独立した位置セグメントが上記マーカ領域内の所定位置に配置され,
上記位置セグメントは中心位置を有し,この中心位置を通るすべての方向において,上記第1の要素の値が,上記中心位置でピークを示しかつこのピークの値と基礎値との間で単一周波数で変化するものであり,
上記位置セグメントの上記第2の要素が特定の色相を表わす値を持つ,
ことを特徴とするモノスペクトル・マーカを含むシーンを撮像して得られる画像データを上記色空間の画像データに変換して,画素ごとに,少なくとも上記第1の要素の値と上記第2の要素の値とを取得する画像変換手段,
上記単一周波数に相当する周波数を含む通過帯域を持つバンド・パス・フィルタを備え,このバンド・パス・フィルタで上記第1の要素の値をフィルタリングして該バンド・パス・フィルタを通過する画素を特定するフィルタリング手段,
上記第1の要素の値について上記マーカ領域を抽出するマーカ領域抽出手段,
上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内の値であるかどうかを判定する第2要素判定手段,
上記フィルタリング手段により特定された画素であって,かつ上記第2要素判定手段により上記第2の要素の値が上記特定の色相を表わす範囲内にある画素の中で,上記第1の要素の値がピークを示す画素を特定して上記位置セグメントの中心位置候補を決定する中心位置候補決定手段,および
上記中心位置候補決定手段により決定された中心位置候補のうち上記マーカ領域抽出手段により抽出されたマーカ領域内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致することによりモノスペクトル・マーカであると同定するマーカ同定手段,
を備えるモノスペクトル・マーカの検出装置。
A marker represented on a medium having a two-dimensional surface using a color space including a first element representing a value related to brightness and a second element representing a value related to hue;
The marker has a marker area having a boundary where the value of the first element is a base value, and at least two independent position segments are arranged at predetermined positions in the marker area;
The position segment has a center position, and in all directions through the center position, the value of the first element shows a peak at the center position and a single value between the value of the peak and the base value. Changes with frequency,
The second element of the position segment has a value representing a particular hue;
Image data obtained by imaging a scene including a monospectral marker is converted into image data of the color space, and at least the value of the first element and the second element are converted for each pixel. Image conversion means for obtaining the value of
A pixel having a band pass filter having a pass band including a frequency corresponding to the single frequency, and filtering the value of the first element with the band pass filter and passing through the band pass filter Filtering means for identifying
Marker area extraction means for extracting the marker area for the value of the first element;
Second element determination means for determining whether or not the value of the second element is within a range representing the specific hue;
Among the pixels specified by the filtering means and the value of the second element within the range representing the specific hue by the second element determination means, the value of the first element Is extracted by the marker region extraction means from among the center position candidates determined by the center position candidate determination means, and the center position candidate determination means for determining the pixel indicating the peak and determining the center position candidate of the position segment Marker identifying means for identifying a monospectral marker by matching the number of center position candidates existing in the marker area with a predetermined number;
Monospectral marker detection device comprising:
上記モノスペクトル・マーカの上記マーカ領域内にさらに上記位置セグメントから離れてIDセグメントが配置され,上記IDセグメントの上記第2の要素は上記位置セグメントの第2の要素の値とは異なる値を持つものであり,
上記マーカ領域抽出手段により抽出されたマーカ領域内に存在する中心位置候補の数があらかじめ定められた数と一致する場合に,その中心位置候補を上記位置セグメントの中心位置としてこの中心位置に基づいて上記IDセグメントの少なくとも中心位置を求め,求めた中心位置の上記第2の要素の値が所定の範囲内にあるかどうかにより,特定のモノスペクトル・マーカかどうかを判定するマーカ識別手段,
をさらに備える請求項に記載のモノスペクトル・マーカの検出装置。
An ID segment is further arranged in the marker region of the monospectral marker away from the position segment, and the second element of the ID segment has a value different from the value of the second element of the position segment Is,
When the number of center position candidates existing in the marker area extracted by the marker area extracting means matches a predetermined number, the center position candidate is set as the center position of the position segment based on the center position. Marker identifying means for determining at least the center position of the ID segment and determining whether or not the value of the second element at the determined center position is within a predetermined range;
The monospectral marker detection apparatus according to claim 4 , further comprising:
上記フィルタリング手段は,撮像装置からモノスペクトル・マーカまでの距離に応じて異なる通過帯域を持つ複数のバンド・パス・フィルタを備え,上記第1の要素の値を上記複数のバンド・パス・フィルタによりそれぞれフィルタリングしていずれかのバンド・パス・フィルタを通過する画素を特定するものである,請求項またはに記載のモノスペクトル・マーカの検出装置。 The filtering means includes a plurality of band pass filters having different pass bands depending on the distance from the imaging device to the monospectral marker, and the value of the first element is obtained by the plurality of band pass filters. The monospectral marker detection apparatus according to claim 4 or 5 , wherein each pixel is filtered to specify a pixel that passes through one of the band pass filters. 上記シーンを撮像する撮像装置をさらに備える請求項からのいずれか一項に記載のモノスペクトル・マーカの検出装置。 The monospectral marker detection device according to any one of claims 4 to 6 , further comprising an imaging device that images the scene.
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