JP6330520B2

JP6330520B2 - 画像取得装置

Info

Publication number: JP6330520B2
Application number: JP2014134237A
Authority: JP
Inventors: 俊寛林; 肇坂野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: JP2016011911A

Description

本発明は解析対象の画像を取得する画像取得装置に関する。

従来、流体計測などのように流体の事象を観察する方法として、パイプ内の粒子等の対象物を撮像装置によって撮像し、その画像を解析処理する方法が利用されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、撮像画像にはパイプを通した背景まで画像に映るため、対象物のみを撮像画像から抽出することが困難となる。仮に、撮像画像に含まれる背景が対象物と間違って抽出された場合には、その解析結果の精度が低下するおそれがある。

流体計測とは別に、立体物の三次元計測では、複数の方向から撮像された画像から対象の立体物を抽出し、この抽出データを解析し、三次元位置情報を求める。三次元計測のために複数の画像を撮像する方法には、例えば、ターンテーブル上に対象の立体物を載置してターンテーブルを回転させることで、１台の撮像装置によって複数の異なる方向からの立体物の画像を撮像する方法がある。

このようにターンテーブルを利用して複数の異なる方向からの画像を撮像する場合、複数の画像を同期させることが要件となるため、立体物はターンテーブル上で静止させる必要がある。したがって、立体物が動くものであるときには三次元計測をすることはできない。また、立体物を画像から抽出するためには、画像抽出用に合わせて立体物へ照射する光や画像の背景の色を選択する必要がある。

また、三次元計測のために複数の画像を撮像する別の方法として、複数の撮像装置を互いの撮像画像に映り合わない位置に配置し、同時に複数の画像を撮像する方法もある。

このように複数の撮像装置を利用して複数の画像を撮像する場合、撮像画像に他の撮像装置が映らないように配置する必要があり、立体物を撮像する方向が制限され、立体部分の一部の画像は取得できず、それを補間することもあり得る。また、この場合も、立体物を画像から抽出するためには、画像抽出用に合わせて立体物へ照射する光や画像の背景の色を選択する必要がある。

特開２００８−１７５７１０号公報

上述したように、従来、解析のための画像を取得する画像取得装置では、取得する画像に対象物以外のものが含まれる場合には、対象物のみを抽出することが困難である問題があった。仮に、対象物以外が抽出された場合には、解析の精度が低下する問題があった。また、取得する画像に対象物以外のものが含まれないように、装置が複雑となったり、取得できる画像に制限が生じる問題があった。

上記課題に鑑み、本発明は、対象物のみを抽出容易な画像を取得する画像取得装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、偏光フィルタで筒状に形成され、対象物を内部に配置可能な容器と、容器の外部に配置され、容器内の対象物を撮影可能なように筒の中心軸の中心に向けて配置された撮像装置と、を備え、偏光フィルタは、容器の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所の偏光方向が９０度ずれている、ことを特徴とする。

前記容器は、長方形で、該長方形の辺に対して偏光方向が４５度の偏光フィルタにより円筒形状に形成されることを特徴とする。

また、本発明は、筒の外から透過する光が内側で円偏光されるように円偏光フィルタで筒状に形成され、対象物を内部に配置可能な容器と、前記容器の外部の異なる位置に配置され、前記容器内の対象物を撮影可能な撮像装置と、を備え、前記円偏光フィルタは、前記容器の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所の円偏光の向きが互いに反対方向である、
ことを特徴とする。

また、本発明は、異なる位置に配置される複数の撮像装置を備えることを特徴とする。

また、本発明は、複数の撮像装置で撮影された画像を利用して、対象物の三次元位置情報を求める演算手段をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、対象物のみを抽出容易な画像を取得することができる。

第１実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する概略図である。図１の画像取得装置で利用する容器を説明する図である。図１の画像取得装置で計測される対象物を説明する概略図である。

以下に、図面を用いて本発明の各実施形態に係る画像取得装置について説明する。本発明の画像取得装置は、流体計測や三次元計測等の画像解析で利用される画像を取得する装置である。以下の説明において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
図１の概略図に示すとおり、第１実施形態に係る画像取得装置１は、筒状に形成され、対象物２を内部に配置可能な容器１０と、容器１０の外部に配置され、容器１０内の対象物２を撮影可能な撮像装置２０ａ〜２０ｄを備えている。また、画像取得装置１は、各撮像装置２０ａ〜２０ｄで取得した画像のデータを入力し、解析する演算装置３０を備えていてもよい。なお、図１は、画像取得装置１の上面図である。

容器１０は、特定方向以外の偏光を遮断する性質を有する偏光フィルタで形成されている。具体的には、筒の中心軸に対して４５度の角度の偏光フィルタで筒形状に形成されている。また、この偏光フィルタは、「反射型」ではなく、「吸収型」のフィルタであることが好ましい。

この容器１０の生成に利用する偏光フィルタは、例えば、図２（ａ）に示すような四角形で辺ｌ１及び１２に対して偏光方向が４５度の偏光フィルタである。図２（ａ）に示す偏光フィルタで、図２（ｂ）に示すように中心軸が辺ｌ１及びｌ２と平行になるような円筒形状を形成する。このようにして容器１０を形成したとき、容器１０の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所（例えば、図２（ｂ）の点Ｙ１と点Ｙ２）の偏光方向は、９０度ずれる。

このように容器１０を筒状に形成したとき、容器１０の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所の偏光方向は、９０度ずれる。例えば、点Ｘａの偏光方向は点Ｘｃの変更方向と９０度ずれており、また、点Ｘｂの偏光方向は点Ｘｄの変更方向と９０度ずれている。

なお、図１乃至図３では、容器１０が円筒形状であるものとして図示しているが、円筒形状でなくても筒状であればよい。

容器１０のサイズは限定されず、対象物２のサイズ等によって異なる。例えば、人間が画像計測の対象であるときには、容器１０は、図３に示すように、対象物２である人間が入ることができるサイズである必要がある。また例えば、液体中の粒子の動きが画像計測の対象であるときには、容器１０は、粒子を含む液体が流れる管のサイズになる。

その他、容器１０の外表面には、光の反射を防止するためのＡＲコーティング（Anti Reflection Coating）などの反射防止加工を施していてもよい。このようにＡＲコーティングを施すことで、照射する光が容器１０の表面で反射するのを防止することができる。

撮像装置２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、容器１０が撮像可能な異なる位置に配置されており、容器１０内の対象物２を撮像する。撮像装置２０ａ〜２０ｄは、特に限定されないが、例えば、ＣＣＤ（固体撮像素子）を撮像センサとして持つＣＣＤカメラで実現されている。また、撮像装置２０ａ〜２０ｄは、静止画像を取得するものであっても良いし、動画像を取得するものであってもよい。

図１に示す例では、撮像装置２０ａ及び２０ｃは、容器１０の中心軸を中心に対向して配置される。また、撮像装置２０ｂ及び２０ｄは、容器１０の中心軸を中心に対向して配置される。したがって、各撮像装置２０ａ〜２０ｄは、容器１０の中心軸を中心としてそれぞれ４５度の間隔で配置される。また、図１に示す例では、各撮像装置２０ａ〜２０ｄは、容器１０に対し、直交する方向から容器１０内を撮像するように配置される。

なお、図１では、画像取得装置１が４台の撮像装置２０ａ〜２０ｄを備えるものとして示しているが、画像取得装置１が備える撮像装置２０ａ〜２０ｄの数は限定されない。すなわち、同時に多数の方向から撮影した画像が必要な場合には、複数台の撮像装置が必要であるが、一の方向から撮影した画像のみ必要とする場合には、一台の撮像装置があれば足りる。

演算装置３０は、例えば一般的なコンピュータであり、撮像装置２０ａ〜２０ｄで撮像した画像のデータを入力し、画像データから対象物２に対して演算する。例えば、液体に含まれる粒状物を対象物２としてこの粒状物の動きを解析する場合、演算装置３０は、撮像装置２０ａ〜２０ｄが撮像した画像から粒状物を抽出し、解析する。また例えば、三次元計測を行なう場合、演算装置３０は、撮像装置２０ａ〜２０ｄが撮像した画像を利用してShape from silhouettes法等の三次元形状復元方法で対象物２を解析する。このように三次元計測を行なう際には、複数の撮像装置２０ａ〜２０ｄは三次元計測を可能とする位置関係で配置されており、演算装置３０は、それぞれの撮像装置２０ａ〜２０ｄで撮像した画像のデータを利用して三次元位置情報を演算する。

筒状の容器１０の上下の開口部分は、外部の光がこの開口部分から容器１０内に侵入するのを防止するために封止されていてもよいし、外部の光をこの開口部分から容器１０内に取り入れられるように開口された状態でもよい。

容器１０の上下の開口部分が封止されている場合、撮像装置２０ａ〜２０ｄによって容器１０内の画像が撮像可能に撮像装置２０ａ〜２０ｄの画像撮像方向から光を照射する照射手段を備えている必要がある。

一方、容器１０の上下の開口部分が封止されていない場合、自然光を開口部分から取り入れてもよいが、自然光で十分でない場合には、上下部分の少なくともいずれかから、対象物２に光を照射する照射手段を備えていることが好ましい。

画像取得装置１で対象物２の画像を撮像し、解析する際には、まず、容器１０の空間内部に対象物２が配置され、撮像装置２０ａ〜２０ｄが画像を取得する。また、演算装置３０において、撮像装置２０ａ〜２０ｄが取得した画像のデータを利用して解析する。この解析により、対象物２の三次元空間における位置情報を得ることができる。

ここで、例えば、上下の開口部分が封止されており、撮像装置２０ａ〜２０ｄのそれぞれの画像撮像方向から容器１０内の対象物２へ光が照射されているとする。対象物２へ照射される光は、容器１０の外側では全方向の成分を持っているが、容器１０を透過することができるのは容器１０の偏光方向と同一の偏光方向の光のみであり、その他の光は容器１０によって遮断される。

また、容器１０内へ光が照射されたとしても、その光の光路にある容器１０の対向面の偏光方向は、光の入射面と９０度異なる偏光方向である。容器１０の外から内へ透過した光は容器１０の中から外へは透過することができない。したがって、撮像装置２０ａ〜２０ｄで取得される画像では、対象物２の背景が撮像画像に含まれるのを防止し、目的の対象物２のみが撮像可能となる。例えば、図１の撮像装置２０ａで取得される画像では、撮像装置２０ｃの方向から照射される光の影響を受けることがなく、撮像装置２０ａが取得する画像に撮像装置２０ｃが映ることもない。

このように、容器１０を介して撮像装置２０ａ〜２０ｄが取得する画像には、背景に不要なものが含まれることがない。したがって、画像取得装置１の撮像画像から容易かつ精度よく対象物２を抽出することができる。また、この撮像画像を利用した場合、解析結果の精度も向上することができる。

上述したように、第１実施形態に係る画像取得装置１では、偏光フィルタで形成される容器１０を利用することで、対象物２の背景が撮像画像に含まれるのを防止することができる。これにより、第１実施形態に係る画像取得装置１では、撮像画像からの対象物２の抽出が容易になるとともに、この撮像画像を利用した解析結果の精度を向上することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る画像取得装置は、図１を用いて上述した第１実施形態に係る画像取得装置１と比較して、対象物を内部に配置可能な容器と、撮像装置を備えている点では同一であるが、偏光フィルタを利用する容器１０に代えて、円偏光フィルタを利用する容器を備えている点で異なる。円偏光フィルタで円筒形状の容器を形成する際には、容器の外から内に透過する光が円偏光されるようにする。この場合、容器の中から外へは、特定の方向の円偏光の光のみが、透過することができる。ここで、円偏光フィルタを利用する場合、偏光フィルタで必要であった偏光角度の調整が不要になる。すなわち、円偏光フィルタの場合、筒状にすることで、向かい合う面で円偏光の向きが反対方向になるためである。なお、第２実施形態に係る画像取得装置については、図示は省略し、図１を参照して説明する。また、この円偏光フィルタの外表面にも、光の反射を防止するためのＡＲコーティング（Anti Reflection Coating）などの反射防止加工を施していてもよい。

この円偏光フィルタで形成される容器では、容器の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所の円偏光の方向は、反対回りとなる。例えば、点Ｘａの円偏光の方向が右回りであるとき点Ｘｃの円偏光の方向は左回りとなる。

したがって、例えば、点Ｘａで容器１０の外から内へ透過して点Ｘａで円偏光された光は、対向する点Ｘｃにおいて容器の中から外へ透過することはできずに円偏光フィルタで吸収される。また、点Ｘｃで容器の外から中へ透過して点Ｘｃで円偏光された光は、対向する点Ｘａにおいて容器の中から外へ透過することはできず、円偏光フィルタで吸収される。

第２実施形態に係る画像取得装置でも、対象物２の画像を取得し、解析する際には、まず、容器の空間内部に対象物２が配置され、撮像装置２０ａ〜２０ｄが画像を取得する。また、演算装置３０において、撮像装置２０ａ〜２０ｄが取得した画像のデータを利用して解析する。

この場合も、容器を介して撮像装置２０ａ〜２０ｄが取得する画像には、背景に不要なものが含まれることがない。したがって、画像取得装置１の撮像画像から容易かつ精度よく対象物２を抽出することができる。また、この撮像画像を利用した場合、解析結果の精度も向上することができる。

上述したように、第２実施形態に係る画像取得装置では、円偏光フィルタで形成される容器を利用することで、対象物の背景が撮像画像に含まれるのを防止することができる。これにより、第２実施形態に係る画像取得装置では、撮像画像からの対象物の抽出が容易になるとともに、この画像を利用した解析結果の精度を向上することができる。また、円偏光フィルタ特有の効果として、偏光フィルタで必要であった偏光角度の調整が不要になる。

以上、各実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１…画像取得装置
１０…容器
２０ａ〜２０ｄ…撮像装置
３０…演算装置
２…対象物

Claims

偏光フィルタで筒状に形成され、対象物を内部に配置可能な容器と、
前記容器の外部に配置され、前記容器内の対象物を撮影可能なように筒の中心軸の中心に向けて配置された撮像装置と、を備え、
前記偏光フィルタは、前記容器の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所の偏光方向が９０度ずれている、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記容器は、長方形で、該長方形の辺に対して偏光方向が４５度の偏光フィルタにより円筒形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の画像取得装置。
筒の外から透過する光が内側で円偏光されるように円偏光フィルタで筒状に形成され、対象物を内部に配置可能な容器と、
前記容器の外部の異なる位置に配置され、前記容器内の対象物を撮影可能な撮像装置と、を備え、
前記円偏光フィルタは、前記容器の中心軸を挟んで径方向に対向する２箇所の円偏光の向きが互いに反対方向である、
ことを特徴とする画像取得装置。
異なる位置に配置される複数の撮像装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の画像取得装置。
前記複数の撮像装置で撮影された画像を利用して、対象物の三次元位置情報を求める演算手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項４記載の画像取得装置。