JPH01315885A - 並列画像処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 且嵐立互 本発明は、並列画像処理方式、より詳細には、並列画像
処理における移動物体の検知、例えば、ロボットの視覚
装置（人工視覚装置）に関する。

従来技術 生体の視覚神経系を手本とした並列的画像処理方式とし
て、従来、コントラストの検出、孤立点の検出、特定方
向の直線の検出、線分の端点の検出等については、例え
ば、特公昭５０−３４９０１号公報、特公昭５３−２３
９８７号公報等に見られるように種々提案されている。

しかし、視覚機能の１つである生体の視覚神経系を手本
とした移動物体の検知については報告されていない。

目　　　　的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、視野内における移動物体の有無、移動物体の移動
方向を検知することを目的としてなされたものである。

構　　　成 本発明は、上記目的を達成するために、多数の光受容素
子を二次元的に配してなり、入力画像を受光する受光層
と、複数個の前記光受容素子がらの出力をそれぞれ受信
して受信入力の加重和の関数に等しい出力を発生させる
閾素子を二次元的に配してなる閾素子層とを有して前記
入力画像に対応するエツジ情報画像出力を形成する並列
的画像処理回路と、その画像処理回路の閾素子からの出
力を一次元的配置の中から複数個選び、複数個の出力を
２つに分け、一方を興奮信号として人力し。

他方を抑制信号とすることにより、エツジの移動に対し
て出力を出す素子を形成することから入力画像における
移動物体の有無を検知することを特徴としたもので、基
本的には、入力画像を受光する多数の光受容素子を二次
元的に配列してなる受光層と、前記光受容素子の複数個
からの出力を受信し、これら受信入力の加重和のある関
数に等し、　い出力を得る閾素子を二次元的に配してな
る閾素子層とを有して前記入力画像に対応するエツジ情
報画像出力を形成する並列的画像処理回路を前処理部と
して有するものである。

はじめに、前記前処理部について説明すると、前処理部
は、受光層と閾素子層に分けられるが、以下の説明では
、受光層を光電変換細胞層、閾素子層をエツジ抽出細胞
層として記す。

第１図は、光電変換細胞層を示す図で、該光電変換細胞
層は、光電変換素子２を撮影レンズ１の結像面上に２次
元に配置したものである。従って、光電変換素子２上に
は像が形成され、それぞれの光電変換素子は配置された
二次元座標での光強度に応じて電気的信号を出力する。

なお、前記各光電変換素子の出力は、それぞれ独立に扱
えるものとする。

第２図は、エツジ抽出細胞層を示す図で、第２図（ａ）
は、光電変換細胞層２とエツジ抽出細胞層３との関係を
示す図、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）のＢ部拡大図、
第２図（Ｃ）は１回路図で、図中。

２は光電変換素子細胞、３はエツジ抽出細胞、４は加算
回路、５はインバータを示す、エツジ抽出細胞層３は、
第２図（ａ）に示すように、閾素子を二次元的に配して
なり、各閾素子は、前記光電変換細胞素子２の複数個の
細胞（図示例の場合、９個）からの出力を受信し、これ
ら受信入力の加重和のある関数に等しい信号を出力する
。

第３図（ａ）は、第２図（ｂ）に示した光電変換素子細
胞層（３Ｘ３）の拡大図、第２図（ｂ）は、素子２１．
２２．２３の出力信号で、各閾素子は、光電変換細胞の
出力信号９個を３Ｘ３の行列から成る受容域から入力す
る。なお、第２図（ｂ）及び第３図（ａ）において、斜
線を施こした領域２２は中心領域、該中心領域２２の囲
りの他の領域１１゜１２．３．３，２１，２３，３１，
３２．３３は周辺領域となる。中心領域細胞は、受光時
、エツジ抽出細胞に対して正（興奮）の信号を送り、周
辺領域細胞は、受光時、エツジ抽出細胞に対して負（抑
制）の信号を送り、第２図（ｃ）に示した回路構成によ
って、次の演算がなされて静止物体のエツジが検出され
る。

閾素子への入力Ｎ’ｉｊは、 Ｎ’１ｊ＝Ｕ’１．・Ｃ１１＋Ｕ’、、・Ｃｘｘ＋・＝
Ｕ’２ｔ・Ｃｚｚ　＋　＝・Ｕ”ａｍ”Ｃｍ３となる。

ここで、Ｕ°１１〜Ｕ′３３は、光電変換細胞３Ｘ３の
受容域からのそれぞれの出力、Ｃ１，〜Ｃｏは、　Ｕ”
、１〜Ｕ゛１．に対する入力時の重み係数である。ここ
で、　Ｃ，、’−”Ｃ３ｆｆは、・・・（１） １８ｃｈｌ−１（、ａｔ　−（２） とする。また、閾素子の出力Ｕ’ｉｊは、以下の関数に
従うものとする。

ただし。

ｅ：　Ｕ’　２２　’　Ｃｌ２ ｈ＝Ｕ’１□・Ｃ工□＋Ｕ゛１□・ｃ１２＋ｕ’１．・
Ｃ□、＋Ｕ″２．・Ｃ２，＋Ｕ′２．・Ｃｍ　３　＋　
Ｕ’　３１・Ｃ３ｔ＋Ｕ’、、・Ｃ□、＋Ｕ″よ、・Ｃ
３３とする。

すると、３Ｘ３の受容域内にエツジが存在し。

かつＵ′２□に入射した光量とその他のＵ°１□〜Ｕ゛
２１、Ｕ′２３〜Ｕ゛１．に入射した光量の比がに８で
ない時、Ｕ’ｉｊは出力する。したがって、閾素子は、
エツジ検知能力を有する。

次に、第４図を参照しながら、移動物体の検知について
説明する。移動物検知細胞は、受容域内の像の移動に対
して反応し、細胞は、興奮信号経路と抑制信号経路を入
力路とし、移動物検知部は。

第４図（ａ）に示すように、移動物検知細胞層６と移動
物検知細胞層７からなっている。なお、第４図（ｂ）は
、エツジ抽出細胞層３と、移動物検知細胞層６，７の回
路構成を示す図で、図中、８はインバータである。移動
物検知細胞層６は、移動物を見つける単位細胞である移
動物検知細胞６を２次元的に配してなり、また、移動物
検知細胞層７は移動物検知細胞６の複数個からの出力を
受信する移動物検知細胞７を２次元的に配してなり、こ
れらの回路構成は、第４図（ｂ）に示したように構成さ
れる。

以下に移動物検知細胞６の入出力特性について説明する
。第４図（ｃ）は、第４図（ｂ）の要部を取り出して示
す図で、移動物検知細胞６は、興奮性入力信号経路（経
路ｅ）と抑制性入力信号経路（経路ｈ）との２種類の経
路から入力信号を受ける。

興奮性入力信号経路（ｅ）はエツジ検出細胞３の出力に
正の重み係数をつけて移動物検知細胞６に信号を送る。

抑制性入力信号経路（ｈ）は、エツジ検出細胞３の出力
に負の重み係数をつけて移動物検知細胞６に信号を送る
。すなわち、移動物検知細胞６は興奮信号と抑制信号の
２種の入力信号を受ける。第４図（ｄ）は、前記興奮信
号と抑制信号の時間応答特性を説明するための図で、（
ｄ、）図は、エツジ抽出細胞出力信号（ａｌ）を、また
（ｄ２）図は、経路（ｅ）を通る信号（ｂ、）と経路（
ｈ）を通る信号（ｂ２）を示す。経路（ｅ）を通る興奮
信号、経路（ｈ）を通る抑制信号は、共にエツジ抽出細
胞３からの出力がある時、経路の持つ立ち上がり、立ち
下がり特性を伴って、それぞれ出力する。移動物検知細
胞６は、興奮信号及び抑制信号の加重和のある関数にて
出力を出す。原則的には興奮性信号のみを受信した時に
移動物検知細胞は出力を出す。ここで移動物体が存在す
る時の信号を考える。すなわち、出力を出すエツジ抽出
細胞が経時的にかわる時を考える。経路（ｅ）に出力す
るエツジ抽出細胞と経路（ｈ）に出力するエツジ抽出細
胞は一次元的配置上に存在し、それらエツジ抽出細胞の
受容域も一次元的配置上に存在する。物体の移動によっ
て経路（ｅ）に信号が通り、その後、経路（ｈ）に信号
が通った場合を考える。はじめ、経路（ｅ）にのみ信号
が通っている時、移動物検知細胞６は出力信号を出す。

そして、経路（ｅ）と経路（ｈ）の両方共に信号が通っ
ている時、移動物検知細胞６は出力信号を出さない。ま
た、経路（ｈ）にのみ信号が通っている時、移動物検知
細胞６は出力信号を出さない、逆に、物体の移動によっ
て経路（ｈ）に信号が通り、その後、経路（ｈ）に信号
が通った場合を考えると、はじめ、経路（ｈ）にのみ信
号が通っている時、移動物検知細胞６は出力信号を出さ
ない、また、経路（ｅ）と経路（ｈ）の両方共に信号が
通っている時、移動物検知細胞６は出力信号を出さない
、そして、経路（ｅ）にのみ信号が通っている時、移動
物検知細胞６は出力信号を出す、上記のようにして、出
力信号を出すエツジ抽出細胞が経時的に変わる時、移動
物検知細胞６は、出力信号を出す、すなわち、移動物検
知が可能となる。

しかし、前記移動物検知方式は、以下の欠点を有する。

ｉ）移動物検知において、移動方向の選択性が無い。

ｉｉ）静止物体のエツジが経路（ｅ）にのみ信号を送っ
ている場合、移動物がないにもかかわらず、移動物検知
細胞６は出力信号を継続的に出してしまう。

以下に前記欠点ｉ）を解決する方式について説明する。

第５図に移動方向の選択性を有する移動物検知細胞層の
図を示す６第５図の実施例と第４図の実施例とにおける
相違点は、経路（ｈ）に遅延回路９を設けたことである
。第５図（Ｑ）に、第４図（ｃ）の場合と同様に、第５
図（ｂ）の要部のみを抽出して示す。第５図（ｄ）は、
経路（ｈ、　）に遅延を設けた場合の時間応答特性を示
す図で、経路（ｅ）を通る興奮信号は、エツジ抽出細胞
からの出力がある時。

経路の持つ立ち上がり、立ち下がり特性を伴って出力す
る。経路（ｈ）を通る抑制信号は、遅延時間＝τ後に出
力し始め、出力終了時刻もて又はそれ以上の時間遅れを
伴うものとする。ここで移動物から生じる、経路（ｅ）
から経路（ｈ）へのエツジ信号の移動時間、又は、経路
（ｈ）から経路（ｅ）へのエツジ信号の移動時間をｔと
する。前述と同様に物体の移動によって経路（ｅ）に信
号が通り、その後経路（ｈ）に信号が通った場合を考え
る。この場合、はじめ（ｔ＋τ）の時間だけ移動物検知
細胞６は出力信号を出す、その後は抑制信号が働き、出
力は抑えられる。逆に移動物体によって経路（ｈ）に信
号が通り、その後経路（ｅ）に信号が通った場合を考え
る。この場合、τ≦ｔの時間条件を満たす時、抑制信号
の方が移動物検知細胞に早く到達して、移動物検知細胞
６は出力信号を出さない、また、τ〉ｔどなる時興奮信
号の方が移動物検知細胞６に早く到達して、（τ−ｔ）
の時間だけ移動物検知細胞６は出力信号を出す、この出
力信号過程は、“人間の視πは、動きの速いものに対し
、動きの存在は知り得てもその方向はわからない場合が
ある。″という生理現象に似ている。

上記のようにして、高速移動に対する（すなわちｔが小
さい）制限を伴うが、移動方向の選択性を有する移動物
検知は可能となる。

次に、前記欠点ｉｉ）を解決する方式について説明する
。第６図に移動方向の選択性を有する移動物検知細胞層
の図を示す。第６図の実施例と第４図の実施例とにおけ
る相違点は、経路（ａ）に微分回路１０を設けたことで
ある。経路（ｅ）に微分を設けた場合の時間応答特性を
（ｄ）図に示す。経路（ｅ）を通る興奮信号は、エツジ
抽出細胞からの出力に対し、微分的に出力される。経路
（ｈ）を通る抑制信号は、エツジ抽出細胞からの出力が
ある時。

経路の持つ立ち上がり、立ち下がり特性を伴って出力す
る。前述と同様に物体の移動によって経路（ｅ）に信号
が通り、その後、経路（ｈ）に信号が通った場合を考え
る。この場合、経路（ｅ）にて生じた微分信号のうちｔ
の時間内に発生したものが移動物検知細胞６を出力させ
る信号として働く。逆に、移動物体によって経路（ｈ）
に信号が通り、その後経路（ｅ）に信号が通った場合を
考える。この場合、抑制信号の働きから移動物検知細胞
６は出力しない、欠点ｉｉ）について静止物体のエツジ
が経路（ｅ）のみに信号を送っている場合、移動物検知
細胞６は誤って出力を出すことが考えられる。

しかし、微分信号となるので継続的な出力とはならない
。経路（ｅ）に微分を設けることによって前記欠点ｉ）
も解決する。上記のように、物体の移動によって経路（
ｅ）に信号が通り、その後経路（ｈ）に信号が通った時
に移動物検知細胞６は出力信号を出す、上記のようにし
て、移動物検知細胞６における継続的な誤り出力信号の
発生を抑え、移動方向の選択性を有する移動物検知が可
能となる。

第７図に第５図と第６図に示した実施例を合わせた移動
物検知細胞層の図を示す、すなわち、この実施例は、第
４図に示した実施例と比較し、経路（６）に微分を設け
、経路（ｈ）に遅延を設けたものである。第（ｃ）図に
おける興奮信号と抑制信号の時間応答特性を第（ｄ）図
に示す。

以上の説明から明らかなように１本発明は、多数の光受
容素子を二次元的に配してなり、入力画像を受光する受
光層と、複数個の前記光受容素子からの出力をそれぞれ
受信して受信入力の加重和の関数に等しい出力を発生さ
せる閾素子を二次元的に配してなる閾素子層とを有して
前記入力画像に対応するエツジ情報画像出力を形成する
並列的画像処理回路と、その画像処理回路の閾素子から
の出力を一次元的配置の中から複数個選び、複数個の出
力を２つに分け、一方を興奮信号として入力し、他方を
抑制信号とすることにより、エツジの移動に対して出力
を出す素子を形成することから入力画像における移動物
体の有無を検知することを特徴とするものであるが、更
に、上記構成に、抑制信号の経路に、遅延回路を組み合
わせ、移動物体の有無と移動物体の移動方向を検知する
こと、 興奮信号の経路に微分回路を組み合わせ、移動物体の有
無と移動物体の移動方向を検知すること、抑制信号の経
路に遅延回路を組み合わせ、かつ、興奮信号の経路に微
分回路を組み合わせ、移動物体の有無と移動物体の移動
方向を検知すること。

を特徴とするものである。

腹−一来 以上の説明から明らかなように、本発明によると。

ｉ）エツジ抽出細胞層からの出力信号を入力する興奮性
信号経路及び抑制性信号経路を有し１両経路の出力を入
力とする素子から、移動物体の有無を検知できる。

ｉｉ）　ｉ）において、抑制性信号経路に遅延回路を設
けることから、移動物体の有無及び移動方向を検知でき
る。

１ｉｉ）ｉ）において興奮性信号経路に微分回路を設け
ることから、移動物体の有無及び移動方向を検知できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を説明するため
の図、第４図乃至第７図は、それぞれ本願の他の実施例
を説明するための図である。 １・・・撮影レンズ、２・・・光電変換素子細胞層、３
・−・エツジ抽出細胞層、４・・・加算回路、５・・・
インバータ、６，７・・・移動物検知細胞、８・・・イ
ンバータ、９・・・遅延回路、１０・・・微分回路。 第４図 第５図 （ｂ） （。）（ｄ） 第　６　　図 （ｃ）　　　　　　　　（ｄ） 第　　７　図 （０）（ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、多数の光受容素子を二次元的に配してなる入力画像
   を受光する受光層と、複数個の前記光受容素子からの出
   力をそれぞれ受信して受信入力の加重和の関数に等しい
   出力を発生させる閾素子を二次元的に配してなる閾素子
   層とを有して前記入力画像に対応するエッジ情報画像出
   力を形成する並列的画像処理回路と、該画像処理回路の
   閾素子からの出力を一次元的配置の中から複数個選び、
   該複数個の閾素子の出力を２つに分け、一方を興奮信号
   として入力し、他方を抑制信号とすることにより、エッ
   ジの移動に対して出力を出す素子を形成することから入
   力画像における移動物体の有無を検知することを特徴と
   する並列画像処理方式。