JPH0396825A - 色識別装置および方法 - 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】 ［産業上の利用分野］、 この発明は色識別装置および方法に関するものであり、
特にリアルタイムでの色識別に関するものである。

［従来の技術］ 従来、色識別を行う装置としては、次のようなものがあ
る。

一つ目は、検出対象に光を当て、その反射光をＲＧＢの
３つのフィルタを通してセンサで検出し、三刺激値によ
って色の識別を行うものである。

二つ目は、ポリクロメータ形等の分光器を用いるもので
ある。これらは、初めに光源の光のスペクトル或分を求
め、次に、光源の光を検出対象に当てた時の反射光のス
ペクトル成分を求める。両スペクトル成分に基づいて算
出したスペクトル差により、検出対象の色を識別する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の装置には次のような問題点があっ
た。

ＲＧ′Ｂの３つのンイルタを用いる装陵では、ＲＧＢ各
色のみを透過させるフィルタを、再現性よく安定に製造
することが困弾なため、色識別の精度を向上させること
ができなかった。また、同一特性のフィルタを製造する
ことが困難なため、機器の調整が難しくなるという問題
もあった。

一方、分光器を用いるものにおいては、測定を二度行わ
ねばならない。このため、識別した色に基づいて何等か
の制御を行う場合に、リアルタイムに制御することかで
きないという問題があった。

また、二度の測定の間に、光源の状態か変化すれば測定
誤差が生じるという問題も有していた。

この発四は、上記のような間匙を解決して、リアルタイ
ムに、かつ高精度に色識別を行うことができる色識別装
置および方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１の色識別装置は、 検出対象に対する照射光と参照光とを同一の光源から生
じる照明手段、 検出対象を透過もしくは反Ｕｔ　Ｌた照Ω・１光と参照
光の双方を分光する一つの分光素子、分光された照射光
の各波長成分を測定する第ｌの検出器、 参照光の各波長成分を測定する第２の検出器、 を備えている。

請求項２０色識別装置は、 前記照明手段が、光源からの光を白色基準板に反射させ
て参照光を得るものであることを特徴としている。

請求項３の色識別方法は、 光源からの光の一部を検出対象にあてて反射光または透
過光を得るとともに、当該光源からの光の他の一部に基
ついて参照光を得て、反射光または透過光と参照光とを
一つの分光素子によって分光し、各々のスペクトルを？
（１ることを特徴としている。

［作用］ この発明に係る色識別装政および方法は、検出対象にあ
てる照射光と、参照光とを同一の光源から得ている。し
たがって、光源の変動によって測定結果に誤差を生じな
い。また、検出対象からの反射もしくは透過光と、参照
光とを同時に分光して測定しているので、リアルタイム
に測定を行うことができる。

［実施例］ 第２図Ａ１１３に、この発明の一火施例による色識別装
置の構或を示す。第２図Ａが側面図、第２図Ｂが正面図
である。照明手段である光源部２は、光源４、レンズ６
、レンズ８を備えている。光源４は、６■、１０Ｗのハ
ロゲンランプとし、ＡＣ点灯にしている。光源４からの
光の一部は、照射光２０として、レンズ６、レンズ８に
より、検出対象ＩＯの上に集光される。検出対象１０か
らの散乱反射光２２の一部は、レンズ１２によって集光
され、入ｎ１スリットｌ４−１二に粘像される。入射ス
リット１４」一の反射光２２が集光される位置には、ピ
ンホール１６５一 （この実施例では、φ−０　．　５ｍｍとした）が設け
られている。

一方、光源４の反対側には、光ファイバー８の一端が、
光源４に対向するように配首されている。

すなわち、光源４の光がそのまま取り出され、参照光２
４とされる。光ファイバー８の他端は、人射スリット１
４の一部に取り付けられ、その端面がそのままスリット
として用いられている。なお、光源４の光を一旦、基準
白色板に反射させたものを参照光とすれば、参照光のス
ペクトルがより安定する。

入射スリット１４を透過した反射光２２および参照光２
４は、反射鏡２４によって反射され、分光素子である回
折格子２８に入射される。回折格子２８によって、反射
光２２および参照光２４は、スペク１・ルに分解される
。なお、この実施例においては、検出対象１０からの反
射光２２を用いたが、場合によって透過光を用いてもよ
い。

反射光２２と．参照光２４は、回折格子２８に僅か異な
った位置にて入射されるので、それらのスペクト６ ルは、各々に分離して生じる。すなわち、第２図Ｂに示
すように、反射光スベクｌ・ル３２と参照光スペクトル
３４が生しる。このスペクトル３２．３４の位置に、第
３図に示すようなフォトダイオー１・アレイを、検出器
３０として設けている。左列のフォ１・ダイオードアレ
イ３０ａが、反射光スペクトル３２のための第１の検出
器であり。右側のフォトダイオードアレイ３０ｂは、参
照光スベク１・ル３４のための第２の検出器である。な
お、フォトダイオードの他、ＣＣＤＳＭＯＣ等を用いて
もよい。

上記構成を概念化して示したのが、第１図である。検出
器３０のフォトダイオードアレイ３０ａ」二には反射光
スペクトル３２が得られ、フォトダイオードアレイ３Ｏ
ｂ上には参照光スペクトル３４が同時に得られる。フォ
トダイオートアレイ３０ａ，３０ｂを描成するフォトダ
イオートの各々には、各スベク１・ル成分の強度が検出
される。両スペクトルの対応する各成分の差をとってス
ベク１・ル強度比を求め、検出対象１０の色識別を行う
。かかる操作は、後述する検出回路によって行われる。

第１図、第２図の装置によって、白、紫、うす青、青、
濃青、緑、うす緑、黄、セピア、橙、赤の１１色の検出
対象１０を測定した場合のスペクトル差の測定結果を第
４図に示す。ここでは、夫々７つのフォトダイオード■
〜■によって、ダイオー１・アレイ３０ａ，３０ｂを構
成した。構輔は各フォトダイオード■〜■を示している
。また、その下に、各フォトダイオード■〜■に入射す
るスペクトル成分の波長（ｎｍ）を表わした。縦軸は、
スペクトルの強度比である。このグラフからも明らかな
ように、各色の特徴が明瞭に現れている。

次に、フォトダイオードアレイ３０ａ，３０ｂの出力に
基づいて、色識別を行う検出回路を説明する。

この検出回路のハードウエア構或を第５図に示す。

バスライン４０には、ＣＰＵ４２、ＲＡＭ４４、ＲＯＭ
４６が接続されている。また、センサアレイ３０ａの各
センサの検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ４８によリディ
ジタル化され、メモリ５０に記憶される。同様に、セン
サアレイ３０ｂの各センサの検出信号は、Ａ／Ｄコンバ
ータ５２によりディジタル化され、メモリ５４に記憶さ
れる。これらのメモリ５０　．　５４は、バスライン４
０に接続される。なお、Ａ／Ｄコンハータ４８．５２は
、センサの数だけのチャネル数を有するものであっても
、１チャネルを切り換えて使用するものであってもよい
。ＣＰＵ４２は、ＲＯＭ４６に格納されたプログラムに
したがって各部を制御するものである。

ＲＯＭ４６に格納されたプログラムを、第６図および第
７図にフローチャートで示す。この実施例においては、
検出精度を向上させるため、実測を行う前にティーチン
グを行っている。第６図はティーチングモードを示し、
第７図は実測モードを示している。

まず、ティーチングモードの動作から説明する。

ティーチングモートにおいては、倹出しようとする色を
対象物として載置する。この状態で、Ｃ　ＰＵ４２は、
メモリ５０に記憶されたセンサ出力値（すなわち、反射
光スペクトルデータ）を取り込む（ステップＳ＋）。同
様にして、ステップＳ２において、メモリ５４に記憶さ
れたセンサ出力値（すなわ９　一 ち、参照光スペクトルデータ）を取り込む。次に、取り
込んだ両スペクｌ・ルデータの対応する戊分同志の差を
演算し、そのスペクトル差のデータを求める（ステップ
Ｓａ）。ここで、メモリ５０とメモリ５４には、同時刻
のデータが記憶されている。したがって、光源の光スペ
クトルに変動があっても、その影響をキャンセルするこ
とかできる。

次にステップＳ４において、Ｃ　Ｉ　Ｅ　（Ｃｏｍｍｉ
ｓｓｉｏｎＩｎｔｅｒｎａｔｏｎａｌ　ｄ’Ｅｃｌａｉ
ｒａｇｅ）色度図におけるＸ，ｙ座標が演算される。こ
こで、ＣＩＥ色度図とは次のようなものである。いま、
ある色を三原色に分解した時の各色の成分の大きさを、
ｘ，ｙ，ｚで表わすとする。このｘ，ｙ，　　Ｚに基づ
いて、下式によりｘ，ｙを算出する。

これを、Ｘを横輔とし、ｙを縦輔として表わしたのが、
第８図に示す図である。これを、ＣＩＥ色度図という。

第４図に示すようなスペクトル差からｘ，ｙを１０　　
− 算出するには、まず、三原色の成分ｘ，ｙ，ｚを求めな
ければならない。スペクトル差が、どのような割合で三
原色（第９図に示すようなスペク１・ルを有する）に分
解されるかによって、三原色Ｘ，Ｙ，Ｚの戊分が求めら
れる。これは、下式で表わされる。

Ｘ＝．ｆＩ（λ）　ｘ　ｄ　ｘ　　・（２）Ｙ＝．ｆＩ
（λ）ｙｄｘ　・・・（３）Ｚ＝．ｆｌ（λ）ｚ　ｄ　
ｘ　　・（４）ここでＩ（λ）は、波長λにおける光強
度である。

ＣＰＵ４２は、このようにして演算したＸ．ＹＺに基づ
き、（１）式によってｘ，ｙを算出する。

このｘ，ｙは、ＲＡＭ４４に記憶される。

上記のステップＳ，からＳ４までの操作を、同し色につ
いて所定回数繰り返す。測定誤差により、各回毎に、若
干ｘ，ｙのイ直が変化する。このｘ，　　ｙの分布に基
づいて、当該色のｘ，ｙの範囲を決定し、ＲＡＭ４４に
記憶する（ステップＳａ）。

？らに、必要な色全てについて、上記のテイーチングを
行い、ティーチングを終了する。

第４図に示す色についてティーチングを行った結果を第
１０図に示す。各色ともに、若干の範囲を有することが
明らかになっている。

次に、実測モードについて説明する。実測モードにおい
ては、検出対象１０が検出位置に載置される。この状態
で、ＣＰＵ４２は、メモリ５０に記憶されたセンサ出力
値（すなわち、反射光スペクトルデータ）を取り込む（
第７図のステップＳ＋　ｏ）。

同様にして、ステップＳｌ１において、メモリ５４に記
憶されたセンサ出力値（すなわち、参照光スペクトルデ
ータ）を取り込む。次に、取り込んだ両スペクトルデー
タの対応する成分同志の差を演算し、スペクトル差のデ
ータを求める（ステップＳ，２）。このスペクトル差に
基づいて、ＣＩＥ色度図におけるｘ，ｙを演算する（ス
テップ８１３）。

次に、このｘ，ｙを、ティーチングにおいて求めた第１
０図にあてはめ、検出対象の色を判定する（ステップＳ
■４）。ＣＰＵ４２は、判定した色に基づき、Ｉ／Ｆ５
６を介して制御対象に制御信号を与える（ステップＳ，
６）。

上記のような色判断および制御は、例えば、パンの焼き
具合の自動制御に用いることができる。

また、ティーチングを行わず、ディジタルスイッチ等に
よって、ＣｒＥ色度図におけるｘ，ｙを設定するように
してもよい。

なお、上記実施例では、ＣＩＥ色度図におけるＸ，ｙに
よってティーチングを行い、判断を行った。しかし、第
４図のスペクトルによってティーチングを行い、判断を
行ってもよい。

さらに、上記実施例では、ＣＰＵ４２によって検出回路
の機能を実現したが、その一部または全部をロジック回
路によって構威してもよい。

なお、上記においては、可視光を対象としたが、不可視
光（赤外光、紫外光等）も同様に認識可能である。

［発明の効果］ 請求項１の色識別装置および請求項３の色識別方法は、
光源からの光の一部を検出対象にあてて１３ 反射光または透過光を得るとともに、当該光源からの光
の他の一部に基づいて参照光を得て、反射光または透過
光と参照光とを一つの分光素子によって分光し、各々の
スペクトルを得ることを特徴としている。したがって、
光源の変動によって測定桔果に誤差を生じることなく、
リアルタイムに測定を行うことかできる。

請求項２の色識別装置は、光源からの光を白色基準板に
反射させて参照光を得るものであることを特徴としてい
る。したがって、参照光のスペクトルをより安定したも
のとすることができ、高精度の識別が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による色識別装置の概念図
、 第２図（ＡないしＢ）は一実施例による色識別装置の構
戊を示す図、 第３図はフォトダイオードアレイを示す図、第４図は各
色に対するスペクトル差の測定結果を示す図、 ｌ４ 第５図は検＋ｌ」回路のハードウエア構成を示す図、第
６図はティーチングのフローチャートを示す図、 第７図は実測のフローチャートを示す図、第８図はＣＩ
Ｅ色度図を示す図、 第９図は三１息色のスペクトルを示す図、第ｌＯ図は測
定結果をＣ　Ｉ　Ｅ色度図上に表わした図である。 ２・・・照明手段 ４・・・光源 １０・・・検出対象 ２８・・・回折格子 ３０・・・フォ１・ダイオードアレイ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出対象に対する照射光と参照光とを同一の光源
   から生じる照明手段、 検出対象を透過もしくは反射した照射光と参照光の双方
   を分光する一つの分光素子、 分光された照射光の各波長成分を測定する第１の検出器
   、 参照光の各波長成分を測定する第２の検出器、を備えた
   色識別装置。
2. （２）請求項１の色識別装置において、 前記照明手段は、光源からの光を白色基準板に反射させ
   て参照光を得るものであることを特徴とするもの。
3. （３）光源からの光の一部を検出対象にあてて反射光ま
   たは透過光を得るとともに、当該光源からの光の他の一
   部に基づいて参照光を得て、反射光または透過光と参照
   光とを一つの分光素子によって分光し、各々のスペクト
   ルを得ることを特徴とする色識別方法。