JPH09178558A

JPH09178558A - 物体の色判定方法および装置

Info

Publication number: JPH09178558A
Application number: JP7350190A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Enomoto; 雅幸榎本; Sumihiro Ueda; 澄広上田; Yasumitsu Kurosaki; 泰充黒崎; Kazuki Ogura; 一樹小倉; Hiroyoshi Sueda; 博能末田; Kyoichi Yahagi; 恭一矢萩; Shiyunei Kamase; 俊英釜瀬; Akihiko Ikuta; 明彦生田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】対象物、特に資源再生施設における回収ガラ
スびんの色を分別する色判定方法及び装置において、ガ
ラスびんの有する外乱に左右されにくく、人が感覚に基
づいて色判定基準等を設定や調整でき、より高速に信号
処理を行うことができるようにする。【解決手段】カラー撮像手段により対象物を撮像して
発生するＲＧＢ信号をＨＳＩ（色相・彩度・明度）信号
や色種別番号などを介して予め区分した分類に従って色
を表示する信号に変換し、画像内の対象物を含む部分に
おける統計的な出現頻度を算出して、その分布に基づい
て対象物の色を判定する。なお、ＲＧＢ信号の変換をＬ
ＵＴ（参照表）に基づいて行うようにすることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物が有する色
を自動的に判定する方法と装置に関し、特に、資源再生
施設において回収された使用済みガラスびんをリサイク
ルするためびんの色を分別する工程に容易に使用できる
ような、ガラスびんの色判定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の色を機械により自動的に認
識・判定する方法と装置が、いろいろな産業のいろいろ
な工程で必要とされ、種々開発されてきた。特に、使用
済みガラスびんを回収してリサイクルするときにはガラ
スに付された色により回収価値が異なるため、ガラスの
色に従って異なる工程で処理する必要がある。そこで作
業者がガラスの色を判別し手作業でびんを分別している
が作業環境は良好とは言い難くこの分別工程を機械化す
る要求が強い。この工程の機械化に欠かせない技術がガ
ラスびんの色の自動判別である。

【０００３】従来、物体の色を自動的に認識・分別する
ものとして、フォトダイオードを用いた色判定センサが
多用されている。しかし、一般に用いられる色判定セン
サは、焦点位置における色を測定するものであるため対
象物が汚れていたりラベル等が貼着されたままの場合に
は判定を誤ることになる。また視野中に占める対象部分
の割合が小さくなると誤検出するため、対象物とセンサ
の距離を大きくすることができない。従って、不燃ゴミ
中から回収された状態で泥にまみれていたりラベルが剥
がされていない大小さまざまなガラスびんの色を判定す
る目的に十分適しているとはいえない。

【０００４】これに代わる物体色の認識・分別方法とし
て、カラーＣＣＤカメラの画像からＲＧＢ信号を取得し
て、ＲＧＢの値が一定の範囲に属するか、あるいはＲ／
ＢやＧ／Ｂの値を求めてこれが一定の範囲に属するかを
判断して色を判定する画像処理技術を応用したものがあ
る。ガラスびんの色判定に用いる場合は、背景照明から
の白色光がガラスびんを透過してカラーＣＣＤカメラに
到達して形成する画像の色成分を分析して色を判定する
のが一般である。カラーＣＣＤカメラはＲＧＢの各成分
に対応するＣＣＤ素子を受光面にマトリックス状に配置
してＲＧＢ系の色分解フィルターを透過した光の強度を
電気信号に変換してＲＧＢの画素ごとに蓄積するもので
ある。従って、色の判定は画像中に適当な小領域を設定
してここにおけるＲＧＢ成分を抽出し、ＲＧＢ値が予め
求めた範囲に属するかを判断する方式が採用される。

【０００５】このような方法によると、画像中の予め定
めた領域の位置がラベルやキャップなどにかかる場合
や、泥などで汚れている場合には測定が不能になる。そ
こで、特開平６−３４７４２２号公報には画像中に十数
カ所の小領域を設定しておき、そのどこかで正しい色が
判定できるようにしたものが開示されている。また、画
像中の一定の位置に測定領域に決めておくと対象とする
ガラスびんのサイズが異なるときには色判定に適切な位
置を測定することができなくなる。そこで、特開平５−
１２６７６１号公報にはびんのサイズを測定する手段を
備えて、その測定結果に応じて色が最もよく解る部分に
測定領域を設定し直して測定するするようにしたものが
開示されている。さらに、ＲＧＢ値について比較するた
めには３個の要素について処理する必要があり、演算量
が大きくなる欠点がある。このような欠点を解消するも
のとして、特開平６−３４７３９７号公報にはびんの色
差、例えばＲ／ＢやＧ／Ｂなどの値を事前に計測してお
きガラスびんの測定値をこれと比較する方法が開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来開発されてきた色認識・色判定装置は、画像中の対
象物の有する色情報のうち極く一部の領域における情報
しか利用しないため、異物の付着・ラベル等の存在・び
んサイズの違いなどサンプリング位置や割合などのサン
プリング状況に対応するための複雑な手段を備えるが、
それでもなお状況に左右されて誤判定が発生する可能性
は避けられない。また、心理物理色であるＲＧＢ混色系
による表現は人間が心理量として知覚する色を直接的に
表すものと異なるため、ＲＧＢ混色系の表現から実際の
色を直感的に把握することができない。したがって、色
の判定にＲＧＢ信号を用いる従来装置では判断のよりど
ころである色判定基準の教示や判定する色の範囲を決め
る感度の調整を人がその感覚的判断に合致するように行
うことが難しかった。また、判定の幅を色の種類によら
ず同じ程度に設定することは難しく、色の種類によって
感度にばらつきが生じやすく、また人間がこれを調整す
ることも困難である。さらに、上記装置は画像を取り込
んだ後で画像中の物体を認識して色判定を行うため、高
速化に限界がある。

【０００７】そこで、本発明が解決しようとする課題
は、カラーＣＣＤカメラの取得する画像に含まれる情報
の大部分を活用することにより、部分的な外乱に左右さ
れにくい正確な測定を可能とすることにある。また、人
間の心理量に対応する表色系による色信号処理を行うこ
とにより、人が感覚に基づいて色判定基準等を設定・調
整ができるようにして、色判定を安定に行えるようにす
ることにある。さらに、本発明が解決しようとする課題
は、より高速に信号処理を行うことにより色判定を遅滞
なく行い、ガラスびん分別工程を高速化できるようにす
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の色判定方法は、カラー撮像手段により対象
物を撮像して発生するＲＧＢ信号を対象の色を予め区分
した分類に従って表示する信号に変換し、画像内の少な
くとも対象物部分における前記分類毎の統計的な出現頻
度を算出して、その分布から対象の有する色を判定する
ことを特徴とする。また、本発明の第２の色判定方法
は、カラー撮像手段により対象を撮像して発生するＲＧ
Ｂ信号をＨ（色相）信号を含むＨＳＩ（色相・彩度・明
度）の１ないし３種の信号に変換し、ＨＳＩ信号の信号
種類別に予め区分した各水準ごとに少なくとも画像内の
部分における出現頻度を算出して、その分布から対象の
有する色を判定することを特徴とする。

【０００９】さらに、カラー撮像手段により対象を撮像
して発生するＲＧＢ信号を予め区分した色種別番号に分
類し、該色種別番号ごとに少なくとも画像内の部分にお
ける出現頻度を算出して、その分布から対象の有する色
を判定するものであってもよい。なお、ＲＧＢ信号の色
分類やＨＳＩ信号、あるいは色種別番号への変換をＬＵ
Ｔ（参照表）に基づいて行うようにすることが好まし
い。さらに、本発明の色判定方法は、対象をガラスびん
として、色の判定基準を実際のびんを計測した結果に基
づいて作成するようにしてもよい。

【００１０】上記課題を解決するため、本発明の色判定
装置は、対象物の色を検出してＲＧＢ信号を発生するカ
ラー撮像手段と、ＲＧＢ信号をＨ信号を含むＨＳＩ信号
に変換する信号変換手段と、ＨもしくはＨＳＩの各要素
別に水準を異にする区分ごとに信号の出現回数を積算す
る演算回路とを備えて、前記区分ごとの信号の出現頻度
に基づいて対象物の色を判定することを特徴とする。な
お、本発明の色判定装置は、ガラスびんを対象とし、色
の判定基準を実際のびんを計測した結果に基づいて作成
するように構成してもよい。また、色の判定基準を手動
により調整するようにすることができる。さらに、判定
された色に基づいてガラスびんの搬送経路を制御する手
段を備えるものであってよい。

【００１１】本発明の色判定方法によれば、対象を２次
元カラー画像として撮像して発生するＲＧＢ信号をＨ
（色相）信号を含むＨＳＩ（色相・彩度・明度）信号に
変換してから色を判定するため、色判定に狂いが生じる
ときにも色信号と人の感覚色とが単純な関係を有するの
でそのずれの方向や量が直感的に理解できるから、人が
介入して色判定基準を的確に設定し直して調整すること
ができる。また、画像内に出現するＨ信号あるいはＨＳ
Ｉ信号の頻度を適当な水準毎に積算して得られる分布状
態から色を判定するため、色の判定に局所的な外乱が与
える影響が小さくなりより的確な判断が得られる。例え
ば、Ｈ信号のヒストグラムを取ると、そのピーク位置が
物体の色を示すことになる。信号の頻度分布が鋭いピー
クを有しないときにも、適当な幅を有する窓を用いた移
動平均などから色を判定することが可能である。また、
背景色が画像中の大きな領域を占める場合にも、予め知
られるその背景色部分を除去して物体の色を抽出して判
断することができる。なお、標準となる物体を実際に測
定することにより判定基準を決めることも可能である。

【００１２】さらに、ＲＧＢ信号のＨ信号もしくはＨＳ
Ｉ信号への変換をＬＵＴ（参照表）に基づいて行うよう
にすると、単に表の対照だけで変換ができるから演算時
間が著しく短縮される。また、本発明の色判定方法をガ
ラスびんに適用し、色の判定基準を実際のびんを計測し
た結果に基づいて作成するようにすると、資源リサイク
ル工程において色に基づいてガラスびんを分別する工程
に利用することができ、かつ色と色信号の対応関係を物
理的・定量的に把握しなくても、分別すべき種類毎にガ
ラスびんをいくつか抽出して測定しその種類に属する色
信号の範囲を求めることにより対象とするガラスびんを
正しく分別することが可能になる。

【００１３】さらにまた、色の表示が色相あるいはさら
に彩度・明度に基づいて行われるため人間が感覚的に把
握できるから、色の判定基準を手動により調整すること
により、より妥当性の高い判定が行えるようにすること
ができる。なお、ＲＧＢ信号とＨ信号あるいはＨＳＩ信
号への変換に加えて、変換後のＨ信号あるいはＨＳＩ信
号と分別すべきガラスびんの対応関係をＬＵＴ（参照
表）にまとめてこれに基づいてびんの種別を判定するよ
うにすると、見かけ上ＲＧＢ信号から直接的にガラスび
んが判定できるようになるから判定演算の機能や時間の
節約が図れる。また、先の信号変換とびんの対応関係を
ひとつのＬＵＴに合体させることにより演算を著しく簡
略化することも可能である。

【００１４】本発明の色判定装置によれば、対象を２次
元カラー画像として撮像して発生するＲＧＢ信号をＨ信
号に変換して、画像内に出現するＨ信号の頻度を水準毎
に積算してその分布状態から色を判定することができ
る。Ｈ信号の頻度分布は人の知覚色と容易に結びつくの
で、人が介入して色判定基準を的確に調整することがで
きる。また画像の有する色情報を大局的に活用するの
で、色の判定に局所的な外乱の影響を排除してより的確
な判定が得られる。

【００１５】また、ＲＧＢ信号をＨＳＩ信号に変換する
信号変換手段を有する色判定装置によれば、色の判定を
さらに細かく実施することが可能である。また、例えば
Ｉ信号を利用して透明や白、はい色、黒など無彩色につ
いても識別が可能になる。なお、ガラスびんを対象とす
る色判定装置で色の判定基準を実際のびんを計測した結
果に基づいて作成するように構成したものは、簡単な調
整により対象とするガラスびんを正しく分別することが
可能である。さらに、判定された色に基づいてガラスび
んの搬送経路を制御する手段を備えるものによれば、資
源のリサイクル工程で回収したガラスびんを色の種類に
従ったそれぞれの工程に自動的に振り分けることが可能
となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明に係る
物体の色判別方法と装置を詳細に説明する。本発明の物
体の色判別方法と装置は、いろいろな物品の色の認識や
判定に使用することができるが、特に資源再生プラント
の自動化を進める上で障害となっていたガラスびんの分
別に使用できるような自動色判定を可能とすることを主
な目的として開発されたものである。

【００１７】一般に色を表示する体系を表色系といい、
表色系には心理物理色を表示する混色系と知覚色を表示
する顕色系がある。混色系は色と色を混合することによ
り別の色が生じることを基礎としている。あらゆる色が
３つの異なる色を適当に混色することにより作り出すこ
とができることが知られており（色の３色性）、混色の
もっとも基本的な３原色は加法混色の場合がＲ（赤）・
Ｇ（緑）・Ｂ（青）であり、減法混色の場合がＣ（シア
ン）・Ｍ（マゼンタ）・Ｙ（黄色）である。

【００１８】混色系は色刺激値を定量的に取り扱うため
装置化に向いており、ディスプレイ・カラーカメラなど
の画像入出力装置は加法混色（ＲＧＢ）、プリンタなど
の印刷装置等では減法混色（ＣＭＹ）の混色系が用いら
れている。しかし、一般的に用いる「色」に相当する量
は例えばＲＧＢ表色系では要素間の比Ｒ：Ｇ：Ｂに対応
するものであるため、人間の知覚色と直感的に対応させ
ることが難しく、また表色系上の距離は心理的に感じる
色差感と大きな隔たりがある。このため、色の判定に混
色系を用いる装置は、人の介在により特定の色に対応す
るＲＧＢ信号の範囲を教示したり、色判定結果に誤謬が
あって色の判断基準を調整するときなどに、著しく困難
である。

【００１９】これに対し、知覚色は物体の表面を見たと
きに人間が心理量として知覚する色のことで、顕色系と
は知覚色を色相・明るさ・鮮やかさといった心理的な色
の属性によって表現するものであり、普通は種々の着色
物体（色票）を色の属性に基づいて系統的に配列して得
た標本に照らし合わせて色を表示する。なお後記するよ
うに、Ｒ・Ｇ・Ｂの値を用いて演算によりこれら属性を
表現する値に変換することができる。代表的な表色系と
してマンセル表色系（ＨＳＩ表色系）がある。

【００２０】このように顕色系は知覚色と直結するため
色の属性を直感的につかみやすく、本発明の目的とする
ような色の識別の場合には、顕色系の方が表色系として
適している。特に人間が行っていた色の判定を機械に置
き換えるといった場合、教示や調整において人間の介在
が不可欠であり、センサが検出してＲＧＢ信号として出
力する色を人間の知覚に近い形で表現することが好まし
い。そこで本発明ではＲＧＢ信号で表現された表色系の
色信号をＨＳＩ信号で表現される顕色系の色信号に変換
してから扱うことにより、色識別装置に人間の判断能力
と近似した判断機能を持たせるようにした。

【００２１】本発明の色判定方法と装置は、色の識別に
カラー画像処理技術を適用するもので、ＨＳＩ変換と変
換画像の処理を主な要素とする。我々が普段用いる
「色」の種類に相当する量が色相（Ｈｕｅ）であり、色
の種類と色相は１対１に対応しているため、人間の知覚
と一致させることは容易である。さらに、その「色」の
鮮やかさを彩度（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）と呼び、これ
が「色」の濃淡を表現する量である。また、色の明るさ
を明度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）と呼び、明暗を表現す
る。例えば赤い光源からの赤い光をスクリーンに投影し
ているときに別の白い光源からの光を重ねて投影すると
赤色が淡くなるが、これが彩度を下げることに相当し、
赤い光源の強さを小さくするとこれが明度を下げること
に相当する。

【００２２】図１は本発明の核となる部分の処理の流れ
を概念的に示すブロック図である。カラーＣＣＤカメラ
は対象物を撮像してＲＧＢに色分解し受光した各画素ご
との輝度値として出力し、これがカメラ内あるいは画像
メモリ内のＲ・Ｇ・Ｂ３枚の画像プレーンのおのおのに
格納される。次に、Ｒ・Ｇ・Ｂの画像プレーンの画像上
同じ位置に対応する３個の画素毎に取ったＲ・Ｇ・Ｂの
信号値からＨ・Ｓ・Ｉの信号値に変換して、変換後の値
を画像メモリ内のＨ・Ｓ・Ｉからなる３枚の画像プレー
ンにそれぞれ格納する。

【００２３】Ｒ・Ｇ・Ｂの信号値とＨ・Ｓ・Ｉの信号値
は図２に表す幾何学的関係を有する。ここで、ＲＧＢ表
色系で表される任意の色はＲ・Ｇ・Ｂの座標軸を持った
３次元座標系の点ｐ（Ｒｐ，Ｇｐ，Ｂｐ）で表される。
ＲＧＢ表色系の点ｐで表される色の属性は、点ｐの原点
Ｏからの隔たりから求める明度Ｉと、座標の原点Ｏと点
ｐを結ぶ直線とＲ＋Ｇ＋Ｂ＝１で表される平面が各座標
面により画されてできる正三角形ｒｇｂとの交点ｐ’の
位置から求める色相Ｈと彩度Ｓとを用いてＨＳＩ表色系
に変換することができる。

【００２４】すなわち、上記の正三角形ｒｇｂの中心を
Ｏ’、直線Ｏ’ｐ’が正三角形ｒｇｂの辺と交わる点を
ｖとするとき、色相Ｈは赤や青といった色の種類を角度
と対応づけて角ｂＯ’ｐ’で表すことができる。また、
彩度Ｓは色の鮮やかさを表すものであるが、三角形ｒｇ
ｂの中心に対応する色は無彩色の灰色、三角形の辺上の
点に対応する色はもっとも鮮やかな色となることから、
彩度をＯ’ｐ’／Ｏ’ｖで表すことができる。さらに、
明度Ｉは（Ｒｐ＋Ｇｐ＋Ｂｐ）／３で表すことができ
る。上で幾何学的に説明したＲＧＢからＨＳＩへの変換
は下に示す変換式に基づいて行ったものと同等である。

【００２５】

【数１】

【００２６】なお、上記変換式に基づいてＲＧＢ信号値
から変換された後にＨ・Ｓ・Ｉの各プレーンに格納され
る値は、画素が受光するエネルギーに対応する輝度値と
異なり画像メモリのビット数に応じてスケーリングされ
た値である。例えばメモリが８ビットで構成されるもの
であれば、ＲＧＢについては２５６階調の輝度値となる
が、ＨＳＩ変換後のＨ・Ｓ・Ｉ値はそれぞれ０から２５
５までの値を持ち、図２でいえばその位置を相対的に規
定するものとなる。

【００２７】ここで、画素毎の値を用いて変換する度に
ＣＰＵによる演算を行う代わりに、あらかじめ変換式を
用いた演算により対照表（ＬＵＴ：Look Up Table）を
作成しておいて、このＬＵＴを参照することによりＨＳ
Ｉへの変換を実施することが好ましい。このような参照
表を利用したテーブル変換法は演算回路における演算処
理時間を著しく短縮するからである。上記のテーブル変
換法を利用することにより、カラーＣＣＤカメラの画素
から順次入力するＲＧＢ信号を直接ＨＳＩ信号に変換し
てその結果をＨ・Ｓ・Ｉの画像プレーンにそれぞれ格納
するように構成することも可能である。参照表を複数、
例えば４個準備しておいて、色判定基準を変更するとき
に切り替えて使用するようにすると、変更に要する時間
を短縮し、また調整の手間を省き、さらには調整時のぶ
れを排除することもできる。

【００２８】次に、Ｈ・Ｓ・Ｉの各プレーンごとにヒス
トグラムを算出する。すなわち、プレーン中の要素毎に
それぞれＨ・Ｓ・Ｉ値を調べ、その出現頻度の分布を出
してヒストグラムを作成し、そのヒストグラムについて
ピークや分布状態を調べて色を判定する。このように、
ヒストグラムという統計的処理を基盤とするため物体の
持つ色情報が外乱の影響を受けにくく、頑健な計測が単
純な処理で可能である。例えば、画像中の白い背景上に
色のついた１本のびんが写っている場合、色相（Ｈ）の
ヒストグラムをとればその色に対応するところにピーク
が出現するから、びんの色はこのピーク値から簡単に判
定できる。透明ガラスや黒など無彩色を呈するガラスび
んについては色相で判定することは出来ないが、明度
（Ｉ）を加味して判定することが出来る。なお、背景が
一定の色を呈する場合にはヒストグラム中にその色に対
応する山ができるが、予め知れるこの部分を除外してび
んの色を判定すればよい。

【００２９】ところで、資源回収プラントにおけるガラ
スびんの選別では、分別して回収するガラスびんの色の
種類と属性はあらかじめ決まっていると考えることがで
きる。例えば、ガラスびんの色を無色・茶・緑・黒・そ
の他の５分類に分別すれば足りる場合がある。このよう
に適当な数の分類に分別するときには、予め決められる
各分類毎にその限界を表す代表的なびんを幾つか抽出し
てそれぞれのＨ・Ｓ・Ｉのヒストグラムをとり、分布の
ピークや属性を算出して、これらから判断基準を決める
ことができる。

【００３０】さらに、前述したＲＧＢ・ＨＳＩ変換用の
参照表ＬＵＴに上記で求めた分類判断基準を反映させる
ようにすると、ＲＧＢ信号からＨＳＩ信号に変換してび
んの種別を判定するまでを一挙に行う参照表ＬＵＴとす
ることができる。図３はこのように統合化されたＬＵＴ
を用いた演算手順を示すブロック図である。カラーＣＣ
Ｄカメラから入力されるＲＧＢ信号はＲ・Ｇ・Ｂの各プ
レーンに格納されると同時に、対応画素毎に変換表（Ｌ
ＵＴ）を参照することによりＨＳＩの値が算出され、こ
の結果からその部分のびんの色が判定されて対応するび
ん種別番号が与えられる。びん種別番号が画像全体にわ
たって算出され画像プレーンに格納される。次に、画像
プレーンに格納されたびん種別番号について画像全体に
わたる頻度を算出し、びん種別番号ヒストグラムを求
め、このヒストグラムで最も頻度の高いびん種別番号を
もってびんの色を判定する。びん種別番号により表示し
た画像はモニタテレビに表示することができ、作業者は
変換状態の適否を判断することができる。なお、びん種
別番号を画像プレーンに格納しないで、番号別のレジス
タに出現度数を直接積算して統計的演算を行うようにし
てもよい。この場合は変換結果をモニタテレビを介して
観察して変換状態を知ることができないが、メモリの節
約と演算速度の高速化が可能である。

【００３１】上記のような方法によれば、一個の画像を
取得した後で画像処理して色判定対象位置を特定する工
程が省けるため、ＣＣＤカメラがガラスびんを撮像して
１枚の画像を生成し終えるとまもなくそのガラスびんの
色を識別し終えるようにすることができる。このように
統合化されたＬＵＴを用いることにより、装置における
演算手順が整理されて演算時間と回路資源のより大きな
節約ができる。

【００３２】なお、ガラスびんの色のうちもっとも支配
的な属性は色相であるから、上記Ｈ・Ｓ・ＩのうちＨ信
号について分析した結果のみに基づいて色を判定しても
用を足す場合が多い。このように１個の要素のみを対象
とすることは、精度が若干低下する場合もあるが、演算
負荷を著しく節減することができるので実用上有用であ
ることは言うまでもない。また、上記説明した方法で
は、ヒストグラムを求める前にＨＳＩ信号やびん種別番
号を画像プレーンに格納することにより、画像に対応す
る２次元情報に変換する工程を踏んでいるが、予め決め
た分類に対応するレジスタを備えて、ＲＧＢ信号から変
換すると同時に信号水準に従って分類して対応するレジ
スタに加算していって、最終的なヒストグラムを直接取
得するものであってもよい。

【００３３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の色判定方法を実
現化した物体の色判定装置の一実施例に基づいて本発明
をさらに詳細に説明する。本実施例の色判定装置は、資
源回収施設におけるガラスびんの色判定を人に代わって
行う装置である。図４は、ガラスびん１０を判定対象と
した、本実施例の色判別装置を用いるシステムの構成図
である。また、図５は、本実施例の色判別装置を用いる
システムの機能を表すブロック図である。本実施例の色
判別システムは、照明装置１、カラーカメラ２、色判別
装置本体３、通信用コンピュータ４、モニターテレビ５
を備える。

【００３４】色判定の対象となるガラスびん１０は照明
装置１とカラーカメラ２の間に配置され、照明装置１が
びん１０を裏から照明してガラスを透過する光をカラー
カメラ２に投射させる。照明装置１は、色の偏りとむら
を防ぐため発光面全体にわたって均一な白色光を発生す
るものが好ましい。照明用光源としては、ハロゲン電球
を含む白熱電球やメタルハライドランプなどの放電ラン
プ、あるいは蛍光ランプなどいろいろなものが使用でき
る。蛍光灯を用いる場合は、ＣＣＤカメラが取得する映
像に蛍光灯の点滅によるむらが生じないようにするた
め、インバータ内蔵の高周波点灯管を選択することが好
ましい。なお、白色光でなく分布に偏りのある光を発生
する光源でも、対象とするガラスの種類によって、ある
いは変換式や判定基準を適当に変更することによって、
使用が可能となる。

【００３５】本実施例では、カラーカメラ２として、サ
イズやコストを考慮し一般に使用されている１個のＣＣ
Ｄアレイで構成されるカラーＣＣＤカメラを採用した。
カラーカメラ２は、カメラヘッド２１とカメラ制御ユニ
ット２２から構成される。カメラヘッド２１はレンズと
色分解フィルターとＣＣＤアレイが組み込まれている。
レンズは必要とする視野の大きさ・対物距離等に基づい
て選定する。カメラ制御ユニット２２は、カメラの感度
やホワイトバランスなどの制御をし、ＣＣＤからの信号
をＲＧＢ映像信号に変換して色判別装置本体３に伝達す
る。ホワイトバランスは実際の照明条件に合わせて行
う。カメラ制御ユニット２２はカラーカメラ２の筐体中
に収納することができる。

【００３６】装置本体３は、図５に示すようにＬＵＴ参
照部３１、画像メモリ３２、中央処理ユニット（ＣＰ
Ｕ）３３、専用画像処理回路３４の４枚のボードを搭載
し、外部との通信を行うための入出力ポート３５を備え
ている。ＬＵＴ参照部３１は、任意の色抽出を可能とす
るためＨ・Ｓ・Ｉの各要素に対応した３系統のルックア
ップテーブルすなわち対照表（ＬＵＴ）を４バンク保持
しており、これに基づいて画像中のある点に対応するＲ
ＧＢ入力を同じ点におけるＨ・Ｓ・Ｉの各要素に変換す
る。従って、保持しているテーブルの数は１２個に上
る。なお、３系統の対照表を４バンク保持するのは、対
象とするガラスびんの種類や照明等、環境の変化などに
合わせて簡単に選択し切り換えて使用できるようにする
ためである。画像メモリ３２は、１画面分のＨ・Ｓ・Ｉ
各要素の信号を格納する。

【００３７】また、専用画像処理回路３４は、画像メモ
リ３２に記憶されたＨ・Ｓ・Ｉ各要素の信号を画面毎に
ヒストグラム化し、それぞれのピーク位置や分布状態を
算出し、予め決めた判定基準に照らしてガラスびんの色
を判定するヒストグラム演算・プロジェクション演算用
の専用回路である。中央処理ユニット３３は、これら回
路間の信号の流れを制御し論理演算を実行するもので、
判定したびんの色に従った適当な制御信号を発生し、入
出力ポート３５がこれをシーケンサ６に伝達する。な
お、入出力ポート３５は作業者の操作を補助するために
必要なシーケンサ６の入出力状態を色判定装置３に伝達
する機能も果たしている。

【００３８】通信用コンピュータ４は、インターフェー
ス３５を介して色判定装置本体３と接続されていて、シ
ステムの作動を確認しながらソフトウエアを開発するた
めに用いるが、ソフトウエア完成後も色判別装置本体３
等に対するコマンド指令やパラメータ変更指示を行うた
めに使用することができる。また、色判定装置が分別す
るガラスびんの分類が人の感覚による判断と差がある場
合には、この通信用コンピュータ４を介して装置が準拠
する対照表を切り換えたり、感度調整を行って判断基準
を変更することができる。

【００３９】モニターテレビ５はカラー表示が可能なも
ので、装置本体３と連結されておりプログラム開発時や
調整時に画像プレーンを介して取得画像やＲＧＢ・ＨＳ
Ｉあるいは色識別番号プレーンの内容を表示させて作業
者が処理状況を確認できるようにするために使用する。
シーケンサ７は装置本体３によって判定されたガラスび
んの色に従って適切な処理工程に分配するように予め決
められた手順でエアバルブ７を操作して搬送路制御をす
る。

【００４０】以下、上記システムの動作を説明する。色
判別対象となるガラスびん１０は図示しないコンベア等
の搬送手段によりカラーＣＣＤカメラ２と照明装置１の
間に送り込まれる。照明装置１が発生する白色光がガラ
スびん１０を透過し、ガラスの色に対応する色成分の光
がカラーＣＣＤカメラ２に入射する。カラーＣＣＤカメ
ラ２はこの透過光をレンズで収束してＣＣＤ面に結像さ
せる。ＣＣＤ面上にはＲＧＢ色分解フィルターが構成さ
れており、結像した光線はこの色分解フィルターを通し
て色分解し、各色毎の光の強弱に対応する電荷がＣＣＤ
の各画素に蓄積される。結局、ＣＣＤ面にはＲＧＢ３色
毎に分解されたガラスびんの映像が３枚形成されること
になる。カメラ制御ユニット２２はこの３枚の色分解映
像として蓄積された電荷を対応する画素毎に順次読み出
しＮＴＳＣ信号として送出する。ＮＴＳＣ信号はカラー
画像処理装置３に供給され、ここでＲＧＢの輝度信号に
デコードされる。ＲＧＢ輝度信号はＬＵＴ参照部３１に
入力され、ＬＵＴに基づいたＲＧＢ・ＨＳＩ変換が施さ
れて画像メモリ３２にＨＳＩ画像として格納される。

【００４１】次に、専用画像処理回路３４がＨ・Ｓ・Ｉ
それぞれの成分について適当に分割された水準毎に画面
中に出現する回数を積算してヒストグラムを算出する。
この演算は専用画像処理回路３４に搭載された専用ハー
ドウエアによって高速に実施される。ヒストグラムと
は、横軸に色相値や彩度等の属性、縦軸に画素数をプロ
ットした頻度グラフをいう。このようにして取得したヒ
ストグラムを観察すると、画面内の色相や彩度の統計量
分布状態が明らかになるので、分別しようとする色につ
いての測定値に基づいて予め定めた判断基準に則って、
対象とするガラスびんの色を判定することができる。

【００４２】対象のガラスびんが画面全体を占める場合
には、そのびんの色に対応する色成分一色になるので色
の判定は容易である。びんの汚れ部分や貼付されたラベ
ルなどがある場合には透過照明により暗黒色として現れ
るが、色成分の分布割合はガラスを透過する光に基づく
ものが圧倒するため判定に困難は少ない。これは、統計
量に基づいて判断する利点である。また、背景部分が存
在してガラスびんの部分が小さい場合にも、背景色が呈
するＨ・Ｓ・Ｉ成分の分布状態は予め知ることができる
から、この部分を除いて判断することにより的確な色判
定ができる。

【００４３】単純な場合には、ヒストグラム中に出現す
るピークの位置に基づいてガラスの色を決めれば足り
る。しかし、回収したびんのガラスは同系統の色といえ
どもかなりのばらつきを有するので、分別許容範囲を適
切に決めておくことが好ましい。簡単に判定基準を決め
る方法として、同じ色として扱える範囲内に属するガラ
スびんを適当数集めて、それぞれを本発明の色判定装置
にかけてＨ・Ｓ・Ｉの各ヒストグラムを取得し、そのピ
ーク位置の出現範囲をその色に属するか否かを決める限
界とする方法がある。この方法によれば、色を定量的に
扱う手間を省き、誰でも経験的実証的に判定基準を定め
ることができる。

【００４４】さらに、ガラスびんの色を必要な種類に分
類してびん種別番号何番という風に番号付けし、取得し
た画像における画素のＲＧＢ信号からその画素が示すび
ん種別番号を判定するようにすることができる。このＲ
ＧＢ信号からびん種別番号への変換表は、ＨＳＩ信号を
介在させるようにしたものであれば、人が測定結果を見
て容易に調整することができる。こうして定めた変換表
は、見かけ上ＲＧＢ信号とびん種別番号を直接的に関連
づけたものと同然である。このような参照表を用いて画
素毎にＬＵＴ変換した値をびん種別番号プレーンに格納
する。このＲＧＢ信号・びん種別変換用ＬＵＴを適切に
作成することができれば、びん種別番号画像への変換は
画像取り込みと並行して実施することが可能である。次
に、この２次元プレーンについてヒストグラム演算を行
い、最も多く出現したびん種別番号に基づいてびんの色
を決定することで画像中のびんの種別を容易に判定する
ことができる。

【００４５】このように、ＲＧＢ・びん種別番号変換用
ＬＵＴを用いた方法は判定にかかる演算資源と判定時間
を著しく節減する。本手法の採用により、画像取り込み
からびん種別判定まで４０ｍｓｅｃ以下という高速計測
が可能となった。なお、ＲＧＢ信号を変換して求めた信
号を画像プレーンに格納しないで、そのまま分類に対応
するレジスタに出現回数を積算していって、最終的なヒ
ストグラムを直接取得するものであってもよいことはい
うまでもない。

【００４６】上記装置による判定が人の判定と差異があ
る場合には、判定基準となっているＨ・Ｓ・Ｉの分別範
囲を人の感覚に合うように調整することができる。例え
ば現在「他の色」と判定するあるガラス色を「緑色」と
判定するように変更したいと考えるときは、判定境界の
Ｈ・Ｓ・Ｉ各値を少し移動して緑色の範囲を大きくすれ
ばよい。人の感じる色覚と顕色系の表色値とは直接的に
対応がとれているのでこのような調整が楽にできること
が、本発明の色判別装置の特徴の一つである。また、色
の種類を特に問題にする場合には、Ｈ・Ｓ・Ｉの３要素
を全て考慮する代わりに、色相値Ｈのみを対象とすれば
足りることがある。このようなときには、ＲＧＢ信号を
Ｈ信号に変換して画面全体についてヒストグラムをとっ
て色を判定するように構成すれば、装置の簡略が図れる
ので、経済的に有用である。

【００４７】次に、判定したびんの色あるいはびん種別
番号に対応する制御信号を入出力ポート３５から出力
し、シーケンサ６に送出する。シーケンサ６はエアノズ
ル７の開閉を制御して搬送路を切り替え、ガラスの色種
別毎に決まる適切な処理工程に回収したガラスびんを搬
送する。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、従
来、人の色覚を利用して手作業によって行っていた対象
物品の色判別を、判断基準の設定や調整を人が介在して
人の感覚に沿って行える装置により自動的に実施できる
ようになった。また、色判定は極めて高速に行うことが
できる。従って、特に資源回収施設におけるガラスびん
の色判別工程に導入することにより、色に従ったガラス
びんの仕訳を自動的に行うことが可能となり、資源回収
施設におけるより効率的なガラスリサイクルが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の色判定方法を説明するブロック図であ
る。

【図２】本発明の色判定方法に用いる信号変換の関係を
説明する図面である。

【図３】本発明の別の色判定方法を説明するブロック図
である。

【図４】本発明の実施例における色判別装置を用いるシ
ステムの構成図である。

【図５】本実施例の色判別装置を用いるシステムの動作
を表すブロック図である。

【符号の説明】

１照明装置２カラーカメラ３色判別装置本体４通信用コンピュータ５モニターテレビ６シーケンサ７エアノズル１０ガラスびん

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒崎泰充千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者小倉一樹兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者末田博能千葉県八千代市上高野1780番地川崎重工業株式会社八千代工場内 (72)発明者矢萩恭一千葉県八千代市上高野1780番地川崎重工業株式会社八千代工場内 (72)発明者釜瀬俊英千葉県八千代市上高野1780番地川崎重工業株式会社八千代工場内 (72)発明者生田明彦千葉県八千代市上高野1780番地川崎重工業株式会社八千代工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー撮像手段により対象物を撮像して
発生するＲＧＢ信号を対象の色を予め区分した分類に従
って表示する信号に変換し、画像内の少なくとも対象物
部分における前記分類毎の統計的な出現頻度を算出し
て、その分布から対象の有する色を判定する色判定方
法。
【請求項２】カラー撮像手段により対象を撮像して発
生するＲＧＢ信号をＨ（色相）信号を含むＨＳＩ（色相
・彩度・明度）の１ないし３種の信号に変換し、Ｈ信号
もしくはＨＳＩ信号の信号種類別に予め区分した水準ご
とに少なくとも画像内の部分における出現頻度を算出し
て、その分布から対象の有する色を判定する色判定方
法。
【請求項３】カラー撮像手段により対象を撮像して発
生するＲＧＢ信号を予め区分した色種別番号に分類し、
該色種別番号ごとに少なくとも画像内の部分における出
現頻度を算出して、その分布から対象の有する色を判定
する色判定方法。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の色
判定方法において、前記ＲＧＢ信号の変換を予め準備さ
れるＬＵＴ（参照表）に基づいて行うことを特徴とする
色判定方法。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の色
判定方法において、前記対象がガラスびんであって、色
の判定基準を実際のびんを計測した結果に基づいて作成
することを特徴とするガラスびんの色判定方法。
【請求項６】対象物の色を検出してＲＧＢ信号を発生
するカラー撮像手段と、ＲＧＢ信号をＨ（色相）信号を
含むＨＳＩ（色相・彩度・明度）信号に変換する信号変
換手段と、ＨＳＩの各要素別に水準を異にする区分ごと
に信号の出現回数を積算する演算回路とを備えて、前記
区分ごとの信号の出現頻度に基づいて対象物の色を判定
する色判定装置。
【請求項７】対象物の色を検出してＲＧＢ信号を発生
するカラー撮像手段と、ＲＧＢ信号をＨ（色相）信号に
変換する信号変換手段と、Ｈ信号の水準を異にする区分
ごとに信号の出現回数を積算する演算回路とを備えて、
前記区分ごとの信号の出現頻度に基づいて対象物の色を
判定する色判定装置。
【請求項８】請求項６または７記載の色判定装置にお
いて、前記対象物がガラスびんであって、色の判定基準
を実際のびんを計測した結果に基づいて作成することを
特徴とする色判定装置。
【請求項９】請求項６ないし８のいずれかに記載の色
判定装置において、さらに、色の判定基準を手動により
調整する手段を備えることを特徴とする色判定装置。
【請求項１０】請求項８または９記載の色判定装置に
おいて、さらに、判定された色に基づいてガラスびんの
搬送経路を制御する手段を備えることを特徴とする色判
定装置。