JPS60242310A - 被写体の輪郭抽出回路 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はビデオカメラで撮像した二次元画像を画像処理
する視覚装置に係り、特に被写体の輪郭を抽出する輪郭
抽出回路に関するものである。

〔発明の背景〕

まず、従来の視覚装置を第１図によって説明する。

ビデオカメラ１から出力されたビデオ信号Ｖｉｄｅｏと
水平同期信号Ｈ−８ＹＮＣは輪郭抽出回路２に送られる
。輪郭抽出回路２は水平同期信号Ｈ−８ＹＮＣを用いて
、ビデオ信号Ｖｉｄｅ。

の直流再生を行い、所定のしきい値で２値化した後に、
アナログ的に微分し、波形整形して２値のディジタル信
号を出力する。これによって。

被写体の輪郭がエツジ信号として抽出されたことになる
。

一方、ビデオカメラ１から出力された水平同期信号Ｈ−
８ＹＮＣはＹ座標発生用カウンタ４（以下、Ｙカウンタ
と略称する。）に入力し、このＹカウンタ４によってカ
ウントされる。なお、このＹカウンタ４はビデオカメラ
１から出力される垂直同期信号Ｖ−８ＹＮＣによってす
セットされる。

また、Ｘ座標発生用カウンタ５（以下、Ｘカウンタと略
称する。）は、クロック発生回路１３のクロックＣＫＩ
をカウントする。そして、このＸカウンタ５は水平同期
信号Ｈ−８ＹＮＣによってリセットされる。

輪郭抽出回路２の出力であるエツジ信号、Ｘカウンタ４
およびＸカウンタ５の出力は、マイクロコンビーータ（
以下、マイコンと略称スる。）等からなる制御回路６に
入力される。制御回路６はメモリ回路７に、エツジ信号
が発生した時点のＸ、Ｙ座標の信号を格納する。

その後、制御回路６はマイコンによってメモリ回路７の
データを画像処理し、被写体像を認識し、各種の計測や
判別を行う。なお、制御回路６はクロック発生回路１３
のクロックにより動作するものである。

次に、第１図の輪郭抽出回路２の構成を第２図に示し、
また、そのタイムチャートを第３図に示して説明する。

ビデオ信号Ｖｉｄｅｏと水平同期信号Ｈ−８ＹＮＣはペ
デスタルクランプ回路３に入力され、この回路３によっ
て直流再生が行われる。

直流再生されたビデオ信号Ｖｉ　ｄｅｏは２値化回路９
によって、しきい値設定回路８の出力である所定のしき
い値と比較され、第３図の（ａ）　、　（ｂ）に示すよ
うに、２値化される。２値化回路９の出力信号は微分回
路１０によってアナログ的１で微分される。この結果、
第３図（Ｃ，ｌに示すような。

左端および右端信号が得られる。この信号は極性反転回
路１１に供給され、右端信号のみ反転混合される。極性
反転回路１１の出力信号は第３図（ｄ）のようになる。

その後、極性反転回路１１の出力信号は波形整形回路１
２によって波形整形され、第３図（ｅ）に示すような２
値のディジタル信号となって、（垂直）エツジ信号とし
て出力される。

しかしながら、上記の輪郭抽出回路は水平走査線と平行
な被写体の輪郭（水平エツジ）を抽出できないという欠
点を有している。

ところで、特許公報の特公昭５５−１６２４２号には、
この欠点の対策として、１ラインメモリにより走査線１
本を遅延させ、垂直方向も同時に微分することが提案さ
れている。しかしながら、アドレスとライトイネーブル
信号を高速に発生させる回路が必要となるため、回路規
模が大きくなり、高価なものとなる欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、小
規模な回路構成で、垂直と水平の輪郭（垂直エツジ信号
と水平エツジ信号）を抽出できる、安価な視覚装置の輪
郭抽出回路を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、本発明は、ビデオカメラ
の出力である映像信号（輝度信号またはビデオ信号）を
ペデスタルクランプした後に、ビデオカメラ内のイメー
ジセンサの画素を駆動する水平走査信号にもとづいて駆
動されるＣＯＤ映像信号遅延素子を含むＣＯＤ映像信号
遅延回路によって、１水平走査線期間遅延し、この遅延
した信号とペデスタルクランプ後の映像信号を比較する
ことによって、被写体の水平走査線と平行な輪郭を抽出
する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を用いて説明する。

第４図は本発明の視覚装置の輪郭抽出回路の一実施例を
示すブロック図である。ビデオカメラから使用する信号
は、第１図に示した従来例とは異なり、複合同期信号を
含まない輝度信号（映像信号）Ｙ、輝度信号をペデスタ
ルクランプするためのクランプ信号ＣＰ、ビデオカメラ
内にあるイメージセンサ（図示せず。）の画素を駆動す
る水平走査信号Ｈ１ｐ水平帰線期間内に水平走査信号Ｈ
１（周波数：約７．２ＭＨｚ）の発生位置を垂直方向に
シフトする垂直走査信号■１および、奇数フィールドの
時に所定レベルになるフィールド判別信号ＦＡである。

ただし、信号Ｖｌと信号ＦＡは合成して、エツジ信号の
発生範囲を定める信号ＥＸＴとして用いる。なお、第４
図においては信号■１と信号ＦＡの合成を行う合成回路
を省いて記載した。また、信号ＦＡはＹカウンタのりセ
ットにも使用し、信号■１はＹカウンタがカウントする
クロックとＸカウンタのリセットにも使用する。さらＫ
、信号Ｈ１はＸカウンタがカウントするクロックにも使
用する。

さて、第４図において、輝度信号Ｙは端子３１を介して
増幅回路３５に供給される。増幅回路３５は輝度信号Ｙ
を増幅して、信号Ｙ１をペデスタルクランプ回路３７に
供給する。ペデスタルクランプ回路３７は、端子３２を
介して供給されたクランプ信号ＣＰを用いて、信号Ｙｌ
のペデスタル部分を所定電圧ｖｐｃ　Ｋクランプする。

なお、この電圧Ｖｐｃは後述のＣＣＤ映像信号遅延素子
の出力信号が最も歪みのない状態になる電圧に調節する
ものである。ペデスタルクランプ回路３７の出力である
信号Ｙ２は、前述のＣＣＤ映像信号遅延素子（図示せず
。）を含むＣＣＤ映像信号遅延回路２３と、遅延回路３
９．コンパレータ２５　、２６　。

啼 ４２　、４７に供給される。

遅延回路３９は信号￥２を信号Ｈ１の１〜３周期程度の
時間だけ遅延し、この遅延した信号Ｙ３をコンパレータ
４２　、４７Ｋ　供給スる。コンパレータ４７は信号Ｙ
２が信号Ｙ３よりも所定値以上の時忙、信号Ｅ１を１（
高レベル）にしてオア回路４３に供給する。なお、それ
以外は信号Ｅ１をＯ（低レベル）”にして供給する。ま
た、コンパレータ４２は信号Ｙ２が信号Ｙ３よりも所定
値以下の時に、信号Ｅ２を１にしてオア回路４３に供給
する。なお、それ以外は信号Ｅ２をＯＫＬで供給する。

オア回路４３は信号Ｅ、とＥ２の一方が１の時に信号Ｅ
３を１にし、両方かＯの時に信号Ｅ３を０にする。そし
て、この信号Ｅ３をナンド回路４９に供給する。

ここで、信号Ｅ３は、信号￥２と信号Ｙ２より若干遅れ
た信号Ｙ３の差にもとづく信号であるので、１水平走査
線期間内での傾き、つまり微分値によって発生する。し
たがって、１水平走査線期間における輝度信号Ｙの端を
表すので、二次元画像における被写体の垂直方向の輪郭
を表す垂直エツジ信号となる。

一方、イメージセンサの画素を駆動する水平走査信号Ｈ
】は端子３３を介して、ドライバ２２と移相回路３６に
供給される。ドライバ２２は信号Ｈ１から２相クロツク
（周波数：約７．２ＭＨｚ）を発生し、ＣＣＤ映像信号
遅延回路２３に供給する。この回路２３内のＣＣＤ映像
信号遅延素子（たとえば、松下電子工業社のＭＮ８０２
８Ａ）は、ドライバ２２の２相クロツクによって駆動さ
れる。

このため、ＣＣＤ映像信号遅延回路２３は信号Ｙ２を１
水平走査線期間だけ遅延する。そして、回路２３は内蔵
したフィルタ（図示せず。）を介して、遅延した信号Ｙ
４をコンパレータ２５　、２６に供給する。コンパレー
タ２５は信号Ｙ２が信号Ｙ４よりも所定値以上の時に、
信号Ｅ６を１にしてノア回路２７に供給する。なお、そ
れ以外は信号Ｅ６をゝＯ’にシて供給する。また、コン
パレータ２６は信号Ｙ２が信号Ｙ４よりも所定値以下の
時に、信号Ｅ７を１にしてノア回路２７に供給する。な
お、それ−〃 以外は信号Ｅ７を０にして供給する。

ノア回路２７は信号Ｅ６と信号Ｅ７の一方か１の時に、
信号Ｅ８を１０″にし、両方カー〇“の時に信号Ｅ８を
１にする。そして、この信号Ｅ８をランチ回路２８のデ
ータ入力部りに供給する。

ここで、信号Ｅ８は、信号Ｙ２と信号Ｙ２よりほぼ１水
平走査線期間遅れた信号￥４の差にもとづく信号である
ので、１垂直走査期間内での傾き、つまり微分値によっ
て発生する。したがって、１垂直走査期間における輝度
信号Ｙの端を表すので、二次元画像における被写体の水
平方向の輪郭を表す水平エツジ信号となる。

これで、垂直エツジ信号Ｅ３と水平エツジ信号Ｅ８が抽
出されたわけであるが、両者のエツジ信号を合成する方
法九ついて、以下に述べる。

信号Ｅ３を供給されるナンド回路４９の出力信号Ｅ４は
ランチ回路２０のデータ入力部ＤＫ供給され、ラッチ回
路２０の正相出力である信号Ｅ５はナンド回路４９の他
方の入力部に供給される。

一方、移相回路３６は水平走査信号Ｈ１の位相を遅らせ
た信号Ｈ；をランチ回路２０とラッチ回路２８のクロッ
ク入力部ＣＫに供給する。さらに、信号ＥＸＴが端子３
４を介してラッチ回路２ｏとラッチ回路２８のプリセッ
ト入力部ＰＲＫ供給される。

ここで、ナンド回路４９とラッチ回路２０からなる回路
は、信号Ｅ３が信号Ｈ１の１周期分より長く連なった場
合に、２周期目を除く働きをするものである。いわば垂
直エツジの細線化回路である。

この細線化回路について説明しておくことＫする。信号
ＥＸＴが水平帰線期間に所定のレベルになると、ラッチ
回路２０はプリセットされて正相出力である信号Ｅ５を
１にする。やがて、水平走査期間に入ってプリセットが
解除されるが、当初は信号Ｅ３かＯであるために、ナン
ド回路４０の出力信号Ｅ４は１となる。したがって、ク
ロック入力部ＣＫＫクロック（信号Ｈ；の立上り）が入
っても、ラッチ回路２０の正相出力である信号Ｅ５は１
を保つ。その後、エツジ信号Ｅ３か１になると、ナンド
回路４９の出力信号Ｅ４は０になる。

この状態でクロック入力部ＣＫにクロックが入ると、ラ
ッチ回路２０の出力信号Ｅ５はＯＫなり、ナンド回路４
９の出力信号Ｅ４は１に戻る。したがって、信号Ｅ３が
１周期分よりも長く連なって出力されても、２周期目は
信号Ｅ４か１に保たれているので除かれる。信号Ｅ３が
信号Ｈ１に対して１周、気　〃 期分の時は、信号Ｅ３かＯになるので、当然ながら信号
Ｅ４は１を保つ。この結果、ランチ回路２０の正相出力
である信号Ｅ５は細線化されたエツジ信号となり、ナン
ド回路２１に供給される。

次に、ラッチ回路２８のクロック入力部ＣＫには信号Ｈ
′Ｘが供給され、プリセット入力部には信号ＥＸＴが供
給されている。したがって、ラッチ回路２８の正相出力
である信号Ｅ９は、信号Ｅ８を信号Ｅ５と同じタイミン
グで出力させたエツジ信号となり、ナンド回路２１に供
給される。

ナンド回路２１は、供給された信号Ｅ５　＊　Ｅ９が輪
気　〃 郭を表す時にＯとなるので論理和を行う。すなわち、信
号Ｅ５　ｅ　Ｅ９か両方１の時にだけ信号ＥＩＯ気　Ｉ を０にして、端子２９に出力する。したがって、信号Ｅ
ＩＧは輝度信号Ｙの水平方向と垂直方向の傾き（微分値
）にもとづいて発生するので、結果として二次元画像に
おける被写体の輪郭な表すエツジ信号となる。

さて、以上の回路構成の動作を、あらためて簡単に説明
する。

ビデオカメラから信号Ｙ　、　ＣＰ　、Ｈｌ、ＦＡ、Ｖ
。

が供給されると、輝度信号Ｙは増幅回路３５によって増
幅された後に、ペデスタルクランプ回路３７に供給され
る。ペデスタルクランプ回路３７は、この供給された信
号Ｙ１を、クランプ信号ＣＰを用いて、所定電圧Ｖｐｃ
にペデスタルクランプする。ペデスタルクランプされた
信号Ｙ２は２系統の回路に供給される。

一方は、垂直エツジ信号を抽出するための回路であって
、遅延回路３９．コンパレータ４２　、４７およびオア
回路４３からなる回路である。この回゛蕗構成は、輝度
信号Ｙ２を若干遅らせた信号Ｙ３をしきい値として、信
号Ｙ２を２値化するものである。この結果、出力として
得られる信号Ｅ３は信号Ｙの１水平走査線期間内での傾
き（微分値）によって発生する。したがって、１水平走
査線期間における輝度信号Ｙの端を表すので、二次元画
像における被写体の垂直方向の輪郭を表す垂直エツジ信
号Ｅ３が抽出されるわけである。

他方は、水平エツジ信号を抽出するための回路であって
、ドライバ２２．信号Ｈ１によって駆動されるＣＣＤ映
像信号遅延素子を含むＣＣＤ映像信号遅延回路２３．コ
ンパレータ２５　、２６および、ノア回路２７からなる
回路である。この回路構成は、輝度信号Ｙ２をほぼ１水
平走査線期間遅らせた信号Ｙ４をしきい値として、信号
Ｙ２を２値化するものである。この結果、出力として得
られる信号Ｅ８は信号Ｙ０１垂直走査期間内での傾き（
微分値）によって発生する。したがって、１垂直走査期
間における輝度信号Ｙの端を表すので、二次元画像にお
ける被写体の水平方向の輪郭を表す水平エツジ信号Ｅ８
が抽出されるわけである。

ところで、信号ＦＡ　＊　Ｖｌによって信号ＥＸＴが発
生し、この信号ＥＸＴがラッチ回路２０　、２８に供給
されている。また、信号Ｈ１が移相回路３６によって遅
延され、所定の位相のズレなもった信号Ｈ′Ｘとなって
ラッチ回路２０　、２８に供給されてぃる。

このため、信号Ｅ３はナンド回路４９とラッチ回路２０
からなる細線化回路によって、所定のタイミングと幅を
もつエツジ信号Ｅ５に変換される。

また、信号Ｅ８はラッチ回路によって、信号Ｅ５と同じ
タイミングをもつエツジ信号Ｅ９に変換される。ナンド
回路２１は信号Ｅ５．Ｅ９の論理和をとって、エツジ信
号ＥＩＯを端子２９を介して出力する。

ここで信号Ｅｌ（ｌは二次元画像における被写体の輪郭
を表すエツジ信号である。

次に、第５図に第４図の信号Ｙ２〜ｙ４ｊ　Ｅｌ〜Ｅ３
＋Ｅ６〜Ｅ８のタイムチャートの一例を示し、簡単に説
明する。

第５図において、（ａ）は信号Ｙ２〜Ｙ４について、（
ｂ）は信号Ｅ１〜Ｅ３　ｒ　Ｅ６〜Ｅ７について記載し
たもので、縦軸は電圧であり、横軸は１水平走査線期間
の一部分の時間である。また、（ｃ）は、被写体４０に
対する信号Ｙ２　＋　Ｙ４の走査位置を示すものである
。

図示の通り、信号Ｙ３が信号Ｙ２よりも若干遅れている
ので信号Ｅ１〜Ｅ３が抽出できる。また、信号Ｙ４が信
号Ｙ２よりも、はぼ１水平走査線期間遅れているので信
号Ｅ６　＋　Ｅ８が抽出できる。なお、信号Ｙ２　ｒ　
Ｙ３が被写体４０の位置でレベルが下がる状態であれば
、信号Ｅ】と信号Ｅ２の発生位置は逆になり、信号Ｅ６
のかわりに信号Ｅ７が発生する（高レベルになる）。

なお、以上の説明において、ＣＯＤ映像信号遅延回路２
３の出力信号Ｙ４をペデスタルクランプするペデスタル
クランプ回路を設けた方が好ましい。

また、コンパレータ２５の入力部分に高レベル側にバイ
アスを与えるレベルシフト回路を設け、コンパレータ２
６の入力部分に低レベル側にバイアスを与えるレベルシ
フト回路を設ける方が好ましい。

さらに、被写体を照明する光源（図示せず。）の照度変
化などに起因する輝度信号Ｙ１７）変化を補償するため
に、増幅回路３５にＡＧＣ回路を設けることが好ましい
。特にペデスタルクランプ回路３７の中力信号Ｙ２を用
いてＡＧＣをかける方が好ましい６ また、ドライバ２２０入力信号として信号Ｈ１を用いた
が、信号Ｈ１を分周した信号などを用いてもよい。

さらに、移相回路３６を分周回路構成としてディジタル
的に信号Ｈ１を発生させてもよい。この場合、Ｘカウン
タの入力クロックも信号Ｈ１の分周信号であることが好
ましい。

また、信号ＥＸＴをビデオカメラのブランキング信号に
置き換えてもよい。

なお、輝度信号Ｙのかわりにビデオ信号を用いてもよい
。この場合、信号ＥＸＴはＸカウンタなどによって発生
させた、測定・判別認識の有効視野を設定する画かく信
号を用いることが好ましい。

また、ドライバ２２の出力である２相クロツクの一方が
、Ｘカウンタのクロックと同一であることが好ましい。

さらに、シェーディング補正や、垂直スミア防害補正を
行う回路を追加してもよい。

なお、ＣＣＤ映像信号遅延素子を用いると、超音波遅延
線を用いた場合よりも精度が高くなる。これはＣＣＤ映
像信号遅延素子の構成が、サンプルホールド回路を直列
に接続したものと同様になっているためである。

また、説明を省いたが、メモリ回路内のＲ，ＡＭのライ
トイネーブル信号は信号Ｈ１を用いて発生させるもので
ある。イメージセンサの画素を駆動する水平走査信号Ｈ
１によって、Ｘ座標（アドレス）を発生させ、信号Ｈ１
に同期してエツジ信号が出力され、かつＲＡＭの書き込
みのためのライトイネーブル信号も信号Ｈ１を用いて発
生させるので、ＲＡＭは正確にデータを記憶する。

なお、ＣＣＤ映像信号遅延素子を信号Ｈ１を用いて駆動
するので、輝度信号Ｙの時間軸の変動に対して、遅延時
間に補正がかかる。

さらに、信号Ｙ２と信号Ｙ３の時間差は信号Ｈ１の１〜
３周期程度が好ましい。これは信号Ｙの周波数帯域が信
号Ｈ，の周波数以下忙なることに関係している。また差
が大きいと精度が著しく低下する。

なお、コンパレータ４２　、４７　、遅延回路３００Å
力信号として信号Ｙ２を用いたが、信号Ｙ】を用いても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、輝度信号を若干
遅らせた信号をしきい値として、輝度信号を２値化する
こと釦よって、垂直エツジ信号を抽出し、イメージセン
サの画素を駆動する水平走査信号によって駆動されるＣ
ＣＤ映像信号遅延素子を用いて、輝度信号をほぼ１水平
走査線期間遅らせた信号をしきい値として、輝度信号を
２値化することによって、水平エツジ信号を抽出し、両
者のエツジ信号の論理和をとるよ５にしたので、小規模
・低、価格の回路構成において、垂直と水平の輪郭を抽
出できるようにした視覚装置の輪郭抽出回路を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の視覚装置のブロック図、第２図は第１図
の輪郭抽出回路のブロック図、第３図は第２図のタイム
チャート、第４図は本発明の一実施例である輪郭抽出回
路のブロック図、第５図は第４図のエツジ信号に関する
タイムチャートである。 図において、 ３７・ペデスタルクランプ回路 ３９・・・遅延回路 ２３・・・ＣＯＤ映像信号遅延回路 ２５　、２６　、４２　、４７・・・コンパレータ。 代理人弁理士　高　橋　明　夫 第２凶 第３匿

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ビデオカメラ内のイメージセンサの画素を駆動す
   る水平走査信号によって、上記ビデオカメラの出力であ
   る映像信号を１水平走査線期間遅延する第１の遅延回路
   と、この第１の遅延回路の出力信号をしきい値として上
   記映像信号を２値化するコンパレータを有することを特
   徴とする被写体の輪郭抽出回路。 ２、上記映像信号を上記水平走査信号の３周期以内の時
   間だけ遅延する第２の遅延回路と、該第２の遅延回路の
   出力信号をしきい値として、上記映像信号を２値化する
   コにパレータを有することを特徴とする特許請求の範囲
   ・第１項記載の被写体の輪郭抽出回路。