JPS6280787A

JPS6280787A - 光照射領域位置検出装置

Info

Publication number: JPS6280787A
Application number: JP60222540A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Mikami; 和夫三上; Suguru Ishihara; 石原　英; Hiroshi Nakamoto; 浩中本; Noriyuki Tsukiyama; 築山　則之
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1987-04-14

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】〈発明の技術分野〉この発明は、例えば光源よりスクリーン上へ光が照射さ
れた際、この照射光によりスクリーン上に形成されたパ
ターン（以下、これを「光照射パターン」という）の位
置を検出する光照射領域位置検出装置に関する。

〈発明の概要〉この発明は、光源よりの光照射パターンの位置を自動的
且つ高速に検出できるようにするため、前記光照射パタ
ーンを撮像して濃淡画像を求め、これを２値化処理して
２値画像を生成した後、その２値画像の重心位置座標を
光照射パターンの中心位置として算出することにしたも
のである。

〈発明の前景〉例えば自動車等の製造・検査工程において、ヘッドライ
トによる照明領域を検査して、ヘッドライトの向き等を
調整することが行われる。

この場合に従来は、ヘッドライトより所定のスクリーン
上へ光を照射して、その光照射パターンを生成し、作業
員がこの光照射パターンを肉眼で見て、高照度の領域の
中心位置を検出した上で、ヘンドライドの向き等を調整
しつつ、ヘッドライトの照明領域を規定している。この
方法の場合、光照射パターンの位置測定に時間がかかっ
て、作業能率がきわめて悪く、また検査対象が多いと、
作業員の疲労が著しい等の問題があった。

この問題を解消すべく、近年、第１１図に示す如く、ス
クリーン２の光照射面に４個の受光素子Ｒ，−Ｒ，を正
方配列に並べて、光照射パターンＰの上下・左右の４方
向の位置ずれを自動検出する方法等が提案されたが、こ
の方法では、光照射パターンＰの中心位置を定量的に求
めることができず、ヘッドライトの正確な調整が困難で
ある。

〈発明の目的〉この発明は、上記問題を一挙に解消するためのものであ
って、光照射パターンの位置を定量的に、しかも自動的
且つ高速に検出できる光照射領域位置検出装置を提案す
ることを目的とする。

〈発明の構成および効果〉上記目的を達成するため、この発明の光照射領域位置検
出装置では、光源より照射される光のパターンの位置を
撮像して濃淡画像にかかるビデオ信号を出力するための
撮像手段と、このビデオ信号を２値化処理して２値画像
を生成するための２値処理手段と、前記２値画像の重心
位置座標を光照射パターンの中心位置として算出するた
めの演算手段とを具備させることにした。

この発明によれば、光照射領域の位置を定量的且つ自動
的に検出することができるもので、例えば自動車の製造
・検査工程において、ヘッドライトの向き等の調整を正
確且つ能率的に行うことが可能となった。

また前記演算手段によりて、ビデオ信号の各水平走査ラ
イン毎に２値画像の水平座標アドレスに関するモーメン
トと垂直座標アドレスに関するモーメントとを演算し、
これらモーメントにつき垂直走査期間にわたる累積加算
値を演算して、この累積加算結果に基づき２値画像の重
心位置座標を算出するようにすれば、ビデオ信号期間を
無駄なくフルに利用して、光照射パターンの重心位置を
リアルタイムで高速検出できる。

さらに上記重心位置座標の検出は、ソフトと簡単なハー
ド構成をもって可能であり、コストの低減や回路構成の
簡易化を実現できる等、発明目的を達成した顕著な効果
を奏する。

〈実施例の説明〉第１図は、この発明の一実施例にかかる光照射領域位置
検出装置の全体概略構成を示し、また第３図〜第５図は
、この装置の原理を理論的に説明するための図である。

第１図に示す装置例は、光源１と、この光源１より所定
距離だけ離れて配置されたスクリーン２と、このスクリ
ーン２に対し光源１と反対側に対向配置されたテレビカ
メラ３と、このテレビカメラ３からのビデオ信号ＶＤｉ
を入力して各種の処理や演算を実行するコントローラ４
と、コントローラ４の演算結果等を表示するためのＣＲ
Ｔ等の表示部５とから構成されている。

前記の光源１は、例えば自動車のヘッドライトのように
、ある指向性をもった光をスクリーン２上に照射して、
スクリーン２に光照射パターンを形成する。図示のスク
リーン２は、適当に光を透過する性質のものであって、
前記テレビカメラ３は、光照射パターンをスクリーン２
の背後より撮像する。コントローラ４は、この光照射パ
ターンの重心座標位置を高速演算して求め、表示部５は
その演算結果（ＸＹ座標）を画面に表示する。なお前記
テレビカメラ３は、第２図に示す如く、スクリーン２に
対し光源１と同じ側に配置することも可能であり、この
場合、テレビカメラ３は、スクリーン２での反射パター
ンを撮像することになる。

第３図ｆｉｌ　（２１はテレビカメラ３で撮像された光
照射パターンの一例を示し、第３図（１）は基準位置を
与える光照射パターンｐ、（以下、「基準パターン」と
いう）、第３図（２）は計測対象の光照射パターンＰを
示す。図中、ＣＯ，Ｃは基準パターンＰ０および光照射
パターンＰのそれぞれ重心であり、重心Ｇ０のＸＹ座標
を（ＸＧｏ。

Ｙ、。）、重心Ｇのｘｙ座標を（ｘＧ、ｙＧ）とすると
、基準パターンＰ０に対する光照射パターンＰの位置ず
れ量ΔＸ、ΔＹは次式で与えられる。

ΔＸ　”　Ｘ　ａ。−ｘｃ、・・・・■ΔＹ”Ｙａｏ　
　ＹＧ・・・・■ ところでノイズの多い画像につき、その中心位置や位置
ずれを検出する場合、画像のモーメントを利用してその
重心の座標を算出する方式が有効である。

第４図は、この方式による重心の検出理論を説明するた
めの図であり、図中、升目は縦横各２５６ビツトより成
る各画素を示し、光照射パターンＰの２値画像６を構成
する各画素の位置はＸＹ座標によって規定されるように
なっている。

同図において、任意の画素７の座標を（Ｘｉ。

Ｙ、）（ただしｉ、ｊ＝１．２．　　・・・・、　２５
６）、その画素の濃度の重み関数をｆ　　（Ｘｉ、Ｙ、
　）とすると、画像６のモーメントＭ、ｑ（ただしｐ。

ｑ＝０．１．２．　・・・・）はつぎの０式で与えられ
、また画像６の重心Ｇの座標（Ｘａ、Ｙａ）は、前記モ
ーメントを利用して、つぎの００式で与えられる。

ただし、Ｍｏ。は画像６の面積である。

かくして上記００式の演算を実行すれば、光照射パター
ンにかかる画像６の重心Ｇの座標（Ｘ、、Ｙ、）が検出
できる。ところが上記各式は、二重積分や乗除算を含ん
でおり、これらの演算をソフト的に実施すると、大幅な
時間（秒オーダ）がかかるため、この実施例では、テレ
ビカメラ３からのビデオ信号ＶＤｉの各水平走査ライン
毎に２値画像６の水平座標アドレスに関するモーメント
を演算し、さらに各水平走査ライン毎に２値画像６の垂
直座標アドレスに関するモーメントを演算して、これら
モーメントにつき垂直走査期間にわたる累積加算値を演
算して、この累積加算結果に基づき２値画像６の重心位
置座標（ＸＧＪＹＧ）を算出するようにした。

第５図はこの実施例の方式をさらに具体的に示した図で
ある。

第５図において、縦横の各升目は画素を示し、各画素に
は水平座標アドレスＸｒ、Ｘｚ・・・・。

ｘ　ｚｓｈおよび、垂直座標アドレスＹ１１　Ｙ２　＋
・・・・＊　Ｙ２５＆が割り当てられる。画像６は、光
照射パターンを撮像して得たビデオ信号ＶＤｉを２値化
処理して求めた２値画像であって、例えばパターン部分
が黒画素、周囲部分が白画素より構成される。図中、Ｇ
は２値画像６０重心を示し、その座標（Ｘｃ、Ｙｃ）は
、つぎの００式で示す如く、Σの関数式として表される
。

！Ｘ　五　Ｅ　　ｆ　　ＣＸｉ、Ｙｉ　　）なお画像６
は２値画像であるから、前記した濃度の重み間数ｆ　（
Ｘｉ、Ｙｊ　）は、次式で示す如く、ｒＯＪ　　ｒｌＪ
のいずれか値をとる。

かくして上記００式において、ΣＹ、・ＮＪは垂直座標
アドレスに関する１次モーメント、ΣＮｊおよびΣΣＸ
、は水平座標アドレスに関する０次モーメントおよび１
次モーメントであり、第５図に示す実施例において、そ
れぞれモーメントの具体例が図の左右両側にあられしで
ある。

この実施例の場合、ビデオ信号ＶＤｉの各水平走査ライ
ン毎に２値画像６の水平座標アドレスに関するＯ次モー
メントＮＪおよび１次モーメントΣＸ１をハード的に求
め、つぎの水平走査ラインで垂直座標アドレスに関する
１次モーメントｙ、Ｎｊをソフト的に算出すると共に、
各水平走査ライン毎に有効垂直走査期間にわたる累積加
算値ΣＮ　、、ΣＹ、Ｎ、、　ΣΣＸ、をそれぞれ求め
、つぎの垂直帰線消去期間に前記累積加算値に基づき０
０式の演算を実行して、重心Ｇの座標（ＸＧ、　ＹＧ　
’）をソフト的に算出する。

第６図は、この実施例におけるビデオ信号ＶＤｉのタイ
ムチャートを示す。同図において、上半分の図は、垂直
走査期間にかかるビデオ信号ＶＤｉを、下半分の図は水
平走査期間にかかるビデオ信号ＶＤｉを、それぞれ示し
ている。

図中、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号を示し
、１垂直走査期間（１６，６ミリ秒）は２０Ｈ（ただし
ＩＨは１水平走査期間を意味し６３．５マイクロ秒であ
る）の垂直帰線消去期間と、残りの有効垂直走査期間と
から構成されている。この有効垂直走査期間には、２４
２本の水平走査ラインを含み、また各水平走査ラインに
は、２５６個の画素データを含んでいる。

なお図中、Ｙ＋　、ＹＩＹ３　、・・・・、Ｙ□２は前
記第５図における垂直座標アドレスに、またＸ、、Ｘ、
、Ｘ、、・・・・、　　ＸｚＳ、は水平座標アドレスに
それぞれ対応する。

第７図は、第１図のコントローラ４の具体回路構成例を
示す。図中、テレビカメラ３は、スクリーン２に形成さ
れた光照射パターンＰを撮像し、濃淡画像を構成すると
ころのビデオ信号ＶＤｉを出力する。同期分離回路８は
、ビデオ信号ＶＤｉより水平同期信号ＨＤ、垂直同期信
号ＶＤ、クロック信号ＧＫ等を分離して、これを２値化
回路９へ出力する。２値化回路９は、ビデオ信号ＶＤｉ
に対し一定のスレシュホールドレベルを設定することに
より、ビデオ信号ＶＤｉを白黒２値化して２値化画像を
生成する。

第８図は、上記２値化処理の過程を図で表したものであ
り、図中、斜線部分はテレビカメラ３で描像された濃淡
画像、１９．２０はそのビデオ信号ＶＤｉの水平および
垂直方向のプロフィールであり、これを所定のしきい値
ＴＨで２値化すると、同図に示すような２値化信号２１
゜２２が得られる。

第７図に戻って、画素カウンタ１０は、ビデオ信号ＶＤ
ｉの１水平走査ライン毎に、光照射パターンを構成する
画素（この実施例では黒画素）の数を計数するためのも
ので、その計数値Ｎ。

はＩ　／　Ｏ（Ｉｎｐｕｔｌｏｕｔｐｕｔ）ポート１１
を介してＣＰ　Ｕ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ　Ｕｎｉｔ）　　１２に取り込まれるようになって
いる。

水平カウンタ１３は、前記の水平座標アドレスを割り当
てるためのもので、水平同期信号ＨＤの立下がりから例
えば１０画素分に相当する時間経過後よりクロック信号
ＣＫの計数を開始する。加算器１４および゛バッファ１
５は、黒画素が存在位置する水平座標アドレスにつき、
その累積加算値ΣＸＬを求めてＣＰＵ１２へ出力するた
めのもので、水平カウンタ１３の内容Ｘｉとバッファ１
５の内容とが加算器１４に入力されて累積加算処理され
る。

上記カウンタ１０の計数値ＮＪやバッファ１５の内容Σ
Ｘ工は１水平走査毎にＩ１０ボート１１を介してＣＰＵ
１２に取り込まれ、ＣＰＵ１２はこれらのデータに基づ
き所定の演算処理を実行して、２値画像６の重心Ｇの座
標（Ｘａ。

Ｙｃ）を求める。

なお図中、Ｐ　ＲＯＭ　（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　
　ＲｅａｄＯｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）　　１６は重心位
置検出や位置ずれ検出等の一連のプログラムを格納し、
またＲＡＭ　（Ｒａｎｄｏｍ　　Ａｃｃｅｓｓ　　Ｍｅ
ｍｏｒｙ）　　１７は各種データを格納する他、処理実
行のためのワークエリアを有する。また通信制御部１８
は、ＣＰＵ１２の演算結果を、上位の制御機へ送信する
。

しかして第７図の回路において、モードを学習モードに
設定した上で、テレビカメラ３で基準パターンＰ０を撮
像すると、同期分離回路８で同期信号等が分離され、さ
らに２値化回路９でビデオ信号ＶＤｉの２値化処理が実
行されて、２値画像が生成される。この２値画像出力は
、画素カウンタ１０および加算器１４へ送られるもので
、この画素カウンタ１０や加算器１４においては、前記
した所定の計数ないしは演算が実行される。そして各水
平走査期間毎に、ＣＰＵ１２に対し水平同期信号ＨＤに
よる割込みＩＮＴが発生せられ、その都度、画素カウン
タｌＯの内容や、加算器１４による加算結果がＣＰＵ１
２に取り込まれる。

第９図はＣＰＵ１２における割込み制御動作を示す。

なお同図中、ＹＪはＣＰＵ１２が内部に有する垂直カウ
ンタの計数値（前記垂直座標アドレスに相当する）を示
しており、この垂直カウンタは前記割込みＩＮＴの発生
がある毎に歩進されるものであって、垂直同期信号ＶＤ
の立下がりより２０Ｈに相当する時間経過後より計数を
開始する。

今、Ｙ、番目の水平走査ラインにつき、画素カウンタ１
０による黒画素計数動作が完了した時点を想定すると、
まずＣＰＵ１２はステップ１　（図中ｒｓＴＩＪで示す
）で画素カウンタ１０の内容Ｎ４を読み取った後、つぎ
のステップ２でその累積加算値Ｎ（前記ΣＮＪに対応す
る）を演算して、ＲＡＭ１７へ格納する。さらにステッ
プ３では、ＣＰＵ１２内の垂直カウンタの内容ＹＪが読
み取られ、つぎのステップ４でＣＰＵ１２はその累積加
算値ＮＴ、　　（前記ΣＮＪＹＪに対応する）を演算し
て、演算結果をＲＡＭ１７へ格納する。続くステップ５
では、バッファ１５の内容ΣＸ１がＣＰＵＩ　２に取り
込まれて、さらにステップ６で、その累積加算値ＮＴ、
（前記ΣΣＸ、に対応する）が演算される。

つぎのステップ７は、前記垂直カウンタの内容ＹＪがｒ
２４２ｊに達したか否か、すなわち最終２４２番目の水
平走査ラインについてのステップ１〜６の処理が完了し
たか否かを判定しており、もしその判定が“Ｎｏ″のと
き、つぎの割込みＩＮＴに待機し、以下の水平走査ライ
ンについての上記各処理が繰返し実行される。

かくして最終の水平走査ラインについてのステップ１〜
６の処理が終了すると、ステップ７の判定がＹＥＳ″と
なり、つぎのステップ８．９において、前記累積加算値
Ｎ　、　Ｎ　Ｔ　＋　、’　　Ｎ　Ｔ　ｚを用いて、基
準パターンＰ。についての重心Ｇ０の座標（Ｘｃｏ、　
Ｙｃｏ）が算出され、その結果がＲＡＭ１７の所定エリ
アに格納される。

上記重心Ｇ０の座標（Ｘ　ｃ　ｏ　、　Ｙ　ｃ　ｏ　）
の算出が終わると、最後にステップでＲＡＭ１７より各
累積加算値Ｎ、ＮＴ、、　　ＮＴ２がクリアされ、基準
パターンＰ０についての一連の処理を終了する。

つぎにモードを計測モードに設定した上で、テレビカメ
ラ３でスクリーン２上の光照射バタ−ンＰを撮像する。

この場合も、前記基準パターンＰ０の場合と同様の画像
処理、さらには画素カウンタ１０および加算器１４の計
数ないしは演算が実行される。そして各水平走査毎に、
ＣＰＵＩ　２に対し水平同期信号ＨＤによる割込みｒＮ
Ｔが発生せられ、画素カウンタ１０の内容や加算器１４
による加算結果がその都度読み込まれる。

第１０図はこの場合のＣＰＵ１２における割込み制御動
作を示す。同図において、ステップ１１〜１６は累積加
算値Ｎ、ＮＴ、、ＮＴ。

を算出するステップであって、これは第９図のステップ
１〜６と全く同様である。

そして最終の水平走査ラインについてのステップ１１〜
１６の処理が済むと、ステップ１７の判定が“ＹＥＳ”
となり、ステップ１８．１９において、重心Ｇの座標（
Ｘｃ　、　Ｙｃ　）が算出される。しかる後、ＣＰＵ１
２は、これらデータおよび学習モードで得た基準パター
ンＰ０についてのデータを用いて前記００式の演算が実
行され、画像の位置ずれ量ΔＸ、ΔＹが算出される（ス
テップ２０．２１）、そしてつぎのステップ２２でこの
算出結果が通信制御部１８より上位制′４Ｂ機へ出力さ
れた後、ステップ２３において、ＲＡＭ１７より各累積
加算値Ｎ、ＮＴＩ。

ＮＴ２がクリアされて、一連の処理を全て終了する。

なお上記は、この発明を、自動車ヘッドライトの調整用
に実施した例を示すが、この発明はこれに限らず、劇場
用照明ライト等、各種ライトの調整にも適用実施できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる光照射領域位置検
出装置の全体概略構成を示す図、第２図は他の実施例の
構成を示す図、第３図〜第５図はこの発明の装置の動作
理論を説明するための図、第６図はビデオ信号のタイム
チャート、第７図はコントローラの回路構成例を示すブ
ロック図、第８図は２値化処理の過程を示す図、第９図
は学習モードでの割込み制御動作を示すフローチャート
、第１０図は計測モードでの割込み制御動作を示すフロ
ーチャート、第１１図は従来例の概略構成を示す図であ
る。１・・・・光源　　　　　　２・・・・スクリーン３・
・・・テレビカメラ　　４・・・・コントローラ９・・
・・２値化回路　　　１２・・・・・・ＣＰＵ特　許　
出願人　　立石電機株式会社 →ヤｔ　　＋３　　　　全イ本粘先勢槙へ４Ａニア＋　
Ｚ　図　　イＣ−・裏＃＝イｌ１ａｌｈｉＫ弓］寸３）
］　理緯説哨ロー＋２ム　”　　　　　理ｔｉｉｉ　１ｔａＲ１：２１
÷

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源より照射される光のパターンの位置を検出す
る装置であって、前記光照射パターンを撮像して濃淡画像にかかるビデオ
信号を出力するための撮像手段と、このビデオ信号を２
値化処理して２値画像を生成するための２値処理手段と
、前記２値画像の重心位置座標を光照射パターンの中心位
置として算出するための演算手段とを具備して成る光照
射領域位置検出装置。
（２）前記光源は、自動車等におけるヘッドライトであ
る特許請求の範囲第１項記載の光照射領域位置検出装置
。
（３）前記撮像手段は、光源よりスクリーン上へ光が照
射されて形成された光照射パターンを、スクリーンの背
後より撮像する手段である特許請求の範囲第１項記載の
光照射領域位置検出装置。
（４）前記撮像手段は、光源よりスクリーン上へ光が照
射されて形成された光照射パターンを、スクリーンの前
方より撮像する手段である特許請求の範囲第１項記載の
光照射領域位置検出装置。
（５）前記演算手段は、前記ビデオ信号の各水平走査ラ
イン毎に２値画像の水平座標アドレスに関するモーメン
トを演算する手段、各水平走査ライン毎に２値画像の垂
直座標アドレスに関するモーメントを演算する手段、こ
れらモーメントにつき垂直走査期間にわたる累積加算値
を演算する手段および、この累積加算結果に基づき２値
画像の重心位置座標を算出する手段を備えて成る特許請
求の範囲第１項記載の光照射領域位置検出装置。