対象物識別方法と装置

【課題】対象物が太陽に直接照らされていても、対象物が遠くに位置していても、対象物を撮像して得た画像において、対象物の位置を識別できるようにする。
【解決手段】第１の波長域の光を吸収し、かつ、第２の波長域の光を反射する光学特性部３を、対象物１に取り付ける。第１の波長域の光を第１撮像部５ａに入射させ、かつ、第２の波長域の光を、第１撮像部以外の位置へ反らし、または、吸収する第１光学系６と、第２の波長域の光を第２撮像部５ｂに入射させる第２光学系８と、を用意する。第１撮像部５ａにより、第１光学系６を介して、対象物１を含む領域を撮像して第１画像を生成するとともに、第２撮像部５ｂにより、第２光学系８を介して、対象物１を含む領域を撮像して第２画像を生成する。第１画像の各画素の輝度Ａと、対応する第２画像の画素の輝度Ｂとの比率Ｂ／Ａを求め、この比率に基づいて、光学特性部３の位置を特定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を含む領域を撮像して得た画像内において対象物の位置を識別する対象物識別方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外のように変化に富んだ多様性のある環境において、例えばロボットが作業をする時に、ロボットが対象物の位置や方向を検出する必要がある場合がある。
【０００３】
その具体例を説明する。複数のロボットが、広範囲のエリアを分担して農作業や地雷撤去などの作業を行うことがある。この場合に、各ロボットは、他のロボットにより作業が済んだ範囲で作業を行わないようにする目的で、または、他のロボットとの衝突を避ける目的で、互いの位置関係を知る必要がある。
そのために、各ロボットは、他のロボットに取り付けられたマーカを検出することにより、他のロボットの位置や方向を検出することができる。
【０００４】
別の具体例を説明する。搬送ロボットが、荷物を持った状態で、人に追従して移動する自動制御を行うことにより、人の移動先まで荷物を搬送ロボットに搬送させることがある。この場合には、搬送ロボットは、人を対象物として、人の位置や方向を検出する必要がある。
そのために、搬送ロボットは、人に取り付けられたマーカを検出することにより、人の位置や方向を検出することができる。
【０００５】
対象物に取り付けるマーカは、例えば、下記の特許文献１〜３に記載されている。
【０００６】
特許文献１に記載されたマーカは、特定のパターンで輝度が変化する発光ダイオードである。このマーカを用いる場合、マーカが取り付けられた対象物を含む領域を撮像して得た画像から、発光ダイオードの発光パターンで輝度が変化する画素を特定する。特定した画素に基づいて、対象物の位置や方向を検出することができる。
【０００７】
特許文献２に記載されたマーカは、直線や四角形や円弧などの幾何学的模様である。このマーカを用いる場合、マーカが取り付けられた対象物を含む領域を撮像して得た画像において、マーカの幾何学的模様の位置を識別する。この位置に基づいて、対象物の位置や方向を検出することができる。
【０００８】
特許文献３に記載されたマーカは、複数の特徴的な幾何学的模様である。このマーカを用いる場合、マーカが取り付けられた対象物を含む領域を撮像して得た画像において、マーカの一部が他の物体に隠れていても、または、画像の背景部分に似た模様があっても、各幾何学的模様を、その既知の模様と照合することにより、マーカにおける一部の幾何学的模様の位置を識別することができる。この位置に基づいて、対象物の位置や方向を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−３３３６６号公報
【特許文献２】特開２００７−３２３３号公報
【特許文献３】特開２０１１−２８４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の場合には、屋外において、太陽に直接照らされている発光ダイオードを撮像すると、発光ダイオードの光が太陽光により検出できなくなる可能性がある。従って、発光ダイオードの光に基づいて、対象物の位置や方向を検出できなくなる。
【００１１】
特許文献２、３の場合には、幾何学的模様を認識するには、幾何学的模様の縦または横の寸法が、画像において、十数の画素以上になる必要がある。
しかし、幾何学的模様を、１００ｍ以上の距離から、６０度以上の視野で撮像した場合には、１００万画素程度のカメラを用いても０．５ｍ程度の幾何学的模様では、画像において、幾何学的模様の縦または横の寸法が、５画素程度以下になってしまう。その結果、幾何学的模様を認識できなくなる。従って、幾何学的模様に基づいて、対象物の位置や方向を検出できなくなる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、対象物が太陽に直接照らされていても、対象物が遠くに位置していても、対象物を撮像して得た画像において、対象物の位置を識別できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によると、対象物を含む領域を撮像して得た画像内において対象物の位置を識別する対象物識別方法であって、
（Ａ）紫外線または赤外線に含まれる光の波長域を第１の波長域とし、可視光線に含まれる光の波長域を第２の波長域として、第１の波長域の光を吸収し、かつ、第２の波長域の光を反射する光学特性部を、対象物に取り付け、
（Ｂ）対象物を含む領域を撮像する第１撮像部と第２撮像部を用意し、
（Ｃ）第１光学系と第２光学系を用意し、第１光学系は、前記領域から進行してきた第１の波長域の光を第１撮像部に入射させ、かつ、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を、第１撮像部以外の位置へ反らし、または、吸収し、第２光学系は、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を第２撮像部に入射させ、
（Ｄ）第１撮像部により、第１光学系を介して、前記領域を撮像して第１画像を生成するとともに、第２撮像部により、第２光学系を介して、前記領域を撮像して第２画像を生成し、
（Ｅ）第１画像の各画素について、該画素の輝度をＡとし、前記領域において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素の輝度をＢとし、輝度Ａに対する輝度Ｂの比率Ｂ／Ａを求め、
（Ｆ）前記比率に基づいて、第１画像または第２画像における前記光学特性部の位置を特定する、ことを特徴とする対象物識別方法が提供される。
【００１４】
好ましい例では、第１の波長域は、近赤外線の波長域であり、第２の波長域は、赤色光の波長域である。
【００１５】
好ましい別の例では、第１の波長域は、長波長紫外線の波長域であり、第２の波長域は、青色光の波長域である。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によると、前記（Ｄ）を、複数の時間帯で行う場合に、
各時間帯毎に、入射光の波長による入射光の反射率の変動量が許容値以下となる特定反射部を含む領域を、第１撮像部により、第１光学系を介して撮像して第１試験画像を生成するとともに、当該領域を、第２撮像部により、第２光学系を介して撮像して第２試験画像を生成し、
前記各時間帯について、第１試験画像における特定反射部の画素の輝度をａとし、第２試験画像における特定反射部の画素の輝度をｂとして、輝度ａに対する輝度ｂの比率の逆数ａ／ｂを補正係数として求め、
前記（Ｆ）では、前記比率Ｂ／Ａを求めるのに用いた第１画像および第２画像を撮像した時間帯に対応する補正係数ａ／ｂを、当該比率に乗算することにより補正比率ａＢ／ｂＡを求めるとともに、第１画像または第２画像において、当該補正比率がしきい値以上となる画素の位置を、前記光学特性部の位置として特定する。
【００１７】
本発明の別の実施形態によると、前記（Ｄ）において、第１画像または第２画像において、前記比率Ｂ／Ａが、しきい値以上となる画素の位置を、前記光学特性部の位置として特定する。
【００１８】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、対象物を含む領域を撮像して得た画像内において対象物の位置を識別する対象物識別装置であって、
光学特性部が取り付けられた対象物を含む領域を撮像する撮像装置と、
撮像された画像における光学特性部の位置を特定する画像処理装置と、を備え、
光学特性部は、第１の波長域の光を吸収し、第２の波長域の光を反射し、第１の波長域は、紫外線または赤外線に含まれる光の波長域であり、第２の波長域は、可視光線に含まれる光の波長域であり、
撮像装置は、
第１光学系を介して、前記領域を撮像して第１画像を生成する第１撮像部と、
第２光学系を介して、前記領域を撮像して第２画像を生成する第２撮像部と、を有し、
第１光学系は、前記領域から進行してきた第１の波長域の光を第１撮像部に入射させ、かつ、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を、第１撮像部以外の位置へ反らし、または、吸収し、第２光学系は、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を第２撮像部に入射させ、
画像処理装置は、
第１画像の各画素について、該画素の輝度をＡとし、前記領域において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素の輝度をＢとし、輝度Ａに対する輝度Ｂの比率Ｂ／Ａを求め、
前記比率に基づいて、第１画像または第２画像における前記光学特性部の位置を特定する、ことを特徴とする対象物識別装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によると、光学特性部は、第１の波長域の光を吸収し、第２の波長域の光を反射する。
これに対し、第１光学系により、第１の撮像部には、第１の波長域の光は入射可能であるが、第２の波長域の光は、第１の撮像部への入射が阻止される。従って、第１撮像部による第１画像において、光学特性部の位置に相当する画素の輝度Ａは小さくなる。
一方、第２光学系により、第２の撮像部には、第２の波長域の光は入射可能である。従って、第２撮像部による第２画像において、光学特性部の位置に相当する画素の輝度Ｂは大きくなる。
よって、光学特性部の位置については、比率Ｂ／Ａが大きくなる。
【００２０】
そこで、前記比率Ｂ／Ａに基づいて、第１画像または第２画像における前記光学特性部の位置を特定することができる。
【００２１】
しかも、前記比率に関して、例えば地球上の自然界には、可視光線（第２の波長域の光）の反射率が紫外線または赤外線（第１の波長域の光）の反射率よりも大幅に大きい物体はほとんど無いと考えられる。
これに対し、光学特性部は、紫外線または赤外線に含まれる光を吸収し、可視光線に含まれる光を反射するので、光学特性部では、可視光線の反射率が紫外線または赤外線の反射率よりも大幅に大きくなる。従って、前記比率Ｂ／Ａにより、光学特性部を、自然界の物体と区別して認識できる。
【００２２】
また、前記比率は、太陽に直接照らされている位置についてのものであっても、そうでない位置についてのものであってもあまり変化しない。従って、太陽に直接照らされている領域に対象物が存在していても、上述の比率により、光学特性部の位置を、他の位置と区別して検出できる。
【００２３】
さらに、画像において、光学特性部の縦または横の寸法が１画素または数画素の寸法であっても、上述の比率により、光学特性部の位置を、他の位置と区別して検出できる。
【００２４】
よって、本発明により、太陽に直接照らされている領域に対象物が存在していても、遠い距離からでも、対象物を識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による対象物識別装置の構成図である。
【図２】光学特性部の構成例を示す。
【図３】本発明の実施形態による対象物識別方法を示すフローチャートである。
【図４】植物と砂利と土について、光の波長に対する光の反射率を示すグラフである。
【図５】対象物識別装置の別の構成例を示す。
【図６】対象物識別装置のさらに別の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２７】
[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態による対象物識別装置１０の構成図である。対象物識別装置１０は、対象物１を含む領域を撮像して得た画像内において対象物１の位置を識別する。対象物識別装置１０は、光学特性部３と撮像装置５と画像処理装置７とを備える。
【００２８】
光学特性部３は、対象物１に取り付けられる。光学特性部３は、第１の波長域の光を吸収し、第２の波長域の光を反射する。対象物１は、例えば、移動ロボットである。
第１の波長域は、紫外線または赤外線に含まれる光の波長域であり、第２の波長域は、可視光線に含まれる光の波長域である。
好ましい例では、第１の波長域は、近赤外線の波長域であり、第２の波長域は、赤色光の波長域である。
別の好ましい例では、第１の波長域は、紫外線に含まれる光の波長域であり、第２の波長域は、青色光の波長域である。この場合、より好ましくは、「紫外線に含まれる光」は、「長波長紫外線（ＵＶ−Ａ）」であるのがよい。
【００２９】
なお、本願において、各光と波長域の関係は次の通りである。
紫外線の波長域：１０ｎｍ〜４００ｎｍ
長波長紫外線の波長域：３２０ｎｍ〜４００ｎｍ
可視光線の波長域：４００ｎｍ〜７００ｎｍ
青色の波長域：４００ｎｍ〜５００ｎｍ
緑色の波長域：５００ｎｍ〜６００ｎｍ
赤色の波長域：６００ｎｍ〜７００ｎｍ
赤外線の波長域：７００ｎｍ〜１ｍｍ
近赤外線の波長域：７００ｎｍ〜１４００ｎｍ
【００３０】
本願において、第１の波長域の光を、入射させる、反射させる、吸収する、透過させるとは、それぞれ、第１の波長域の全部または一部の光を、入射させる、反射させる、吸収する、透過させることを意味する。同様に、本願において、第２の波長域の光を、入射させる、反らす、反射させる、吸収する、透過させるとは、それぞれ、第２の波長域の全部または一部の光を、入射させる、反らす、反射させる、吸収する、透過させることを意味する。ここで、好ましくは、第１および第２の波長域の一部とは、３０ｎｍ以上の幅を有する範囲である。
【００３１】
光学特性部３は、図２に示すように、対象物１の外表面１ａに取り付けられた反射層３ａと吸収層３ｂと反射防止フィルム３ｃとにより構成されてよい。図２の例では、反射層３ａは、対象物１の外表面１ａに取り付けられ、少なくとも第２の波長域の光を反射する。この反射率は、高い値であるのが好ましく、例えば、９０％以上であるのがよい。反射層３ａは、例えば、白色のものであるのがよい。吸収層３ｂは、反射層３ａの外表面に取り付けられ、第１の波長域の光を吸収する。この吸収率は、高い値であるのが好ましく、例えば、９０％以上であるのがよい。反射防止フィルム３ｃは、吸収層３ｂの外表面に取り付けられ、外光を、反射することなく吸収層３ｂへ入射させる機能を有する。
【００３２】
このような光学特性部３へ入射した外光（特に太陽光）は、反射防止フィルム３ｃを通過して吸収層３ｂへ入射する。当該入射光のうち、吸収層３ｂで第１の波長域の光が吸収され、第２の波長域の光は、吸収層３ｂを透過して反射層３ａに入射し、反射層３ａで反射する。このように反射した第２の波長域の光は、再び、吸収層３ｂと反射防止フィルム３ｃを通過して、光学特性部３の外部へ進行していく。
なお、対象物１が、鉛直軸回りに１周する外周面を有する場合には、この外周面を１周するように光学特性部３を当該外周面に取り付けるのがよい。
【００３３】
第１の波長域が近赤外線の波長域（７００ｎｍ〜１４００ｎｍ）であり、第２の波長域が赤色光の波長域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）である場合には、吸収層３ｂは、例えば、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内の境界波長（例えば、７００ｎｍ）より大きい波長を持つ光を吸収し、当該境界波長以下の波長を持つ光を透過させるショートパスフィルタであってよい。
一方、第１の波長域が紫外線に含まれる光の波長域（例えば、長波長紫外線の波長域：３２０ｎｍ〜４００ｎｍ）であり、第２の波長域が青色光の波長域（４００ｎｍ〜５００ｎｍ）である場合には、吸収層３ｂは、３５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の境界波長（例えば、４００ｎｍ）より小さい波長を持つ光を吸収し、当該境界波長以上の波長を持つ光を透過させるロングパスフィルタであってよい。
【００３４】
撮像装置５は、第１光学系６と第２光学系８を有する。第１光学系６は、対象物１を含む撮像範囲となる領域から進行してきた第１の波長域の光を第１撮像部５ａに入射させ、かつ、当該領域から進行してきた第２の波長域の光を、第１撮像部５ａ以外の位置へ反らし、または、吸収する。第２光学系８は、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を第２撮像部５ｂに入射させる。
第１実施形態では、第１光学系６は、第１フィルタ９と後述のビームスプリッタ１７とレンズ１９とからなり、第２光学系８は、第２フィルタ１１と後述するビームスプリッタ１７とレンズ２１とからなる。第１フィルタ９は、第１の波長域の光を透過させ、かつ、第２の波長域の光を透過させない。第２フィルタ１１は、第２の波長域の光を透過させ、かつ、第１の波長域の光を透過させない。ただし、第２フィルタ１１は、第２の波長域の光と、他の波長域の光を透過させてもよい。
【００３５】
第１の波長域が近赤外線の波長域（７００ｎｍ〜１４００ｎｍ）であり、第２の波長域が赤色光の波長域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）である場合には、例えば、第１フィルタ９は、例えば、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内の境界波長（例えば、７００ｎｍ）より大きい波長を持つ光を透過させ、当該境界波長以下の波長を持つ光を反射するロングパスフィルタであってよく、第２フィルタ１１は、赤色光のみを透過させるバンドパスフィルタであってよい。代わりに、第１フィルタ９は、近赤外線の波長域内の他の範囲の光を透過させるように形成されてもよい。
一方、第１の波長域が紫外線に含まれる光の波長域（例えば、長波長紫外線の波長域：３２０ｎｍ〜４００ｎｍ）であり、第２の波長域が、青色光の波長域（４００ｎｍ〜５００ｎｍ）である場合には、第１フィルタ９は、例えば、３５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の境界波長（例えば、４００ｎｍ）より小さい波長を持つ光を透過させ、当該境界波長以上の波長を持つ光を反射するショートパスフィルタであってよく、第２フィルタ１１は、青色光のみを透過させるバンドパスフィルタであってよい。
【００３６】
撮像装置５は、第１光学系６（第１フィルタ９）を介して、対象物１を含む領域を撮像して第１画像を生成する第１撮像部５ａと、第２光学系８（第２フィルタ１１）を介して、対象物１を含む領域を撮像して第２画像を生成する第２撮像部５ｂと、を有する。第１撮像部５ａは、対象物１を含む領域からの光を第１フィルタ９を介して受ける撮像面１３を有する。この撮像面１３には、多数のＣＣＤ受光素子が２次元状に配列されている。第１撮像部５ａは、受けた光に応じた第１画像（この例では、２次元画像）を生成する。第２撮像部５ｂは、対象物１を含む領域からの光を第２フィルタ１１を介して受ける撮像面１５を有する。この撮像面１５には、多数のＣＣＤ受光素子が２次元状に配列されている。第２撮像部５ｂは、受けた光に応じた第２画像（この例では、２次元画像）を生成する。
【００３７】
図１では、上述のビームスプリッタ１７は、対象物を含む領域である撮像範囲からの光の一部を、第１撮像部５ａの撮像面１３へ向けて反射させ、撮像範囲からの光の一部を、第２撮像部５ｂの撮像面１５へ向けて透過させる。好ましくは、ビームスプリッタ１７は、ハーフミラーである。ハーフミラー１７へ入射した光のうち、ハーフミラー１７で撮像面１３側へ反射する光と、撮像面１５側へハーフミラー１７を透過する光とは、その強さが同じになる。
【００３８】
なお、撮像装置５は、第１撮像部５ａの撮像面１３または第２撮像部５ｂの撮像面１５に、撮像範囲における所望の部分を結像させるレンズ（例えば、図１のレンズ１９、２１や図示しないレンズ）を有する。これについて、第１光学系６と第２光学系８は、レンズ１９、２１以外の他のレンズを有していてよい。
【００３９】
画像処理装置７は、撮像装置５により撮像された画像における光学特性部３の位置を特定する。
【００４０】
画像処理装置７は、第１画像の各画素に対する、撮像範囲において該画素と同じ位置となる第２画素の輝度比率を求める。すなわち、第１画像の各画素について、該画素の輝度（明るさ）をＡとし、撮像範囲である前記領域において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素の輝度をＢとして、画像処理装置７は、輝度Ａに対する輝度Ｂの比率Ｂ／Ａを求める。
【００４１】
また、画像処理装置７は、比率Ｂ／Ａに基づいて、第１画像または第２画像における光学特性部３の位置を特定する。ここでは、画像処理装置７は、第１画像または第２画像において、比率Ｂ／Ａが第１のしきい値以上となる画素の位置を、第１画像または第２画像における光学特性部３の位置として特定する。
【００４２】
なお、第１撮像部５ａにより生成される第１画像と、第２撮像部５ｂにより生成される第２画像との間に、光差により撮像範囲の位置と倍率のずれが生じる場合には、画像処理装置７は、適宜の手段を用いて、第１画像の各画素を、撮像範囲において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素に対応付ける。
【００４３】
図３は、本発明の第１実施形態による対象物識別方法を示すフローチャートである。この方法は、上述した対象物識別装置１０を用いて行われる。
【００４４】
ステップＳ１において、上述した光学特性部３を、対象物１に予め取り付けておく。
【００４５】
ステップＳ２において、第１撮像部５ａにより、第１光学系６（第１フィルタ９）を介して、対象物１を含む領域を撮像して第１画像を生成するとともに、第２撮像部５ｂにより、第２光学系８（第２フィルタ１１）を介して、対象物１を含む領域を撮像して第２画像を生成する。
【００４６】
ステップＳ３において、画像処理装置７により、第１画像の各画素について、該画素の輝度Ａに対する、撮像範囲である前記領域において該画素と同じ位置に相当する第２画像における画素の輝度Ｂの比率Ｂ／Ａを求める。
【００４７】
ステップＳ４において、画像処理装置７により、第１画像または第２画像において、前記比率Ｂ／Ａに基づいて、第１画像または第２画像における光学特性部３の位置を特定する。ここでは、画像処理装置７により、第１画像または第２画像において、比率Ｂ／Ａが第１のしきい値以上となる画素の位置を、第１画像または第２画像における光学特性部３の位置として特定する。
【００４８】
上述した本発明の第１実施形態によると、以下の作用効果が得られる。
【００４９】
光学特性部３は、第１の波長域の光を吸収し、第２の波長域の光を反射する。
これに対し、第１光学系６により、第１の撮像部５ａには、第１の波長域の光は入射可能であるが、第２の波長域の光は、第１の撮像部５ａへの入射が阻止される。従って、第１撮像部５ａによる第１画像において、光学特性部３の位置に相当する画素の輝度Ａは小さくなる。
一方、第２光学系８により、第２の撮像部５ｂには、第２の波長域の光は入射可能である。従って、第２撮像部５ｂによる第２画像において、光学特性部３の位置に相当する画素の輝度Ｂは大きくなる。
よって、光学特性部３の位置については、比率Ｂ／Ａが大きくなる。
【００５０】
そこで、前記比率Ｂ／Ａに基づいて、第１画像または第２画像における光学特性部３の位置を特定することができる。
【００５１】
しかも、比率Ｂ／Ａに関して、地球上の自然界には、可視光線（第２の波長域の光）の反射率が紫外線または赤外線（第１の波長域の光）の反射率よりも大幅に大きい物体はほとんど無いと考えられる。例えば、図４に示すように、植物や砂利や土では、可視光線の反射率が紫外線または赤外線の反射率よりも大幅に大きくなることはない。
これに対し、光学特性部３は、紫外線または赤外線に含まれる光を吸収し、可視光線に含まれる光を反射するので、光学特性部３では、可視光線の反射率が紫外線または赤外線の反射率よりも大幅に大きくなる。従って、前記比率Ｂ／Ａにより、光学特性部３を、自然界の物体と区別して認識できる。
【００５２】
特に、第１の波長域が、近赤外線の波長域であり、第２の波長域が、赤色光の波長域であるである場合について、太陽に直接照らされている自然界の物体と身近な人工物について、近赤外線と赤色光の反射率を調査した。この調査結果を、下記の[表１]に示す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
[表１]において、反射率比は、赤色光の反射率に対する近赤外線の反射率の比率である。
調査によると、[表１]に示すように、自然界の物体と身近な人工物には、赤色光の反射率が近赤外線の反射率より大きくなるものが存在しなかった。
従って、第１の波長域を近赤外線の波長域とし、第２の波長域を赤色光の波長域とすることにより、ステップＳ３で得た比率Ｂ／Ａにより、光学特性部３を、自然界の物体と区別して認識できる。この場合、例えば、上述した比率Ｂ／Ａが、一般的な物体では、１以下となる。[表１]の物体では、比率Ｂ／Ａが、１／９．１以上１／１．１以下となる。そのため、上述した第１のしきい値を例えば４にすることにより、光学特性部３に相当する画素を特定することができる。
【００５５】
一方、第１の波長域が、紫外線に含まれる光の波長域であり、第２の波長域が、青色光の波長域である場合では、例えば、上述した比率Ｂ／Ａが、一般的な物体では、大きくても２以下となる。図４に示す物体について、比率Ｂ／Ａが、植物では１／２以下となり、土と砂利では、１〜２程度になる。そのため、上述した第１のしきい値を例えば４にすることにより、光学特性部３に相当する画素を特定することができる。
【００５６】
さらに、前記比率は、太陽に直接照らされている位置についてのものであっても、そうでない位置についてのものであってもあまり変化しない。例えば、このような日照条件による一般的な物体に相当する画素の前記比率は２０〜４０％程度だけしか変化しない。これは、例えば、光学特性部３に相当する画素の前記比率の値が１０程度になることに比べて小さい。従って、対象物１が、太陽に直接照らされている範囲に存在していても、影になっている暗い範囲に存在していても、上述の比率により、光学特性部３の位置を、他の位置と区別して検出できる。
【００５７】
また、画像において、光学特性部３の縦または横の寸法が１画素または数画素の寸法であっても、光学特性部３の位置を、他の位置と区別して検出できる。よって、遠い距離からでも、対象物１を識別することができる。
【００５８】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態による対象物識別装置１０と対象物識別方法を説明する。第２実施形態において、以下で説明しない点は、上述の第１実施形態と同じであってよい。
【００５９】
太陽光のスペクトルは、地球の地表において、朝、昼、夕方などの時間帯によって変化する。そのため、撮像範囲内の同じ位置に対応する上述の比率Ｂ／Ａが、時間帯によって変化するので、これに応じて、上述した第１のしきい値も変化させるのが好ましい。
ただし、この例では、第１のしきい値を変化させる代わりに、上述の比率Ｂ／Ａを補正係数により補正して、第１のしきい値の代わりに、異なる時間帯に対して同じ値の第２のしきい値を使用する。
【００６０】
補正係数を、各時間帯毎に（例えば、朝、昼、夕方の各々について）、次のように予め求めておく。
入射光の波長による入射光の反射率の変動量が許容値以下となる部分を、特定反射部とする。
まず、各時間帯毎に、第１撮像部５ａにより、特定反射部を含む領域を、第１光学系６（第１フィルタ９）を介して撮像して第１試験画像を生成するとともに、第２撮像部５ｂにより、当該領域を、第２光学系８（第２フィルタ１１）を介して撮像して第２試験画像を生成する。
次に、前記各時間帯について、第１試験画像における特定反射部の画素の輝度をａとし、第２試験画像における特定反射部の画素の輝度をｂとして、画像処理装置７により、輝度ａに対する輝度ｂの比率の逆数ａ／ｂを補正係数として求める。
特定反射部の光の反射率は、第１の波長域と第２の波長域を含む連続した波長範囲内にある入射光の各波長に対して、１０％程度以下の割合で変動することが好ましい。例えば、特定反射部の光の反射率は、第１の波長域と第２の波長域を含む連続した波長範囲内にある入射光の各波長に対して、０．８〜０．９の範囲内の値をとって、ほぼ一定となることが好ましい。そのため、特定反射部は、例えば、白い部分であることが好ましい（すなわち、特定反射部は、白に見える部分であることが好ましい）。
【００６１】
このように求めた補正係数は、次のようにステップＳ４で用いる。
ステップＳ４において、ステップＳ３で比率Ｂ／Ａを求めるのに用いた第１画像および第２画像を撮像した時間帯に対応する補正係数ａ／ｂを、当該比率Ｂ／Ａに乗算することにより補正比率ａＢ／ｂＡを求める。次いで、ステップＳ４において、第１画像または第２画像において、前記補正比率が第２のしきい値以上となる画素の位置を、第１画像または第２画像における光学特性部３の位置として特定する。
【００６２】
第２実施形態によると、太陽光のスペクトルが、地球の地表において、朝、昼、夕方などの時間帯によって変化しても、上述の補正係数を用いることにより、光学特性部３の位置を高精度に検出することができる。
また、第２実施形態でも、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６３】
本発明は上述した第１実施形態または第２実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜５を任意に組み合わせて採用してもよいし、または、以下の変更例１〜５のいずれかを単独で採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は上述の第１実施形態または第２実施形態と同じであってよい。
【００６４】
（変更例１）
第２のフィルタ１１を省略してもよい。この場合、第２光学系８は、レンズ２１やその他の光学部品を有する。この場合、第２撮像部５ｂの撮像範囲となる領域からのすべての光を用いて第２画像または第２試験画像を生成してもよい。
【００６５】
（変更例２）
第１試験画像と第２試験画像は、それぞれ、第１画像と第２画像であってもよい。すなわち、補正係数は、次のように、ステップＳ２で得られる第１画像と第２画像から求めてもよい。
ステップＳ２において、第１撮像部５ａが、第１光学系６を介して撮像する前記領域と、第２撮像部５ｂが、第２光学系８を介して撮像する前記領域とに、前記特定反射部が含まれている。この特定反射部は、例えば、第１撮像部５ａと第２撮像部５ｂの撮像範囲に含まれるように、撮像装置５の本体に固定しておく。なお、撮像装置５の本体には、第１撮像部５ａ、第２撮像部５ｂ、第１光学系６、第２光学系８などの撮像装置５の構成部品が設置または固定されている。
【００６６】
（変更例３）
図５は、対象物識別装置１０の別の構成例を示す。図５の例では、上述のビームスプリッタ１７が省略され、第１光学系６は、上述の第１フィルタ９とレンズ１９により構成され、第２光学系８は、上述の第２フィルタ１１とレンズ２１により構成される。第１撮像部５ａと第２撮像部５ｂとは、同じ方向を向くように配置される。画像処理装置７は、第１撮像部５ａにより生成される第１画像と、第２撮像部５ｂにより生成される第２画像との間の撮像範囲のずれを、適宜の手段を用いて補正して、第１画像の各画素を、撮像範囲において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素に対応付ける。
【００６７】
（変更例４）
図６は、対象物識別装置１０のさらに別の構成例を示す。図６では、第１光学系６は、ダイクロックミラー２３とレンズ１９により構成され、第２光学系８は、ダイクロックミラー２３と第２フィルタ１１とレンズ２１により構成される。対象物１を含む領域である撮像範囲からの光のうち、第１の波長域の光は、ダイクロックミラー２３により、第１撮像部５ａの撮像面１３へ向けて反射され、可視光線（好ましくは、可視光線のみ）は、第２撮像部５ｂの撮像面１５へ向けてダイクロックミラー２３を透過する。なお、図６において、第２フィルタ１１を省略してもよい。
【００６８】
（変更例５）
上述した図１または図５において、第１フィルタ９と第２フィルタ１１の一方または両方をダイクロックミラーで置き換えてもよい。この場合、第１フィルタ９と置き換えられたダイクロックミラーは、入射してくる第１の波長域の光を、撮像面１３に向けて透過させ、かつ、入射してくる第１の波長域の光以外の光を、撮像面１３、１５以外の方向（例えば、当該ダイクロックミラーへの当該光の入射方向と逆方向）へ反射させ、第２フィルタ１１と置き換えられたダイクロックミラーは、入射してくる第２の波長域の光を、撮像面１５に向けて透過させ、かつ、入射してくる第２の波長域の光以外の光を、撮像面１３、１５以外の方向（例えば、当該ダイクロックミラーへの当該光の入射方向と逆方向）へ反射させる。
【符号の説明】
【００６９】
１対象物、１ａ対象物の外表面、３光学特性部、３ａ反射層、３ｂ吸収層、３ｃ反射防止フィルム、５撮像装置、５ａ第１撮像部、５ｂ第２撮像部、６第１光学系、７画像処理装置、８第２光学系、９第１フィルタ、１０対象物識別装置、１１第２フィルタ、１３第１撮像部の撮像面、１５第２撮像部の撮像面、１７ビームスプリッタ（ハーフミラー）、１９、２１レンズ、２３ダイクロックミラー

【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を含む領域を撮像して得た画像内において対象物の位置を識別する対象物識別方法であって、
（Ａ）紫外線または赤外線に含まれる光の波長域を第１の波長域とし、可視光線に含まれる光の波長域を第２の波長域として、第１の波長域の光を吸収し、かつ、第２の波長域の光を反射する光学特性部を、対象物に取り付け、
（Ｂ）対象物を含む領域を撮像する第１撮像部と第２撮像部を用意し、
（Ｃ）第１光学系と第２光学系を用意し、第１光学系は、前記領域から進行してきた第１の波長域の光を第１撮像部に入射させ、かつ、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を、第１撮像部以外の位置へ反らし、または、吸収し、第２光学系は、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を第２撮像部に入射させ、
（Ｄ）第１撮像部により、第１光学系を介して、前記領域を撮像して第１画像を生成するとともに、第２撮像部により、第２光学系を介して、前記領域を撮像して第２画像を生成し、
（Ｅ）第１画像の各画素について、該画素の輝度をＡとし、前記領域において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素の輝度をＢとし、輝度Ａに対する輝度Ｂの比率Ｂ／Ａを求め、
（Ｆ）前記比率に基づいて、第１画像または第２画像における前記光学特性部の位置を特定する、ことを特徴とする対象物識別方法。
【請求項２】
第１の波長域は、近赤外線の波長域であり、第２の波長域は、赤色光の波長域である、ことを特徴とする請求項１に記載の対象物識別方法。
【請求項３】
第１の波長域は、長波長紫外線の波長域であり、第２の波長域は、青色光の波長域である、ことを特徴とする請求項１に記載の対象物識別方法。
【請求項４】
前記（Ｄ）を、複数の時間帯で行う場合に、
各時間帯毎に、入射光の波長による入射光の反射率の変動量が許容値以下となる特定反射部を含む領域を、第１撮像部により、第１光学系を介して撮像して第１試験画像を生成するとともに、当該領域を、第２撮像部により、第２光学系を介して撮像して第２試験画像を生成し、
前記各時間帯について、第１試験画像における特定反射部の画素の輝度をａとし、第２試験画像における特定反射部の画素の輝度をｂとして、輝度ａに対する輝度ｂの比率の逆数ａ／ｂを補正係数として求め、
前記（Ｆ）では、前記比率Ｂ／Ａを求めるのに用いた第１画像および第２画像を撮像した時間帯に対応する補正係数ａ／ｂを、当該比率に乗算することにより補正比率ａＢ／ｂＡを求めるとともに、第１画像または第２画像において、当該補正比率がしきい値以上となる画素の位置を、前記光学特性部の位置として特定する、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の対象物識別方法。
【請求項５】
前記（Ｆ）では、第１画像または第２画像において、前記比率Ｂ／Ａが、しきい値以上となる画素の位置を、前記光学特性部の位置として特定する、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の対象物識別方法。
【請求項６】
対象物を含む領域を撮像して得た画像内において対象物の位置を識別する対象物識別装置であって、
光学特性部が取り付けられた対象物を含む領域を撮像する撮像装置と、
撮像された画像における光学特性部の位置を特定する画像処理装置と、を備え、
光学特性部は、第１の波長域の光を吸収し、第２の波長域の光を反射し、第１の波長域は、紫外線または赤外線に含まれる光の波長域であり、第２の波長域は、可視光線に含まれる光の波長域であり、
撮像装置は、
第１光学系を介して、前記領域を撮像して第１画像を生成する第１撮像部と、
第２光学系を介して、前記領域を撮像して第２画像を生成する第２撮像部と、を有し、
第１光学系は、前記領域から進行してきた第１の波長域の光を第１撮像部に入射させ、かつ、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を、第１撮像部以外の位置へ反らし、または、吸収し、第２光学系は、前記領域から進行してきた第２の波長域の光を第２撮像部に入射させ、
画像処理装置は、
第１画像の各画素について、該画素の輝度をＡとし、前記領域において該画素と同じ位置に相当する第２画像の画素の輝度をＢとし、輝度Ａに対する輝度Ｂの比率Ｂ／Ａを求め、
前記比率に基づいて、第１画像または第２画像における前記光学特性部の位置を特定する、ことを特徴とする対象物識別装置。

【図１】