画像処理装置
【課題】特徴抽出に用いる領域に含まれる画素値の全範囲において、各画素値の変化をデジタル値に反映させ、特徴抽出を精度よく行うことを可能にする。
【解決手段】前置処理手段１０は、撮像装置２により撮像した画像内の画素の画素値を変換テーブル１２に従って規定範囲のデジタル値に変換した画像を出力する。主処理手段２０は、前置処理手段１０から出力された画像を用いて撮像装置２により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う。範囲指定手段４０は、モニタ装置３の画面に表示される前置処理手段１０の出力画像のうち少なくとも主処理手段２０が特徴抽出に用いる領域について画素値の範囲を指定する。テーブル生成手段５０は、範囲指定手段４０により指定された画素値の範囲の上限値と下限値とを前置処理手段１０から出力するデジタル値の規定範囲に対応付けた変換テーブル１２を生成する。
【解決手段】前置処理手段１０は、撮像装置２により撮像した画像内の画素の画素値を変換テーブル１２に従って規定範囲のデジタル値に変換した画像を出力する。主処理手段２０は、前置処理手段１０から出力された画像を用いて撮像装置２により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う。範囲指定手段４０は、モニタ装置３の画面に表示される前置処理手段１０の出力画像のうち少なくとも主処理手段２０が特徴抽出に用いる領域について画素値の範囲を指定する。テーブル生成手段５０は、範囲指定手段４０により指定された画素値の範囲の上限値と下限値とを前置処理手段１０から出力するデジタル値の規定範囲に対応付けた変換テーブル１２を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置により撮像した空間領域の画像から特徴抽出を行う画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外観検査や空間監視などの目的において、撮像装置により撮像した空間領域の画像に対してデジタル信号処理による画像処理を行い、空間領域に関する特徴を抽出する技術が種々提案されている。撮像装置により撮像した画像の画像処理は、プログラムに従ってデジタル信号処理を行うプロセッサを備えた画像処理装置により行われる。
【０００３】
ところで、撮像装置が撮像した画像に含まれる画素ごとの画素値の最大値と最小値との差は、撮像装置により撮像した空間領域の状況に応じて変化する。空間領域からの受光強度が撮像装置のダイナミックレンジの範囲内であれば、撮像装置が撮像した画像内に空間領域の細部の情報が含まれるが、受光強度がダイナミックレンジの範囲を逸脱していると空間領域の細部の情報が失われることになる。
【０００４】
たとえば、モノクロの濃淡画像であれば、撮像装置による受光強度の大きい領域では飽和して白色（いわゆる、白とび）になり、受光強度の小さい領域は感度不足により黒色（いわゆる、黒つぶれ）になる可能性がある。このような事象が生じている領域では、空間領域の情報が失われるから、画像において特徴抽出を行う領域に、このような事象が生じていると特徴抽出が行えなくなるという問題が生じる。
【０００５】
この種の問題を解決する基本的な技術としては、絞りを用いて撮像装置の受光強度を調節する技術、シャッタ（機械式、電子式）を用いて撮像装置の受光光量を調節する技術、撮像装置の出力に対する増幅度を調節する技術がある（たとえば、特許文献１参照）。増幅度の調節は、撮像装置に設けた撮像素子での飽和や感度不足が生じていない範囲で有効である。また、撮像装置により撮像する空間領域の全体で受光強度が高い場合には飽和を抑制するためにニュートラルフィルタ（ＮＤフィルタ）を用いて減光する場合もある。
【０００６】
上述した技術を採用すれば、撮像装置の受光強度に対する撮像装置の出力側でのダイナミックレンジを調節し、画像全体について出力を調節することが可能である。すなわち、受光強度（受光光量）をｘとし出力をｙとすると、飽和などがなく出力が受光強度（受光光量）に対して単調に変化する領域では、ｙ＝Ａ・ｆ（ｘ）＋Ｂと表すことができる。関数ｆ（ｘ）による変換は、撮像装置に用いる撮像素子における光電変換に対応する。また、Ａ、Ｂは上述した技術を用いて調節される値である。ここで、上述した技術を用いると、Ａ、Ｂの両値が連動して変化する。すなわち、感度を調節すると、受光強度（受光光量）の下限と上限との両方が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６５１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、画像処理装置では画像を扱うビット数に制限がある。たとえば、モノクロ画像では階調数を８ビット（２５６段階）に設定されている場合があり、カラー画像であればＲＧＢの１色ごとに階調数が８ビット（２５６段階）に設定されていることがある。ここで、８ビットという数値は例示であって、１２ビットや１６ビットなどに設定することも可能である。ただし、物品検査や空間監視などの目的では、一般に８ビット程度の階調数があれば十分である。画像処理装置としては不必要に階調数を増加させるとコスト増につながるから、多くの場合、階調数として８ビットが採用されている。
【０００９】
上述のように、画像処理装置が扱うデジタル値のビット数には制限があるから、撮像装置において上述の技術を用いて感度を調節した場合に、特徴抽出に用いるデジタル値の上限側や下限側において細部の情報が失われる場合がある。たとえば、撮像装置から出力された画像のダイナミックレンジが、画像処理装置のダイナミックレンジよりも大きいときには、ダイナミックレンジの不足によって飽和などが生じ、デジタル値では撮像装置の出力の変化を反映できなくなる場合がある。このような場合には、画像処理装置における特徴抽出の精度が低下する可能性がある。
【００１０】
さらに、外観検査や空間監視などの目的で使用する画像は、特徴抽出が可能な画像であればよく、画像内において特徴抽出の対象となる領域について、明度の大小関係や色相・彩度の相対的関係が維持されていればよいと考えられる。言い換えると、撮像装置により撮像した空間領域の全体が特徴抽出の対象となる場合を除けば、通常は、画像内の一部領域について出力を調節することができればよい。しかしながら、上述した技術は、画像の全体の感度を調節するものであるから、特徴抽出に必要な範囲のみの感度の調節はできない。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、撮像装置により撮像した画像内で特徴抽出に用いる領域に含まれる画素値の全範囲において、各画素値の変化をデジタル値に反映させることを可能にし、結果的に特徴抽出を精度よく行うことを可能にした画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、撮像装置により撮像した画像内の画素の画素値を変換テーブルに従って規定範囲のデジタル値に変換した画像を出力する前置処理手段と、前置処理手段から出力された画像を用いて撮像装置により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う主処理手段と、前置処理手段から出力された画像をモニタ装置の画面に表示させる画像表示手段と、モニタ装置の画面に表示される画像のうち少なくとも主処理手段が特徴抽出に用いる領域について画素値の範囲を指定する範囲指定手段と、範囲指定手段により指定された画素値の範囲の上限値と下限値とを前置処理手段から出力するデジタル値の規定範囲に対応付けた変換テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
前置処理手段から出力される変換後の画像の階調数は、撮像装置から出力される画像の階調数よりも小さくてもよい。
【００１４】
範囲指定手段は、モニタ装置に表示されている画像内において２領域を指定し、テーブル生成手段は、範囲指定手段により指定された２領域の各画素値を画素値の範囲の上限値および下限値としてデジタル値を対応付けるのが望ましい。
【００１５】
範囲指定手段は、撮像装置により撮像した画像から画素値の度数分布を求め、画素値の上限側と下限側とにおいて度数が規定の閾値以下である画素値を除いて画素値の上限値と下限値とを自動的に決定してもよい。
【００１６】
前置処理手段は、撮像装置のカメラゲインの調節および撮像装置から出力される画素値のオフセットの設定を行うカメラ制御手段を備え、カメラ制御手段は、撮像装置から出力された画像内において、範囲指定手段により指定された範囲の画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値を超えているときにカメラゲインを規定値だけ低減させた後にオフセットを設定する処理を、画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値以下になるまで繰り返すことが望ましい。
【００１７】
画素値は明度であることが望ましい。
【００１８】
撮像装置がカラー画像を出力する場合は、テーブル生成手段は、色相および彩度を変化させることなく明度の上限値と下限値とをデジタル値に対応付けることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、撮像装置により撮像した画像内で特徴抽出に用いる領域に含まれる画素値の全範囲において、各画素値の変化をデジタル値に反映させるように画素値とデジタル値とを対応付けることが可能になり、そのデジタル値を用いた主処理手段での特徴抽出を精度よく行うことが可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上に用いる変換テーブルの設定例を示す図である。
【図３】同上に用いる上下限指定手段の使用例を示す図である。
【図４】実施形態２におけるカメラ制御手段の動作説明図である。
【図５】同上に用いる変換テーブルの設定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
図１に示すように、画像処理装置１には撮像装置２が接続される。撮像装置２は、ＣＣＤイメージセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサからなる撮像素子（図示せず）を内蔵し、レンズを備える受光光学系（図示せず）を通して所望の空間領域を撮像する。また、撮像装置２は、画像処理装置１からの指示を受けて、電子式シャッタのシャッタ速度を調節することにより感度を調節する。撮像装置２は、撮像素子の出力を増幅する増幅器（図示せず）を内蔵し、画像処理装置１からは増幅器の増幅度を指示することが可能になっている。撮像装置２としては、絞り（アイリス）を備える構成を採用してもよく、絞りを備える撮像装置２では、画像処理装置１からの指示を受けて、絞りの開口径を変化させることにより感度を調節する。
【００２２】
本実施形態では、説明を簡単にするために、撮像装置２がモノクロ画像（濃淡画像）を出力する場合を想定する。撮像装置１から出力される画像信号の形式にはとくに制限はないが、ここでは１０ビットのデジタル値で表されているものとする。なお、以下に説明する技術は、カラー画像あるいは距離画像など、モノクロ画像ではない画像にも適用することが可能である。カラー画像を用いる場合、撮像装置２からは画素値が三刺激値（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））の濃淡値で表した画像信号が出力される。濃淡値は、たとえば、各色１０ビットのデジタル値で表される。
【００２３】
一方、画像処理装置１は、撮像装置２から出力された画像信号を画像処理に適した信号に変換する前置処理手段１０と、前置処理手段１０による変換後の画像を用いて撮像装置２により撮像した空間領域の特徴を抽出する主処理手段２０とを備える。ここでは、撮像装置２により対象物を含む空間領域を撮像し、対象物の外観検査を行うために特徴抽出を行う場合を想定する。なお、外観検査のための特徴抽出を行う画像処理技術は種々提案されており、また要旨ではないので説明を省略する。
【００２４】
画像処理装置１にはモニタ装置３および操作装置４が接続される。モニタ装置３の画面には前置処理手段１０から出力された画像が、画像表示手段３０を通して表示される。また、操作装置４は、数個の押釦スイッチを備える簡単な構成であって、モニタ装置３に表示する画面を選択する操作、モニタ装置３に表示された選択肢を選択する操作などの簡単な操作が可能になっている。すなわち、操作装置４はモニタ装置３を用いて対話的な入力が可能になっている。また、画像処理装置１には、パーソナルコンピュータのような外部装置５を接続することが可能であって、外部装置５を用いることにより、画像に対する処理の手順および内容（パラメータ）の設定が可能になっている。
【００２５】
前置処理手段１０は、撮像装置２から出力された画像信号を主処理手段２０で扱う画像に変換する変換処理手段１１を備える。たとえば、変換処理手段１１では、撮像装置２から出力された１０ビットの画像信号を主処理手段２０が扱う８ビットの画像に対応付ける変換テーブル１２を参照し、画像信号の階調数を１０ビットから８ビットに変換する。
【００２６】
なお、撮像装置２から出力される画像信号を１０ビットで表し、主処理手段２０が扱う画像を８ビットで表すことは一例であって限定をする主旨ではない。ただし、前置処理手段１０から出力される変換後の画像の階調数は、撮像装置２から出力される画像の階調数と同じとするか、または小さくする必要がある。
【００２７】
画像処理装置１は、主処理手段２０による画像処理を行う運転モードと、変換テーブル１２の内容を調節する校正モードとを切り替えることができる。校正モードと運転モードとの切替は、操作装置４を操作するか、画像処理装置１に接続されるパーソナルコンピュータのような外部装置５から指示することにより行う。あるいは、校正モードと運転モードとを切り替えるためのスイッチを画像処理装置１に設けてもよい。校正モードでは、変換テーブル１２において、撮像装置２から出力される画像信号のビット値に対して、主処理手段２０で扱う信号のビット値を割り当てる。
【００２８】
ここに、変換テーブル１２としては、運転モードにおいて停電などが生じてもデータが消失することのないように不揮発性メモリを用いることが望ましい。また、校正モードでは、変換テーブル１２の内容を変更するから、作業用メモリとして揮発性メモリを用いることにより内容の変更に対応しやすくするのが望ましい。すなわち、校正モードにおいて揮発性メモリを用いて変換テーブル１２の内容を作成し、校正モードから運転モードに移行する際に、揮発性メモリから不揮発性メモリにデータを転送し、不揮発性メモリを変換テーブル１２として用いるのが望ましい。
【００２９】
上述したように、変換テーブル１２は、撮像装置２が撮像した空間領域のうち特徴抽出の対象となる領域（以下、「着目領域」という）の画素値が、主処理手段２０での特徴抽出が可能な画素値となるように画素値の変換を行う目的で設けられている。したがって、変換テーブル１２によって、撮像装置２が出力する画素値の範囲を、主処理手段２０が扱う画素値の範囲に対応付けることができれば、撮像装置２のダイナミックレンジを有効利用して主処理手段２０での特徴抽出の精度を高めることが可能になる。
【００３０】
着目領域は、画像処理装置１に設けた範囲指定手段４０により指定する。着目領域としては、画像内の一部を指定するほか、画像全体を着目領域とすることも可能である。範囲指定手段４０による着目領域の指定は、モニタ装置３に表示された画像に合わせて操作装置４または外部装置５を操作することにより対話的に行う。個々の画像については、個別に指定する必要はなく、着目領域を一旦指定した後には、次に変更されるまで同じ着目領域が使用される。
【００３１】
以下では、変換テーブル１２の作成手順を説明する。変換テーブル１２は、撮像装置２が撮像した画像の画素値の範囲に合わせて画像処理装置１の内部処理の画素値の範囲を調節するために設けている。そのため、変換テーブル１２を作成するには、撮像装置２が撮像した画像に関する画素値の範囲を決定する必要がある。画像内の画素値の範囲は、着目領域の画素値の範囲とする技術と、着目領域とは別に画像内の特定部位の画素値に基づいて設定する技術とが考えられる。
【００３２】
着目領域の画素値の範囲を用いる場合には、範囲指定手段４０に設けた領域指定手段４１により着目領域を指定する。また、範囲指定手段４０には、領域指定手段４１に指定された着目領域に関して画素値の上限値（最大値）と下限値（最小値）とを求めるレンジ算出手段４２が設けらている。着目領域の画素値の上限値と下限値とは、画像処理装置１に設けたテーブル生成手段５０に与えられる。
【００３３】
テーブル生成手段５０は、着目領域の画素値の上限値および下限値を、主処理手段２０に入力する（つまり、前置処理手段１０から出力する）デジタル値の上限値および下限値に対応付けた変換テーブル１２を生成する。
【００３４】
すなわち、テーブル生成手段５０は、図２に示すように、着目領域の画素値の下限値を前置処理手段１０が出力するデジタル値の下限値（０）に割り当てる。また、着目領域の上限値を前置処理手段１０が出力するデジタル値の上限値（２５５）に対して一定値だけ小さい値に割り当てる。また、着目領域の画素値の上限値と下限値との間の値は、画素値の上限値と下限値とにそれぞれ割り当てたデジタル値の間のデジタル値に均等に割り当てる。ここに、着目領域の画素値の上限値を前置処理手段１０の出力値の上限値よりも一定値だけ小さいデジタル値に割り当てているのは、デジタル値に余裕を持たせることによって、飽和を防止するためである。
【００３５】
テーブル生成手段５０が生成する変換テーブル１２の一例を示す。いま、着目領域の画素値の下限値と上限値とが、それぞれ３８４と７６８であって、前置処理手段１０から８ビットのデジタル値（０〜２５５）を出力する場合を想定する。また、着目領域の画素値の上限値（７６８）には、デジタル値として２２３を割り当てる。つまり、飽和を防止するための余裕を持たせる一定値を３２に設定している。
【００３６】
この場合、変換テーブル１２のデータは、（デジタル値，画素値）の対であって、画素値には３８３以下がないから、（０，０）（０，１）…（０，３８２）（０，３８３）（０，３８４）とする。また、画素値の最大値は７６８であり、この画素値にはデジタル値の２２３を対応付けるから、変換テーブル１２には（２２３，７６８）というデータが書き込まれる。さらに、０から２２３のデジタル値には、３８４から７６８の画素値がほぼ均等に割り当てられる。この例の場合、デジタル値は２２４個であり、画素値は３８５個であるから、異なる画素値に同じデジタル値が対応付けられる場合があるが、ほぼ線形関係で画素値とデジタル値とを対応付けることができる。
【００３７】
すなわち、テーブル生成手段５０は、範囲指定手段４０により指定された画素値の上限値（たとえば、７６８）と下限値（たとえば、３８４）とを前置処理手段１０から出力するデジタル値における規定範囲の上限値（たとえば、２２３）と下限値（たとえば、０）とに対応付けた変換テーブル１２を生成する。この動作では、画素値が取り得る範囲の値にのみデジタル値を対応付けているから、デジタル値毎の画素値の刻み幅を小さくなり高分解能になる。
【００３８】
上述の例では、画素値をデジタル値に変換する際に情報量が減少し情報が圧縮されているが、画素値の範囲がデジタル値の範囲よりも狭い場合には情報が伸長される。情報を伸長する場合には、各画素ごとに周辺画素（たとえば、３×３画素）の画素値の平均値を求め、当該平均値にデジタル値を対応付けてもよい。
【００３９】
また、画素値の度数を求め、画素値の上限側と下限側との少なくとも一方において、度数が規定値以下である画素値は削除し、残りの画素値に対してデジタル値を対応付けてもよい。すなわち、度数が規定値以下である画素値を雑音成分であると判断し、画像処理の対象外とすれば、主処理手段２０における特徴抽出の処理における処理負荷の低減につながる。
【００４０】
上述の動作例では、着目領域における画素値の上限値および下限値を、前置処理手段１０から出力されるデジタル値の上限値および下限値に対応付けることにより、特徴抽出には不要な画素を処理対象外としている。ここで、撮像装置２から出力される画素値の上限値と下限値との間の段階数に対して、主処理手段２０が扱うデジタル値の最大値と最小値との間の段階数のほうが小さいとする。このような場合でも、着目領域の画素値に制限してデジタル値を対応付けていることにより、情報量の低下を抑制することができる。
【００４１】
ところで、範囲指定手段４０に設けた領域指定手段４１により着目領域を指定すると、着目領域に含まれる画素について画素値の上限値および下限値が求められるが、着目領域とは関係なく画素値の上限値および下限値の設定が必要になる場合もある。このような場合に対応するために、範囲指定手段４０には、モニタ装置３に表示されている画像内において、画素値の上限値を規定する所望の領域と、画素値の下限値を規定する所望の領域との２領域を指定する上下限指定手段４３が設けられる。上下限指定手段４３は、モニタ装置３の画面の表示内容を用いて操作装置４を操作することにより、領域を対話的に指定する。
【００４２】
上下限指定手段４３では、図３に示すように、モニタ装置３の画面に表示された画像内において、明度の高い領域Ｄ１と明度の低い領域Ｄ２とをそれぞれ単純な図形で囲むことができる。ここに、単純な図形としては矩形のほか、円形などを採用することができる。また、範囲指定手段４０は、上下限指定手段４３により指定した各領域Ｄ１，Ｄ２の画素値の代表値を求め、両者をそれぞれ画像に関する画素値の上限値および下限値に用いるレンジ決定手段４４を備える。レンジ決定手段４４が用いる代表値としては、平均値、中央値、最頻値、最大値、最小値などから選択して採用することができる。
【００４３】
このように、モニタ装置３に表示された画像から上下限指定手段４３を用いて２領域を指定し、指定した領域の画素値を用いて上限値および下限値を決めることにより、利用者が画素値の上限値および下限値を適宜に設定することが可能になる。
【００４４】
さらに、範囲指定手段４０には、撮像装置２により撮像した画像から画素値の度数分布を求める度数算出手段４５が設けられる。度数算出手段４５により求めた度数は、撮像装置２により撮像した画像の全体から求めるほか、領域指定手段４１で指定した着目領域の範囲で求めることも可能である。どちらの度数を求めるかは利用者が選択する。
【００４５】
度数算出手段４５により画素値の度数分布を求めると、上限側と下限側とにおいて度数が規定の閾値以下になる画素値が生じると考えられる。閾値は、上限側と下限側とにおいて等しく設定すればよいが、異なる閾値を設定してもよい。画像内において画素値の上限側と下限側とにおいて画素値が閾値以下になる画素は雑音であると推定することができるから、自動設定手段４６では、閾値以下の画素を雑音と推定して除去し、残った画素の上限値および下限値を、主処理手段２０に与える画素値の上限値と下限値として採用する。すなわち、自動設定手段４６では、閾値を設定しておくことにより、画素値の上限値および下限値を自動的に設定する。
【００４６】
上述のように、範囲指定手段４０では、領域指定手段４１とレンジ算出手段４２とを用いる動作、上下限指定手段４３とレンジ決定手段４４とを用いる動作、領域指定手段４１と度数算出手段４５と自動設定手段４６とを用いる動作を可能にしている。これらの３動作は、目的に応じて利用者が操作装置４を用いて適宜に選択する。また、３動作を選択可能にすることは必須ではなく、２動作のみを選択可能としたり、単独の動作のみを可能としたりすることも可能である。
【００４７】
上述の構成例では、画素値が明度である場合について説明したが、画素値として距離値を用いることも可能であり、また、彩度を画素値に用いてもよい。また、カラー画像を扱う場合には、前置処理手段１０において、色空間における所望範囲の色を抽出するフィルタの機能を持たせることが望ましい。カラー画像に対しては、三刺激値の各色ごとにモノクロ画像に対する処理と同様の処理を行えばよい。
【００４８】
（実施形態２）
実施形態１では、前置処理手段１０から出力される画素値と、主処理手段２０で扱うデジタル値とを線形関係に対応付けるにあたり、３８４〜７６８の画素値に０〜２２３のデジタル値を割り当てる場合を例として示した。この例では、画素値の上限値と下限値との間の値をデジタル値に割り当てることによって、高分解能が得られている。
【００４９】
ただし、変換テーブル１２による対応付けであるから、撮像装置２から出力される画像において情報が失われているときには調節することができない。とくに、撮像装置２の視野内に光反射を生じる物体が存在する場合には、撮像装置２での受光強度が大きくなり、画素値の上限側において飽和を生じる可能性が高くなる。このような場合に、偏光フィルタを用いて反射を抑制することが考えられるが、反射光に応じて偏光フィルタを調節する必要があるから、調節作業に手間がかかるという問題がある。
【００５０】
以下の動作では、画像処理装置１から撮像装置２に対して、撮像装置２のカメラゲインの調節およびオフセットの設定を行う命令を与えることにより、撮像装置２から出力される画像について画素値の上限値と下限値とを調節する技術について説明する。
【００５１】
ただし、以下に説明する動作においても、実施形態１で説明した変換テーブル１２を併用することが可能である。カメラゲインの調節に際しては、撮像装置２に設けた撮像素子の出力を増幅する増幅器の増幅度を調節する動作のほか、撮像装置２に絞りがあれば絞りの調節を含み、また撮像装置２のシャッタ速度が調節可能であればシャッタ速度の調節を含む。シャッタ速度の調節には、機械式シャッタよりも電子式シャッタを用いるほうが望ましい。
【００５２】
本実施形態では、図３に示すように、デジタル値に対応した画像が表示されるモニタ装置３の画面内において、光反射などによって輝度が高くなっている第１の領域Ｄ１と、輝度は低いが細部の表示が要求される第２の領域Ｄ２とを指定する。第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２との指定は、実施形態１において説明した上下限指定手段４３による領域Ｄ１，Ｄ２の指定と同様である。
【００５３】
いま、前置処理手段１０に入力される画素値と、前置処理手段１０から出力されるデジタル値とが、図４（ａ）の関係である場合を想定する。第１の領域Ｄ１からはデジタル値が最大値（２５５）を超える画素値を求めることができる。つまり、図４（ａ）の画素値Ｖ１を求めることができる。一方、第２の領域Ｄ２からはデジタル値を０（つまり、画像内で黒）にしたくない画素値の下限を求めることができる。
【００５４】
図４（ａ）の例では、画素値の下限値においてデジタル値は０ではない正の値を有し、画素値の上限値はデジタル値の上限値を上回っている。この関係では、上限側の画素値に異なるデジタル値を割り当てることができないから、画素値が上限側である領域については、デジタル値によって細部を表すことができない。
【００５５】
そのため、まず図４（ｂ）に示すように、カメラゲインを規定値だけ低減させ画素値に対するデジタル値の傾きを小さくする。すなわち、デジタル値毎の画素値の刻み幅を大きくする。カメラゲインを低減させる規定値は、比較的小さい値に設定されており、たとえば、規定値だけカメラゲインを低減させたときに、デジタル値が５〜１０程度変化するように設定される。ここで、カメラゲインを低減させると、撮像装置２から出力される画素値が小さくなり、画素値の上限側だけではなく下限側においても割り当てられるデジタル値が小さくなる。
【００５６】
そこで、画素値の下限側において、細部が分離できなくなるのを防止するために、図４（ｃ）のように、撮像装置２から出力される画素値に規定のオフセットを与えることにより、画素値の下限値に対応付けるデジタル値が０ではない正の値になるようにする。
【００５７】
上述の処理によって、画素値の最大値に対するデジタル値が依然としてデジタル値の上限値を超える場合には、カメラゲインを規定値だけ低減させ、画素値にオフセットを与える処理を繰り返す。このような処理を繰り返すことにより、図４（ｄ）に示すように、撮像装置２から出力される画素値の最大値とデジタル値の最大値とをほぼ一致させることが可能になる。上述した処理は、前置処理手段１０に設けたカメラ制御手段１３が行う。
【００５８】
なお、カラー画像を対象にする場合には、ＲＧＢの各成分の比率を変えないようにカメラゲインを調節する必要がある。また、上述の動作では指定した領域Ｄ１，Ｄ２に対応する画素値を用いてカメラゲインの調節およびオフセットの設定を行っているが、領域Ｄ１，Ｄ２を指定せずに、画像全体の画素値に基づいて上述の処理を行うことも可能である。
【００５９】
ところで、画像全体について画素値とデジタル値とを対応付ける場合には対象物に対するダイナミックレンジが低下する可能性がある。これは、指定した領域Ｄ１，Ｄ２に基づいて画素値とデジタル値とを対応付けた場合も同様である。
【００６０】
そこで、実施形態１と同様にして、変換テーブル１２を用いることにより、対象物の範囲の画素値にのみデジタル値を対応付ける。たとえば、図５の関係を有した変換テーブル１２を作成し、対象物の領域の画素値よりも小さい画素値には、デジタル値の０を対応付けるようにすれば、対象物に関してダイナミックレンジを大きくとることができ、対象物の特徴抽出を精度よく行うことが可能になる。この変換テーブル１２は、実施形態１と同様に、テーブル生成手段５０が生成する。すなわち、図５の関係を有した変換テーブル１２は、実施形態１と同様の処理で生成される。
【００６１】
また、このような変換テーブル１２を用いることにより、撮像装置２において生じるノイズ成分を除去することになり、主処理手段２０ではノイズの影響を除去して特徴抽出が行えることになる。たとえば、撮像装置２の出力に暗電流の成分が含まれていると、撮像装置２に光が入射しない状態でも画素値が０にならない場合がある。
【００６２】
このような場合に、画素値の下限側において、暗電流の成分に所定の余裕分を加えた程度の画素値に対応付けるデジタル値を０にしておくことにより、暗電流の成分にデジタル値が対応付けられることを防止できる。つまり、主処理手段２０での特徴抽出の処理において暗電流の成分が混入することがなく、精度よく特徴抽出を行うことが可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 画像処理装置
２ 撮像装置
３ モニタ装置
４ 操作装置
１０ 前置処理手段
１１ 変換処理手段
１２ 変換テーブル
１３ カメラ制御手段
２０ 主処理手段
３０ 画像表示手段
４０ 範囲指定手段
４１ 領域指定手段
４２ レンジ算出手段
４３ 上下限指定手段
４４ レンジ決定手段
４５ 度数算出手段
４６ 自動設定手段
５０ テーブル生成手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置により撮像した空間領域の画像から特徴抽出を行う画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外観検査や空間監視などの目的において、撮像装置により撮像した空間領域の画像に対してデジタル信号処理による画像処理を行い、空間領域に関する特徴を抽出する技術が種々提案されている。撮像装置により撮像した画像の画像処理は、プログラムに従ってデジタル信号処理を行うプロセッサを備えた画像処理装置により行われる。
【０００３】
ところで、撮像装置が撮像した画像に含まれる画素ごとの画素値の最大値と最小値との差は、撮像装置により撮像した空間領域の状況に応じて変化する。空間領域からの受光強度が撮像装置のダイナミックレンジの範囲内であれば、撮像装置が撮像した画像内に空間領域の細部の情報が含まれるが、受光強度がダイナミックレンジの範囲を逸脱していると空間領域の細部の情報が失われることになる。
【０００４】
たとえば、モノクロの濃淡画像であれば、撮像装置による受光強度の大きい領域では飽和して白色（いわゆる、白とび）になり、受光強度の小さい領域は感度不足により黒色（いわゆる、黒つぶれ）になる可能性がある。このような事象が生じている領域では、空間領域の情報が失われるから、画像において特徴抽出を行う領域に、このような事象が生じていると特徴抽出が行えなくなるという問題が生じる。
【０００５】
この種の問題を解決する基本的な技術としては、絞りを用いて撮像装置の受光強度を調節する技術、シャッタ（機械式、電子式）を用いて撮像装置の受光光量を調節する技術、撮像装置の出力に対する増幅度を調節する技術がある（たとえば、特許文献１参照）。増幅度の調節は、撮像装置に設けた撮像素子での飽和や感度不足が生じていない範囲で有効である。また、撮像装置により撮像する空間領域の全体で受光強度が高い場合には飽和を抑制するためにニュートラルフィルタ（ＮＤフィルタ）を用いて減光する場合もある。
【０００６】
上述した技術を採用すれば、撮像装置の受光強度に対する撮像装置の出力側でのダイナミックレンジを調節し、画像全体について出力を調節することが可能である。すなわち、受光強度（受光光量）をｘとし出力をｙとすると、飽和などがなく出力が受光強度（受光光量）に対して単調に変化する領域では、ｙ＝Ａ・ｆ（ｘ）＋Ｂと表すことができる。関数ｆ（ｘ）による変換は、撮像装置に用いる撮像素子における光電変換に対応する。また、Ａ、Ｂは上述した技術を用いて調節される値である。ここで、上述した技術を用いると、Ａ、Ｂの両値が連動して変化する。すなわち、感度を調節すると、受光強度（受光光量）の下限と上限との両方が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６５１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、画像処理装置では画像を扱うビット数に制限がある。たとえば、モノクロ画像では階調数を８ビット（２５６段階）に設定されている場合があり、カラー画像であればＲＧＢの１色ごとに階調数が８ビット（２５６段階）に設定されていることがある。ここで、８ビットという数値は例示であって、１２ビットや１６ビットなどに設定することも可能である。ただし、物品検査や空間監視などの目的では、一般に８ビット程度の階調数があれば十分である。画像処理装置としては不必要に階調数を増加させるとコスト増につながるから、多くの場合、階調数として８ビットが採用されている。
【０００９】
上述のように、画像処理装置が扱うデジタル値のビット数には制限があるから、撮像装置において上述の技術を用いて感度を調節した場合に、特徴抽出に用いるデジタル値の上限側や下限側において細部の情報が失われる場合がある。たとえば、撮像装置から出力された画像のダイナミックレンジが、画像処理装置のダイナミックレンジよりも大きいときには、ダイナミックレンジの不足によって飽和などが生じ、デジタル値では撮像装置の出力の変化を反映できなくなる場合がある。このような場合には、画像処理装置における特徴抽出の精度が低下する可能性がある。
【００１０】
さらに、外観検査や空間監視などの目的で使用する画像は、特徴抽出が可能な画像であればよく、画像内において特徴抽出の対象となる領域について、明度の大小関係や色相・彩度の相対的関係が維持されていればよいと考えられる。言い換えると、撮像装置により撮像した空間領域の全体が特徴抽出の対象となる場合を除けば、通常は、画像内の一部領域について出力を調節することができればよい。しかしながら、上述した技術は、画像の全体の感度を調節するものであるから、特徴抽出に必要な範囲のみの感度の調節はできない。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、撮像装置により撮像した画像内で特徴抽出に用いる領域に含まれる画素値の全範囲において、各画素値の変化をデジタル値に反映させることを可能にし、結果的に特徴抽出を精度よく行うことを可能にした画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、撮像装置により撮像した画像内の画素の画素値を変換テーブルに従って規定範囲のデジタル値に変換した画像を出力する前置処理手段と、前置処理手段から出力された画像を用いて撮像装置により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う主処理手段と、前置処理手段から出力された画像をモニタ装置の画面に表示させる画像表示手段と、モニタ装置の画面に表示される画像のうち少なくとも主処理手段が特徴抽出に用いる領域について画素値の範囲を指定する範囲指定手段と、範囲指定手段により指定された画素値の範囲の上限値と下限値とを前置処理手段から出力するデジタル値の規定範囲に対応付けた変換テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
前置処理手段から出力される変換後の画像の階調数は、撮像装置から出力される画像の階調数よりも小さくてもよい。
【００１４】
範囲指定手段は、モニタ装置に表示されている画像内において２領域を指定し、テーブル生成手段は、範囲指定手段により指定された２領域の各画素値を画素値の範囲の上限値および下限値としてデジタル値を対応付けるのが望ましい。
【００１５】
範囲指定手段は、撮像装置により撮像した画像から画素値の度数分布を求め、画素値の上限側と下限側とにおいて度数が規定の閾値以下である画素値を除いて画素値の上限値と下限値とを自動的に決定してもよい。
【００１６】
前置処理手段は、撮像装置のカメラゲインの調節および撮像装置から出力される画素値のオフセットの設定を行うカメラ制御手段を備え、カメラ制御手段は、撮像装置から出力された画像内において、範囲指定手段により指定された範囲の画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値を超えているときにカメラゲインを規定値だけ低減させた後にオフセットを設定する処理を、画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値以下になるまで繰り返すことが望ましい。
【００１７】
画素値は明度であることが望ましい。
【００１８】
撮像装置がカラー画像を出力する場合は、テーブル生成手段は、色相および彩度を変化させることなく明度の上限値と下限値とをデジタル値に対応付けることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、撮像装置により撮像した画像内で特徴抽出に用いる領域に含まれる画素値の全範囲において、各画素値の変化をデジタル値に反映させるように画素値とデジタル値とを対応付けることが可能になり、そのデジタル値を用いた主処理手段での特徴抽出を精度よく行うことが可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上に用いる変換テーブルの設定例を示す図である。
【図３】同上に用いる上下限指定手段の使用例を示す図である。
【図４】実施形態２におけるカメラ制御手段の動作説明図である。
【図５】同上に用いる変換テーブルの設定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
図１に示すように、画像処理装置１には撮像装置２が接続される。撮像装置２は、ＣＣＤイメージセンサあるいはＣＭＯＳイメージセンサからなる撮像素子（図示せず）を内蔵し、レンズを備える受光光学系（図示せず）を通して所望の空間領域を撮像する。また、撮像装置２は、画像処理装置１からの指示を受けて、電子式シャッタのシャッタ速度を調節することにより感度を調節する。撮像装置２は、撮像素子の出力を増幅する増幅器（図示せず）を内蔵し、画像処理装置１からは増幅器の増幅度を指示することが可能になっている。撮像装置２としては、絞り（アイリス）を備える構成を採用してもよく、絞りを備える撮像装置２では、画像処理装置１からの指示を受けて、絞りの開口径を変化させることにより感度を調節する。
【００２２】
本実施形態では、説明を簡単にするために、撮像装置２がモノクロ画像（濃淡画像）を出力する場合を想定する。撮像装置１から出力される画像信号の形式にはとくに制限はないが、ここでは１０ビットのデジタル値で表されているものとする。なお、以下に説明する技術は、カラー画像あるいは距離画像など、モノクロ画像ではない画像にも適用することが可能である。カラー画像を用いる場合、撮像装置２からは画素値が三刺激値（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））の濃淡値で表した画像信号が出力される。濃淡値は、たとえば、各色１０ビットのデジタル値で表される。
【００２３】
一方、画像処理装置１は、撮像装置２から出力された画像信号を画像処理に適した信号に変換する前置処理手段１０と、前置処理手段１０による変換後の画像を用いて撮像装置２により撮像した空間領域の特徴を抽出する主処理手段２０とを備える。ここでは、撮像装置２により対象物を含む空間領域を撮像し、対象物の外観検査を行うために特徴抽出を行う場合を想定する。なお、外観検査のための特徴抽出を行う画像処理技術は種々提案されており、また要旨ではないので説明を省略する。
【００２４】
画像処理装置１にはモニタ装置３および操作装置４が接続される。モニタ装置３の画面には前置処理手段１０から出力された画像が、画像表示手段３０を通して表示される。また、操作装置４は、数個の押釦スイッチを備える簡単な構成であって、モニタ装置３に表示する画面を選択する操作、モニタ装置３に表示された選択肢を選択する操作などの簡単な操作が可能になっている。すなわち、操作装置４はモニタ装置３を用いて対話的な入力が可能になっている。また、画像処理装置１には、パーソナルコンピュータのような外部装置５を接続することが可能であって、外部装置５を用いることにより、画像に対する処理の手順および内容（パラメータ）の設定が可能になっている。
【００２５】
前置処理手段１０は、撮像装置２から出力された画像信号を主処理手段２０で扱う画像に変換する変換処理手段１１を備える。たとえば、変換処理手段１１では、撮像装置２から出力された１０ビットの画像信号を主処理手段２０が扱う８ビットの画像に対応付ける変換テーブル１２を参照し、画像信号の階調数を１０ビットから８ビットに変換する。
【００２６】
なお、撮像装置２から出力される画像信号を１０ビットで表し、主処理手段２０が扱う画像を８ビットで表すことは一例であって限定をする主旨ではない。ただし、前置処理手段１０から出力される変換後の画像の階調数は、撮像装置２から出力される画像の階調数と同じとするか、または小さくする必要がある。
【００２７】
画像処理装置１は、主処理手段２０による画像処理を行う運転モードと、変換テーブル１２の内容を調節する校正モードとを切り替えることができる。校正モードと運転モードとの切替は、操作装置４を操作するか、画像処理装置１に接続されるパーソナルコンピュータのような外部装置５から指示することにより行う。あるいは、校正モードと運転モードとを切り替えるためのスイッチを画像処理装置１に設けてもよい。校正モードでは、変換テーブル１２において、撮像装置２から出力される画像信号のビット値に対して、主処理手段２０で扱う信号のビット値を割り当てる。
【００２８】
ここに、変換テーブル１２としては、運転モードにおいて停電などが生じてもデータが消失することのないように不揮発性メモリを用いることが望ましい。また、校正モードでは、変換テーブル１２の内容を変更するから、作業用メモリとして揮発性メモリを用いることにより内容の変更に対応しやすくするのが望ましい。すなわち、校正モードにおいて揮発性メモリを用いて変換テーブル１２の内容を作成し、校正モードから運転モードに移行する際に、揮発性メモリから不揮発性メモリにデータを転送し、不揮発性メモリを変換テーブル１２として用いるのが望ましい。
【００２９】
上述したように、変換テーブル１２は、撮像装置２が撮像した空間領域のうち特徴抽出の対象となる領域（以下、「着目領域」という）の画素値が、主処理手段２０での特徴抽出が可能な画素値となるように画素値の変換を行う目的で設けられている。したがって、変換テーブル１２によって、撮像装置２が出力する画素値の範囲を、主処理手段２０が扱う画素値の範囲に対応付けることができれば、撮像装置２のダイナミックレンジを有効利用して主処理手段２０での特徴抽出の精度を高めることが可能になる。
【００３０】
着目領域は、画像処理装置１に設けた範囲指定手段４０により指定する。着目領域としては、画像内の一部を指定するほか、画像全体を着目領域とすることも可能である。範囲指定手段４０による着目領域の指定は、モニタ装置３に表示された画像に合わせて操作装置４または外部装置５を操作することにより対話的に行う。個々の画像については、個別に指定する必要はなく、着目領域を一旦指定した後には、次に変更されるまで同じ着目領域が使用される。
【００３１】
以下では、変換テーブル１２の作成手順を説明する。変換テーブル１２は、撮像装置２が撮像した画像の画素値の範囲に合わせて画像処理装置１の内部処理の画素値の範囲を調節するために設けている。そのため、変換テーブル１２を作成するには、撮像装置２が撮像した画像に関する画素値の範囲を決定する必要がある。画像内の画素値の範囲は、着目領域の画素値の範囲とする技術と、着目領域とは別に画像内の特定部位の画素値に基づいて設定する技術とが考えられる。
【００３２】
着目領域の画素値の範囲を用いる場合には、範囲指定手段４０に設けた領域指定手段４１により着目領域を指定する。また、範囲指定手段４０には、領域指定手段４１に指定された着目領域に関して画素値の上限値（最大値）と下限値（最小値）とを求めるレンジ算出手段４２が設けらている。着目領域の画素値の上限値と下限値とは、画像処理装置１に設けたテーブル生成手段５０に与えられる。
【００３３】
テーブル生成手段５０は、着目領域の画素値の上限値および下限値を、主処理手段２０に入力する（つまり、前置処理手段１０から出力する）デジタル値の上限値および下限値に対応付けた変換テーブル１２を生成する。
【００３４】
すなわち、テーブル生成手段５０は、図２に示すように、着目領域の画素値の下限値を前置処理手段１０が出力するデジタル値の下限値（０）に割り当てる。また、着目領域の上限値を前置処理手段１０が出力するデジタル値の上限値（２５５）に対して一定値だけ小さい値に割り当てる。また、着目領域の画素値の上限値と下限値との間の値は、画素値の上限値と下限値とにそれぞれ割り当てたデジタル値の間のデジタル値に均等に割り当てる。ここに、着目領域の画素値の上限値を前置処理手段１０の出力値の上限値よりも一定値だけ小さいデジタル値に割り当てているのは、デジタル値に余裕を持たせることによって、飽和を防止するためである。
【００３５】
テーブル生成手段５０が生成する変換テーブル１２の一例を示す。いま、着目領域の画素値の下限値と上限値とが、それぞれ３８４と７６８であって、前置処理手段１０から８ビットのデジタル値（０〜２５５）を出力する場合を想定する。また、着目領域の画素値の上限値（７６８）には、デジタル値として２２３を割り当てる。つまり、飽和を防止するための余裕を持たせる一定値を３２に設定している。
【００３６】
この場合、変換テーブル１２のデータは、（デジタル値，画素値）の対であって、画素値には３８３以下がないから、（０，０）（０，１）…（０，３８２）（０，３８３）（０，３８４）とする。また、画素値の最大値は７６８であり、この画素値にはデジタル値の２２３を対応付けるから、変換テーブル１２には（２２３，７６８）というデータが書き込まれる。さらに、０から２２３のデジタル値には、３８４から７６８の画素値がほぼ均等に割り当てられる。この例の場合、デジタル値は２２４個であり、画素値は３８５個であるから、異なる画素値に同じデジタル値が対応付けられる場合があるが、ほぼ線形関係で画素値とデジタル値とを対応付けることができる。
【００３７】
すなわち、テーブル生成手段５０は、範囲指定手段４０により指定された画素値の上限値（たとえば、７６８）と下限値（たとえば、３８４）とを前置処理手段１０から出力するデジタル値における規定範囲の上限値（たとえば、２２３）と下限値（たとえば、０）とに対応付けた変換テーブル１２を生成する。この動作では、画素値が取り得る範囲の値にのみデジタル値を対応付けているから、デジタル値毎の画素値の刻み幅を小さくなり高分解能になる。
【００３８】
上述の例では、画素値をデジタル値に変換する際に情報量が減少し情報が圧縮されているが、画素値の範囲がデジタル値の範囲よりも狭い場合には情報が伸長される。情報を伸長する場合には、各画素ごとに周辺画素（たとえば、３×３画素）の画素値の平均値を求め、当該平均値にデジタル値を対応付けてもよい。
【００３９】
また、画素値の度数を求め、画素値の上限側と下限側との少なくとも一方において、度数が規定値以下である画素値は削除し、残りの画素値に対してデジタル値を対応付けてもよい。すなわち、度数が規定値以下である画素値を雑音成分であると判断し、画像処理の対象外とすれば、主処理手段２０における特徴抽出の処理における処理負荷の低減につながる。
【００４０】
上述の動作例では、着目領域における画素値の上限値および下限値を、前置処理手段１０から出力されるデジタル値の上限値および下限値に対応付けることにより、特徴抽出には不要な画素を処理対象外としている。ここで、撮像装置２から出力される画素値の上限値と下限値との間の段階数に対して、主処理手段２０が扱うデジタル値の最大値と最小値との間の段階数のほうが小さいとする。このような場合でも、着目領域の画素値に制限してデジタル値を対応付けていることにより、情報量の低下を抑制することができる。
【００４１】
ところで、範囲指定手段４０に設けた領域指定手段４１により着目領域を指定すると、着目領域に含まれる画素について画素値の上限値および下限値が求められるが、着目領域とは関係なく画素値の上限値および下限値の設定が必要になる場合もある。このような場合に対応するために、範囲指定手段４０には、モニタ装置３に表示されている画像内において、画素値の上限値を規定する所望の領域と、画素値の下限値を規定する所望の領域との２領域を指定する上下限指定手段４３が設けられる。上下限指定手段４３は、モニタ装置３の画面の表示内容を用いて操作装置４を操作することにより、領域を対話的に指定する。
【００４２】
上下限指定手段４３では、図３に示すように、モニタ装置３の画面に表示された画像内において、明度の高い領域Ｄ１と明度の低い領域Ｄ２とをそれぞれ単純な図形で囲むことができる。ここに、単純な図形としては矩形のほか、円形などを採用することができる。また、範囲指定手段４０は、上下限指定手段４３により指定した各領域Ｄ１，Ｄ２の画素値の代表値を求め、両者をそれぞれ画像に関する画素値の上限値および下限値に用いるレンジ決定手段４４を備える。レンジ決定手段４４が用いる代表値としては、平均値、中央値、最頻値、最大値、最小値などから選択して採用することができる。
【００４３】
このように、モニタ装置３に表示された画像から上下限指定手段４３を用いて２領域を指定し、指定した領域の画素値を用いて上限値および下限値を決めることにより、利用者が画素値の上限値および下限値を適宜に設定することが可能になる。
【００４４】
さらに、範囲指定手段４０には、撮像装置２により撮像した画像から画素値の度数分布を求める度数算出手段４５が設けられる。度数算出手段４５により求めた度数は、撮像装置２により撮像した画像の全体から求めるほか、領域指定手段４１で指定した着目領域の範囲で求めることも可能である。どちらの度数を求めるかは利用者が選択する。
【００４５】
度数算出手段４５により画素値の度数分布を求めると、上限側と下限側とにおいて度数が規定の閾値以下になる画素値が生じると考えられる。閾値は、上限側と下限側とにおいて等しく設定すればよいが、異なる閾値を設定してもよい。画像内において画素値の上限側と下限側とにおいて画素値が閾値以下になる画素は雑音であると推定することができるから、自動設定手段４６では、閾値以下の画素を雑音と推定して除去し、残った画素の上限値および下限値を、主処理手段２０に与える画素値の上限値と下限値として採用する。すなわち、自動設定手段４６では、閾値を設定しておくことにより、画素値の上限値および下限値を自動的に設定する。
【００４６】
上述のように、範囲指定手段４０では、領域指定手段４１とレンジ算出手段４２とを用いる動作、上下限指定手段４３とレンジ決定手段４４とを用いる動作、領域指定手段４１と度数算出手段４５と自動設定手段４６とを用いる動作を可能にしている。これらの３動作は、目的に応じて利用者が操作装置４を用いて適宜に選択する。また、３動作を選択可能にすることは必須ではなく、２動作のみを選択可能としたり、単独の動作のみを可能としたりすることも可能である。
【００４７】
上述の構成例では、画素値が明度である場合について説明したが、画素値として距離値を用いることも可能であり、また、彩度を画素値に用いてもよい。また、カラー画像を扱う場合には、前置処理手段１０において、色空間における所望範囲の色を抽出するフィルタの機能を持たせることが望ましい。カラー画像に対しては、三刺激値の各色ごとにモノクロ画像に対する処理と同様の処理を行えばよい。
【００４８】
（実施形態２）
実施形態１では、前置処理手段１０から出力される画素値と、主処理手段２０で扱うデジタル値とを線形関係に対応付けるにあたり、３８４〜７６８の画素値に０〜２２３のデジタル値を割り当てる場合を例として示した。この例では、画素値の上限値と下限値との間の値をデジタル値に割り当てることによって、高分解能が得られている。
【００４９】
ただし、変換テーブル１２による対応付けであるから、撮像装置２から出力される画像において情報が失われているときには調節することができない。とくに、撮像装置２の視野内に光反射を生じる物体が存在する場合には、撮像装置２での受光強度が大きくなり、画素値の上限側において飽和を生じる可能性が高くなる。このような場合に、偏光フィルタを用いて反射を抑制することが考えられるが、反射光に応じて偏光フィルタを調節する必要があるから、調節作業に手間がかかるという問題がある。
【００５０】
以下の動作では、画像処理装置１から撮像装置２に対して、撮像装置２のカメラゲインの調節およびオフセットの設定を行う命令を与えることにより、撮像装置２から出力される画像について画素値の上限値と下限値とを調節する技術について説明する。
【００５１】
ただし、以下に説明する動作においても、実施形態１で説明した変換テーブル１２を併用することが可能である。カメラゲインの調節に際しては、撮像装置２に設けた撮像素子の出力を増幅する増幅器の増幅度を調節する動作のほか、撮像装置２に絞りがあれば絞りの調節を含み、また撮像装置２のシャッタ速度が調節可能であればシャッタ速度の調節を含む。シャッタ速度の調節には、機械式シャッタよりも電子式シャッタを用いるほうが望ましい。
【００５２】
本実施形態では、図３に示すように、デジタル値に対応した画像が表示されるモニタ装置３の画面内において、光反射などによって輝度が高くなっている第１の領域Ｄ１と、輝度は低いが細部の表示が要求される第２の領域Ｄ２とを指定する。第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２との指定は、実施形態１において説明した上下限指定手段４３による領域Ｄ１，Ｄ２の指定と同様である。
【００５３】
いま、前置処理手段１０に入力される画素値と、前置処理手段１０から出力されるデジタル値とが、図４（ａ）の関係である場合を想定する。第１の領域Ｄ１からはデジタル値が最大値（２５５）を超える画素値を求めることができる。つまり、図４（ａ）の画素値Ｖ１を求めることができる。一方、第２の領域Ｄ２からはデジタル値を０（つまり、画像内で黒）にしたくない画素値の下限を求めることができる。
【００５４】
図４（ａ）の例では、画素値の下限値においてデジタル値は０ではない正の値を有し、画素値の上限値はデジタル値の上限値を上回っている。この関係では、上限側の画素値に異なるデジタル値を割り当てることができないから、画素値が上限側である領域については、デジタル値によって細部を表すことができない。
【００５５】
そのため、まず図４（ｂ）に示すように、カメラゲインを規定値だけ低減させ画素値に対するデジタル値の傾きを小さくする。すなわち、デジタル値毎の画素値の刻み幅を大きくする。カメラゲインを低減させる規定値は、比較的小さい値に設定されており、たとえば、規定値だけカメラゲインを低減させたときに、デジタル値が５〜１０程度変化するように設定される。ここで、カメラゲインを低減させると、撮像装置２から出力される画素値が小さくなり、画素値の上限側だけではなく下限側においても割り当てられるデジタル値が小さくなる。
【００５６】
そこで、画素値の下限側において、細部が分離できなくなるのを防止するために、図４（ｃ）のように、撮像装置２から出力される画素値に規定のオフセットを与えることにより、画素値の下限値に対応付けるデジタル値が０ではない正の値になるようにする。
【００５７】
上述の処理によって、画素値の最大値に対するデジタル値が依然としてデジタル値の上限値を超える場合には、カメラゲインを規定値だけ低減させ、画素値にオフセットを与える処理を繰り返す。このような処理を繰り返すことにより、図４（ｄ）に示すように、撮像装置２から出力される画素値の最大値とデジタル値の最大値とをほぼ一致させることが可能になる。上述した処理は、前置処理手段１０に設けたカメラ制御手段１３が行う。
【００５８】
なお、カラー画像を対象にする場合には、ＲＧＢの各成分の比率を変えないようにカメラゲインを調節する必要がある。また、上述の動作では指定した領域Ｄ１，Ｄ２に対応する画素値を用いてカメラゲインの調節およびオフセットの設定を行っているが、領域Ｄ１，Ｄ２を指定せずに、画像全体の画素値に基づいて上述の処理を行うことも可能である。
【００５９】
ところで、画像全体について画素値とデジタル値とを対応付ける場合には対象物に対するダイナミックレンジが低下する可能性がある。これは、指定した領域Ｄ１，Ｄ２に基づいて画素値とデジタル値とを対応付けた場合も同様である。
【００６０】
そこで、実施形態１と同様にして、変換テーブル１２を用いることにより、対象物の範囲の画素値にのみデジタル値を対応付ける。たとえば、図５の関係を有した変換テーブル１２を作成し、対象物の領域の画素値よりも小さい画素値には、デジタル値の０を対応付けるようにすれば、対象物に関してダイナミックレンジを大きくとることができ、対象物の特徴抽出を精度よく行うことが可能になる。この変換テーブル１２は、実施形態１と同様に、テーブル生成手段５０が生成する。すなわち、図５の関係を有した変換テーブル１２は、実施形態１と同様の処理で生成される。
【００６１】
また、このような変換テーブル１２を用いることにより、撮像装置２において生じるノイズ成分を除去することになり、主処理手段２０ではノイズの影響を除去して特徴抽出が行えることになる。たとえば、撮像装置２の出力に暗電流の成分が含まれていると、撮像装置２に光が入射しない状態でも画素値が０にならない場合がある。
【００６２】
このような場合に、画素値の下限側において、暗電流の成分に所定の余裕分を加えた程度の画素値に対応付けるデジタル値を０にしておくことにより、暗電流の成分にデジタル値が対応付けられることを防止できる。つまり、主処理手段２０での特徴抽出の処理において暗電流の成分が混入することがなく、精度よく特徴抽出を行うことが可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 画像処理装置
２ 撮像装置
３ モニタ装置
４ 操作装置
１０ 前置処理手段
１１ 変換処理手段
１２ 変換テーブル
１３ カメラ制御手段
２０ 主処理手段
３０ 画像表示手段
４０ 範囲指定手段
４１ 領域指定手段
４２ レンジ算出手段
４３ 上下限指定手段
４４ レンジ決定手段
４５ 度数算出手段
４６ 自動設定手段
５０ テーブル生成手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置により撮像した画像内の画素の画素値を変換テーブルに従って規定範囲のデジタル値に変換した画像を出力する前置処理手段と、前記前置処理手段から出力された画像を用いて前記撮像装置により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う主処理手段と、前記前置処理手段から出力された画像をモニタ装置の画面に表示させる画像表示手段と、前記モニタ装置の画面に表示される画像のうち少なくとも前記主処理手段が特徴抽出に用いる領域について画素値の範囲を指定する範囲指定手段と、前記範囲指定手段により指定された画素値の範囲の上限値と下限値とを前記前置処理手段から出力するデジタル値の前記規定範囲に対応付けた前記変換テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記前置処理手段から出力される変換後の画像の階調数は、前記撮像装置から出力される画像の階調数よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記範囲指定手段は、前記モニタ装置に表示されている画像内において２領域を指定し、前記テーブル生成手段は、前記範囲指定手段により指定された２領域の各画素値を画素値の範囲の上限値および下限値としてデジタル値を対応付けることを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記範囲指定手段は、前記撮像装置により撮像した画像から画素値の度数分布を求め、画素値の上限側と下限側とにおいて度数が規定の閾値以下である画素値を除いて画素値の上限値と下限値とを自動的に決定することを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記前置処理手段は、前記撮像装置のカメラゲインの調節および前記撮像装置から出力される画素値のオフセットの設定を行うカメラ制御手段を備え、前記カメラ制御手段は、前記撮像装置から出力された画像内において、前記範囲指定手段により指定された範囲の画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値を超えているときにカメラゲインを規定値だけ低減させた後にオフセットを設定する処理を、画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値以下になるまで繰り返すことを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記画素値は明度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記撮像装置はカラー画像を出力し、前記テーブル生成手段は、色相および彩度を変化させることなく明度の上限値と下限値とをデジタル値に対応付けることを特徴とする請求項６記載の画像処理装置。
【請求項１】
撮像装置により撮像した画像内の画素の画素値を変換テーブルに従って規定範囲のデジタル値に変換した画像を出力する前置処理手段と、前記前置処理手段から出力された画像を用いて前記撮像装置により撮像された所定の空間領域に関する特徴抽出を行う主処理手段と、前記前置処理手段から出力された画像をモニタ装置の画面に表示させる画像表示手段と、前記モニタ装置の画面に表示される画像のうち少なくとも前記主処理手段が特徴抽出に用いる領域について画素値の範囲を指定する範囲指定手段と、前記範囲指定手段により指定された画素値の範囲の上限値と下限値とを前記前置処理手段から出力するデジタル値の前記規定範囲に対応付けた前記変換テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記前置処理手段から出力される変換後の画像の階調数は、前記撮像装置から出力される画像の階調数よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記範囲指定手段は、前記モニタ装置に表示されている画像内において２領域を指定し、前記テーブル生成手段は、前記範囲指定手段により指定された２領域の各画素値を画素値の範囲の上限値および下限値としてデジタル値を対応付けることを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記範囲指定手段は、前記撮像装置により撮像した画像から画素値の度数分布を求め、画素値の上限側と下限側とにおいて度数が規定の閾値以下である画素値を除いて画素値の上限値と下限値とを自動的に決定することを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記前置処理手段は、前記撮像装置のカメラゲインの調節および前記撮像装置から出力される画素値のオフセットの設定を行うカメラ制御手段を備え、前記カメラ制御手段は、前記撮像装置から出力された画像内において、前記範囲指定手段により指定された範囲の画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値を超えているときにカメラゲインを規定値だけ低減させた後にオフセットを設定する処理を、画素値の上限値に対応付けるデジタル値がデジタル値の上限値以下になるまで繰り返すことを特徴とする請求項１又は２記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記画素値は明度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記撮像装置はカラー画像を出力し、前記テーブル生成手段は、色相および彩度を変化させることなく明度の上限値と下限値とをデジタル値に対応付けることを特徴とする請求項６記載の画像処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２４８４１３（Ｐ２０１１−２４８４１３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７８１１（Ｐ２０１０−１１７８１１）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック電工ＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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