JP4709571B2 - Visual information processing system and visual information processing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法に係り、特に、光空間変調素子及び高速撮像素子を用いた視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法に関する。 The present invention relates to a visual information processing system and a visual information processing method thereof, and more particularly to a visual information processing system using a spatial light modulation element and a high-speed imaging element and a visual information processing method thereof.
今日、CMOS画像センサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置やカメラは、民生用、産業用を問わず多種多様な形態でその応用分野を広めつつある。 Today, imaging devices and cameras using solid-state imaging devices such as CMOS image sensors are spreading their application fields in various forms regardless of consumer use or industrial use.
特に、産業用の撮像装置の分野においては、対象物の物理的変動を画像データから抽出し、抽出した情報を各種制御システムの入力値やフィードバック値として用いるといった応用形態が普及してきている。 In particular, in the field of industrial imaging devices, application forms in which physical fluctuations of an object are extracted from image data and the extracted information is used as input values and feedback values for various control systems have become widespread.
例えば、移動物体を撮像することにより、移動物体の重心位置や移動物体の姿勢角といった物理量を抽出し、これらの物理量或いはその変化量に基づいて各種制御、例えばロボットアームの制御等を行うシステムがある。このような制御システムに用いられる撮像装置では、対象物の移動速度等にも依存するが、一般的には民生用の応用に比べるとはるかに高い解像度や高フレームレートをリアルタイムで実現することが必要となってくる。 For example, a system that extracts a physical quantity such as the position of the center of gravity of a moving object and the posture angle of the moving object by imaging a moving object, and performs various controls, for example, control of a robot arm, based on the physical quantity or a change amount thereof. is there. In an imaging device used in such a control system, although it depends on the moving speed of an object, in general, it is possible to realize a much higher resolution and a higher frame rate in real time than a consumer application. It becomes necessary.
特許文献1が開示する撮像カメラ装置は、高空間解像度と高速リアルタイム性を両立させる技術を開示している。図15は、特許文献1が開示する撮像カメラ装置200の構成を示すものであり、高空間解像度を有するイメージャ(固体撮像素子)20と、演算部30と、座標変換部40とを備えている。
The imaging camera device disclosed in
演算部30には、イメージャ20の全画像(M×N)の中から、座標変換部40で指定された部分画像(m×n)の画像データ(現在のフレームタイムの画像データ)が切り出されて入力される。演算部30では、部分画像のデータから画像特徴量ξを抽出する演算を行う。画像特徴量ξとは、例えば、部分画像データに含まれる対象物の大きさ、位置、姿勢角等、或いはこれらの変化量等である。座標変換部40では、抽出された画像特徴量ξに基づいて、次のフレームタイムに切り出すべき部分画像の座標(m’×n’)を計算する。例えば、対象物が平行移動や回転移動している場合には、前フレームの部分画像の座標(m×n)に対してアフィン変換等によって平行移動や回転移動をさせる座標変換を施し、次フレームの部分画像の座標(m’×n’)を算出する。
Image data (image data at the current frame time) of the partial image (m × n) specified by the
算出された次フレームの座標(m’×n’)をイメージャの全画像の中から順次読み出して新たな部分画像(m’×n’)の画像データを演算部30に入力する。
The calculated coordinates (m ′ × n ′) of the next frame are sequentially read from all the images of the imager, and image data of a new partial image (m ′ × n ′) is input to the
特許文献1が開示する撮像カメラ装置200では、演算部30で算出された画像特徴量ξをフィードバックすることにより、イメージャの全画像データを読み出すのではなく、必要な部分的な画像を読み出すことが可能となり、高空間解像度を維持しつつ高速リアルタイム性を実現することができる。
In the imaging camera device 200 disclosed in
他方、今日、撮像対象物を2次元画像としてだけでなく3次元画像として撮像する技術も開発されつつある。例えば、非特許文献1には、三角測量原理に基づいた3次元画像の生成方法が開示されている。
ところで、近時、光空間変調素子と呼ばれるデバイスが開発、実用化されプロジェクタ装置等に多く用いられるようになってきている。光空間変調素子には、液晶ライトバルブ等の透過型のものと、DMD(Digital Micro-mirror Device)と呼ばれる反射型のものがある。 By the way, recently, a device called a light spatial modulation element has been developed and put into practical use, and has been widely used in projector apparatuses and the like. There are two types of spatial light modulators: a transmissive type such as a liquid crystal light valve, and a reflective type called DMD (Digital Micro-mirror Device).
透過型の光空間変調素子を用いたプロジェクタ装置では、画像信号を液晶ライトバルブに印加し、光源からの光を液晶ライトバルブに透過させて前方のスクリーン等に画像を投影する。 In a projector apparatus using a transmissive light spatial modulation element, an image signal is applied to a liquid crystal light valve, and light from a light source is transmitted through the liquid crystal light valve to project an image on a front screen or the like.
一方、反射型の空間変調素子を用いたプロジェクタ装置は、光源からの光をDMDに反射させた後、前方のスクリーン等に画像を投影するものである。DMDには多数の微小なミラーが画素数に対応する数だけ配置されており、ミラーの角度を画素毎に変えることによりスクリーンに投影する光の量を画素毎にオン・オフさせ2次元画像を形成するものである。ミラーの角度の変化はオン・オフ信号によって2値的に変化するが、パルス幅変調によってオン・オフの周期を設定することにより人間の眼に対しては連続的な光の強度を表現することができる。また、画素毎、フレーム毎にパルス幅変調のデューティ比を変化させることにより、空間的にも時間的にも連続な動画像を形成することができる。 On the other hand, a projector apparatus using a reflective spatial modulation element projects an image on a front screen or the like after reflecting light from a light source to a DMD. The DMD has a large number of minute mirrors corresponding to the number of pixels. By changing the angle of the mirror for each pixel, the amount of light projected on the screen is turned on and off for each pixel, and a two-dimensional image is displayed. To form. Although the change in the mirror angle changes in a binary manner depending on the on / off signal, the continuous light intensity is expressed for the human eye by setting the on / off period by pulse width modulation. Can do. Further, by changing the duty ratio of the pulse width modulation for each pixel and each frame, a continuous moving image can be formed both spatially and temporally.
従来、液晶ライトバルブやDMD等の光空間変調素子は、専らプロジェクタ装置に用いられることが多かった。高輝度化、高速化のシステム技術の進展に伴って、プレゼンテーション用のプロジェクタに留まらず、大型テレビとして、或いは劇場映画用のプロジェクタとして多方面に活用されるようになってきているものの、基本的にはプロジェクタ装置の画像形成素子として用いられている。 Conventionally, light spatial modulation elements such as liquid crystal light valves and DMDs are often used exclusively for projector apparatuses. With the development of high-brightness and high-speed system technology, it is not only used as a projector for presentations, but is also widely used as a projector for large-sized TVs or theater movies. Is used as an image forming element of a projector apparatus.
本発明に係る視覚情報処理システムは、これらの光空間変調素子を従来の画像形成素子として用いるものではない。 The visual information processing system according to the present invention does not use these light spatial modulation elements as conventional image forming elements.
画像形成(撮像)そのものは、CMOS画像センサ等の固体撮像素子で行う。同時に、液晶ライトバルブやDMD等の光空間変調素子を用いて、固体撮像素子に入射する対象物からの光に対して空間的、時間的な変調を施すものである。 Image formation (imaging) itself is performed by a solid-state image sensor such as a CMOS image sensor. At the same time, spatial and temporal modulation is performed on the light from the object incident on the solid-state imaging device by using an optical spatial modulation device such as a liquid crystal light valve or DMD.
本発明に係る視覚情報処理システムは、光空間変調素子と固体撮像素子とを組み合わせることによって、従来では得られることのなかった新たな視覚情報処理を実現することを目的とする。 An object of the visual information processing system according to the present invention is to realize new visual information processing that has not been obtained in the past by combining a light spatial modulation element and a solid-state imaging element.
特に、特許文献1が開示する技術のようにイメージャ(固体撮像素子)で撮像された画像データから画像特徴量を抽出し、この画像特徴量に基づいたフィードバックループ中に光空間変調素子を設けることにより、対象物の動き、変化に適応した新たな視覚情報処理を実現することを目的とする。
In particular, an image feature amount is extracted from image data picked up by an imager (solid-state image pickup device) as in the technique disclosed in
具体的には、本発明の目的のひとつは、光空間変調素子とイメージャ(固体撮像素子)とを組み合わせることによって、移動物も含めた撮像対象物の3次元画像を画像特徴量に基づいたフィードバック制御により高速にかつ高効率で生成することができる視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法を提供することにある。 Specifically, one of the objects of the present invention is to combine a spatial light modulation element and an imager (solid-state image sensor), thereby feeding back a three-dimensional image of an imaging object including a moving object based on an image feature amount. An object of the present invention is to provide a visual information processing system and a visual information processing method thereof that can be generated at high speed and with high efficiency by control.
また、本発明の他の目的は、光空間変調素子とイメージャとを組み合わせることによって、明暗の差が非常に大きく、かつその差が時間的、空間的に変化する対象物に対しても適正な明度のダイナミックレンジを確保することができる視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to combine a light spatial modulation element and an imager so that the difference between brightness and darkness is very large, and it is also suitable for an object whose difference changes temporally and spatially. An object of the present invention is to provide a visual information processing system and a visual information processing method thereof that can ensure a dynamic range of brightness.
また、本発明の他の目的は、光空間変調素子とイメージャとを組み合わせることによって、画像全体としては解像度をある程度犠牲にして高感度の画像データを提供しつつも、特定の固定或いは移動対象物については高解像度を実現することができる視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a specific fixed or moving object while providing high-sensitivity image data by sacrificing resolution to some extent as a whole image by combining a spatial light modulator and an imager. Is to provide a visual information processing system and its visual information processing method capable of realizing high resolution.
また、本発明の他の目的は、光空間変調素子とイメージャとを組み合わせることによって、所定の輝度変動を画素毎に抽出し、輝度変動スペクトラム画像を生成することができる視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a visual information processing system capable of extracting a predetermined luminance variation for each pixel and generating a luminance variation spectrum image by combining a spatial light modulator and an imager, and the visual information It is to provide an information processing method.
さらに、本発明の他の目的は、光空間変調素子とイメージャとを組み合わせることによって、画像全体、又は特定の固定若しくは移動対象物に対してエッジ強調等の空間フィルタ処理を施すことができる視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide visual information that can perform spatial filter processing such as edge enhancement on an entire image or a specific fixed or moving object by combining a spatial light modulator and an imager. To provide a processing system and a visual information processing method thereof.
また、本発明に係る視覚情報処理システムは、指定された領域の画素を複数にグループ化し、前記各グループ内の複数の画素信号をそれぞれ異なる周波数でオン・オフして撮像対象物からの入射光を反射或いは透過させて出力する光空間変調素子と、前記光空間変調素子から出力された前記撮像対象物からの入射光を、前記光空間変調素子の解像度と同じ解像度のイメージャで撮像し、前記撮像対象物の特徴量を抽出する画像特徴抽出部とを備え、前記画像特徴抽出部は、前記特徴量に基づいて領域を指定し、その領域において、前記撮像対象物の輝度変動を前記異なる周波数に対応して周波数分解し、前記異なる周波数に対応したスペクトラム画像を生成することを特徴とする。本構成による視覚情報処理システムによれば、所定の輝度変動を画素毎に抽出し、輝度変動スペクトラム画像を生成することができる。 In addition, the visual information processing system according to the present invention groups pixels in a specified area into a plurality of groups, and turns on / off the plurality of pixel signals in each group at different frequencies, thereby making incident light from an imaging target object. A spatial light modulator that reflects or transmits light, and incident light from the imaging object output from the spatial light modulator is captured by an imager having the same resolution as the spatial light modulator, An image feature extraction unit that extracts a feature amount of the imaging target, wherein the image feature extraction unit designates a region based on the feature amount, and changes luminance variation of the imaging target in the region at the different frequency. The frequency decomposition is performed in response to the above, and a spectrum image corresponding to the different frequency is generated. According to the visual information processing system of this configuration, it is possible to extract a predetermined luminance variation for each pixel and generate a luminance variation spectrum image.
また、本発明に係る視覚情報処理方法は、指定された領域の画素が複数にグループ化された光空間変調素子によって、前記グループ内の複数の画素信号をそれぞれ異なる周波数でオン・オフして撮像対象物からの入射光を反射或いは透過させて出力するステップと、前記光空間変調素子から出力された前記撮像対象物からの入射光を、前記光空間変調素子の解像度と同じ解像度のイメージャで撮像し、前記撮像対象物の特徴量を抽出するステップとを備え、前記特徴量を抽出するステップは、前記特徴量に基づいて領域を指定し、その領域において、前記撮像対象物の輝度変動を前記異なる周波数に対応して周波数分解し、前記異なる周波数に対応したスペクトラム画像を生成する処理を含むことを特徴とする。本方法による視覚情報処理方法によれば、所定の輝度変動を画素毎に抽出し、輝度変動スペクトラム画像を生成することができる。 In addition, the visual information processing method according to the present invention performs imaging by turning on and off a plurality of pixel signals in the group at different frequencies by a spatial light modulation element in which pixels in a specified region are grouped into a plurality of groups. Reflecting or transmitting incident light from the object and outputting the incident light from the imaging object output from the light spatial modulation element with an imager having the same resolution as the resolution of the light spatial modulation element And extracting the feature amount of the imaging target, wherein the step of extracting the feature amount specifies a region based on the feature amount, and the luminance variation of the imaging target is determined in the region. It includes a process of generating a spectrum image corresponding to the different frequency by performing frequency decomposition corresponding to the different frequency. According to the visual information processing method according to the present method, it is possible to extract a predetermined luminance variation for each pixel and generate a luminance variation spectrum image.
本発明に係る視覚情報処理システム及びその視覚情報処理方法によれば、光空間変調素子とイメージャとを組み合わせることによって、従来では得られることのなかった新たな視覚情報処理を実現することができ、特に、画像特徴量に基づいたフィードバックループ中に光空間変調素子を設けることにより、対象物の動き、変化に適応した新たな視覚情報処理を実現することが可能となる。 According to the visual information processing system and the visual information processing method according to the present invention, by combining the light spatial modulation element and the imager, it is possible to realize new visual information processing that has not been obtained conventionally, In particular, by providing an optical spatial modulation element in the feedback loop based on the image feature amount, it is possible to realize new visual information processing adapted to the movement and change of the object.
本発明に係る視覚情報処理システムおよび視覚情報処理方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a visual information processing system and a visual information processing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(1)第1の実施形態
図1は、本発明の第1の実施形態に係る視覚情報処理システム1のシステム構成例を示す図である。第1の実施形態に係る視覚情報処理システム1は、撮像対象物の3次元画像を高速、かつ、高効率で生成するものである。
(1) 1st Embodiment FIG. 1: is a figure which shows the system configuration example of the visual
視覚情報処理システム1は、画像特徴抽出部2と光パターン照射部3とを備えて構成されている。
The visual
このうち、画像特徴抽出部2は、図15に示した撮像カメラ装置200と同様の構成を備えるものであり、高空間解像度を有するイメージャ(固体撮像素子)20と、演算部30と、座標変換部40とを備えている。イメージャ20は、例えば所定の画素数を有するCMOS画像センサである。
Among these, the image
演算部30には、イメージャ20の全画像(M×N)の中から内、座標変換部40で指定された部分画像(m×n)の画像データ(現在のフレームタイムの画像データ)が切り出されて入力される。演算部30では、部分画像のデータから画像特徴量ξを抽出する演算を行う。画像特徴量ξとは、例えば、部分画像データに含まれる対象物の大きさ、位置、姿勢角等、或いはこれらの変化量等である。座標変換部40では、抽出された画像特徴量ξに基づいて、次のフレームタイムに切り出すべき部分画像の座標(m’×n’)を計算する。例えば、対象物が平行移動や回転移動している場合には、前フレームの部分画像の座標(m×n)に対してアフィン変換等によって平行移動や回転移動をさせる座標変換を施し、次フレームの部分画像の座標(m’×n’)を算出する。
Image data (image data at the current frame time) of the partial image (m × n) designated by the coordinate
算出された次フレームの座標(m’×n’)をイメージャの全画像の中から順次読み出して新たな部分画像(m’×n’)の画像データを演算部30に入力する。
The calculated coordinates (m ′ × n ′) of the next frame are sequentially read from all the images of the imager, and image data of a new partial image (m ′ × n ′) is input to the
特許文献1が開示する撮像カメラ装置200では、演算部30で算出された画像特徴量ξをフィードバックすることにより、イメージャの全画像データを読み出すのではなく、必要な部分的な画像を読み出すことが可能となり、高空間解像度を維持しつつ高速リアルタイム性を実現することができる。
In the imaging camera device 200 disclosed in
他方、光パターン照射部3は、光空間変調素子10と、光源12と、光パターン生成部11を備えて構成されている。
On the other hand, the light
光パターン生成部11は、画像特徴抽出部2からフィードバックされる画像特徴量ξにも基づいて、各種の光パターン信号を生成し光空間変調素子10に出力する。
The light
光空間変調素子10では、光源12から放射光を光パターン信号に基づいて変調することにより、各種の光パターンを生成する。光空間変調素子10は、大別して反射型の光空間変調素子10aと透過型の光空間変調素子10bが存在する。反射型の光空間変調素子10aとしては、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス(以下、DMDという)がある。また、透過型の光空間変調素子10bとしては、例えば、透過型液晶ライトバルブがある。
The spatial
反射型、透過型のいずれの形態の光空間変調素子10も反射面或いは透過面に多数の画素を形成しており、反射光あるいは透過光の強度を画素毎に制御することができる。また、いずれの光空間変調素子10も画素毎の光の強度制御を時間的にも高速で変化させることが可能である。この意味で、光空間変調素子10は、時空間変調素子と呼ぶこともできる。
The spatial
上記のように構成された視覚情報処理システム1の3次元画像の生成動作について説明する。
An operation of generating a three-dimensional image of the visual
図2は、視覚情報処理システム1の3次元画像生成の動作概念を説明する第1の図である。まず、光空間変調素子10によって光源12の放射光を空間的に変調し、所定の光パターンを生成し、この光パターンを、光学系を介して撮像対象物100に照射する。
FIG. 2 is a first diagram illustrating the operation concept of the three-dimensional image generation of the visual
光空間変調素子10が反射型の場合には、光空間変調素子10の前方側に光源12を配置し、透過型の場合には光空間変調素子10の後方側に光源12を配置すればよい。
When the light
図2に例示した光パターンは、複数の縦縞からなる縦縞パターンが撮像対象物100に照射されている状態を示している。
The light pattern illustrated in FIG. 2 shows a state in which the
イメージャ20には、光学系を介して、撮像対象物100からの像が入射されるが、この際撮像対象物100と光パターンとが重畳した像が入射光として入射されることになる。イメージャ20で撮像された画像データは画像特徴抽出部2の演算部30に入力される。
An image from the
演算部30では、光パターンが重畳された複数の画像データから3次元画像を生成する。この際、イメージャ20から取り出される画像データは、イメージャ20の全画素領域であってもよいし、前述したようにイメージャ20の部分領域を取り出した画像データであっても良い。部分領域の画像データを取り出す場合には、全画素領域の画像データを取り出す場合に比べてより高速(高フレームレート)の処理が可能となる。
The
演算部30では、さらに画像特徴量ξが抽出される。画像特徴量ξは、例えば、撮像対象物の位置(重心位置)、大きさ、姿勢角等である。また、これらの変化量(速度)等である。
In the
この画像特徴量ξをフィードバックし光パターンの種類や数等を適応制御することによって、従来の3次元画像の生成方法に比べて高速でかつ精度の高い3次元画像を生成することができる。 By feeding back the image feature quantity ξ and adaptively controlling the type and number of light patterns, a three-dimensional image can be generated at a higher speed and with higher accuracy than the conventional three-dimensional image generation method.
図3は、従来の3次元画像の生成方法について説明した図である。詳細については、例えば非特許文献1等に記載されているため、ここでは概略の説明に留める。
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional method for generating a three-dimensional image. The details are described in, for example,
まず、複数、図3の例ではk種k枚のそれぞれ異なる光パターン300を1組として用意し、これらの光パターンを撮像対象物100に対して順次照射する。イメージャ20では光パターンと撮像対象物が重畳された画像データがk枚取得されることになる。このk枚の画像データを処理することにより1枚の3次元画像(図示せず)が得られることになる。
First, in the example of FIG. 3, k types and k different
連続的に撮像する場合には、上記の処理を繰り返すことになる。従来の方法では、フレーム毎に同じk種k枚の光パターンを撮像対象物に照射するものとしていた。 In the case of continuous imaging, the above process is repeated. In the conventional method, the same k types and k light patterns are irradiated to the imaging target for each frame.
光パターンの種類や数は、撮像対象物の大きさや解像度(空間解像度)に依存するものである。例えば、図3で示した1組の光パターンは、2つの縦縞をもつ最も粗い間隔(これを最粗間隔という)の縞模様から、最も蜜な間隔(これを最密間隔という)の縞模様まで順次縦縞の間隔が1/2となっていくパターンで構成されている。 The types and number of light patterns depend on the size and resolution (spatial resolution) of the imaging object. For example, the set of light patterns shown in FIG. 3 is a striped pattern having the two most vertical stripes, which is the coarsest interval (this is called the coarsest interval), and the most dense interval (this is called the closest interval). In this pattern, the vertical stripes are successively halved.
この場合、最粗間隔は、撮像対象物の大きさにほぼ一致させる必要がある。一方、最密間隔は空間解像度にほぼ一致する。したがって、同じ大きさの撮像対象物を撮像する場合、高い空間解像度を得ようとすると、最密間隔の小さな光パターンが必要となり、結果的に光パターンの種類、数が増加することになる。また、同じ解像度の場合であっても、撮像対象物が大きいほど、或いは撮像対象範囲が広い程最粗間隔を大きくする必要があるため、この場合にも光パターンの種類、数が増加することになる。 In this case, the coarsest interval needs to substantially match the size of the object to be imaged. On the other hand, the closest interval substantially matches the spatial resolution. Therefore, when imaging an imaging object of the same size, if a high spatial resolution is to be obtained, a light pattern with a small close interval is required, resulting in an increase in the types and number of light patterns. Even in the case of the same resolution, the larger the imaging target or the wider the imaging target range, the larger the coarsest interval needs to be increased. In this case also, the types and number of light patterns increase. become.
従来の3次元画像の生成方法では、画一的な光パターンを生成する形態であるため、撮像対象物の情報が未知の場合や、撮像対象物が移動する等変化した場合には、最適な光パターンとすることが困難であった。 In the conventional 3D image generation method, a uniform light pattern is generated. Therefore, when the information of the imaging target is unknown, or when the imaging target is changed, it is optimal. It was difficult to obtain an optical pattern.
これに対して、本実施形態に係る視覚情報処理システム1では、図1に示したように画像特徴量ξを抽出可能に構成されているため、この画像特徴量ξをフィードバックすることにより、所定の評価関数を最適とする光パターンをアダプティブに生成する(適応制御)することが可能となる。
In contrast, the visual
図4は、本実施形態に係る視覚情報処理システム1による光パターンの生成概念を模式的に示したものである。例えば、Nフレーム目の光パターン300に基づいてイメージャ20では複数の画像データ301が生成され、これに基づいてNフレーム目の3次元画像が生成される。
FIG. 4 schematically shows the concept of light pattern generation by the visual
この3次元画像に基づいて、画像特徴抽出部2において画像特徴量ξが抽出される。この画像特徴量ξを用いて評価関数を最適化する光パターンを生成することができる。
Based on this three-dimensional image, the image feature quantity ξ is extracted by the image
例えば、評価関数として処理時間を設定し処理時間を最小とするような場合には、所定の解像度を維持する範囲で光パターンの種類、数が最小となればよい。この際、画像特徴量ξとして、撮像対象物の位置、大きさをフィードバックすることにより、光パターンの最粗間隔を広い範囲から撮像対象物の大きさの範囲にまで縮小することが可能となり、結果的に光パターンの種類、枚数が削減され処理時間が短縮されることになる。 For example, when the processing time is set as the evaluation function and the processing time is minimized, the type and number of light patterns may be minimized within a range in which a predetermined resolution is maintained. At this time, by feeding back the position and size of the imaging object as the image feature amount ξ, it becomes possible to reduce the coarsest interval of the light pattern from a wide range to the size range of the imaging object, As a result, the type and number of light patterns are reduced, and the processing time is shortened.
また、従来の3次元画像の生成方法では、光パターンの種類、数が多かったため、撮像対象物が移動した場合にはフレーム内での変化により正確な3次元画像の生成が困難であった。これに対して、本実施形態に係る視覚情報処理システム1では、上述したように光パターンの種類、数が削減され、フレームタイムが短縮化されるため、移動対象物であっても正確な3次元画像の生成、或いは3次元情報の抽出が可能となる。
Further, in the conventional three-dimensional image generation method, since there are many types and numbers of light patterns, it is difficult to generate an accurate three-dimensional image due to changes in the frame when the imaging target moves. On the other hand, in the visual
さらに、本実施形態に係る視覚情報処理システム1では、画像特徴量ξとして撮像対象物の移動の有無、移動速度等を検出することが可能であるため、動的な撮像対象物に対してより柔軟な処理が可能となる。
Furthermore, in the visual
図5は、動的な撮像対象物に対する処理の一例を示したものである。図5(a)は、画像全体に動きがない場合である。この場合には、フレーム時間が多少長くても対象物の動きによる誤差は少ないため、最密間隔を小さくした空間解像度の高い光パターンを用いることができる。 FIG. 5 shows an example of processing for a dynamic imaging object. FIG. 5A shows a case where there is no movement in the entire image. In this case, even if the frame time is somewhat long, there is little error due to the movement of the object, so that it is possible to use a light pattern with high spatial resolution in which the closest interval is reduced.
一方、図5(b)は、撮像範囲の一部に移動物400が出現してきた状況を示している。画像特徴抽出部2では移動物400の位置、大きさ、速度等を画像特徴量ξとして抽出することができる。これらの画像特徴量ξを光パターン生成部3にフィードバックすることにより、移動物400の周辺の領域(動きのある領域)401のみ異なるパターンの光パターンを生成することができる。例えば、動きのある領域の縦縞の密度をその周辺の領域よりも粗くした光パターンに変更する。
On the other hand, FIG. 5B shows a situation where the moving
変更前の光パターンでは、縦縞の間隔が移動量に比べて大きすぎるため、連続的に移動物400の3次元画像を生成することは困難であった。これに対して、変更後の光パターンでは、移動物400の周辺の領域401において縦縞の間隔を粗くすることによって、空間解像度は若干低下するものの、連続フレームでの3次元計測が可能となる。また、動きの無い周辺領域については、変更前と同様に高い空間解像度を維持することができる。
In the light pattern before the change, since the interval between the vertical stripes is too large compared to the movement amount, it is difficult to continuously generate a three-dimensional image of the moving
光空間変調素子10を用いた光パターンの生成では、2次元の画素領域上に原理的には任意の形状の光パターンを形成することができる。従って、従来のように全領域で一様な縦縞パターンだけではなく、1つ或いは複数の部分領域のパターンを周囲のパターンと異なった形態で形成することができ、この部分領域を移動対象物の移動に追尾して移動させることも可能となる。
In generation of a light pattern using the light
(2)第2の実施形態
図6は、本発明の第2ないし第5の実施形態に係る視覚情報処理システム1aないし1dにおいて共通して用いられる光空間変調素子とイメージャの関係を示した図である。第1の実施形態における光空間変調素子は、光源からの放射光を空間的に変調する形態として用いている。これに対して、第2ないし第5の実施形態における光空間変調素子は、図6に示したように、撮像対象物からの入射光を空間的に変調する形態である。この場合にも第1の実施形態と同様に、反射型と透過型の2つの形態をとり得る。図6(a)は、反射型の光空間変調素子10a、例えば、DMDを用いた形態である。また、図6(b)は、透過型の光空間変調素子10b、例えば、透過型液晶ライトバルブを用いた形態である。いずれの形態も、撮像対象物100からの入射光を光空間変調素子10a、10bで画素毎に変調(空間変調)した後、イメージャ20に出力する形態である。
(2) Second Embodiment FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an optical spatial modulation element and an imager commonly used in visual
以下の説明では、図面上は透過型の光空間変調素子を用いているが、説明の重複を避けるためであり、反射型の光空間変調素子を除外するものではない。 In the following description, a transmissive spatial light modulator is used in the drawings, but this is for avoiding duplication of description, and does not exclude a reflective spatial light modulator.
図7は、第2の実施形態に係る視覚情報処理システム1aの構成例を示した図である。第2の実施形態に係る視覚情報処理システム1aは、反射対象物100からの入射光の露光時間を画素毎に制御可能に構成されたものである。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the visual
視覚情報処理システム1aは、光空間変調素子10と、画像特徴抽出部2aと、露光時間制御部15を備えて構成されている。
The visual
光空間変調素子10は露光時間制御部15からの制御信号に基づいて、画素毎に露光時間を制御し、反射光或いは透過光を画像特徴抽出部2aのイメージャ20に出力するものである。反射型の光空間変調素子10a、例えば、DMDの場合にはオン時間、即ちマイクロミラーの反射面がイメージャ20の方向に向いている時間を画素毎に制御することにより露光時間を画素毎に制御することができる。また、透過型の光空間変調素子10bの場合には画素に印加する電圧を制御することにより透過量を画素毎に制御することにより等価的に露光時間を画素毎に制御することができる。
The spatial
画像特徴抽出部2aは、基本的構成は第1の実施形態に係る画像特徴抽出部2と同様のものである。但し、第2の実施形態では、演算部30で求める画像特徴量ξとして輝度を含んだものとしている。
The basic configuration of the image
図8は、視覚情報処理システム1aによる露光時間制御の動作概念を示した図である。イメージャ20単体では、素子精度等の問題から明るさに対するダイナミックレンジに限界があり、輝度が極めて高い対象物と輝度が非常に低い対象物とを同時に鮮明な画像で撮像することは一般に困難である。イメージャ20の画素毎に感度制御回路等を設ける形態も原理的には可能であるが、感度制御回路等の実装上の制約から画素数の低減や画素面積の低減となり、分解能や感度といった本来のイメージャの性能を犠牲にすることとなる。
FIG. 8 is a diagram showing an operation concept of exposure time control by the visual
これに対して、本実施形態に係る視覚情報処理システム1aにおいては、光空間変調素子10によって露光時間を制御し、露光時間が制御された反射光或いは透過光を従来のイメージャ20へ出力する形態である。イメージャ20で撮像された画像データの輝度を画素毎に画像特徴量ξとして抽出し、露光時間制御部15を介して光空間変調素子10にフィードバックする。イメージャ20で撮像された画像データの特定領域の輝度が高すぎる場合にはその領域の画素の露光時間を減少させ、逆に他の特定領域の輝度が低すぎる場合にはその領域の画像の露光時間を増加させる。このようにイメージャ20で観測された画像の輝度を画素単位で適応制御することにより、実質的に極めて広いダイナミックレンジを実現することが可能となる。
On the other hand, in the visual
また、本実施形態では、イメージャ20自体は従来の形態のものがそのまま使用できるため、イメージャ20が本来備える解像度や感度を犠牲にすることもない。
In this embodiment, since the
第2の実施形態に係る視覚情報処理システム1aの変形例として、空間感度の自動補正機能を備えた視覚情報処理システム1aとすることができる。
As a modification of the visual
一般に、イメージャ20は画素領域の全範囲において完全に均一な感度を有するとは限らず、空間的に感度に差がある。また、カラー撮像の場合に用いられるRGBやCMY等のカラーフィルタアレイも同様に空間的な感度(透過率)の不均一性を有している。
In general, the
本実施形態に係る視覚情報処理システム1aでは、光空間変調素子10によって画素毎の露光時間を制御することが可能であるため、イメージャ20やカラーフィルタアレイの空間的な不均一性を容易に補正することができる。
In the visual
また、第2の実施形態に係る視覚情報処理システム1aの他の変形例として、室内での撮像等の場合に生じる、照明光の位置の偏りによる輝度の不均一性を補正する形態とすることもできる。照明光に近い領域から遠い領域に向かって輝度が徐々に下がるような場合、特に2値化画像を生成する際には輝度が均一になるように補正する必要がある。本実施形態に係る視覚情報処理システム1aでは、イメージャ20の輝度情報をモニタし、光空間変調素子10の露光時間を適応制御することにより、照明光の位置によらず画素全体で均一な輝度の画像データを生成することができる。
Further, as another modification example of the visual
(3)第3の実施形態
図9は、第3の実施形態に係る視覚情報処理システム1bの構成例を示した図である。第3の実施形態に係る視覚情報処理システム1bは、イメージャ20と光空間変調素子10とを組み合わせることにより、イメージャ20の解像度の向上させる処理を行なうように構成されたものである。
(3) Third Embodiment FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a visual information processing system 1b according to a third embodiment. The visual information processing system 1b according to the third embodiment is configured to perform processing for improving the resolution of the
視覚情報処理システム1bは、光空間変調素子10と、画像特徴抽出部2bとを備えて構成されている。
The visual information processing system 1b includes a light
本実施形態に係る光空間変調素子10は、画像特徴抽出部2bの画素切換部16からの制御信号に基づいて、入射光を反射或いは透過させる画素を所定のグループ内で順次切り替えてイメージャ20へ出力するものである。
The spatial
画像特徴抽出部2bは、基本的構成は第1の実施形態に係る画像特徴抽出部2と同様のものである。但し、第3の実施形態では、演算部30で求める画像特徴量ξとして特定の撮像対象物の領域情報を含んだものとしている。
The basic configuration of the image
図10は、視覚情報処理システム1bによる高解像度処理の動作概念を示した図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an operation concept of high-resolution processing by the visual information processing system 1b.
第3の実施形態に係る視覚情報処理システム1bでは、光空間変調素子10の解像度の方がイメージャ20の解像度よりも高く構成されている。図10の例では、光空間変調素子10は16×16(256)画素、イメージャ20は4×4(16)画素であり、光空間変調素子10はイメージャ20に対して16倍の解像度を有している。
In the visual information processing system 1b according to the third embodiment, the resolution of the spatial
例えば、照明等の無い暗い場所に設置された対象物を撮像する場合等では、より感度の高いイメージャ20が求められる。一般にイメージャ20の感度を向上させるには、画素面積の増大が最も有効であり、高感度イメージャは通常のイメージャに比べて画素面積を大きくとったものが多い。このため、一般に高感度イメージャは所定エリア内の画素数が制約され、解像度は通常のイメージャに比べて低いものが多い。
For example, when imaging an object installed in a dark place without illumination or the like, an
第3の実施形態に係る視覚情報処理システム1bでは、このような高感度かつ低解像度のイメージャであっても、光空間変調素子10と組み合わせることにより、高解像度を実現するものである。
In the visual information processing system 1b according to the third embodiment, even such a high-sensitivity and low-resolution imager is combined with the light
図10に例示したイメージャ20の解像度は、光空間変調素子10の解像度に比べて1/16となっている。即ち、光空間変調素子10の16画素がイメージャ20の1画素に対応する例である。
The resolution of the
まず、光空間変調素子10の画素を16(4×4)素子毎にグループ化する。そして、グループ内の1画素のみを順次オンしていく。図10の例では、(4×4)素子のグループの左上の画素から順次切り替えて(スキャンして)オンとしていく。他のグループについても同様の切り替えシーケンスで画素をオンにしていく。
First, the pixels of the spatial
このような画素の切り替え方法によって、1画素の切り替え毎に各グループからグループの数に対応した数の画素が出力されることになる。図10の例では、光空間変調素子10の16グループから各1画素がオンとなり、合計16画素がイメージャ20に出力される。イメージャ20ではこの16画素によってまず低解像度の画像データが1枚生成される。光空間変調素子10では、グループ内の画素を順次切り替えてオンとし、イメージャ20では低解像度の画像データを順次生成する。グループ内の全画素の切り替えが終了した時点で、イメージャ20では16枚の低解像度画像を生成されることになる。
With such a pixel switching method, the number of pixels corresponding to the number of groups is output from each group every time one pixel is switched. In the example of FIG. 10, one pixel from each of the 16 groups of the spatial
次にこれらの16枚の低解像度画像データを合成することにより、1枚の高解像度画像データを生成する。16枚の各低解像度画像データとグループ内の画素位置とは1対1に対応しているため、16枚の低解像度画像データの合成により、1枚の高解像度画像データの生成が可能である。本例では、イメージャ20の解像度の16倍の高解像度化が可能となる。
Next, by combining these 16 pieces of low resolution image data, one piece of high resolution image data is generated. Since each of the 16 pieces of low-resolution image data and the pixel positions in the group have a one-to-one correspondence, it is possible to generate one piece of high-resolution image data by combining the 16 pieces of low-resolution image data. . In this example, the resolution can be increased to 16 times the resolution of the
図10の例では、グループ内の16画素を1画素ずつオンする形態を示している。これに対して、例えば、16画素のうち、4(2×2)画素ずつオンとする形態でも良い。この場合、イメージャ20では4枚の低解像度画像データが生成されることになり、これらの4枚を合成することにより、4倍の解像度の画像データを生成することができる。前の例に比べると合成後の画像データの解像度は1/4となっているものの、合成する画像データの枚数も1/4となっており、処理時間は短縮される。
In the example of FIG. 10, a mode is shown in which 16 pixels in the group are turned on one by one. On the other hand, for example, 4 (2 × 2) pixels of 16 pixels may be turned on. In this case, the
このように、本実施形態に係る視覚情報処理システム1bでは、イメージャ20の解像度の向上が可能であり、また向上させる解像度も上記のように容易に変更することができる。
Thus, in the visual information processing system 1b according to this embodiment, the resolution of the
また、図9に示したように、本実施形態に係る視覚情報処理システム1bでは、画像特徴抽出部2bにおいて撮像対象物の特定の領域を抽出する形態としている。従って、この特定の領域をフィードバックすることにより、所定の画素領域の範囲についてのみ上述した高解像度処理を行なう形態とすることができる。
As shown in FIG. 9, in the visual information processing system 1b according to the present embodiment, the image
例えば、画像特徴抽出部2bによって移動物体の領域を画像特徴量ξとして抽出する。そして、この移動物体の領域に対しては高解像度処理を行ない、その他の領域については低解像度のままとする。このような適応的な処理により、注視すべき移動物体に対しては高解像度を実現しつつ、画像全体としては感度の低下や処理時間の増加を抑制した視覚情報処理システム1bとすることが可能となる。
For example, the area of the moving object is extracted as the image feature amount ξ by the image
(4)第4の実施形態
図11は、第4の実施形態に係る視覚情報処理システム1cの構成例を示す図である。
(4) Fourth Embodiment FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a visual
第4の実施形態に係る視覚情報処理システム1cは、イメージャ20と光空間変調素子10とを組み合わせることにより、撮像対象物の輝度変動等の周波数成分を画素毎に抽出し画像化したスペクトラム画像を生成することができるように構成されたものである。
The visual
視覚情報処理システム1cは、光空間変調素子10と、画像特徴抽出部2cとを備えて構成されている。
The visual
本実施形態に係る光空間変調素子10は、画像特徴抽出部2cの画素オン・オフ制御部17からの制御信号に基づいて画素毎に所定の周期信号によってオン・オフし、入射光を反射或いは透過させてイメージャ20へ出力するものである。
The spatial
画像特徴抽出部2cは、基本的構成は第3の実施形態に係る画像特徴抽出部2bと同様のものであり、演算部30で求める画像特徴量ξとして特定の撮像対象物の領域情報を含んだものとしている。
The basic configuration of the image
図12は、視覚情報処理システム1cによるスペクトラム画像生成処理の動作概念を示した図である。
FIG. 12 is a diagram showing an operation concept of spectrum image generation processing by the visual
第4の実施形態では、光空間変調素子10とイメージャ20とは基本的には同じ画素数で構成される。
In the fourth embodiment, the spatial
光空間変調素子10は複数の画素を有する複数のグループに分割される。図12の例では、4(2×2)画素毎にグループ化される。
The spatial
グループ内の4画素に対して、それぞれ異なる周波数のオン・オフ制御信号を印加する。例えば、画素1ないし画素4に対してそれぞれ周波数1ないし周波数4でオン・オフが切り替わる制御信号を印加する。
An on / off control signal having a different frequency is applied to each of the four pixels in the group. For example, a control signal for switching on / off at
撮像対象物の輝度が所定の周波数で変動している場合、この変動周波数と光空間変調素子10に印加するオン・オフ制御信号の周波数が一致した場合、イメージャ20では該当する画素の輝度が保持される。他方、撮像対象物の輝度変動の周波数と光空間変調素子10に印加するオン・オフ制御信号の周波数が不一致の場合、イメージャ20では該当する画素の輝度は抑制される。即ち、光空間変調素子10を相関器として機能させ、イメージャ20が備える容量成分により積分器が構成されるため、画素毎に撮像対象物の変動周波数を抽出することが可能となる。
When the luminance of the imaging object fluctuates at a predetermined frequency, when the fluctuation frequency matches the frequency of the on / off control signal applied to the spatial
例えば、複雑な背景の中に50Hzの商用電源で蛍光灯が点灯されている場合、本実施形態に係る視覚情報処理システム1cでは、オン・オフ制御周波数の1つを50Hzと一致させることにより、蛍光灯の部分のみが強調されたスペクトラム画像を生成することができる。
For example, when a fluorescent lamp is lit with a commercial power supply of 50 Hz in a complicated background, in the visual
各グループ内のオン・オフ制御周波数は任意に設定することが可能であり、撮像対象物の物理的条件や測定対象周波数に応じて適宜設定することができる。 The on / off control frequency in each group can be arbitrarily set, and can be appropriately set according to the physical condition of the imaging object and the frequency to be measured.
例えば、構造物のクラック等を検出する場合、このクラック等が特定の共振周波数で変動することが予めわかっているときには、オン・オフ制御周波数の1つをこの共振周波数に一致させることによりクラック等の位置に対応したスペクトラム画像を生成することが可能となる。この結果、視認が困難な微細なクラック等に対してもその共振周波数を抽出し画像化することによってクラック等の可視化が可能となる。 For example, when detecting a crack or the like of a structure, if it is known in advance that the crack or the like fluctuates at a specific resonance frequency, the crack or the like can be obtained by matching one of the on / off control frequencies with the resonance frequency. It is possible to generate a spectrum image corresponding to the position. As a result, it is possible to visualize a crack or the like by extracting the resonance frequency and imaging it even for a fine crack or the like that is difficult to visually recognize.
また、逆に、観測対象物の共振周波数が未知の場合であっても、画像中の特定の部位の周波数とその周囲の範囲の周波数が異なる場合には、その特定の部位を抽出した画像(スペクトラム画像)を生成することもできる。 Conversely, even when the resonance frequency of the observation object is unknown, if the frequency of a specific part in the image is different from the frequency in the surrounding range, an image (extracted from the specific part) (Spectrum image) can also be generated.
例えば、プリント配線基板を既知の周波数で振動させ、この振動周波数と異なった周波数成分を有する部分を画像として抽出することにより、実装部品の半田付け不良部位を画像情報として検出することが可能となる。 For example, a printed wiring board is vibrated at a known frequency, and a part having a frequency component different from the vibration frequency is extracted as an image, so that it is possible to detect a soldering failure portion of a mounted component as image information. .
また、画像特徴抽出部2cから画像特徴量ξとして特定の領域情報や特定の周波数成分をフィードバックすることにより、全画素領域の一部の領域に対して特定の周波数成分を中心としたスペクトラム画像を生成することが可能となる。この形態では、スペクトラム画像を生成しようとする領域やその中心周波数が連続的に変化する場合であっても、適応制御によりその変化に追尾させることが可能となる。
Further, by feeding back specific area information and specific frequency components as the image feature amount ξ from the image
(5)第5の実施形態
図13は、第5の実施形態に係る視覚情報処理システム1dの構成例を示した図である。第5の実施形態に係る視覚情報処理システム1dは、イメージャ20と光空間変調素子10とを組み合わせることにより、エッジ強調等の空間フィルタリング処理を簡素な演算処理によって実現可能に構成されたものである。
(5) Fifth Embodiment FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a visual information processing system 1d according to a fifth embodiment. The visual information processing system 1d according to the fifth embodiment is configured such that spatial filtering processing such as edge enhancement can be realized by simple arithmetic processing by combining the
視覚情報処理システム1dは、光空間変調素子10と、画像特徴抽出部2dとを備えて構成されている。
The visual information processing system 1d includes a light
本実施形態に係る光空間変調素子10は、画像特徴抽出部2dの空間パターン生成制御部18からの制御信号に基づいて画素毎にオン・オフし、入射光を反射或いは透過させてイメージャ20へ出力するものである。
The spatial
画像特徴抽出部2dは、基本的構成は第3の実施形態に係る画像特徴抽出部2bと同様のものであり、演算部30で求める画像特徴量ξとして特定の撮像対象物の領域情報を含んだものとしている。
The image
図14は、視覚情報処理システム1dによる空間フィルタリング処理の動作概念を示した図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating an operation concept of spatial filtering processing by the visual information processing system 1d.
第5の実施形態では、光空間変調素子10の画素数はイメージャ20の画素数よりも多い画素数で構成される。図14の例では、光空間変調素子10の画素数はイメージャ20の画素数の4倍として構成されている。
In the fifth embodiment, the number of pixels of the spatial
光空間変調素子10は複数の画素を有する複数のグループに分割される。図14の例では、4(2×2)画素毎にグループ化される。
The spatial
グループ内の4画素に対しては、所定の空間パターンに基づいて対応する画素にオン・オフ制御信号を印加する。例えば、図14に例示したように、空間パターン1では、グループ内の4画素総てをオンとする。空間パターン2では、右半分の2画素をオンとし左半分の2画素はオフとする。逆に、空間パターン3では、左半分の2画素をオンとし右半分の2画素はオフとする。
For the four pixels in the group, an on / off control signal is applied to the corresponding pixel based on a predetermined spatial pattern. For example, as illustrated in FIG. 14, in the
本実施形態に係る視覚情報処理システム1dでは、光空間変調素子10を空間パターン1、2および3に設定したときに得られるイメージャ20の画像データから、減算処理のみよってX方向、Y方向のエッジ強調処理をする空間フィルタリング処理を実現することができる。
In the visual information processing system 1d according to the present embodiment, edges in the X direction and the Y direction are obtained only by subtracting from the image data of the
具体的には、図14の式(1)に示したように、空間パターン2のときに得られるイメージャ20の画像、I(x,y,t+Δt)から、空間パターン1のときに得られるイメージャ20の画像のI(x,y,t)の1/2を減算することによってX方向のエッジが強調された画像データを生成することができる。空間パターン1から得られる画像データと空間パターン2から得られる画像データとは厳密には時刻が異なっているものの、光空間変調素子10の画素を高速に切り替えることにより、図14の式(1)右辺の演算式を左辺で近似することができる。
Specifically, as shown in the equation (1) in FIG. 14, the image of the
同様にして、図14の式(2)に示したように、空間パターン3のときに得られるイメージャ20の画像、I(x,y,t+2Δt)から、空間パターン1のときに得られるイメージャ20の画像のI(x,y,t)の1/2を減算することによってY方向のエッジが強調された画像データを生成することができる。
Similarly, as shown in the equation (2) of FIG. 14, the image of the
第5の実施形態に係る視覚情報処理システム1dによれば、複数の空間パターンを光空間変調素子10を用いて形成し、各空間パターンに応じて得られるイメージャ20の画像データに対して、減算等の簡素な演算によって空間フィルタリング処理を行なうことができる。
According to the visual information processing system 1d according to the fifth embodiment, a plurality of spatial patterns are formed using the light
また、図13に示したように、所定の領域を示す画像特徴量ξをフィードバックすることにより、特定の領域に対してのみ空間フィルタリング処理を施すことも可能となる。さらに、複数の異なる領域に対して、それぞれ異なった種類の空間フィルタ処理を施すことも可能となる。 Also, as shown in FIG. 13, it is possible to perform spatial filtering processing only on a specific region by feeding back an image feature amount ξ indicating a predetermined region. Furthermore, different types of spatial filter processing can be applied to a plurality of different regions.
この他、より広い領域に対してテンプレート画像などマッチングする画像を光空間変調素子10で空間パターンとして生成することにより、空間的なマッチング処理等も可能となる。また、あらかじめ用意した画像だけではなく、前フレームの画像情報に基づいた変調パターンを用意することで、ブロックマッチング等の処理も可能となる。
In addition, a spatial matching process or the like can be performed by generating an image that matches a wider area, such as a template image, as a spatial pattern by the light
上述した各実施形態に係る視覚情報処理システムおよび視覚情報処理によれば、光空間変調素子とイメージャ(固体撮像素子)とを組み合わせることによって、従来では得られることのなかった新たな視覚情報処理を実現することができる。 According to the visual information processing system and the visual information processing according to each of the above-described embodiments, a new visual information processing that has not been obtained conventionally can be performed by combining a spatial light modulation element and an imager (solid-state imaging element). Can be realized.
特に、イメージャで撮像した画像データから画像特徴量を抽出し、この画像特徴量に基づいたフィードバックループ中に光空間変調素子を設けることにより、対象物の動き、変化に適応した新たな視覚情報処理を実現することができる。 In particular, by extracting image features from image data captured by an imager and providing a spatial light modulation element in the feedback loop based on these image features, new visual information processing adapted to the movement and change of the object Can be realized.
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1、1a、1b、1c、1d 視覚情報処理システム
2、2a、2b、2c、2d 画像特徴抽出部
3 光パターン照射部
10 光空間変調素子
10a 光空間変調素子(反射型)
10b 光空間変調素子(透過型)
11 光パターン生成部
12 光源
15 露光時間制御部
16 画素切換部
17 画素オン・オフ制御部
18 空間パターン生成部
20 イメージャ
30 演算部30
40 座標変換部
50 高解像度処理部
60 スペクトラム画像生成部
70 空間フィルタリング処理部
100 撮像対象物
ξ 画像特徴量
ρ 座標変換パラメータ
1, 1a, 1b, 1c, 1d Visual
10b Light spatial modulation element (transmission type)
DESCRIPTION OF
40 Coordinate
Claims (8)
前記光空間変調素子から出力された前記撮像対象物からの入射光を、前記光空間変調素子の解像度と同じ解像度のイメージャで撮像し、前記撮像対象物の特徴量を抽出する画像特徴抽出部と、
を備え、
前記画像特徴抽出部は、前記特徴量に基づいて領域を指定し、その領域において、前記撮像対象物の輝度変動を前記異なる周波数に対応して周波数分解し、前記異なる周波数に対応したスペクトラム画像を生成することを特徴とする視覚情報処理システム。 A spatial light modulation element that groups pixels in a specified area into a plurality of pixels, and turns on / off a plurality of pixel signals in each group at different frequencies to reflect or output incident light from an imaging object. When,
An image feature extraction unit for capturing incident light from the imaging object output from the light spatial modulation element with an imager having the same resolution as the resolution of the light spatial modulation element, and extracting a feature quantity of the imaging object; ,
With
The image feature extraction unit designates a region based on the feature amount, and in that region, the luminance variation of the imaging object is frequency-resolved corresponding to the different frequencies, and spectrum images corresponding to the different frequencies are obtained. A visual information processing system characterized by generating.
所定サイズの画素領域を有し、画素位置情報に応じて前記画素領域の部分領域の画像データをフレーム毎に出力するイメージャ部と、
前記部分領域の画像データを入力し、入力した前記画像データと予め算出されている座標変換パラメータとに基づいて画像特徴量を算出すると共に、算出された前記画像特徴量と前記座標変換パラメータとに基づいて次フレーム用の座標変換パラメータを生成する演算部と、
前記部分領域の画素位置を前記次フレーム用の座標変換パラメータに基づいて座標変換し、次フレームの部分領域の画素位置情報を生成する座標変換部と、
を備えて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の視覚情報処理システム。 The image feature extraction unit
An imager unit having a pixel area of a predetermined size and outputting image data of a partial area of the pixel area for each frame according to pixel position information;
The image data of the partial area is input, an image feature amount is calculated based on the input image data and a previously calculated coordinate conversion parameter, and the calculated image feature amount and the coordinate conversion parameter are A calculation unit for generating a coordinate conversion parameter for the next frame based on the
A coordinate converter that converts the pixel position of the partial area based on the coordinate conversion parameter for the next frame, and generates pixel position information of the partial area of the next frame;
The visual information processing system according to claim 1, comprising:
前記光空間変調素子から出力された前記撮像対象物からの入射光を、前記グループ数と同じ画素数を有するイメージャで撮像し、前記撮像対象物の特徴量を抽出する画像特徴抽出部と、An image feature extraction unit that captures incident light from the imaging object output from the light spatial modulation element with an imager having the same number of pixels as the number of groups, and extracts a feature amount of the imaging object;
を備え、With
前記画像特徴抽出部は、前記特徴量に基づいて領域を指定し、その領域において、前記複数の空間パターンに基づいて順次イメージャから出力される複数の信号を演算し、前記グループ内の複数の画素を処理対象とする空間フィルタリングを行うことを特徴とする視覚情報処理システム。The image feature extraction unit designates a region based on the feature amount, calculates a plurality of signals sequentially output from the imager based on the plurality of spatial patterns in the region, and a plurality of pixels in the group A visual information processing system characterized by performing spatial filtering on an object.
前記光空間変調素子から出力された前記撮像対象物からの入射光を、前記光空間変調素子の解像度と同じ解像度のイメージャで撮像し、前記撮像対象物の特徴量を抽出するステップと、
を備え、
前記特徴量を抽出するステップは、前記特徴量に基づいて領域を指定し、その領域において、前記撮像対象物の輝度変動を前記異なる周波数に対応して周波数分解し、前記異なる周波数に対応したスペクトラム画像を生成する処理を含むことを特徴とする視覚情報処理方法。 A spatial light modulation element in which pixels in a specified area are grouped into a plurality of pixels, and the plurality of pixel signals in the group are turned on / off at different frequencies to reflect or transmit incident light from the object to be imaged. Output step;
Capturing incident light from the imaging object output from the spatial light modulation element with an imager having the same resolution as the resolution of the spatial light modulation element, and extracting a feature amount of the imaging object;
With
The step of extracting the feature amount designates a region based on the feature amount, and in the region, the luminance variation of the imaging object is frequency-resolved corresponding to the different frequency, and the spectrum corresponding to the different frequency. A visual information processing method comprising processing for generating an image.
所定サイズの画素領域を有するイメージャから、画素位置情報に応じて前記画素領域の部分領域の画像データをフレーム毎に出力するステップと、
前記部分領域の画像データを入力し、入力した前記画像データと予め算出されている座標変換パラメータとに基づいて画像特徴量を算出すると共に、算出された前記画像特徴量と前記座標変換パラメータとに基づいて次フレーム用の座標変換パラメータを生成するステップと、
前記部分領域の画素位置を前記次フレーム用の座標変換パラメータに基づいて座標変換し、次フレームの部分領域の画素位置情報を生成するステップと、
を備えたことを特徴とする請求項5に記載の視覚情報処理方法。 The step of extracting the feature amount includes:
Outputting image data of a partial region of the pixel region for each frame from an imager having a pixel region of a predetermined size according to pixel position information;
The image data of the partial area is input, an image feature amount is calculated based on the input image data and a previously calculated coordinate conversion parameter, and the calculated image feature amount and the coordinate conversion parameter are Generating a coordinate transformation parameter for the next frame based on,
Transforming the pixel position of the partial area based on the coordinate conversion parameter for the next frame to generate pixel position information of the partial area of the next frame;
The visual information processing method according to claim 5, further comprising :
前記光空間変調素子から出力された前記撮像対象物からの入射光を、前記グループ数と同じ画素数を有するイメージャで撮像し、前記撮像対象物の特徴量を抽出するステップと、Capturing incident light from the imaging object output from the light spatial modulation element with an imager having the same number of pixels as the number of groups, and extracting a feature amount of the imaging object;
を備え、With
前記特徴量を抽出するステップは、前記特徴量に基づいて領域を指定し、その領域において、前記複数の空間パターンに基づいて順次イメージャから出力される複数の信号を演算し、前記グループ内の複数の画素を処理対象とする空間フィルタリングを行う処理を含むことを特徴とすることを特徴とする視覚情報処理方法。The step of extracting the feature amount designates a region based on the feature amount, calculates a plurality of signals sequentially output from the imager based on the plurality of spatial patterns in the region, and extracts a plurality of features in the group The visual information processing method characterized by including the process which performs the spatial filtering which makes this pixel the process target.
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