JP2018157487A - 画像認識システム及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なシステム構成で画像認識の精度を向上可能な画像認識システム及び照明装置を提供する。【解決手段】カメラ３と、カメラ３の撮像画像から所定の検出対象物２を検出する画像処理部４と、カメラ３の撮像領域を照射する照明装置５とを備え、照明装置５は、３つ以上の光源５１１を有する照明部５１と、点灯させる光源５１１の数と光強度とを制御する照明制御部５２と、を有し、照明制御部５２は、照明部５１と検出対象物２との距離範囲毎に、点灯させる光源５１１の数及び光強度が照明条件として設定されており、初期状態における照明条件を、照明部５１から最遠の距離範囲に対応した照明条件とし、現在の照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階照明部５１に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替える。【選択図】図２

Description

本発明は、画像認識システム及び照明装置に関する。

従来、カメラの撮像画像を用いてジェスチャを認識する画像認識システムが知られている。このような画像認識システムとして、カメラの撮像領域を照射する照明装置を備えたものがある。照明装置としては、赤外線や可視光を照射するものが用いられる。

特開２０１３−９７５１１号公報 特開２０１０−６６２２１号公報

ところで、撮像範囲において照明分布（照度分布）が不均一であると、指等の検出対象物の検出が困難となる場合がある。また、照明装置の照明条件（光強度や点灯個数）を一定とすると、照明装置と検出対象物との距離によって検出対象物が明るくなりすぎたり、あるいは暗くなりすぎたりして検出対象物を検出できず、十分な画像認識の精度を得られない場合がある。

特許文献１，２では、検出対象物との距離を検出する手段を備え、検出対象物との距離に応じて照明装置における光源の光量バランスや光源の点灯個数を変更することが提案されている。しかし、この場合、検出対象物との距離を検出する手段が必須となるため、システム構成が複雑化してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、簡単なシステム構成で画像認識の精度を向上可能な画像認識システム及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、撮像装置と、前記撮像装置の撮像画像から所定の検出対象物を検出する画像処理部と、前記撮像装置の撮像領域を照射する照明装置と、を備え、前記照明装置は、３つ以上の光源を有する照明部と、点灯させる前記光源の数と、前記光源が放射する光強度とを制御する照明制御部と、を有し、前記照明制御部は、前記照明部と前記検出対象物との距離範囲毎に、点灯させる前記光源の数及び光強度が照明条件として設定されており、初期状態における照明条件を、前記照明部から最遠の距離範囲に対応した照明条件とし、現在の照明条件で前記検出対象物が検出されず、かつ前記撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階前記照明部に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替える、画像認識システムを提供する。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、撮像装置と、前記撮像装置の撮像画像から所定の検出対象物を検出する画像処理部と、を備えた画像認識システムに用いられ、前記撮像装置の撮像領域を照射する照明装置であって、３つ以上の光源を有する照明部と、前記照明部と前記検出対象物との距離に応じて、点灯させる前記光源の数と、前記光源が放射する光強度とを制御する照明制御部と、を有し、前記照明制御部は、前記照明部と前記検出対象物との距離範囲毎に、点灯させる前記光源の数及び光強度が照明条件として設定されており、初期状態における照明条件を、前記照明部から最遠の距離範囲に対応した照明条件とし、現在の照明条件で前記検出対象物が検出されず、かつ前記撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階前記照明部に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替える、照明装置を提供する。

本発明によれば、簡単なシステム構成で画像認識の精度を向上可能な画像認識システム及び照明装置を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る画像認識システムを示す図であり、（ａ）はカメラと照明部の配置を説明する図、（ｂ）は概略構成図である。 図１の画像認識システムにおいて、光源の配置と照明条件を説明する図である。 （ａ）は、第３照明条件とした際の距離Ｄｍｉｎにおける照度分布を示す図、（ｂ）は第２照明条件とした際の距離Ｄ２における照度分布を示す図、（ｃ）は第１照明条件とした際の距離Ｄ１における照度分布を示す図である。 図１の画像認識システムの制御フローを示すフロー図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（画像認識システムの全体構成）
図１は、本実施の形態に係る画像認識システムを示す図であり、（ａ）はカメラと照明部の配置を説明する図、（ｂ）は概略構成図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、画像認識システム１は、撮像装置としてのカメラ３と、カメラ３の撮像画像から所定の検出対象物２を検出する画像処理部４と、カメラの撮像領域７を照射する照明装置５と、を備えている。

画像認識システム１は、例えば、車両に搭載された電子機器と電気的に接続されている。画像認識システム１は、カメラ３の撮像画像からジェスチャを判定し、判定したジェスチャに応じたジェスチャ信号を電子機器に出力する。電子機器では、ジェスチャに応じた動作が実行される。つまり、画像認識システム１は、例えば、ジェスチャによって電子機器を操作するための入力装置として用いられるものである。

カメラ３は、取付部６に装着されており、略水平方向に撮像する。カメラ３は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などの半導体撮像素子を備えている。カメラ３の撮像画像は、画像処理部４に出力される。

画像処理部４は、カメラ３の撮像画像を基に、パターンマッチング等の公知の方法により指等の所定の検出対象物２を検出し、ジェスチャの判定を行うものである。画像処理部４は、判定したジェスチャに応じたジェスチャ信号を電子機器に出力する。

また、本実施の形態では、画像処理部４は、カメラ３の撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在するかを判定する。画像処理部４は、例えば、撮像画像において所定の輝度よりも大きい領域を抽出し、当該領域のピクセル数が予め設定した閾値以上である場合に、高輝度エリアが存在すると判定する。画像処理部４は、検出対象物２の検出の有無、及び高輝度エリアの存在の有無を、検出有無信号として照明制御部５２（後述する）に出力する。

画像処理部４は、制御部８に搭載されている。制御部８は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部８が動作するためのプログラムなどが格納されている。ＲＡＭは、例えば、カメラ３の撮像画像や一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。また制御部８は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて処理を実行する。

（照明装置５の説明）
図２は、画像認識システム１において、光源の配置と照明条件を説明する図である。図１及び図２に示すように、照明装置５は、３つ以上の光源５１１を有する照明部５１と、点灯させる光源５１１の数と、光源５１１が放射する光強度とを制御する照明制御部５２と、を有している。

照明部５１は、カメラ３の撮像領域７を照明する。照明部５１の各光源５１１は、カメラ３と共に取付部６に装着されている。

照明部５１の光源５１１としては、赤外線や可視光を照射するものが用いられる。本実施の形態では、光源５１１として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた。本実施の形態では、照明部５１が５つの光源５１１ａ〜５１１ｅを有する場合について説明する。

５つの光源５１１ａ〜５１１ｅは、水平方向に一列に整列配置されており、等間隔に配置されている。光源５１１ａ〜５１１ｅは、カメラ３の撮像方向と略同じ方向（水平方向、撮像画像における奥行方向）に光を照射する。各光源５１１ａ〜５１１ｅの光の照射方向は同じ方向とされる。ここでは、図２における図示左側から右側にかけて、光源５１１ａ〜５１１ｅが順次配置されているとする。図２では図示を省略しているが、カメラ３は、中央に配置された光源５１１ｃの下方に配置されている。光源５１１ａ〜５１１ｅは、制御部８から供給される駆動電流に応じた強度の光を照明する。

図２に示すように、本実施の形態では、撮像領域７のうち所定の領域（ハッチングで示す領域）が、検出対象物２を検出する検出領域Ｒとして設定されている。光源５１１ａ〜５１１ｅは、検出領域Ｒにおける最も照明部５１に近い位置にて、各光源５１１ａ〜５１１ｅの半値角内の照射領域（以下、半値角内照射領域という）が重ならないように配置されている。以下、検出領域Ｒにおける最も照明部５１に近い位置までの照明部５１からの距離を最短距離Ｄｍｉｎとする。なお、図２では、各光源５１１ａ〜５１１ｅの半値角内照射領域の内外の境界を太線実線にて表している。また、照明部５１からの距離とは、光源５１１の照射方向（カメラ３の撮像方向、撮像画像の奥行方向）に沿った距離をいう。

本実施の形態では、半値角内照射領域の内外の境界を表す線が最短距離Ｄｍｉｎ上で交差している。換言すれば、本実施の形態では、隣り合う光源５１１ａ〜５１１ｅの半値角内照射領域が、最短距離Ｄｍｉｎ上で隣接するように各光源５１１ａ〜５１１ｅを配置している。以下、検出領域Ｒにおける最も照明部５１から遠い位置における照明部５１からの距離を最長距離Ｄｍａｘという。また、光源５１１ａ，５１１ｃ，５１１ｅを点灯した際に各光源５１１ａ，５１１ｃ，５１１ｅの半値角内照射領域が隣接する位置における照明部５１からの距離を、距離Ｄ２とする。さらに、光源５１１ａ，５１１ｅを点灯した際に両光源５１１ａ，５１１ｅの半値角内照射領域が隣接する位置における照明部５１からの距離を、距離Ｄ１とする。

照明制御部５２は、制御部８に搭載されている。照明制御部５２は、各光源５１１ａ〜５１１ｅへの駆動電流を制御することで、各光源５１１ａ〜５１１ｅの点灯の有無、及び点灯時の光強度を制御するものである。

照明制御部５２は、照明部５１と検出対象物２との距離範囲毎に、点灯させる光源５１１の数及び光強度が照明条件として設定され記憶されている照明条件記憶部５２ａを有する。ここでは、距離Ｄ１以上Ｄｍａｘ以下の距離範囲においては、最外に配置された光源５１１ａ，５１１ｅの２灯を所定の光強度で点灯させる第１照明条件とした。また、距離Ｄ２以上Ｄ１未満の距離範囲においては、最外に配置された光源５１１ａ，５１１ｅと中央に配置された光源５１１ｃの３灯を、第１照明条件における光強度よりも小さい光強度で点灯させる第２照明条件とした。さらに、距離Ｄｍｉｎ以上Ｄ２未満の距離範囲においては、全ての光源５１１ａ〜５１１ｅを、第２照明条件における光強度よりも小さい光強度で点灯させる第３照明条件とした。

光源５１１の点灯数については、第１照明条件（２灯）＜第２照明条件（３灯）＜第３照明条件（５灯）となるように設定されており、光源５１１の光強度（駆動電流の大きさ）については、第１照明条件＞第２照明条件＞第３照明条件となるように設定されている。つまり、照明条件は、照明部５１に近い距離範囲ほど、点灯させる光源５１１の数が増加し、光源５１１が放射する光強度が小さくなるように設定されている。

第３照明条件とした際の距離Ｄｍｉｎにおける照度分布を図３（ａ）に、第２照明条件とした際の距離Ｄ２における照度分布を図３（ｂ）に、第１照明条件とした際の距離Ｄ１における照度分布を図３（ｃ）にそれぞれ示す。なお、図３（ａ）〜（ｃ）では、各光源５１１からの光による照度を実線で示し、それらを合成した照度を破線で示している。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、光源５１１の点灯数を照明部５１からの距離に合わせて適宜選択することで、検出領域内で略均一な照度分布を得ることが可能になる。さらに、点灯させる光源５１１の光強度を適宜調整することで、照明部５１からの距離によらず検出対象物２の明るさを略一定に調整することが可能になる。

照明制御部５２は、初期状態における照明条件を、照明部５１から最遠の距離範囲に対応した照明条件（ここでは第１照明条件）とし、現在の照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階照明部５１に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替える。検出対象物２の検出の有無、及び高輝度エリアの有無は、画像処理部４からの検出有無信号を基に判定される。

また、照明制御部５２は、現在の照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ撮像画像に高輝度エリアが存在しない場合、照明部５１から最遠の距離範囲に対応した照明条件とする。

つまり、照明制御部５２は、初期状態において第１照明条件に設定する。第１照明条件で検出対象物２が検出された場合には、第１照明条件を継続する。第１照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ高輝度エリアが存在しない場合にも、第１照明条件を継続する。第１照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ高輝度エリアが存在する場合には、第２照明条件に切替える。

第２照明条件で検出対象物２が検出された場合には、第２照明条件を継続する。第２照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ高輝度エリアが存在しない場合には、第１照明条件に切替える。第２照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ高輝度エリアが存在する場合には、第３照明条件に切替える。

第３照明条件で検出対象物２が検出された場合には、第３照明条件を継続する。第３照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ高輝度エリアが存在しない場合には、第１照明条件に切替える。第２照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ高輝度エリアが存在する場合には、第３照明条件が最も照明部５１に近い距離範囲に対応した照明条件であるため、第３照明条件を継続することになる。

このように、本実施の形態では、検出対象物２が検出されない待機状態においては、第１照明条件となり、光源５１１の点灯数が最も少ない状態になる。画像認識システム１をジェスチャ判定用の装置として用いる場合、照明部５１から常に照明を行った状態とするのが一般的であるが、本実施の形態では、待機状態における光源５１１の点灯数を少なくしているため、消費電力を抑えることが可能である。

（照明制御部５２の制御フローの説明）
以下、照明制御部５２の制御フローを図４により説明する。照明制御部５２は、画像認識システム１に電源供給が開始された際（例えばキーオン時）に図４の制御フローを開始し、画像認識システム１に電源が供給されている間（例えばキーオンとなっている間）、図４の制御フローを継続して実行する。

まず、ステップＳ１にて、想定される照明部５１から検出対象物２までの距離である想定距離Ｄに、初期値として最長距離Ｄｍａｘを代入する。ステップＳ２では、想定距離Ｄに対応する照明条件を照明条件記憶部５２ａより抽出する。その後、ステップＳ３にて、抽出した照明条件に応じた所定の光源５１１を、照明条件に応じた光強度で点灯させる。

その後、ステップＳ４にて、画像処理部４からの検出有無信号を基に、検出対象物２が検出されたかを判定する。ステップＳ４にてＹＥＳと判定した場合、ステップＳ４を繰り返し、現在の照明条件を維持する。ステップＳ４にてＮＯと判定された場合、ステップＳ５にて、画像処理部４からの検出有無信号を基に、高輝度エリアが存在するかを判定する。ステップＳ５にてＮＯと判定された場合、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ５にてＮＯと判定された場合、ステップＳ６にて、想定距離Ｄを予め設定された距離α減じる。その後、ステップＳ７にて、想定距離ＤがＤｍｉｎより小さいかを判定する。ステップＳ７でＮＯと判定された場合、ステップＳ２に戻る。ステップＳ７でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ８にて、想定距離Ｄを最短距離Ｄｍｉｎに設定し、ステップＳ２に戻る。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る画像認識システム１では、照明部５１と検出対象物との距離範囲毎に、点灯させる光源５１１の数及び光強度が照明条件として設定されており、初期状態における照明条件を、照明部５１から最遠の距離範囲に対応した照明条件とし、現在の照明条件で検出対象物２が検出されず、かつ撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階照明部５１に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替えている。

これにより、特に照明部５１に近い位置において照明分布（照度分布）を均一化することができ、また、照明部５１と検出対象物との距離によらず検出対象物を検出可能として、画像認識の精度を向上させることができる。また、本実施の形態では、照明部５１と検出対象物との距離を検出する手段が不要であるため、簡単なシステム構成で低コストでありつつも、画像認識の精度の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…画像認識システム
２…検出対象物
３…カメラ（撮像装置）
４…画像処理部
５…照明装置
５１…照明部
５１１…光源
５２…照明制御部
５２ａ…照明条件記憶部
６…取付部
７…撮像領域
８…制御部

Claims (5)

1. 撮像装置と、
   前記撮像装置の撮像画像から所定の検出対象物を検出する画像処理部と、
   前記撮像装置の撮像領域を照射する照明装置と、を備え、
   前記照明装置は、
   ３つ以上の光源を有する照明部と、
   点灯させる前記光源の数と、前記光源が放射する光強度とを制御する照明制御部と、を有し、
   前記照明制御部は、
   前記照明部と前記検出対象物との距離範囲毎に、点灯させる前記光源の数及び光強度が照明条件として設定されており、
   初期状態における照明条件を、前記照明部から最遠の距離範囲に対応した照明条件とし、
   現在の照明条件で前記検出対象物が検出されず、かつ前記撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階前記照明部に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替える、
   画像認識システム。
2. 前記照明条件は、前記照明部に近い距離範囲ほど、点灯させる前記光源の数が増加し、前記光源が放射する光強度が小さくなるように設定されている、
   請求項１に記載の画像認識システム。
3. 前記照明制御部は、
   現在の照明条件で前記検出対象物が検出されず、かつ前記撮像画像に前記高輝度エリアが存在しない場合、前記照明部から最遠の距離範囲に対応した照明条件とする、
   請求項１または２に記載の画像認識システム。
4. 前記光源は、
   発光ダイオードであり、
   前記検出対象物を検出可能な検出領域における最も前記照明部に近い位置にて、各光源の半値角内の照射領域が重ならないように配置されている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像認識システム。
5. 撮像装置と、
   前記撮像装置の撮像画像から所定の検出対象物を検出する画像処理部と、を備えた画像認識システムに用いられ、前記撮像装置の撮像領域を照射する照明装置であって、
   ３つ以上の光源を有する照明部と、
   前記照明部と前記検出対象物との距離に応じて、点灯させる前記光源の数と、前記光源が放射する光強度とを制御する照明制御部と、を有し、
   前記照明制御部は、
   前記照明部と前記検出対象物との距離範囲毎に、点灯させる前記光源の数及び光強度が照明条件として設定されており、
   初期状態における照明条件を、前記照明部から最遠の距離範囲に対応した照明条件とし、
   現在の照明条件で前記検出対象物が検出されず、かつ前記撮像画像に所定の輝度よりも大きい高輝度エリアが存在する場合に、現在よりも１段階前記照明部に近い距離範囲に対応した照明条件に切り替える、
   照明装置。

Images