JPH0887600A

JPH0887600A - 特徴抽出装置

Info

Publication number: JPH0887600A
Application number: JP6249963A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Takachi; 伸夫高地; Shinichi Nakamura; 新一中村; Hitoshi Otani; 仁志大谷; Takayuki Noma; 孝幸野間
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1996-04-02
Also published as: US6005974A

Abstract

(57)【要約】［目的］本発明は、対象物のジャストフォーカス像と
ソフトフォーカス像の画像信号を読み込み、ジャストフ
ォーカス像の信号とソフトフォーカス像の信号の差分演
算を行うことにより、輪郭を抽出することのできる特徴
抽出装置を提供することを目的とする。［構成］本発明は、像形成光学系が対象物の像を形成
し、受光部が画像信号に変換し、特徴抽出部が、受光部
からの画像信号に基づき画像の特徴を抽出する様になっ
ており、像形成光学系は、ジャストフォーカス像とソフ
トフォーカス像を形成し、特徴抽出部は、ジャストフォ
ーカス像を受光した時の第１画像信号と、ソフトフォー
カス像を受光した時の第２画像信号との差を演算し、対
象物の像の特徴を抽出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像の特徴抽出装置に係
わり、特に、対象物のジャストフォーカス像とソフトフ
ォーカス像の画像信号を読み込み、ジャストフォーカス
像の信号とソフトフォーカス像の信号の差分演算を行う
ことにより、輪郭を抽出することのできる特徴抽出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像データから輪郭を抽出する場
合には、ＴＶカメラ等から入力した画像をデータを画像
メモリに蓄え、その画像に対して２次元フィルタリング
処理を施して輪郭を抽出する方式が一般的である。２次
元フィルタリング処理には、例えば、微分処理等を使用
した空間フィルタリング処理或いはフーリエ変換等を使
用した周波数領域での処理が採用されている。

【０００３】更に特開昭５８−２０８８７５号公報に記
載されている様に、２台のＴＶカメラで同一対象物を撮
影し、画像データをフレームメモリに蓄えると共に、２
台のＴＶカメラによる画像データの差分演算を行って輪
郭抽出を行う方法も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記２次
元フィルタリング処理では、数値演算処理等に膨大な演
算時間を必要とし、高速化の要求を満たすためには、多
大なメモリ容量、大規模な高速ハードウェアが必要とな
るという問題点があった。

【０００５】例えば、図１２に示す様な特開昭５８−２
０８８７５号の発明では、画像メモリ取り込み（Ｓ
１）、２次元フーリエ変換（Ｓ２）、２次元フーリエ変
換像に対する高空間周波数透過フィルタ乗算（Ｓ３）、
この高空間周波数透過フィルタ乗算（Ｓ３）の乗算結果
に対する逆フーリエ変換（Ｓ４）、という一連の処理を
行って輪郭を抽出する様に構成されており、演算処理の
長時間化、及びハードウェアの大規模化が避けられない
という問題点があった。

【０００６】また周波数領域における処理のみならず、
微分処理等の空間フィルタリングも同様に、演算処理の
長時間化、ハードウェアの大規模化等の問題点があり、
低コスト化の障害となっていた。

【０００７】ここで、空間フィルタリング処理について
簡単に説明する。例えば図１３に示す様な３＊３の微分
オペレータを使用した場合では、以下の様に局所積和演
算を全画素に対して施す方法が一般的である。

【０００８】

【０００９】ｇ（ｘ、ｙ）：輪郭抽出画像

【００１０】ｆ（ｘ、ｙ）：取り込み画像

【００１１】ｈ（ｉ、ｊ）：微分オペレータ

【００１２】ｘ、ｙ：画像の水平、垂直座標

【００１３】ｉ、ｊ：中心を０とした微分オペレータの
水平、垂直

【００１４】シグマ：総和記号

【００１５】この方法によると、全画素＊微分オペレー
タの画素数の積和演算が必要であるという問題点があ
る。即ち、５１２＊５１２の画像で図１３の微分オペレ
ータを使用した場合には、約５１２＊５１２＊３＊３＝
２３５９２９６回の繰り返し演算を必要とし、更に取り
込む画素数が増大すれば、演算時間が増加するという深
刻な問題点があった。

【００１６】そして、この局所積和演算をハードウェア
によって高速化することも不可能ではないが、大規模な
ハードウェアを必要とし、コスト高となるという問題点
があった。

【００１７】なお微分オペレータには多種多用のものが
存在し、３＊３の微分オペレータでも種々の微分オペレ
ータが提案されているが、何れも上述の問題点を有して
いる。

【００１８】次に、上述した様な２台のＴＶカメラを利
用する方法では、２台のカメラの視差によるオクルージ
ョンにより、画像信号に対して差分処理を行っても輪郭
抽出ができない場所が発生したり、更に、２台のカメラ
のレンズ゛特性の差異や、信号処理回路特性の相違等に
より、精度よく輪郭抽出が出来ない等の問題点があっ
た。

【００１９】なお、２台のカメラの視差によるオクルー
ジョンとは、１台のカメラでは撮影されているが、他の
１台のカメラには撮影されていない点である。

【００２０】そして上述の先行技術においては、２台の
カメラを使用しているが、１台のカメラで実現しようと
すれば、視差や特性の違い等の上述の問題点は解消され
るものの、焦点位置を変化させることによる主点位置の
変動や、倍率の変化が生じることにより、輪郭抽出でき
なくなる場合があるという問題点があった。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
み案出されたもので、対象物の像を形成するための像形
成光学系と、この像形成光学系によって受光面上に形成
される像を画像信号に変換するための受光部と、該受光
部からの画像信号に基づき画像の特徴を抽出するための
特徴抽出部とから構成される特徴抽出装置において、前
記像形成光学系は、受光部の受光面上にジャストフォー
カス像とソフトフォーカス像を形成する様に構成され、
前記特徴抽出部は、ジャストフォーカス像を受光した時
に前記受光部で得られる第１画像信号と、ソフトフォー
カス像を受光した時に前記受光部で得られる第２画像信
号との差を演算し、対象物の像の特徴を抽出する様に構
成したことを特徴としている。

【００２２】また本発明の像形成光学系は、結像レンズ
とテレセン絞りとを構成要素に含んだテレセントリック
光学系から形成し、受光部をジャストフォーカス位置か
ら変化させるか、或いは、対象物と前記構成要素との光
軸方向の間隔をジャストフォーカス位置から変化させる
ための間隔変化部を設けることにより、受光部の受光面
上にジャストフォーカス像とソフトフォーカス像を形成
する様に構成することもできる。

【００２３】また本発明は、像形成光学系は、対象物と
受光部の受光面との間の光路中に、拡散作用を有する拡
散光学部材を挿脱自在に配置し、光路中に前記拡散光学
部材が挿入されていない場合には、受光面上にジャスト
フォーカス像を形成し、光路中に前記拡散光学部材が挿
入されている場合には、受光面上にソフトフォーカス像
を形成する様に構成することもできる。

【００２４】そして本発明は、対象物の像を形成するた
めの撮影光学系と、この撮影光学系によって受光面上に
形成される像を画像信号に変換するための受光部と、該
受光部からの画像信号に基づき、画像の特徴を抽出する
ための特徴抽出部とから構成される特徴抽出装置におい
て、前記撮影光学系が形成した像又は受光部を、その光
軸又は受光部の受光面に対して直交する方向に移動可能
とするための像シフト部を設け、前記受光部は、前記像
シフト部が受光面上の像をシフトしていない時に、ジャ
ストフォーカス像に相当する第１画像信号を形成し、前
記像シフト部が受光面上の像をシフトしている時に、ソ
フトフォーカス像に相当する第２画像信号を形成する様
に構成されている。

【００２５】更に本発明は、撮影光学系の光軸に対して
直交する方向に、前記撮影光学系が形成する像又は前記
受光部を移動可能に構成し、移動による像のシフト範囲
の略中央で、前記受光面上にジャストフォーカス像を形
成するための像シフト部を設け、前記受光部は、前記像
シフト部によるシフト範囲の略中央の像に基づき、ジャ
ストフォーカス像に相当する第１画像信号を形成する様
に構成されている。

【００２６】

【作用】以上の様に構成された本発明は、像形成光学系
が対象物の像を形成し、受光部が像形成光学系によって
受光面上に形成される像を画像信号に変換し、特徴抽出
部が、受光部からの画像信号に基づき画像の特徴を抽出
する様になっており、像形成光学系は、受光部の受光面
上にジャストフォーカス像とソフトフォーカス像を形成
し、特徴抽出部は、ジャストフォーカス像を受光した時
に受光部で得られる第１画像信号と、ソフトフォーカス
像を受光した時に受光部で得られる第２画像信号との差
を演算し、対象物の像の特徴を抽出することができる。

【００２７】また本発明の像形成光学系を、結像レンズ
とテレセン絞りとを構成要素に含んだテレセントリック
光学系から形成し、間隔変化部が、受光部をジャストフ
ォーカス位置から変化させるか、或いは、対象物と構成
要素との光軸方向の間隔をジャストフォーカス位置から
変化させ、受光部の受光面上にジャストフォーカス像と
ソフトフォーカス像を形成することもできる。

【００２８】そして本発明の像形成光学系は、対象物と
受光部の受光面との間の光路中に、拡散作用を有する拡
散光学部材を挿脱自在に配置し、光路中に拡散光学部材
が挿入されていない場合には、受光面上にジャストフォ
ーカス像を形成し、光路中に拡散光学部材が挿入されて
いる場合には、受光面上にソフトフォーカス像を形成す
る様にすることもできる。

【００２９】更に本発明は、撮影光学系が対象物の像を
形成し、受光部が、受光面上に形成される像を画像信号
に変換し、特徴抽出部が、受光部からの画像信号に基づ
き、画像の特徴を抽出し、像シフト部が、像又は受光部
を、その光軸又は受光部の受光面に対して直交する方向
に移動可能し、受光部は、像シフト部が受光面上の像を
シフトしていない時に、ジャストフォーカス像に相当す
る第１画像信号を形成し、像シフト部が受光面上の像を
シフトしている時に、ソフトフォーカス像に相当する第
２画像信号を形成する様になっている。

【００３０】更に本発明は、撮像光学系の光軸に対して
直交する方向に、撮像光学系が形成する像又は受光部を
移動可能に構成し、像シフト部が、移動による像のシフ
ト範囲の略中央で受光面上にジャストフォーカス像を形
成させ、受光部が、像シフト部によるシフト範囲の略中
央の像に基づき、ジャストフォーカス像に相当する第１
画像信号を形成する様にすることもできる。

【００３１】

【実施例】

【００３２】「原理」

【００３３】画像の空間周波数の内、高い周波数の成分
が少なくなると輪郭部が鈍ることになる。そこで、画像
に対して２次元フーリエ変換を施し、高い周波数成分の
値を大きく強調した後、逆フーリエ変換を実行して原画
像を復元すれば輪郭部が鮮明化される。

【００３４】ここで、ジャストフォーカス像の像形成光
学系の透過特性は、図１４に示す様な特性となってお
り、ソフトフォーカス像の像形成光学系の透過特性は、
図１５に示す様な特性になっている。そこで、ジャスト
フォーカス像の像形成光学系の透過特性からソフトフォ
ーカス像の像形成光学系の透過特性を差し引いて得られ
る透過特性は、図１６に示す様な透過特性となる。

【００３５】そして、図１４に示すジャストフォーカス
像の像形成光学系の透過特性をＨ₀（ｕ、ｖ）とし、図
１５に示すソフトフォーカス像の像形成光学系の透過特
性をＨ₁（ｕ、ｖ）とし、図１６に示すジャストフォー
カス像の像形成光学系の透過特性からソフトフォーカス
像の像形成光学系の透過特性を差し引いて得られる透過
特性をＨ₂（ｕ、ｖ）と表すことにする。なお、ｕは空
間周波数領域における水平方向の座標であり、ｖは空間
周波数領域における鉛直方向の座標である。

【００３６】また図１４〜図１６は、ｕ軸方向のｕ≧０
の領域のみを示しているが、これら透過特性は、原点
（ｕ＝ｖ＝０）に対して中心対称となっている。なお図
中に示されるｆは、画素数の逆数に等しい最大空間周波
数である。

【００３７】そして、理想状態でフォーカスされている
（ぼけていない）画像を画像ｆ（ｘ、ｙ）とし、この画
像を２次元フーリエ変換した像をＦ（ｕ、ｖ）とすれ
ば、像形成光学系透過後のフーリエ変換像Ｇ（ｕ、ｖ）
は、

【００３８】Ｇ（ｕ、ｖ）＝Ｆ（ｕ、ｖ）Ｈ（ｕ、ｖ）

【００３９】と表せる。なお、Ｈ（ｕ、ｖ）は、理想状
態における透過特性を示すものである。

【００４０】従って、ジャストフォーカス状態の像形成
光学系透過後のフーリエ変換像をＧ₀（ｕ、ｖ）、ソフ
トフォーカス状態の像形成光学系透過後のフーリエ変換
像をＧ₁（ｕ、ｖ）とすれば、

【００４１】Ｇ₀（ｕ、ｖ）＝Ｆ（ｕ、ｖ）Ｈ₀（ｕ、ｖ）

【００４２】Ｇ₁（ｕ、ｖ）＝Ｆ（ｕ、ｖ）Ｈ₁（ｕ、ｖ）

【００４３】となる。

【００４４】更に、ジャストフォーカス状態の像形成光
学系透過後のフーリエ変換像からソフトフォーカス状態
の像形成光学系透過後のフーリエ変換像を差し引いて得
られる変換像をＧ₂（ｕ、ｖ）とすれば、

【００４５】Ｇ₂（ｕ、ｖ）＝Ｆ（ｕ、ｖ）Ｈ₂（ｕ、ｖ）＝Ｆ（ｕ、ｖ）｛Ｈ₀（ｕ、ｖ）−Ｈ₁（ｕ、ｖ）｝＝Ｆ（ｕ、ｖ）Ｈ₀（ｕ、ｖ）−Ｆ（ｕ、ｖ）Ｈ₁（ｕ、ｖ）

【００４６】となる。

【００４７】なお、Ｈ₂（ｕ、ｖ）の透過特性は、図１
６に示す様にのように低周波側ほど減衰し、高周波側ほ
ど減衰の少ない低周波カットフィルタの特性を有してい
る。

【００４８】従ってＧ₂（ｕ、ｖ）を逆フーリエ変換し
て原画像に再現した像をｇ₂（ｘ、ｙ）とすれば、以下
の式となり、求める輪郭抽出像となる。

【００４９】ｇ₂（ｘ、ｙ）＝ｇ₀（ｘ、ｙ）−ｇ₁（ｘ、ｙ）

【００５０】ここで、ｇ₀（ｘ、ｙ）：ジャストフォ
ーカス像

【００５１】ｇ₁（ｘ、ｙ）：ソフトフォーカス像

【００５２】である。

【００５３】次に本発明における実施例について説明す
る。

【００５４】「第１実施例］

【００５５】本発明の第１実施例である特徴抽出装置１
００００を図面に基づいて説明する。図１は第１実施例
の特徴抽出装置１００００の光学系を含む全体構成を示
すものである。

【００５６】第１実施例の特徴抽出装置１００００の光
学系は、像形成光学系Ｌと、この像形成光学系Ｌから画
面距離Ｇ離れた位置に配置された撮影画面Ｓとから構成
されている。撮影画面Ｓは受光部が形成される位置に相
当するものであり、この撮影画面Ｓに投影された画像の
特徴を抽出するための演算処理装置１０００が接続され
ている。

【００５７】そして、第１実施例の特徴抽出装置１００
００の光学系は、像形成光学系Ｌの構成要素や撮影画面
Ｓを、その光軸に沿って直線的に移動させるための直線
移動機構Ｄが備えられている。この直線移動機構Ｄは間
隔変化部に該当するもので、撮影画面Ｓに対して垂直度
を保ちつつ、かつ、像形成光学系Ｌの光軸Ｏと撮影画面
Ｓとの交点である主点Ｐの位置の変動を抑制するための
ものである。

【００５８】像形成光学系Ｌの撮像レンズ等を移動させ
焦点調整を行った場合でも、直線移動機構Ｄが撮影画面
Ｓに対して垂直度を保ちつつ、かつ、像形成光学系Ｌの
光軸Ｏと撮影画面Ｓとの交点である主点Ｐの位置の変動
を抑制する様になっているので、主点Ｐの位置変動を殆
ど防止することができる。

【００５９】本第１実施例の直線移動機構Ｄは、ベース
上に取り付けられたリニアガイドと、このリニアガイド
に摺動自在に形成されたステージ部材とから構成されて
おり、このステージ部材に像形成光学系Ｌが取付られて
いる。なお、直線移動機構Ｄは、像形成光学系Ｌの構成
要素や撮影画面Ｓを直線的に移動させることができる機
構であれば、何れのものを採用することができる。

【００６０】ここで、像形成光学系Ｌを詳細に説明す
る。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１実施例の特徴抽出
装置１００００の像形成光学系Ｌを示すものである。第
１実施例の像形成光学系Ｌはテレセントリック光学系で
構成されており、撮像レンズ１００と開口絞り２００と
を備えている。この撮像レンズ１００の焦点位置に開口
絞り２００を配置しており、撮影画面Ｓや像形成光学系
Ｌの構成要素を光軸Ｏに沿って移動させ、焦点位置を可
変させても倍率は変化しない様に構成されている。

【００６１】なお、撮像レンズ１００は結像レンズに該
当するものであり、開口絞り２００はテレセン絞りに該
当するものである。

【００６２】この像形成光学系Ｌにより、被撮影体であ
る物体３００の像を撮像レンズ１００により撮影画面Ｓ
に形成することが可能となる。なお撮影画面Ｓは、受光
部を配置する位置に該当し、物体３００は対象物に該当
するものである。

【００６３】図２（ａ）に示す像形成光学系Ｌは、撮影
画面Ｓのみを移動させたり、或いは、撮影距離が長い場
合には、撮像レンズ１００と開口絞り２００とを一体と
して直線移動機構Ｄにより直線移動させることができる
様になっている。従って、倍率を変えることなく焦点位
置を可変させることができ、撮影画面Ｓ上でのフォーカ
ス状態、又はピント状態を変化させることができる。

【００６４】次に図２（ｂ）に示す像形成光学系Ｌは、
図２（ａ）に示す像形成光学系Ｌに対して、物体３００
と撮影画面Ｓとの位置を入れ換えた構成となっている。

【００６５】図２（ｂ）に示す像形成光学系Ｌは、撮影
画面Ｓと撮像レンズ１００と開口絞り２００とを一体と
して直線移動機構Ｄにより直線移動させることができる
様になっており、倍率を変えることなく焦点位置を可変
させることができる。従って、図２（ａ）と同様に、撮
影画面Ｓ上でのフォーカス状態、又はピント状態を変化
させることができる。なお、その他の構成は、図２
（ａ）と同様であるから説明を省略する。

【００６６】そして図２（ｃ）に示す像形成光学系Ｌ
は、２枚の撮像レンズ１００ａ、１００ｂとを備えてお
り、これらのレンズの間に開口絞り２００が挿入されて
いる。そして、２枚の撮像レンズ１００ａ、１００ｂの
それぞれの焦点位置に開口絞り２００が配置される様に
構成されている。この図２（ｃ）に示す像形成光学系Ｌ
は、物体３００の像を等倍で形成させる場合に最適なも
のであり、撮影画面Ｓのみを移動させたり、或いは、２
枚の撮像レンズ１００ａ、１００ｂと開口絞り２００と
を一体として直線移動機構Ｄにより直線移動させたり、
更に、２枚の撮像レンズ１００ａ、１００ｂと開口絞り
２００と撮影画面Ｓとを一体として直線移動させる構成
にすることもできる。従って、図２（ａ）及び図２
（ｂ）と同様に、倍率を変えることなく焦点位置を可変
させることが可能となり、撮影画面Ｓ上でのフォーカス
状態、又はピント状態を変化させることができる。

【００６７】なお、その他の構成は、図２（ａ）と同様
であるから説明を省略する。

【００６８】以上の様に構成された第１実施例の特徴抽
出装置１００００の像形成光学系Ｌにより、ジャストフ
ォーカス像、ソフトフォーカス像を撮影画面Ｓ上に形成
することができる。

【００６９】特に上述の像形成光学系Ｌは、焦点位置を
変化させても主点Ｐが変動しない上、倍率も等倍となっ
て変化することがないという効果があり、更に、１つの
光学系と画像信号処理系で画像信号を処理できるので、
ジャストフォーカス像とソフトフォーカス像を全く同じ
条件で撮影でき、輪郭抽出を確実に精度よく行うことが
できるという卓越した効果がある。

【００７０】次に、第１実施例における輪郭抽出処理を
説明する。

【００７１】まず、第１実施例の特徴抽出装置１０００
０の演算処理装置１０００を説明する。

【００７２】演算処理装置１０００は図３に示す様に、
第１のメモリ１１００と、第２のメモリ１２００と、演
算処理部１３００とから構成されている。

【００７３】第１のメモリ１１００は、像形成光学系Ｌ
により形成されたジャストフォーカス像の画像信号であ
る第１画像信号を記憶するためのものである。即ち、像
形成光学系Ｌの撮影画面Ｓ上に受光部２０００を配置
し、この受光部２０００により、ジャストフォーカス像
を画像信号に変換して、第１画像信号を第１のメモリ１
１００に記憶する様になっている。

【００７４】第２のメモリ１２００は、像形成光学系Ｌ
により形成されたソフトフォーカス像の画像信号である
第２画像信号を記憶するためのものである。

【００７５】演算処理部１３００は、第１のメモリ１１
００に記憶されているジャストフォーカス像の画像信号
から、第２のメモリ１２００に記憶されているソフトフ
ォーカス像の画像信号を差分する演算を行うためのもの
である。

【００７６】なお、演算処理装置１０００は特徴抽出部
に該当するものであり、受光部２０００は、ＣＣＤカメ
ラ等の画像センサを使用することができるが、画像を画
像信号に変換することができる素子であれば、何れの素
子を使用することができる。

【００７７】ここで、演算処理装置１０００の輪郭抽出
処理について図４に基づいて説明する。

【００７８】まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略す
る。）では、像形成光学系Ｌにより撮影画面Ｓ上にジャ
ストフォーカス像を形成させる。更に、撮影画面Ｓ上に
配置された受光部２０００が、ジャストフォーカス像を
画像信号に変換させ、第１のメモリ１１００に記憶させ
る。

【００７９】次にＳ２では、像形成光学系Ｌにより撮影
画面Ｓ上にソフトフォーカス像を形成させる。更に、撮
影画面Ｓ上に配置された受光部２０００が、ソフトフォ
ーカス像を画像信号に変換させ、第２のメモリ１２００
に記憶させる。

【００８０】そしてＳ３では、Ｓ２で得られたソフトフ
ォーカス像に相当する画像信号から、Ｓ１で得られたジ
ャストフォーカス像に相当する画像信号の差分演算を行
い、輪郭を抽出する様になっている。

【００８１】「第２実施例」

【００８２】次に本発明の第２実施例である特徴抽出装
置２００００を説明する。図５は第２実施例の特徴抽出
装置２００００の光学系を含む全体構成を示すものであ
る。

【００８３】第２実施例の特徴抽出装置２００００の光
学系は、撮影レンズ系５０００と、撮影画面Ｓと、拡散
作用を有する拡散光学部材６０００とから構成されてい
る。

【００８４】拡散作用を有する光学部材６０００は、例
えば、フォギーフィルター等で像をソフトフォーカス化
できるものであり、フォギーフィルターに限らず、ソフ
トフォーカス化できるものであれば、何れの光学部材を
採用することができる。拡散作用を有する光学部材６０
００は、図５に示す様に、撮影レンズ系５０００の前後
の何れか一方に挿脱自在に配置されている。

【００８５】従って、拡散作用を有する拡散光学部材６
０００を取り外せば、撮影画面Ｓ上にジャストフォーカ
ス像を形成することができ、拡散光学部材６０００を挿
入すれば、撮影画面Ｓ上にソフトフォーカス像を形成す
ることができる。

【００８６】なお第２実施例における輪郭抽出処理は、
第１実施例と同様となっており、演算処理装置１０００
も、ジャストフォーカス像の第１画像信号を第１のメモ
リ１１００に記憶し、ソフトフォーカス像の第２画像信
号を第２のメモリ１２００に記憶する様に構成されてい
るので、説明を省略する。

【００８７】ここで、第２実施例の特徴抽出装置２００
００の輪郭抽出処理の結果を図６〜図８に基づいて説明
する。ここでは、水平１ラインについての画像（波形と
なる）で結果の評価を行っている。

【００８８】図６は、拡散作用を有する拡散光学部材６
０００を挿入して得られたソフトフォーカス像を示すも
のであり、図７は、ジャストフォーカス像と輪郭抽出処
理結果を示したものであり、図８は、ソフトフォーカス
像とジャストフォーカス像との差分演算を施した場合の
結果である。

【００８９】図８の差分結果は、これ自体が輪郭抽出像
となるが、ゼロクロス点が輪郭抽出位置となっている。
図７の縦線は、輪郭抽出像のゼロクロス点をジャストフ
ォーカス像上に描いたものであり、正確に輪郭を抽出し
ていることが理解される。

【００９０】「第３実施例」

【００９１】次に本発明の第３実施例である特徴抽出装
置３００００を説明する。

【００９２】図９は第３実施例の特徴抽出装置３０００
０の光学系を含む全体構成を示すものである。

【００９３】第３実施例の特徴抽出装置３００００は、
第１実施例と同様な撮影レンズ系５０００と、撮影画面
Ｓと、この撮影画面Ｓ上に配置されたＣＣＤセンサー８
０００と、像シフト部９０００とから構成されている。
なお撮影レンズ系５０００は、撮影光学系に該当するも
のである。

【００９４】ＣＣＤセンサー８０００は、受光部に該当
するもので、撮影画面Ｓ上に形成された画像を画像信号
に変換するためのものである。

【００９５】像シフト部９０００は、ＣＣＤセンサー８
０００を撮影レンズ系５０００の光軸に対して直交する
方向に微少に移動させるためのものである。本第３実施
例の像シフト部９０００は、Ｘ座標の方向にＣＣＤセン
サー８０００を移動させるためのＸ方向像シフト部９１
００と、Ｙ座標の方向にＣＣＤセンサー８０００を移動
させるためのＹ方向像シフト部９２００とから構成され
ており、２次元方向にＣＣＤセンサー８０００を微少移
動させることができる。

【００９６】本第３実施例のＸ方向像シフト部９１００
とＹ方向像シフト部９２００とは、ピエゾ素子から構成
されており、ＣＣＤセンサー８０００を微少移動させる
ことができる。なお像シフト部９０００は、ピエゾ素子
に限ることなく、ＣＣＤセンサー８０００を微少移動さ
せることができるアクチュエーターであれば、何れの駆
動手段を採用することができる。

【００９７】なお、第３実施例における輪郭抽出処理
は、第１実施例と同様となっており、演算処理装置１０
００も同様な構成となっている。

【００９８】即ち、ジャストフォーカス像とジャストフ
ォーカス像との切り替えを、像シフト部９０００により
実施している点が異なっている。

【００９９】第３実施例の特徴抽出装置３００００は、
まず、像シフト部９０００を駆動しない状態で、撮影レ
ンズ系５０００により撮影画面Ｓ上にジャストフォーカ
ス像を形成させる。そして、ジャストフォーカス像をＣ
ＣＤセンサー８０００で画像信号に変換し、第１のメモ
リ１１００に記憶させる。即ち、像シフト部９０００
は、像のシフト範囲の略中央で、ＣＣＤセンサー８００
０上にジャストフォーカス像を形成する様に構成されて
いる。

【０１００】次に、像シフト部９０００を駆動して、Ｃ
ＣＤセンサー８０００を例えば図１０に示す様に２次元
方向に微少移動させる。ここで、像シフト部９０００を
駆動しない状態におけるＣＣＤセンサー８０００の位置
をとし、像シフト部９０００の駆動により微少移動さ
れたＣＣＤセンサー８０００の方向を〜とする。

【０１０１】そして像シフト部９０００により、ＣＣＤ
センサー８０００が〜の方向に移動されている間で
は、ＣＣＤセンサー８０００は蓄積状態となっている。
また、ＣＣＤセンサー８０００の蓄積時間は、ジャスト
フォーカス像を受光した場合と等しくなる様になってい
る。

【０１０２】また、ＣＣＤセンサー８０００のＣＣＤ蓄
積時間と、像シフト部９０００を駆動するための駆動信
号との関係は、図１１の様になる。

【０１０３】従って、像シフト部９０００を駆動してＣ
ＣＤセンサー８０００から得られた第２画像信号を第２
のメモリ１２００に積算記憶させれば、第２のメモリ１
２００に記憶されたＣＣＤセンサー８０００の１画素１
画素に相当するデータは、近隣の画素同志で空間的に積
分された値となり、ソフトフォーカス像を演算すること
になる。

【０１０４】以上の様に構成された第３実施例は、第１
のメモリ１１００にはジャストフォーカス像に相当する
第１画像信号が記憶され、第２のメモリ１２００にはソ
フトフォーカス像に相当する第２画像信号が記憶される
ことになり、演算処理部１３００が差分演算を行うこと
により、輪郭を抽出することができる。

【０１０５】また本第３実施例は、像シフト部９０００
をＣＣＤセンサー８０００に形成した場合で説明した
が、像シフト部９０００を撮影レンズ系５０００に形成
し、撮影レンズ系５０００を移動させる様に構成するこ
ともできる。

【０１０６】なお本第３実施例の、その他の構成、処理
等は、第１実施例及び第２実施例と同様であるから説明
を省略する。

【０１０７】「第４実施例」

【０１０８】上述の第３実施例では、像シフト部９００
０によりＣＣＤセンサー８０００を微少移動させ、ソフ
トフォーカス像を得ていたが、像シフト部９０００で光
線を微少移動させることにより、ソフトフォーカス像を
得る第４実施例について説明する。

【０１０９】図１７は、第４実施例の特徴抽出装置４０
０００の光学系を含む全体構成を示すものである。

【０１１０】第４実施例の特徴抽出装置４００００は、
バリアングルプリズム７１００と、プリズム駆動アクチ
ュエーターから構成される像シフト部９０００と、撮影
レンズ系５０００と、エリアＣＣＤセンサー８０００と
から構成されており、バリアングルプリズム７１００で
結像位置を微少移動させることにより、ソフトフォーカ
ス像を得る様になっている。

【０１１１】図１９は、バリアングルプリズム７１００
を示す断面図であり、バリアングルプリズム７１００
は、２枚の板ガラスの間を特殊フィルムから形成された
ベローズでつなぎ、内部に透明な高屈折率液体を充填し
たものである。

【０１１２】図１８は、バリアングルプリズム７１００
で光線を微少移動させる原理を示すものである。図１８
（ａ）はジャストフォーカス像を形成する時の原理図で
あり、バリアングルプリズム７１００の頂角は平行状態
となっている。図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）は、ソフ
トフォーカス像を形成する時の原理図であり、バリアン
グルプリズム７１００の頂角を、光線を微少移動させる
角度だけ変化させる様になっている。

【０１１３】例えば、角度θだけ光線を微少移動させた
い場合には、バリアングルプリズム７１００を、θ＝
（ｎ−ε）の式に従って、εを変化させれば、光線の振
れ角を制御することができる。なお、高屈折率液体の屈
折率ｎとし、εをバリアングルプリズム７１００の頂角
とする。

【０１１４】従って図１７に示す様に、プリズム駆動ア
クチュエーターから構成される像シフト部９０００が、
バリアングルプリズム７１００の頂角εを制御すること
により、図１０に示した場合と同様に、エリアＣＣＤセ
ンサー８０００を〜まで動かしたのと実質的に同一
な効果を得ることができる。

【０１１５】そして第４実施例の特徴抽出装置４０００
０は、上述の第１実施例と同様となっており、演算処理
装置１０００も同様な構成となっている。

【０１１６】更に第４実施例の特徴抽出装置４００００
は、ジャストフォーカス像とソフトフォーカス像との切
り替えは、プリズム駆動アクチュエーターから構成され
る像シフト部９０００により実施されている。

【０１１７】以上の様に構成された第４実施例の特徴抽
出装置４００００は、まず、図１８（ａ）に示す様に、
像シフト部９０００によりバリアングルプリズム７１０
０の頂角を平行状態とする。なお、像シフト部９０００
を駆動しない初期状態を平行状態とすることもできる。

【０１１８】そしてジャストフォーカス像を、エリアＣ
ＣＤセンサー８０００により画像信号に変換し、画像信
号を第１のメモリ１１００に記憶させる。

【０１１９】次に、像シフト部９０００を駆動させて、
光線を図１０に示す様に微少移動させる。ここで、像シ
フト部９０００によりバリアングルプリズム７１００の
頂角が平行状態とされるエリアＣＣＤセンサー８０００
の光線位置をとし、像シフト部９０００により、バリ
アングルプリズム７１００の頂角εを微少量変化させた
時の光線移動の方向を〜とする。

【０１２０】そして像シフト部９０００により、光線が
〜の方向に移動されている間では、エリアＣＣＤセ
ンサー８０００は蓄積状態となっている。また、エリア
ＣＣＤセンサー８０００のＣＣＤ蓄積時間と、像シフト
部９０００を駆動するための駆動信号との関係は、図１
１に示す様になる。

【０１２１】従って像シフト部９０００を駆動して、エ
リアＣＣＤセンサー８０００から得られた第２画像信号
を第２のメモリ１２００に積算記憶すれば、第２のメモ
リ１２００に記憶されたエリアＣＣＤセンサー８０００
の１画素１画素に相当するデータが、近隣の画素同志で
空間的に積分された値となり、ソフトフォーカス像を演
算することになる。

【０１２２】以上の様に構成された第４実施例の特徴抽
出装置４００００は、第１のメモリ１１００にはジャス
トフォーカス像に相当する第１画像信号が記憶され、第
２のメモリ１２００にはソフトフォーカス像に相当する
第２画像信号が記憶されることになり、演算処理部１３
００が差分演算を行うことにより、輪郭を抽出すること
ができる。

【０１２３】また本第４実施例の特徴抽出装置４０００
０は、バリアングルプリズム７１００を、撮影レンズ系
５０００とエリアＣＣＤセンサー８０００との間に配置
したが、撮影レンズ系５０００の前方に配置することも
できる。

【０１２４】なお、本第４実施例の特徴抽出装置４００
００の、その他の構成、作用、処理等は、上述の第１実
施例及び第２実施例等と同様であるから説明を省略す
る。

【０１２５】「第５実施例」

【０１２６】次に、第５実施例の特徴抽出装置５０００
０を説明する。

【０１２７】図２０は、第５実施例の特徴抽出装置５０
０００の光学系を含む全体構成を示すものである。

【０１２８】第５実施例の特徴抽出装置５００００は、
撮影レンズ系５０００と、平行平板７２００と、像シフ
ト部９０００と、エリアＣＣＤセンサー８０００とから
構成されている。

【０１２９】第５実施例の像シフト部９０００は、Ｘ軸
用アクチュエータとＹ軸用アクチュエータとから構成さ
れており、上述の第４実施例のバリアングルプリズム７
１００に代えて、平行平板７２００が使用されている。

【０１３０】即ち、平行平板７２００をＸ軸、Ｙ軸を中
心に回転させることにより、結像位置を図１１に示す
〜まで微少に移動させ、ジャストフォーカス像及びソ
フトフォーカス像を得ることができる。

【０１３１】なお第５実施例の特徴抽出装置５００００
の、その他の原理は、上述の第４実施例と同様であるか
ら説明を省略する。

【０１３２】そして、第５実施例の特徴抽出装置５００
００の平行平板７２００は、撮影レンズ系５０００の前
方に配置することも可能である。

【０１３３】また第５実施例の特徴抽出装置５００００
は、平行平板７２００に代えてミラーを挿入し、このミ
ラーをＸ軸、Ｙ軸を中心に微少量回転させることによ
り、光線を微少移動させることもできる。従って、ミラ
ーを使用した第５実施例の特徴抽出装置５００００も、
ジャストフォーカス像及びソフトフォーカス像を得るこ
とが可能となる。

【０１３４】

【効果】以上の様に構成された本発明は、像形成光学系
は、受光部の受光面上にジャストフォーカス像とソフト
フォーカス像を形成する様に構成され、特徴抽出部は、
ジャストフォーカス像を受光した時に受光部で得られる
第１画像信号と、ソフトフォーカス像を受光した時に受
光部で得られる第２画像信号との差を演算し、対象物の
像の特徴を抽出する様に構成されているので、像形成光
学系、受光部及び特徴抽出部が共通となり、視差による
オクルージョンや、レンズ特性の違い、信号処理回路特
性の相違等がなく、確実に高精度に輪郭抽出が可能とな
るという効果がある。

【０１３５】更に本発明は、メモリと減算処理回路のみ
で演算することが可能であり、処理演算も差分だけなの
で、小規模な簡便な回路構成で高速な輪郭抽出が可能と
なるという効果がある。

【０１３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の全体構成を示す図であ
る。

【図２（ａ）】第１実施例の像形成光学系Ｌの構成を説
明する図である。

【図２（ｂ）】第１実施例の像形成光学系Ｌの構成を説
明する図である。

【図２（ｃ）】第１実施例の像形成光学系Ｌの構成を説
明する図である。

【図３】第１実施例の演算処理装置１０００を説明する
図である。

【図４】第１実施例の特徴抽出装置３００００の作用を
説明する図である。

【図５】第２実施例のの全体構成を示す図である。

【図６】拡散光学部材６０００を挿入して得られたソフ
トフォーカス像を説明する図である。

【図７】ジャストフォーカス像と輪郭抽出処理結果を示
した図である。

【図８】ソフトフォーカス像とジャストフォーカス像と
の差分演算を施した場合の結果を示す図である。

【図９】第３実施例の全体構成を示す図である。

【図１０】第３実施例の像シフト部９０００を説明する
図である。

【図１１】ＣＣＤ蓄積時間と像シフト部９０００の駆動
信号の関係を説明する図である。

【図１２】従来技術を説明する図である。

【図１３】従来技術を説明する図である。

【図１４】ジャストフォーカス像の像形成光学系の透過
特性を示す図である。

【図１５】ソフトフォーカス像の像形成光学系の透過特
性を示す図である。

【図１６】ジャストフォーカス像の像形成光学系の透過
特性からソフトフォーカス像の像形成光学系の透過特性
を差し引いて得られる透過特性を示す図である。

【図１７】第４実施例の全体構成を示す図である。

【図１８（ａ）】ジャストフォーカス像を形成する時の
バリアングルプリズム７１００を説明する図である。

【図１８（ｂ）】ソフトフォーカス像を形成する時のバ
リアングルプリズム７１００を説明する図である。

【図１８（ｃ）】ソフトフォーカス像を形成する時のバ
リアングルプリズム７１００を説明する図である。

【図１９】バリアングルプリズム７１００の断面図であ
る。

【図２０】第５実施例の全体構成を示す図である。

【符号の説明】

１００００第１実施例の特徴抽出装置２００００第２実施例の特徴抽出装置３００００第３実施例の特徴抽出装置４００００第４実施例の特徴抽出装置５００００第５実施例の特徴抽出装置１０００演算処理装置１１００第１のメモリ１２００第２のメモリ１３００演算処理部２０００受光部１００撮像レンズ２００開口絞り３００物体５０００撮影レンズ系６０００拡散光学部材７１００バリアングルプリズム７２００平行平板８０００ＣＣＤセンサー９０００像シフト部９１００Ｘ方向像シフト部９２００Ｙ方向像シフト部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野間孝幸東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の像を形成するための像形成光学
系と、この像形成光学系によって受光面上に形成される
像を画像信号に変換するための受光部と、該受光部から
の画像信号に基づき画像の特徴を抽出するための特徴抽
出部とから構成される特徴抽出装置において、前記像形
成光学系は、受光部の受光面上にジャストフォーカス像
とソフトフォーカス像を形成する様に構成され、前記特
徴抽出部は、ジャストフォーカス像を受光した時に前記
受光部で得られる第１画像信号と、ソフトフォーカス像
を受光した時に前記受光部で得られる第２画像信号との
差を演算し、対象物の像の特徴を抽出する様に構成した
ことを特徴とする特徴抽出装置。
【請求項２】像形成光学系は、結像レンズとテレセン
絞りとを構成要素に含んだテレセントリック光学系から
形成し、受光部をジャストフォーカス位置から変化させ
るか、或いは、対象物と前記構成要素との光軸方向の間
隔をジャストフォーカス位置から変化させるための間隔
変化部を設けることにより、受光部の受光面上にジャス
トフォーカス像とソフトフォーカス像を形成する様に構
成した請求項１記載の特徴抽出装置。
【請求項３】像形成光学系は、対象物と受光部の受光
面との間の光路中に、拡散作用を有する拡散光学部材を
挿脱自在に配置し、光路中に前記拡散光学部材が挿入さ
れていない場合には、受光面上にジャストフォーカス像
を形成し、光路中に前記拡散光学部材が挿入されている
場合には、受光面上にソフトフォーカス像を形成する様
に構成した請求項１記載の特徴抽出装置。
【請求項４】対象物の像を形成するための撮影光学系
と、この撮影光学系によって受光面上に形成される像を
画像信号に変換するための受光部と、該受光部からの画
像信号に基づき、画像の特徴を抽出するための特徴抽出
部とから構成される特徴抽出装置において、前記撮影光
学系が形成した像又は受光部を、その光軸又は受光部の
受光面に対して直交する方向に移動可能とするための像
シフト部を設け、前記受光部は、前記像シフト部が受光
面上の像をシフトしていない時に、ジャストフォーカス
像に相当する第１画像信号を形成し、前記像シフト部が
受光面上の像をシフトしている時に、ソフトフォーカス
像に相当する第２画像信号を形成する様に構成されてい
る特徴抽出装置。
【請求項５】撮影光学系の光軸に対して直交する方向
に、前記撮影光学系が形成する像又は前記受光部を移動
可能に構成し、移動による像のシフト範囲の略中央で、
前記受光面上にジャストフォーカス像を形成するための
像シフト部を設け、前記受光部は、前記像シフト部によ
るシフト範囲の略中央の像に基づき、ジャストフォーカ
ス像に相当する第１画像信号を形成する様に構成した請
求項４記載の特徴抽出装置。