JPS58123462A - 速度パターン算出方法 - Google Patents
速度パターン算出方法Info
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- JPS58123462A JPS58123462A JP57005729A JP572982A JPS58123462A JP S58123462 A JPS58123462 A JP S58123462A JP 57005729 A JP57005729 A JP 57005729A JP 572982 A JP572982 A JP 572982A JP S58123462 A JPS58123462 A JP S58123462A
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- JP
- Japan
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- dimensional
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims description 9
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、速度パターン算出方法に関するものである
。従来からも、連続して撮像された複数枚の画像（連続
画像）を用いて、時々刻々変化する対象物の動きを計測
する方法がいくつか提案されてはいる。代表的なものに
は、原画像情報に信号処理を施す相関法や差分法、また
、複数枚の各画像をある程度処理゛してたとえば線画な
どの形態情報を抽出し、個々の画像間の形態情報則士の
比較を行なうもの、などがわる。
。従来からも、連続して撮像された複数枚の画像（連続
画像）を用いて、時々刻々変化する対象物の動きを計測
する方法がいくつか提案されてはいる。代表的なものに
は、原画像情報に信号処理を施す相関法や差分法、また
、複数枚の各画像をある程度処理゛してたとえば線画な
どの形態情報を抽出し、個々の画像間の形態情報則士の
比較を行なうもの、などがわる。
さらには、画像の明度の時間的変化によるオプティック
・フローを計算するものがある。しかし、形態情報を用
いる方法はその抽出に時間がかかるし、曲面などを含む
複雑な対象では困難な場合も多い。差分法は連続２枚の
画像の同一座標に位置する画素間の差をとり、その差画
像が零でないことにより動きを検出するものである。こ
の方法は簡単であシ高遠に実行できるが、動きのパター
ンを求めるためには差画像、さらには２枚の原画像中の
形態情報の解析が必要になってくる。また、相関法は連
続２枚の部分画像同士を相関値を評価関数として比較す
るものであるが、評価関数を極大とする類似点の探索が
必要となり高速実行に向かないという欠点を持っている
。オプティック・フローを用いる方法も、フローの決定
には繰シ返し演算が必要であシ、高速化が難しい。
・フローを計算するものがある。しかし、形態情報を用
いる方法はその抽出に時間がかかるし、曲面などを含む
複雑な対象では困難な場合も多い。差分法は連続２枚の
画像の同一座標に位置する画素間の差をとり、その差画
像が零でないことにより動きを検出するものである。こ
の方法は簡単であシ高遠に実行できるが、動きのパター
ンを求めるためには差画像、さらには２枚の原画像中の
形態情報の解析が必要になってくる。また、相関法は連
続２枚の部分画像同士を相関値を評価関数として比較す
るものであるが、評価関数を極大とする類似点の探索が
必要となり高速実行に向かないという欠点を持っている
。オプティック・フローを用いる方法も、フローの決定
には繰シ返し演算が必要であシ、高速化が難しい。
本発明は、以上に鑑てなされたもので、形態情報の比較
や類似点の探索、繰如返し演算によらずに、直接、原連
続画像に局所的並列的に演算を施して画像上の各点の速
度を計算し速度パターンを求めるものである。本方法は
専用の並列高速演算器として装置化することができ、汎
用の動きの計測器として極めて応用範囲の広い効果を有
する。
や類似点の探索、繰如返し演算によらずに、直接、原連
続画像に局所的並列的に演算を施して画像上の各点の速
度を計算し速度パターンを求めるものである。本方法は
専用の並列高速演算器として装置化することができ、汎
用の動きの計測器として極めて応用範囲の広い効果を有
する。
以下、発明の詳細について述べる。
Ｎ枚の連続画像を時間順に並べ、各画像の横方向を２座
標、縦方向をＶ座標、奥行方向をｔ座標とする５次元空
間を考える（第１図）。連続ｍｉｓを時間方向の密度が
十分大となるように短い時間間隔で採取すれば、この空
間は連続空間と考えることができる。この空間中の１点
Ｐ（” ｒ ’ＩＩ ｒ ｔ ）の明度をＩ （ｘ、ｙ
、ｔ） とすれば点Ｐにおける明度勾配は、 ａｒａｄ Ｉ ＝ （”／ａｘ 、 ａＩ／ａｙ 、
ａＶａｔ ） （１）となる。いま、微小位置変
位をΔＶ＝（Δ２．ΔＶ、Δｔ）とすれば、明度変化Δ
工は次のように１次近似できる。
標、縦方向をＶ座標、奥行方向をｔ座標とする５次元空
間を考える（第１図）。連続ｍｉｓを時間方向の密度が
十分大となるように短い時間間隔で採取すれば、この空
間は連続空間と考えることができる。この空間中の１点
Ｐ（” ｒ ’ＩＩ ｒ ｔ ）の明度をＩ （ｘ、ｙ
、ｔ） とすれば点Ｐにおける明度勾配は、 ａｒａｄ Ｉ ＝ （”／ａｘ 、 ａＩ／ａｙ 、
ａＶａｔ ） （１）となる。いま、微小位置変
位をΔＶ＝（Δ２．ΔＶ、Δｔ）とすれば、明度変化Δ
工は次のように１次近似できる。
ＩＩ ＝ ａｒａｄ Ｉ −Ｘ’
（２）ｇｒａｄ ＩＩ、バ停をそれぞれ、５次元ベ
クトルｇｒａｄＩ、源のＺ−ｙ平面への射影ベクトルと
すれば、明度を保存するような単位時間の微小変位（Ｉ
２゜Δｙ、１）は（２）式において、ΔＩ＝０．Δｔ＝
１ とおくことによシ、 ｇｒａｄ ｌ札６＊ ＝ −（ａｘ／ａｔ ）
（３）を満たす。源＊はわれわれが画像上で意識
する動き（速度）である。ある時間ｔにおいて同一画像
中の２つの近傍点ＰＬ、Ｐ！で速度Ｘｌ＊が等しいとす
れば、 が成立し、計９は次のように求まる。
（２）ｇｒａｄ ＩＩ、バ停をそれぞれ、５次元ベ
クトルｇｒａｄＩ、源のＺ−ｙ平面への射影ベクトルと
すれば、明度を保存するような単位時間の微小変位（Ｉ
２゜Δｙ、１）は（２）式において、ΔＩ＝０．Δｔ＝
１ とおくことによシ、 ｇｒａｄ ｌ札６＊ ＝ −（ａｘ／ａｔ ）
（３）を満たす。源＊はわれわれが画像上で意識
する動き（速度）である。ある時間ｔにおいて同一画像
中の２つの近傍点ＰＬ、Ｐ！で速度Ｘｌ＊が等しいとす
れば、 が成立し、計９は次のように求まる。
沢＊＝ （ｘ／Ｔ、 Ｙ／Ｔ） （
ｓ）ただし、 （Ｘ、 Ｙ、 Ｔ） Ｅｉ７？’ｃＬｄ１．Ｘｉ７？”
Ｇｄ１． （６）’ｌ’ ＝ ｄｅｔ （ｇｒａ
ｄ 工、 、 ｇｒａｄ ＩＩ ） ’＜ ０ （
７）とする。
ｓ）ただし、 （Ｘ、 Ｙ、 Ｔ） Ｅｉ７？’ｃＬｄ１．Ｘｉ７？”
Ｇｄ１． （６）’ｌ’ ＝ ｄｅｔ （ｇｒａ
ｄ 工、 、 ｇｒａｄ ＩＩ ） ’＜ ０ （
７）とする。
この原理をディジタル１ｉｉｒ像に適用する。時間’Ｏ
＋ ’Ｉ ｒ・・・＊’Ｎ−１で得られた画偉群をムｔ
ＩＩ ｍ・・・。
＋ ’Ｉ ｒ・・・＊’Ｎ−１で得られた画偉群をムｔ
ＩＩ ｍ・・・。
ｌＮ−１とする。時間−における明度勾配画像ｇｒａｄ
工４はＣ４−１，ｔａ 、 ｊＡ＋Ｉ Ｋ オケル５
枚Ｏｍ像Ｉａ−ｔ 、 Ｉａ 、 Ｉａ＋ｔ に対
し、５次元画像に対する最適エツジ検出演算子を用いて
求める。即ち、ＩＡ中の点Ｐに対して、その点を中心と
する５×３×３点の小立方体の２７個の明度値と次の行
列Ｍを用いる。
工４はＣ４−１，ｔａ 、 ｊＡ＋Ｉ Ｋ オケル５
枚Ｏｍ像Ｉａ−ｔ 、 Ｉａ 、 Ｉａ＋ｔ に対
し、５次元画像に対する最適エツジ検出演算子を用いて
求める。即ち、ＩＡ中の点Ｐに対して、その点を中心と
する５×３×３点の小立方体の２７個の明度値と次の行
列Ｍを用いる。
時間微分画像（ａ′ＩＡｔ）ａはＭと工４＋！ の重
畳積分と、ＭとＩ４ ｉ の重畳積分との差で求めら
れる。（ａＶＢｙｅ ） ａ 、 （”／ａｙ ）
ａ の各微分画像は（”／ａｔ ） ａの計算を空間
内で回転して行なうことにより得られる（第２図）。
畳積分と、ＭとＩ４ ｉ の重畳積分との差で求めら
れる。（ａＶＢｙｅ ） ａ 、 （”／ａｙ ）
ａ の各微分画像は（”／ａｔ ） ａの計算を空間
内で回転して行なうことにより得られる（第２図）。
（６）式の２つの明度勾配ベクトル間のベクトル積（Ｘ
、Ｙ、Ｔ）は明度勾配画像から次のようにして求める。
、Ｙ、Ｔ）は明度勾配画像から次のようにして求める。
まず第５図示のように、Ｉｎ上の点Ｐを中心とした同一
画面上の対象点の組（Ｑ％。
画面上の対象点の組（Ｑ％。
Ｒｍ）（ｍ＝’ｏ〜５）に着目する。明度勾配画像ｇｒ
ａｄ 工４ から、Ｑｍ、ｆｌｍ における明度勾配
が知れるので、両者のベクトル積（Ｘｍ ＋ Ｙｍ ＋
Ｔｍ ）が計算される。惧＝０〜３の中で最大の絶対
値を持つ（Ｘｍ 、 Ｙｍ ｒ Ｔｍ ）を点ＰＫおけ
るベクトル積（Ｘ、Ｙ、Ｔ）とする。点Ｐにおける速度
源＊は（５）式によシ求める。このとき、Ｔｏｏの条件
は次のように解釈する。
ａｄ 工４ から、Ｑｍ、ｆｌｍ における明度勾配
が知れるので、両者のベクトル積（Ｘｍ ＋ Ｙｍ ＋
Ｔｍ ）が計算される。惧＝０〜３の中で最大の絶対
値を持つ（Ｘｍ 、 Ｙｍ ｒ Ｔｍ ）を点ＰＫおけ
るベクトル積（Ｘ、Ｙ、Ｔ）とする。点Ｐにおける速度
源＊は（５）式によシ求める。このとき、Ｔｏｏの条件
は次のように解釈する。
ＩＴＩ≧ｃｏｎｅｔ、 （９）こ
こで、θを２つの２次元ベクトルｇｒａｄ ｉｌ と
ｇｒａｄ ＩＦ （！： ｆ） ナス角Ｗと−ｒｔｔａ
’、Ｔｍ ｌ ｇｒａｄ １．” １＊ ｌ ｇｒａｄ
Ｉｔ ｌ ｅ ｓｉｎｇ である。すなわち、Ｔの
大きさは両２次元ベクトルの大きさと、両者のなす角度
に依存して決まる。速度〃を求めるときにはθの大きい
方がよシ確実な値を得るととができる。そこで、次の条
件を加える。
こで、θを２つの２次元ベクトルｇｒａｄ ｉｌ と
ｇｒａｄ ＩＦ （！： ｆ） ナス角Ｗと−ｒｔｔａ
’、Ｔｍ ｌ ｇｒａｄ １．” １＊ ｌ ｇｒａｄ
Ｉｔ ｌ ｅ ｓｉｎｇ である。すなわち、Ｔの
大きさは両２次元ベクトルの大きさと、両者のなす角度
に依存して決まる。速度〃を求めるときにはθの大きい
方がよシ確実な値を得るととができる。そこで、次の条
件を加える。
題≧出ａｔ、 （至）ただし、Ｅ
＝Ｉｇ？’４ｄＬＩ”１ｆｆａｄＩ＊Ｉ Ｃ１１
ｃｏｎｓｔ、 、 ｃｏｎａｔ、は適幽に選ばれ九閾値
である。
＝Ｉｇ？’４ｄＬＩ”１ｆｆａｄＩ＊Ｉ Ｃ１１
ｃｏｎｓｔ、 、 ｃｏｎａｔ、は適幽に選ばれ九閾値
である。
このようにして時間を轟における画像Ｉ１上のすぺての
点のうち、（９）式（ト）式の条件を満足するものにつ
き、（５）式によって速度片＊を求めることができる。
点のうち、（９）式（ト）式の条件を満足するものにつ
き、（５）式によって速度片＊を求めることができる。
すなわち、時間らにおける速度パターンを求めることが
できる。
できる。
以上の説明で、時間ｔ４における明度勾配を求めるとき
に、’Ａ ｌ ｔ ’Ａ ＨｅＡ＋＊における５枚の画
像を用い九が、５枚以上、たとえば、’Ａ−１ｐ” Ｉ
＋ ”Ａ ＋ ’轟＋１＋’轟＋！ の５枚の画像を
用いてもよい。また、（８）式で示される行列Ｍを用い
たが、（１）式の５次元画像の明度勾配をよい近似で計
算しうるもの、たとえば、（８）式のＭを簡略化した次
のＭ′を用いてもよい。
に、’Ａ ｌ ｔ ’Ａ ＨｅＡ＋＊における５枚の画
像を用い九が、５枚以上、たとえば、’Ａ−１ｐ” Ｉ
＋ ”Ａ ＋ ’轟＋１＋’轟＋！ の５枚の画像を
用いてもよい。また、（８）式で示される行列Ｍを用い
たが、（１）式の５次元画像の明度勾配をよい近似で計
算しうるもの、たとえば、（８）式のＭを簡略化した次
のＭ′を用いてもよい。
以上のような本発明方法を満たす速度パターン針＃１器
の構成例を第４図に示す、。
の構成例を第４図に示す、。
画像記憶ｌは十分短い時間間隔で撮影され九５枚のＮｘ
Ｎ画素から成るディジタル画像を格納するものであり、
その記憶セルのアドレスをｐ ＜ｉ＋ｉｒｈ＞ （
ｉ−１〜Ｎ、ｊ−１〜Ｎ、Ｃ＝１〜５） とする。レジ
スタコは５Ｘ５Ｘ５画素分の容量を持ち、その各セルを
Ｑ （ｊ、ｖｘ、＆）（１＝ １〜５．ｍ＝ １〜５．
ｋ −１〜５） とする。
Ｎ画素から成るディジタル画像を格納するものであり、
その記憶セルのアドレスをｐ ＜ｉ＋ｉｒｈ＞ （
ｉ−１〜Ｎ、ｊ−１〜Ｎ、Ｃ＝１〜５） とする。レジ
スタコは５Ｘ５Ｘ５画素分の容量を持ち、その各セルを
Ｑ （ｊ、ｖｘ、＆）（１＝ １〜５．ｍ＝ １〜５．
ｋ −１〜５） とする。
画像記憶ｌの座標値Ｐ （ｓ、ｊ、ｚ）の点を中心とす
る５Ｘ５Ｘ５の直方体内の画素をレジスターに転送する
。すなわち、次のように格納する。
る５Ｘ５Ｘ５の直方体内の画素をレジスターに転送する
。すなわち、次のように格納する。
Ｑ（１，ｍ、ｋ）＋−ｐ（ｉ−２＋ｌ、ｊ−２＋ｆＦＬ
、＆） ＱＪレジスタ５１１〜３３５は各々５Ｘ５Ｘ
５画素分の容量を持つ。その各セルをＲａｔ （ｌ′ｐ
ｍ’ 、 ＃） （１１＝１〜５．ｔ−１〜５ ＋
（８＋’）”ｑ（２４） ＋ ”＝１〜ｓ、ｊ’＝１〜
５．に−１〜５）とする。レジスターの内容を８つのレ
ジスタに次のように転送する。
、＆） ＱＪレジスタ５１１〜３３５は各々５Ｘ５Ｘ
５画素分の容量を持つ。その各セルをＲａｔ （ｌ′ｐ
ｍ’ 、 ＃） （１１＝１〜５．ｔ−１〜５ ＋
（８＋’）”ｑ（２４） ＋ ”＝１〜ｓ、ｊ’＝１〜
５．に−１〜５）とする。レジスターの内容を８つのレ
ジスタに次のように転送する。
Ｒ，ｇｔ（Ｊ’、ｍ’、す＋−Ｑ （Ｊ’＋（Ｊｌ−ｊ
）、ｍ、’＋ｕ−１）、＆） （１４５次元次元
機算器４１１〜４５５は各々レジスタ５１１〜５５３の
内容につき、第２図に示したように（８）式のＭを用い
て一明率勾配ベクトルを計算する。ベクトル積演算器５
１〜５４は各々、５次元機分演算器４１１ 、４５５
： ４１２ 、４５２ ： ４１３ 、４５１ ： ４
２３゜４２１の各出力間のベクトル積を計算する。この
とき、ベクトル積（Ｘｙｎ ｔ Ｙｍ ＋ Ｔｍ ）に
加えて（ロ）式に対応した値Ｅｍも求めておく。
）、ｍ、’＋ｕ−１）、＆） （１４５次元次元
機算器４１１〜４５５は各々レジスタ５１１〜５５３の
内容につき、第２図に示したように（８）式のＭを用い
て一明率勾配ベクトルを計算する。ベクトル積演算器５
１〜５４は各々、５次元機分演算器４１１ 、４５５
： ４１２ 、４５２ ： ４１３ 、４５１ ： ４
２３゜４２１の各出力間のベクトル積を計算する。この
とき、ベクトル積（Ｘｙｎ ｔ Ｙｍ ＋ Ｔｍ ）に
加えて（ロ）式に対応した値Ｅｍも求めておく。
ベクトル積選択部ｔはベクトル積演算器５１〜５４の出
力のうち、最大の絶対値を持つ（ｘ” ｒ’１ｍ 、
Ｔｍ ） 、 Ｅｍを選択し出力する。条件判定部７は
ベクトル積選択部乙の出力が（９）、（イ）式の条件を
共に満たしているかどうかを判定する。速度算出部は（
５）式によシ速度を計算する。
力のうち、最大の絶対値を持つ（ｘ” ｒ’１ｍ 、
Ｔｍ ） 、 Ｅｍを選択し出力する。条件判定部７は
ベクトル積選択部乙の出力が（９）、（イ）式の条件を
共に満たしているかどうかを判定する。速度算出部は（
５）式によシ速度を計算する。
画像記憶ｌから、順次画素を読み出せば、各点毎の速度
を計算することができる。
を計算することができる。
以上詳細に説明したように、この発明は、連続ｉｊｉｇ
Ｉを時間順にならべて構成した３次元画像上で、５次元
明度勾配やベクトル積などの数学的操作を局所的並列的
に行なって速度パターンを求めるものであるので、形態
情報の利用や探索によることなく、画像の全面の速度パ
ターンを一様に算出できるばかシでなく、専用処理装置
による高速化も可能になるなど、極めて有利な技術的効
果を有するものである。
Ｉを時間順にならべて構成した３次元画像上で、５次元
明度勾配やベクトル積などの数学的操作を局所的並列的
に行なって速度パターンを求めるものであるので、形態
情報の利用や探索によることなく、画像の全面の速度パ
ターンを一様に算出できるばかシでなく、専用処理装置
による高速化も可能になるなど、極めて有利な技術的効
果を有するものである。
第１図は時間的に連続して撮像されたＮ枚の画像を時間
順にならべて構成した５次元中間の説明図、第２図は５
次元明度勾配をディジタル画像から求める計算を示す説
明図、第３図はベクトル積を計算する対象点の組の説明
図、第４図は速度パターン計測器の一例の概略構成図で
ある。 図中、ｌは画像記憶、４１１〜４３５は５次元機分演算
器、５１〜５４はベクトル積演算器、ｔはベクトル積選
択部、７は条件判定部、ｌは速度算出部、である。 指定代理人 工業技術院 第３図 ＱｏＯＯＰ ＠ Ｒ。 Ｑ１Ｑ２ Ｑ：３
順にならべて構成した５次元中間の説明図、第２図は５
次元明度勾配をディジタル画像から求める計算を示す説
明図、第３図はベクトル積を計算する対象点の組の説明
図、第４図は速度パターン計測器の一例の概略構成図で
ある。 図中、ｌは画像記憶、４１１〜４３５は５次元機分演算
器、５１〜５４はベクトル積演算器、ｔはベクトル積選
択部、７は条件判定部、ｌは速度算出部、である。 指定代理人 工業技術院 第３図 ＱｏＯＯＰ ＠ Ｒ。 Ｑ１Ｑ２ Ｑ：３
Claims (1)
- 時間的に連続して撮像された複数枚の画像を時間順にな
らべて構成した６次元画像上で５次元間度勾配ベクトル
を計算し、同一速度で動いているとみられる近傍２点の
５次元間度勾配ベクトル間でベクトル積を計算すること
により、速度を評価することを特徴とする速度パターン
算出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57005729A JPS58123462A (ja) | 1982-01-18 | 1982-01-18 | 速度パターン算出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57005729A JPS58123462A (ja) | 1982-01-18 | 1982-01-18 | 速度パターン算出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58123462A true JPS58123462A (ja) | 1983-07-22 |
| JPS6161632B2 JPS6161632B2 (ja) | 1986-12-26 |
Family
ID=11619204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57005729A Granted JPS58123462A (ja) | 1982-01-18 | 1982-01-18 | 速度パターン算出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58123462A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6345593U (ja) * | 1986-09-10 | 1988-03-28 | ||
| WO2020171102A1 (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | イーグル工業株式会社 | 摺動部品 |
-
1982
- 1982-01-18 JP JP57005729A patent/JPS58123462A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6161632B2 (ja) | 1986-12-26 |
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