WO2000033251A1

WO2000033251A1 - Dispositif de reconnaissance de particules

Info

Publication number: WO2000033251A1
Application number: PCT/JP1998/005380
Authority: WO
Inventors: Hirohiko Kazato; Tomoki Hosoi
Original assignee: Yamatake Corporation
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-06-08
Also published as: US6728405B1; CN1120446C; JP3324040B2; CN1284189A

Description

明細書粒子認識装置

1 . 技術分野

この発明は、化成肥料，発破起砕物，青果物などをはじめとする被測定粒子群の濃淡画像から粒子を分離して単体の粒子を認識する粒子認識装置に関し、粒度分布の測定や、金属，鉱物，繊維などの気孔の形状解析などに利用される粒子認識装置に関するものである。

2 . 背景技術

従来より、この種の粒子認識装置として、ラベリングを用いた粒子認識装置や距離変換を用いた粒子認識装置がある。

〔ラベリングを用いた粒子認識装置（従来技術 1 ) 〕

ラベリングを用いた粒子認識装置では次のような手順で粒子を認識する。

( 1) ：被測定粒子 HIを画像として捉え、その濃淡画像を得る。

(2) ： ( 1 )で得た濃淡画像を 2値化し（「 0」，「 1 j ) 、 2値画像（図 1 1 ( a ) 参照）とする。

(3) ： (2)で得た 2値画像をラベリングし、ラベル画像を得る（図 1 1 ( b ) ) 。

(4) ：各ラベル（①〜⑥）を 1粒子と認識する。

[距離変換を用いた粒子認識装置（従来技術 2 ) )

距離変換を fflいた粒子認識装置では次のような手順で粒子を認識する。

( 1 ) ：被測定粒子群を画像として捉え、その濃淡画像を得る。

(2) ： ( 1 )で得た濃淡画像を 2値化し（ Γ 0」，「 1 J ) 、 2値画像とする。

(3) ： (2 )で得た 2 値画像を距離変換し、距離変換画像を得る（図 1 2 ( a ) 参照

(4) : ( 3 )で得た距離変換画像から、閾値 k以上の画素を抽出した画像 D k を平滑化し、結果画像線 O k を得る（図 1 3 ( a ) 参照）。

( 5) ： (4 )で得た結果画像線 O k に対して、排他的膨張を施し、画像 Eを得る（図 1 3 ( b ) 参照）。

(6) ：画像 D k . , (図 1 3 ( c ) 参照）から、切断可能画像 C (図 1 3 ( d ) 参 _ _ 照）、切断不能画像 I (図 1 3 ( e ) 参照）、新画像 N (図 1 3 ( f ) 参照）を分類する。

(7) ：画像 C と画像 E との論理 Mをとり、画像 Aを得る（図 1 3 ( g ) 参照）。

(8) ：画像 Nを平滑化し、画像 N ' を得る（図 1 3 ( h ) 参照）。

(9) ：画像 Aと画像 I と画像 N ' との論理和をとり、画像 O k , を得る（図 1 3 ( i ) 参照）。

(10) ： (5)〜（9)を k = 1 となるまで k を减らしながら繰り返し、粒子分離画像を得る。

(11) ： (10)で得た粒子分離画像をラベリングし、ラベル画像を得る（図 1 2 ( b ) 参照。

(12) ：：各ラベル（①〜⑦）を 1 粒子と認識する。

なお、この距離変換を用いた粒子認識技術については、例えば、特開昭 6 2 — 2 1 1 7 8 3号公報（画像処理装置）などに示されている。

3. 発明の明示

〔発明が解決しょうとする課題〕

しかしながら、このような従来の粒子認識装置によると、ラベリングを用いた粒子認識装置（従来技術 1 ) では、 2値画像において、複数の粒子が接触して 2 値化されている場合、接触している複数の粒子を 1 つの粒子として認識してしまい、粒子認識の精度が悪い。

すなわち、一般に、画像による粒子認識では、粒子の撮影環境が原因となって

、粒子の濃淡画像が鮮明でない場合が多く、 2値化して得られる 2 画像も、複数の粒子が接触して 2値化されていろ場合が多い。しかし、ラベリングを用いた粒子認識装置では、接触している粒子を 1 つの粒子として認識してしまう場合が多く、その結果、粒子認識結果に影響をきたすことが多い。

なお、この問題点を避けるために 2値化レベルを上げると、粒子が実際よりかなり小さく認識されたり、小さな粒子が消滅してしまったりする。

一方、距離変換を用いた粒子認識装置（従来技術 2 ) では、 2 値画像において、複数の粒子が接触して 2値化されている場合などにおいても、それぞれを複数の粒子と認識することができ、結果として精度のよい拉子認識が可能となる。し ― _ かし、この装踅では、粒子の分離をする際に俳他的膨張処理を川いているため、分離した粒子の形状が本来の粒子の形状と異なるような現象が生じてしまい、金厲ゃ鉱物などの気孔の形状解圻などの用途に用いることが難しくなってくる。また、この装置では、距離変換の計算の他に、画像分離のための縮退、ラベリングや俳他的膨張、論理和、論理稍などの計算を複数回操り返し行っていかなければならず、その計算量は膨大なものとなる。このため、処理時問がかかり、結果として、導入できる環境は時間的な制約が緩やかなものに限られてくる。

また、化成肥料や化学原料などの生成プラントでは、ベル卜上を流れる粒子胙の粒度分布を計測し、その粒度分布の測定結果を原料や水の投入量を制御するためのフィードバック情報などに用いる。このため、粒子の認識結果はより迅速に得られることが望まれ、粒度分布測定にかかる処理時問もより短いものが望まれている。化成肥料や化学原料などの生成プラン卜では粒度分布測定にかかる処理時間は数秒以内に納めなければならない。ここで、従来技術 1 では、精度上の問題からその使用に難がある。また、従来技術 2 では、その計算量が膨大となるため、粒度分布の測定に数分の処理時問がかかってしまい、使用することができない

[課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、粒子の認識を高速かつ高精度で行うことのできろ粒子認識装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第 1 発明は、彼測定粒子 Wの濃淡画像（ I G ) を得る画像入力手段（ 1 ) と、この画像入力手段（ 1 ) により得られた濃淡画像（ I G ) を 2 値化し 2値画像 ( I B ) とする 2 ίώ化手段（ 2 ) と、この 2値化手段（ 2 ) により 2 (直化された 2眩画像 ( I B ) に距離変換を施して距離変換画像（ I D ) を得る距離変換手段（ 3 ) と、この距離変換手段（ 3 ) により得られた距離変換画像（ I D) に粒子核抽出処理を施して粒子核画像（ I C ) を得る粒子核抽出手段（ 4 ) と、この粒子核抽出手段（ 4 ) により得られた粒子核画像 ( I C ) と距離変換手段（ 3 ) により得られた距離変換画像 ( I D ) とから粒子膨張処理を施して粒子分離画像 ( I S ) を得る粒子膨張手段（ 5 ) とを備えたものである。

この発明によれば、彼測定拉子!! の ¾淡面像（ I G ) が 2 fitt画像 ( I B ) とされ、この 2 ffi画像（ I B ) に距離変換が施されて距離変換画^ ( I D ) がられ、この距離変換画像（ I D ) に粒子核抽出処理が施されて粒子核画像（ I C ) が得られ、この粒子核画像 ( I C ) と距離変換画像 ( I D) とから粒子膨張処理が施されて粒子分離画像（ I S ) が得られる。

第 2発明は、第 1 発明において、距離変換画像（ I D) から拉子核候補を求め、この粒子咳候補問の距離に基づいて粒子核を抽出するようにしたものである。この発明によれば、距離変換画像（ I D) から粒子核候浦が求められ、この粒子核候補の距離に基づいて粒子核が讪出され、粒子核画像（ 1 C ) が得られ、この粒子核画 ί象 ( I C ) と距離変換画像 ( 〖 D) とから粒子膨張処理が施されて粒子分離画像（ I S ) が得られる。

第 3発明は、第 1 発明において、粒子核抽出処理に際する粒子核の抽出の度合いを定める切り離しパラメータ（ P S ) を設定するパラメータ設定手段（ 6 ) を設ける一方、距離変換画像（ I D) から粒子核候補を求め、この粒子核候補間の距離および切り離しパラメ一タ（ P S ) に基づいて粒子核を抽出するようにしたものである。

この発明によれば、粒子核候補問の距離および切り離しパラメータ（ P S ) に基づいて粒子咳が抽出され、粒子核画像 ( I C ) が得られ、この粒子核画像（ I C ) と距離変換画像（ I D) とから粒子膨張処理が施されて粒子分離画像（ I S ) が得られる。この場合、切り離しパラメータ（ P S ) を変えることによって、粒子核抽出 ¾理にする粒子核の抽出の度合い（粒子の分離の度合い）を調整することができる。

第 4発明は、第 2発明において、距離変換画像（ I D ) に 3 X 3画素近傍の加算演算を行って第 1 の中問画像（ I τ 1 ) を得、この第 1 の中問画像（ I τ 1 ) に 3 X 3画素近 ί旁の最大敏を出力するフィルタ処理を施すことによって第 2の中間画像（ I Τ 2 ) を得、距離変換画像（ I D) を第 1 および第 2 の中問画像（ I T 1 , I T 2 ) から等値点を抽出した画像でマスクを行って粒子核候を示す第 3の中問画像（ I T 3 ) を得るようにしたものである。この発明によれば、距離変換画像（ I D ) に 3 X 3画素近 (旁の加算演算を行つて第 1 の中問画像 ( I T 1 ) が得られ、この第 1 の中問圃像 ( I T 1 ) に 3 X 3 画素近傍の最大 Ϊを出力すろフィルタ処理を施すことによって第 2 の中問画像（ I T 2 ) が得られ、距離変換画像 ( I D ) を第 1 および第 2の中問面像 ( I T 1 , I T 2 ) から等値点を抽出した画像でマスクを行って拉子核候の示す第 3の中間画像（ I T 3 ) が得られる。この第 3の中問画像 ( I T 3 ) における粒子核候捕問の距離に基づいて粒子核が抽出され、粒子核画像（ I C ) が得られる。第 5発明は、第 3発明において、距離変換画像（ I D) に 3 X 3画素近傍の加算演算を行って第 1 の中問画像（ I T 1 ) を得、この第 1 の中間画像（ I T 1 ) に 3 X 3画素近傍の最大値を出力するフィルタ処理を施すことによって第 2の中問画像（ I T 2 ) を得、距離変換画像 ( I D ) を第 1 および第 2の中問画像（ I T 1 , I T 2 ) から等値点を抽出した画像でマスクを行って粒子核候補を示す第 3の中問画像（ I T 3 ) を得るようにしたものである。

この発明によれば、距離変換画像（ I D ) に 3 X 3画素近傍の加算演算を行つて第 1 の中問画像（ I T 1 ) が得られ、この第 1 の中問画像（ I T 1 ) に 3 X 3 画素近傍の最大値を出力するフィルタ処理を施すことによって第 2の中間画像（ I T 2 ) が得られ、距離変換画像（ I D) を第 1 および第 2の中閗画像（ I T 1 , I T 2 ) から等値点を抽出した画像でマスクを行って粒子核候補の示す第 3の中間画像（ I T 3 ) が得られる。この第 3の中問画像（ I 丁 3 ) における粒子核候補問の距離および切り離しパラメ一タ（ P S ) に基づいて粒子核が油出され、粒子核画像（ I C ) が得られる。

第 6発明は、第 5発明において、第 3 の中問画像（ I T 3 ) に切り離しパラメ —タ（ P S ) を乗じることによって第 4 の中問画像（ I T 4 ) を得、この第 4の中間画像（ I T 4 ) に逆距離変換を施して第 5の中問画像（ I T 5 ) を得、この第 5の中問画像（ I T 5 ) にラベリングを行って第 6の中問画像（ I Τ 6 ) を得、この第 6の中問画像（ Ι Τ 6 ) を第 3 の中問画像（ Ι Τ 3 ) でマスクして粒子核画像（ I C ) を得るようにしたものである。

この発明によれば、第 3の中問画像（ I Τ 3 ) に切り離しパラメータ（ P S ) が乗じられることによって第 4の中問画像（ I Τ 4 ) が得られ、この第 4 の中間画像（ I T 4 ) に逆距離変換が施されて第 5の中問画像（ I T 5 ) が得られ、この第 5の中問画像 ( I T 5 ) にラベリングが行われて第 6の屮問画^ ( I T 6 ) が得られ、この第 6の中問画像 ( I T 6 ) が第 3の中問画像 ( I T 3 ) でマスクされて粒子核画像 ( I C ) が得られる。

第 7発明は、第 1 〜第 6 ¾明において、粒子膨張手段（ 5 ) により得られた粒子分離画像（ I S ) から各粒子の大きさを得て粒度分布を算出する粒度分布算出手段（ 7 ) を設けたものである。この発明によれば、拉子分離面俛 ( I S ) から各粒子の大きさを得て、粒度分布が算出される。

4. 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の一実施の形態を示す粒子認識装置の要部を示すプロック図である。

図 2はこの粒子認識装置での 2値画像から粒子分離画像が得られるまでの状況を示す図である。

図 3は粒子核抽出部の内部構成を示すブロック図である。

図 4は粒子膨張部の内部構成を示すプロック図である。

図 5 ( a ) はディスプレイ上に表示された 6 m mの球状粒子舴の拉子画像（ 2 値画像）を示す写真、図 5 ( b ) はディスプレイ上に表示された従来技術 1 の手法による粒子分離結果を示す写真、図 5 ( c ) はディスプレイ上に表示された従来技術 2の手法による粒子分離結果を示す写真、図 5 ( d ) はディスプレイ上に表示された本発明の手法による粒子分離結果を示す写真である。

図 6は各手法による処 ¾時問を示す図である。

図 7 ( a ) はディスプレイ上に表示されたベルトコンベア上の化成肥料の粒子画像（ 2敏画像）を示す写 W、図 7 ( b ) はディスプレイ上に表示された従来技術 1 の手法による粒子分離結果を示す写真、図 7 ( c ) はディスプレイ上に表示された従来技術 2の手法による粒子分離結果を示す写真、図 7 ( d ) はディスプレイ上に表示された本発明の手法による粒子分離結 ¾を示す写真である。

図 8 は各手法による処理時問を示す図である。

図 9 は図 1 の構成に粒度分布算出部を付加した粒度認識装置のプロック図である。 W 0 図 1 0は拉子核汕出部での処 PJ【 m ( 8 8 ) を示す図である。

図 1 1 ( a ) はラベリングを川いた粒度認識装^ (½來技術 1 ) での拉子認識過捏における 2 随画像を示す図、図 1 1 ( b ) はその拉子認識お i ¾であるラベル画像を示す図である。

図 1 2 ( a ) は ί離変換を川いた拉子認識装 iS (從来技術 1 ) での拉 -7- itS識過程における距離変換 ϋί ί を示す図、図 1 2 ( b ) はその粒子認識あ ¾であるラベル画 ί を示す図である。

図 1 3は ϊβ離変換を川いた拉子認識装 i (従来技術 2 ) での拉子認識過捏を説明する図である。

5. 発叨を宾施するための最良の形態

以下、木 ¾ を実施の形 i に基づき ^細に説明する。図 1 はこの ¾明の一実施の形 figを示す粒子認識装 (1の耍部を示すブロック図である。同図において、 1 は画像入力部、 2は 2値化部、 3は距離変換部、 4 は拉子¾讪出部、 5は粒子膨張部、 6はパラメータ設定部、 7は粒子認識部である。

画像入力部 1 は撮影された N X N画素の '測定粒子の濃淡面像 I G ： I G ( X , y ) ( X , y = 0 , 1 , · · · , N — 1 } を得る。

2値化部 2は濃淡師像 I G と予め定められている f¾ iltt Tとから下記の式を川いて 2脏画像 I B : I B ( x , y ) { x , y = 0 , 1 , ' - ' , ー 1 ) を得る（図 2 ( a ) 参照）。

【数 1 】

I <一，. V)≥ T

0 (- KJ(.x,y)く .，'

距離変換部 3 は 2 Wl {¾ i 13に距離変換を施し、距離変換 ΠΓ!Ι' ί I D (図 2 ( b ) 参照）をる。この場合、 ¾離変換とは、 2 fifiili像において、（が「 0」でない兩素に ίώが「 0」である画素までの最短距離を ftttとして与える変換処 ¾で、 ¾ 際には、 I Bを 1 Dに ¾製した後、以下の式の処理を 2回走杏して行う。

I D ( i n ( I D ( a , a = 1 1 1 〜 y + 1 } + 1

拉子核 ίιΐι出 ίίί! 4 は、距離変換画像 I 13から拉子核 \\をめ、この粒 -了-核 ππの距離およびり離しパラメータ p sに基づいて粒子核を jih出し、拉子核画像

I C ： I C ( X , y ) ( X , y = 0 , 1 , · ' · ， N— l } を得る（図 2 ( c ) 参照）。

拉子膨張部 5 は、距離変換面像 I Dと粒子核画像 I Cを入力とし、距離変換の値に ¾つて粒子核画像 I C屮の粒子核に対し粒子膨張処现を施して、拉子分離画像 I S : I S y ) { x , y = 0 , 1 , ' ' . , ー 1 ) を得る（図 2 ( (1

) 参照）。

パラメータ設定部 6は、粒子核汕出部 4 に対し、その粒子核 jlll出処理に際する llll出の度合い（粒子の分離の度合い）を定める切り離しパラメ一タ P Sを設定する。

図 3は粒子核 jlll出部 4 の内部 W?成を示すプロック図である。粒子核抽出部 4は、加算フィタ 4 — 1 と、最大フィルタ 4 — 2 と、第 1 のマスクフィタ 4 一 3 と、比 ί列フイノレタ 4 — 4 と、逆距離変換部 4 一 5 と、ラベリング部 4 — 6 と、第 2のマスクフィノレタ 4 — 7 とを備えてレ、る。

加算フィルタ 4 — 1 は、距離変換 J¾ 3 からの？ G離変換蒯像 I Dに 3 X 3画素近傍の加算演算を行い、【I， ΠΠ面像 I 丁 1 ： I Τ 1 0 , 1 , - • · , Ν— 1 ) を得る（図 1 0 ) 参照）。

【数 2 】

► I >■ ♦ ·

1 T \ , y ) = ∑ ∑ I D ( a , b )

最大フィルタ 4 一 2 は、加算フイノレタ 4 一 1 力、らの屮画 i I Τ 1 に 3 X 3画 ' 近 ί の ¾大 ί を出力するフィルタ処理を施し、屮 ΠΠ画（ I Τ 2 ： 1 丁 2 ( X , y ) { X , y = 0 , 1 ， · · · ， N— 1 ) を得る（図 1 0 ( c ) 参照）。

I T 2 ( X , y ) = m a X ( I T 1 ( a , b ) ) { a = x — l 〜 x + l , b = y 一 1 〜 y +

第 1 のマスクフィルタ 4 一 3 は、距離変換部 3からの ϊίί離変換画 i¾ I Dを、【 ΠΠ画 I Τ 1 , I Τ 2から Κ点（等 ffi点）を抽山した画像でマスクを行い、粒子核候 ffliを示す' I' ΠΠ画( 1 T 3 ： I T 3 ( X , y ) ( x , y = 0 , 1 , · · · , Ν 一 1 ) を得る（図 1 0 ( d ) 参照）。この場合、図 1 0 ( d ) で言えば、 iffii素値「 2」で示される領域 S a と画素値「 1 j で示される領域 S bおよび S c が拉子核候補とされる。

【数 3 】

ID {x, y) <- /7Ί ( Λ , )' ) == lT2{x , y )

/T 3(.v, > = 0 - IT \(x , y) = lT2{x , y)

なお、木明細 ¾中の式において、「 = =」は左 iZ と右辺とが等しいことを示し

、 r ！ =」は左辺と右 iziとが等しくないことを示し、「 =」は左辺の変数に右辺の値を代入することを示す。

比例フィルタ 4 — 4 は、屮 [ί!! Μ I T 3にパラメータ ¾定 ί¾ 6からの^り舰しパラメ—タ p S を柬じて、屮 fil]画像 I Τ 4 ： I Τ 4 ( X , y ) { x , y = 0 , 1

, · · · , Ν— 1 1 を得る（図 1 0 ( e ) 参照）。

I T 4 ( χ , y ) - P S X I T 3 ( χ , y )

逆？ G離変換部 4 一 5は、巾 ΙίΠ画 1 T 4 に対して、以下の式の処 Ρ』を 2回走査して行うことによって、逆距離変換処现を施し、屮 Πϋ (¾ I T 5 ： I T 5 ( X , y ) ( X , y = 0 , 1 , · · · , Ν— 1 ) を得る（図 1 0 ( f ) 参照）。【数 4 】

// 5(.v, )') ー I〜 -ト 1)

ラベリング部 4 一 6は、中 [1Π画像〗 T 5において、「 0 j でない繭素に対してラベリングを行い、 ' I'間画像 I 丁 6 ： I T 6 ( X y ) ( X , y = 0 , 1 , · ·

• , Ν - 1 } を得る（図 1 0 ( g ) 参照）。この場合、図 1 0 ( g ) で言えば、図 1 0 ( e ) における画素値「 3 j で示された領域 S a ' とこの領域 S a ' に近接する画素脑「 1 」で示された領域 S b ' の逆距離変換 tJ域 S 1 にラベル①が <寸与され、図 1 0 ( e ) における領域 S a ' に対して離れた位 ®の画素値「 1 J で示された領域 S c ' の逆変換領域 S 2にラベル②が与される。

第 2 のマスクフィノレタ 4 — 7は、中問画像 I T 6 を中 ΠΠ画像 I T 3でマスクを行い、粒子核画像 I C ： I C ( X , y ) I X , y = 0 , 1 , · · · , Ν— 1 } を得る（図 1 0 ( h ) 参照）。この場合、図 1 0 ( h ) で言えば、 H i 0 ( d ) における粒子核候據 S a と S bがラベル①で示される 1 つの粒子核として讪出され、粒子核候 li S c がラベル②で示される 1 つの粒子核としてれ1|出される。

【数 5 】

I T 6 { , y ) <- / τ 3 ( Λ· , r ) = = ο

0 - / 7' 3 ( .t , y ) ! = 0

図 4 は粒子膨張部 5 の內部 ti 成を示すプロック図である。粒子膨張部 5は、粒子皮 W加部 5 — 1 と、膨 '】11分離部 5 — 2 と、ブ制御部 5 — 3 とを（ffiえている拉子皮付加部 5 — 1 は、ノレーブ制 ίί|1部 5 — 3からのループカウン卜 τ を受けると、 ¾離変換 % からの距離変換画像 I 1)を 1!'f て、さらに、 z の（が ¾離変換の最大 iliである 0,¹ &は粒子核 jlll出部 4からの粒了-核画像 I Cを、それ以外の場合は膨張分離部 5 — 2 からの屮 ΠΠ分離画 1 しを得て、これに I Dにおける碴が _z である部分を粒子皮として付加し、粒子皮画像 I Eを作成する。

【数 6 】

I <- lD(x, y) == ん'

lC{x v ) - (/0( ，；)'）！ = ん） & (ん' '" ax(/D))

/Ζ ( Λ , ）

IL(x, y) <- )')! = 人-) & (ん -！ = '" ax(/0))

膨張分離部 5 — 2は、粒子皮画像 1 Eに対して、以下の処 ¾を 2回走査して行うことによって、粒子皮に粒子ラベルをつけ、粒子を膨張させて行き、中 ΠΠ分離画像 I Lを作成する。ここでの膨張分離は以下のように行う。

(1) ： I Eを複製して I Lを作成する。

(2) ： I し（ X , y ) ！ = 1 の部分はそのままにしておく。

(3) ： I L ( X , y ) = = 1 で、 3 X 3面素近傍に一 1 とレ、う値が存 ftするとき、 I L ( X , y ) =— 1 とする。

(4) ： I L ( X , y ) = = 1 で、 3 X 3画素近傍にラベル値（ 2以上の整数）力《 1 種類存 ftするとき、 1 L ( X , y ) にはそのラベル値を与える。

(5) ： I し（ X , y ) で、 3 X 3画素近傍にラベル ilfiが 2 ΙΙίΠ以上 rrftするとき、 I L ( X , y ) =ー 1 とする。

ループ制 m部 5 — 3は、ループの制御を行う制御部であり、ノレープ力ゥント z を距離変換の屐大 (iflで初期化し、膨張分離部 5 — 2から中 ΠΠ分離画像 I しを受けるたびに、 z が 0でない場合、 z の値を 1 つ減らし拉子皮付加部 5 — 1 へ入力し、ループを統行させる。 z が 0の場合、 I E ( X , y ) から粒子分離画像 1 S ： I S ( X , y ) ( χ , y = 0 , 1 , · · · , Ν— 1 } を作成し、粒子認識部 7へ出力し、ループを終了させる。拉子認 7は、子膨部 5からの拉子分離画 1 s を入力し、各ラベルを

1拉子として認 »'¾する。

【数 7 】

0 <- IE (x, ) == - I

lE (x, y) <- //· (Λ, y)! = - 1

この粒子認識装 isによれば、彼測定粒子 wの濃淡画から粒子の分離を行つた場合、 2 面像において、 ¾数の拉子が接触して 2赃化されている -合でも、それぞれを別の粒子として認識することが可能となる。また、粒子の変形が強いような場合でも、誤って分離せずに 1つの粒子として認識することが可能となる。この場合、測 ¾対象である粒子が sなり合う特性や画像の入力精度のばらつき及び測定環境などに基づいて、適切な^り離しパラメ一タ P Sを設定することによつて、 ifi度のよい粒子認識が可能となる。すなわち、 ¾り離しパラメ一タ P Sを調整することによって、粒子核の i出の度合い（拉子の分離の度合い）を調整することが可能であり、これによつて精度のよい粒子認識が可能となる。したがつて、この粒子認識装 11を用いれば、粒-了-画像が不明な¾合でも、より度のよレ、粒子の分離が可能となり、粒子認識の W度が商くなる。また、汕出した拉子核に対し距離変換の iiSに «つて粒子の膨張を行っているので、本來の粒子の形状を 1¾力 Ίさずに拉 -7·の分離が行えるため、よリ i度のよい粒子認識が可能となる。また、この粒子認装 (Bでは，まず、 Ϊ11離変換を行い、粒-了-核を汕出した後、搡り返し処 ¾として、拉子核の膨張を複数回行っていくことによって、最終的な分離 ϋπ象を得る。ここで、跺り返し処 ¾ 1 回 rrうのに必 3?な計 mは、從来技術

2が、橾り返し処 II 1 回 ίϊίに縮 ifi, ラベリングや俳他的膨張，論理和，論迎稍等の処 ¾を行っていくため、膨大な計算 aが耍求されるのに対して、本実施の形態の拉子認識装 Eでは、 *り返し処理 1 回 ίϊίに粒子核の膨張を行うだけなので、その計 n .は従来技術 2に比べて格段に少なく、結果として、処理全 fN—にかかる計 - - 算量は従来技術 2 に比ベて少なくなる。

本実施の形態の粒子認識装踅による効果をシミュレーションによって検証を行つた。粒子画像として 2種類の画像を用意した。

まず、 6 m mの球状粒子 Wを撮影し 2値化した画像を粒子画像として、從来技術 1 による手法と、従来技術 2 による手法と、本発明による手法とで、それぞれ粒子の認識を行い、粒子認識結果と処理に要した時問の比較を行った。比較結果を図 5 ( a ) 〜図 5 ( d ) に示す。図 5 ( a ) は粒子画像（ 2値画像）を示している。図 5 ( b ) は従来技術 1 の手法による粒子認識結果を示している。図 5 ( c ) は従来技術 2の手法による粒子認識結果を示している。図 5 ( d ) は本発明の手法による粒子認識結果を示している。

これらの結果により次のようなことが分かる。従来技術 1 の手法では、処理は高速であるが、複数の粒子が接触して 2値化されている場合、接触している複数の粒子を 1 つの粒子として認識してしまう。

従来技術 2の手法では、複数の粒子が接触して 2値化されているような場合でも、それぞれを別の粒子として認識しており、精度のよい粒子の認識が行えている。しかし、図 6に示すように、計算量が多くて処理に時問がかかってしまうため、時間的な制約が厳しい用途には適応が困難となる。

本発明の手法では、複数の粒子が接触して 2値化されている場合でも、それぞれを別の粒子として認識しており、なおかつ、計算量の低減が図られており、その計算量は従来技術 2 の 1 / 2以下となっている。

次に、ベル卜コンベア上の化成肥料を撮影し 2値化した画像を粒子画像として、従来技術 1 による手法と、従来技術 2 による手法と、本発明による手法とで、それぞれ粒子の認識を行い、粒子認識結果と処理に要した時問の比較を行った。比較結果を図 7 ( a ) 〜図 7 ( d ) に示す。図 7 ( a ) は粒子画像（ 2値画像）を示している。図 7 ( b ) は従来技術 1 の手法による粒子認識結果を示している。図 7 ( c ) は従来技術 2 の手法による粒子認識結果を示している。図 7 ( d ) は本発明の手法による粒子認識結果を示している。

これらの結果により次のようなことが分かる。従来技術 1 の手法では、粒子画像が既に粒子が接触して 2値化されているため、接触している複数の粒子を 1 つの粒子と認識してしまい、正しい粒子認識結果が得られなくなってしまっているまた、従来技術 2の手法では、複数の粒子が接触して 2値化されている部分の分離は行っているが、俳他的膨張を用いて粒子分離を行っているため、分離した粒子の形状は、もとの粒子画像の形状からはかなり変形したものとなってしまう。また、従来技術 2の手法では、計算量が多く、処理に時問がかかっている。本発明の手法では、複数の粒子が接触して 2値化されている部分の粒子の膨張分離は、距離変換の値に沿って行っているので、分離した粒子の形状と元の粒子画像の形状を比較しても変形が少なく、原画像に忠実な粒子分離が行えているといえる。この結果として、より精度のよい粒子の認識が可能となる。なおかつ、計算量の低減化が図られており、その計算！;は従来技術 2の 1 ノ 2以下となっている。

これらの結果から、本発明の手法では、複数の粒子が接触しているような場合でも、元の粒子画像により近い形状で粒子の分離を行うことができるので、粒子認識結果も従来技術 1 や従来技術 2 と比較しても、より精度のよい結果を得ることができる。

また、繰り返し処理の 1 回の計算量を少なくすることにより、全体の計算量の低减を図っているので、必要となる計算量は従来技術 2 の手法と比べて少なく、従来技術 2の手法では計算量が問題となるような場合であっても本発明の手法を導入する二とにより問題を解決できる場合が生じる。

したがって、化成肥料プラン卜などの対象プラントに本発明の手法を導入して粒子認識を行い、これによつて得られる粒子分離画像から各粒子の大きさを得て粒度分布を算出するよ 0にすれば、環境が悪く、鮮明な粒子画像が得られないような場合でも、精度のよい粒度分布計測を行うことができるようになり、かつ、プラントの制御を連続的に行っていくことに対して支障のない処理時間で粒度分布計測を行うことができるようになる。すなわち、精度と処理時問との総合的な面でブラン卜の連続運転制御に適した粒度分布計測が可能となり、従来技術 2 では使用することのできなかったプラントへの適用が可能となる。この結果、ブラントの制御、運転の効率を上げることができ、プラン卜稼働のコストの低減を促進することができるようになる。

図 9 に粒度分布算出部 8 を付加した粒度認識装置のプロック図を示す。この場合、粒度分布算出部 8 では、粒子分離画像 I Sに基づき、各粒子の面 ¾から円相当径を求めて各粒子の直径とし、直径を 16量比に換算して ¾計し、粒度分布を求める。

以上説明したことから明らかなように本発明によれば、第 1 発明では、彼測定粒子胙の濃淡画像が 2値画像とされ、この 2値画像に距離変換が施されて距離変換画像が得られ、この距離変換画像に粒子核抽出処理が施されて粒子核画像が得られ、この粒子核画像と距離変換画像とから粒子膨張処理が施されて粒子分離画像が得られるものとなり、粒子の認識を高速かつ高精度で行うことができるようになる。すなわち、 ffiなり合った粒子を分離することが可能で、分離精度は従来技術 1 よりも良く、処理負荷は従来技術 2 よりも軽く、高速かつ高精度で粒子の認識を行うことが可能となる。これにより、精度と処理時問との総合的な面でプラントの連続運転制御に適した粒子の認識が可能となる。

第 2発明では、第 1 発明において、距離変換画像から粒子核候捕を求め、この粒子核候補間の距離に基づいて粒子核を抽出するようにしたので、距離の近い粒子核候捕は 1 つの粒子核とみなすようにして、粒子核の抽出精度を高めることができる。

第 3発明では、第 1 発明において、粒子核抽出処理に際する粒子核の抽出の度合いを定める切り離しパラメータを設定するパラメータ設定手段を設ける一方、距離変換画像から粒子核候補を求め、この粒子核候補問の距離および切り離しパラメ一タに基づいて粒子核を抽出するようにしたので、測定対象である粒子が重なり合う特性や画像の入力精度のばらつき及び測定環境等に応じて、適切な切り離しパラメータを設定することにより、測定対象に見合った粒子認識が可能となる。

第 4発明では、第 2発明において、距離変換画像に 3 X 3画素近傍の加算演算を行って第 1 の中問画像を得、この第 1 の中間画像に 3 X 3画素近傍の最大値を出力するフィルタ処理を施すことによって第 2 の中間画像を得、距離変換画像を第 1 および第 2の中問画像から等値点を抽出した画像でマスクを行って拉子核候浦を示す第 3 の中間画像を得るようにしたので、粒子核候補を確実に検出することができ、粒子認識精度が向上する。

第 5発明では、第 3発明において、距離変換画像に 3 X 3画素近傍の加算演算を行って第 1 の中問画像を得、この第 1 の中問画像に 3 X 3画素近傍の ¾大値を出力するフィルタ処理を施すことによって第 2 の中問画像を得、距離変換画像を第 1 および第 2 の中問画像から等値点を抽出した画像でマスクを行って粒子核候補を示す第 3 の中間画像を得るようにしたので、粒子核候補を確実に検出することができ、粒子認識精度が向上する。

第 6発明では、第 5発明において、第 3 の中問画像に切り離しパラメータを乗じることによって第 4 の中問画像を得、この第 4 の中間画像に逆距離変換を施して第 5 の中間画像を得、この第 5 の中間画像にラベリングを行って第 6 の中間画像を得、この第 6の中間画像を第 3 の中問画像でマスクして粒子核画像を得るようにしたので、測定対象である粒子が重なり合う特性や画像の入力精度のばらつき及び測定環境等に応じて、適切な切り離しパラメータを設定することにより、測定対象に見合った粒子認識が可能となると共に、粒子核を高精度で抽出することができ、粒子認識精度が向上する。

第 7発明では、第 1 〜第 6発明において、粒子膨張手段により得られた粒子分離画像から各粒子の大きさを得て粒度分布を算出する粒度分布算出手段を設けたので、粒度分布の測定を高速かつ高精度で行うことができるようになる。すなわち、重なり合った粒子を分離して粒度分布を測定することが可能で、分離精度は従来技術 1 よりも良く、処理負荷は従来技術 2 よりも軽く、高速かつ高精度で粒度分布の測定を行うことが可能となる。これにより、精度と処理時問との総合的な面でブラン卜の連続運転制御に適するものとなり、従来技術 2 では使用することのできなかったプラントへの適用が可能となる。この結果、プラントの制御、運転の効率を上げることができ、プラント稼働のコス卜の低減を促進することが可能となる。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 被測定粒子胙の濃淡画像を得る画像入力手段と、

この画像入力手段により得られた濃淡画像を 2値化し 2値画像とする 2値化手段と、

この 2値化手段により 2値化された 2値画像に距離変換を施して距離変換画像を得る距離変換手段と、

この距離変換手段により得られた距離変換画像に粒子核抽出処理を施して粒子核画像を得る粒子核抽出手段と、

この粒子核抽出手段により得られた粒子核画像と前記距離変換手段により得られた距離変換画像とから粒子膨張処理を施して粒子分離画像を得る粒子膨張手段と

を備えたことを特徴とする粒子認識装匱。

( 2 ) 請求項 1 において、前記粒子核抽出手段は、前記距離変換手段により得られた距離変換画像から粒子核候補を求め、この粒子核候捕問の距離に基づいて粒子核を抽出することを特徴とする粒子認識装置。

( 3 ) 請求項 1 において、前記粒子核抽出処理に際する粒子核の抽出の度合いを定める切り離しパラメータを設定するパラメータ設定手段を備え、

前記粒子核抽出手段は、前記距離変換手段により得られた距離変換画像から粒子核候補を求め、この粒子核候捕問の距離および前記切り離しパラメータに基づいて粒子核を抽出することを特徴とする粒子認識装置。

( 4 ) 請求項 2 において、前記粒子核抽出手段は、前記距離変換手段により得られた距離変換画像に 3 X 3画素近傍の加算演算を行って第 1 の中問画像を得、この第 1 の中間画像に 3 X 3画素近傍の最大値を出力するフィルタ処理を施すことによって第 2 の中問画像を得、前記距離変換画像を前記第 1 および第 2 の中間画像から等値点を抽出した画像でマスクを行って粒子核候補を示す第 3 の中間画像を得るようにしたことを特徴とする粒子認識装置。

( 5 ) 請求項 3において、前記粒子核抽出手段は、前記距離変換手段により得られた距離変換画像に 3 X 3画素近傍の加算演算を行って第 1 の中間画像を得、この第 1 の中間画像に 3 X 3画素近傍の最大値を出力するフィルタ処理を施すこと WO 00/33251 ― _{l 8} ― PCT/JP98/05380 によって第 2 の中間画像を得、前記距離変換画像を前記第 1 および第 2 の中間画像から等値点を抽出した画像でマスクを行って粒子核候補を示す第 3 の中間画像を得るようにしたことを特徴とする粒子認識装置。

( 6 ) 請求項 5において、前記粒子核抽出手段は、前記第 3 の中間画像に前記切り離しパラメータを乗じることによって第 4 の中間画像を得、この第 4 の中間画像に逆距離変換を施して第 5 の中間画像を得、この第 5 の中問画像にラベリングを行って第 6 の中間画像を得、この第 6 の中間画像を前記第 3 の中間画像でマスクして粒子核画像を得ることを特徴とする粒子認識装置。

( 7 ) 請求項 1 〜 6の何れか 1 項において、前記粒子膨張手段により得られた粒子分離画像から各粒子の大きさを得て粒度分布を算出する粒度分布算出手段を備えたことを特徴とする粒子認識装置。