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公開番号2021067619
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019194848
出願日20191028
発明の名称色識別方法
出願人個人
代理人個人
主分類G01J 3/52 20060101AFI20210402BHJP(測定;試験)
要約【課題】色分けされた色領域を簡易な方法で識別することができる色変化識別方法を提供する。
【解決手段】LED光を用いて三角測量の原理により測定する対象物までの距離を測定する方法を使い、LED光を色分けされた平面の色が変わるところに照射し、その反射光を平面の色が変わる方向と同じ方向に設けた受光部で受光し、そのときの受光部からの出力信号と、色変わりしていないところにLED光を照射したときに受光部から得られる出力信号とを比較することで、色分けされた平面の色変わりしたところを知ることが出来る。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項1】
表面が異なる色で色分けされた平面を有する対象物の色変化の情報を得る色変化識別方法であって、
三角測量の原理により対象物までの距離を測定する発光部及び受光部を、色分けされた前記対象物の平面の色の変化方向と同方向に配置し、
前記対象物までの距離が同じである平面に対する受光部からの出力信号に基づいて、該対象物の平面における色変化の情報を得る色変化識別方法。
続きを表示(約 660 文字)【請求項2】
前記対象物は、その表面が異なる2色で色分けされた平面を有しており、
前記対象物の2色で色分けされた平面の異なる位置でそれぞれ取得した前記受光部からの出力信号を比較して、該対象物の平面における色変化について、その2色の配色位置関係を識別する請求項1に記載の色変化識別方法。
【請求項3】
前記発光部と前記受光部とを一組のユニットとし、
前記対象物の平面の色の変化方向と同方向で、前記発光部と前記受光部との配置順が異なる二組のユニットを配置し、
前記二組のユニットのうちの一方のユニットの受光部からの出力信号と、該一方のユニットの受光部と同時に得られる他方のユニットの受光部からの出力信号とを用いて前記対象物の平面における色変化の情報を得る請求項1又は請求項2に記載の色変化識別方法。
【請求項4】
前記一方のユニットの受光部から得られる出力信号と、前記他方のユニットの受光部から得られる出力信号との和を求め、前記対象物の平面のいずれの色の領域であるかを識別する請求項3に記載の色変化識別方法。
【請求項5】
前記一方のユニットの受光部から得られる出力信号と、前記他方のユニットの受光部から得られる出力信号との差を求め、前記対象物の平面の色変化の様子を識別する請求項3又は請求項4に記載の色変化識別方法。
【請求項6】
前記発光部がLEDであること請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の色変化識別方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、異なる色によって色分けされた平面の色変化を識別する色変化識別方法に関する。
続きを表示(約 5,100 文字)【背景技術】
【0002】
これまでの工場などでの無人搬送機から、近年での自動車の自動運転やドローンのような無人航空機のように、移動や搬送等の自動化が急速に進んでいる。そこでは、近接した距離からだけでなく離れた距離から、対象物や動作に関連する情報を検出し、それを基にその後の動作制御や諸処理に関する対応をするようデザインされている。
【0003】
対象物や動作に関連する情報の検出に関しては、光や音波、電波で検出する方式のセンサ類やカメラを用いた検出方式が実用化されている。
【0004】
光で検出する方式については、例えばキーエンス社テクニカルレポート「センサとは何か?」に「光」で検出する方式を光電センサとして紹介されており、さらに検出方式によって細かく分類紹介もされている。光電センサ概要については、オムロン社テクニカルガイドの技術解説にも詳しく記載されている。
【0005】
光電センサは発光部と受光部で構成され、検出対象物からの反射光あるいは透過光を電気信号に変換して出力するもので、検出対象物の有無検出、検出対象物までの距離計測、検出対象物の色判別が出来る。検出対象物の有無検出は、光が遮られることで有を検出し、反射光の角度の違い、あるいは検出対象物から戻ってくるまでの時間の検出によって、検出対象物までの距離を計測する。さらに検出対象物の色によって反射光量が異なることを利用した色判別も可能としている。
【0006】
光としてレーザー光を広範囲に照射して検出対象物、特に障害物までの距離を計測、さらには3Dモデルの生成にまでつなげるレーザーレンジファインダ(LIDAR)は、自動運転技術のセンサとして使用され、特に、本田技研工業社や日産自動車社における開発事例が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【0007】
音波で検出する方式としては、同じくキーエンス社テクニカルレポート「センサとは何か?」に「超音波」で検出する方式の超音波センサが紹介されており、センサヘッドから超音波を発信し、検出対象物から反射してくる超音波を再度センサヘッドで受信し、超音波式センサで発信から受信までの時間を計測することで検出対象物までの距離が測定できる。
【0008】
電波で検出する方式としては、波長がmm単位となる30〜300GHz帯の電波のミリ波を用いるミリ波レーダ(RADAR)があり、有する特長から自動運転技術のセンサとして障害物検知に用いられている。ミリ波レーダについては、例えば丸文株式会社テクニカルスクエアのRF/マイクロ波の箇所に解説がある。
【0009】
これら多くの方式にあって、特に平面上に特定の色で描かれた誘導ラインに沿って機器を移動させる、いわゆるライントレースで移動させる場合には、光電センサを機器前方で誘導ライン側に向けて設け、近距離よりラインの部分の色とそれ以外の部分の反射率の違いから色判別をし、その情報を基に機器の走行制御を行うことが一般に行われている。色判別については、カラーセンサを用いてラインの部分の色とそれ以外の部分の色を識別するやり方も考えられる。
カメラを用いた方式にあっては、カメラ撮影による画像認識技術により、障害物だけでなく検出対象物をより詳細に識別し、その特徴検出や判別も可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0010】
「計測と制御」、計測自動制御学会、2015年54巻11号、p.828−835
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上記した光や音波、電波で検出する方式のほとんどが、検出対象物までの距離に関する情報を検出するもので、移動や搬送等の自動化技術に対しては、離れた距離から立体的な構造体を検出し、移動の際の障害物等を検知するために用いられる。そのため数m以上離れた距離からでも物体の存在を検出可能で、検出対象物の色が異なる場合でも安定した検出が可能である。そのためモノの有無や段差の検出には有効であるが、これらの検出方式を用いて検出対象物の領域の違いを検出するには、領域ごとに段差を設けた検出対象物に制限される。
【0012】
一方ライントレースのように、ラインの部分の色とそれ以外の部分を違いを検出する場合には、検出対象物の色による反射率の違いを検出し色判別する光電センサやカラーセンサ、カメラによる方式の採用となる。
【0013】
この中で、反射率の違いから色判別する光電センサを用いた検出では、対象物からの反射光量を外乱光の影響を極力低減し検出する必要から、10cm程度以下の距離から検出することが必要となり、検出が近距離に限られる。また検出対象物までの距離変動や表面状態変化の影響を受け易いといった検出の安定性に欠ける特性がある。加えて曲線を有する境界の検出では、光電センサを複数個配列させる必要があり、それらの機械的ならびに電気的な配設や特性の調整、複数の信号の取り込みや判定アルゴリズムの設計やその処理実行が必要となり、また取り付けスペースの確保も必要となってサイズも大きくなる。加えて、複数のセンサの取り付けに間隔が生じ、その判定が閾値との大小関係で行うため情報が離散的になり連続的な情報が得られない。
【0014】
つぎに、カメラ撮影された画像の画像認識による方法は、遠距離から広域に渡って連続的に画像情報が得られ、撮影方法や各種多様な画像処理により、画像情報を得る方法としては高機能高性能である。よって色分けされた平面における色の検出は可能ではあるが、ハードウェア準備や画像処理解析アルゴリズムの設計最適化、大量の画像データの管理や保存、処理速度の高速化などへの対応が必要で、コスト面でも課題がある。
【0015】
カラーセンサによる検出方法では、センサ取り扱いにあたって、色相、明度、彩度について細かく設定し、1つの色についてこれら複数の検出データを管理処理しなければならず、実用上は取り扱いに苦慮し多くの工数を要する。カラーセンサの特性の維持管理も他のセンサと比べより必要とされる。
【0016】
本発明は、このような従来からの検出が有していた問題を解決しようとするものであり、平面に異なる色によって色分けされた色領域を簡易な方法で識別することができる色変化識別方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記目的を解決するため、請求項1に記載の発明は、表面が異なる色で色分けされた平面を有する対象物の色変化の情報を得る色変化識別方法であって、
三角測量の原理により対象物までの距離を測定する発光部及び受光部を、色分けされた前記対象物の平面の色の変化方向と同方向に配置し、
前記対象物までの距離が同じである平面に対する受光部からの出力信号に基づいて、該対象物の平面における色変化の情報を得ることを特徴とする。
【0018】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の色変化識別方法において、
前記対象物は、その表面が異なる2色で色分けされた平面を有しており、
前記対象物の2色で色分けされた平面の異なる位置でそれぞれ取得した前記受光部からの出力信号を比較して、該対象物の平面における色変化について、その2色の配色位置関係を識別することを特徴とする。
【0019】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の色変化識別方法において、
前記発光部と前記受光部とを一組のユニットとし、
前記対象物の平面の色の変化方向と同方向で、前記発光部と前記受光部との配置順が異なる二組のユニットを配置し、
前記二組のユニットのうちの一方のユニットの受光部からの出力信号と、該一方のユニットの受光部と同時に得られる他方のユニットの受光部からの出力信号とを用いて前記対象物の平面における色変化の情報を得ることを特徴とする。
【0020】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の色変化識別方法において、
前記一方のユニットの受光部から得られる出力信号と、前記他方のユニットの受光部から得られる出力信号との和を求め、前記対象物の平面のいずれの色の領域であるかを識別することを特徴とする。
【0021】
請求項5に記載の発明は、請求項3又は請求項4に記載の色変化識別方法において、
前記一方のユニットの受光部から得られる出力信号と、前記他方のユニットの受光部から得られる出力信号との差を求め、前記対象物の平面の色変化の様子を識別することを特徴とする。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の色変化識別方法において、
前記発光部がLEDであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
上記第1の課題解決方法による効果は次の通りである。すなわち、対象物までの距離を測定する方法で、対象物までの距離を変えることなく、異なる色で色分けされた平面の色変わりするところの情報を得ることが出来る。
【0024】
また、上記第2の課題解決方法による効果は次の通りである。すなわち、異なる2色で色分けされた平面の色の境目に対して、第1の課題解決方法による効果に加えて、2色の配色位置関係を識別することが出来る。
【0025】
さらにまた、上記第3の課題解決方法による効果は次の通りである。すなわち、受光部と発光部の位置関係を変えた2組を使うことで、複数回色変化をする場合、1組で検出するのと比べ、配色位置関係によって生じる色変化の境目の位置の検出特性の差を解消でき、検出のための移動距離を低減できる。
【0026】
さらにまた、上記第4の課題解決方法による効果は次の通りである。すなわち、受光部と発光部の位置関係を変えた2組の両者の出力を加算することで、異なる2色のいずれの色であるかが識別できる。
【0027】
さらにまた、上記第5の課題解決方法による効果は次の通りである。すなわち、受光部と発光部の位置関係を変えた2組からの出力の互いの差分を求めることで、正負符号の異なる値をもって色変わりするところでの2色の配色位置関係の判断が出来る。また部品の交換取り付けや検出特性変化によって、一方の組と他方の組で同じ色の面に対する出力が異なっても、同じ値に揃える補正もできる。
【0028】
さらにまた、上記第6の課題解決方法による効果は次の通りである。すなわち、光径を有するLED光源を用いることで対象物に対して照射域を確保でき、色変わりするところにそれが照射されたときに、照射域内において色分けされた色の配置によって受光部の向きへの反射光の光量に差が現れる。また発光波長域が限られるので、受光部での分光感度の影響が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
三角測量の原理を示す図である。
対象物からの反射光の光路について説明する図である。
発光部からの光を撮影した写真である。
実施例1の構成について説明する図である。
実施例1による測定結果を示す図である。
実施例2の構成について説明する図である。
実施例2による測定結果を示す図である。
実施例3により得られた結果を示す図である。
実施例4による測定結果を示す図である。
実施例5により得られた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
三角測量の原理による距離測定では、図1に示すように、発光部から発せられた光が対象物に当たって戻ってきた反射光を受光部で受光するとき、対象物までの距離xに応じて受光部への入射角度θが変わることで、受光部内の光が当たる位置情報を検出する位置検出素子に対するdが変わり、x=(p・f)/dより距離を求める。
(【0031】以降は省略されています)

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