JP2008185526A - 色識別装置および色識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】呈色反応の過程で反応面に色むらが生じても、反応面の色を高精度で識別可能な色識別装置および色識別方法を提供する。
【解決手段】記憶部５ａは、ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップデータから画素単位で生成された複数の参照色座標ごとに、色度図の各座標とその座標に対応する参照色座標の数に応じた頻度を表す参照データと、その反応面を識別するための識別情報と、を関連づけて保持する。演算部５ｄは、撮像部４が生成したＲＧＢビットマップデータの各画素の測定色座標を生成する。演算部５ｄは、色度図の各座標とその座標に対応する測定色座標の数に応じた頻度を表す測定データを生成する。演算部５ｄは、測定データと記憶部５ａ内の複数の参照データとを照合して、測定データに該当する参照データを特定し、その参照データと関連する識別情報を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、色識別装置および色識別方法に関し、例えば、ガスとの呈色反応にて生じた反応面の色を識別してガスを特定する色識別装置および色識別方法に関する。

従来、毒ガス等のガスと試薬とを化学反応させて試薬の色を変化させるガス検知装置が知られている。例えば、特許文献１（ＵＳＰ６２２８６５７Ｂ１号公報）には、Ｍ２５６キットが記載されている。

このガス検知装置は、互いに異なる種類の試薬を内蔵する複数のアンプルと、そのアンプルが破壊されたときにアンプル中の試薬が流れ込む紙等の複数の反応面と、を含む。

試薬は、反応面に流れ込むと、反応面に接触しているガスと化学反応する。試薬は、その化学反応により色が変わり、その試薬の色の変化に応じて、反応面の色も変わる。

ユーザは、複数の反応面のそれぞれに、異なる試薬を流し込み、各反応面の色の変化に基づいて、ガスの有無およびガス濃度を認識する。

また、特許文献１には、ＲＧＢ（赤、緑、青）の色に感度を有する３つのフォトダイオードまたは１つのカラーＣＣＤを用いて、１つの反応面の色に応じた信号を出力する読取装置が記載されている。
ＵＳＰ６２２８６５７Ｂ１号公報

反応面では、呈色反応の過程で色むらが生じる場合がある。例えば、反応面上で、異なる色の領域が発生する場合がある。

特許文献１に記載の読取装置には、この色むらへの対策が施されていない。このため、この読取装置は、例えば、反応面上の異なる色を平均化した際に得られる色、つまり、実際の反応面の色とは異なる色を、反応面の色として認識する可能性を有する。

本発明の目的は、呈色反応の過程で反応面に色むらが生じても、反応面の色を高精度で識別可能な色識別装置および色識別方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の色識別装置は、特定対象のガスと呈色反応した反応面の色を識別する色識別装置であって、ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から画素単位で生成された複数の参照用色座標ごとに、色度図の各座標と当該座標に対応する前記参照用色座標の数に応じた頻度とを表す参照データと、当該反応面を識別するための識別情報と、を関連づけて保持する記憶部と、前記反応面を撮像して当該反応面のＲＧＢビットマップ画像を生成する撮像部と、前記撮像部にて生成されたＲＧＢビットマップ画像から画素単位で複数の測定色座標を生成し、前記色度図の各座標と当該座標に対応する前記測定色座標の数に応じた頻度とを表す測定データを生成し、当該測定データと前記複数の参照データとを照合して、当該測定データに該当する参照データを特定し、当該特定された参照データと関連づけられている前記識別情報を特定する演算部と、前記演算部にて特定された識別情報を出力する出力部と、を含む。

また、本発明の色識別方法は、記憶部を含み特定対象のガスと呈色反応した反応面の色を識別する色識別装置が行う色識別方法であって、ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から画素単位で生成された複数の参照用色座標ごとに、色度図の各座標と当該座標に対応する前記参照用色座標の数に応じた頻度を表す参照データと、当該反応面を識別するための識別情報と、を関連づけて、前記記憶部に保持する保持ステップと、前記反応面を撮像して当該反応面のＲＧＢビットマップ画像を生成する撮像ステップと、前記生成されたＲＧＢビットマップ画像から画素単位で複数の測定色座標を生成する測定色座標生成ステップと、前記色度図の各座標と当該座標に対応する前記測定色座標の数に応じた頻度とを表す測定データを生成する測定データ生成ステップと、前記測定データと前記複数の参照データとを照合して、当該測定データに該当する参照データを特定する参照データ特定ステップと、前記特定された参照データと関連づけられている前記識別情報を特定する識別情報特定ステップと、前記特定された識別情報を出力する出力ステップと、を含む。

上記発明によれば、反応面の色は、色度図の各座標とその座標に対応する色座標の数に応じた頻度を表すデータを利用して識別される。色座標は、反応面のＲＧＢビットマップ画像から画素ごとに生成される。反応面上の個々の色は、各画素の色座標によって表される。よって、色度図の各座標とその座標に対応する色座標の数に応じた頻度を表すデータは、反応面上の異なる色の特徴を個別に表す。このため、反応面に色むらが生じても、このデータは、その反応面の個々の色の特徴を表すことができる。

よって、それらのデータを照合して反応面の色を識別することによって、呈色反応の過程で反応面に色むらが生じても、反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

なお、前記演算部は、前記複数の参照データの中から、前記頻度のピーク値が現れる座標が、前記測定データと最も一致する参照データを特定し、当該特定された参照データと関連づけられている前記識別情報を特定することが望ましい。

頻度のピーク値が現れる座標は、反応面に現れる色が同じであれば、その色の面積が変わっても変動しない。

このため、上記発明によれば、呈色反応の過程で反応面に現れる色の面積割合が変動しても、その変動の影響を受けずに、反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

また、前記演算部は、前記参照データごとに、前記測定データと当該参照データでの同一座標の頻度同士の積を取り当該積を加算し、当該加算値が最大となる前記参照データと関連づけられている前記識別情報を特定することが望ましい。

上記発明によれば、頻度のピーク値が現れる座標が測定データと最も一致する参照データを、演算によって特定することが可能になる。

また、前記記憶部は、さらに、前記ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から生成された参照明度情報を、前記参照データおよび前記識別情報と関連づけて複数保持し、前記演算部は、前記撮像部にて生成されたＲＧＢビットマップ画像から測定明度情報を生成し、前記測定データに該当する参照データが複数存在する場合、当該複数の参照データと関連づけられた参照明度情報と前記測定明度情報とを照合して、当該測定明度情報に該当する参照明度情報を特定し、当該特定された参照明度情報と関連づけられている前記識別情報を特定することが望ましい。

反応面のＲＧＢビットマップ画像から生成された明度情報は、反応面と呈色反応したガスの濃度に応じて変化する。

このため、上記発明によれば、さらに、ガス濃度に基づいて反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

また、前記演算部は、前記測定データに該当する参照データが複数存在する場合、当該複数の参照データと関連づけられた参照明度情報のそれぞれと前記測定明度情報との誤差を演算し、当該誤差が最も小さい参照明度情報を、前記測定明度情報に該当する前記参照明度情報として特定し、当該特定された参照明度情報と関連づけられている前記識別情報を特定することが望ましい。

上記発明によれば、測定明度情報に該当する参照明度情報を、演算によって特定することが可能になる。

また、前記記憶部は、前記参照データおよび前記参照明度情報として、予め、前記撮像部がガスと呈色反応した反応面を撮像した際のＲＧＢビットマップ画像から前記演算部が生成した測定データおよび測定明度情報を保持することが望ましい。

上記発明によれば、参照データおよび参照明度情報は、撮像部の特性に応じた情報となり、参照データおよび参照明度情報と撮像部の撮像特性との整合性を容易に取ることが可能になる。

また、前記記憶部は、前記参照データとして、予め、前記撮像部がガスと呈色反応した反応面を撮像した際のＲＧＢビットマップ画像から前記演算部が生成した測定データを保持することが望ましい。

上記発明によれば、参照データは、撮像部の特性に応じた情報となり、参照データと撮像部の撮像特性との整合性を容易に取ることが可能になる。

また、前記識別情報は、前記反応面を、当該反応面で化学反応したガスによって識別する情報であることが望ましい。

上記発明によれば、反応面で化学反応したガスの識別情報を出力することが可能になる。このため、反応面で化学反応したガスの特定が容易になる。

本発明によれば、呈色反応の過程で反応面に色むらが生じても、反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の色識別装置を示したブロック図である。

図１において、色識別装置１００は、保持部１と、操作部２と、制御部３と、撮像部４と、処理部５と、表示部６とを含む。撮像部４は、発光部４ａと、光学系４ｂと、ＣＣＤ４ｃと、ＣＣＤ駆動部４ｄと、ＣＣＤ信号処理部４ｅとを含む。処理部５は、色座標、明度データ記憶部（以下、単に「記憶部」と称する。）５ａと、メモリ５ｂと、バスライン５ｃと、演算部５ｄとを含む。

保持部１には、色サンプル板１０が所定の位置に搭載される。

色サンプル板１０には、反応面１０３が設けられている。反応面１０３は、色サンプル板１０の予め定められた位置に設けられている。

図２は、色サンプル板１０の一例を示した斜視図である。

図２において、色サンプル板１０は、複数種類の試薬１０１と、互いに異なる種類の試薬１０１を内蔵する複数のアンプル１０２と、アンプル１０２が破壊されたときにそのアンプル中の試薬１０１が流れ込む紙等の複数の媒体１０３とを含む。なお、各媒体１０３が反応面１０３となる。

試薬１０１は、媒体１０３に流れ込むと、媒体１０３に接触しているガス（例えば、特定対象のガス）と呈色反応する。なお、色サンプル板１０は、例えば、特許文献１に記載のＭ２５６キットである。

図１に戻って、色識別装置１００は、呈色反応した反応面１０３の色に基づいて、特定対象のガスを特定する。

操作部２は、ユーザにて操作可能な操作開始ボタン（不図示）を有する。操作部２は、操作開始ボタンが操作された場合、発光指示を制御部３に提供する。

制御部３は、操作部２からの発光指示に応じて、撮像部４および処理部５の動作を制御する。具体的には、制御部３は、発光指示を受け付けた場合、発光部４ａを発光させ、ＣＣＤ駆動部４ｄに駆動信号を提供し、処理部５を動作させる。

撮像部４は、制御部３からの指示に基づいて、保持部１に搭載された色サンプル板１０の反応面１０３を撮像して、その反応面のＲＧＢビットマップ画像（以下、「ＲＧＢビットマップデータ」と称する。）を生成する。なお、Ｒは赤を表し、Ｇは緑を表し、Ｂは青を表す。

発光部４ａは、制御部３にて制御され、保持部１に搭載された色サンプル板１０の反応面１０３に光を照射する。発光部４ａは、例えば、ハロゲンランプまたはＬＥＤである。なお、発光部４ａは、ハロゲンランプまたはＬＥＤに限らず適宜変更可能である。

反応面１０３は、発光部４ａから照射された光を反射する。反応面１０３が特定対象のガスと呈色反応した場合、反応面１０３にて反射された光は、その呈色反応にて生成された色を示す。反応面１０３では、呈色反応の過程で、異なる色の領域が発生する色むらが生じる場合がある。

なお、保持部１は、発光部４ａから発光された照射光と異なる光が色サンプル板１０に照射されることを防止する。

光学系４ｂは、例えば、レンズであり、保持部１に搭載された色サンプル板１０の反応面１０３の像をＣＣＤ４ｃ上に形成する。

ＣＣＤ４ｃは、カラー撮像素子の一例である。なお、カラー撮像素子は、ＣＣＤに限らず適宜変更可能であり、例えば、ＣＭＯＳセンサでもよい。

ＣＣＤ駆動部４ｄは、制御部３からの駆動信号に基づいてＣＣＤ４ｃを動作させて、ＣＣＤ４ｃ上に形成された反応面１０３の像をカラーで撮像する。ＣＣＤ４ｃは、その撮像された反応面１０３の像を表すアナログカラー映像信号を、ＣＣＤ信号処理部４ｅに提供する。

ＣＣＤ信号処理部４ｅは、ＣＣＤ４ｃからのアナログカラー映像信号をデジタル信号（ＲＧＢビットマップデータ）に変換し、そのＲＧＢビットマップデータを処理部５に提供する。

なお、ＲＧＢビットマップデータでは、１つのビット（画素）が、Ｒ、ＧおよびＢの信号からなり、Ｒ、ＧおよびＢの信号は、信号強度が０〜２５５のいずれかの値をとる。なお、Ｒ、ＧおよびＢの各信号強度のレンジは、０〜２５５に限らず適宜変更可能である。

処理部５は、ＣＣＤ信号処理部４ｅからのＲＧＢビットマップデータを処理して反応面１０３の色を識別し、その識別結果に応じた情報を出力する。

記憶部５ａは、ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップデータから画素単位で生成された複数の参照用色座標ごとに、色度図の各座標とその座標に対応する参照用色座標の数に応じた頻度とを表す参照データと、その反応面を識別するための識別情報と、を関連づけて保持する。

各画素の色座標（例えば、参照用色座標）は、公知の色座標変換式に基づいて、各画素のＲ、ＧおよびＢの信号から生成される。

また、記憶部５ａは、ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップデータから生成された参照明度情報を、参照データおよび識別情報と関連づけて複数保持する。

参照明度情報は、公知の色座標変換式に基づいて、各画素のＲ、ＧおよびＢの信号から生成される。

メモリ５ｂは、演算部５ｄの作業メモリとして使用される。

演算部５ｄは、例えば、プログラムを実行することによって動作する。また、演算部５ｄは、バスライン５ｃを介して記憶部５ａおよびメモリ５ｂと接続する。

演算部５ｄは、撮像部４にて生成されたＲＧＢビットマップデータから、そのＲＧＢビットマップデータの各画素の色座標（以下「測定色座標」と称する。）を生成する。

例えば、演算部５ｄは、以下の色座標変換式を用いて、ＲＧＢビットマップデータの画素ごとに、その画素のＲＧＢ値からＸ、Ｙ、Ｚ、ｘｃ、ｙｃを演算する。なお、算出されたｘｃとｙｃで表される色度図上の座標が、画素の色座標（測定色座標）となる。また、算出されたＹが、画素の明度を表す明度情報（以下「測定明度情報」と称する。）となる。
色座標変換式：
Ｘ＝α１・Ｒ＋β１・Ｇ＋γ１・Ｂ
Ｙ＝α２・Ｒ＋β２・Ｇ＋γ２・Ｂ
Ｚ＝α３・Ｒ＋β３・Ｇ＋γ３・Ｂ
ｘｃ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙｃ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
但し、α１、β１、γ１、α２、β２、γ２、α３、β３、γ３は、定数である。

なお、上述したように、この色座標変換は公知技術である。

演算部５ｄは、色度図の各座標とその座標に対応する測定色座標の数に応じた頻度とを表す測定データを生成する。

演算部５ｄは、測定データと、記憶部５ａ内の複数の参照データと、を照合して、測定データに該当する参照データを特定し、その特定された参照データと関連づけられている識別情報を特定する。

例えば、演算部５ｄは、複数の参照データの中から、頻度のピーク値が現れる座標が測定データと最も一致する参照データを特定し、その特定された参照データと関連づけられている識別情報を特定する。

具体的には、演算部５ｄは、参照データごとに、測定データと参照データでの同一座標の頻度同士の積を取り、その積を加算し、その加算値が最大となる参照データと関連づけられている識別情報を特定する。

また、演算部５ｄは、測定データに該当する参照データが複数存在する場合、それら複数の参照データと関連づけられた参照明度情報と測定明度情報とを照合して、その測定明度情報に該当する参照明度情報を特定し、その特定された参照明度情報と関連づけられている識別情報を特定する。

例えば、演算部５ｄは、測定データに該当する参照データが複数存在する場合、それら複数の参照データと関連づけられた参照明度情報のそれぞれと測定明度情報との誤差を演算し、その誤差が最も小さい参照明度情報を、測定明度情報に該当する参照明度情報として特定し、その特定された参照明度情報と関連づけられている識別情報を特定する。

表示部６は、出力部の一例であり、演算部５ｄにて特定された識別情報を表示する。出力部は、表示部に限らず適宜変更可能であり、例えば、演算部５ｄにて特定された識別情報を音声報知する音声出力部でもよい。

なお、記憶部５ａに保持される参照データおよび参照明度情報は、予め、撮像部４がガスと呈色反応した反応面を撮像した際のＲＧＢビットマップ画像から演算部５ｄが生成した測定データおよび測定明度情報であることが望ましい。

しかしながら、記憶部５ａ内の参照データおよび参照明度情報は、演算部５ｄが生成した測定データおよび測定明度情報に限るものでない。

次に、動作を説明する。

色識別装置１００は、まず、記憶部５ａに、参照データと参照明度情報と識別情報とを格納し、その後、撮像部４が生成した反応面１０３のＲＧＢビットマップデータと、記憶部５ａ内の参照データおよび参照明度情報と、に基づいて、反応面１０３の色を識別し、その識別結果に応じた情報を出力する。

図３は、色識別装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、図３を参照して、記憶部５ａにデータを保持する動作を説明する。

予め特定されているガスと呈色反応した反応面１０３を有する色サンプル板１０が、保持部１内の所定の位置に挿入される。

続いて、操作部２にある参照データ保持ボタン（不図示）が操作されて参照データ保持モードが設定される（ステップ３０１）。

参照データ保持モード下で、操作部２にある操作開始ボタンが、ユーザによって操作されると（ステップ３０２）、操作部２は、発光指示を制御部３に提供する。

制御部３は、発光指示を受け付けると、発光部４ａを発光させるとともに、ＣＣＤ駆動部４ｄに駆動信号を提供し、処理部５を動作させる。

反応面１０３は、発光部４ａから照射された光を反射し、光学系４ｂは、反応面１０３の像をＣＣＤ４ｃ上に形成し、ＣＣＤ駆動部４ｄは、制御部３からの駆動信号に基づいてＣＣＤ４ｃを動作させて、ＣＣＤ４ｃ上に形成された反応面１０３の像を撮像する。

ＣＣＤ４ｃは、その撮像された反応面１０３の像を表すアナログカラー映像信号を、ＣＣＤ信号処理部４ｅに提供し、ＣＣＤ信号処理部４ｅは、そのアナログカラー映像信号をＲＧＢビットマップデータに変換し、そのＲＧＢビットマップデータを演算部５ｄに提供する。

演算部５ｄは、そのＲＧＢビットマップデータ（参照用のデータ）を取得する（ステップ３０３）。

図４は、水平６４０画素で垂直４８０画素のＣＣＤ４ｃが青色と赤色を有する反応面１０３を撮像した際に、演算部５ｄが取得するＲＧＢビットマップデータの例を示した説明図である。図４において、水平／垂直のそれぞれの画素位置は、座標（ｘｐ、ｙｐ）で示される。

続いて、演算部５ｄは、そのＲＧＢビットマップデータを、Ｒ、Ｇ、Ｂ各領域の信号強度データに分割し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各領域の信号強度データを、バスライン５ｃを経由してメモリ５ｂに保持する（ステップ３０４）。

続いて、演算部５ｄは、画素ごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号強度データを読み取り、色座標変換式を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号強度データを、参照色座標値Ｘ、Ｙ、Ｚ、ｘｃ、ｙｃに変換する（ステップ３０５）。

図５は、ステップ３０５で使用される色座標変換式の一例を示した説明図である。

図６は、ステップ３０５の一例を説明するためのフローチャートである。以下、図６を参照して、ステップ３０５の一例を説明する。なお、図６に示したフローチャートは、水平６４０画素で垂直４８０画素のＲＧＢビットマップデータを処理する際に用いられる。

演算部５ｄは、まず、ｘｐ＝０、ｙｐ＝０、ｘｐ_max＝６３９、ｙｐ_max＝４７９と設定する（ステップ６０１）。

続いて、演算部５ｄは、ｘｐ_max≧ｘｐであるか判断し（ステップ６０２）、ｘｐ_max≧ｘｐであるとステップ６０３を実行し、ｘｐ_max≧ｘｐでないとステップ３０５を終了する。

ステップ６０３では、演算部５ｄは、ｙｐ_max≧ｙｐであるか判断する。演算部５ｄは、ｙｐ_max≧ｙｐであるとステップ６０４を実行し、ｙｐ_max≧ｙｐでないとステップ６０５を実行する。

ステップ６０４では、演算部５ｄは、座標（ｘｐ、ｙｐ）の画素のＲ、Ｇ、Ｂの信号強度データをメモリ５ｂから読み取り、図５に示した色座標変換式（Ｘ＝α１・Ｒ＋β１・Ｇ＋γ１・Ｂ、Ｙ＝α２・Ｒ＋β２・Ｇ＋γ２・Ｂ、Ｚ＝α３・Ｒ＋β３・Ｇ＋γ３・Ｂ）を用いて、画素ごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号強度データからＸ、Ｙ、Ｚを算出する。

続いて、演算部５ｄは、図５に示した色座標変換式（ｘｃ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙｃ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ））を用いて、画素ごとに、ステップ６０４で得たＸ、Ｙ、Ｚから色座標（ｘｃ、ｙｃ）を算出する（ステップ６０６）。

続いて、演算部５ｄは、ｙｐ＝ｙｐ＋１を演算し（ステップ６０７）、その後、ステップ６０３を実行する。

一方、ステップ６０５では、演算部５ｄは、ｘｐ＝ｘｐ＋１を演算する。その後、演算部５ｄは、ステップ６０２を実行する。

図７は、演算部５ｄが図４に示したＲＧＢビットマップデータについてステップ３０５を実行した際に生成した色座標値を示した説明図である。

図８は、色座標（ｘｃ、ｙｃ）と色度図を説明するための説明図である。以下、図８を参照して、色座標（ｘｃ、ｙｃ）と色度図について説明する。

ステップ３０５で算出された色座標（ｘｃ、ｙｃ）は、ｘｃ軸とｙｃ軸の平面に示された、青、赤、緑を頂点とする三角形（色度図）の内部に含まれる。この三角形の中心付近の座標は白を意味し、座標がそれぞれの頂点に近づくことは、その座標にて表された色がその頂点の色に近づくことを意味する。

演算部５ｄが取得したＲＧＢビットマップデータが完全単色を示す場合、演算部５ｄが算出した色座標（ｘｃ、ｙｃ）のすべては、色度図内の一点（一つの座標）に集まる。

色むらを示すＲＧＢビットマップデータから演算部５ｄが算出した色座標（ｘｃ、ｙｃ）が色度図にプロットされると、そのプロットされた色座標（ｘｃ、ｙｃ）によって、色度図上には、複数の位置に分散するいくつかの山（図８では、山の高さ方向はＹ値）が形成される。

通常は、得られた色を色度図上の色座標（ｘｃ、ｙｃ）で表すことによって、色が数値で表される。

本実施形態では、演算部５ｄは、色度図の領域内に分散する色座標（ｘｃ、ｙｃ）群を特徴点としてモデル化し、色度図上での特徴点の分布に基づいて、反応面１０３の色を判別する。

また、ｘｃ−ｙｃ平面のＺ軸方向であるＹの値が明度を意味するため、演算部５ｄは、ｘｃ、ｙｃおよびＹの３つのデータで、反応面１０３の色と、反応面１０３で呈色反応したガスの濃度と、を判定する。

図３に戻って、続いて、演算部５ｄは、色度図の座標（ｘｃ、ｙｃ）ごとに、その座標に対応する色座標の数をカウントして、色度図の各座標とその座標に対応する色座標の数に応じた頻度を表す参照データを生成する。また、演算部５ｄは、座標ごとに、Ｙ値の平均を算出する（ステップ３０６）。

図９は、演算部５ｄが図４に示したＲＧＢビットマップデータに関してステップ３０６を実行した際に生成および算出した参照データおよびＹ値の平均（色座標値）を示した説明図である。

図９に示した参照データでは、図４に示したＲＧＢビットマップデータが青い部分と赤い部分の単色２色を表すため、青に対応する色座標（ｘｃ、ｙｃ）＝（０．１６、０.０６）と赤に対応する色座標（ｘｃ、ｙｃ）＝（０．５９、０．２６）以外の部分（座標）は、頻度が「０」となっている。

続いて、演算部５ｄは、ステップ３０７で２値化処理を、ステップ３０８で重心算出処理を、ステップ３０９で特徴点算出処理を行って、参照データにおいて頻度が大きい座標を特徴点とする。

ここで、特徴点の算出原理を具体的に説明する。

図１０は、特徴点の算出原理を説明するための説明図である。

図１０（ａ）に示した青と赤の２色からなる取得画像は、図１０（ｂ）に示したように、色度図上では２点で表され（単色なので、全画素がこの２点に集中する）、それらの座標の頻度は、青と赤の面積に比例する。

演算部５ｄは、例えば、あるスレッショルドを超えた頻度に対応する座標（図１０の例では、青の座標（０．１６、０．０６）と、赤の座標（０．５９、０．２６））を、特徴点とし、その座標に、特徴点情報として「１」を付加し、他の座標には特徴点情報として「０」を付加する。

また、演算部５ｄは、参照データの中で最大の頻度に対応する座標を、特徴点最大値とし、その座標に、特徴点最大値情報として「１」を付加し、他の座標には特徴点最大値情報として「０」を付加する。

図１１は、色座標値Ｙと特徴点情報と特徴点最大値情報が付加された参考データの一例を示した説明図である。以下、色座標値Ｙと特徴点情報と特徴点最大値情報が付加された参考データを「参照用データ」と称する。

図１２は、青と赤の領域が５０％ずつある取得画像と、その取得画像に応じた色座標と特徴点を示した説明図である。図１２では、青と赤の領域が５０％ずつなので、青の座標に対応する頻度と、赤の座標に対応する頻度は、同じになる。

図１１と図１２とを参照すると、両者は、青と赤の面積比が異なっているが、色度図上の色座標は変わらない。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、取得画像に示された色（青、赤、緑）が色むら（単色でない）を有する場合の例を示した説明図である。

図１３Ａに示すように、青、赤、緑が色むらを有するため、色度図上の色座標は、青、赤、緑の点に集結せず分散する。この分散は、通常、主成分となる色の頻度が最大値をとるガウス分布（山状に分布）となる。

演算部５ｄは、あるスレッショルドを用いて、頻度を２値化する（ステップ３０７）。その結果、図１３Ｂに示すように、スレッショルドを超えている青および赤は残るが、緑は削除される。

続いて、演算部５ｄは、重心算出処理を実行する（ステップ３０８）。

図１４は、重心算出処理を説明するための説明図である。

図１４（ａ）は、青領域の頻度分布を示した説明図である。演算部５ｄは、ステップ３０７において、この青領域の頻度を２値化する（このときのスレッショルドは、８０である。）。図１４（ｂ）は、青領域の２値化された頻度分布を示した説明図である。演算部５ｄは、青領域の２値化された頻度分布について重心を算出する。

演算部５ｄは、その算出された重心に対応する座標を特徴点とし、その座標に、特徴点情報として「１」を付加し、他の座標には特徴点情報として「０」を付加する（図１４（ｃ）参照）。また、演算部５ｄは、重心の参照データの中で最大の頻度に対応する座標を、特徴点最大値とし、その座標に、特徴点最大値情報として「１」を付加し、他の座標には特徴点最大値情報として「０」を付加する（ステップ３０９）。

なお、特徴点情報は、頻度を２値化することによって得られる。このため、特徴点情報は、頻度を示す。

続いて、演算部５ｄは、参照用データの名称などのカテゴリを入力する旨のメッセージを表示部６に表示する。ユーザが、そのメッセージに応じて操作部２を操作してカテゴリを入力すると、そのカテゴリは、操作部２から制御部３に提供され、制御部３から演算部５ｄに提供される。

なお、このカテゴリは、最終的に識別したデータを表示部６に表示する際に名称として使用される。

演算部５ｄは、カテゴリを受け付けると、そのカテゴリを、参照用データと関連づけて一塊にして、バスライン５ｃを経由して記憶部５ａに保存する（ステップ３１０）。なお、記憶部５ａ内のカテゴリ付参照用データＤ（１）〜Ｄ（３）は、例えば、図１５〜図１７に示したような構成をとる。

以降、ユーザが、保持部１内の色サンプル板１０を、反応面１０３で化学反応したガスおよびそれらの濃度が異なるものに変えながら、上記動作が繰り返される（ステップ３１１）。

次に、図３を参照して、演算部５ｄが、撮像部４にて生成された反応面１０３のＲＧＢビットマップデータと、記憶部５ａ内の参照用データと、に基づいて、反応面１０３の色を識別し、その識別結果に応じた情報を出力する動作を説明する。

特定対象のガスと呈色反応した反応面１０３を有する色サンプル板１０が、保持部１内の所定の位置に挿入される。

続いて、操作部２にある参照データ保持ボタン（不図示）が操作されて参照データ保持モードが解除される（ステップ３０１）。

参照データ保持モードが解除された状況で、操作部２にある操作開始ボタンが操作されると（ステップ３０２）、発光部４ａは発光し、ＣＣＤ４ｃは、反応面１０３の像を撮像し、その像を表すアナログカラー映像信号をＣＣＤ信号処理部４ｅに提供し、ＣＣＤ信号処理部４ｅは、そのアナログカラー映像信号をＲＧＢビットマップデータに変換して演算部５ｄに提供する。

演算部５ｄは、そのＲＧＢビットマップデータ（測定用のデータ）を取得する（ステップ３１２）。

以降、演算部５ｄは、ステップ３１３からステップ３１８を実行する。ステップ３１３は、ステップ３０４と同一の処理であり、ステップ３１４はステップ３０５と、ステップ３１５はステップ３０６と、ステップ３１６はステップ３０７と、ステップ３１７はステップ３０８と、ステップ３１８はステップ３０９と同一の処理である。

なお、ステップ３１３からステップ３１８では、ステップ３０４からステップ３０９で示された「参照データ」は「測定データ」と読み替えられ、「参照用データＤ（ｉ）」は「測定用データＤ（ｒ）」と読み替えられる。

図１８は、測定用データＤ（ｒ）の一例を示した説明図である。

続いて、演算部５ｄは、ｉ＝１、Ｄmulti_max＝０を設定する（ステップ３１９）。

続いて、演算部５ｄは、参照用データＤ（ｉ）を記憶部５ａから読み出し、その参照用データＤ（ｉ）を、バスライン５ｃを経由してメモリ５ｂに保持する（ステップ３２０）。

続いて、演算部５ｄは、ｎ≧ｉであるか判断する（ステップ３２１）。なお、ｎは、参照用データの数を示す。

演算部５ｄは、ｎ≧ｉであるとステップ３２２を実行し、ｎ≧ｉでないとステップ３２３を実行する。

ステップ３２２では、演算部５ｄは、メモリ５ｂを参照して、参照用データＤ（ｉ）と測定用データＤ（ｒ）において、同一座標ごとに、特徴点情報（頻度）の積をとり、その積を加算していく。なお、演算部５ｄは、その加算値をＤmulti（ｉ）とする。

続いて、演算部５ｄは、Ｄmulti_max＜Ｄmulti（ｉ）であるか判断する（ステップ３２４）。

演算部５ｄは、Ｄmulti_max＜Ｄmulti（ｉ）であるとステップ３２５を実行し、Ｄmulti_max＜Ｄmulti（ｉ）でないと、ステップ３２６を実行する。

ステップ３２５では、演算部５ｄは、Ｄmulti_max＝Ｄmulti（ｉ）とし、Ｄmatch＝ｉとし、一致候補の引数として保持されている値があればその値をクリヤしてから、一致候補の引数としてｉを保持し、その後、ステップ３２７を実行する。

ステップ３２７では、演算部５ｄは、ｉ＝ｉ＋１とし、その後、ステップ３２０を実行する。

ステップ３２６では、演算部５ｄは、Ｄmulti_max＝Ｄmulti（ｉ）であるか判断する。

演算部５ｄは、Ｄmulti_max＝Ｄmulti（ｉ）であるとステップ３２８を実行し、Ｄmulti_max＝Ｄmulti（ｉ）でないと、ステップ３２７を実行する。

ステップ３２８では、演算部５ｄは、一致候補の引数として、ｉを追加保持し、その後、、演算部５ｄは、ステップ３２７を実行する。

図１９は、参照用データＤ（１）〜Ｄ（３）内の参照データと測定用データＤ（ｒ）内の測定データとの照合結果の一例を示した説明図である。この場合、各データは、２つの座標位置でしか特徴点情報「１」を有さない。

参照用データＤ（１）と測定用データＤ（ｒ）は、座標（ｘｃ、ｙｃ）＝（０．１６、０．０６）と、座標（ｘｃ、ｙｃ）＝（０．５９、０．２６）において、特徴点情報「１」が重なる。このため、座標（０．１６、０．０６）での特徴点情報「１」同士の積算値「１」と、座標（０．５９、０．２６）での特徴点情報「１」同士の積算値「１」とが加算されて、比較値（Ｄmulti（１））＝２が得られる。

参照用データＤ（２）と測定用データＤ（ｒ）は、３つの座標での比較となるが、特徴点情報「１」は、１つの座標でのみ重なり、他の２つの座標では重ならない。このため、比較値（Ｄmulti（２））＝１が得られる。

参照用データＤ（３）と測定用データＤ（ｒ）は、４つの座標での比較となるが、特徴点情報「１」が重なる座標はない。このため、比較値（Ｄmulti（３））＝０が得られる。

すべての参照用データについて比較値が算出された結果、この比較値が最も大きい値になる参照用データが、測定用データに最も一致する色データとなる。

なお、複数の参照用データが最大の比較値をとる可能性がある。

そこで、ステップ３２３では、演算部５ｄは、一致候補の引数として保持された値を参照して、複数の参照用データが最大の比較値をとるか判断する。

具体的には、演算部５ｄは、一致候補の引数として複数の値が保持されている場合、複数の参照用データが最大の比較値をとると判断し、一方、一致候補の引数として１つの値しか保持されている場合、複数の参照用データが最大の比較値をとらないと判断する。

演算部５ｄは、複数の参照用データが最大の比較値をとる場合には、ステップ３２９を実行し、複数の参照用データが最大の比較値をとらない場合にはステップ３３０を実行する。

ステップ３２９では、演算部５ｄは、一致候補の引数として保持された値（ｉ値）に基づいて、最大の比較値をとった複数の参照用データを特定し、それら複数の参照用データを一致候補データとして指定する。

続いて、演算部５ｄは、一致候補データごとに、特徴点最大値情報「１」に対応する色座標値Ｙ（参照明度情報）を読み出す（ステップ３３１）。

続いて、演算部５ｄは、測定用データＤ（ｒ）から、特徴点最大値情報「１」に対応する色座標値Ｙ（測定明度情報）を読み出す（ステップ３３２）。

続いて、演算部５ｄは、一致候補データごとに、参照明度情報と測定明度情報との誤差（例えば、（参照明度情報−測定明度情報）の絶対値）を算出する（ステップ３３３）。

続いて、演算部５ｄは、それら算出された複数の誤差から最小の誤差を特定し、その特定された誤差に対応する一致候補データを特定する（ステップ３３４）。

続いて、演算部５ｄは、その一致候補データのｉの値をＤmatchに登録してＤmatchを更新し（ステップ３３５）、その後、ステップ３３０を実行する。

ステップ３３０では、演算部５ｄは、保持部１内の反応面１０３に該当するデータとして、Ｄmatchに示されたｉに対応するカテゴリを表示部６に表示する。

本実施形態によれば、演算部５ｄは、撮像部４からのＲＧＢビットマップデータから生成された測定データと、複数の参照データとを照合して、測定データに該当する参照データを特定し、その特定された参照データと関連づけられているカテゴリを特定する。

各データは、色度図の各座標とその座標に対応する色座標の数に応じた頻度を表す。色座標は、反応面のＲＧＢビットマップデータから画素ごとに生成される。反応面上の個々の色は、各画素の色座標によって表される。よって、色度図の各座標とその座標に対応する色座標の数に応じた頻度を表すデータは、反応面上の異なる色の特徴を個別に表す。

このため、反応面に色むらが生じても、このデータは、その反応面の個々の色の特徴を表すことができる。よって、それらのデータを照合して反応面の色を識別することによって、呈色反応の過程で反応面に色むらが生じても、反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

なお、本実施形態では、演算部５ｄは、複数の参照データの中から、頻度のピーク値が現れる座標が、測定データと最も一致する参照データを特定し、その特定された参照データと関連づけられているカテゴリを特定する。

頻度のピーク値が現れる座標は、反応面に現れる色が同じであれば、その色の面積が変わっても変動しない。このため、本実施形態によれば、呈色反応の過程で反応面に現れる色の面積割合が変動しても、その変動の影響を受けずに、反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

また、本実施形態では、演算部５ｄは、参照データごとに、測定データと参照データでの同一座標の頻度同士の積を取り、その積を加算し、その加算値が最大となる参照データと関連づけられているカテゴリを特定する。

この場合、頻度のピーク値が現れる座標が測定データと最も一致する参照データを、演算によって特定することが可能になる。

また、本実施形態では、演算部５ｄは、測定データに該当する参照データが複数存在する場合、それら複数の参照データと関連づけられた参照明度情報と測定明度情報とを照合して、測定明度情報に該当する参照明度情報を特定し、その特定された参照明度情報と関連づけられているカテゴリを特定する。

反応面のＲＧＢビットマップ画像から生成された明度情報は、反応面と呈色反応したガスの濃度に応じて変化する。このため、さらに、ガス濃度に基づいて反応面の色を高精度で識別することが可能になる。

また、本実施形態によれば、演算部５ｄは、測定データに該当する参照データが複数存在する場合、それら複数の参照データと関連づけられた参照明度情報のそれぞれと測定明度情報との誤差を演算し、その誤差が最も小さい参照明度情報を、測定明度情報に該当する参照明度情報として特定し、その特定された参照明度情報と関連づけられているカテゴリを特定する。

この場合、測定明度情報に該当する参照明度情報を、演算によって特定することが可能になる。

また、本実施形態によれば、記憶部５ａは、参照データおよび参照明度情報として、予め、撮像部４がガスと呈色反応した反応面を撮像した際のＲＧＢビットマップ画像から演算部５ｄが生成した測定データおよび測定明度情報を保持する。

この場合、参照データおよび参照明度情報は、撮像部４の特性に応じた情報となり、参照データおよび参照明度情報と撮像部４の撮像特性との整合性を容易に取ることが可能になる。

また、記憶部５ａ内のカテゴリは、反応面を、その反応面で化学反応したガスによって識別する情報（例えば、ガスの名称等のガス識別情報）であってもよい。

この場合、反応面１０３で化学反応したガスの識別情報を出力することが可能になる。このため、反応面で化学反応したガスの特定が容易になる。

以上説明した実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

本発明の一実施形態の色識別装置を示したブロック図である。 色サンプル板１０の一例を示した斜視図である。 色識別装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。 ＲＧＢビットマップデータの例を示した説明図である。 色座標変換式の一例を示した説明図である。 ステップ３０５の一例を説明するためのフローチャートである。 色座標値を示した説明図である。 色座標（ｘｃ、ｙｃ）と色度図を説明するための説明図である。 参照データおよびＹ値の平均（色座標値）を示した説明図である。 特徴点の算出原理を説明するための説明図である。 参照用データの一例を示した説明図である。 特徴点の算出原理を説明するための説明図である。 特徴点の算出原理を説明するための説明図である。 特徴点の算出原理を説明するための説明図である。 重心算出処理を説明するための説明図である。 カテゴリ付参照用データＤ（１）の一例を示した説明図である。 カテゴリ付参照用データＤ（２）の一例を示した説明図である。 カテゴリ付参照用データＤ（３）の一例を示した説明図である。 測定用データＤ（ｒ）の一例を示した説明図である。 照合結果の一例を示した説明図である。

符号の説明

１００ 色識別装置
１ 保持部
２ 操作部
３ 制御部
４ 撮像部
４ａ 発光部
４ｂ 光学系
４ｃ ＣＣＤ
４ｄ ＣＣＤ駆動部
４ｅ ＣＣＤ信号処理部
５ 処理部
５ａ 色座標、明度データ記憶部
５ｂ メモリ
５ｃ バスライン
５ｄ 演算部
６ 表示部
１０ 色サンプル板
１０３ 反応面

Claims (16)

1. 特定対象のガスと呈色反応した反応面の色を識別する色識別装置であって、
   ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から画素単位で生成された複数の参照用色座標ごとに、色度図の各座標と当該座標に対応する前記参照用色座標の数に応じた頻度とを表す参照データと、当該反応面を識別するための識別情報と、を関連づけて保持する記憶部と、
   前記反応面を撮像して当該反応面のＲＧＢビットマップ画像を生成する撮像部と、
   前記撮像部にて生成されたＲＧＢビットマップ画像から画素単位で複数の測定色座標を生成し、前記色度図の各座標と当該座標に対応する前記測定色座標の数に応じた頻度とを表す測定データを生成し、当該測定データと前記複数の参照データとを照合して、当該測定データに該当する参照データを特定し、当該特定された参照データと関連づけられている前記識別情報を特定する演算部と、
   前記演算部にて特定された識別情報を出力する出力部と、を含む色識別装置。
2. 請求項１に記載の色識別装置において、
   前記演算部は、前記複数の参照データの中から、前記頻度のピーク値が現れる座標が、前記測定データと最も一致する参照データを特定し、当該特定された参照データと関連づけられている前記識別情報を特定する、色識別装置。
3. 請求項２に記載の色識別装置において、
   前記演算部は、前記参照データごとに、前記測定データと当該参照データでの同一座標の頻度同士の積を取り当該積を加算し、当該加算値が最大となる前記参照データと関連づけられている前記識別情報を特定する、色識別装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色識別装置において、
   前記記憶部は、さらに、前記ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から生成された参照明度情報を、前記参照データおよび前記識別情報と関連づけて複数保持し、
   前記演算部は、前記撮像部にて生成されたＲＧＢビットマップ画像から測定明度情報を生成し、前記測定データに該当する参照データが複数存在する場合、当該複数の参照データと関連づけられた参照明度情報と前記測定明度情報とを照合して、当該測定明度情報に該当する参照明度情報を特定し、当該特定された参照明度情報と関連づけられている前記識別情報を特定する、色識別装置。
5. 請求項４に記載の色識別装置において、
   前記演算部は、前記測定データに該当する参照データが複数存在する場合、当該複数の参照データと関連づけられた参照明度情報のそれぞれと前記測定明度情報との誤差を演算し、当該誤差が最も小さい参照明度情報を、前記測定明度情報に該当する前記参照明度情報として特定し、当該特定された参照明度情報と関連づけられている前記識別情報を特定する、色識別装置。
6. 請求項４または５に記載の色識別装置において、
   前記記憶部は、前記参照データおよび前記参照明度情報として、予め、前記撮像部がガスと呈色反応した反応面を撮像した際のＲＧＢビットマップ画像から前記演算部が生成した測定データおよび測定明度情報を保持する、色識別装置。
7. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色識別装置において、
   前記記憶部は、前記参照データとして、予め、前記撮像部がガスと呈色反応した反応面を撮像した際のＲＧＢビットマップ画像から前記演算部が生成した測定データを保持する、色識別装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の色識別装置において、
   前記識別情報は、前記反応面を、当該反応面で化学反応したガスによって識別する情報である、色識別装置。
9. 記憶部を含み、特定対象のガスと呈色反応した反応面の色を識別する色識別装置が行う色識別方法であって、
   ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から画素単位で生成された複数の参照用色座標ごとに、色度図の各座標と当該座標に対応する前記参照用色座標の数に応じた頻度とを表す参照データと、当該反応面を識別するための識別情報と、を関連づけて、前記記憶部に保持する保持ステップと、
   前記反応面を撮像して当該反応面のＲＧＢビットマップ画像を生成する撮像ステップと、
   前記生成されたＲＧＢビットマップ画像から画素単位で複数の測定色座標を生成する測定色座標生成ステップと、
   前記色度図の各座標と当該座標に対応する前記測定色座標の数に応じた頻度とを表す測定データを生成する測定データ生成ステップと、
   前記測定データと前記複数の参照データとを照合して、当該測定データに該当する参照データを特定する参照データ特定ステップと、
   前記特定された参照データと関連づけられている前記識別情報を特定する識別情報特定ステップと、
   前記特定された識別情報を出力する出力ステップと、を含む色識別方法。
10. 請求項９に記載の色識別方法において、
    前記参照データ特定ステップでは、複数の参照データの中から、前記頻度のピーク値が現れる座標が、前記測定データと最も一致する参照データを特定する、色識別方法。
11. 請求項１０に記載の色識別方法において、
    前記参照データ特定ステップでは、前記参照データごとに、前記測定データと当該参照データでの同一座標の頻度同士の積を取り当該積を加算し、当該加算値が最大となる前記参照データを特定する、色識別方法。
12. 請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の色識別方法において、
    前記保持ステップでは、さらに、前記ガスと呈色反応した反応面のＲＧＢビットマップ画像から生成された参照明度情報を、前記参照データおよび前記識別情報と関連づけて前記記憶部に複数保持し、
    前記生成されたＲＧＢビットマップ画像から測定明度情報を生成する測定明度情報生成ステップをさらに含み、
    前記識別情報特定ステップでは、前記測定データに該当する参照データが複数存在する場合、当該複数の参照データと関連づけられた参照明度情報と前記測定明度情報とを照合して、当該測定明度情報に該当する参照明度情報を特定し、当該特定された参照明度情報と関連づけられている前記識別情報を特定する、色識別方法。
13. 請求項１２に記載の色識別方法において、
    前記識別情報特定ステップでは、前記測定データに該当する参照データが複数存在する場合、当該複数の参照データと関連づけられた参照明度情報のそれぞれと前記測定明度情報との誤差を演算し、当該誤差が最も小さい参照明度情報を、前記測定明度情報に該当する前記参照明度情報として特定し、当該特定された参照明度情報と関連づけられている前記識別情報を特定する、色識別方法。
14. 請求項１２または１３に記載の色識別方法において、
    前記保持ステップでは、前記参照データおよび前記参照明度情報として、予め、前記色識別装置が生成した測定データおよび測定明度情報を保持する、色識別方法。
15. 請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の色識別方法において、
    前記保持ステップでは、前記参照データとして、予め、前記色識別装置が生成した測定データを保持する、色識別方法。
16. 請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の色識別方法において、
    前記識別情報は、前記反応面を、当該反応面で化学反応したガスによって識別する情報である、色識別方法。

Images