JPH0316667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、テレビカメラによつて撮像され、多
値化されたデジタル画像情報を処理する画像処理
装置に関する。

背景技術 従来から濃淡画像のパターン認識を行なうに
は、まず第１図のような原画の画像中のエツジを
取り出して線画（論理「０」と論理「１」とから
成り論理「１」が連なつて線を描く画像）を作成
し、その後、その線画の特徴を抽出してパターン
の認識を行なつている。濃淡画像からエツジを抽
出するには、画像中の濃度の変化を取り出せばよ
いので一般に微分法が用いられる。

第２図は、３×３一次元微分オペレータの例を
示す図である。第２図１により横方向の変化
（Δxとする）を求め、第２図２により縦方向の変
化（Δyとする）を求める。２次元的微分値の大
きさ（｜Ｅ｜）は次の第１式で求まる。

｜Ｅ｜√²＋² ……(1) またその変化の方向は次の第２式で求まる。

∠Ｅ＝tan^-1（Δy／Δx） ……(2) この後、幅広いエツジ線を幅１画素の線に細め
る細線化処理を行ない、更に強い微分値を持つ点
を抽出する２値化処理を行なうと、第１図の原画
は、第３図のように大略的にエツジ線画となる。
ここで大略的という意味は原画のコントラストが
十分でなかつたり、ノイズの多い画像ではエツジ
線は不連続になりやすいということである。

この不連続なエツジ線画を完全な線画に直すに
は従来、近似法やエツジ延長法などがあつた。近
似法はエツジ線上の離れた数点をサンプリング
し、直線あるいは曲線近似の精度が確保できない
場合、誤つたエツジ線を検出してしまうという欠
点がある。一方、エツジ延長法は、不連続なエツ
ジの端点から始めて、着目する画素とその周囲点
それぞれの間である評価関数を計算し、その値の
最も大きい周囲点へとエツジを延長して行き、他
のエツジ点にぶつかるまで延長を行なうものであ
る。ここで評価関数Ｈは、例えば Ｈ＝｜E_i｜×cos（∠E_p−∠E_i） ……(3) ｉ＝１、２、……、８ となる。ただし、｜E_i｜は周囲点の１点の微分値
の大きさ、∠E_iは微分値の方向である。このエツ
ジ延長法は、細線化、２値化の際に消されたエツ
ジ線を採り出していく優れた手法であるが、この
手法は一般にデジタル計算機によるソフトウエア
により実現される為、処理時間がかかりオンライ
ン化しにくいという欠点があつた。

目 的 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
濃淡画像のパターン認識の前処理としてエツジ延
長処理を高速に実行することができる画像処理装
置を提供することである。

実施例 第４図は、本発明の一実施例のブロツク図であ
る。処理装置１には、条件コードセレクタ２、シ
ーケンサ３、プログラムROM（リードオンリメ
モリ）４、およびALU（算術演算装置）５が具備
される。条件コードセレクタ２は、ラインｌ４を
介してシーケンサ３に接続される。シーケンサ３
は、バスラインｌ５を介してプログラムROM４
に接続される。ALU５は、ラインｌ１１を介し
て３ステートバツフア回路７〜９の各出力に接続
される。ALU５の出力は、ラインｌ１５を介し
てラツチ回路１０ａ〜１０ｃに接続される。ラツ
チ回路１０ａ，１０ｂはラインｌ１６を介して演
算用メモリである第1ROMテーブル１１ａに接
続され、第1ROMテーブル１１ａとラツチ回路
１０ｃはラインｌ１６を介して演算用メモリであ
る第2ROMテーブル１１ｂに接続される。第
2ROMテーブル１１ｂはラインｌ１４を介して
３ステートバツフア７に接続される。３ステート
バツフア回路８はラインｌ１２を介してフレーム
メモリ１８に接続され、３ステートバツフア回路
９はラインｌ１３を介してバツフアドレスカウン
タ１２、Ｘアドレスバツフア１４、およびＹアド
レスバツフア１５に接続される。バツフアドレス
カウンタ１２には、ラインｌ２０を介してクリア
信号が与えられ、ラインｌ１９を介してORゲー
ト１３の出力信号が与えられる。Ｘアドレスバツ
フア１４の出力はラインｌ２４を介してＸアドレ
スカウンタ１６に接続され、Ｙアドレスバツフア
１５の出力はラインｌ２３を介してＹアドレスカ
ウンタ１７に接続される。Ｘアドレスバツフア１
４およびＹアドレスバツフア１５には、ラインｌ
２２を介してバツフアアドレスカウンタ１２の出
力信号を書き込みエツジライト信号が与えられ
る。

Ｘアドレスカウンタ１６およびＹアドレスカウ
ンタ１７には、ラインｌ３０を介してこれらのカ
ウンタを動作状態にさせるロード信号が与えられ
る。またＸアドレスカウンタ１６には、ラインｌ
３１を介してエツジの端点のＸ座標を正の方向に
移動させるＸアツプ信号が与えられ、またライン
ｌ３２にはエツジの端点のＸ座標を負の方向に移
動させるＸダウン信号が与えられる。Ｙアドレス
カウンタ１７には、ラインｌ３３を介してエツジ
の端点のＹ座標を正の方向に移動させるＹアツプ
信号が与えられ、またラインｌ３４を介してエツ
ジの端点のＹ座標を負の方向に移動させるＹダウ
ン信号が与えられる。フレームメモリ１８は、ラ
インｌ２６を介してＸアドレスカウンタ１６に、
ラインｌ２５を介してＹアドレスカウンタ１７
に、ラインｌ２７を介して方向デコーダROM
（リードオンリメモリ）１９に、ラインｌ１２を
介して３ステートバツフア８に、ラインｌ２を介
して条件コードセレクタ２にそれぞれ接続され
る。またフレームメモリ１８には、ラインｌ２８
を介して後述するエツジフラグを書き込ませるフ
ラグライト信号が与えられる。

方向デコーダROM１９の出力は、条件コード
セレクタ２にラインｌ３を介して接続される。条
件コードセレクタ２には、ラインｌ１を介してス
タート信号が与えられる。ソースセレクタ６、ラ
インｌ６およびラインｌ７にそれぞれ与えられる
信号によつてラインｌ８〜ｌ１０の出力信号を選
択する。

以下、第４図に示すブロツク図の動作を説明す
る。シーケンサ３はプログラムの流れを制御する
もので、普通はプログラムROM４のアドレスを
インクリメントしていくが、命令が条件ジヤンプ
やループの場合は条件コードセレクタ２のデータ
を見ながら適当な制御を行なうものである。シー
ケンサ３からのアドレス信号をラインｌ５を介し
て受けて、プログラムROM４は他のハードウエ
アを直接制御するマイクロプログラムを送出す
る。このROM４は高速読出しの可能なバイポー
ラのヒユーズROMが用いられる。ALU５は、複
数の内部レジスタを持ち、ラインｌ１１からのデ
ジタル入力データと内部レジスタデータとの演
算、あるいは内部レジスタ間の演算を行ない、そ
の結果をラインｌ１５に送出する。

画像のエツジ延長を開始する前に準備されてい
るべきデータは、フレームメモリ１８内に予めス
トアされた微分絶対値｜Ｅ｜、微分方向コード∠
Ｅ、エツジフラグFLG、およびエツジの端点を
表わす端点アドレスデータである。微分方向コー
ドは∠Ｅをコード化したものである。

第５図は、4bitで16方向にコード化した場合の
例を示す図である。このビツト数は任意であり、
精度を上げる場合は更に増せばよい。エツジフラ
グFLGは第６図に示すように細線化、２値化し
た結果であり、論理「１」ならばエツジ点、論理
「０」ならば非エツジ点という１ビツトデータで
ある。このフレームメモリ１８は、Ｘ、Ｙアドレ
スカウンタ１６，１７で示されたアドレスの｜Ｅ
｜，∠Ｅ，FLGのデータを並列に出力するもの
である。これらのデータの計算書込はソフトウエ
アによつてもよいが、ハードウエアでリアルタイ
ム処理も可能である。第６図には方向コードを１
〜８としたときの一例が示されている。

次に、端点アドレスデータについて説明する。
端点の例を第７図ａ〜第７図ｂに示す。第７図
ａ、第７図ｂは端点であり、ｃ，ｄは端点ではな
い。ここで明らかに着目画素の周囲点に論理
「１」の画素が１個、あるいは連続した２個の論
理「１」の画素が１ケ所にある場合にのみ端点と
なり得る。これらの条件はソフトウエアで判別し
てもよいが、周囲点８個のフラグのパターンをア
ドレスとして第1ROMテーブル１１ａおよび第
2ROMテーブル１１ｂを用いれば高速に判別で
きる。

端点の条件を満たす画素のＸ，Ｙアドレスを外
部より書込む。つまりラインｌ１８に与えられる
エツジアツプ信号は、バツフアアドレスカウンタ
１２をインクリメントしながらＸ，Ｙアドレスバ
ツフア１４，１５はラインｌ２２に与えられるエ
ツジライト信号により書込み動作を行なう。これ
を１画素全体にわたつて行なうと、端点の総数が
バツフアアドレスカウンタ１２に残り、端点の数
だけのＸ、Ｙアドレスがアドレスバツフア１４，
１５に０番地より順に格納される。まず以上が準
備操作である。

以下、第８図を参照してエツジ延長の動作を説
明する。ソースセレクタ６はバツフアアドレスカ
ウンタとされ、そのカウント値（端点数）を
ALU５の内部レジスタに格納する。次にバツフ
アアドレスカウンタ１２をラインｌ２０に与えら
れるクリア信号によつてクリスすると、Ｘ、Ｙア
ドレスバツフア１４，１５の０番地の内容がライ
ンｌ２４，ｌ２３に送出される。この値は、Ｘ，
Ｙアドレスカウンタ１６，１７に与えられる。
（第８図の端点０のアドレス）次に、このアドレ
スカウンタ１６，１７によりフレームメモリ１８
をアクセスすれば最初の端点｜Ｅ｜，∠Ｅ，
FLGデータをALU５に取込むことができる。次
にこの端点の周囲点８点のデータは、Ｘ、Ｙアド
レスカウンタ１６，１７で別々に±１されながら
ALU５に与えられる。

前述のように端点の周囲点には最低１個のエツ
ジ点、即ちフラグ＝論理「１」の点があるので、
ALU５内部でこの点を捜し出し、延長候補点よ
り削除する。次に残つた延長候補点と着目する端
点との間で前述の評価関数Ｈを計算するわけであ
るが、前記第３式は乗算、余弦（cos）を行なう
為に長時間を要するので、第４図示の第1ROM
テーブル１１ａと第2ROMテーブル１１ｂを用
いる。ALU５からラインｌ１５を介して評価関
数Ｈの演算データ｜Ei｜，∠Eo，∠Eiがラツチ
回路１０ａ〜１０ｃに送り出される。演算データ
∠E0はラツチ回路１０ａにラツチされ、演算デ
ータ∠Eiはラツチ回路１０ｂにラツチされて、ラ
インｌ１６ａを介して第1ROMテーブル１１ａ
に角度算出テーブルのアドレスとして送り出され
る。∠Eo−∠Eiの演算が角度算出テーブルで行
なわれる。演算データ｜Ei｜はラツチ回路１０ｃ
でラツチされ、第1ROMテーブルから送り出さ
れる演算データ∠Eo−∠Eiとともにラインｌ１
６ｂを介して第2ROMテーブル１１ｂに評価関
数テーブルのアドレスとして送り出される。第
1ROMテーブル１１ａに角度算出テーブルを設
けたので第2ROMテーブルの容量を減らすこと
ができ、ハードウエアの体積を小さくすることが
できる。仮に、ラツチ回路１０ａ〜１０ｃにラツ
チされる演算データ｜Ei｜，∠Eo，∠Eiがアド
レスとして、直接第2ROMテーブル１１ｂに送
り出される。｜Ei｜が６ビツト、∠Eoが４ビツ
ト、∠Eiが４ビツトのデータとすると、合計のデ
ータ長は14ビツトとなる。この14ビツトをアドレ
スとして第2ROMテーブル１１ｂが構成される
と、16Kワードの容量のROMが必要となる。本
発明のように第1ROMテーブル１１ａを設ける
と、第1ROMテーブル１１ａで∠Eo−∠Eiの演
算が行なわれ、その出力は４ビツトであるので、
第2ROMテーブル１１ｂにアドレスとして送り
出されるデータ長は10ビツトとなる。したがつて
第2ROMテーブル１１ｂの容量は1Kワードとな
る。第1ROMテーブル１１ａの容量は1Kワード
であつて、合計のROMの容量は1088Kワードと
なり大幅にROMの容量を削減することができ
る。たとえば第1ROMテーブル１１ａにはアク
セスタイム40nsec程度のヒユーズROMを用い、
第2ROMテーブル１１ｂにはアクセスタイム200
〜300nsecのプログラマブルROMを用いること
ができる。第2ROMテーブル１１ｂから評価関
数Ｈのテーブル値がALU５に取り込まれる。こ
の操作が延長候補点全てについて行なわれ、その
最大値を示す方向の画素ヘツドが延長されてい
く。フレームメモリエツジ点とされた画素のフラ
ツグが、ラインｌ２８を介して伝送されフラグラ
イト記号によつて書み込まれる。

エツジ延長処理は以上の操作を繰返していく
が、新しくエツジ点となつた画素より更に延長し
ていく場合、画素の進んできた方向はすでにエツ
ジ点であることが判つているので、その方向のデ
ータは取込む必要がない。画素の延長の途中で、
進んできた方向以外でフラグがたつている点が見
つかれば他のエツジ線に接したことになるので、
延長はその点で打切る。（第５図の(ア)点）以上で
端点０よりの延長を終了し、端点１よりの延長の
ために、バツフアアドレスカウンタ１２をインク
リメントし、Ｘ、Ｙアドレスカウンタ１６，１７
に端点を示す論理「１」のアドレスをロードし、
前述と同様の処理をする。

以上の処理を繰返していくが、最初端点数は
ALU５内にあるので、その回数だけ処理を繰返
した時点ですべての延長処理を終了する。

延長を行なう際、現在の画素の微分値方向の３
画素のみを延長候補点とすることができる。この
様子を第９図に示す。現在点の微分値方向が第６
図の方向コード８とすれば、延長候補点は、ア、
イ、ウの３画素とする。この方法を行なうには、
現在点の方向∠ＥをALU５で判別する必要があ
るが、この為にはALU５内で１〜８の数字と∠
Ｅの排他論理和をとつて０になるかどうかという
複雑な処理が必要となる。そこで第４図に示すよ
うに、微分方向コード∠Ｅを方向デコーダROM
１９に与え、そのコードが１〜８のどの方向どう
かというデータを条件コードセレクタ２に与え、
８本のコード入力の内どのビツトがたつているか
を調べるようにすれば高速化が図れる。

第４図の構成において、フレームメモリ１８内
の∠Ｅを方向デコーダROM１９に与え、方向デ
コーダROM１９は８本の方向ビツトのうちの１
本を選択している。この方向判別のフローチヤー
トを第１０図に示す。このフローチヤートから明
らかなように方向判別動作は最大８ステツプ、平
均４ステツプを要する。このロスを無くす為に第
１１図の回路を付加する。即ち方向デコーダ
ROM１９の出力は、シーケンサ３に接続される
マツピングROM２０のアドレスに与えられる。
したがつて第４図の方向デコーダROM１９は削
除される。マツピングROM２０には各方向コー
ドに対応したマイクロプログラムのジヤンプ先ア
ドレスが書込まれている。たとえば、微分方向コ
ード∠Ｅが4bitのとき16通りのコードがあるが８
方向にふり分けるため、コード“２”及び“３”
をアドレスとする所には方向“２”を判別、処理
するジヤンプ先アドレスが入る。このマツピング
ROM２０の付加によりマイクロプログラムは、
JUMPMAP命令の１ステツプにより読出し、画
素の判別が可能となる。

効 果 以上のように本発明によれば、濃淡画像のパタ
ーン認識の前処理としてのエツジ延長処理が高速
に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原画を示す図、第２図は一次元微分オ
ペレータの例を示す図、第３図は微分・細線化・
２値化された第１図に対応する画像を示す図、第
４図は本発明の一実施例のブロツク図、第５図は
方向コードの例を示す図、第６図は方向コードを
１〜８としたときの例を示す図、第７図はエツジ
の端点の例を示す図、第８図および第９図は延長
の過程を説明するための図、第１０図は方向判別
のフローチヤート、第１１図は本発明の他の実施
例のマツピング・リードオンリメモリ２０を付加
したブロツク図である。 １……処理装置、６……ソースセレクタ、７，
８，９……３ステートバツフア、１０ａ〜１０ｃ
……ラツチ回路、１１ａ……第１リードオンリメ
モリテーブル、１１ｂ……第２リードオンリメモ
リ・テーブル、１２……バツフアアドレスカウン
タ、１３……ORゲート、１４……Ｘアドレスバ
ツフア、１５……Ｙアドレスバツフア、１６……
Ｘアドレスカウンタ、１７……Ｙアドレスカウン
タ、１８……フレームメモリ、１９……方向デコ
ーダ・リードオンリメモリ、２０……マツピン
グ・リードオンリメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 濃淡画像処理における画像の周囲を表わす不
   連続なエツジの端点である画素の座標データをス
   トアするアドレスバツフアと、 そのアドレスバツフアの出力のアドレスデータ
   をロードし、このアドレスデータに基づいて演算
   をして着目される画素の周囲に隣接する画素のデ
   ータを求めるためのアドレスカウンタと、 そのアドレスカウンタの出力によつて、エツジ
   の端点から延びる方向に関する微分方向を示すコ
   ードなどの画像データをストアするフレームメモ
   リと、 それらのデータによつて、着目される画素と、
   その周囲の画素との関係を示し、かつ複数の演算
   ステツプを含む評価関数における前記演算ステツ
   プの相互に異なる各一部をそれぞれ演算するため
   のテーブルをそれぞれ含む複数の演算用メモリ
   と、 前記アドレスバツフアと前記アドレスカウンタ
   と前記複数の演算用メモリとを制御し、画像デー
   タを演算する処理装置とを含み、 すでに求められている不連続なエツジの端点延
   長を始めて、着目されるエツジの端点の周囲の各
   点について評価関数値を求め、その関数値の最大
   の方向へエツジの端点を進行させていくことを特
   徴とする画像処理装置。