JPH03214272A - エッジ情報による選択的平滑化フィルタ機構 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は画像処理装置に関し、特に、画像の・１乙滑
化処理を行なうための機構に関する。

［従来の技術］ 画像処理分野においては、画像情報をデジタル的に処理
することが一般に行なわれている。このようなデジタル
画像処理技法の１つに、平滑化処理と呼ばれるものがあ
る。この平滑化処理は、主として画像情報に含まれるノ
ッチ成分、ランダムノイズなどを除去する処理であり、
低域フィルタと等価な機能を有する。

このような平滑化処理は、ランダムノイズ等の高周波成
分の除去のみならず、平滑化された原画像の定数倍を減
算し、これにより画像の鮮鋭度の改善および画像の境界
領域（エッジ領域）の強調などを行なう処理などにおい
ても用いられている。

画像の平滑化処理は、一般に、画素Ｐの出力値を、この
画素Ｐとその近傍内の入力画素（原画素）の濃度（また
は輝度）の或る関数ｈ　（ｆ）として出力する処理とし
て定義される。ここでｆは画素Ｐとその近傍の入力画像
画素の濃度値（または輝度）を示す。このような平滑化
処理には、種々の処理技法があり、一様重み平滑化処理
、１階差分平滑化処理、近傍領域の濃度値の平均値また
は中央値による平滑化処理などが知られている。

次に、第５図を参照して従来の平滑化処理について簡単
に説明する。第５図（ａ）に画面の一部における各画素
の輝度の値を例示的に示す。この第５図（ａ）において
、各升目は画素を示し、各升内の値は画素の輝度を示す
。この表示法は以下の説明においても同様であるとする
。

今、第５図（ａ）示す各画素Ｐ　（ｉ．　　ｊ）に対し
、その右横に位置する画素Ｐ　（ｉ，ｊ＋１）との平均
値をとって該画素Ｐ（ｉ，ｊ）の平滑処理後の出力値Ｐ
’　　（ｉ，ｊ）として出力する処理、すなわち、 Ｐ’　　（ｉ．ｊ） ＝　ｉＰ　（ｉ，ｊ）＋Ｐ　（ｉ，ｊ＋１）ｌ　／２な
る処理を行なう場合を考える。ここで、説明の便宜上Ｐ
（ｉ，ｊ）は画面の画素マトリクスにおいてｌ行Ｊ列に
位置する画素を示すとともにその輝度値も併せて示すも
のとする。この第５図（ａ）にに示す画像に対し上述の
平滑化処理を行なった後の各画素の輝度値を第５図（ｂ
）に示す。

第５図（ｂ）において、４行７列の画素マトリクスのう
ち、第１列ないし第３列の画素の輝度値は“１″、第５
列ないし第７列の画素の輝度値は″１１″、および第４
列の画素の輝度値は“６゜となっているのか見られる。

したがって、第５図（，ａ）と第５図（ｂ）とを比較す
れば明らかなように、谷画素間の輝度の変化が緩やかと
なり、画像の゛「滑化が行なわれているのが見られると
ともこ、第５図Ｃｂ）において第４列か画像の境界領域
（エツ２領域）を構成している画素列であるのが見られ
る。

Ｃ発明が解決しようとする課Ｒ］ 上述のように、従来の平滑化処理においては、各画素の
近傍領域内の画素を用いて画像の平滑化を行なっている
。このとき、近傍領域がエッジ領域を含むか否か、また
は処理される画素がエッジ領域に含まれるか否かに関す
る考慮が全く払われておらず、すべての画素に対し同様
の平滑化処理が行なわれていた。

したがって、第５図（ｂ）に見られるように、画像全体
に平滑処理がかかり、平滑化処理後の画像にエッジ領域
が保存されるものの、このエッジ領域も平滑化されるた
め、エッジ領域近傍における輝度の差が小さくなり、こ
のエッジ領域近傍に平滑化の悪影響、すなわち、画像の
エッジの劣化が生じ、境界領域が不鮮明になるという問
題が発生する。

それゆえ、この発明の目的は、従来の平滑化処理技法の
有する欠点を除去し、エッジ領域を鮮明にしたまま画像
の平滑化を行なうことのできる平滑化フィルタ機構を提
供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る平滑化フィルタ機構は、或る画素が、そ
の近傍領域内にエッジ領域を構成する画素を含んでいる
か否かに応じて、この画素Ｐに対し平滑化処理を行なう
かまたは画素Ｐをそのまま通過させるかのいずれかを行
なうようにしたものである。

すなわち、この発明に係る平滑化フィルタ機構は、処理
されるべき画像を構成する画素列を導出する手段と、こ
の導出手段からの画素列に所定の平滑化処理を行なう手
段と、この導出手段からの画素列から画像に含まれるエ
ッジ領域を検出する手段と、この検出手段出力に応答し
て、平滑化処理手段における平滑化処理が画像のエッジ
領域に含まれる画素を用いて行なわれたか否かを各画素
に対し判別する手段と、この判別手段出力に応答して導
出手段からの画素と平滑化処理手段からの画素のいすれ
か一方の画素を処理画素として出力する手段とを備える
。

出力手段は、判別手段が、或る画素Ｐがエッジ領域に含
まれる画素を用いて平滑化処理が行なわれていると判定
した場合、導出手段からの画素Ｐを通過させ、そうでな
い場合には平滑化処理手段からの画素Ｐに対応する画素
データを通過させる。

［作用］ 上述の構成においては、エッジ領域に含まれる画素を用
いて平滑化処理が行なわれる画素に対しては、処理前の
画素データが出力され、一方、そうでない画素に対して
は平滑化処理が施された画素データか出力されるので、
原画像のエッジ領域およびその近傍の画像は平滑化され
ず原画像のエノン領域か保存された平滑処理画像が得ら
れ、画像の境界領域の鮮明な平滑処理画像が得られる。

［発明の実施例］ 第１図にこの発明の一実施例である選択的平滑化フィル
タ機構の全体の構成を概略的に示す。第１図において、
この発明による平滑化フィルタ機構は、処理されるべき
画像を構成する画素列を導出する入力装置１と、入力装
置］からの画素に所定の平滑化処理を行なう平滑化処理
部３とを含む。

入力装置１は、ＴＶカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置
またはスキャナ等の画像読取装置もしくは画像情報を格
納する記憶装置から、平滑化処理されるべきデジタル化
された画素データを順次読込み、原画素列を導出する。

平滑化処理部３は、入力装置１からの原画素データ（た
とえば輝度または濃度）に対し、たとえば８近傍平滑化
処理を施す。この８近傍平滑化処理は、第２図に示すよ
うに、対象画素の輝度データとこの対象画素に隣接する
８個の画素の輝度データとを用いて行なう平滑化処理で
ある。この平滑化処理の方式、すなわち、平滑化フィル
タの重み（係数）は、処理内容に応じて適当に設定され
る。

平滑化フィルタ機構はさらに、入力装置１からの原画素
列を受けて画像のエッジ領域を抽出するエッジ抽出部２
と、エッジ抽出部２からの画素データを受け、画像のエ
ッジ近傍領域を抽出する近傍情報抽出部４とを含む。

エッジ抽出部２は、たとえば、 Ｐ　（ｉ，　　ｊ）　−Ｐ　（ｉ＋１，　　ｊ＋１）＋
ｌｐ　（ｉ，ｊ＋１）−Ｐ　（ｉ＋１，ｊ）のような１
次微分を用いて画像のエッジ領域を抽出し、かつこの抽
出されたエッジ領域と残りの領域との間の２値化処理を
行なう。エッジ抽出が１次微分で行なわれる場合、この
微分値が一定値以上の場合にはその画素はエッジ領域に
含まれると判断することができる。したがって、エッジ
領域とそうでない領域との分類は、この１次微分により
得られた値を所定のしきい値と比較し、この比較結果に
応じて各画素の値を“０″　　“１”として示すことに
よりエッジ領域か抽出された画像情報を得ることができ
る。

なお、エッジ抽出部２が行なうエッジ抽出動作は１次微
分の他に、たとえばソーベルオペレータ（隣接する３行
３列の画素を用いて、対象画素の上下行の相関関係を示
す演算と対象画素の隣接列の相関関係を示す演算とを行
なうことによりエッジの検出を行なう手法）などを用い
ることもでき、他のエッジ抽出技法を用いることも可能
である。

このとき、エッジ領域の２値化は、その行なわれるエッ
ジ抽出手法に従って適当な手法がとられる。

近傍情報抽出部４は、エッジ抽出部２からの画素列を受
け、各画素に対しその所定の近傍領域（たとえば８近傍
）内にエッジ領域内画素が存在するか否かを検出する。

この近傍情報抽出部４はさらに、たとえば画素Ｐの８近
傍に“１“を示す画素データか所定数（たとえば１個）
以上存在する場合には“１″のデータを、所定数未満の
場合には“Ｏ”のデータを出力する。これにより、近傍
情報抽出部４からは、エッジおよび近傍領域か抽出され
た画像が出力される。

宇滑化フィルタ機構はさらに、出力選択装置５および出
力装置６を含む。出力選択装置５は、近傍情報抽出部４
からの画素データを制御信号として、人力装置１から与
えられる原画素と平滑化処理部３から与えられる処理後
の画素データのいずれか一方を通過させ、出力装置６へ
伝達する。この出力選択装置５は、２：１マルチブレク
サからなり、近傍情報抽出部４からの画素がエッジまた
は近傍領域画素であることを示しているたとえば“１″
のデータが与えられた場合には、入力装置１からの原画
素を通過させ、そうでない場合には平滑化処理部３から
の平滑化処理された画素データを出力する。

出力装置６は、メモリデバイス、またはディスプレイ装
置などにより構成され、処理結果を格納または表示する
。上述の構成に従えば、近傍情報抽出部４により、平滑
化処理においてエッジ領域の影響を受ける画素と受けな
い画素との分類を行なうことができ、この分類に従って
、原画素または平滑処理後の画素のデータのいずれかを
出力することかでき、エッジ領域の保存された平滑処理
画像を導出することができる。次に、第１図に示した平
滑化フィルタの動作を、その動作の流れを示す第３図を
参照して説明する。

まず入力装置１から第３図（ａ）に示すような輝度の分
布を有する原画像を示す画素列が導出され、エッジ抽出
部２および平滑化処理部３へ与えられる。エソジ抽出部
２および平滑化処理部３は、それぞれの処理に必要な画
素データが与えられた後、それぞれエッジ抽出動作およ
び平滑化処理を行なう。ここで、たとえば３行３列の画
素行列を導出するには、単に２個のラインメモリ（画像
の１行分に対応する遅延時間を有する）と１サンプリン
グ期間の遅延時間を有する遅延素子を４個用いて構成す
ることができる。このような回路構成は、たとえば通常
の画像処理分野においてよく行なイ）れている構成であ
る。

この人力装置１からの画素データはエッジ抽出部２およ
び平滑化処理部３へ与えられる。今ここで説明を簡単化
するために、平滑化処理部３では、右横の画素との平均
値をとることにより平滑処理が行なわれるとし、エッジ
抽出部２は、右横に存在する画素の輝度値との差分の絶
対値によりエッ７ｚ検出を行なうものとする。この結果
、平滑化処理部３からは第３図（ｅ）に示すような画素
列か導出される。

一ノハエノ，′抽出部２においては、まずエノジ抽出動
作により第３図（ｂ）に示すような画素列が得られる。

このエッジ抽出部２は、このエッジを強調した画素デー
タを所定のしきい値で２値化処理を行ない、エッジ領域
の画素のデータ値を“１′、それ以外の画素のデータ値
を“０”とする。これによりエッジ情報のみを含む画像
情報がエッジ抽出部２により導出され、近傍情報抽出部
４へ伝達される。

近傍情報抽出部４は、このエッジ抽出部２からのエッジ
情報画像に対し各画素がその所定の近傍領域にエッジ領
域に含まれる画素を所定数含んでいるか否かを判別する
。そしてもしその近傍領域にエッジ領域を構成する画素
が含まれている場合には、その画素をエッジ近傍領域画
素であるとして“１゜の画素データを出力し、それ以外
の画素こ対しては“Ｏ゜の画素データを出力する。これ
により、近傍情報抽出部４からは、第３図（ｄ）に示す
ように、エッジ領域およびエッジ近傍領域の情報を含む
画像が導出される。この近傍情報抽出部４からの画素デ
ータは出力選択装置５へ制御信号として与えられる。出
力選択装置５は、この近傍情報抽出部４からの画素デー
タに従って、入力装置１からの原画素列および平滑化処
理部３からの平滑化処理画素のいずれか一方を選択的に
通過させる。したがって、この出力選択装置５からは、
エッジおよびエッジ近傍領域に対応する画素に対しては
入力装置］からの原画素が出力され、そうでない画素に
対しては平滑化処理部３からの平滑化処理画素が出力さ
れる。この結果、第３図（ｆ）に示すような最終画像が
得られる。

第３図（ｅ）と第３図（ｆ）とを比較すれば明らかなよ
うに、従来の平滑化処理画像である第３図（ｅ）に比べ
て、本発明による平滑化処理画像（第３図（ｆ））は、
そのエッジ情報が保存されており、エッジ領域における
画像の鮮鋭度をなくすことなく平滑画像を得ることがで
きる。

なお上述の動作説明において、エッジ抽出部２、甲滑化
処理部３および近傍情報抽出部４は、それぞれ作業領域
用としてのメモリへ、その処理結果を書込み、または読
出し、逐次その処理動作を行なっでもよい。すなわちエ
ッジ抽出部２は入力装置１からの原画素情報に対し所定
数の画素が与えられた後演算処理を行ない、該処理結果
を作業領域用メモリへ書込み、同様に近傍情報抽出部４
はこのエッジ抽出部２が書込んだメモリから情報を読出
して近傍抽出処理を行なって制御情報として出力選択装
置５へ与えてもよい。このとき、平滑化処理部３におけ
る平滑処理結果もメモリへ書込まれ、このメモリから、
この近傍情報抽出部４か導出する画素データと入力装置
１から与えられる原画素情報と平滑化処理部３からの画
素データとがそれぞれ同一の画素に対応するように時間
合わせしてデータを読出すことにより正確な平滑処理を
行なうことができる。この場合の制御経路の系統は示し
ていないか、バッファ回路を用い、その書込および続出
タイミングを制御すれば容易に構成することかできる。

さらに、上述のワーキングメモリを用いる構成に代えて
、エッジ抽出部２からの情報をそれぞれ・ｑツファする
バソファ回路を用い、所定のデータ（たとえば３行分の
画素データ）が蓄えられた後、近傍情報抽出部４がこの
バッファメモリからのデータに対し所定の処理を行なう
とともに、入力装置１からの原画像および平滑化処理部
３からの処理データの出力タイミングを調整するための
たとえば遅延回路などによるバッファ手段を設けておけ
ば、この場合エッジ抽出部２から近傍情報抽出部４への
バッファ回路も単に遅延回路を用いて構成することがで
きるため、メモリへの書込みおよび読出しを行なうこと
なく演算処理を行なうことが可能となり、この平滑処理
に必要とされるワーキング領域を与えるためのワークメ
モリの低減および演算処理のパイプライン化が可能とな
り高速処理を行なうことができる。

さらに上記実施例においては、平滑化処理およびエッジ
抽出の一例として第３図には単に右横との差分または平
均値のみを用いており、図面垂直方向におけるエッジ領
域のみを抽出する構成としているが、これは説明を簡略
化するための例示的処理であり、水平方向におけるエッ
ジ領域抽出および斜め方向におけるエッジ抽出は通常の
エッジ検出手法を用いれば抽出可能であり、容易にこの
画像の境界領域を正確に抽出できることは言うまでもな
い。

さらに、上記実施例においては、エッジ近傍を抽出する
ために８近傍の画素を用いて近傍領域抽出を行なってい
るが、これはたとえば第４図に示すように４近傍画素を
用いて処理を行なうように構成してもよい。ここで４近
傍とは、対象画素に対し左右上下に位置する４つの画素
を示す。

さらに、上記実施例において、入力装置１がメモリであ
る場合、このメモリには画面各画素に対応して画素デー
タが格納されているため、遅延線などを用いることなく
、単にアドレス指定のみによっても３行３列の８近傍の
画素データや、４近傍の画素データを容易に読出して平
滑化処理部３およびエッジ抽出部２へ与えることも可能
である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、原画像と弔滑処理さ
れた画像とを、この原画像に含まれるエッジ鎮域に基づ
いて選択的にいずれか一方を出力するように構成したの
で、画像のエッジ領域における変化が保存されるととも
に、エッジ領域を含まない大部分の画像に対しては所望
の平滑化処理が施され、これにより境界の鮮明な平滑化
画像を得ることか可能となる。

また上述の処理においては、エッジ抽出および近傍情報
抽出は近傍処理を行なっているため、この所望の近傍の
データを順次伝達する構成とすることにより、単に遅延
回路などのバッファ手段だけを設けて近傍情報抽出部、
入力装置からの原画素および平滑化処理部からの平滑化
画像の送出タイミングのみを合わせることによりパイプ
ライン処理が可能となり、画像処理を高速で行なうこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である選択的平滑化フィル
タ機構の全体の構成を概略的に示す図である。第２図は
平滑化処理、近傍情報抽出等において行なわれる８近傍
処理における８近傍を例示する図である。第３図はこの
発明の一実施例である選択的平滑化フィルタ機構の動作
の流れを示す図である。第４図は、平滑化処理、エッジ
抽出等において行なわれる別の処理手法の一例である４
近傍の画素を例示する図である。第５図は従来の平滑化
処理における画像の処理の流れを示す図である。 図において、１は入力装置、２はエッジ抽出部、３は平
滑化処理部、４は近傍情報抽出部、５は出力選択装置、
６は出力装置である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画面を構成する各画素の濃度値を、画素および該
   画素の所定の近傍領域に含まれる画素の濃度値を用いて
   表わす平滑化処理を行なうための機構であって、 前記画面における画像情報から、前記平滑化処理前の画
   素列を導出する手段、 前記導出手段からの各画素に前記平滑化処理を施す手段
   、 前記導出手段からの画素列を受け、前記画面に含まれる
   画像の境界領域を規定するエッジ領域を検出する手段、 前記検出手段出力に応答して、前記平滑化処理手段にお
   ける平滑化処理が前記検出手段で検出されたエッジ領域
   に含まれる画素を用いて行なわれたか否かを各画素に対
   し判別する手段、および前記判別手段出力に応答して、
   前記導出手段および前記平滑化処理手段のいずれか一方
   からの画素の濃度値を、平滑処理された画素データとし
   て選択的に通過させる手段を備える、エッジ情報による
   選択的平滑化フィルタ機構。
2. （２）前記選択的通過手段は、 前記判別手段が、前記エッジ領域に含まれる画素を用い
   て平滑化処理が行なわれたと或る画素に対して判別した
   場合には、前記或る画素に対応する前記導出手段からの
   画素データを通過させ、そうでない場合には前記平滑化
   処理手段からの前記或る画素に対応する画素を通過させ
   る、請求の範囲第１項記載のエッジ情報による選択的平
   滑化フィルタ機構。
3. （３）前記検出手段は、前記導出手段からの画素列に画
   像の境界領域を強調するエッジ強調処理を施してエッジ
   抽出画像を作成する手段を含み、前記判別手段は、 前記エッジ抽出画像作成手段からの出力画像データの各
   々に対し、所定の近傍領域に前記エッジ領域に含まれる
   画素が存在する否かを判定し、それにより前記平滑化処
   理手段において前記エッジ領域に含まれる画素を用いて
   平滑化処理が行なわれたか否かを判定する手段を含む、
   請求の範囲第１項記載のエッジ情報による選択的平滑化
   フィルタ機構。