JPH06150010A - 画像信号の分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波形情報、利得情報の両方に対して分析する
ことにより波形の分析精度を向上させること。 【構成】 ブロック抽出部２によって入力された画像が
ｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）の入力ブロックが抽出さ
れる。続いて、平均値分離部４によって入力ブロックの
平均値が計算されたのちに各画素から平均値を減算する
ことにより、平均値分離ブロックが出力される。この平
均値分離ブロックに対し、波形分析部１４では、階調変
化の方向の特徴量を分析する。また、利得分析部２０に
おいては、振幅方向の特徴量が分析される。これらの結
果に基づいて領域判定部１２で入力ブロックの波形を判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号の形状に基づ
いて、画像の処理あるいは符号化を行う場合の対象画像
の形状を分析する画像信号の分析装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】画像符号化など、画像に対して処理を行
う場合には、対象となる画像の波形の特徴に基づく適応
化手法が有効である。画像信号の波形を効率的に分析す
るための手法が、本出願人により特願平３−２０２１２
９号として出願されている。

【０００３】図６は、上記特願平３−２０２１２９号明
細書に記載されている方式の構成を示す。図において、
１は入力画像、３はブロック抽出部２によって切り出さ
れたｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）の入力ブロック、６
は平均値分離部４によって入力ブロック３の平均値を各
画素から減じた平均値分離ブロック、１６は形状分析部
１５によって平均値分離ブロック６の波形を分析した結
果である形状インデックス、２は入力画像１からｍ×ｎ
画素の入力ブロック２を抽出するブロック抽出部、４は
入力ブロック３の平均値を計算し、各画素から平均値を
減じて平均値分離ブロック６を得る平均値分離部、１５
は平均値分離ブロックの波形を分析して形状インデック
ス１６を出力する形状分析部である。

【０００４】以下、動作について説明する。

【０００５】ブロック抽出部２では、図７に示すように
入力画像１からｍ×ｎ画素入力ブロック３が切り出され
る。以降、ｍ×ｎ画素を基本として処理が行われる。

【０００６】図６の平均値分離部４は、入力ブロック３
を構成するｍ×ｎ画素の値Ｓ_ij（ｉ＝１，２，・・・
・，ｍ，ｊ＝１，２，・・・・，ｎ）の平均値μを算出
し、その後、入力ブロック３を構成するｍ×ｎ画素それ
ぞれの画素値から平均値μを減算し、平均値分離された
ｍ×ｎ画素の値Ｘ_ij（ｉ＝１，２，・・・・，ｍ，ｊ＝
１，２，・・・・，ｎ）から平均値分離ブロック６を算
出する。ここで、μおよびＸ_ijは以下の式で表される。

【０００７】

【数１】 図６の形状分析部１５は、平均値分離ブロック６の階調
変化の２次元的な方向を分析し、その結果から平均値分
離ブロック６の波形を表す形状インデックス１６を出力
する。

【０００８】図６の形状分析部１５は、例えば図８に示
すように、予め用意された代表的な波形情報を有する代
表ベクトル・セットと、分析対象ブロック（以後分析ブ
ロックと呼ぶ）すなわち平均値分離ブロック６とのパタ
ーン・マッチングにより波形情報分析を行う。波形情報
分析により、分析ブロックの階調変化の方向として形状
インデックス１６が得られる。

【０００９】ｍ×ｎ画素の分析ブロックをｘ＝｛ｘ_i ｜
ｉ＝１，２，．．．，ｍ×ｎ｝、ｋ個の代表ベクトルか
らなる代表ベクトル・セットをＹ＝｛ｙ_i ｜ｉ＝１，
２，．．．，ｋ｝とすると、パタン・マッチングは以下
の式で定義できる。

【００１０】ｄ（ｘ，ｙ_p ）＝ｍｉｎ｛ｄ（ｘ，
ｙ_i ）｝ （全てのｉに対して） （ｉ＝１，２，．．．．，ｋ） ここで、ｄ（ｘ，ｙ_i ）はｘとｙ_i との歪み測度であ
り、２乗歪み等で定義される。ｐは代表ベクトルのイン
デックスすなわち形状インデックス１６であり、ｐの表
す代表ベクトルｙ_p が、分析ブロックに最も近い波形情
報を持つ代表ベクトルとして選択されたことを示してい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】画像の情報としては、
階調変化の方向を示す波形情報と、画素の振幅方向の特
徴を示す利得情報がある。従来技術は、波形情報の分析
の効率化に主眼をおくもので、利得情報については考慮
されていなかった。より詳細な画像信号の分析を行うた
めには、波形情報、利得情報の両方に対して分析するこ
とが望ましい。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑み、波形分析手
段に加えて利得分析手段を設けて画像信号の波形の分析
を行うことにより、より詳細な画像信号の分析を行うこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像信号の
分析装置は、画像を標本化し複数の画素からなるｍ×ｎ
画素（ｍ，ｎは正整数）の入力ブロックに分割するブロ
ック抽出手段と、前記入力ブロック内の各画素から平均
値を減算する平均値分離手段と、前記平均値分離手段に
よって得られる平均値分離ブロックの階調変化の方向の
特徴量を分析する第１の分析手段と、前記平均値分離ブ
ロックの振幅方向の特徴量を分析する第２の分析手段
と、前記第１の分析手段の分析結果と第２の分析手段の
分析結果に基づいて前記入力ブロックの波形の特徴を判
定する判定手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、まずブロック抽出手段によ
って入力された画像からｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）
の入力ブロックが抽出される。続いて、平均値分離手段
によって入力ブロックの平均値が計算されたのちに各画
素から平均値を減算することにより、平均値分離ブロッ
クが出力される。この平均値分離ブロックに対し、第１
の分析手段では、階調変化の方向の特徴量が分析され
る。また、第２の分析手段においては、振幅方向の特徴
量が分析される。これらの結果に基づいて入力ブロック
の波形を判定するため、波形の分析精度が向上する。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の実施例の構成を示す図であ
る。図において、図６の従来例と対応する部分には同一
符号を付している。

【００１６】図において、１は入力画像、３はブロック
抽出部２によって切り出されたｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正
整数）の入力ブロック、６は平均値分離部４によって入
力ブロック３の平均値を各画素から減じた平均値分離ブ
ロック、１８は波形分析部１４によって平均値分離ブロ
ック６の波形を分析した結果である波形情報、２７は利
得分析部２０によって平均値分離ブロック６の利得を分
析した結果である利得情報、１３は領域判定部１２にお
いて波形情報１８と利得情報２７に基づいて判定された
領域を示す領域情報、２は入力画像１からｍ×ｎ画素の
入力ブロック２を抽出するブロック抽出部、４は入力ブ
ロック３の平均値を計算し、各画素から平均値を減じて
平均値分離ブロック６を得る平均値分離部、１４は平均
値分離ブロック６の波形を分析して波形情報１８を出力
する波形分析部、２０は平均値分離ブロック６の利得情
報を分析して利得情報２７を出力する利得分析部、１２
は波形情報１８と利得情報２７から入力ブロック３の領
域を判定して領域情報１３を出力する領域判定部であ
る。

【００１７】以下、波形分析に関する動作について説明
する。

【００１８】図２は、図１に示す波形分析部１４の構成
図である。図において、１６は形状分析部１５によって
選択された代表ベクトルを表す形状インデックス、１８
は波形マッピング・テーブル１７が出力する波形情報、
１５は代表的な波形情報を有する代表ベクトルのセット
とｍ×ｎ画素から成るブロックである平均値分離ブロッ
ク６とのパターン・マッチングを行い、最も近い波形情
報を持つ代表ベクトルを選ぶ形状分析部、１７は形状イ
ンデックス１６から波形情報１８を得るための波形マッ
ピング・テーブルである。代表ベクトルのセットは、水
平、垂直、その他の方向をもつ階調変化に対して主成分
分析を行うことによって設計する。代表ベクトルのセッ
トを記憶するメモリの削減のために、パターンマッチン
グは部分ブロックに分割して行われる。例えば、入力ブ
ロック３が８×８のサイズであれば、４×４画素の４つ
の部分ブロックごとにパターンマッチングが行われる。
部分ブロックごとに得られた４つの形状インデックス
は、８×８画素の入力ブロック中の４×４画素ブロック
の２次元の波形の特徴を表している。これらの４つのイ
ンデックスは、波形マッピングテーブル１７において８
×８画素ブロック全体の波形を示す情報にマッピングさ
れ、波形情報１８として出力される。この時、波形情報
１８は、四つの部分ブロックの波形の方向と、方向のば
らつき（複雑度）に基づいて一意に決定される。複雑度
は、四つの部分ブロックの階調変化の方向の一致する比
率を示すものであり、方向が全て一致すれば複雑度は低
く、方向が全て異なる場合には複雑度は高いものとす
る。このように波形情報からは、８×８画素ブロック全
体の波形の方向と、方向のばらつき（複雑度）を知るこ
とができる。

【００１９】図３は、図１に示す利得分析部２０の構成
図である。図において２３は分散算出器２２が出力する
分散値、２５はヒストグラム計数器２４が出力するヒス
トグラム情報、２７は利得情報、３１は平均値分離ブロ
ック６内の最大値と最小値の比率であるダイナミックレ
ンジ比であり、２２は平均値分離ブロック６のｍ×ｎ画
素の値の分散値を算出する分散算出器、２４は平均値分
離ブロック６のｍ×ｎ画素の値の頻度分布を計数するヒ
ストグラム計数器、３０は平均値分離ブロック６内の最
大値と最小値を検出し、最大値と最小値の比率を算出す
る最大最小検出器、２６は分散値２３、ヒストグラム情
報２５、およびダイナミックレンジ比３１から利得情報
２７を得るための利得マッピング・テーブルである。

【００２０】以下、利得分析に関する動作について説明
する。

【００２１】図３の利得分析部２０は、平均値分離ブロ
ック６の振幅、画素値の頻度分布、最大値と最小値の比
率を分析し、その結果から入力ブロック３が、文字部の
ブロックであるか写真領域のブロックであるかを判定す
る。利得情報分析は、平均値分離ブロック６を構成する
ｍ×ｎ画素の値の分散値σ² の計算、ヒストグラムの計
数、最大値と最小値の比率によって行われる。

【００２２】図３の分散算出器２２は、平均値分離ブロ
ック６を構成するｍ×ｎ画素の値の分散値σ² すなわち
分散値２３を算出する。平均値を分離したｍ×ｎ画素の
分散値は次式で定義される。

【００２３】

【数２】 あるいは、

【数３】 ここでは、以後、分散値σを用いて説明する。

【００２４】図３のヒストグラム計数器２４は、図４に
示すように、分散値σにより平均値分離ブロック６を閾
値処理して頻度を計数する。すなわち、閾値を±σ／ａ
に設定し、−σ／ａ未満、−σ／ａ以上かつσ／ａ以
下、σ／ａより大きい範囲の３か所で頻度を計数する。
ここでａは０でない正の実数であり、本実施例では、例
えばａ＝３とする。３か所で計数した頻度値をそれぞれ
Ｈ_-1、Ｈ₀ 、Ｈ₁ とする。図４に示すように、Ｈ_-1、Ｈ
₀ 、Ｈ₁ から、ヒストグラムが単峰分布（同図（ａ）参
照）かあるいは双峰分布（同図（ｂ）参照）かを判断し
結果をヒストグラム情報２５として得る。例えば、Ｈ_-1
≦Ｈ₀ かつＨ₀ ≧Ｈ₁ の場合に単峰分布であり、その他
の場合に双峰分布であると判断する。

【００２５】一般的に文字領域の場合には、文字色と背
景色に相当する位置にヒストグラムのピークが現れるこ
とから、双峰分布の場合は文字領域と判定することがで
きる。

【００２６】最大最小検出器３０では、最大値と最小値
の比率であるダイナミックレンジ比ｒが次式に基づいて
計算される。

【００２７】ｒ＝ｍａｘ｛ｘ_ij｝／ｍｉｎ｛ｘ_ij｝， （ｉ＝１，・・・，ｍ，ｊ＝１，・・・，ｎ）． 文字領域において、ブロック境界に文字等のエッジの一
部がかかっている場合には、背景色の画素数と文字色の
画素数が著しく異なるため、分散、ヒストグラムによっ
て判定を誤る場合がある。ダイナミックレンジ比ｒを導
入することにより、ｒが大きい場合には、ブロック境界
に文字等のエッジの一部がかかっていると判定される。
これにより写真領域との判定誤りを回避できる。

【００２８】図３の利得マッピング・テーブル２６は、
分散値２３、ヒストグラム情報２５、およびダイナミッ
クレンジ比３１から、文字領域、写真領域の識別結果で
ある利得情報２７を得る。

【００２９】図５に利得マッピング・テーブル２６にお
ける領域判定の木構造の例を示す。それぞれの節におい
て、ヒストグラム情報２５、分散値２３、およびダイナ
ミックレンジ比３１に対して閾値処理を行い、分岐の判
定を行う。すなわち、ヒストグラムが双峰の分布を示す
場合には文字と判定し、ヒストグラムが単峰の分布でブ
ロック内分散が大と判定された場合には、写真領域と判
定する。ヒストグラムが単峰の分布であり、ブロック内
の分散が小と判定された場合には、更にダイナミックレ
ンジの比の大小により、文字と写真領域とを区別する。
判定基準となる各節での閾値は、入力される画像の特性
に対して設定する。なお、ここでは、ヒストグラム情報
２５、分散値２３、およびダイナミックレンジ比３１の
それぞれを単一の閾値で判定する場合について説明した
が、閾値の数はこれに限るものではない。したがって、
各節での分岐の数も２に限定されるものではなく、さら
に多くの分岐を持つ木構造を構成することも可能であ
る。

【００３０】利得分析部２０で得られた利得情報２７
は、先に説明した波形分析部１４からの波形情報１８と
ともに図１の領域判定部１２に供給される。

【００３１】領域判定部１２では、上述した波形分析と
利得分析の結果である波形情報１８と利得情報２７から
領域情報１３を決定する。

【００３２】領域情報１３は、文字領域、写真領域の区
別を表す情報と、それぞれの領域での階調変化の方向と
階調変化のばらつきを示す情報から構成される。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、波形分析手段に加え
て利得情報を分析する手段を備えたことにより、単に階
調変化の方向の特徴だけでなく、振幅方向の特徴につい
ても分析が可能となる。これにより、画像信号をより詳
細に分析できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の構成図である。

【図２】 波形分析部の構成図である。

【図３】 利得分析部の構成図である。

【図４】 利得情報分析の説明図である。

【図５】 領域分離の判定の木構造を示す説明図であ
る。

【図６】 従来例の構成図である。

【図７】 ブロック抽出の説明図である。

【図８】 波形情報分析の説明図である。

【符号の説明】

１…入力画像、２…ブロック抽出部、３…入力ブロッ
ク、４…平均値分離部、６…平均値分離ブロック、１２
…領域判定部、１３…領域情報、１４…波形分析部、１
５…形状分析部、１６…形状インデックス、１７…波形
マッピング・テーブル、１８…波形情報、２０…利得分
析部、２２…分散算出器、２３…分散値、２４…ヒスト
グラム計数器、２５…ヒストグラム情報、２６…利得マ
ッピング・テーブル、２７…利得情報、３０…最大最小
検出器、３１…ダイナミックレンジ比

フロントページの続き (72)発明者 上澤 功 神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロッ クス株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を標本化し複数の画素からなるｍ×
   ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）の入力ブロックに分割するブ
   ロック抽出手段と、前記入力ブロック内の各画素から平
   均値を減算する平均値分離手段と、前記平均値分離手段
   によって得られる平均値分離ブロックの階調変化の方向
   の特徴量を分析する第１の分析手段と、前記平均値分離
   ブロックの振幅方向の特徴量を分析する第２の分析手段
   と、前記第１の分析手段の分析結果と第２の分析手段の
   分析結果に基づいて前記入力ブロックの波形の特徴を判
   定する判定手段を備えたことを特徴とする画像信号の分
   析装置。
2. 【請求項２】 前記第１の分析手段が、予め求めたｍ×
   ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）、あるいは、その正整数比ｊ
   （ｊは正整数）で分割した画素からなる複数の代表形状
   のブロックの組のそれぞれと前記平均値分離ブロックと
   の近似度を求め、最も近似度の高い代表形状ブロックの
   インデックス、あるいは、ｊ個に分割されたブロックご
   との最も近似度の高い代表形状のブロックのインデック
   スの組を前記入力ブロックの階調変化の方向の第１の特
   徴量とし、少なくとも前記インデックス、あるいは得ら
   れたｊ個のインデックスの組が互いに一致する比率を前
   記平均値分離ブロックの形状の複雑度を示すパラメータ
   とし、この複雑度を前記階調変化の方向の第２の特徴量
   とするものである請求項１に記載の画像信号の分析装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２の分析手段が、前記平均値分離
   ブロック内の各画素値の二乗平均値、あるいは、絶対値
   を平均した値を前記入力ブロックの分散値とし、この分
   散値を１種以上の閾値と比較した結果を前記振幅方向の
   第１の特徴量とし、前記平均値分離ブロック内の各画素
   値の累積頻度分布を求め、この累積頻度分布の形状をあ
   らかじめ設定した単一あるいは複数の正規化された分布
   を前記分散値に対応して補正したのち比較し、一致した
   あるいは最も近い分布のインデックスを前記振幅方向の
   第２の特徴量とするものである請求項１に記載の画像信
   号の分析装置。
4. 【請求項４】 前記第２の分析手段が、前記平均値分離
   ブロック内の最大値と最小値を検出し、最大値と最小値
   の比率を計算し、この比率を１種以上の閾値と比較した
   結果を前記振幅方向の第３の特徴量とする手段を更に含
   んでいる請求項３に記載の画像信号の分析装置。