JPH064674A - 領域分割における不要境界画素除去方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】計測環境に関わらず、入力された画像情報から
画像の境界を、高精度に領域分割する方法を提供するこ
と。 【構成】ＴＶカメラ１、Ａ／Ｄ変換器２、平滑処理路
３、微分処理部４、境界画像作成部５、ＣＰＵ６、ＲＡ
Ｍ７、ＲＯＭ８を有して構成される。 【効果】入力した画像情報から領域の境界を抽出し、境
界に囲まれた範囲ごとに領域を抽出して、領域分割を行
なう際に、領域分割に寄与しない不要な境界画素を抽出
し、除去する処理を行なうことにより、最適な領域分割
画像を得る方法を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無人搬送車や各種製品
の形状検査装置の視覚センサ部等に応用され、対象物標
の画像情報から、画像中の境界線を抽出し、存在する物
標の形状等を認識する、画像処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像情報から境界線の抽出を行う
場合、画像情報を、あるしきい値で２値化して、その輪
郭部を抽出することが行われている。

【０００３】また、一般の各種シーンへの適用法とし
て、画素間の濃度差、すなわち微分を用いて、画像情報
から境界線を抽出することも行われているが、その場合
には、単一の固定しきい値を用いて境界線の抽出を行な
っている。

【０００４】これらの方法を使用する場合、計測対象物
と、背景の濃度の差が、十分に大きなこと、例えば、文
書画像のように、背景が白色で、計測対象画像である文
字・図形部が黒色であること等の、良好な計測環境が必
要になる。

【０００５】また、これらの問題を解決する方法とし
て、例えば入力した画像情報に対して方向別の微分オペ
レータを作用させ、方向別微分画像を作成し、各方向別
微分画像ごとに微分値のピークをなす画素の中から、微
分値の大きさを条件として境界画素を抽出し、方向別に
抽出された境界画素を統合することにより、入力画像情
報から境界を抽出する方法も発明された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、以
下に記すような課題を有していた。

【０００７】上記画像処理においては、抽出された境界
の全てが、必ずしも閉曲線を形成するとは限らない。ま
た、途切れた境界を連結する処理が行なわれてとして
も、抽出された境界の全てが、閉曲線を形成しない場合
もある。

【０００８】一般に、領域の分割に寄与しない境界要素
が存在し、これらは領域分割の際には、不要なノイズと
なるのである。

【０００９】かかる、領域の分割に寄与しない境界要素
が存在するまま画像を見たとき、実際にどのような領域
が抽出されているのか、換言すれば、どのような領域分
割が行なわれているのか理解しにくいことや、真に領域
分割に寄与している領域境界に、領域の分割に寄与しな
い不要な境界要素が付随することにより、領域の形状が
歪められることがあり問題となっていた。

【００１０】かかる領域の分割に寄与しない境界要素を
除去する有効な方法は、これまで存在しなかった。

【００１１】そこで、本発明は領域分割に寄与しない不
要な境界を除去して、最適な領域分割された画像を得る
方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、以下の手段が考えられる。

【００１３】入力された画像情報から領域の境界を抽出
し、境界に囲まれた範囲ごとに、領域を抽出して領域分
割を行なう領域分割処理において、各領域ごとにラベル
付けを行なった後、画像を走査し、ある境界画素に注目
し、該注目画素から少なくとも２方向において、所定範
囲内に存在する領域を形成する領域画素のうち最も近い
領域画素のラベルを調べ、前記少なくとも２方向のう
ち、２方向以上において、注目画素から所定範囲内に領
域画素が存在し、かつ、該領域画素に付されたラベルが
すべて等しいときには、注目画素を不要な画素と判断
し、境界画素から除去する方法である。

【００１４】上記方法を実施する装置として、以下に示
す手段が、考えられる。

【００１５】入力された画像情報から領域の境界を抽出
する手段と、境界に囲まれた範囲ごとに、領域を抽出し
て領域分割を行なう領域分割処理手段とからなる領域分
割における不要境界要素除去装置であって、各領域ごと
にラベル付けを行う手段と、画像を走査し、ある境界画
素に注目し、該注目画素から少なくとも２方向において
所定範囲内に存在する領域を形成する領域画素のうち最
も近い領域画素のラベルを調べる手段と、前記少なくと
も２方向のうち、２方向以上において、注目画素から所
定範囲内に領域画素が存在し、かつ、該領域画素に付さ
れたラベルがすべて等しいときには、注目画素を不要な
画素と判断し、境界画素から除去する手段を備えた手段
である。

【００１６】

【作用】まず、例えば、微分処理により得られた境界画
像から、本方法を用いて、領域分割における不要な境界
画素を除去する処理について説明する。

【００１７】始めに、テレビカメラ等の画像情報入力手
段にて、測定対象物の画像情報を入力し、例えばアナロ
グ・デジタル変換を行なう。次に、得られたデジタル画
像において、例えば、縦、横、斜め右上がり、斜め右上
がりの４方向の方向別微分オペレータを作用させ、４方
向の方向別微分画像を作成する 。

【００１８】ここで、各方向別微分画像を構成する境界
画素の検出方法としては、以下に示すものがある。各方
向別微分画像に対して、該方向における微分値がピーク
を示す画素を抽出し、該画素における微分値が、ある設
定されたしきい値より大きなものを、境界画素とする方
法等が考えられる。このように求められた方向別の境界
画像を統合した境界画像を作成する。

【００１９】次に、統合境界画像に、いわゆるラベリン
グ処理を行なう。かかる処理にて領域ごとにラベル付け
が行なわれる。

【００２０】次に、境界を構成するある境界画素に注目
し、該注目画素の例えば、上下左右の方向において（こ
れらの方向には、限られなく、少なくとも２方向で良
い）、境界に接する領域のラベルを調べて、２方向以上
で領域に接していて、領域のラベルが、すべて等しいと
きには、該注目画素は、領域の分割に寄与していないと
判断して（異なるラベルが付加された領域が存在する場
合には、領域の分割に寄与している）、該注目画素を不
要な境界画素として抽出する。

【００２１】次に、かかる不要な境界画素を、前述の統
合境界画像から除去する処理を行なう。

【００２２】このように、上記の処理により、本発明は
領域分割に寄与しない不要な境界を除去して、最適な領
域分割された画像を得る方法を提供することが可能とな
る。

【００２３】本発明は、微分処理により得られた画像の
みならず、さらに、テクスチャ除去処理された画像等
の、一般に境界抽出がなされた画像をも対象とできる。

【００２４】なお、本発明による手法の処理対象は、境
界抽出を行なった画像である必要がある。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して説
明する。図１に、本発明の一実施例の構成図を示す。本
実施例は、ＴＶカメラ１、Ａ／Ｄ変換器２、平滑処理部
３、微分処理部４、境界画像作成部５、ＣＰＵ６、ＲＡ
Ｍ７、ＲＯＭ８を有して構成される。

【００２６】ＴＶカメラ１は、測定対象物の画像情報で
ある輝度情報を、収集する手段である。本実施例では、
ＴＶカメラのＮＴＳＣ信号を画像情報として利用してい
るが、超音波、電波等の反射強度情報を画像情報として
用いても良い。Ａ／Ｄ変換器２は、アナログ信号をデジ
タル信号へ変換する回路である。平滑処理部３は、画像
からの特徴抽出の容易化を図るため、画像に含まれる各
種の雑音を除去する手段であり、例えば各種ＴＴＬロジ
ック等の電子デバイスで構成される。

【００２７】微分処理部４は、画像からの境界抽出の容
易化を図るため、輝度情報の差分を計算する手段であ
り、例えば、各種ＴＴＬロジック等の電子デバイスで構
成される。

【００２８】境界画像作成部５は、微分処理部４で得ら
れた方向別微分画像から、その微分方向において、微分
値がピークを示す画素を抽出し、該画素における微分値
が、予め設定されたあるしきい値より大きなものを境界
画素として、境界画像を作成する手段であり、例えば各
種ＴＴＬロジック、クロック回路、ディレイ回路等の電
子デバイスで構成される。

【００２９】なお、本実施例においては、例えば縦方
向、横方向、斜め右上がり方向、斜め右下がり方向の４
方向の微分画像から、各々の方向の境界画像を作成する
ため、それぞれの方向に対応して、４つの境界画像作成
部５を有している。

【００３０】ＣＰＵ６は、以下で説明する境界画素の統
合、ラベリング処理、領域分割における不要境界画素の
抽出、除去等の一連の処理を行なう手段であり、例えば
半導体マイクロプロセッサ等にて実現される。

【００３１】ＲＡＭ７は、ＣＰＵ６にて処理された各種
画像処理データ、演算データ等を一時的に格納しておく
手段であり、例えば半導体素子にて実現される。

【００３２】ＲＯＭ８は、ＣＰＵ６にて処理される一連
のプログラムを格納しておく手段であり、例えば半導体
素子にて実現される。

【００３３】なお、図示はしないが、例えばＣＰＵ６
は、インターフェイス回路等を介して、ＶＲＡＭ、表示
装置等に接続されており、表示装置に画像処理結果が出
力される構成としても良い。この際、表示装置として
は、例えばＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレ
イ等が考えられる。

【００３４】全体の処理のフローを示す工程図を図５に
示す。

【００３５】以下、図１から図４を参照して、まず、方
向別の境界画像から統合画像を作成するまでの処理を説
明する（ステップ１０からステップ４０）。始めに、Ｔ
Ｖカメラ１にて、測定対象物の輝度情報の読み込みを行
う。画像情報としては、例えば、ＴＶカメラから出力さ
れるＮＴＳＣ信号を利用する。

【００３６】次に、Ａ／Ｄ変換器２にて、アナログで出
力されるＮＴＳＣ信号を、デジタル信号に変換する。次
に、平滑処理部３では、得られたデジタル信号をもと
に、画像の平滑化処理を行う。ここで、平滑化処理と
は、画像からの特徴抽出の容易化を図るため、画像に含
まれる各種の雑音を、除去する処理である。図２を参照
して、平滑化処理の一例を説明する（ステップ１０）。
今、３×３のマトリクスを考え、注目する画素点の値を
Ｐとし、Ｐの周囲の画素点の値を、図２のように、Ａ
０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７とす
る。ここで、次式１で与えられるＰを、注目する画素点
での平滑化処理値とする。

【００３７】 Ｐ＝（Ａ０＋Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ６＋Ａ７）／８ （式１） 平滑処理部３は、この平滑化処理を、全ての画素点を注
目点として行う。

【００３８】次に、微分処理部４では、平滑化処理され
た画素をもとに、画像の微分処理を行う。ここで、微分
処理とは、境界抽出の容易化を図るため、画像に施す演
算処理である。図３を参照して、ステップ２０にて行な
う微分処理の一例を説明する。

【００３９】いま、５×５のマトリクスを考え、注目す
る画素点の値をＰとし、Ｐの周囲の一部の画素点の値
を、図３（ａ）に示すように、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７とする。また、微分処理を
行なうための「重みマトリクス」も５×５のマトリクス
とし、微分処理に必要な画素点における値を、図３
（ａ）に示すように、Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、
Ａ５、Ａ６、Ａ７とする。ここで、次式２で与えられる
Ｐを、注目する画素点での微分値とする。

【００４０】 Ｐ＝Ｐ０×Ａ０＋Ｐ１×Ａ１＋Ｐ２×Ａ２＋Ｐ３×Ａ３＋Ｐ４×Ａ４ ＋Ｐ５×Ａ５＋Ｐ６×Ａ６＋Ｐ７×Ａ７ （式２） Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７の具
体的な値は、縦方向、横方向、斜め右上がり方向、斜め
右下がり方向の各方向ごとに、図３（ｂ）に示すように
決められている。例えば、横方向の微分処理の場合、Ａ
０＝０、Ａ１＝−１、Ａ２＝−２、Ａ３＝−１、Ａ４＝
０、Ａ５＝１、Ａ６＝２、Ａ７＝１であるので、式２よ
り、注目点における微分値Ｐは、次式３で表せる。

【００４１】 Ｐ＝Ｐ０×０＋Ｐ１×（−１）＋Ｐ２×（−２）＋Ｐ３×（−１）＋Ｐ４×０ ＋Ｐ５×１＋Ｐ６×２＋Ｐ７×１ 従って、Ｐ＝−Ｐ１−２×Ｐ２−Ｐ３＋Ｐ５＋２×Ｐ６＋Ｐ７ （式３） 本微分処理は、全ての画素点に対して行なわれる。同様
な処理によって縦方向、斜め右上がり方向、斜め右下が
り方向における微分処理を行なうことができる。次に、
作成された微分画像から、該微分方向における微分値の
ピークを示す画素を抽出し、該方向の境界画像を作成す
る（ステップ３０）。本処理は、境界画像作成部５によ
り実行されるが、これを図４を参照して説明する。横方
向微分画像を例にとり説明するが、他の３方向の微分画
像に対しても、全く同様な処理が行なわれる。前記のよ
うに、微分処理部４にて、横方向に微分処理された画像
においては式３により、各々の画素に対する微分値が求
められる。ところで、微分値がピークを示すということ
は、輝度情報の変化が極大になることを意味するもので
あり、このピーク値を示す点が、境界上の点である可能
性は極めて高い。そこで、微分値の変化を調べて、微分
値がピークを示す画素（以下、単に「ピーク画素」と称
することがある）を検出する。ある注目した画素点Ｐ
が、ピーク画素であるためには、図４に示すように、Ｐ
０、Ｐ、Ｐ１を設定すると、次式４を満たすことが、条
件となる。

【００４２】 Ｐ＞Ｐ０ かつ Ｐ＞Ｐ１ （式４） ところで、微分値自体が小さくとも、式４を満たせば、
ピーク画素となるが、微分値が小さいことは、輝度情報
の変化が小さいことを意味し、該ピーク画素が、境界上
の画素点である可能性は小さくなる。そこで、求められ
たピーク画素での微分値を、ある設定されたしきい値と
比較して、前記微分値が、該しきい値よりも大きなと
き、前記ピーク画素を、境界画素とみなして、境界画像
を作成する。また、ピーク画素でない画素は、境界画素
ではないので、入力された画像を構成する全ての画素
は、境界画素と非境界画素に区別され、結局、境界画素
と非境界画素とに２値化された画像が得られる（ステッ
プ４０）。上記の一連の処理により、４方向の境界画像
を作成することができ、図５におけるステップ１０から
ステップ４０までの処理が行なわれたことになる次に、
ステップ５０において４方向の境界画像を統合する処理
を行なう。

【００４３】例えば、論理和演算を行なうことにより統
合処理は、行なわれる。

【００４４】なお、統合して得られた画像に、他の画像
処理を施し（例えば、境界線抽出には不要な、テクスチ
ャ領域を除去する等の処理）、次のステップから始まる
処理に備えても良い。

【００４５】次に、ステップ６０において、いわゆるラ
ベリング処理を施す。

【００４６】ここで、一般に「ラベリング処理」とは、
得られた画像中に複数の図形（領域）が存在するとき
に、各領域の連結成分ごとに、異なるラベル値を付加す
る処理である。かかるラベリング処理の結果の１例を、
図６に示す。図６に示す例は、境界線が２ヵ所で閉曲線
となっている場合であり、その各々の領域には、異なる
ラベル「１」、「２」、「３」が、付加されている。ラ
ベリング処理は、通常、仮ラベリング処理、テーブル操
作処理、本ラベリング処理の３段階の処理で行われる。

【００４７】なお、ラベリング処理手段は、例えばラベ
リング処理用ＣＰＵ、仮ラベリング処理用ＲＡＭ、テー
ブル操作処理用ＲＡＭ、本ラベリング処理用ＲＡＭ等を
有して構成されるが、本実施例においては、ＣＰＵ６
は、ラベリング処理用ＣＰＵを含み、ＲＡＭ７は、仮ラ
ベリング処理用ＲＡＭ、テーブル操作処理用ＲＡＭ、お
よび本ラベリング処理用ＲＡＭ等を含んで構成されてい
るものとし、さらにラベリング処理のための処理プログ
ラムは、ＲＯＭ８に記憶されている。

【００４８】以下、ラベリング処理について簡単に説明
する。まず、入力画像をラスタ走査し、ラベルが割り当
てられていない非境界画素に対して順次、未使用のラベ
ルをつけていく処理を、最終走査画素まで行う（仮ラベ
リング処理と称する）。

【００４９】この際、違うラベルを付けた画素が連結し
ていることが、判明すればラベル連結情報を作成してお
く。

【００５０】違うラベルを付けた画素が、連結している
か否かは、例えば注目する画素の８近傍に、他のラベル
が付けられた非境界画素が、存在するか否かによって判
断される。

【００５１】次に、ラベル連結情報をもとにラベル値修
正テーブルを作成する（テーブル操作処理と称する）。

【００５２】最後に、ラベル値修正テーブルを用いて、
仮ラベリング画像から、本ラベリング画像を作成する
（本ラベリング処理と称する）。

【００５３】なお、ラベリング処理方法の詳細について
は、例えば「コンピュータ画像処理入門」（総研出版
（株）：田村秀行監修）に、さらに詳しく記載されてい
る。

【００５４】次に、ステップ７０にて分割寄与判定処理
を行なう。境界に接する領域のラベルを調べて、その部
分が、領域分割に寄与しているか否か（すなわち、異な
るラベルが付加された領域が存在するか否か）を判定す
る具体的な方法としては、以下に示すものがある。ある
注目する境界画素の２方向以上で、所定範囲内に領域画
素が存在し、該領域画素のラベルがすべて等しいとき
（すなわち、異なるラベルが付加された領域に接してい
ないとき）、注目画素を、分割に寄与してない境界画素
であると判断する。なお、ここで考える方向としては、
例えば上下左右方向が考えられる。

【００５５】ここで、領域画素とは、境界画素でない画
素であり、また、ここで所定範囲とは、「境界の幅を構
成する画素の数＋α」と設定しておけば良く、例えば、
境界の幅を構成する画素の数が３、α＝２の時、５画素
とすれば良い。また境界が、ある一方向に延びている場
合、その方向においては所定範囲内に存在する画素は、
すべて境界画素となり、この方向では領域に接しないこ
ととなる。

【００５６】上記方法にて分割不寄与境界画素と判断さ
れる一例を図７に示す。

【００５７】例えば、注目画素である画素Ａに近接する
ラベルの値は「２」であり、画素の上下左右方向の所定
領域（矢印で図示）ラベルが、すべて「２」であり同一
である。

【００５８】この様な場合、画素Ａは、分割に寄与しな
い分割不寄与境界画素と判断され抽出されることにな
る。

【００５９】次に、不要な境界画素を、前記統合画像か
ら除去する（ステップ８０）。

【００６０】かかる除去処理は、例えば、デジタル画像
において「１」の値を有している画素を、クリアする等
の方法により行なえる。

【００６１】なお、不要な境界画素を除去した後に、再
度ラベリング処理を行なえば、その部分がどの領域に属
するかが判断される。

【００６２】また、本発明は、微分処理により得られた
画像のみならず、さらに、テクスチャ除去処理された画
像等の、一般に境界抽出がなされた画像をも対象とでき
るという特徴を有する。

【００６３】以上のように、一連の処理を行なうことに
よって、領域分割に寄与しない境界部分である不要なノ
イズ成分を除去し、最適な領域分割画像を得る手法を提
供することが可能となる。

【００６４】なお、本発明の処理対象画像は、境界抽出
を行なった画像である必要がある。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、領域分割に寄与しない
不要な境界画素を抽出し、除去する処理を行なうことに
より、最適な領域分割画像を得る方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成の説明図である。

【図２】平滑化処理の説明図である。

【図３】微分オペレータの説明図である。

【図４】ピーク画像抽出の説明図である。

【図５】本発明の処理例のフローチャートによる説明図
である。

【図６】ラベリング処理例の説明図である。

【図７】本発明の一処理例の説明図である。

【符号の説明】

１…ＴＶカメラ、２…Ａ／Ｄ変換器、３…平滑処理路、
４…微分処理部、５…境界画像作成部、６…ＣＰＵ、７
…ＲＡＭ、８…ＲＯＭ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、領域分割に寄与しない
不要な境界画素を抽出し、除去する処理を行なうことに
より、最適な領域分割画像を得る方法を提供することが
できる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成の説明図である。

【図２】平滑化処理の説明図である。

【図３】微分オペレータの説明図である。

【図４】ピーク画像抽出の説明図である。

【図５】本発明の処理例のフローチャートによる説明図
である。

【図６】ラベリング処理例の説明図である。

【図７】本発明の一処理例の説明図である。

【符号の説明】 １…ＴＶカメラ、２…Ａ／Ｄ変換器、３…平滑処理路、
４…微分処理部、５…境界画像作成部、６…ＣＰＵ、７
…ＲＡＭ、８…ＲＯＭ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力された画像情報から領域の境界を抽出
   し、境界に囲まれた範囲ごとに、領域を抽出して領域分
   割を行なう領域分割処理において、 各領域ごとにラベル付けを行なった後、画像を走査し、
   ある境界画素に注目し、該注目画素から少なくとも２方
   向において、所定範囲内に存在する領域を形成する領域
   画素のうち最も近い領域画素のラベルを調べ、 前記少なくとも２方向のうち、２方向以上において、注
   目画素から所定範囲内に領域画素が存在し、かつ、該領
   域画素に付されたラベルがすべて等しいときには、注目
   画素を不要な画素と判断し、境界画素から除去すること
   を特徴とする、領域分割における不要境界要素除去方
   法。
2. 【請求項２】入力された画像情報から領域の境界を抽出
   する手段と、境界に囲まれた範囲ごとに、領域を抽出し
   て領域分割を行なう領域分割処理手段とからなる領域分
   割における不要境界要素除去装置であって、各領域ごと
   にラベル付けを行う手段と、画像を走査し、ある境界画
   素に注目し、該注目画素から少なくとも２方向において
   所定範囲内に存在する領域を形成する領域画素のうち最
   も近い領域画素のラベルを調べる手段と、前記少なくと
   も２方向のうち、２方向以上において、注目画素から所
   定範囲内に領域画素が存在し、かつ、該領域画素に付さ
   れたラベルがすべて等しいときには、注目画素を不要な
   画素と判断し、境界画素から除去する手段を備えたこと
   を特徴とする領域分割における不要境界要素除去装置。