JPH0679333B2 - 動画像２値化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像追尾装置のように時系列画像を連続的に
２値化する動画像２値化装置に関する。

［従来の技術］ 第３図は、従来の動画像２値化装置の構成の１例を示す
ブロック図であり、以下これについて説明する。

１は外界の画像をアナログのビデオ信号２に変換する撮
像装置、３はビデオ信号２をデジタル化してデジタル画
像データ４を出力するA/D変換回路、５はデジタル画像
データ４を記憶するフレームメモリ、７は特定領域内に
おいて、このフレームメモリ５から読み出されるデジタ
ル画像データ６と後述する閾値決定回路13からの閾値デ
ータ12の大小比較を行ない２値画像データ８を出力する
比較回路、９は２値画像データ８を記憶し出力２値画像
データ20を出力可能な２値画像メモリＩ、10は特定領域
内におけるA/D変換回路３からのデジタル画像データ４
のヒストグラムを演算し、このヒストグラム・データ11
を出力するヒストグラム演算回路、13はヒストグラム・
データ11を入力して閾値データ12を決定する閾値決定回
路、15は外部から入力される画像拡大率19にもとづき、
２値画像メモリI9から読み出される２画像データ14を入
力して画像を拡大する２値画像拡大回路、17はこの２値
画像拡大回路15が出力する２値画像データ16を格納し、
この２値画像データ18を比較回路７とヒストグラム演算
回路10に出力可能な２値画像メモリIIである。

このような構成の従来の装置において、外界の画像は撮
像装置１によって撮像されたアナログのビデオ信号２
は、A/D変換回路３によりアナログ・デジタル変換さ
れ、デジタル画像データ４として出力される。このデジ
タル像データ４はフレームメモリ５およびヒストグラム
演算回路10に供給される。

ヒストグラム演算回路10は、２値画像データ18のビット
が“1"となっている領域についてヒストグラム・データ
11を生成する。このヒストグラム・データ11を用いて閾
値決定回路13では何らかの自動閾値決定法を用いて閾値
データ12を決定する。

比較回路７においてはフレームメモリ５から読み出され
たデジタル画像データ６例えばＦ（x,y）と閾値データ1
2例えばｈが目標予測２値画像データ18＝Ｐ（x,y）のビ
ットが“1"となっている領域で比較され、 Ｆ（x,y）≧ｈならばＳ（x,y）＝１ Ｆ（x,y）＜ｈならばＳ（x,y）＝０ によりデジタル２値画像データ８例えばＳ（x,y）が出
力され、２値画像メモリI9に格納される。２値画像メモ
リI9から読み出される２値画像データ14例えばＳ（x,
y）は、外部から与えられる画像拡大率19を用いて２値
画像拡大回路15において拡大され、次のフィールドにお
ける目標予測デジタル２値画像データ16例えばＰ（x,
y）を出力する。

デジタル２値画像データＰ（x,y）は２値画像メモリII1
7に格納される。２値画像メモリI9から取り出される出
力２値画像データ20は目標抽出処理などに利用される。
２値画像データ18は次のフィールドの画像の２値化の際
にヒストグラム演算回路10および比較回路７において用
いられる。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図は、撮像装置１により得られるあるフィールドに
おける入力画像の１例を示す図であって、61は入力画
像、62は背景領域、63は目標領域である。このような入
力画像61の時系列から、安定して目標領域63のみを“1"
領域として２値化することが目的である。

第３図の従来の装置では高輝度部のみ２値化していたた
め、目標領域63は背景領域62に対して高輝度部および低
輝度部で構成されている場合、ヒストグラム・データが
第５図（ａ）のように双峰的ではないため背景領域62に
起因する山と目標に起因する山との間に自動的に最適な
閾値64,65を求めることが困難であった。

さらに、状況によっては、第５図（ｂ）のような目標が
高輝度部のみから構成されて、ヒストグラム・データが
双峰的になることもあれば、第５図（ｃ）のように目標
の画素数が小さくて高輝度の場合もあり、これらの場合
においても閾値66,67を自動的に求める必要がある。

このように、動画像においては目標の輝度ヒストグラム
の時系列的変化が第５図を例にとると、（ｃ）→（ｂ）
→（ａ），（ｃ）→（ｂ），（ｃ）→（ａ）等種々のパ
ターンが考えられ、第３図の従来の装置のみでは（ｃ）
→（ｂ）→（ａ）または（ｃ）→（ａ）のような変化パ
ターンには対応できないことになる。さらに、単に低輝
度部，高輝度部を適当な閾値で切り出しただけでは目標
がバラバラのセグメントで構成されるため、目標領域の
シルエットが必ずしも正確にとらえられず、目標識別が
行なえなかった。

そこで、本発明は限定された領域における微分画像ヒス
トグラムおよび高周波数画像ヒストグラムが双峰的でな
い場合にも安定して目的領域のみを効果的に２値化で
き、目標領域が背景領域に対して高輝度部および低輝度
部より構成されていても目標の正確なシルエットが得ら
れる動画像２値装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記目的を達成するため、外界の画像から得た
デジタル画像データを微分して微分画像データを出力す
る微分回路と、前記微分画像データの特定領域から輝度
ヒストグラム・データを求める第１のヒストグラム演算
回路と、前記輝度ヒストグラム・データとヒストグラム
の部分占有率より２値化のための閾値を決定し閾値デー
タを出力する第１の閾値決定回路と、この第１の閾値決
定回路から出力される閾値データを前記微分画像データ
内の特定領域との比較を行なって画像データを２値化し
て微分２値画像データを出力する第１の比較回路と、前
記微分２値画像データの特定領域での占有率を計算する
第１の占有率演算回路と、前記デジタル画像データから
高周波画像データを出力する高周波画像生成回路と、前
記高周波画像データの特定領域から輝度ヒストグラムを
求める第２のヒストグラム演算回路と、この第２のヒス
トグラム演算回路からのヒストグラム・データとヒスト
グラムの部分占有率より２値化のための閾値を決定し、
閾値データを出力する第２の閾値決定回路と、この第２
の閾値決定回路からの閾値データと前記高周波画像デー
タ内の特定領域との比較を行なって高輝度２値画像デー
タおよび低輝度２値画像データを出力する第２の比較回
路と、この第２の比較回路からの高輝度２値画像データ
および低輝度２値画像データを加算して２値画像データ
を出力する第１の加算回路と、この第１の加算回路から
の２値画像データの特定領域内での占有率を計算する第
２の占有率演算回路と、前記第１の加算回路からの２値
画像データと前記微分回路からの微分画像データを加算
してこの加算値が“1"以上のとき“1"を出力する第２の
加算回路と、この第２の加算回路からの出力にもとづき
得られる目標２値画像と外部から与える拡大率データに
もとづき次フィールドの目標２値画像を予測する目標予
測回路とを備えたものである。

［作 用］ 本発明によれば、目標領域が背景領域に対して高輝度部
および低輝度部より構成されていても、両者を合成し、
さらに高輝度部と低輝度部の境界は微分２値要素で補完
するため、目標の正確なシルエットが得られる。

また本発明によれば、微分２値化および領域２値化にあ
たり、１フィールド前の目標予測領域における占有率を
用いて、輝度ヒストグラムのＰ−tile法により閾値を決
定しているため、ヒストグラムの双峰性を検出する自動
閾値決定法と比較して安定した２値化が可能である。

さらに本発明によれば、背景領域の輝度が画面全体で一
様でなくても、目標予測回路が出力する領域の周辺を背
景領域として把握できるため、高周波画像の生成が正確
に行なえる。

［実施例］ 以下、本発明による動画像２値化装置の一実施例を図面
を参照して説明する。第１図はそのブロック図であり、
これは以下のように構成されている。なお、第３図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図中、77はフレームメモリ５のデジタル画像データを微
分し、デジタル微分画像データ78を出力可能な微分回
路、79はデジタル微分画像データ78を記憶する微分画像
メモリである。81はこの微分画像メモリ79で記憶された
微分画像データ80と後述する閾値決定回路I86からの閾
値データ87との大小を目標予測２値メモリ53の出力すな
わち目標予測２値画像データ54で特定される領域で比較
する比較回路Ｉである。82は外部入力データであり、83
はデジタル微分画像データ78の外部入力すなわちヒスト
グラムを演算する領域の設定を行なうための値、又は後
述する目標予測２値メモリ53の出力54で特定される領域
でのヒストグラム・データ84を演算するヒストグラム演
算回路Ｉである。86は閾値決定回路Ｉであり、ヒストグ
ラム・データ84と外部入力すなわちヒストグラムより閾
値を決定する際の占有率データ85または後述する占有率
演算回路21の出力22で与えられる占有率より閾値を計算
し、閾値データ87を出力する回路である。89は比較回路
I81が出力する“0",“1"の２値信号を格納し、このデジ
タル２値画像データ90の出力可能な微分２値メモリであ
る。

21は目標予測２値メモリ53の出力54で特定される領域で
の微分２値画像データ90のビット“1"の占有率を演算
し、この微分２値画像占有率データ22を出力する占有率
演算回路Ｉである。23は高周波画像生成回路であり、こ
れはフレームメモリ５から読み出されたデジタル画像デ
ータ６に対して、高周波画像デジタルデータ24を生成す
るものである。25はこの高周波画像デジタルデータ24を
格納する高周波画像メモリ、27はこの高周波画像メモリ
25から読み出される高周波画像データ26と後述する閾値
決定回路II32から閾値データ33との大小を目標予測２値
メモリ53の出力54で特定される領域で比較する比較回路
IIである。35はこの比較回路II27の出力である高周波画
像の高輝度側２値信号を格納する領域２値メモリＩ、38
は比較回路II27からの高周波画像の低輝度側２値信号を
格納する領域２値メモリIIである。36は領域２値メモリ
Ｉから読み出される２値画像データである。

40は領域２値メモリII38から読み出されるデジタル２値
画像データ39と領域２値メモリI35から読み出される２
値画像データ36を加算する加算回路Ｉである。42はこの
加算回路I40が出力する領域２値画像データ41を格納す
る領域２値メモリIIIである。46はこの領域メモリIII42
から読み出されるデジタル２値画像データ43と微分２値
画像データ90を加算し、この値が“1"以上のときは“1"
とする加算回路IIである。48はこの加算回路IIが出力す
るデジタル２値画像データ47を格納する目標２値メモリ
IIである。51はこの目標２値メモリII48から読み出され
るデジタル２値データ49すなわち次のフレームの画像を
とりこんだ時の目標２値画像の存在領域を外部からの拡
大率データを用いて予想する目標予測回路である。

29は高周波画像デジタルデータ24のヒストグラムを演算
するヒストグラム演算回路IIである。28はこのヒストグ
ラム演算回路IIの外部入力データであり、ヒストグラム
を演算する領域の設定を行なうものである。32は閾値決
定回路IIであり、ヒストグラム演算回路II29が出力する
ヒストグラム信号30と外部入力すなわち占有率データ31
または占有率演算回路II44の出力すなわち占有率データ
45より閾値を決定するものである。44は占有率演算回路
IIであり、目標予測２値メモリ53の出力54で特定される
領域でのデジタル２値画像データ43のビット“1"の占有
率を演算する占有率演算回路II、53は目標予測回路51が
出力する目標予測２値画像データ52を格納し、この目標
予測２値画像データ54を出力可能な目標予測２値メモリ
である。

以下、このように構成された本実施例の動作について述
べる。第１図は、ある時刻においてｉ番目のフィールド
の微分２値画像データが微分２値メモリ89に格納されて
いるものとし、これをEi（x,y）で表わし、また領域２
値画像データが領域２値メモリIII42に格納されている
ものとし、これをSi（x,y）で表わし、また目標２値画
像データが目標２値メモリII48に格納されているものと
し、これをTi（x,y）で表わす。引き続き（ｉ＋１）番
目のフィールドの目標２値画像データTi⁺¹（x,y）を得
ることを考える。

第１図において、目標予測回路51は、目標２値画像メモ
リII48から読み出される２値画像データTi（x,y）を受
けて、外部から与えられる拡大率データ50に従い、２値
画像の拡大処理を行ない、目標予測２値画像データ52と
してPi（x,y）を出力する。このデータ52は目標予測２
値メモリ53に格納される。目標予測回路51に与えられる
拡大率データ50は、次のフィールドにおいて目標がどの
程度拡大し、どの程度画面に対して相対的に移動するか
に依存する量である。この拡大率は一般には事前に正確
に把握することは不可能であり、目標２値画像Ti（x,
y）の時系列的変化により推定したり、応用により実験
的に得られるデータを用いたりする。

この目標予測２値画像データ54＝Pi（x,y）と領域２値
画像データSi（x,y）より、領域の占有率45＝P_Siを占有
率演算回路II44で の演算式により求める。同様に目標予測２値画像データ
54＝Pi（x,y）と微分２値画像データEi（x,y）より、微
分の占有率22＝P_Eiを占有率演算回路I12で、 の演算式により求める。

一方、従来のこの装置と同様、撮像装置１により得られ
るビデオ信号２はA/D変換回路３によりデジタル画像デ
ータ４に変換される。ｉ＋１番目のデジタル画像データ
４を従来の技術の説明と同様にFi⁺¹（x,y）を表記す
る。Fi⁺¹（x,y）はフレーム・メモリ５に格納される。
フレーム・メモリ５に格納されたFi⁺¹（x,y）は微分回
路77により絶対値微分たとえば |Fi⁺¹（ｘ＋1,y）−Fi⁺¹（x,y）｜＋ |Fi⁺¹（x,y＋１）−Fi⁺¹（x,y）｜ を演算し微分画像データ78＝Di⁺¹（x,y）を得る。微分
画像Di⁺¹（x,y）は微分画像メモリ79に格納されるとと
もに、ヒストグラム演算回路I83に転送され、Pi（x,y）
＝１の領域についてヒストグラム・データ84を生成す
る。初回のフィールドの場合（ｉ＝０）,Pi（x,y）54及
びP_Ei22がないので外部から設定できる外部入力端子82
及び85を設ける。

このヒストグラム・データ84と微分の占有率22＝P_Eiよ
り第２図（ａ）の微分輝度ヒストグラムに示すようなＰ
−tile法により閾値87＝h_Eを決定し、比較回路81におい
て、Pi（x,y）＝１なる領域において Di⁺¹（x,y）h_EならばEi⁺¹（x,y）＝１ Di⁺¹（x,y）＜h_EならばEi⁺¹（x,y）＝０ により微分画像データ80＝Di⁺¹（x,y）の微分２値画像
データ88＝Ei⁺¹（x,y）を得る。この微分２値画像デー
タ88は微分２値メモリ89に格納される。なお、第２図
（ａ）において斜線部の全体に対して占める割合がP_Eで
ある。

上記微分演算等により微分２値画像データを得るのと平
行して、フレームメモリ５に格納されたFi⁺¹（x,y）は
高周波画像生成回路23により背景輝度に対して変化して
いる信号を高周波画像デジタルデータ24＝Ｈ（x,y）と
して取り出し高周波画像メモリ25に格納するとともに、
ヒストグラム演算回路II29に転送され、Pi（x,y）＝１
の領域についてヒストグラム・データ30を生成する。初
回のフィールドの場合（ｉ＝０）,54＝Pi（x,y）および
45＝P_Si（x,y）がないので外部から設定できる外部入力
端子28および31を設ける。このヒストグラム・データ30
と領域の占有率45＝P_Siより、第２図（ｂ），（ｃ）の
高周波画像輝度ヒストグラムに示すような絶対値Ｐ−ti
le法により閾値h_Sを決定し、皮較回路II27においてPi
（x,y）＝１なる領域において、 Hi⁺¹（x,y）h_SならばS1i⁺¹（x,y）＝１ Hi⁺¹（x,y）＜h_SならばS1i⁺¹（x,y）＝０ により高周波画像データHi⁺¹（x,y）の高輝度側２値信
号34＝S1i⁺¹（x,y）を Hi⁺¹（x,y）−h_SならばS2i⁺¹（x,y）＝１ Hi⁺¹（x,y）＞hsならばS2i⁺¹（x,y）＝０ により、高周波画像データHi⁺¹（x,y）の低輝度側２値
信号37＝S2i⁺¹（x,y）を得る。高輝度側２値信号34は領
域２値メモリI35に格納され、低輝度側２値信号37は領
域２値メモリII38に格納され、それぞれに格納されたデ
ータは36,39として読み出され、加算回路I40において加
算され、領域２値画像データ41＝Si⁺¹（x,y）となり領
域２値メモリIII42に格納される。

なお、第２図（ｃ）において斜線部の全体に対して占め
る割合がP_Sである。

次に微分２値メモリ89に格納されている画像データEi⁺¹
（x,y）と領域２値メモリIII42に格納されている画像デ
ータSi⁺¹（x,y）を加算回路II46において加算し、この
加算値が１以上ならばTi⁺¹（x,y）＝１とすることによ
り目標２値画像データ47＝Ti⁺¹（x,y）を得る。Ti
⁺¹（x,y）は目標２値メモリII48に格納される。

以上までの処理が、各フィールドごとに順次くり返され
て、連続的に時系列の２値画像が得られる。

以上述べた本発明の実施例によれば、あるフィールドに
おける目標の２値画像データ49を、微分２値画像データ
90およびデジタル２値画像データ43の加算により求め、
目標予測回路51により次のフィールドにおける２値化の
対象領域を拡大率データ50と目標のデジタル２値データ
49を用いて予測し、その限定された領域における微分２
値画像データ88の占有率データ22および２値画像データ
36の占有率データ45を用いて、同じく限定された領域に
おける微分画像ヒストグラム84および高周波画像ヒスト
グラム30が双峰的でない場合にもＰ−tile法を用いて適
当な２値化閾値87,33を決定して、安定して目標領域の
みを効果的に２値化することができる。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば次のような効果が得られる。

（１）目標が背景に対して高輝度部および低輝度部より
構成されていても、両者を合成し、さらに高輝度部と低
輝度部の境界は微分２値要素で補完するため正確なシル
エットが得られる。

（２）微分２値化および領域２値化にあたり、１フィー
ルド前の目標予測領域における占有率を用いて輝度ヒス
トグラムのＰ−tile法により閾値を決定しているため、
ヒストグラムの双峰性を検出する自動閾値決定法と比較
して安定した２値化が可能である。

（３）背景領域の輝度が画面全体で一様でなくても、目
標予測回路が出力する領域の周辺を背景領域として把握
できるため、高周波画像の生成が正確に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による動画像２値化装置の一実施例を示
すブロック図、第２図（ａ）乃至第２図（ｃ）は第１図
の微分輝度ヒストグラムおよび高周波輝度ヒストグラム
に対してP-tile法により閾値を決定する方法を説明する
ためめの図、第３図は従来の動画像２値化装置の一例を
示すブロック図、第４図は第３図の撮像装置により得ら
れるあるフィールドにおける入力画像の１例を示す図、
第５図（ａ）乃至第５図（ｃ）は第３図の目標と背景の
輝度ヒストグラムを表わした図である。 １……撮像装置、３……A/D変換回路、５……フレーム
メモリ、77……微分回路、79……微分画像メモリ、81…
…比較回路Ｉ、83……ヒストグラム演算回路Ｉ、86……
閾値決定回路Ｉ、89……微分２値メモリ、21……占有率
演算回路Ｉ、23……高周波画像生成回路、25……高周波
画像メモリ、27……比較回路II、29……ヒストグラム演
算回路II、32……閾値決定回路II、35……領域２値メモ
リＩ、38……領域２値メモリII、40……加算回路Ｉ、42
……領域２値メモリIII、44……占有率演算回路II、46
……加算回路II、48……目標２値メモリII、51……目標
予測回路、53……目標予測２値メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外界の画像から得たデジタル画像データを
   微分して微分画像データを出力する微分回路と、 前記微分画像データの特定領域から輝度ヒストグラム・
   データを求める第１のヒストグラム演算回路と、 前記輝度ヒストグラム・データとヒストグラムの部分占
   有率より２値化のための閾値を決定し閾値データを出力
   する第１の閾値決定回路と、 この第１の閾値決定回路から出力される閾値データを前
   記微分画像データ内の特定領域との比較を行なって画像
   データを２値化して微分２値画像データを出力する第１
   の比較回路と、 前記微分２値画像データの特定領域での占有率を計算す
   る第１の占有率演算回路と、 前記デジタル画像データから高周波画像データを出力す
   る高周波画像生成回路と、 前記高周波画像データの特定領域から輝度ヒストグラム
   を求める第２のヒストグラム演算回路と、 この第２のヒストグラム演算回路からのヒストグラム・
   データとヒストグラムの部分占有率より２値化のための
   閾値を決定し、閾値データを出力する第２の閾値決定回
   路と、 この第２の閾値決定回路からの閾値データと前記高周波
   画像データ内の特定領域との比較を行なって高輝度２値
   画像データおよび低輝度２値画像データを出力する第２
   の比較回路と、 この第２の比較回路からの高輝度２値画像データおよび
   低輝度２値画像データを加算して２値画像データを出力
   する第１の加算回路と、 この第１の加算回路からの２値画像データの特定領域内
   での占有率を計算する第２の占有率演算回路と、 前記第１の加算回路からの２値画像データと前記微分回
   路からの微分画像データを加算してこの加算値が“1"以
   上のとき“1"を出力する第２の加算回路と、 この第２の加算回路からの出力にもとづき得られる目標
   ２値画像と外部から与える拡大率データにもとづき次フ
   ィールドの目標２値画像を予測する目標予測回路と、 を備えた動画像２値化装置。