JPH07160875A - デジタル画像フィルタリング方法 - Google Patents
デジタル画像フィルタリング方法Info
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- JPH07160875A JPH07160875A JP5310520A JP31052093A JPH07160875A JP H07160875 A JPH07160875 A JP H07160875A JP 5310520 A JP5310520 A JP 5310520A JP 31052093 A JP31052093 A JP 31052093A JP H07160875 A JPH07160875 A JP H07160875A
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- JP
- Japan
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- dimensional
- kernel
- separable
- digital image
- mask
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
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- Collating Specific Patterns (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 指紋照合装置など、画像に方向性フィルタ処
理を行う場合に高速な演算を実現する。 【構成】 デジタル画像に適用しようとする2次元フィ
ルタカーネルを、ある2次元座標系に関して1つのセパ
ラブルな2次元カーネル、または複数のセパラブルな2
次元カーネルの和で表現し、それぞれのセパラブルな2
次元カーネルを構成する1次元カーネルによる1次元畳
み込み処理を順次行うことで2次元フィルタリング処理
を実現する方法において、セパラブルな2次元カーネル
で表現するときに用いられる2次元座標系をその座標軸
の方向がデジタル画像の座標軸の方向とは必ずしも一致
しない2次元座標系を用い、セパラブルな2次元カーネ
ルを構成する1次元カーネルによる処理を、その1次元
カーネルを補間または近似によってデジタル画像の各画
素での値に変換しその値による畳み込み演算を行う。
理を行う場合に高速な演算を実現する。 【構成】 デジタル画像に適用しようとする2次元フィ
ルタカーネルを、ある2次元座標系に関して1つのセパ
ラブルな2次元カーネル、または複数のセパラブルな2
次元カーネルの和で表現し、それぞれのセパラブルな2
次元カーネルを構成する1次元カーネルによる1次元畳
み込み処理を順次行うことで2次元フィルタリング処理
を実現する方法において、セパラブルな2次元カーネル
で表現するときに用いられる2次元座標系をその座標軸
の方向がデジタル画像の座標軸の方向とは必ずしも一致
しない2次元座標系を用い、セパラブルな2次元カーネ
ルを構成する1次元カーネルによる処理を、その1次元
カーネルを補間または近似によってデジタル画像の各画
素での値に変換しその値による畳み込み演算を行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】一般にロボットビジョンや画像処
理の技術を応用した装置において、エッジなどの画像特
徴を得るために、ガボアフィルタに代表される方向性フ
ィルタを用いた処理を行う場合が多い。さらに特定の応
用例として、指紋照合装置における指紋隆線の強調・抽
出処理に方向性フィルタを用いた処理が行われる。本発
明はこれらの方向性フィルタリングの技術に関するもの
である。
理の技術を応用した装置において、エッジなどの画像特
徴を得るために、ガボアフィルタに代表される方向性フ
ィルタを用いた処理を行う場合が多い。さらに特定の応
用例として、指紋照合装置における指紋隆線の強調・抽
出処理に方向性フィルタを用いた処理が行われる。本発
明はこれらの方向性フィルタリングの技術に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】画像f(i,j)のカーネルk (i,
j)によるフィルタリングは、結果の画像をg(i,
j)として次式で表される。
j)によるフィルタリングは、結果の画像をg(i,
j)として次式で表される。
【0003】
【数1】
【0004】今、2次元カーネルk(i,j)がiおよ
びjに関する二つの1次元カーネルk1 (i)とk2
(j)の積で表されるときこれをセパラブルなカーネル
というが、この場合には2つの1次元カーネルによる畳
み込みを続けて行うことにより目的のフィルタリングが
実行できる。
びjに関する二つの1次元カーネルk1 (i)とk2
(j)の積で表されるときこれをセパラブルなカーネル
というが、この場合には2つの1次元カーネルによる畳
み込みを続けて行うことにより目的のフィルタリングが
実行できる。
【0005】
【数2】
【0006】2次元カーネルk(i,j)がm2 の大き
さを持つ場合、式(1)で計算すると一般に1画素あた
りm2回の積和演算が必要であるが、式(2)によれば2
m回となり、演算の高速化が図れる。一般の2次元カー
ネルは必ずしもセパラブルなカーネルではないが、特異
値分解によっていくつかのセパラブルなカーネルの和で
表現する手法(William K.Pratt:”I
ntelligentimage processin
g display terminal”,Proce
ddings display terminal”,
Proceedings of SPIE Advan
ces in Display Technolog
y,SanDiego CA,1979)知られてお
り、それが小数のカーネルの和で表される場合には、そ
れぞれのカーネルの演算を式(2)で行うことで、式
(1)を用いた場合より演算量が減る。
さを持つ場合、式(1)で計算すると一般に1画素あた
りm2回の積和演算が必要であるが、式(2)によれば2
m回となり、演算の高速化が図れる。一般の2次元カー
ネルは必ずしもセパラブルなカーネルではないが、特異
値分解によっていくつかのセパラブルなカーネルの和で
表現する手法(William K.Pratt:”I
ntelligentimage processin
g display terminal”,Proce
ddings display terminal”,
Proceedings of SPIE Advan
ces in Display Technolog
y,SanDiego CA,1979)知られてお
り、それが小数のカーネルの和で表される場合には、そ
れぞれのカーネルの演算を式(2)で行うことで、式
(1)を用いた場合より演算量が減る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】画像に含まれる方向性
エッジを検出する場合や、さらに具体的な例として指紋
の隆線を抽出する場合など、方向性のフィルタカーネル
による処理が必要になる場合が多い。しかし、特にフィ
ルタカーネルの方向が画像の持つ座標軸と一致しない場
合にはセパラブルなカーネルで表現することができず、
上述の方法によって演算量を減らすことができなかっ
た。
エッジを検出する場合や、さらに具体的な例として指紋
の隆線を抽出する場合など、方向性のフィルタカーネル
による処理が必要になる場合が多い。しかし、特にフィ
ルタカーネルの方向が画像の持つ座標軸と一致しない場
合にはセパラブルなカーネルで表現することができず、
上述の方法によって演算量を減らすことができなかっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、デジタル
画像に適用しようとする2次元フィルタカーネルを、あ
る2次元座標系に関して1つのセパラブルな2次元カー
ネル、または複数のセパラブルな2次元カーネルの和で
表現し、それぞれのセパラブルな2次元カーネルを構成
する1次元カーネルによる1次元畳み込み処理を順次行
うことで2次元フィルタリング処理を実現する方法にお
いて、セパラブルな2次元カーネルで表現するときに用
いられる前記2次元座標系を、その座標軸の方向がデジ
タル画像の座標軸の方向とは必ずしも一致しない2次元
座標系を用い、セパラブルな2次元カーネルを構成する
1次元カーネルによる処理を、その1次元カーネルを補
間または近似によってデジタル画像の各画素での値に変
換し、その値による畳み込み演算を行うことを特徴とす
るデジタル画像フィルタリング方法である。
画像に適用しようとする2次元フィルタカーネルを、あ
る2次元座標系に関して1つのセパラブルな2次元カー
ネル、または複数のセパラブルな2次元カーネルの和で
表現し、それぞれのセパラブルな2次元カーネルを構成
する1次元カーネルによる1次元畳み込み処理を順次行
うことで2次元フィルタリング処理を実現する方法にお
いて、セパラブルな2次元カーネルで表現するときに用
いられる前記2次元座標系を、その座標軸の方向がデジ
タル画像の座標軸の方向とは必ずしも一致しない2次元
座標系を用い、セパラブルな2次元カーネルを構成する
1次元カーネルによる処理を、その1次元カーネルを補
間または近似によってデジタル画像の各画素での値に変
換し、その値による畳み込み演算を行うことを特徴とす
るデジタル画像フィルタリング方法である。
【0009】第2の発明は、第1の発明のデジタル画像
フィルタリング方法において、セパラブルな2次元カー
ネルを構成する一方または両方の1次元カーネルの、デ
ジタル画像の画素位置での表現を、同一の値がとなり合
って並んだマスクで実現し、そのマスクの長手方向に走
査しながら畳み込み演算を行うことにより、その走査に
関してとなり合う位置でのマスクに共通部分をつくり、
共通でない部分の演算のみを行って直前の位置の演算結
果から加減し、該当部分の演算結果を得るデジタル画像
フィルタリング方法である。
フィルタリング方法において、セパラブルな2次元カー
ネルを構成する一方または両方の1次元カーネルの、デ
ジタル画像の画素位置での表現を、同一の値がとなり合
って並んだマスクで実現し、そのマスクの長手方向に走
査しながら畳み込み演算を行うことにより、その走査に
関してとなり合う位置でのマスクに共通部分をつくり、
共通でない部分の演算のみを行って直前の位置の演算結
果から加減し、該当部分の演算結果を得るデジタル画像
フィルタリング方法である。
【0010】第3の発明は、第1または第2の発明のデ
ジタル画像フィルタリング方法を用いて指紋画像の隆線
を強調または抽出することを特徴とするデジタル画像フ
ィルタリング方法である。
ジタル画像フィルタリング方法を用いて指紋画像の隆線
を強調または抽出することを特徴とするデジタル画像フ
ィルタリング方法である。
【0011】
【作用】方向性フィルタカーネルは、特定の方向(これ
をフィルタの方向とする)に対してはセパラブルになる
ことが多く、たとえばガボアフィルタなどはこの例であ
る。しかし、フィルタカーネルの方向が画像の方向と一
致していないので、画像の軸に対してはセパラブルでは
なく、式(2)で示した演算が実行できない。そこで、
フィルタの方向に対して2つの1次元フィルタに分解
し、その分解された1次元フィルタを補間あるいは近似
によって画像の画素位置に値を持つマスクを作成し、こ
のマスクを用いて1次元カーネルによるフィルタリング
演算を行う。
をフィルタの方向とする)に対してはセパラブルになる
ことが多く、たとえばガボアフィルタなどはこの例であ
る。しかし、フィルタカーネルの方向が画像の方向と一
致していないので、画像の軸に対してはセパラブルでは
なく、式(2)で示した演算が実行できない。そこで、
フィルタの方向に対して2つの1次元フィルタに分解
し、その分解された1次元フィルタを補間あるいは近似
によって画像の画素位置に値を持つマスクを作成し、こ
のマスクを用いて1次元カーネルによるフィルタリング
演算を行う。
【0012】1次元カーネルからマスクを得る方法の1
つは、後述の実施例で述べるように、1次元カーネルの
形を参考に人手によってマスクパターンを決定する方法
である。しかし、よりシステマティックな方法として次
に述べる方法がある。フィルタの座標系を(u,v)と
し、アナログ表現した1次元フィルタカーネルをk
1 (u)およびk2 (v)とする。まず適当な補間のた
めの1次元関数pを用いて次式のk1 * (u,v)およ
び k2 * (u,v)を作る。
つは、後述の実施例で述べるように、1次元カーネルの
形を参考に人手によってマスクパターンを決定する方法
である。しかし、よりシステマティックな方法として次
に述べる方法がある。フィルタの座標系を(u,v)と
し、アナログ表現した1次元フィルタカーネルをk
1 (u)およびk2 (v)とする。まず適当な補間のた
めの1次元関数pを用いて次式のk1 * (u,v)およ
び k2 * (u,v)を作る。
【0013】 k1 * (u,v)=k1 (u)p(v) ・・・(3) k2 * (u,v)=k2 (v)p(u) 関数gとしてはガウス関数やsinc関数などを用い
る。フィルタの座標系(u,v)の画像の座標系(x,
y)に対する角度をθとすると、両者の関係は次式とな
る。
る。フィルタの座標系(u,v)の画像の座標系(x,
y)に対する角度をθとすると、両者の関係は次式とな
る。
【0014】 u= x cosθ + y sinθ ・・・(4) v=−x sinθ + y cosθ 1次元カーネルk1 およびk2 に対応するマスクK1およ
びk2 は、画像座標系の格子点を(i,j)を(x,
y)として式(4)および式(3)を用い、それぞれk
1 * およびk2 * をマスクの値とする。 k1 (i,j)=k1 (i cosθ + j sinθ)p(−i sinθ + j cosθ) k2 (i,j)=k2 (−i sinθ + j cosθ)p(i cosθ + j sinθ) ・・・(5) ただし、式(5)の値が小さい部分は、その点のマスク
の値を0として、演算を行わない。
びk2 は、画像座標系の格子点を(i,j)を(x,
y)として式(4)および式(3)を用い、それぞれk
1 * およびk2 * をマスクの値とする。 k1 (i,j)=k1 (i cosθ + j sinθ)p(−i sinθ + j cosθ) k2 (i,j)=k2 (−i sinθ + j cosθ)p(i cosθ + j sinθ) ・・・(5) ただし、式(5)の値が小さい部分は、その点のマスク
の値を0として、演算を行わない。
【0015】
【実施例】実施例として指紋画像の隆線を抽出する目的
で設計されたフィルタについて述べる。一般に、指紋照
合装置では最初に入力指紋画像の局所的な隆線方向を検
出し、その方向の隆線を強調するフィルタをかけて隆線
を抽出する。一例として、浅井紘,星野幸夫,木地和
夫:”マニューシャネットワーク特徴による自動指紋照
合,−特徴抽出過程−”,電子情報通信学会論文誌 D
−II Vol.J72−D−II NO.5 PP.
724−732 1989年 5月を挙げることができ
る。この例では隆線の方向を22.5度間隔の8段階の
角度で表しているので、フィルタもこれに対応し8方向
のものが必要とされる。図1はこの例を基に本手法で設
計した8種類のフィルタの内、0度,22.5度,45
度の3つのフィルタのマスクを示したものである。現画
像は最初に1,4,7で示されるマスクk1 との畳み込
み演算が行われ、その出力画像に対して2,5,8で示
されるマスクk2 との畳み込み演算が行われる。マスク
k1 とk2 によって構成される等価的な2次元フィルタ
カーネルは3,6,9に示されている。ここで示した以
外の方向のマスクは次のようになっている。67.5度
のマスクは22.5度のマスクをy=xの軸で反転した
ものであり、90度のマスクは0度のマスクを、11
2.5度のマスクは22.5度のマスクを、135度の
マスクは45度のマスクを、157.5度のマスクは6
7.5度のマスクをそれぞれ90度回転したものであ
る。ここで、それぞれの角度のマスクk1 は同一の値1
を直線上に並べた形にすることで、さらに畳み込みの演
算量を減らしている。この畳み込み演算の方法を図2を
参照して説明する。図において、上段、中段、下段にそ
れぞれ0度、22.5度、45度のマスクk1 での演算
である。破線のマスク10,12,14は現在の演算位
置を、実線のマスク11,13,15は次の演算位置を
示しており、それぞれマスクの中心がaおよびbであ
る。これら2つの位置a,bでのマスクには共通部分が
あり、その部分のマスクの値は同一であること考える
と、bの位置えの演算結果は、aの位置での演算結果に
2つのマスクの差の部分の演算結果を加減して得ること
ができる。図において、加えるべく部分を+、減ずるべ
き部分を−で示した。0度方向のマスクによる処理は、
この演算によるx方向の処理を副走査とし、y方向を主
走査とする。45度方向のマスク処理はy=x方向を副
走査とし、それに直交する方向を主走査とする。22.
5度方向の演算については、この方向を副走査とする
が、1回の副走査でx方向に1画素おきの結果が得られ
るので、始点x座標値を1画素分移動して再び副走査を
行って主走査の次の位置に移る。主走査は112.5度
の方向に行う。
で設計されたフィルタについて述べる。一般に、指紋照
合装置では最初に入力指紋画像の局所的な隆線方向を検
出し、その方向の隆線を強調するフィルタをかけて隆線
を抽出する。一例として、浅井紘,星野幸夫,木地和
夫:”マニューシャネットワーク特徴による自動指紋照
合,−特徴抽出過程−”,電子情報通信学会論文誌 D
−II Vol.J72−D−II NO.5 PP.
724−732 1989年 5月を挙げることができ
る。この例では隆線の方向を22.5度間隔の8段階の
角度で表しているので、フィルタもこれに対応し8方向
のものが必要とされる。図1はこの例を基に本手法で設
計した8種類のフィルタの内、0度,22.5度,45
度の3つのフィルタのマスクを示したものである。現画
像は最初に1,4,7で示されるマスクk1 との畳み込
み演算が行われ、その出力画像に対して2,5,8で示
されるマスクk2 との畳み込み演算が行われる。マスク
k1 とk2 によって構成される等価的な2次元フィルタ
カーネルは3,6,9に示されている。ここで示した以
外の方向のマスクは次のようになっている。67.5度
のマスクは22.5度のマスクをy=xの軸で反転した
ものであり、90度のマスクは0度のマスクを、11
2.5度のマスクは22.5度のマスクを、135度の
マスクは45度のマスクを、157.5度のマスクは6
7.5度のマスクをそれぞれ90度回転したものであ
る。ここで、それぞれの角度のマスクk1 は同一の値1
を直線上に並べた形にすることで、さらに畳み込みの演
算量を減らしている。この畳み込み演算の方法を図2を
参照して説明する。図において、上段、中段、下段にそ
れぞれ0度、22.5度、45度のマスクk1 での演算
である。破線のマスク10,12,14は現在の演算位
置を、実線のマスク11,13,15は次の演算位置を
示しており、それぞれマスクの中心がaおよびbであ
る。これら2つの位置a,bでのマスクには共通部分が
あり、その部分のマスクの値は同一であること考える
と、bの位置えの演算結果は、aの位置での演算結果に
2つのマスクの差の部分の演算結果を加減して得ること
ができる。図において、加えるべく部分を+、減ずるべ
き部分を−で示した。0度方向のマスクによる処理は、
この演算によるx方向の処理を副走査とし、y方向を主
走査とする。45度方向のマスク処理はy=x方向を副
走査とし、それに直交する方向を主走査とする。22.
5度方向の演算については、この方向を副走査とする
が、1回の副走査でx方向に1画素おきの結果が得られ
るので、始点x座標値を1画素分移動して再び副走査を
行って主走査の次の位置に移る。主走査は112.5度
の方向に行う。
【0016】
【発明の効果】指紋照合装置の隆先抽出処理など、画像
に方向性フィルタ処理を行う場合、本発明を適用するこ
とで高速な演算が実現できる。
に方向性フィルタ処理を行う場合、本発明を適用するこ
とで高速な演算が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のフィルタマスクを示す図であ
る。
る。
【図2】本発明の実施例の1次元フィルタマスクの演算
方法を示す図である。
方法を示す図である。
1 0度方向のマスクk1 2 22.5度方向のマスクk1 3 45度方向のマスクk1 4 0度方向のマスクk2 5 22.5度方向のマスクk2 6 45度方向のマスクk2 7 合成された0度方向のフィルタカーネル 8 合成された22.5度方向のフィルタカーネル 9 合成された45度方向のフィルタカーネル 10 位置aでの0度方向のマスクk1 11 位置aでの22.5度方向のマスクk1 12 位置aでの45度方向のマスクk1 13 位置bでの0度方向のマスクk1 14 位置bでの22.5度方向のマスクk1 15 位置bでの45度方向のマスクk1
Claims (3)
- 【請求項1】 デジタル画像に適用しようとする2次元
フィルタカーネルを、ある2次元座標系に関して1つの
セパラブルな2次元カーネル、または複数のセパラブル
な2次元カーネルの和で表現し、それぞれのセパラブル
な2次元カーネルを構成する1次元カーネルによる1次
元畳み込み処理を順次行うことで2次元フィルタリング
処理を実現する方法において、セパラブルな2次元カー
ネルで表現するときに用いられる前記2次元座標系を、
その座標軸の方向がデジタル画像の座標軸の方向とは必
ずしも一致しない2次元座標系を用い、セパラブルな2
次元カーネルを構成する1次元カーネルによる処理を、
その1次元カーネルを補間または近似によってデジタル
画像の各画素での値に変換し、その値による畳み込み演
算を行うことを特徴とするデジタル画像フィルタリング
方法。 - 【請求項2】 請求項1記載のデジタル画像フィルタリ
ング方法において、セパラブルな2次元カーネルを構成
する一方または両方の1次元カーネルの、デジタル画像
の画素位置での表現を、同一の値がとなり合って並んだ
マスクで実現し、そのマスクの長手方向に走査しながら
畳み込み演算を行うことにより、その走査に関してとな
り合う位置でのマスクに共通部分をつくり、共通でない
部分の演算のみを行って直前の位置の演算結果から加減
し、該当部分の演算結果を得るデジタル画像フィルタリ
ング方法。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2記載のデジタル
画像フィルタリング方法を用いて指紋画像の隆線を強調
または抽出することを特徴とするデジタル画像フィルタ
リング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5310520A JP2679601B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | デジタル画像フィルタリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5310520A JP2679601B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | デジタル画像フィルタリング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07160875A true JPH07160875A (ja) | 1995-06-23 |
| JP2679601B2 JP2679601B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=18006224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5310520A Expired - Lifetime JP2679601B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | デジタル画像フィルタリング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2679601B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0855667A3 (en) * | 1997-01-27 | 2001-01-31 | Aetex Biometric Corporation | Method for extracting highlevel features for fingerprint recognition |
| KR100384294B1 (ko) * | 2000-07-03 | 2003-05-16 | 주식회사 쎄스 | 지문 인식 시스템 및 인식 방법 |
| JP2006231048A (ja) * | 2006-02-13 | 2006-09-07 | Hitachi Ltd | 画像処理装置 |
| WO2007035144A1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Obigo Ab | Method and arrangement for digital filtering of images |
| US12380322B2 (en) | 2020-09-22 | 2025-08-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus with neural network operation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2616670B2 (ja) | 1993-09-29 | 1997-06-04 | 日本電気株式会社 | フィルタリング装置 |
-
1993
- 1993-12-10 JP JP5310520A patent/JP2679601B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0855667A3 (en) * | 1997-01-27 | 2001-01-31 | Aetex Biometric Corporation | Method for extracting highlevel features for fingerprint recognition |
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| WO2007035144A1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Obigo Ab | Method and arrangement for digital filtering of images |
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| US12380322B2 (en) | 2020-09-22 | 2025-08-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus with neural network operation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2679601B2 (ja) | 1997-11-19 |
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