JPH0756673B2 - 分割空間フイルタによる画像処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像処理装置における空間フイルタに係り、
任意形状・任意サイズの空間フイルタを実行させること
に好適な分割空間フイルタによる画像処理方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭59−146366号に記載のように、ラ
スタスキヤンとラインバツフアによる遅延回路及び空間
積和演算回路等から構成されている（第２図）。この本
式はｎ×ｍの空間フイルタを構成する場合、非常に高速
で処理することが可能であるが、空間フイルタのエリア
に比例して、ハードウエア量が増加するという欠点があ
つた。

一方、この本式でもハードウエア量を増加させず小エリ
アの空間フイルタ（例えば３×３）の繰り返し処理によ
り、ｎ×ｎの空間フイルタを実現することが可能である
が、処理時間が空間フイルタのエリアに比例して増加す
るという欠点があつた。

第２図で６は処理対象画像、７は処理結果画像、８はラ
スタスキヤンのラスタを、９は３×３の空間フイルタの
例を、10は３×３の空間フイルタ対象画素を、11は３×
３空間フイルタ処理結果画素を、12は空間積和演算部を
示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術では、画像処理に用いる空間フイルタをｎ×ｎ
（例えば15×15等）に拡張する場合、処理速度を優先す
れば、ハードウエア量が空間フイルタのエリアに比例し
て増大し、ハードウエア量の削減を優先すれば、処理速
度が空間フイルタのエリアに比例して増加するという欠
点があつた。

本発明な目的は、ハードウエア量削減を優先しかつ、処
理速度の向上が図れる分割空間フイルタ方式を提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、例えば３×３程度のエリアをもつ空間フイ
ルタを、第１図に示すように任意の空間に配置し、任意
形状の空間フイルタを構築し、第２図に示すように、各
々の小エリア空間フイルタを実行させ、その出力結果
を、全体の任意形状の空間フイルタの対象画素にシフト
させ加算することにより達成することが可能である。第
１図で１は例えばｎ×ｎ空間フイルタの例である。そし
て２はｎ×ｍ空間フイルタの対象画素である。3a〜3hは
３×３の空間フイルタである。４は３×３空間フイルタ
を対象画素、5a〜5hは３×３空間フイルタ処理画像のシ
フト量を表わしている。

この場合、小エリアの空間フイルタの配置を整然と第３
図に示すように配置すれば、ｎ×ｍの大エリア空間フイ
ルタを構築することもできる。

すなわち14をｎ×ｍ空間フイルタとすると、15a,15bは
３×３空間フイルタ処理対象画素、16はｎ×ｍ空間フイ
ルタ処理対象画素を表わしている。

このｎ×ｍの大エリア空間フイルタのデータ構成におい
て「０」データが多くあれば、（第４図）そこに配置し
た小エリア空間フイルタは演算する必要がないため、全
体としては、第５図に示すように「０」データ部分を間
引いた空間フイルタ（ハツチング部に相当）となり、演
算速度は向上する。

第４図で17はゼロデータ以外の部分、18は０データ部
分、19はｎ×ｍの空間フイルタである。

また第５図は20はｎ×ｍの空間フイルタを、21は３×３
の空間フイルタを表わしている。

更に、小エリア空間フイルタが重なり合うように空間的
に配置することにより、通常のｎ×ｍの空間フイルタで
は実現できない相乗効果を実現することが可能である。

〔作用〕

一般に空間フイルタは、空間フイルタ対象画素を有して
いる。例えば３×３の空間フイルタでは、通常その中心
を空間フイルタ対象画素に設定している。しかし、数学
的にも、物理的にも対象画素を中心以外としても何ら問
題もない。これは、第６図に示すように、対象画素と適
用した空間フイルタの配置によりｎ×ｍの空間フイルタ
を構成しているのと等価である。

第６図で22はｎ×ｍの空間フイルタを、23は３×３の空
間フイルタを、24はｎ×ｍ空間フイルタ処理対象画素
を、25は０データ部を示している。ただし適用した空間
フイルタ以外のデータは、ｎ×ｍの空間フイルタ上で、
全て「０」としたものと等価であるという条件がつく。

この考えを拡張すれば第７図のように重ね合せの理論に
より、任意形状の空間フイルタを容易に構成することが
できる。26は前述と同様にｎ×ｍ空間フイルタ、27a,27
b,27cは３×３空間フイルタ、28はｎ×ｍ空間フイルタ
処理対象画素を表わしている。そして17a〜ｃを重ね合
わせて任意形状のフイルタを構成することができる。

ところで、対象画素を各々の空間フイルタを中心以外に
選ぶということは、第８図に示すように空間フイルタの
中心に対象画素を設定した空間フイルタを実行させ、そ
の出力結果を、任意の対象画素との偏差分シフトするこ
とと有効エリアにおいては等価である。

この考えによる任意形状の空間フイルタの構築方式を、
ここでは分割空間フイルタ方式と呼ぶ。

本分割空間フイルタ方式は、上述のように、３×３程度
の小エリア空間フイルタをモザイクやタイルを必要箇所
に張り付けるようなイメージで、組合せ、大エリアの空
間フイルタを構成でき、ハードウエア量を増加させるこ
となく実現できる。

第８図でいうと29は３×３空間フイルタの処理対象画
素、30は３×３空間フイルタ、31はｎ×ｍ空間フイルタ
処理対象画素、32はｎ×ｍの空間フイルタ、33はｎ×ｍ
の空間フイルタ実行後の有効データ範囲、34は原画像デ
ータ領域、35は３×３空間フイルタ実行後の有効データ
範囲、36は35の画像のシフトデータ領域をそれぞれ示し
ている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第９図〜第15図により説明す
る。

尚、本発明の画像処理方式の対象となる画像はラスタス
キヤン方式により走査される画像である。

（第２図参照） ハード構成を第９図に示す。画像データを入力するため
のITVカメラ37、画像データを出力（表示）するための
モニタテレビ38、画像データを格納する画像メモリ39、
３×３空間フイルタを実行する画像処理プロセツサ40
（詳細は特開昭60−53349「画像処理プロセツサ」及び
第２図を参照）及びマンマシンインターフエースのコン
ソールCRTなどからなる。41は画像処理装置である。

第10図（Ａ），（Ｂ）に実行するｎ×ｍの大エリア空間
フイルタとそれと等価な３×３の空間フイルタの組合せ
を示す。42はｎ×ｍの空間フイルタを、43は０データ部
を、44は０データ以外を示している。

45はｎ×ｍ空間フイルタ処理対象画素、46,47は３×３
空間フイルタ（１），（２）を、48は３×３の空間フイ
ルタの組合せを、49は３×３空間フイルタ（ｎ）を表わ
している。

これの実行手順を第11図に示す。先ず第10図に示した３
×３の空間フイルタ番号（１）（すなわち50（１））を
実行し、この結果画像を大エリア空間フイルタの対象画
素位置と３×３の空間フイルタの対象画素位置との偏差
分シフトし画像メモリに格納する。次に空間フイルタ番
号（２）（すなわち50（２））を実行し、その結果画像
を同様にシフトさせ、そのシフト画像と空間フイルタ番
号（１）のシフト結果画像とを加算する。以下、同様に
空間フイルタ番号（ｋ）まで繰り返す。このとき、最終
的に得られた処理結果画像は、処理対象原画像に対し、
第10に示したｎ×ｍの大エリア空間フイルタを施したも
のと同一結果となる。

この根拠は、空間フイルタ演算処理が線形演算であるこ
とからきいている（式（１）を参照） 但し、k₁＋k₂＋１＝ｎ l₁＋l₂＋１＝ｍ ｕは０〜（n/3−３）， ｖは０〜（n/3−３） S_p,_qはｘ方向にp,y方向にｑだけシフトする演算子と定
義している。

は３×３の空間フイルタ演算式であり、 f_x+1+i+jは、処理対象画素、 w_x+1,_i+jは、空間フイルタの重み係数、 ｇ´_x,_yは３×３の空間フイルタ演算結果、 g_x,_yはｎ×ｍの空間フイルタ演算結果、 x,y,x＋i,x＋ｊ等は座標を示す。

尚、式（１）は、ｎ×ｍのn,mが、３の倍数のとき成立
するが、３の倍数でない場合は、余つたアリアを、２×
2,2×1,1×2,1×１の組み合せで埋め（補充する）れば
良い。（式（２）参照） 但し、k₁,k₂,l₁,l₂,u,v,S_p,_qは式（１）と同じ 第11図はこれまでの説明から分るように、50（_１）,52
（_２）はそれぞれ３×３空間フイルタ（１），（２）を
示し、51は原画像データ領域、53は３×３空間フイルタ
後の有効エリアを、54（_１）,54（_２）は偏差シフト量
を示す。55は加算処理を、56は加算後の有効エリアをそ
れぞれ示している。

一方、ハードウエでｎ×ｍを実現しようとすると第12図
に示すように、画像処理プロセッサは（n/3×m/3）倍に
増加する。（３×３の空間フイルタを実現する画像処理
プロセツサは第２図参照）本発明では、第12図に示すよ
うな複数の画像処理プロセツサ群を用いず、１つの画像
処理プロセツサでｎ×ｍの空間フイルタを実現すること
ができるため、ハードウエアを大巾に削減できる。

なお第12図で66は入力データライン、67は画像処理プロ
セツサ、68は出力データラインを69は演算結果データラ
イン、70は加算器、71は加算結果データラインを示す。

尚、３×３の空間フイルタの結果画像データをシフトす
る機能と他の３×３の空間フイルタのシフト結果画像と
の加算をパラレル処理できる機能を具備すれば更に高速
化を図ることができる。具体的なハードウエア構成を第
13図に示す。

72は画像処理エリア、73は処理対象画素、74はラスタス
キヤン、75は空間フイルタ、76は画像処理対象画像、77
は画像処理結果画像、78は画像処理プロセツサ、79はシ
フト演算器、80は加算器を示す。

次に、本発明ノ最大の特長である処理速度の短縮につい
て説明する。

第12図でも判るように、ｎ×ｍの空間フイルタを実行し
ようとすれば、３×３の空間フイルタの演算を（n/3×m
/3）回繰り返す必要がある。つまりこれを、１個の画像
処理プロセツサで実行しようとすると（n/3×m/3）倍の
時間を必要とする。しかしながら、本発明の核心でもあ
るところの分割空間フイルタを用いれば、意味のある空
間フイルタ（０データであい空間フイルタ）のみを演算
すればよいので、式（３）に示す比率で画像処理時間を
短縮することが可能である。

換言すれば、｛任意形状の空間フイルタの面積（３×３
の空間フイルタの倍数）｝：｛ｎ×ｍの空間フイルタの
面積｝の割合で高速化を図ることができる。（第1,4,5,
10を参照） 更に、空間フイルタの特性を利用すれば、より高速化が
図れる。例えば第14図（ａ）の空間フイルタを例にとる
と、この９×９の空間フイルタは本発明の分割空間フイ
ルタでは、９個の空間フイルタを用いることで実現でき
るが更に高速化を図ることもできる。即ち、第14図
（ｂ）の１個のフイルタを用いることで実現できる。

これは、式（４），（５）から明らかである。

但し、注意すべきことは、加算するとき、８倍（式
（４）の場合）又は（−１）倍（式（５）の場合）する
必要がある。尚、（−１）倍は、（乗算＋加算）を減算
のみに変えることで更に高速化を図ることが可能であ
る。

式（４），（５）を利用することで、空間フイルタの演
算は１回、後は、シフトと加算（又は減算）をするだけ
で第14図（ａ）の９×９の空間フイルタを実現すること
が可能である。このときの時間短縮比は1/9である。

最後に、本発明のもう一つの特長である相乗効果につい
て説明する。これは特に濃淡画像のパターンマツチング
に有効である。

例えば、第15図（ａ）に示すような四角形の物体にし
て、図形として最も有効な特徴をもつと考えられる頂点
の近傍にエリアの空間フイルタを重ね合せて配置し、更
に対象画素を四角形の中心に設定することで、物体の位
置検出が可能である。（第15図（ｂ）） 均一な配置であるｎ×ｍの空間フイルタでは、あまり特
徴のない面（例えば四角形で図まれる面）も特徴のある
点（例えば頂点）も同一のレベルで処理するため、特徴
のある点の情報を、拡散（うすめる）してしまう。

拡散の程度は、（３×３のエリア）：（ｎ×ｍのエリ
ア）の比率である。

この欠点をなくすために、頂点等の最ま特徴ある点に対
し、重点的に空間フイルタを配置することで、重ない合
つた空間フイルタがより強力に作用する（特徴を抽出す
るという意味で）ことになる。これをここでは相乗効果
という表現で呼んでいる。

尚、相乗効果例の小エリア空間フイルタは、微分系（Ｘ
方向微分,Y方向微分等）が特に有効である。

なお、第15図（ａ），（ｂ）で91は処理対象画像、92は
四角形（対象物体）、93は小エリア空間フイルタ、94は
対象画素を示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、任意形状の空間フイルタを、例えば３
×３の小エリア空間フイルタの組み合せ（繰り返し処
理）により、ｎ×ｍの空間フイルタの処理時間に比べ
（任意形状の空間フイルタの面積）：（これを包含する
ｎ×ｍの空間フイルタの面積）の割合で短縮する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は分割空間フイルタ方式概要、第２図は従来技術
により空間フイルタ方式概要、第３〜８図は分割空間フ
イルタ方式の原理説明図、第９〜11図は分割空間フイル
タ方式実施例説明図である。第12図はハードウエアで実
現する場合の例、第13図はシフト機能などの説明図を、
第14図（ａ），（ｂ）は空間フイルタの例を、第15図
（ａ），（ｂ）実際の物体と空間フイルタの例を示す。 １……ｎ×ｍ空間フイルタ、２……対象画素、3a〜3h…
…３×３空間フイルタ、5a〜5h……３×３空間フイルタ
のシフト量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濃淡画像を入力する濃淡画像データ入力手
   段と、濃淡画像処理手段より成る画像処理装置における
   濃淡画像データ処理方法において、 縦方向画素ｎ、横方向画素ｍのｍ×ｎ画素分の空間中
   に、部分的に、ｍ×ｎ画素よりも小さい単位画素からな
   る単位空間フィルタを前記濃淡画像データ入力手段から
   入力される濃淡画像の特徴に応じて複数設定し、 前記濃淡画像データ入力手段によって入力された濃淡画
   像に対して、複数の前記単位空間フィルタをそれぞれ作
   用させ、 前記複数の単位空間フィルタの作用結果が前記ｍ×ｎ画
   素分の空間中の特定の対象画素に集まるように、前記複
   数の単位空間フィルタの作用結果をシフトして加算する
   ことを特徴とする分割空間フィルタによる画像処理方
   法。