JPH08161481A

JPH08161481A - ２値化装置

Info

Publication number: JPH08161481A
Application number: JP6298103A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishizaka; 豊石坂
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】背景とパターンとの境界の不明瞭度が大きい
場合でも、適切な２値化しきい値を決定できるようにす
る。【構成】メモリ１に格納された濃淡画像から差分手段
２，２値化手段３を介して差分２値化画像（４）を得、
この２値化画像によりマスク手段６でもとの濃淡画像を
マスクして得られる画像の濃度ヒストグラムを手段７に
より作成し、このヒストグラムによって２値化手段９の
２値化しきい値を決定する。特に、前記差分手段２にお
いて２組の連続した複数画素の平均濃度値を用いること
により、ヒストグラムに背景とパターンとの境界が明瞭
に現れるようにし、２値化しきい値の決定を容易にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、外観検査等の視覚認
識装置において、背景とパターンとを含む濃淡画像を２
値化し、背景部分とパターン部分とに分離する際の２値
化しきい値を自動的に決定することができる２値化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の２値化方式としては、濃淡画像
の濃淡ヒストグラムを作成し、その濃度頻度分布から２
値化しきい値を決定するものが、従来から良く用いられ
ている（例えば、電子通信学会誌（Ｄ），Ｖｏｌ．Ｊ６
３−Ｄ，Ｎｏ．４２，ｐｐ３４９〜３５６，１９８０
「判別および最小二乗基準に基づく自動しきい値選定
法」参照）。この方式の場合、背景とパターンの境界が
明瞭でないときは、２値化しきい値を決定することが難
しいため、原濃淡画像の微分画像に着目した種々の変形
が試みられている。これらは、背景とパターンの境界付
近で微分画像の絶対値が大きくなることを利用したもの
である。１例として、微分値の大きい領域を除いた部分
の濃淡ヒストグラムを作成して、これから２値化しきい
値を決定するものがある（例えば、尾崎，谷口，小川著
「画像処理」，ｐｐ１６９，１９８３年共立出版発
行）。さらに、別の例として、微分値の大きい領域のみ
濃淡ヒストグラムを作成して、これから２値化しきい値
を決定するものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれのものも画像の品質が悪い場合や、背景とパターン
との境界の不明瞭度が大きい場合等には、微分値の絶対
値が大きい画素を抽出する際に背景やパターン中の振幅
の小さな濃度変化を拾ってしまうため、抽出された画素
の中で背景とパターンとの境界部以外の画素が大きな部
分を占めることになる。このため、微分を利用する効果
が低減し、適切な２値化しきい値の決定が難しくなるこ
とがある。したがって、この発明の課題は背景とパター
ンとの境界の不明瞭度が大きい場合にも、適切な２値化
しきい値を決定し得るようにすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、外部より与えられるしきい値で
濃淡画像を２値化する第１の２値化手段と、前記濃淡画
像の水平方向および垂直方向について、隣接する場合を
含み一定の距離だけ離間した２組の連続する複数画素の
平均濃度値の差を差分値として求める差分手段と、この
差分手段により得られる差分画像を２値化する第２の２
値化手段と、前記差分手段にて得られた水平方向の差分
画像を前記第２の２値化手段で２値化した２値化画像
と、前記差分手段にて得られた垂直方向の差分画像を前
記第２の２値化手段で２値化した２値化画像との論理和
演算を行ないその結果を記憶する２値画像メモリと、前
記濃淡画像をこの２値画像メモリからの２値化画像によ
りマスクする画像マスク手段と、この画像マスク手段に
よりマスクされた前記濃淡画像の濃度頻度分布を得るヒ
ストグラム作成手段と、このヒストグラム作成手段によ
り得られた濃度頻度分布から前記第１の２値化手段にお
ける２値化しきい値を決定する２値化しきい値決定手段
とを設けたことを特徴としている。

【０００５】

【作用】隣接するか、または離れた２組の連続する複数
画素の平均濃度値の差を差分値とする差分手段を設ける
ことにより、背景やパターン中の振幅の小さな濃度変化
を拾うことなく、背景とパターンとの境界部分のみを抽
出し得るようにする。また、差分手段では水平方向と垂
直方向の各差分を得るようにし、両差分の２値化画像の
論理和（ＯＲ）をとることにより、どの方向の濃度変化
に対しても同様の効果を期待できるようにする。

【０００６】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。同図において、１は２値化すべき濃淡画像が格納
されている濃淡画像メモリ、２はこの濃淡画像メモリ１
から読み出された画像信号の差分画像を生成する差分手
段、３は差分２値化画像を得るための２値化手段、４は
２値化手段３により得られた２値化画像を格納する論理
和（ＯＲ）書き込みが可能な２値画像メモリ、５は濃淡
画像メモリ１および２値画像メモリ４の走査アドレスを
生成するアドレス発生手段であり、水平方向および垂直
方向のラスタ走査のためのアドレスを発生するものとす
る。

【０００７】６は濃淡画像メモリ１から読み出された画
像を、２値画像メモリ４から読み出された画像によって
マスクする画像マスク手段、７はこの画像マスク手段６
を経た濃淡画像の濃度頻度分布を求めるヒストグラム作
成手段、８はこのヒストグラム作成手段７により得られ
た濃淡ヒストグラムにより２値化しきい値を決定する２
値化しきい値決定手段、９は濃淡画像メモリ１から読み
出された画像を、２値化しきい値決定手段８により得ら
れた２値化しきい値により２値化する２値化手段であ
る。すなわち、まず、濃淡画像メモリ１の内容が水平方
向の走査によって読み出され、差分手段２および２値化
手段３により差分２値化画像が得られ、２値画像メモリ
４に格納される。続いて、濃淡画像メモリ１の内容が垂
直方向の走査によって読み出され、差分手段２および２
値化手段３により差分２値化画像が得られ、２値画像メ
モリ４に、ＯＲ書き込みされる。

【０００８】次に、画像マスク手段６において、濃淡画
像メモリ１から読み出された画像を２値画像メモリ４か
ら読み出された２値画像にてマスクする、例えば濃淡画
像メモリ１から読み出された画像と、２値画像メモリ４
から読み出された画像を反転した画像との論理積を取っ
たのち、ヒストグラム作成手段７に入力して濃淡ヒスト
グラムを作成する。２値化しきい値決定手段８は、作成
された濃淡ヒストグラムの濃度頻度分布にもとづき２値
化しきい値を決定する。最後に、濃淡画像メモリ１の画
像が読み出され、２値化手段９にて２値化しきい値決定
手段８により決定された２値化しきい値で２値化され
る。

【０００９】差分動作について、図２を参照して説明す
る。同図（ａ）は水平方向の走査における差分動作を説
明するもので、Ｓ_Hは水平走査方向を示し、Ｐ_H1〜Ｐ_Hn
およびＱ_H1〜Ｑ_Hnはそれぞれｎ画素の連続した画素の組
であり、ｄは２組の連続画素の間隙の幅を示す。なお、
差分値は次の数１で示される。

【数１】

【００１０】図２（ｂ）は垂直走査の場合の差分動作を
説明するもので、Ｓ_Vは垂直走査方向を示し、Ｐ_V1〜Ｐ
_VnおよびＱ_V1〜Ｑ_Vnはそれぞれｎ画素の連続した画素の
組であり、ｄは２組の連続画素の間隙の幅を示す。な
お、差分値は次の数２で示される。また、数１，数２で
示される演算は、シフトレジスタと加算器により簡単に
行なうことができる。

【数２】

【００１１】図３は図２において、差分時の２組の連続
画素の間隙の幅ｄの値を大きくする効果を説明するため
の説明図である。同図（ａ）は１走査線分の濃淡画像を
示す。ここで、Ｐ₁〜Ｐ₄およびＱ₁〜Ｑ₄は差分にお
ける間隙ｄが０の場合の２組の連続画素を示し、このと
きの差分画像を同図（ｂ）に示す。また、Ｐ₁〜Ｐ₄お
よびＱ₁₂〜Ｑ₄₂は、差分における間隙ｄが８の場合の２
組の連続画素を示し、このときの差分画像を同図（ｃ）
に示す。

【００１２】図３（ｂ）では、背景部分やパターン部分
における変動と両者の境界部とが同様なレベルとなって
いて両者の区別ができない。これに対し、同図（ｃ）で
は、背景部分やパターン部分における変動に比べ、両者
の境界部が充分大きなレベルとなっているため、両者を
明確に区別することができる。このように、背景部分や
パターン部分に、比較的波長が大きいが振幅は背景部分
とパターン部との差に比べて充分小さいような変動成分
が含まれる場合、差分時に平均化する連続画素の数が少
なくても、２組の連続画素の間隔ｄを或る程度大きくと
ることにより、背景部分とパターン部分との境界部のみ
の抽出が可能となる。

【００１３】図４はこの発明を具体的に説明するための
説明図である。同図（ａ）は２値化の対象となる濃淡画
像例で、網かけをしたパターン部分ＰＡと背景部分ＢＫ
とからなり、点状のノイズＮ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄など
が含まれている例である。同図（ｂ）は同図（ａ）の濃
淡画像における水平線ＡＡ’における濃度値を示し、
（ｅ）は同じく（ａ）の濃淡画像における垂直線ＣＣ’
における濃度値を示している。

【００１４】図４（ｃ）は図４（ｂ）と同じ部分の画像
に対し、図１の差分手段２において図２（ａ）で説明し
た方法により、水平方向の差分操作をして得られた差分
画像を示しており、同様に（ｆ）は図２（ｂ）で説明し
た方法により、垂直方向の差分操作をして得られた差分
画像を示している。（ｄ）は（ｃ）の差分画像を図１の
２値化手段３の２つのしきい値Ｔ_P，Ｔ_Nで２値化して
得られた２値化画像を示しており、同様に（ｇ）は
（ｆ）の差分画像を図１の２値化手段３の２つのしきい
値Ｔ_P1，Ｔ_N1で２値化して得られた２値化画像を示して
いる。

【００１５】このとき、図４（ｂ）に見られるノイズＮ
₁，Ｎ₂は（ｃ）の差分画像では振幅が小さいので
（ｄ）には現れない、つまり、背景部分と境界部分のみ
が２値化される。同様に（ｅ）に見られるノイズＮ₃，
Ｎ₄は（ｆ）の差分画像では振幅が小さいので（ｇ）に
は現れず、背景部分とパターン部分との境界部分のみが
２値化されることになる。図４（ｈ）は（ａ）の全画素
について（ｂ），（ｃ），（ｄ）の如く処理して得られ
た２値化画像と、同じく（ａ）の全画素について
（ｅ），（ｆ），（ｇ）の如く処理して得られた２値化
画像とのＯＲ画像を示す。すなわち、同図の斜線部のよ
うに、背景部分とパターン部分との境界部分のみが２値
化された画像が得られるわけである。

【００１６】図５は微分操作を行なう従来方法を説明す
るための説明図である。同図（ａ）は図４（ａ）に示す
濃淡画像における直線ＡＡ’上の画像に対し、一般的な
微分操作をして得られた微分画像を示す。この微分画像
を２つのしきい値Ｔ_P2，Ｔ_N2で２値化すると、（ｂ）の
ような２値化画像が得られる。この場合は、ノイズ
Ｎ₁，Ｎ₂も２値化される。同図（ｃ）は（ａ），
（ｂ）のような処理を、図４（ａ）の濃淡画像の全画素
について施した結果得られた２値化画像を示している。
背景部分とパターン部分との境界部分の他に、ノイズ成
分も２値化画像として現われる。

【００１７】この発明による処理の結果得られる濃淡ヒ
ストグラムの例について、図６を参照して説明する。な
お、図６のＢは背景部分、Ｐはパターン部分に相当する
画像レベルを示す。図６（ａ）は、濃淡画像メモリに格
納されている濃淡画像そのものの濃淡ヒストグラムで、
図４（ａ）の濃淡画像に対応している。図６（ｂ）は
（ａ）の場合について、通常の微分画像の絶対値が大き
い部分を除いた濃淡画像の濃淡ヒストグラムであり、図
４（ａ）の濃淡画像のうち、図５（ｃ）の２値化画像に
おいて２値化されていない部分Ｒ₂₂に対応する。

【００１８】図６（ｃ）は同図（ａ）の場合について、
この発明を適用して求めた濃淡画像の濃淡ヒストグラム
であり、図４（ａ）の濃淡画像のうち、図４（ｈ）の２
値化画像において２値化されていない部分Ｒ₂に対応す
る。図６（ｃ）の場合、同図（ｂ）の場合と比べて背景
部やパターン部の小さな振幅の濃度変化に影響されるこ
となく、背景とパターンとの境界部分を幅広く取り除く
ことができるため、背景部とパターン部を明快に分離す
ることができる。したがって、濃淡ヒストグラムから２
値化しきい値を決定する方法も簡易な方法で十分とな
る。

【００１９】この発明を用いた場合の濃淡ヒストグラム
の別の例を図７に示す。ここでも、Ｂは背景部分、Ｐは
パターン部分を示す。図７（ａ）は図６（ａ）と同じ濃
淡画像に対する濃淡ヒストグラムである。図７（ｂ）は
（ａ）の場合について、通常の微分画像の絶対値が大き
い部分の濃淡画像の濃淡ヒストグラムであり、図４
（ａ）の濃淡画像のうち、図５（ｃ）の値化画像におい
て２値化された部分Ｒ₁₂に対応する。図７（ｃ）は
（ａ）の場合について、この発明を適用して求めた濃淡
画像の濃淡ヒストグラムであり、図４（ａ）の濃淡画像
のうち、図４（ｈ）の２値化画像において２値化された
部分Ｒ₁に対応する。

【００２０】このように、図７（ｂ）の場合は、ノイズ
周辺部分をも含む濃淡ヒストグラムとなり、パターン部
分と背景部分との境界部に対する明確な情報が得られな
い。これに対し、図７（ｃ）の場合は、パターン部分と
背景部分との境界部に相当する比較的狭い濃度範囲に集
中した濃淡ヒストグラムとなる。したがって、頻度が最
大となる濃度レベルを求める等の方法により、パターン
部分と背景部分との境界部に適切な２値化レベルを定め
ることができる。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、隣接するか、または
離れた２組の連続する複数画素の平均濃度値の差を差分
値とする差分手段を設けるようにしたので、画像の品質
が悪い場合や、背景とパターンとの境界の不明瞭度が高
い場合でも、適切な２値化しきい値を決定することが可
能となる。また、従来のものに比べて装置構成上の負担
も少なく、濃度ヒストグラムから２値化しきい値を決定
する方式の簡略化を図ることが可能となる利点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】この発明による差分操作を説明するための説明
図である。

【図３】この発明による差分操作の効果を説明するため
の説明図である。

【図４】この発明を具体的に説明するための説明図であ
る。

【図５】従来の微分による処理方法を説明するための説
明図である。

【図６】この発明により得られる濃度ヒストグラム例の
説明図である。

【図７】この発明により得られる濃度ヒストグラムの別
の例の説明図である。

【符号の説明】

１…濃淡画像メモリ、２…差分手段、３，９…２値化手
段、４…２値画像メモリ、５…アドレス発生手段、６…
画像マスク手段、７…ヒストグラム作成手段、８…２値
化しきい値決定手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 9061−5ＨＧ０６Ｆ 15/70 ３３５Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部より与えられるしきい値で濃淡画像
を２値化する第１の２値化手段と、前記濃淡画像の水平
方向および垂直方向について、隣接する場合を含み一定
の距離だけ離間した２組の連続する複数画素の平均濃度
値の差を差分値として求める差分手段と、この差分手段
により得られる差分画像を２値化する第２の２値化手段
と、前記差分手段にて得られた水平方向の差分画像を前
記第２の２値化手段で２値化した２値化画像と、前記差
分手段にて得られた垂直方向の差分画像を前記第２の２
値化手段で２値化した２値化画像との論理和演算を行な
いその結果を記憶する２値画像メモリと、前記濃淡画像
をこの２値画像メモリからの２値化画像によりマスクす
る画像マスク手段と、この画像マスク手段によりマスク
された前記濃淡画像の濃度頻度分布を得るヒストグラム
作成手段と、このヒストグラム作成手段により得られた
濃度頻度分布から前記第１の２値化手段における２値化
しきい値を決定する２値化しきい値決定手段とを有して
なることを特徴とする２値化装置。