JPH0950532A - 輪郭検出装置 - Google Patents

輪郭検出装置

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JPH0950532A
JPH0950532A JP7224702A JP22470295A JPH0950532A JP H0950532 A JPH0950532 A JP H0950532A JP 7224702 A JP7224702 A JP 7224702A JP 22470295 A JP22470295 A JP 22470295A JP H0950532 A JPH0950532 A JP H0950532A
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JP
Japan
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contour
unit
image
positioning
initial
Prior art date
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Pending
Application number
JP7224702A
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English (en)
Inventor
Kazue Fukushima
和恵 福島
Harumi Kawamura
春美 川村
Shin Mizutani
伸 水谷
Noboru Sonehara
曽根原  登
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0950532A publication Critical patent/JPH0950532A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力画像から自動的に対象物体の初期輪郭を
決定し、該初期輪郭を移動及び変形させて輪郭を得るよ
うにする。 【解決手段】 入力部100は画像を入力する。位置決
め部210は、入力された画像に対し、多重解像度を利
用した粗密探索により、位置決め用辞書220を参照し
つつ、対象物体の中心位置とサイズを求める。初期輪郭
決定部230は、位置決め部210で得られた中心位置
とサイズ、及び検出対象となる物体の輪郭形状から初期
輪郭、即ち、変形可能なスプライン閉曲線を決定する。
輪郭抽出部240は、初期輪郭に移動及び変形を繰り返
して対象物体の輪郭を抽出する。出力部300は抽出し
た部分を目的に応じて表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術】本発明は、入力濃淡画像中の物体
輪郭を抽出する輪郭検出装置に関する。詳しくは、入力
された濃淡画像に対し、対象となる物体位置を走査し、
対象となる物体に応じた初期輪郭を与え、物体の輪郭位
置を出力する装置に係り、対象物体の計測や認識が必要
な工業用ロボット、医療画像分析などに好適な輪郭検出
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、画像中から対象物体を検出する手
法としては、入力画像全体をエッジ抽出するなどし、エ
ッジなどの形状特徴の一致する候補を探索して抽出する
方法がある。しかし、入力画像からエッジなどの形状特
徴を抽出することは至難であり、照明条件、背景等に厳
しい制約条件が必要であるため、制約条件無しに撮影さ
れた一般の映像から対象物体のみを切り出すのは困難で
あった。照明条件等を緩和する手法として、物体検出に
モザイクを用いる方法があるが(例えば特開平5−15
9063号公報)、モザイクのままでは物体を含む領域
がわかるだけであり、物体の境界部分の抽出は行なわれ
ていなかった。
【0003】一方、輪郭抽出に関しては、従来から数多
くのエッジ抽出法が提案されているが、雑音の影響によ
り連続性が保証されず、何らかの後処理を必要とした。
【0004】これに対し、1987年に、Kassらによ
って輪郭モデルを利用した輪郭抽出であるスネークが提
案されている(Kass M,Witkin A,Terzopoulos
D,“SNAKES:Active Contour Models”,P
roc.ICCV-87 pp.259−268(1987)参
照)。これはモデルとしてあらかじめ連続線を持ってお
き、連続線の曲率や曲率の変化の状態、また、画像上に
ある勾配からのずれなどを定量的に表現した量(以下、
この量をスネークのエネルギーと呼ぶ)を最小化するこ
とにより、与えられた閉曲線を移動及び変化させ、輪郭
抽出を行なう手法である。この方法は、必ず連続した輪
郭が得られることや、内部の画像特徴が不均一な領域の
抽出にも用いることができるなどの利点がある。しか
し、必ず抽出したい物体のそばに初期輪郭を手で与えな
ければならないあくまで半自動抽出であり、物体の完全
な自動抽出はできなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、画像中から
自動的に対象物体を見つけ出し、自動的に初期輪郭を与
えることにより対象物体の輪郭検出を行なう装置を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の輪郭検出装置
は、入力濃淡画像に対しモザイク化を行ない、対象物体
のモザイク辞書との距離を計算することにより対象物体
の位置を特定し、その位置情報を基に輪郭モデルを用い
て、輪郭の形状から計算される形状に関する特徴量や、
画像の局所的な勾配情報から計算される輪郭の位置に関
する量などの、従来用いられている輪郭の形状及び位置
に関する量の線形和を最小化するように初期輪郭を移動
または変形し、これを輪郭が収束するまで繰り返して、
物体輪郭を得るようにしたものである。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。
【0008】図1は本発明による輪郭検出装置の一実施
例の全体的構成図である。図1において、100は入力
部、200はCPU、メモリ及びソフトウェア等によっ
て構成される処理部、300は出力部である。入力部1
00は小型カメラ、ビデオカメラ、スキャナ等により画
像を入力する手段であり、出力部300は処理部200
で抽出された輪郭位置を表示するディスプレィ手段であ
る。なお、出力部300はプリンタでもよい。
【0009】処理部200は輪郭検出装置本体で、位置
決め部210、位置決め用辞書220、初期輪郭決定部
230及び輪郭抽出部240からなる。さらに、位置決
め部210は粗探索部211と詳細探索部212からな
り、これに対応して位置決め用辞書220も粗探索対象
画像辞書221と詳細探索対象画像辞書222からな
る。以下に、処理部200の各部の動作について説明す
る。
【0010】〈位置決め部〉位置決め部210では、入
力部100からの入力画像について、多重解像度を利用
した粗密探索により、位置決め用辞書220を参照しつ
つ、顔等の対象画像の中心位置とサイズを求める。
【0011】まず、粗探索部211において、粗探索始
点から入力画像を、Wa×Wa画素のサイズのブロックで
M×Nに分割してモザイク化する。ここで、M×Nは粗
探索対象画像辞書221の一つの画像辞書のサイズであ
る。このモザイク画像の各ブロックFCmnを、ブロッ
ク内の代表値(例えば濃淡ならばブロック内平均値、カ
ラーならばブロック内で最大の頻度を有する色)で表す
とすると、次の式(1)で示される。
【0012】
【数1】 粗探索部211では、M×Nの粗探索対象画像辞書23
1のデータをUiとしたとき、該データUiと粗探索用に
モザイク化されたデータFCとの距離Diが最小値とな
るときのUiの位置を粗探索結果とし詳細探索部212
に出力する。一方、最小距離値がある閾値を越えた時
は、未知画像内に対象画像がないと判断し、「無い」こ
とを詳細探索部212に出力する。なお、粗探索では必
要に応じ、ブロックサイズWaを変化させたり(例えば
a′とする)、複数の粗探索対象画像辞書を用いてもよ
い。
【0013】この粗探索部211での粗探索の結果、認
識対象のおおよその位置と大きさがわかったため、次
に、詳細探索部212では、モザイクのブロックを小さ
くして、詳細にその位置を探索する。
【0014】詳細探索部212では、まず、入力画像の
中から該当部分を切り出し、Wb×Wb画素のブロックサ
イズ(Wb<Wa)でP′×Q′に分割し、ブロックごと
に代表値を算出しモザイク画像を得る。次に、粗探索の
場合と同様、入力画像の該当部分画像のモザイクを走査
して、詳細探索対象画像辞書222と一致する場所を探
索する。すなわち、部分画像のP′×Q′のモザイクデ
ータUDのうち任意のM′×N′の詳細探索対象画像辞
書222のデータをUjとしたとき、該データUjと探索
対象のモザイクFDとの距離Djを最小となる時のUj
位置を詳細探索結果とする。この詳細探索でも、必要に
応じ、ブロックサイズWbを変化させたり(例えばWb
とする)、複数の詳細探索対象画像を用いたりすること
は、粗探索の場合と同様である。
【0015】こうして、詳細探索部212は、上記距離
jが最小となる時のUjの位置データ、ならびにブロッ
クサイズWbから探索対象画像の正確な大きさ、即ち、
[M′×Wb]×[N′×Wb]を算出し、位置データと
ともに初期輪郭決定部230に送出する。
【0016】ところで、モザイク顔間の一致度は一般に
以下のように定義される。いま、入力顔のモザイクデー
タをX={Xi}(i=1,2…N)、データベース
(対象画像辞書)内のモザイクデータをY={Yi}
(i=1,2…N)とする。ここで、Nは一つの顔を表
現するモザイクの数であり、各顔をこれらのモザイクを
要素とするベクトルで表わす。二つのベクトルの一致度
Sはベクトル演算における公式から次の式(2)で与え
られる。
【0017】
【数2】 これは二つのベクトル間の余弦を与えるもので相関値と
同一であり、二つのモザイクが似ているほど二つのベク
トル間の角度は小さくなり、Sは1に近い値となる。
【0018】位置決め部210の粗探索部211と詳細
探索部212では、得られた粗密モザイク画像を位置決
め用辞書230の粗/詳細探索対象モザイク画像と比較
して指定領域中を探索し、Sが最も1に近いものを抽出
する。
【0019】〈初期輪郭決定部〉初期輪郭決定部230
は、位置決め部210で得られた中心位置とサイズ、及
び、対象となる物体の輪郭形状から、適切な初期輪郭つ
まり、変形可能なスプライン閉曲線を与える。図2に、
初期輪郭の一例を示す。図2(a)は、対象が人物領域
の場合の初期輪郭であり、同図(b)は、対象が壷の場
合の初期輪郭である。
【0020】〈輪郭抽出部〉輪郭抽出部240では、初
期輪郭決定部230で与えた初期輪郭、つまり変形可能
なスプライン閉曲線を移動及び変形し、物体輪郭を得
る。以下に詳しく移動及び変形の方法例を示す。なお、
以下に示すものは基本的な一例であり、対象物の性質に
よっては、例えば特開平7−85288号公報に記載の
ように、空間周波数項を含む抽出法を用いても構わな
い。
【0021】まず、初期輪郭を v(s)=(x(s),y(s)) (3) とおく。但し、s∈〔0,1〕,v(0)=v(1)とす
る。また、x(s),y(s)はそれぞれx座標y座標を示
す。次に、以下のエネルギー関数Esnakeを定義する。
【0022】
【数3】 但し、vs=dv/ds,vss=d2vs2であり、α(s),β
(s),ωline,ωterm,ωedge,ωconは、各エネルギ
ー項の重みを表す係数である。また、d(x1,x2)は画
像上の点x1,x2のユークリッド距離を示す。
【0023】以下に各項の意味について説明する。但
し、I(v(si))=I(x(si),y(si))は、点v(si
における画像の濃度値を示す。Eintは滑らかさの拘束
条件を与えるものである。つまり、引っ張りの状態に関
するエネルギー項と、曲げの状態に関するエネルギー項
の線形結合を表す。引っ張りの状態に関するエネルギー
項の作用により、接線方向の変化が抑制され、曲率が小
さくなる方向への張力を与える。また、曲げに関するエ
ネルギー項の作用により、曲率の変化が抑制され、円に
近付けるような、曲率を一定とする方向への力を与え
る。更に、重みα(s)、β(s)の調節を行なうことによ
り、それぞれの相対的な重要性をコントロールできる。
【0024】Eimageは、Eline(画像そのまま)と、
edge(濃度勾配の二乗に重みが付けられたエネルギー
項)と、Etermから構成される。これらを数式で示す
と、
【0025】
【数4】 となる。但し、入力画像にガウスフィルタ処理を行なっ
たものをGL(x,y)とした時、式(10)は次式で
求める。
【0026】
【数5】 conは、輪郭上の点x1を外部から与えた点x2に一致
させるように働くエネルギー項である。これによって、
誤った輪郭にスネークが収束とようとした時、強制的に
納正することもできる。
【0027】以上の項からなるエネルギー関数Esnake
が最小になる近傍点を求めることにより、スプライン曲
線v(s)=(x(s),y(s))を移動させ、近しいスプラ
イン曲線が得られる。そして、その新しいスプライン曲
線に対して同様にエネルギー関数を最小にする近傍点を
求める、というように処理を繰り返し、最終的に収束し
たスプライン曲線を、求める輪郭線とする。
【0028】このとき用いる解法は特に指定しないが、
具体的には、変分法(前出のKassらの論文参照)、動
的計画法(A.A.Amini,T.E.Weymouth,R.Jai
n,“Using dynamic programming for solving variat
ional problems in vision”,IEEE PAMI−1
2,9,pp.855−867(1990)参照)、グリ
ーディアルゴリズム(D.J.William,M.Shar,“A
Fast Algorithmfor Active Contour”,Proc.I
CCV−90pp.592−595(1989)参照)な
どが用いられる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、入力
濃淡画像に対しモザイク化を行ない、対象物体のモザイ
ク辞書(位置決め用辞書)との距離を計算することによ
り対象物体の位置を特定し、その位置情報を基に輪郭モ
デルを用いて、輪郭の形状から計算される形状に関する
特徴量や、画像の局所的な勾配情報から計算される輪郭
の位置に関する量などの、従来用いられている輪郭の形
状及び位置に関する量の線形和を最小化するように初期
輪郭を移動または変形し、これを輪郭が収束するまで繰
り返すことにより、画像中から自動的に対象物体を見つ
け出し、対象物体の輪郭を決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の輪郭検出装置の一実施例を示す構成図
である。
【図2】初期輪郭決定の具体例を示す図である。
【符号の説明】
100 入力部 200 処理部 210 位置決め部 211 粗探索部 212 詳細探索部 220 位置決め用辞書 221 粗探索対象画像辞書 222 詳細探索対象画像辞書 230 初期輪郭決定部 240 輪郭抽出部 300 出力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根原 登 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像を入力する入力部と、前記入力され
    た画像に対し、予め用意した位置決め用辞書を用いて所
    定の位置決めを行なう位置決め部と、前記位置決めがさ
    れた画像位置から探索する物体に応じて初期輪郭を与え
    る初期輪郭決定部と、探索する物体形状と位置に関する
    特徴量の線形和を最小化するように、前記与えられた初
    期輪郭を移動または変形して、これを輪郭が収束するま
    で繰り返し、対象物体輪郭を抽出する輪郭抽出部と、切
    り出された輪郭位置を出力する出力部を備えたことを特
    徴とする輪郭検出装置。
JP7224702A 1995-08-09 1995-08-09 輪郭検出装置 Pending JPH0950532A (ja)

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JP7224702A JPH0950532A (ja) 1995-08-09 1995-08-09 輪郭検出装置

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