JPH11289457A

JPH11289457A - 孤立領域強調フィルタ回路

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Publication number: JPH11289457A
Application number: JP10105591A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shioiri; 健塩入; Hisafumi Naruse; 尚史成瀬; Yoshifumi Takahashi; 良文高橋
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-19
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3871292B2

Abstract

(57)【要約】【課題】例えば撮像されて孤立領域として現れる被検査
物中の欠陥や異物を強調し検出する回路におい、被測定
物自身の高周波数成分の影響を低減し、欠陥や異物のみ
を選択的に強調する画像のディジタル信号処理が行える
孤立領域強調フィルタ回路を提供する。【解決手段】減算器３で入力信号と平滑化フィルタ２に
よって処理された信号との差分を計算することにより、
入力された画像信号の高周波成分が強調される。一方、
帯域通過フィルタ６は被測定物のエッジでは小さな値、
異物に対しては大きな値を出力するように帯域を制限し
た信号を出力する。前記減算器３の出力と帯域通過フィ
ルタ６の出力とが演算回路４で演算され、孤立領域が強
調された信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像データをフィ
ルタ処理するフィルタ回路に係り、特に、画像データ中
の孤立領域を強調する孤立領域強調フィルタ回路に関す
る。孤立領域強調フィルタ回路は、例えば撮像された被
検査物中の欠陥や異物を検出する回路に使用される。よ
り具体的には、Ｘ線透過画像を用いて、食品などの被測
定物に混入する金属、石、ガラス等の微小異物を高感度
に検出する異物検出機等の画像のディジタル信号処理に
用いられる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、食品などの被測定物に混入して
いる金属等の異物を検出するため撮像するＸ線透過画像
中には、異物が存在するためにその周囲とは画素データ
の異なる画素または画素の集まりから成る孤立領域が現
れる。また、被測定物の輪郭等はエッジ領域を形成す
る。画像のディジタル信号処理を行い、画像中に孤立領
域として現れる被測定物へ混入した異物の有無を判定す
る方法には、該孤立領域を強調するために種々のフィル
タ処理が試みられている。提案されたフィルタ処理のほ
とんどは、高域強調フィルタを用いて、画像の高周波成
分を強調する手法である。

【０００３】ここで図１２に、従来のアンシャープマス
キング法を用いた高域強調フィルタ回路を示す。入力端
子１から入力された信号は、平滑化フィルタ２、減算器
３に分配される。平滑化フィルタ２は入力信号から高周
波成分を除去し低周波成分のみを出力する。減算器３は
入力信号から平滑化フィルタ２の出力信号を減算する。
これにより高周波成分が強調された信号が出力端子５か
ら出力される。これら一連の動作を式であらわすと、式
（１）のようになる。ｙ（ｉ，ｊ）＝｛ｘ（ｉ，ｊ）−ｘ’（ｉ，ｊ）｝（１）式（１）中、ｙ（ｉ，ｊ）は出力画像、ｘ（ｉ，ｊ）は
入力画像、ｘ’（ｉ，ｊ）は入力画像の平滑化フィルタ
２出力後の画像である。平滑化フィルタには、移動平均
フィルタや、メディアンフィルタを用いる方法などがあ
る。移動平均フィルタとは、ある時点のデータを決定す
る際、その時点の前後のデータの平均値の値を、その時
点のデータとして決定する処理である。またメディアン
フィルタとは、ある時点のデータを決定する際、その時
点の前後のデータを並べ変えて、それらの中間（メディ
アン）の値を、その時点のデータとして決定するフィル
タ処理である。移動平均フィルタを用いたアンシャープ
マスキングは、孤立領域だけでなくエッジも強調すると
いう欠点が有る。一方メディアンフィルタを用いたアン
シャープマスキングは、エッジは強調しないが、スパイ
ク状のノイズを強調するという欠点が有る。

【０００４】例として、図９に食品に異物が混入したＸ
線透過画像を、図１１（ａ），（ｂ）に従来の孤立領域
強調フィルタ回路である高域強調フィルタをもちいた処
理結果を示す。図中中央部に５つの異物が混入してい
る。図１１（ａ）に示すように、移動平均フィルタを用
いたアンシャープマスキング結果は、食品の像が薄くな
り異物が強調されていることがわかる。しかし食品自身
のエッジ状の高周波成分が消えずに残っている部分があ
り、閾値判定を行った結果、異物と食品との区別が困難
となる場合が有った。また、図１１（ｂ）に示すよう
に、メディアンフィルタを用いたアンシャープマスキン
グ結果は、食品の像が薄くなり、異物が強調されている
ことがわかる。しかし食品自身のスパイク状の高周波成
分が消えずに残っている部分があり、閾値判定を行った
結果、異物と食品の区別が困難となる場合が有った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の孤立
領域強調フィルタ回路である高域強調フィルタの場合、
高域の周波数成分を強調することで、孤立領域である異
物の検出を行っている。そのため食品自身の高周波成
分、例えば、エッジなども強調してしまい、その結果、
正常食品の誤判定が起こるという問題点が有った。つま
り、検出感度を上げようと判定閾値を調整すると、食品
自身の高周波成分が異物として誤認識される。検出感度
の向上効果を得る代わりに、正常品の誤判定が増加する
というトレードオフの関係に有った。本発明の目的は、
例えば撮像された被検査物中の欠陥や異物を強調し検出
する回路において、被測定物自身の高周波成分の影響を
低減し、欠陥や異物のみを選択的に強調する画像のディ
ジタル信号処理が行える孤立領域強調フィルタ回路を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、画像データに孤立領域を含む限定された信号を出力
するフィルタを施し、その出力を係数として、従来の孤
立領域強調フィルタ回路である高域強調フィルタに導入
することとした。すなわち、本発明の請求項１の孤立領
域強調フィルタ回路は、画像データを受けて、該画像デ
ータの低周波成分を通過させる平滑化フィルタと、前記
画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算し
て出力する減算器とを有する孤立領域強調フィルタ回路
において、前記画像データのうちの孤立領域を含む限定
された周波数成分を出力する帯域通過フィルタと、前記
減算器の出力信号と前記帯域通過フィルタの出力信号と
を演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路
とを含んでいる。

【０００７】また、本発明の請求項２の孤立領域強調フ
ィルタ回路は、画像データを受けて、該画像データの低
周波成分を通過させる平滑化フィルタと、前記画像デー
タから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力す
る減算器とを有する孤立領域強調フィルタ回路におい
て、前記画像データを入力とする最大値フィルタと、前
記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該局所領
域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力する局
所最大値フィルタと、前記最大値フィルタの出力信号か
ら前記局所最大値フィルタの出力信号を減算して、前記
画像データの孤立領域を含む限定された信号を出力する
減算回路と、前記減算器の出力信号と前記減算回路の出
力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する
演算回路とを含んでいる。

【０００８】そして、本発明の請求項３の孤立領域強調
フィルタ回路は、画像データを受けて、該画像データの
低周波成分を通過させる平滑化フィルタと、前記画像デ
ータから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力
する減算器とを有する孤立領域強調フィルタ回路におい
て、前記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該
局所領域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力
する局所最大値フィルタと、前記画像データから前記局
所最大値フィルタの出力信号を減算して、前記画像デー
タの孤立領域を含む限定された信号を出力する減算回路
と、前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号と
を演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路
とを含んでいる。

【０００９】

【作用】本発明の孤立領域強調フィルタ回路は、異物検
出機における画像中の被測定物自身の高周波成分、例え
ばエッジにおいては、高域強調フィルタの出力を制限
し、孤立領域においては、高域強調フィルタの出力を増
加させる。すなわち、入力信号の変化が大きくてもエッ
ジ部分は、孤立領域として検出されず、フィルタ処理が
行われないため、エッジの影響を低減し、孤立領域のみ
を選択的に強調することが出来る。

【００１０】高域強調フィルタの出力の制御は、入力信
号の孤立領域を含む限定された周波数成分を出力するフ
ィルタを用いて行う。そのようなフィルタは、エッジ部
分を阻止し孤立領域を通過させるように設計する。例え
ば、平滑化特性の異った２種類の平滑化フィルタをもち
いて、それぞれの差分をとることにより、孤立領域のみ
に限定された成分を取り出す。この結果、判定閾値を調
整しても被測定物のエッジが誤判定として現れることが
なくなり、高感度な欠陥、異物検出が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、Ｘ線画像
をもちいた食品中の異物検出の事例を使って説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック
図である。図１において１は画像信号を入力する為の入
力端子、２は平滑化フィルタ、３は減算器、４は演算回
路、５は出力端子、６は帯域通過フィルタである。入力
端子１から入力された信号は、平滑化フィルタ２と帯域
通過フィルタ６と減算器３とに入力される。平滑化フィ
ルタ２によって処理された信号は、減算器３において入
力信号との差分を計算することにより、信号の高周波成
分が強調され出力される。一方、帯域通過フィルタ６は
食品のエッジではほぼゼロに近い信号を出力し、異物に
対しては、大きな値を出力するように帯域を制限した信
号を出力する。この信号により食品エッジの抑制と異物
の強調が制御される。帯域通過フィルタの例としては、
平滑化特性の異った２種類の平滑化フィルタと、両者の
差分をとる減算回路を用いて構成できる。

【００１２】このようにして得られた帯域通過フィルタ
６からの信号に基づいて、食品のエッジ部分では、小さ
な重みを、異物の部分には大きな重みをつける様に減算
器３の出力を制御する。この動作は式（１）に局所領域
に応じた係数を導入することと同じである。出力を制御
する演算回路４では、通常は乗算を行うが、対象とする
被測定物に応じて加算、非線形演算などを選択する場合
がある。局所領域に応じた係数をａ（ｉ，ｊ）とすると
式（１）を次のように拡張することが出来る。ｙ（ｉ，ｊ）＝ａ（ｉ，ｊ）＊｛ｘ（ｉ，ｊ）−ｘ’（ｉ，ｊ）｝（２）本発明では、ａ（ｉ，ｊ）に孤立領域を含む限定された
周波数成分を出力する帯域通過フィルタの出力を用いる
ことにより、選択的な孤立点強調を達成した。

【００１３】図２は本発明の第２の実施の形態の構成を
示すブロック図である。図２において１から５は第１の
実施の形態と同じであり、７は最大値フィルタ、８は局
所最大値フィルタ、９は減算回路である。第１の実施の
形態との違いは、孤立領域を含む限定された周波数成分
を出力する帯域通過フィルタを、２種類の最大値フィル
タと減算回路を用いて構成したことである。入力端子１
から入力された信号は、減算器３と平滑化フィルタ２と
最大値フィルタ７と局所最大値フィルタ８とに入力され
る。平滑化フィルタ２によって処理された信号は、減算
器３において入力信号との差分を計算することにより、
信号の高周波成分が強調され出力される。一方、最大値
フィルタ７によって処理された信号は、減算回路９に入
力され、局所最大値フィルタ８の出力信号との差分が計
算される。減算回路９は、食品のエッジではほぼゼロに
近い信号を出力し、異物に対しては、大きな値を出力す
るように帯域を制限した信号を出力する。この信号によ
り食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。

【００１４】本実施の形態における食品エッジの抑制
と、異物の強調の様子を図３、図４を用いて説明する。
ここで最大値フィルタは、図３（ａ）に示すように、あ
る時点のデータを決定する際、ｎ×ｎ画素（ｎは３以
上、図３では９）領域中の、画素データの最大値を、そ
の時点のデータとして決定するフィルタ処理である。ま
た、局所最大値フィルタは、図３（ｂ）に示すようにあ
る時点のデータを決定する際、ｎ×ｎ画素（ｎは３以
上、図３では９）領域中の最外周の画素データの最大値
を、その時点のデータとして決定するフィルタ処理であ
る。それぞれのフィルタサイズは、検出したい異物の大
きさよりもやや大きく設定する。経験上４〜８画素程度
大きくしておくと良い。

【００１５】これらのフィルタを孤立領域や食品エッジ
に作用させた場合の働きを、模式的に表した図４を用い
て説明する。図４（ａ）は孤立領域ａに最大値フィルタ
ｂを作用させた場合である。最大値フィルタｂは、孤立
領域ａの頂点で止まり、頂点の値を出力する。図４
（ｂ）は孤立領域ａに局所最大値フィルタｃを作用させ
た場合である。局所最大値フィルタｃは、孤立領域ａの
裾野まで落ち込み、裾野の値を出力する。したがって、
両者の出力の差分を求めれば孤立領域ａの高さ分の出力
が得られる。一方、図４（ｃ）は、エッジｄに局所最大
値フィルタｃを作用させた場合である。エッジｄでは、
最大値フィルタｂ、局所最大値フィルタｃともに下まで
落ち込むことが出来ないので、両者の出力の差分はゼロ
となり、出力は得られない。以上の説明からわかるよう
に、減算回路９の出力は、食品のエッジではほぼゼロに
近い値が出力され、異物に対しては、大きな値を出力す
るように帯域が制限された信号が得られる。この信号に
より食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。

【００１６】図９の画像に対する減算回路９の出力を図
５に示す。食品自身のスパイク状の高周波成分も残って
いるが、図中中央部に位置する５つの異物に対して大き
な出力が得られていることがわかる。図１０に、本発明
の孤立領域強調フィルタ回路をもちいて図９の画像を処
理した結果を示す。図中中央部にならぶ突出した５つの
ピークは異物信号である。平滑化フィルタ２にはメディ
アンフィルタを、演算回路４には乗算器を用いた。図１
１（ａ）、（ｂ）や図５で見られてた食品自身のスパイ
ク状の高周波成分が大幅に低減し、孤立領域である異物
のみが選択的に強調されていることがわかる。

【００１７】以上、実際の検出例を用いて説明したよう
に、本発明による孤立領域強調フィルタ回路は、選択性
が高く、画像中の欠陥や異物に対応する孤立領域のみを
強調するため、被測定物と欠陥、異物とをはっきり区別
することが可能である。この結果、従来のアンシャープ
マスキング法を用いた高域強調フィルタを用いた場合に
比べ、高感度な孤立領域強調が可能となる。なお平滑化
フィルタ２に移動平均フィルタや低域通過フィルタをも
ちいても同等の効果が得られる。また、演算回路４に加
算器や、最大値回路、ファジイ回路などの非線形回路を
用いても同等の効果が得られる。

【００１８】図６は本発明の第３の実施の形態の構成を
示すブロック図である。図６において１から５は第２の
実施の形態と同じであり、８は局所最大値フィルタ、９
は減算回路である。入力端子１から入力された信号は、
減算器３と平滑化フィルタ２と減算回路９と局所最大値
フィルタ８とに入力される。平滑化フィルタ２によって
処理された信号は、減算器３において入力信号との差分
を計算することにより、信号の高周波成分が強調され出
力される。一方、局所最大値フィルタ８によって処理さ
れた信号は、減算回路９に入力され、入力信号との差分
が計算される。減算回路９は、食品のエッジではほぼゼ
ロに近い信号を出力し、異物に対しては、大きな値を出
力するように帯域を制限した信号を出力する。この信号
により食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。本
実施の形態における食品エッジの抑制と、異物の強調の
制御の様子は、第２の実施の形態で説明した通りであ
る。以上の結果、本実施の形態の場合、食品自身のスパ
イク状の高周波成分が大幅に低減し、孤立領域である異
物のみを選択的に強調することが出来る。また、本実施
の形態では、前記第２の実施の形態に比べ、フィルタ個
数が１つ少ないので、前記第２の実施の形態に比べ高速
な処理が可能である。

【００１９】図７は本発明の第４の実施の形態の構成を
示すブロック図である。この例は、第１の実施の形態の
平滑化フィルタを、メディアンフィルタを用いて構成し
た例である。メディアンフィルタは、エッジ以外の高周
波成分、特にインパルス状のノイズに対して大きな除去
効果がある。したがって、減算器３の出力には、エッジ
の影響が低減され、インパルス状の信号が強調された結
果が出力される。この結果に、孤立領域に大きな重みを
出力する帯域通過フィルタ６からの出力を演算する事に
よって、孤立領域のみを選択的に強調することが出来
る。食品のエッジが急峻で、従来の孤立領域強調フィル
タ回路では、食品エッジの影響が大きかった場合に特に
効果が期待できる。

【００２０】図８は本発明の第５の実施の形態の構成を
示すブロック図である。この例は、第１の実施の形態の
平滑化フィルタを、移動平均フィルタを用いて構成した
例である。移動平均フィルタは、エッジや孤立領域であ
る高周波成分に対して大きな除去効果がある。したがっ
て、減算器３の出力には、エッジや孤立領域が強調され
た結果が出力される。この結果に孤立領域に大きな重み
を出力する帯域通過フィルタの出力を演算することによ
り孤立領域のみを選択的に強調することが出来る。しか
しエッジに対しても出力が得られるので、食品のエッジ
が滑らかで、エッジが尖った異物を検出したい場合は、
特に効果が期待できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の孤立領域抽出フィルタ回路は、
画像データに孤立領域を含む限定された信号を出力する
フィルタを施し、その出力を係数として、従来の孤立領
域強調フィルタ回路である高域強調フィルタに導入する
こととしたから、例えば異物検出機等のディジタル画像
のフィルタ処理において、被測定物自身の高周波領域で
は、重み係数を小さくし、被測定物中に存在する欠陥や
異物などの孤立領域では、重み係数を大きくすること
で、被測定物の影響を低減し、孤立領域のみを選択的に
強調することができる。その結果、例えば撮像された被
検査物中の欠陥や異物を強調し検出する回路において、
被測定物自身の高周波成分の影響を低減し、欠陥や異物
のみを選択的に強調する画像のディジタル信号処理が行
える孤立領域強調フィルタ回路が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図３】最大値フィルタと局所最大値フィルタを説明す
るための図であり、（ａ）は最大値フィルタを、（ｂ）
は局所最大値フィルタを説明するための図である。

【図４】エッジの抑制と、孤立領域（異物）の強調の様
子を説明するための図であり、（ａ）は孤立領域と最大
値フィルタの関係を、（ｂ）は孤立領域と局所最大値フ
ィルタの関係を、（ｃ）はエッジと局所最大値フィルタ
の関係を示す図である。

【図５】図９の画像に対する減算回路８の出力を示す図
である。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図７】本発明の第４の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図８】本発明の第５の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図９】異物が混入した食品のＸ線透過画像を示す図で
ある。

【図１０】図９の画像を本発明の孤立領域強調フィルタ
回路をもちいて処理した結果を示す図である。

【図１１】図９の画像を従来の孤立領域強調フィルタ回
路をもちいて処理した結果を示す図であり、（ａ）は平
滑化フィルタとして移動平均フィルタをもちいた場合、
（ｂ）は平滑化フィルタとしてメディアンフィルタをも
ちいた場合の図である。

【図１２】従来の孤立領域強調フィルタ回路を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１入力端子２平滑化フィルタ３減算器４演算回路５出力端子６帯域通過フィルタ７最大値フィルタ８局所最大値フィルタ９減算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データを受けて、該画像データの低
周波成分を通過させる平滑化フィルタ（２）と、前記画
像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して
出力する減算器（３）とを有する孤立領域強調フィルタ
回路において、前記画像データのうちの孤立領域を含む限定された周波
数成分を出力する帯域通過フィルタ（６）と、前記減算器の出力信号と前記帯域通過フィルタの出力信
号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算
回路（４）とを含むことを特徴とする孤立領域強調フィ
ルタ回路。
【請求項２】画像データを受けて、該画像データの低
周波成分を通過させる平滑化フィルタ（２）と、前記画
像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して
出力する減算器（３）とを有する孤立領域強調フィルタ
回路において、前記画像データを入力とする最大値フィルタ（７）と、前記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該局所
領域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力する
局所最大値フィルタ（８）と、前記最大値フィルタの出力信号から前記局所最大値フィ
ルタの出力信号を減算して、前記画像データの孤立領域
を含む限定された信号を出力する減算回路（９）と、前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号とを演
算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路
（４）とを含むことを特徴とする孤立領域強調フィルタ
回路。
【請求項３】画像データを受けて、該画像データの低
周波成分を通過させる平滑化フィルタ（２）と、前記画
像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して
出力する減算器（３）とを有する孤立領域強調フィルタ
回路において、前記画像データから任意の局所領域を抜
きだし、該局所領域内の最外周の画素データのうちの最
大値を出力する局所最大値フィルタ（８）と、前記画像データから前記局所最大値フィルタの出力信号
を減算して、前記画像データの孤立領域を含む限定され
た信号を出力する減算回路（９）と、前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号とを演
算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路
（４）とを含むことを特徴とする孤立領域強調フィルタ
回路。