JPS5851376A - 重畳積分計算方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発＠ｌ−１、重畳積分計算方式に関する。

重畳積分計算は、画壕などの２次元のパターン情味に対
する最も基本的な演算の一つであシ、その高速化が不可
欠である。従来、この種の演算を高速で実行する専用処
堆装置がいろいろ開発されてきた。しかし、十ｒらは、
あま夛にも特殊化されていて融通性に乏しかったシ、汎
用性があってもプログラミングが容易でなかったシ、ま
た、−書処理用の他の機器との整合性に欠は九シ、さら
に、装置が複雑であったシといった間鵬がめった。

本発明り、この点に罐て々さｔたもので、画書入力の丸
めの記憶機能、画像表示のための記憶機能、画像演算の
九めの記憶機能の５機能を兼ね備え九ｍ偉記憶装置と、
１次元の積和演算器を組合わせて成る重畳積分計算方式
を提供するものである。

以下、発明の詳細について述べる。まず、第一の構ａｇ
！素としての記憶装＆について述べる。

Ｆｘｆ個の画素から成る２つの画ｇＩＩをＩ、　、　Ｉ
。

とする。Ｉ、；Ｉ、を２次元行列とみ九とき、それらの
列番号、行番号をそｔぞれ、１４　、ｍｊ　：ｌｊ　。

Ｍｊ　（１≦ｉ≦ｆｆ、１≦ｊ≦ｑ）七おき、次の２つ
の置換を作る。

すると、前述の画像表示、ｌｌ１ｉ儂入方、ｉＩｉ像演
算演算ＫＩｊｂＩ１１となる配憶装置の読み出し書き込
み方法は（１）式で！ｌ！現することができる。九２え
ば、２倍のズーミング表示の場合は次のようになる。

■、を配憶装置に格納されたＩｌｉ像、Ｉ、を表示デバ
イス上に表示された画像とする。必要な置換社、で！！
現できる。ただし、簡単の大め、ｐ、ｒａ偶数とし丸。

転置の場合には、（１）式の列番号、行番号を交換して
次の形で表現できる。

簡単のため、ｐｘｑとし丸。その他の操作も同様に置換
形式で表現できる。

本発明では、この画像１憾装置として上述の置換操作を
実現するため、少くともアドレスに関して、望ましくは
書き込み読み出し制御、周辺１絡−ＪＩｌにも関して高
速の書き替え可能な制御１１１１１＋：憶部を導入する
こととし丸。一般に、画像を走査する丸めには５１１１
ｍの信号が必要である。

すなわち、１画面の開始を示すパルス信号Ｆφ、１走査
纏の開始を示すパルス信号Ｌφ、画素の位置を示すパル
スＭφである。本＊＊配憶装置もこの５つのパルスで駆
動される。縞１図にその一例の概略構成を示し、！！置
全全体は符号λ０を付す。

計数−／、Ｊはパルス信号を計数する。計数器／ＵＭφ
を計数し、Ｌφでリセットされる。計数器コはしを計数
し、Ｆφでリセットされる。

制御記憶Ｊ、４Ａは計数ａｌの計数値をアドレスとして
読み出され、制御ｉｌｌ配憶ｊ　、　Ａｉ！計数器コの
計数値をアドレスとして読み出される。第２図のように
画像のＸ座標、Ｘ座標を定義すれば、制御記憶Ｊからは
読み出しの丸めのＸ座標の制御情報が、制御記憶ｌから
は書き込みの丸めのＸ座標の制御情報が、制御記憶！か
ら線銃み田しの丸めのＸ座標の制御情報が、制御配憶４
からは書き込みのためのＸ座標の制御情味が、それぞれ
読み出される。

制御１配憶ｊ、ｊの読み出し情報は組み合わせて、記憶
ｓ／ｌの読み出し制御に用いられる。レジスタ？、１．
゛りＦｉ？：、れら制御情−を保持するもので、それぞ
ｊ、続み…しアドレスレジス１１読み出し時記憶部制御
レジスタ、田カバン７７制御レジスＩである。制御記憶
参、乙の絖み出し情報は、記憶＠／Ｉの書き込み制御に
用いられ、とわらは書き込みアドレスレジスタ１０１書
き込み時配憶萄制御しジスタ／／、入力パツファ制御し
ジスタ／コに保持される。

読み出し時記憶部制御レジスタｌと書き込み時記憶部制
飢レジスタｌｌの制御情報轄、組み合わせて記憶部制御
レジスタ１３に保持される。こｔらの情報線たとえば、
記憶ｓｌｌに対する読み出し／書き込みの指示、記憶部
制御情報自身の有効／無効の指示をとである。

読み出しアドレスと１１１８込みアドレスに、記憶部制
御レジスタ／Ｊからの読み出し／書き込みの指示によシ
、いずれか一方がアドレス選択部ｉで選択されてアドレ
スレジスタ／ｊに保持され、記憶部ｌｌに対するアドレ
スとなる。

配憶＠ｉｔはメモリ集積回路から成る。

＃Ｊ像記憶装置の読み出し１１！込みの速さは、扱う１
ｉｉｉ儂の品質を医定するので、速い程良い。

一方、大容量のメモリ集積回路の読み出し書き込みお速
さは必ずしも十分でない。そこで、記憶ｓ／ｌの出力部
と入力部にそれぞれ、出力バッファｔ４．入カパッファ
／７を置く。出力バッファｔｉｌｌ　１ルジスタタは出
力バッファｔ４の、入カバンファ制御しジスタｌコは入
力バツファ１７０制御情報ｔ−保持する。

第５図に最大５１２　Ｘ　５１２画票の画像に対する記
憶装置の制御記憶の語構成の例を示す。出力バッファ、
入力バッファのサイメＦｉ８ＩＩｉｉｉ素分とする。各
ビットの意味は次の通シである。

臘、　Ｒ／Ｗ、　：記憶装置の読み出し／書き込みの指
定。

ＲＸＯ，、’ＷＸＯ，、ＲＹＯ，、ＷＹＯｔ　：　’ｆ
：レソｒｔ　％ａｌｌｊされた語の有効、無効を示す。

ＲＸＯ，、ＲＹＯ，：記憶部からの出力画素を０で置き
換えるかどうかを示す。

ＷＸＯ，、ＷＹＯｏ：　Ｉｋ２ｔｌｉｆｔＢへＯ入力１
ｆｉｉ素ｔ　Ｏ’ｔ’置き換えるかどうかを示す。

ＲＸＡ、、　、　ＲＢＦ、〜。：読み出【７時のＸ座標
の指定つＲＢＦ、−４扛出カバソフアのアドレス、ＲＸ
Ａ、。

は記憶部のアドレスの下位６ビツトである。

ＲＹＡ、〜。：説み出し時のＹ座標っ記憶部のアドレス
の上位９ピツトに対応する。

ｗｘＡｌｌ〜。、　ＭＰ、、　：書き込み時のＸ座標の
指定。

ＷＢＦ、、　Ｆｉ人カパッファのアドレス、熟。

は記憶部のアドレスの下位６ピントである。

ＷＹＡｓ、、）：書き込み時のＹｉ標。記憶部のアドレ
スの上位９ビツトに対応する。

ＲＸＯ０ニアドレスＲＹＡ、〜。、敵〜９で指定さｎた
配憶針内の情報を田カパッファに書き込むことを化示す
るっ 荀の。ニアドレス給入〜。、　ＷＸＡ＠４で指定さｎた
記憶部に入力バッファの内容を書き込むことを指示する
。

τを脚の周期とする。出カバソファ、入力バッファの制
御に関しては、読み田し時を例にとｊば、記憶部の読み
出し時間を湯層して、あらがじめ１−ＬＹＡ、、とハル
間で記憶部アドレスを指定しておき、８τ紅過後に、読
み出した８画素分の情報を出力バッファに書き込み、次
にＲＢＦ、〜。にしたがって、周期τで１画素ずつ出力
する。省き込み時も同様てめる。また、に、ルｍＫよっ
て記憶部の読み出し／書き込み動作が８を毎に変便でき
るので、見掛は上、読み出しと畳き込みを同時に行なう
ことも可能である。九だし、この場合、続み出し／書き
込み速度は半分になる。

置換（１）式の各行中の各項が１つの語に対応する。語
中のアドレス指定部分が、列番号あるいは行番号を表わ
している。

置換（１）式の各行は制御語の列（−檀のマイクロプロ
グラム）へ凡戦的簡単に変換できる。本面１砿記憶装置
にミニコンピユータ、マイクロコンピュータを接続して
、語列の生成、制％記憶へのロードを行なうことＫＸＦ
）、置換（１）式の形で表現される動作はすべて実行で
きる。

なお、第１図の各制御記憶Ｊ、ｌＩ、ｊ、ぶの深さを十
分とっておけば、シフト操作は、語列のロードアドレス
を変えるととで可能になる。

また、転置操作は、制御４１紀憶３とダ、制御記憶！と
乙の内容をそれぞれ交換し、計数器ｌが−を計数してＦ
φでリセットされ、計数器コがＭ−を計数してＬφでリ
セットされるようにすればよい。

本面儂記憶装ｆｌ１１λθ自体の理解を［’に深める九
め、この装置を画像入力装置、画像表示装置、画像演′
ＪＩ＃装置と組み合わせた応用例をそれぞれ、第４図、
累５図、第６図に示す。

第４図において、画像記憶装置コＯの動作に必要な信号
獅、Ｌφ、Ｆ１＄はテレビカメラ制御ｋＩ＆６−／から
供給さする。テレビカメラコλの出力Ｗｋ像伯号はＡＤ
変換器λＪによってディジタル化さｎて本画像配憶装置
１１コＯに入力される。テレビカメラ−２−２の撮儂が
飛越走置によるものとし、入力画像のサイズを５１２　
Ｘ　４８０画票とする。撮ｇＩ−像を１１．１儂記憶装
置−〇に格納される画像を１．とすれば、（１）式に準
じて、 なる置換管材なうことによシ、飛越走査を順次走査に変
換して画像記憶装ｆＩＩＩ−Ｏに入力画像を格納できる
。（４）式の両置換の第１行は入力画像の１累系列を表
わしている。第２行は、先に述べたようにして画像記憶
装置ｔコＱの制御記憶によって実現できる。第１図の制
御４１紀憶ダに列置換のｗ４２行、制御記憶４に行置換
の第２行に相当する制御語列をロードしておけばよい。

第５図において、画像記憶装＠２０の動作に必要な信号
Ｍｌ＆、Ｌφ、Ｆφ祉テレビモニタ制御Ｓコ参から供給
される。画像記憶装置コ０からの出力１ｌｉｉ素はＤＡ
ｉＨＩＬ器２ｊＫよってアナ口、グ化され、テレビモニ
タコロに表示される。画倫記憶装筺コＯ内に格納されて
いる画像をＩ１％懺示画像を１１とすれば、画＊１イズ
を５１２　Ｘ　５１２として、なる置換を考えれによい
。この喪めには、納１図の制御記憶３に列置換のＭ１行
、制御記憶ｊに行置換の１８１行に相当する制御ｉＩｌ
紛列をロードする。

累６図示の応用例では、第１図示の画儂配憶装ｇｔ−〇
を二つ（コＯａ、コｏｈ　）用いていて動作に必要な信
号Ｍφ、Ｌφ、Ｆφ蝶、画像演算制御ｓλ７から供給さ
れる。第一の画像記憶装ｆｉ１１コＯａからの出力画素
に画像演算制御ｌが演算を維し、結果は給二の１Ｉｉｉ
像記憶装置コ０６に格納される。例として、第一の画像
記憶装＊λＯａ内の画像Ｉ、に足数値１を加えた結果の
画＊Ｉｖを第二の画像配憶装置コＯｂに格納するような
演算を考えれば、螢する置換は（５）式である。第一の
画像記憶装置、２Ｏ（、の制御記憶のうち、第１−のＪ
、ｊｃ）部分に（５）式の両置換の絽１行に対応する制
御１語列をロードし、′ｔた、第二の画像記憶装置−〇
６の制御記憶のうち、第１図の４４．４の部分Ｋ（５）
式の両置換の絽２行に対応する制御諸列をロードする。

なお、演算のｔＩｉ類によっては、画像記憶装置コＯａ
。

コｏ６はそｔぞれ、複数イーめって吃よい。また、一つ
の１ｉｉｉ儂記憶装＆λＯが、これ勢両画像装置コＯα
９．２０ｂの機能を兼ねてもよい。

第４図、第５図、絽６例に示した入力、表示、演：ｊＩ
ｆｊｋ能を統合した画儂処堆装置も構成可能で、菖７図
にそうした応用例管示す。ここでは、本画像記憶装置を
７台使用（夫々を２０−１−コＯ−ｈ・・・λＯ−！で
示す）している。

画像入力５ＪＯＦｉ、８４図におけるテレビカメラ−、
テレビカメラ制御部コへり変換器コＪｔ−費素として構
成されるものである。この−儂入力１ｌＩＪＱと各画曽
記憶装置−〇−１〜コθ一番は、島４図について説明し
九方法で結合しているから、画像入力＠ＪＯからとＶ等
画像記憶装置−〇、〜コ０−．へのＩｄｉｉｇ１１入力
ができる。

ｔｉｉ儂演算ｓＪｌは、＃４６図におけるＩｄｉ像演算
器、２ｔと画儂演算制＠　！１１．２７をＩ！！票とし
て構成さｎるものである。そして、第７図のｌ１ｉｉ像
記憶装置−〇−ｒ〜、２０−．の各々は、第６１の出力
匈画−記憶装置コＯαと入力側画儂記憶装置コ０６に対
応している。第７図の画像演算制御３１と各画像記憶装
置Ｆｉ第６図について説明した方法で結合しているから
、実行したい演′Ｊ！に応じて各画像記憶装置を出力ｌ
ｌ＃＃像記憶装置１あるいは入力＠ＩＩＪ１ｊｌ記憶装
置として用いることにより、演算が可能となる。

画像表示Ｂ３コは、麺５図におけるＤＡ変換器コｊ１テ
レビモニタ制帽１弘、テレビモニタコロを費票として構
成される鴨のである。ｋ７図の画儂演真！１１７／、画
像表示１ｉ１ｊコ、画曽記憶装置λ０−１〜コＯ−マの
動作に必要な信号Ｍφ、Ｌφ、）φに共通である。画僧
表示＠Ｊコは１ｊ１７像演算部Ｊ１０出力信号を各−像
記憶装置に入力するデータライン上に接続されているか
ら、１Ｉｉｉ像演算Ｉ８３／による演算結果を表示する
。入力画素をそのまま出力画素とする操作も１つの演算
と見れば、各画像記憶装置の内容を表示することになる
。

次に本発明にて必要なもう一つのｍｇ子としての積和演
Ｘ器について述べる。

（２Ｎ＋　１　）Ｘ　（２Ｎ＋１　’）の重畳積分演算
は、係数行列をα（ｓ　、　／）、１ｌｆＩ索データを
ｐ　（＆　ｒ　ｔ＞で表わすと、 とおく。本積和演算器は、（９）式を演算するものであ
る。その（９）式に至る計算過程の概略図を５×５の重
畳積分を例にとって、縞８図に示す。

係数レジスタ３Ｊ入、ＪＪＢ、ＪＪＯＦｉ係数行列の１
行目の５ＸＪａ（１、ｊ）　、Ｇ　（２，／）　、ａ　
（Ｌｊ）をそれぞれ保持する。画素レジスタｊ＄Ａ、Ｊ
４’Ｂ、７４ＩＯは全体が１つのシフトレジスタになっ
ている。演算器を動かすパルス信号をＣφとし、その崗
期をｔとする。原画票はまず、画素レジスタＪ＄Ｑにス
トアされ、τ毎に１票しジスタＪＩＩＢ、Ｊ＋Ａとシフ
トして行く。係数レジスタＪＪＡ、ＪＪＢ、３７０と面
木しジスＩ　１４４に、ｊぐＢ　、３４ＩＯのデータは
それぞれ乗算１１３１に、ＪＯＢ、３１０で積をとられ
、５つの積の和を加算器Ｊ４で計算する。この結果Ｆｉ
第（７）式を計算し九ことになる。中間結果画素８？’
（４，ｊ）轢周期ｔで次々に中間結果レジスタＪ７にス
トアされる。このレジスタの内容と加７１勧Ｊぶの出力
結果が加算器３１で加算さｎ１新しい中間結果＃ｉｌｌ
！とする。これｔ！　Ｍ　（９）式を計算したことにな
る。

本重畳積分計算方式は、以上述べ九記憶装置コＯと積和
演算器（全体を謝８図にてｐｏとした）を第９図のよう
に結合して、上述の計算を実行するものである。

第９図は原理的実随例で、夫々第１図の画像記憶装置λ
Ｏと同等な一対の画像記憶装置−ｏ１゜、２ＱＢを用い
、と１等に必要なパルス傷号脚は、積和演１ｊＬ　＠’
ｌＯＫ　６ｂ要なパルス信号０φの２倍の周波数を持つ
ものであシ、５つの装置が同期して動く。第一の画像記
憶装９２０には原１Ｉｉｉ儂を積和演算器４１９へ供給
する。鯖二の画像記憶装置コＯＢは、中間結果画像側供
給するとともに、積和演算器４ｔＯの出力であるｌ＃中
間結ＪＩＮ、−書を格納する。

ここで、毘−画儂配憶装ｇＩＬ、２ＯＡに格納されてい
る画像から、積和演算器の入力画像への列置換なξ、行
置換を号、（１≦ｊ≦３）とすゐ。謝二画儂記憶装ｇ１
コ０ＢＶＣ格納されている中間結！Ｉ１．１Ｉｉｌｉ像
から、再びこの＋ｌ１ｉｉ儂配憶装置コＯＢに格納され
る新中関結果画像への列置換をτ、行置換をσとする。

丸だし、画像サイズは５１２Ｘ５１２とし、１行目がス
トアされているものとする。！良、記号＊は％に値を指
定しｎｈ仁とを意味する。

５×５の重畳積分計算社次のようにして実行される。

（１）　　銀二の画像虻憶装置−ｏＢｏ画像情報をすべ
て０にする。

ω）　係数行列の１行目を先に１１ｉ！明した係数レジ
スタＪＪＫセットし、置換ζ＋Ｗ１＋τ、σをセットす
る。１フレームの開演算を行なう。

（１）　　係数行列の２行目を係数レジスタにセットし
、置換ξ＋’７１ｅτ、４Ｆをセットする。

１フレームの関演算を行なう。

（ｊＶ）　　係数行列の５行目を係数レジスタにセット
し、［換ξ、ワ３．τ、ｇをセットする。

１フレームの開演ＪＩＥを行なう。

最終結果が、画像記憶装置−ＯＢに得られる。

中のｔｆｄ次のように分割される。

さらに、積和演４１９の計算の遅延時間々どけ、画一記
憶装置の制御記憶への制御請判のロードアドレスを適＃
ＭｉＫ鉤整するととによって補償できる。

先に挙けた第７図の応用例も、本発明の重畳積分計算方
式ＫＩＡ展させることがで自る。その関連部分の概略図
を第１０図に示す。

画像記憶装置−〇Ａ、コＤＢ、−〇Ｑ、２０ＤＦｉ弗７
図の画一記憶装置コ０−．　、２０−、　、コ’−１ｅ
コｏ−、にそれぞれ対応している。正規化回路ダへ積和
演昇器亭０を、第７図のｍ儂演真部Ｊ／の一具体例と考
えれば良い。本実施例では、５１２Ｘ５１２１１ｉｉ素
、１画素８ビツトの画像に対して、最大１５Ｘ１５の係
数行列について重畳積分を計算することを想定し友。

このため、最終結果画像としては２４ビツト必費である
ので、第９図示の第二装置コｏＨに対応する中間結果格
納−用ｔｔｔｉ＊記憶＃ｆｉｌとして、３台−ＯＢ、コ
０Ｏ１−〇Ｄ　ｔ　ｉ１列に結合して使用している。

さらに、２４ビツトの固定小数点データに対する正規化
操作を行なう正規北回＠ｌｉｔを付加しである。正規化
計算はα塵式、（６）式の置換τ、＃、あるいはτに、
σを用いて実行される。

以上詳細に説明したように、この発明は、制御ｌｓ分に
書き替え可能な高速制御記憶を具備し、画像の列置換、
行置換操作が可能なｌｊｉｇＩ記憶装置と、高速積和演
：Ｊ！器とを組合わせて、画像などの２次元パターンの
重畳積分を計算するものである。従って、画像の入力・
表示と共通の画像記憶装置を用いている丸め、入力装置
・表示装置との整合性がよく、入力画像を直ちに処理し
たシ、計算過程を表示したシすることができる：また、
−偉材列同士の置換操作を考えればよいので、融通性に
富み、ツログラミングも比較的容易である；用いる積和
演算器扛１次元の積和演算を行なうだけで済むので２次
元の積和演算器に比べて簡単である：さらに、演算器の
計算速匿、遅延時間、画像のサイズなどの差異は、すべ
て、置換とそｔに対応した制ｍ語列のロード方法で吸収
できる：など、不発ｌ１Ｉ１１Ｆｉ重畳積分を高速で実
行する有力な方式を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いるに適した画像記憶装置の一例
の概略構成図、第２図は、画一上の座標系を示した説明
図、第５１は、制御配憶の語構成例を示した説明図、鮭
４図は、−儂入力装置の一例の概略構成図、菖５図は、
画像表示装置の一例の概略構成図、１Ｎ４６図は、画倫
演算装置の一例の概略構成図、第７図は、画像処理装置
への応用例の概略構成図、＃！８図は本発明に用いる積
和演算器の概略構成図、［９図は重畳積分計算装置の一
実施例の概略構成図、馬１０図は第二の実施例の概略構
成図、である。 図中、Ｊ、参、ｊ、４Ｆｉ制御記憶部、／Ｉは−健配憶
部、コｏＦｉ全体としての画像記憶装置、＃０は積）口
演算器、である。 第２図 第３霞 第４Ｆｑ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数行複数列のＩｉｉ索配億部から成る画像配憶−を持
   ち、アドレス推定情報によシ指定され九アドレスに対応
   する上記各１＃素記憶部に対し、選択的に画素の書き込
   み、読み出しを行う画像記憶装置であって、上記アドレ
   ス指定情報を書き替え可能危制御配憶部に配憶させ、画
   像の走査信号に同期して読み出すことによシ画像のりｔ
   ｉｔ換、行置換ｔＩＩ］能とし丸画像配憶装飯を少くと
   も一対用い、第一の該画像記憶装置からの原画像及び側
   二の該Ｉｌｉ像記憶装置からの中関結朱画偉を積和演ｇ
   ＊にて積和演算させ、そのＷｉ朱を新中関結果画書とし
   て上記亀二の画像記憶装置に格納することｔ−％黴とす
   る重畳積分計算方式。