JPS5990175A - 二値化回路 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は画像を入力して目的とする画像を背景などから
分離する二値化回路に関する。

〔背景技術とその問題点〕

パターン認識技術の発達により、各種の画像をコンピュ
ータに入力し、その画像の特徴を抽出することや認識お
よび判断することが可能となってきた。このコンピュー
タ利用によるバクーン’ｄ識を行う場合、原画像を二次
元的な絵素の配列（１分解し、さらに各絵素な光の吸光
度あるいは光の透過度などにより、適当な量子化レベル
（二分解した後、各種の画像処理を行うことが一般的で
ある。

更に画像処理の際に、原画像の中に目的とする画像が存
在するか否かを検出する処理が必要な場合が多い。目的
とする画像は一般的に吸光歴あるいは光の透過度が周囲
のそれらよりも「高い」かあるいは「低い」ものであり
、例えば文字認識（二おい℃は背景中の文字であり、細
胞認識においては細胞である。

ここで、背景から目的とする画像を抽出する方法は、原
画像の映像信号を適切な閾値レベルと比較し、映像信号
がその閾値を越えたかどうかで判別する方法が一般的で
あり、この処理を「二値化」とも言う。この「二値化」
を行った原画像は０”又は°゛１″の配列に変換され、
それを基に目的とされる画像の有無を特定の論理（二よ
り検出する処理や、Ｉｔ　Ｉ　Ｉ＋となった絵素の数を
数えることにより目的とする画像の大きさを抽出する処
理などを行うことができる。このように「二値化」処理
は画像処理にとって極めて重要なプロセスの１つである
。

第１図に、時系列的なアナログの映像信号を３種の閾値
レベルＶＴＨＬ　＋　■ＴＨ２＋　ＶＴＨ３により「二
値化」処理を行った例を示す。第１図においてＡは縦軸
に映像信号の値を、横軸に時間を表わした映像信号のグ
ラフである。Ｂは閾値を■。旧とした時のグラフＡに示
された映像信号を「二値化」処理したグラフであり、同
様にＣは閾値をＶＴＨ２とした時の、Ｄは閾値をＶＴＨ
３とした時のグラフＡに示された映像信号を「二値化」
処理したグラフである。

第１図を見てもわかるように、閾値の大小により、「二
値化」された際の１″の部分の大きさが変化することに
なり、この為目的画像の特定論理条件による１の有無の
判別の際、あるいは目的画像の大きさの計測などの際、
誤判断を起すことになる。

従って「二値化」処理の際、閾値レベルの設定は正しく
行なわれなければならない。

ところが、通常、画像入力の際には、光源の光量変化や
、光学・結像系のフォー力、＜％合具合による明度の変
動、光電変換素子の光電変換素子の変化、映像信号増幅
系の利得・オフセット等の敦動など、種々の原因Ｃ二よ
り、映像信号レベルは常に変化することになり、正確な
閾値はそれに従って常に変化することになる。従来は目
的とスル画像の閾イｌ自は、それ以前の画面において、
画像テークから類推して決定する方法が採用されていた
が、上述の如く、正確′ＩＬｌｌｌｌｉｌ値は常Ｃ二変
化するものであり、前の画面と次の画面との間で映像信
号レベルが変化した場合、正しい闇値を得ることは田畑
であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、画像を入力
して、目的とする画像を背景などから分離する際、画像
の種類にかかわらず適切な閾値を設定して、映像信号を
正しく二値化する二値化回路を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成する為に、一定範囲の量子化映
像信号を一定時間サンプリングし、映像信号の度数分布
を求める為ヒストグラムを作成し、その度数分布の状態
により、一定範囲の量子化映像信号の闇値を決定し、一
定範囲毎（二決定された閾値Ｃ二より量子化映像信号な
二値化することを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第２図において、閃光光源１と光学・結像系３との間に
目的とする被写体２が置かれる。光源１゜被写体２およ
び光学結像系乙の延長線に、被写体２の光筑像を蓄積し
、その蓄積像を走査することこより光学像を電気信号で
ある映像信号に変換する光電変換素子４が設けられる。

光電変換素子４の電気信号出力は、映像信号を適切な信
号レベルまで増幅する映像増幅回路５を二人力される。

映像増幅回路５で増幅された出力は入力信号を適切なタ
イミングでサンプリングし量子化するＡ−Ｄ変換器乙に
入力される。Ａ−Ｄ変換器６からの出力はゲート回路７
を介して、量子化映像信号の各レベルにおける出現頻度
を計数するヒストグラム計算回路８に入力される。ヒス
トグラム計算回路８の計算結果はヒストグラムの状態（
二より閾値を決定する開鎖決定回路９に入力される。開
鎖決定回路９からの閾値信号とＡ−Ｄ変換器６からの量
子化された映像信号とが比較回路１０ζ二人力され、闇
値と量子化映像信号とを遂時比較し、その大小を判別し
、”０”または１″の二値化された映像信号が、比較回
路１０から出力される。タイミング制御回路１１でもっ
て、光源１の点灯制御、光電変換素子４の走査制御、Ａ
−Ｉ）５＆換器６のサンプリング制御、量子化映像信号
が過通するゲート回路７の制御および閾値決定回路９の
ヒストグラム計算の期間の制御と閾値決定の演算開始制
御等が行なわれる。

次に上述の如く構成された本発明に係る二値化回路の作
用について説明する。

タイミング制御回路１１の指令により光源１が発光し、
被写体２を照明し、その光学像が光学・結像糸６を介し
て光電変換素子４の受光面に結像する。光電変換素子４
は蓄積形である為、受光面（二結像した光学像は電荷の
量あるいは電気導電率の変化に応じた電気的な像となり
、走査することζ二よって読出されるまで、その電荷像
を保持することになる。次にタイミング制御回路１１か
らの走査信号により、光電変換素子４は２次元の画像の
場合は１次元方向の走査を少しづつ位置をづらしながら
前記電荷像を順次読み出し映像信号を得る。光電変換素
子４の映像信号は映像増幅回路５１人力され、そこで次
段の処理に必要なレベルまで増幅される。この増幅され
た映像信号はＡ−Ｄ変換器６に入力され、そこで、タイ
ミング制御回路１１からのサンプリング信号を受け、前
記映像信号を１１１１次量子化し、離散的な映像情報に
変換される。更に第１の画面の走査の開始と共にタイミ
ング制御回路１１はゲート回路７を開き、ｈｉｉ記量子
化映像信号をヒストグラム計算回路８に送り込む。ヒス
トグラム計算回路８においては、各絵素の量子化濃度レ
ベル毎（二出現度数を引数し、走査に従ってリアルタイ
ムで濃度ヒフトゲラムを作成していく。タイミング制御
回路１１はヒストグラム計算時間を経るとゲート回路７
を閉じ、濃度ヒストグラムの作成を停止させる。この時
点では第４図の模式図において、１画面の上部斜線部の
領域Ｚの映像信号の濃度ヒストグラムが作成されており
、そのグラフは被写体２にも依るが一般的には第５図に
示されているような曲線を示す。なお、第４図において
Ｈ３は水平走査方向、Ｖｓは垂直走査方向、Ｔ１は光源
点灯時点、Ｔ２は閾値決定時点、ＨＲはヒストグラム計
算領域、ＤＣは二値化領域を表わす。第５図において横
軸は濃度レベルを表わし、縦軸はその各濃度レベルの出
現度数を表わす。第５図において出現度数の１つのピー
クを与える濃度レベルＰ１は映像信号の大部分を占める
背景濃度であり、他のピークＰ２．Ｐ３などは目的とす
る画像の濃度を示すものの１つである。もちろん目的と
する画像が１画面中に存在しなければ濃度ヒストグラム
にＰ２．Ｐ３等のピークは出現しない。

ヒストグラム計算回路８において、濃度ヒストグラムの
作成が終了すると、タイミング制御回路１１は閾値決定
回路９Ｃ二前記濃度ヒストグラムを基に、閾値検出の実
行開始を指示する。閾値決定回路９は、例えば濃度ヒス
トグラムにおいて背景濃度と目的とする画像濃度との間
の谷■１を閾値として決定するような閾値決定アルゴリ
ズムに従い、第４図においてＴ２の時点で閾値を決定し
、その値を当該画面（第４図においてＤＣ＞の走査が終
了するまで保持する。比較回路１０は閾値決定回路９に
よって得られた閾値と画面の走査響二従って順次発生す
る量子化映像信号との大小を比較し、量子化映像信号が
閾値より大きい場合はＩＴ　ｉ　ＩＩなる信号を出力し
、量子化映像信号が閾値より小さい場合はＩｔ　Ｄ　Ｉ
Ｉなる信号を出力する。

上述の如く第１画面の”二値化″を終了し、同様に第２
の画面に移行し、その画面の走査に先だって光源を点灯
し、ヒストグラムをクリアし、画面走査の始めの領域で
、映像信号を基Ｃ二し、第１画面の閾値とは別個に第２
画面における閾値を決定し、この閾値で第２画面の″二
値化″を行い、以後、第１両面におけると同様な処理を
繰り返す。

上述の二値化回路の動作タイミングを第６図において説
明する。光源１の点用でバルクＸで被写体２の第１画面
を照射し、第１画面の光学体を蓄積する。光電変換素子
４で全走査範囲チャートのＸで第１画面の走査を行う。

次にヒストグラム計算回路８のヒストグラム計算チャ・
−トのＸで第１値を決定する。比較回路１０の二値化チ
ャートのＸで第１画面の二値化を行う。

〔変形例〕

上述の実施例において光源を閃光光源で構成したが、１
画面の走査を完了する間光量変動が無視できる程小さい
場合、白熱ランプの如く、連続発光の光源で構成しても
よい。

また、上述の実施例において、被写体の透過光を画像信
号に変換していたが、被写体の反射光でも全く同様な効
果が期待できる。

また、上述の実施例において、光電変換素子として二次
元のもので構成していたが、−次元の光電変換素子にお
いても同様に、走査を開始した部分の映像信号を用いる
ことにより実施例と同様な効果を得ることができる。

また上述の実施例において、ヒストダラム割算回路８、
閾値決定回路９、比較回路１０、ゲート回路７などはハ
ードウェアで構成し℃いたが、同様な機能を有するコン
ピュータのソフトウェアで実現することができる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明によれば、画面の゛二値化″を行
う際、必袈な閾値をある一定の範囲内毎の画像データを
基に決定・更新する為、一定範囲内の画面において、常
に適切な閾値が得られる。

その為光源の光量変動、光学・結像系に起因する明るさ
の変化または、映像増幅系の利得・オフセット変動など
（二よって映像信号レベルが変動しても、変動した映像
信号レベル（１応じた閾値（二より二値化を行う為常に
正しい二値化信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアナログ映像信号を種々の閾値レベルにより二
値化した二値化（Ｍ号の変化例を表わ′すグラフ、第２
図は本発明（二係る二値化回路の構成図、第３図は本発
明に係る二値化回路の動作タイミングチャート、第４図
は本発明に係る二値化回路により一両面を処理する際の
各処理領域の模式図、第５図は本発明（二より適切な國
佃を決定する際のＳ度ヒストグラムの一例を示すグラフ
である。 １・・・光源、　２・・・被写体、　３・・・光学結像
系、４・・・光電変換素子、　５・・・映像増幅回路、
　６・・・Ａ−Ｄ変換器、　７・・・ゲート回路、　８
・・・ヒストグラム！ｉ−１算回路、　９・・・閾値決
定回路、　　１０・・・比較回路、　　１１・・・タイ
ミング制御回路、。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑（ばか１名）３製フ
ｉし　ヘ・°ハ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１１光源と、該光源の照射Ｃ二より被写体の光源像を
   蓄積しその蓄積像を走査することにより光学像を映像信
   号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子の映像信
   号を増幅する映像増幅回路と、該映像増幅回路の映像信
   号を量子化するＡ−Ｄ変換器と、該Ａ−Ｄ変換器からの
   量子化映像信号の各レベルにおける出現頻度を計数する
   ヒストグラム計算回路と、該ヒストグラム計算回路によ
   り引数された各レベルの度数分布の状態（二より量子化
   映像信号の閾値を決定する閾値決定回路と、該閾値決定
   回路により決定された閾値と前記Ａ−Ｄ変換器からの量
   子化映像信号とを比較し前記量子化信号を二値化する比
   較回路とから構成され４二値化回路。