DE10020067B4 - Method for determining the edge position in color images, in particular for color and intensity transitions - Google Patents

Method for determining the edge position in color images, in particular for color and intensity transitions Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Position von fallenden und steigenden Kanten in Farbbildern, insbesondere bei der Erkennung von Farb- und Intensitätsübergängen in einem Farbraum F, bei dem
– zur Bestimmung der Kante K jeder Farbwert Fi = (X i / 1, X i / 2, X i / 3)T ∍ F in eine Vektordarstellung

Figure 00000002
ausgehend von einem ausgezeichneten Punkt O = (O1, O2, O3) des Farbraumes F überführt und
– entlang einer vorgegebenen Antastrichtung mittels eines auf der Vektordarstellung
Figure 00000003
basierenden Verfahrens der Übergang von einer Farbe FL links der Kante K auf eine Farbe FR rechts der Kante K bestimmt wird, wobei
– zur Bestimmung des Kantenorts sowie der Information, ob es sich bezüglich der Antastrichtung um eine steigende oder fallende Kante handelt, (i) der Betrag des Kreuzprodukts
Figure 00000004
als Maß für den vektoriellen Abstand zweier Farben Fi und Fi+1 entlang eines Suchstrahls im Farbraum F, sowie (ii) die Richtung des Kreuzproduktes
Figure 00000005
ermittelt wird.Method for determining the position of falling and rising edges in color images, in particular in the detection of color and intensity transitions in a color space F, in which
To determine the edge K, each color value F i = (X i / 1, X i / 2, X i / 3) T ∍ F into a vector representation
Figure 00000002
converted from an excellent point O = (O 1 , O 2 , O 3 ) of the color space F and
- Along a given Antastrichtung by means of a on the vector representation
Figure 00000003
based method, the transition from a color F L left of the edge K to a color F R right of the edge K is determined, where
- for determining the edge location and the information as to whether the scanning direction is a rising or falling edge, (i) the amount of the cross product
Figure 00000004
as a measure of the vectorial distance of two colors F i and F i + 1 along a search beam in the color space F, and (ii) the direction of the cross product
Figure 00000005
is determined.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kantenposition in Farbbildern, insbesondere bei der Erkennung von Farb- und Intensitätsübergängen im Farbraum F.The The invention relates to a method for determining the edge position in color images, in particular in the detection of color and intensity transitions in the Color space F.

Im Stand der Technik sind Verfahren zur Kantenortsbestimmung bekannt, die darauf beruhen, daß ein eindimensionaler Grauwertverlauf (g) entlang einer Antastgeraden (x) analysiert wird. Typische Grauwertverläufe g(x) sind dabei Dunkel-Hell-Übergänge, Hell-Dunkel-Übergänge, Helle Striche und Dunkle Striche. Die Kantenfindung beruht auf der Analyse dieser Grauwertverläufe und der Gewinnung einer Positionsinformation die Pixel- oder subpixelgenau die Lage der tatsächlichen Kante beschreibt. Die Übertragung auf zwei- und dreidimensionale Bildstrukturen erfolgt mit einer beliebigen Anzahl von Antastgeraden in der Ebene g(x, y) oder im Raum g(x, y, z).in the Prior art methods for edge location determination are known, based on that one one-dimensional gray value curve (g) along a probing straight line (x) is analyzed. Typical gray scale gradients g (x) are dark-light transitions, light-dark transitions, light lines and dark strokes. The edge finding is based on the analysis of these Gray value profiles and obtaining position information that is pixel or subpixel accurate the location of the actual Edge describes. The transfer on two- and three-dimensional image structures is done with a any number of probing lines in the plane g (x, y) or in space g (x, y, z).

Diese Kantenfindung setzt also voraus, daß nur ein Funktionswert, der Grauwert g sich innerhalb des Bildes ändern kann, oder mit anderen Worten die Kantenfindung ist nur auf Graubilder anwendbar. Farbbilder erfüllen diese Voraussetzung nicht, da sich bei ihnen in Abhängigkeit vom Ort, drei Funktionswerten wie z.B. die Primärfarbwerte Rot R(x, y), Grün G(x, y) und Blau B (x, y) ändern können.These Edge finding thus presupposes that only one function value, the Gray value g can change within the image, or with others Words the edge finding is only applicable to gray images. color images fulfill this condition does not exist, since with them in dependence from the location, three functional values, such as the primary color values red R (x, y), green G (x, y) and change blue B (x, y) can.

Um dennoch in Farbbildern Kantenorte finden zu können, bedienen sich bisherige Verfahren der Transformation des Farbbildes in ein Graubild. Typisch ist dabei die Bestimmung des Grauwertes entsprechend der Grundgleichung der Farbfernsehtechnik Y = 0,3 R + 0,5 G + 0,1 B. Weiterhin ist auch eine Anwendung der bekannten Algorithmen auf die einzelnen Farbauszüge R, G, B möglich.Around nevertheless to be able to find edge locations in color pictures, previous ones use themselves Method of transforming the color image into a gray image. Typical is the determination of the gray value according to the basic equation the color television technology Y = 0.3 R + 0.5 G + 0.1 B. Furthermore also an application of the known algorithms to the individual color separations R, G, B possible.

Bei diesen Verfahren können sowohl in dem aus einem Farbbild R(x, y), G(x, y), B(x, y) durch die o.a. Transformation erzeugten Graubild Y(x, y) als auch in jedem einzelnen Farbauszug Kantenorte bestimmt werden. Der Mangel dieser Verfahren besteht jedoch darin, daß die im Graubild oder in einzelnen Farbauszügen gefundenen Kantenorte untereinander im allgemeinen nicht übereinstimmen. Die tatsächliche Kante ist somit nicht exakt bestimmbar.at this method can in both of a color image R (x, y), G (x, y), B (x, y) the o.a. Transformation generated gray image Y (x, y) as well as in each single color separation edge locations are determined. The lack of this However, the method consists in that found in the gray image or in individual color separations Edge locations generally do not match one another. The actual Edge is therefore not exactly determinable.

In einem Artikel von R. D. Dony und S. Wesolkowski, „Edge detection an color images using RGB vector angles", IEEE Canadian Conference an Electrical and Computer Engineering; Vol. 2, Seite 687-692, erschienen 1999, ist ein Verfahren beschrieben, mit dem im RGB-Farbraum Kantenpositionen über die Bestimmung des euklidischen Abstands der Farbvektoren benachbarter Pixel und der Auffindung der Differenzmaxima gefunden werden können. Hier läßt sich jedoch keine Aussage über die Art der Kante treffen, d.h. in welcher Richtung die Kante fällt bzw. steigt.In an article by R. D. Dony and S. Wesolkowski, "Edge detection color images using RGB vector angles ", IEEE Canadian Conference on Electrical and computer engineering; Vol. 2, page 687-692, published in 1999, is a method described in the RGB color space edge positions on the Determination of the Euclidean distance of the color vectors of neighboring ones Pixels and finding the difference maxima can be found. Here can be however no statement about meet the type of edge, i. in which direction the edge falls or increases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die im Gesamtbild oder in einzelnen Farbauszügen gefunden Kantenorte möglichst gut übereinstimmen und bei dem die Art der Kante, d.h. ob es sich in bezug auf eine Antastrichtung um eine steigende oder fallende Kante handelt, bestimmt wird.Of the Invention is based on the object, a method of the initially specify the type mentioned in which found in the overall picture or in individual color separations Edge locations as possible agree well and where the type of edge, i. whether it is in relation to a Antastricht is a rising or falling edge is determined.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1.According to the invention succeeds the solution the task by the characterizing features of claim 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch angegeben.A advantageous embodiment is specified in the dependent claim.

Das Verfahren beruht auf der Anwendung und Untersuchung des Verfahrens an realen Bilddaten, bei denen der Abstand zweiter Farben an der Kante am größten ist.The Method is based on the application and investigation of the method at real image data where the distance of second colors at the edge is greatest.

Das Kreuzprodukt

Figure 00020001
welches der aufgespannten Parallelogrammfläche aus den Vektoren
Figure 00020002
entspricht, ist dabei ein Maß für den vektoriellen Abstand zweier Farben.The cross product
Figure 00020001
which of the spanned parallelogram surface from the vectors
Figure 00020002
corresponds, is a measure of the vectorial distance between two colors.

Dabei wird durch die erfindungsgemäße Operation die Kantenfunktion im Farbbild direkt erzeugt. Entlang einer vorgegebenen Antastgeraden wird zwischen jedem Punkt Pn (Rn, Gn, Bn) und seinem Nachfolger Pn+1 (Rn+1, Gn+1, Bn+1) das skalare Produkt der beiden zugehörigen Ortsvektoren im RGB-Farbraum bestimmt. Dadurch entsteht entlang der Antastgeraden ein eindimensionaler Funktionsverlauf. Auf diesen eindimensionalen Funktionsverlauf können alle bekannten Verfahren der Pixel- oder subpixelgenauen Bestimmung des Kantenortes aus einem gegebenen Grauwertverlauf angewandt werden. Entlang eines Suchstrahles wird erfindungsgemäß auch im Farbbild nur ein einziger Kantenort detektiert. Dieser stimmt mit der tatsächlichen Körperkante überein.In this case, the edge function is generated directly in the color image by the operation of the invention. Along a predetermined Antastgeraden n between each point P (R n, G n, B n) and its successor, P n + 1 (R n + 1, G n + 1, B n + 1) the scalar product of the two associated position vectors determined in the RGB color space. This creates a one-dimensional function course along the directions. All known methods of pixel or subpixel-accurate determination of the edge location from a given gray value curve can be applied to this one-dimensional function profile. Along a search beam, according to the invention, only a single edge location is detected in the color image. This agrees with the actual body edge.

Zusätzlich wird das vektorielle Produkt zur Kantenfindung herangezogen. Dabei wird erfindungsgemäß entlang einer vorgegebenen Antastgeraden in jedem Punkt Pn (Rn, Gn, Bn) und seinem Nachfolger Pn+1 (Rn+1, Gn+1, Bn+1) das vektorielle Produkt der beiden zugehören Ortsvektoren im Farbraum bestimmt. Neben der Information über den tatsächlichen Kantenort steht bei der vektoriellen Berechnung durch die sich ergebende Richtung des resultierenden Vektors im Raum zusätzlich eine Information darüber zur Verfügung, ob es sich bezüglich der vorgegebenen Antastrichtung um eine steigende oder um eine fallende Kante handelt.In addition, the vectorial product is used for edge detection. According to the invention, along a given probing straight line P n (R n , G n , B n ) and its successor P n + 1 (R n + 1 , G n + 1 , B n + 1 ) are the vectorial product of the two belonging to location vectors in the color space determined. In addition to the information about the tat In the case of the vectorial calculation, due to the resulting direction of the resulting vector in the space, additional information is available on whether or not there is a rising or falling edge with respect to the given scanning direction.

Die Erfindung wird nachtstehend an einem Beispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The The invention will be explained below by way of example. In the accompanying drawing demonstrate:

1 Verlust eines Kantenüberganges durch Transformation, 1 Loss of an edge transition through transformation,

2 Abbildung des RGB-Farbraumes auf Intensitäten, 2 Mapping the RGB color space to intensities,

3 Kantenübergang der einzelnen Farbauszüge RGB, 3 Edge transition of the individual color separations RGB,

4 Kantenort der einzelnen Farbauszüge und vektorieller Kantenort, 4 Edge location of the individual color separations and vector edge location,

5 Betrag der Vektordifferenz, 5 Amount of vector difference,

6 Betrag des Kreuzproduktes 6 Amount of the cross product

Für die Bestimmung eines Kantenortes werden bekannterweise Anstiegs-, Schwellwert- oder Korrelationsverfahren eingesetzt. Die bislang bekannten Verfahren arbeiten hierbei auf einem Intensitätsbild. Um die bekannten Verfahren in gleicher Form bei Farbbildern anwenden zu können, ist eine Transformation des Farbbildes erforderlich.For the determination edge location are known to increase, threshold or correlation method used. The previously known methods work on an intensity image. To the known methods Being able to apply in the same way to color images is a transformation of the color image required.

Die Farbinformation geht durch die Transformation Farbbild-Graubild verloren. Es entsteht eine mehrdeutige Abbildung, bei der unterschiedliche Farbwerte auf den gleichen Intensitätswert abgebildet werden. Für die bisher bekannten Antastverfahren gibt es in diesem Fall keine Möglichkeit zur Bestimmung es Kantenortes.The Color information goes through the transformation Color image gray image lost. The result is an ambiguous picture, with different color values to the same intensity value be imaged. For the previously known probing method, there are no in this case possibility for determining the edge location.

Im folgenden wird ein generierter Farbübergang getestet.in the Following a generated color transition is tested.

Wie in 1 zu sehen ist, kann nach der Transformation der Farbanordnung in das Intensitätsbild mit keinem bekannten Intensitätsverfahren ein Kantenort bestimmt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Bestimmung des Kantenortes durch das beschriebene Vektordifferenzverfahren möglich.As in 1 can be seen, after the transformation of the color arrangement in the intensity image with no known intensity method, an edge location can be determined. With the method according to the invention, a determination of the edge location by the described vector difference method is possible.

Zur Verdeutlichung zeigt 2 eine Abbildung des RGB-Farbraumes auf Intensitätswerte. Für den RGB-Farbraum werden die Farben durch die bekannte Transformationsgleichung in die folgende Intensitätsverteilung übersetzt. Die Verteilungskurve kann durch Wichtungsfaktoren in ihrem Verlauf zwar verändert werden, dennoch bleibt eine sehr große Anzahl von Farbwerten, die den gleichen Intensitätswert besitzen.For clarity shows 2 an image of the RGB color space on intensity values. For the RGB color space, the colors are translated into the following intensity distribution by the known transformation equation. Although the distribution curve can be changed by weighting factors in its course, there still remains a very large number of color values which have the same intensity value.

Wie aus 3 ersichtlich ist, führt die komponentenweise Antastung des Farbbildes in den einzelnen Farbauszügen RGB ebenfalls zu Problemen. Die Kantenortsbestimmung liefert für die einzelnen Farbauszüge abweichende Werte.How out 3 It can be seen that the component-wise scanning of the color image in the individual color separations RGB also leads to problems. The edge location provides different values for the individual color separations.

4 verdeutlicht zahlenmäßig das gleiche Beispiel. Es wird im Farbauszug R kein Übergang im Farbauszug G der Übergang an Pixelposition 153 und im Farbauszug B der Übergang an Pixelposition 154 bestimmt. Diese Ortsdifferenz im grünen und blauen Frame kann durch den Verlauf der Werte entlang der Antastgeraden sowie durch Rundungsfehler im Algorithmus aufgrund unterschiedlicher Wertepaarungen hervorgerufen werden. Der erfindungsgemäße Algorithmus hat dem gegenüber den Vorteil, daß im gesamten Farbbild nur eine Kante RGB am Farbübergang bestimmt wird. 4 illustrates numerically the same example. In the color separation R, no transition in the color separation G, the transition at pixel position 153, and in the color separation B the transition to pixel position 154 are determined. This location difference in the green and blue frame can be caused by the course of the values along the probing straight lines as well as by rounding errors in the algorithm due to different pairs of values. The algorithm according to the invention has the advantage that in the entire color image only one edge RGB is determined at the color transition.

Das erfindungsgemäße Vektordifferenzverfahren kann in vorhandene Algorithmen zur Antastung von Intentsitätsbildern implementiert werden und ermöglicht die Bestimmung des Ortes von Farb- und Intensitätsübergängen in Farbbildern.The Vector difference method according to the invention can be used in existing algorithms for probing intentsity images be implemented and enabled the determination of the location of color and intensity transitions in color images.

Claims (2)

Verfahren zur Bestimmung der Position von fallenden und steigenden Kanten in Farbbildern, insbesondere bei der Erkennung von Farb- und Intensitätsübergängen in einem Farbraum F, bei dem – zur Bestimmung der Kante K jeder Farbwert Fi = (X i / 1, X i / 2, X i / 3)T ∍ F in eine Vektordarstellung
Figure 00050001
ausgehend von einem ausgezeichneten Punkt O = (O1, O2, O3) des Farbraumes F überführt und – entlang einer vorgegebenen Antastrichtung mittels eines auf der Vektordarstellung
Figure 00050002
basierenden Verfahrens der Übergang von einer Farbe FL links der Kante K auf eine Farbe FR rechts der Kante K bestimmt wird, wobei – zur Bestimmung des Kantenorts sowie der Information, ob es sich bezüglich der Antastrichtung um eine steigende oder fallende Kante handelt, (i) der Betrag des Kreuzprodukts
Figure 00050003
als Maß für den vektoriellen Abstand zweier Farben Fi und Fi+1 entlang eines Suchstrahls im Farbraum F, sowie (ii) die Richtung des Kreuzproduktes
Figure 00050004
ermittelt wird.Method for determining the position of falling and rising edges in color images, in particular in the detection of color and intensity transitions in a color space F, in which - to determine the edge K, each color value F i = (X i / 1, X i / 2 , X i / 3) T ∍ F into a vector representation
Figure 00050001
starting from an excellent point O = (O 1 , O 2 , O 3 ) of the color space F transferred and - along a predetermined Antastrichtung by means of one on the vector representation
Figure 00050002
method, the transition from a color F L to the left of the edge K to a color F R to the right of the edge K is determined, wherein - for determining the edge location and the information as to whether the scan direction is a rising or falling edge (FIG. i) the amount of the cross-product
Figure 00050003
as a measure of the vectorial distance of two colors F i and F i + 1 along a search beam in the color space F, and (ii) the direction of the cross product
Figure 00050004
is determined. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Farbraum F der RGB-Farbraum verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that as Color space F uses the RGB color space becomes.
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