JP2639412B2

JP2639412B2 - 画像処理方法

Info

Publication number: JP2639412B2
Application number: JP62137940A
Authority: JP
Inventors: 良平熊谷
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC; Yozan Inc
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC; Yozan Inc
Priority date: 1987-06-01
Filing date: 1987-06-01
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPS63301372A; US5220647A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は画像処理方法に係り、特に種々の手法の効
率化、高速化に有効な画像処理方法に関する。

〔発明の背景とその問題点〕

まずチェーンコードを例にとって従来の画像処理につ
いて説明する。

ここに、線図形の表現方法として連結点画素間を、あ
る定められた方向単位に従って鎖状に繋ぎ、そうして得
られるベクトル化系列で表わす方法もある。このあらか
じめ定められた方向単位を方向指数（chain elements）
と呼び、得られる鎖状の系列を方向指数系列（indexed
sequence）、あるいはチェイン・コード（chain code）
と呼ぶ。また各連続点の座標をチェイン座標という。

このような操作は一般に線図形に対するチェイン符号
化（chain coding）と呼ばれ、もとの線画像をより少な
い記憶容量で蓄積したりする場合に有用な手法となる。
（長谷川純一他：画像処理の基本技法、技術評論社、19
86年、p76）第１図に示すように、従来のチェーンコード生成方法
は、走査線ｌに沿って画面を見ていったときに最初に行
き当った画素Ａを始点の画素とし、ここから時計回りま
たは反時計回りに境界画素を辿るものであり、反時計回
りに辿る場合には次のような手順をとる。

（ａ）走査線ｌは上から下、左から右に順次走査する
ので、画素Ａの上、左斜上、左には次の画素が存在する
可能性はなく、左斜下（方向a₁）から反時計回りに順次
画素を捜索する。すると画素Ａの下（方向a₂）に次の画
素Ｂが見出される。

（ｂ）次に画素Ｂを中心に捜索を開始する。ここにＡ
からＢへの方向が上下であり、またＡの左側すなわちＢ
の左斜上に画素が存在する場合にはＡの次の画素はその
画素になるので、Ｂの次の画素はＢの左（方向b₁）から
順次反時計回りに捜索することになる。

（ｃ）このように前の画素からその画素に到る方向に
対向する方向と、この方向に対し１画素分反時計方向に
回転した方向については捜索せず、さらに１画素分反時
計方向に回転した方向（ただし前の画素が斜めの方向に
あったときはさらに２画素分反時計方向に回転した方
向）から順次反時計方向に捜索していく。そして前記の
始点となった画素Ａに戻ったとき１つのグループのチェ
ーンコードが完成したとする。

（ｄ）１つのグループのチェーンコード完成後には走
査線方向について始点Ａの次の画素ｘから順次走査線方
向に画素を捜索する。

このように単に画素値を記録しておくだけでは画素の
捜索が必要になり、その処理時間は膨大になる。

〔発明の目的〕

この発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案
されたもので、チェーンコード生成等の種々の画像処理
手法を効率化、高速化する画像処理方法を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

この発明に係る画像処理方法は、画面中の必要な画素
（以下対象画素という。）の近傍情報を画面メモリに記
録し、対象画素のアドレスにアクセスするだけで直ちに
その周囲の状況を判断できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第２図は２つのグループをもつ画像を示すものであ
り、いわゆるラベリング番号「１」、「２」によって各
グループを示している。このような画像を処理する際、
例えば境界画素は各グループの輪郭を決定する上で重要
であるが、ある画素（以下対象画素という。）が境界画
素であるか否かはその画素の画素値とその上下左右の画
素（講学上「４近傍の画素」と定義されている。）の画
素値との異同を見なければ判断できない。また、前述の
チェーンコード生成においては境界画素の連結状態が重
要であり、その連結状態の判断においては、各境界画素
とその周囲８方向の画素（講学上「８近傍の画素」と定
義されている。）との画素値の比較を要する。

ここで説明のために第３図のグループ「１」の各画素
に走査順にA₁〜A₁₉の符号を付し、グループ「２」の各
画素に走査順にB₁〜B₇の符号を付し、その他の画素に走
査順にC₁〜C₁₀₀の符号を付す。そして各画素の周囲の方
向に第４図に示す番号を付す。すなわち右方向を「１」
とし、これから反時計回りに順次「８」までの番号を与
える。（なおチェーンコードは右方向を「０」として、
これから反時計回りに順次「７」までの番号を与えたも
のである。）ここで各画素において、その周囲の各方向についてそ
の画素と周囲の画素との画素値の異同を１ビットデータ
（同一ならば「１」、異なるときは「０」）で表現し、
方向１〜８に関して一連の８ビットデータ列とする。表
１〜３は、このデータ列を各画素について示すものであ
る。

なお画像の周縁については、定義するか否か、定義し
たとしてどのような数値として扱うか、一義的には論じ
られないが、ここでは一例として定義なしとして取り扱
っている。またある画素とその周囲の画素の画素値の異
同を示す一連のデータを以下「近傍情報」と呼ぶことに
する。「近傍情報」としては表１〜３に示す８近傍に関
するもの、あるいは４近傍に関するもの、さらには８方
向のうちの必要な１つ以上の方向に関するものが考えら
れ、用途に応じて使い分けるべきである。

そして近傍情報を即座に読み取り評価するためには、
近傍情報は対象画素の座標に対応したアドレスでメモリ
に記録されるべきである。すなわち各近傍情報がいずれ
の画素の近傍情報であるかを記録するには座標情報を必
要とするが、近傍情報と座標情報とを併せもつデータ列
を登録したとすると各データ内の座標情報を参照しなけ
れば近傍情報がいずれの画素に対応するかを特定できな
い。一方メモリのアドレスを座標情報に対応させれば座
標情報の格納、参照の必要はなく、単に座標値としての
アドレスを指定してメモリ読出しを行えばよい。ここに
対象画素の座標に対応したアドレスでその対象画素のデ
ータを記録し得るメモリは一般に画面メモリと呼ばれる
ので、画面メモリに近傍情報を記録することにする。

この近傍情報を求める手法は種々考えられるが第５
図、第６図に示す回路を用いることにより、極めて高速
の処理が可能になる。ここでは対象画素が「０」でない
ときのみ近傍情報を求めている。

第５図に示す回路は２段のラインメモリ５、６を直列
に接続し、第１段のラインメモリ５に画面中の座標（i,
j）の位置の画素データPi,jを入力する。第１段のライ
ンメモリ５の入力および出力と第２段のラインメモリ６
の出力は、それぞれ遅延部７、８、９に接続されてい
る。遅延部７は入力がそのまま通過するライン7A,入力
を１クロック分遅延させる第１段Ｄフリップフロップ7
B,およびこのフリップフロップ7Bの出力をさらに１クロ
ック分遅延させる第２段Ｄフリップフロップ7Cとを備
え、連続する３つの画素データが同時に出力されるよう
になっている。遅延部8,9も同時に構成され、ライン8A,
9A,Dフリップフロップ8B,8C,9B,9Cにより、それぞれ画
素データの遅延同時出力を行いうるようになっている。
第１段のラインメモリ５に画素データが順次入力された
とき、最初の画素データＰ（ｉ−１），（Ｊ−１）、P
i,（ｊ−１）、Ｐ（ｉ＋１），（ｊ−１）はまず第１段
のランインメモリ５に入力され、次のスキャンラインの
画素データＰ（ｉ−１）,j、Pi,j、Ｐ（ｉ＋１）,jがラ
インメモリ５に入力されたときに、画素データＰ（ｉ−
１），（ｊ−１）、Pi,（ｊ−１）、Ｐ（ｉ＋１），
（ｊ−１）は次のラインメモリ６に転送される。次のス
キャンラインの対応画素データＰ（ｉ−１），（ｊ＋
１）、Pi,（ｊ＋１）、Ｐ（ｉ＋１）（ｊ＋１）はライ
ンメモリ５に入力されることなく、遅延部７に与えられ
る。遅延部７ではＰ（ｉ−１），（ｊ＋１）はＤフリッ
プフロップ7Cに送られてから出力され、このときＤフリ
ップフロップ7Aに到達していたPi,（ｊ＋１）がＤフリ
ップフロップ7Bから出力される。同時にライン7AからＰ
（ｉ＋１），（ｊ＋１）が出力される。一方、ラインメ
モリ５に送られたＰ（ｉ−１）,j、Pi,j、Ｐ（ｉ＋
１）,jは、同時に遅延部８において、Ｄフリップフロッ
プ8C、8B、ライン8Aから同時に出力され、ラインメモリ
６に送られたＰ（ｉ−１），（ｊ−１）、Pi,（ｊ−
１）、Ｐ（ｉ＋１），（ｊ−１）は、フリップフロップ
9C、9B、ライン9Aから同時に出力される。このように、
第５図の回路により画面中の任意の３×３の領域を保持
することができる。ここで保持された画素中のPi,jは３
×３の画素の中央に位置し、Pi,jの画素値と他の画素値
の異同が前述の近傍情報となり近傍情報の各ビットをBT
₁〜BT₈とすると、これらは、 BT₁＝Pi,j・Ｐ（ｉ＋１）,j BT₂＝Pi,j・Ｐ（ｉ＋１），（ｊ−１） BT₃＝Pi,j・Pi,（ｊ−１） BT₄＝Pi,j・Ｐ（ｉ−１），（ｊ−１） BT₅＝Pi,j・Ｐ（ｉ−１）,j BT₆＝Pi,j・Ｐ（ｉ−１），（ｊ＋１） BT₇＝Pi,j・Pi,（ｊ＋１） BT₈＝Pi,j・Ｐ（ｉ＋１），（ｊ＋１）なる論理式で表現される。この論理式に対応する回路を
比較部10として持てば、一挙にBT₁〜BT₈を算出し得る。
この論理は単にAND回路を並列させた回路で実現でき、
例えば第６図のように、８個のAND回路AND1〜AND8によ
り構成できる。

なお対象画素の値に無関係に単純に近傍情報を求める
には、Pi,jとその他の画素とのEX−NORをとればよい。

次に近傍情報を用いた画像処理の例を列記する。（チ
ェーンコード生成）チェーンの方向は、一旦グループの境界画素を見つけ
た後には、対象となっている画素に対するその前の画素
の位置と「近傍情報」が得られれば判明するものであ
り、処理すべき数値は２つの８ビットデータである。こ
れに対して従来法は周囲の画素の値を順次見て、「１」
の画素値の画素を見ださなければならない。従って従来
法で処理すべき数値は、その前の画素の方向と、これに
よって決定された６個または５個の画素の画素値という
ことになり、しかも６個または５個の画素の中から最初
に「１」となる画素を見出すためにいわゆる検索が必要
である。すなわち本発明では従来と比較して処理すべき
数値が著しく単純化されている。

そしてチェーンコード生成だけをとってみても以下の
ように種々の強力な手法が考えられる。

（手法その１）近傍情報をNI,その画素の前の画素の方向ｋ（第４図
の方法の番号）とすると、NIの各ビットを（ｋ＋２）桁
目（ｋ奇数）、（ｋ＋３）桁目（ｋ偶数）から順次見
て、最初に「１」となった桁がチェーンコードに対応す
る。この操作は第８図のフローになる。第８図は一部BA
SICの表記を用い、チェインコードをCHAINCODEと表示し
ている。

（手法その２）手法１はビットシフトを行うことによっても実行可能
であり、まずNIを（ｋ＋１）桁右へ（下位桁の方向へ）
ビットシフトし（ｋ奇数）、または（ｋ＋２）桁右へビ
ットシフトし（ｋ偶数）、その最小桁を見て、「１」で
なかったとき、最小桁が「１」になるまでビットシフト
を繰返す。この操作は第８図のフローになる。第８図は
一部Ｃ言語の表記を用いている。

（手法その３） NIとｋが判明すればチェインコードは一義的に与えら
れるので、 CHAIN CODE＝ｆ（NI,k）なるルックアップテーブルを作成しておく。これにより
いわゆる検索は不要となり、極めて高速でCHAIN CODE
を求め得る。

なおチェーンコードは各グループの境界画素（第４図
中グループＡではA₁,A₃,A₂,A₇,A₁₃,A₁₇,A₁₄,A₉,A₁₀,
A₁₁,A₁₅,A₁₈,A₁₉,A₁₆,A₁₂,A₆,A₅,A₄）のみについて検討
すれば足りるので、最初に境界画素を抽出しておけば処
理を高速化し得る。また境界画素までデータ圧縮を行わ
ないとしても、各グループ内の画素のみ（背景画素を無
視）を抽出しておくだけでも処理は高速化される。

近傍情報として４近傍に関するもの（表１〜３で方向
1,3,5,7のみのビットデータを採用したもの）を採用し
たときには、例えば境界画素の抽出や、弦に関するデー
タを得ることができる。すなわち境界画素は４近傍に関
する近傍情報に「０」のビットが含まれた画素である。
また４近傍の近傍情報はそのビットの組合せにより弦に
関する情報、すなわち表４に示すようにx,yそれぞれの
方向について弦の始点であるか終点であるかが分る。表
４では４ビットのデータに対応した10進数の値もあわせ
て示している。

近傍情報の形態としては８方向のうちの必要な１つ以
上の方向に関するものを用いることも可能であり、例え
ば物体の右の縁だけを検出する際には右側３画素（方向
1,2,8）のみの近傍情報を評価すれば足りることも有
る。

このように近傍情報は画像処理の上で極めて重要な情
報であり、前述のチェーンコード生成では各グループの
うちの１境界画素のラベル値（画素値）のみ判明してい
ればそこからは８近傍に関する近傍情報のみでチェーン
コードを生成できる。そして近傍情報に即座にアクセス
するためには対象画素の座標に対応したアドレスを有す
るメモリすなわち画面メモリに近傍情報を記録する必要
があり、画素値自体も記録する場合には近傍情報と画素
値を別個の画面メモリに記録しておけば両者いずれにも
即座にアクセスできる。ただし１連のビット列のデータ
の特定のビットを実用速度で抽出できるときには１画面
メモリに画素値と近傍情報を１連のデータとして記録し
てもよい。

〔発明の目的〕

前述のとおり、この発明に係る画像処理方法は、画面
中の対象画素の近傍情報を画面メモリに記録し、対象画
素のアドレスにアクセスするだけで直ちにその周囲の状
況を判断できるようにしたので、チェーンコード生成等
の種々の画像処理手段を効率化、高速化し得るという優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のチェーンコード生成法を示す概念図、第
２図は具体的画像を示す概念図、第３図は第２図の各画
素を識別符号を付して示す概念図、第４図は画素の周囲
の方向を定義する概念図、第５図は近傍情報を算出する
ための回路を示すブロック図、第６図は第５図の比較部
を示す論理回路図、第７図はチェーンコードを求める手
法その１を示すフローチャート、第８図は手法その２を
示すフローチャートである。 A,B,C……画素 a₁,a₂,b₁,b₂……方向ｌ……走査線 Pi,j……画素 7,8,9……遅延部 7A,8A,9A……ライン 7B,7C,8B,8C,9B,9C……Ｄフリップフロップ 10……比較部 AND1〜AND8……アンド回路 BT1〜BT8……近傍情報

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ラベリングされた画像中の各画素につい
て、当該画素とその周囲画素との画素値が同一か否かを
１ビットデータのデータ列で表現し、このデータ列を当
該画素の複数ビットの画素値として画像メモリに記録す
ることを特徴とするチェーンコード生成のための画像処
理方法。
【請求項２】周囲画素は８近傍の画素であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の画素処理方法。
【請求項３】周囲画素は４近傍の画素であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の画素処理方法。
【請求項４】各画素のラベリング番号を別個の画像メモ
リに保存しておくことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の画像処理方法。