CN102224727A - 图像处理装置、图像处理方法和程序 - Google Patents

Abstract

本发明公开了图像处理装置、图像处理方法和程序。根据本发明的图像处理装置包括：游程长度编码单元，用于对输入数据执行游程长度编码处理，并输出构成该数据的每个元素的数据值和具有该数据值的元素的频率；像素频率信息提取单元，用于从经游程长度编码单元处理的处理目标区域的输出值中提取出表示构成目标区域的背景像素和轮廓像素的频率的像素频率信息；以及像素频率信息划分单元，用于将由像素频率信息提取单元提取出的像素频率信息划分为关于背景像素的频率信息和关于轮廓像素的频率信息，其中游程长度编码单元对关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。因此，可以高精度地对二进制轮廓图像执行高速无损压缩。

Description

图像处理装置、图像处理方法和程序

技术领域

本发明涉及图像处理装置、图像处理方法和程序。

背景技术

二进制图像(binary image，即，二进制的图像信息)被用于字符图像、指纹图像、血管图像等等。二进制图像不仅用于这些图像，还用于指示图像中具有不同亮度的部分并区分对象和图像中的背景。当二进制图像被存储时，二进制图像经历压缩处理(例如，无损压缩处理)。结果，可以存储更多的图像。

一般用于无损压缩处理的方法的示例包括游程长度编码(run-length encoding)和链式编码(chain encoding)。游程长度编码具有压缩效率取决于要压缩的图像的类型而降低的问题。另一方面，链式编码可以高效地压缩甚至是游程长度编码仅能实现低压缩效率的图像，但是链式编码具有花费比游程长度编码更长的计算时间的问题。如上所述，在过去，有必要根据要压缩的图像的类型来选择压缩处理的方法。

下面列出的专利文献1公开了一种将二进制图像划分为多个矩形(每个矩形包括相同的像素值)并压缩每个矩形的方法，从而高效地压缩甚至是游程长度编码仅能实现低压缩效率的图像。

引文列表

专利文献

专利文献1：JP 2004-140749

发明内容

技术问题

在专利文献1中描述的方法需要用于在水平和垂直方向上扫描整个二进制图像并生成多个矩形的处理，并且关于一行上的像素数目、矩形长度、矩形宽度等等的信息与每个所生成的矩形相关联。在这种情形下，当像素值在图像(例如，由轮廓构成的轮廓图像(outline image))中频繁改变时，所生成的矩形的数目增大。因此，存在压缩率可能取决于与矩形相关联的信息而下降的问题。

鉴于上述问题作出了本发明，本发明试图提供一种能够高速、高精度地对二进制轮廓图像执行无损压缩的图像处理装置、图像处理方法和程序。

问题的解决方案

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种图像处理装置，包括：处理目标区域选择单元，用于判定包括具有表示背景的像素值的背景像素和具有表示轮廓的像素值的轮廓像素的二进制图像是否包括仅包括背景像素的任何行或列，并且从表示二进制图像的像素中选择处理目标区域，从处理目标区域中已去除了仅包括背景像素的行和列；游程长度编码单元，用于对输入数据执行游程长度编码处理，并输出构成该数据的每个元素的数据值和具有该数据值的元素的频率；像素频率信息提取单元，用于从经游程长度编码单元处理的处理目标区域的输出值中提取出表示构成目标区域的背景像素和轮廓像素的频率的像素频率信息；以及像素频率信息划分单元，用于将由像素频率信息提取单元提取出的像素频率信息划分为关于背景像素的频率信息和关于轮廓像素的频率信息，其中游程长度编码单元对关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。

根据上述配置，处理目标区域选择单元判定二进制图像是否包括仅包括背景像素的任何行或列，并且从表示二进制图像的像素中选择从其已去除了仅包括背景像素的行和列的处理目标区域。游程长度编码单元对输入数据执行游程长度编码处理，并输出构成该数据的每个元素的数据值和具有该数据值的元素的频率。像素频率信息提取单元从经游程长度编码单元处理的处理目标区域的输出值中提取出表示构成目标区域的背景像素和轮廓像素的频率的像素频率信息。像素频率信息划分单元将由像素频率信息提取单元提取出的像素频率信息划分为关于背景像素的频率信息和关于轮廓像素的频率信息。游程长度编码单元对关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。因此，可以进一步压缩关于轮廓像素的频率信息。

游程长度编码单元优选地将处理目标区域以像素为单位划分为多个行或列，并对通过按顺序连接多个行或列而获得的一个数据阵列执行游程长度编码处理。

游程长度编码单元优选地对关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理，以输出关于轮廓像素的连续数目的信息和关于轮廓像素的连续数目的频率的信息，并且图像处理装置优选地还包括用于获得经编码信息的经编码信息生成单元，经编码信息是通过在将关于仅包括背景像素的行和列的数目的信息、关于背景像素的频率信息、关于轮廓像素的连续数目的信息、以及关于轮廓像素的连续数目的频率的信息彼此关联后，对二进制图像编码而获得的信息。

表示由轮廓像素构成的轮廓的曲线优选地具有基本上相同的宽度。

二进制图像可以是存在于活体中的静脉的二进制图像。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种图像处理方法，包括以下步骤：判定包括具有表示背景的像素值的背景像素和具有表示轮廓的像素值的轮廓像素的二进制图像是否包括仅包括背景像素的任何行或列，并且从表示二进制图像的像素中选择处理目标区域，从处理目标区域中已去除了仅包括背景像素的行和列；对表示处理目标区域的数据执行游程长度编码处理，并输出构成表示处理目标区域的数据的每个像素的像素值和具有像素值的像素的频率；从处理目标区域的输出值中提取出表示背景像素和轮廓像素的频率的像素频率信息；将所提取出的像素频率信息划分为关于背景像素的频率信息和关于轮廓像素的频率信息；以及对关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。

为了实现上述目的，根据本发明的又一方面，提供了一种用于使得计算机执行以下过程的程序：用于判定包括具有表示背景的像素值的背景像素和具有表示轮廓的像素值的轮廓像素的二进制图像是否包括仅包括背景像素的任何行或列，并且从表示二进制图像的像素中选择处理目标区域的过程，从处理目标区域中已去除了仅包括背景像素的行和列；用于对表示处理目标区域的数据执行游程长度编码处理，并输出构成表示处理目标区域的数据的每个像素的像素值和具有像素值的像素的频率的过程；用于从处理目标区域的输出值中提取出表示背景像素和轮廓像素的频率的像素频率信息的过程；用于将所提取出的像素频率信息划分为关于背景像素的频率信息和关于轮廓像素的频率信息的过程；以及用于对关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理的过程。

本发明的有利效果

根据本发明，再次对通过对二进制轮廓图像执行游程长度编码处理而获得的关于轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。因此，可以高速、高精度地对二进制轮廓图像执行无损压缩。

附图说明

图1A是用于图示二进制图像的类型的说明性示图。

图1B是用于图示二进制图像的类型的说明性示图。

图1C是用于图示二进制图像的类型的说明性示图。

图1D是用于图示二进制图像的类型的说明性示图。

图2A是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。

图2B是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。

图2C是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。

图3A是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。

图3B是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。

图3C是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。

图4是用于图示链式编码方法的说明性示图。

图5是用于图示根据本发明第一实施例的图像处理装置的配置的框图。

图6是用于图示根据该实施例的图像处理装置的说明性示图。

图7是用于图示根据该实施例的图像处理装置的说明性示图。

图8是用于图示根据该实施例的图像处理方法的说明性示图。

图9是用于图示根据该实施例的图像处理方法的应用示例的说明性示图。

图10是用于图示使用链式编码方法的图像处理的结果的说明性示图。

图11是用于图示根据本发明一个实施例的图像处理装置的硬件配置的框图。

标号列表

10：图像处理装置

101：处理目标区域选择单元

103：游程长度编码单元

105：初级游程长度编码单元

107：像素频率信息提取单元

109：像素频率信息划分单元

111：次级游程长度编码单元

113：经编码信息生成单元

115：存储单元

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在该说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的元件被用相同的标号表示，并且重复的说明被省略。

将按下面列出的顺序进行说明。

(1)目的

(2)用作本发明的基础的基本技术

(3)第一实施例

(3-1)图像处理装置的配置

(3-2)图像处理方法

(3-3)处理的实际结果

(4)根据本发明每个实施例的图像处理装置的硬件配置

(5)总结

<目的>

在说明根据本发明每个实施例的图像处理装置和图像处理方法之前，将参考图1A至1D详细说明本发明的目的。

图1A至1D是各自图示二进制图像的类型的说明性示图。根据图像中图像信息的密度，二进制图像可以大略分类为普通图像和轮廓图像(也可以称为外形图像)。普通图像的示例包括一般可用的单色面部图像、地形图像和对象的廓影图像。图1B和1D是普通图像。另一方面，轮廓图像的示例包括边缘图像和图案图像。图1A和1C是轮廓图像。

如上所述，用于对如图1A至1D所示的二进制图像执行无损压缩的方法包括游程长度编码和链式编码。

在游程长度编码方法中，并不记录构成二进制图像的每个像素的像素值，而是记录有多少具有某一像素值的像素在二进制图像中连续出现。因此，游程长度编码可以对如图1B所示的二进制自然图像以及如图1D所示的包括对象和背景的廓影图像实现极高的压缩效率。另一方面，在如图1A和1C所示的字符图像和图案图像(所谓的轮廓图像)中，相邻像素之间的像素值发生极大的改变，这降低了压缩效率。

链式编码方法跟踪图案从给定起始点(即，给定像素)延伸的方向并记录图案延伸的方向。因此，甚至在对相邻像素的像素值快速改变并且游程长度编码方法仅可以实现低压缩效率的图像压缩时，链式编码方法也可以实现高压缩效率。然而，由于链式编码方法跟踪图案延伸的方向，因此有必要查看位于每个像素附近的八个像素。因此，存在链式编码方法比游程长度编码方法花费更长计算时间的问题。

因此，本发明试图提供一种能够对甚至是相关技术中的游程长度编码方法也仅能实现低压缩效率的二进制轮廓图像执行高精度/高速无损压缩的图像处理装置和图像处理方法。

<用作本发明的基础的技术>

随后，将参考图2A至4描述游程长度编码方法和链式编码方法，即，用作本发明的基础的技术。图2A至3C是用于图示游程长度编码方法的说明性示图。图4是用于图示链式编码方法的说明性示图。在图2A至4中，以白色表示的像素的像素值假定为0，并且以黑色表示的像素的像素值假定为1。

[游程长度编码方法]

首先，将说明游程长度编码方法。

如上所述，游程长度编码方法是一种基于有多少具有某一像素值的像素在图像中连续出现来压缩图像的方法。用在本发明中的二进制图像比起其他类型的图像来说具有更少的具有不同像素值的像素，并且用在本发明中的二进制图像中的量化程度被认为是最粗糙的。因此，游程长度编码方法适合用作对二进制图像执行的压缩处理。

例如，将考虑在如图2A所示的二进制轮廓图像中执行的压缩处理。如图2A所示，该图像具有16个垂直像素乘以16个水平像素。例如，将考虑通过游程长度编码方法对该图像的每个水平行执行的压缩处理。

在图2A所示的图像中，具有相同值的像素很可能在水平行上连续出现，这一点从图2A清楚可见。游程长度编码方法找到有多少白色或黑色像素在每行中出现。

在图2A中，从顶部起的第一和第二行中的所有像素中的每一个具有像素值“0”。因此，这些行中的像素的数据可以通过生成包括像素值“0”和频率“16”的数据(而不是生成包括16个连续像素值“0”的数据)来压缩。在图2A中，从顶部起的第三行包括6个连续像素值“0”，接着是6个连续像素值“1”，接着是4个连续像素值“0”，它们从行的左端起布置。即使在这种情况下，该数据也可以通过记录“0，1，0”作为表示像素值的阵列并记录“6，6，4”作为表示频率的阵列(而不是记录构成该行的16个像素中每一个的像素值)来压缩。换句话说，在游程长度编码方法中，对于如图2A所示的垂直/水平两维图像，准备了两种阵列，即，一维的“表示像素值的阵列”和一维的“表示频率的阵列”。

在这种情况下，二进制图像不包括其他值，而是包括“0”或“1”作为像素值的值。因此，在每行的开头处的像素(例如，在图2A中左端处的像素)的值被记录在表示频率的阵列(而不是提供表示像素值的阵列)的开头处。另外，表示每个像素值的频率的信息通过上述方法被记录。如上所述，仅有开头处的像素的像素值被记录，从而可以理解记录在偶数编号的元素中的数字是与开头处的像素的值不同像素值的频率，并且记录在奇数编号的元素中的数字是与开头处的像素的值相同像素值的频率。例如，在图2A中从顶部起的第三行中，“1”被记录在保存开头处的像素的像素值的缓冲器中，并且随后“6，6，4”被记录作为表示频率的阵列。在该记录方法中，数据可以如下读取。表示频率的阵列的第一元素被用作开头处的像素的像素值。表示频率的阵列的第二元素被用作与开头处的像素的像素值不同的值，并且第三和其后续元素被交替地用作“0”或“1”。当采用这种方法时，如图2A所示的图像的每行由如图2B所示的数据表示。

在如图2B所示的符号中，在冒号“：”左侧的数字表示位于一行的左端的像素的像素值。在冒号“：”右侧的数字是表示具有在冒号“：”左侧描述的像素值的连续像素的数目的数值。

当根据上述方法应用游程长度编码方法时，具有216数据比特的图2A的图像可以被压缩为174数据比特。

当使用交替布置“0”和“1”的特征时，图像的每行可能不能被分开处理，如图2B所示。或者，整个图像可以被视作一行，如图2C所示，从而可以进一步提高压缩效率。

换句话说，如图2C所示，在图中由箭头指示的方向上执行处理，从而整个图像被视作一行。在这种情况下，图2C中所示的图像不被视作具有16行，每行具有16个像素(16像素×16行)。相反，图2C中所示的图像被视作256像素×1行的图像。在这种情况下，在记录仅图像开头处的像素的像素值(而不是记录在每行开头处的像素的像素值)后，就可通过游程长度编码方法对图像编码。当使用该方法时，图2A的具有216数据比特的图像可以被压缩为169数据比特，如图2C所示。

如上所述，当图2A至2C中所示的图像(其中像素值并不频繁改变)被压缩时，图像数据可以被上述的游程长度编码方法高效压缩。然而，当游程长度编码方法被应用于例如如图3A所示的外形图像时，压缩效率降低。下文中将参考图3A至3C说明使用游程长度编码方法对与图2A不同的图像的压缩。

在图2A所示的图像中，像素值为“1”的部分集中于一个部分中。因此，在图2A中，像素值“0”和像素值“1”之间的改变频率较低。另一方面，在图3A所示的图像中，像素值为“1”的部分并不集中。在图3A的图像中，像素值“0”和像素值“1”之间的改变频繁发生。在图3A所示的图像中，像素值的改变频率较高，这需要大小较大的存储器以生成表示频率的阵列。

换句话说，二进制图像包括“0”或“1”作为像素值。因此，二进制图像的像素值的值可以利用存储器中的一比特表示。与之相比，频率可以是大于1的值。因此，需要存储器中的若干比特来存储表示频率的数字。为此，当表示频率的阵列中元素的数目增大时，需要比特的数目也极大地增大。

例如，当采用图2B中所示的数据格式时，频率的最大值为“16”，因此，表示频率的阵列的每个元素需要存储器中的4比特。因此，在图3A所示的轮廓图像的情况下，表示频率的阵列的元素数目也增大，并且图2B中所示的数据格式相比于以比特为单位表示的原始图像占据了存储器中的更大面积。

例如，当图3A中所示的图像的每行被压缩时，表示频率的阵列的每行中的元素数目增大，如图3B所示，这将图像的大小从原始的216比特增大到436比特。即使当如图3C所示整个图像被当作一行处理时，处理后的图像也占据了369比特，这大于原始图像的大小。

如上所述，游程长度编码方法可以高效地压缩如图1B和1D所示的二进制图像。然而，游程长度编码方法可能不能高效地压缩像素值频繁改变的图像，例如图1A中所示的字符图像和图1C中所示的静脉图案(vein pattern)图像。

[链式编码方法]

随后，将参考图4说明链式编码方法。

在该方法中，编码操作不是基于图像而是基于图像中的曲线执行的。当基于图像中的曲线执行编码操作时，最简单的压缩方法是记忆曲线上所有点的坐标。然而，该方法也不能高效地执行压缩，因为曲线上每点的坐标对于x和y方向中的每一个而言占据了多个比特，而二进制图像中的每个像素值占据了一个比特。因此，在链式编码方法中，根据下面描述的方法来压缩图像。

首先，在链式编码方法中，检测曲线的端点，并且基于所检测的端点、考虑到关于关注点的邻近信息来跟踪曲线。换句话说，在链式编码方法中，围绕每点的八个点的像素值被查看以检测曲线随后延伸的方向，即，“延伸方向”。随后，在链式编码方法中，数字0至7被分配给这八种类型的“延伸方向”。因此，曲线的每点需要一条“延伸方向”。换句话说，每点需要三个比特。因此，在链式编码方法中，存储器中所必需的比特数基本上是图像中曲线上点的数目的三倍。然而，严格地说，存储器还需要用于存储起始点的坐标的区域。因此，需要的比特数略大于比特数的约三倍。

例如，将考虑利用如图4所示的链式编码方法对图3A中所示的图像的压缩。在这种情况下，在图4中，关注被虚线包围的区域中的曲线。在链式编码方法中，例如基于从顶部起的第一行中和从左部起的第三列中的像素、考虑到邻近信息来跟踪曲线。

当这样执行压缩处理时，如图4所示具有216比特的图像可以被压缩为177比特。

在游程长度编码方法中，关注与给定像素相邻的一个像素。在链式编码方法中，需要考虑到围绕给定像素的八个点，因此，其花费了计算时间(压缩处理时间)。因此，就计算时间而言，游程长度编码方法优于链式编码方法。考虑到执行实时图像处理的情形，该计算时间的差异具有很大的影响。

因此，如果在游程长度编码方法中可以实现高压缩率，则就应用而言游程长度编码方法将优于链式编码方法。因此，在下面描述的本发明的每个实施例中，将详细说明一种能够利用游程长度编码方法高精度地(即，能够获得高压缩率)压缩二进制轮廓图像的信息处理装置和信息处理方法。

(第一实施例)

<图像处理装置的配置>

随后，将参考图5至7详细描述根据本发明第一实施例的图像处理装置10的配置。图5是用于图示根据本实施例的图像处理装置10的配置的框图。图6和7是用于图示根据本实施例的图像处理装置的说明性示图。

例如，如图5所示，根据本实施例的图像处理装置10主要包括处理目标区域选择单元101、游程长度编码单元103、像素频率信息提取单元107、像素频率信息划分单元109、经编码信息生成单元113和存储单元115。

处理目标区域选择单元101例如由CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机访问存储器)等等构成。处理目标区域选择单元101判定输入二进制图像是否具有仅包括背景像素的行或列，并从表示二进制图像的像素中选择处理目标区域，从该处理目标区域中已去除了仅包括背景像素的行或列。

在这种情况下，上述背景像素是指构成二进制图像的像素中具有表示背景的像素值的像素。在下面的说明中，具有表示轮廓的像素值的像素将被称为轮廓像素(outline pixel)。例如，在图1A所示的字符图像中，以黑色表示的像素(其像素值为0的像素)对应于轮廓像素，而以白色表示的像素(其像素值为1的像素)对应于背景像素。在图1C所示的静脉图案图像中，以白色表示的像素(其像素值为1)对应于轮廓像素，而以黑色表示的像素(其像素值为0)对应于背景像素。

更具体而言，首先，处理目标区域选择单元101识别输入图像中仅包括背景像素的在顶部和底部的行的数目以及在左部和右部的列的数目。在图6所示的示例中，在具有18列×20行的输入图像中顶部的四行是仅包括背景像素的行，并且在左部的两列和在右部的三列是仅包括背景像素的列。处理目标区域选择单元101将识别出的仅包括背景像素的在顶部和底部的行的数目以及在左部和右部的列的数目发送到将在后面说明的经编码信息生成单元113。在图6所示的示例中，处理目标区域选择单元101向经编码信息生成单元113发送指示在顶部的四行(在底部没有行)是仅包括背景像素的行，而在左部的两列和在右部的三列是仅包括背景像素的列。

随后，处理目标区域选择单元101向将在后面说明的游程长度编码单元103发送通过去除仅包括背景像素的识别出的行或者识别出的列而获得的区域，作为处理目标区域。在图6所示的示例中，通过从具有18列×20行的输入图像中去除在顶部的四行、在左部的两列以及在右部的三列而获得的13列×16行被选择并被用作处理目标区域。

游程长度编码单元103例如由CPU、ROM、RAM等等构成。游程长度编码单元103对输入数据执行游程长度编码处理，并输出构成数据的每个元素的数据值和具有每个数据值的元素的频率。该游程长度编码单元103还包括初级游程长度编码单元105和次级游程长度编码单元111，例如如图5所示。

初级游程长度编码单元105例如由CPU、ROM、RAM等等构成。初级游程长度编码单元105使用游程长度编码方法来对与从处理目标区域选择单元101发送来的处理目标区域相对应的图像数据编码。更具体而言，初级游程长度编码单元105将与所发送来的处理目标区域相对应的图像数据处理为在一行上具有多个像素的图像数据，并生成表示像素值的阵列和表示频率的阵列。随后，初级游程长度编码单元105向将在后面说明的像素频率信息提取单元107发送所生成的表示像素值的阵列和所生成的表示频率的阵列，作为初级编码信息。

例如，当初级游程长度编码单元105接收到图6中所示的处理目标区域时，初级游程长度编码单元105生成包括表示像素值的阵列(其中像素值“1”和“0”被交替布置)和表示频率的阵列(其元素是各个像素值的频率)的初级编码信息，如图7所示。初级游程长度编码单元105将所生成的初级编码信息发送到像素频率信息提取单元107。

当在处理目标区域中处理的第一像素(例如，在左上角的像素)必然是轮廓像素或背景像素时，在表示频率的阵列的开头可以不记录表示第一像素的像素值的信息，例如如图7所示。

次级游程长度编码单元111将在后面详细说明。

像素频率信息提取单元107例如由CPU、ROM、RAM等等构成。像素频率信息提取单元107从发送自初级游程长度编码单元105的初级编码信息(包括表示像素值的阵列和表示频率的阵列)中删除表示像素值的阵列，从而生成仅包括表示频率的阵列的像素频率信息。

例如，当如图7所示的初级编码信息被生成并被发送到像素频率信息提取单元107时，像素频率信息提取单元107通过从初级编码信息中删除表示像素值的阵列来提取出表示频率的阵列，从而生成如图7所示的像素频率信息。

像素频率信息提取单元107将所生成的像素频率信息发送到将在后面说明的像素频率信息划分单元109。

像素频率信息划分单元109例如由CPU、ROM、RAM等等构成。像素频率信息划分单元109将从像素频率信息提取单元107发送来的像素频率信息划分为表示轮廓像素的频率的阵列和表示背景像素的频率的阵列。如上所述，当二进制图像经历游程长度编码时，表示频率的阵列中奇数编号的元素是具有与处理目标区域中处理的第一像素的像素值相同的像素值的像素的频率。同样地，表示频率的阵列中偶数编号的元素是具有与处理目标区域中处理的第一像素的像素值相反的像素值的像素的频率。因此，像素频率信息划分单元109通过判定阵列中的像素是奇数编号的元素还是偶数编号的元素，可以将像素频率信息划分为两种类型的阵列。

例如，图7中所示的像素频率信息被像素频率信息划分单元109划分为两个阵列，即，表示具有像素值“0”的像素的频率的阵列和表示具有像素值“1”的像素的频率的阵列。

像素频率信息划分单元109将表示轮廓像素的频率的阵列发送到次级游程长度编码单元111。另一方面，像素频率信息划分单元109将表示背景像素的频率的阵列发送到将在后面说明的经编码信息生成单元113。

在二进制轮廓图像中，轮廓的厚度(宽度)具有基本上相同的值，因此，表示轮廓像素的频率的阵列存储基本上相同的值。因此，通过再次利用游程长度编码压缩表示轮廓像素的频率的阵列，可以进一步压缩表示轮廓像素的频率的阵列。为此，根据本实施例的像素频率信息划分单元109将所生成的表示轮廓像素的频率的阵列发送到次级游程长度编码单元111。另一方面，在许多情况下，表示背景像素的频率的阵列经常存储范围宽广的多个值，因此，表示背景像素的频率的阵列可能无法被进一步压缩(即使在再次利用游程长度编码压缩时也是如此)。因此，根据本实施例的像素频率信息划分单元109不将表示背景像素的频率的阵列发送到次级游程长度编码单元111。

次级游程长度编码单元111例如由CPU、ROM、RAM等等构成。次级游程长度编码单元111使用游程长度编码来对从像素频率信息划分单元109发送来的表示轮廓像素的频率的阵列编码。结果，从表示轮廓像素的频率的阵列中生成了表示连续出现的轮廓像素的数目(轮廓像素的连续数目)的阵列和表示轮廓像素的连续数目的频率的阵列。

例如，在图7所示的示例中，轮廓像素的连续数目是“1”(在这种情况下，轮廓像素的两个相邻像素都是背景像素)。表示轮廓像素的连续数目的阵列包括3、1、2、1、2、4，并且表示其各自频率的阵列包括39、1、1、1、2、1、1。

次级游程长度编码单元111将所生成的表示轮廓像素的连续数目的阵列和所生成的表示轮廓像素的连续数目的频率的阵列发送到将在后面说明的经编码信息生成单元113。

作为上述编码处理的结果，表示图6中所示的处理目标区域的图像数据被压缩为在图7的底部示出的信息。

经编码信息生成单元113例如由CPU、ROM、RAM等等构成。经编码信息生成单元113接收从处理目标区域选择单元101发送来的表示仅包括背景像素的行和列的信息，以及从像素频率信息划分单元109发送来的表示背景像素的频率的阵列。经编码信息生成单元113从次级游程长度编码单元111接收表示轮廓像素的连续数目的阵列和表示轮廓像素的连续数目的频率的阵列。经编码信息生成单元113将这样接收的多条信息彼此关联，并采用它们作为通过对输入二进制轮廓图像编码而获得的经编码信息。

存储单元115存储由根据本实施例的图像处理装置10生成的各种信息。另外，存储单元115可以存储由根据本实施例的图像处理装置10生成的经编码信息。另外，存储单元115可以存储例如在根据本实施例的图像处理装置10执行某些处理时需要存储的各种参数或者处理进程，并且在必要时可以存储各种数据库等等。存储单元115可以被处理目标区域选择单元101、游程长度编码单元103、初级游程长度编码单元105、像素频率信息提取单元107、像素频率信息划分单元109、次级游程长度编码单元111和经编码信息生成单元113自由地读取和写入。

在上述说明中，根据本实施例的图像处理装置10从左上向右下在水平方向上处理图像。然而，该方向并不限于上述示例。图像可以从右上向左下在水平方向上处理。或者，该处理可以从左上向右下在垂直方向上执行，或者该处理可以从右上向左下在垂直方向上执行。

在上述说明中，不对表示背景像素的频率的阵列执行次级游程长度编码。然而，该处理并不限于上述示例。例如，可以利用次级游程长度编码对表示背景像素的频率的阵列编码，并且当经编码数据的大小小于未经压缩数据的大小时，经压缩数据可以被用作关于背景像素的经编码信息。

上面已经说明了根据本实施例的图像处理装置10的功能示例。上述构成元件中的每一个可以利用通用构件和电路构造，或者可以利用专用于每个构成元件的功能的硬件构造。或者，每个构成元件的功能可以通过CPU等执行。因此，根据在本实施例被执行时本领域的状态，可以在必要时改变所使用的配置。

可以利用计算机程序来实现根据本实施例的上述图像处理装置的功能，并且该计算机程序可以实现在个人计算机等上。另外，可以提供存储这种计算机程序的计算机可读记录介质。记录介质的示例包括磁盘、光盘、磁光盘和闪存。另外，上述计算机程序可通过例如网络分发，而无需使用记录介质。

<图像处理方法>

随后，将参考图8详细说明根据本实施例的图像处理方法。图8是用于图示根据本实施例的图像处理方法的流程图。

首先，处理目标区域选择单元101从输入二进制轮廓图像中选择包括轮廓的图像部分作为处理目标区域，并生成用于标识处理目标区域的信息A(步骤S101)。标识处理目标区域的信息A例如是表示图6中所示仅包括背景像素的行和列的数目的信息。处理目标区域选择单元101将所选的处理目标区域发送到初级游程长度编码单元105。

随后，初级游程长度编码单元105对处理目标区域选择单元101所选的处理目标区域执行游程长度编码(步骤S103)，从而生成初级编码信息。初级游程长度编码单元105将所生成的初级编码信息发送到像素频率信息提取单元107。

随后，像素频率信息提取单元107通过从发送自初级游程长度编码单元105的初级编码信息中删除表示像素值的阵列，来提取出表示频率的阵列，并将表示频率的阵列用作信息B(步骤S105)。信息B对应于像素频率信息。像素频率信息提取单元107将提取出的信息B发送到像素频率信息划分单元109。

随后，像素频率信息划分单元109基于像素值将从像素频率信息提取单元107发送来的信息B划分为两块，从而生成包括轮廓像素的阵列的信息C和包括背景像素的阵列的信息D(步骤S107)。像素频率信息划分单元109将所生成的信息C发送到次级游程长度编码单元111，并将所生成的信息D发送到经编码信息生成单元113。

随后，次级游程长度编码单元111进一步对从像素频率信息划分单元109发送来的信息C执行游程长度编码，从而生成包括表示轮廓像素的连续数目的阵列的信息E和包括表示轮廓像素的连续数目的频率的阵列的信息F(步骤S109)。次级游程长度编码单元111将所生成的信息E和所生成的信息F发送到经编码信息生成单元113。

随后，经编码信息生成单元113将所接收的信息A、所接收的信息D、所接收的信息E和所接收的信息F彼此关联，采用它们作为经编码信息，并存储经编码信息(步骤S111)。

如上所述，在根据本实施例的图像处理方法中，具有轻计算负荷的游程长度编码方法被应用两次，从而可以高效地压缩表示轮廓像素的频率的阵列，并且可以高速、高精度地压缩二进制轮廓像素。

<处理的实际结果>

随后，将详细说明通过利用根据本实施例的图像处理方法执行压缩处理而获得的结果。在该压缩处理中，用于静脉认证处理的稀疏手指(thinned finger)静脉图像被用作二进制轮廓图像的示例。

在压缩处理中，使用了两种稀疏手指静脉图像。每个静脉图像的大小是160×60像素。当不执行压缩处理时，每个静脉图像的大小是9600比特，即1200字节。

每个静脉图像利用三种压缩处理(即，根据本实施例的图像处理方法、一般可用的游程长度编码方法和一般可用的链式编码方法)来压缩。除了压缩方法以外，压缩处理是在相同条件下执行的。在每种压缩方法中，经压缩图像的大小和压缩处理所必需的计算时间被比较。

用于压缩处理的第一稀疏手指静脉图像是图9的项目(a)中所示的图像。用于压缩处理的第二稀疏手指静脉图像是图9的项目(c)中所示的图像。

所获得的结果在下面的表1和表2中示出。图9是用于图示通过执行根据本实施例的图像处理方法而获得的结果的说明性示图。图10是用于图示通过执行根据一般可用的链式编码方法的压缩处理而获得的结果的说明性示图。

[表1]

表1：对第一稀疏手指静脉图像的处理结果

[表2]

表2：对第二稀疏手指静脉图像的处理结果

首先，参见图9和10。在图9和10中，项目(a)图示了要处理的第一稀疏手指静脉图像，项目(b)图示了通过对经压缩图像执行解压缩处理而获得的结果。同样地，项目(c)图示了要处理的第二稀疏手指静脉图像，项目(d)图示了通过对经压缩图像执行解压缩处理而获得的结果。

从图9和10可见，在根据本实施例的图像处理方法和一般可用的链式编码方法中，从解压缩处理获得的图像与输入图像相同。因此，可以理解图像并没有被压缩处理和解压缩处理所恶化。

表1示出了原始大小为1200字节的图像被一般可用的游程长度编码方法压缩为853字节，被根据本实施例的图像处理方法压缩为365字节，并被一般可用的链式编码方法压缩为232字节。这意味着输入图像的图像大小分别被压缩为约71％、约30％和约19％。一般可用的游程长度编码方法的计算时间是0.03msec。根据本实施例的图像处理方法的计算时间为0.04msec。一般可用的链式编码方法为0.06msec。

表2示出了原始大小为1200字节的图像被一般可用的游程长度编码方法压缩为909字节，被根据本实施例的图像处理方法压缩为370字节，并被一般可用的链式编码方法压缩为222字节。这意味着输入图像的图像大小分别被压缩为约76％、约31％和约19％。一般可用的游程长度编码方法的计算时间是0.03msec。根据本实施例的图像处理方法的计算时间为0.03msec。一般可用的链式编码方法的计算时间为0.06msec。

从表1和2所示的结果清楚可见，根据本实施例的图像处理方法具有略低于一般可用的链式编码方法、但是比一般可用的游程长度编码方法高约2.5倍的压缩性能。根据本实施例的图像处理方法的计算时间与一般可用的游程长度编码方法的计算时间大约相同，但是可以理解根据本实施例的图像处理方法在为一般可用的链式编码方法的计算时间一半的计算时间中完成了处理。

如上所述，可以理解根据本实施例的图像处理方法可以高速、高精度地对二进制轮廓图像执行无损的压缩。

<硬件配置>

随后，将参考图11详细说明根据本发明一个实施例的图像处理装置10的硬件配置。图11是用于图示根据本发明实施例的图像处理装置10的硬件配置的框图。

图像处理装置10主要包括CPU 901、ROM 903和RAM 905。图像处理装置10还包括主机总线907、桥接器909、外部总线911、接口913、输入设备915、输出设备917、存储设备919、驱动器921、连接端口923和通信设备925。

CPU 901用作计算处理单元和控制设备，以便根据记录在ROM 903、RAM 905、存储设备919或者可移除记录介质927中的各种程序来控制图像处理装置10的整体操作或者其一部分的操作。ROM 903存储CPU 901所用的程序、计算参数等等。RAM 905临时存储在CPU 901的执行期间所用的程序以及在执行期间根据需要改变的参数等等。它们通过主机总线907彼此连接，主机总线907由诸如CPU总线之类的内部总线构成。

主机总线907经由桥接器909连接到诸如PCI(外围组件互连/接口)总线之类的外部总线911。

输入设备915是用户操作的输入装置，例如鼠标、键盘、触摸面板、按钮、开关和操纵杆。另外，输入设备915例如可以是使用红外光和其他无线电波的遥控装置(所谓的遥控器)。或者，输入设备915可以是诸如便携式电话和PDA之类的外部连接设备929，利用该设备可以操作图像处理装置10。另外，输入设备915例如由输入控制电路构成，输入控制电路用于基于用户利用上述操作装置给出的信息生成输入信号并将输入信号输出到CPU 901。通过操作该输入设备915，图像处理装置10的用户可以向图像处理装置10输入各种数据并向10给出用于处理操作的指令。

输出设备917由能够以可视或可听方式向用户通知所获得的信息的设备构成。这种设备的示例包括诸如CRT显示设备、液晶显示设备、等离子体显示设备、EL显示设备和灯之类的显示设备，诸如扬声器和耳机之类的音频输出设备，以及打印机、便携式电话和传真机。输出设备917例如输出由图像处理装置10执行的各种处理的结果。更具体而言，显示设备将从由图像处理装置10执行的各种处理而获得的结果显示为文本或图像。另一方面，音频输出设备将包含所再现的音频数据、声音数据灯的音频信号转换为模拟信号并输出模拟信号。

存储设备919是被配置为图像处理装置10的存储单元的示例的数据存储设备。存储设备919可以由诸如硬盘驱动器(HDD)之类的磁存储设备、半导体存储设备、光学存储设备、磁光存储设备等等构成。存储设备919例如存储要由CPU 901执行的程序、各种数据以及从外部获得的各种数据(例如图像数据)。

驱动器921是用于记录介质的读写器，其构建在图像处理装置10中或者外部附接到图像处理装置10。驱动器921读取记录在附接到其的可移除记录介质927(例如磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器)中的信息，并将信息输出到RAM 905。另外，驱动器921可以将记录写入到附接到其的可移除记录介质927(例如磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器)。可移除记录介质927可以是DVD介质、HD-DVD介质、蓝光介质等等。或者，可移除记录介质927可以是紧凑式闪存(CF，注册商标)、记忆棒、安全数字(SD)存储卡等等。另外，可移除记录介质927例如可以是包括非接触式集成电路(IC)芯片的IC、电子设备等等。

连接端口923是用于将设备直接连接到图像处理装置10的端口。连接端口923的示例包括通用串行总线(USB)端口、诸如i.Link之类的IEEE 1394端口以及小型计算机系统接口(SCSI)端口。另外，连接端口923的其他示例包括RS-232C端口、光学音频端子和高清晰度多媒体接口(HDMI)端口。通过将外部连接设备929连接到连接端口923，图像处理装置10可以直接从外部连接设备929获得各种数据并向外部连接设备929提供各种数据。

通信设备925例如是由用于建立与通信网络931的连接的通信设备等配置而成的通信接口。通信设备925可以是用于有线或无线局域网(LAN)、蓝牙、无线USB(WUSB)等等的通信卡。或者，通信设备925可以是用于光学通信的路由器、用于非对称数字用户线(ADSL)的路由器、用于各种通信的调制解调器等等。通信设备925例如可以根据诸如TCP/IP之类的预定协议向因特网或另一通信设备发送信号等并从其接收信号等。另外，连接到通信设备925的通信网络931由通过有线或无线装置连接的网络等等构成。该网络可以是因特网、家用LAN、红外数据通信、无线电波通信、卫星通信等等。

上面说明了能够实现根据本发明每个实施例的图像处理装置10的功能的硬件配置的示例。上述构成元件中的每一个可以利用通用构件来构造，或者可以利用专用于每个构成元件的功能的硬件来构造。因此，根据当本实施例被执行时的技术的状态，可以根据需要改变所使用的硬件配置。

<总结>

如上所述，根据本发明每个实施例的图像处理装置和图像处理方法利用了二进制轮廓图像的下列特征，从而能够高速、高精度地对二进制轮廓图像执行无损压缩。

(1)二进制图像仅包括像素值“1”和像素值“0”。因此，根据本发明每个实施例的图像处理装置和图像处理方法不需要具有用在游程长度编码方法中的“表示像素值的阵列”。

(2)用在游程长度编码方法中的“表示频率的阵列”被划分为一组偶数编号的元素和一组奇数编号的元素。表示每个像素值的频率的阵列可以单独生成。

(3)在二进制轮廓图像中，轮廓具有基本上相同的宽度。因此，表示轮廓像素的频率的阵列包括具有类似值的元素。

(4)在二进制轮廓图像中，接近上端和下端的多个水平行以及接近右端和左端的多个垂直列经常仅包括背景像素。

在根据本发明每个实施例的图像处理装置和图像处理方法中，要处理的图像被视作在一行中具有多个像素的数据，并且游程长度编码方法被执行两次，从而可以高效地压缩轮廓像素的数据阵列。结果，根据本发明每个实施例的图像处理装置和图像处理方法可以提高压缩性能，同时抑制压缩处理所必需的计算时间。

上面已参考附图描述了本发明的优选实施例，但是本发明显然并不限于上述示例。本领域技术人员可以找到在权利要求的范围内的各种替换和修改，并且应当理解，它们很自然落在本发明的技术范围内。

在上述说明中，处理目标区域被以像素为单位划分为多个行，并且对其中多个行按顺序连接的一个数据阵列执行游程长度编码处理。然而，实施例并不限于上述示例。处理目标区域可以被划分为多个列，并且可以对通过按顺序连接多个列而生成的数据阵列执行游程长度编码处理。

Claims (7)

1.一种图像处理装置，包括：

处理目标区域选择单元，用于判定包括具有表示背景的像素值的背景像素和具有表示轮廓的像素值的轮廓像素的二进制图像是否包括仅包括所述背景像素的任何行或列，并且从表示所述二进制图像的像素中选择已去除了仅包括所述背景像素的行和列的处理目标区域；

游程长度编码单元，用于对输入数据执行游程长度编码处理，并输出构成所述数据的每个元素的数据值和具有所述数据值的元素的频率；

像素频率信息提取单元，用于从经所述游程长度编码单元处理的处理目标区域的输出值中提取出表示构成所述目标区域的背景像素和轮廓像素的频率的像素频率信息；以及

像素频率信息划分单元，用于将由所述像素频率信息提取单元提取出的像素频率信息划分为关于所述背景像素的频率信息和关于所述轮廓像素的频率信息，

其中所述游程长度编码单元对关于所述轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。

2.如权利要求1所述的图像处理装置，

其中所述游程长度编码单元将所述处理目标区域以像素为单位划分为多个行或列，并对通过按顺序连接所述多个行或列而获得的一个数据阵列执行游程长度编码处理。

3.如权利要求2所述的图像处理装置，

其中所述游程长度编码单元对关于所述轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理，以输出关于轮廓像素的连续数目的信息和关于轮廓像素的连续数目的频率的信息，并且

所述图像处理装置还包括经编码信息生成单元，该经编码信息生成单元用于将关于仅包括所述背景像素的行和列的数目的信息、关于所述背景像素的频率信息、关于轮廓像素的连续数目的信息、以及关于轮廓像素的连续数目的频率的信息彼此关联获得作为通过对所述二进制图像编码而获得的信息的经编码信息轮廓像素的连续数目轮廓像素的连续数目。

4.如权利要求1所述的图像处理装置，

其中表示由所述轮廓像素构成的轮廓的曲线具有基本上相同的宽度。

5.如权利要求1所述的图像处理装置，

其中所述二进制图像是存在于活体中的静脉的二进制图像。

6.一种图像处理方法，包括以下步骤：

判定包括具有表示背景的像素值的背景像素和具有表示轮廓的像素值的轮廓像素的二进制图像是否包括仅包括所述背景像素的任何行或列，并且从表示所述二进制图像的像素中选择已去除了仅包括所述背景像素的行和列的处理目标区域；

对表示所述处理目标区域的数据执行游程长度编码处理，并输出构成表示所述处理目标区域的数据的每个像素的像素值和具有所述像素值的像素的频率；

从所述处理目标区域的输出值中提取出表示所述背景像素和所述轮廓像素的频率的像素频率信息；

将所提取出的像素频率信息划分为关于所述背景像素的频率信息和关于所述轮廓像素的频率信息；以及

对关于所述轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理。

7.一种用于使得计算机执行以下过程的程序：

用于判定包括具有表示背景的像素值的背景像素和具有表示轮廓的像素值的轮廓像素的二进制图像是否包括仅包括所述背景像素的任何行或列，并且从表示所述二进制图像的像素中选择已去除了仅包括所述背景像素的行和列的处理目标区域的过程；

用于对表示所述处理目标区域的数据执行游程长度编码处理，并输出构成表示所述处理目标区域的数据的每个像素的像素值和具有所述像素值的像素的频率的过程；

用于从所述处理目标区域的输出值中提取出表示所述背景像素和所述轮廓像素的频率的像素频率信息的过程；

用于将所提取出的像素频率信息划分为关于所述背景像素的频率信息和关于所述轮廓像素的频率信息的过程；以及

用于对关于所述轮廓像素的频率信息执行游程长度编码处理的过程。

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