JP2001243479A

JP2001243479A - 画像処理方法および装置、ならびに画像処理プログラムを記録した記録媒体

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Publication number: JP2001243479A
Application number: JP2000052585A
Authority: JP
Inventors: Namiko Ikeda; 奈美子池田; Mamoru Nakanishi; 衛中西
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】入力画像から撮影された物体の輪郭画像の細
く途切れの少ないエッジ画像を高速精度に抽出する。【解決手段】入力画像の各画素に対して、垂直方向と
水平方向の濃度勾配値を算出し（２１０）、垂直方向と
水平方向の濃度勾配値からエッジ強度を決定し（２２
０）、さらに、垂直方向と水平方向の濃度勾配値からエ
ッジ法線方向を決定し（２３０）、各画素のエッジ法線
方向とエッジ強度をもとに、エッジを構成する画素を抽
出し（２４０）、この抽出したエッジ構成画素のエッジ
強度を閾値処理し、物体の輪郭の２値画像を生成する
（２５０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像処理技術に関
し、詳しくは、例えば、ロボットの視覚制御、物体の形
状認識、物体の動作確認、障害物認識等に必要なステレ
オ視やオブジェクト抽出等、様々な前処理に共通して利
用されるところの画像から撮像された物体の輪郭を抽出
しエッジ画像を得る画像処理技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に物体の輪郭抽出には、物体
の輪郭は濃度値が変化する部分であることを利用して、
微分オペレータ（微分パラメータ、微分フィルタなどと
も云う）を用いて変化分を取り出す手法が用いられて来
た。これは、入力画像の画素とその周囲の画素に、微分
オペレーターの値を乗じて和を取るというものである。
図３に微分オペレータの一例を示す。

【０００３】図３（１）は代表的な水平成分と垂直成分
の微分オペレータであり、（ａ）の微分オペレータを用
いて求めた水平方向の濃度勾配値と、（ｂ）の微分オペ
レータを用いて求めた垂直方向の濃度勾配値の和をと
り、その和に対する閾値処理を実行してエッジを抽出す
る。しかし、この微分オペレータではエッジ同様雑音も
強調される欠点がある。

【０００４】図３（２）は、雑音除去のための平均化効
果を持った微分オペレータの一例である（Ｒ．Ｏ．Ｄud
a，Ｐ.Ｅ.Ｈart，「Ｐattern Ｃlassification and Ｓc
eneＡnalysis” Ｗilley，ｐ.２７１，１９７３）。図
３（２）では、注目画素の８近傍画素に重みをつけてエ
ッジを抽出する。また、図３（３）は、斜め方向の微分
をとった微分オペレータの一例である（Ｌ．Ｇ．Ｒober
ts，「ＭachineＰerception of Ｔhree-Ｄimensional
Ｓolidｓ」，in Ｏptical and Ｅlectro-Ｏptical Ｉnf
ormation Ｐrocessing，Ｊ.Ｔ.Ｔipett et al., Ｅds.,
ＭＩＴＰress，pp．１５９−１９７，１９６５）。

【０００５】物体の輪郭抽出には、他に、テンプレート
・マッチングを用いた手法がある（Ｊ.Ｍ.Ｓ.Ｐrewit
t，「Ｏbject enhancement and extraction」，in pict
ureＰrocessing and Ｐsychopictorics，Ａcademics Ｐ
ress，pp．７５−１４９，１９７０）。これは、輪郭を
表す標準パターン（オペレータ）をいくつか用意し、注
目画素の３×３近傍と比較して最も似たものを選んでい
く手法である。例えば、図４のように、エッジの方向に
対応する（１）へ（８）までの８種のオペレータを用意
し、微分オペレータと同様に入力画像の画素とその周囲
の画素にオペレータの値を乗じて和を取ることで一致の
度合いを計算して比較する。８種のオペレータを用いた
計算値の内、最大値をエッジの強さとする。

【０００６】以上述べた微分オペレータ等を用いる処理
と閾値処理による手法（第一の従来手法という）では、
いずれも各画素独立に処理が行え、並列ハードウェアを
用いれば高速に処理出来るが、抽出されたエッジ画像
は、２値化処理における閾値が低ければ太く、閾値が高
ければ途切れるという問題がある。更に後処理として演
算量の多い細線化処理が必要であり、細線化時において
位置的な誤差も生じる。

【０００７】従来、これを改善する手法（第二の従来手
法という）として、例えばＣannyのアルゴリズムがある
（Ｊ．Ｃanny，「ＡＣomputational Ａpproach to Ｅd
geＤetection」，ＩＥＥＥＴrans．on Ｐattern Ａnal
ysis and ＭachineＩntelligence，vol．ＰＡＭＩ-８，
Ｎe．６，pp．６７９−６９８、Ｎov １９８６）。これ
は、第一の従来手法と同様に微分オペレータを用いて濃
度勾配値を求めた後、大小二つの閾値を設け、高い方の
閾値より大きい濃度勾配値を持つ画素をまず抽出し、そ
れに接続する画素で、低い方の閾値より大きい濃度勾配
値を持つものを、順次追加し延長していくというもので
ある。この手法は、エッジに途切れは少ないものの、逐
次的に処理を行っているため並列処理には向かず、処理
時間がかかり、ロボットの視覚制御等、リアルタイム性
を要する分野には向いていないという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した第一の従来手法が有するような、抽出されるエッジ
画像が、閾値が低ければ太く、閾値が高ければ途切れ、
更に後処理として演算量の多い細線化処理が必要であ
り、細線化時において位置的な誤差が生じるという問題
を解決とともに、同時に、第二の従来手法が有するよう
な、並列処理に向いておらず処理時間がかかるという問
題を解決し、細く途切れの少ないエッジが高速高精度に
抽出できる画像処理方法および装置、ならびにそのプロ
グラムを記録した記録媒体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力画像の各
画素に対して、微分オペレータにより濃度勾配値を求め
た後、エッジの法線方向を求め、その方向における濃度
勾配値の最大値のみをエッジとして抽出することを最も
主要な特徴とする。

【００１０】エッジの法線方向を求め、その方向におけ
る濃度勾配値の最大値のみをエッジとして抽出すること
により、極大点を結ぶエッジが、いわゆる尾根線とし
て、小さく設定した一つの閾値で得られることになる。
また、各画素独立にエッジの法線方向を求めるようにす
れば、全画素並列処理でき、高速な処理が可能となる。
これにより、細く途切れの少ないエッジ抽出が高速高精
度なリアルタイム処理で実現できるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の具体
的実施例について図面を用いて説明する。図１は本発明
の画像処理装置の一実施例の構成図である。図におい
て、１０がカメラ、１００が画像処理装置を示す。画像
処理装置１００は、画像入力部１０１、水平方向濃度勾
配算出部１０２、垂直方向濃度勾配算出部１０３、エッ
ジ強度決定部１０４、エッジ法線方向決定部１０５、比
較対象画素決定部１０６、最大値抽出部１０７、閾値処
理部１０８、エッジ画像出力部１０９の各処理部、及
び、画像記憶メモリ１２１、水平方向濃度勾配メモリ１
２２、垂直方向濃度勾配メモリ１２３、エッジ強度メモ
リ１２４、エッジ法線方向メモリ１２５、近傍画素エッ
ジ強度メモリ１２６、１２７の各メモリからなる。ここ
で、比較対象画素決定部１０６、最大値抽出部１０７及
び近傍画素エッジ強度メモリ１２６、１２７をまとめた
エッジ構成画素抽出部１１０と称すことにする。なお、
画像処理装置１００は、他に各部の動作を制御する制御
部を具備するが、図１では省略してある。また、各メモ
リ１２１〜１２７は一つのメモリ装置で構成されてもよ
い。

【００１２】図２は、本画像処理装置１００の全体の処
理の流れを示すフローチャートである。以下、図２にし
たがって本画像処理装置１００の動作を詳述する。

【００１３】画像入力部１０１は、カメラ１０で撮影さ
れた画像を取り込み、画像記憶メモリ１２１に格納する
（ステップ２００）。入力画像は、真白から真黒まで、
例えば２５６レベルの濃度分布をとる。なお、処理対象
画像はカラー、モノクロいずれでもよい。

【００１４】水平方向濃度勾配算出部１０２と垂直方向
濃度勾配算出部１０３は、画像記憶メモリ１２１に格納
された入力画像の全画素について、例えば図３に示すよ
うな水平成分用微分オペレータ、垂直成分用微分オペレ
ータを用いて、それぞれ水平方向と垂直方向の濃度勾配
値を算出し、それぞれ水平方向濃度勾配メモリ１２２、
垂直方向濃度勾配メモリ１２３に格納する（ステップ２
１０）。ここで、画像の水平方向と垂直方向の軸を、そ
れぞれ図５で示したようにＸ軸、Ｙ軸と設定する。以
後、この設定に基づいて説明する。

【００１５】エッジ強度決定部１０４は、水平方向濃度
勾配メモリ１２２と垂直方向濃度勾配メモリ１２３を参
照して、全画素について、その水平方向の濃度勾配値
（ｄＸ）と垂直方向の濃度勾配値（ｄＹ）から当該画素
（ｘ，ｙ）におけるエッジ強度Ｉ（ｘ，ｙ）を、例えば
次の式（１）により求め、エッジ強度メモリ１２４に格
納する（ステップ２２０）。Ｉ（ｘ，ｙ）＝｜ｄｘ（ｘ，ｙ）｜＋｜ｄＹ（ｘ，ｙ）｜・・・（１）他にも、エッジ強度を求める演算には、他にはｄＸとｄ
Ｙの二乗和の平方根を用いる手法等を利用してもよい。

【００１６】一方、エッジ法線方向決定部１０５は、同
じく水平方向濃度勾配メモリ１２２と垂直方向濃度勾配
メモリ１２３を参照して、例えば次の式（２）に基づく
演算により、全画素について、エッジの法線方向（θ）
を決定し、エッジ法線方向メモリ１２５に格納する（ス
テップ２３０）。 θ＝ｔａｎ^-1（ｄＹ／ｄＸ）・・・（２）ここで、エッジの法線方向（θ）と画像の関係を図６に
示す。エッジ法線方向は濃度勾配値が最大である方向を
表わす。

【００１７】比較対象画素決定部１０６は、エッジ法線
方向メモリ１２５のエッジ法線方向（θ）をもとに、全
画素について、当該画素（注目画素）のエッジ法線方向
にある２つの近傍画素（比較対象近傍画素）を決定し、
そのエッジ強度をエッジ強度メモリ１２４から読み出
し、近傍画素エッジ強度メモリ（１）１２６と近傍画素
エッジ強度メモリ（２）１２７に格納する（ステップ２
４１）。

【００１８】図７に、エッジ法線方向（θ）をもとに、
当該画素（注目画素）に対する比較対象近傍画素を決定
する具体例を示す。この例では、注目画素のエッジ法線
方向θが、０°〜２２.５°及び１５７.５°〜１８０°
の範囲にある時、図７（Ａ）のように、当該画素の両隣
の画素、すなわち左隣及び右隣の画素を、比較対象近傍
画素と決定し、それら２つの画素のエッジ強度を、エッ
ジ強度メモリ１２４から読み出し、それぞれ近傍画素エ
ッジ強度メモリ（１）１２６と近傍画素エッジ強度メモ
リ（２）１２７に格納する。同様に、注目画素のエッジ
法線方向θが２２.５°〜６７.５°の範囲にある時は、
図７（Ｂ）のように左上隣及び右下隣の画素を、６７．
５°〜１１２．５°の範囲にある時は、図７（Ｃ）のよ
うに上隣及び下隣の画素を、１１２.５°〜１５７.５°
の範囲にある時は、図７（Ｄ）のように右上隣及び左下
隣の画素を、それぞれ比較対象近傍画素と決定し、それ
ら２つの画素のエッジ強度を、エッジ強度メモリ１２４
から読み出し、それぞれ近傍画素エッジ強度メモリ
（１）１２６と近傍画素エッジ強度メモリ（２）１２７
に格納する。

【００１９】図７は、エッジ法線方向を４方向に分類す
る例であったが、分類の仕方は容易に変えることができ
る。図８は、エッジ法線方向を８方向に分類して比較近
傍画素を決定する例で、注目画素のエッジ法線方向θが
０°〜１１.２５°及び１６８.７５°〜１８０°図８で
は（Ａ）、１１.２５°〜３３.７５°では同（Ｂ）、３
３.７５°〜５６.２５°では同（Ｃ）、５６.２５°〜
７８.７５°では同（Ｄ）、７８.７５°〜１０１.２５
°では同（Ｅ）、１０１.２５°〜１２３.７５°では同
（Ｆ）、１２３.７５°〜１４５.２５°では同（Ｇ）、
１４６.２５°〜１６８.７５°では同（Ｈ）に示すよう
に、それぞれを比較対象近傍画素を決定することを示し
ている。

【００２０】また、図８の（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）、
（Ｈ）の場合は、例えば、図９の（Ｂ′）、（Ｄ′）、
（Ｆ′）、（Ｈ′）ように、片側２つずつの近傍画素を
選択し、そのエッジ強度の最大値又は平均値、あるいは
重みをつけた和を、それぞれ近傍画素エッジ強度メモリ
（１）１２６と近傍画素エッジ強度メモリ（２）１２７
に格納することでもよい。

【００２１】最大値抽出部１２７は、全画素について、
エッジ強度メモリ１２４の当該画素（注目画素）のエッ
ジ強度と、近傍画素エッジ強度メモリ（１）１２６と近
傍画素エッジ強度メモリ（２）１２６に格納された２つ
のエッジ強度とを比較し、当該画素のエッジ強度が最大
であるかどうかを判定し、当該画素のエッジ強度が最大
値だった時のみ、当該画素をエッジ構成画素として抽出
する（ステップ２４２）。この場合、エッジ強度メモリ
１２４中の当該画素（抽出されたエッジ構成画素）のエ
ッジ強度値はそのままとする。一方、当該画素（注目画
素）のエッジ強度が最大でない場合、エッジ強度メモリ
１２４中の当該画素位置のエッジ強度値を０にクリアす
る。

【００２２】ステップ２４１と２４２の処理を全画素に
ついて行った時点では、エッジ構成画素のエッジ強度値
のみがエッジ強度メモリ１２４に残る。図２では、図１
のエッジ構成画素抽出部１１０に対応して、このステッ
プ２４１とステップ２４２をまとめて２４０（エッジ構
成画素抽出処理）と表わしている。

【００２３】閾値処理部１０８は、エッジ強度メモリ１
２４の各エッジ構成画素のエッジ強度値に対して、適当
な値を閾値として閾値処理して物体の輪郭（エッジ）の
２値画像を生成する（ステップ２５０）。エッジ画像出
力部１０９は、この２値画像（エッジ画像）を出力する
（ステップ２６０）。出力先は、ディスプレィ、画像保
存用メモリ等、何でもよい。

【００２４】本実施例によれば、エッジ法線方向を求
め、その方向におけるエッジ強度の最大値の画素のみを
エッジ構成画素として抽出することで、極大点を結ぶエ
ッジがいわゆる尾根線として得られ、前述した第一の従
来手法と比較し、幅１画素の細く途切れが少ないエッジ
画素が抽出できる。この結果、第一の従来手法で必要と
した、演算量が多く位置的な誤差が生じる細線化処理
が、後処理として必要で無く精度の向上が成される。ま
た、第二の従来手法と異なり、各画素独立にエッジの判
定が可能であり、エッジの延長を逐次的に行う第二の従
来手法では入力画像の内容により処理時間が長くなるの
に比べ、各画素独立にエッジ判定を行うことにより、固
定の短い時間で処理を終えることができる。

【００２５】図１０は、図１中のエッジ法線方向決定部
１０５及び比較対象画素決定部１０６の他の実施例を説
明する図である。また、図１１は本実施例に適用するエ
ッジ法線方向の分類を示したものである。本実施例は、
各画素（注目画素）について、エッジ法線方向決定部１
２５は水平方向濃度勾配メモリ１２２及び垂直方向濃度
勾配メモリ１２３の該当濃度勾配値（ｄＸ）、（ｄＹ）
から直接、そのエッジ法線方向を判別し、比較対象画素
決定部１０６は、その判別結果をもとに、直ちに比較対
象近傍画素をエッジ強度メモリ１２４から読み出して近
傍画素エッジ強度メモリ１２６、１２７に格納するもの
である。以下に、本実施例の動作を説明する。

【００２６】水平方向の濃度勾配値メモリ１０２と垂直
方向の濃度勾配値メモリ１０３から、各画素（注目画
素）について、その水平方向の濃度勾配値（ｄＸ）と垂
直方向の濃度勾配値（ｄＹ）をエッジ法線方向決定部１
２５に入力する。

【００２７】エッジ法線方向決定部１０５では、水平方
向の濃度勾配値の絶対値が垂直方向の濃度勾配値の絶対
値の二倍量以上であるかを判定し（第一の判定３０
１）、当てはまれば、エッジ法線方向を０°〜２６.５
°及び１５３.５°〜１８０°の範囲にあるとする。こ
の場合、比較対象画素決定部１０６は、図１１（Ａ）に
示すように、当該注目画素そのエッジ法線方向の両隣の
画素、すなわち左隣及び右隣画素のエッジ強度をエッジ
強度メモリ１２４から読み出し、比較対象近傍画素メモ
リ（１）１２６と比較対象近傍画素メモリ（２）１２７
にそれぞれ格納する（処理３１１）。

【００２８】第一の判定３０１に当てはまらない画素に
ついては、次に、エッジ法線方向決定部１０５は、垂直
方向の濃度勾配値の絶対値が水平方向の濃度勾配値の絶
対値の二倍量以上であるかを判定し（第二の判定３０
２）、当てはまれば、エッジ法線方向を６３.５°〜１
１６.５°の範囲にあるとする。この場合、比較対象画
素決定部１０６は、図１１（Ｃ）に示すように、当該注
目画素そのエッジ法線方向の両隣の画素、すなわち上隣
及び下隣の画素のエッジ強度をエッジ強度メモリ１２４
から読み出し、比較対象近傍画素メモリ（１）１２６及
び比較対象近傍画素メモリ（２）１２７にそれぞれ格納
する（処理３１２）。

【００２９】第一及び第二の判定に当てはまらない画素
については、次に、エッジ法線方向決定部１０５は、水
平方向の濃度勾配値と垂直方向の濃度勾配値の正負を比
較して、同符号であるかを判定し（第三の判定３０
３）、当てはまれば、エッジ法線方向を２６.５°〜６
３.５°の範囲にあるとする。この場合、比較対象画素
決定部１０６は、図１１（Ｂ）に示すように、当該注目
画素のエッジ法線方向の両隣の画素、すなわち左上隣及
び右下隣の画素のエッジ強度をエッジ強度メモリ１２４
から読み出し、比較対象近傍画素メモリ（１）１２６及
び比較対象近傍画素メモリ（２）１２７にそれぞれ格納
する（処理３１３）。

【００３０】最後、第一、第二及び第三の判定３０１、
３０２、３０３に当てはまらない画素については、エッ
ジ法線方向決定部１０５は、エッジ法線方向を１１６.
５°〜１５３.５°の範囲にあるとする。この場合、比
較対象画素決定部１０６は、図１１（Ｄ）に示すよう
に、当該注目画素そのエッジ法線方向の両隣の画素、す
なわち右上隣及び左下隣の画素のエッジ強度をエッジ強
度メモリ１２４から読み出し、比較対象近傍画素メモリ
（１）１２６及び比較対象近傍画素メモリ（２）１２７
にそれぞれ格納する（処理３１４）。

【００３１】本実施例では、エッジ法線方向の決定に、
先の（２）式に示したような、多くの演算を必要とする
複雑な除算やｔａｎ^-1の計算等は必要とせず、２倍演算
のためのシフト演算、減算、大小比較、符号比較といっ
た単純で少ない演算で実現できることになり、ハードウ
ェア／ソフトウエア規模の縮小、演算処理の高速化が実
現できる。また、、図１に示したエッジ法線方向メモリ
１２５は不要であり、エッジ法線方向決定部１０５と比
較対象画素決定部１０６を一体に構成することも可能で
ある。この結果、画素のエッジ法線方向の判定とその比
較対象近傍画素の読出し・格納を連続的に処理すること
が可能になる。

【００３２】図１２は、本発明の画像処理装置の更に他
の実施例を示す図である。本画像処理装置は、入力画像
の１画素毎にプロセシングエレメント（ＰＥ）１１００
を備え、そのＰＥ１１００を２次元状に並べてアレイプ
ロセッサ（ＰＥアレイ）１０００を構成し、全画素に対
するエッジ抽出処理を並列に行うものである。ＰＥアレ
イ１０００は入力処理部１２００と出力処理部１３００
に接続される。

【００３３】入力処理部１２００は、カメラからの画像
データをＰＥアレイ１０００へ入力する。本実施例で
は、ＰＥアレイ１０００の各ＰＥ１１００は上下左右に
接続されており、入力データのシフト動作を繰り返すこ
とで、当該画素の画像データ、及び、近傍画素（上下左
右斜めの画素）の画像データを取り込む。その後、各Ｐ
Ｅ１１００は当該注目画素に対するエッジ抽出処理を並
列に行い、処理結果を出力処理部１３００に出力する。
出力処理部１３００はＰＥアレイ１０００からのエッジ
画像を組み立て出力する。

【００３４】次に、図１３により、１つの注目画素を処
理するＰＥ１１００における処理を説明する。ＰＥ１１
００の構成は図１と基本的に同様である。ただし、メモ
リ１１１１は当該画素及び上下左右斜め画素分の９個の
メモリからなる。

【００３５】ＰＥ間転送処理部１１０１は、まず、例え
ば左近傍ＰＥから濃度値を受け取り、メモリ１１１１内
の左近傍情報メモリに格納する。また、右近傍ＰＥから
濃度値を受け取り、同メモリ１１１１内の右近傍情報メ
モリに格納する。また、上近傍ＰＥの濃度値を受け取
り、同メモリ１１１１内の上近傍情報メモリに格納す
る。また、上近傍ＰＥの右近傍情報メモリの内容を受け
取り、同メモリ１１１１内の右上近傍情報メモリに格納
する。また、上近傍ＰＥの左近傍情報メモリの内容を受
け取り、同メモリ１１１１内の左上近傍情報メモリに格
納する。同様に、下近傍ＰＥの濃度値、下近傍ＰＥの右
近傍情報メモリの内容、下近傍ＰＥの左近傍情報メモリ
の内容を受け取り、それぞれ同メモリ１１１１内の下近
傍情報メモリ、右下近傍情報メモリ、左下近傍情報メモ
リに格納する。

【００３６】濃度勾配算出部１１０２は、メモリ１１１
１内の上記８近傍（右近傍、左近傍、上近傍、右上近
傍、左上近傍、下近傍、右下近傍、左下近傍）情報メモ
リの濃度値と当該画素の濃度値を基に、水平方向及び垂
直方向の濃度勾配値を図１の実施例で説明したと同様の
演算により求め、エッジ強度決定部１１０３及びエッジ
方向決定部１１０４に送る。

【００３７】エッジ強度決定部１１０３は、水平方向の
濃度勾配値と垂直方向の濃度勾配値を基に、先の式
（１）と同様の演算によりエッジ強度を求め、得られる
エッジ強度を当該画素のエッジ強度メモリ１１１２に格
納する。エッジ法線方向決定部１１０４は、先の式
（２）または図１０の実施例同様の処理によりエッジ法
線方向を決定する。

【００３８】比較対象近傍画素決定部１１０５は、あら
かじめ定められた分類アルゴリズムをもとに、上記エッ
ジ法線方向に応じた２つの近傍画素位置を決定し、比較
対象画素位置メモリ（１）１１１３、比較対象画素位置
メモリ（２）１１１４に記憶する。

【００３９】各ＰＥ１１００のＰＥ間転送処理部１１０
１では、前記濃度値の転送と同様に、８近傍のエッジ強
度メモリ１１０３の内容を順次転送しあい、メモリ１１
１１に格納する。最大値抽出部１１０６は、比較対象画
素位置メモリ（１）１１１３及び比較対象画素位置メモ
リ（２）１１１４に記憶されている位置からのエッジ強
度値である場合、当該画素のエッジ強度メモリ１１１２
に記憶しているエッジ強度と比較し、当該画素位置のエ
ッジ強度より大きい場合にのみ、当該エッジ強度メモリ
を０クリアする。閾値処理部１１０７は、当該画素のエ
ッジ強度メモリ１１１２の強度値に対して、適当な値を
閾値として閾値処理して２値化し、出力メモリ１１１５
に格納する。

【００４０】この処理の結果、全ＰＥ１１００に記憶し
ている出力メモリ１１１５がエッジの２値画像となる。
ＰＥ間転送処理部１１０１は、出力メモリ１１１５から
読み出したエッジデータを右ＰＥに転送する。この転送
処理を繰り返すことにより、２次元ＰＥアレイ１０００
からエッジ画像が出力される。

【００４１】図１３に示すＰＥ１１００は、図１２のＰ
Ｅアレイ１０００に示すように、全ての画素に対し２次
元に配列されており、各画素独立に処理可能であるの
で、並列処理を行うことができ、処理時間の高速化がな
され、リアルタイム処理が可能となる。なお、図１２の
ＰＥアレイ１０００では、各ＰＥ間を上下左右に接続す
るとしたが、斜め方向にも接続するようにすると、各Ｐ
Ｅは斜め方向のＰＥのデータを直接取り込むことがで
き、更に高速化が実現する。

【００４２】また、処理時間は多少犠牲になるが、複数
の画素あたり１つのＰＥを割り当てることとし、ＰＥ数
を少なくしてハードウェア規模を小さくし、割り当てら
れた複数の画素を順次処理することも容易に実現でき
る。

【００４３】以上、本発明の実施例を説明したが、図２
や図１０などの処理手順は、コンピュータで実行可能な
プログラム言語で記述し、コンピュータで読み取り可能
な記録媒体、例えばフロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、メモリカードなどに記録して提供することが可能で
ある。このような記録媒体されたプログラムをコンピュ
ータにインストールすることにより、例えば図１で説明
したような処理機能が実現する。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、エッジ
の法線方向を求め、その方向における濃度勾配値の最大
値をエッジ画像として抽出するものであるから、従来法
に比べ、細く途切れの少ないエッジが抽出され、後処理
として演算量の多い細線化が必要ではなく、濃度勾配の
極大点を結ぶ、位置による誤差の少ないエッジ抽出が高
速で行うことができる。また、ＥＰアレイにより、処理
を各画素独立あるいは複数画素単位に並列に行うことが
容易に実現でき、リアルタイムエッジ抽出が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明するフローチャートで
ある。

【図３】微分オペレータの一例を説明する図である。

【図４】テンプレート・マッチングに用いられるオペレ
ータを説明する図である。

【図５】画像における水平方向のＸ軸と垂直方向のＹ軸
を説明する図である。

【図６】エッジ法線方向を説明する図である。

【図７】エッジ法線方向と比較対象近傍画素の対応関係
の一例を説明する図である。

【図８】エッジ法線と比較対象近傍画素の対応関係の他
の一例を説明する図である。

【図９】比較対象近傍画素を３つ以上取る例を説明する
図である。

【図１０】図１のエッジ法線方向決定部と比較対象画素
決定部の他の実施例を説明する図である。

【図１１】図１０の実施例におけるエッジ法線方向の分
類の仕方を説明する図である。

【図１２】本発明の更に他の実施例を説明する図であ
る。

【図１３】図１２におけるプロセシングエレメント（Ｐ
Ｅ）の構成例を説明する図である。

【符号の説明】

１０カメラ１００画像処理装置１０１画像入力部１０２水平方向濃度勾配算出部１０３垂直方向濃度勾配算出部１０４エッジ強度決定部１０５エッジ法線方向決定部１０６比較対象画素決定部１０７最大値抽出部１０８閾値処理部１０９エッジ画像出力部１１０エッジ構成画素抽出部１２１画像記憶メモリ１２２水平方向濃度勾配メモリ１２３垂直方向濃度勾配メモリ１２４エッジ強度メモリ１２５エッジ法線方向メモリ１２６、１２７近傍画素エッジ強度メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像から物体の輪郭を抽出しエッジ画像
を得る画像処理方法において、画像の各画素に対して、垂直方向と水平方向の濃度勾配
値を算出するステップと、各画素に対して、垂直方向と水平方向の濃度勾配値から
エッジ強度を決定するステップと、各画素に対して、垂直方向と水平方向の濃度勾配値から
エッジ法線方向を決定するステップと、各画素のエッジ法線方向とエッジ強度をもとに、エッジ
を構成する画素（以下、エッジ構成画素）を抽出するス
テップと、エッジ構成画素のエッジ強度を閾値処理し、物体の輪郭
の２値画像を生成するステップと、を有することを特徴
とする画像処理方法。
【請求項２】請求項１記載の画像処理方法において、
エッジ構成画素を抽出するステップは、注目画素のエッ
ジ法線方向をもとに、エッジ強度を比較する対象の近傍
画素を決定するステップと、注目画素のエッジ強度と該
決定した近傍画素とを比較して、当該注目画素のエッジ
強度が最大のとき当該注目画素をエッジ構成画素とする
ステップとからなることを特徴とする画像処理方法。
【請求項３】請求項２記載の画像処理方法において、エッジ法線方向を決定するステップは、水平方向の濃度
勾配値の絶対値の垂直方向の濃度勾配値の絶対値の２倍
以上のときはエッジ法線方向Ａ、垂直方向の濃度勾配値
が水平方向の濃度勾配値の絶対値の２倍以上のときはエ
ッジ法線方向Ｂ、これらのいずれでもなく、水平方向の
濃度勾配値と垂直方向の濃度勾配値の符号が同符号のと
きはエッジ法線方向Ｃ、異符号のときはエッジ法線方向
Ｄと決定し、エッジ強度の比較対象近傍画素を決定するステップは、
エッジ法線方向Ａでは注目画素の左隣画素と右隣画素、
エッジ法線方向Ｂでは注目画素の上隣画素と下隣画素、
エッジ法線方向Ｃでは注目画素の左上隣画素と右下隣画
素、エッジ方向Ｄでは注目画素の右上隣画素と左下隣画
素を、それぞれ比較対象近傍画素と決定する、ことを特
徴とする画像処理方法。
【請求項４】画像から物体の輪郭を抽出し、エッジ画
素を得る画像装置処理において、画像を入力する手段と、各画素に対して、垂直方向と水平方向の濃度勾配値を算
出する手段と、各画素に対して、垂直方向と水平方向の濃度勾配値から
エッジ強度を決定する手段と、各画素に対して、垂直方向と水平方向の濃度勾配値から
エッジ法線方向を決定する手段と、注目画素のエッジ法線方向より、エッジ強度を比較する
対象の近傍画素を決定する手段と、注目画素のエッジ強度と前記決定した近傍画素のエッジ
強度とを比較し、注目画素のエッジ強度が最大値のと
き、当該注目画素をエッジ構成画素として抽出する手段
と、エッジ構成画素のエッジ強度を閾値処理し、物体の２値
画像を生成する手段と、を具備することを特徴とする画
像処理装置。
【請求項５】請求項４記載の画像処理装置において、エッジ法線方向を決定する手段は、水平方向の濃度勾配
値の絶対値が垂直方向の濃度勾配値の絶対値の二倍量以
上であるとエッジ法線方向Ａ、垂直方向の濃度勾配値の
絶対値が水平方向の濃度勾配値の絶対値の二倍量以上で
あるとエッジ法線方向Ｂ、前記いずれにも当てはまらな
い場合に、水平方向の濃度勾配値と垂直方向の濃度勾配
値の符号が同符号であるとエッジ法線方向Ｃ、異符号で
あるエッジ法線方向Ｄと決定し、エッジ強度の比較対象近傍画素を決定する手段は、エッ
ジ法線方向Ａでは注目画素の左隣画素及び右隣画素、エ
ッジ法線方向Ｂでは注目画素の上隣画素及び下隣画素、
エッジ法線方向Ｃでは注目画素の左上隣画素及び右下隣
画素、エッジ法線方向Ｄでは注目画素の右上隣画素及び
左下隣画素を、それぞれ比較対象近傍画素として決定す
る、ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】複数のプロセッシングエレメントを２次
元状に配列し、各プロセッシングエレメント間を転送路
で接続したアレイプロセッサと、画像データをアレイプロセッサに入力する入力装置と、アレイプロセッサからエッジ画像を受け取る出力装置と
を具備し、各プロセッシングエレメントは、近傍画素の濃度値を転
送する手段と、垂直方向と水平方向の濃度勾配値を算出
する手段と、垂直方向と水平方向の濃度勾配値からエッ
ジ強度を決定する手段と、垂直方向と水平方向の濃度勾
配値からエッジ法線方向を決定する手段と、エッジ法線
方向より、エッジ強度を比較する対象の比較対象近傍画
素の位置を決定する手段と、近傍画素のエッジ強度を転
送する手段と、転送されるエッジ強度のうち前記決定し
た位置のエッジ強度のみ、当該画素のエッジ強度と比較
する手段と、当該画素のエッジ強度が最大値である時の
み、当該画素をエッジの構成画素として抽出する手段
と、エッジを構成する画素のエッジ強度を閾値処理し、
エッジの２値画像を生成する手段を有し、１つの画素または複数の画素に対して１つのプロセシン
グエレメントの割合いで、全画素または複数の画素を並
列に処理することを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】請求項１乃至３記載の画像処理方法をコ
ンピュータで実行するためのプログラムを記録したこと
を特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。