JP2001266143A

JP2001266143A - 図形抽出方法

Info

Publication number: JP2001266143A
Application number: JP2000075458A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kinebuchi; 哲也杵渕; Minoru Mori; 稔森; Akira Suzuki; 章鈴木; Akio Shio; 昭夫塩
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-28
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP3598039B2

Abstract

(57)【要約】【課題】黒画素部分に重みを与えたテンプレートを使
い、画像からそれに類似した図形を抽出するのでは画像
の擾乱による間違った抽出になる。【解決手段】抽出対象図形の白画素部分にマイナスの
重み値、黒画素部分にプラスの重み値を与え、その基準
点を中心に１８０度回転したテンプレートＡを作成し
（２００）、テンプレートＡの重み値の符号を正負反転
させたテンプレートＢを作成する（３００）。図形抽出
処理（４００）では、２値画像１００の上を１画素ずつ
移動しながら、２値画像中の画素に前記テンプレートＡ
またはＢの基準点を重ね、該画素が黒画素の場合は投票
画像にテンプレートＡの重み値を、該画素が白画素の場
合は投票画像にテンプレートＢの重み値を投票値として
加算していき、投票画像中で投票値が極大となる部分を
抽出対象である図形の基準点の位置として抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２値画像中からテ
ンプレートを用いて図形（画像パターン）を抽出する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、２値画像中から図形を抽出する方
法として、一般Ｈｏｕｇｈ変換「森俊二、坂倉拇子：画
像認識の基礎〔ＩＩ〕、Ｐａｇｅ１１−１４、オーム
社、１９９０」がある。この方法は、抽出対象図形の黒
画素部分に重み値を与えたテンプレートを作成し、この
テンプレートを用いて画像中から抽出対象図形と類似し
た図形を抽出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の従来
の方法は、黒画素部分の類似性のみに基いて抽出対象図
形に類似した図形の抽出を行い、白画素部分の類似性を
考慮しないため、以下の二つの問題がある。

【０００４】第１の問題は、抽出対象図形の白画素部分
が一部黒画素となっているような、抽出対象図形と区別
すべき類似した図形を間違えて抽出してしまうことであ
る。例えば「Ｌ」字型を抽出対象図形とする場合には、
図１０の（ａ），（ｂ）に示すように、抽出対象図形に
類似しない図形が画像中から抽出される。図１０におい
て、１０００は２値画像例、１０１０は抽出対象図形、
１０２０は間違って抽出された図形、１０３０は正しく
抽出された図形である。

【０００５】第２の問題は、白黒が反転している抽出対
象図形は、テンプレートを作り直さねば抽出できないこ
とである。従って２値画像中に、抽出対象図形と白黒反
転した抽出対象図形が混在する場合、一度の処理で両方
を抽出することができない。

【０００６】なお、画像上の雑音や歪みの発生による誤
検出を解決する方法を、本願出願人は、既に提案してい
る（特開平１１−３２８３９０号公報）。この方法は、
抽出対象図形の特徴を重み値によって表現する第１のテ
ンプレートを使用して図形抽出処理を行い、この抽出処
理結果から正しく抽出された部分領域と誤って抽出され
た画像の部分領域から類似した図形との差を強調する第
２のテンプレートを作成し、この第２のテンプレートを
用いて図形抽出処理を行う。しかしながら、この方法に
おいては、第１の問題については、２つのテンプレート
を用いて２回の抽出処理をすることになり、処理が複雑
になる。また、第２の問題を解決できるものでない。

【０００７】本発明の目的は、抽出対象図形の黒画素部
分と白画素部分の両方の類似性に着目することにより、
上記問題を解決する図形抽出方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、抽出対象図形
の白画素部分と黒画素部分の両方に注目し、図形の白画
素部分にマイナスの重み値、黒画素部分にプラスの重み
値を与え、図形の基準点を中心に１８０度回転したテン
プレートＡと、該テンプレートＡの重み値の符号を正負
反転させたテンプレートＢの二つのテンプレートを作成
し、これら２つのテンプレートを用いて図形を抽出する
ことを最も主要な特徴とする。

【０００９】これにより、従来方法で多数発生していた
類似図形の誤った抽出を無くし、また白黒反転した抽出
対象を一度の処理で抽出することができるようにしたも
ので、以下の方法を特徴とする。

【００１０】２値画像中から図形を抽出する方法であっ
て、抽出対象である図形の白画素部分にマイナスの重み
値、黒画素部分にプラスの重み値を与え、前記図形の基
準点を中心に１８０度回転したテンプレートＡを作成
し、前記テンプレートＡの重み値の符号を正負反転させ
たテンプレートＢを作成し、２値画像の上を１画素ずつ
移動しながら、２値画像中の画素に前記テンプレートＡ
またはＢの基準点を重ね、該画素が黒画素の場合は投票
画像にテンプレートＡの重み値を、該画素が白画素の場
合は投票画像にテンプレートＢの重み値を投票値として
加算していき、前記投票画像中で投票値が極大となる部
分を抽出対象である前記図形の基準点の位置として抽出
することを特徴とする。

【００１１】また、前記投票画像中で投票値が極小とな
る部分を、白黒反転した抽出対象の基準点が存在する位
置として抽出することを特徴とする。

【００１２】また、前記テンプレートＡの重み値を２倍
にしたテンプレートＡ’を作成し、２値画像の上を１画
素ずつ移動しながら、２値画像中の全ての画素に前記テ
ンプレートＢの基準点を重ねて投票画像にテンプレート
Ｂの重み値を投票値として加算していくことで第１の投
票画像を作成し、２値画像中の黒画素のみに前記テンプ
レートＡ’の基準点を重ねて第１の投票画像にテンプレ
ートＡ’の重み値を投票値として加算していくことで第
２の投票画像を作成し、第２の投票画像中で投票値の合
計が極大となる部分を抽出対象である図形の基準点の位
置、極小となる部分を白黒反転した抽出対象の基準点の
位置として抽出することを特徴とする。

【００１３】また、前記テンプレートＢの各点に与えら
れた重み値を合計して合計値Ｓを求め、投票画像の全て
の点に予め投票値として前記合計値Ｓを与えて第１の投
票画像を作成し、２値画像中の黒画素のみに前記テンプ
レートＡ’の基準点を重ねて前記第１の投票画像にテン
プレートＡ’の重み値を投票値として加算していき前記
第２の投票画像を作成し、前記第２の投票画像中で投票
値の合計が極大となる部分を抽出対象である図形の基準
点の位置、極小となる部分を白黒反転した抽出対象の基
準点の位置として抽出することを特徴とする。

【００１４】また、共通の抽出対象を、大きさの同じ様
々な２値画像から抽出する場合、一度作成した前記第１
の投票画像を共通的に使用することを特徴とする。

【００１５】また、重み値０の部分を持つテンプレート
を作成することを特徴とする。

【００１６】また、抽出対象とする図形の黒画素部分と
白画素部分との境界に、重み値０の部分を持つテンプレ
ートを作成することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本実施形態
は、抽出対象図形と区別すべき類似した図形が多数存在
している２値画像中から正しい図形を抽出する場合であ
る。

【００１８】図１に、本実施形態の処理手順を示す。１
００はイメージ入力装置によって得る白及び黒の２値で
表される２値画像、２００はテンプレートＡの作成処
理、３００はテンプレートＢの作成処理、４００は２値
画像中からの図形抽出処理、５００は図形抽出結果であ
る。

【００１９】本実施形態および後に説明する他の実施形
態における図形抽出方法は、例えばコンピュータとその
入出力装置によって実現され、コンピュータには２値画
像や作成されたテンプレートＡ，Ｂおよび抽出結果等の
データを内部メモリや外部記憶装置に書き込み・読み出
しができるようにし、必要とする図形抽出処理をアプリ
ケーションプログラムとして搭載する。

【００２０】図１において、２値画像１００は、スキャ
ナ、ファクシミリ、カメラ等のイメージ入力装置によっ
て、白及び黒の２値で表される画像である。

【００２１】テンプレートＡの作成処理２００は、図形
を抽出するためのテンプレートＡを作成する処理であ
る。テンプレートＡの作成方法には２つの方法がある。

【００２２】最初の方法は、予め決められた抽出対象図
形の形状の関数に基づいて作成する方法である。例え
ば、ｘ，ｙ座標上の円を抽出する場合には、円の半径を
ｒとして、

【００２３】

【数１】ｘ²＋ｙ²＝ｒ² なる式でテンプレートＡを作成する。

【００２４】もう１つの方法は、実際の２値画像中から
抽出対象となる図形を切出し、これに基づいて作成する
方法である。図２は、該方法によって「Ｌ」字型のテン
プレートＡを作成する手順の説明図であり、同図の
（ａ）に示す２１０は２値画像であり、（ａ）中および
（ｂ）に示す２２０は抽出対象である「Ｌ」字型の画
像、（ｃ）に示す２３０は基準点を中心に１８０度回転
して作成したテンプレートＡである。

【００２５】まず、２値画像２１０中からマニュアル操
作によって抽出対象２２０を切出す。そして切出された
抽出対象の白画素部分にマイナスの重み値、黒画素部分
にプラスの重み値を与え、さらに基準点を中心に１８０
度回転させ、テンプレートＡを作成する。基準点の取り
方は任意でよいが、この場合は図形の中心を基準点とす
る。テンプレートに与える重み値も任意でよいが、計算
コストが小さくなるように、マイナスの重み値を−１、
プラスの重み値を１としてテンプレートを作成する方法
が好ましい。

【００２６】また、重み値０の部分をテンプレートに加
えることで、抽出処理においてその部分の類似性を無視
することができる。これを利用し、２値画像中から類似
した２種類の図形を抽出する場合、これら２種類の図形
の相違部分を重み値０としたテンプレートを作成し、相
違点を無視した抽出処理を行うことで、１つのテンプレ
ートで同時に両方の図形を抽出できる。

【００２７】また、抽出対象である図形の黒画素部分と
白画素部分との境界に、重み値０の部分を適当な幅で加
えたテンプレートを作成することで、抽出対象である図
形の多少のぶれ、傾斜、雑音などに対して影響され難い
図形抽出を行うことができる。例として、このようにし
て作成した長方形を抽出するためのテンプレートを、図
２の（ｄ）に２４０として示す。

【００２８】次に、テンプレートＢ作成処理３００は、
テンプレートＡの重み値の符号を正負反転させ、テンプ
レートＢを作成する処理である。図３にテンプレートＡ
作成処理で作成されたテンプレート２３０からテンプレ
ートＢ作成処理で作成されたテンプレート３１０を示
す。

【００２９】図形抽出処理４００は、作成したテンプレ
ートＡ，Ｂを用い、２値画像中から抽出対象となる図形
を抽出する処理である。図４は、図形抽出処理４００の
処理手順図であり、４１０は２値画像、４２０はテンプ
レートＡ，４３０はテンプレートＢ，４４０は投票処
理、４５０は投票画像、４６０は図形位置検索処理、５
００は図形抽出結果である。

【００３０】投票処理４４０は、２値画像４１０の上を
１画素ずつ移動しながら２値画像中の画素にテンプレー
トＡ，Ｂの基準点を重ね、該画素が黒画素の場合はテン
プレートＡの重み値を、該画素が白画素の場合はテンプ
レートＢの重み値を投票画像４５０に投票値として加算
していく処理である。以下の説明では、２値画像４１０
として図２で示した２値画像２１０を用いる。図５の
（ａ）に投票画像４５０での投票結果を示す。

【００３１】図形位置検索処理４６０は、投票画像４５
０を用いて抽出対象図形の位置を検索する処理である。
投票画像において、投票値の大きい部分はテンプレート
と類似した図形の存在する位置を表す。そこで、投票画
像のうち、投票値が一定値以下で雑音とみなせる部分を
排除したのち、投票値が極大となる位置を検索すること
により、抽出対象である図形の基準点が存在する位置を
決定できる。

【００３２】この様な方法で決定された位置に、抽出対
象図形を重ねて表示すると、図５の（ｂ）に示すよう
に、図形抽出結果５００が得られる。

【００３３】以上説明した図形抽出処理４００は、一般
Ｈｏｕｇｈ変換を用いた従来の図形抽出方法を拡張した
手法であり、テンプレートに白画素部分を含め、黒画素
部分だけでなく自画素部分の類似度も考慮することによ
り、抽出対象の白画素部分が一部黒画素となっているよ
うな、抽出対象と区別すべき類似した図形を除外するこ
とができる。

【００３４】（第２の実施形態）本実施形態は、白黒反
転した抽出対象図形の抽出方法である。

【００３５】図６は、イメージ入力装置の設定などが原
因で、抽出対象の白黒が反転している２値画像４１１の
例である。２値画像４１１に対して第１の実施形態と同
様に、図形抽出処理４００を施すと、図７の（ａ）に示
す投票画像４６１が得られる。投票画像４６１のうち、
投票値が最小の部分はテンプレートＢとの類似度が大き
い場所である。そこで、投票画像のうち、投票値が一定
値以上で雑音とみなせる部分を排除したのち、投票値が
極小となる位置を検索することにより、白黒反転した抽
出対象の基準点が存在する位置を決定できる。

【００３６】この様な方法で決定された位置に、抽出対
象図形を重ねて表示すると、図７の（ｂ）に示すよう
に、図形抽出結果５０１が得られる。

【００３７】また、投票値が極大となる位置と、極小と
なる位置を同時に検索することで、抽出対象図形と白黒
反転している抽出対象図形を同時に抽出することもでき
る。

【００３８】（第３の実施形態）本実施形態は、抽出対
象または白黒反転した抽出対象の、簡易かつ高速な抽出
方法である。

【００３９】図８に図形抽出処理の手順を示す。８１０
は２値画像、８２０はテンプレートＢ，８３０は第１の
投票処理、８４０は第１の投票画像、８５０はテンプレ
ートＡ’、８６０は第２の投票処理、８７０は第２の投
票画像、８８０は図形位置検索処理、５００は図形抽出
結果である。

【００４０】２値画像８１０、テンプレート８２０は、
第１の実施形態または第２の実施形態で説明したものと
同様である。

【００４１】第１の投票処理８３０は、２値画像８１０
の上を１画素ずつ移動しながら２値画像中の画素にテン
プレートＢの基準点を重ね、投票画像８４０にテンプレ
ートＢの重み値を投票値として加算していく処理であ
る。以下の説明では、２値画像８１０として図２で示し
た２値画像２１０を用いる。図９の（ａ）に第１の投票
画像８４０を示す。

【００４２】テンプレートＡ’になるテンプレート８５
０は、テンプレートＡの重み値を２倍にして作成したテ
ンプレートである。図９の（ｂ）にテンプレート８５０
の例を示す。

【００４３】第２の投票処理８６０は、２値画像中の黒
画素のみにテンプレートＡ’（８５０）の基準点を重
ね、第１の投票画像８４０にテンプレートＡ’の重み値
を投票値として加算する処理である。この処理の結果、
第２の投票画像８７０が作成される。

【００４４】第１の投票処理８３０は、第１または第２
の実施形態と異なり画像中の全画素にテンプレートＢの
基準点を重ねて投票を行うため、画像中の黒画素に対し
ては第１または第２の実施形態とは正負逆の重み値が投
票されている。そこで第２の投票処理に、テンプレート
Ａの２倍の重み値を持つテンプレートＡ’を用いること
で、作成される第２の投票画像８７０は第１または第２
の実施形態で作成される投票画像４６０または４６１と
同じものとなる。

【００４５】図形位置検索処理８８０、図形抽出結果５
００は第１または第２の実施形態と同様のため、その説
明を省略する。

【００４６】また、上記第１の投票処理８３０において
２値画像中のある一点に注目すると、この点にはテンプ
レートＢを構成する全ての点が重なり、投票画像にはテ
ンプレートＢ各点の重み値が合計される。従って、テン
プレートＢの各点に与えられた重み値を合計して合計値
Ｓを求め、投票画像の全ての点に予め投票値としてＳを
与えることで、より簡易かつ高速に第１の投票画像８４
０を得ることができる。ただし、２値画像の端の部分で
は、合計値Ｓと実際に投票して得られる投票値が異なる
場合があるため、注意が必要となる。

【００４７】例えば、基準点がテンプレートの中心であ
る場合、２値画像の幅をＷ、高さをＨ、テンプレートの
幅をＷ_t、高さをＨ_tとした時、以下のいずれかの条件を
満たす部分

【００４８】

【数２】ｘ＜Ｗ_t／２ｘ＞Ｗ−Ｗ_t／２ｙ＜Ｈ_t／２ｙ＞Ｈ−Ｈ_t／２では、合計値Ｓと実際の投票値が異なる場合がある。こ
の問題が正確な図形抽出に悪影響を与える場合には、こ
の部分でのみ実際の投票処理を行うなどの補正方法を適
用できる。

【００４９】ここで、共通の抽出対象図形を大きさが同
じ様々な２値画像から抽出する場合、第１の投票画像８
４０は共通的に使用可能である。従って、第１の投票画
像を一度作成した後、これをメモリなど記憶媒体上に記
憶しておくことで第１の投票処理８３０を省略して第２
の投票処理８６０へ進むことができ、簡易かつ高速な図
形抽出処理が可能となる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では、
図形の白画素部分にマイナスの重み値、黒画素部分にプ
ラスの重み値を与え、図形の基準点を中心に１８０度回
転して作成したテンプレートＡと、テンプレートＡの重
み値の符号を正負反転させたテンプレートＢの二つのテ
ンプレートを用い、黒画素部分と白画素部分の両方の類
似性に基いて抽出対象とする図形を抽出するため、類似
図形の誤抽出が解決され、また白黒反転した抽出対象を
一度の処理で抽出することができる。

【００５１】また、テンプレートＢを用い予め全ての画
素に対して投票を行う方法や、テンプレートＢ各点の重
み値を合計し、合計値を投票画像の各点に与える方法な
どにより、上記図形抽出方法を簡易かつ高速に行うこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の処理手順図。

【図２】「Ｌ」字型図形を抽出するためのテンプレート
Ａの作成手順図。

【図３】テンプレートＢの例。

【図４】図形抽出処理の詳細な処理手順図。

【図５】投票処理した画像と図形抽出結果の例。

【図６】本発明の第２の実施形態が抽出処理対象とする
白黒反転の２値画像例。

【図７】投票処理した画像と図形抽出結果の例。

【図８】本発明の第３の実施形態の処理手順図。

【図９】第１の投票処理による画像とテンプレートＡ’
の例。

【図１０】従来方法の問題点の説明図。

【符号の説明】

２００…テンプレートＡ作成処理３００…テンプレートＢ作成処理４００…図形抽出処理４４０…投票処理４５０…投票画像４６０、８８０…図形位置検索処理８３０…第１の投票処理８６０…第２の投票処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木章東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者塩昭夫東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 5L096 AA07 BA20 EA39 FA02 JA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２値画像中から図形を抽出する方法であ
って、抽出対象である図形の白画素部分にマイナスの重み値、
黒画素部分にプラスの重み値を与え、前記図形の基準点を中心に１８０度回転したテンプレー
トＡを作成し、前記テンプレートＡの重み値の符号を正負反転させたテ
ンプレートＢを作成し、２値画像の上を１画素ずつ移動しながら、２値画像中の
画素に前記テンプレートＡまたはＢの基準点を重ね、該画素が黒画素の場合は投票画像にテンプレートＡの重
み値を、該画素が白画素の場合は投票画像にテンプレー
トＢの重み値を投票値として加算していき、前記投票画像中で投票値が極大となる部分を抽出対象で
ある前記図形の基準点の位置として抽出することを特徴
とする図形抽出方法。
【請求項２】請求項１に記載の図形抽出方法におい
て、前記投票画像中で投票値が極小となる部分を、白黒
反転した抽出対象の基準点が存在する位置として抽出す
ることを特徴とする図形抽出方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の図形抽出方法
において、前記テンプレートＡの重み値を２倍にしたテンプレート
Ａ’を作成し、２値画像の上を１画素ずつ移動しながら、２値画像中の
全ての画素に前記テンプレートＢの基準点を重ねて投票
画像にテンプレートＢの重み値を投票値として加算して
いくことで第１の投票画像を作成し、２値画像中の黒画素のみに前記テンプレートＡ’の基準
点を重ねて第１の投票画像にテンプレートＡ’の重み値
を投票値として加算していくことで第２の投票画像を作
成し、第２の投票画像中で投票値の合計が極大となる部分を抽
出対象である図形の基準点の位置、極小となる部分を白
黒反転した抽出対象の基準点の位置として抽出すること
を特徴とする図形抽出方法。
【請求項４】請求項１または２または３に記載の図形
抽出方法において、前記テンプレートＢの各点に与えられた重み値を合計し
て合計値Ｓを求め、投票画像の全ての点に予め投票値として前記合計値Ｓを
与えて第１の投票画像を作成し、２値画像中の黒画素のみに前記テンプレートＡ’の基準
点を重ねて前記第１の投票画像にテンプレートＡ’の重
み値を投票値として加算していき前記第２の投票画像を
作成し、前記第２の投票画像中で投票値の合計が極大となる部分
を抽出対象である図形の基準点の位置、極小となる部分
を白黒反転した抽出対象の基準点の位置として抽出する
ことを特徴とする図形抽出方法。
【請求項５】請求項３または４に記載の図形抽出方法
において、共通の抽出対象を、大きさの同じ様々な２値画像から抽
出する場合、一度作成した前記第１の投票画像を共通的
に使用することを特徴とする図形抽出方法。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
図形抽出方法において、重み値０の部分を持つテンプレ
ートを作成することを特徴とする図形抽出方法。
【請求項７】請求項６に記載の図形抽出方法におい
て、抽出対象とする図形の黒画素部分と白画素部分との境界
に、重み値０の部分を持つテンプレートを作成すること
を特徴とする図形抽出方法。