JP2003067757A - エッジ抽出装置、エッジ抽出方法およびエッジ抽出プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ除去性能を低下させることなく、エッ
ジ抽出性能を向上させる。 【解決手段】 中心差分演算部１０ａ〜１０ｄは、各
々、中心画素の輝度データＹｃと周囲１点の画素の輝度
データＹ０〜Ｙ３との中心差分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３
を演算する。コアリング部１１ａ〜１１ｄは、中心差分
Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３の各々から、微小な成分をノイ
ズと見なして除去し、コアリング出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃ
ｏｒ３として加算部１２へ供給する。加算部１２は、コ
アリング出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３を加算し、エッジ
成分を示すエッジ出力Ｅｏｕｔとして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像デー
タのエッジ部分を抽出するエッジ抽出装置、エッジ抽出
方法およびエッジ抽出プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル画像におけるエッジ抽出は、一
般的に２次元の輝度データＹから生成する。ここで、図
７は、従来技術によるエッジ抽出装置の構成を示すブロ
ック図である。また、図８は、デジタル画像における輝
度データＹの一状態例を示す模式図である。エッジ検出
部１は、２次元の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）であり、
輝度データＹの高域成分を抽出する。このフィルタ係数
例を次式に示す。

【０００３】

【数１】

【０００４】また、フィルタ演算を次式に示す。

【０００５】

【数２】

【０００６】コアリング部２は、抽出した高域成分Ｅｄ
ｅｔのうち、微小な成分をノイズと見なし、除去するた
めの演算処理部である。図９は、コアリング部２の入出
力特性を示す概念図である。図示のコアリング量ｃｏｒ
は、Ｅｄｅｔに対し、ノイズを識別するためのしきい値
であり、−ｃｏｒ＜Ｅｄｅｔ＜ｃｏｒの範囲で、エッジ
成分を表わすエッジ出力Ｅｏｕｔは「０」となる。この
ような処理によってノイズの影響を抑えたエッジ生成を
実現する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】次に、従来技術による
エッジ抽出方法の具体的な演算例について説明する。図
１０は、従来技術による、Ｙ全面の輝度値「０」で、エ
ッジ生成の対象となる中心点に、輝度値にして「１」の
ノイズが存在する場合の演算例を示す概念図である。前
述した数１、数２による演算によると、高域通過成分Ｅ
ｄｅｔは、「４」となる。しかしながら、中心の輝度値
「１」はノイズであるので、エッジ出力Ｅｏｕｔを
「０」にするように、コアリング量ｃｏｒを「４」に設
定する。これによって、エッジ出力Ｅｏｕｔ＝０とな
り、ノイズの影響を抑えた効果が得られる。

【０００８】次に、図１１は、従来技術による、図１０
と同じノイズ除去性能（すなわち、ｃｏｒ＝４）を設定
した場合の、異なる輝度分布でのエッジ生成の演算例を
示す概念図である。図１１に示す例では、エッジ生成対
象部分の中心画素Ｙｃから上部の画素Ｙ０の輝度値が高
く、下部の画素Ｙ２の輝度値が低く、かつ図１０に示す
ようなノイズが存在しない。図１０と同様に、数１、数
２による演算によって、Ｅｄｅｔ＝４を得る。しかしな
がら、図１０で説明したように、コアリング量ｃｏｒ＝
４としてエッジ出力Ｅｏｕｔを求めると、Ｅｄｅｔとし
て得られた値がコアリング処理によって全てなくなり、
エッジ出力Ｅｏｕｔ＝０となる。

【０００９】次に、図１２は、従来技術による、図１１
に示す輝度分布に対して、中心に「−１」のノイズが存
在した場合におけるエッジ生成の演算例を示す概念図で
ある。この場合においても、図１０と同様に、演算を進
めると、Ｅｄｅｔ＝０、エッジ出力Ｅｏｕｔ＝０とな
り、本来得られるはずのエッジ成分がノイズの影響によ
りなくなってしまう。

【００１０】上述したように、従来技術では、ノイズの
影響を抑えるためのコアリング処理が、エッジ成分をも
打ち消してしまうという問題が生じるとともに、ノイズ
の分布によっては、その効果（ノイズ除去）が得られな
いという問題が生じる。

【００１１】そこで本発明は、ノイズ除去性能を低下さ
せることなく、エッジ抽出性能を向上させることができ
るエッジ抽出装置、エッジ抽出方法およびエッジ抽出プ
ログラムを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明によるエッジ抽出装置は、画像領域の
エッジ抽出対象画素を中心画素とし、該中心画素の画素
値と該中心画素の周囲に位置する複数の周囲画素の画素
値との差分値を算出する差分演算手段と、前記差分値の
うち、０付近の値を有する差分値が０となるように、全
ての差分値を変換する非線形変換手段と、前記非線形変
換手段により変換された、前記複数の周囲画素の差分値
を加算し、エッジ成分値として出力する加算手段とを具
備することを特徴とする。

【００１３】また、好ましい態様として、例えば請求項
２記載のように、請求項１記載のエッジ抽出装置におい
て、前記非線形変換手段は、前記複数の周囲画素毎に、
独立して設定可能な変換特性を有するようにしてもよ
い。

【００１４】また、好ましい態様として、例えば請求項
３記載のように、請求項１または２に記載のエッジ抽出
装置において、前記非線形変換手段により変換された、
前記複数の周囲画素の差分値に対して、独立して設定可
能な係数により重み付けを行なう重み付け手段を具備す
るようにしてもよい。

【００１５】また、上記目的達成のため、請求項４記載
の発明によるエッジ抽出方法は、画像領域のエッジ抽出
対象画素を中心画素とし、該中心画素の画素値と該中心
画素の周囲に位置する複数の周囲画素の画素値との差分
値を算出し、前記差分値のうち、０付近の値を有する差
分値が０となるように、全ての差分値を変換し、前記変
換された複数の周囲画素の差分値を加算し、エッジ成分
値として出力することを特徴とする。

【００１６】また、好ましい態様として、例えば請求項
５記載のように、請求項４記載のエッジ抽出方法におい
て、前記複数の周囲画素毎に独立して設定可能な変換特
性により、前記差分値の全てを変換するようにしてもよ
い。

【００１７】また、好ましい態様として、例えば請求項
６記載のように、請求項４または５に記載のエッジ抽出
方法において、前記変換された複数の周囲画素の差分値
に対して、独立して設定可能な係数により重み付けを行
なうようにしてもよい。

【００１８】また、上記目的達成のため、請求項７記載
の発明によるエッジ抽出プログラムは、画像領域のエッ
ジ抽出対象画素を中心画素とし、該中心画素の画素値と
該中心画素の周囲に位置する複数の周囲画素の画素値と
の差分値を算出するステップと、前記差分値のうち、０
付近の値を有する差分値が０となるように、全ての差分
値を変換するステップと、前記変換された複数の周囲画
素の差分値を加算し、エッジ成分値として出力するステ
ップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００２０】Ａ．第１実施形態 Ａ−１．第１実施形態の構成 図１は、本発明の第１実施形態によるエッジ抽出装置の
構成を示すブロック図である。図において、中心差分演
算部１０ａ〜１０ｄは、各々、中心画素の輝度データＹ
ｃと周囲１点の画素の輝度データＹ０〜Ｙ３との差分
（以下、中心差分）Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３を演算す
る。コアリング部１１ａ〜１１ｄは、従来技術と同様
に、算出した中心差分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３の各々か
ら、微小な成分をノイズと見なして除去し、コアリング
出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３として加算部１２へ供給す
る。加算部１２は、コアリング出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏ
ｒ３を加算し、エッジ成分を示すエッジ出力Ｅｏｕｔと
して出力する。

【００２１】本第１実施形態では、従来技術（図８）と
同様に、中心画素の上下左右に隣接する画素を周囲画素
としており、上記中心差分演算部１０ａ〜１０ｄおよび
コアリング部１１ａ〜１１ｄを各々１組とし、それぞれ
の周囲画素に対応させて、４つ並列配置している。

【００２２】Ａ−２．第１実施形態の動作 次に、上述した第１実施形態の動作について説明する。
図２は、Ｙ全面の輝度値「０」で、エッジ生成の対象と
なる中心点に、輝度値にして「１」のノイズが存在する
場合の演算例を示す概念図である（従来技術の図１０に
相当）。このような輝度分布の場合、各中心差分Ｄｄｅ
ｔ０〜Ｄｄｅｔ３は、「１」となる。この場合、エッジ
出力Ｅｏｕｔが「０」となるように、コアリング量ｃｏ
ｒを設定すればよい。すなわち、各コアリング部１１ａ
〜１１ｄでコアリング処理を行なった結果、コアリング
出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３が「０」となればよいの
で、コアリング量ｃｏｒ＝１とする。これにより、加算
部１２の入力が全て「０」となり、エッジ出力Ｅｏｕｔ
＝０が得られる。すなわち、ノイズの影響を抑えること
ができる。

【００２３】次に、図３は、エッジ生成対象部分の中心
から上部の輝度値が高く、下部の輝度値が低く、かつノ
イズが存在しない場合における、演算例を示す概念図で
ある（従来技術の図１１に相当）。この場合、水平方向
の中心差分Ｄｄｅｔ１、Ｄｄｅｔ３は「０」、また中心
差分Ｄｄｅｔ０＝−２、Ｄｄｅｔ２＝６となる。図２と
同様に、コアリング量ｃｏｒ＝１として、各コアリング
出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３を求めると、Ｄｃｏｒ１、
Ｄｃｏｒ３は「０」、Ｄｃｏｒ０＝−２＋１＝−１、Ｄ
ｃｏｒ２＝６−１＝５となる。これらコアリング出力Ｄ
ｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３の総和を加算部１２で算出する
と、エッジ出力Ｅｏｕｔ＝４となる。従来技術では、ノ
イズの影響を抑えるためのコアリング処理が、エッジ成
分をも打ち消してしまっていたが、本第１実施形態で
は、エッジ出力Ｅｏｕｔ＝４を得ることができる。

【００２４】次に、図４は、図３に示す輝度分布に対し
て、中心に「−１」のノイズが存在した場合におけるエ
ッジ生成の演算例を示す概念図である（従来技術の図１
２に相当）。上述した例と同様に各中心差分を算出する
と、中心差分Ｄｄｅｔ０＝−３、Ｄｄｅｔ１＝−１、Ｄ
ｄｅｔ２＝５、Ｄｄｅｔ３＝−１となり、さらに各値に
コアリング量ｃｏｒ＝１としてコアリング演算を行なう
と、コアリング出力Ｄｃｏｒ０＝−２、Ｄｃｏｒ１＝
０、Ｄｃｏｒ２＝４、Ｄｃｏｒ３＝０となる。これらの
総和を加算部１２で算出し、エッジ出力Ｅｏｕｔ＝２を
得る。この場合、従来技術では、ノイズの影響により、
エッジ成分がなくなってしまっていたが、本第１実施形
態では、エッジ出力Ｅｏｕｔ＝２を得ることができる。

【００２５】上述した実施形態によれば、中心差分演算
部１０ａ〜１０ｄにより、中心画素と周囲画素との差
分、すなわち中心差分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３を算出
し、それぞれの中心差分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３に対し
てコアリング部１１ａ〜１１ｄによりコアリング処理を
行なった後、加算部１２により、コアリング出力Ｄｃｏ
ｒ０〜Ｄｃｏｒ３の総和を算出することで、ノイズ除去
性能を保ったまま、ノイズのない部分、およびノイズの
ある部分でのエッジ抽出性能を向上させることができ
る。

【００２６】Ｂ．第２実施形態 Ｂ−１．第２実施形態の構成 図５は、本発明の第２実施形態によるエッジ抽出装置の
構成を示すブロック図である。なお、図１に対応する部
分には同一の符号を付けて説明を省略する。図におい
て、コアリング部は、第１実施形態のものと演算内容は
同じであるが、各中心差分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３に対
して、それぞれ独立したコアリング量ｃｏｒ０〜ｃｏｒ
３を設定することができる。ゲイン部１３ａ〜１３ｄ
は、各コアリング出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３に対し
て、それぞれ独立した係数（ゲイン）Ｇ０〜Ｇ３を乗
じ、出力Ｄｇ０〜Ｄｇ３を出力する。この出力Ｄｇ０〜
Ｄｇ３を加算部で算出し、エッジ成分Ｅｏｕｔとして出
力する。

【００２７】Ｂ−２．第２実施形態の動作 次に、上述した第２実施形態の動作について説明する。
図６は、本第２実施形態によるエッジ抽出装置の演算内
容を説明するための概念図である。中心差分演算部は、
各々、中心画素の輝度データＹｃと周囲１点の画素の輝
度データＹ０〜Ｙ３との中心差分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ
３を算出する（Ｓ１）。コアリング部は、中心差分Ｄｄ
ｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３の各々から、それぞれ独立したコア
リング量ｃｏｒ０〜ｃｏｒ３を用いて、微小な成分をノ
イズと見なして除去し、コアリング出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄ
ｃｏｒ３として出力する（Ｓ２）。次いで、ゲイン部
は、各コアリング出力Ｄｃｏｒ０〜Ｄｃｏｒ３に対し
て、それぞれ独立したゲインＧ０〜Ｇ３を乗じ（Ｓ
３）、加算部は、出力Ｄｇ０〜Ｄｇ３を加算し、エッジ
出力Ｅｏｕｔとして出力する（Ｓ４）。

【００２８】第２実施形態によれば、各コアリング部の
コアリング量ｃｏｒ０〜ｃｏｒ３を各周囲点との中心差
分Ｄｄｅｔ０〜Ｄｄｅｔ３毎に設定するようにしたの
で、例えば、水平方向と垂直方向とで、ノイズ除去性能
を独立して設定することができる。

【００２９】また、各周囲点とのコアリング出力Ｄｃｏ
ｒ０〜Ｄｃｏｒ３に対して独立してゲインＧ０〜Ｇ３を
設定するようにしたので、第１実施形態と同様の効果を
保ちつつ、水平エッジと垂直エッジとでゲインを変える
など、複雑なフィルタ係数を設定することができる。

【００３０】なお、上述した第１、第２実施形態におい
て、中心差分演算部１０ａ〜１０ｄ、コアリング部１１
ａ〜１１ｄ、加算部１２、ゲイン部１３ａ〜１３ｄは、
ソフトウェアによるプログラムであってもよい。また、
上述した第１、第２実施形態においては、エッジ生成に
用いる周囲点のデータを４つとしたが、これに限らず、
いくつであってもよい。また、コアリング処理の入出力
特性は、従来技術で説明した図９に示すものに限定され
ることなく、同様な特性が得られる非線形変換であれば
よい。また、エッジ生成の対象を輝度データとしたが、
それ以外の要素であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、画像領域
のエッジ抽出対象画素を中心画素とし、該中心画素の画
素値と該中心画素の周囲に位置する複数の周囲画素の画
素値との差分値を、差分演算手段により算出し、前記差
分値のうち、０付近の値を有する差分値が０となるよう
に、非線形変換手段により、全ての差分値を変換し、加
算手段により、前記非線形変換手段により変換された、
前記複数の周囲画素の差分値を加算し、エッジ成分値と
して出力するようにしたので、ノイズ除去性能を低下さ
せることなく、エッジ抽出性能を向上させることができ
るという利点が得られる。

【００３２】また、請求項２記載の発明によれば、前記
非線形変換手段において、前記複数の周囲画素毎に独立
して設定可能な変換特性により各差分値を変換するよう
にしたので、エッジ成分値として出力するようにしたの
で、ノイズ除去性能を低下させることなく、エッジ抽出
性能を向上させることができという利点が得られる。

【００３３】また、請求項３記載の発明によれば、前記
非線形変換手段により変換された、前記複数の周囲画素
の差分値に対して、独立して設定可能な係数により重み
付けを行なうようにしたので、エッジ成分値として出力
するようにしたので、ノイズ除去性能を低下させること
なく、エッジ抽出性能を向上させることができという利
点が得られる。

【００３４】また、請求項４記載の発明によれば、画像
領域のエッジ抽出対象画素を中心画素とし、該中心画素
の画素値と該中心画素の周囲に位置する複数の周囲画素
の画素値との差分値を算出し、前記差分値のうち、０付
近の値を有する差分値が０となるように、全ての差分値
を変換し、前記変換された複数の周囲画素の差分値を加
算し、エッジ成分値として出力するようにしたので、ノ
イズ除去性能を低下させることなく、エッジ抽出性能を
向上させることができという利点が得られる。

【００３５】また、請求項５記載の発明によれば、前記
複数の周囲画素毎に独立して設定可能な変換特性によ
り、前記差分値の全てを変換するようにしたので、ノイ
ズ除去性能を低下させることなく、エッジ抽出性能を向
上させることができという利点が得られる。

【００３６】また、請求項６記載の発明によれば、前記
変換された複数の周囲画素の差分値に対して、独立して
設定可能な係数により重み付けを行なうようにしたの
で、ノイズ除去性能を低下させることなく、エッジ抽出
性能を向上させることができという利点が得られる。

【００３７】また、請求項７記載の発明によれば、画像
領域のエッジ抽出対象画素を中心画素とし、該中心画素
の画素値と該中心画素の周囲に位置する複数の周囲画素
の画素値との差分値を算出するステップと、前記差分値
のうち、０付近の値を有する差分値が０となるように、
全ての差分値を変換するステップと、前記変換された複
数の周囲画素の差分値を加算し、エッジ成分値として出
力するステップとをコンピュータに実行させるようにし
たので、ノイズ除去性能を低下させることなく、エッジ
抽出性能を向上させることができという利点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるエッジ抽出装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】Ｙ全面の輝度値「０」で、エッジ生成の対象と
なる中心点に、輝度値にして「１」のノイズが存在する
場合の演算例を示す概念図である。

【図３】エッジ生成対象部分の中心から上部の輝度値が
高く、下部の輝度値が低く、かつノイズが存在しない場
合における、演算例を示す概念図である。

【図４】図３に示す輝度分布に対して、中心に「−１」
のノイズが存在した場合におけるエッジ生成の演算例を
示す概念図である。

【図５】本発明の第２実施形態によるエッジ抽出装置の
構成を示すブロック図である。

【図６】本第２実施形態によるエッジ抽出装置の演算内
容を説明するための概念図である。

【図７】従来技術によるエッジ抽出装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図８】輝度データＹの一状態例を示す模式図である。

【図９】コアリング部の入出力特性を示す概念図であ
る。

【図１０】従来技術による、Ｙ全面の輝度値「０」で、
エッジ生成の対象となる中心点に、輝度値にして「１」
のノイズが存在する場合の演算例を示す概念図である。

【図１１】従来技術による、図１０と同じノイズ除去性
能（すなわち、ｃｏｒ＝４）を設定した場合の、異なる
輝度分布でのエッジ生成の演算例を示す概念図である。

【図１２】従来技術による、図１１に示す輝度分布に対
して、中心に「−１」のノイズが存在した場合における
エッジ生成の演算例を示す概念図である。

【符号の説明】

１０ａ〜１０ｄ 中心差分演算部（差分演算手段） １１ａ〜１１ｄ コアリング部（非線形変換手段） １２ 加算部（加算手段） １３ａ〜１３ｄ ゲイン部（重み付け手段）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像領域のエッジ抽出対象画素を中心画
   素とし、該中心画素の画素値と該中心画素の周囲に位置
   する複数の周囲画素の画素値との差分値を算出する差分
   演算手段と、 前記差分値のうち、０付近の値を有する差分値が０とな
   るように、全ての差分値を変換する非線形変換手段と、 前記非線形変換手段により変換された、前記複数の周囲
   画素の差分値を加算し、エッジ成分値として出力する加
   算手段とを具備することを特徴とするエッジ抽出装置。
2. 【請求項２】 前記非線形変換手段は、前記複数の周囲
   画素毎に、独立して設定可能な変換特性を有することを
   特徴とする請求項１記載のエッジ抽出装置。
3. 【請求項３】 前記非線形変換手段により変換された、
   前記複数の周囲画素の差分値に対して、独立して設定可
   能な係数により重み付けを行なう重み付け手段を具備す
   ることを特徴とする請求項１または２に記載のエッジ抽
   出装置。
4. 【請求項４】 画像領域のエッジ抽出対象画素を中心画
   素とし、該中心画素の画素値と該中心画素の周囲に位置
   する複数の周囲画素の画素値との差分値を算出し、 前記差分値のうち、０付近の値を有する差分値が０とな
   るように、全ての差分値を変換し、 前記変換された複数の周囲画素の差分値を加算し、エッ
   ジ成分値として出力することを特徴とするエッジ抽出方
   法。
5. 【請求項５】 前記複数の周囲画素毎に独立して設定可
   能な変換特性により、前記差分値の全てを変換すること
   を特徴とする請求項４記載のエッジ抽出方法。
6. 【請求項６】 前記変換された複数の周囲画素の差分値
   に対して、独立して設定可能な係数により重み付けを行
   なうことを特徴とする請求項４または５に記載のエッジ
   抽出方法。
7. 【請求項７】 画像領域のエッジ抽出対象画素を中心画
   素とし、該中心画素の画素値と該中心画素の周囲に位置
   する複数の周囲画素の画素値との差分値を算出するステ
   ップと、 前記差分値のうち、０付近の値を有する差分値が０とな
   るように、全ての差分値を変換するステップと、 前記変換された複数の周囲画素の差分値を加算し、エッ
   ジ成分値として出力するステップとをコンピュータに実
   行させることを特徴とするエッジ抽出プログラム。