JP2008205603A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理装置の濃淡画像中からのエッジの検出精度を高めることである。
【解決手段】カメラにより撮像され、撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の所定の走査線上にある画素を順次注目画素に設定し、この注目画素の濃度値をエッジ強度演算部に入力する。また、濃淡画像の注目画素に対して５画素ずれた当該走査線上の画素を比較画素に設定し、この比較画像の濃度値をエッジ強度演算部に入力する。エッジ強度演算部により、所定の重み付けされた比較画素の濃度値から所定の重み付けされた注目画素の濃度値を減算し、その絶対値を注目画素のエッジ強調処理後の濃度値とする。濃淡画像の各画素を順次注目画素に設定し、各画素について順次エッジ強調後の濃度値を算出することによりエッジ画像を得る。
【選択図】図４

Description

本発明は、対象物を撮像装置により撮像して得た濃淡画像をエッジ画像に変換する画像処理装置および画像処理方法に関する。

画像認識技術においては、ＣＣＤカメラ等の撮像装置により撮像して得た濃淡画像中から所定の物体を検出するために、当該濃淡画像をエッジ画像に変換するようにしており、エッジ画像を得るために画像処理装置を用いている。画像処理装置は濃淡画像を微分処理することにより、処理対象となる濃淡画像中における画素間の濃度ないし明暗の変化つまり画像の勾配が大きい部分をエッジとして強調するようになっている。

例えば、特許文献１には、処理対象となる濃淡画像中の３×３画素の領域を空間微分処理の一種であるソーベルフィルタにより処理してエッジ画像を得るようにした画像処理装置が記載されている。この場合、当該領域の中心にある画素は注目画素に設定され、この注目画素に対して右側に隣接する３つの画素と左側に隣接する３つの画素はそれぞれ比較画素に設定される。また、右側の各比較画素の濃度値はソーベルの方法により所定の重み付けをされた後に互いに加算され、左側の各比較画素の濃度値はソーベルの方法により所定の重み付けをされた後に互いに加算され、右側の比較画素の濃度値の和との左側の比較画素の濃度値の和の差分から当該注目画素におけるエッジ強調後の濃度値が算出される。そして、各画素を順次注目画素に設定し、同様の処理を繰り返すことにより、濃淡画像中の物体の輪郭部分のエッジが強調されて当該濃淡画像はエッジ画像に変換されることになる。
特開２００４−２１９１７６号公報

しかしながら、特許文献１に示される画像処理装置は、注目画素に対して前後に隣接する画素をそれぞれ比較画素に設定し、これらの比較画素の濃度値の差からエッジ強調後の濃度値を算出するようにしているので、例えば物体の輪郭部分にカメラのピント（フォーカス）が合っていない場合など物体の輪郭部分の濃度変化がなだらかになっている場合には、ソーベルフィルタにより算出されるエッジ強調後の濃度値が小さくなり、当該輪郭部分がエッジ部分として十分に強調されない場合があった。

本発明の目的は、画像処理装置の濃淡画像中からのエッジの検出精度を高めることにある。

本発明の画像処理装置は、対象物を撮像装置により撮像して得た濃淡画像のエッジを強調する画像処理装置であって、前記撮像装置により撮像された濃淡画像を格納する撮影画像格納メモリと、前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の所定の走査線上に並ぶ画素を順次注目画素に設定する注目画素設定部と、前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の前記注目画素に対して複数画素離れた前記走査線上の画素を比較画素に設定する比較画素設定部と、前記注目画素の濃度と前記比較画素の濃度との差に基づいて前記注目画素のエッジ強調後の濃度値を算出するエッジ強度演算部と、前記エッジ強度演算部により算出された濃度値を有するエッジ強調後の濃淡画像をエッジ画像として格納するエッジ画像格納メモリとを有することを特徴とする。

本発明の画像処理方法は、対象物を撮像装置により撮像して得た濃淡画像のエッジを強調する画像処理方法であって、前記撮像装置により対象物を撮像して濃淡画像を得る工程と、前記撮像装置により撮像された濃淡画像を撮影画像格納メモリに格納する工程と、前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の所定の走査線上に並ぶ画素を順次注目画素に設定する工程と、前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の前記注目画素に対して複数画素離れた前記走査線上の画素を比較画素に設定する工程と、前記注目画素の濃度と前記比較画素の濃度との差に基づいて前記注目画素のエッジ強調後の濃度値を算出する工程と、算出された濃度値を有するエッジ強調後の濃淡画像をエッジ画像としてエッジ画像格納メモリに格納する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、対象物を撮像装置により撮像して得た濃淡画像の所定の走査線上の画素を注目画素に設定し、当該注目画素に対して複数画素離れた当該走査線上の画素を比較画素に設定し、注目画素の濃度と比較画素の濃度との差に基づいて注目画素におけるエッジ強調後の濃度値を算出するようにしたので、撮像装置のピントのずれ等により物体の輪郭部分における濃度変化がなだらかなになっている場合であっても、当該物体の輪郭部分をエッジとして精度よく強調することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態である画像処理装置のブロック図である。

図１に示すように、画像処理装置１１には撮像装置としてのカメラ１２と画像表示装置であるＣＲＴ（cathode ray tube)１３とが接続され、対象物１４をカメラ１２により撮像して得た濃淡画像は画像処理装置１１によりエッジ強調処理されてエッジ画像としてＣＲＴ１３に表示される。

カメラ１２はＣＣＤ（charge coupled device）式であり、対象物１４を撮像した画像を、当該カメラ１２の走査機能により、アナログ信号（アナログ画像）として画像処理装置１１に向けて出力する。

カメラ１２により撮像された画像を格納するために、画像処理装置１１には撮影画像格納メモリ１５が設けられる。撮影画像格納メモリ１５はＡ／Ｄ変換器１６を介してカメラ１２に接続され、カメラ１２から出力されるアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１６によりデジタル信号（デジタル画像）に変換されて撮影画像格納メモリ１５に格納される。

撮影画像格納メモリ１５に格納されるデジタル画像の画像データは、水平方向に向く走査線が垂直方向に所定数並んだ構成となっており、それぞれの走査線上に並ぶ複数の画素はそれぞれ当該画素の濃度値をデータとして有している。つまり、撮影画像格納メモリ１５に格納されるデジタル画像は、各画素の濃度値をデータとして有する濃淡画像となっている。

画像処理装置１１はＣＰＵ（central processing unit、中央演算処理装置）１７を備え、このＣＰＵ１７には注目画素設定部としての注目画素アドレス保持レジスタ２１と第１のアドレス保持レジスタ２２と第２のアドレス保持レジスタ２３とが設けられる。

注目画素アドレス保持レジスタ２１は、撮影画像格納メモリ１５に格納されるデジタル画像つまり濃淡画像の所定の走査線上に並ぶ画素のうちの任意の画素を注目画素に設定し、当該注目画素の設定情報を第１のアドレス保持レジスタ２２に入力する。なお、注目画素アドレス保持レジスタ２１は、任意の画素を注目画素に設定後、その画素の走査線上の隣の画素を順次注目画素として設定するとともに、他の走査線上の画素についても同様に順次注目画素として設定していく。注目画素アドレス保持レジスタ２１により注目画素が設定されると、第１のアドレス保持レジスタ２２によりその設定情報に基づいた注目画素のアドレスが撮影画像格納メモリ１５に入力される。

第１のアドレス保持レジスタ２２と第２のアドレス保持レジスタ２３の間には比較画素設定部としての加算器２４が設けられ、加算器２４には定数設定部２５から２以上の所定の定数が入力されるようになっている。加算器２４は第１のアドレス保持レジスタ２２から入力される注目画素のアドレスに定数設定部２５から入力される定数を加算して比較画素のアドレスを設定し、その設定情報を第２のアドレス保持レジスタ２３に入力する。加算器２４から比較画素の設定情報が入力されると、第２のアドレス保持レジスタ２３によりその比較画素のアドレスが撮影画像格納メモリ１５に入力される。

このように、この画像処理装置１１では、注目画素のアドレスに定数５を加えて比較画素のアドレスを設定することにより、撮影画像格納メモリ１に格納された濃淡画像の比較画素を注目画素と同一の走査線上であって注目画素に対して５画素離れた（５ドットずれた）画素に設定するようにしている。

第１のアドレス保持レジスタ２２から注目画素のアドレスが入力されると、撮影画像格納メモリ１５は、格納している濃淡画像における当該アドレスに対応する画素（注目画素）の濃度値と、注目画素に対して垂直方向に隣接する２つの画素の濃度値とをＣＰＵ１７に向けて出力する。同様に、第２のアドレス保持レジスタ２３から比較画素のアドレスが入力されると、撮影画像格納メモリ１５は、格納している濃淡画像における当該アドレスに対応する画素（比較画素）の濃度値と、比較画素に対して垂直方向に隣接する２つの画素の濃度値とをＣＰＵ１７に向けて出力する。

注目画素の濃度値と比較画像の濃度値との差に基づいて注目画素のエッジ強調後の濃度値を算出するために、ＣＰＵ１７にはエッジ強度演算部２６が設けられる。

エッジ強度演算部２６は、撮影画像格納メモリ１５から入力される注目画素や比較画素等の各画素の濃度値を、図示しないプログラムメモリ内に格納された演算式に代入して演算し、エッジ強調処理後の注目画素の濃度値を算出する。以下に、その算出方法について説明する。

撮影画像格納メモリ１５から注目画素の濃度値と当該注目画素に対して垂直方向に隣接する２つの画素の濃度値とが入力されると、エッジ強度演算部２６は、これらの濃度値に所定の重み付けをした後、これらの濃度値を加算して、雑音等が取り除かれた状態の注目画素の濃度値を算出する。また、撮影画像格納メモリ１５から比較画素の濃度値と当該比較画素に対して垂直方向に隣接する２つの画素の濃度値とが入力されると、エッジ強度演算部２６は、これらの濃度値に所定の重み付けをした後、これらの濃度値を加算して、雑音等が取り除かれた状態の比較画素の濃度値を算出する。そして、エッジ強度演算部２６は、雑音が除去された比較画素の濃度値から雑音が除去された注目画素の濃度値を減算し、その絶対値をエッジ強調後の注目画素の濃度値として出力する。このように、ＣＰＵ１７に入力された各画素の濃度値はエッジ強度演算部２６により演算され、エッジ強調処理をした後の注目画素の濃度値つまりエッジ強度として算出される。

なお、エッジ強度演算部２６による各濃度値の重み付けは、注目画素および比較画素の濃度値には係数２を、その他の画素の濃度値には係数１を乗算することにより行われる。また、絶対値の演算は絶対値演算部２７により行われる。

注目画素アドレス保持レジスタ２１により、濃淡画像の各画素が順次注目画素に設定されると、それぞれの注目画素について上記演算が行われ、各画素についてのエッジ強調処理後の濃度値が算出される。また、エッジ強度演算部２６により各画素のエッジ強調処理後の濃度値が算出されると、その算出された濃度値を有する画素からなるエッジ強調処理後の濃淡画像がエッジ画像としてエッジ画像格納メモリ２８に格納される。

エッジ画像格納メモリ２８には、Ｄ／Ａ変換器２９を介してＣＲＴ１３が接続されており、エッジ強調処理がなされた後の濃淡画像つまりエッジ画像がこのＣＲＴ１３に表示される。

図２は本発明の画像処理装置によるエッジ強調処理の手順を示す工程図であり、図３（ａ）は図１に示す撮影画像格納メモリに格納されたデジタル画像の画像データの一部を示すデータ図、図３（ｂ）は同図（ａ）に示す濃淡画像を本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理した後の画像データを示すデータ図、図３（ｃ）は比較例として同図（ａ）に示す濃淡画像をソーベルフィルタによりエッジ強調処理した後の画像データを示すデータ図である。また、図４（ａ）は濃淡画像の濃度変化を示す特性線図、図４（ｂ）は同図（ａ）に示す濃度変化を本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理した場合のエッジ波形を示す特性線図、図４（ｃ）は同図（ａ）に示す濃度変化を比較例としてソーベルフィルタによりエッジ強調処理した場合のエッジ波形を示す特性線図である。

次に、この画像処理装置１１によるエッジ強調処理方法の手順について説明する。

図２に示すように、まず、濃淡画像撮像工程が行われ、この工程において、カメラ１２により対象物１４が撮像され、当該対象物１４の濃淡画像が得られる。

次に、濃淡画像格納工程において、その濃淡画像がＡ／Ｄ変換器１６によりデジタルの濃淡画像に変換されて撮影画像格納メモリ１５に格納される。このように撮影画像格納メモリ１５に格納された画像データは、図３（ａ）に示すように、各画素の濃度値をデータとして有する濃淡画像となっている。なお、図３（ａ）中には、第４９〜５１番目の走査線上にある画素の一部のみが示されている。

次に、注目画素設定工程において、注目画素アドレス保持レジスタ２１により撮影画像格納メモリ１５に格納された濃淡画像中の任意の画素が順次注目画素に設定される。そして、その設定情報を受けた第１のアドレス保持レジスタ２２からのアドレスの入力により、撮影画像格納メモリ１５から当該アドレスの注目画素の濃度値と注目画素に対して垂直方向に隣接する２つの画素の濃度値がエッジ強度演算部２６に入力される。例えば、注目画素アドレス保持レジスタ２１により、図３（ａ）に示すＢ５０の画素が注目画素として設定された場合には、その注目画素の濃度値１と、その垂直方向の両隣の画素の濃度値１がそれぞれエッジ強度演算部２６に入力される。

また、比較画素設定工程において、加算器２４により第１のアドレス保持レジスタ２２から送られるアドレスに定数５が加えられて、注目画素に対して走査線に沿って５画素離れた画素が比較画素に設定される。そして、その設定情報を受けた第２のアドレス保持レジスタ２３からのアドレスの入力により、撮影画像格納メモリ１５から当該アドレスの比較画素の濃度値と比較画素に対して垂直方向に隣接する２つの画素の濃度値がエッジ強度演算部２６に入力される。例えば、注目画素アドレス保持レジスタ２１により、図３（ａ）に示すＢ５０が注目画素として設定された場合には、その注目画素に対して走査線に沿って５画素ずれたＧ５０の画素が比較画素に設定され、その濃度値１と、その両隣の画素の濃度値１がそれぞれエッジ強度演算部２６に入力される。

次に、濃度値算出工程において、エッジ強度演算部２６により、撮影画像格納メモリ１５から入力される各画素の濃度値に基づいて当該注目画素のエッジ強調後の濃度値つまりエッジ強度が算出される。

例えば、注目画素アドレス保持レジスタ２１により、図３（ａ）に示すＢ５０が注目画素として設定された場合には、その注目画素のエッジ強調処理後の濃度値Ｂ５０は、
Ｂ５０＝ＡＢＳ（（Ｇ４９＋２×Ｇ５０＋Ｇ５１）−（Ｂ４９＋２×Ｂ５０＋Ｂ５１））
により算出される。

そして、Ｂ５０、Ｃ５０、Ｄ５０・・・Ｐ５０と、当該走査線上の画素を注目画素アドレス保持レジスタ２１により順次注目画素に設定し、エッジ強度演算部２６によって同様の演算を繰り返すことにより、図３（ｂ）に示すように、エッジ強調処理後の濃淡画像のデータが得られる。

エッジ強度演算部２６によりエッジ強調後の濃度値つまりエッジ波形が算出されると、エッジ画像格納工程において、その算出値を有する濃淡画像つまりエッジ画像がエッジ画像格納メモリ２８に格納される。そして、当該メモリ２８からＤ／Ａ変換器２９を介して出力されたエッジ画像がＣＲＴ１３に表示される。

ここで、本発明の画像処理装置１１では、注目画素アドレス保持レジスタ２１により設定される注目画素に対して、比較画素を５画素分ずらして設定するようにしているので、図４（ａ）に示されるように、濃淡画像の所定の走査線に沿って並ぶ画素の濃度値がなだらかに変化している場合であっても、注目画素と比較画素の濃度値の差を大きく検出して、図４（ｂ）に示すように、エッジの検出精度ないし検出感度を高めることができる。

これに対して、図３（ａ）に示す画像データを比較例として示すソーベルフィルタを用いてエッジ強調処理した場合では、注目画素に対して両側に隣接する画素の濃度値を比較してエッジ強度の演算が行われるので、エッジ強調処理後の濃淡画像のデータは図３（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、本願発明の画像処理装置によるエッジ波形よりもエッジの強調が小さくなり、その検出精度ないし検出感度が低くなる。

このように、この画像処理装置１１では、濃淡画像の所定の走査線上の画素を注目画素に設定するとともに、当該注目画素に対して５画素離れた当該走査線上の画素を比較画素に設定し、注目画素の濃度と比較画素の濃度との差に基づいて注目画素におけるエッジ強調後の濃度値を算出するようにしたので、濃淡画像中のエッジ部分の検出精度を高めることができる。

また、これにより、カメラ１２のピントのずれ等により対象物１４の輪郭部分における濃度変化がなだらかなになっている場合であっても、当該対象物１４の輪郭部分を精度よく検出することができ、対象物１４のカメラ１２に近い部分の輪郭もカメラ１２から離れた部分の輪郭も共に精度よくエッジとして検出することができる。

図５（ａ）はカメラにより撮像された対象物のエッジ強調処理前の濃淡画像を示す図であり、図５（ｂ）は本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理された後のエッジ画像を示す図である。また、図６（ａ）は図５（ａ）に示す走査線上を本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理した後のエッジ波形を示す特性線図であり、図６（ｂ）は比較例として図５（ａ）に示す走査線上をソーベルフィルタによりエッジ強調処理した後のエッジ波形を示す特性線図である。

このような画像処理装置１１を用いて、図５（ａ）に示す濃淡画像をエッジ強調処理することにより、図５（ｂ）に示すようにエッジ部分が強調された濃淡画像つまりエッジ画像が得られる。例えば、図５（ａ）に示す走査線Ａ上のエッジ波形は、本発明の画像処理装置１１を用いてエッジ強調処理した場合には、図６（ａ）に示すようになり、そのエッジ波形は、図６（ｂ）に比較例として示すソーベルフィルタを用いてエッジ強調処理した場合のエッジ波形に比較して、そのエッジ部分の濃度値がより高く算出される。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施の形態おいては、注目画素に対して５画素離れた画素に比較画素を設定するようにしているが、これに限らず、２以上の整数である任意の定数に設定するようにしてもよい。

また、前記実施の形態においては、カメラ１２はＣＣＤ式とされているが、これに限らず、濃淡画像を得ることができる撮像装置であれば、例えばスキャナー等に用いられる走査機能を持たない撮像装置など、他の撮像装置を用いてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、濃淡画像のエッジ部分を強調処理してエッジ画像を得るようにしているが、エッジ強調処理後の濃淡画像を所定の閾値で２値化してエッジ画像に変換するようにしてもよい。

さらに、カメラ１２から入力される濃淡画像は、各画素が２以上の階調を有する画像であれば、カラー画像や白黒画像であってもよい。

本発明の一実施の形態である画像処理装置のブロック図である。 本発明の画像処理装置によるエッジ強調処理の手順を示す工程図である。 （ａ）は図１に示す撮影画像格納メモリに格納されたデジタル画像の画像データの一部を示すデータ図、（ｂ）は同図（ａ）に示す濃淡画像を本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理した後の画像データを示すデータ図、（ｃ）は比較例として同図（ａ）に示す濃淡画像をソーベルフィルタによりエッジ強調処理した後の画像データを示すデータ図である。 （ａ）は濃淡画像の濃度変化を示す特性線図、（ｂ）は同図（ａ）に示す濃度変化を本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理した場合のエッジ波形を示す特性線図、（ｃ）は同図（ａ）に示す濃度変化を比較例としてソーベルフィルタによりエッジ強調処理した場合のエッジ波形を示す特性線図である。 （ａ）はカメラにより撮像された対象物のエッジ強調処理前の濃淡画像を示す図であり、（ｂ）は本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理された後のエッジ画像を示す図である。 （ａ）は図５（ａ）に示す走査線上を本発明の画像処理装置によりエッジ強調処理した後のエッジ波形を示す特性線図であり、（ｂ）は比較例として図５（ａ）に示す走査線上をソーベルフィルタによりエッジ強調処理した後のエッジ波形を示す特性線図である。

符号の説明

１１ 画像処理装置
１２ カメラ（撮像装置）
１３ ＣＲＴ
１４ 対象物
１５ 撮影画像格納メモリ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ ＣＰＵ
２１ 注目画素アドレス保持レジスタ（注目画素設定部）
２２ 第１のアドレス保持レジスタ
２３ 第２のアドレス保持レジスタ
２４ 加算器（比較画素設定部）
２５ 定数設定部
２６ エッジ強度演算部
２７ 絶対値演算部
２８ エッジ画像格納メモリ
２９ Ｄ／Ａ変換器

Claims (2)

1. 対象物を撮像装置により撮像して得た濃淡画像のエッジを強調処理する画像処理装置であって、
   前記撮像装置により撮像された濃淡画像を格納する撮影画像格納メモリと、
   前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の所定の走査線上に並ぶ画素を順次注目画素に設定する注目画素設定部と、
   前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の前記注目画素に対して複数画素離れた前記走査線上の画素を比較画素に設定する比較画素設定部と、
   前記注目画素の濃度と前記比較画素の濃度との差に基づいて前記注目画素のエッジ強調後の濃度値を算出するエッジ強度演算部と、
   前記エッジ強度演算部により算出された濃度値を有するエッジ強調後の濃淡画像をエッジ画像として格納するエッジ画像格納メモリとを有することを特徴とする画像処理装置。
2. 対象物を撮像装置により撮像して得た濃淡画像のエッジを強調処理する画像処理方法であって、
   前記撮像装置により対象物を撮像して濃淡画像を得る工程と、
   前記撮像装置により撮像された濃淡画像を撮影画像格納メモリに格納する工程と、
   前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の所定の走査線上に並ぶ画素を順次注目画素に設定する工程と、
   前記撮影画像格納メモリに格納された濃淡画像の前記注目画素に対して複数画素離れた前記走査線上の画素を比較画素に設定する工程と、
   前記注目画素の濃度と前記比較画素の濃度との差に基づいて前記注目画素のエッジ強調後の濃度値を算出する工程と、
   算出された濃度値を有するエッジ強調後の濃淡画像をエッジ画像としてエッジ画像格納メモリに格納する工程とを有することを特徴とする画像処理方法。