JP2010044576A - 画像生成方法、画像生成装置、および画像生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像のノイズ除去処理を前もって行うことなく、少ないパラメータ設定によって画像中からエッジを検出すること。
【解決手段】第１の画像（ｂ）から第２の画像（ｌ）を生成する画像生成装置（１０）は、第１の画像中から選択した注目画素（ｄ）に対し、当該注目画素を含む小領域（ｅ）を抽出する小領域抽出部（１８）と、小領域内の画素を用いて注目画素に対する局所自己相関係数を少なくとも１個算出する自己相関係数算出手段（２０，２２）と、あらかじめ定められた順序で新たな注目画素を選び、この選択した新たな注目画素に対して小領域抽出と局所自己相関係数算出との繰り返し実行を指示する繰返実行指示部（１６）と、この繰り返し実行により得られた第１の画像に対する局所自己相関係数群（ｇ）を用いて第２の画像を生成するエッジ画像生成部（２８）と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディジタル画像からエッジを検出する方法に関し、特に、複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成する、画像生成方法および画像生成装置に関する。

ディジタル画像からエッジを検出する方法としては、画像中のある画素とその近傍画素、あるいは近接画素との差分値を用いる方法や、ラプラシアンフィルタ等のフィルタを用いた方法が知られている。

このようなエッジ検出方法には、画像中のノイズによる影響を強く受けるという問題がある。この問題点を解決するため方法として、ノイズ成分を除去する帯域制限フィルタや、ガウシアンフィルタ等の平滑化処理を行うことでノイズの影響を低減する方法が知られている。

例えば、特開平８−３１５１５７号公報（特許文献１）では、低域通過フィルタを用いて入力される画像に含まれるノイズを除去し、ノイズの除去された画像のエッジを検出する、発明を記載している。エッジの形状を保存しながらノイズを除去できるので、有効なエッジを適切に抽出することができる。

また、ラプラシアンフィルタによるエッジ検出やガウシアンフィルタによる平滑化については、非特許文献１等に公知技術として記載されている。

また、画像によって、検出したいエッジの強度や、除去したいノイズの強度は異なる。その為、ノイズの影響を排除しつつ所望のエッジを検出するためには、ノイズ除去処理におけるパラメータとエッジ検出処理のパラメータとをそれぞれ適切に設定する必要がある。ここでいうパラメータとは、例えば、フィルタの係数を指す。

本発明に関連する他の先行技術文献も種々知られている。例えば、特開２０００−３２４０２号公報（特許文献２）は、領域切り出し部と特徴量抽出部とを含む画像変換装置を開示している。領域切り出し部は、入力された画像データの中から、所定の画素データを切り出す。特徴量抽出部は、入力された各画像データに対する自己相関係数を局所毎に、算出する。この自己相関係数を画像データのぼけ量を表す特徴量の尺度に利用している。特徴量抽出部では、２個の自己相関係数を算出している。また、特徴量抽出部は、正規化された自己相関係数（傾斜量）を判定し、対応するコードを出力する。

特開２００５−１９０４００号公報（特許文献３）は、エッジ算出部を含む顔画像検出システムを開示している。顔画像検出システムでは、先ず検出対象となる領域を決定し、検出対象領域を所定のサイズに正規化し、正規化した領域のエッジ強度を各画素について求めている。正規化した領域内を、自己相関係数に基づいてブロック化している（複数のブロックに分割している）。

特開２００８−１５８１４号公報（特許文献４）は、３次元特徴抽出部を含む画像解析装置を開示している。３次元特徴抽出部は、入力された画像データから特徴ベクトルを算出する。特徴ベクトルの算出方法として、立体高次局所自己相関を用いている。局所領域を参照点の周辺３×３×３の領域に限定している。

特開平８−３１５１５７号公報（図１、段落０００７、００１５） 特開２０００−３２４０２号公報（図１、図４、段落００１７〜００２３） 特開２００５−１９０４００号公報（図１、図３、段落００２８〜００３０、００４２〜００４４） 特開２００８−１５８１４号公報（図１、図９、段落００６１〜００６２） 末松良一、山田宏尚 共著、「画像処理工学」、コロナ社、Ｐ１００〜１０３、Ｐ９６〜９７

しかしながら、上記非特許文献１記載の公知技術によるエッジ検出方法や、上記特許文献１記載の方法では、ノイズ除去の処理とエッジ検出の処理との両方の処理が必要となる。その結果、ノイズの影響を排除しつつ所望のエッジを検出するために設定すべきパラメータが多いという問題点がある。また、検出したいエッジの方向が横、縦のいずれか一方である場合には、それぞれの場合に応じて適切な設定パラメータを用いる必要がある。

前述した特許文献２は、第１の画像信号を、その第１の画像信号より画質改善された信号である第２の画像信号に変換する画像変換装置を開示しているに過ぎない。また特許文献２では、入力された各画像データに対する自己相関係数を局所的に算出しているが、その算出した自己相関係数を画像データのぼけ量を表す特徴量の尺度に利用しているだけである。

特許文献３は、正規化したエッジの強度を各画素について求め、自己相関係数に基づいてブロック化する技術的思想を開示しているに過ぎない。換言すれば、特許文献３では、ブロックの大きさを自己相関係数に基づいて決定している。

特許文献４は、特徴ベクトルを立体高次局所自己相関を用いて算出する技術的思想を開示している。

とにかく、特許文献１〜４や非特許文献１のいずれも、自己相関係数を用いてエッジを検出することについては何ら開示せず、示唆する記載もない。

したがって、本発明の解決課題は、画像のノイズ除去処理を前もって行うことなく、画像中からエッジを検出する方法を提供することにある。

本発明の他の解決課題は、少ないパラメータ設定により、画像中からエッジを検出する方法を提供することにある。

本発明の第１の態様は、複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成する方法であって、前記第１の画像から注目画素を順次に選択するステップと、該選択した注目画素を含む小領域を抽出するステップと、前記小領域内の画素を用いて前記注目画素に対する少なくとも１個の局所自己相関係数を算出するステップと、前記選択するステップ、前記抽出するステップ、および前記算出するステップを繰り返し実行させるステップと、該繰り返し実行ステップによって得られる、前記第１の画像に対する局所自己相関係数群を用いて前記第２の画像を生成するステップと、を含む画像生成方法。

本発明の第２の態様は、複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成する画像生成装置であって、前記第１の画像に対して、該第１の画像中から選択した注目画素に対し、当該注目画素を含む小領域を抽出する小領域抽出手段と、該小領域内の画素を用いて前記注目画素に対する局所自己相関係数を少なくとも１個算出する自己相関係数算出手段と、あらかじめ定められた順序で前記第１の画像中でまだ注目画素に選ばれていない画素から新たな注目画素を選び、該選択した新たな注目画素に対して前記小領域抽出手段による小領域抽出と前記自己相関係数算出手段による局所自己相関係数算出との繰り返し実行を指示する実行指示手段と、該繰り返し実行により得られた前記第１の画像に対する局所自己相関係数群を用いて前記第２の画像を生成する画像変換手段と、を具備する画像生成装置。

本発明の第３の態様は、複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成するコンピュータに、前記第１の画像から注目画素を順次に選択する手順と、該選択した注目画素を含む小領域を抽出する手順と、前記小領域内の画素を用いて前記注目画素に対する少なくとも１個の局所自己相関係数を算出する手順と、前記選択する手順、前記抽出する手順、および前記算出する手順を繰り返し実行させる手順と、該繰り返し実行手順によって得られる、前記第１の画像に対する局所自己相関係数群を用いて前記第２の画像を生成する手順と、
を実行させるための画像生成プログラム。

本発明のエッジ検出方法は、まず最初に第１の画像中の画素に対して注目画素を含む小領域内に限定した範囲での局所自己相関係数を繰り返し算出し、次に繰り返し算出した局所自己相関係数群を用いて第２の画像（エッジ検出画像）を生成する。このとき、局所自己相関係数の演算によりエッジの検出と合わせて領域内の平滑化処理も行われる。よって、領域内の自己相関係数の算出の処理のみによって、ノイズを除去するための平滑化処理と、エッジ検出処理とを同時に実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る画像生成装置１０について説明する。画像生成装置１０は、複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成する装置である。

図示の画像生成装置１０は、ディジタル画像入力部１２と、エッジ検出対象領域設定部１４と、繰返実行支持部１６と、小領域抽出部１８と、計算対象領域設定部２０と、局所自己相関係数算出部２２と、係数記憶部２４と、全画素完了判定部２６と、エッジ画像生成部２８と、エッジ画像出力部３０とから構成されている。

ディジタル画像入力部１２は、入力画像の入力を行い、ディジタル画像信号（ａ）を出力する。エッジ検出対象領域設定部１４は、ディジタル画像信号（ａ）を入力して、ディジタル画像信号（ａ）の全体または一部からエッジ検出の実施対象とする領域を選定して得られる、第１の画像（ｂ）を生成する。

繰返実行指示部１６は、第１の画像（ｂ）に対し、処理の開始時においては任意の１画素を注目画素（ｄ）として設定する。それ以降においては、繰返実行指示部１６は、後述する全画素完了判定部２６より供給される未完了判定（ｈ）に基づいて、まだ注目画素に選ばれていない画素から新たな注目画素を選択して、注目画素（ｄ）を設定する。とにかく、繰返実行指示部１６は、第１の画像から注目画素を順次に選択する注目画素選択部として働く。

小領域抽出部１８は、繰返実行指示部１６より指定される注目画素（ｄ）に基づき、この注目画素（ｄ）を含む小領域（ｅ）を抽出する。とにかく、小領域抽出部１８は、繰返実行指示部（注目画素選択部）１６で選択した注目画素（ｄ）を含む小領域（ｅ）を抽出する。

計算対象領域設定部２０は、小領域抽出部１８より供給される小領域（ｅ）内に含まれる、後述する局所自己相関係数群（ｇ）を算出するための１個以上の計算対象領域（ｆ）を設定する。換言すれば、計算対象領域設定部２０は、注目画素（ｄ）を含む縦および横をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域（ｆ）を小領域（ｅ）内に少なくとも１個設定する。

局所自己相関係数算出部２２は、計算対象領域設定部２０より供給される１個以上の計算対象領域（ｆ）から、後述するようにして、局所自己相関係数群（ｇ）を算出する。換言すれば、局所自己相関係数算出部２２は、計算対象領域（ｆ）中の画素を用いて当該計算対象領域（ｆ）の各々に対応する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出する。

とにかく、計算対象領域設定部２０と局所自己相関係数算出部２２との組み合わせは、小領域（ｅ）内の画素を用いて注目画素（ｄ）に対する少なくとも１個の局所自己相関係数（ｇ）を算出する算出部として働く。尚、この算出部は、後述するように、少なくとも１画素に変位量を設定して、同一注目画素（ｄ）に対する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出する。

係数記憶部２４は、この局所自己相関係数算出部２２より算出される１個以上の局所自己相関係数群（ｇ）の値と、算出時の注目画素（ｄ）の座標とを記録して、履歴情報（ｃ）として出力する。

全画素完了判定部２６は、係数記憶部２４より供給される履歴情報（ｃ）に基づき、第１の画像（ｂ）の中に、注目画素（ｄ）として選択されていない画素が存在するかどうかを判定する。完了時には、全画素完了判定部２６は、完了判定（ｋ）をエッジ画像生成部２８に供給する。未完了時には、全画素完了判定部２６は、未完了判定（ｈ）を上記繰返実行指示部１６に供給する。

とにかく、全画素完了判定部２６は、繰返実行指示部１６と協働して、繰返実行指示部（注目画素選択部）１６、小領域抽出部１８、および算出部（計算対象領域設定部２０、局所自己相関係数算出部２２）を繰り返し実行させる繰り返し実行部として働く。

エッジ画像生成部２８は、全画素完了判定部２６が完了判定（ｋ）を出力した場合に、上記係数記憶部２４に記録されている履歴情報（ｃ）に基づき、全ての局所自己相関係数群（ｇ）から、エッジ画像を示す第２の画像（ｌ）を生成する。換言すれば、エッジ画像生成部２８は、上記繰り返し実行部によって得られる、第１の画像（ｂ）に対する局所自己相関係数群（ｃ）を用いて第２の画像（ｌ）を生成する。

なお、後述するように、エッジ画像生成部２８は、局所自己相関係数群（ｇ）中の各自己相関係数がとる値を予め定められた範囲に収まるように変換し、同一注目画素（ｄ）に対して変換した局所自己相関係数（ｇ）が複数個得られる場合には、その中の１つを選択する。

エッジ画像出力部３０は、エッジ画像生成部２８において生成されたエッジ画像を示す第２の画像（ｌ）を出力画像として出力する。

なお、図１に示した画像生成装置１０を実現するハードウェア構成（コンピュータシステム）は、図示はしないが、入力装置と、出力装置と、情報処理装置とから構成され得る。入力装置は、ディジタル画像入力部１２に相当する。出力装置は、エッジ画像出力部３０に相当する。情報処理装置は、エッジ検出対象領域設定部１４、繰返実行指示部１６、小領域抽出部１８、計算対象領域設定部２０、局所自己相関係数算出部２２、係数記憶部２４、全画素完了判定部２６、およびエッジ画像生成部２８に相当する。入力装置は、例えば、イメージスキャナや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像センサ等からなる。出力装置は、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（cathode ray tube）ディスプレイ等から成る。情報処理装置は、プログラムやデータを記憶する記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ）と、この記憶部に格納されたプログラムに従って、入力装置、出力装置、および記憶部を制御するための処理部（ＣＰＵ）とから成る。

次に、各構成要素の動作について説明する。

ディジタル画像入力部１２は、入力画像の入力を行い、ディジタル画像信号（ａ）を出力する。

図２は、エッジ検出対象領域設定部１４の動作形態を示す図である。エッジ検出対象領域設定部１４は、ディジタル画像信号（ａ）を入力して、ディジタル画像信号（ａ）の全体または一部からエッジ検出の実施対象とする領域を選定して得られる、第１の画像（ｂ）を生成する。

処理対象領域を画像全体だけに限定せず、画面の一部に限定する方法も許容することにより、必要な領域のみエッジ検出を行う場合に効率良く適用が可能としている。

エッジ検出対象領域設定部１４にて生成された第１の画像（ｂ）に対して、処理の開始時において、繰返実行指示部１６は、任意の１画素を注目画素（ｄ）の初期注目画素として設定する。

初期注目画素以降においては、繰返実行指示部１６は、全画素完了判定部２６からの未完了判定（ｈ）の通知を受けた場合、小領域（ｅ）の抽出と局所自己相関係数群（ｇ）算出の繰り返し実行を行うため、新たな注目画素を選択して更新注目画素を生成し、注目画素（ｄ）として小領域抽出部１８へ与える。

注目画素（ｄ）の更新である更新注目画素の生成は、係数記憶部２４より供給される履歴情報（ｃ）に基づき、初期注目画素並びに更新注目画素の設定履歴から、まだ注目画素に設定されていない画素の中から更新注目画素を選択する。この履歴の管理は、第１の画像（ｂ）に含まれる全ての画像を漏らさず注目画素（ｄ）に設定する事を目的としている。

図３は、小領域抽出部１８の動作形態を示す図である。小領域抽出部１８は、繰返実行指示部１６より指定される注目画素（ｄ）に基づき、注目画素（ｄ）を含む小領域（ｅ）を抽出する。

詳述すると、１つの注目画素（ｄ）に対して、後述する計算対象領域設定部２０においては、８×８画素領域、４×４画素領域、４×２画素領域などの１種類あるいは複数種類の計算対象領域（ｆ）を設定する。小領域抽出部１８は、１個以上の各計算対象領域（ｆ）のすべてを、この小領域（ｅ）内に設定する。また、８×８画素領域などすべての場合に、８×８画素領域の外側の近傍画素も局所自己相関係数群（ｇ）の計算に必要となる。そこで、小領域抽出部１８は、小領域（ｅ）を、これら外側の近傍領域も含めて設定する。

計算対象領域設定部２０は、小領域抽出部１８より供給される小領域（ｅ）内に含まれる領域として、局所自己相関係数群（ｇ）を算出するための１個以上の計算対象領域（ｆ）を設定する。

このような計算対象領域設定部２０によれば、８×８画素領域、４×４画素領域、４×２画素領域あるいは、４×４画素領域の水平と垂直の２種類、あるいは他のサイズで水平・垂直などの複数種類の計算対象領域（ｆ）を設定することで、適切な大きさを有する平滑度、横方向のエッジ保存度、縦方向のエッジ保存度を設定可能である。

図４は、計算対象領域設定部４の動作形態を示す図である。図４においては、一例として３個の計算対象領域（ｆ）を例示している。すなわち、図４に示された３種類の計算対象領域（ｆ）は、４×２画素領域よりなる第１の計算対象領域Ｒ１、４×４画素領域よりなる第２の計算対象領域Ｒ２、及び８×８画素領域よりなる第３の計算対象領域Ｒ３である。

局所自己相関係数算出部２２は、計算対象領域設定部２０より供給される１個以上の各計算対象領域（ｆ）からそれぞれに対応した局所自己相関係数を算出して、局所自己相関係数群（ｇ）を導出する。

局所自己相関係数算出部２２の動作について詳述するために、以下を仮定する。小領域（ｅ）内の画素をＩ（ｘ、ｙ）と表現するものとする。ｘ方向、ｙ方向の変位量をそれぞれ、τ１、τ２と表現するものとする。また、８×８画素領域、４×４画素領域、４×２画素領域などの各計算対象領域（ｆ）を計算対象領域変数Ｒｉで表現するものとする。

この時、Ｉ（ｘ、ｙ）の画素に対する、計算対象領域変数Ｒｉにおける、変位量τ１、τ２だけ離れた画素間の局所自己相関係数ρ＿Ｒｉ（ｘ、ｙ、τ１、τ２）の算出は、下記の式（１）に示す演算による。

ここで、Ｅ＿Ｒｉ［計算式］の演算は、計算対象領域変数Ｒｉにおける［計算式］で示される演算結果の平均値を示す。

注目画素（ｄ）１個に対して、計算対象領域変数Ｒｉ、変位量τ１、τ２の組合わせの数に一致するだけ算出される、局所自己相関係数が存在する。ここでは、それら局所自己相関係数を局所自己相関係数群（ｇ）と総称する。

図４において一例として例示した、オーバーラップする３個の計算対象領域（ｆ）の場合には、オーバーラップ部分に該当する先に演算したＩ（ｘ、ｙ）・Ｉ（ｘ＋τ１），（ｙ＋τ２）の乗算結果を後で演算する領域に対して使用することで、処理の高速化を図る事が可能である。この高速化については、後述する第２の実施形態において詳しく述べる。

以下、一例として、計算対象領域が８×８画素の場合における局所自己相関係数の計算方法の例を示す。

このとき、注目画素に対する計算対象領域の取り方は複数考えられる。しかしながら、自己相関係数の算出という点を考えると、計算対象領域の中心に注目画素が位置するように計算対象領域を取ることが望ましい。但し、計算対象領域の大きさが偶数である場合は中心となる画素が存在しないため、縦、横ともに１画素ずれることになる。これらの点を踏まえて、式（１）を表現すると、下記の式（２）となる。

式（２）において、ｉｎｔ（ｚ）は値ｚに対する小数点の切捨て演算である。

例えば、注目画素Ｉ（ｘ、ｙ）の座標をｘ＝１０、ｙ＝１０、変位量τ１、τ２をそれぞれ、τ１＝１、τ２＝１としたとする。この場合、式（２）における右辺の分子は、Ｉ（６，６）×Ｉ（７，７）からＩ（１５，１５）×Ｉ（１６，１６）の和を６４で除した値となり、右辺の分母は、Ｉ（６，６）^２からＩ（１５，１５）^２の和を６４で除した値となる。このとき、分子、分母での演算で使用する画素が異なるが、これらの画素はいずれも小領域（ｅ）に含まれている。

係数記憶部２４は、局所自己相関係数算出部２２により算出された１つ以上の局所自己相関係数群（ｇ）の値を、算出時の注目画素（ｄ）の座標とともに記憶して、履歴情報（ｃ）として管理する。

全画素完了判定部２６は、第１の画像（ｂ）の中に、注目画素（ｄ）として選択されていない画素が存在するかどうかを判定する。注目画素（ｄ）として選択されていない画素が存在する場合、全画素完了判定部２６は、未完了判定（ｈ）を繰返実行指示部１６に対して通知する。第１の画像（ｂ）の画素すべてが注目画素（ｄ）として選択されており、注目画素（ｄ）として選択されていない画素がもはや存在しない場合、全画素完了判定部２６は、完了判定（ｋ）をエッジ画像生成部２８に対して通知する。

全画素完了判定部２６から完了判定（ｋ）の通知を受けた場合、エッジ画像生成部２８は、第１の画像（ｂ）の各注目画素（ｄ）ごとに算出された、局所自己相関係数群（ｇ）に含まれる１個以上の局所自己相関係数に対して、一定の法則に従って代表値となる局所自己相関係数（ｇ）を選択する。エッジ画素生成部２８は、注目画素（ｄ）ごとに代表局所自己相関係数を選択した後、エッジ画素値に変換する。エッジ画像生成部２８は、第１の画像（ｂ）の全ての各注目画素（ｄ）に対して、エッジ画素値への変換を実施することで、第２の画像（ｌ）を生成する。

図５はエッジ画像生成部２８の動作形態を示すブロック図である。図５は、動作形態の一例として、４×２画素領域よりなる第１の計算対象領域Ｒ１、４×４画素領域よりなる第２の計算対象領域Ｒ２、及び８×８画素領域よりなる第３の計算対象領域Ｒ３の、３種類の計算対象領域（ｆ）に対しての演算結果として例示されている。また、ｘ方向、ｙ方向の変位量を示す、τ１、τ２の値はそれぞれ、１画素の固定値として例示している。従ってこの動作例では、各注目画素（ｄ）毎に、局所自己相関係数群（ｇ）として、３種類の局所自己相関係数、すなわち、第１の局所自己相関係数ρ１＝ρ＿Ｒ１（ｘ、ｙ、１，１）、第２の局所自己相関係数ρ２＝ρ＿Ｒ２（ｘ、ｙ、１，１）、第３の局所自己相関係数ρ３＝ρ＿Ｒ３（ｘ，ｙ，１，１）を保有する。

エッジ画像生成部２８は、これら自己相関係数群（ｇ）中の各自己相関係数がとる値をあらかじめ定められた範囲に収まるように変換する。具体的には、エッジ画像生成部２８は、各局所自己相関係数ごとに、両端値を含む［０≦ρ≦１］の範囲に制限処理を施す。これは、各種の水平・垂直のブロックサイズや変位量τ１、τ２の値に対する局所自己相関係数の算出結果は計算対象領域が狭い場合には、本来は０〜１の範囲に収めるために実施する正規化の後にも１を超えるケースが存在するため、最大値を１に抑える強制的な制限処理を実施するものである。

［０≦ρ≦１］への制限処理が実施された後、エッジ画像生成部２８は、各局所自己相関係数に対して独立に２５５を乗じてＩＮＴ演算により切り捨て整数化を行って、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３で図５に示されるエッジ画素値を算出する。

更に、エッジ画像生成部２８は、得られた第１の画像（ｂ）中の各注目画素（ｄ）に対して１個〜複数個得られたすべてのエッジ画素値からＭＩＮ演算により最小値を選択して、当該注目画素（ｄ）に対してエッジ画素値を形成する。

こうして形成したエッジ画素値より構成される画像が、第２の画像（ｌ）である。

尚、ここでＭＩＮ演算による最小値の選択に関しては、０〜２５５の範囲内に変換後に実施したが、変換の前と後のいずれであっても構わない。

一般的に、隣接画素間の平均自乗誤差ε^２と、信号の分散σ^２、変位量が１画素の場合の自己相関係数ρとの間には、以下で示す式（３）の関係がある。

これより、自己相関係数ρは、平均自乗誤差ε^２と、信号の分散σ^２とを用いて表現する、以下に示す式（４）が導出される。

この式（４）は、相関の強弱がエッジの弱強に対応することを意味しており、自己相関係数ρがエッジ領域の輝度成分とエッジ領域の強度とに強く関係していることを意味している。

このため、局所自己相関係数を画素値０〜２５５に変換することにより、出力エッジ検出画像中のエッジ画素値としてＸ（ｘ、ｙ）を得ることが可能である。

エッジ画像出力部３０は、エッジ画像生成部２８において生成されたエッジ画像を示す第２の画像（ｌ）を出力画像として出力する。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、次の効果が得られる。

ノイズの除去のための処理を別に行うことなく、画像中のエッジを検出することが可能である。画像中の縦方向のエッジをより精度良く検出したい場合には、領域の縦サイズを横サイズより大きくすることにより、画像中の縦方向のエッジをより精度良く検出することが可能である。画像中の横方向のエッジをより精度良く検出したい場合には、領域の横サイズを縦サイズより大きくすることにより画像中の横方向のエッジをより精度良く検出することが可能である。すなわち、領域の縦サイズ、横サイズのわずか２つのパラメータの設定により、画像中のノイズの程度、検出したいエッジの強度、並びに方向に応じた柔軟なエッジ検出が可能となる。

また、例えば領域の縦サイズを横サイズより大きく設定してエッジ検出を行った後、領域の横サイズを縦サイズより大きく設定してエッジ検出を行い、それらの結果を統合するなど、領域のサイズを変更しつつ複数回のエッジ検出処理を行うことで、さらに多様な要求に対応可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像生成装置について説明する。この第２の実施形態に係る画像生成装置は、図１に示した第１の実施形態に係る画像生成装置１０に合計計算量を削減する改善を加えたものであり、構成、動作については図１に示した第１の実施形態に係る画像生成装置１０と重複する部分が多い。そのため、以下では、第１の実施形態に係る画像生成装置１０と異なる部分についてのみ説明する。

この第２の実施形態に係る画像生成装置では、居所自己相関係数算出部２２における動作が、第１の実施形態に係る画像生成装置１０と異なり、局所自己相関係数群（ｇ）の算出時の演算量を削減する改良を加えている。

一例として、注目画素をＩ（ｘ，ｙ）、変位量τ１、τ２をτ１＝１、τ２＝０、計算対象領域ｍ×ｎを４×２とした場合における、局所自己相関係数の算出過程について説明する。

上記第１の実施形態の画像生成装置１０において示した、局所自己相関係数の算出式、式（２）は分母と分子に共通に乗ぜられる係数１／ｍｎを約分すると、次の式（５）で示される。

この式（５）の各変数に今回の例における値を代入すると、下記の式（６）が得られる。

ここで、次の注目画素が右に１画素ずれた画素、Ｉ（ｘ＋１、ｙ）である場合、この画素に対する局所自己相関係数の算出は、次の式（７）で表される。

式（６）の演算後に行われる式（７）の演算において、例えば、式（６）における分母、

を一旦記録しておき、これに対して、右に１画素ずれたことによって不必要になる左端の列、ｉ＝−１に対する演算部分

を差し引き、右に１画素ずれたことによって新たに計算対象領域に入る右端の列、ｉ＝３に対する演算部分

を加算すると、式（７）における分母の演算結果が得られる。すなわち、不必要になった列に対する計算結果を差し引き、新たに必要になる列に対する計算結果のみを加算することを繰り返すことで、合計計算量を減らすことが出来る。

ここでは一例として、注目画素が水平方向（１画素右）にずれる例で説明したが、垂直方向にずれる場合でも同様に実行できる。

本発明の第１の態様による画像生成方法において、算出するステップは、注目画素（ｄ）を含む縦および横をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域（ｆ）を、小領域（ｅ）内に少なくとも１個設定するステップと、計算対象領域（ｆ）中の画素を用いて当該計算対象領域（ｆ）の各々に対応する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出するステップと、を含んでよい。また、算出するステップは、少なくとも１画素に変位量を設定して、同一注目画素（ｄ）に対する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出してよい。生成するステップは、局所自己相関係数群（ｇ）中の各自己相関係数がとる値を予め定められた範囲に収まるように変換するステップと、同一注目画素（ｄ）に対して変換した局所自己相関係数が複数個得られる場合には、その中の１つを選択するステップと、を含んでよい。

本発明の第２の態様による画像生成装置において、ディジタル画像（ａ）の全体または一部から第１の画像（ｂ）を生成するエッジ検出対象領域設定部を更に有してよい。自己相関係数算出手段は、小領域（ｅ）内の一部あるいはすべての画素を用いて、局所自己相関係数（ｇ）を算出してよい。自己相関係数算出手段は、注目画素（ｄ）を含む縦および横の幅をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域（ｆ）を小領域（ｅ）内に少なくとも１個設定する計算対象領域設定部と、この計算対象領域（ｆ）中の画素を用いて計算対象領域（ｆ）の各々に対応する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個計算する局所自己相関係数算出部と、を有してよい。自己相関係数算出手段は、変位量を少なくとも１画素に設定して、同一注目画素（ｄ）に対する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出してよい。画像変換手段は、局所自己相関係数群（ｇ）中の各自己相関係数がとる値をあらかじめ定められた範囲に収まるように変換し、同一注目画素（ｄ）に対して局所自己相関係数が複数個得られる場合にはその中の１つを選択することにより、第２の画像（ｌ）を生成してよい。

本発明の第３の態様による画像生成プログラムにおいて、算出する手順は、注目画素（ｄ）を含む縦および横をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域（ｆ）を、小領域（ｅ）内に少なくとも１個設定する手順と、計算対象領域（ｆ）中の画素を用いて当該計算対象領域（ｆ）の各々に対応する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出する手順と、を含んでよい。算出する手順は、少なくとも１画素に変位量を設定して、同一注目画素（ｄ）に対する局所自己相関係数（ｇ）を少なくとも１個算出してよい。生成する手順は、記局所自己相関係数群（ｇ）中の各自己相関係数がとる値を予め定められた範囲に収まるように変換する手順と、同一注目画素（ｄ）に対して変換した局所自己相関係数が複数個得られる場合には、その中の１つを選択する手順と、を含んでよい。

小領域（ｅ）のサイズｍ、ｎを大きく設定すると、平滑化の程度が大きくなり、ノイズを除去する効果が強まるとともに、エッジの強調の効果は弱まる。また、ｍ、ｎを小さく設定すると、平滑化の程度が小さくなり、ノイズを除去する効果が弱まるとともに、エッジの強調の効果は強まる。

また、ｍ、ｎを、ｍがｎより大きくなるように設定すると、領域の縦方向の平滑化の程度が小さくなり、横方向のエッジが良く保存され、横方向のエッジ強調の効果が大きくなる。

一方、ｍ、ｎを、ｎがｍより大きくなるように設定すると、領域の横方向の平滑化の程度が小さくなり、縦方向のエッジが良く保存され、縦方向のエッジ強調の効果が大きくなる。

以上、本発明について好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨（主題）を逸脱しない範囲内で種々の変形・変更が可能なのは勿論である。

本発明の活用例として典型的な産業上の利用の一例は、画像から人物などの抽出を行うことである。

本発明の第１の実施形態に係る画像生成装置を示すブロック図である。 図１に示した画像生成装置で使用されるエッジ検出領域設定部の動作形態を説明するための図である。 図１に示した画像生成装置で使用される小領域抽出部の動作形態を説明するための図である。 図１に示した画像生成装置で使用される計算対象領域設定部の動作形態を説明するための図である。 図１に示した画像生成装置で使用されるエッジ画像生成部の動作形態を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１０ 画像生成装置
１２ ディジタル画像入力部
１４ エッジ検出対象領域設定部
１６ 繰返実行指示部
１８ 小領域抽出部
２０ 計算対象領域設定部
２２ 局所自己相関係数算出部
２４ 係数記憶部
２６ 全画像完了判定部
２８ エッジ画像生成部
３０ エッジ画像出力部

Claims (14)

1. 複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成する方法であって、
   前記第１の画像から注目画素を順次に選択するステップと、
   該選択した注目画素を含む小領域を抽出するステップと、
   前記小領域内の画素を用いて前記注目画素に対する少なくとも１個の局所自己相関係数を算出するステップと、
   前記選択するステップ、前記抽出するステップ、および前記算出するステップを繰り返し実行させるステップと、
   該繰り返し実行ステップによって得られる、前記第１の画像に対する局所自己相関係数群を用いて前記第２の画像を生成するステップと、
   を含む画像生成方法。
2. 前記算出するステップは、
   前記注目画素を含む縦および横をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域を、前記小領域内に少なくとも１個設定するステップと、
   前記計算対象領域中の画素を用いて当該計算対象領域の各々に対応する前記局所自己相関係数を少なくとも１個算出するステップと、
   を含む、請求項１に記載の画像生成方法。
3. 前記算出するステップは、
   少なくとも１画素に変位量を設定して、同一注目画素に対する前記局所自己相関係数を少なくとも１個算出する、
   請求項１に記載の画像生成方法。
4. 前記生成するステップは、
   前記局所自己相関係数群中の各自己相関係数がとる値を予め定められた範囲に収まるように変換するステップと、
   同一注目画素に対して前記変換した局所自己相関係数が複数個得られる場合には、その中の１つを選択するステップと、
   を含む、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の画像生成方法。
5. 複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成する画像生成装置であって、
   前記第１の画像に対して、該第１の画像中から選択した注目画素に対し、当該注目画素を含む小領域を抽出する小領域抽出手段と、
   該小領域内の画素を用いて前記注目画素に対する局所自己相関係数を少なくとも１個算出する自己相関係数算出手段と、
   あらかじめ定められた順序で前記第１の画像中でまだ注目画素に選ばれていない画素から新たな注目画素を選び、該選択した新たな注目画素に対して前記小領域抽出手段による小領域抽出と前記自己相関係数算出手段による局所自己相関係数算出との繰り返し実行を指示する実行指示手段と、
   該繰り返し実行により得られた前記第１の画像に対する局所自己相関係数群を用いて前記第２の画像を生成する画像変換手段と、
   を具備することを特徴とする画像生成装置。
6. ディジタル画像の全体または一部から前記第１の画像を生成するエッジ検出対象領域設定部を更に有する、請求項５に記載の画像生成装置。
7. 前記自己相関係数算出手段は、前記小領域内の一部あるいはすべての画素を用いて、前記局所自己相関係数を算出する、請求項５又は６に記載の画像生成装置。
8. 前記自己相関係数算出手段は、
   前記注目画素を含む縦および横の幅をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域を前記小領域内に少なくとも１個設定する計算対象領域設定部と、
   該計算対象領域中の画素を用いて該計算対象領域の各々に対応する前記局所自己相関係数を少なくとも１個計算する局所自己相関係数算出部と、
   を有する、請求項５乃至７のいずれか１つに記載の画像生成装置。
9. 前記自己相関係数算出手段は、変位量を少なくとも１画素に設定して、同一注目画素に対する局所自己相関係数を少なくとも１個算出する、請求項５乃至７のいずれか１つに記載の画像生成装置。
10. 前記画像変換手段は、前記局所自己相関係数群中の各自己相関係数がとる値をあらかじめ定められた範囲に収まるように変換し、同一注目画素に対して該局所自己相関係数が複数個得られる場合にはその中の１つを選択することにより、前記第２の画像を生成する、請求項５乃至９のいずれか１つに記載の画像生成装置。
11. 複数の画素からなる第１の画像から、エッジ情報を含む第２の画像を生成するコンピュータに、
    前記第１の画像から注目画素を順次に選択する手順と、
    該選択した注目画素を含む小領域を抽出する手順と、
    前記小領域内の画素を用いて前記注目画素に対する少なくとも１個の局所自己相関係数を算出する手順と、
    前記選択する手順、前記抽出する手順、および前記算出する手順を繰り返し実行させる手順と、
    該繰り返し実行手順によって得られる、前記第１の画像に対する局所自己相関係数群を用いて前記第２の画像を生成する手順と、
    を実行させるための画像生成プログラム。
12. 前記算出する手順は、
    前記注目画素を含む縦および横をそれぞれ独立して設定できる計算対象領域を、前記小領域内に少なくとも１個設定する手順と、
    前記計算対象領域中の画素を用いて当該計算対象領域の各々に対応する前記局所自己相関係数を少なくとも１個算出する手順と、
    を含む、請求項１１に記載の画像生成プログラム。
13. 前記算出する手順は、
    少なくとも１画素に変位量を設定して、同一注目画素に対する前記局所自己相関係数を少なくとも１個算出する、
    請求項１１に記載の画像生成プログラム。
14. 前記生成する手順は、
    前記局所自己相関係数群中の各自己相関係数がとる値を予め定められた範囲に収まるように変換する手順と、
    同一注目画素に対して前記変換した局所自己相関係数が複数個得られる場合には、その中の１つを選択する手順と、
    を含む、請求項１１乃至１３のいずれか１つに記載の画像生成プログラム。

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