JP2011176657A - カウンタを用いた２値化画像の画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像の２値化データは通常の圧縮処理は、そのデータ量の大きさより処理に多大な時間を要するため、スムーズに処理されず処理待ちの時間が発生していた。これにより高速処理には不向きであった。
【解決手段】 ＣＣＤデータのスキャン開始位置をゼロとして欠点までの画素数をカウントし、欠点検出位置をメモリに保持する。次に、欠点が連続して続く間の画素数をカウントし、連続性が途切れた時点のカウント数をメモリに保持し、先の開始位置と、このカウント数を欠点の画像情報として保持し、端末ＰＣへ転送するためのメモリに書き込む。欠点のカウント数等は、カウント数をメモリに書き出すと同時にリセットし、次の欠点開始位置を検出したら同様にカウントを繰り返す。
【選択図】 図４

Description

本発明は、２値化画像を符号化する、もしくは符号化された２値化画像を復号する画像処理装置、画像処理方法、及びプログラムに関するものである。

従来の圧縮技術では、例えばランレングス符号化、画素値が近隣の画素と同じ値になる傾向が強いことを利用して、近隣の画素を参照し、値が同一であれば圧縮する符号化方法がある。

またハフマン符号化は、一定ビットごとに文字列を区切り、区切られた後の文字列を統計的に処理して、出現確率がより高いパターンに対してより短い符号を与える方式であり、各パターンの出現数を比較して、最も出現数の低いパターン2つに「0」と「1」の符号を付与し、次の比較においては両者を合算して扱うことにより、一意な情報を維持することを可能にしている。

またＬＺ７７符号化、あるいはＬＺ７８符号化のように、広い範囲の画素を参照し、値が同一の並びの画素を検出してこれを利用することにより圧縮する符号化方法がある。これらの方法によればかなり離れた位置にある同一の値を有する画素を検出して圧縮に利用することができる。

またＪＰＥＧ符号のように、背景パターンそれ自体をよく圧縮できる符号化方法がある。

特開平９−８９７９８号公報

しかしながら、上記ランレングス符号化、あるいはハフマン符号化によれば、基本的にパターンマッチングによる符号化であるため、各パターンを格納するメモリ空間が必要な上、各パターンとのマッチングに時間を要する為、メモリ空間を充分に確保しづらいＦＰＧＡなどのハードウェアや逐次処理が必要な生産設備には不向きである。

また、上記ＬＺ７７符号化、あるいはＬ７８符号化によれば、符号化時に広い範囲の画素を参照するため、計算量が多く、符号化に要する時間が長いという欠点がある。またこれらの方法によれば、復号時に広い範囲の画素を参照するために、大容量のバッファメモリが必要となるという欠点があり、前記ランレングス符号化およびハフマン符号化と同様にハードウェアや逐次処理が必要な生産設備には不向きである。

また、上記ＪＰＥＧによれば、符号化時の計算量が多いため、符号化に要する時間が長いという欠点がある。又、この方法によれば、復号時の計算量もまた多いという欠点があり、前記ランレングス符号化およびハフマン符号化と同様にハードウェアや逐次処理が必要な生産設備には不向きである。

本発明の目的は、メモリ空間の充分な確保が困難なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェア演算回路において、画像データの符号化および復号に処理時間を費やさない２値化画像の符号化および復号が可能な装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の請求項１に記載の、２値画像を符号化する画像処理装置であって、２値画像に対して、一定方向に走査して各画素の値を取得する走査手段と、前記走査手段によって取得された走査線上の画素の値が走査方向において変化する変化点において、前記変化点の座標を保持する開始位置保持手段と、前記変化点から前記走査方向に走査し、前記変化点の画素の値と同一の画素の値を有する連続した画素数を計数する連続画素数計数手段と、前記変化点から前記走査方向に走査し、前記変化点の画素の値とは画素の値が異なる画素が出現した場合に、前記開始位置保持手段によって保持されている前記変化点の前記座標と、前記連続画素数計数手段によって計数された連続数とを保持する符号情報保持手段と前記符号情報保持手段の機能する前または後に、前記連続画素数計数手段が保持している前記座標の値と、前記連続計数手段が保持している前記連続数の値とを消去する初期化手段と、を備えることを特徴とする。

この装置を用いれば、２値化画像を符号化する際に、メモリ空間を消費することなく、高速に、且つ高い圧縮率でデータを圧縮する事が可能となる。

請求項２および請求項３に記載の発明は、請求項１記載の２値画像を符号化する画像処理装置であって、前記走査手段の走査方向が、２値画像に対して水平方向であることを特徴とする方法、或いは前記走査手段の走査方向が、２値画像に対して鉛直方向であることを特徴とする方法である。

この方法を用いれば、画像の特徴によってはより高い圧縮率が得られる。請求項１記載の符号化手段においては、例えば２値化画像において、水平方向に長く鉛直方向に短い特徴を持つ画像が極端に多い場合は請求項２に記載の、画像に対して水平方向への走査手段が高い圧縮率を得るには有効である。また、例えば２値化画像において、水平方向に短く鉛直方向に長い特徴を持つ画像が極端に多い場合は請求項３に記載の、画像に対して鉛直方向への走査手段が高い圧縮率を得るには有効である。

請求項４に記載の発明は、請求項１と請求項２、あるいは請求項１と請求項３記載の、２値画像を符号化する画像処理装置によって符号化された２値画像を復号する画像処理装置であって、 所定の画像空間を有し、復号した画素列を指定された座標に格納する画像格納手段と、符号化された符号情報から変化点の座標を切り出し保持するための座標読み込み手段と、符号化された前記符号情報から連続した画素数を切り出し保持するための連続画素数読み込み手段と、 前記座標に、前記連続した画素数分の画素を付与する復号化手段と、前記復号化手段が保持する復号情報を前記画像格納手段によって画像化する画像化手段とを備えることを特徴とする画像処理装置である。

この装置を用いれば、本発明の請求項１と請求項２、あるいは請求項１と請求項３記載の符号化する画像処理装置によって符号化された２値化画像を、効率よく復号することが可能となる。

本発明のカウンタを用いた２値化画像の符号化によれば、２値化画像を符号化する際に、メモリ空間を消費することなく、高速に、且つ高圧縮率で圧縮することが出来る。

また、ＦＰＧＡなどのプログラマブルなハードウェア演算回路に適用することで、特別な追加回路や装置を必要とせず、安価な画像圧縮処理が可能となり、また復号する際にも、パソコン等にて簡易に画像を復元出来る。その結果、画像データを転送する際のデータ量が大幅に減少する為、生産設備などでは一般民生品の部品の転用による画像転送も対応可能となり、設備の開発費用と導入費用の削減に貢献出来る。

本発明による一実施例の画像処理装置の基本構成を示すブロック図 図１に示す画像処理装置の画像処理回路の詳細を示すブロック図 符号化処理の実行手順を示すフローチャート 本発明による符号化処理の動作を示す図 ２次元の２値化画像に対する符号化処理方法を示す図 復号処理の初期動作を示す図 復号手順の説明図 ２次元の２値化画像への復号処理方法を示す図

以下、添付図面を参照して、本発明を好適な実施形態に従って詳細に説明する。

図１は、本実施形態の画像処理装置の基本構成図である。本実施形態ではＣＣＤカメラ１１で撮影した画像を、画像処理回路１２で最適に処理し、一般的なパソコン１３（パーソナルコンピュータ）に画像情報を転送して画像解析を行う。図２は、図１に示した画像処理回路１２の詳細を示している。ＣＣＤカメラ１１はＣＣＤカメラインターフェイス２１と接続され、撮影した画像が画像処理回路１２に取り込まれ、ＦＰＧＡ２２（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）内に構成された画像２値化処理部２３と符号化処理部２４によって符号化され、圧縮画像となった２値画像の符号化情報を画像送出インターフェイス２５に出力し、画像送出インターフェイス２５からパソコン１３に転送する。

図３に符号化処理部２４の実行する手順を示すフローチャートを示す。符号化処理部は走査１回分のデータのみを取り扱うので、走査手段の走査方向は問わない。また、図４に符号化処理部の符号化処理動作を示す。

まず、ステップ３０において新規の走査が開始されるとステップ３１において最初の画素の画素値を取得し、ステップ３２にて画素の値を比較する。画素の値が２値画像「０」または「１」のうち、「１」であれば次のステップ３３へ移るが「０」であればステップ３１に戻り次の画素値を取得する。ステップ３２において画素値「１」が得られた場合は、この画素を変化点と認識し、ステップ３３にて当該画素の座標に相当する画素番号を内部メモリに記録する。この画素番号は、例えばステップ３０の直後では走査の最初に出現する画素であるので「０」であり、その後連番で付与される。例えば、走査線上の画素数が５０００画素であれば、走査線の終端の画素番号は４９９９になる。次に、ステップ３４で次の画素値を取得し、ステップ３５においてステップ３２と同様に画素の値を比較するが、「１」ならばステップ３６にて連続画素数をインクリメントしてステップ３７にて画素値が「１」の画素の連続数を保存し、ステップ３４にループし、画素値が「０」である画素を検出するまでステップ３４，３５，３６，３７の４ステップを繰り返す。
一方、ステップ３５において画素値が「０」である画素を検出した場合は、ステップ３８へ進み、ステップ３３で保存した変化点座標の値と連続画素数計数値とを必要に応じて記録媒体へ保存し、ステップ３９において走査線の終端に達しているか否かを判断する。終端に達していない場合は、ステップ３１にループし、次の変化点を検出するルーチンへ戻るが、一方ステップ３９において走査線の終端に達している場合は、ステップ３Ａに移行して図２に示す画像送出インターフェイス２５へ符号化情報内容を出力する。

次に図４を用いて符号化処理の動作を説明する。画像情報４０は、通常は数百個から数千個の画素を有するが、ここでは画素１から画素２０までの２１個の画素による画像情報のモデルとして説明する。また、画素カウンタ４２は画素数を計数するカウンタであり、計数されたカウンタ値は前記画像情報４０にて検出される変化点の座標として引用され前記符号化情報バッファ４３へ記録される。また、連続画素数カウンタ４１は変化点検出後に変化点と同じ値を有する画素の連続性を計数するカウンタで、変化点を０番目とし、変化点に最初に連続する画素が１番目となるように計数し、連続が途切れると前記符号化情報バッファ４３に情報を記録してカウンタ値をリセットする。

先ず連続画素４４の検出手順について順を追って説明する。

前記画像情報４０に対する走査を開始すると先ず画素０を検知し、前記画素カウンタ４２がカウントアップしてカウンタ値を１とする。画素０の値が０である場合は直ちに次の画素である画素１の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を２とする。画素１の値が０である場合は直ちに次の画素である画素２の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を３とする。画素２の値が０で有る場合は直ちに次の画素である画素３の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を４とする。しかし、画素３の値が１であるので、この画素を変化点とし、前記符号化情報バッファ４３に配置されている符号化情報メモリ４４ａ２に前記画素カウンタ４２の値である４４ａ１が示す値４を書き込む。続いて画素４の値を取得し、その画素の値が１である場合、前記変化点である画素３と値が連続しているため、前記連続画素数カウンタ４１をカウントアップして連続画素数カウンタ値４１ａを１とする。前記連続画素４４においては画素４から画素７までは画素の値が連続して１であるので、画素４の処理と同様に、画素５から画素７まで画素の値を順次取得し、前記連続画素数カウンタ値４１ａを順次カウントアップする。画素７の処理を完了した時点で連続画素数４４の連続数を示す前記連続画素数カウンタ値４１ａは４４ｂ１の示す値４となる。画素８の値は０であるので、画素３から画素７まで連続した画素の連続性が終了し、符号化情報メモリ４４ｂ２に前記連続画素数カウンタ値４１ａの値である４を書き込み、前記連続画素数カウンタ値４１ａをリセットする。この作業の結果、前記連続画素４４が持つ連続画素の特徴を、変化点座標を４とし、連続画素数を４とした数値４：４として前記符号化情報バッファ４３にそれぞれ保持完了となる。

続いて連続画素４５の検出手順について順を追って説明する。

前記画像情報４０に対する走査を再開する。前記連続画素４４検出完了直後の画素８から走査を開始する。画素８を検知すると前記画素カウンタ４２がカウントアップしてカウンタ値を９とする。

画素８の値が０である場合は直ちに次の画素である画素９の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を１０とする。画素９の値が０である場合は直ちに次の画素である画素１０の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を１１とする。画素１０の値が０で有る場合は直ちに次の画素である画素１１の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を１２とする。しかし、画素１２の値が１であるので、この画素を変化点とし、前記符号化情報バッファ４３に配置されている符号化情報メモリ４５ａ２に前記画素カウンタ４２の値である４５ａ１が示す値１３を書き込む。続いて画素１３の値を取得し、その画素の値が１である場合、前記変化点である画素１２と値が連続しているため、前記連続画素数カウンタ４１をカウントアップして連続画素数カウンタ値４１ｂを１とする。前記連続画素４５においては画素１３から画素１５までは画素の値が連続して１であるので、画素１３の処理と同様に、画素１４から画素１５まで画素の値を順次取得し、前記連続画素数カウンタ値４１ｂを順次カウントアップする。画素１５の処理を完了した時点で連続画素数４５の連続数を示す前記連続画素数カウンタ値４１ｂは４５ｂ１の示す値３となる。画素１６の値は０であるので、画素１２から画素１５まで連続した画素の連続性が終了し、符号化情報メモリ４５ｂ２に前記連続画素数カウンタ値４１ｂの値である３を書き込み、前記連続画素数カウンタ値４１ｂをリセットする。この作業の結果、前記連続画素４５が持つ連続画素の特徴を、変化点座標を１３とし、連続画素数を３とした数値１３：３として前記符号化情報バッファ４３にそれぞれ保持完了となる。

続いて連続画素４６の検出手順について順を追って説明する。

前記画像情報４０に対する走査を再開する。前記連続画素４６検出完了直後の画素１６から走査を開始する。

画素１６を検知すると前記画素カウンタ４２がカウントアップしてカウンタ値を１７とする。

画素１６の値が０である場合は直ちに次の画素である画素１７の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を１８とする。画素１７の値が０である場合は直ちに次の画素である画素１８の値を取得し、前記画素カウンタ４２の値をカウントアップしてカウンタ値を値１９とする。しかし、画素１８の値が１であるので、この画素を変化点とし、前記符号化情報バッファ４３に配置されている符号化情報メモリ４６ａ２に前記画素カウンタ４２の値である４６ａ１が示す１９を書き込む。続いて画素１９の値を取得し、その画素の値が１である場合、前記変化点である画素１８と値が連続しているため、前記連続画素数カウンタ４１をカウントアップして連続画素数カウンタ値４１ｃを１とする。前記連続画素４６においては画素１９から画素２０までは画素の値が連続して１であるので、画素１９の処理と同様に、画素２０の値を取得し、前記連続画素数カウンタ値４１ｃをカウントアップする。画素２０の処理を完了した時点で連続画素数４６の連続数を示す前記連続画素数カウンタ値４１ｃは４６ｂ１の示す値２となる。画素２０は走査線終端であるので、画素１８から画素２０まで連続した画素の連続性が終了し、符号化情報メモリ４６ｂ２に前記連続画素数カウンタ値４１ｃの値である２を書き込み、前記連続画素数カウンタ値４１ｃをリセットする。この作業の結果、前記連続画素４６が持つ連続画素の特徴を、変化点座標を１９とし、連続画素数を２とした数値１９：２として前記符号化情報バッファ４３にそれぞれ保持完了となる。

画素２０において走査対象となる画像は終端に達しているので、図２に示す画像送出インターフェイス２５へ前記符号化情報バッファ４３の内容を出力する。

上述の手順は、一本の走査線上の２値化画像の符号化について説明したが、図５では２次元の２値化画像に対する符号化処理を上述の手順を応用して実現する方法について説明する。
２値化画像５２は、画像幅方向座標５７と画像長さ方向座標５８で構成されている。前記画像幅方向座標５７は０から１１までの数字で座標を構成しており、前記画像長さ方向座標５８はａからｍまでのアルファベットで座標を構成している。いずれも説明の為の表示であり、実際に処理を行う場合には数値で座標を構成するのが望ましい。符号化情報５１は、パソコン１３内の記録媒体に蓄積される情報である。現実の運用においてはヘッダ情報５３および前記画像長さ方向座標５４を符号化情報５１に追加情報として付与するべきであり、符号化された画像を復号する際に必須な情報である。前記ヘッダ情報５３には前記２値化画像５２の画像の横寸法を表す前記画像幅方向座標５７の個数である２値化画像横画素数５９と、前記２値化画像５２の画像の縦寸法を表す画像長さ方向座標５８の最大数である２値化画像縦画素数５５と、前記符号化情報５１の符号化情報のデータ数の最大値である符号化データ情報最大数５６などを記録するのが望ましい。また、符号化情報５１が有すべき前記２値化画像５２の縦寸法を現す画像長さ方向座標５４は前記画像長さ方向座標５８と対応している。

図６、図７および図８は、前記符号化情報５１を２値化画像へ復号する復号手順を示す。図６は、復号処理の初期動作を説明する。前記符号化情報５１にはヘッダ情報５３と前記画像長さ方向座標５４が含まれている。画像の復号処理を開始するには先ず、復号データを画素として配置するためのプロットエリアを用意する。前記ヘッダ情報５３に含まれる前記２値化画像横画素数５９の値をプロットエリアの横方向画素数とし、前記２値化画像縦画素数５５の値をプロットエリアの縦方向画素数として任意の記録媒体内にプロットエリア６１を確保する。

図７は、前記符号化情報５１におけるの前記画像長さ方向座標ｂ行６４の符号化情報を復号し、プロットエリア６１における前記復号データｂ行６５に２値化画像データをプロットする方法について示す。ｂ行変化点７１とｂ行連続数７２は、前記符号化情報バッファ４３に前記符号化情報メモリ４４ａ２と前記符号化情報メモリ４４ｂ２、あるいは前記符号化情報メモリ４５ａ２と前記符号化情報メモリ４５ｂ２、あるいは前記符号化情報メモリ４６ａ２と前記符号化情報メモリ４６ｂ２と、同様に画素の変化点と変化点からの連続画素数を表している。つまり、前記ｂ行変化点７１が示す値２に基づき、前記復号データｂ行６５における画素２にあたるプロット変化点７３をプロットし、前記ｂ行連続数７２が示す値６に基づき、前記復号データｂ行６５のプロット開始点７４から始まってプロット終了点７５までの６画素分を右方向へプロットする。これにより前記画像長さ方向座標ｂ行６４の前記復号データｂ行６５への復号が完了する。

図８は、図７を用いて示した前記画像長さ方向座標ｂ行６４の復号手順を用いて前記画像長さ方向座標５４のａからｍまでの全行に対してそれぞれ復号した場合の結果を示す。

本発明は、ＣＣＤカメラデータを２値化して画像データとして取り扱う装置において、ハードに頼らず情報量を小さくして扱うことが出来るので、安価で高速な処理を行う検査装置等に利用が可能である。

１１ ＣＣＤカメラ
１２ 画像処理回路
１３ パソコン
２１ ＣＣＤカメラインターフェイス
２２ ＦＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）
２３ 画像２値化処理部
２４ 符号化処理部
２５ 画像送出インターフェイス
４０ 画像情報
４１ 連続画素数カウンタ
４１ａ 連続画素４４計数時の連続画素数カウンタ
４１ｂ 連続画素４５計数時の連続画素数カウンタ
４１ｃ 連続画素４６計数時の連続画素数カウンタ
４２ 画素カウンタ
４３ 符号化情報バッファ
４４ 連続画素
４４ａ１ 連続画素４４の始点位置に相当する画素カウンタ値
４４ｂ１ 連続画素４４の連続数に相当する連続画素数カウンタ値
４４ａ２ 符号化情報バッファ内連続画素４４の始点位置保持用メモリ位置
４４ｂ２ 符号化情報バッファ内連続画素４４の連続画素数保持用メモリ位置
４５ 連続画素
４５ａ１ 連続画素４５の始点位置に相当する画素カウンタ値
４５ｂ１ 連続画素４５の連続数に相当する連続画素数カウンタ値
４５ａ２ 符号化情報バッファ内連続画素４５の始点位置保持用メモリ位置
４５ｂ２ 符号化情報バッファ内連続画素４５の連続画素数保持用メモリ位置
４６ 連続画素
４６ａ１ 連続画素４６の始点位置に相当する画素カウンタ値
４６ｂ１ 連続画素４６の連続数に相当する連続画素数カウンタ値
４６ａ２ 符号化情報バッファ内連続画素４６の始点位置保持用メモリ位置
４６ｂ２ 符号化情報バッファ内連続画素４６の連続画素数保持用メモリ位置
５１ 符号化データ
５２ ２値化画像（サンプル）
５３ 符号化データのヘッダ情報
５４ 符号化データの画像長さ方向座標値
５５ ２値化画像縦画素数
５６ 符号化データの情報最大数
５７ ２値化画像の幅方向座標
５８ ２値化画像の長さ方向座標
５９ ２値化画像の横画素数
６１ プロットエリア
６４ ２値化画像のｂ行の座標値
６５ 復号データのｂ行の座標値
７１ ｂ行の変化点座標（符号化データ）
７２ ｂ行の変化点の連続数（符号化データ）
７３ ｂ行の変化点のプロット位置
７４ ｂ行の変化点の連続開始位置
７５ ｂ行の変化点の連続終了位置

Claims (4)

1. ２値画像を符号化する画像処理装置であって、
   ２値画像に対して、一定方向に走査して各画素の値を取得する走査手段と、
   前記走査手段によって取得された走査線上の画素の値が走査方向において変化する変化点において、前記変化点の座標を保持する開始位置保持手段と、
   前記変化点から前記走査方向に走査し、前記変化点の画素の値と同一の画素の値を有する連続した画素数を計数する連続画素数計数手段と、
   前記変化点から前記走査方向に走査し、前記変化点の画素の値とは画素の値が異なる画素が出現した場合に、前記開始位置保持手段によって保持されている前記変化点の前記座標と、前記連続画素数計数手段によって計数された連続数とを保持する符号情報保持手段と、
   前記符号情報保持手段の機能する前または後に、前記連続画素数計数手段が保持している前記座標の値と、前記連続計数手段が保持している前記連続数の値とを消去する初期化手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記走査手段の走査方向が、２値画像に対して水平方向であることを特徴とする、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記走査手段の走査方向が、２値画像に対して鉛直方向であることを特徴とする、請求項１に記載の画像処理装置。
4. 符号化された２値画像を復号する画像処理装置であって、
   所定の画像空間を有し、復号した画素列を指定された座標に格納する画像格納手段と、
   符号化された符号情報から変化点の座標を切り出し保持するための座標読み込み手段と、
   符号化された前記符号情報から連続した画素数を切り出し保持するための連続画素数読み込み手段と、
   前記座標に、前記連続した画素数分の画素を付与する復号化手段と、
   前記復号化手段が保持する復号情報を前記画像格納手段によって画像化する画像化手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。