JP2013200648A - 濃淡画像のエッジ抽出方法、エッジ抽出装置並びに濃淡画像のエッジ抽出プログラム - Google Patents
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Abstract
濃淡画像に対して二値化処理を行うことなく、濃淡画像から直接サブピクセルエッジを求めることができ、また、濃淡画像に対して二値化をしないため、照明変動などによる画像の明るさ変動に対してもロバストなエッジ抽出ができる。
【解決手段】
濃淡画像中の注目画素を中心とした輝度の最大勾配方向を求め、注目画素を基準として最大勾配方向における山側の画素の輝度及び谷側の画素の輝度に基づいてエッジ探索基準値を求める。さらに、注目画素を基準として最大勾配方向に並ぶ画素の中で、エッジ探索基準値に基づくサブピクセル処理でエッジ探索を行う。エッジ探索終了後、最大勾配方向と直交する方向に隣接する画素についてS10〜S60の処理を繰り返し行う。
【選択図】図2
Description
この方法は、図8に示すように、カメラ100で撮像して得られた濃淡画像を二値化処理部102で二値化して二値画像を生成し、その二値画像を輪郭線追跡処理部104では、二値画像の白と黒の境界線を追跡して、図9(a)〜(c)に示すようにワークの輪郭画像(エッジ画像)を得る。
d=(画素Aの輝度−二値化閾値)/(画素Aの輝度−画素Bの輝度) …(1)
例えば、図10(b)に示すように、相互に隣接して画素A,B,Cが並んでいる濃淡画像を、閾値=150で画像を二値化して、図10(a)が得られる。これを、前記式(1)で求めた精細なエッジは、図10(c)に示す画素Aから距離d=0.62の位置となる。なお、図10(a)〜(c)の画素A,B,C内の数値は当該画素の輝度の数値である。仮に画素Aが100番目の画素だとすると、このエッジの位置は、100.62となる。
図1に示すように、画像処理装置10は、CPU20と記憶部30を備えるコンピュータからなり、撮像部としてのカメラ40が撮像した濃淡画像を入力する。画像処理装置10は、エッジ抽出装置に相当する。記憶部30には、濃淡画像から前処理、エッジ抽出プログラム等の各種の画像処理を行うプログラムが格納されている。また、記憶部30は、コンピュータのシステムプログラムを記憶するROM、前記各種のプログラムの実行処理を行う場合の作業用メモリとなるRAM、画像メモリ、及びハードディスク等の記憶装置を備えている。また、画像処理装置10には、表示装置50が電気的に接続されている。前記画像メモリは、後述する濃淡画像や、エッジ探索が終了した画像を記憶する。
さて、上記のように構成された画像処理装置10の作用を説明する。
カメラ40から、濃淡画像を入力すると前処理部21では、前処理を行う。前処理は、例えば、入力されたデジタル画像データから、ワーク等が存在する部分領域を、適当な大きさ及び位置で切り出し、ノイズ除去等を行う。前処理部21から、前処理が終了した濃淡画像を、最大勾配方向算出部22に送出される。
図2に示すように、まず注目画素へ移動する。最初の注目画素は、濃淡画像中において、例えば、濃淡画像中に検出線を引き、その検出線上おける画素の濃度(輝度)変化を見て、最も輝度変化の大きな画素を、注目画素とする。なお、最初の注目画素を決定する方法は、前記方法に限定するものではなく、公知の方法でよい。
(S20)
S20では、注目画素Aにおける濃度勾配の向きを調査する。濃度勾配の向きは、Freeman(フリーマン)のチェインコードでは、画素Aの濃度勾配方向は「3」である。なお、Freemanのチェインコードは、図3(a)に示すように注目画素を中心とした8方向のうち、注目画素を中心として右方向を0としたとき、反時計回り方向に1〜7が付される。なお、方向を8方向コードで表現する方法は、Freemanのチェインコードに限定するものではない。
ここで最大濃度勾配方向の求め方について説明する。
Freemanのチェインコードで方向0では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素h,a,bの各輝度の総和を求める。方向1では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素a,b,cの輝度の総和を求める。方向2では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素b,c,dの輝度の総和を求める。方向3では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素c,d,eの輝度の総和を求める。方向4では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素d,e,fの輝度の総和を求める。方向5では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素e,f,gの輝度の総和を求める。方向6では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素f,g,hの輝度の総和を求める。方向7では、最大勾配方向算出部22は、図3(b)に示す画素g,h,aの輝度の総和を求める。このように、注目画素を囲む8個の画素において、チェインコードでの方向に隣接する画素の輝度と、当該画素にそれぞれ隣接する2個の画素の輝度の総和を求める。
この最大濃度勾配方向を求めるCPU20は最大勾配方向算出部22に相当する。
S30では、CPU20は、注目画素Aを基準として前記最大勾配方向の山側(輝度が高い側)の輝度、及び谷側(輝度が低い側)の輝度を求める。この求め方は、それぞれの方向に位置する各画素輝度の変化が無くなるまで追跡して、ピーク値を山側の輝度とし、ボトム値を谷側の輝度として求める方法がある。或いは、注目画素を基準にして、山側の2画素(或いは3画素以上の)隣の画素の輝度を山側の輝度とし、谷側の2画素(或いは3画素以上)隣の画素の輝度を谷側の輝度として採用する方法等もある。このように山側の輝度と谷側の輝度の求め方は、限定されるものではない。
(S40)
S40では、CPU20は、山側の輝度及び谷側の輝度の中間値を算出し、この中間値をエッジ探索基準値Jとする。前記S30,及びS40で処理を行うCPU20は、エッジ探索基準値算出部23に相当する。
S50では、CPU20は、注目画素の谷側の近傍画素、或いは前記近傍画素を基準としてさらに谷側の近傍画素から、及び注目画素の山側の近傍画素、或いは前記近傍画素を基準としてさらに山側の近傍画素に向かって走査し、どの画素でエッジ探索基準値Jを上回るかを調べる。
Δ=(Vb−J)/(Vb−Vc)
X=Xb+m・Δ
Y=Yb+n・Δ ……(1)
ただし、m,nは下記の表1の通りであり、方向に応じた値となる。
X=Xb+Δ
Y=Yb+Δ ……(2)
S60の処理を行うCPU20は、サブピクセル処理部24に相当する。
(S60)
CPU20は、S60では、エッジ探索を行う場合、予め反時計回り方向においてエッジ探索を行うように設定されており、この反時計回り方向において、最大勾配方向と直交方向に位置する近傍画素を次の注目画素として設定する。
S70では、CPU20は、S60で設定した注目画素が、最初にエッジ探索を行った画素(注目画素)であるか否かを判定し、最初にエッジ探索を行った画素でないと判定した場合は、S10に戻り、以後の処理を繰り返す。また、CPU20は、S60で設定した注目画素が、最初にエッジ探索を行った画素(注目画素)である場合には、このフローチャートを終了する。
(1) 本実施形態の濃淡画像のエッジ抽出方法では、濃淡画像中の注目画素を中心とした輝度の最大勾配方向を求めるようにした。また、前記注目画素を基準として最大勾配方向における山側の画素の輝度及び谷側の画素の輝度に基づいてエッジ探索基準値Jを求めるようにした。さらに、注目画素を基準として最大勾配方向に並ぶ画素の中で、前記エッジ探索基準値Jに基づくサブピクセル処理でエッジ探索を行うようにした。さらに、エッジ探索終了後、最大勾配方向と直交する方向に隣接する画素についてS10〜S60の処理を繰り返し行うようにした。この結果、本実施形態の方法によれば、濃淡画像に対して二値化処理を行うことなく、濃淡画像から直接サブピクセルエッジを求めることができ、また、濃淡画像に対して二値化をしないため、照明変動などによる画像の明るさ変動に対してもロバストなエッジ抽出方法を提供できる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
22…最大勾配方向算出部、23…エッジ探索基準値算出部、
24…サブピクセル処理部、30…記憶部。
Claims (5)
- 濃淡画像中の注目画素を中心とした輝度の最大勾配方向を求める第1段階と、
前記注目画素を基準として前記最大勾配方向における輝度が高い山側の画素の輝度及び輝度が低い谷側の画素の輝度に基づいてエッジ探索基準値を求める第2段階と、
前記注目画素を基準として前記最大勾配方向に並ぶ画素の中で、前記エッジ探索基準値に基づくサブピクセル処理でエッジ探索を行う第3段階と、
前記エッジ探索終了後、前記最大勾配方向と直交する方向に隣接する画素について前記第1段階から第3段階の処理を繰り返し行うことを特徴とする濃淡画像のエッジ抽出方法。 - 前記サブピクセル処理は、前記エッジ探索基準値を超えた画素の輝度をVbとし、当該画素の直前画素、すなわち、当該画素の近傍画素であってエッジ探索基準値を下回る輝度を有する画素の輝度をVcとし、前記エッジ探索基準値をJとしたとき、(Vb−J)/(Vb−Vc)を前記エッジ探索基準値を超えた画素の座標値に加算または減算することにより行うものである請求項1に記載の濃淡画像のエッジ抽出方法。
- 濃淡画像中の注目画素を中心とした輝度の最大勾配方向を求める最大勾配方向算出部と、
前記注目画素を基準として前記最大勾配方向における輝度が高い山側の画素の輝度及び輝度が低い谷側の画素の輝度に基づいてエッジ探索基準値を算出するエッジ探索基準値算出部と、
前記注目画素を基準として前記最大勾配方向に並ぶ画素の中で、前記エッジ探索基準値に基づくサブピクセル処理でエッジ探索を行うサブピクセル処理部を備え、
前記サブピクセル処理部での前記エッジ探索終了後、前記最大勾配方向と直交する方向に隣接する画素について前記最大勾配方向算出部、エッジ探索基準値算出部、及び前記サブピクセル処理部での処理を繰り返し行うことを特徴とする濃淡画像のエッジ抽出装置。 - 前記サブピクセル処理部は、前記エッジ探索基準値を超えた画素の輝度をVbとし、当該画素の直前画素、すなわち、当該画素の近傍画素であってエッジ探索基準値を下回る輝度を有する画素の輝度をVcとし、前記エッジ探索基準値をJとしたとき、(Vb−J)/(Vb−Vc)を、前記エッジ探索基準値を超えた画素の座標値に加算または減算することにより行うことを特徴とする請求項3に記載の濃淡画像のエッジ抽出装置。
- コンピュータに、
濃淡画像中の注目画素を中心とした輝度の最大勾配方向を求める第1段階と、
前記注目画素を基準として前記最大勾配方向における輝度が高い山側の画素の輝度及び輝度が低い谷側の画素の輝度に基づいてエッジ探索基準値を求める第2段階と、
前記注目画素を基準として前記最大勾配方向に並ぶ画素の中で、前記エッジ探索基準値に基づくサブピクセル処理でエッジ探索を行う第3段階と、
前記エッジ探索終了後、前記最大勾配方向と直交する方向に隣接する画素について前記第1段階から第3段階の処理を繰り返し実行させるための濃淡画像のエッジ抽出プログラム。
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