JP2015079285A - 画像処理装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】２値化画像のエッジにより構成される複数の構造体の位置関係を維持しつつ、それらの構造体の塗り潰しを可能にする。【解決手段】原画像には、エッジ画素の集合体からなる構造体１０１，１０２がある（図５Ａ）。構造体１０１，１０２の画素以外の画素毎に、その画素及び周辺の８近傍の画素からなる画素パターンと、予め登録した比較パターンとを比べ、一致したときは、その画素の値をエッジ画素の値に変換する。１回目の変換により、構造体１０１には１個、構造体１０２には６個の画素が加わる（図５Ｂ）。２回目の変換により、構造体１０１には１個、構造体１０２には５個の画素が加わる（図５Ｃ）。膨張処理とは異なり、構造体１０１，１０２の外側に広がらないため、構造体１０１，１０２は繋がらず、位置関係が維持される。【選択図】図５

Description

本発明は、監視システムに用いて好適な画像処理装置及びプログラムに関する。

近年、道路における交通量の計測、走行車両の特定、走行車両の速度計測、或いは所定の敷地内へ侵入した物体の特定等を目的として、テレビカメラに代表される撮像装置を用いた監視システムが提案されている。

このような監視システムにおいては、監視エリアを撮影して生成した背景差分画像に基づいて、侵入した物体を検知したとき、その物体の２値化画像のエッジ（輪郭）を抽出する。

また、抽出したエッジを構成する画素の集合体（以下、構造体）からノイズを除去するための処理として、オープニング処理、クロージング処理がある。オープニング処理とは、ある回数収縮処理を行った後に同じ回数膨張処理を行う処理であり、クロージング処理とは、ある回数膨張処理を行った後に同じ回数収縮処理を行う処理である。

また、膨張処理とは、注目画素或いはその周辺（例．８近傍、４近傍）に少なくとも１つの“１”の画素がある場合、出力画素を“１”とし、それ以外の場合は出力画素を“０”とする処理であり、収縮処理とは、注目画素或いはその周辺に少なくとも１つの“０”の画素がある場合、出力画素を“０”とし、それ以外の場合は出力画素を“１”とする処理である（非特許文献１）。

従って、膨張処理では、例えば、２値化画像の背景が黒であり、注目画素が黒の場合、周辺に１つでも白の画素があれば、注目画素を白に変換する。また、収縮処理では、背景が黒であり、注目画素が白の場合、周辺に１つでも黒の画素があれば、注目画素を黒に変換する（非特許文献２）。

クロージング処理では、構造体の穴（例．白い領域中の黒い小領域）を塞いだり、構造体の切れた部分を繋いだりすることができる。また、オープニング処理では、ヒゲなどのノイズを除去することができる。

また、監視システムにおいて、検知した侵入者の２値化画像のエッジから構成される構造体の内部を塗り潰したいという要望があり、この要望に対して、前述のクロージング処理が採用されることが多い。

しかし、このクロージング処理は、膨張処理を含むため、エッジが大きく（太く）なることで、近接した複数の構造体が繋がってしまい、構造体の位置関係が失われるという問題がある。

このことについて、図８を用いて説明する。ここで、図８Ａは原画像、図８Ｂは原画像を１回膨張させた膨張画像、図８Ｃは膨張画像を収縮させた収縮画像を示している。また、これらの図において、黒の部分は背景である。

また、図８Ａにおいて、グレーの部分は白画素からなる２つの構造体１０１，１０２であり、図８Ｂにおいて白の部分は膨張により背景の黒から変換された白画素である。また、図８Ｃにおいて、グレーの部分は白画素からなる構造体である。

図８Ａ及び図８Ｃより、原画像では２つ存在した構造体１０１，１０２が収縮画像では連結されて１つになっており、構造体１０１，１０２の位置関係が失われている。

末松良一他「画像処理工学」、pp.128-129、初版第１刷、（株）コロナ社、２０００年１２月２６日 Interface、２０１３年４月号、p.38、ＣＱ出版社、２０１３年４月１日

本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、２値化画像のエッジにより構成される複数の構造体の位置関係を維持しつつ、それらの構造体の塗り潰しを可能にすることである。

本発明に係る画像処理装置は、画像データを２値化する２値化手段と、該２値化手段により２値化された画像データからエッジを抽出するエッジ抽出手段と、該エッジ抽出手段により抽出されたエッジにより構成される構造体を該エッジの曲線部の内側へ膨張させる内側膨張手段と、を有する画像処理装置である。

本発明によれば、２値化画像のエッジにより構成される複数の構造体の位置関係を維持しつつ、それらの構造体を塗り潰すことができる。

本発明の実施形態に係る画像処理装置を含む監視システムを示す図である。 エッジの曲線部及び直線部の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る画像処理装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る画像処理装置において登録される比較パターンについて説明するための図である。 本発明の実施形態に係る画像処理装置における内側膨張手段の作用について説明するための図の一例である。 本発明の実施形態に係る画像処理装置における内側膨張手段の作用について説明するための図の別の一例である。 図６における原画像に対する従来のクロージング処理の作用について説明するための図である。 従来のクロージング処理の作用について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
〈画像処理装置を含む監視システム〉
図１は本発明の実施形態に係る画像処理装置を含む監視システムを示す図である。この監視システムは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１と、それぞれがＰＣ１に接続されたカメラ２、キーボード３、マウス４、及びモニタ５を備えている。

ここで、ＰＣ１が、本発明の実施形態に係る画像処理装置であり、カメラ２からの画像データを処理することで、背景差分画像に基づく侵入物体の検知、侵入物体の画像の２値化、エッジ抽出などを行う。

カメラ２は、監視エリアを撮影するように配置されたモノクロカメラ又はカラーカメラである。

キーボード３及びマウス４は、ユーザがＰＣ１に種々の指示を与えるための入力装置であり、モニタ５はカメラ２が監視エリアを撮影して生成した画像などを表示する出力装置である。

ＰＣ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、それぞれがＣＰＵ１１に接続された入力部１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４、ストレージ１５、及び出力部１６を備えている。

入力部１２は、カメラ２、キーボード３、及びマウス４と通信を行うためのインタフェースであり、出力部１６はモニタ５と通信を行うためのインタフェースである。

ＣＰＵ１１はＰＣ１全体の動作を制御するプロセッサである。ＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１１が実行するプログラムや固定データを記憶するメモリであり、ＲＡＭ１４は、ＣＰＵ１１のワークエリアとなるメモリである。ストレージ１５は、ハードディスクなどの大容量記憶装置からなり、カメラ２で生成され、ＣＰＵ１１で画像処理を受けた画像データ、ＣＰＵ１１が生成したデータ、監視動作に関するアプリケーションプログラムなどが記憶される。

ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１３やストレージ１５に記憶されているプログラムを実行することにより実現される機能ブロックとして、比較パターン登録手段１１ａ、画像取得手段１１ｂ、エッジ抽出手段１１ｃ、２値化手段１１ｄ、内側膨張手段１１ｅ、及び侵入者検知手段１１ｆを備えている。

比較パターン登録手段１１ａは、ユーザの指示に基づいて、内側膨張手段１１ｅにより参照される比較パターンをＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、或いはストレージ１５に書き込み、登録する手段である。比較パターンの具体例については後述する。

画像取得手段１１ｂは、カメラ２からの画像を取得する手段である。ここではカメラ２はモノクロカメラである。エッジ抽出手段１１ｃは、画像取得手段１１ｂにより取得された画像のエッジを抽出してエッジ画像を生成する手段である。２値化手段１１ｄは、エッジ抽出手段１１ｃの出力であるエッジ画像を所定の閾値と比較して２値化する手段である。

内側膨張手段１１ｅは、２値化手段１１ｄにより２値化された画像のエッジにより構成される構造体をエッジの曲線部の内側へ膨張させる手段である。この手段の機能である内側膨張処理については後述する。

侵入者検知手段１１ｆは、内側膨張手段１１ｅで処理された背景差分画像に基づいて侵入者が検知されたとき、図示されていないサーバに通知するなどの処理（以下、侵入者有り処理）を実行する手段である。

〈内側膨張処理〉
内側膨張処理とは、画像のエッジにより構成される構造体をエッジの曲線部の内側へ膨張させる処理である。曲線部とは、注目画素に対して複数の異なる方向にエッジ画素を有する部分である。これに対して、直線部とは、注目画素に対し単一方向にエッジ画素を有する部分である。

図２は、エッジの曲線部及び直線部の例を示す図である。ここで、図２Ａ、Ｂ、Ｃは曲線部を示し、図２Ｄ、Ｅ、Ｆは直線部を示す。これらの図において、白の画素は背景（画素値＝“０”）であり、網目の画素はエッジ画素（画素値＝“１”）である。

図２Ａ、Ｂ、Ｃでは、矢印に示すように、注目画素（３×３の中心に位置する画素）に対して、２方向又は３方向にエッジ画素が存在する。また、図２Ｄ、Ｅ、Ｆでは、注目画素に対して、１方向のみにエッジ画素が存在する。

〈画像処理装置の動作〉
図３は、本発明の実施形態に係る画像処理装置の動作を示すフローチャートである。

最初に比較パターン登録手段１１ａが比較パターンを登録する（ステップＳ１）。図４Ａ〜Ｌに比較パターンの例を１２個示す。各図において、黒は背景（画素値＝“０”）であり、グレーは白画素（画素値＝“１”）である。図４Ｍ、図４Ｎについては後述する。

各比較パターンには、下記（１）〜（２）の特徴がある。
（１）周辺の８近傍に隣接しない２つの白画素がある。
（２）上記２つの白画素は、中心の画素を含む行（縦方向）又は列（横方向）には並ぶが、中心の画素を含まない行又は列、即ち周辺の画素のみからなる行又は列には並ばない。

次に画像取得手段１１ｂがカメラ２で生成された画像を取得する（ステップＳ２）。なお、この図では、比較パターンの登録（ステップＳ１）に続けて、画像の取得を行っているが、比較パターンの登録を事前に行っておいてもよい。

次に、エッジ抽出手段１１ｃが、画像取得手段１１ｂにより取得された画像のエッジを抽出し（ステップＳ３）、２値化手段１１ｄが、エッジ抽出手段１１ｃで抽出されたエッジ画像を２値化する（ステップＳ４）。

次に内側膨張手段１１ｅが、２値化手段１１ｄにより２値化された２値化画像のエッジをその曲線部の内側へ膨張させるため、下記のステップＳ５〜Ｓ８を実行する。

即ち、エッジを構成する白画素の周辺（８近傍）の各黒画素を注目画素とし、注目画素毎にその注目画素及び周辺（８近傍）の画素からなる画素パターンと、前述した比較パターンとを比較する（ステップＳ５）。そして、画素パターンが比較パターンのどれかと一致するか否かを判定し（ステップＳ６）、一致していた場合は（ステップＳ６：YES）、注目画素を黒画素から白画素に変換する（ステップＳ７）。一致していなかった場合は（ステップＳ６：NO）、変換しない。

全ての注目画素について比較が終了したか否かを判定し（ステップＳ８）、終了していた場合は（ステップＳ８：YES）、ステップＳ９へ進み、終了していなかった場合は（ステップＳ８：NO）、ステップＳ５〜Ｓ７を繰り返す。

ステップＳ９では、侵入者検知手段１１ｆが、内側膨張手段１１ｅで処理された背景差分画像に基づいて侵入者の有無を判定する。そして、侵入者を検知した場合は（ステップＳ９：YES）、侵入者有り処理（ステップＳ１０）を実行した後、この図に示すフローを終了する。また、侵入者を検知しなかった場合は（ステップＳ９：NO）、そのままこの図に示すフローを終了する。

〈内側膨張処理の具体例〉
次にステップＳ６、Ｓ７について具体例を挙げて説明する。
《第１の例》
注目画素及びその８近傍の９画素からなる画素パターンが図４Ｍに示すパターンであった場合、図４Ｉに示す比較パターンに該当するので、注目画素を白画素に変換し、図４Ｎに示すパターンとする。つまり、ステップＳ６におけるパターンの一致とは、画素パターンの９画素と比較パターンの９画素の完全一致を意味するのではなく、一致する部分がある（図４Ｍに示すパターンの場合、左上端の画素と横方向下端の画素）ことを意味する。

《第２の例》
図５は、内側膨張手段の作用について説明するための図の一例である。ここで、図５Ａは原画像、図５Ｂは原画像を１回内側膨張させた第１画像、図５Ｃは原画像を２回内側膨張、換言すれば第１画像を１回内側膨張させた第２画像を示している。また、これらの図において、黒の部分は背景である。

また、図５Ａにおいて、グレーの部分は白画素からなる構造体１０１，１０２であり、図５Ｂ及び図５Ｃにおいて白の部分は内側膨張により背景の黒から変換された白画素である。

図５Ｂ及び図５Ｃにおいて、内側膨張により背景の黒から変換された白画素が図４に示すどの比較パターンとの一致により変換されたのかについて説明する。ここでは、左上端の画素を原点とし、横方向（右方）をｘ軸のプラス方向、縦方向（下方）をｙ軸のプラス方向とするｘｙ座標を設定して説明する。

図５Ｂの場合、（２，４）の画素及び（１０，３）の画素は図４Ｋ、（９，３）の画素は図４Ｂ、（９，５）の画素は図４Ａ、（１０，５）の画素は図４Ｆ、（１０，８）の画素は図４Ｃ、（１１，８）の画素は図４Ｍに示す比較パターンとの一致により黒から変換されている。

図５Ｃの場合、（２，５）の画素及び（９，６）の画素は図４Ｋ、（８，５）の画素は図４Ｅ、（９，４）の画素及び（１０，４）の画素は図４Ｃ、（１１，７）の画素は図４Ｍに示す比較パターンとの一致により黒から変換されている。

ここで、図５Ａに示す原画像は図８Ａに示す原画像と同じである。しかし、図５Ｂに示す第１画像と、図８Ｂに示す膨張画像とを比べると、膨張画像では２つの構造体１０１，１０２が内外双方に膨張することで繋がり、それらの位置関係が失われるのに対し、第１画像では構造体１０１，１０２の曲線部の内側にのみ膨張するため、２つの構造体１０１，１０２の位置関係は維持される。図８Ｃに示すように収縮処理を行っても、失われた位置関係は復活しない。これに対し、内側膨張処理では、２回の処理後の第２画像でも２つの構造体１０１，１０２の位置関係は維持される。

《第３の例》
図６は、内側膨張手段の作用について説明するための図の別の一例である。ここで、図６Ａは原画像、図６Ｂは原画像を１回内側膨張させた第１画像、図６Ｃは原画像を２回内側膨張させた第２画像、図６Ｄは原画像を３回内側膨張させた第３画像を示している。また、これらの図において、黒の部分は背景である。図６Ｂ及び図６Ｃにおいて、内側膨張により背景の黒から変換された白画素が図４に示すどの比較パターンとの一致により変換されたのかについての説明は省略する。

また、図７は、図６における原画像に対する従来のクロージング処理の作用について説明するための図である。ここで、図７Ａは原画像、図７Ｂは原画像を１回膨張させた膨張画像、図７Ｃは膨張画像を収縮させた収縮画像を示している。また、これらの図において、黒の部分は背景であり、グレーの部分は白画素からなる構造体２０１であり、白の部分は内側膨張により背景の黒から変換された白画素である。

以上詳細に説明したように、本発明の実施形態の画像処理装置によれば、２値化画像のエッジにより構成される複数の構造体の位置関係を維持しつつ、それらの構造体を塗り潰すことができる。

なお、以上の実施形態における図４〜図６については、便宜上、背景が黒（画素値＝０）、エッジが白（画素値＝１）の画像として説明したが、背景が白（画素値＝０）、エッジが黒（画素値＝１）の画像についても同様に処理することができる。また、以上の実施形態では、エッジを構成する白画素の周辺（８近傍）の黒画素を注目画素としたが、原画像において８近傍の存在しない縁付近の画素以外の全ての黒画素を注目画素としてもよい。

また、処理手順は図３のとおりでなくてもよい。即ち、例えば侵入者検知処理及び侵入者有り処理（ステップＳ９及びＳ１０）を内側膨張処理（ステップＳ５〜Ｓ８）の前（ステップＳ４の次）に実行するように構成することも出来る。

また、カメラ２をカラーカメラにすることも出来る。この場合、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１３やストレージ１５に記憶されているプログラムを実行することにより実現される機能ブロックとして、カラー画像からモノクロ画像（カラー画像データから合成された輝度（Ｙ）画像データ、又は単一の色成分（例．Ｇ）データ）を生成する手段を設けることになる。

１１…ＣＰＵ、１１ｃ…エッジ抽出手段、１１ｄ…２値化手段、１１ｅ…内側膨張手段。

Claims (4)

1. 画像データを２値化する２値化手段と、
   該２値化手段により２値化された画像データからエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
   該エッジ抽出手段により抽出されたエッジにより構成される構造体を該エッジの曲線部の内側へ膨張させる内側膨張手段と、
   を有する画像処理装置。
2. 請求項１に記載された画像処理装置において、
   前記内側膨張手段は、前記エッジ抽出手段により抽出されたエッジを構成する画素以外の画素毎にその周辺の画素を含む画素パターンと所定の画素パターンとを比較する比較手段と、該比較手段により一致すると判定されたとき、該エッジを構成する画素以外の画素の値を、エッジを構成する画素の値に変換する変換手段と、を有する画像処理装置。
3. 請求項２に記載された画像処理装置において、
   前記エッジを構成する画素以外の画素は、前記エッジを構成する画素の近傍の画素である、画像処理装置。
4. コンピュータを請求項１〜３のいずれかに記載された画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
   

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