JP2507289B2 - 画像デ―タ処理方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は点，線，面の図形要素が混在した図面の読取
方法及び装置に係り、特に平行線で書かれた地図上の道
路情報の読取に好適な図面の読取方法及び装置に関す
る。

従来地図上の平行線で書かれた道路情報の読取方法と
して、平行線の内側の境界を追跡することにより道路情
報を求める方法があつた（昭和56年度電子通信学会総合
全国大会1080）。しかしこの方法では道路の内側の追跡
開始点を何らかの方法で教示する必要があること、道路
を示す平行線が道路のとぎれる部分で閉じている必要が
あること等、自動化及び、図面上に制約があつた。実際
の地図中では道路はとぎれの部分が多く、とぎれた部分
が白地になつている場合があり、この場合道路の外側の
領域を誤つて抽出するという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、道路を示す平行線の端が閉じてい
る、開いているにかかわらず平行線で書かれた地図上の
道路情報を読取る方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では地図中の道路
の平行線としての特徴だけに着目して、道路情報を抽出
するようにした。また読取を２段階に分けて行なうよう
にした。第１図は図面の読取手順を示したものである。
第１図（ａ）は対象図面であり、第１図（ｂ）は（ａ）
から道路の平行線に挾まれた内側の領域を抽出した図で
あり、第１図（ｃ）は（ｂ）の領域を折線データとした
図を示している。従来、（ｂ）の線図形から（ｃ）の折
線データを求める方法は数多く発表されているが、
（ａ）の平行線図形から（ｂ）の線図形を求める方法は
ほとんど発表されていない。本発明では平行線の特徴を
用いてこれを解決している。

〔用語の定義〕

〔定義１〕 ２値画像とは以下の式で表わされるもので
ある。

行列Ｐ＝｛P_ij｝（１ｉM,1ｊＮ） ここにP_ij＝１ 黒画素（図形要素） P_ij＝０ 白画素（背景） 尚第２図（ａ）は行列の配列を示したものである。

〔定義２〕 画像のθ方向を第２図（ｂ）で定義する。

〔定義３〕 着目画素Ｐの８連結画素Q₁〜Q₈を第２図
（ｃ）で定義する。

〔定義４〕 着目画素Ｐの４連結画素Q₁、Q₃、Q₅、Q₇を
第２図（ｄ）で定義する。

〔定義５〕 平行線の長さｌと間隔ｄを第２図（ｅ）で
定義する。ただし処理で平行線とみなすためにはｌ＞kd
を満たす必要がある。ｋは正の実数。

〔定義６〕 図形の長系Ｌは第２図（ｆ）の外接長方形
の横方向長さdx、縦方向長さdyのうち大きい方で示す。
すなわちＬ＝max｛dx,dy｝である。このＬを定義５のｌ
の第１次近似として用いる。

〔定義７〕 幅画像とは以下の式で表わされるものであ
る。

行列Ｄ＝｛d_ij｝（１ｉM,1ｊＮ） ここにＲ_θ ^(i,j)は（i,j）点を通るθ方向の直線に沿つ
た２値画像の黒画素のラン長。ただしθが偶数の場合ラ
ン長を したものとする。min｛ ｝はθ＝１〜４に対するＲ_θ
^(i,j)の最小値である。

〔定義８〕 ある画像P_ijの膨張画像とは以下の式で表
わされるものである。

行列Ｅ＝｛e_ij｝（２ｉＭ−1,2ｊＮ−１） すなわち、P_ijとその８連結画素を含む９画素のオア値
をe_ijとする。

〔定義９〕 ある画像P_ijの収縮画素とは以下の式で表
わされるものである。

行列Ｒ＝｛r_ij｝（２ｉＭ−1,2ｊＮ−１） すなわち、P_ijとその８連結画素のアンド値をr_ijとす
る。

〔定義10〕 二つの２値画像P_ij ⁽¹⁾,P_ij ⁽²⁾のAND画像と
は以下の式で表わされるものである。

行列Ａ＝｛a_ij｝（１≦ｉM,1ｊＮ） ここにa_ij＝P_ij ⁽¹⁾∧P_ij ⁽²⁾ 〔定義11〕 二つの２値画像P_ij ⁽¹⁾,P_ij ⁽²⁾のOR画像と
は以下で表わされるものである。

行列Ｏ＝｛o_ij｝（１≦ｉ≦M,1≦ｊ≦Ｎ） ここにo_ij＝P_ij ⁽¹⁾∨P_ij ⁽²⁾ 〔定義12〕 ある画像P_ijのNOT画像（反転画像）とは以
下の式で表わされるものである。

行列Ｎ＝｛n_ij｝（１≦ｉ≦M,1≦ｊ≦Ｎ） ここにn_ij▲▼ 〔発明の原理〕 地図中に書かれた平行線の内側領域の抽出法として次
の手順を実行する。

（１） 平行線の内側領域抽出処理 ステップ1:原画（２値画像）をまず反転（定義12）し
た後、幅画像（定義７）を求め、「指定幅」の領域を抽
出する。この「指定幅」を道路を示す平行線の線間隔に
等しくなるように設定する。これにより道路の平行線の
内側領域を含む、指定幅の領域が抽出できる。ただし、
道路以外にも記号等の部分で、幅が「指定幅」と一致す
る領域が抽出される。この場合、記号等の部分で抽出さ
れた領域は長さが短かいという特徴を持つている。

ステツプ2:ステツプ１で求めた領域に対して、連結成
分別に図形の長径（定義６）を計算し、「指定長」以上
の領域を抽出する。これによつて記号等の部分で抽出さ
れた領域は除去され、道路を示す平行線の内側領域だけ
が取り出される。

以上のステツプにより、定義５の条件を満たす平行線
の内側領域を抽出することができる。ところが、平行線
と平行線の交差する部分では幅画像の値は実際の間隔以
上の値となり、ステツプ１で求めた領域は交差点でとぎ
れが生じる。第３図は計測幅Ｗと線間隔ｄを示したもの
であり、交差点では計測幅Ｗ≫線間隔ｄとなり、「指定
幅」以上の値となるため、交差点でとぎれが生じる。そ
こで次にとぎれた部分を接続して補正する。

（２） 交差点補正処理 ステツプ1:平行線の内側領域の画像を原画の背景内で膨
張（定義８）させ交差点でのとぎれを接続する。

ステツプ2:ステツプ１では、平行線の内側領域の端点部
も膨張する。そこでステツプ１の結果を収縮（定義９）
させ、端点部の補正を行なう。

第４図は交差点補正処理を模式的に示したものであ
る。第４図（ａ）は交差点補正処理前の状態であり、画
像100は平行線の内側領域として抽出した部分であり、
画像101の交差点部分で、とぎれ102が生じている。これ
に対して、交差点補正処理のステツプ１を１回実行した
結果が（ｂ）であり、とぎれ102が小さくなつている。
同様にして（ｃ）はさらに１回実行した結果であり、と
ぎれ102がなくなり、交差点が接続されている。ところ
が画像100の端点部が膨張しておりこれを補正する必要
がある。（ｄ）はステツプ２を１回実行した結果であ
り、（ｅ）はさらに１回実行した結果である。この結果
画像100は交差点が補正され、かつ端点部も補正され
る。第４図はステツプ1,ステツプ２の膨張，収縮をそれ
ぞれ２回繰返す例であるが、一般には平行線の間隔をｄ
とするとき、少なくともd/2回以上繰返せば良い。

以上述べた方法により、交差点部分でとぎれることな
く指定した間隔及び長さの平行線の内側の領域を抽出す
ることができる。次に線間隔の異なる平行線が混在した
場合のそれぞれの平行線の内側領域を抽出するための応
用方法を述べる。第５図はその原理を示したものであ
り、（ａ）は原画110であり、（ｂ）は小さい線間隔の
平行線の内側領域111を求めた結果である。次に大きい
線間隔の平行線の内側領域を求めるために（ｂ）の画像
111と原画110（ａ）とのOR画像112（ｃ）を求め、これ
に対して平行線の内側領域を求めると画像113（ｄ）が
得られる。これによつて、原画110（ａ）中の大きい線
間隔の平行線は、小さい線間隔の平行線の分岐によつて
とぎれているが、こうしたとぎれに影響を受けにくい抽
出アルゴリズムとなる。

以上述べてきたように本発明によれば平行線で書かれ
た図形であれば端が閉じている、開いているにかかわら
ず、平行線の内側領域を抽出することが可能であり、し
かも交差点でのとぎれにも対処できる。また、間隔の異
なる平行線が混在してもそれぞれ抽出することができ
る。又本発明では平行線の内側領域の特徴を用いている
ため、平行線の外側部分にはいかなる記号が付着しても
影響を受けない。したがつて、本発明は地図上に書かれ
た道路情報の読取りに好適な方法となつている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第６図により説明する。第
６図は本発明の全体構成を示したものである。読取対象
である図面は画像入力装置１により電気信号に変換し、
図形要素のとき“1"、背景要素のとき“0"とする２値画
像10として画像メモリ２に格納する。次に回路３で２値
画像20中の平行線の内側の領域を抽出して画像30として
出力する。次に線追跡回路４により、図形の端点，角点
を抽出し、折線データ40として出力し、折線データメモ
リ５へ格納する。以上の処理過程により、図面中の平行
線部分を折線データに変換することができ、通常の計算
機システムで取扱える数値情報となる。

次に本発明の基本部分である平行線の内側領域を抽出
する回路３について詳細に説明する。実施例では特に地
図中の道路を抽出するために最適化した回路を示してあ
る。まず、地図中道路以外の細かい記号を除去する前処
理を回路３−１で行なう。回路３−１は画像20を入力し
て、第２図（ｆ）で定義した図形の長さを測定し、ある
一定長l₁以上の長さの図形だけを抽出し、画像21として
出力する。長さの測定は図形中の連結成分をラベリング
し（デイジタル画像処理 近代科学社 1978）、ラベル
別に求める。第７図（ａ）は画像20であり（ｂ）は画像
21を示している。図から明らかな様に、細かい地図記号
が除去されている。ただし、道路に接触した記号は付随
したままである。次に回路３−２により画像21を反転
し、画像22として出力する。第７図（ｃ）が画像22であ
り、平行線の内側領域を含む、図面の背景部分に対応す
る領域が図形要素となつている。この画像22に対して回
路３−３により幅を計測し、求める平行線の線間隔に等
しいとみなせる幅の値を持つ領域を抽出し、画像23を出
力する。第７図（ｄ）が画像23である。図で明らかなよ
うに交差点の部分がとぎれている。そこで、回路３−４
でとぎれた交差点を接続し、画像24として出力する。第
７図（ｅ）が画像24である。図において交差点の部分の
とぎれが接続されているのがわかる。ただし、平行線の
内側領域以外にも、記号部分で断片的な領域が抽出され
ている。これを除去するために、回路３−５で画像24を
入力として、ある一定長l₁以上の図形だけを抽出し、画
像30として出力する。第７図（ｆ）は画像30であり、道
路を示す平行線の内側領域だけが抽出されているのがわ
かる。

以上、平行線の内側の領域を抽出する回路３を説明し
たが、さらに別の間隔の平行線を抽出する場合には画像
30を画像メモリ２へ格納し、幅や長さに関するパラメー
タを変更して、再度実行すれば良い。

次に交差点補正回路３−４をさらに詳細に説明する。
第８図は交差点補正回路であり、画像22,画像23を入力
として、画像23の交差点部分を接続した画像24を出力す
る。まず画像23を膨張し、その結果と反転画像22をAND
して出力する回路３−４−１をカスケードにｎ段接続す
る。回路３−４−１は背景に沿つて、画像を膨張させる
回路である。ここで段数ｎは求める平行線の間隔をｄと
するとｎ≧d/2以上必要である。以上の回路の最終段の
出力画像23-1は交差点が接続された画像となつている
が、第４図（ｃ）で示したように端点部が膨張されてい
るのでこれを修復する必要がある。画像23-1は端点部の
み膨張し、平行線の内側領域の幅は膨張していない。し
たがつて画像23-1を単純に収縮すると幅自身も細くなる
ので工夫を必要とする。まず回路３−４−２で画像23を
膨張させこれを画像23-2とする。回路３−４−３で画像
23-1を収縮する前に、画像23-2とORし、この後収縮す
る。これにより平行線の内側領域の幅方向を収縮させる
ことなく端点部を収縮させる。回路３−４−３をｎ段カ
スケードに接続することによつて端点部の修復を行ない
画像23-3として、最終段から出力する。次に画像23-3の
結果に対して、回路３−４−４で背景画像22とANDし、
これを最終的な交差点補正画像24として出力する。

本実施例によれば、図面中に含まれる記号が道路を表
わす平行線の外側に付着していても、影響を受けない。
また交差点補正回路が、指定幅の図形抽出回路の直後に
入つているため、交差点の影響でとぎれた領域の長径が
パラメータl₁より短かい場合でも、長径の判定は交差点
の接続後に行なうため、平行線の内側領域として道路を
抽出することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば平行線の端が閉じている、開いている
にかかわらず、平行線で書かれいてれば、平行線の内側
の領域を抽出することができる。又平行線の抽出には、
その内側の間隔と長さ以外の特徴を用いていないため平
行線の外側に記号等が付着していても何ら影響を受けな
い効果がある。更に平行線の間隔に関するパラメータを
変更して繰返し処理を行なうことにより、間隔の異なる
平行線が混在しても別々に抽出可能である。交差点にお
ける補正処理回路が設けられているので、交差点でも連
続した領域が抽出可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は図面の読取手順を示した図、第２図は説明に用
いた用語の定義を示した図、第３図は交差点での計測幅
の関係を示した図、第４図は交差点補正処理の原理図、
第５図は複数の間隔の平行線が混在した場合の抽出手順
を示した図、第６図は実施例の全体構成図、第７図は第
６図中の処理の中間画像を示した図、第８図は交差点補
正回路である。 １……画像入力装置、２……画像メモリ、３……平行線
の内側領域抽出回路、４……線追跡回路、５……折線デ
ータメモリ、３−1,3−５……指定長の図形抽出回路、
３−２……図形反転回路、３−３……指定幅の図形抽出
回路、３−４……交差点補正回路。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２値情報で表される画像を入力し、 該入力画像中において、平行線で挟まれかつ該平行線の
   間隔に等しくなるように設定された指定幅の部分領域を
   抽出し、 上記入力画像中では連続する平行線に囲まれた領域とみ
   なされるが、上記の抽出処理では抽出されなかった領域
   により断絶されている複数の部分領域が該断絶された領
   域部分で接続されるように上記指定幅の部分領域を膨張
   及び収縮して補正し、 長径が指定長以上の部分領域だけを上記指定幅の平行領
   域として取り出すことを特徴とする画像データ処理方
   法。
2. 【請求項２】上記収縮処理では前記膨張処理により膨張
   した上記部分領域の端点部を上記膨張処理の前の形状に
   戻すことを特徴とする請求項１の画像データ処理方法。
3. 【請求項３】前記膨張の処理と前記収縮の処理をそれぞ
   れ同数回繰り返すことを特徴とする請求項２の画像デー
   タ処理方法。
4. 【請求項４】前記膨張及び収縮処理を〔平行線の間隔〕
   /2回以上行うことを特徴とする請求項３の画像データ処
   理方法。
5. 【請求項５】図形要素と背景要素からなる図面の２値画
   像を入力する手段（1,2）と、 上記２値画像により表された図形要素の内、平行線によ
   り挟まれる部分的な背景領域を抽出する手段（3-1,3-2,
   3-3）と、 上記部分的な背景領域に対して膨張及び収縮処理を同数
   回行う手段（3-4）と、 上記膨張及び収縮処理を施された背景領域の端点及び角
   点を抽出して折線データを得る手段（4,5）とからなる
   画像データ処理装置。