JP2522511B2 - 画像輪郭追跡ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ｎビットの画素で構成される画像の輪郭を追跡し、該
輪郭の形状を求めたり、その面積を求める為の画像輪郭
追跡装置に関し、 １画素当たり付加する情報ビットを少なくして、複雑な
例外処理が発生することのない画像輪郭追跡装置を構築
することを目的とし、 隣接する境界が追跡済か否かを示す少なくとも１ビット
の情報を含む複数ビットからなる情報を有する画素で構
成される画像を表現する画像メモリと、該追跡を開始す
べき境界を発見するのに、少なくとも、２画素のウィン
ドウで行う追跡開始点発見ユニットと、該境界の追跡時
には、追跡している境界の両側の画素を追跡済とし、そ
の追跡の結果としての軌跡を表す情報を出力する追跡ユ
ニットとから構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ｎビットの画素で構成される画像の輪郭を
追跡し、該輪郭の形状を求めたり、その面積を求める為
の画像輪郭追跡装置に関する。

最近の計算機システムの性能の向上に伴って、計算機
による自動設計システム、所謂計算機支援設計システム
（CAD）の実用化が進められている。

該計算機支援設計システム（CAD）の分野においては
図形自動入力装置、例えば、スキャナから入力されたス
キャン画像を取り扱うが、該入力された画像データを直
接処理することはなく、該画像をベクトル化したり、該
画像中の論理記号，文字を認識する為に、該画像の輪郭
を追跡して、輪郭の形状を求めたり、面積を求めること
が行われる。

この場合、できるだけ簡単な手段で、経済的に、該輪
郭を正しく，且つ例外処理の不用な追跡ができる画像輪
郭追跡方式が必要とされる。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕

第６図は従来の画像輪郭追跡方式を説明する図であっ
て、（ａ）は黒領域（領域１）が１画素以上の幅を持っ
ている場合を示し、（ｂ）は該黒領域（領域１）が１画
素幅しかない場合を示し、（ｃ）は複雑な図形の画像の
場合を示している。

従来から画像の輪郭を追跡し、輪郭の形状を求めた
り、その面積を求めるのに種々の方法が知られている。
然し、これらの方法は、輪郭の形状に制限があって、該
形状が複雑になると正確に輪郭を求めることができない
場合がある。

例えば、縦方向の１×２画素のウィンドウで画像を走
査して、画像の境界を見つける。具体的には、該走査し
たウィンドウ内に白，黒の画素があり、追跡ラベルが付
加されていない黒領域の画素（ドット模様で示す）を見
つける。｛本図（ａ）（イ）の矢印で示した画素を参
照｝ 該見つけた画素より輪郭追跡を、公知の２×２のウィ
ンドウによる追跡方法で追跡し、追跡のときに通った黒
領域の画素にラベル（本図では、斜線で示す）を付けて
おき多重の追跡を避ける方法がある。

（ａ）図の例のように、黒領域（領域１）が少なくと
も、１画素以上の幅を持っている場合には、（ロ），
（ハ）に示したように、黒領域（領域１）の輪郭と、白
領域（領域２）の輪郭を斜線で示した画素として求める
ことができる。

然しながら、この従来方式においては、（ｂ）図に示
すように黒領域（領域１）の幅が１画素しかない場合、
（イ）図に示したように、該黒領域（領域１）について
は、（ａ）図と同じ方法で斜線で示した輪郭を求めるこ
とができるが、白領域（領域２）については、該白領域
の輪郭に対応するラベルに付いていない黒領域の画素が
ない為、追跡の開始点が見つからず、該白領域（領域
２）の輪郭が発見できないと云う問題があった。

そこで、（ロ）図に示したように、追跡済画素に付与
するラベルを多値にし、黒輪郭と白輪郭の区別をするこ
とで、上記の問題点を解決すると云う方法もある。

この例においては、（ｂ）図の（ロ）のそれぞれ矢印
で示した追跡開始点を見つけることにより、（ａ）図と
同じ方法で追跡して、該白領域（領域２）に対して網線
で示した輪郭画素を求めることができる。

然し、この方法では画像を表現するビット数が増加す
ると云う問題があり、然も、（ｃ）図（イ）で示したよ
うな複雑な図形の場合には、（ロ）に示したように、領
域４で示した白領域に対して輪郭の追跡ができないと云
う問題があった。即ち、該輪郭４に対して、追跡の開始
点を見つけることができない（例えば、該領域４の画素
を含む１×２のウィンドウを見つけても、既に、縦線で
示す白画素の追跡済を示すラベルが付与されていること
による）と云う問題があった。

この従来技術の問題の原因は、ある輪郭が既に追跡さ
れたものか否かの判定を完全に下せないと云うことにあ
った。即ち、輪郭の追跡の軌跡を該輪郭に接する画素に
残す方法であった為、その画素が２つの輪郭に接する場
合、何れの境界を追跡したのかの識別ができないと云う
ことが原因であった。

本発明は上記従来の欠点に鑑み、ｎビットの画素で構
成される画素の輪郭を追跡する際、追跡中の輪郭の両側
の画素（白画素と黒画素）にラベルを付けることで正し
い追跡の軌跡を残す輪郭追跡方式を提供することを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の画像輪郭追跡装置の原理図である。

上記の問題点は下記の如くに構成された画像輪郭追跡
装置で追跡することで解決される。

画像の輪郭を追跡する画像輪郭追跡装置であって、 隣接する境界が追跡済か否かを示す少なくとも１ビッ
トの情報を含む複数ビットからなる情報を有する画素31
で構成される画像を表現する画像メモリ３と、 該追跡を開始すべき境界を発見するのに、少なくとも、
２画素のウィンドウで行う追跡開始点発見ユニット１
と、 該境界の追跡時には、追跡している境界の両側の画素を
追跡済とし、その追跡の結果としての軌跡を表す情報を
出力する追跡ユニット２とを備えるように構成する。

〔作用〕

即ち、本発明によれば、ｎビットの画素で構成される
画像の輪郭を追跡するのに、例えば、１画素当たり２ビ
ット以上の情報を持っており、その１ビットは画素の
白，黒を判定するものであり、他の１ビットは追跡の軌
跡を表現するものであるとする。

そして、本発明においては、以下の手段によって画像
の輪郭追跡を行う。

（１） 対象画像を上より、２画素のウィンドウで走査
（即ち、注目している画像より上の画素が先に走査され
ていれば良い）し、互いの画素値が異なり（即ち、白と
黒，又は、黒と白）、少なくとも一方は追跡済のラベル
のついていないものを探索する。

（２） （１）で発見した境界を追跡の開始点として、
公知の２×２のウィンドウ演算により画素間の境界を追
跡する。

このとき、該追跡している境界の両側の画素に「追跡
済」のラベル付けを行う。

上記のように、２ビットで１つの画素の輪郭追跡を行
う場合、その最下位ビット（即ち、LSB）が該画素の
白，黒を判定（0:白,1:黒）するもので、上位ヒット
（即ち、第２ビット目）が追跡済を示す（即ち、0:隣接
する境界は未だどれも未追跡,1:隣接する４つの境界の
どれかは追跡済）ものとすると、未追跡画素の値は
‘0',又は‘1'であり、追跡済になると、‘2'が該画素
値に加算され、‘2'又は‘3'となる。但し、一方の画素
が追跡済であると、該画素の値はその侭とする。

従って、本発明による輪郭の追跡を行うと、最初に発
見した境界の両側の画素のそれぞれの画素値が（0,1）
である画素間を追跡すると、該境界の両側の画素のそれ
ぞれの画素値は（2,3）となり、最初に発見した境界の
両側の画素のそれぞれの画素値が（1,0）である画素間
を追跡すると、該境界の両側の画素のそれぞれの画素値
は（3,2）となり、最初に発見した境界の両側の画素の
それぞれの画素値が（2,1）である画素間を追跡する
と、該境界の両側の画素のそれぞれの画素値は（2,3）
となり、最初に発見した境界の両側の画素のそれぞれの
画素値が（3,0）である画素間を追跡すると、該境界の
両側の画素のそれぞれの画素値は（3,2）となる。

（３） （２）の追跡を続け、走査ウィンドウが開始点
に戻ったら、そのとき発見した境界の追跡を終了とす
る。

（４） （１）に戻り、開始点が無くなる迄繰り返す。
本発明による画像の境界の追跡は、上記のように動作す
るので、追跡の為に各画素に付加する情報は追跡済であ
ることを示す１ビットでよく、又、追跡の開始点を決定
するのに、単純な１×２のウィドウによる論理だけで済
み、複雑な例外処理を行うことなく、白画素と黒画素と
が入れ子になった領域も正しく追跡できると云う効果が
ある。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。前述の
第１図は本発明の画像輪郭追跡装置の原理図であり、第
２図は本発明による追跡開始点発見パターンの例を示し
た図であり、第３図は境界追跡の原理を示した図であ
り、第４図は境界追跡の論理を説明する図であり、第５
図は本発明による追跡の例を示した図であって、第１
図，第２図に示した追跡開始点の発見処理手段，及び第
１図，第３図の境界追跡の原理図に示した境界の追跡時
に、境界の両側の画素を追跡済として追跡の結果情報
（追跡の軌跡）を出力する手段が本発明を実施するのに
必要な手段（ユニット）である。尚、全図を通して同じ
符号は同じ対象物を示している。

以下、第１図を参照しながら、第２図〜第５図によっ
て、本発明の画像輪郭追跡装置による境界追跡方式を説
明する。

先ず、第２図によって、本発明による画像輪郭を追跡
する為の追跡開始点の発見動作を説明する。本図におい
て、（ａ）は黒の領域の境界を発見する場合を示し、
（ｂ）は白の領域の境界を発見する場合を示している。

本発明においては、１×２画素のウィンドウを用い
て、画像の上より順に、即ち、ある境界より上にある画
素の全てが追跡済みであるような順（但し、対象画像の
一番最初の境界については、該境界の上の画素は未追跡
である）に、画像を走査していく。

そして、黒の領域の境界の開始点は、（ａ）図に示し
たように、該１×２のウィンドウの上側の画素は‘白’
であって、該画素が未追跡（従って、その画素値は
‘0'）か否（このとき、該画素値は‘2'）かは無関係で
あるが、少なくとも、下側の画素は‘黒’で未追跡（即
ち、その画素値は‘1'）であるウィンドウパターンをも
つ画素を開始点とし、その２つの画素の境界が追跡しよ
うとする境界（太線で示す）である。

従って、該黒の領域の境界発見パターンは、（0,1）
又は（2,1）である。該発見パターンとして、（0,3）も
考えられるが、上記走査順序から考えて、該ウィンドウ
の下側の画素が‘黒’で追跡済みと云うことは有り得な
いので対象外となる。

尚、本図においては、追跡対象の境界が横方向の場合
について示したが、外追跡対象の境界が縦方向になる
と、上記の‘上’‘右’又は‘左’となり、‘下’
‘左’又は‘右’となる。

同様にして、白の領域の境界の開始点は、（ｂ）図に
示したパターンとなる。但し、上記と同じ理由から（1,
2）なるパターンは対象外となる。

上記の処理は第１図の追跡開始点発見ユニット１にお
いて実行される。

次に、上記のようにして発見した追跡開始点から境界
を追跡していくときの処理の原理を第３図によって説明
する。

本図において、追跡開始点を示すウィンドウを斜線で
示し、追跡対象の境界を太線で示している。

本図において、（ａ）は追跡開始前の画像を示してお
り‘0'は白画素を示し、‘1'は黒画素を示している。

そして、上記太線の境界を追跡した後の各画素値は
（ｂ）図に示すものとなることは、追跡済みを示すビッ
ト２ビット目にあって、画素値として‘2'が加算される
ことから明らかである。

次に、第４図によって画素間の境界の追跡方法を詳細
に説明する。

ここで示した方法は、第６図で説明した従来方式の追
跡時にも使用した公知の２×２ウィンドウ演算による追
跡方法である。

本図に示した追跡の過程では、常に、追跡方法を意識
し、今いる画素間の境界の両側と、その前方の境界の両
側の画素の合計４画素を該２×２のウィンドウで見て、
次の境界位置と方向を決定するものである。

本図に示したものは、追跡方向が右に向かっていると
きの状態を図示したもので、〜は画素の番号を示し
ており、他の方向（即ち、追跡方向が左，上，下に向か
っている場合）は、本図のものを回転したものと同じで
ある。

尚、本図においては、追跡方向の右手の画素が追跡す
る閉領域を示すものとしている。間、本図では、黒の領
域は８方向連結、即ち、斜めの画素は繋がっているもの
としている。従って、白の領域は４方向連結（即ち、斜
めの画素は分離）としている。

以下、1,2例について、具体的に説明する。

即ち、本図の（a1）で示した例においては、画素〜
の内、のみが黒の画素であって、今２×２のウィン
ドウ演算で追跡している境界はとの画素間の境界
（矢印で示す）である。

従って、該境界を前述のように右方向に追跡しようと
すると、次の境界はとの画素間となるので、該２×
２のウィンドウを下側に移して、の右図に示したウィ
ンドウで追跡を行う必要がある。

同じようにして、（a2）で示した例においては、画素
〜の内、とが黒の画素であって、今２×２のウ
ィンドウ演算で追跡している境界はとの画素間の境
界（矢印で示す）である。

従って、該境界を前述のように右方向に追跡しようと
すると、黒の領域は前述のように８方向連結としている
ので、該との画素は繋がっているものと見倣される
結果、次の境界はとの画素間となり、該２×２のウ
ィンドウを上側に移して、の右図に示したウィンドウ
で追跡を行う必要があることになる。

以下、同じようにして、（a3），（a4）のケースでの
境界追跡が行われる。

（b1）〜（b4）で示した白の領域を追跡する場合につ
いても、同じようにして追跡される。但し、前述のよう
に該白の領域は４方向連結としているので、斜め方向の
画素は分離しているとして追跡する必要がある。

上記の処理は第１図の追跡ユニット２で実行される。

第５図は本発明の画素輪郭追跡装置によって、入れ子
になった黒，白，黒の３領域を追跡する場合の具体例を
示したもので、「状態１」は未追跡画像について、１×
２のウィンドウ走査で発見した黒領域（地）の境界の追
跡開始点（斜線で示す）より黒（地）（１）の領域を、
太線で示した境界（追跡の軌跡）に沿って追跡する前の
状態を示しており、「状態２」は該追跡後の状態を示し
ており、この「状態２」において、再度１×２のウィン
ドウ走査で発見した追跡開始点（斜線で示す）より白
（背景）（０）の領域を追跡（その軌跡は、太線で示
す）する。

「状態３」は上記「状態２」での追跡を行った後の状
態を示しており、その後、斜線で示した追跡開始点から
黒（地）（１）の領域を追跡することにより、「状態
４」を得る。

この「状態３」で発見された追跡開始点の一方は追跡
済の画素（このとき、該追跡済の画素は‘白’であるの
で、その画素値は‘2'）であるが、他方が未追跡の画素
（従って、画素値は‘1'）である為、この境界は未追跡
であると判定できる。

このようにして、本発明によれば、入れ子になった領
域も正しく追跡することができる。

尚、第１図に示した軌跡メモリ４には、画像の輪郭を
追跡した結果情報、例えば、該輪郭画素のアドレス等を
蓄積するメモリである。

このように、本発明は、ｎビットの画素からなる画像
の境界を追跡する方式において、注目している画素に隣
接する境界が追跡済か否かを示す１ビットの情報を各画
素に持たせ、少なくとも、２画素のウィンドウ走査で追
跡開始点の画素パターンを発見し、該発見された追跡開
始点の２つの画素間の境界から、公知の２×２のウィン
ドウによる境界追跡方法を用いて、画像の地（黒）と背
景（白）の境界の追跡を行う際に、その両側の画素を追
跡済として、上記１ビットの情報ビットに追跡結果を出
力し、該追跡開始点に戻った時点で、次の追跡開始点を
探索することを繰り返して、該追跡開始点の探索が最後
の画素まで到達したら当該追跡処理の終了とするように
した所に特徴がある。

〔発明の効果〕

以上、詳述に説明したように、本発明の画像輪郭追跡
装置は、ｎビットの画素で構成される画像の輪郭を追跡
し、該輪郭の形状を求めたり、その面積を求める為の画
像輪郭追跡装置において、注目しているｎビットからな
る画素に隣接する境界が追跡済か否かを示す少なくとも
１ビットの情報を含む複数ビットからなる情報を有する
画素で構成される画像を表現する画像メモリと、該追跡
を開始すべき境界を発見するのに、少なくとも、２画素
のウィンドウで行う追跡開始点発見ユニットと、該境界
の追跡時には、追跡している境界の両側の画素を追跡済
とし、その追跡の結果としての軌跡を表す情報を出力す
る追跡ユニットとから構成したものであるので、追跡の
為に各画素に付加する情報は追跡済であることを示す１
ビットでよく、又、追跡の開始点を決定するのに、単純
なのウィンドウによる論理だけで済み、複雑な例外処理
を行うことなく、白画素と帰路画素とが入れ子になった
領域も正しく追跡できると云う効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の画像輪郭追跡装置の原理図， 第２図は本発明による追跡開始点発見パターンの例を示
した図， 第３図は境界追跡の原理を示した図， 第４図は境界追跡の論理を説明する図， 第５図は本発明による追跡の例を示した図， 第６図は従来の画像輪郭追跡方式を説明する図， である。 図面において、 １は追跡開始発見ユニット， ２は追跡ユニット,3は画像メモリ， 31はｎビットからなる画素， 〜は画素番号， 画素内の数字は画素値で、０は背景（白）,1は地
（黒）,2は背景（既軌跡）,3は地（既軌跡）， をそれぞれ示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像の輪郭を追跡する画像輪郭追跡装置で
   あって、 隣接する境界が追跡済か否かを示す少なくとも１ビット
   の情報を含む複数ビットからなる情報を有する画素で構
   成される画像を表現する画像メモリと、 該追跡を開始すべき境界を発見するのに、少なくとも、
   ２画素のウィンドウで行う追跡開始点発見ユニットと、 該境界の追跡時には、追跡している境界の両側の画素を
   追跡済とし、その追跡の結果としての追跡を表す情報を
   出力する追跡ユニットとを備えたことを特徴とする画像
   輪郭追跡装置。