JP2645995B2 - 高速輪郭抽出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像処理の前処理手法の一つとしての高速
輪郭抽出方法に関するものである。

〔従来の技術〕

画像上の物体の輪郭を抽出する方法として、従来か
ら、入力画面中の各画素をある適当な濃度レベルで２
値化してから処理対象を抜き出し、その画面に膨張や収
縮等の処理を施して画像修正を行った後、ランレングス
コード等によりコード化する方法や、入力画面の各画
素をソーベル（Sobel）オペレータ等によりフィルタ演
算して処理対象の輪郭を強調させてから２値化し、さら
にヒゲ除去等の画像修正を行った後にチェインコード等
によりコード化すり方法等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前者の方法は、処理時間が比較的短いという
長所を有するが、照明条件等により入力画面の濃度が変
化した場合には、２値化のための濃度レベルを変化させ
ないと対象物を抜き出すことができなくなってしまうと
いう欠点があり、しかも、この場合の２値化のための濃
度レベルの設定は非常に難しい。また、後者の方法は照
明条件の変化には強いが、入力画面として例えば256×2
56画素より構成された画面を考えた場合、画素中の対象
物の数および大きさに無関係に合計６万回以上のフィル
タ演算を行う必要があり、対象物の画面に占める割合が
少ない様な場合に非常に無駄なフィルタ演算を行わなけ
ればならない。したがって、その処理時間が非常に長く
なるという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の高速輪郭抽出方法は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、１または２以上の対象物が表示された
画面において、所定の位置から走査を開始し、走査方向
において互いに隣接する画素同士の濃度を順次比較する
ことにより前記対象物のうちの一の対象物の輪郭を構成
する画素（輪郭画素）の一を検出し、続いて前記検出さ
れた一の輪郭画素を追跡開始点として、当該追跡開始点
の周囲画素のエッジ強度を求め、この求めたエッジ強度
に走査方法に基づいて仮定される過去の追跡方向を基準
として定められた重み係数を掛けて補正エッジ強度を算
出し、この補正エッジ強度の値が最も大きい周囲画素を
同一対象物の別の輪郭画素として選択し、この選択され
た輪郭画素の周囲画素のエッジ強度を求め、この求めた
エッジ強度に過去の追跡方向を基準として定められた重
み係数を掛けて補正エッジ強度を算出し、この補正エッ
ジ強度の値が最も大きい周囲画素を同一対象物の更に別
の輪郭画素として選択するという輪郭追跡を順次行い、
この輪郭追跡中、ある規定回数だけ追跡を行った後に追
跡点が前記追跡開始点を中心として設定されたトラップ
上に乗った場合には、以降の追跡方向を周囲のエッジ強
度とは無関係にそのトラップ上を前記追跡開始点に向か
う方向とし、前記追跡点が前記追跡開始点に戻ったとき
当該追跡開始点から再び走査を開始して新たな対象物の
輪郭画素の一を検出し、以後、前記輪郭追跡と前記走査
を繰り返すことにより、前記画面上の前記対象物の輪郭
を抽出するものである。

〔作用〕

互いに隣接する画素の濃度差から輪郭画素の一を検出
し、引き続き当該輪郭画素を始点として輪郭追跡を行う
ので、最初から全画素を２値化する方法に比べ、照明条
件に対するマージンが大きく、平均画素濃度が高くても
あるいは低くても、すなわち、画面全体が明るくてもあ
るいは暗くても、また、画面の明るさが部分的に変化し
ていても、精度良く輪郭抽出ができる。しかも、処理時
間の早い走査モードにより輪郭の中の一画素を探してか
ら検出精度の高い輪郭追跡モードに入るので、トータル
としての処理時間が短い。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。本実施
例は走査モードと輪郭追跡モードの２つのモードにより
構成されている。

（１）走査モード（対象物検出モード） 本モードでは第２図に示すように、入力画面をｌ行毎
に飛越走査して ΔＳ＝｜x_ij−x_i-1,j｜・_ij …（１） を求める。ここに、x_ijは画面上でのｉ行ｊ列における
画素の濃度値である。また、f_ijは同画素に対応する追
跡禁止フラグであり、０または１の何れかの値を取り得
る。このf_ijは初期状態では全画素に対して０クリアさ
れており、後述する輪郭追跡モードにおいて適宜１がセ
ットされるものであり、同一の対象物を複数回追跡する
ことを防ぐためのものである。

かかるΔＳの値が、後述する輪郭追跡モードを開始す
るためのスレッショルドレベルＴ以上となった場合は、
走査が対象物の縦方向の輪郭に至ったことを意味し、直
ちに輪郭追跡モードに移行することになる。

なお、飛越間隔ｌの値を大きくすれば、１画面の走査
線数が減るため、画面全体の走査時間を少なくすること
ができるが、逆に、飛越間隔の間に納まってしまうよう
な小さな対象物を検出できなくなる可能性がある。そこ
で、検出すべき対象物の予想される大きさや与えられて
いる処理制限時間等を勘案して最適なｌの値を決めてや
ることが望ましい。

いま、第３図に示すように、入力画面に２つの対象物
１および２が描かれているとする。画面左上端の（Ｓ）
点から走査を開始すると、第２番目の走査において、対
象物１の輪郭を構成する画素点ａに至る。この画素ａの
濃度は、左隣の画素濃度と大きな差があるから、スレッ
ショルドレベルＴの設定値にもよるが、ΔＳの値はスレ
ッショルドレベルＴの値よりも大となり、ここで、走査
が一旦終了して輪郭追跡モードに移行する。

（２）輪郭追跡モード 第４図は、入力画面の部分拡大図であり、碁盤の目状
に仕切られた１領域が１画素であり、ハッチングの施さ
れた部分が対象物である。いま、走査モードにおいて検
出された追跡開始点（第３図の点ａに相当）をＥとする
と、まず画素Ｅの周囲８画素（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、
Ｇ、Ｈ、Ｉ）についてエッジ強度を求める。ここに、エ
ッジ強度とは、「エッジ（輪郭）らしさ」を数量的に表
したものであり、画像処理の分野では周知であるソーベ
ル（Sobel）オペレータを用いたフィルタ演算等によっ
て求めることができる。例えば、画素Ａのエッジ強度
は、画素Ｂ、Ｅ、Ｄおよび画素（Ａ）〜（Ｅ）の周囲８
画素の濃度から求めることができ、同様にＢ、Ｃ、Ｄ、
Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉの画素もそれぞれの周囲８画素の濃度か
らそのエッジ強度を求めることができる。

このようにして、画素Ｅの周囲８画素のそれぞれのエ
ッジ強度が求まったら、つぎに、これらの８画素のそれ
ぞれに対して、過去の追跡方向を基準とする重み付けを
行う。すなわち、過去の追跡方向と同じ方向に次の追跡
を行うことが自然であるとの前提に立って、重み付けを
行う。例えば、ＢからＥに追跡が行われてきた場合に
は、ＥからＨに向かうことが自然であり、ＡからＥに追
跡されてきた場合には、ＥからＩに向かうことが自然で
あると考えて重み付けするのである。

具体的には、第５図（ａ）に示すように、注目画素の
周囲８画素にそれぞれW₁からW₈の一組の重み付け係数を
掛けるのである。この重み付け係数は、過去の追跡方向
に応じて８種類の組み合わせが準備されている。例え
ば、注目画素をＥとしたとき、過去の追跡方向がＤから
Ｅに向かう方向であるとすると、第５図（ｂ）に示すよ
うに、画素Ｆに相当する重み付け係数W₅が「４」という
大きな値となっており、つぎの追跡点がＦとなる確率を
高くしている。同様に、過去の追跡方向がＢからＥに向
かう方向であるとすると、同図（ｃ）に示すように、重
み付け係数W₇を大きな値としている。

また、前回の注目画素は、つぎの追跡画素とはなり得
ない。すなわち、追跡画素が再び逆戻りするケースを考
える必要はない。そこで、重み付け係数のうち、前回の
注目画素に対応するものの値を「０」としておく。例え
ば、注目画素をＥとしたとき、過去の追跡方向がＤから
Ｅに向かう方向であるとすると、第５図（ｂ）に示すよ
うに、画素Ｄに相当する重み付け係数W₄を「０」とす
る。したがって、一回前の注目画素のエッジ強度がいか
なる値であっても、重み付け演算を施した結果は常に
「０」となり、一回前の注目画素がつぎの追跡画素と判
定されることがないようになっている。

このようにして８方向のすべてについて、それぞれW₁
からW₈の重み付け係数を定めておき、過去の追跡方向に
応じた一組の係数（W₁〜W₈）を選択して、周囲画素のそ
れぞれのエッジ強度に対応する重み付け係数を掛ける。

なお、追跡開始点Ｅにおいては、当該画素が文字通り
追跡の始端であるため、過去の追跡方向が存在しない。
そこで、この場合のみ過去の追跡方向を、上から下、つ
まり画素Ｂから画素Ｅに追跡が行われたものと仮定す
る。この仮定は、走査モードにおける走査方法を根拠と
するものである。すなわち、走査モードでは、水平走査
を上から下に向けて行っていることから、追跡開始点は
対象物の左側上部に位置することが予想され、つぎの追
跡方向は下方と考えることができる。したがって、過去
の追跡方向を上から下と仮定するものである。

このように、周囲８画素のエッジ強度に、過去の追跡
方向に応じた重み付け係数を掛けることにより補正エッ
ジ強度を算出し、その値が最も大きい画素が、つぎの追
跡点と判定される。

いま仮に、Ｈがつぎの追跡点と判定されると、今度は
Ｈを注目画素として周囲８画素のエッジ強度を求め、つ
いで、注目画素Ｅの場合と同様に過去の追跡方向（Ｅか
らＨに向かう方向）に応じた重み付け係数を掛け、その
結果からつぎの追跡画素を判定する。

なお、Ｈの周囲８画素（Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ、
Ｋ、Ｌ）のうち、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｉの４画素については、
１回前の追跡で既にエッジ強度が求まっているので、新
たに演算を行う必要がない。また、Ｅについては、前回
の注目画素であり、前述したように重み付け係数を掛け
た後は、常に「０」となるため、とくにエッジ強度を求
める必要がない。したがって、結局、Ｈを注目画素とし
た場合には、Ｊ、Ｋ、Ｌの３画素についてエッジ強度を
求めればよいことになる。

Ｈに代えてＩがＥのつぎの追跡点となった場合には、
同様の考え方のもとに、Ｅ、Ｆ、Ｈを除く周囲５画素に
ついてエッジ強度を求めればよい。

このような追跡を繰り返し行い、第３図に示すよう
に、追跡点が追跡開始点ａ（第４図のＥ）にに戻る。

ただし、対象物の輪郭が明確でなく、ぼけているよう
な場合には、第６図に示すように追跡点が追跡開始点ａ
に戻らないことが考えられる。そこで、第７図に示すよ
うに、追跡開始点ａを中心として十字型のトラップを設
定し、ある規定回数（本実施例では10回）だけ追跡を行
った後に追跡点がこのトラップ上に乗った場合には、以
後の追跡方向を、周囲のエッジ強度とは無関係にトラッ
プ上を追跡開始点に向かう方向とし、追跡点が必ず開始
点に戻るようになっている。これにより、対象物１の輪
郭が明確でなくぼけているような場合であっても、追跡
点が必ず追跡開始点ａに戻るようになり、確実に次の対
象物２に対する輪郭追跡に移行することができる。な
お、このトラップは、本実施例では、追跡開始点を中心
に上下左右の４方向にそれぞれ３画素づつ取っている。

ところで、追跡点を順次追ってゆく過程において、走
査モードのところで述べた追跡禁止フラグf_ijを第８図
に示すように追跡点の周囲に立てて行く。すなわち、追
跡点の周囲の追跡禁止フラグf_ijを１にセットする。本
実施例では、注目画素の左右それぞれ５画素、上下それ
ぞれ１画素までの領域に含まれる合計33（11×３）画素
の追跡禁止フラグf_ijを１にセットする。このようにす
ることにより、輪郭追跡モードが終了してつぎの走査モ
ードに移行した際に同一対象物が再び追跡されないよう
になっている。

このようにして求めた一連の追跡点の位置は順次チェ
インコード化され、追跡が終了するのと同時に、対象物
の輪郭のコード化も終了していることになる。そして、
輪郭追跡モードが終了すると再び走査モードに移行す
る。すなわち、第３図に示すように対象物１の輪郭追跡
モードが終了すると、追跡開始点ａから、次の走査が再
開する。このとき、対象物１の輪郭の近傍は輪郭追跡モ
ードにおいて追跡禁止フラグf_ijが１にセットされてい
るので、対象物１を再び追跡してしまうことはない。こ
うして、ｂ点まで走査したところで再び輪郭追跡モード
となり、対象物２の輪郭追跡を行う。そして、追跡が終
了すると再びｂ点から走査を開始し、画面の最終アドレ
スである終点（Ｅ）まで走査すると、走査が終了すると
同時に一連の輪郭抽出処理が終了する。

なお、第１図は、上述した本実施例の高速輪郭抽出方
法の基本的な流れを示すフローチャートである。初め
に、画像走査を行い、上記（１）式に基づいて対象物の
輪郭の存在を判断し（ステップ101,102,103,104）、輪
郭の存在を確認したら輪郭追跡を行い、輪郭追跡が終了
するまで追跡画素のアドレスを順次チェインコード化す
る（ステップ105,106,107）。輪郭追跡が終了したら
（ステップ107）、再び画像の走査を開始して同様の動
作を繰り返す。そして、走査が画面の最終アドレスに到
達した時点で（ステップ102）、本処理を終了する。

なお、本実施例では、走査モードにおいて、画面左上
端から右下端に向かって水平走査を行っているが、これ
に限定されるものではなく、他の走査方法、例えば、垂
直走査等を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の高速輪郭抽出方法によれ
ば、互いに隣接する画素の濃度差から輪郭画素の一を検
出し、引き続き当該輪郭画素を始点として輪郭追跡を行
うので、最初から全画素を２値化する方法に比べ、照明
条件に対するマージンが大きく、平均画素濃度が高かっ
たりあるいは低かったりしても、すなわち、画面全体が
明るかったり暗かったりしても、また、画面の明るさが
部分的に変化していても、精度良く輪郭抽出ができる。
しかも、検出精度の高い輪郭追跡モードに入る前に、処
理時間の早い走査モードにより輪郭画素の中の一つを探
すので、トータルとしての処理時間も短くなるという利
点がある。

また、本発明によれば、追跡開始点の周囲画素のエッ
ジ強度を求め、この求めたエッジ強度に走査方法に基づ
いて仮定される過去の追跡方向を基準として定められた
重み係数を掛けて補正エッジ強度を算出し、この補正エ
ッジ強度の値が最も大きい周囲画素を同一対象物の別の
輪郭画素として選択し、この選択された輪郭画素の周囲
画素のエッジ強度を求め、この求めたエッジ強度に過去
の追跡方向を基準として定められた重み係数を掛けて補
正エッジ強度を算出し、この補正エッジ強度の値が最も
大きい周囲画素を同一対象物の更に別の輪郭画素として
選択するという輪郭追跡を順次行うので、精度良く輪郭
画素を選択しつつ、輪郭追跡が行われるようになる。

また、本発明によれば、輪郭追跡中、ある規定回数だ
け追跡を行った後に追跡点が追跡開始点を中心として設
定されたトラップ上に乗った場合には、以降の追跡方向
を周囲のエッジ強度とは無関係にそのトラップ上を追跡
開始点に向かう方向とするので、対象物の輪郭が明確で
なくぼけているような場合であっても、追跡点が必ず追
跡開始点に戻るようになり、確実に次の対象物に対する
輪郭追跡に移行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すフローチャート、第２
図は本実施例の走査方法を説明するための画面平面図、
第３図は本実施例の走査方法および輪郭追跡方法を説明
するための画面平面図、第４図は本実施例の輪郭追跡方
法の詳細を説明するための画面部分拡大図、第５図は重
み付け係数を説明するた画素配置図、第６図および第７
図はそれぞれ輪郭追跡方法を示す画面平面図、第８図は
追跡禁止フラグf_ijを説明するための画面平面図。 1,2……対象物、a,b……追跡開始点、（Ｓ）……走査開
始点、（Ｅ）……走査終了点、W₁〜W₈……重み付け係
数。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１または２以上の対象物が表示された画面
   において、所定の位置から走査を開始し、走査方向にお
   いて互いに隣接する画素同士の濃度を順次比較すること
   により前記対象物のうちの一の対象物の輪郭を構成する
   画素（輪郭画素）の一を検出し、続いて前記検出された
   一の輪郭画素を追跡開始点として、当該追跡開始点の周
   囲画素のエッジ強度を求め、この求めたエッジ強度に走
   査方法に基づいて仮定される過去の追跡方向を基準とし
   て定められた重み係数を掛けて補正エッジ強度を算出
   し、この補正エッジ強度の値が最も大きい周囲画素を同
   一対象物の別の輪郭画素として選択し、この選択された
   輪郭画素の周囲画素のエッジ強度を求め、この求めたエ
   ッジ強度に過去の追跡方向を基準として定められた重み
   係数を掛けて補正エッジ強度を算出し、この補正エッジ
   強度の値が最も大きい周囲画素を同一対象物の更に別の
   輪郭画素として選択するという輪郭追跡を順次行い、こ
   の輪郭追跡中、ある規定回数だけ追跡を行った後に追跡
   点が前記追跡開始点を中心として設定されたトラップ上
   に乗った場合には、以降の追跡方向を周囲のエッジ強度
   とは無関係にそのトラップ上を前記追跡開始点に向かう
   方向とし、前記追跡点が前記追跡開始点に戻ったとき当
   該追跡開始点から再び走査を開始して新たな対象物の輪
   郭画素の一を検出し、以後、前記輪郭追跡と前記走査を
   繰り返すことにより、前記画面上の前記対象物の輪郭を
   抽出することを特徴とする高速輪郭抽出方法。