JP2732608B2 - 線図形画像の背景消去および２値化処理方法およびその装置ならびに指紋画像用画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、線図形画像の２値化処理方法および装置に
係り、特に線図形の濃淡画像を線の連続性を損なうこと
なく、２値化する際に採用するのに好適な線図形画像の
２値化処理方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、デイジタル画像、すなわち画素と呼ばれる単
位の集合として画像を表し明暗に応じて各画素に離散的
な値（画像レベル）を与えた画像を２値化する場合、何
らかの方法でしきい値を設定し、各画素の値がそのしき
い値を超えているか否かにより、２値の内の何れを与え
るかを決める方法が取られているのが通常である。

しかしながら、線図形画像にこの方法を適用した場
合、線がかすれている部分では、画像レベルがしきい値
以下になり、２値画像ではその部分で線が途切れてしま
うことが生じる。逆に２本以上の線が近接している部分
では、線の間の部分の画像レベルがしきい値を超え、本
来離れている複数本の線が２値画像では１本につながっ
てしまうことも生じる。

これに対して、例えば特開昭62−29267号公報におい
て、低品質線図形画像の２値化方式が開示されている。
この特開昭62−29267号で提案される２値化方式は、隣
接する画素で囲まれた面を１つの局所平面として、各局
所平面について、その濃淡の傾斜を求め、該傾斜をラベ
ル化したラベル画像を作成し、該ラベル画像を利用して
線図形候補画素を抽出し、抽出した線図形候補画素をも
とにしきい値を決定し、画素を２値化するものである。

すなわち、この発明は線図形を抽出してその画像レベ
ルに基づいてしきい値を決定し、得られたしきい値をそ
の近傍のみに適用して２値化することにより、汚れた画
像に対して良好の２値画像を得ようとするものである。

しかしながら、各画素の１つ１つに対してしきい値と
の大小を比較しながら２値化を行うことは従来と変わら
ないため、線図形中にノイズのためのしきい値以下の部
分があれば、線は途切れてしまう。また、線と線との間
にブリッジ状にしきい値以上の部分があれば本来離れて
いる線がつながってしまうことも起こり得る。さらに線
図形の品質が悪く、線が断続している場合には、このよ
うな隣接画素同士の情報だけではノイズのために良好な
線図形抽出を行うことができず、良好な２値化処理を行
うことができないという欠点を依然として含んでいた。

線図形を含むデイジタル化された濃淡画像を２値化す
る場合、全画像に同じしきい値を適用するにせよ、局所
的に異なったしきい値を適用するにせよ、線がかすれて
いる部分では線が途切れてしまったり、逆に２本以上の
線が近接している部分では、本来離れている線がつなが
ってしまうことも生じる。

また、線図形を含む画像に背景像が重畳している場合
に線図形の２値化像を得ようとする場合、先ず背景像を
消去して線図形を抽出した後、２値化処理を行う必要が
ある。

何らかの方法で顕在化を行った指紋をテレビカメラで
撮影する場合はその典型的な例であるが、従来上記の背
景消去および２値化処理を連続して行える装置はなく、
撮影した指紋を人がトレースしているのが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであ
って、いかなる場合にも良好な２値化像を得ることを可
能とする線図形画像の２値化処理方法および装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の発明は線図形を含むデイジタル化され
た濃淡画像から線図形画像の２値画像を得るに際し、線
図形がその領域内では平行な直線群とみなし得る局所領
域に濃淡画像を分割し、各局所領域ごとに全画素につい
て次の（ａ）〜（ｃ）工程を行うことを特徴とする線図
形画像の２値化処理方法。

（ａ）局所領域ごとに直線群とみなした線図形の方向を
算出する。

（ｂ）各方向ごとに定められたマスクパターンを用いて
各画素を中心とした画像レベルの重み付き平均値を求め
る。

（ｃ）これら重み付き平均値が予め設定しておいたしき
い値を超えているか否かにより、２値の内の何れかを前
記マスクパターンの中心となる画素に与える。

次に本発明の第１の発明において、各局所領域ごとに
直線群とみなした線図形の方向を算出する工程に方向の
有無を判断する処理を加え、方向が有ると判断されたと
きは、（ｂ）、（ｃ）工程を行い、方向が無いと判断さ
れたときは（ｂ）、（ｃ）に代わり、画素に、２値のい
ずれかの値を一様に与えることとするとよい。

また、本発明の第１の発明の別の好ましい具体的手段
としては、各局所領域ごとに直線群とみなした線図形の
方向を算出する工程に、方向の有無を判断する処理を加
え、 方向があると判断されたときは（ｂ）、（ｃ）工程を
行い、 方向が無いと判断されたときは、前記局所領域をさら
に小領域に分割し、該小領域の画素について、各方向ご
とに定められたマスクパターンを順次用いて、前記画素
を中心とした前記マスクパターンと画素の画像レベルと
の積和演算値を求め、該値が最大となるマスクパターン
に対応した方向を、前記画素の方向とする処理を、全画
素について行い、前記方向毎に画素数を集計し、 集計した最多の画素数がしきい値以上の場合、最多と
なった方向を、前記小領域の線図形の方向とし、該方向
ごとに定められたマスクパターンを用いて、各画素を中
心とした画像レベルの重み付き平均値を求め、これら重
み付き平均値が予め設定しておいたしきい値を超えてい
るか否かにより、２値の内のいずれかを前記マスクパタ
ーンの中心となる画素に与え、 集計した最多の画素数がしきい値未満の場合、前記小
領域を更に分割し、分割した領域に対して、前記小領域
に対して行った処理と同様の処理を行い、分割された領
域の方向が定まるか、又は、分割された領域の大きさが
所定値以下になるまで繰り返す こととすると好適である。

例えば、指紋画像のように、場所によって線図形画像
の曲率が異なったり、分岐がある画像に対して、前記の
局所領域を、無方向と判断する２値処理方法を適用し、
全画像を一様な大きさの局所領域に分割し、その１つ１
つの領域に線図形の方向を割当てようとすると、領域内
で線図形の方向が一定でなく、そのために最多となった
方向の数と各方向の数の平均値がしきい値を上まわら
ず、そのためにその局所領域が無方向性と判断されてし
まうことがあるので、上記分割を繰返して適正な判断が
できるようにする。

本発明の第１の発明のさらに別の好ましい具体的手段
としては、各局所領域ごとに直線群とみなした線図形の
方向を算出する工程を、 （イ）該局所領域内の画素について、各方向ごとに定め
られたマスクパターンを順次用いて、前記画素を中心と
した前記マスクパターンと画素の画像レベルとの積和演
算値を求め、 （ロ）該演算値が最大となるマスクパターンに対応した
方向を、前記画素に割り当てる処理を、全画素について
行い、 （ハ）前記割り当てた方向ごとに画素数を集計し、集計
した画素数が最多となった方向を局所領域の線図形の方
向とする こととすると好適である。

第18図に以上の２値化処理手順をフローチャートで示
した。すなわち、線図形を含むデイジタル化された濃淡
画像から線図形画像の２値画像を得るに際し、 （ａ） 線図形がその領域内では平行な直線群とみなし
得る局所領域に全画像を分割し、 （ｂ） 各方向ごとに定められたマスクパターンを順次
用いて各画素を中心にしてそのマスクパターンと画素と
の積和演算を行い、 （ｃ） その積和演算の結果が最大となるマスクパター
ンの方向によってその画素近傍における線図形の方向を
算出し、 （ｄ） 前記各局所領域ごとに各画素について前記線図
形の方向の算出を行い、その結果を前記局所領域ごとに
集計し、 （ｅ） その集計の結果、最多となった方向の数を各方
向の数の平均値と比較し、その差が予め設定しておいた
しきい値以上であれば、各方向ごとに定められたマスク
パターンを用いて各画素を中心とした重み付き平均値を
求め、 これら重み付き平均値が予め設定しておいたしきい値
を超えているか否かにより、２値のうちの何れかを前記
マスクパターンの中心となる画素に与え、この処理を前
記各局所領域ごとの全画素について行い、前記最多とな
った方向の数と各方向の数の平均値の差が、前記予め設
定しておいたしきい値以上でない場合はその局所領域を
さらに小領域に分割し、 （ｆ） 該分割した小領域ごとに前記局所領域に対して
行ったのと同様に、前記各画素ごとの線図形の算出結果
の集計を行い、最多となった方向の数が各方向の数の平
均値と比較し、その差が予め設定しておいたしきい値以
上であれば、該最多となった方向をその小領域における
線図形の方向とし、該方向のマスクパターンを用いて各
画素を中心とした重み付き平均値を求め、 （ｇ） これら重み付き平均値が予め設定しておいたし
きい値を超えているか否かにより、２値のうちの何れか
を前記マスクパターンの中心となる画素に与え、 （ｈ） 前記最多となった方向の数が各方向の数の平均
値差が再びしきい値以下となった場合はその小領域をさ
らに分割し、分割した領域について同様の操作を行うこ
とを、分割した領域が方向を持つか、分割した領域の大
きさが予め設定しておいたしきい値以下になるまで繰り
返し行うこと、 によって適正に処理することができる。

本発明の第２の発明は、上記第１の発明を好適に実施
することができる装置であって、次の〜から構成さ
れる装置である。

線図形を撮像する画像入力装置 この画像入力装置に入力された線図形の濃淡画像を格
納する第１の画像メモリ この濃淡画像を局所領域に分割し、領域ごとに線図形
の方向を算出する方向算出回路 この算出された方向を記録する方向記録用メモリ この記録された方向を読み出し、各方向ごとに定めら
れたマスクパターンを用いて前記画像メモリに格納され
た濃淡画像の各画素を中心とした画像レベルの重み付き
平均値を求め、これらの重み付き平均値が予め設定して
おいたしきい値を越えているか否かによって２値のうち
のいずれかを前記マスクパターンの中心になる画素に与
えることにより前記画像メモリに格納された濃淡画像を
２値化回路と、 この２値化信号を格納する第２の画像メモリ 前記した画像入力装置、第１の画像メモリおよび第２
の画像メモリのそれぞれの出力信号を選択する出力切換
回路 この選択された出力信号をアナログ信号に変換するD/
A変換器 このアナログ信号を表示するモニタ 次に本発明の第３の発明について説明する。

一般にCCD（charge coupled device）カメラなどで物
体に付着した物質が発する蛍光を図形として捉えようと
する時、必然的に付着している物体表面の模様が背景と
して重畳する。

例えば、レーザ光を指紋付着物体に照射し、指紋が発
する蛍光により指紋を検出するレーザ蛍光法による指紋
検出装置では、指紋画像を撮影しようとすると、必然的
に指紋が付着している物体の模様も重畳して背景画像と
して撮影されてしまう。

このように、関心のある線図形に背景画像が重畳して
いる場合には、上述の線図形画像の２値化処理方法ある
いは線図形画像の２値化処理装置を直ちに適用すること
はできない。

このような場合は背景画像を消去して、線図形画像を
抽出し、この抽出した線図形画像に対して上述の線図形
画像の２値化処理方法あるいは装置を適用する必要があ
る。

本発明の第３の発明はこのような場合に適用して好適
な線図形画像の背景消去および２値化処理方法であっ
て、第19図にその手順をフローチャートで示すように、
抽出すべき線図形に背景が重畳している濃淡画像（以下
画像Ａと表す）と、背景だけの濃淡画像（以下画像Ｂと
表す）とから、背景を消去して抽出すべき線図形だけを
抽出し、さらに該抽出した線図形の濃淡画像を２値化す
る背景消去および２値化処理方法において、次の工程か
らなるものである。

（イ）画像Ａから背景画像の一部分画像を分離するこ
と。

（ロ）分離した背景画像の部分画像から適当数の画素の
集合Ｃを抽出すること。

（ハ）画像Ｂで集合Ｃに対応する画素の集合Ｄを抽出す
ること。

（ニ）集合Ｃと集合Ｄとで対応する画素の階調について
回帰分析を行い、その結果から画像Ａの背景部分と画像
Ｂのそれに対応する部分の階調間の変換係数を求めるこ
と。

（ホ）該変換係数を用いて画像Ｂを補正しつつ、画像Ａ
から画像Ｂを減算し、線図形を抽出すること。

（ヘ）線図形がその領域内では平均な直線群とみなし得
る局所領域に濃淡画像を分割すること。

（ト）前記各局所領域ごとに直線群とみなした線図形の
方向を算出すること。

（チ）各方向ごとに定められたマスクパターンを用いて
各画素を中心とした重み付き平均値を求めること。

（リ）これら重み付き平均値が予め設定しておいたしき
い値を超えているか否かにより、２値のうちの何れかを
前記マスクパターンの中心となる画素に与え、この処理
を前記各局所領域ごとの全画素について行うこと。

ここで、前記画像Ａから背景画像の部分画像を分離す
る手段として画像レベルにしきい値を設定し、このしき
い値以下の部分を背景とすればよい。

また、前記画像Ａから背景画像の部分画像を分離する
手段として線図形部分と背景部分のテキスチャの違いを
利用するのが好適である。

次に本発明の第４の発明は、上記第３の発明方法を好
適に実施することができる線図形画像の背景消去及び２
値化処理装置であって、次のｉ）〜xiv）から構成され
ている。

ｉ） 画像を撮像する画像入力装置。

ii） この画像入力に入力された線図形画像に背景が重
畳した画像（画像Ａ）を格納する第１の画像メモリ． iii） 画像入力装置に入力された背景だけの画像（画
像Ｂ）を格納する第２の画像メモリ。

iv） 画像Ａの背景画像の部分画像を分離する手段。

ｖ） この部分画像から適当数の画素の集合Ｃを抽出す
る手段。

vi） 画像Ｂで集合Ｃに対応する画素の集合Ｄを抽出す
る手段。

vii） 集合Ｃと集合Ｄで対応する画素の階調について
回帰分析を行い、その結果から画像Ａの背景部分と画像
Ｂのそれに対応する部分の階調間の変換係数を求める回
帰分析回路。

viii） 変換係数を用いて画像Ｂを補正しつつ画像Ａか
ら画像Ｂを減算する四則演算を行い、その結果を第１の
画像メモリまたは第２の画像メモリに格納する背景画像
減算回路。

ix） この背景消去を施された濃淡画像を局所領域に分
割し、領域ごとに線図形の方向を算出する方向算出回
路。

ｘ） 算出された方向を記録する方向記録用メモリ。

xi） この記録された方向を読み出し、各方向ごとに定
められたマスクパターンを用いて前記一方の画像メモリ
に格納された濃淡画像の各画素を中心とした画像レベル
の重み付き平均値を求め、これら重み付き平均値が予め
設定しておいたしきい値を越えているか否かによって２
値のうちのいずれかを前記マスクパターンの中心になる
画素に与えることにより前記画像メモリに格納された濃
淡画像を２値化する２値化回路 xii） ２値化信号を格納する他方の画像メモリ xiii） 前記した画像入力装置、第１の画像メモリおよ
び第２の画像メモリのそれぞれの出力信号を選択する出
力切換回路。

xiv） 選択された出力信号をアナログ信号に変換するD
/A変換器。

xv） このアナログ信号を表示するモニタ。

なお、前述の本発明の第４の発明装置を指紋画像用画
像処理装置に応用する場合の装置は、線図形画像の背景
消去および２値化処理装置およびその周辺機器から構成
し、その装置の方向算出回路は、全画像を局所領域に分
割する際に、指紋画像の１本１本の線（隆線と称する）
の曲率や間隔を考慮し、分割した領域内で隆線が平行し
た直線群となるようにした回路とし、局所領域の大きさ
を指紋画像に適したものとする。

〔作用〕

以下に、本発明の構成を作用と共に具体的に説明す
る。

第１図は、本発明の手順を示すフローチャートであ
る。

以下、その各項目について詳述する。

先ず、ステップS01で第２図に示すように、線図形が
その領域内では、平行な直線群とみなせるような局所領
域に分割する。すなわち、ここでは小さな矩形が１つの
局所領域である。線図形の曲率に注目し、それが大きい
部分でも直線とみなせるような領域の大きさに分割すれ
ば良い。

次にステップS02で各局所領域ごとに直線群とみなし
た線図形の方向を算出する。方向算出には種々の公知の
方法を採用することもできるが、線のとぎれ、かすれが
あるような低品質の画像に対しては以下に述べる方法が
有効である。

先ず方向を第３図に示す如く４方向、あるいは第４図
に示す如く８方向に量子化する。ここでは、４方向に量
子化した場合について説明するが、８方向の場合につい
ても考え方は同様である。

第３図の４方向に対して、例えば第５図に示すように
それぞれ対応した４つのマスクパターンを作成する。な
お、マスクパターンの大きさや数値は線図形の線の太
さ、曲率、間隔によって適当に変えれば良い。そこで、
局所領域内の各画素に対し、４つのマスクパターンを用
いてそれぞれの画像レベルの加重和を求め、加重和の絶
対値が最大となったマスクに対抗する方向をその画素の
方向とする。

これをその局所領域内の全ての画素について行う。例
えば、局所領域が縦16画素、横16画素の矩形領域とすれ
ば、計256画素について方向が算出される。４方向のう
ち、画素数が最多となった方向をその局所領域における
線図形の方向とする。これを局所領域ごとに画面全体に
ついて行う。例えば、第２図の場合は第６図のようにな
る。第６図において数値は算出された方向を表す。この
場合、最多となった方向の数と４方向の画素数の和を４
で除した値との差が予め設定しておいたしきい値以下で
あればその局所領域は無方向であり、すなわち線図形を
含まない領域と判断することができる。

ここで、前記の画素の方向に第３図の0,1,2,3の内の
何れかを必ず割当てるのならば、前記４方向の画素数の
和を４で除した値は必ず局所領域内の画素数/4（この場
合は256/4＝64）になるが、画素近傍の線図形の方向を
判定する際に何らかの基準（例えば加重和の絶対値が最
大となった方向と最小となった方向とで、その値が予め
設定しておいたしきい値以下である等）を用いて、無方
向という属性を与え、その画素を前記局所領域内で行う
集計から除外するならば、局所領域内の画素数/4にはな
らない。そこで４方向の画素数の和を４で除した値とい
う表現を用いた。

また、指紋画像のような線図形の曲率が場所によって
異っていたり、分岐がある場合等は全画像を一様な大き
さの局所領域に分割したのでは適当でない場合がある。
例えば第７図（ａ）の右下の領域では曲率が大きいため
に、この領域内の線図形の方向を一つの方向で代表され
ることは困難である。

このような場合は、前記最多となった方向の画素数と
４方向の画素数の和を４で除した値の差がしきい値以下
となり、無方向と判定されることにより知ることができ
るから、第７図（ｂ）のごとく、右下の局所領域をさら
に小領域に分割し、この小領域内で各画素の方向の集計
を行い、画素数が最多となった方向をその小領域の方向
とし、小領域を次の工程での処理単位とすることより、
適切な領域の大きさを自動的に選択することができる。
また、小領域に分割してもなお、領域が大き過ぎて無方
向と判定された場合はさらに分割を進めていくこともで
きる。その場合、分割を停止する判断基準としては、分
割した領域が無方向でなくなるか、あるいは分割した領
域の大きさが予め設定したしきい値以下になったか、の
何れかを用いることができる。

次に、ステップS03で各方向ごとに所定のマスクパタ
ーンを用いて、局所領域内の各画素に対し、その画素を
中心とした画像レベルの重み付き平均値を求め、ステッ
プS04でそれが予め設定しておいたしきい値を超えてい
るか否かにより２値のうちの何れかをその画素の値とし
て与えることを各領域ごとに全画素について行う。

その場合、前工程において、無方向と判断された領域
については重み付き平均値を求める演算を行わず、２値
のうちの何れかを場合に応じて一様に与えることによ
り、背景部分の雑音が２値画像に表われるのを防ぐこと
ができる。

マスクパターンは、例えば４方向に方向を量子化した
場合には、第８図のものを用いることができる。これも
線図形の太さ、曲率、間隔によって適当に変えて用いる
ことができる。数値も全て１と０である必要はなく、場
合に応じて他の数値を用いて重み付き平均値を求めれば
良い。

この平均値を求める操作は、ある画素を中心として、
前工程で求めた方向に線図形が続いているかを調べるこ
とに相当し、そのために雑音に対して強い２値化処理方
法となっている。

また、２値化する時に用いるしきい値は局所領域ごと
に変えることもできるが、全画面で同じものを一様に用
いても本発明を実施すれば十分な効果が得られ、むしろ
一様なしきい値の方がしきい値が場所によって異なるこ
とによる図形の途切れ、線の太さの段差などの発生を防
ぐことができる点で優れている。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１ 第９図は、本発明を実施するのに好適な線図形画像の
２値化処理装置の構成の一例を示すブロック図である
（信号線の分岐はない）。

第９図において、１は画像入力装置である。場合に応
じて、CCD（Charge Coupled Device）カメラあるいはド
ラムスキャナ等を用いることができる。入力された線図
形の濃淡画像は第１の画像メモリ２に格納される。

方向算出回路７は、第１の画像メモリ２に格納された
画像を局所領域に分割し、領域ごとに線図形の方向を算
出する。算出された方向は方向記録用メモリ10に記録さ
れる。

２値化回路12は、算出された方向を方向記録用メモリ
10から読み出しつつ、第１の画像メモリ２の濃淡画像を
２値化し、その結果を第２の画像メモリ９に格納する。

出力切換回路３は画像入力装置１、第１の画像メモリ
２、第２の画像メモリ９からの信号を選択し、この信号
はD/A変換器４を経て、モニタ５に表示される。

タイミングコントローラ８は、前記した各回路の処理
を順序よく行うために各回路に制御信号を送るためのも
のであり、操作スイッチ11の指令によって、操作するこ
とができる。アドレス発生回路６は、タイミングコント
ローラ８からの制御信号により、各画像メモリの内容を
読み出し、格納に必要なメモリのアドレスを発生するも
ので、第１の画像メモリ２のデータを順序よく適切なタ
イミングをとって各回路に送り、また処理されたデータ
を第２の画像メモリ９に格納し、第１の画像メモリ２あ
るいは第２の画像メモリ９に格納されたデータを切換回
路３に送るためのものである。なお、これらの操作の結
果はモニタ５で見ることができる。

実施例２ 次に、本発明を実施して線図形の濃淡画像を２値化し
た例を説明する。

第10図は、処理対象の画像の中から７×７画素を取り
出したものであり、それぞれの数値は256階調に量子化
された画像レベルを表す。この画素が含まれる局所領域
の方向は第３図の０であり、上から1,3,4,6,7段目のレ
ベルが高く、レベルが高い部分を図形とすると横方向に
３本の線図があることが分る。この画像では画素（3,
D）、画素（4,D）の画像レベルがノイズのために低下し
ており、しきい値をどのように選んでも通常の処理では
線の途切れを防ぐことはできない。なぜなら、途切れさ
せないためには２値化のしきい値を117以下にする必要
があるが、そうすると、２段目にしきい値以上となる画
素（2,B）、（2,C）、（2,E）、（2,F）があり、２本の
線がくっついてしまうからである。

本発明を適用して、第８図の方向０のマスクを用いて
平均値をとると、画素（3,D）は、（3,B）、（3,C）、
（3,D）、（3,E）、（3,F）の５画素を平均して （132＋130＋118＋127＋134/5）＝128.4 また、画素（4,D）は、（4,B）、（4,C）、（4,D）、
（4,E）、（4,F）の５画素を平均して （133＋130＋118＋132＋136）/5＝129.8 となり、しきい値を128にしたとしても線は途切れるこ
となく２値化される。

逆に、２段目、５段目にノイズによって画像レベルの
高い画素があっても、本発明を適用すれば、本来２本の
線をつなげることなく２値化することができる。

実施例３ 指紋画像に対し、線画像の背景消去および２値化方法
を適用した例を示す。

第11図はレーザ蛍光法により写真に付着した指紋を検
出したものである。指紋にレーザ光を照射すると、指紋
成分が蛍光を発し、指紋像が撮影できるが、写真自体が
背景像として重畳する。

レーザ光の照射を止めると、第12図のように背景像だ
けが得られる。第11図と第12図から本発明による背景消
去を行うと第13図のような線図形（指紋像）だけが抽出
できる。第13図に対して本発明による２値化処理を行う
と第14図のように良好な２値化像が得られる。

これに対し、第13図に対して一様なしきい値で２値化
を行うと、第15図のようになり、中央部ではつぶれ、周
辺部ではかすれてしまい、良い２値画像は得られない。
また、第11図に直ちに本発明を適用しても重畳している
背景像のために正しく線図形の方向を算出することがで
きず、第16図のようになり、良い２値画像は得られな
い。これらから本発明の優れた効果が分る。

実施例４ 第17図は本発明の第５の発明を実施するのに好適な線
図形の背景消去および２値化処理装置の構成の一例を示
すブロック図である（信号線の分岐はない）。

第17図において、21は画像入力装置、41は入力切換回
路であり、先ず図形画像に背景が重畳した画像（画像
Ａ）が第１の画像メモリ22に記録される。次に背景だけ
の画像（画像Ｂ）が第２の画像メモリ29に記録される。
アドレス発生回路26は、シーケンシャルな書き込みある
いは読み出しを行うときは、インクリメンタルカウンタ
として働く。

しきい値算出回路37は、画像Ａから背景画像の部分画
像を分離するためのしきい値を算出する。しきい値は例
えば濃淡画像を２値化する時のしき値設定法として公知
である大津の判別しきい値法で算出されるものを用いる
ことがで 算出されたしきい値thは出力端Ｔから比較回
路38に送られる。

乱数発生回路34で生成した乱数は、アドレス発生回路
26に送られ第１の画像メモリ22のアドレスをランダムに
生成させて、画像Ａの画素を無作為に抽出する。

抽出された画素の階調gaは比較回路38に送られ、gaが
thよりも小さければ背景部分であるとみなし、回帰分析
用データバッファ39にストアされ、また対応する画像Ｂ
の画素の階調gbも第２の画像メモリ29から読み出されて
データバッファ39も19に送られてストアされる。

このようなデータの抽出はバッファ39が満たされるま
で行われる。上記により画像Ａからの背景画像の部分画
像の抽出及び画像Ｂからの対応する画素値の抽出が行わ
れる。データの抽出が終ると、回帰分析回路40で回帰分
析が行われる。

この例ではｙ＝px＋ｑの形の関数を仮定しており、画
像Ａの背景部分と画像Ｂの対応する部分との変換係数p,
qがそれぞれ出力端Ｐ、Ｑから乗算器35、加算器36に送
られる。次いで画像メモリ22および29から逐次画素の階
調を読み出し、メモリ29からの値については乗算器35、
加算器36で補正を行った後、減算器33で減算処理を行
い、背景を消去する。

処理後の値は切換回路41を経由して第１の画像メモリ
22に記録される。

これで背景消去が行われた。続いて２値化処理を行
う。

方向算出回路27は、第１の画像メモリ22に格納された
背景消去後の画像を局所領域に分割し、領域ごとに線図
形の方向を算出する。算出された方向は方向記録用メモ
リ30に記録される。

２値化回路32は、算出された方向を方向記録用メモリ
30から読み出しつつ、第１の画像メモリ22の濃淡画像を
２値化し、その結果を第２の画像メモリ29に格納する。

出力切換え回路23は画像入力装置21、第１の画像メモ
リ22、第２の画像メモリ29からの信号を選択し、この信
号はD/A変換器24を経て、モニタ25に表示される。

タイミングコントローラ28は、前記した各回路の処理
を順序よく行うために各回路に制御信号を送るためのも
のであり、操作スイッチ31の指令によって、操作するこ
とができる。アドレス発生回路26は、タイミングコント
ローラ28からの制御信号により各画像メモリの内容の読
み出し、格納に必要なメモリのアドレスを発生するもの
で、第１の画像メモリ22のデータを順序よく適切なタイ
ミングをとって各回路に送り、また処理されたデータを
第２の画像メモリ29に格納し、第１の画像メモリ22ある
いは第２の画像メモリ29に格納されたデータを切換回路
23に送るためのものである。なお、これらの操作の結果
はモニタ25で見ることができる。

以上は背景消去方法において、線図形画像に背景が重
畳している画像から背景画像の部分画像を分離する方法
として、画像レベルにしき値を設定する方法を採ってい
るが、図形部分と背景部分のテキスチャの違いを利用す
る方法を採ることももちろん可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、線図形の濃淡画像を２値化する
にあたり、線図形がその領域内では平行な直線群とみな
せるような局所領域に画像を分割した後、各局所領域ご
とに線図形の方向を算出し、各方向ごとのマスクパター
ンを用いて局所領域ごとに各画素を中心とした重み付平
均値を求め、それとしき値とを比較して２値化を行うこ
とにより、すなわち２値化を行う場合にただ１つの画素
の画像レベルでなく、その近傍の画素の画像レベルの情
報も利用して線図形がその方向に続いているかを判断し
ながら２値化を行うことにより、雑音に対して強い２値
化処理を行うことができ低品質の濃淡画像に対しても良
好な２値画像を得ることができる。

また上記線図形の２値化処理に当って、背景消去を行
って２値化処理を行うことができ、例えば指紋検出を適
正に処理することができる。

本発明の装置は、上記の効果を有する方法を好適に実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の手順を示すフローチャート、第２
図は線図形を含む画像を局所領域に分割した一例を示す
図、第３図は４方向に量子化した方向を示す図、第４図
は８方向に量子化した方向を示す図、第５図は線図形の
方向を算出するためのマスクパターンの一例を示す図、
第６図は第２図の線図形の方向を局所領域ごとに算出し
た一例を示す図、第７図は曲線の大きい領域を含む画像
の説明図、第８図は方向ごとに各画素を中心とした重み
付き平均値を算出するためのマスクパターンの一例を示
す図、第９図は本発明の実施に好適な線図形の２値化処
理装置の一例を示すブロック図、第10図は本発明を実施
した濃淡画像の一例を示す図、第11図〜第16図は指紋の
写真、第17図は本発明の第５の発明のブロック図、第18
図は本発明の第３発明のフローチャート、第19図は本発
明の第４発明のフローチャートである。 １……画像入力装置 ２……第１の画像メモリ ３……出力切換回路 ４……D/A変換器 ５……モニタ ６……アドレス発生回路 ７……方向算出回路 ８……タイミングコントローラ ９……第２の画像メモリ 10……方向記録用メモリ 11……操作スイッチ 12……２値化回路 21……画像入力装置 22……第１の画像メモリ 23……出力切替回路 24……D/A変換器 25……モニター 26……アドレス発生回路 27……方向算出回路 28……タイミングコントローラ 29……第２の画像メモリ 30……方向記録用メモリ 31……操作スイッチ 32……２値化回路 33……減算器 34……乱数発生回路 35……乗算器 36……加算器 37……しきい値算出回路 38……比較回路 39……回帰分析用データバッファ 40……回帰分析回路

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線図形を含むデイジタル化された濃淡画像
   から線図形画像の２値画像を得るに際し、線図形がその
   領域内では平行な直線群とみなし得る局所領域に濃淡画
   像を分割し、各局所領域ごとに全画素について次の
   （ａ）〜（ｃ）工程を行うことを特徴とする線図形画像
   の２値化処理方法。 （ａ）局所領域ごとに直線群とみなした線図形の方向を
   算出する。 （ｂ）各方向ごとに定められたマスクパターンを用いて
   各画素を中心とした画像レベルの重み付き平均値を求め
   る。 （ｃ）これら重み付き平均値が予め設定しておいたしき
   い値を超えているか否かにより、２値の内の何れかを前
   記マスクパターンの中心となる画素に与える。
2. 【請求項２】請求項１において、各局所領域ごとに直線
   群とみなした線図形の方向を算出する工程に方向の有無
   を判断する処理を加え、方向が有ると判断されたとき
   は、（ｂ）、（ｃ）工程を行い、方向が無いと判断され
   たときは（ｂ）、（ｃ）に代わり、画素に、２値のいず
   れかの値を一様に与えることを特徴とする線図形画像の
   ２値化処理方法。
3. 【請求項３】請求項１において、各局所領域ごとに直線
   群とみなした線図形の方向を算出する工程に、方向の有
   無を判断する処理を加え、 方向があると判断されたときは（ｂ）、（ｃ）工程を行
   い、 方向が無いと判断されたときは、前記局所領域をさらに
   小領域に分割し、該小領域の画素について、各方向ごと
   に定められたマスクパターンを順次用いて、前記画素を
   中心とした前記マスクパターンと画素の画像レベルとの
   積和演算値を求め、該値が最大となるマスクパターンに
   対応した方向を、前記画素の方向とする処理を、全画素
   について行い、前記方向毎に画素数を集計し、 集計した最多の画素数がしきい値以上の場合、最多とな
   った方向を、前記小領域の線図形の方向とし、該方向ご
   とに定められたマスクパターンを用いて、各画素を中心
   とした画像レベルの重み付き平均値を求め、これら重み
   付き平均値が予め設定しておいたしきい値を超えている
   か否かにより、２値の内のいずれかを前記マスクパター
   ンの中心となる画素に与え、 集計した最多の画素数がしきい値未満の場合、前記小領
   域を更に分割し、分割した領域に対して、前記小領域に
   対して行った処理と同様の処理を行い、分割された領域
   の方向が定まるか、又は、分割された領域の大きさが所
   定値以下になるまで繰り返す ことを特徴とする線図形画像の２値化処理方法。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか１項において、
   各局所領域ごとに直線群とみなした線図形の方向を算出
   する工程を、 （イ）該局所領域内の画素について、各方向ごとに定め
   られたマスクパターンを順次用いて、前記画素を中心と
   した前記マスクパターンと画素の画像レベルとの積和演
   算値を求め、 （ロ）該演算値が最大となるマスクパターンに対応した
   方向を、前記画素に割り当てる処理を、全画素について
   行い、 （ハ）前記割り当てた方向ごとに画素数を集計し、集計
   した画素数が最多となった方向を局所領域の線図形の方
   向とする こととしたことを特徴とする線図形画像の２値化処理方
   法。
5. 【請求項５】線図形を撮像する画像入力装置と、 この画像入力装置に入力された線図形の濃淡画像を格納
   する第１の画像メモリと、 この濃淡画像を局所領域に分割し、領域ごとに線図形の
   方向を算出する方向算出回路と、 この算出された方向を記録する方向記録用メモリと、 この記録された方向を読み出し、各方向ごとに定められ
   たマスクパターンを用いて前記画像メモリに格納された
   濃淡画像の各画素を中心とした画像レベルの重み付き平
   均値を求め、これらの重み付き平均値が予め設定してお
   いたしきい値を越えているか否かによって２値のうちの
   いずれかを前記マスクパターンの中心になる画素に与え
   ることにより前記画像メモリに格納された濃淡画像を２
   値化する２値化回路と、 この２値化信号を格納する第２の画像メモリと、 前記した画像入力装置、第１の画像メモリおよび第２の
   画像メモリのそれぞれの出力信号を選択する出力切換回
   路と、 この選択された出力信号をアナログ信号に変換するD/A
   変換器と、 このアナログ信号を表示するモニタと、 から構成されることを特徴とする線図形画像の２値化処
   理装置。
6. 【請求項６】抽出すべき線図形に背景が重畳している濃
   淡画像（以下画像Ａと表す）と、背景だけの濃淡画像
   （以下画像Ｂと表す）とから、背景を消去して抽出すべ
   き線図形だけを抽出し、該抽出した線図形を含む濃淡画
   像から線図形画像の２値画像を得るに際し、 （ａ）画像Ａから背景画像の部分画像を分離し、 （ｂ）該部分画像から適当数の画素の集合Ｃを抽出し、 （ｃ）画像Ｂで集合Ｃに対応する画素の集合Ｄを抽出
   し、 （ｄ）集合Ｃと集合Ｄで対応する画素の階調について回
   帰分析を行い、その結果から画像Ａの背景部分と画像Ｂ
   のそれに対応する部分の階調間の変換係数を求め、 （ｅ）該変換係数を用いて画像Ｂを補正しつつ、画像Ａ
   から画像Ｂを減算することにより、線図形の背景を消去
   して抽出すべき線図形だけを含む画像を得、 （ｆ）該抽出した線図形を含むディジタル化された濃淡
   画像に請求項１、２、３又は４記載の線図形画像の２値
   化処理方法を施すことを特徴とする線図形画像の背景消
   去および２値化方法。
7. 【請求項７】画像レベルにしきい値を設定し、該しきい
   値以下の部分を背景として画像Ａから背景画像の部分画
   像を分離する請求項６記載の図形画像の背景消去および
   ２値化処理方法。
8. 【請求項８】図形部分と背景部分のテキスチャの違いを
   利用して前記画像Ａから背景画像の部分画像を分離する
   請求項６記載の図形画像の背景消去および２値化処理方
   法。
9. 【請求項９】画像を撮像する画像入力装置と、 この画像入力装置に入力された線図形画像に背景が重畳
   した画像（画像Ａ）を格納する第１の画像メモリと、 画像入力装置に入力された背景だけの画像（画像Ｂ）を
   格納する第２の画像メモリと、 画像Ａの背景画像の部分画像を分離する手段と、 該部分画像から適当数の画素の集合Ｃを抽出する手段
   と、 画像Ｂで集合Ｃに対応する画素の集合Ｄを抽出する手段
   と、 集合Ｃと集合Ｄで対応する画素の階調について回帰分析
   を行い、その結果から画像Ａの背景部分と画像Ｂのそれ
   に対応する部分の階調間の変換係数を求める回帰分析回
   路と、 該変換係数を用いて画像Ｂを補正しつつ画像Ａから画像
   Ｂを減算する四則演算を行い、その結果を第１の画像メ
   モリまたは第２の画像メモリの一方に格納する背景画像
   減算回路と、 背景消去を施された濃淡画像を局所領域に分割し、領域
   ごとに線図形の方向を算出する方向算出回路と、 この記録された方向を読み出し、各方向ごとに定められ
   たマスクパターンを用いて前記一方の画像メモリに格納
   された濃淡画像の各画素を中心とした画像レベルの重み
   付き平均値を求め、これら重み付き平均値が予め設定し
   ておいたしきい値を越えているか否かによって２値のう
   ちいずれかを前記マスクパターンの中心になる画素に与
   えることにより前記画像メモリに格納された濃淡画像を
   ２値化する２値化回路と、 ２値化信号を格納する他方の画像メモリと、 前記した画像入力装置、第１の画像メモリおよび第２の
   画像メモリのそれぞれの出力信号を選択する出力切換回
   路と、 この選択された出力信号をアナログ信号に変換するD/A
   変換器と、 このアナログ信号を表示するモニタと、 から構成されることを特徴とする線図形画像背景消去お
   よび２値化処理装置。
10. 【請求項１０】請求項５又は請求項９記載の方向算出回
    路が、局所領域を指紋画像に適した大きさの領域になる
    ように分割する回路であることを特徴とする指紋画像用
    画像処理装置。