JP2753427B2 - 2値化閾値設定装置 - Google Patents

2値化閾値設定装置

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JP2753427B2
JP2753427B2 JP4263234A JP26323492A JP2753427B2 JP 2753427 B2 JP2753427 B2 JP 2753427B2 JP 4263234 A JP4263234 A JP 4263234A JP 26323492 A JP26323492 A JP 26323492A JP 2753427 B2 JP2753427 B2 JP 2753427B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばプリント基板
の配線パターンの検査において使用され、被処理画像を
2値化する際の閾値を設定する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像処理において濃淡の階調を有する画
像をある閾値で”0”と”1”とに2値化する処理は、
画像中の対象を背景から抽出する代表的な方法である。
この2値化処理においては、適切な閾値を決定する技術
が重要である。閾値の決定に対してはこれまで数多くの
手法が提案されており、閾値を変えながら2値化した結
果をもとに、なんらかの判断基準で適切な閾値を決定す
る適応閾値法もその1つである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術は、被処理画像を全ての閾値について2値化処
理し、その2値化画像のそれぞれについて算出を行うた
めに、膨大な処理時間を要するという問題点があった。
【0004】この問題に対し、フィルタ演算を行うこと
によって閾値の数に依存しない演算量で、評価値を高速
に算出する方法も提案されているが、これを実現する場
合には、それに見合う多値画像メモリが必要となる。高
速化する場合、この多値画像メモリは大規模なシフトレ
ジスタ等で構成される必要があり、ハードウェアの肥大
化という問題点を招く。
【0005】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたもので、小規模なハードウェア構成によって、
しかも短い処理時間で最適な2値化閾値を設定する技術
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
1に記載の2値化閾値設定装置は、被処理画像を2値化
する際の2値化閾値を設定する装置であって、(a)そ
れぞれが階調値を有する複数の画素の配列によって前記
被処理画像を表現する画像信号に基づき、当該画像信号
が有する前記階調値が当該画素の配列方向に沿って、所
定の閾値を超えて増加または減少する回数で定義される
1次変化点数の、当該閾値に対する分布を表現する1次
変化点数ヒストグラムを得る1次変化点数ヒストグラム
作成手段と、(b)前記1次変化点数ヒストグラム作成
手段で得られる前記分布に基づき、前記閾値が順次変化
するに伴って、当該閾値に対応する前記1次変化点数
が、所定の基準1次変化点数を超えて増加または減少す
る回数で定義される2次変化点数の、当該基準1次変化
点数に対する分布を表現する2次変化点数ヒストグラム
を得る2次変化点数ヒストグラム作成手段と、(c)前
記2次変化点数ヒストグラムに基づき、前記2次変化点
数が最も長く連続して4である前記基準1次変化点数の
区間で定義される安定区間を判定し、前記安定区間内に
存在する一の前記1次変化点数を与える4つの前記閾値
を求めて、これらの4つの閾値の中で小さい順に第2、
及び第3番目に位置する閾値の間で、前記2値化閾値を
探索する手段と、を備える。
【0007】この発明にかかる請求項2に記載の2値化
閾値設定装置は、請求項1に記載の2値化閾値設定装置
であって、前記手段(c)が、(c−1)前記安定区間
を判定し、当該安定区間内における前記基準1次変化点
数の下限値を決定する1次変化点数下限値検出手段と、
(c−2)前記一の前記1次変化点数として前記下限値
を採用して探索範囲を決定する探索範囲検出手段と、
(c−3)前記1次変化点数ヒストグラムに基づいて、
前記探索範囲における前記1次変化点数の最小値を算出
し、当該最小値に対応する前記閾値を2値化閾値として
決定する最適値探索手段と、を備える。
【0008】
【作用】この発明における2値化閾値設定装置は、1次
変化点数ヒストグラムが通例において2峰性を有し、そ
れらのピークに挟まれる範囲内に、適切な大きさの2値
化閾値が実際上存在するという経験上の性質を利用す
る。2次変化点ヒストグラムに基づいて決定される安定
区間は上記のピークの間の区間に相当する。この発明の
装置は、1次及び2次変化点ヒストグラムを作成して、
これらに基づいて最適な2値化閾値を決定する(請求項
1及び請求項2)。
【0009】この発明における2値化閾値設定装置は、
1次変化点数ヒストグラムにおける2つのピークに挟ま
れる範囲において最も小さい1次変化点数に対応する閾
値が、2値化閾値として実際上最適であるという経験上
の性質を利用して、当該最小の1次変化点数に対応する
閾値を決定する(請求項2)。
【0010】
【実施例】[1.基本的な原理]この発明の実施例にお
ける装置の説明の前に、この装置が基礎に置いている基
本的な原理について記述する。
【0011】被処理画像の画素毎に濃淡の階調を表現す
る画像信号において、走査方向に沿ってその階調が所定
の閾値を跨いで増加あるいは減少する回数である1次変
化点数の、その閾値に対する分布(1次変化点数ヒスト
グラム)は、通常図2のグラフに示すように、2つのピ
ークを有している。この2峰性の曲線において、2つの
ピークに挟まれた「谷」における閾値の中に適切な2値
化閾値が存在し、中でも谷において1次変化点数の最小
値に対応する閾値(以下、理論最適値と記す)ないしそ
の近傍の値が2値化閾値として最適であることが、経験
上わかっている。この理論最適値を決定するのに以下の
ような手法を採る。
【0012】まず、1次変化点数ヒストグラムを、「閾
値」個の画素を持ち、各画素が「1次変化点数」の濃淡
階調である1次元の多値画像とみなして、1次変化点数
ヒストグラムを得る手法と同様の手法により、2次変化
点数ヒストグラムを得る。すなわち、1次変化点数ヒス
トグラムにおいて、閾値が小さい値から大きい値へと順
次変化するに伴って閾値に対応する前記1次変化点数
が、所定の基準値(基準1次変化点数)を超えて増加ま
たは減少する回数で定義される2次変化点数の、基準1
次変化点数に対する分布を算出する。この2次変化点数
ヒストグラムにおいて、2次変化点数は基準1次変化点
数の増加に伴って2〜4〜2〜0と変化する。2次変化
点数が4である領域が、前述の「谷」に相当する。この
ため、2次変化点数を4とする基準1次変化点数の最小
値を求め、元の1次変化点数ヒストグラムにおいて、そ
の最小値を与える閾値を求めることにより、理論最適値
が得られる。
【0013】しかし、現実の1次変化点数ヒストグラム
では、2つのピークの頂点、谷の底部が必ずしも滑らか
ではないので、2次変化点数ヒストグラムは2〜不定〜
4〜不定〜2〜不定〜0と変化する。そこで、2次変化
点数を4とする適当な1次変化点数、例えば図におけ
る直線Lを採用して、この1次変化点数を与える4つの
閾値C1 〜C4 を小さい順に並べて、中央2つのC2 、
C3 を採用し、これら2つの値の間の区間内で理論最適
値を求める。直線Lの高さ、すなわち適当な1次変化点
数を決定するのに以下の手法を採る。
【0014】図3は、図2に示す1次変化点数ヒストグ
ラムから得られる2次変化点数ヒストグラムを示すグラ
フである。このグラフにおいて、2次変化点数が連続し
て4である区間の中で、最も広い区間(安定区間)を抽
出する。安定区間の中にあれば、上記の適当な1次変化
点数としていずれの値を採用してもよいが、理論最適値
を決定する上で効率をよくするためには、最も小さい値
(下限値)を採用するのがよい。図4は図2における符
号Aで記した下限値の近傍を拡大したグラフである。も
との1次変化点数ヒストグラムにおいて、この下限値に
近接する値を与える4つの閾値(下限値に対応する閾
値)を演算し、これらを小さい順に並べて中央2つの値
P、Qで挟まれる区間(探索範囲)の中で理論最適値を
探索する。
【0015】[2.装置の全体構成]図5はこの発明の
装置を組み込んだプリント基板の検査装置の全体構成を
示す概略ブロック図である。ステージ10上には、検査
対象となるプリント基板11が配置される。基板11は
読取装置20により主走査方向Xに沿って線状に順次そ
の画像を読み取られるとともに、ステージ10の移動に
ともなって副走査方向Yに主走査の線を順次移動させ
る。これにより基板11の画像がすべて読み取られる。
読取装置20は、主走査方向X及び副走査方向Yに配列
した微小区画である画素毎に、画像の濃淡の階調を表現
するデジタル信号である原画像信号GS(8ビット)を
出力する。原画像信号GSは2値化回路21へ送られ、
ここで所定の2値化閾値THを基準として原画像信号G
Sが2値化される。これにより、基板11が有する配線
パターンを表現する2値化画像信号PISが得られ、パ
ターン検査回路40へ送出される。パターン検査回路4
0は、2値化画像信号PISに基づいて配線パターンに
おける欠陥の有無を検査する。
【0016】2値化回路21で基準値として用いられる
2値化閾値THは、パターン検査回路40における検査
の精度を左右する。このため、2値化閾値THは適切に
設定される必要がある。2値化閾値設定装置30はこの
目的のために設けられ、読取装置20から送出される原
画像信号GSを基に適切な2値化閾値THを決定し2値
化回路21へ供給する。
【0017】図1は2値化閾値設定装置30の全体構成
を示す概略ブロック図である。原画像信号GSは1次変
化点数ヒストグラム作成部(1次変化点数ヒストグラム
作成手段)31へ送られ、ここで1次変化点数ヒストグ
ラムが作成される。1次変化点数ヒストグラムを表現す
る信号が2次変化点数ヒストグラム作成部(2次変化点
数ヒストグラム作成手段)32へ送られ、ここで2次変
化点数ヒストグラムが作成される。1次変化点数下限値
検出部(1次変化点数下限値検出手段)33では、この
情報をもとにして、2次変化点数が4で連続する区間の
うち最も長く連続する区間を検出し、その区間内で1次
変化点数の最小値を下限値として取り出す。更に、理論
最適値探索範囲検出部(探索範囲検出手段)34では、
1次変化点数ヒストグラムの情報と1次変化点数下限値
とから理論最適値を探索すべき閾値の範囲(探索範囲)
を求める。理論最適値探索部(最適値探索手段)35で
は、1次変化点数ヒストグラムに基づいて、探索範囲の
中で理論最適値を探索する。この理論最適値は2値化閾
値THとして2値化回路21へ供給される。CPU36
はマイクロコンピュータを内蔵した回路であって、装置
30全体の動作を制御する。
【0018】[3.1次、2次変化点数ヒストグラム作
成部]図6は1次変化点数ヒストグラム作成部31の内
部構成を示す概略ブロック図である。データ合成計数範
囲発生部311では、送出した要求信号に対応して、読
取装置20から主走査方向Xに沿って順次1つの画素に
対応する8ビットのデータ長を有する原画像信号GSが
与えられると、これより1つ以前に与えられた原画像信
号GSと合成して計数範囲を決定し、データ計数部31
2へ送出する。計数範囲は1つ前の原画像信号GSと原
段階での原画像信号GSのそれぞれが表現する階調値の
間の区間で与えられる。データ計数部312は、計数範
囲に対応するメモリアドレスに格納される1次変化点数
をメモリ313から読み出し、値”1”を加算して元の
メモリアドレスに書き戻す。
【0019】メモリ313には、8ビットで表現される
階調値に対応するメモリアドレスの各1に対応する1次
変化点数が記憶される。すなわち、メモリ313は1次
変化点数ヒストグラムを記憶する。1次変化点数ヒスト
グラム作成部31が処理を開始する前に、メモリ313
の全てのアドレスに対するデータ信号として、あらかじ
め値”0”が書き込まれる。
【0020】コントロール部314は、CPU36から
のコントロール信号に基づいて、これら一連の動作を制
御する。メモリ読出/書込部315は、CPU36から
の指示信号(CPU信号)に基づいて、メモリ313に
おける読み出し及び書き込み動作を制御する。
【0021】2次変化点数ヒストグラム作成部32は、
1次変化点数ヒストグラム作成部31と同様の内部構成
を有する。そのブロック図は図6と同様であり、図示を
省略する。データ合成計数範囲発生部311において原
画像信号GSの代わりに1次変化点数ヒストグラム作成
部31からの16ビットのデータ長を有する1次変化点
数を表現する信号が供給され、メモリ313のメモリア
ドレスが基準1次変化点数に対応し、記憶されるデータ
信号が2次変化点数を表現する点が、1次変化点数ヒス
トグラム作成部31と異なっている。すなわち、2次変
化点数ヒストグラム作成部32が有するメモリは2次変
化点数ヒストグラムを記憶する。
【0022】[4.1次変化点数下限値検出部]図7
は、1次変化点数下限値検出部33の内部構成を示す概
略ブロック図である。2次変化点数ヒストグラムアドレ
ス発生部331が発生するアドレス信号に対応して、2
次変化点数ヒストグラム作成部32が有するメモリ32
3から、基準1次変化点数が小さい値から大きい値へと
増加する順序に沿って、これに対応する2次変化点数が
順次読み出され、検出部332において値”4”と大き
さの比較が行われる。読み出された2次変化点数が値”
4”と等しければ、計数部333に計数信号を送信し、
値”4”と異なっておれば初期化信号を送信する。計数
部333では、計数信号の送信回数を積算し、初期化信
号によって積算された値を0に戻す。計数部333は、
この積算された計数値を最大値比較部334へ送出す
る。
【0023】最大値比較部334は最大値保持部335
に保持されている最大値と計数値とを比較し、計数値が
大きければ最大値を計数値で更新し、計数値が大きくな
ければ最大値はそのまま保持される。従って、最大値保
持部335には2次変化点数が4で連続した回数の中で
最も長く継続した回数が保持される。
【0024】一方、値”4”の出現回数が1であるとき
には、そのときの1次変化点数が下限値の候補である。
すなわち、値”4”である2次変化点数が、この1次変
化点数を出発点として、最も長く継続する可能性があ
る。このため、この1次変化点数が1次変化点数下限値
候補一時保持部336で保持される。最大値比較部33
4が最大値を更新したときに、同時に1次変化点数下限
値保持部337に保持される値が、1次変化点数下限値
候補一時保持部336に保持される値に更新される。こ
れにより、処理が終了した時点で1次変化点数下限値保
持部337には、メモリ323が記憶する2次変化点数
ヒストグラムにおいて、2次変化点数が4で連続する区
間のうち最も長く連続する区間内での1次変化点数の最
小値が保持され、1次変化点数下限値として出力され
る。なお、最大値保持部335には処理が開始される前
に、あらかじめ値”0”が書き込まれる。
【0025】[5.理論最適値探索範囲検出部]図8は
理論最適値探索範囲検出部34の内部構成を示す概略ブ
ロック図である。1次変化点数ヒストグラムアドレス発
生部341が発生するアドレス信号に対応して1次変化
点数ヒストグラム作成部31のメモリ313から、閾値
が小さい値から大きい値へと増加する順序に沿って、こ
れに対応する1次変化点数が順次読み出される。この1
次変化点数は、変化点数比較部342において、1次変
化点数下限値保持部337(図7)から供給される1次
変化点数下限値と、その大きさが比較される。比較結果
保持部343では、この比較結果を表現する信号を保持
する。交点判定部344では、変化点数比較部342か
ら送られる比較結果と比較結果保持部343が保持する
1つ以前の比較結果とから、1次変化点数ヒストグラム
における1次変化点数と、1次変化点数下限値との交点
の有無を検出する。すなわち、2つの比較結果が異なっ
ておれば交点有りと判断される。
【0026】一連の処理における交点の総数は必ず4で
あるから、交点計数部345では交点の数を計数し、2
つ目の交点が現れたときに探索範囲下限保持部346へ
制御信号を送信し、3つ目の交点が現れたときには探索
範囲上限保持部347へ制御信号を送信する。探索範囲
下限保持部346、及び探索範囲上限保持部347で
は、それぞれ制御信号が送信されたときの1次変化点数
ヒストグラムアドレス発生部341から出力されるヒス
トグラムアドレス信号を取り込み保持する。すなわち、
探索範囲下限保持部346、及び探索範囲上限保持部3
47は、1次変化点数ヒストグラムにおける、第2及び
第3の交点に対応する閾値である探索範囲下限値及び上
限値をそれぞれ保持する。これらの探索範囲上限値およ
び下限値に挟まれた区間が探索範囲に相当する。なお、
探索範囲下限値は、1つ以前の閾値を保持するのが理想
であるが、実際上問題はない。
【0027】[6.理論最適値探索部]図9は理論最適
値探索部35の内部構成を示す概略ブロック図である。
1次変化点数ヒストグラムアドレス発生部351が発生
するアドレス信号に対応してメモリ313から、閾値が
小さい値から大きい値へと増加する順序に沿って、これ
に対応する1次変化点数が順次読み出される。この1次
変化点数は、最小値比較部352において、最小値保持
部353に保持される最小値と比較される。読み出した
1次変化点数の方が大きければ、最小値はこの値で更新
される。このとき同時に、理論最適値保持部354に保
持される値も、このときに1次変化点数ヒストグラムア
ドレス発生部351が出力するアドレス信号、すなわち
閾値に更新される。この一連の処理が終了した時点で
は、最小値保持部353には探索範囲における1次変化
点数の最小値が保持され、理論最適値保持部354には
これに対応する理論最適値が保持される。得られた理論
最適値が2値化閾値THとして出力される。なお、最小
値保持部353には、処理を開始する前にあらかじめ、
取り扱い得る範囲で最大の値が書き込まれる。
【0028】以上のように、この実施例の装置では被処
理画像を全ての閾値について2値化処理を実際に行う必
要がないので、処理が高速で行われる。しかも、メモリ
には1次変化点数ヒストグラム及び2次変化点数ヒスト
グラムを記憶する容量があれば足り、多値画像メモリを
必要としないので、小規模なハードウェアで構成し得
る。また、この実施例の装置では、1次変化点数ヒスト
グラムにおける2つのピークに挟まれる範囲において最
も小さい1次変化点数を与える閾値である理論最適値を
探索して2値化閾値THとするので、実際上最適な2値
化閾値THを得ることができる。
【0029】[7.変形例] (1)読取装置20における誤差に相応した許容範囲、
例えば最小値保持部353で最終的に保持される最小値
以上で+0.5%以内の1次変化点数の範囲で、最も低
い閾値を選んで2値化閾値THとして出力してもよい。
このような閾値は、経験的に好ましい2値化閾値THを
与えることが判っている。許容範囲の広さは読取装置2
0の誤差に依存するが、読取装置20が決まれば既知の
解析手法により誤差の概略値を計算することができるの
で許容範囲は一意に決定し得る。
【0030】なお、この発明において、「最小値に対応
する閾値」とは、上記実施例における理論最適値及びこ
の実施例における2値化閾値の双方を包含する概念であ
る。 (2)理論最適値探索範囲検出部34で得られる探索範
囲下限値及び上限値の平均値の周辺近傍で1次変化点数
を最小にする閾値を探索して、これを2値化閾値THと
して出力してもよい。 (3)理論最適値探索範囲検出部34で得られる、例え
ば探索範囲下限値を無条件に2値化閾値THとして出力
してもよい。
【0031】
【発明の効果】この発明における2値化閾値設定装置で
は、1次変化点数ヒストグラムが有する2つのピークに
挟まれる範囲内で2値化閾値を探索するので、適切な2
値化閾値を得ることができる効果がある。しかも、この
発明の装置は1次及び2次変化点ヒストグラムに基づい
て最適な2値化閾値を決定するものであって、被処理画
像を全ての閾値について2値化処理する必要がないの
で、処理時間を短くすることができ、しかも、多値画像
メモリを必要としないので、小規模なハードウェアで構
成し得る効果を有する(請求項1及び請求項2)。
【0032】この発明における2値化閾値設定装置は、
1次変化点数ヒストグラムにおける2つのピークに挟ま
れる範囲において最も小さい1次変化点数に対応する閾
値を探索するので、実際上最適な2値化閾値を得ること
ができる効果がある(請求項2)
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例における2値化閾値設定装置
の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図2】1次変化点数ヒストグラムの例を示すグラフで
ある。
【図3】2次変化点数ヒストグラムの例を示すグラフで
ある。
【図4】図2における符号Aの部分を拡大したグラフで
ある。
【図5】この発明の装置を組み込んだプリント基板の検
査装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図6】この発明の実施例における1次変化点数ヒスト
グラム作成部の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図7】この発明の実施例における1次変化点数下限値
検出部の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図8】この発明の実施例における理論最適値探索範囲
検出部の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図9】この発明の実施例における理論最適値探索部の
内部構成を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
TH 2値化閾値 GS 原画像信号 31 1次変化点数ヒストグラム作成部(1次変化点数
ヒストグラム作成手段) 32 2次変化点数ヒストグラム作成部(2次変化点数
ヒストグラム作成手段) 33 1次変化点数下限値検出部(1次変化点数下限値
検出手段) 34 理論最適値探索範囲検出部(探索範囲検出手段) 35 理論最適値探索部(最適値探索手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熱田 均 京都市上京区堀川通寺之内上る4丁目天 神北町1番地の1 大日本スクリーン製 造株式会社内 (72)発明者 佐々 泰志 京都市上京区堀川通寺之内上る4丁目天 神北町1番地の1 大日本スクリーン製 造株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−92982(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 1/40 G06T 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理画像を2値化する際の2値化閾値
    を設定する装置であって、 (a)それぞれが階調値を有する複数の画素の配列によ
    って前記被処理画像を表現する画像信号に基づき、当該
    画像信号が有する前記階調値が当該画素の配列方向に沿
    って、所定の閾値を超えて増加または減少する回数で定
    義される1次変化点数の、当該閾値に対する分布を表現
    する1次変化点数ヒストグラムを得る1次変化点数ヒス
    トグラム作成手段と、 (b)前記1次変化点数ヒストグラム作成手段で得られ
    る前記分布に基づき、前記閾値が順次変化するに伴っ
    て、当該閾値に対応する前記1次変化点数が、所定の基
    準1次変化点数を超えて増加または減少する回数で定義
    される2次変化点数の、当該基準1次変化点数に対する
    分布を表現する2次変化点数ヒストグラムを得る2次変
    化点数ヒストグラム作成手段と、 (c)前記2次変化点数ヒストグラムに基づき、前記2
    次変化点数が最も長く連続して4である前記基準1次変
    化点数の区間で定義される安定区間を判定し、前記安定
    区間内に存在する一の前記1次変化点数を与える4つの
    前記閾値を求めて、これらの4つの閾値の中で小さい順
    に第2、及び第3番目に位置する閾値の間で、前記2値
    化閾値を探索する手段と、 を備える2値化閾値設定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の2値化閾値設定装置で
    あって、 前記手段(c)が、 (c−1)前記安定区間を判定し、当該安定区間内にお
    ける前記基準1次変化点数の下限値を決定する1次変化
    点数下限値検出手段と、 (c−2)前記一の前記1次変化点数として前記下限値
    を採用して探索範囲を決定する探索範囲検出手段と、 (c−3)前記1次変化点数ヒストグラムに基づいて、
    前記探索範囲における前記1次変化点数の最小値を算出
    し、当該最小値に対応する前記閾値を2値化閾値として
    決定する最適値探索手段と、 を備える2値化閾値設定装置。
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