JP2872714B2

JP2872714B2 - ２値画像細線化および特徴抽出の方法とその処理装置

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Publication number: JP2872714B2
Application number: JP1298843A
Authority: JP
Inventors: 文星許; 永盛陳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-17
Filing date: 1989-11-17
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH03168880A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、２値画像細線化および特徴抽出の方法とそ
の処理装置に関する。

〔発明の背景〕

第五世代の計算機の研究開発において、大きな課題の
１つは画像処理およびパターン認識を含む計算機の理想
像である。パターン認識では、そのような認識の前に入
力画像にいくつかの前処理が行われねばならない。例え
ば光学式文字認識装置では、カメラまたは他の光学式サ
ンプリング装置によって得られるものはグレースケール
データである。理想的な実施例の１つが、２値化、平滑
化および細線化されたデータを有することであり、そこ
で次に特徴点が抽出され、その結果パターンが、抽出さ
れた特徴点に従って識別される。しかしながら、これに
関しては、特に画像処理、すなわち細線化処理がソフト
ウエアプログラムを使用して行われねばならない場合
は、非常に長時間を費やす。例えば、256×256ドットに
対する画像処理はFORTRAN言語を使用して、PDP−11で１
分以上かかる。

いわゆる細線化というのは、１ピクセルの幅しか持た
ない線分に縮小された幅の線分を有することで、これは
極度に時間を消費する処理である。細線化が行われた画
像データは、最も都合よく処理され得る。しかしなが
ら、もし実時間処理の適用が必要とされた場合に、細線
化処理は、速度を考慮するために余儀なくあきらめさせ
られる。

〔従来の技術およびその問題点〕

例えば台湾特許第772028号（松下電器産業株式会社）
で発表された方法である。この方法では細線化処理が使
用されないために、特徴抽出は大量の２値画像データに
関して、抽出されるべき96種類の特徴まで行われねばな
らない。その結果として、特徴を文字モデルと比較する
ためにたとえ極端に長い時間がかかっても、実時間処理
結果を達成することは不可能なのである。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、２値画像の高速細線化および特徴抽
出のための方法とその処理装置を提供することである。
この方法と処理装置を使用することによって、画像デー
タに関する細線化および特徴抽出を迅速に遂行すること
ができるため、画像処理システムを設計する際に、ユー
ザは、その処理の速度に関連する困難さのために細線化
処理を使用することをあきらめる必要はなく、それによ
ってパターン認識の効率が改良されて、それがこの分野
における技術に大いに貢献する。

本発明は、大型画像のオリジナルを、ベクトル、漢字
用の光学式認識システムおよび指紋を識別するシステム
などに変換する高速コンバータに対する前処理に広く適
用できる。

本発明の２値画像処理装置および処理方法について、
添付図面を参照しながらここで説明する。しかしなが
ら、この説明は単に例証的目的のために過ぎない。本発
明の範囲は、下記説明により当業者にとって容易に明白
となり、かつ施され得る種々の変更が本発明の範囲内に
含まれることを意図する。

〔実施例〕

本発明について、添付図面を参照しながらここで詳細
に説明する。

第１図は使用されている時の本発明のシステムを示し
ている図式的図である。

第１図には、中央処理装置（CPU）１および画像入力
装置２（例えば走査器）が示されている。操作中、中央
処理装置１は、２値画像データを第１の一時記憶装置
（TM1）５に逐次的に入力するため画像入力装置２を制
御し、次いでデータが細線化／特徴抽出装置３によっ
て、まず細線化される。細線化処理は、２つの記憶装
置、すなわち第１の一時記憶装置５および第２の一時記
憶装置（TM2）６を選択的に使用することによって遂行
される。細線化処理を完了すると、データは中間記憶装
置（IM）７に記憶され、次いで、特徴記憶装置（FM）８
に記憶されている結果によって特徴抽出処理が遂行され
る。その後、短ベクトルプロセッサ４が特徴記憶装置８
から短ベクトルをピックアップし、短ベクトル記憶装置
（SVM）９へと結果を記憶させるが、短ベクトル記憶装
置９から得られた短ベクトルは長ベクトルに併合されて
長ベクトル記憶装置（LVM）10に記憶され、それによっ
てラスタ−ベクトルコンバータの機能を達成する。

本発明の実施態様では、実質上同じ記憶空間を有する
２つの記憶装置51および52が、同期化された処理の結果
がより効果的に達成され得るために、２つの記憶装置5
1、および52を画像入力および細線化処理に対して選択
的に使用できる形で、第１の一時記憶装置５において使
用されることが示唆されている。

次に、本発明の２値画像細線化／特徴抽出装置の操作
について、ここで詳細に説明する。

細線化／特徴抽出装置３は２つの主部分から成ってい
る：すなわち（Ａ）データ処理回路31および（Ｂ）論理
制御回路32。

まず第一に、データ処理回路31の操作について説明す
る。

２値画像処理データが、選択されたマスク（例えば、
３×３）に、並列−直線プロセッサを通してデータ処理
回路31によって設置された後、データはラインレジスタ
に記憶され、次いで、マスク内のデータの位置定め関係
次第で、細線化処理が選択された規則に従ってマスク内
の該データに関して遂行されることになる。細線化規則
は、処理の結果にとって重大である。適用可能な規則が
第Ｉ表に示されている。“細線化に対する表”は発明者
が著作権を持っており、ここに参考として織り込まれて
いる。

上記の処理後、データは直列−並列プロセッサによっ
て処理され、そこで第２の一時記憶装置６に順次書き込
まれる。

できれば、前後式に左から右へ、右から左へ処理して
得られた２つの連続的データが識別されるまで、データ
を数回処理することが好ましく、その時点で細線化処理
が完了されたものとみなされる。

中央処理装置１が特徴点を抽出するように回路に命令
すると、回路は、細線化処理と同様なステップで第２の
一時記憶装置６内で細線化されているデータを処理する
ことになる。すなわち、一方では、第２の一時記憶装置
６から得られたデータが中間記憶装置７に直接書き込ま
れ、またもう一方では、マスク内のデータの位置定め関
係次第で、特徴点が所定の規則に従って抽出され、そこ
で特徴記憶装置８に書き込まれた結果、さらに処理され
るべく短ベクトルが短ベクトルプロセッサ４によってピ
ックアップされる。

上述したように、特徴点抽出に対する細線化規則は、
処理の結果にとって重大である。適用可能な規則は第II
表に示されている。“細線化規則に対する表”の著作権
もまた一人または複数の発明者が持っており、参考とし
てここに織り込まれている。

論理制御回路32は、細線化および特徴抽出操作全体を
制御する。本発明では、かなり大量のデータが処理され
ねばならないので、できればより高い周波数（例えば、
10MHz）のクロックがデータ処理を速めるために使用さ
れることが好ましい。

上記装置に加えて、本発明は、迅速、正確かつより柔
軟性のあるデータ処理をする利点を有する新しいデータ
処理法を提供する、すなわち下記ステップから成る該方
法である： A.システムをパイプライン処理すること； B.画像を分割し、並行処理すること； C.2つの並列記憶装置に対してプログラマブル先入れ先
出し方式シフトレジスタを使用すること。

上記ステップについて、それぞれ下文で説明する： A.システムをパイプライン処理すること：本発明では、２つの記憶装置が選択的に使用されるの
で、細線化処理が画像ブロックｉ−１で行われている
時、画像入力装置（例えば走査器）が、その次のステッ
プで処理されるべく、画像ブロックｉから同時に画像を
取り入れる。画像ブロックｉ−１の細線化が完了する
と、直ちに次の画像ブロックｉに関する細線化処理が遂
行され得るが、かつ同時に、画像入力装置は、次の次の
画像ブロックｉ＋１から画像を取り入れ続ける。細線化
処理はパイプライン処理法で行われるので、待ち間隔が
ないために速度が速められる。

第２図は本発明の実施態様のパイプラインデータ処理
装置を示したもので、５は第１の一時記憶装置を表示
し、６は第２の一時記憶装置を示しており、番号10で示
される２点鎖線内の部分は本発明のデータ処理マスク
を、３×３の例で表示し、さらに11は細線化規則につい
ての表を記憶する記憶装置を表示する。

B.画像を分割し、並列処理すること：ｅサイズ画面の寸法が相対的に大きいため、もし画像
全体の画像データが記憶装置に入力される場合は、かな
り大きい記憶スペースが必要とされるであろう。非常に
多くのデータが高速で処理され得る結果を達成できるよ
うに、処理速度および記憶スペース（コスト）の間の関
係を調整するために、本発明では、画面を水平方向に切
断して細長いストリップの形（画像ブロックと呼ばれ
る）にすることにより処理が遂行される。

水平方向の切断によって、必要とする記憶スペースを
縮小させることに加えて、処理された画面が細線化の繰
り返し処理中に後退現象を呈することになるので、前方
画像ブロックから抽出されたベクトルおよび後方ブロッ
クからのベクトルの継続性を保持するために、本発明で
は、処理中に、２つの隣接画像ブロックに対して重なり
合った部分を設けねばならないことが規定されている
が、その部分は、例えば図面に示される画面のライン幅
の２倍になるはずで、その結果、重なり合った部分にお
けるデータの比較と分析に従って連続性画面データを得
ることができることになる。

走査器などの画像入力装置の画像−取り入れ速度と細
線化速度を組み合わせた上記処理によって、データが区
分して入力され（もしデータが走査器によって走査され
る場合は、走査されるべきラインの数および重ね合わさ
れるべきラインの数が、走査順序に従って最初に決めら
れる）、その結果、細線化後に非常に正確なベクトルデ
ータが短ベクトルジェネレータによって形成され得る。

処理されるべき次のデータブロック重なり合った部分現在処理中のデータブロック C.2つの並列記憶装置のためにプログラマブルFIFO方式
シフトレジスタを設計すること：（第１図に示したよう
に）本発明に適した画像処理システムによって構内操作
を実行する時は、特定の画像入力装置のみに適するよう
に制御されている、画像入力装置のための決められたシ
フト長さを有する代表的な商品化されたシフトレジスタ
が目下利用できる。本発明の画像処理装置では、シフト
レジスタがプログラマブルになるように設計されてい
る。したがって、本発明の画像処理装置は、様々な大き
さおよび処理領域をもつ走査器に適している。

本発明によって提供されるプログラマブル先入れ先出
し方式シフトレジスタは、実質上第３図に示される通り
である。SRAM1がデータを書き込むと、SRAM2がデータを
読み出す；逆に、SRAM1がデータを読み出すと、SRAM2が
データを書き込む。これらの読み取り書き込み操作中、
本発明の読み取り／書き込みの記憶アドレスはｈ−カウ
ンタによって割当てられる。このｈ−カウンタはプログ
ラム可能であり、この特性に基づいて、本発明は、、デ
ータがシフトされ得る長さ（すなわち、走査器によって
水平方向に走査ささるピクセルの数）としてカウンタの
最も高いカウントを設定する。その結果、ユーザはｈ−
カウンタに対して最も高いカウントを設定できるので、
それによって、種々の大きさの入力装置および処理され
るべき画面の領域を収容できるようにシフトレジスタに
対する長さを変更することができ、その結果、より高い
柔軟性を得ることができる。

本発明の精神について説明したけれども、その主題は
本発明を単に例証することを目的としたものであって、
本発明の範囲は特許請求の範囲に規定されている。

〔発明の効果〕

前述のことから、本発明の特別な方法および装置によ
って、ピクチャーデータに関する細線化処理が容易に遂
行されて、正確な結果を得ることができる。さらに、本
発明は種々の仕様書による画像入力装置に適しているた
め、工業的生産において高い利用価値を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は２値画像の細線化および特徴抽出の方法ならび
にそのための処理装置および画像処理システムを示して
いる図式的図である。第２図は本発明に使用されるパイプラインデータ処理機
構を示しているブロック図である。第３図は本発明に使用されるプログラマブルな先入れ先
出し方式のシフトレジスタを示している図式的図であ
る。１……中央処理装置、２……画像入力装置、３……細線
化／特徴抽出プロセッサ、４……短ベクトルプロセッ
サ、５……第１の一時記憶装置、６……第２の一時記憶
装置、７……中間記憶装置、８……特徴記憶装置、９…
…短ベクトル記憶装置、10……長ベクトル記憶装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中央処理装置、画像データ入力装置、記憶
装置、および細線化／特徴抽出装置などを含み、但し細
線化／特徴抽出装置が、細線化／特徴抽出操作を制御す
る論理制御回路：指定された記憶装置における２値画像
データに関して細線化／特徴抽出処理を実行するデータ
処理回路、を含むことを特徴とし、さらに、データ処理
回路が細線化／特徴抽出操作を実行すると、データが並
列−順次処理によって事前設定マスクに入力され、次い
で、マスクにおけるデータの定位置関係によって、デー
タピクセルが選択された規則を使用して変換され、変換
による結果が細線化／特徴抽出の結果となり、マスクが３×３ピクセル配列であって、細線化規則が下
記の表Ｉを含むことを特徴とする２値画像細線化／特徴
抽出装置。
【請求項２】結果的に得られた２つの連続するデータが
等しくなるまで、細線化操作が、前後方式で左から右
へ、次いで右から左へ数回実行されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の２値画像細線化／特徴抽出
装置。
【請求項３】細線化規則が下記の表IIを含むことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の２値画像細線化／特
徴抽出装置。
【請求項４】結果的に得られた２つの連続するデータが
等しくなるまで、特徴抽出操作が、前後方式で左から右
へ、次いで右から左へ数回実行されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の２値画像細線化／特徴抽出
装置。
【請求項５】記憶装置が少なくとも第１の一時記憶装置
および第２の一時記憶装置を含み、そのため第１の一時
記憶装置でシステムがデータを処理すると、該入力装置
から入力されたデータが第２の一時記憶装置に記憶され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の２値画
像細線化／特徴抽出装置。
【請求項６】画像入力装置が入力操作を実行すると、入
力ピクチャーデータが、いずれの２つの隣接ブロックも
互いに関して重なり合っている形で、それぞれ複数個の
処理されるべきブロックに分割され、そのため細線化結
果が重なり合った部分から得られたデータによって訂正
され得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
２値画像細線化／特徴抽出装置。
【請求項７】先入れ先出し方式レジスタがプログラム可
能であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
２値画像細線化／特徴抽出装置。
【請求項８】先入れ先出し方式レジスタがｈ−カウンタ
であることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の２
値画像細線化／特徴抽出装置。
【請求項９】中央処理装置、画像データ入力装置、少な
くとも第１一時記憶装置、第２一時記憶装置および第３
一時記憶装置を含む記憶装置および細線化／特徴抽出装
置などを含むシステムで、下記Ａ〜Ｄの段階によって２
値画像データの細線化および特徴抽出を行い、 A.画像データを２値化させ、次いで第１一時記憶装置お
よび／または第２一時記憶装置に記憶させること、 B.並列−順次処理装置を使用して事前設定マスクに２値
化データを入力すること、 C.マスクにおける画像データの定位置関係に従って、特
定の規則を使用してピクセルを変換させること、および D.並列−順次処理装置を通して、ピクセル変換の結果
を、画像処理のために第３一時記憶装置へ記憶させるこ
と。上記C.の段階で、マスクが３×３ピクセル配列であっ
て、細線化規則が下記の表Ｉを含むことを特徴とする２
値画像データの細線化および特徴抽出を行う方法。
【請求項１０】結果的に得られた２つの連続するデータ
が等しくなるまで、前後方式で左から右へ、次いで右か
ら左へ数回、細線化操作が実行されることを特徴とする
特許請求の範囲第９項記載の２値画像データの細線化お
よび特徴抽出を行う方法。
【請求項１１】細線化規則が下記の表IIを含むことを特
徴とする特許請求の範囲第９項記載の２値画像データの
細線化および特徴抽出を行う方法。
【請求項１２】結果として得られた２つの連続するデー
タが等しくなるまで、特徴抽出操作が、前後方式で左か
ら右へ、次いで右から左へ数回実行されることを特徴と
する特許請求の範囲第11項記載の２値画像データの細線
化および特徴抽出を行う方法。
【請求項１３】２値画像データがまず、第１の一時記憶
装置に記憶され、その結果、システムが第１の一時記憶
装置を処理すると、処理されるべき次のバッチのデータ
が第２の一時記憶装置に記憶され、さらに第１の一時記
憶装置におけるデータの処理が完了した後に第２の一時
記憶装置におけるデータの処理が開始されると、処理さ
れるべき第２の次のバッチのデータが第１の一時記憶装
置に記憶され、このようにして処理が繰り返されること
を特徴とする特許請求の範囲第９項記載の２値画像デー
タの細線化および特徴抽出を行う方法。
【請求項１４】２値ピクチャーデータがバッチで処理さ
れるべく複数個のブロックに分割され、隣接した２つの
ブロック間に重なり合った部分が形成され、そのため重
なり合った部分から得られたデータに従って細線化結果
が訂正され得ることを特徴とする特許請求の範囲第９項
記載の２値画像データの細線化および特徴抽出を行う方
法。
【請求項１５】先入れ先出し方式レジスタがプログラム
可能であることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
の２値画像データの細線化および特徴抽出を行う方法。
【請求項１６】先入れ先出し方式レジスタがｈ−カウン
タであることを特徴とする特許請求の範囲第15項記載の
２値画像データの細線化および特徴抽出を行う方法。