JP2956151B2

JP2956151B2 - 画像処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2956151B2
Application number: JP2188664A
Authority: JP
Inventors: 純彦川島
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JPH0474283A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、撮像素子から入力された濃淡画像を、２値
画像に変換する画像処理方法とその装置に関するもので
ある。

（従来の技術）通常、画像処理を行なう時、濃淡画像を２値画像に変
換して、種々の解析を行なう。この様な２値化において
従来は、画面全体に対して、同一のしきい値を適用し
て、２値化処理を行なっていた。この様に、画面全体に
対し、同一のしきい値を適用すると、撮像素子から入力
された濃淡画像が、２値画像に変換された時、もとの濃
淡画像の形状情報が失なわれ、以後の解析ができないこ
とが生じる。これは、濃淡画像が、通常の撮像素子で撮
像した時は、256階調の濃淡情報をもっているのに対
し、２値画像の濃淡情報が２階調であることから生じ
る。つまり、256階調の濃淡情報を２階調の濃淡情報に
変換する時、情報が失なわれ、図形の形状情報が失なわ
れるからである。

この様な、情報欠落を防ぐため、従来は、２値化処理
の前に、画像のコントラストを強調する処理を実施した
り、画像の撮像素子に入力するための照明の均一化が非
常に重要な技術であった。しかし、この様な細心の注意
をはらって、画像を撮像素子に入力し、またコントラス
トの強調処理を実施しても、２値化がうまくいかないこ
とが、実際には多い。このことが、画像処理技術の応用
展開において、現在、重要な問題となっている。

従来の２値化処理を適用した例を第４図を用いて説明
する。

第４図において、（ａ）は、撮像素子から入力された
濃淡画像、（ｂ）はＸ−Ｘにおける１次元濃度ヒストグ
ラム、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、夫々、しきい値がA,
B,Cの時の２値画像を示している。

第４図の例からも判る様に、従来の２値化処理におい
ては、濃淡画像の形状情報が失なわれ、２値画像は、本
来の画像とは、まったく異なったものになっている。こ
の様な、形状情報の喪失が生じると、画像処理は、正し
い結果が得られないことは、いうまでもない。上記問題
を解決する方法として、撮像素子等から入力された画像
を、各水平走査線または各垂直走査線ごとに、濃度値の
極大値および極小値を求め、となりあった極大値と極小
値の値から、２値化のしきい値を求め、該しきい値を該
となりあった極大値、極小値間のしきい値として２値画
像を求める方法が本発明者により既に提案されている。
本方法は、従来の方法に比べ、非常に優れた方法である
が、ノイズの多い画像に対しては、前処理として、ノイ
ズ除去を慎重に行なわないと、２値画像にノイズがのっ
たり、また、細い細線画像に対しては、画像の形状情報
が失なわれやすいという欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記の様な問題点に鑑み、撮像素子から入
力された濃淡画像の形状情報を失なうことなく、またノ
イズに強い、２値画像検出方法またはその装置を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明は、撮像素子等から入力された画像を２値化画
像に処理する方法であって、入力された画像を、各水平
走査線、各垂直走査線ごとに濃度値の極大値、極小値を
求め、となり合った極大値と極小値との差を求め、この
差（Δａ）のヒストグラムを作成し、該ヒストグラムの
臨界値（谷点:C_T）を設定し、ΔａがC_Tより大の極大値
と極小値を求めてこの極大値と極小値から２値化のしき
い値を求め、該しきい値をとなり合った極大値と極小値
をとる画像のしきい値として２値化画像を求めることを
少なくとも有することを特徴とする画像処理方法であ
り、また撮像素子等から入力された画像を２値化画像に
処理する装置であって、入力された画像を各水平走査
線、各垂直走査線ごとに濃度値の極大値と極小値を求
め、となり合った極大値と極小値との差の絶対値（Δ
ａ）のヒストグラムを作成し、該ヒストグラムの臨界値
（谷点:C_T）を設定する臨界値設定回路を少なくとも有
することを特徴とする画像処理装置である。

本発明を第２図を用いて説明する。第２図は、撮像素
子によって得られたある画像の水平（または垂直）走査
線における１次元濃度ヒストグラムを示したものであ
る。x₁,x₂,…,x_i,x_i+1,…は、濃度値が極値をとる画素
を示し、x₁,x₂,…,x_i,x_i+1…における濃度値をa₁,a₂…a
_i,a_i+1,…とする。

撮像素子で画像をとり込み、１次元濃度ヒストグラム
を作成すると、第２図の様に、となりあった極大値と極
小値の差（以後コントラストと呼ぶ）が小さいものと、
大きなものが存在する。コントラストの小さなものはノ
イズであり、大きなものは像を表わしている。この様な
ノイズと像のコントラストの分岐点を求める方法とし
て、本発明では、コントラストのヒストグラムを利用す
る方法を提案する。

通常、ノイズと像のコントラストは、明確に区分でき
る。

このため、コントラストのヒストグラムは、第３図の
様に、双鋒性を有するものとなる。

第３図において、谷点の値C_Tより小さいものはノイ
ズ、大きいものは像のコントラストを示している。

さて、この様なコントラストのヒストグラムから、ノ
イズと像のコントラストの分岐点C_Tを求める方法とし
て、サンプルの選び方により、次の３種類を提案する。

（１）水平走査線または垂直走査線の１ラインごとに
求める方法。この場合、走査線１ラインごとにC_Tの値が
変わる。

（２）水平走査方向または垂直走査方向全体で求める
方法。この場合、各走査方向でのC_Tの値は、固定とな
る。

（３）水平走査方向と垂直走査方向全体で求める方
法。この場合、水平、垂直走査方向でC_Tの値は単一値を
とる。

上記の方法は、夫々一長一短があるが、処理時間を短
くしたい場合は、（３）の方法が良い。

次に、しきい値THLの決定方法について述べる。

第２図において、（１）式 |a_i+1−a_i|≦C_T ｉ＝1,2…… （１）を満たす極値は、ノイズ、（２）式 |a_i+1−a_i|＞C_T ｉ＝1,2…… （２）を満たす極値は、像を表わしている。

今、a₁,a₂,…の極値の中から、（２）式を満たす極値
のみを抽出した時、それがa₁′,a₂′，……で、a₁′,
a₂′，……の濃度値に対応する画素をx₁′,x₂′…とす
る。

この間、となりあった極値間x_i′〜x_i+1（ｉ＝1,2,
…）におけるしきい値THLを、次式により決定する。

例えば、第２図において（３）式をＫ＝0.5として適
用すると第１図のようになる。

第１図において、ノイズと考えられる領域のしきい値
は、求まっていない。この様な領域のしきい値は、前後
のしきい値の値からしきい値を決定する。例えば、第１
図のＡの領域のしきい値は、その前後のしきい値THL′,
THL″から、次のいずれかの方法で決定する。

１）しきい値をTHL′またはTHL″とする２）しきい値をTHL′とTHL″の平均値とする。

上記の方法のいずれの方法が良いかは、画像により違
ってくるが、実験結果では、あまり大きな差は生じてい
ない。

第４図の画像に対し、本発明をＫ＝0.5として適用す
ると、第５図の様になる。

第１図、第５図より、しきい値は、画像周辺の濃度値
により変動し、濃度が高ければ、しきい値が高くなり、
濃度が低ければ、しきい値が低くなっていく様子が判
る。この様に、画像周辺の濃度値により、しきい値は変
動していく。このことは、人間が、画像の境界を判断す
るのと同様なことを行なっていることになる。以上か
ら、本発明を利用すれば、従来の方法に比べ、濃淡画像
の画像形成情報を失なわずに２値画像が得られることが
判る。

この様にして、各水平あるいは垂直走査線ごとに、し
きい値THLを求め、夫々の領域x₁〜x₁₊₄（１＝0,1,2,
…）において、求まったしきい値THL以上の濃度をもっ
た画素に対しては、白（または黒）とし、THL未満の濃
度を持った画素に対しては、黒（または白）として処理
する。この結果、水平あるいは垂直走査線に対し、夫々
１枚づつの２値画像が得られる。

本発明では、上記の様にして得られた２値画像をその
まま利用する方法の他、下記の様に、上記の２値画像間
の論理積または、論理和をとる方法を提案する。この様
にすることにより、ノイズが除去されたきれいな２値画
像の生成、不鮮明な画像からの２値画像の生成が、より
高度なレベルで達成できる。しかし、その反面処理時間
が長くなるという欠点も有することになる。

従って、以下の方法を適用するかどうかは、画像処理
の目的により決定されることになる。

以下、２枚の画像の論理積、論理和をとり、２値画像
を得る方法について説明する。

さて、上記の様にして、求められた２枚の２値画像に
対し、対応する画素間の論理積（AND）または、論理和
（OR）をとることにより、２値画像を求める。今背景を
０（白）、画像を１（黒）とした時、その論理積、論理
和をとった時の２値画像は、次の様にして求めることが
できる。

c_ijは論理積、ｃ′_ijは論理和による２値画像を示
す。a_ijは、水平走査による得られた２値画像、b_ijは垂
直走査により得られた２値画像、c_ij,c′_ijは、その等
の２値画像の論理積、論理和をとることにより得られる
２値画像を示す。N,Mは夫々、水平、垂直方向の画素数
を示す。

上記の様な論理積、論理和をとることによる効果を第
６図を用いて説明する。

第６図において、（ａ）は撮像素子から入力された濃
淡画像、（ｂ）は、水平走査により得られた２値画像、
（ｃ）は、垂直走査により得られた２値画像、（ｄ）
は、（ｂ）と（ｃ）の画像の論理積により得られた２値
画像、（ｅ）は、（ｂ）と（ｃ）の画像の論理和とによ
り得られた２値画像を表わしている。

第６図において、，は、ノイズレベルに近いコン
トラストを持った線画像で、′，′は、それの２値
画像を示し、，は、２値画像に変換した時に生じた
ノイズを示している。

水平方向の走査により得られた２値画像（ｂ）は、通
常、水平方向に対する感度が高くなり、このため、で
示される様な水平方向のノイズをひろいやすい傾向にあ
る。また、水平方向の感度に比べ垂直方向の感度は逆に
低くなり、ノイズレベルに近いコントラストをもった線
画像は、検出されにくい。

垂直方向の走査により得られた２値画像（ｃ）の場合
は水平方向の走査の場合とは逆に、垂直方向の感度が高
く、水平方向の感度は低くなる。

このため、（ｃ）で示される様な２値画像が得られ
る。

従って、２値画像a_ijとb_ijの論理積を取ることにより
得られた画像c_ijは、ノイズ，が除去されたきれい
な像となるかわりに、ノイズレベルに近いコントラスト
を持った線画像の情報が失なわれる。２値画像a_ijとb_ij
の論理和を取った時は、得られた画像ｃ′_ijは、ノイズ
レベルに近いコントラストを持った線画像の情報は失な
われないが、ノイズ，が除去されずに残る。

この様に、論理積をとることにより、コントラストの
悪い線画像の情報は失なわれるが、ノイズが除去された
きれいな２値画像が得られ、論理和をとると、コントラ
ストの悪い線画像の情報も失なわれることなく２値画像
が得られるが、ノイズが除去されずに残る。

この様に、論理積、論理和をとることにより得られる
２値画像は、夫々、一長一短であるが、場合、場合によ
り、使い分けることにより、きわめて有効な処理ができ
る。

（実施例）（実施例−１）本発明の実施例を第７図を用いて説明する。

CCDカメラ（１）から入力された濃淡画像は、A/D変換
回路（２）により、濃淡値をアナログ値からディジタル
値に変換され、画像メモリー回路（３）に記憶される。
画像メモリー回路（３）の濃淡画像は、撮像素子の水平
または垂直走査線ごとに取り出され、極値検出回路
（５）で極値の値と位置が検出され記憶される。記憶さ
れた極値の値から、となりあった極値間の差が差検出回
路（５）により求められ、ヒストグラム作成回路（６）
により、差のヒストグラムが求められ、谷点検出回路
（７）により、ヒストグラムの谷点の値C_Tが求められ
る。

求められたC_Tの値から、（２）式の演算が比較選択回
路（８）により実施され、像に関係する極値の値が求め
られる。しきい値演算回路（９）では、求められた極値
の値を用い、（３）式よりしきい値が決定される。

白黒判定回路（10）では、画像メモリー回路（３）か
らの濃淡画像情報と、しきい値演算回路（９）からのし
きい値の値から、濃淡画像が２値画像に変換される。変
換された２値画像は、２値画像メモリー回路（11）に記
憶され、必要に応じ、出力回路（12）から出力される。

尚、ヒストグラム作成回路から谷点C_Tを求める方法と
して、水平または垂直走査線の１走査線ごとにC_Tを求め
る方法、水平または垂直走査線の全ラインについて１個
のC_Tを求める方法、水平、垂直走査線の全ラインを走査
して１個のC_Tを求める方法があることを発明の詳細な説
明の項で述べたが、構成としては第７図と同様な方法で
実施できるので説明は省略する。

（実施例−２）実施例−１では、画像の水平または垂直方向の走査に
より２値画像を得る方法について述べたが、実施例−２
では、水平および垂直方向の走査により得られた２値画
像間の論理積または、論理和をとることにより２値画像
を得る方法について第８図を用いて説明する。

第８図において、（１）から（11′），（11″）まで
の構成は、第７図と同じなので説明は省略する。

論理積、論理和演算回路（13）では、水平走査２値画
像メモリー回路（11′）、垂直走査１値画像メモリー回
路（11″）からの２値画像情報をもとに、（４）式また
は（５）式の演算が実施され、２値画像が求められ、２
値画像記憶回路（14）に記憶され、必要に応じ、出力回
路（12）から出力される。

（発明の効果）実施例−２による実際の適用例を第９図に示す。

第９図（ａ）は、CCDカメラから取り込んだ濃淡画像
を、第９図（ｂ）は、従来の２値化法による２値画像
を、第９図（ｃ）は、本発明の２値化法（論理積による
法）による２値画像を示す。

第９図により、従来の方法では、濃淡画像の画像形状
情報がかなり失なわれているのに対し、本発明によれ
ば、ほとんどが失なわれずに２値画像が得られているこ
とが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、濃淡画像例に本発明の１例を適用したときの
しきい値を示す図、第２図は濃淡画像例を示す図、第３
図はとなり合った極大値と極小値との差の絶対値の例を
ヒストグラムで示した図、第４図は従来方法による濃淡
画像を２値化したときの状態を示す図、第５図は本発明
法の１例を適用したときの濃淡画像と２値化画像の概略
を示す図、第６図は論理積、論理和の演算適用例の概略
を示す図、第７図は実施例−１での各回路の配列の概略
を示す図、第８図は実施例−２での各回路の配列の概略
を示す図、第９図は実施例−２での適用結果を示す概略
図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子等から入力された画像を２値化画
像に処理する方法であって、入力された画像を、各走査
線ごとの濃度値の極大値、極小値からしきい値を求める
方法において、となり合った極大値と極小値との差を求
め、この差（Δａ）のヒストグラムを作成し、該ヒスト
グラムの臨界値（谷点:C_T）を設定し、ΔａがC_Tより大
の極大値と極小値を求めてこの極大値と極小値から２値
化のしきい値を求め、該しきい値をとなり合った極大値
と極小値をとる画像のしきい値として２値化画像を求め
ることを少なくとも有することを特徴とする画像処理方
法。
【請求項２】撮像素子等から入力された画像を２値化画
像に処理する装置であって、入力された画像を、各走査
線ごとの濃度値の極大値、極小値からしきい値を求める
方法において、となり合った極大値と極小値との差の絶
対値（Δａ）のヒストグラムを作成し、ヒストグラムの
臨界値（谷点:C_T）を設定する臨界値設定回路を少なく
とも有することを特徴とする画像処理装置。