JP2988403B2 - 画像分割装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を一定の特徴
をもつ小領域に分割する画像分割装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像分割装置において、画像を領
域分割する代表的な手法として、領域成長法、特徴空間
クラスタリング法、エッジによる分割法等がある。これ
らの手法の領域成長法は、注目している小領域とそれに
隣接する小領域が、濃淡値や色など互いに同じ特徴をも
っている場合に、それらを一つの領域に統合する処理を
順次実行することにより、特徴が等しい領域を少しずつ
成長させ、最終的に画像全体の領域分割を行う手法であ
る。

【０００３】特徴空間クラスタリング法は、画像の各小
領域の特徴を特徴空間で表わし、特徴が似通った領域を
まとめて一つの領域とする手法である。エッジによる分
割法は、まず画像よりエッジを検出し、エッジに囲まれ
た閉領域を１つの領域とみなす手法である。

【０００４】具体的な従来例として、特開平６−８３９
５９号公報の「画像領域分割方式」がある。本従来例
は、入力画像のエッジ上に関する画素だけを対照にして
しきい値を設定できるので、入力画像を濃度について領
域分けするときに、ノイズの影響の少ない、正確な領域
分割を行うことができる、としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
いずれの手法も、以下の問題点を伴う。図７は、画像上
の欠陥の代表的な例を掲示したものである。この図７の
ようにノイズなどにより、領域の境界が途切れ、近傍に
偽のエッジが検出されるような画像の場合、従来の画像
分割装置では、図１１のような領域の分割が行われず、
図１２のように一つの領域に統合してしまう問題点があ
る。また、エッジの端点の近傍のエッジを途切れたエッ
ジの延長とみなしそれを結ぶという、エッジによる分割
の改良手法によっても、図１３のように、偽のエッジを
結んでしまい誤った分割を行ってしまう問題点がある。

【０００６】本発明は、境界の不鮮明な画像の領域分割
を正確に実行する画像分割装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の画像分割装置は、外部の画像入力手段から
得られた入力画像からエッジを検出しエッジ画像を生成
するエッジ検出手段と、エッジ画像と重ならない位置に
領域成長の核を配置しこの核の各々に異なったラベルを
与える領域核配置手段と、核を領域成長の始点とし隣接
する画素に核のラベルと同じラベルを与え同じ領域とす
ることによりこの領域を等方的に成長させる領域成長手
段と、領域とエッジとの接触の発生を監視し、領域とエ
ッジが接触した点をエッジ接触点とし、また領域が他の
ラベルを持つ領域と接触した場合にはその接触した点を
領域接触点とする接触点検出手段と、この接触点検出手
段によりエッジ画像上の成長する領域についてエッジ接
触点が２点以上検出された場合に、検出された各エッジ
接触点に接するエッジが同一、交差もしくは接触してい
るエッジか否かを判定する連結関係判定手段と、領域核
配置手段によって位置を定められたエッジ画像上の領域
核の座標点から見てエッジ接触点の方向には成長を停止
し、領域の２つのエッジ接触点に挟まれた部分へ向かう
方向については、連結関係判定手段の判定が同一、交差
もしくは接触しているエッジの場合には成長を続行し、
同一のエッジではなく交差も接触もしていないエッジの
場合には成長を停止し、また接触点検出手段により領域
接触点とされている領域と接触した場合は該領域接触点
の方向への成長を停止する領域成長継続判断手段と、エ
ッジ画像上の２つのエッジ接触点に挟まれた領域の輪郭
線の一部で、連結関係判定手段が２つのエッジ接触点に
接する２つのエッジ同士が同一のエッジでなく交差も接
触もしていないと判定した場合には、２つのエッジ間の
部分をエッジが欠落した部分とみなし、欠落したエッジ
の輪郭線の形状の整形および補正を行う輪郭線補正手段
と、接触点検出手段によりラベルの異なった領域同士が
接触していると判断された場合、異なった領域相互の特
徴量が予め与えられた条件内で近似しているならば、同
じラベルを与えることにより領域を融合し最終分割画像
とする領域融合手段と、最終分割画像上のラベルを与え
られた領域内に存在するエッジについて、エッジの両側
の領域に同一のラベルが与えられているならばエッジを
ノイズとみなしてラベルと同じラベルを与え、処理後の
最終分割画像を真の最終分割画像とするエッジ除去手段
とを有して構成されることを特徴としている。

【０００８】さらに、上記の画像分割装置は、輪郭線補
正手段により補正されたエッジ画像上の全部分について
ラベルが与えられていない部分が存在するならば、エッ
ジ画像上においてラベルの与えられていない部分がなく
なるまで領域核配置と領域成長の操作を繰り返す領域成
長繰返手段を有し、領域繰返手段は、ラベルの与えられ
ていない部分に属する任意の位置にラベルを与えること
により領域核を配置し、領域成長手段にエッジ画像を渡
し、領域成長手段から輪郭線補正手段に至る手順に従っ
て領域成長させ、エッジ画像の全部分にラベルが与えら
れたらその画像を領域融合手段に渡すとよい。

【０００９】また、領域核配置手段による核の配置は、
外部より指定された位置への配置であり、輪郭線補正手
段による輪郭線の形状の整形および補正は、近傍のエッ
ジに多項式の最小自乗法を用いて当てはめることにより
推測し、推測の結果に基づく整形および補正であるとよ
い。

【００１０】さらに、画像分割装置は、分割画像記憶手
段を有し、真の最終分割画像は、分割画像記憶手段に記
憶させるとよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる画像分割装置の実施の形態を詳細に説明する。図１
〜図１０を参照すると本発明の画像分割装置の一実施形
態が示されている。図１は、本発明の画像分割装置の実
施の形態を、処理機能手段毎にブロックで示した構成図
である。また、図２〜図６は、実施形態の画像分割装置
の機能を説明するための図である。なお、図７は、代表
的な崩れた画像の例であり、図８〜図１０は、この崩れ
た画像に対応する手順を説明するための図である。

【００１２】画像分割装置の構成例を示した図１におい
て、本発明の画像分割装置１００は、画像入力手段１０
１、エッジ検出手段１０２、領域核配置手段１０３、領
域成長手段１０４、接触点検出手段１０５、連結関係判
定手段１０６、領域成長継続判断手段１０７、輪郭線補
正手段１０８、領域成長繰返手段１０９、領域融合手段
１１０、エッジ除去手段１１１、および分割画像記憶手
段１１２を有して構成される。

【００１３】上記の各手段で構成される本実施形態の画
像分割装置１００において、エッジ検出手段１０２は、
エッジ画像を生成する機能部である。本エッジ検出手段
１０２は、テレビカメラ等で構成された外部の画像入力
手段１０１に入力された入力画像を蓄え、例えばラプラ
シアン・ガウシアンフィルタによりエッジを検出しエッ
ジの記入された入力画像と同じ大きさのエッジ画像を生
成する。

【００１４】領域核配置手段１０３は、エッジ検出手段
１０２により生成されたエッジ画像の、領域成長のため
の核を配置する機能部である。例えば、エッジ画像上の
エッジとは重ならないように、外部より指定された位置
に、各々が異なるラベル値を持つ、領域成長の核を配置
する。

【００１５】領域成長手段１０４は、領域核配置手段１
０３により配置された核を始点として領域を成長させる
機能部である。例えば、エッジ画像上の核を領域成長の
始点とし、隣接する画素に前述の核と同じラベルを与え
同じ領域とすることにより、領域を等方的に成長させ
る。

【００１６】接触判定手段１０５は、領域成長手段１０
４により成長された領域の他の領域との接触の発生の判
定と、その接触した点を領域接触点として座標を記憶す
る機能部である。例えば、上記のエッジ画像上の成長し
つつある領域とエッジとが接触したかどうかを監視し、
接触した場合にはその接触した点をエッジ接触点として
その座標を記憶する。また、他のラベルを持つ領域と接
触したかどうかを監視し、接触した場合にはその接触し
た点を領域接触点として座標を記憶する。

【００１７】連結関係判定手段１０６は、接触判定手段
１０５により判定されたエッジ接触点が複数生じた場合
に、複数の接触点に属するエッジ同士が同一のエッジで
あるか、または、交差もしくは接触しているエッジかど
うかを判定し、その結果を記憶する機能部である。例え
ば、この同一性の判定は、エッジ画像上の成長する各々
の領域について、各エッジを追跡することにより行う。

【００１８】領域成長継続判断手段１０７は、方向別に
領域の成長の続行／停止の判定制御を行う機能部であ
る。例えば、エッジ画像上の領域核配置手段１０３によ
って配置された領域核の座標点から見て、エッジ接触点
の方向には成長を停止する。領域の２つの接触点に挟ま
れた部分へ向かう方向については、連結関係判定手段１
０６が、各々のエッジ接触点に接するエッジ同士が、例
えば、図２のように同一のエッジであるか、または、交
差もしくは接触していると判定した場合には、例えば、
図３のように部分的な成長を続行する。図４のように同
一のエッジでもなく、交差も接触もしていないと判定し
た場合には、例えば、図５のように成長を停止する。ま
た、接触点検出手段１０５により、他のラベルを持つ領
域と接触したと判定された場合には、接触点として記憶
されている領域接触点の方向への成長を停止する。

【００１９】輪郭線補正手段１０８は、欠落したエッジ
の形状を、近傍のエッジに多項式を最小自乗法を用いて
当てはめることにより推測し、その結果に従って輪郭線
を整形し補正する機能部である。例えば、エッジ画像上
の２つのエッジ接触点に挟まれた領域の輪郭線の一部で
あり、連結関係判定手段１０６が図４のように２つのエ
ッジ接触点に接するエッジ同士が交差も接触もしていな
いと判定し、その２つのエッジ接触点に挟まれた方向に
図５で示すように成長を停止している場合には、その部
分をエッジが欠落した部分とみなし補正する。図６は、
輪郭整形による補正の一例を示す図である。

【００２０】領域成長繰返手段１０９は、エッジ画像上
の全部分について、ラベルが与えられていない領域が存
在するかどうかを探索し、探索の結果に基づき後続する
処理手順を選択する機能部である。例えば、ラベルが与
えられていない領域が存在するならば、その部分に含ま
れる任意の位置の画素にこれまで使用してきたラベルと
全く異なるラベルを与えることにより領域核を配置し、
領域成長手段１０４にエッジ画像を渡す。その後、領域
成長手段１０４から輪郭線補正手段１０８に至る手順に
従って領域を成長させ、エッジ画像上の全ての部分にラ
ベルが与えられるまで、領域核配置と領域成長の操作を
繰り返す。この結果、エッジ画像の全部分にラベルが与
えられたら、その画像を最終分割画像として領域融合手
段１１０に渡す。

【００２１】領域融合手段１１０は、エッジ画像の全て
にラベルが与えられた最終的な分割画像上において、領
域を融合する機能部である。例えば、接触点検出手段１
０５によりラベルの異なった領域同士が接触していると
判定された場合、領域内の画素値の分散を特徴量とし
て、お互いの特徴量が予め与えられた条件内で似通って
いるならば、同じラベルを与えることにより領域を融合
する。

【００２２】エッジ除去手段１１１は、領域融合手段１
１０により領域融合の終了した最終的な分割画像にラベ
ルを与え真の最終分割画像とし、分割画像記憶手段１１
２に記憶させる機能部である。例えば、ラベルを与えら
れた領域内に存在するエッジについて、エッジの両側の
領域に同じラベルが与えられているならば、このラベル
と同じラベルを与え、最終分割画像を分割画像記憶手段
１１２に記憶させる。なお、分割画像記憶手段１１２
は、メモリ等から構成された記憶部であり、外部の記憶
手段として構成してもよい。

【００２３】上記実施形態の画像分割装置によれば、図
７に示したノイズなどにより領域の境界が途切れ、且
つ、近傍に偽のエッジが検出された場合においても、ま
ず図８のように領域をＡ，Ｂ，Ｃに仮分割する。この仮
分割した後、図９のように領域間の類似性をもとに領域
統合を行う。本実施形態では、領域Ｃを領域Ａに統一す
る例を示している。このように処理しているため、領域
内のノイズによる偽りのエッジを除去し、図１０のよう
に正しい領域分割Ａ，Ｂを得ることができる。

【００２４】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の画像分割装置は、入力画像からエッジ画像を生成し、
エッジ画像上に各々異なるラベルを持つ領域の核を置
き、その領域を成長させる。エッジ画像上成長する領域
とエッジが接触した場合、エッジや他の領域に接触した
部分、及びエッジの途切れている方向への成長を停止さ
せる。エッジの途切れた部分については補完をする。異
なったラベルを持つ領域が接触した場合、お互いの特徴
量が似通っているならば領域を融合する。よって、ノイ
ズなどにより領域の境界が途切れ、且つ近傍に偽のエッ
ジが検出された場合においても、正しい領域分割が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像分割装置の実施形態を処理機能毎
のブロックで示した図である。

【図２】エッジ接触点が２つ生じた状況において、エッ
ジ接触点に接するエッジが同一である場合の一例を示す
図である。

【図３】図２の場合において、２つのエッジ接触点に挟
まれた領域が成長を継続する例を示す図である。

【図４】エッジ接触点が２つ生じた状況において、エッ
ジ接触点に接するエッジが同一でなく途切れている例を
示す図である。

【図５】図４の場合において、２つのエッジ接触点に挟
まれた領域が成長を停止した例を示す図である。

【図６】輪郭線補正手段による図５に示す領域の整形・
補正例を示す図である。

【図７】入力画像からとぎれたエッジを検出した一例を
示す図である。

【図８】図７の入力画像と同じ入力画像に対して、本発
明を適用した一例を示す図である。

【図９】図８に示す画像に対して領域融合手段を適用し
た例を示す図である。

【図１０】図９に示す画像に対してエッジ除去手段を適
用した例を示す図である。

【図１１】図７の入力画像に対する望ましい画像分割例
を示す図である。

【図１２】従来手法による、図７と同じ入力画像に対す
る画像分割例１を示す図である。

【図１３】従来手法による、図７と同じ入力画像に対す
る画像分割例２を示す図である。

【符号の説明】

１００ 画像分割装置 １０１ 画像入力手段 １０２ エッジ検出手段 １０３ 領域核配置手段 １０４ 領域成長手段 １０５ 接触点検出手段 １０６ 連結関係判定手段 １０７ 領域成長継続判断手段 １０８ 輪郭線補正手段 １０９ 領域成長繰返手段 １１０ 領域融合手段 １１１ エッジ除去手段 １１２ 分割画像記憶手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部の画像入力手段から得られた入力画
   像からエッジを検出しエッジ画像を生成するエッジ検出
   手段と、 前記エッジ画像と重ならない位置に領域成長の核を配置
   し該核の各々に異なったラベルを与える領域核配置手段
   と、 前記核を領域成長の始点とし隣接する画素に該核のラベ
   ルと同じラベルを与え同じ領域とすることにより該領域
   を等方的に成長させる領域成長手段と、 前記領域と前記エッジとの接触の発生を監視し、前記領
   域と前記エッジが接触した点をエッジ接触点とし、また
   前記領域が他のラベルを持つ領域と接触した場合にはそ
   の接触した点を領域接触点とする接触点検出手段と、 該接触点検出手段により前記エッジ画像上の成長する領
   域についてエッジ接触点が２点以上検出された場合に、
   該検出された各エッジ接触点に接するエッジが同一、交
   差もしくは接触しているエッジか否かを判定する連結関
   係判定手段と、 前記領域核配置手段によって位置を定められた前記エッ
   ジ画像上の領域核の座標点から見て前記エッジ接触点の
   方向には成長を停止し、前記領域の前記２つのエッジ接
   触点に挟まれた部分へ向かう方向については、前記連結
   関係判定手段の判定が同一、交差もしくは接触している
   エッジの場合には成長を続行し、同一のエッジではなく
   交差も接触もしていないエッジの場合には成長を停止
   し、また前記接触点検出手段により領域接触点とされて
   いる領域と接触した場合は該領域接触点の方向への成長
   を停止する領域成長継続判断手段と、 前記エッジ画像上の前記２つのエッジ接触点に挟まれた
   前記領域の輪郭線の一部で、前記連結関係判定手段が２
   つのエッジ接触点に接する２つのエッジ同士が同一のエ
   ッジでなく交差も接触もしていないと判定した場合に
   は、該２つのエッジ間の部分をエッジが欠落した部分と
   みなし、該欠落したエッジの輪郭線の形状の整形および
   補正を行う輪郭線補正手段と、 前記接触点検出手段によりラベルの異なった領域同士が
   接触していると判断された場合、該異なった領域相互の
   特徴量が予め与えられた条件内で近似しているならば、
   同じラベルを与えることにより領域を融合し最終分割画
   像とする領域融合手段と、 前記最終分割画像上の前記ラベルを与えられた領域内に
   存在するエッジについて、該エッジの両側の領域に同一
   のラベルが与えられているならば該エッジをノイズとみ
   なして前記ラベルと同じラベルを与え、該処理後の最終
   分割画像を真の最終分割画像とするエッジ除去手段とを
   有して構成されることを特徴とする画像分割装置。
2. 【請求項２】 前記画像分割装置は、さらに、前記輪郭
   線補正手段により補正された前記エッジ画像上の全部分
   についてラベルが与えられていない部分が存在するなら
   ば、前記エッジ画像上においてラベルの与えられていな
   い部分がなくなるまで領域核配置と領域成長の操作を繰
   り返す領域成長繰返手段を有し、該領域繰返手段は、前
   記ラベルの与えられていない部分に属する任意の位置に
   ラベルを与えることにより領域核を配置し、前記領域成
   長手段にエッジ画像を渡し、前記領域成長手段から前記
   輪郭線補正手段に至る手順に従って領域成長させ、前記
   エッジ画像の全部分にラベルが与えられたらその画像を
   前記領域融合手段に渡すことを特徴とする請求項１記載
   の画像分割装置。
3. 【請求項３】 前記領域核配置手段による前記核の配置
   は、外部より指定された位置への配置であることを特徴
   とする請求項１または２記載の画像分割装置。
4. 【請求項４】 前記輪郭線補正手段による輪郭線の形状
   の整形および補正は、近傍のエッジに多項式の最小自乗
   法を用いて当てはめることにより推測し、該推測の結果
   に基づく整形および補正であることを特徴とする請求項
   １から３の何れか１項に記載の画像分割装置。
5. 【請求項５】 前記画像分割装置は、さらに、分割画像
   記憶手段を有し、前記真の最終分割画像は、該分割画像
   記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項１から４
   の何れか１項に記載の画像分割装置。