JP3193240B2

JP3193240B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP3193240B2
Application number: JP21436594A
Authority: JP
Inventors: 一則小野口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: US5748778A; JPH0877362A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２値画像中で黒画素領
域と白画素領域の境界点を抽出する画像処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、２値画像において、黒画素領域と
白画素領域の間の境界点を抽出する手法としては、エッ
ジ抽出オペレータのような空間フィルタリングにより、
白から黒、あるいは黒から白という輝度値が変化する部
分を検出する手法が良く用いられる。このエッジ抽出オ
ペレータとは、例えば３×３の局所マスクから成り、９
個の演算係数が記述されている。このマスクを２値画像
上でスキャン方向に１画素ずつシフトさせながら画素毎
の演算数値を求める。この数値は当該画素について隣接
画素との濃度の変化の度合を表わしており、数値が大き
いほど濃度が大きく変化したことを示す。従って２値画
像の全画素に渡ってこの演算を行なった後、演算数値の
大きい画素を抽出することで境界点とすることができ
る。

【０００３】しかしながら、空間フィルタリングを用い
る手法は、上述した局所マスクを用いるためノイズに弱
く、大局的に見て、黒画素が連続している領域と白画素
が連続している領域の間の境界点を正しく抽出すること
が難しい。例えば図３の走査ラインＬ上において、点Ａ
が大局的には白画素領域と黒画素領域の間の境界点とな
るはずであるが、空間フィルタリングによる局所マスク
を用いると、点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅも輝度値の変化する点で
あり、境界点として選ばれ得る。このため、誤ってＢ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ点が境界点として抽出される可能性がある。
特に図５のように黒画素同士が完全には隣接しておら
ず、点在している領域と白画素領域との間の境界点（曲
線ｌ₁ ，ｌ₂ の点）を求めることは困難である。

【０００４】又、従来２値画像から黒画像領域と白画素
領域の境界点を抽出する別の手法として、画像中のエネ
ルギーが小さくなる位置に曲線をフィットさせるスネー
クスと呼ばれる手法がある。これは、例えば画像上で全
体を横断する一本の曲線を配置し、予め与えられたエネ
ルギー関数式を用いて、曲線の画像上での位置と画像の
濃度情報から求まる関数値を計算する。そして曲線を画
像上で順次移動させることによりその位置での関数値を
順次計算する。この関数値は曲線が画像上のエッジ部分
に掛かった時に小さくなることが知られている。従って
関数値が極小となった時の曲線位置に従って境界点を抽
出することができる。しかしながらスネークス法ではエ
ネルギー関数式のパラメータの調節が難しく、更に画像
上の曲線の初期位置によっては図４のようにノイズにト
ラップされて真の境界点に行き着かない可能性がある。
つまりスネークス曲線がノイズに密着した時点で関数値
が極小に陥る事態も生じるため、真の境界点を必ずしも
検出することができないという欠点が有った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の境界点抽出方法においては、空間フィルタリング法と
スネークス法の各々についても画像中のノイズに弱く、
真の境界点を抽出することが出来ない、という欠点が有
った。そこで本発明の目的は、画像中のノイズに影響さ
れずに真の境界点を抽出できる画像処理装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、２値画像
に対して走査ラインを設定する走査ライン設定手段と、
この走査ライン設定手段より設定された前記２値画像の
走査ライン上の画素を順次調べ、黒画素が検出される毎
に所定値ずつ加算した累積ヒストグラムを前記走査ライ
ン上の該画素位置に対応付けて作成する累積ヒストグラ
ム作成手段と、この累積ヒストグラム作成手段より作成
された累積ヒストグラムの形状に対し平坦から単調増加
へ移行する点を抽出し、この点に対応した前記走査ライ
ン上の画素位置を白画素領域から黒画素領域への境界点
とする境界点抽出手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

【０００７】第２の発明は、２値画像に対して走査ライ
ンを設定する走査ライン設定手段と、この走査ライン設
定手段より設定された前記２値画像の走査ライン上の画
素を順次調べ、白画素が検出される毎に所定値ずつ加算
した累積ヒストグラムを前記走査ライン上の該画素位置
に対応付けて作成する累積ヒストグラム作成手段と、こ
の累積ヒストグラム作成手段より作成された累積ヒスト
グラムの形状に対し平坦から単調増加へ移行する点を抽
出し、この点に対応した前記走査ライン上の画素位置を
黒画素領域から白画素領域への境界点とする境界点抽出
手段とを備えたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明では、走査ライン上で作成した累積ヒス
トグラムをプロットしたグラフの形状を用いて白画素領
域と黒画素領域の境界を求めるため、ノイズの影響を受
けず、白領域と黒領域を大局的に分割する点を境界点と
して抽出することができる。特に、黒画素が点在してい
る領域と、白画素領域との間の境界点、白画素が点在し
ている領域と黒画素領域との間の境界点または、黒画素
及び白画素が共に点在している領域間の境界点が容易に
得られる。また、累積ヒストグラムをプロットしたグラ
フの形状を、走査ラインの始点から終点迄全点にわたっ
て調べ、境界点を決定するので、スネークスのようにノ
イズにトラップされてしまい、真の境界点に達しないと
いう不都合が生じない。つまりグラフの形状中で境界点
に該当する箇所が複数検出されたとしても、各箇所の前
後の形状からノイズに該当する箇所を除外できるため、
真の境界点に該当する箇所のみ得ることが出来る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従い説明す
る。本実施例は図５のように、黒画素が完全には隣接し
ておらず点在している領域と、白画素領域との間の境界
点を、白画素領域中に走査ラインの始点を設定すること
により求めることを想定している。

【００１０】先ず、図１は本発明の一実施例を実現する
ためのブロック構成図である。ここで、画像入力部１１
を介して入力された２値画像は走査ライン設定部１２へ
送られる。この場合、走査ライン設定部１２では、２値
画像中の白画素領域内に始点を設定し、所定の画像端を
終点とすることで１本の走査ラインを設定する。そして
２値画像上での走査ラインを含んだ領域を切り出して累
積ヒストグラム作成部１３へ送る。累積ヒストグラム作
成部１３では走査ライン上の画素を始点から終点まで順
次調べる。つまり黒画素か白画素かを判定し、黒画素の
場合に１ずつ加算した累積度数を計算する。この累積度
数を縦軸とし、走査ライン上の始点から終点までの画素
位置を横軸として、当該画素のときに求めた累積度数を
横軸上の当該画素位置に対応付けて縦軸上にプロットす
ることで、累積ヒストグラムが作成される。この累積ヒ
ストグラムは境界点抽出部１４へ送られる。境界点抽出
部１４では、累積ヒストグラムのグラフ形状を始点箇所
から終点箇所まで順に調べ、平坦部から単調増加部へ移
行する点であって所定の条件を満たすものを境界点とす
る（これらの処理については後述する）。そしてこのグ
ラフ上の境界点に対応する横軸上の画素位置を２値画像
上の境界点として出力する。更に境界点抽出部１４は次
の走査ラインの設定指示信号を走査ライン設定部１２へ
与える。これにより走査ライン設定部１２は２値画像上
で２本目の異なる走査ラインを設定する。この２本目の
走査ラインについても同様の処理により境界点が得られ
る。（ここでは境界点抽出部１４より次の走査ラインの
設定指示信号が走査ライン設定部１２へ与えられたが、
走査ライン設定部１２で最初に２値画像上で所定本数の
異なる走査ラインを設定しておき、この走査ラインを１
本ずつ境界点抽出処理してもよい）こうして境界点抽出
部１４では、２値画像上での夫々の走査ラインから抽出
した各境界点を接続することで境界線として抽出でき
る。

【００１１】次に図２は本発明の一実施例の処理フロー
チャートである。これを用いて一実施例の処理を更に詳
しく述べる。まず、画像中で走査ラインを設定する（ス
テップ２１）。走査ラインの種類、始点位置、及び走査
方向は、入力画像によって人間が適宜選択しておく。例
えば、図６（ａ）の２値画像の場合、画像下端中央の点
Ｓと画像端の点を結ぶ直線を走査ラインとして設定す
る。Ｓが始点であり、矢印の方向に走査する。画像端の
点をＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に選択して設定した走査ライン
上でそれぞれ境界点を求め、境界線１を求める。図６
（ｂ）の場合、画像左端の点と右端の点を結ぶ水平線を
走査ラインとして設定する。左端の点が始点であり、矢
印の方向に向かって走査する。水平線ＢＣからＡＤまで
順に走査ラインを設定し、それぞれの境界点を求めて境
界線ｌを定める。図６（ｃ）の場合、画像の中心点Ｓと
画像端の点を結ぶ直線を走査ラインとして設定する。Ｓ
が始点であり、矢印の方向に向って時計回りに走査す
る。画像端の点をＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａの順に選択して設
定した走査ライン上でそれぞれ境界点を求め、境界線ｌ
を求める。

【００１２】設定した各走査ラインＬに対して、以下の
（１）（２）の処理を行ない、Ｌ上の境界点Ｈを求め
る。（図７） (1) 累積ヒストグラムを格納するための１次元配列Ｌ
ＩＮＥ［ｉ］（０＜ｉ＜−Ｌ−）を用意し各要素を０に
初期化した後、図７に示す様にＳからＴに向かってＬ上
を走査する。ただし、走査ラインＬの始点をＳ、終点を
Ｔとし、ＳからＴまでの走査ライン上の画素の数を−Ｌ
−とする。この時、Ｓからｉ番目の点ｉが黒画素なら
ば、ＬＩＮＥ［ｉ］＝ＬＩＮＥ［ｉ−１］＋１となる。要するに１次元配列Ｌとは、走査ライン上の各
画素に対応した黒画素の累積度数である。

【００１３】(2) Ｌ上をＴまで走査したならば、０＜
ｉ＜−Ｌ−における累積ヒストグラムＬＩＮＥ［ｉ］の
分布を調べる。まず、縦軸にＬＩＮＥ［ｉ］、横軸にｉ
を同一スケールでプロットした累積ヒストグラムのグラ
フを作成する（ステップ２１）。つまり横軸上のｉとは
走査ライン上の各画素の配列位置を示しており、縦軸上
のＬＩＮＥ［ｉ］とは横軸上の各画素位置に対応した黒
画素の累積度数である。

【００１４】具体的には、図７の走査ラインの場合、図
８に示すグラフが作成される。大局的に白領域から黒領
域に変化する境界点の場合、図８の点Ｈのように、平坦
部分が続いた後、４５度の角度で単調増加する境目の点
となる。ただし、ノイズ等の影響で、点Ｇも直前に平坦
部分が続いた後、４５度の角度で単調増加しているが、
真の境界点では無いので単調増加する部分が短くなる。
このため、累積ヒストグラムＬＩＮＥ［ｉ］のグラフを
調べ、予め設定しておいたしきい値以上に、平坦部分が
点ｉの直前に続き、かつ４５度の角度で単調増加する部
分がｉの直後に続く場合、点ｉを走査ラインＬ上の白領
域から黒領域への境界点とする。

【００１５】つまり平坦部分の長さが第１のしきい値を
Ｌ₁ 以上であり、且つ単調増加部分の長さが第２のしき
い値Ｌ₂ 以上である場合、この境目の点ｉを境界点とす
る（ステップ２３，２４，２５）。この条件を満たさな
い場合は点ｉを境界点ではないとする（ステップ２
６）。ここで図８の場合、ｉが点Ｈの時に以上の条件を
満たすため、点Ｈが境界点として得られる。

【００１６】上述した平坦部及び単調増加部の継続長の
しきい値Ｌ₁ ，Ｌ₂ は、黒画素領域の密集度合及び白画
素領域中のノイズの量により異なるが、黒画素領域が点
在し、密集度合が低い場合には単調増加部の継続長しき
い値Ｌ₂ を大きく設定する。また、白画素領域中のノイ
ズが多い場合には平坦部の継続長しきい値Ｌ₁ を小さく
設定する。

【００１７】又、黒画素領域が密に接している場合には
境界点の単調増加の角度は正確に４５度になるが、黒画
素が点在している場合には角度が４５度より小さくな
る。また、白画素領域中にノイズの影響で黒画素が混じ
っている場合には、境界点の直前部が完全な平坦にはな
らず、若干の増加形状を示す。このため、予め直前部と
直後部に対し２つの角度しきい値Ｔ₁ ，Ｔ₂ を設定して
おき、直前に０度以上Ｔ₁ 度以下の角度の平坦部が続
き、直後にＴ₂ 度以上４５度以下の単調増加部が続く点
を累積ヒストグラムのグラフ上で求め、境界点とする。
このようにすれば、２値画像上の黒画素領域及び白画素
領域が特殊な状況であっても、より正確に境界点が検出
できる。

【００１８】最後に、２値画像内から境界線を抽出する
ためには、所定数の境界点を抽出する必要がある。つま
り２値画像内に走査ラインを所定本数だけ設定し、各走
査ラインについて境界点を抽出する必要がある。従って
所定本数の走査ラインに対する境界点抽出処理が完了す
るまで、２値画像内に走査ラインを再設定して上記処理
を繰り返す（ステップ２７）。

【００１９】ところで上記実施例では走査ライン上の全
画素を順に調べ、各画素位置で黒画素が検出される毎に
１ずつ加算して累積度数を求めた。しかしながらこの方
法に限るものではなく、走査ライン上の画素を１個間隔
で調べてもよい（つまり２画素位置毎に黒画素か否かを
調べる）。この場合、２画素位置毎に黒画素が検出され
た時に２ずつ加算して累積度数を求める。又、２個間隔
で（３画素位置毎に）調べる場合は、３画素位置毎に黒
画素が検出された時に３ずつ加算する。こうすれば上記
実施例と同様に、累積ヒストグラムのグラフ形状として
平坦部分から４５゜の角度で単調増加部が続く場合に、
その境目の点を境界点として抽出できる。要するに走査
ライン上の画素をｎ画素位置毎に調べる場合は、ｎ画素
位置毎に黒画素が検出された時にｎずつ加算して累積度
数を求める。こうすれば累積ヒストグラムとして平坦部
分から４５゜の角度の単調増加部分が続く境目を境界点
として抽出できる。

【００２０】上記本実施例は走査ライン上の画素のみか
ら累積ヒストグラムを作成しているが、走査ラインの両
側の数点の画素から累積ヒストグラムを作成することも
できる。ここで走査ラインの両側の画素とは、走査ライ
ン上の注目画素を中心として、走査ラインと直交する方
向で配列されている画素を指す。走査ライン上及びその
両側各２画素の点の例を図９に示す。走査ライン上の点
のみから累積ヒストグラムを作成すると図１０のように
なるが、走査ライン上、または、その両側２画素以内
（５画素以内）に黒画素が存在する時、累積ヒストグラ
ムの値を加算するという手法を適用すると図１１に示す
累積ヒストグラムが得られる。また、５画素中黒画素の
数が白画素の数よりも多い時、累積ヒストグラムの値を
加算するという手法を適用すると、図１２に示す累積ヒ
ストグラムが得られる。図９の例では走査ラインを含む
全５画素の点から累積ヒストグラムを作成しているが、
これは５画素に限定されることはなく何画素用いても良
い。

【００２１】こうすることで２値画像中の黒画素領域に
カスレやキレが多く存在しても、これらの欠陥の影響を
除去して、境界点が正しく検出できる。上記実施例は図
５のように、黒画素が完全には隣接しておらず点在して
いる領域との間の境界点を、白画素領域中に走査ライン
の始点を設定することにより求めているが、白画素が完
全には隣接しておらず点在している領域と、黒画素領域
との間の境界点を、黒画素領域中に走査ラインの始点を
設定することにより求める場合には、本実施例の白画素
と黒画素の記述を逆にして処理する。

【００２２】図１３はこの実施例の処理を示すフローチ
ャートである。ここで図２のフローチャートと異なるス
テップは３１，３２のみである。つまりステップ３１で
は２値画像中の黒画素領域に始点Ｓ、画像端点に終点Ｔ
を定めることで走査ラインＬを設定する。これは図６
（ａ）（ｂ）（ｃ）において黒画素領域と白画素領域を
逆にしたものとして同様に走査ラインが設定できる。
又、ステップ３２では走査ラインＬ上の各画素位置に対
し、白画素が検出される毎に１だけ加算した累積ヒスト
グラムを作成する。他のステップ３３〜３７は図２のス
テップ２３〜２７と同様である。こうすれば２値画像上
で黒画素領域から白画素領域へ移行する境界点を検出で
きる。

【００２３】また、上記実施例では、累積ヒストグラム
のグラフ形状を探索し、平坦部と４５度に単調増加する
部分を検出しているが、グラフ上を辿って１３５度に近
い角度を持つ屈曲点を検出し、その屈曲点を境界点とし
ても良い。つまり累積ヒストグラムのグラフ上を始点か
ら順に部分追跡して、始点方向から１３５゜の角度の屈
曲点を検出する。

【００２４】この屈曲点は上記実施例で述べた所の、平
坦部から４５゜の角度で単調増加部に移行する境目の点
と同じものである。つまり累積ヒストグラムのグラフを
始点から線分追跡する手方を用いても、境界点を屈曲点
として同様に抽出できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、２値画像から境界点を
抽出するに際し、黒画素と白画素のノイズとしての境目
を除外すると共に、黒画素領域と白画素領域との大局的
な境目を真の境界点として抽出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成ブロック図

【図２】本発明の一実施例の処理フローチャート

【図３】画像内の走査ライン上に存在する境界点を示
す図

【図４】画像内の境界点をスネークス法により求めた
例を示す図

【図５】画像内で点在している黒画素領域と白画素領
域の境界を示す図

【図６】本発明の一実施例による走査ラインの設定方
法を示す図

【図７】本発明の一実施例による走査ライン上の境界
点探索を示す図

【図８】本発明の一実施例による累積ヒストグラムの
作成方法を示す図

【図９】画像内での走査ライン及び周辺画素の例を示
す図

【図１０】図９の走査ラインに対する累積ヒストグラ
ムの第１の例を示す図

【図１１】図９の走査ラインに対する累積ヒストグラ
ムの第２の例を示す図

【図１２】図９の走査ラインに対する累積ヒストグラ
ムの第３の例を示す図

【図１３】本発明の第２の実施例の処理フローチャー
ト

【符号の説明】

１１…画像入力部１２…走査ライン設定部１３…累積ヒストグラム作成部１４…境界点抽出部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２値画像に対して走査ラインを設定する
走査ライン設定手段と、この走査ライン設定手段より設
定された前記２値画像の走査ライン上の画素を順次調
べ、黒画素が検出される毎に所定値ずつ加算した累積ヒ
ストグラムを前記走査ライン上の該画素位置に対応付け
て作成する累積ヒストグラム作成手段と、この累積ヒス
トグラム作成手段より作成された累積ヒストグラムの形
状に対し平坦から増加へ移行する点を抽出し、この点に
対応した前記走査ライン上の画素位置を白画素領域から
黒画素領域への境界点とする境界点抽出手段とを備えた
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記境界点抽出手段は、累積ヒストグラム
の平坦部の長さが第１のしきい値以上であり且つ単調増
加部の長さが第２のしきい値以上である場合に、前記移
行する点を抽出するものである請求項１記載の画像処理
装置。
【請求項３】前記累積ヒストグラム作成手段は、走査ラ
イン上の各画素の配列位置を横軸とし、黒画素が検出さ
れる毎に１ずつ加算した累積度数を縦軸として、前記横
軸の該画素位置に対応付けた累積ヒストグラムを作成
し、前記境界点抽出手段は、累積ヒストグラムの形状に
対して平坦部から前記縦軸の正方向とほぼ４５゜の角度
をなす単調増加部へ移行する点を抽出するものである請
求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】前記累積ヒストグラム作成手段は、走査ラ
イン上の各画素の配列位置を横軸とし、前記２値画像の
走査ライン上の画素を所定間隔で順次調べ、黒画素が検
出される毎に前記所定間隔に対応した値を加算した累積
度数を縦軸として、前記横軸の該調べた画素位置に対応
付けた累積ヒストグラムを作成し、前記境界点抽出手段
は、累積ヒストグラムの形状に対して平坦部から前記縦
軸の正方向とほぼ４５゜の角度をなす単調増加部へ移行
する点を抽出するものである請求項１記載の画像処理装
置。
【請求項５】前記累積ヒストグラム作成手段は、２値画
像内で走査ライン上の該画素を含んだライン両側の数画
素において、黒画素が存在するか或いは黒画素数が自画
素数より多い場合に所定値ずつ加算した累積ヒストグラ
ムを作成するものである請求項１記載の画像処理装置。
【請求項６】前記走査ライン設定手段は、前記２値画像
に対して境界線を抽出するに必要な本数分の異なる走査
ラインを夫々設定するものである請求項１記載の画像処
理装置。
【請求項７】２値画像に対して走査ラインを設定する走
査ライン設定手段と、この走査ライン設定手段より設定
された前記２値画像の走査ライン上の画素を順次調べ、
白画素が検出される毎に所定値ずつ加算した累積ヒスト
グラムを前記走査ライン上の該画素位置に対応付けて作
成する累積ヒストグラム作成手段と、この累積ヒストグ
ラム作成手段より作成された累積ヒストグラムの形状に
対し平坦から増加へ移行する点を抽出し、この点に対応
した前記走査ライン上の画素位置を黒画素領域から白画
素領域への境界点とする境界点抽出手段とを備えたこと
を特徴とする画像処理装置。
【請求項８】前記境界点抽出手段は、累積ヒストグラム
の平坦部の長さが第１のしきい値以上であり且つ単調増
加部の長さが第２のしきい値以上である場合に、前記移
行する点を抽出するものである請求項７記載の画像処理
装置。
【請求項９】前記累積ヒストグラム作成手段は、走査ラ
イン上の各画素の配列位置を横軸とし、白画素が検出さ
れる毎に１ずつ加算した累積度数を縦軸として、前記横
軸の該画素位置に対応付けた累積ヒストグラムを作成
し、前記境界点抽出手段は、累積ヒストグラムの形状に
対して平坦部から前記縦軸の正方向とほぼ４５゜の角度
をなす単調増加部へ移行する点を抽出するものである請
求項７記載の画像処理装置。
【請求項１０】前記累積ヒストグラム作成手段は、走査
ライン上の各画素の配列位置を横軸とし、前記２値画像
の走査ライン上の画素を所定間隔で順次調べ、白画素が
検出される毎に前記所定間隔に対応した値を加算した累
積度数を縦軸として、前記横軸の該調べた画素位置に対
応付けた累積ヒストグラムを作成し、前記境界点抽出手
段は、累積ヒストグラムの形状に対して平坦部から前記
縦軸の正方向とほぼ４５゜の角度をなす単調増加部へ移
行する点を抽出するものである請求項７記載の画像処理
装置。
【請求項１１】前記累積ヒストグラム作成手段は、２値
画像内で走査ライン上の該画素を含んだライン両側の数
画素において、白画素が存在するか或いは白画素数が黒
画素数より多い場合に所定値ずつ加算した累積ヒストグ
ラムを作成するものである請求項７記載の画像処理装
置。
【請求項１２】前記走査ライン設定手段は、前記２値画
像に対して境界線を抽出するに必要な本数分の異なる走
査ラインを夫々設定するものである請求項７記載の画像
処理装置。