JP3289204B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、画像を入力して特徴
量の計測やパターンマッチングなどの画像処理を実行す
る装置に関連し、殊にこの発明は、画像処理をリアルタ
イムで行うことが可能な画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像処理装置は、アナロ
グ量の映像信号を入力してディジタル量の画像データに
変換した後、この画像データに対して所定の画像処理を
実行している。

【０００３】図１６は、従来の濃淡画像処理装置の一例
を示すもので、画像入力部５２，画像メモリ５３，画像
出力部５４，ビデオモニタ５５，アドレス／データバス
５６，タイミング制御部５７，ＣＰＵ５８，画像処理実
行部５９，ＲＯＭ６０，ＲＡＭ６１，Ｉ／Ｏ制御部６２
などから構成されている。

【０００４】撮像装置５１から入力されたアナログ量の
映像信号は、画像入力部５２によりＡ／Ｄ変換され、デ
ィジタル量の画像データが画素単位で画像メモリ５３に
格納される。ＣＰＵ５８および画像処理実行部５９は、
タイミング制御部５７により発生されるサンプリングク
ロックＣＫ，水平同期信号ＨＤ，垂直同期信号ＶＤに基
づくタイミングで、前記画像メモリ５３内の画像につい
て特徴量を計測するなどの画像処理を実行する。

【０００５】この際、画像処理の所用時間を短縮するた
めに、画像処理の対象領域を限定することが一般に行わ
れている。その具体的な方法として、画像処理に先立
ち、対象物体のモデル画像をあらかじめ登録しておき、
対象物の画像を入力したとき、その入力画像において前
記モデル画像と相関の高い領域を抽出し、この領域を画
像処理の対象領域として設定するという方法が一般に用
いられている。

【０００６】図１７は、上記の画像処理のタイミングを
垂直同期信号ＶＤにより示してある。同図において、時
刻ＡからＢの間で、入力画像がＡ／Ｄ変換されて画像メ
モリに格納され、つぎの時刻ＢからＣの間で前記した対
象領域を抽出して設定するための処理（以下「サーチ処
理」という）が行われる。つぎの時刻ＣからＤの間で
は、設定された対象領域についての画像処理が実行され
るもので、以下、画像入力がある毎に、上記した３段階
の処理が繰り返し実行される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、入力画像の格納処理後に対象領域のサーチ処
理が行われるため、前処理時間が長くなり、画像処理を
十分に高速化できないという問題がある。

【０００８】この発明は、上記問題に着目してなされた
もので、入力画像の格納処理と対象領域の設定処理とを
並行して行うことにより、画像処理の前処理時間を短縮
して、画像処理の高速化を実現した画像処理装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、画像
を入力して所定の画像処理を行うための画像処理装置に
おいて、前記入力画像を格納するための記憶手段と、前
記入力画像に画像処理の対象領域を設定するための領域
設定手段と、前記入力画像を前記記憶手段および領域設
定手段に並行して入力する画像入力手段と、前記記憶手
段に格納された画像を前記領域設定手段により設定され
た領域について画像処理する画像処理実行手段とを備え
たものである。さらに前記領域設定手段は、あらかじめ
求められたモデル画像を登録するモデル画像記憶手段
と、前記入力手段から画像が入力される毎に、その入力
画像とモデル画像との相関演算を実行して前記画像処理
の対象領域を決定する演算手段とを備えている。

【００１０】請求項２の発明では、前記領域設定手段
は、前記モデル画像記憶手段に記憶されたモデル画像の
全体を用いて画像処理の対象領域を設定する。

【００１１】請求項３の発明では、前記領域設定手段
は、前記モデル画像記憶手段に記憶されたモデル画像の
一部を用いて画像処理の対象領域を設定する。

【００１２】請求項４の発明では、前記領域設定手段
は、前記モデル画像記憶手段に記憶されたモデル画像の
一部を用いて画像処理の対象領域の候補を複数設定し、
いずれかの候補の中から画像処理の対象領域を確定す
る。

【００１３】請求項５の発明では、前記領域設定手段
は、前記入力画像から網点画像を生成する網点画像生成
手段を具備し、前記演算手段は、前記網点画像生成手段
により生成された網点画像と前記モデル画像記憶手段に
記憶されたモデル画像との相関演算を実行して画像処理
の対象領域を決定する。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【作用】この発明によれば、画像処理のための入力画像
が格納されるのに並行して、この入力画像に画像処理の
対象領域を設定するための処理が行われるので、画像処
理の前処理時間はが大幅に短縮され、画像処理の高速化
を実現することができる。

【００１８】請求項３，４の発明では、モデルの画像の
一部を用いて画像処理の対象領域を設定するので、画像
処理を一層高速化できる。

【００１９】請求項５の発明では、入力画像を網点画像
に変換した後、あらかじめ求められたモデル画像との相
関関係により画像処理の対象領域を設定するので、ハー
ドウェアの小規模化と製作コストの低減化とを実現する
ことができる。

【００２０】

【００２１】

【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる濃淡画
像処理装置の回路構成を示す。この濃淡画像処理装置
は、撮像装置１からの映像信号を取り込んで所定の画像
処理を行うもので、画像入力部２，領域設定部３，画像
メモリ４，画像出力部５，ビデオモニタ６，アドレス／
データバス７，タイミング制御部８，ＣＰＵ９，画像処
理実行部１０，ＲＯＭ１１，ＲＡＭ１２，Ｉ／Ｏ制御部
１３などを構成として含んでいる。

【００２２】前記画像入力部２は、撮像装置１からのア
ナログ量の映像信号を入力し、ディジタル量の濃淡画像
データに変換する。この濃淡画像データは、０〜２５５
階調のいずれかの値をとり、領域設定部３と画像メモリ
４とに同時に取り込まれる。

【００２３】前記領域設定部３は、入力された濃淡画像
データ内の画像処理の対象領域（以下単に「対象領域」
という）を設定するためのもので、所定のモデルを撮像
して得られたモデル画像データをあらかじめ記憶してお
き、画像入力部２から濃淡画像データが入力される毎
に、前記モデル画像データと最も相関の高い領域を画像
処理の対象領域として決定し、その相関値および位置デ
ータを出力する。また画像メモリ４は、１フレーム分の
濃淡画像データを画素単位で格納する。前記領域設定部
３で得られた対象領域の設定データおよび画像メモリ４
内の画像データは、アドレス／データバス７を介して、
ＣＰＵ９および画像処理実行部１０によりアクセスされ
る。

【００２４】画像出力部５は、画像メモリ４に格納され
た濃淡画像データを随時読み出してＤ／Ａ変換を行い、
得られたアナログ量の画像信号をビデオモニタ６に表示
させる。

【００２５】タイミング制御部８は、同期信号を発生し
て、画像入力部２，領域設定部３，画像メモリ４，画像
出力部５へ出力する。この同期信号には、図２に示すよ
うなタイミングのサンプリングクロックＣＫ，水平同期
信号ＨＤ，垂直同期信号ＶＤが含まれ、構成各部はこれ
ら同期信号のタイミングで動作する。

【００２６】画像処理実行部１０は、前記領域設定部３
の出力した対象領域の設定データを受け取り、画像メモ
リ４に格納された画像データのうちこの対象領域に該当
する画像データについて、所定の画像処理を実行する。

【００２７】ＣＰＵ９は、ＲＯＭ１１に格納されたプロ
グラムに基づき、ＲＡＭ１２を作業エリアとして、前記
した一連の動作の制御を行うほか、前述した領域設定部
３に格納するためのモデル画像データを生成する。Ｉ／
Ｏ制御部１３は、キーボードやプリンタなどの入出力装
置に接続され、入出力動作の制御を行う。

【００２８】図３は、前記領域設定部３の構成を示す。
この領域設定部３は、多数個のラインメモリ１５，相関
演算部１６，モデル画像記憶部１７，ピークホールド回
路１８，Ｉ／Ｏ制御部１９などから構成されており、順
次入力される濃淡画像データにつき、あらかじめ記憶さ
れたモデル画像データの大きさに相当する局所領域を設
け、この局所領域内の画像データとモデル画像データと
の相関をとる。

【００２９】図４は、前記モデル画像データの一例を示
す。このモデル画像データ３０は、あらかじめ撮像装置
１により対象物のモデルを撮像して得られた画像から生
成され、前記モデル画像記憶部１７に登録される。この
モデル画像は、モデルの画像部分３１および背景の画像
部分３２より成り、Ｍ行×Ｎ列のデータ構成をとってい
る。

【００３０】図３に戻って、各ラインメモリ１５は、１
水平ラインに相当する濃淡画像データを記憶するもの
で、Ｍ−１個のラインメモリ１５が直列に接続されてい
る。Ｍ行にわたる各画素についてのデータが取り込まれ
ると、各ラインメモリ１５の各画素データが一斉に出力
される。

【００３１】図５は、相関演算部１６の回路構成を示
す。この相関演算部１６は、行方向にＭ／４個、列方向
にＮ／４個のマトリクス状に配列された局所相関演算器
２０と加算回路２１とから成るもので、各局所相関演算
器２０は、所定サイズ（この実施例では４行×４列）に
含まれる各画素の画素データの総和とモデル画像データ
との差の絶対値を局所相関値として算出する。

【００３２】各局所相関演算器２０は、図６に示すよう
に、１６個のフリップフロップ２２，黒画素計数回路２
３，テキストレジスタ２４，減算器２５，絶対値回路２
６を含む。各フリップフロップ２２は４行×４列のマト
リクス状に配置され、前記局所領域に含まれる各画素デ
ータをそれぞれ記憶する。

【００３３】前記黒画素計数回路２３は各フリップフロ
ップ２２で保持された画素データのうち、黒画素を表す
画素データ、すなわちあらかじめ設定された所定のしき
い値を越える画素データの個数を計数する。テキストレ
ジスタ２４は前記モデル画像記憶部１７より与えられる
モデル画像データ３０についての黒画素数を記憶する。
減算器２５は黒画素計数回路２３の計数値から前記黒画
素データを減算する。絶対値回路２６は前記減算器２５
による減算値の絶対値を局所相関値として算出し、加算
回路２１へ出力する。

【００３４】各局所相関演算器２０で算出された局所相
関値は加算回路２１で加算され、その加算値は相関値と
して前記ピークホールド回路１８へ出力される。

【００３５】図７は、前記ピークホールド回路１８の具
体的な回路構成例である。このピークホールド回路１８
は、前記相関演算部１６で算出された相関値の最小値
（ピーク相関値）を保持し、１領域処理完了後にピーク
相関値と、そのピーク相関値が得られた領域の座標位置
（ピーク座標値Ｘ，Ｙ）とを出力するものであり、Ｘカ
ウンタ３５，Ｙカウンタ３６，フリップフロップ３７〜
４０，コンパレータ４４，フリップフロップ４１〜４３
を含む。

【００３６】前記Ｘカウンタ３５はサンプリングクロッ
クＣＫを計数して局所領域のＸ座標位置を、またＹカウ
ンタ３６は水平同期信号ＨＤを計数して局所領域のＹ座
標位置を、それぞれ計測する。Ｘカウンタ３５は水平同
期信号ＨＤにより、またＹカウンタ３６は垂直同期信号
ＶＤにより、それぞれの計数値がクリアされる。

【００３７】フリップフロップ３７は前記相関演算部１
６より入力した相関値を、またフリップフロップ３８は
処理過程での相関値の最小値（ピーク相関値）を、それ
ぞれ記憶する。フリップフロップ３９，４０は前記フリ
ップフロップ３８が記憶するピーク相関値が得られたと
きのＸカウンタ３５およびＹカウンタ３６の各計数値を
記憶する。

【００３８】コンパレータ４４は、フリップフロップ３
７の記憶データをＡ入力とし、フリップフロップ３８の
記憶データをＢ入力として、その大小を比較するもの
で、Ａ入力がＢ入力より小さいとき、そのときのフリッ
プフロップ３７の内容をフリップフロップ３８に記憶さ
せる。

【００３９】次の垂直同期信号ＶＤが入力されると、フ
リップフロップ３８がプリセットされると同時に、各フ
リップフロップ３８，３９，４０の記憶データが、それ
ぞれフリップフロップ４１，４２，４３に出力される。
これらのデータはさらに前記Ｉ／Ｏ制御部１９を介して
アドレス／データバス７へ出力される。ＣＰＵ９はこれ
らのデータを読み取って、入力された１画面分の濃淡画
像データにおいてモデル画像データとの相関が最も高く
なる位置データを得、この位置を画像処理の対象領域の
設定位置として決定する。

【００４０】図８は、上記の構成による処理のタイミン
グを垂直同期信号ＶＤにより示してある。図中、時刻Ａ
からＢの間で、入力画像の画像メモリ４への格納と並行
して対象領域設定部３によるサーチ処理が行われ、つぎ
の時刻ＢからＣの間で、画像処理実行部１０により設定
された対象領域に含まれる画像メモリ４内の画像データ
が読み出され、所定の画像処理が実行される。

【００４１】なお、前記モデル画像データ３０は、あか
らじめ標準的なモデルを撮像装置により撮像して得られ
た濃淡画像から生成するほか、Ｉ／Ｏ制御部１３を介し
て他の画像処理装置で生成された画像データを入力し、
モデル画像記憶部１７に登録するようにしても良い。

【００４２】また登録するモデル画像データとして、モ
デルの画像全体に限らず、図９（１）に示すようなモデ
ル画像の部分画像３３を登録し、この画像３３に対応す
る入力画像中の領域をサーチするようにしてもよい。こ
の場合、前記領域設定部３では、図９（２）に示すよう
に、部分画像３３により入力画像を走査し、部分画像３
３と相関の高い複数の領域３４を対象領域の候補として
仮設定する。この領域３４の仮設定を受けて、ＣＰＵ９
は各領域３４の位置や他の画像部分との関わりなどから
いずれかの領域を対象領域として確定する。

【００４３】図１０は、上記の処理のタイミングを垂直
同期信号ＶＤにより示すもので、時刻ＡからＢの間で入
力画像の画像メモリ４への格納と領域設定部３による画
像処理の対象領域の候補がサーチされた後、つぎの時刻
ＢからＣの間で対象領域の確定処理および確定した対象
領域内の画像処理が行われる。

【００４４】上記実施例は、いずれも８ビットの濃淡画
像データを扱うものであるが、図１の構成において、画
像入力部２，領域設定部３，画像メモリ４，画像出力部
５をそれぞれカラー画像の３原色の信号、すなわち赤成
分，青成分，緑成分の各信号に対応させて３系統設ける
ことにより、カラー画像を扱うこともできる。また処理
対象となるデータのビット数を減らしてハードウエア構
成を小型化することも可能である。図１１は、対象領域
の設定のためのデータを１ビット構成にしたもので、第
１の実施例の画像入力部２と領域設定部３との間に網点
画像生成部１４を介在させている。

【００４５】画像入力部２は入力されたアナログ量の映
像信号をディジタル量の濃淡画像データに変換し、これ
を画像メモリ４および網点画像生成部１４に同時に出力
する。網点画像生成部１４は、この濃淡画像を誤差拡散
法を用いて１ビットの網点画像に変換して出力し、領域
設定部３は、この網点画像を用いて前述と同様のサーチ
処理を実行する。なお、他の構成については、第１の実
施例と同様であり、ここではその説明を省略する。

【００４６】図１２は、前記網点画像生成部１４による
網点画像の生成過程を示す。同図中、６０は濃淡画像で
あって、この濃淡画像６０を構成する各画素の画素デー
タは８ビットの構成を持ち、０〜２５５階調のいずれか
の値をとる。また６１は黒画素の密度をもって濃度が表
現された網点画像であって、この網点画像６１を構成す
る各画素の画素データは０または１のいずれか値をと
る。誤差拡散法によると、濃淡画像データを２値化して
も濃淡画像の濃度が保存されるもので、濃淡画像６０に
おける局所領域６２の濃度平均は網点画像６１における
対応する局所領域６３の濃度平均に一致する。

【００４７】図１３は前記誤差拡散法の原理を示す。同
図中、各枡目６４は濃淡画像の各画素である。この誤差
拡散法では、２値化処理の対象である着目画素６４Ａの
座標位置を（ｘ，ｙ）とし、その画素データ（濃度）を
所定のしきい値で２値化したときの誤差をｅとすると、
（ｘ＋１，ｙ）の座標位置の画素６４Ｂにはその誤差の
１／２が、（ｘ，ｙ＋１）の座標位置の画素６４Ｃには
１／４が、（ｘ−１，ｙ＋１）および（ｘ＋１，ｙ＋
１）の各座標位置の画素６４Ｄ，６４Ｅには１／８が、
それぞれ拡散量として付加される。

【００４８】図１４は、前記網点画像生成部１４の具体
的な回路構成例を示すもので、複数個のフリップフロッ
プ６５〜６９と複数個の加算器７０〜７３とを含む他、
遅延回路７４，コンパレータ７５，乗算器７６，減算器
７７，除算器７８などで構成される。

【００４９】フリップフロップ６５は着目画素６４Ａ
（座標位置が（ｘ，ｙ）の画素）の画素データを記憶
し、他のフリップフロップ６６〜６９はその周辺画素、
すなわち座標位置が（ｘ＋１，ｙ）（ｘ，ｙ＋１）（ｘ
−１，ｙ＋１）（ｘ＋１，ｙ＋１）の各画素６４Ｂ〜６
４Ｅの画素データを記憶する。各加算器７０〜７２はこ
れら周辺画素の画素データに前記の各拡散量を加算する
ためのものである。

【００５０】前記遅延回路７４は濃淡画像データを１水
平ラインだけ遅延させる。コンパレータ７５は着目画素
６４Ａの画素データを所定の２値化しきい値ＴＨと比較
し、フリップフロップ６５からの入力Ａがしきい値入力
Ｂより大きければ（Ａ＞Ｂ）、２値画素データとして
「１」を、それ以外（Ａ≦Ｂ）であれば「０」を、それ
ぞれ乗算器７６へ出力する。

【００５１】前記乗算器７６はコンパレータ７５からの
２値画素データに２５６階調の最大値「２５５」を乗算
し、前記減算器７７は乗算器７６の出力（「２５５」ま
たは「０」）より前記フリップフロップ６５の出力（着
目画素６４Ａの画素データ）を減算して誤差ｅを算出す
る。従ってもし着目画素６４Ａの画素データが２値化し
きい値ＴＨより大きければ、減算器７７からは正の誤差
ｅが、また２値化しきい値ＴＨ以下であれば、減算器７
７からは負の誤差ｅが、それぞれ除算器７８へ与えられ
る。

【００５２】図１５には、着目画素６４Ａの画素データ
と２値化しきい値ＴＨと誤差ｅとの関係が示してある。

【００５３】前記除算器７８は前記減算器７７より与え
られる誤差ｅを１／２倍，１／４倍，１／８倍して拡散
量を算出するもので、ｅ／２の拡散量が加算器７０へ、
ｅ／４の拡散量が加算器７１へ、ｅ／８の拡散量が加算
器７２，７３へ、それぞれ与えられる。サンプリングク
ロックＣＫの入力がある毎に着目画素６４Ａの画素デー
タの２値化処理と周辺画素への拡散処理とが繰り返し実
行される。

【００５４】なおこの実施例では、領域設定部３にはモ
デル全体またはモデルの部分についての網点画像がモデ
ル画像データとして登録されており、前記網点画像生成
部１４により変換された網点画像を順次このモデル画像
データと比較することにより、モデル画像データと最も
相関の高い領域の位置が求められる。

【００５５】また上記実施例では、誤差拡散法により濃
淡画像データを２値化処理して１ビット構成の網点画像
に変換しているが、これに限らず、複数のしきい値を設
けて同様の誤差拡散法を行い、濃淡画像データのビット
数を減らして疑似中間調の画像データに変換することも
可能である。この方法によれば、例えば０〜２５５階調
の中に３つのしきい値を設けることにより、８ビット構
成の濃淡画像を２ビット構成の疑似中間調の網点画像に
変換することができる。

【００５６】

【発明の効果】この発明は上記の如く、画像処理のため
の入力画像が格納されるのに並行して、この入力画像に
画像処理の対象領域を設定するための処理を実行するよ
うにしたので、画像処理の前処理時間が大幅に短縮さ
れ、画像処理の高速化を実現することができる。

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる濃淡画像処理装置
の回路構成を示すブロック図である。

【図２】タイミング制御部により生成される同期信号を
示すタイムチャートである。

【図３】領域設定部の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図４】モデル画像データの構成を示す説明図である。

【図５】相関演算部の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図６】局所相関演算器の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図７】ピークホールド回路の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】濃淡画像処理装置の処理の流れを示す説明図で
ある。

【図９】部分画像から成るモデル画像データと入力画像
中に仮設定される領域とを示す説明図である。

【図１０】濃淡画像処理装置の処理の流れを示す説明図
である。

【図１１】この発明の他の実施例にかかる濃淡画像処理
装置の回路構成を示すブロック図である。

【図１２】濃淡画像より網点画像を生成する過程を示す
説明図である。

【図１３】誤差拡散法の原理を示す説明図である。

【図１４】網点画像生成部の回路構成を示すブロック図
である。

【図１５】着目画素の画素データと２値化しきい値と誤
差との関係を示す説明図である。

【図１６】従来の濃淡画像処理装置の回路構成を示すブ
ロック図である。

【図１７】従来の濃淡画像処理装置の処理の流れを示す
説明図である。

【符号の説明】

２ 画像入力部 ３ 領域設定部 ４ 画像メモリ ９ ＣＰＵ １０ 画像処理実行部 １４ 網点画像生成部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−348850（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−243242（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−252379（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−229678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−169986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−82244（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 7/00 - 7/60 G06T 1/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を入力して所定の画像処理を行うた
   めの画像処理装置において、 前記入力画像を格納するための記憶手段と、前記入力画像に 画像処理の対象領域を設定するための領
   域設定手段と、前記入力画像を前記記憶手段および領域設定手段に並行
   して入力する画像入力手段と、 前記記憶手段に格納された画像を前記領域設定手段によ
   り設定された領域について画像処理する画像処理実行手
   段とを備え、 前記領域設定手段は、あらかじめ求められたモデル画像
   を登録するモデル画像記憶手段と、前記入力手段から画
   像が入力される毎に、その入力画像とモデル画像との相
   関演算を実行して前記画像処理の対象領域を決定する演
   算手段とを備えて成る 画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記領域設定手段は、前記モデル画像記
   憶手段に記憶されたモデル画像の全体を用いて画像処理
   の対象領域を設定する請求項１に記載された画像処理装
   置。
3. 【請求項３】 前記領域設定手段は、前記モデル画像記
   憶手段に記憶されたモデル画像の一部を用いて画像処理
   の対象領域を設定する請求項１に記載された画像処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記領域設定手段は、前記モデル画像記
   憶手段に記憶されたモデル画像の一部を用いて画像処理
   の対象領域の候補を複数設定し、いずれかの候補の中か
   ら画像処理の対象領域を確定する請求項１または３に記
   載された画像処理装置。
5. 【請求項５】 前記領域設定手段は、前記入力画像から
   網点画像を生成する網点画像生成手段を具備し、前記演
   算手段は、前記網点画像生成手段により生成された網点
   画像と前記モデル画像記憶手段に記憶されたモデル画像
   との相関演算を実行して画像処理の対象領域を決定する
   請求項１〜４のいずれかに記載された画像処理装置。