JP3441858B2 - 画像処理方法及びその装置 - Google Patents
画像処理方法及びその装置Info
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Description
ァクシミリ装置、プリンタ装置、スキャナなどのように
画像信号を入力して処理する画像処理装置及びその方法
に関するものである。
のイメージセンサで読取り、その画像信号に対してエッ
ジ強調処理、平滑化処理を行なったり、或は画像を認識
するためのパターン認識処理等を行うために、画像デー
タに2次元的空間フィルタを示すマトリクスデータをか
ける等の演算を行っている。この演算処理は複雑で、し
かも1画素を読み取る度に行わなければならないため
に、それまでに読取った画像信号を所定の領域に亙って
2次元的に記憶し、その記憶されている2次元の画像信
号に対してハードウェアによる積和演算等を行う必要が
ある。
ジタル・シグナル・プロセッサ)が開発され、このよう
なDSPを用いて、NTSC等の高速ビデオ信号をリア
ルタイムに入力して処理することが可能になってきてい
る。このようなDSPは、その内部に多数組の算術演算
ユニット(ALU)を備え、1ラスタの各画素を複数の
ALUにより同時に並列処理することが可能となってい
る。
前者のハードウェアによる積和演算では、その画像デー
タに対する画像処理領域を広げた場合には、その回路規
模が増大し、安価な回路構成では実現できなくなる。
又、後者のようにDSPを使用した回路を用いても、処
理対象となる画像データの領域が、そのDSPの仕様に
より制限されてしまう。また例え広範囲に亙る画像処理
が可能であっても、DSPの処理時間が所定時間内に収
まらなくなる等の問題があった。
で、単一のプログラムで動作する複数の演算ユニットを
備え、それら演算ユニットを並行して動作させることに
より、高速に2次元画像データと2次元の演算係数との
演算を行うことができる画像処理装置及びその方法を提
供することにある。また本発明の目的は、単一のプログ
ラムで動作する複数の演算ユニットにより演算された結
果を他の演算ユニットが使用して演算することにより、
演算に要する時間を短縮して画像を処理できる画像処理
装置及びその方法を提供することにある。
に本発明の画像処理装置は以下のような構成を備える。
即ち、単一のプログラムで動作する複数の演算ユニット
を有する並列処理型DSPを用いて画像を処理する画像
処理装置であって、前記複数の演算ユニットのそれぞれ
を使用して、所定量の画像データと演算対象データの所
定量とを画素単位に演算する演算手段と、前記演算手段
により演算された演算結果を各演算ユニット毎に記憶す
る記憶手段と、前記記憶手段に記憶された他の演算ユニ
ットにより演算された演算結果を少なくとも用いて、前
記演算結果を集計する集計手段とを有し、 前記複数の演
算ユニットを並行して実行させることにより前記画像の
処理結果を得るようにしたことを特徴とする。
像処理方法は以下のような工程を備える。即ち、単一の
プログラムで動作する複数の演算ユニットを有する並列
処理型DSPを用いて画像を処理する画像処理方法であ
って、画像データと所定の2次元データのそれぞれを、
各列が同じデータ数となるように列単位に分割し、該列
単位に分割した画像データのそれぞれに対し、1の演算
ユニットを割り当て、各演算ユニットが担当する画像デ
ータ列と、前記2次元データの全ての列とを演算し、所
定の演算ユニットが、隣接する演算ユニットの演算結果
を少なくとも用いて演算することを特徴とする。また上
記目的を達成するために本発明の画像処理方法は以下の
ような工程を備える。即ち、 単一のプログラムで動作す
る複数の演算ユニットを有する並列処理型DSPを用い
て画像を処理する画像処理方法であって、画像データと
所定の2次元データのそれぞれを、各行が同じデータ数
となるように行単位に分割し、該行単位に分割した画像
データのそれぞれに対し、1の演算ユニットを割り当
て、各演算ユニットが担当する画像データ行と、前記2
次元データの全ての行とを演算し、所定の演算ユニット
が、隣接する演算ユニットの演算結果を少なくとも用い
て演算することを特徴とする。
記所定量の画像データは、前記演算対象データの1列デ
ータ数に応じた1列分の画像データである。更に本実施
の形態によれば、前記所定量の画像データは、前記演算
対象データの1行データ数に応じた1行分の画像データ
である。
対象データは、前記画像データとのマッチングを比較す
るマッチングデータである。また本実施の形態によれ
ば、前記演算対象データは、前記画像データを平滑化処
理するマトリクスデータである。以下、添付図面を参照
して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
を示すブロック図である。図1において、101はこの
画像処理装置全体を制御するCPU、102はCPU1
01により実行される制御プログラムや各種データを記
憶しているプログラムメモリである。尚、このプログラ
ムメモリ102に記憶されている制御プログラムは、例
えばハードディスク或はフロッピィディスクよりロード
されたプログラムであっても良い。103はRAMで、
CPU101による制御の実行時に各種データを一時的
に保存するとともに、スキャナ104などから入力され
た画像データ110や、その画像データとのマッチング
を判定するためのマッチングデータ111等を記憶して
いる。スキャナ104は、原稿画像を光電的に読取って
入力している。尚、RAM103に記憶されている画像
データ110は、例えばハードディスク或は通信回線を
介してロードされた画像データであっても良い。
で構成され、入力した画像データやオペレータへのメッ
セージなどを表示している。106は、図2を参照して
後述するDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)
で、例えばTI(テキサスインスツルメンタル)社製の
SVP等である。107は出力部で、例えばプリンタ装
置或は通信回線に出力するためのNCU等である。10
8は上述の各部を接続するシステムバスである。
の構成を示すブロック図である。図2において、TI社
製のSVPは、システムバス108より入力バス1を介
して、40ビット幅までのラスタ画像データを入力す
る。この入力された画像データは、データ入力レジスタ
(DIR)で、最大960画素まで保持(40×960
ビット)される。このDIR2に保持された画像データ
は、並列にプロセッサ3に入力される。このプロセッサ
3は、960組のプロセッサ・エレメント(PE)を有
し、各プロセッサ・エレメントは、それぞれが128ビ
ットの2個のレジスタ・ファイル(RF0,RF1)
と、4個のワーキングレジスタ(WR)と、1つの算術
演算ユニット(ALU)を有している。
グラムメモリユニット(PM)5に記憶された単一のプ
ログラムに従って、並行して演算処理を実行することが
できる。尚、このDSP106は、隣接する4組のプロ
セッサ・エレメントのレジスタを一括して扱うことも可
能である。そして、その場合の処理結果は、24ビット
幅のデータアウトプット・レジスタ(DOR)4に転送
され、その後、並直変換されて出力データバス6より出
力される。
M103に記憶された画像データ110を入力して処理
する場合で説明するが、例えばスキャナ104等より画
像データを順次入力して処理するようにしても良い。図
3(A)(B)は、本実施の形態で説明するパターンマ
ッチングの概要を説明するための図である。
取られて入力され、RAM103に記憶された画像デー
タ110を示し、予め所定の処理が施されて2値化され
ている。一方、マッチングデータ111は、10画素×
10画素で構成され、画像データの中から抽出したい形
状を表す100画素分の2値のデータ群である。従っ
て、このマッチングデータ111の各画素と、その各画
素に1対1に対応している画像データ110の各画素の
それぞれとを比較して、一致した画素の数を加算すれ
ば、この画像データ110とマッチングデータ111と
の一致度を求めることができる。即ち、いま注目する画
像データ(x,y)の周辺の一致度SS(x,y)は、
している。
の位置を1画素ずつずらして順次行うことにより達成さ
れる。上記処理を上述の並列処理型DSP106を用い
て実現する場合を、より明確に説明するために、図4
(A)(B)を参照して演算処理の分割について述べ
る。
ングデータ111は、各々10画素分毎に列状にM0〜
M9に分割され、この分割された画素位置に対応する画
像データも同様に、図4(A)に示すように、列状に1
0画素分ずつ分割し、各列をB(x)〜B(x+9)に
より定義する。つまり、 M0={M(0,0),M(0,1),…,M(0,
9)} : : M9={M(9,0),M(9,1),…,M(9,
9)} また、 B(x)={B(x,0),B(x,1)…B(x,
9)} B(x+1)={B(x+1,0),B(x+1,1)
…B(X+1,9)} : : B(x+9)={B(x+9,0),B(x+9,1)
…B(x+9,9)} となる。
現できる。 SS(x,y)=B(x)※M0+B(x+1)※M1+B(x+2)※M2 + … +B(x+9)※M9 =S(x,0)+S(x,1)+S(x,2)+…+S(x,9) …式(2) 但し、ここで、 S(x,0)=B(x)※M0 S(x,1)=B(x+1)※M1 S(x,2)=B(x+2)※M2 : : S(x,9)=B(x+9)※M9と定義している。
理型DSP106を用いて、このような処理を行う場合
について詳説する。このDSP106において、前述し
たように各プロセッサ・エレメント(PE)は各々12
8ビットのレジスタファイル(RF0,RF1)を2個
有しており、ラスタ入力された8ビットの画像データは
所定の処理を施した上で、このレジスタファイルの1部
に2値データとして格納される。
{B(x,0),B(x,1)…B(x,9)}]は、
x番目のPEが担当する列状の10画素分の画像データ
であり、そのうちB(x,0)は、いま入力されたラス
タに含まれる画素データである。そして、B(x,1)
は1ラスタ前、B(x,9)は、9ラスタ前に入力され
た画素データである。このDSP106は、960個の
PEを有しているため、DSP106全体では、10×
960画素分の画像データを常に保持し、順次入力され
るラスタデータに応じて、最も過去のラスタデータを消
去してゆくことになる。
いて説明するが、述べるまでもなくこのDSP106で
は、960個のPEが同時に並行して処理を行ってい
る。 <エレメントデータの算出>図6は、前述の式(1)及
び(2)で示される演算処理を示すフローチャートで、
この処理を実行する制御プログラムはプログラムメモリ
(PM)5に記憶されている。
m,nを共に“0”にリセットし、ステップS2で、エ
レメントデータS(x,m)、即ち、S(x,0)を
“0”にリセットする。次にステップS3に進み、画像
データB(x,0)とマッチングデータM(0,0)と
の排他的論理和を演算し、その結果をS(x,0)に格
納する。ここで一致した場合は、そのエレメントS
(x,0)の値は“0”となる。
タB(x,1)〜B(x,9)のそれぞれと、マッチン
グデータM(0,1)〜M(0,9)のそれぞれとの排
他的論理和が取られ、その結果が、順次エレメントS
(x,0)に加算されていく。この結果、エレメントS
(x、0)として、最大“10”、最小が“0”となる
エレメントデータが得られることになる。
値が“9”になるとステップS6に進んでmの値が+1
され、ステップS8でエレメントS(x−1,1)が
“0”にクリアされる。そして再びステップS3〜S5
において、上記と同様にしてエレメントS(x−1,
1)が得られる。そしてステップS7で、エレメントS
(x−9,9)の演算が終了したと判定されると、この
演算処理が終了する。
る画像データB(x)に対するエレメントS(x,
0),S(x−1,1)〜S(x−9,9)を求めるこ
とができる。尚、このとき、X番目のPEに隣接する
(x+1)番目のPEも同様に、画像データB(x+
1)に対してエレメントS(x+1,0),S(x,
1)〜S(x−8,9)が得られており、他のPEにお
いても同様にして、そのPEに対応する画像データに対
するエレメントが求められている。
レメントデータSを表した図で、これら各エレメントデ
ータは、各PEが担当するレジスタファイル(RF0又
は1)(128ビット)の0番地から9番地に格納され
る。 <一致度データヘの加算>次に、上記演算で得られたエ
レメントデータを加算して注目画素位置における一致度
データを求める手順について述べる。
Eにおける演算処理を示すフローチャートで、この処理
を実行する制御プログラムはPM5に記憶されている。
図8において、まずステップS11で、変数nに“8”
をセットし、ステップS12で、n番地のエレメントデ
ータSに、右隣のPEが担当する(n+1)番地のエレ
メントデータSを加算する。即ち、最初は、8番地のエ
レメントデータSに、右隣のPEが担当する9番地のエ
レメントデータSを加算する。
は、このステップS12で、S(x−8,8)←S(x
−8,8)+S(x−8,9)の演算を実行し、同様
に、(x+1)番目のPEでは、S(x−7,8)←S
(x−7,8)+S(x−7,9)の演算が実行される
ことになる。他のPEに関しても同様である。
され、次にステップS12で、x番目のPEでは、S
(x−7,7)←S(x−7,7)+S(x−7,8)
の演算が実行される。このとき加算するS(x−7,
8)は前のステップでS(x−7,9)が既に加算され
ているため、結果として、この演算は、S(x−7,
7)←S(x−7,7)+S(x−7,8)+S(x−
7,9)となる。
なるまで9回繰り返すと、その結果、x番目のPEでは
S(x,0)=S(x,0)+S(x,1)+S
(x,2)+S(X,3)+S(x,4)+S(x,
5)+S(x,6)+S(x,7)+S(x,8)+S
(x,9)の演算が実行されたことになる。この式と前
述の式(2)とを比較すると明らかなように、最終的な
一致度データSS(x,y)が得られたことになる。
(x+1)番目のPEも同様に、S(x+1,0)=S
(x+1,0)+S(x+1,1)+S(x+1,2)
+S(x+1,3)+S(x+1,4)+S(x+1,
5)+S(x+1,6)+S(x+1,7)+S(x+
1,8)+S(x+1,9)の演算を実行し、その結果
を0番地に記憶している。これは注目画素の位置を、x
番目のPEに対して1画素シフトさせたS(x+1,
0)が得られたことを意味する。
行して行うことにより、入力画像データに対してマッチ
ングデータを各々1画素(1列)ずつずらした状態で、
10×10画素の画像データと、同じく10画素×10
画素のマッチングデータとの一致度を表す一致度データ
が、各PEの管理しているレジスタの0番地に確保され
ることになる。
セッサエレメント(PE)のレジスタの0番地の内容を
調べ、“0”であれば、そのマッチングデータと、対応
する10画素かける10画素の画像データとが完全に一
致していることを示し、“0”でないときは、不一致の
画素が存在し、その画素の個数も判定できる。本実施の
形態の特徴は、上記したように、各PEが担当する画像
データに対し、分割されたパターンデータ(係数デー
タ)の全てをまず演算をする。即ち、この演算結果の
内、各PEが必要なデータは1つであるが、他の隣接す
るPEが必要とする演算結果をも求めておくことによっ
て、並列処理が可能になる点にある。
順次加算することにより、広範囲に亙る2次元的な積和
演算が可能になる。尚、本実施の形態の演算例では、1
ビットの排他的論理和を求める演算回数が100回で、
1ビットの加算演算回数が約150回となり、全体とし
て250インストラクション・サイクルで演算すること
が可能である。
た機能図である。201で、画像データを入力し、2次
元画像として、RAM103の画像データ110として
記憶する。202は、この画像データ110の演算対象
であるマッチングデータ111の行又は列方向のビット
数(画素数)に応じて、その列方向の画素数が一致する
ように、画像データ110を行又は列方向に分割する。
そして203では、各PEを使用して、画像データの1
列(行)データと、マッチングデータの1列(行)とを
画素単位に演算する。こうして演算された結果が、前述
のエレメントSS(x,y)として記憶される。204
では、隣接するPEにより演算された結果を用いて、そ
の画像データとマッチングデータとの一致度を計算す
る。
ットデータ同士のパターンマッチング、換言すれば、ビ
ットデータ同士の相関演算について述べたが、前述の式
(1)において、 B(x+i,y+j)が、例えば8ビットの濃度信号で
あり、M(i,j)が一般的な空間フィルタの重み係数
とし、かつ排他的論理和(※)に代えて乗算(×)を実
施することにより、式(1)で示される演算をそのまま
2次元的な積和演算に適用することができる。即ち、平
滑化演算、エッジ強調等の処理に対しても、何等制限さ
れることなく適用可能である。
算領域を10画素×10画素の領域としたが、使用され
るDSPが少なくとも隣接する1つのPEの演算結果を
利用できれば良く、この演算領域は本実施の形態に制限
されるものではない。また、本発明は、ホストコンピュ
ータ、インタフェース、プリンタ等の複数の機器から構
成されるシステムに適用しても、複写機等の1つの機器
からなる装置に適用しても良い。また、本発明はシステ
ム或は装置にプログラムを供給することによって実施さ
れる場合にも適用できることは言うまでもない。この場
合、本発明に係るプログラムを格納した記憶媒体が本発
明を構成することになる。そして、該記憶媒体からその
プログラムをシステム或は装置に読み出すことによっ
て、そのシステム或は装置が、予め定められた仕方で動
作する。
ば、画像データと他のパターンデータ等の2次演算係数
との間で2次元的な積和演算を行う際に、画像データ及
び2次元演算係数を列状に分割し、その列状の画像デー
タに対して、並列に配置された複数の算術演算ユニット
それぞれが、全ての2次元的演算係数と演算すると共
に、その演算に際して、隣接する算術演算ユニットの演
算結果を用いて演算することにより、画像データの広い
領域の演算を高速、かつ安価に実現できる。
一のプログラムで動作する複数の演算ユニットを備え、
それら演算ユニットを並行して動作させることにより、
高速に2次元画像データと2次元の演算係数との演算を
行なうことができるという効果がある。また本発明によ
れば、単一のプログラムで動作する複数の演算ユニット
により演算された結果を他の演算ユニットが使用して演
算することにより、演算に要する時間を短縮して画像を
処理できるという効果がある。
ック図である。
る。
である。
に分割して示す図である。
レメント(PE)が担当する画素とマッチングデータと
の関係を示す図である。
との一致を示すエレメントを求めるフローチャートであ
る。
トにより算出されたエレメントデータの配列を示す図で
ある。
ータの算出処理を示すフローチャートである。
を示す機能ブロック図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 単一のプログラムで動作する複数の演算
ユニットを有する並列処理型DSPを用いて画像を処理
する画像処理装置であって、 前記複数の演算ユニットのそれぞれを使用して、所定量
の画像データと演算対象データの所定量とを画素単位に
演算する演算手段と、 前記演算手段により演算された演算結果を各演算ユニッ
ト毎に記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された他の演算ユニットにより演算
された演算結果を少なくとも用いて、前記演算結果を集
計する集計手段とを有し、 前記複数の演算ユニットを並行して実行させることによ
り前記画像の処理結果を得るようにした ことを特徴とす
る画像処理装置。 - 【請求項2】 前記所定量の画像データは、前記演算対
象データの1列データ数に応じた1列分の画像データで
あることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 【請求項3】 前記所定量の画像データは、前記演算対
象データの1行データ数に応じた1行分の画像データで
あることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 【請求項4】 前記演算対象データは、前記画像データ
とのマッチングを比較するマッチングデータであること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画
像処理装置。 - 【請求項5】 前記演算対象データは、前記画像データ
を平滑化処理するマトリクスデータであることを特徴と
する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装
置。 - 【請求項6】 前記複数の演算ユニットのそれぞれは、
前記演算手段、前記記憶手段を備えることを特徴とする
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 【請求項7】 単一のプログラムで動作する複数の演算
ユニットを有する並列処理型DSPを用いて画像を処理
する画像処理方法であって、 画像データと所定の2次元データのそれぞれを、各列が
同じデータ数となるように列単位に分割し、 該列単位に分割した画像データのそれぞれに対し、1の
演算ユニットを割り当て、各演算ユニットが担当する画
像データ列と、前記2次元データの全ての列とを演算
し、 所定の演算ユニットが、隣接する演算ユニットの演算結
果を少なくとも用いて演算することを特徴とする画像処
理方法。 - 【請求項8】 単一のプログラムで動作する複数の演算
ユニットを有する並列処理型DSPを用いて画像を処理
する画像処理方法であって、 画像データと所定の2次元データのそれぞれを、各行が
同じデータ数となるように行単位に分割し、 該行単位に分割した画像データのそれぞれに対し、1の
演算ユニットを割り当て、各演算ユニットが担当する画
像データ行と、前記2次元データの全ての行とを演算
し、 所定の演算ユニットが、隣接する演算ユニットの演算結
果を少なくとも用いて演算することを特徴とする画像処
理方法。 - 【請求項9】 前記2次元データは、前記画像データと
のマッチングを比較するマッチングデータであることを
特徴とする請求項7又は8に記載の画像処理方法。 - 【請求項10】 前記2次元データは、前記画像データ
を平滑化処理するマトリクスデータであることを特徴と
する請求項7又は8に記載の画像処理方法。
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1995
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