JP4063404B2 - 画像の選択領域抽出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は画像信号処理装置に係り、特に、2次元画像の地形的な距離に基づいてマスク領域の一部の部分集合を除去しながら、残りの部分集合を元の部分集合の形を変えることなく復元するという画像構成処理手法であるgeodesicreconstruction処理を実時間ビデオレートで実現した画像の選択領域抽出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、周知のgeodesic reconstruction処理について図6を参照して説明する。
ここに、WiとNjの集合群(それぞれ部分集合)があり、それぞれの全体集合をW、Nで表すものとする。WとNの包含関係はW⊃Nであるが、それぞれの部分集合Wi、Njについては、必ずしもNkがWkの部分集合に含まれているとは限らない。このような状態で、NをWのもとでgeodesic reconstruction処理するということは、Nの部分集合であるNjを含むWの部分集合のみを出力することを言う。図6の場合、Nの部分集合であるN1とN2を含むWの部分集合W1とW4がそれぞれN1’とN2’として出力されている。geodesic reconstruction処理に関し、例えばL.Vincent,“Morphological Grayscale Reconstruction in Image Analysis:Applications and Efficient Algorithms”,IEEE Trans.on Image Processing,Vol.2,No.2,April 1993などを参照されたい。
【0003】
また従来より、geodesic reconstruction処理においては領域Wをマスク領域、領域Nをマーカ領域と言い、2次元位置(x,y)のマスク信号およびマーカ信号に対して、“0”と“1”からなる2値信号を対応させ、それぞれ領域を“1”、領域外を“0”として、それぞれの領域を2次元画像平面上で“0”と“1”で表されるバイナリ領域信号で表現している。
【0004】
geodesic reconstruction処理に関する従来の技術としては、マーカ領域(領域N)を出発点として、このマーカ領域を含んだマスク領域(領域W)の範囲まで領域を拡張していくシーケンシャル処理が一般的である。ここで、代表的な処理の手順を以下に示す。
1)マーカ領域の境界部分の画素の水平、垂直方向の位置情報をすべてFIFO型アドレスメモリに書き込む。
2)FIFO型アドレスメモリから1つだけ位置情報を読み出し、その近傍に位置する画素がマスク領域に含まれる場合のみ、その位置に存在する画素を有効マスク領域とする。
3)有効マスク領域と判断された画素の位置情報だけをFIFO型アドレスメモリに書き込む。
4)FIFO型アドレスメモリが空になるまで、2)、3)の処理を繰り返す。
【0005】
以上の手順をハードウェアによって行うものとすると、その構成は図7に示されるものとなる。
まず、マーカ領域の境界部分の画素の水平および垂直方向の位置情報をすべてFIFO型アドレスメモリに書き込む(上記手順中、処理1))。この書き込み処理は次によって行われる。
【0006】
すなわち、マーカ信号、マスク信号は、それぞれ1および2にて示されるランダムアクセス可能な入力フレームメモリ1および入力フレームメモリ2に供給される。マーカ信号については、また、出力フレームメモリ3にも供給され、出力フレームメモリ3の該当位置に領域情報として書き込まれる。さらに、位置情報検出部4では、この検出部4に供給されたマーカ信号からマーカ領域(領域N)の領域境界が検出され、その水平方向、垂直方向の各位置情報がFIFO型アドレスメモリ5に供給されて書き込まれる。
【0007】
次に、上記手順中、処理2)から4)までの回路動作をまとめて説明する。
FIFO型アドレスメモリから1つだけ水平、垂直方向の位置情報を読み出し、次段の近傍アドレス検出部6で、読み出された水平、垂直位置の近傍の位置情報を水平および/または垂直アドレスを±1して計算する。近傍アドレス検出部6で計算された水平、垂直方向の位置情報は、それぞれ1,2で示されるマーカ信号が供給される入力フレームメモリ1、マスク信号が入力される入力フレームメモリ2のアドレス信号となり、それら入力フレームメモリ1,2から近傍アドレス検出部6で計算された水平、垂直方向位置でのマーカ領域、マスク領域の状態がそれぞれ読み出される。これら情報はアドレス信号とともに次段の論理判断処理部7に供給される。
【0008】
この論理判断処理部7は、供給された水平、垂直方向位置でのマーカ領域、マスク領域の状態について論理判断を行う部分であり、通常CPUで構成される。論理判断処理部7では、次の3つの処理を行う。すなわち、
・近傍アドレス検出部6で計算された水平、垂直方向位置がマスク領域に含まれていて、かつマーカ領域に含まれていない場合、その位置を有効領域と判断し、出力フレームメモリ3の該当位置にその領域情報を書込む。
・近傍アドレス検出部6で計算された水平、垂直方向位置がマスク領域に含まれていて、かつマーカ領域に含まれていない場合、その位置情報をFIFO型アドレスメモリ5に書き込む。
・FIFO型アドレスメモリ5が、空になったという破線にて示す空情報を受信した場合、出力フレームメモリ3の出力制御(破線で示す)を有効にし(スイッチSWをオンにする)、出力フレームメモリ3の内容を読み出して選択領域信号として出力する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
マスク領域の一部の部分集合を除去しながら、残りの部分集合をもとの部分集合の形を変えることなく復元するgeodesic reconstruction処理を上述した従来の回路構成ないし装置で行った場合、それをテレビジョン信号(一般には、ビデオ信号)の実時間ビデオレートで実現するためには、フレームごとの信号処理を一律1/30秒以内で行えばよいが、論理判断処理部を構成するCPUの処理速度の制限からビデオ信号の画像内容によっては1/30秒以内での処理を行うことは難しい。
【0010】
この問題の解決方法として、時間方向でのパラレル処理を導入することが考えられるが、やはり実時間ビデオレートで処理を終了することは難しい。なぜならば、マスク領域、マーカ領域の形状、大きさによって処理時間が異なるため、パラレル処理に必要なバッファサイズが一定しないからである。
【0011】
本発明の目的は、geodesic reconstruction処理を行うにあたって、上述したようにマスク領域、マーカ領域の形状、大きさに起因して実時間ビデオレート処理ができないという上述した問題を解決するために、適切に構成配置した画像の選択領域抽出装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明画像の選択領域抽出装置においては、マスク領域に対してマスク領域ごとに異なるラベルナンバーを付与(ラベルナンバーの付与自体は、例えばC.J.Nicol,“A Systolic Approach for Real Time Connected Component Labeling”,Computer Vision And Image Understanding,Vol.61,No.1,January,pp.17−31,1995に記載の方法によって実現する。)し、さらにマスク領域に含まれるマーカ領域に対してもマスク領域に付与したのと同一のラベルナンバーを付与し、その後、マーカ領域に付与したラベルナンバーと等しいラベルナンバーを有するマスク領域だけを選択領域として出力することにより、マーカ領域を含むマスク領域だけを選択出力するgeodesic reconstruction処理を実時間ビデオレートにて実現した。
【0013】
すなわち、本発明画像の選択領域抽出装置は、領域群Bに含まれる各領域が領域群Aに含まれるいずれかの領域に包含されるときのみ、前記領域群Bに含まれる領域を包含する領域群Aに含まれる領域を有効領域であるとして、geodesic reconstruction処理により実時間ビデオレートで抽出する画像の選択領域抽出装置において、領域群Aに含まれる各領域に対してラベリング処理を行い、各領域ごとにそれぞれ異なるラベルナンバーを所定の時間で付与し、ラベルナンバー付きマスク信号を生成して出力するマスク信号ラベリング処理部、2値のマーカ信号の真値で他の領域と区別される領域群Bに含まれる各領域について、前記所定の時間を遅延させたマーカ信号とラベルナンバー付きマスク信号との積をとることにより、それぞれの領域を包含する領域群Aの領域に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーを前記領域Bに含まれる各領域に付与し、ラベルナンバー付きマーカ信号を生成して出力するマーカ信号ラベリング処理部、およびライトモード時には前記ラベルナンバー付きマーカ信号に付与されたラベルナンバーを入力アドレスとして、該入力アドレスに対応させた有効領域とする旨のデータをメモリに格納するとともに、リードモード時にはライトモード時に対して1フレーム分遅延させた前記ラベルナンバー付きマスク信号に付与されたラベルナンバーを入力アドレスとして、前記格納された有効領域の旨のデータを前記メモリから読み出すように制御し、マーカ信号ラベリング処理部によって領域群Bに含まれる各領域に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーを有する領域群Aの領域を示す領域情報のみを有効領域として選択するように、前記ライトモード及び前記リードモードをフレーム毎に切り替え、前記メモリを一対のメモリとして構成させて実時間ビデオレートで前記有効領域の位置情報を選択領域情報として出力するラベルナンバー付きマスク領域選択部を少なくとも具えてなることを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明は、上述したように、geodesic reconstruction処理を従来の回路構成で行った場合、実時間ビデオレートではできないという問題を解決するために、ラベリング処理用回路やランダムアクセスメモリRAMを用いることにより、マスク領域、マーカ領域の形状、大きさに依存することなく、有効マスク領域を実時間ビデオレートで検出するようにしたものである。
【0015】
図面を参照して本発明の実施の形態の説明に入る前に、本出願明細書の特許請求の範囲において本発明を特徴づけている3つの構成要件ごとの動作を説明すれば、それぞれ次のようになる。
【0016】
まず、第1の要件である、領域群Aに含まれる各領域に対してラベリング処理を行い、各領域ごとにそれぞれ異なるラベルナンバーを付与するマスク信号ラベリング処理部では、領域群Aに含まれる各マスク領域ごとに異なるラベルナンバーを付与してラベルナンバー付きマスク信号を得るためにラベリング処理を行う。ラベリング処理回路は上述の文献等に従って容易に実現可能である。簡単に説明すれば、複数に領域分割された画像信号に対し、領域ごとに異なるナンバーを割り付け、領域を示す2値データの“1”に代わり、1つの領域内に含まれる全ての画素に同一の領域ナンバーを付与する処理を行う。
【0017】
次に、領域群Bに含まれる各領域に対し、それぞれの領域を包含する領域群Aの領域に付与されたのと同一のラベルナンバーを付与するマーカ信号ラベリング処理部で行う処理は、マーカ信号とラベルナンバー付きマスク信号の積をとることにより実現する。マーカ信号は領域部分が“1”、バックグラウンド部分が“0”の2値信号であり、マーカ信号として“1”が付与された領域はマスク信号として“1”が付与された領域に包含される関係にある。マーカ信号は“1”と“0”の2値信号なので、マーカ信号とラベルナンバー付きマスク信号の積をとると、マーカ領域を示す“1”の部分の全ての画素のマーカ信号が、それらマーカ信号を包含するマスク信号領域に付与されたラベルナンバーに置き換わる。
【0018】
最後の要件である、マーカ信号ラベリング処理部によって領域群Bに含まれる各領域に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーを有する領域群Aの領域で示す領域情報だけを選択領域情報として出力するラベルナンバー付きマスク領域選択部では、ラベルナンバー付きマーカ信号に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーを有するラベルナンバー付きマスク信号の領域情報を選択領域として出力する。この処理は、2個のRAMをフレーム単位でライトモード、リードモードと交互に切り替えて使うことにより実現する。ライトモード時に、ラベルナンバー付きマーカ信号に付与されたラベルナンバーをRAMの入力アドレスとし、そのアドレスに対応するデータとして、そのアドレスが有効領域であることを書き込む。そして、リードモード時には1フレーム遅延させたマスク信号に付与されたラベルナンバーをアドレスとしてRAMに書き込まれた内容を読み出し、アドレスに対応するデータに有効領域情報として書き込まれているラベルナンバーをもつマスク領域の位置情報だけを出力することにより、マーカ領域を含むマスク領域だけの選択を実時間ビデオレートで行うことが可能になる。
【0019】
以下に、図1から図5にかけて示される実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図1(a)は、マスク領域の一例、図1(b)は、マーカ領域の一例をそれぞれ示している。ここで、図1(a)で示されるマスク領域にラベリング処理を施すと図2(a)に示すようになる。図2(a)ではバックグラウンド領域に#0を、各マスク領域に相互に異なるラベルナンバーの#1〜#4を割り振っている。
【0020】
図2(a)に示される領域から、図1(b)のマーカ信号が存在する領域のみを切り出すと図2(b)に示すようにラベルナンバーが付されたマーカ領域になる。次に、図2(a)の各マスク領域の中から、図2(b)のラベルナンバー付きマーカ信号と同一のラベルナンバーが付されたマスク領域のみを選択することにより、図2(c)に示される本発明の目的とする選択されたマスク領域が抽出されることになる。
【0021】
本発明の原理的な動作は以上のとおりであるが、つぎに、この動作原理に基づいて画像の選択領域を抽出する本発明による画像の選択領域抽出装置について説明する。
図3は、本発明装置の原理的構成をブロック図にて示している。
図3において、8はマスク信号ラベリング処理部、9はマーカ信号遅延部、10はマーカ信号ラベリング処理部、および11はラベルナンバー付きマスク領域選択部である。
【0022】
動作につき説明する。
図3に示すように、マスク信号(1ビット)はマスク信号ラベリング処理部8に供給され、マスク領域の各画素にラベルナンバーが付与される(図2(a)参照)。このラベルナンバーの付与は、例えば、上述したC.J.Nicolの文献記載の方法によって行われる。
【0023】
一方、マーカ信号(1ビット)は、マスク信号がマスク信号ラベリング処理部8でラベルナンバー付与に要した時間だけマーカ信号を遅らせるためのマーカ信号遅延部9に供給され、その出力がマーカ信号ラベリング処理部10の一方の入力端子に供給される。このマーカ信号ラベリング処理部10の他方の入力端子には、図示のようにマスク信号ラベリング処理部8でラベルナンバーが付与されたマスク信号が供給され、マーカ信号ラベリング処理部10の出力端子からは、マーカ信号が“1”である領域(マーカ領域であることを示す)の各画素に、その領域を含むマスク領域に付けられたラベルナンバーと同一のラベルナンバーが付され(図2(b)参照)て出力される。
【0024】
マーカ信号ラベリング処理部10は、マーカ信号遅延部9で所定時間遅延されたマーカ信号(1ビット)と、マスク信号ラベリング処理部8でラベルナンバーが付与されたマスク信号(nビット)との両者の積をとる信号処理部であり、例えば、図4に示すような複数のAND回路をもって構成される。
【0025】
なお、上記両信号をこの図4に示す回路に通すことにより、マーカ領域でないところでは常にバックグラウンドのラベルナンバーと同一の#0が、マーカ領域では、そのマーカ領域を包含するマスク領域に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーが出力されることになる。
【0026】
図5は、図3中に示すラベルナンバー付きマスク領域選択部11の一例の回路構成を示している。
この回路は、基本的にランダムアクセスメモリを2個(図中、RAM(I)16、RAM(II)17としてそれぞれ示す)使用し、それぞれRAM(I)16、RAM(II)17の書き込みモードと読み出しモードをセレクタ(I)13、セレクタ(II)14によってフレーム単位で切り替えることにより選択領域の抽出を実現している。
【0027】
図5において、RAM(I)16およびRAM(II)17に、図に示す位相関係を有する2フレーム周期のリード信号R、ライト信号Wが制御信号として供給され、RAM(I)16およびRAM(II)17のそれぞれがフレームごとに相反的にライトモードとリードモードを繰り返す。
【0028】
まず、ライトモードの動作を説明する。
セレクタ(I)13または(II)14によって、それぞれRAM(I)16または(II)17のアドレス入力として制御信号(リード信号、ライト信号)に同期した画素位置に対応するラベルナンバー付きマーカ信号が選択され、そのアドレスに対応するデータ入力として、アドレスが有効領域(つまり、マーカ信号の領域)であるというアドレス有効データROM15からの出力信号が供給され書き込まれる。アドレス有効データROM15の出力信号は、例えば、マーカ信号が領域外、すなわち“0”のとき“0”として、マーカ信号の領域であるとき、それらがどのラベルナンバーであっても出力信号をすべて“1”とするようにしてもよい。このとき、アドレス有効データROM15の出力は1ビット(図示では、n’ビット)になる。
【0029】
次に、リードモードの動作を説明する。
セレクタ(I)13または(II)14に前置して配置された1フレーム遅延器12により1フレーム遅延されたラベルナンバー付きマスク信号が、RAM(I)16または(II)17のアドレス入力となり、そのアドレスに対応して1フレーム前のライトモード時に書き込まれたデータが、制御信号(リード信号、ライト信号)に同期した画素位置に対応した領域情報として読み出される。その結果、ラベルナンバー付きマーカ信号と同一のラベルナンバーを有する、ラベルナンバー付きマスク信号のみがRAM(I)16または(II)17から読み出されることになる。この読み出された信号は、本発明で抽出することを目的としている選択領域情報を表わす信号にほかならない。
【0030】
【発明の効果】
本発明画像の選択領域抽出装置によれば、複数のマスク領域のうち、マーカ領域を含んでいるマスク領域のみをgeodesic reconstruction処理により実時間ビデオレートで選択的に抽出することが可能になる。
【0031】
また、本発明装置によれば、本発明装置を適用することにより、本願人の出願に係る特願平9−208414号「画像の領域分割処理用ラベルマーカ生成装置および画像の領域分割処理装置」(平成9年7月18日出願)の出願明細書にて開示された、テレビジョンのフィールドスポーツ番組において選手部分を含まない競技フィールド部分のみを検出する技術を一層改善して、より安定に実時間ビデオレートで実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)に、マスク領域の一例およびマーカ領域の一例をそれぞれ示している。
【図2】(a),(b)および(c)に、ラベリング処理が施されたマスク領域、マーカ領域、および本発明により最終的に抽出されるラベリング処理が施されたマーカ領域と同一のラベルナンバーが付されたマスク領域をそれぞれ示している。
【図3】本発明の原理的構成をブロック図にて示している。
【図4】図3中のマーカ信号ラベリング処理部の一例の回路構成を示している。
【図5】図3中のラベルナンバー付マスク領域選択部の一例の回路構成を示している。
【図6】geodesic reconstruction処理を説明する図である。
【図7】geodesic reconstruction処理をハードウェアによって行う従来の回路構成を示している。
【符号の説明】
8 マスク信号ラベリング処理部
9 マーカ信号遅延部
10 マーカ信号ラベリング処理部
11 ラベルナンバー付きマスク領域選択部
12 1フレーム遅延器
13 セレクタ(I)
14 セレクタ(II)
15 アドレス有効データROM
16 RAM(I)
17 RAM(II)
Claims (1)
- 領域群Bに含まれる各領域が領域群Aに含まれるいずれかの領域に包含されるときのみ、前記領域群Bに含まれる領域を包含する領域群Aに含まれる領域を有効領域であるとして、geodesic reconstruction処理により実時間ビデオレートで抽出する画像の選択領域抽出装置において、
領域群Aに含まれる各領域に対してラベリング処理を行い、各領域ごとにそれぞれ異なるラベルナンバーを所定の時間で付与し、ラベルナンバー付きマスク信号を生成して出力するマスク信号ラベリング処理部、
2値のマーカ信号の真値で他の領域と区別される領域群Bに含まれる各領域について、前記所定の時間を遅延させたマーカ信号とラベルナンバー付きマスク信号との積をとることにより、それぞれの領域を包含する領域群Aの領域に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーを前記領域Bに含まれる各領域に付与し、ラベルナンバー付きマーカ信号を生成して出力するマーカ信号ラベリング処理部、および
ライトモード時には前記ラベルナンバー付きマーカ信号に付与されたラベルナンバーを入力アドレスとして、該入力アドレスに対応させた有効領域とする旨のデータをメモリに格納するとともに、リードモード時にはライトモード時に対して1フレーム分遅延させた前記ラベルナンバー付きマスク信号に付与されたラベルナンバーを入力アドレスとして、前記格納された有効領域の旨のデータを前記メモリから読み出すように制御し、マーカ信号ラベリング処理部によって領域群Bに含まれる各領域に付与されたラベルナンバーと同一のラベルナンバーを有する領域群Aの領域を示す領域情報のみを有効領域として選択するように、前記ライトモード及び前記リードモードをフレーム毎に切り替え、前記メモリを一対のメモリとして構成させて実時間ビデオレートで前記有効領域の位置情報を選択領域情報として出力するラベルナンバー付きマスク領域選択部を少なくとも具えてなることを特徴とする画像の選択領域抽出装置。
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