JP4409072B2 - 輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の視覚センサを用いて取得した画像中の対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等の視覚センサを用いて撮像された画像から複数の物体の輪郭を抽出する手法として、動的輪郭モデルを用いた手法が知られている。この輪郭抽出手法は、スネーク（ｓｎａｋｅｓ）と呼ばれる動的な閉曲線による輪郭線モデルを用いることが特徴で、画像中で物体の形状が時間的に変化していても対象物体の形状の抽出が可能であるという特徴を有している。このスネークは、対象物体の形状とスネークの形状が一致したときにエネルギーが最小になるように、その位置と形状によりエネルギー関数を設定する。具体的には曲線の滑らかさによる内部的なエネルギー、曲線と対象物体の輪郭との誤差のエネルギー、外的な拘束力によるエネルギーなどの和によって定義される。
画像中の対象物体の輪郭に対して、エネルギーが局所最小解に到達するまで、位置と形状を動的に調整していくことによって、輪郭形状の抽出問題がエネルギー最小化という最適化問題として扱うことが可能となる。
【０００３】
ところで、前述した動的輪郭モデルを用いた輪郭抽出手法は、抽出したい対象物の数が既知である必要があったり、また、予め対象物の近傍に概略の輪郭を与える必要があるという問題がある。これを解決するために、電子情報通信学会論文誌Vol.J80-D-IINo.11 pp.2940-2948、特開平８−３２９２５４号公報等には、抽出したい対象物の数が未知の場合にも対応でき、また予め対象物の概略の輪郭を初期輪郭として指定する必要がない輪郭抽出手法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の輪郭抽出手法にあっては、輪郭抽出処理において、抽出する輪郭の形状を精度良く抽出しようとする場合、輪郭を構成する輪郭上の点（この点を節点という）の数を増やして処理する必要があるが、節点の数が増えるとその数に比例して輪郭抽出処理に要する計算時間は増大して、実時間処理が困難になるという問題がある。特に、輪郭モデルを分裂するための分裂判定を２つの節点を結ぶ線分が接触または交差するか否かによって判定を行っていたために計算負荷が増大し、結果的に計算時間が増大するために、実時間処理を行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、抽出する輪郭の形状を精度良く抽出しようとする場合においても計算時間を増大させることなく輪郭を抽出することができる輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶手段と、前記輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形手段と、前記輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定手段と、前記分裂判定手段における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂手段と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得手段とを備え、前記分裂判定手段は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【０００８】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶手段と、前記輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形手段と、前記輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定手段と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得手段とを備え、前記輪郭モデル変形手段は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、前記分裂判定手段は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【０００９】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形過程と、前記輪郭モデル変形過程によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定過程と、前記分裂判定過程における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂過程と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得過程とを有し、前記分裂判定過程は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形過程と、前記輪郭モデル変形過程によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定過程と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得過程とを有し、前記輪郭モデル変形過程は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、前記分裂判定過程は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１２】
本願発明は、撮像された画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記輪郭抽出プログラムは、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形処理と、前記輪郭モデル変形処理によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定処理と、前記分裂判定処理における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂処理と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得処理とをコンピュータに行わせ、前記分裂判定処理は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１４】
本願発明は、撮像された画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記輪郭抽出プログラムは、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形処理と、前記輪郭モデル変形処理によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定処理と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得処理とをコンピュータに行わせ、前記輪郭モデル変形処理は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、前記分裂判定処理は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による輪郭抽出装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、ＣＣＤカメラや赤外線カメラ等によって構成される撮像装置である。符号２は、撮像装置１によって撮像された画像を記憶する画像記憶部である。符号３は、画像記憶部２に記憶されている画像データに基づいて輪郭モデルを生成または更新する輪郭モデル生成・更新部である。符号４は、輪郭モデル生成・更新部３のおいて生成または更新された輪郭モデルデータに基づき、この輪郭モデルを分裂するための分裂判定を行い、その結果に応じて輪郭モデルに対して分裂処理を行う輪郭モデル分裂判定・分裂部である。符号５は、輪郭モデル分裂判定・分裂部４において、処理された結果の輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶部である。符号６は、取得した画像中における対象物の輪郭を表示するためＣＲＴ等で構成された表示装置である。
【００１６】
次に、図２を参照して、図１に示す輪郭抽出装置の動作を説明する。図２は、図１に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。
まず、撮像装置１は、対象物の画像を撮像し、この撮像した画像をデジタル変換して画像記憶部２へ記憶する（ステップＳ１）。ここで、画像記憶部２へ記憶される画像データは、各画素の輝度値をデジタル値に変換したデータであり、８ビット表現するのであれば、０〜２５５の値を持つ輝度値が各画素毎に記憶されることとなる。
【００１７】
次に、輪郭モデル生成・更新部３は、画像記憶部２に記憶されている画像データから輪郭モデルの生成を行い、その結果を輪郭モデル記憶部５に記憶する（ステップＳ２）。この輪郭モデルの生成は、周知の生成方法を用いることによって行われ、例えば、撮像された画像の大きさと同じ大きさの長方形の各辺を予め指定された数で等分するように輪郭上に点を配置し、それらの点を輪郭を構成する節点として輪郭モデル記憶部５に記憶する。
【００１８】
なお、時間的に連続した画像を処理する場合は、直前の画像において抽出された輪郭を包含する長方形を用いてもよい。このように、直前の画像からの抽出結果に基づいて輪郭モデルを生成することによって、輪郭を構成する節点の定義処理を簡単にすることができる。
【００１９】
次に、輪郭モデル生成・更新部３は、輪郭モデル記憶部５に記憶されている各節点を輪郭モデルのエネルギー関数が最小になるように輪郭モデルの更新を行う（ステップＳ３）。この更新処理も周知の更新処理を用いることによって行われる。ここで用いられるエネルギー関数は、輪郭を滑らかにするスプライン項、輪郭モデルを収縮させる面積項、節点間隔を均等にする節点間距離項、節点を画像のエッジに引きつけるようにするエッジ項のいずれかを使用することが可能である。また、このとき、エネルギー関数が最小になるように節点を移動した結果、この移動した節点と隣接する節点間の距離が予め決められたしきい値より小さい場合、移動した節点を消滅させる処理を行う。この時点で、輪郭モデル記憶部５には、予め決められたエネルギー関数が最小になるように更新された輪郭モデルが記憶されている。
【００２０】
次に、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、輪郭モデル記憶部５に記憶されている輪郭モデルに対して分裂判定を行う（ステップＳ４）。この分裂判定は、隣接しない画像上の２つの節点間の距離の２乗が予め決められたしきい値より小さいか否かによって判定する。そして、節点間の距離の２乗がしきい値より小さい場合、この輪郭モデルに対して分裂処理を施す（ステップＳ５）。
【００２１】
ここで、分裂判定・分裂の処理について、図５、６に示す具体例を参照して説明する。図５は、分裂前の輪郭モデル（図５（ａ））と分裂後の輪郭モデル（図５（ｂ））の一例を示す図である。図６は、分裂前の輪郭モデル（図６（ａ））と分裂後の輪郭モデル（図６（ｂ）、（ｃ））が記憶されている輪郭モデル記憶部５のテーブル構造を示す図である。なお、各節点は、Ｖi（ｘi，ｙi）（ｉ＝１，２，・・・・，ｎ）で示す。
【００２２】
図５（ａ）に示す輪郭モデルは、１４個の節点によって構成されており、節点のそれぞれに１〜１４の順番号が付与される。この順番号の付与は、例えば輪郭を構成する節点の座標値が原点に一番近い節点を順番号「１」として、以降隣接する節点に対して時計回りに順番号を付与することによって行われる。この順番号に基づいて、輪郭モデル記憶部５には、図６（ａ）に示すように各節点の画像上の座標値が記憶される。
【００２３】
初めに、分裂判定の処理について説明する。まず、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、順番号が「１」である節点に着目し、隣接しない節点（Ｖ3）との距離の２乗（ｄ2）を（１）式によって求める。
ｄ2＝（ｘi−ｘj）2＋（ｙi−ｙj）2 ・・・・・（１）
ただし、（ｊ≠ｉ−１、ｉ＋１）
この例では、ｉは「１」となり、ｊは「３」となる。
【００２４】
そして、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、２節点間の距離の２乗（ｄ2）を求めた時点で、このｄ2と予め設定されたしきい値とを比較して、ｄ2がしきい値より小さい場合、輪郭モデルを分裂すると判定する。
一方、ｄ2がしきい値より小さくない場合は、（１）式のｊを「４」から「１３」まで変化させて、求めたｄ2としきい値とを比較する処理を繰り返し、輪郭モデル分裂の判定を行う。ｊの値を「１３」まで変化させて分裂判定を行った結果、分裂すると判定がされなかった場合、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、さらに（１）式のｉの値を「２」から「１４」まで変化させて同様の判定処理を行う。この判定処理によって、全ての節点に対して、隣接しない他の節点との距離の２乗が求められ、その結果に基づいて分裂判定処理が行われることとなる。
【００２５】
なお、分裂判定において、しきい値と比較する値を距離の２乗（ｄ2）とせずに、２点間の距離（ｄ）としてもよい。前述の説明において、距離の２乗としきい値と比較するのは、距離（ｄ）を求めるための平方根の演算処理を省くことによって計算時間の短縮を図るためである。距離の２乗を用いる場合であっても、しきい値を距離の２乗（ｄ2）に対応する値としておけば、距離（ｄ）を用いる場合と同等の結果を得ることが可能である。
【００２６】
次に、分裂処理について説明する。まず、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、（１）式によって求めた距離の２乗（ｄ2）がしきい値より小さい場合、この距離の２乗（ｄ2）を求めたときの節点Ｖi、Ｖjに基づいて、分裂処理を施す。例えば、図５（ａ）に示す節点Ｖiと節点Ｖjとの間の距離（ｄ）の２乗がしきい値より小さい場合、節点Ｖiと節点Ｖj+1とを結び、節点Ｖi+1と節点Ｖjとを結ぶことによって、図５（ａ）に示す輪郭モデルを図５（ｂ）に示す新たな２つの輪郭モデルに分裂させる。そして、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、２つの輪郭モデルを輪郭モデル記憶部５に記憶する。これによって、１４個の節点からなる輪郭モデルは、７個の節点からなる２つの輪郭モデルに分裂されることとなる。
【００２７】
このように、２点間の距離の２乗（もしくは２点間の距離）の計算と、しきい値との大小比較処理によってのみ分裂判定を行うようにして、接触・交差判定による分裂判定の処理時間に比べて分裂判定の処理時間を短縮することができるため、輪郭モデルを生成する場合に輪郭を構成する節点の数を増やすことが可能となり、結果的に抽出される輪郭の形状の精度を向上することができる。
【００２８】
最後に、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、処理の終了判定を行う（ステップＳ６）。この終了判定は、予め設定された回数だけ、図２に示すステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返したか否かによって判定される。この回数は、例えば、取得された画像のサイズ（幅もしくは高さ）等を指定する。また、指定された回数に達していない場合であっても、輪郭モデルが消滅した場合も終了と判定する。
この判定によって、終了と判定がされなかった場合、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、輪郭モデル生成・更新部３に対して、輪郭モデルの更新を再度行うように指示をする。これを受けて、図２に示すステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す。
【００２９】
ステップＳ６において、終了判定が行われ、「終了」と判定がされた場合、表示装置６は、輪郭モデル記憶部５に記憶されている輪郭モデルを読み出して表示処理を行う。
輪郭抽出装置は、時間的に連続した画像に対して、図２に示す処理を繰り返し実行する。これによって、表示装置６には抽出された輪郭が表示される。
【００３０】
次に、図３を参照して、他の実施形態を説明する。図３において、図１に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３において、符号８は、２つの撮像装置１から得られた２つの画像から各画素の距離を計算する距離計算部である。符号９は、２つの撮像装置１から得られた画像及び距離計算部９の計算結果から得られる距離画像を記憶する画像・距離記憶部である。符号１０は、画像・距離記憶部９に記憶されている画像データ及び距離画像データに基づいて輪郭モデルを生成または更新する輪郭モデル生成・更新部である。符号１１は、輪郭モデル生成・更新部１０において生成または更新された輪郭モデルデータに基づき、この輪郭モデルを分裂するための分裂判定を行い、その結果に応じて輪郭モデルに対して分裂処理を行う輪郭モデル分裂判定・分裂部である。符号１２は、輪郭モデル分裂判定・分裂部１１において、処理された結果の輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶部である。撮像装置１は、得られた画像から距離画像が得られるように２台備えられている。
【００３１】
次に、図４を参照して、図３に示す輪郭抽出装置の動作を説明する。図４は、図３に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。以下の説明は、図１及び図２に示す輪郭抽出装置と異なる部分を主に説明し、図１及び図２に示す輪郭抽出装置と同じ処理動作については説明を省略する。
まず、２つの撮像装置１は、対象物の画像を同時に撮像し、それぞれ撮像した画像をデジタル変換して距離計算部８へ出力するともに、２つの画像のうちいずれか一方を画像・距離記憶部９へ記憶する（ステップＳ１１）。
【００３２】
次に、距離計算部８は、２つの画像から各画素毎の距離計算を行い、その結果から距離画像を生成し、この距離画像を画像・距離記憶部９へ記憶する（ステップＳ１２）。この時点で、画像・距離記憶部９には、撮像装置１によって撮像された画像とこの画像に対応する距離画像が記憶されていることとなる。
【００３３】
次に、輪郭モデル生成・更新部１０は、画像・距離記憶部９に記憶されている画像データから輪郭モデルの生成を行い、その結果を輪郭モデル記憶部１２に記憶する（ステップＳ１３）。
【００３４】
次に、輪郭モデル生成・更新部１０は、輪郭モデル記憶部１２に記憶されている各節点を輪郭モデルのエネルギー関数が最小になるように輪郭モデルの更新を行う（ステップＳ１４）。ここで用いられるエネルギー関数は、前述したスプライン項、面積項、節点間距離項、エッジ項のいずれかを使用することに加え、距離情報を利用したエッジ項を用いる。これは、距離画像を参照して、対象物を抽出したい距離範囲以外に該当する画素のエネルギー（エッジ項）の重み係数を「０」（ゼロ）にすることによって実現する。これによって、抽出したい距離範囲に存在するエッジのみに輪郭モデルが引き寄せられるために、結果的に抽出したい距離範囲以外に存在する対象物を抽出処理の対象外とすることができる。
【００３５】
この処理は、例えば、図７に示す場面等において有効である。図７に示すように、物体Ａ、Ｂ、Ｃが撮像装置１の撮像視野内に存在するとき、得られる画像は、図８（ａ）に示すように、物体Ｃの内側に物体Ａ、Ｂが存在することとなる。この画像に対して、輪郭抽出を行う場合、物体Ａ、Ｂの輪郭抽出処理が複雑となる。
【００３６】
これに対して、２台の撮像装置１を使用して、図７に示す場面の距離画像を取得するとともに、対象物を抽出したい距離範囲を予め指定して、この距離範囲以外の対象物を輪郭抽出対象外とすれば、図８（ｂ）に示すように、物体Ａ、Ｂのみが撮像された画像を使用して輪郭抽出を行うのと同等になるために、確実に輪郭抽出を行うことが可能となる。
【００３７】
ステップＳ１４の処理が終了した時点で、輪郭モデル記憶部１２には、予め決められたエネルギー関数が最小であり、かつ抽出したい距離範囲に存在する対象物の輪郭モデルが記憶されていることになる。
【００３８】
次に、輪郭モデル分裂判定・分裂部１１は、輪郭モデル記憶部１２に記憶されている輪郭モデルに対して分裂判定を行い（ステップＳ１５）、この判定結果に基づいて分裂処理を施す（ステップＳ１６）。この分裂判定及び分裂処理は前述した処理動作と同様である。
【００３９】
最後に、輪郭モデル分裂判定・分裂部１１は、処理の終了判定を行う（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、終了判定が行われ、「終了」と判定がされた場合、表示装置６は、輪郭モデル記憶部１２に記憶されている輪郭モデルを読み出して表示処理を行う。
輪郭抽出装置は、時間的に連続した画像に対して、図４に示す処理を繰り返し実行する。
【００４０】
このように、輪郭モデルの分裂処理において、距離画像を用いて抽出したい距離範囲以外に存在する対象物を輪郭抽出の対象外とするようにしたため、さらに計算時間を短縮することができる。さらに、対象物が重なり合う場合においても抽出したい対象物の輪郭を確実に抽出することが可能となる。
【００４１】
なお、図２、４に示すステップＳ４、Ｓ１５において、分裂判定を行う場合に、距離の２乗（ｄ2）としきい値の比較結果に加え、この比較結果に基づいて分裂することが妥当であるか否かを判定し、この妥当性の判定結果に基づいて分裂処理（ステップＳ５、Ｓ１６）を実施するようにしてもよい。
この妥当性の判定は、前述した処理に基づいて２つに分裂すると仮定した場合に、２つの輪郭モデルの各節点に囲まれている領域内部のパラメータを比較判定することによって行う。ここで用いるパラメータは、領域内の平均輝度、カラー画像である場合のカラー分布、赤外線画像である場合の温度分布、２つの輪郭モデルを構成する対象物までの距離または３次元上の位置等であり、これらの少なくとも１つのパラメータについて比較判定を行う。
【００４２】
例えば、距離の２乗（ｄ2）としきい値の比較結果に基づいて、分裂すると判定された場合、処理対象の輪郭モデルを２つに分裂すると仮定して、仮の分裂処理を行い、この結果得られた２つの輪郭モデルの内部の平均輝度をそれぞれ求め、その２つの平均輝度の差が予め決められたしきい値より大きい場合は、分裂することを決定し、平均輝度の差がしきい値より小さい場合は、同一の対象物である可能性が高いため、分裂処理を実施しないようにする。
【００４３】
そして、この判定結果に基づいて、距離の２乗（ｄ2）と比較するしきい値の値を増減する。距離の２乗（ｄ2）としきい値の比較結果から分裂と判定された場合において、妥当性の判定においても分裂と判定された場合は、距離の２乗（ｄ2）と比較するしきい値を増加させ、分裂処理を発生し易くし、妥当性の判定において、分裂しないと判定された場合は、距離の２乗（ｄ2）と比較するしきい値を減少させ、分裂処理を発生しにくくする。これによって、判定処理を効率よく行うことが可能となる。
【００４４】
また、カラー分布を比較する場合は、各画素毎にＲＧＢそれぞれの輝度値に分解し、ＲＧＢそれぞれの輝度差をしきい値と比較することによって判定するようにする。また、温度分布を比較する場合は、２つの領域内の平均温度を求め、この２つの平均温度の差が予め決められたしきい値より大きいか否かによって判定するようにする。さらに、対象物までの距離や対象物の位置を用いて判定する場合も２つの輪郭モデルの位置関係が近いものは、同一の対象物と見なして分裂しないようにする。
【００４５】
さらに、処理を簡単にするために、輪郭モデルの各節点に囲まれている領域内についてパラメータの比較を行うのではなく、輪郭モデルを構成する各節点についてのみパラメータの比較判定を行うようにしてもよい。この場合には、演算処理の負荷を低減することができるために、高速な処理を実現することが可能となる。
【００４６】
このように、分裂処理に判定において、妥当性の判定を行うようにしたため、分裂判定の精度を向上することが可能となる。また、判定結果に基づいて動的に分裂判定のしきい値を増減させるようにしたため、輪郭を抽出する対象物の状態に応じたしきい値の設定を自動的に行うことが可能となる。さらに、分裂判定において、２点間の距離の２乗（もしくは２点間の距離）の計算と、しきい値との大小比較処理によってのみ分裂判定を行うようにして、接触・交差判定による分裂判定の処理時間に比べて分裂判定の処理時間を短縮したため、妥当性の判定処理を加えても、処理時間が長くなることを防止することができる。
【００４７】
なお、図２、４に示す処理を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより輪郭抽出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４８】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００４９】
以上説明したように、本発明は、自動車の安全支援システムや知能ロボットの視覚システム等の視覚で得られる情報に基づいて機器の制御を行うシステムに適用することにより、その効果を発揮することができるものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、４、７に記載の発明によれば、輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定し、この判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において輪郭モデルを分裂させるようにしたため、同一の画像中に複数の対象物が現れた場合であっても、短時間で確実に複数の対象物の輪郭を抽出することができるという効果が得られる。
【００５１】
また、請求項２、５、８に記載の発明によれば、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得るようにし、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うようにして、対象物を抽出したい距離範囲外の対象物を輪郭抽出対象外としたため、抽出したい対象物を確実に抽出できるとともに、抽出処理の対象が削減できるために、抽出処理時間を大幅に短縮することができるという効果が得られる。
【００５２】
また、請求項３、６、９に記載の発明によれば、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得るようにし、得られた距離画像に基づいて輪郭モデルを変形させるようにしたため、対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルの変形を効率良く行うことができ、結果的に輪郭抽出の精度を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】 図３に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】 分裂前の輪郭モデルと分裂後の輪郭モデルの一例を示す説明図である。
【図６】 分裂前の輪郭モデルと分裂後の輪郭モデルが記憶されている輪郭モデル記憶部５のテーブル構造を示す説明図である。
【図７】 距離画像を用いて輪郭抽出を行う処理を説明する説明図である。
【図８】 距離画像を用いて輪郭抽出を行う処理を説明する説明図である。
【符号の説明】
１・・・撮像装置、
２・・・画像記憶部、
３、１０・・・輪郭モデル生成・更新部、
４、１１・・・輪郭モデル分裂判定・分裂部、
５、１２・・・輪郭モデル記憶部、
６・・・表示装置、
８・・・距離計算部、
９・・・画像・距離記憶部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の視覚センサを用いて取得した画像中の対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等の視覚センサを用いて撮像された画像から複数の物体の輪郭を抽出する手法として、動的輪郭モデルを用いた手法が知られている。この輪郭抽出手法は、スネーク（ｓｎａｋｅｓ）と呼ばれる動的な閉曲線による輪郭線モデルを用いることが特徴で、画像中で物体の形状が時間的に変化していても対象物体の形状の抽出が可能であるという特徴を有している。このスネークは、対象物体の形状とスネークの形状が一致したときにエネルギーが最小になるように、その位置と形状によりエネルギー関数を設定する。具体的には曲線の滑らかさによる内部的なエネルギー、曲線と対象物体の輪郭との誤差のエネルギー、外的な拘束力によるエネルギーなどの和によって定義される。
画像中の対象物体の輪郭に対して、エネルギーが局所最小解に到達するまで、位置と形状を動的に調整していくことによって、輪郭形状の抽出問題がエネルギー最小化という最適化問題として扱うことが可能となる。
【０００３】
ところで、前述した動的輪郭モデルを用いた輪郭抽出手法は、抽出したい対象物の数が既知である必要があったり、また、予め対象物の近傍に概略の輪郭を与える必要があるという問題がある。これを解決するために、電子情報通信学会論文誌Vol.J80-D-IINo.11 pp.2940-2948、特開平８−３２９２５４号公報等には、抽出したい対象物の数が未知の場合にも対応でき、また予め対象物の概略の輪郭を初期輪郭として指定する必要がない輪郭抽出手法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の輪郭抽出手法にあっては、輪郭抽出処理において、抽出する輪郭の形状を精度良く抽出しようとする場合、輪郭を構成する輪郭上の点（この点を節点という）の数を増やして処理する必要があるが、節点の数が増えるとその数に比例して輪郭抽出処理に要する計算時間は増大して、実時間処理が困難になるという問題がある。特に、輪郭モデルを分裂するための分裂判定を２つの節点を結ぶ線分が接触または交差するか否かによって判定を行っていたために計算負荷が増大し、結果的に計算時間が増大するために、実時間処理を行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、抽出する輪郭の形状を精度良く抽出しようとする場合においても計算時間を増大させることなく輪郭を抽出することができる輪郭抽出装置、輪郭抽出方法、及び輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶手段と、前記輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形手段と、前記輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定手段と、前記分裂判定手段における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂手段と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得手段とを備え、前記分裂判定手段は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【０００８】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶手段と、前記輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形手段と、前記輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定手段と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得手段とを備え、前記輪郭モデル変形手段は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、前記分裂判定手段は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【０００９】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形過程と、前記輪郭モデル変形過程によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定過程と、前記分裂判定過程における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂過程と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得過程とを有し、前記分裂判定過程は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
本願発明は、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形過程と、前記輪郭モデル変形過程によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定過程と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得過程とを有し、前記輪郭モデル変形過程は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、前記分裂判定過程は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１２】
本願発明は、撮像された画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記輪郭抽出プログラムは、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形処理と、前記輪郭モデル変形処理によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定処理と、前記分裂判定処理における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂処理と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得処理とをコンピュータに行わせ、前記分裂判定処理は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１４】
本願発明は、撮像された画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記輪郭抽出プログラムは、撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形処理と、前記輪郭モデル変形処理によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定処理と、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得処理とをコンピュータに行わせ、前記輪郭モデル変形処理は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、前記分裂判定処理は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による輪郭抽出装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、ＣＣＤカメラや赤外線カメラ等によって構成される撮像装置である。符号２は、撮像装置１によって撮像された画像を記憶する画像記憶部である。符号３は、画像記憶部２に記憶されている画像データに基づいて輪郭モデルを生成または更新する輪郭モデル生成・更新部である。符号４は、輪郭モデル生成・更新部３のおいて生成または更新された輪郭モデルデータに基づき、この輪郭モデルを分裂するための分裂判定を行い、その結果に応じて輪郭モデルに対して分裂処理を行う輪郭モデル分裂判定・分裂部である。符号５は、輪郭モデル分裂判定・分裂部４において、処理された結果の輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶部である。符号６は、取得した画像中における対象物の輪郭を表示するためＣＲＴ等で構成された表示装置である。
【００１６】
次に、図２を参照して、図１に示す輪郭抽出装置の動作を説明する。図２は、図１に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。
まず、撮像装置１は、対象物の画像を撮像し、この撮像した画像をデジタル変換して画像記憶部２へ記憶する（ステップＳ１）。ここで、画像記憶部２へ記憶される画像データは、各画素の輝度値をデジタル値に変換したデータであり、８ビット表現するのであれば、０〜２５５の値を持つ輝度値が各画素毎に記憶されることとなる。
【００１７】
次に、輪郭モデル生成・更新部３は、画像記憶部２に記憶されている画像データから輪郭モデルの生成を行い、その結果を輪郭モデル記憶部５に記憶する（ステップＳ２）。この輪郭モデルの生成は、周知の生成方法を用いることによって行われ、例えば、撮像された画像の大きさと同じ大きさの長方形の各辺を予め指定された数で等分するように輪郭上に点を配置し、それらの点を輪郭を構成する節点として輪郭モデル記憶部５に記憶する。
【００１８】
なお、時間的に連続した画像を処理する場合は、直前の画像において抽出された輪郭を包含する長方形を用いてもよい。このように、直前の画像からの抽出結果に基づいて輪郭モデルを生成することによって、輪郭を構成する節点の定義処理を簡単にすることができる。
【００１９】
次に、輪郭モデル生成・更新部３は、輪郭モデル記憶部５に記憶されている各節点を輪郭モデルのエネルギー関数が最小になるように輪郭モデルの更新を行う（ステップＳ３）。この更新処理も周知の更新処理を用いることによって行われる。ここで用いられるエネルギー関数は、輪郭を滑らかにするスプライン項、輪郭モデルを収縮させる面積項、節点間隔を均等にする節点間距離項、節点を画像のエッジに引きつけるようにするエッジ項のいずれかを使用することが可能である。また、このとき、エネルギー関数が最小になるように節点を移動した結果、この移動した節点と隣接する節点間の距離が予め決められたしきい値より小さい場合、移動した節点を消滅させる処理を行う。この時点で、輪郭モデル記憶部５には、予め決められたエネルギー関数が最小になるように更新された輪郭モデルが記憶されている。
【００２０】
次に、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、輪郭モデル記憶部５に記憶されている輪郭モデルに対して分裂判定を行う（ステップＳ４）。この分裂判定は、隣接しない画像上の２つの節点間の距離の２乗が予め決められたしきい値より小さいか否かによって判定する。そして、節点間の距離の２乗がしきい値より小さい場合、この輪郭モデルに対して分裂処理を施す（ステップＳ５）。
【００２１】
ここで、分裂判定・分裂の処理について、図５、６に示す具体例を参照して説明する。図５は、分裂前の輪郭モデル（図５（ａ））と分裂後の輪郭モデル（図５（ｂ））の一例を示す図である。図６は、分裂前の輪郭モデル（図６（ａ））と分裂後の輪郭モデル（図６（ｂ）、（ｃ））が記憶されている輪郭モデル記憶部５のテーブル構造を示す図である。なお、各節点は、Ｖi（ｘi，ｙi）（ｉ＝１，２，・・・・，ｎ）で示す。
【００２２】
図５（ａ）に示す輪郭モデルは、１４個の節点によって構成されており、節点のそれぞれに１〜１４の順番号が付与される。この順番号の付与は、例えば輪郭を構成する節点の座標値が原点に一番近い節点を順番号「１」として、以降隣接する節点に対して時計回りに順番号を付与することによって行われる。この順番号に基づいて、輪郭モデル記憶部５には、図６（ａ）に示すように各節点の画像上の座標値が記憶される。
【００２３】
初めに、分裂判定の処理について説明する。まず、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、順番号が「１」である節点に着目し、隣接しない節点（Ｖ3）との距離の２乗（ｄ2）を（１）式によって求める。
ｄ2＝（ｘi−ｘj）2＋（ｙi−ｙj）2 ・・・・・（１）
ただし、（ｊ≠ｉ−１、ｉ＋１）
この例では、ｉは「１」となり、ｊは「３」となる。
【００２４】
そして、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、２節点間の距離の２乗（ｄ2）を求めた時点で、このｄ2と予め設定されたしきい値とを比較して、ｄ2がしきい値より小さい場合、輪郭モデルを分裂すると判定する。
一方、ｄ2がしきい値より小さくない場合は、（１）式のｊを「４」から「１３」まで変化させて、求めたｄ2としきい値とを比較する処理を繰り返し、輪郭モデル分裂の判定を行う。ｊの値を「１３」まで変化させて分裂判定を行った結果、分裂すると判定がされなかった場合、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、さらに（１）式のｉの値を「２」から「１４」まで変化させて同様の判定処理を行う。この判定処理によって、全ての節点に対して、隣接しない他の節点との距離の２乗が求められ、その結果に基づいて分裂判定処理が行われることとなる。
【００２５】
なお、分裂判定において、しきい値と比較する値を距離の２乗（ｄ2）とせずに、２点間の距離（ｄ）としてもよい。前述の説明において、距離の２乗としきい値と比較するのは、距離（ｄ）を求めるための平方根の演算処理を省くことによって計算時間の短縮を図るためである。距離の２乗を用いる場合であっても、しきい値を距離の２乗（ｄ2）に対応する値としておけば、距離（ｄ）を用いる場合と同等の結果を得ることが可能である。
【００２６】
次に、分裂処理について説明する。まず、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、（１）式によって求めた距離の２乗（ｄ2）がしきい値より小さい場合、この距離の２乗（ｄ2）を求めたときの節点Ｖi、Ｖjに基づいて、分裂処理を施す。例えば、図５（ａ）に示す節点Ｖiと節点Ｖjとの間の距離（ｄ）の２乗がしきい値より小さい場合、節点Ｖiと節点Ｖj+1とを結び、節点Ｖi+1と節点Ｖjとを結ぶことによって、図５（ａ）に示す輪郭モデルを図５（ｂ）に示す新たな２つの輪郭モデルに分裂させる。そして、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、２つの輪郭モデルを輪郭モデル記憶部５に記憶する。これによって、１４個の節点からなる輪郭モデルは、７個の節点からなる２つの輪郭モデルに分裂されることとなる。
【００２７】
このように、２点間の距離の２乗（もしくは２点間の距離）の計算と、しきい値との大小比較処理によってのみ分裂判定を行うようにして、接触・交差判定による分裂判定の処理時間に比べて分裂判定の処理時間を短縮することができるため、輪郭モデルを生成する場合に輪郭を構成する節点の数を増やすことが可能となり、結果的に抽出される輪郭の形状の精度を向上することができる。
【００２８】
最後に、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、処理の終了判定を行う（ステップＳ６）。この終了判定は、予め設定された回数だけ、図２に示すステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返したか否かによって判定される。この回数は、例えば、取得された画像のサイズ（幅もしくは高さ）等を指定する。また、指定された回数に達していない場合であっても、輪郭モデルが消滅した場合も終了と判定する。
この判定によって、終了と判定がされなかった場合、輪郭モデル分裂判定・分裂部４は、輪郭モデル生成・更新部３に対して、輪郭モデルの更新を再度行うように指示をする。これを受けて、図２に示すステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す。
【００２９】
ステップＳ６において、終了判定が行われ、「終了」と判定がされた場合、表示装置６は、輪郭モデル記憶部５に記憶されている輪郭モデルを読み出して表示処理を行う。
輪郭抽出装置は、時間的に連続した画像に対して、図２に示す処理を繰り返し実行する。これによって、表示装置６には抽出された輪郭が表示される。
【００３０】
次に、図３を参照して、他の実施形態を説明する。図３において、図１に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３において、符号８は、２つの撮像装置１から得られた２つの画像から各画素の距離を計算する距離計算部である。符号９は、２つの撮像装置１から得られた画像及び距離計算部９の計算結果から得られる距離画像を記憶する画像・距離記憶部である。符号１０は、画像・距離記憶部９に記憶されている画像データ及び距離画像データに基づいて輪郭モデルを生成または更新する輪郭モデル生成・更新部である。符号１１は、輪郭モデル生成・更新部１０において生成または更新された輪郭モデルデータに基づき、この輪郭モデルを分裂するための分裂判定を行い、その結果に応じて輪郭モデルに対して分裂処理を行う輪郭モデル分裂判定・分裂部である。符号１２は、輪郭モデル分裂判定・分裂部１１において、処理された結果の輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶部である。撮像装置１は、得られた画像から距離画像が得られるように２台備えられている。
【００３１】
次に、図４を参照して、図３に示す輪郭抽出装置の動作を説明する。図４は、図３に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。以下の説明は、図１及び図２に示す輪郭抽出装置と異なる部分を主に説明し、図１及び図２に示す輪郭抽出装置と同じ処理動作については説明を省略する。
まず、２つの撮像装置１は、対象物の画像を同時に撮像し、それぞれ撮像した画像をデジタル変換して距離計算部８へ出力するともに、２つの画像のうちいずれか一方を画像・距離記憶部９へ記憶する（ステップＳ１１）。
【００３２】
次に、距離計算部８は、２つの画像から各画素毎の距離計算を行い、その結果から距離画像を生成し、この距離画像を画像・距離記憶部９へ記憶する（ステップＳ１２）。この時点で、画像・距離記憶部９には、撮像装置１によって撮像された画像とこの画像に対応する距離画像が記憶されていることとなる。
【００３３】
次に、輪郭モデル生成・更新部１０は、画像・距離記憶部９に記憶されている画像データから輪郭モデルの生成を行い、その結果を輪郭モデル記憶部１２に記憶する（ステップＳ１３）。
【００３４】
次に、輪郭モデル生成・更新部１０は、輪郭モデル記憶部１２に記憶されている各節点を輪郭モデルのエネルギー関数が最小になるように輪郭モデルの更新を行う（ステップＳ１４）。ここで用いられるエネルギー関数は、前述したスプライン項、面積項、節点間距離項、エッジ項のいずれかを使用することに加え、距離情報を利用したエッジ項を用いる。これは、距離画像を参照して、対象物を抽出したい距離範囲以外に該当する画素のエネルギー（エッジ項）の重み係数を「０」（ゼロ）にすることによって実現する。これによって、抽出したい距離範囲に存在するエッジのみに輪郭モデルが引き寄せられるために、結果的に抽出したい距離範囲以外に存在する対象物を抽出処理の対象外とすることができる。
【００３５】
この処理は、例えば、図７に示す場面等において有効である。図７に示すように、物体Ａ、Ｂ、Ｃが撮像装置１の撮像視野内に存在するとき、得られる画像は、図８（ａ）に示すように、物体Ｃの内側に物体Ａ、Ｂが存在することとなる。この画像に対して、輪郭抽出を行う場合、物体Ａ、Ｂの輪郭抽出処理が複雑となる。
【００３６】
これに対して、２台の撮像装置１を使用して、図７に示す場面の距離画像を取得するとともに、対象物を抽出したい距離範囲を予め指定して、この距離範囲以外の対象物を輪郭抽出対象外とすれば、図８（ｂ）に示すように、物体Ａ、Ｂのみが撮像された画像を使用して輪郭抽出を行うのと同等になるために、確実に輪郭抽出を行うことが可能となる。
【００３７】
ステップＳ１４の処理が終了した時点で、輪郭モデル記憶部１２には、予め決められたエネルギー関数が最小であり、かつ抽出したい距離範囲に存在する対象物の輪郭モデルが記憶されていることになる。
【００３８】
次に、輪郭モデル分裂判定・分裂部１１は、輪郭モデル記憶部１２に記憶されている輪郭モデルに対して分裂判定を行い（ステップＳ１５）、この判定結果に基づいて分裂処理を施す（ステップＳ１６）。この分裂判定及び分裂処理は前述した処理動作と同様である。
【００３９】
最後に、輪郭モデル分裂判定・分裂部１１は、処理の終了判定を行う（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、終了判定が行われ、「終了」と判定がされた場合、表示装置６は、輪郭モデル記憶部１２に記憶されている輪郭モデルを読み出して表示処理を行う。
輪郭抽出装置は、時間的に連続した画像に対して、図４に示す処理を繰り返し実行する。
【００４０】
このように、輪郭モデルの分裂処理において、距離画像を用いて抽出したい距離範囲以外に存在する対象物を輪郭抽出の対象外とするようにしたため、さらに計算時間を短縮することができる。さらに、対象物が重なり合う場合においても抽出したい対象物の輪郭を確実に抽出することが可能となる。
【００４１】
なお、図２、４に示すステップＳ４、Ｓ１５において、分裂判定を行う場合に、距離の２乗（ｄ2）としきい値の比較結果に加え、この比較結果に基づいて分裂することが妥当であるか否かを判定し、この妥当性の判定結果に基づいて分裂処理（ステップＳ５、Ｓ１６）を実施するようにしてもよい。
この妥当性の判定は、前述した処理に基づいて２つに分裂すると仮定した場合に、２つの輪郭モデルの各節点に囲まれている領域内部のパラメータを比較判定することによって行う。ここで用いるパラメータは、領域内の平均輝度、カラー画像である場合のカラー分布、赤外線画像である場合の温度分布、２つの輪郭モデルを構成する対象物までの距離または３次元上の位置等であり、これらの少なくとも１つのパラメータについて比較判定を行う。
【００４２】
例えば、距離の２乗（ｄ2）としきい値の比較結果に基づいて、分裂すると判定された場合、処理対象の輪郭モデルを２つに分裂すると仮定して、仮の分裂処理を行い、この結果得られた２つの輪郭モデルの内部の平均輝度をそれぞれ求め、その２つの平均輝度の差が予め決められたしきい値より大きい場合は、分裂することを決定し、平均輝度の差がしきい値より小さい場合は、同一の対象物である可能性が高いため、分裂処理を実施しないようにする。
【００４３】
そして、この判定結果に基づいて、距離の２乗（ｄ2）と比較するしきい値の値を増減する。距離の２乗（ｄ2）としきい値の比較結果から分裂と判定された場合において、妥当性の判定においても分裂と判定された場合は、距離の２乗（ｄ2）と比較するしきい値を増加させ、分裂処理を発生し易くし、妥当性の判定において、分裂しないと判定された場合は、距離の２乗（ｄ2）と比較するしきい値を減少させ、分裂処理を発生しにくくする。これによって、判定処理を効率よく行うことが可能となる。
【００４４】
また、カラー分布を比較する場合は、各画素毎にＲＧＢそれぞれの輝度値に分解し、ＲＧＢそれぞれの輝度差をしきい値と比較することによって判定するようにする。また、温度分布を比較する場合は、２つの領域内の平均温度を求め、この２つの平均温度の差が予め決められたしきい値より大きいか否かによって判定するようにする。さらに、対象物までの距離や対象物の位置を用いて判定する場合も２つの輪郭モデルの位置関係が近いものは、同一の対象物と見なして分裂しないようにする。
【００４５】
さらに、処理を簡単にするために、輪郭モデルの各節点に囲まれている領域内についてパラメータの比較を行うのではなく、輪郭モデルを構成する各節点についてのみパラメータの比較判定を行うようにしてもよい。この場合には、演算処理の負荷を低減することができるために、高速な処理を実現することが可能となる。
【００４６】
このように、分裂処理に判定において、妥当性の判定を行うようにしたため、分裂判定の精度を向上することが可能となる。また、判定結果に基づいて動的に分裂判定のしきい値を増減させるようにしたため、輪郭を抽出する対象物の状態に応じたしきい値の設定を自動的に行うことが可能となる。さらに、分裂判定において、２点間の距離の２乗（もしくは２点間の距離）の計算と、しきい値との大小比較処理によってのみ分裂判定を行うようにして、接触・交差判定による分裂判定の処理時間に比べて分裂判定の処理時間を短縮したため、妥当性の判定処理を加えても、処理時間が長くなることを防止することができる。
【００４７】
なお、図２、４に示す処理を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより輪郭抽出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４８】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００４９】
以上説明したように、本発明は、自動車の安全支援システムや知能ロボットの視覚システム等の視覚で得られる情報に基づいて機器の制御を行うシステムに適用することにより、その効果を発揮することができるものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、４、７に記載の発明によれば、輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定し、この判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において輪郭モデルを分裂させるようにしたため、同一の画像中に複数の対象物が現れた場合であっても、短時間で確実に複数の対象物の輪郭を抽出することができるという効果が得られる。
【００５１】
また、請求項２、５、８に記載の発明によれば、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得るようにし、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うようにして、対象物を抽出したい距離範囲外の対象物を輪郭抽出対象外としたため、抽出したい対象物を確実に抽出できるとともに、抽出処理の対象が削減できるために、抽出処理時間を大幅に短縮することができるという効果が得られる。
【００５２】
また、請求項３、６、９に記載の発明によれば、撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得るようにし、得られた距離画像に基づいて輪郭モデルを変形させるようにしたため、対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルの変形を効率良く行うことができ、結果的に輪郭抽出の精度を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】 図３に示す輪郭抽出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】 分裂前の輪郭モデルと分裂後の輪郭モデルの一例を示す説明図である。
【図６】 分裂前の輪郭モデルと分裂後の輪郭モデルが記憶されている輪郭モデル記憶部５のテーブル構造を示す説明図である。
【図７】 距離画像を用いて輪郭抽出を行う処理を説明する説明図である。
【図８】 距離画像を用いて輪郭抽出を行う処理を説明する説明図である。
【符号の説明】
１・・・撮像装置、
２・・・画像記憶部、
３、１０・・・輪郭モデル生成・更新部、
４、１１・・・輪郭モデル分裂判定・分裂部、
５、１２・・・輪郭モデル記憶部、
６・・・表示装置、
８・・・距離計算部、
９・・・画像・距離記憶部。
Claims (6)
- 撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶手段と、
前記輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形手段と、
前記輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定手段と、
前記分裂判定手段における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂手段と、
撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得手段とを備え、
前記分裂判定手段は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする輪郭抽出装置。 - 撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを記憶する輪郭モデル記憶手段と、
前記輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形手段と、
前記輪郭モデル変形手段によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定手段と、
撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得手段とを備え、
前記輪郭モデル変形手段は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、
前記分裂判定手段は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする輪郭抽出装置。 - 撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形過程と、
前記輪郭モデル変形過程によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定過程と、
前記分裂判定過程における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂過程と、
撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得過程とを有し、
前記分裂判定過程は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする輪郭抽出方法。 - 撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形過程と、
前記輪郭モデル変形過程によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定過程と、
撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得過程とを有し、
前記輪郭モデル変形過程は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、
前記分裂判定過程は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする輪郭抽出方法。 - 撮像された画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記輪郭抽出プログラムは、
撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形処理と、
前記輪郭モデル変形処理によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定処理と、
前記分裂判定処理における判定結果に応じて、分裂判定時に距離を求めた２節点の近辺において前記輪郭モデルを分裂させる輪郭モデル分裂処理と、
撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得処理とをコンピュータに行わせ、
前記分裂判定処理は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体。 - 撮像された画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記輪郭抽出プログラムは、
撮像された画像に含まれる少なくとも一つの対象物を囲み、該対象物の輪郭を抽出するための輪郭モデルを構成する節点を所定の規則に基づいて移動することにより前記輪郭モデルを収縮または拡大変形させる輪郭モデル変形処理と、
前記輪郭モデル変形処理によって変形された輪郭モデルを構成する節点のうち隣接しない２節点の距離を求め、この距離の値が所定のしきい値より小さい場合にこの輪郭モデルを分裂させるか否かを判定する分裂判定処理と、
撮像された画像の画素毎の距離データを取得することによって、撮像された画像に対応する距離画像を得る距離画像取得処理とをコンピュータに行わせ、
前記輪郭モデル変形処理は、得られた距離画像に基づいて前記輪郭モデルを変形させることによって対象物の輪郭を抽出し、
前記分裂判定処理は、得られた距離画像に基づいて所定の距離範囲内に存在する輪郭モデルに対して分裂判定を行うことを特徴とする輪郭抽出プログラムを記録した記録媒体。
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