JP4790031B2 - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
特許文献1及び2に記載された技術では、部分毎に明るさが連続的に変化する濃淡画像から対象物を抽出できる良好な2値画像を得るために、濃淡画像を予め定める大きさの部分領域に等しく分割した分割画像を生成し、この部分領域毎に2値化処理を行っている。
また、特許文献3に記載された技術では、濃淡画像を複数種類の大きさの部分画像に分割し、各部分領域内の濃度値の出現分布を求める。そして、この出現分布を2つの単峰の濃度分布の和で近似し、その近似結果から、部分領域の大きさが適正である度合い示す評価量を演算し、この評価量に基づいて部分領域の大きさを選択する。そして、この部分領域毎に2値化処理を行う。
また、特許文献3に記載された技術では、複数の分割画像を生成して評価値を算出しなければならず、計算量が多い。また、部分領域の大きさは予め事前に設定された大きさから選択するので、適応的に部分領域の大きさを変更することができず、部分領域を最適な大きさにすることができない場合がある。また、単純な濃度分布に従っているため二峰性が明確にならない分布では適切な部分領域の大きさを選択することが困難であり、必ずしも背景部と対象物が分離された劣化の少ない2値画像を生成できるとは限らない、という問題がある。
図1は、本発明の一実施形態による入力濃淡画像を示す概略図である。同図を参照して以下のように用語を定義する。
濃度値とは、画素の濃度を表す0.0から1.0までの値であり、黒色を1.0とし、白色を0.0とした相対的な値である。
符号200は、入力濃淡画像である。入力濃淡画像とは、2値化の対象となる濃淡画像であり、例えば、複雑な景観が写された画像である。濃淡画像とは、濃度値が0.0から1.0までの値をとる画像である。同図に示す入力濃淡画像200において、斜線部分は景観が写された背景部Bであり、白色部分は例えば看板や標識などの対象物Tである。
2値画像とは、入力濃淡画像200の濃度値を白色(0.0)と黒色(1.0)のみで2値化した画像である。
また、画像データにおいて、四角形の画像の横方向をX軸方向、縦方向をY軸方向としてXY座標系を定める。
画像処理装置1は、入力濃淡画像200が入力されると、入力濃淡画像200を2値画像300に変換して出力する装置であり、前処理部101と、射影値算出部102と、領域分割部103と、2値化閾値算出部104と、閾値画像生成部105と、2値化判定部106とを含んで構成される。
射影値算出部102は、濃淡画像を入力とし、入力された濃淡画像のX軸方向及びY軸方向における射影値の分布を生成する。射影値とは、濃度の変化度合を表す値である。濃度の変化が小さい領域では射影値は小さい値をとり、濃度の変化が大きい領域では射影値は大きい値をとる。そして、射影値算出部102は、生成した射影値の分布と入力された濃淡画像を領域分割部103に出力する。
2値化閾値算出部104(部分領域閾値算出部)は、部分領域の位置と濃淡画像を入力とし、各部分領域において、濃淡画像を2値化するための2値化閾値を算出する。そして、算出した各部分領域の2値化閾値と各部分領域の位置と入力された濃淡画像を閾値画像生成部105に出力する。
閾値画像生成部105(画素閾値算出部)は、各部分領域の2値化閾値と各部分領域の位置と濃淡画像を入力とし、入力された各部分領域の2値化閾値を補間して、濃淡画像を2値化するための各画素における2値化閾値を算出し、閾値画像を生成する。閾値画像とは、画素値を2値化閾値とする画像である。そして、閾値画像生成部105は、生成した閾値画像と入力された濃淡画像を2値化判定部106に出力する。
2値化判定部106(2値画像生成部)は、閾値画像と濃淡画像を入力とし、入力された閾値画像と濃淡画像の各画素を比較して2値画像300を生成し、生成した2値画像300を出力する。つまり、2値化判定部106は、各画素における2値化閾値に基づいて濃淡画像を2値化して2値画像300を生成する。
[ステップS1:前処理]
まず、ステップS1では、前処理部101が、入力濃淡画像200に対してサイズ変更処理、ノイズ除去処理、平滑化処理などの前処理を行った濃淡画像を生成する。具体的には、サイズ変更処理において、前処理部101は、入力濃淡画像200をサイズがNx×Ny画素(Nx及びNyは正の整数)になるよう拡大又は縮小する。次に、ノイズ除去処理において、前処理部101は、例えば、各画素について、画素とその画素の近傍8点の画素(3×3領域)の濃度値を取得し、その濃度値を小さい順に並べたときの中央値をその画素の濃度値とするなど既存の方法を用いてノイズ除去を行う。そして、平滑化処理において、前処理部101は、例えば、所定範囲の画素についてその濃度値を平均するなど既存の方法を用いて平滑化を行う。
次に、ステップS2では、射影値算出部102が、前処理部101が前処理した濃淡画像に対して、X軸方向及びY軸方向における射影値の分布を生成する。図4は、本実施形態による射影値算出処理を説明するための概略図である。この図において、座標値が(1,j)から(Nx,j)まで(但し、(1≦j≦NY)の画素の並びがY座標値jに対する走査線SYであり、(i,1)から(i,NY)まで(但し、(1≦i≦Nx)の画素の並びがX座標値iに対する走査線SXである。射影値算出部102は、濃淡画像を複数の走査線上で走査して射影値を算出する。ここで、ある画素に対し、図に示す走査線SXまたはSYの矢印方向(正方向)に隣接する画素をその画素の隣接画素と定義する。また、以下、定数lは1.0である。
次に、ステップS3では、領域分割部103が、射影値算出部102が生成したX軸方向における射影値の分布500及びY軸方向における射影値の分布400に基づいて、濃淡画像を複数の部分領域に分割する。図5は、本実施形態による領域分割処理を説明するための概略図である。ここで、X軸方向に分割する部分領域の数QxとY軸方向に分割する部分領域の数Qyは予め画像処理装置1に設定されている。この図に示す例では、領域分割部103は、濃淡画像を4×4=16個(A11〜A44)の部分領域に分割している。
次に、ステップS4では、2値化閾値算出部104が、領域分割部103が分割した各分割領域において、2値化するための2値化閾値を算出する。図6は、本実施形態による2値化閾値算出処理を説明するための概略図である。図に示すように、部分領域A11〜A44の2値化閾値はθ11〜θ44である。本実施形態では、2値化閾値算出部104は、判別分析法を用いて2値化閾値を算出する。具体的には、まず、2値化閾値算出部104は、部分領域内にある各画素の濃度値の頻度分布を求める。そして、2値化閾値算出部104は、ある濃度値θより濃度値が大きい画素を黒色のクラスに、濃度値がその濃度値θ以下の画素を白色のクラスに分けたとき、最も分離度の高い(クラス間の分散が最大となる)濃度値θをその部分領域の2値化閾値とする。
次に、ステップS5では、閾値画像生成部105が、2値化閾値算出部104が算出した各部分領域の2値化閾値に基づいて、閾値画像を生成する。閾値画像とは、各画素の値が、濃淡画像を2値化するための2値化閾値である画像である。図7は、本実施形態による閾値画像生成処理を説明するための概略図である。まず、閾値画像生成部105は、閾値画像おける各部分領域の中心に位置する画素の値を各部分領域の2値化閾値をとする。ただし、部分領域のX軸方向又はY軸方向の長さが偶数の場合には、中心の座標値の小数点以下を切り捨てた値を中心に位置する画素の座標とする。次に、閾値画像生成部105は、隣接する4つの部分領域の中心に位置する画素を頂点とする四角形内に位置する任意の画素R(i,j)の2値化閾値T(i,j)を線形補間により次の式(15)から算出する。但し、θ1は四角形の左上の頂点の2値化閾値であり、θ2は四角形の左下の頂点の2値化閾値であり、θ3は四角形の右上の頂点の2値化閾値であり、θ4は四角形の右下の頂点の2値化閾値である。また、L1は四角形の左上の頂点から右上の頂点までのX軸方向の距離であり、L2は四角形の左上の頂点から左下の頂点までのY軸方向の距離である。また、αは四角形の左上の頂点から画素R(i,j)までのX軸方向の距離であり、βは四角形の左上の頂点から画素R(i,j)までのY軸方向の距離である。
次に、ステップS6では、2値化判定部106が、濃淡画像を閾値画像生成部105が生成した閾値画像と比較して2値画像300を生成する。具体的には、2値化判定部106は、次の式(16)より2値画像300の各画素値B(i,j)を算出する。ただし、G(i,j)は、閾値画像における画素R(i,j)の画素値である。
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、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、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。
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。
例えば、本実施形態では、2値化閾値算出に判別分析法を用いたが、局所領域内の2値化閾値を算出するのに適した手法であれば、例えばNiblackの手法や濃度分布の平均値や中央値を用いる方法、pタイル法など他の手法を用いてもよい。
また、本実施形態では、2値化閾値の補間方法として線形補間を用いたが、閾値を補間させる他の方法を用いてもよい。
Claims (6)
- 濃淡画像における濃度の変化度合を表す射影値の分布を生成する射影値算出部と、
前記射影値算出部が生成した前記射影値の分布に基づいて、各部分領域における横方向の長さと当該部分領域内の横方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を横方向に分割し、各部分領域における縦方向の長さと当該部分領域内の縦方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を縦方向に分割する領域分割部と、
前記領域分割部が分割した各部分領域における2値化するための閾値を算出する部分領域閾値算出部と、
前記部分領域閾値算出部が算出した各部分領域における前記閾値を補間して、前記濃淡画像の各画素における2値化するための閾値を算出する画素閾値算出部と、
前記画素閾値算出部が算出した各画素における前記閾値に基づいて前記濃淡画像を2値化して2値画像を生成する2値画像生成部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記射影値算出部は、前記濃淡画像において横方向及び縦方向それぞれにおける走査線に対応して前記射影値を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 濃淡画像における濃度の変化度合を表す射影値の分布を生成するステップと、
生成した前記射影値の分布に基づいて、各部分領域における横方向の長さと当該部分領域内の横方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を横方向に分割し、各部分領域における縦方向の長さと当該部分領域内の縦方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を縦方向に分割するステップと、
分割した各部分領域における2値化するための閾値を算出するステップと、
算出した各部分領域における前記閾値を補間して、前記濃淡画像の各画素における2値化するための閾値を算出するステップと、
算出した各画素における前記閾値に基づいて前記濃淡画像を2値化して2値画像を生成するステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 前記射影値の分布を生成するステップは、前記濃淡画像において横方向及び縦方向それぞれにおける走査線に対応して前記射影値を算出する
ことを特徴とする請求項3に記載の画像処理方法。 - 濃淡画像における濃度の変化度合を表す射影値の分布を生成するステップと、
生成した前記射影値の分布に基づいて、各部分領域における横方向の長さと当該部分領域内の横方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を横方向に分割し、各部分領域における縦方向の長さと当該部分領域内の縦方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を縦方向に分割するステップと、
分割した各部分領域における2値化するための閾値を算出するステップと、
算出した各部分領域における前記閾値を補間して、前記濃淡画像の各画素における2値化するための閾値を算出するステップと、
算出した各画素における前記閾値に基づいて前記濃淡画像を2値化して2値画像を生成するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 濃淡画像における濃度の変化度合を表す射影値の分布を生成するステップと、
生成した前記射影値の分布に基づいて、各部分領域における横方向の長さと当該部分領域内の横方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を横方向に分割し、各部分領域における縦方向の長さと当該部分領域内の縦方向における走査線毎の射影値の総和との積が等しくなるように前記濃淡画像を縦方向に分割するステップと、
分割した各部分領域における2値化するための閾値を算出するステップと、
算出した各部分領域における前記閾値を補間して、前記濃淡画像の各画素における2値化するための閾値を算出するステップと、
算出した各画素における前記閾値に基づいて前記濃淡画像を2値化して2値画像を生成するステップと、
をコンピュータに実行させるための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。
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