JP5339147B2 - 粒度の異なるテクスチャ領域の分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、粗い面、滑らかな面、小石、砂利など粒度の異なるテクスチャ領域の分割方法に関する。

林道や災害現場、工事現場などの不整地や未舗装路を無人車両が自動走行する手段として、車両前方の画像から、路面上につけられた轍（わだち）を検出し、それに沿って走行することが提案されている（例えば、非特許文献１）。

また、轍（わだち）である領域と轍でない領域を分割する手段として、画像上の各地点の面粗さを求め、粗い面と滑らかな面を分割すること提案されている（例えば、特許文献１）。

さらに画像から面粗さを数値化する手段としては、画像上のある領域における輝度の分散を求めることや、センターサラウンドフィルタと呼ばれる粒子を強調するフィルタを用いて変換した画像の平均や分散を求めることが知られている。

特開２００６−７８２３４号公報、「砂礫測定装置及び測定方法」

Ａｌｏｎ， Ｙ．； Ｆｅｒｅｎｃｚ， Ａ．； Ｓｈａｓｈｕａ，Ａ．，"Ｏｆｆ−ｒｏａｄ Ｐａｔｈ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｕｓｉｎｇ Ｒｅｇｉｏｎ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｓ"， ２００６ ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｖｏｌ．１ ｐａｇｅｓ：６８９−６９６

不整地や未舗装路は、砂地、砂利道、草原、岩場などに分類することができ、通常、対象領域内に粒度（粒径や粒子数）が異なる複数のテクスチャ領域からなる。
しかし従来技術において、このような画像に対して、画像上のある領域における輝度の平均や分散を単独で求めても、或いはセンターサラウンドフィルタを用いて画像を変換した後に平均や分散を用いても、粗い面、滑らかな面、小石、砂利などの差が少なく、複数のテクスチャ領域を正確に分割できない場合が多かった。

本発明は上述した要望を満たすために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、粒度（粒径や粒子数）が異なる複数のテクスチャ領域からなる画像から、粗い面、滑らかな面、小石、砂利などの差を検出でき、複数のテクスチャ領域を正確に分割することができる画像を作成することができる、粒度の異なるテクスチャ領域の分割方法を提供することにある。

本発明によれば、粒度が異なる複数のテクスチャ領域からなる元画像を入力し、
特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタを用いて元画像を第１変換画像にフィルタ変換し、
前記第１変換画像を複数の矩形ブロックに分割し、
前記ブロック毎に第１変換画像を第２変換画像にラベリング処理し、
前記ラベリング処理において、前記第１変換画像を複数の輝度レベルに分割し、同一輝度レベルの画素が連続する固まりを１つのクラスタとしてブロック毎にクラスタ数をカウントし、各ブロックのクラスタ数を該ブロックの面粗さを表す値とし、
前記第２変換画像を処理画像として出力処理する、ことを特徴とする粒度の異なるテクスチャ領域の分割方法が提供される。

本発明の実施例によれば、前記フィルタ変換において、前記フィルタのフィルタサイズを前記テクスチャ領域の少なくとも１つの粒径を強調するように設定する。

また前記出力処理において、各ブロックの明るさをクラスタ数の多い順又は少ない順に表示する。

上述した本発明の方法によれば、最初に特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタで変換することにより、フィルタと一致した大きさの粒子が強調されると共に、それ以外の大きさの粒子や連続的な輝度の変化などが平滑化される。
これにラベリング処理を行なうと、強調された粒子の密集しているブロックとそうでないブロックで明確な差が現れるため、領域分割が容易になる。

従来例を示す図である。 本発明の方法を示すフローチャートである。 特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタを示す図である。 特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタの例を示す図である。 フィルタ変換して得られた第１変換画像の例を示す図である。 本発明によるラベリング処理の説明図である。 第１変換画像をラベリング処理して得られた第２変換画像である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、従来例を示す図である。この図において、（Ａ）は元画像、（Ｂ）は特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタでの変換の後に平均を求めた例、（Ｃ）は特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタでの変換の後に分散を求めた例である。
この例では、元画像を正方形のブロック（一辺２０〜５０ｐｉｘ）に分割し、それぞれについて平均、分散を求めており、値が大きいものほど明るく表示している。
図１（Ａ）において、１ａは砂利道、１ｂは砂利道につけられた轍（わだち）である。またこの出願において、１ａ，１ｂのように粒度（粒径や粒子数）が異なる領域をテクスチャ領域１と呼ぶ。
図１（Ｂ）（Ｃ）から、従来の方法では、粗い面、滑らかな面、小石、砂利などの差が少なく、複数のテクスチャ領域を正確に分割できないことがわかる。

図２は、本発明の方法を示すフローチャートである。この図に示すように、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ５の各ステップ（工程）からなる。

Ｓ１ステップでは、デジタルカメラやビデオカメラを用いて、粒度（粒径や粒子数）が異なる複数のテクスチャ領域１からなる元画像２をコンピュータに入力する。元画像２は、静止画像でも、ビデオ上の１フレームでもよい。

Ｓ２ステップでは、予め設定した特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタを用いて、コンピュータを用いて元画像２を第１変換画像３にフィルタ変換する。
本願において、「特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタ」は、好ましくはセンターサラウンドフィルタであるが、それ以外のフィルタであってもよい。
このフィルタ変換において、特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタのフィルタサイズ（後述するσ）をテクスチャ領域１の少なくとも１つの粒径を強調するように設定するのがよい。

Ｓ３ステップでは、コンピュータを用いて第１変換画像３を複数の矩形ブロック４に分割する。

Ｓ４ステップでは、コンピュータを用いてブロック４毎に第１変換画像３を第２変換画像５にラベリング処理する。
このラベリング処理において、第１変換画像３を複数の輝度レベルに分割し、同一輝度レベルの画素が連続する固まりを１つのクラスタ６としてブロック毎にクラスタ数をカウントし、各ブロックのクラスタ数をそのブロックの面粗さを表す値とするのがよい。

Ｓ５ステップでは、コンピュータを用いて第２変換画像５を処理画像として出力処理し、出力装置に出力する。
この出力処理において、各ブロックの明るさをクラスタ数の多い順又は少ない順に表示するのがよい。出力装置は、コンピュータの表示装置であっても、無人車両が自動走行する際の遠隔装置であってもよい。
以下、本発明の実施例を説明する。

図１（Ａ）に示したような、砂利道１ａの中を通る２本の轍１ｂを周囲と分割することを考える。
まず数１の式（１）で表される特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）を画像に適用する。この例において、フィルタはセンターサラウンドフィルタである。

これは図３に示すような環状のフィルタであり、フィルタサイズはσを変えることで調整可能である。
図４（Ａ）（Ｂ）にフィルタの例を示す。この例において、（Ａ）はσ＝１．９であり、図は３倍に拡大表示している。また（Ｂ）はσ＝８．５であり、同様に図は３倍に拡大表示している。
特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタを用いたフィルタ変換は、画像上の特定の画素に対して式（１）を畳み込み積分することに相当する。従って、特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタを用いて元画像２を第１変換画像３にフィルタ変換すると、その出力画像（第１変換画像３）は、円形に近くフィルタサイズσと一致した大きさの物体が存在するとき強調される。

図５（Ａ）（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した元画像２を図４（Ａ）（Ｂ）のフィルタでそれぞれフィルタ変換して得られた第１変換画像３である。

図６は本発明によるラベリング処理の説明図である。
本発明の方法では、図６に示すように、次に第１変換画像３を矩形（例えば正方形）のブロック４に分割する。ブロック４のサイズは検出したいテクスチャ領域１（例えば轍）の幅よりも小さく、かつ使用するフィルタサイズσより十分大きくなるように設定する（この例ではσ＝１．９ｐｉｘとσ＝８．５ｐｉｘ、ブロック幅２２ｐｉｘとした）。

本発明の方法では、図６に示すように、次に第１変換画像３の輝度を５段階（輝度０〜２５５の間を５等分）のレベルに分け、同じレベルに属する画素が連続している固まり（クラスタ６）に対して１つの番号（ラベル）を与える。 このように与えられたクラスタ６の個数をブロックごとに数える。図６の例では、右下のブロック４内のクラスタ６が３つの例を示している。

図７（Ａ）（Ｂ）は、図４（Ａ）（Ｂ）の第１変換画像３をラベリング処理して得られた第２変換画像５である。この例では、各ブロックの明るさをクラスタ数の多い順で明るく表示している。
図７（Ａ）（Ｂ）から、本発明の方法により、轍が周囲と明確に区別できるようになることがわかる。これらの図に対し閾値処理を行なうことで轍とそれ以外の領域を正確に分割できる。

上述したフィルタのパラメータａ、ｂ、σは、この例で使用した値以外でも良く、対象の画像によって自由に変更できる。また、パラメータの異なる２つのフィルタからの出力を重ね合わせることで、確度を上げることもできる。
また、ラベリングを行なう際のブロックは正方形である必要はなく、それぞれの面積が等しければ任意の形に設定することができる。

上述したように、本発明の方法によれば、最初に特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタで変換することにより、フィルタと一致した大きさの粒子が強調されると共に、それ以外の大きさの粒子や連続的な輝度の変化などが平滑化される。
これにラベリング処理を行なうと、強調された粒子の密集しているブロックとそうでないブロックで明確な差が現れるため、領域分割が容易になる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ テクスチャ領域、１ａ 砂利道、１ｂ 轍（わだち）、
２ 元画像、３ 第１変換画像、
４ ブロック、５ 第２変換画像、
６ クラスタ

Claims (3)

1. 粒度が異なる複数のテクスチャ領域からなる元画像を入力し、
   特定の粒径を持つ粒子を強調するフィルタを用いて元画像を第１変換画像にフィルタ変換し、
   前記第１変換画像を複数の矩形ブロックに分割し、
   前記ブロック毎に第１変換画像を第２変換画像にラベリング処理し、
   前記ラベリング処理において、前記第１変換画像を複数の輝度レベルに分割し、同一輝度レベルの画素が連続する固まりを１つのクラスタとしてブロック毎にクラスタ数をカウントし、各ブロックのクラスタ数を該ブロックの面粗さを表す値とし、
   前記第２変換画像を処理画像として出力処理する、ことを特徴とする粒度の異なるテクスチャ領域の分割方法。
2. 前記フィルタ変換において、前記フィルタのフィルタサイズを前記テクスチャ領域の少なくとも１つの粒径を強調するように設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の分割方法。
3. 前記出力処理において、各ブロックの明るさをクラスタ数の多い順又は少ない順に表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の分割方法。
   

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