JPH0353680A - 映像のエッジ検出方法 - Google Patents

映像のエッジ検出方法

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JPH0353680A
JPH0353680A JP2185161A JP18516190A JPH0353680A JP H0353680 A JPH0353680 A JP H0353680A JP 2185161 A JP2185161 A JP 2185161A JP 18516190 A JP18516190 A JP 18516190A JP H0353680 A JPH0353680 A JP H0353680A
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image
point
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JP2185161A
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Martin W Imme
マルチン　ヴァルター　インメ
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二次元イメージマトリクスに配置された画素
のグレーレベルとして生じる映像のエッジを検出するに
おいて、該イメージマトリクスのグレーレベル変化は演
算子により濾波され、エッジは毎回いくつかの隣る画素
のグレーレベルの組み合わせにより濾波されたイメージ
マトリクスにて検出される方法に係る。
この種の方法は、例えば「コンピュータグラフィクス及
びイメージ処理４　１９７５年４号，　２４８−２７０
頁でのｒエッジ決定技術の探究」エル・エス・ディビス
による記事から知られている。かかる方法は、種々の利
点を提供する種々の線形又は非線形演算子を用い、異な
る演算複雑性を含む。明らかに、雑音及び妨害信号によ
り低下した実像が用いられる時、種々の方法は異なる結
果を提供する。
かかる像は、例えば磁気共鳴映像により得られたＸ線像
又は像でありうる。実際の像では、エッジが、正確に一
点に又は個別画素の多少厳密なシーケンスで決定されな
い問題が起こり、他方で、公知の方法は、時々検出され
たエッジ、すなわち不連続な輪郭にギャップを生ずる。
従って、本発明の目的は、実像に対応する出来るだけ正
確な位置での出来るだけ少ないギャップを含む画像エッ
ジの検出を可能にする前記の方法を提供することである
。
本目的は、濾波されたイメージマトリクスにて、グレー
レベルの局部最小及び最大か決められ互いに関して４５
°の角度で延在する４方向に別々に蓄積され、濾波され
たイメージマトリクスにおける全最大及び最小の決定の
後、関連した方向での実際のグレーレベル変化は、変曲
点を有する所定の関数により濾波されないイメージマト
リクスにおける各最小及び隣る最人間で近似され、変曲
点の位置はサーチされたエッジの点を表わす本発明によ
り達成される。
４つの異なる方向、すなわち実質的に水平方向，垂直方
向及び２つの対角線方向の像の検査の結果として、さほ
ど明らかでない各エッジは、このエッジに実質的に垂直
に延在する方向に見出される。更に、実際のエッジの正
確な位置が実際、濾波されないイメージにてサーチされ
るので、濾波処理によるシフトは除去される。従って、
実際に全ての場合に連続で、断続的でないエッジが検出
される。第１に、全最大及び最小は濾波されたイメージ
にて決定され、その後、エッジ点は濾波されないイメー
ジにて決定されるか、又は関連するエッジ点は、最大及
び最小からなる対の後、毎回決定される。
実際のグレーレベル変化に近似するよう用いられた関数
は、変曲点を含む領域からなる限りは任意形式を有して
もよい。本発明の第ｌの例によると、特にこの目的に対
しサイン関数を用いることは有益である。本発明の別な
例では、アークタンジェント関数が用いられる。サイン
関数は一つの最小から次の最大半周期に亘って用いられ
るのが望ましい；変曲点に関して対称である対応する領
域はアークタンジェント関数用に用いられる。別な関数
、すなわち奇数高次多項式を用いつる。
実像でのグレーレベル変化の近似は、種々の方法で実現
されつる。最小二乗誤差方法はこの点で効果的である。
本発明による方法を用いるに映像でのエッジは画素状に
検出される。本発明の別な例によってエッジの方向に関
する表示は、この関数がエッジ点にて変曲点を示す全て
の方向に対する近似関数の勾配から引き出されるさらに
一層正確な検出が可能である。エッジの方向に関するこ
れらの表示は別な証拠に対しても用いられうる。
以下図面と共に本発明による実施例を詳細に説明する。
第１図は、列及び行で配置される多数の画素からなるイ
メージマトリクスＭを示し、各矩形はｌ画素を表わすと
考えられる。各画素は、マルチ・ディジット２進数によ
り表わされる所定のグレーレベルを有する。実際、イメ
ージマトリクスＭは、第１図に示すより非常に多い画素
の数からなることは明らかである。
雑音及び別な妨害信号が必然的に映像のグレーレベルの
変化に重畳され，偽エッジを模擬しがちなので、映像で
のグレーレベルの変化は先ず平滑化されなければならな
い。このために、望ましくは二次元平滑化は、例えば二
次元正規曲線による通例の方法で印加される。正規曲線
の標準偏差は、妨害信号が過度に対下向き急勾配エッジ
又は近接エッジなしに、高度に除去されるよう選ばれる
。
第１図に示すイメージマトリクスＭは平滑化されたグレ
ーレベル変化を含むと考えられる。このマトリクスは、
種々の方向、すなわち矢印ｌの列の方向，矢印２による
行の方向，及び矢印３及び４の２つの対角線方向に走査
され、走査行及び列及び対角線の一部のみを明確にする
為矢印で示す。
勿論、これらの走査は、実像で実施されないが、電子メ
モリに蓄積される映像の連続のグレーレベルで実行され
、平滑化又は濾波も蓄積された映像信号にて実施される
ことに注意すべきである。
従って、各方向に一連のグレーレベルが得られる、画素
Ｐの走査行のグレーレベルＧの例を第２図に示す。実際
に存在する連続の離散的グレーレベルは、簡素化の為断
続的でない曲線としてここに表わされる。
この曲線では、局部的最小Ｍ．及び最大Ｍ８は従来の方
法で決められる。毎回最小及び最大（又は、逆もまた同
じ）の間で、エッジが多かれ少なかれ鋭角で交差する領
域Ｓｌ．Ｓ２．３３又はＳ４が存在する。
最小Ｍ．及び最大Ｍ１間で、すなわち関連した画素Ｐ間
で、このエッジの正確な位置を決める為、雑音及び妨害
により低下された実際の映像のグレーレベル変化は、第
３図に示す如く変曲点を含む曲線により近似される。第
３図は例示のためにグレーレベルが第２図での平滑形式
で示される画素Ｐに亘って拡大されたグレーレベル変化
を示す。
実際のグレーレベル変化を近似する意図の曲線Ｆは、例
えば最小及び最大間のサイン関数であるが、例えば所定
領域でのアークタンジェント関数を用いることも可能で
ある。閏数Ｆは、変更され、グレーレベルＧの方向及び
画素Ｐの方向にシフトされ、これによりこの関数の妨害
一劣化映像のグレーレベルの偏差の誤差の二乗平均は最
小になる。
これが起こる場合、閏数Ｆの変曲点Ｗは、位置、すなわ
ち画素Ｋを示し、ここで輪郭のエッジは関連した映像領
域に位置する。これは、濾波映像のシフト又は非濾波映
像に関してこれから引き出されたグレーレベル変化を紡
ぎ、すなわちエッジは、元の映像に最も存在しそうな位
置で検出される。
映像及び濾波映像でのエッジが異なる方向に交差する時
、エッジは本質的に関連した方向に対して同じ画素で得
られる。しかし、このエッジの勾配は、エッジが交差す
る方向、すなわち最も急勾配なグレーレベル変化が生じ
るエッジに垂直な方向に依存する。次にエッジの領域で
のグレーレベル変化の勾配は、グレーレベル変化に近似
する関数Ｆの勾配に含まれ、変曲点でのこの関数の勾配
から、この閏数Ｆの振幅及び周期から得られる。
エッジ点として検出された画素点での種々の方向の関数
の勾配から、エッジの方向が決定されうる。
この方向は、必要なら、例えば不明確さの除去により、
エッジのより正確な検出に対して用いられつる。
第４図に示す如くエッジ検出用装置は、４つのメモリ１
２，１６．２０及び２４，３つのプロセッサ１４．１８
及び２２及び撮像装置ＩＯからなる。撮像装置１０は、
エッジが検出されるべき映像、例えば点状にＸ線像を走
査し、該点に対応するグレースケール値をディジタル化
する。ディジタル化されたグレースケール値は伝送線１
１を通ってメモリｌ２に送られ、そのメモリで、グレー
スケール値は、映像が撮像装ｆｉｌｌｏにより撮像され
る像点のマトリクスに応じて蓄積される。
メモリ！２に蓄積されたグレースケール値は雑音及び妨
害を受ける。完全な像が蓄積された後、プロセッサｌ４
は、毎回像マトリクスの一部をアドレスし、望ましくは
二次元正規関数を用いて相互接続１３により伝送された
グレースケール値についで濾波動作を行なう。濾波され
たグレースケール値は、相互接続ｌ５を介して第２のメ
モリ１６にロードされ、すなわちメモリＩ２での像点の
グレースケール値は、その近傍の像点のグレースケール
値とそれを結合することにより濾波されたメモリ１６の
像点のグレースケール値に対応する。
この為に、両方のメモリｌ２及びｌ６は、相互接続２５
を介してプロセッサ１４によりアドレスされる。
検査さるべき像の濾波の後、極値装置■８は、メモリ１
６から相互接続ｌ７を介して濾波されたグレースケール
値を読み取り、第１図に示す如く像マトリクスにおける
４つの方向に対応する４っのアドレスのシリーズのシー
ケンスで相互接続２８を介してメモリ１６をアドレスす
る。メモリｌ６から相互接続Ｉ７を介して読み取られた
グレースケール値のシリーズは、極値装置ｌ８における
最大及び最小をサーチされ、像点は、そのグレースケー
ル値がシリーズ内の先行及び後行グレースケール値より
大きい時、最大を示す。必要なら、明白な極値は、該像
点でのグレースケール値か所定の値によりその近傍のグ
レースケール値と異なる場合においてのみ、極値を像点
に帰することによって決定されつる。
最大又は最小グレースケール値を見つけた時、マーカ値
は相互接続ｌ９を介してメモリ２ｏに書き込まれ、メモ
リ２０は略４つの像マトリクスに対応する容量を有し、
１つの像マトリクスはサーチの各方向に対する。各メモ
リ空間は、最大，最小又はどちらでもないことを示すマ
ーカ値を１蓄積する２ビットの容量だけを有する。メモ
リ２ｏは、相互接続２８を介して極値装置ｌ８によりア
ドレスされ、アドレスの４つのグループがあり、夫々は
サーチの方向に対応する。
或いは、メモリ２０は像点の座標、最大又は最小の表示
及び最大又は最小が見つけられる方向を含むものとして
構成されつる。大部分の像点が極値を示さないので、要
求されるメモリセルはより少なくてよく、各メモリセル
はより多数のビットを蓄積できなければならない。
下記において、最初の全ての最大及び最小は、エッジが
濾波されてない像マトリクスで決定された後、濾波され
た像マトリクスで決定されると考えられる。近似ユニッ
ト２２はメモリ２ｏを読み取り、２つの隣る極値間に位
置した像点の座標は、濾波されない像マトリクスを含む
メモリｌ２に相互接続２ｌを介してアドレス値として送
られ、該アドレス値に対応するグレースケール値の新し
いシリーズは、相互接続ｌ３を介して近似ユニット２２
に送られる。２つの極値間に位置した像点の各シリーズ
のグレースケール値は、サイン関数又はアークタンジェ
ント関数のような不ＦｉＡ１ｉｌｔな変曲点を有する関
数による近似ユニット２２により近似され、近似は、効
果的に最小二乗法により実行される。最適に近似の回数
が得られた時、二つの関数の変曲点は、像点であり、そ
の座標は近似ユニット２２により相互接続２７を介して
メモリ２４にアドレス値として送られ、マーカ値は各ア
ドレス値に対し相互接続２３を介してメモリ２４に送ら
れる。必要なら像点のグレースケール値は、マーカ値に
加えて、相互接続ｌ３を介してメモリ２４に書き込まれ
、その場合でのメモリ２４はマークされたエッジを有す
る元の像を含む。メモリ２４の内容は、映像装置、例え
ばテレビジョンモニタで視覚可能とされつる。
映像を濾波するプロセッサｌ４は極値装置ｌ８及び近似
ユニット２２は１つの計算ユニットとして実現されつる
ことは明らかである。メモリ１２，ｌ６及び２０は単一
大型メモリの一部でありうる。
【図面の簡単な説明】
第１図は走査方向を有するイメージマトリクスを概略的
に示す図、 第２図は一方向でのイメージマトリクスの走査中のグレ
ーレベルの変化を示す図、 第３図は所定の関数によるエッジの領域での実際のイメ
ージの近似を示す図、 第４図は本発明による映像のエッジを検出する装置を示
す図である。 １，２．３．４・・・矢印、１０・・・撮像装置、１１
，１３，１５．１７．１９．２１．２３．２５，２７．
２８・・・相互接続、１２．１６．２０．２４・・・メ
モリ、ｌ４・・・プロセッサ、ｌ８・・・極値装置、２
２・・・近似ユニット、Ｆ・・・関数、Ｇ・・・グレー
レベル、Ｋ，Ｐ・・・画素、Ｍ．・・・最小、Ｍ．・・
・最大、Ｓｌ〜Ｓ４・・・領域、Ｗ・・・変曲点。 Ｕ− Ｎ Ｕ一 ｒつ Ｃフ Ｕ−

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）二次元イメージマトリクスに配置された画素のグ
    レーレベルとして生じる映像のエッジを検出するにおい
    て、該イメージマトリクスのグレーレベル変化は演算子
    により濾波され、エッジは毎回いくつかの隣る画素のグ
    レーレベルの組み合わせにより濾波されたイメージマト
    リクスにて検出される方法であって、濾波されたマトリ
    クスにて、グレーレベルの局部最小及び最大が決められ
    、互いに関して４５°の角度で延在する４方向に別々に
    蓄積され、濾波されたイメージマトリクスにおける全最
    大及び最小の決定の後、関連した方向での実際のグレー
    レベル変化は、変曲点を有する所定の関数により濾波さ
    れないイメージマトリクスにおける各最小及び隣る最大
    間で近似され、変曲点の位置はサーテされたエッジの点
    を表わすことを特徴とする映像エッジ検出方法。
  2. （２）所定の関数は、サイン関数であることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  3. （３）所定の関数はアークタンジェント関数であること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  4. （４）エッジの方向に関する表示は、この関数がエッジ
    点における変曲点を示す全方向に対する近似関数の勾配
    から引き出されることを特徴とする請求項１乃至３のう
    ちいずれか一項記載の方法。
  5. （５）二次元イメージマトリクスに配置された画素と関
    連したグレーレベルを蓄積するメモリと、二次元濾波さ
    れたイメージマトリクスとして配置されるメモリ位置で
    のグレーレベルの濾波及び濾波されたグレーレベルを蓄
    積する為のメモリに接続されたコンピュータとからなり
    、該コンピュータは、濾波されたイメージマトリクスに
    て互いに４５°の角度で延在する４方向に別々にグレー
    レベルの局部最小及び最大を決めて蓄積し、毎回濾波さ
    れないイメージマトリクスでの最小及び隣る最大間の関
    連した方向において実際のグレーレベル変化を近似し、
    濾波されたイメージマトリクスにおける全最大及び最小
    の決定の後、変曲点を有する所定の関数により、サーチ
    されたエッジの点を表わす変曲点の位置を蓄積する映像
    のエッジを検出する装置。
  6. （６）所定の関数はサイン関数であることを特徴とする
    請求項５記載の装置。
  7. （７）所定の関数はアークタンジェント関数であること
    を特徴とする請求項５記載の装置。
  8. （８）コンピュータは、この関数がエッジ点での変曲点
    を示す全方向用近似関数の勾配からエッジの方向に関す
    る表示を引き出すことを特徴とする請求項５乃至７のう
    ちいずれか一項記載の装置。
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