JPH0364909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、テレビカメラによつて撮像され、多
値化されたデジタル画像情報を処理する画像処理
装置に関する。

背景技術 従来から濃淡画像のパターン認識を行なうに
は、まず第１図のような原画の画像中のエツジを
取り出して線画（論理「０」と論理「１」とから
成り論理「１」が連なつて線を描く画像）を作成
し、その後、その線画の特徴を抽出してパターン
の認識を行なつている。濃淡画像からエツジを抽
出するには、画像中の濃度の変化を取り出せばよ
いので一般に微分法が用いられる。

第２図は、３×３一次元微分オペレータの例を
示す図である。第２図(1)により横方向の変化
（Δxとする）を求め、第２図(2)により縦方向の変
化（Δyとする）を求める。２次元的微分値の大
きさ（｜Ｅ｜）は次の第１式で求める。

｜Ｅ｜＝√²＋² ……(1) またその変化の方向は次の第２式で求まる。

∠Ｅ＝tan^-1（Δy／Δx） ……(2) この後、幅広いエツジ線を幅１画素の線に細める
細線化処理を行ない、更に強い微分値を持つ点を
抽出する２値化処理を行なうと、第１図の原画
は、第３図のように大略的にエツジ線画となる。
ここで大略的という意味は原画のコントラストが
十分でなかつたり、ノイズの多い画像ではエツジ
線は不連続になりやすいということである。

この不連続なエツジ線画を完全な線画に直すに
は従来、近似法やエツジ延長法などがあつた。近
似法はエツジ線上の離れた数点をサンプリング
し、直線あるいは曲線近似を行なうが、近似の精
度が確保できない場合、誤つたエツジ線を検出し
てしまうという欠点がある。一方、エツジ延長法
は、不連続なエツジの端点から始めて、着目する
画素とその周囲点それぞれの間である評価関数を
計算し、その値の最も大きい周囲点へとエツジを
延長して行き、他のエツジ点にぶつかるまで延長
を行なうものである。ここで評価関数Ｈは、例え
ば Ｈ＝｜E_i｜×cos（∠E_p−∠E_i） ……(3) ｉ＝１，２，……８ となる。ただし、｜E_i｜は周囲点の１点の微分値
の大きさ、∠E_iは微分値の方向である。このエツ
ジ延長法は、細線化、２値化の際に消されたエツ
ジ線を採り出していく優れた手法であるが、この
手法は一般にデジタル計算機によるソフトウエア
により実現される為、処理時間がかかりオンライ
ン化しにくいという欠点があつた。

目 的 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
濃淡画像のパターン認識の前処理としてエツジ延
長処理を高速に実行することができる画像処理装
置を提供することである。

実施例 第４図は、本発明の一実施例のブロツク図であ
る。処理装置１には、条件コードセレクタ２、シ
ーケンサ３、プログラムROM（リードオンリメ
モリ）４、およびALU（算術演算装置）５が具備
される。条件コードセレクタ２は、ラインｌ４を
介してシーケンサ３に接続される。シーケンサ３
は、バスラインｌ５を介してプログラムROM４
に接続される。評価関数を演算するための演算手
段に含まれるROMテーブル１１は、ラインｌ１
６を介してラツチ回路１０に接続され、ラインｌ
１４を介して３ステートバツフア７に接続され
る。ALU５は、ラインｌ１１を介して３ステー
トバツフア回路７〜９の各出力に接続される。
ALU５の出力は、ラインｌ１５を介してラツチ
回路１０に接続される。３ステートバツフア回路
８はラインｌ１２を介してフレームメモリ１８に
接続され、３ステートバツフア回路９はラインｌ
１３を介してバツフアアドレスカウンタ１２、Ｘ
アドレスバツフア１４、およびＹアドレスバツフ
ア１５に接続される。バツフアアドレスカウンタ
１２には、ラインｌ２０を介してクリア信号が与
えられ、ラインｌ１９を介してORゲート１３の
出力信号が与えられる。Ｘアドレスバツフア１４
の出力はラインｌ２４を介してＸアドレスカウン
タ１６に接続され、Ｙアドレスバツフア１５の出
力はラインｌ２３を介してＹアドレスカウンタ１
７に接続される。Ｘアドレスバツフア１４および
Ｙアドレスバツフア１５には、ラインｌ２２を介
してバツフアアドレスカウンタ１２の出力信号を
書き込むエツジライト信号が与えられる。

Ｘアドレスカウンタ１６およびＹアドレスカウ
ンタ１７には、ラインｌ３０を介してこれらのカ
ウンタを動作状態にさせるロード信号が与えられ
る。またＸアドレスカウンタ１６には、ラインｌ
３１を介してエツジの端点のＸ座標を正の方向に
移動させるＸアツプ信号が与えられ、またライン
ｌ３２にはエツジの端点のＸ座標を負の方向に移
動させるＸダウン信号が与えられる。Ｙアドレス
カウンタ１７には、ラインｌ３３を介してエツジ
の端点のＹ座標を正の方向に移動させるＹアツプ
信号が与えられ、またラインｌ３４を介してエツ
ジの端点のＹ座標を負の方向に移動させるＹダウ
ン信号が与えられる。フレームメモリ１８は、ラ
インｌ２６を介してＸアドレスカウンタ１６に、
ラインｌ２５を介してＹアドレスカウンタ１７
に、ラインｌ２７を介して方向デコーダROM
（リードオンリメモリ）１９に、ラインｌ１２を
介して３ステートバツフア８に、ラインｌ２を介
して条件コードセレクタ２にそれぞれ接続され
る。またフレームメモリ１８には、ラインｌ２８
を介して後述するエツジフラグを書き込ませるフ
ラグライト信号が与えられる。

方向デコーダROM１９の出力は、条件コード
セレクタ２にラインｌ３を介して接続される。条
件コードセレクタ２には、ラインｌ１を介してス
タート信号が与えられる。ソースセレクタ６は、
ラインｌ６およびラインｌ７にそれぞれ与えられ
る信号によつてラインｌ８〜ｌ１０の出力信号を
選択する。

以下、第４図に示すブロツク図の動作を説明す
る。シーケンサ３はプログラムの流れを制御する
もので、普通はプログラムROM４のアドレスを
インクリメントしていくが、命令の条件ジヤンプ
やループの場合は条件コードセレクタ２のデータ
を見ながら適当な制御を行なうものである。シー
ケンサ３からのアドレス信号をラインｌ５を介し
て受けて、プログラムROM４は他のハードウエ
アを直接制御するマイクロプログラムを送出す
る。このROM４は高速読出しの可能なバイポー
ラのヒユーズROMが用いられる。ALU５は、複
数の内部レジスタを持ち、ラインｌ１１からのデ
ジタル入力データと内部レジスタデータとの演
算、あるいは内部レジスタ間の演算を行ない、そ
の結果をラインｌ１５に送出する。

画像のエツジ延長を開始する前に準備されるべ
きデータは、第５図に示されているようにエツジ
フラグFLG、微分方向コード∠Ｅおよび微分絶
対値｜Ｅ｜から成るフレームメモリデータと、エ
ツジの端点を表わす端点アドレスデータである。
微分方向コードはLEをコード化したものである。
フレームメモリデータは、たとえば最上位の１ビ
ツトをエツジフラグ、次の４ビツトを微分方向コ
ード∠Ｅ、残りの６ビツトを微分絶対値｜Ｅ｜と
して11ビツトで構成される。微分方向コード∠Ｅ
および微分絶対値｜Ｅ｜のビツト数は、要求され
る精度によつて適宜選ばれる。

第６図は、微分値の方向∠Ｅを4bitで16方向に
コード化した場合の例を示す図である。このビツ
ト数は上述したように任意であり、精度を上げる
場合は更に増せばよい。エツジフラグFLGは第
６図に示すような細線化、２値化した結果であ
り、論理「１」ならばエツジ点、論理「０」なら
ば非エツジ点という１ビツトデータである。この
フレームメモリ１８は、Ｘ，Ｙアドレスカウンタ
１６，１７で示されたアドレスの｜Ｅ｜、∠Ｅ、
FLGのデータを並列に出力するものである。こ
れらのデータの計算書込はソフトウエアによつて
もよいが、ハードウエアでリアルタイム処理も可
能である。第７図には微分値の方向コードを１〜
８とした一例を示されている。

次に、満点アドレスデータについて説明する。
端点の例を第８図ａ〜第８図ｄに示す。第８図
ａ、第８図ｂは端点であり、ｃ，ｄは端点ではな
い。ここで明らかに着目画素の周囲点に論理
「１」の画素が１個、あるいは連続した２個の論
理「１」の画素が１ケ所にある場合にのみ端点と
なり得る。これら合条件はソフトウエアで判別し
てもよいが、周囲点８個のフラグのパターンをア
ドレスとしてたとえば他のROMテーブルを準備
して用いればよい。テーブルの容量は、2⁸×１＝
256×１で良い。

バツフアアドレスカウンタ１２は、座標用カウ
ンタと端点用カウンタとを有する。座標用カウン
タは、Ｘ，Ｙアドレスを発生する。端点用カウン
タは、端点の数を計数する。Ｘ，Ｙアドレスバツ
フア１４，１５には、端点のＸ，Ｙアドレスをそ
れぞれ格納するための記憶領域が設けられてい
る。この記憶領域は、バツフアアドレスカウンタ
１２の端点用カウンタからラインｌ１３を介して
与えられる計数値によつてアドレス指定される。

バツフアアドレスカウンタ１２に、ラインｌ２
０を介してクリア信号が与えられると、端点用カ
ウンタの計数値は０になり、座標用カウンタに
は、画面の開始点の画素のＸ，Ｙアドレスが設定
される。座標用カウンタは、図示されない信号に
よつてインクリメントされる。座標用カウンタか
らのＸ，Ｙアドレスによつて指定される画素は、
その画素を中心として第８図ａ〜第８図ｄに示す
ような３×３画素の領域を順次走査することによ
つて、端点であるか否かが判断される。座標用カ
ウンタが端点の座標を示したときは、外部からラ
インｌ２２にエツジライト信号を与える。エツジ
ライト信号は、バツフアアドレスカウンタ１２の
座標用カウンタからのＸ，Ｙアドレスを、端点用
カウンタからの計数値によつてアドレス指定され
るＸ，Ｙアドレスバツフア１４，１５の記憶領域
にそれぞれ書込む。書込みが完了してから、端点
用カウンタは、外部からラインｌ１８を介して与
えられるエツジアツプ信号によつてインクリメン
トされる。

このようにして、１画面全体の画素のＸ，Ｙア
ドレスを順次的に発生し、端点の検出を行うと、
端点の総数がバツフアアドレスカウンタ１２の端
点用カウンタに残る。端点の数だけのＸ，Ｙアド
レスは、Ｘ，Ｙアドレスバツフア１４，１５の記
憶領域に、０番地から順に格納される。以上がエ
ツジ延長を開始する前の準備操作である。

以下、第９図を参照してエツジ延長の動作を説
明する。まずソースセレクタ６は、ラインｌ９を
介して３ステートバツフア回路９を能動化してバ
ツフアアドレスカウンタ１２を選択し、そのカウ
ント値（端点数）を読出してALU５の内部レジ
スタに格納する。次にバツフアアドレスカウンタ
１２をラインｌ２０に与えられるクリア信号によ
つてクリアすると、Ｘ，Ｙアドレスバツフア１
４，１５の０番地の内容がラインｌ２４，ｌ２３
に送出される。この値は、Ｘ，Ｙアドレスカウン
タ１６，１７に与えられる（第９図示の端点０の
アドレス）。次にこのアドレスカウンタ１６，１
７によつてフレームメモリ１８にストアされてい
るフレームメモリデータが読出され、データ∠
Ｅ、｜Ｅ｜はALU５に取り込まれ、データFLGは
条件コードセレクタ２に入力される。次にこの端
点の周囲点８点のデータ∠Ｅ、｜Ｅ｜は、Ｘ，Ｙ
アドレスカウンタ１６，１７が別々に±１される
ことによつてALU５に取込まれる。このときデ
ータFLGは条件コードセレクタ２に入力される。
エツジの延長をするときにフレームメモリデータ
のフラグビツトFLG「１」であるか「０」である
かを判定する必要がある。一般的にはフレームメ
モリデータ∠Ｅ、｜Ｅ｜、FLGを読出し、ALU５
にデータ∠Ｅ、｜Ｅ｜、FLGを取込み、その後フ
ラグビツトを取出すための演算を行ない、その結
果が０かどうかを示すALU５のゼロフラグを条
件コードセレクタ２およびシーケンサ３で判定す
る。以上の手順はマイクロプログラムで３ステツ
プ以上となる。そこで本発明では、フラグビツト
のみをALU５に取込まず、条件コードセレクタ
２に直接入力する。このようにすることによつ
て、マイクロプログラムにおいて１ステツプでフ
ラグビツトを判定することができ、処理が高速化
される。

前述のように端点の周囲点には最低１個のエツ
ジ点、即ちフラグ＝論理「１」の点があり、延長
候補点より削除する。次に残つた延長候補点と着
目する端点との間で前述の評価関数値を計算する
わけであるが、前記第３式は乗算、余弦（cos）
演算を行なう為に長時間を要するので、第４図の
ROMテーブル１１を用いる。これを行なうに
は、データE_iとデータ∠E_O−∠E_iを１ワード中に
合成しALU５からのラインｌ１５より送出し、
このデータをラツチ回路１０でラツチし、ROM
テーブル１１のアドレスとしてテーブル値を
ALU５に取込む。この操作が延長候補点全てに
ついて行なわれ、その最大値を示す方向の画素へ
進んでいきながら、フレームメモリ１８には新し
くエツジ点とされた画素のフラグをラインｌ２８
を介して伝送されるフラグライト信号により書込
まれる。

エツジ延長処理は以上の操作を繰返していく
が、新しくエツジ点となつた画素より更に延長し
ていく場合、画素の進んできた方向はすでにエツ
ジ点であることが判つているので、その方向のデ
ータは取込む必要がない。画素の延長の途中で、
進んできた方向以外でフラグがたつている点が見
つかれば他のエツジ線に接したことになるので、
延長はその点で打切る。（第９図のア点）以上で
端点０よりの延長を終了し、端点１よりの延長の
ために、バツフアアドレスカウンタ１２をインク
リメントし、Ｘ，Ｙアドレスカウンタ１６，１７
に端点を示す論理「１」のアドレスをロードし、
前述と同様の処理をする。

以上の処理を繰返していくが、最初端点数は
ALU５内にあるので、その回数だけ処理を繰返
した時点ですべての延長処理を終了する。

延長を行なう際、現在の画素の微分値方向の３
画素のみを延長候補点とすることができる。この
様子を第１０図に示す。現在点の微分値方向が第
７図の方向コード８とすれば、延長候補点はア，
イ，ウの３画素とする。この方法を行なうには、
現在点の方向∠ＥをALU５で判別する必要があ
るが、この為にはALU５内で１〜８の数字と∠
Ｅの排他論理和をとつて０になるかどうかという
複雑な処理が必要となる。そこで第４図に示すよ
うに、微分方向コード∠Ｅを方向デコーダROM
１９に与え、そのコードが１〜８のどの方向かと
いうデータを条件コードセレクタ２に与え、８本
のコード入力の内どのビツトがたつているかを調
べるようにすれば高速化が図れる。

第４図の構成において、フレームメモリ１８内
の∠Ｅを方向デコーダROM１９に与え、方向デ
コーダROM１９は８本の方向ビツトのうちの１
本を選択している。この方向判別のフローチヤー
トを第１１図に示す。ステツプn1〜ステツプn8
において、８ビツトのうちのどのビツトが論理
「１」であるＨレベルとなつているかを検出する。
ステツプn1では、ビツト“１”がＨレベルであ
るか否かが判断され、Ｈレベルであれば方向は１
と判断される。以下ステツプn2〜n8において、
方向２〜８までがそれぞれ判断される。８ビツト
の全部が論理「０」であるＬレベルのときは、本
来ROM１９で選択される組合せではないので、
エラーと判断される。このフローチヤートから明
らかなように方向判別動作は最大８ステツプ、平
均４ステツプを要する。このロスを無くす為に第
１２図の回路を付加する。即ち方向デコーダ
ROM１９の出力は、シーケンサ３に接続される
マツピングROM２０のアドレスに与えられる。
したがつて第４図の方向デコーダROM１９は削
除される。マツピングROM２０には各方向コー
ドに対応したマイクロプログラムのジヤンプ先ア
ドレスが書込まれている。たとえば、微分方向コ
ード∠Ｅが4bitのとき16通りのコードがあるが８
方向にふり分けるため、コード“２”及び“３”
をアドレスとする所には方向“２”を判別、処理
するジヤンプ先アドレスが入る。このマツピング
ROM２０の付加によりマイクロプログラムは、
JUMP MAP命令の１ステツプにより読出し、画
素の判別が可能となる。

効 果 以上のように本発明によれば、濃淡画像のパタ
ーン認識の前処理としてのエツジ延長処理が高速
に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原画を示す図、第２図は一次元微分オ
ペレータの例を示す図、第３図は微分・細線化・
２値化された第１図に対応する画像を示す図、第
４図は本発明の一実施例のブロツク図、第５図は
フレームメモリデータの一例を示す図、第６図は
方向コードの例を示す図、第７図は方向コードを
１〜８としたときの例を示す図、第８図はエツジ
の端点の例を示す図、第９図および第１０図は延
長の過程を説明するための図、第１１図は方向判
別のフローチヤート、第１２図は本発明の他の実
施例のマツピング・リードオンリメモリ２０を付
加したブロツク図である。 １……処理装置、６……ソースセレクタ、７，
８，９……３ステートバツフア、１０……ラツチ
回路、１１……リードオンリメモリ・テーブル、
１２……バツフアアドレスカウンタ、１３……
ORゲート、１４……Ｘアドレスバツフア、１５
……Ｙアドレスバツフア、１６……Ｘアドレスカ
ウンタ、１７……Ｙアドレスカウンタ、１８……
フレームメモリ、１９……方向デコーダ・リード
オンリメモリ、２０……マツピング・リードオン
リメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 濃淡画像処理における画像の周囲を表わす不
   連続なエツジの端点である画素の座標データをス
   トアするアドレスバツフアと、 そのアドレスバツフアの出力のアドレスデータ
   をロードし、このアドレスデータに基づいて演算
   をして着目される前記画素の周囲に隣接する画素
   の画像データを求めるためのアドレスカウンタ
   と、 前記画素の画像データストアするフレームメモ
   リと、 それらのデータによつて着目される画素と、そ
   の周囲の画素との関係を示す評価関数を演算処理
   する演算手段と、 前記アドレスバツフアと前記アドレスカウンタ
   と前記フレームメモリと前記演算手段などを制御
   するためのプログラムの条件を選択するためのセ
   レクタを備え、プログラムに従つて前記制御を行
   なう処理装置とを含み、 すでに求められている不連続なエツジの端点か
   ら延長を始めて、着目されるエツジの端点の周囲
   の各点について評価関数値を求め、その関数値の
   最大の方向へエツジの端点を進行させていく過程
   において、 前記フレームメモリにストアされる画像データ
   の内、エツジ点であるかどうかを判別するための
   フラグビツトデータを前記処理装置のセレクタに
   入力して、処理装置がそのフラグビツトデータに
   対応したプログラムに従つて処理動作をすること
   を特徴とする画像処理装置。