JPH04205681A - 線分抽出装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、原画像をディジタル化して処理する画像処理
装置等に用いられ、原画像から直線成分を検出する線分
抽出装置、特に高精度に線分パターンを検出する線分抽
出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の分野の技術としては、特開昭６４−７４
６８１号公報等に記載されるものがあった。

上記文献に開示されているように、画像における物体の
線分く輪郭）抽出を行う場合、その抽出方法として、従
来より八ツ（Ｈｏｕｇｈ）変換を用いるものがある。以
下、ハフ変換による線分抽出方法について説明する。

第２図は、ハフ変換で行われる座標変換法を示す図であ
る。

第２図において、ｘ−ｙ平面を画像平面とじた場合、あ
る画素点（ｘ。、３’。）を通る直線ρは、原点Ｏから
直線ｇに降ろした垂線の長さρ。と垂線の傾きθ。とに
よる極座標で表現される。ここで、画素点の座標（ｘｏ
　、ｙｏ＞と直線１を表す極座標点（ρ０．θ。）との
関係は次式で表現される。

ρｏ　””　Ｘｏ　ＣＯＳθｏ　十ｙ　ｏ　ｓ　ｉｎθ
０・・・・・・（１） 画素点（ｘｏ　、ｙ□　）を通る直線は１本でないので
、直線の数だけ極座標点（ρ。、θ。）の組みが存在す
ることになる。ここで、ρ、θを極座標の変数パラメー
タとして、（ρ０．θ０）の組をρ−θ空間で表したの
が第３図である。

上記（１）式の関係より、ある１点（ｘｏ、ｙ。）を通
る直線の集合は、極座標パラメータρ−θ空間で、１本
の正弦波状の曲線ρｐとして表現できる。画素点（ｘｏ
、ｙｏ＞以外のｘ−ｙ平面上の各画素点に対し、上記（
１）式の極座標変換を施せば、ρ−θパラメータ空間に
、画素点数に等しい数の正弦波状の曲線を描くことがで
きる。

ここで、各画素が１本の直線にフィツトしていれば、ρ
−θ平面上の各曲線はある１点で画素数の回数だけ交差
する。したがって、各曲線がρ−θ平面上を通過する回
数を表すヒス１〜グラムを作成し、そのピーク点（ｐｐ
ｅａｋ、ｐｐｅａｋ）からｘ−ｙ平面上の各画素にフィ
ッＩ〜する直線を得ることができる。そして、その直線
に対応する画素をｘ　−ｙ平面上からピックアップする
ことで線分が検出される。

次に、上記のハフ変換による線分検出を実施するための
線分検出装置について説明する。

第４図は、従来のハフ変換を用いた線分抽出装置の一構
成例を示す構成ブロック図である。

この線分抽出装置は、テレビカメラ１、Ａ／Ｄ変換器２
、エツジ検出部３、画像メモリ４、座標変換部５、ヒス
トグラム生成部６、ヒス１ヘゲラムピーク検出部７、線
分検出部８、及び画像表示部９を備え、座標変換部５及
びヒストグラム生成部６の処理が第５図に示され、ヒス
トグラムピーク検出部７の処理が第６図に、線分検出部
８の処理が第７図にそれぞれ示されている。

第５図において、例えば、画素Ｐ（ｉ、ｊ）がエツジ部
分に相当するならば（ステップＳ２＞、座標ｉ、ｊが極
座標変換され、ある傾きθにおける原点０からの距離ρ
が計算される（ステップＳ４〉。ρ及びθは、ヒストグ
ラム配列Ｈ（ρ、θ）の参照番号であるので、整数でな
ければならない。

θは整数として与えられるが（ステップＳ３．Ｓ７）、
ステップ１の三角関数の計算で生ずるρは、実数である
ため整数に丸められている（ステップＳ５）。各傾きθ
に対する距離ρが計算され、通過回数のヒストグラムで
ある配列Ｈの値が更新される（ステップＳ６）。そして
、ヒストグラム生成部６の処理の結果、得られるヒスト
グラムの一例が第８図に示されている。なお、第８図中
のヒストグラム配列Ｈ（ρ、θ）は、正弦波状の曲線が
配列内の各位置を通過する回数を意味する。

第６図において、まず、上記ヒストグラムのピ一り値Ｈ
１゜ａｋが初期値として］にセットされる（ステップ８
１３）。続いて、ヒストグラム配列Ｈの値がρ及びθの
値に従って評価され、ピーク値Ｈｐｅａｋと比較される
（ステップ５１５）。ピーク値Ｈ９゜ａｋ’り配列Ｈの
値の方が大きければ、新たにピーク値Ｈ１゜ａｋの値が
更新され、最終的に通過回数のピーク値Ｈｉ）ｅａｋ及
びその時の原点からの距離ρｐｅａｋと傾きθ、。ａｋ
が検出される（ステップ５１６）。

第７図において、線分の垂線の傾きθをヒス１〜グラム
のピーク値の値θ、。ａｋに固定し、座標ｉ。

ｊの値を変えて画像データ配列Ｐ（ｉ、ｊ）内を走査す
る。そして、各座標ｉ、ｊの値で上記（１）式に基づく
ρの計算を行う（ステップ８２３）。

ρとρ、。ａｋが等しくなる点（ｉ、ｊ）が求める直線
に対応する画素の位置であり（ステップ５２５）、線分
を表示するための配列Ｃ（ｉ、ｊ）に値上が格納される
（ステップ８２６） （発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の線分抽出装置では、パラメー
タ空間のピーク点くｐ、８ａｋ、θ、。ａｋ）から線分
画素Ｃ（ｉ、ｊ＞を検出する際、誤って他の画素を検出
する可能性があるという問題があった。以下、その理由
を説明する。

第７図において、ステップ８２Ｂの結果得られる原点○
からの距離ρは、三角関数の計算によって得られる実数
である。これに対して、ρ、。ａｋは配列Ｈ（ρ、θ）
内の参照番号を表す整数である。

即ち、ρ、。ａｋと等しいρを検出する（ステップ５２
５）ために、ρを実数から整数に丸める操作を行う必要
がある（ステップ２４）。これにより、丸め誤差が発生
し、ヒストグラムのピーク値（ρ、。ａｋ、θ、。ａｋ
＞を作成するのに寄与した画素Ｐ（ｉ、ｊ＞が必ずしも
検出されず、他の画素が検出されてしまう。

本発明は前記従来技術の持っていた課題として、線分画
素の誤検出という点について解決した線分抽出装置を提
供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するために、ディジタル化さ
れた画像データからエツジ画素を検出するエツジ検出部
を有し、前記エツジ画素を通る線分の極座標値から作成
されたヒストグラムに基づき、前記線分に対応する線分
画素を抽出する線分抽出装置において、次の手段を講し
たものである。

前記エツジ画素毎に前記線分に対する極座標変換を行っ
て前記極座標値を求めると共に、前記エツジ画素の画素
位置情報を設定する座標変換部と、前記極座標値及び前
記画素位置情報を参照して前記ヒス１〜グラムを生成す
るヒス１〜グラム生成部と、前記画素位置情報に対応し
て前記ヒストグラムの和をとり、前記ヒストグラムのピ
ーク値を検出するヒストグラムピーク検出部と、前記ピ
ーク値に寄与した前記画素位置情報を求め、該画素位置
情報に対応する前記線分画素の座標を検出する線分検出
部とを、備えたものである。

（作用） 本発明は、以上のように線分抽出装置を構成しなので、
ディジタル化された画像データから対象物体の輪郭線で
ある画像データ中のエツジ部分が取出され、座標変換部
は、取出されたエツジ部分におけるエツジ画素毎に例え
ばハウ変換に基づく極座標変換を行って極座標値を求め
、さらにエツジ画素の画素位置情報としてエツジ画素に
通し番号を設定する。ヒス１〜グラム生成部は、極座標
値及び画素位置情報を参照して３次元配列のヒストグラ
ムを生成する。ヒストグラムピーク検出部は、画素位置
情報に関するヒストグラムの和をとることにより、全エ
ツジ画素に渡るパラメータ空間の通過回数を計算し、ヒ
ストグラムのピーク値を検出する。線分検出部部は、前
記ピーク値に寄与した画素位置情報を求め、該画素位置
情報に対応する線分画素の座標を検出する。

したがって、前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例を示す線分抽出装置の構成ブ
ロック図である。

この線分抽出装置は、第４図に示す従来装置と同様に対
象物体を撮像してアナログ画像信号を出力するテレビカ
メラ１０と、テレビカメラ１０が＝　８− ら得られたアナログ画像信号をディジタルの画像データ
へ変換するＡ／Ｄ変換器１１と、前記画像データに対し
、微分処理等を施して対象物体の輪郭線である画像中の
エツジ部分を取出して２値画像データに変換するＣＰＵ
等のエツジ検出部１２と、エツジ部分の２値画像データ
を保存するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等の
画像メモリ１３とを、備えている。

ここで、画像メモリ１３に格納される画像データ配列の
一例を第９図に示す。なお、図中の符号ｉは横方向の配
列参照番号、符号ｊは縦方向の配列参照番号であり、符
号ｉｍａｘ、ｊｒｎａｘはそれぞれ横、縦方向の配列参
照番号の最大値を示している。Ｐ（ｉ、ｊ）は配列内の
画像データの値を示し、ハウ変換の対象となるエツジ画
素で「１」をとり、エツジ画素以外の画素で「０」をと
る。

さらに、画像メモリ１３の出力側には、ＣＰＵ等で構成
される座標変換部１４、ヒストク′ラム生成部１５、及
びヒストグラムピーク検出部１６が順次接続され、これ
らは第４図に示す従来装置と異なる機能を有している。

座標変換部１４は、画像メモリ１３に蓄えられたエツジ
画素の画像データの配列にハウ変換を施し、ｘ−ｙ座標
をパラメータ空間の極座標に変換して極座標値を求める
と共に、値１を持つエツジ画素の通し番号ｋ（画素位置
情報）を設定する機能を有している。ヒストグラム生成
部１５は、極座標値及び通し番号ｋを参照してパラメー
タ空間の曲線の通過回数のヒストグラムを作成する機能
を有する。ヒストグラムピーク検出部１６は、エツジ画
素の通し番号ｋに関する前記ヒストグラムの和をとり、
全画素に渡るパラメータ空間の通過回数のピーク値を求
める機能を有する。

一方、座標変換部１４の出力側には、極座標変換前の画
素座標と変換後の極座標との対応を記録するＲＡＭ等の
座標メモリ１７が接続され、その座標メモリ１７の出力
側にはＣＰＵ等の線分検出部１８及び画像表示部１９が
順次接続されている。

線分検出部１８は、従来装置と異なり、画像メモリ１３
、ヒストグラムピーク検出部１６及び座標メモリ１７の
出力に基づき、前記ピーク値に寄与した通し番号ｋを求
め、その通し番号ｋに対応する線分画素の座標を検出す
る機能を有している。

画像表示部１つは検出された線分をＣＲＴ画面等に表示
する機能を有する。

以上のように構成される線分抽出装置の動作を第１０図
〜第１３図を参照しつつ説明する。なお、第１０図は第
１図中の座標変換部１４及びヒストグラム生成部１５の
処理に関するフローチャート、第１２図は第１図中のヒ
ストグラムピーク検出部１６の処理に関するフローチャ
ート、第１３図は第１図中の線分検出部１８の処理に関
するフローチャートである。

カメラ１０が対象物体を撮像してアナログ画像信号を出
力すると、この画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１１によりデ
ィジタルの画像データに変換される。エツジ検出部１２
は、得られた画像データに対して、微分処理等を施して
物体の輪郭線である画像中のエツジ部分を取出し、２値
画像データに変換する。その後、この２値画像データは
画像メ＝　１１− モリ１３に例えば第９図のように保存される。座標変換
部１４は画像メモリ１３に保存された画像データの配列
に対してハフ変換を施し、ｘ−ｙ座標をパラメータ空間
の極座標に変換する。そして、ヒストグラム生成部１５
は、パラメータ空間の曲線の通過回数のヒストグラムを
作成する。

ここで、第１０図を参照しつつ、座標変換部１４及びヒ
ストグラム生成部１５の処理について説明する。なお、
図中のｋは、上述したようにハフ変換の対象となるエツ
ジ画素の通し番号く画素位置情報）である。

座標変換部１４により、ｉ＝１．ｊ＝１．に＝１に初期
設定されな後（ステップ５３１）、値１を持つ画素Ｐ（
ｉ、ｊ＞が発見されたら（ステップ５３２）、傾きθが
初期値にセットされる（ステップ５３２）。その傾きθ
に対して、ハフ変換に基づき極座標変換が行われ、原点
からの距離ρが計算される（ステップ５３４）。距離ρ
はヒストグラム配列Ｈの参照番号であるため整数に丸め
られる（ステップ５３５）。得られた極座標値に該当す
るヒストグラムＨの値が１−にセットされる（ステップ
８３６）。

第１１図に示すように、本装置でのヒス１〜グラム配列
はその参照番号としてρ及びθだけでなく、エツジ画素
の通し番号にも備えた第３次元配列を形成している。従
来の方法（第５図のステップ６）は、正弦波状の曲線の
通過に伴ってヒストグラム配列Ｈの値を更新していくた
め、個々の画素Ｐに対するρ−θ分布の履歴を残さない
。これに対して、本手法は、ヒストグラム配列に画素位
置情報である通し番号ｋを付加することで、′各画素に
対する曲線の分布情報を残している点が異なる。さらに
、本手法は、通し番号ｋにおける画素ＰのＸ。

ｙ座標を配列ＰＸ　（ｋ）　、ＰＹ　（ｋ＞に残して（
ステップ３６）、座標メモリ１７に格納する。

これらの処理をθ、ｉ、ｊの値を変えて繰り返し、ヒス
トラム配列Ｈ（ρ、θ、ｋ＞を作成する。

ヒストグラム生成部１５により作成されたヒストグラム
は、ヒストグラムピーク検出部１６において、そのピー
ク値（ρ、。ａｋ、θ、。ａｋ）が検出される。このヒ
ストグラムピーク検出部１６での処理を第１２図を用い
て説明する。

まず、ρ及びθの値を固定して、通し番号ｋに関するヒ
ストグラム配列Ｈの和をとることで、全画素に渡るパラ
メータ空間の通過回数を計算する（ステップＳ４６．Ｓ
４７＞。これを各ρ及びθに対して行い、通過回数のピ
ーク値Ｈ１゜ａｋ及びその時のρ及びθの値（ρ　　　
θ　　）を求める１）ｅａｋ’　　ｐｅａｋ （ステップ５５０）。

ヒストグラムピーク検出部１６において、ヒストグラム
のピーク位置の座標（ρ、。ａｋ、θ、。ａｋ）が得ら
れると、第１３図Ｇこ示すように、線分検出部１８は、
通し番号ｋに対してヒストグラム配列Ｈ（ｐ、ｅａｋ、
、。ａｋ、ｋ）を走査して、ピーク値θ に寄与したエツジ画素の通し番号ｋを求める（ステップ
５５６）。ピーク値に寄与した通し番号ｋが得られれば
、その通し番号ｋに対応する線分画素の座標をＰＸ　（
ｋ＞　、ＰＹ　（ｋ）から検出し、線分を表示するため
の配列Ｃ（ｉ、ｊ＞の値を１にする（ステップ５５７）
。そして、画像表示部ＲＴ画面等に表示する。

本実施例は、通過点数のピーク値から線分画素を求める
際、実数から整数への丸め処理を行わないので、高精度
に線分を検出できる。

なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。例えば、その変形例として次のような
ものがある。

（Ｉ＞上記実施例では、座標メモリ１７を座標変換部１
４と線分検出部１８との間に設けたが、座標変換部１４
や線分検出部１８等に含ませることも可能である。

（ｎ）座標変換部１４、ヒストグラム生成部１５、ヒス
トグラムピーク検出部１６、及び線分検出部１８は個別
回路で構成してもよいし、プログラム処理で実行するよ
うにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、極座標値
及び画素位置情報を参照してヒストグラムを生成し、そ
の画素位置情報に関するヒスドグラムの和をとることに
より、ヒストグラムのピーク値を検出する。さらに、ピ
ーク値に寄与した画素位置情報を求め、該画素位置情報
に対応する線分画素の座標を検出するようにしなので、
ヒストグラムのピーク値から線分に対応する線分画素を
検出する際の丸め誤差が避けられ、高精度に線分を抽出
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す線分抽出装置の構成ブロ
ック図、第２図は八ツ変換で行われる座標変換法を示す
図、第３図は（ρ０，θ０）の組をρ−θ空間で示す図
、第４図は従来の線分抽出装置の構成ブロック図、第５
図は従来の座標変換部５及びヒストグラム生成部６の処
理フローチャート、第６図は従来のヒストグラムピーク
検出部７の処理フローチャート、第７図は従来の線分検
出部８の処理フローチャート、第８図は従来のヒストグ
ラム配列の一例を示す図、第９図は画像メモリの画像デ
ータ配列図、第１０図は第１図中の座標変換部１４及び
ヒストグラム生成部１５の処理フローチャート、第１１
図は本発明のヒストグラム配列の一例を示す図、第１２
図は第１図中のヒストグラムピーク検出部１６の処理フ
ローチャート、第１３図は第１図中の線分検出部］８の
処理フローチャートである。 １２・・・・・・エツジ検出部、１４・・・・・・座標
変換部、１５・・・・・セストダラム生成部、１−６・
・・・・セストゲラムピーク検出部、１７・・・・・・
座標メモリ、１８・・・・・・線分検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディジタル化された画像データからエッジ画素を検出す
   るエッジ検出部を有し、前記エッジ画素を通る線分の極
   座標値から作成されたヒストグラムに基づき、前記線分
   に対応する線分画素を抽出する線分抽出装置において、 前記エッジ画素毎に前記線分に対する極座標変換を行っ
   て前記極座標値を求めると共に、前記エッジ画素の画素
   位置情報を設定する座標変換部と、前記極座標値及び前
   記画素位置情報を参照して前記ヒストグラムを生成する
   ヒストグラム生成部と、 前記画素位置情報に対応して前記ヒストグラムの和をと
   り、前記ヒストグラムのピーク値を検出するヒストグラ
   ムピーク検出部と、 前記ピーク値に寄与した前記画素位置情報を求め、該画
   素位置情報に対応する前記線分画素の座標を検出する線
   分検出部とを、 備えたことを特徴とする線分抽出装置。