JPH0426511B2

JPH0426511B2 -

Info

Publication number: JPH0426511B2
Application number: JP60242330A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kuroe; Kengo Nakajima
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1992-05-07
Also published as: JPS62102376A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は濃淡画像の位置検出方法に関し、特
にパターンのエツジ位置検出方法に関する。

（従来の技術）従来から、濃淡画像のパターンのエツジ位置を
高精度に検出するための種々の画像パターンのエ
ツジ位置検出方法が提案されている。

このような画像パターンのエツジ位置検出方法
としては例えば文献（電子通信学会論文誌Ｄ、65
［２］（1982）P.274〜281）に開示されている方法
がある。

この方法は、撮像装置により入力された濃淡画
像中で濃度が変化している位置をパターンのエツ
ジ位置とし、このパターンのエツジ位置を複数個
所検出して、これらエツジ位置の中点をパターン
の中心位置と推定する方法であり、具体的には眼
球連動の計測方法として報告されている。以下、
この方法につき簡単に説明する。

眼球運動のように高速で運動をする被検物体の
運動計測に際して、画像のサンプリングを高速で
行う必要がある。従つて、画素数の少ない低分解
能撮像素子を用いて画像のサンプリング周期を早
めることが必要となる。さらに、この低分解能の
眼球画像から瞳孔の動き（移動量）を一画素の何
分の一かの分解能で検出するためには、瞳孔輪郭
部の位置検出の分解能を出来るだけ高める必要が
ある。

この文献では、瞳孔輪郭部のエツジ位置を知る
ため、輪郭部の濃度（第６図Ａ参照）の空間的な
微分を求め、その微分波形（第６図Ｂ参照）の重
心位置を計算から求めて、その重心位置をエツジ
位置としている。

従つて、瞳孔等の被検体物の移動量はある時刻
t₁における重心G₁と、被検物体が移動した後の時
刻t₂における重心G₂とから求めることが出来る。
尚、重心G₁及びG₂は下記の(1)及び(2)式からそれ
ぞれ求めることが出来る。

G₁＝｛∫^∞ _-∞xf′(x)dx}/{∫^∞ _-∞xf′(x)dx} …(1) G₂＝｛∫^∞ _-∞xf′(x-△x)dx}/{∫^∞ _-∞xf′(x-△x)d
ｘ｝＝G₁＋△ｘ …(2) 但し、第６図Ａ、Ｂ及び式(1)、(2)において、ｆ
（ｘ）は画像の濃度を示し、f′（ｘ）はｆ（ｘ）の
一回微分を示す。

上述した重心G₁及びG₂から被検物体の移動量
を正確に求めるためには、時刻t₁，t₂の何れの状
態での画像においても、各画像のエツジ位置を正
確に検出することが重要である。

以下、エツジ位置を検出する方法につき説明す
る。

上述した(1)及び(2)式においては、画像の濃度は
連続関数で表わされているが、デイジタル画像に
おいては微分は差分となる。先ず、画像中の
（Ｘ，Ｙ）点の濃度値をｇ（Ｘ，Ｙ）とし、この点
での差分値ｄ（Ｘ，Ｙ）を下記の(3)式から求める。

ｄ（Ｘ，Ｙ）＝｜ｇ（Ｘ＋１，Ｙ）−ｇ（Ｘ−１，
Ｙ）｜ …(3) 画像のエツジの両側の領域では通常は濃度変化
は少なく（差分値が小さな値）なるが、必ずしも
濃度分布が平坦（差分値が零）となるとは限らな
い。そこで、重心を求めるための計算を行う範囲
をエツジ部分の近傍に限定するため以下の操作を
行う。

この文献の方法では、差分値ｄ（Ｘ，Ｙ）があ
るしきい値T_Hを上まわつた時エツジ部分である
と判定し、このエツジ部分に該当する画素を中心
として左右に連続して差分値ｄ（Ｘ，Ｙ）＞T_L（但
し、T_L＜T_H）となる画素の範囲を求め、この範
囲を重心計算の対象領域とし、下記の(4)式から重
心を求めている。

G_j＝｛〓ⁱ X_iｄ（X_i、Y_j）｝／〓ⁱ X_iｄ（X_i、Y_j） …(4) 但し、G_jは濃淡画像をマトリツクス状に分割
して計測した際のｊ行目のエツジ位置を示す。こ
の方法によればパターンのエツジ位置を一画素の
何分の一かの分解能で読取ることが出来る。

この操作を各行（Ｘ方向）に対して行い、さら
に、同様な操作を重直方向（Ｙ方向）に対して行
つて、瞳孔のエツジ位置を検出している。

第７図はこのエツジ位置検出方法を説明するた
めの線図であり、横軸にｊ行目の画素位置をと
り、縦軸に差分値をとり、各画素に対する差分値
をプロツトして示してある。図中、T_Lがしきい
値であり、このT_Lより大きな値の差分値領域１
１（図中、斜線で示す部分）と、それら差分値に
対応する画素位置X_iとを用いて(4)式から重心G_j
を求めることが出来る。

しかし、全く同一のパターンを入力手段で読取
つたとしても、ノイズやＡ／Ｄ変換回路の量子化
誤差等の影響で、読取つた濃度が毎回同じ値にな
るという保証はない。従つて、この濃度に基づき
(3)式で計算して得られる差分値も少しではあるが
変動する場合がある。例えば、第８図Ａ及びＢに
示すように、全く同一のパターンを読取つて得た
差分値の分布が画素位置X_pでの差分値のみで異
なる場合が生じ、例えばこの画素X_pに対応する
差分値ｄ（X_p）が一方は重心計算を行う範囲を規
定するしきい値T_Lより小さい値（第８図Ａ）と
なり、他方はｄ（X_p）がT_Lよりも大きい値（第８
図Ｂ）となるような場合が生ずる。

ところで、従来のエツジ位置検出方法では、第
８図Ａに示すような差分値分布の場合は、しきい
値T_Lより大きな値の差分値領域１３（図中、左
下がり斜線で示す部分）を重心計算の対象領域と
して(4)式から重心を求めていた。又、第８図Ｂに
示すような差分値分布の場合は領域１３と、領域
１５（図中、右下がり斜線で示す部分）とを重心
計算の対象領域として(4)式から重心を求めてい
た。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、重心計算の対象領域の画素位置
方向の、特に両端の部分は重心位置から離れてい
るから、重心位置を決定する際に影響力が大き
い。従つて、対象領域の端部の画素、例えば前述
した画素X_p、を重心計算の対象とするか否かで
重心の位置が大きく変動するから、パターンのエ
ツジ位置を正確に求めることが出来ないという問
題点ががあつた。

この問題点は濃淡画像を読取る再現性の良否に
より生じるばかりでなく、当然のことながら、し
きい値T_Lの設定により重心計算の対象領域が変
化することによつても生ずる。従つて、従来のエ
ツジ位置検出方法では、しきい値T_Lを少し変化
させただけでもエツジ位置が大きく変動するた
め、しきい値の設定が難しいという問題点があつ
た。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、
しきい値T_Lを変化させても濃淡画像パターンの
エツジ位置を安定に求めることが出来る、パター
ンのエツジ位置検出方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）この目的の達成を図るため、この発明によれ
ば、撮像装置により入力された濃淡画像のパター
ンのエツジ位置を検出するに当り、注目した複数の画素の濃度差分値を求め、エツジ付近の複数の濃度差分値から予め定めた
しきい値を差し引いて差値を求め、これら差値のうちの正の差値から重心位置を求
め、この重心位置を前述したパターンのエツジ位置
とすることを特徴とする。

（作用）このような方法によれば、重心を求める計算に
用にる差分値を、この差分値の値から予め定めら
れたしきい値を差し引いて求めた差値｛ｄ（X_i）−
T_L｝としている。

従つて、第８図Ａに対応して示す第１図Ａのよ
うな差分値分布の場合は、重心計算の対象領域は
図中２１で示す部分となる。又、前述した第８図
Ｂに対応して示す第１１図Ｂのような差分値分布
の場合は、重心計算の対象領域は図中２１と２３
で示す部分となる。

これがため、対象領域の端部に位置する画素、
例えば前述した画素X_p、を重心計算の対象とす
る場合でも又は対象としない場合でも、画素X_P
の差分値は本来の差分値より小さな値の差値｛ｄ
（X_P）−T_L｝に置換されているから、この差分値
が重心計算の結果に及ぼす影響を低減することが
出来る。

（実施例）以下、図面を参照してこの発明の実施例につき
説明する。尚、これらの図はこの発明が理解出来
る程度に概略的に示してあるにすぎず、実施例に
述べるアルゴリズムやこのアルゴリズムを実現す
るための手段は図示例に限定されるものではな
い。又、これら図において同一の構成成分につい
ては同一の符号を示してある。

第一実施例第２図はこの発明のパターンのエツジ位置検出
方法に用いて好適な検出装置の一例をハードウエ
アで構成した場合につき示す構成図である。

第２図において、３１はパターンの光情報を画
像信号（濃度）に変換するための例えばCCD等
で構成された撮像装置である。３３はＡ／Ｄ変換
器を示し、アナログの画像信号をデイジタル信号
例えば一画素を８ビツト程度に量子化する。３５
は画像メモリを示し、Ａ／Ｄ変換器３３で変換し
た画像信号を記憶する。３７は制御回路を示し、
画像メモリ３５から注目した複数の画素に該当す
る例えばｊ行目一ライン分の画像信号を読み出し
て、微分回路３９に出力する。微分回路３９は前
述した(3)式ｄ（Ｘ、Ｙ）＝｜ｇ（Ｘ＋１、Ｙ）−ｇ
（Ｘ−１、Ｙ）｜に従つてｊ行目の操作方向（Ｘ方
向）の画素X_iの差分値ｄ（X_i、Y_j）を順次に算出
して、この値をエツジ位置検出回路４１に出力す
る。このエツジ位置検出回路４１は、予め設定さ
れたエツジ位置付近の最大差分値より小さいしき
い値と、複数の画素の差分値との差値を求め、こ
の差値が正の値となる画素について下記の(5)式か
らｊ行目の重心位置H_jを算出する。

H_j＝［〓ⁱ X_i｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝]/［〓ⁱ ｛ｄ（X_i、
Y_j）−T_L｝］ …(5) この重心位置H_jをエツジ位置とすることによ
り、エツジ位置を一画素の何分の一かの分解能で
検出することが出来る。

尚、差値を求める際は、予め定められたしきい
値よりも大きい値を示す差分値からこのしきい値
を差し引いて差値を求めても良い。

以下、第３図を参照して、エツジ位置検出回路
４１の動作について詳細に説明する。

先ず、制御回路５１を介して、第一レジスタ５
３にしきい値T_Lを、カウンタ５５にエツジ位置
検出を行う開始画素位置X_sを、第二レジスタ５
７にエツジ位置検出を終了する終了画素位置X_e
をそれぞれ設定する。又、制御回路５１から第三
レジスタ５９及び第四レジスタ６１にクリア信号
を供給して、両レジスタ５９及び６１の初期化を
行う。

微分回路３９（第２図参照）において、前述し
た(3)式に従つて算出された差分値ｄ（X_i、Y_j）を
減算器６３に入力する。この減算器６３により、
差分値ｄ（X_i、Y_j）から第一レジスタに格納され
ているしきい値T_Lを減算して差値｛ｄ（X_i、Y_j）
−T_L｝ΣｉX_i｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝を求める。さら
に、この差値の符号６５を制御回路５１に出力す
る。この符号６５が正の場合は、この時の画素位
置及びその画素の差値は重心計算を行う対象とな
るから、第一加算器６７を用いてこの時の差値と
第三レジスタ５９に格納されている差値との和を
求め、その値〓ⁱ ｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝を制御回路
５１の指示（クロツク信号）により第三レジスタ
５９に格納する。

一方、乗算器６９において、減算器６３の出力
値と、カウンタ５５から出力された画素位置X_iと
の乗算を行い、X_i｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝なる値を得
る。続いて、第二加算器７１を用いて、この乗算
器６９の乗算値と、第四レジスタ６１に格納され
ている値との和を求め、その値〓ⁱ X_i｛ｄ（X_i、Y_j）
−T_L｝を第四レジスタ６１に格納する。

尚、減算器６３から制御回路５１に出力された
符号６５が零及び負の場合は重心計算の対象では
ないから上述した計算は行わない。

次にカウンタ５５を一つ進めることにより、走
査方向に一つ進んだ画素の差分値を微分回路３９
から減算器６３に入力すると共に、一つ進んだ画
素位置を乗算器６９に出力する。さらに、減算器
６３の減算結果の符号６５に従つて前述したよう
な操作を行う。

上述した一連の操作を、カウンタ５５から出力
される画素位置X_iが終了画素位置X_eとなるまで
サイクリツクに行う。比較器７３はカウンタ５５
から出力される画素位置X_iと、第二レジスタに格
納されている終了画素位置X_eとを随時比較して
いて、X_i＝X_eとなつた時に一致信号S₁を制御回
路５１に出力する。

第三レジスタ５９に格納されている〓ⁱ ｛ｄ（X_i、
Y_j）−T_L｝の計算結果と、第四レジスタ６１に格
納されている〓ⁱ X_i｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝の計算結果
とは除算器７５に出力される。除算器７５におい
て(5)式に従い計算を行い重心位置H_jを求めて、
この重心位置H_jをパターンのエツジ位置とする。

第二実施例第４図はこの発明の画像パターンのエツジ位置
検出方法をマイクロプロセツサ（以下、マイコン
と称することもある）で実現する手段を示す構成
図である。又、第５図はマイコンの機能を説明す
るための動作流れ図である。

第４図に示した撮像装置３１、Ａ／Ｄ変換器３
３及び画像メモリ３５は第一実施例で説明した各
構成成分と同一であるからそれらの説明は省略す
る。

８１はマイコンを示し、その内部にはROM
（READ ONLY MEMORY）８３と、RAM
（RANDOM ACCESS MEMORY）８５とを有
している。このROM８３には前述した(3)及び(5)
式の計算を実行するためのプログラムが格納され
ている。又、RAM８５は演算結果(3)及び(5)式の
演算結果を格納するメモリである。

次に、第５図に従つてマイコン８１によるエツ
ジ位置検出手順を説明する。

尚、画像一行分例えばｊ行目の画像信号（濃
度）は、画像メモリの配列Ｍに格納されていると
し、この配列Ｍの大きさをＫとする。

又、(5)式に示す分子〓ⁱ ｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝の
計算結果を格納するレジスタをR₁と定義し、(5)
式に示す分母〓ⁱ X_i｛ｄ（X_i、Y_j）−T_L｝の計算結果
を格納するレジスタをR₂と定義する。尚、R₁及
びR₂レジスタはRAM８５を用いれば良い。

先ず、R₁及びR₂レジスタの内容Ａ及びＢを初
期化する処理を行う（ステツプ９１）。次に画像
のｊ行目の走査方向の画素位置を示すパラメータ
をＩとし、先ずＩ＝２を設定してｊ行目の走査方
向の二画素目を注目画素とする（ステツプ９３）。
次に前述した(3)式に従つてこの注目画素の差分値
Ｄを求める（ステツプ９５）。次に、エツジ位置
付近の最大差分値より小さい予め設定されている
しきい値T_Lと、差分値Ｄとを比較する（ステツ
プ９７）。

ここで、Ｄ＞T_Lの場合はこの画素位置及び差
分値は重心計算に寄与する値であるから、差分値
Ｄからしきい値T_Lを差し引いて差値D′を求め、
さらにこの差値D′を用いて(5)式の分子に対応す
るＡ＝Ａ＋Ｉ×D′の計算及び分母に対応するる
Ｂ＝Ｂ＋D′の計算をそれぞれ行う（ステツプ９
９）。次に走査方向の次の画素の処理を行う（ス
テツプ１０１）。

尚、Ｄ≦T_Lの場合は、上述した重心を求める
ための計算は行わず、走査方向の次の画素の処理
を行う（ステツプ１０１）。

次に、ステツプ１０３において、ｊ行目の画像
信号の処理が全て終了したか否かを判定する。処
理が終了していない場合（Ｉ＜Ｋ）はステツプ９
５に戻り順次処理を行う。

又、Ｉ≧Ｋの場合は(5)式に従つて重心位置Ｈを
算出する（ステツプ１０５）。

上述したように、この発明の画像パターンの位
置検出方法はマイコンを用いて実現することも出
来る。

尚、上述した各実施例では読取り手段で読取つ
て得た濃淡画像の一行分の画像信号の処理につい
て説明したが、画像を構成する残りの行の画像信
号の処理を上述した手順により順次行うことによ
り、画像全体のパターンのエツジ位置の検出を行
うことが出来る。

（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この発明
の画像パターンのエツジ位置検出方法によれば、
予め定められたしきい値より大きい値を示す濃度
の差分値を用いて重心位置を求め、この重心位置
をエツジ位置とするに当り、重心を求める計算に
用いる差分値を、この差分値から予め定められた
しきい値を差し引いて求めた差値と置換してい
る。

従つて、重心を求める計算の対象領域画素位置
方向の端部に位置する画素、例えば前述した画素
X_Pを重心計算の対象とする場合でも又は対象と
しない場合でも、画素X_Pの差分値は、本来の差
分値より小さな値の差値｛ｄ（X_P）−T_L｝に置換
されるから、重心計算の結果に及ぼす影響が低減
される。

これがため、しきい値T_Lを変化させても濃淡
画像パターンのエツジ位置を安定に求めることが
出来るパターンのエツジ位置検出方法を提供する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢはこの発明の画像パターンのエ
ツジ位置検出方法の説明に供する線図、第２図は
第一実施例の説明に供する線図で、この発明に用
いて好適なエツジ位置検出装置の一例を示す構成
図、第３図は第２図に示した装置に内蔵されたエ
ツジ位置検出回路を示すブロツク図、第４図はこ
の発明の第二実施例を説明する線図で、この発明
をマイコンで実現する場合の実現手段を示す構成
図、第５図はこの発明の第二実施例の説明に供す
る動作流れ図、第６図Ａ及びＢと、第７図とは従
来及びこの発明の説明に供する線図、第８図Ａ及
びＢは従来のエツジ位置検出方法の説明図であ
る。２１，２３…差値（差分値からしきい値を差し
引いた値）、３１…読取り手段（撮像装置）、３３
…Ａ／Ｄ変換器、３５…画像メモリ、３７…制御
部、３９…微分回路、４１…エツジ位置検出回
路、５１…制御回路、５３…第一レジスタ、５５
…カウンタ、５７…第二レジスタ、５９…第三レ
ジスタ、６１…第四レジスタ、６３…減算器、６
５…減算結果の符号、６７…第一加算器、６９…
乗算器、７１…第二加算器、７３…比較器、７５
…除算器、８１…マイクロプロセツサ、８３…
ROM、８５…RAM。

Claims

【特許請求の範囲】１撮像装置により入力された濃淡画像のパター
ンのエツジ位置を検出するに当り、注目した複数の画素の濃度差分値を求め、エツジ付近の複数の濃度差分値から予め定めた
しきい値を差し引いて差値を求め、これら差値のうちの正の差値から重心位置を求
め、該重心位置を前記パターンのエツジ位置とする
ことを特徴とするパターンのエツジ位置検出方
法。