JPH0462104B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、デイジタル画像処理における距離変
換回路に関する。

（従来の技術） デイジタル画像処理の分野においては、画像内
の各画素につきその背景画面からの距離を求める
こと（距離変換）が行われる。第１１図は距離変
換画像例を示す図である。画像中の数字は周囲の
背景データ０からの距離を示している。図の場合
４と３の点にそれぞれ頂点があり、この点の位置
と、距離データはこの画像を特徴づける有用な情
報となつている。従来、このような距離変換は画
像データが記憶された画像メモリとコンピユータ
を用い、画像メモリから読出した画像データにソ
フトウエア上の演算処理を行い、その演算結果を
再び画像メモリに書込むという操作を行つてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） 前述したように、従来の距離変換は各画素ごと
にソフトウエア上の演算処理を行つているため、
処理に極めて長時間を要していた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので
あつて、その目的は第１に演算処理をハードで構
成することによりデイジタル画像処理における距
離変換演算をビデオレートの数倍のオーダで行う
ことのできる高速の距離変換回路を実現すること
にあり、第２に距離変換動作に加えて重み付けさ
れた距離変換動作も行える距離変換回路を実現す
ることにあり、第３に距離変換動作に加えて画像
演算も行える距離変換回路を実現することにあ
り、第４に距離変換動作に加えて画像の骨格点も
算出することができる距離変換回路を実現するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する第１の発明は画像デ
ータが格納された画像メモリを４方向にラスタス
キヤンし、それぞれの方向の場合において、ビデ
オロツクの前半で読出したデータと１クロツク前
に画像メモリに書込まれたデータに定数ｋを加え
た値とを比較し、小さい方のデータをビデオクロ
ツクの後半で画像メモリに書込む操作を行うよう
にしたことを特徴とするものであり、第２の発明
は画像データが格納された画像メモリを４方向に
ラスタスキヤンし、それぞれの方向の場合におい
て、同期クロツクの前半で読出したデータと１ク
ロツク前に画像メモリに書込まれたデータに濃淡
画像の濃度値に応じた定数ｋを加えた値とを比較
し、小さい方のデータを同期クロツクの後半で画
像メモリに書込む操作を行うようにしたことを特
徴とするものであり、第３の発明は画像データが
格納された画像メモリを４方向にラスタスキヤン
し、それぞれの方向の場合において、ビデオクロ
ツクの前半で読出したデータと１クロツク前に画
像メモリに書込まれたデータに定数ｋを加えた値
とを比較し、小さい方のデータをビデオクロツク
の後半で画像メモリに書込む操作を行うと共に、
前記２つの比較データの画像演算も行うことがで
きるように構成したことを特徴とするものであ
り、第４の発明は画像データが格納された画像メ
モリを４方向にラスタスキヤンし、それぞれの方
向の場合において、ビデオクロツクの前半で読出
したデータと１クロツク前に画像メモリに書込ま
れたデータに定数ｋを加えた値とを比較し、小さ
い方のデータをビデオクロツクの後半で画像メモ
リに書込む操作を行うと共に、前記比較の結果を
２値化データとして各方向ごとにメモリに記憶し
ておき、各メモリの記憶データの論理積をとるこ
とにより画像の骨格点も算出できるように構成し
たことを特徴としている。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロツ
ク図である。図において、１は作業域として１画
分の領域の濃淡画像データが格納されている画像
メモリ、２は該画像メモリ１を４方向にラスタス
キヤンするラスタスキヤン回路である。４方向
は、第２図に示すように右、左、下、上の４方向
として定義される。ラスタスキヤン回路２は、第
２図に示すような方向にラスタスキヤンするため
のアドレスを画像メモリ１に与えるようになつて
いる。なお、画像メモリ１のデータの読出しと書
込みはビデオクロツク１周期の前半部と後半部を
使つて行われる。

３は画像メモリ１から読出されたデータをビデ
オクロツクによつて一時的に保持するトランスペ
アレントラツチ、４は画像メモリ１へ書込むため
の画像データをビデオクロツクにより一時的に保
持するレジスタ、５は該レジスタ４の出力データ
に１を加算するインクリメンタである。６はトラ
ンスペアレントラツチ３の出力Ｐとインクリメン
タ５の出力Ｑの大小を比較するコンパレータ、７
はＰデータとＱデータを受け、コンパレータ６か
らの制御信号によつて何れか一方を選択してデー
タバスDBにのせるマルチプレクサである。該マ
ルチプレクサ７は、Ｐ＜ＱのときにはＰを、Ｐ≧
ＱのときにはＱを出力するようになつている。該
マルチプレクサ７には、ビデオクロツクが出力状
態制御信号として入力されており、ビデオクロツ
クが“０”のときにイネーブル状態“１”のとき
にデイスエーブル状態となるように構成されてい
る。

インクリメンタ５としては、ALU（算術論理演
算ユニツト）の機能や、ROMまたはRAMによ
るルツクアツプテーブル（LUT）で実現するこ
とができ、コンパレータ６はALUの減算機能や
専用のコンパレータで実現することができる、ま
た、マルチプレクサ７は３ステート出力のマルチ
プレクサICや、２組の３ステートバツフアで実
現することができ、４方向ラスタスキヤン回路２
は左右方向と上下方向に対応する２組のアツプダ
ウンカウンタとクロツクの流れを切換える付加回
路を用いて実現することができる。このように構
成された回路の動作を第３図に示すタイミングチ
ヤートを参照しながら説明すれば、以下のとおり
である。

第３図において、イはビデオクロツクを、ロは
データバスDB上の入出力データDI／Ｏを、ハは
Ｐデータの状態を、ニはＱデータの状態をそれぞ
れ示す。以下の説明においては、第４図に示すよ
うな左右方向への距離変換の場合を例にとつて説
明する。図において、ａは物体と背景画を示す
図、ｂは右方向への変換を示す図、ｃは左方向へ
の変換を示す図である。また、横軸はＸ方向の位
置を縦軸は距離を表わしている。ａにおいて、Ａ
は物体の存在領域をＢは背景領域を示す。また、
ｂまたはｃの下方に矢印と共に示された記号Ｐま
たはＱは選択されたデータを示している。

最初、距離変換すべき物体と背景に対応して、
画像メモリ１に255と０をそれぞれデータとして
書込む。第４図ａの場合を例にとつて説明すれ
ば、物体存在領域Ａ内の各画素に対しては全て
255を書込み、背景領域Ｂ内の各画素に対しては
全て０を書込む。なお、物体存在領域内のデータ
を255としたのは、取扱う画像データのビツト数
を８ビツトとしたことに対応したものである。次
に、画像メモリ１に記憶されている画像データ
を、第３図イに示すビデオクロツクの前半部（時
刻t₁〜t₂）で読出す。

この結果、データバスDB上には、第３図ロに
示すようにアクセス時間だけ遅れて読出しデータ
が確立する。確立されたデータは、時刻t₂におけ
るビデオクロツクの立下りでトランスペアレント
ラツチ３にラツチされる。このラツチされたデー
タが、前述したデータＰとなる（第３図ハ）。

一方、前述した読出し動作を行う直前のデータ
バスDB上にはその前の書込みモードで画像メモ
リ１に書込まれたデータ（直前データ）がのつて
いる。この直前データは、時刻t₁におけるビデオ
クロツクの立上りでレジスタ４に取込まれる。取
込まれたデータは、続くインクリメンタ５に入
り、該インクリメンタで＋１される。インクリメ
ンタ５の出力が前述したデータＱとなる。第４図
ａの場合を例にとれば図に示すようにＢ部分は背
景画であるから“０”、この値に１を加えた値
“１”がＱデータとなる。Ａの部分の左端では、
画像メモリ１から読出されてトランスペアレント
ラツチ３にラツチされたデータＰは、物体の存在
領域Ａ内のデータであるから“255”、直前のデー
タに１を加えたデータＱは、直前のデータが背景
領域Ｂ内のデータであるから“０”、これに１を
加えた値がデータＱであるからＱの値は“１”と
なる。

コンパレータ６は読出したデータＰと直前の書
込みデータに１を加えたデータＱとを比較する。
そして、比較結果によるセレクト信号Ｓをマルチ
プレクサ７に送る。マルチプレクサ７はデータＰ
とデータＱのうち、コンパレータ６からのセレク
ト信号Ｓにより小さい方のデータを出力する。第
４図ａの場合を例にとると、Ａの部分の左端では
データＰが“255”、データＱが“１”であるから
この場合はデータＱ（＝１）がセレクトされる。
マルチプレクサ７でセレクトされたデータ（ここ
ではＱ）は、データバスDB上に出力される。デ
ータバスDB上に出力されたデータが第３図ロに
示す書込みデータとなる。

この書込みデータＱは、第３図イに示すように
続くビデオクロツクの後半部の時刻t₃における立
上りによつてレジスタ４に書込まれる。一方、時
刻t₃〜t₄は、同時に画像メモリ１に対しては、読
出しモードとして機能し、画像メモリ１から次の
番地の画像データ（ここでは255）が所定のアク
セス時間経過後読出されて、第３図ｂに示すよう
にデータバスDBにのる。データバスDB上に確
立した読出しデータは、ビデオクロツクの時刻t₄
における立下りでトランスペアレントラツチ３に
書込まれて第３図ハに示すデータＰとなつて、コ
ンパレータ６及びマルチプレクサ７に与えられ
る。

一方、レジスタ４には、前述したようにその直
前の書込みデータＱ（＝１）が格納されその値は、
続くインクリメンタ５で＋１されて“２”とな
る。この“２”になつた値が第３図ニに示すデー
タＱとして再びコンパレータ６及びマルチプレク
サ７に与えられる。コンパレータ６はデータＰ
（＝255）とデータＱ（＝２）を比較し、その比較
の結果によりセレクト信号Ｓをマルチプレクサ７
に与える。マルチプレクサ７は、セレクト信号Ｓ
によつて小さい方のデータＱをセレクトしてデー
タバスDBにのせる。データバスDB上に確立し
たデータＱ（書込みデータ）は時刻t₅におけるビ
デオクロツクの立上りで画像メモリ１に書込まれ
る。なお、マルチプレクサ７は、画像メモリ１か
らの読出しデータと自己の出力データ同志が直接
繋がらないよう、ビデオクロツクの後半のみデー
タバス上に書込みデータを出力している。

第１図に示す回路は、データの読出し、データ
の比較、データの書込みという第４図に示すよう
な繰返しのアルゴリズムを１画面全体について行
う。この場合において、画像メモリ１のアドレス
は４方向ラスタスキヤン回路２により、第２図に
示す４方向について各方向１回ずつ行う。方向の
順序は任意であつてよい。また、各走査方向と
も、走査ラインの順序は任意であつてよい。例え
ば、右方向の走査において、第２図では各走査ラ
インは上から下へと移行しているが、逆に下から
上でも或いは全くランダムであつてもかまわな
い。変換時間は、１方向の画面走査に要する時間
を1/60秒とすると、その４倍の1/15秒で全方向の
距離変換を終了する。従来のソフトウエア演算に
よる方式に比較して、極めて高速に距離変換を行
うことができる。

第５図は、距離変換アルゴリズムの適用例を示
す図である。イは変換前の原形、ホは距離変換終
了後の画像を示し、ロ〜ニは変換の過程を示して
いる。ホを見ると明らかなように、背景からの距
離が遠ざかるにつれて値が大きくなり、等高線に
類似の距離変換画像が形成されていることがわか
る。

第６図は、本発明の第２の実施例を示す構成ブ
ロツク図である。図に示す回路は、データバスを
入力専用バスDB₁と出力専用バスDB₂に分離した
ものである。このようにすると、データバス上の
読出しデータと書込みデータの衝突を避けるため
のマルチプレクサ７の出力コントロールが不要に
なる。

第７図は、本発明の第３の実施例を示す構成ブ
ロツク図である。図に示す回路は、第１図のイン
クリメンタ５を加算回路５′で実現し、関数が＋
１だけでなく、加算回路５′に入力される濃淡画
像データの値ｋにより、１クロツク前に書込まれ
た画像データが＋ｋされるようにし、濃度重み付
きの距離変換回路を実現したものである。図に示
す回路によれば、加算回路５′に加えられる値ｋ
は濃淡画像の濃度値に応じて変化するようになつ
ている。従つて、濃淡画像データが図に示すよう
に領域によつて濃度が異なつている場合でも最適
な濃度重み付きの距離変換を行うことができる。

第８図は、本発明の第４の実施例を示す構成ブ
ロツク図である。図に示す回路は、距離変換回路
を汎用の画像演算器としても使用できるように構
成したものである。図に示す回路は、第１図に示
すコンパレータ６を算術論理演算ユニツト２１で
置換し、算術論理演算ユニツト２１にコンパレー
ト機能をもたらせたものである。２２は、算術論
理演算ユニツト２１の演算出力Ｆを受ける３ステ
ートバツファで、その出力はマルチプレクサ７と
同様、データバスDBに接続されている。このよ
うに構成された回路の動作を説明すれば、以下の
とおりである。

先ず、図に示す回路を距離変換回路として用い
る場合は、３ステートバツファ２２の出力をデイ
スエーブル状態にしておき、算術論理演算ユニツ
ト２１をコンパレータとして用いる。データＰと
データＱの比較結果は、セレクト信号Ｓとしてマ
ルチプレクサ７に入る。該マルチプレクサ７は、
セレクト信号Ｓを受けて、データＰとデータＱの
何れか一方を選択してデータバスDB上に出力す
る。その他の動作については、第１図に示す実施
例と同様であるので説明は省略する。

次に、図に示す回路を画像演算器として用いる
場合は、３ステートバツファ２２の出力をイネー
ブル状態に、マルチプレクサ７の出力をデイスエ
ーブル状態にしておき、算術論理演算ユニツト２
１を演算器として用いる。データＰとデータＱ
は、算術論理演算ユニツト２１に入り、該算術論
理演算ユニツト２１で所定の演算処理が行われ
る。演算の結果は出力Ｆとして取出され、３ステ
ートバツファ２２を介してデータバスDBに出力
される。データバスDB上に確立された処理画像
データは、画像メモリ１に書込まれる。なお、３
ステートバツファ２２の出力は、画像メモリ１に
書込む場合に用いる他、他の用途に利用できるよ
うにバス等に出力してもよい。

第９図は、本発明の第５の実施例を示す構成図
である。図に示す回路は、第８図に示す実施例と
同様、距離変換回路を汎用の画像演算器としても
使用できるように構成したものである。図に示す
回路は、第１図に示すマルチプレクサ７を論理演
算ユニツト２１で置換し、算術論理演算ユニツト
２１にマルチプレクサ機能をもたせたのである。
２３は、コンパレータ６の出力と関数指定信号
Funcを受け、算術論理演算ユニツト２１に関数
セレクト信号SLTを与える関数指定制御回路で
ある。算術論理演算ユニツト２１の出力Ｆは、３
ステートバツファ２２を介してデータバスDBに
接続されている。このように構成された回路の動
作を説明すれば、以下のとおりである。

先ず、図に示す回路を距離変換回路として用い
る場合は、算術論理演算ユニツト２１は関数指定
制御回路２３からの関数セレクト信号SLTによ
りマルチプレクサとして動作する。そして、算術
論理演算ユニツト２１は、データＰ及びデータＱ
のうち小さい方のデータをデータバスDB上に出
力する。その他の動作については、第１図に示す
実施例と同様であるので、説明は省略する。

次に、図に示す回路を画像演算器として用いる
場合はコンパレータ６の動作は無視され、関数指
定制御回路２３は関数指定信号Funcを受けて、
算術論理演算ユニツト２１に関数セレクト信号
SLTを与える。算術論理演算ユニツト２１は、
データＰ及びデータＱを入力して、関数セレクト
信号SLTに従つた所定の演算処理を行う。演算
の結果は、３ステートバツファ２２を介してデー
タバスDBに出力される。データバスDB上に確
立された処理画像データは、画像メモリ１に書込
まれる。

なお、第８図、第９図における実施例において
は、インクリメンタとしてイルツクアツプテーブ
ル５′を用い、＋１の加算だけではなく、定数倍、
２乗、絶対値等、種々の１入力変換関数として動
作させることができる。

第１０図は、本発明の第６の実施例を示す構成
ブロツク図である。図に示す回路は、コンパレー
タ６の比較結果を、別途設けた２値画像メモリ３
１に書込めるようにして、距離変換された画像デ
ータから骨格点も求めることができるようにした
ものである。ここで骨格点とは、「その点の距離
変換データが、隣接する点のどのデータよりも小
さくない」という条件を満たす点をいう。画像メ
モリは、４方向ラスタスキヤン回路２（図示せ
ず）により４方向にスキヤンされる。２値画像メ
モリ３１は、スキヤン方向に対応してBM₀から
BM₃までの内分割されたメモリから構成されて
いる。図に示す実施例においては、インクリメン
タ５（第１図）の代わりにルツクアツプテーブル
（LUT）３２を用いている。コンパレータ６は、
Ｐ＜Ｑのときに“０”、Ｐ≧Ｑのときに“１”な
る信号S′を出力する。このように構成された回路
の動作を説明すれば、以下のとおりである。

まず、前述の操作により距離変換を行う。この
時、LUT３２の関数は＋１、画像メモリ１はリ
ードモデイフアイライト（はビデオクロツク
により制御される）で動作させる。次に、LUT
３２の関数を×１、画像メモリ１を読出しモード
に切換えて骨格点を求める。即ち、得られた距離
変換画像の入つた画像メモリ１を４方向にスキヤ
ンして読出し、現在の点のデータＰと１つ前の点
のデータＱをコンパレータ６で比較し、この比較
結果（０または１）をスキヤン方向毎に２値画像
メモリBM₀〜BM₃に書込む。そしてこの４面の
データの論理積をとり、結果が１の点が骨格点を
示すことになる。なお、このとき、マルチプレク
サ７はデイスエーブル状態である。

また、LUT３２について、関数を＋１（距離変
換時）から×１（骨格点抽出時）への切換えは、
関数テーブルの内容を書換えてもよいし、＋１用
と×１用の関数を予め別のページに書込んでおい
て、ページ指定を切換えるようにしてもよい。ま
た、ルツクアツプテーブルの代わりに＋１と×１
の両方の演算が可能な算術論理演算ユニツト
（ALU）を用いてもよい。図においては、説明を
分かりやすくするため、２値画像メモリ３１とし
ては４画面分示したが、順次論理積をとつてその
結果を書込むリードモデイフアイライトを２値画
像メモリ３１に対して行えば１画面分だけで済ま
せることができる。

前述の説明（特に第１図の実施例）において
は、データＱとして１クロツク前のデータに＋１
を加算してデータＱとする場合を例にとつたが、
本発明はこれに限る必要はなく加算する値は任意
の定数ｋであつてもよい。また、距離変換すべき
物体の数も１個である必要はなく、任意の数であ
つてよい。また、回路全体の同期をとる同期クロ
ツクは、ビデオクロツクに限る必要はなく、各回
路要素のデータ遅延を考慮して最適なスピードの
クロツクを使用してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本第１の発明によ
れば距離変換アルゴリズムを、ラスタスキヤンに
よる繰返し演算に分解し、この演算を専用のハー
ドウエアで実現することにより、従来コンピユー
タ（ノイマン形）で多大の時間を要していた距離
変換動作が、ビデオレート（1/60秒）の４倍の時
間、即ち、1/15秒で行うことができる。更に本発
明によれば、第１の発明に若干の回路を付加する
だけで高速距離変換に加えて、濃度重み付きの距
離変換や、汎用の画像演算や骨格点の抽出等を行
うことのできる距離変換回路を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図、第２図はスキヤン方向を示す図、第３図は各
部の動作を示すタイミングチヤート、第４図は距
離変換アルゴリズムを説明するための図、第５図
は距離変換アルゴリズムの適用例を示す図、第６
図乃至第１０図は本発明の他の実施例を示す図、
第１１図は距離変換された画像例を示す図であ
る。 １……画像メモリ、２……４方向ラスタスキヤ
ン回路、３……トランスペアレントラツチ、４…
…レジスタ、５……インクリメンタ、５′……加
算回路、６……コンパレータ、７……マルチプレ
クサ、２１……算術論理演算ユニツト、２２……
３ステートバツフア、２３……関数指定制御回
路、３１……２値画像メモリ、３２……LUT、
BM₀〜BM₃……メモリ、DB，DB₁，DB₂……デ
ータバス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像データが格納される画像メモリと、 この画像メモリを４方向にラスタスキヤンする
   ラスタスキヤン回路と、 １クロツク前に前記画像メモリに書込まれたデ
   ータに定数ｋを加える加算手段と、 前記ラスタスキヤンのそれぞれの方向の場合に
   おいて、前記画像メモリから同期クロツクの前半
   で読出したデータと前記加算手段の出力値とを比
   較する比較手段と、 この比較手段の出力に基づいて前記２つの比較
   データの内小さい方のデータを選択する選択手段
   とを備え、 選択手段の出力を同期クロツクの後半で画像メ
   モリに書込む操作を行うように構成したことを特
   徴とする距離変換回路。 ２ 画像データが格納される画像メモリと、 この画像メモリを４方向にラスタスキヤンする
   ラスタスキヤン回路と、 １クロツク前に前記画像メモリに書込まれたデ
   ータに濃淡画像の濃度値に応じた定数ｋを加える
   加算手段と、 前記ラスタスキヤンのそれぞれの方向の場合に
   おいて、前記画像メモリから同期クロツクの前半
   で読出したデータと前記加算手段の出力値とを比
   較する比較手段と、 この比較手段の出力に基づいて前記２つの比較
   データの内小さい方のデータを選択する選択手段
   とを備え、 選択手段の出力を同期クロツクの後半で画像メ
   モリに書込む操作を行うように構成したことを特
   徴とする距離変換回路。 ３ 画像データが格納される画像メモリと、 この画像メモリを４方向にラスタスキヤンする
   ラスタスキヤン回路と、 １クロツク前に前記画像メモリに書込まれたデ
   ータに定数ｋを加える加算手段と、 前記ラスタスキヤンのそれぞれの方向の場合に
   おいて、前記画像メモリから同期クロツクの前半
   で読出したデータと前記加算手段の出力値とを比
   較する比較手段と、 この比較手段の出力に基づいて前記２つの比較
   データの内小さい方のデータを選択する選択手段
   とを備え、 選択手段の出力を同期クロツクの後半で画像メ
   モリに書込む操作を行うとともに加算手段または
   比較手段において前記２つの比較データの画像演
   算を行うように構成したことを特徴とする距離変
   換回路。 ４ 画像データが格納される画像メモリと、 この画像メモリを４方向にラスタスキヤンする
   ラスタスキヤン回路と、 １クロツク前に前記画像メモリに書込まれたデ
   ータに定数ｋを加える加算手段と、 前記ラスタスキヤンのそれぞれの方向の場合に
   おいて、前記画像メモリから同期クロツクの前半
   で読出したデータと前記加算手段の出力値とを比
   較する比較手段と、 この比較手段の出力に基づいて前記２つの比較
   データの内小さい方のデータを選択する選択手段
   と、 前記比較の結果を２値化データとしてスキヤン
   方向ごとに内分割されて記憶するメモリと、 該各メモリの記憶データの論理積をとることに
   より画像の骨格点を算出する演算手段とを備え、 選択手段の出力を同期クロツクの後半で画像メ
   モリに書込む操作を行うように構成したことを特
   徴とする距離変換回路。