JPH05216988A - テンプレート演算処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】演算をテンプレートの大きさに係わらない複数
のデータ処理回路に割り当て並列に処理させる構成をと
ることにより、小規模回路でＶＬＳＩ化が容易、かつ大
きなテンプレートに対応できる演算処理方法とその装置
を提供する。 【構成】演算処理回路４とその内のデータ記憶用レジス
タとの間で循環シフト動作ができる入力回路５および出
力回路６で構成されるデータ処理回路１が直線的にＰ個
配列され、隣接した演算処理回路との間でデータが転送
できるように環状に接続された装置である。テンプレー
トデータはＴバスライン７を通してＰ個の演算処理回路
へ同時に供給できるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル多値画像処
理の有用な基本操作であり、画像の位置決定、エッジ検
出、フィルタリング処理等に利用されるテンプレート演
算処理方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のディジタル多値画像データのテン
プレート演算処理装置は、テンプレートの大きさに合わ
せて二次元配列した積和演算器、あるいは、テンプレー
トの大きさに合わせて一次元配列した積和演算器をパイ
プライン動作させ二次元配列のテンプレートに対応する
ようにした演算処理回路の構成をとっている。これらの
装置では、演算処理できるテンプレートの大きさは演算
処理回路の構成で一義的に決められている。

【０００３】なお、この種の装置として関連するものに
は、アイ・イー・イー・イー アイ・エー・ピー・アー
ル ボリュームII （１９９０年） 第３９４頁から３９
７頁（ＩＥＥＥ ＩＡＰＲ ＶｏｌｕｍｅII（１９９
０）、ｐｐ３９４−３９７）、あるいは、１９９０年電
子情報通信学会春期全国大会講演論文集［分冊７］第７
−１４９頁等が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、テ
ンプレートのサイズに合わせて積和演算器を二次元状に
配列する演算処理回路構成をとるために、計算処理の効
率は良いが、テンプレートのサイズが大きくなると演算
処理回路の規模はその大きさの二乗に比例し極端に増大
する。このため、大きなテンプレートに対応できるテン
プレート演算処理装置のＶＬＳＩ化は困難であった。さ
らに、ディジタル多値画像の格納されている画像記憶回
路へのアクセスの回数もそれにつれて増加するが、演算
処理回路と画像記憶回路との間のデータ転送速度には制
限があるために、演算処理の速度を上げることが困難と
なる問題があった。

【０００５】本発明は、ディジタル多値画像データのテ
ンプレート演算処理を小規模回路で実現できるようにす
ることを目的としており、さらにＶＬＳＩ化が容易なテ
ンプレート演算処理方法とその装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、データ処理回路と画像記憶回
路との間のデータ転送速度による制限を受け難くし、テ
ンプレートサイズが大きくなってもその演算処理を高速
に実行できる方法および装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、積和演算器と２本のシフトレジスタと若干のデータ
記憶用レジスタからなる演算処理回路を複数個、直線的
に配列し、隣接する演算処理回路との間でのデータ転送
を可能とするように環状に接続した装置構成とし、テン
プレートの大きさには係わりなく、同一の装置構成でデ
ィジタル多値画像データのテンプレート演算処理を実行
できるようにするものである。

【０００７】また、演算処理回路と画像記憶回路との間
のデータ転送速度の制約による演算処理速度の低下を防
ぐため、各々の演算処理回路内に画像データを一時記憶
させるためのシフトレジスタを設け、画像記憶回路に入
力してあるディジタル多値画像データの一部分を演算処
理回路の構成に応じて切り出し記憶させる。そのデータ
を隣接する演算処理回路との間で循環的に転送させるこ
とにより、各々の演算処理回路において同じ画像データ
を複数回、計算処理に使用することができるようにする
ものである。さらに、演算処理回路に計算処理の中間結
果を記憶するシフトレジスタを設けることにより、最終
計算処理結果を迅速に出力できるようにするものであ
る。

【０００８】

【作用】演算処理回路を複数個、環状に接続した装置構
成をとり、隣接する演算処理回路との間でのデータ転送
を可能とすることにより、テンプレートの大きさには係
わりなく、必要とする計算処理速度に応じて、演算処理
回路の個数を変えることが可能となる。このため、テン
プレートのサイズが大きくなっても、上記従来技術によ
る装置構成とは異なり、必要最小限の回路規模でテンプ
レート演算処理装置が実現できる。

【０００９】また、画像データの一部分を隣接する演算
処理回路との間で循環的に転送させると、各々の演算処
理回路において同じ画像データを複数回、計算処理に使
用することができるようになる。このため、画像記憶回
路からの画像データの読みだし回数を減少させることが
でき、演算処理回路と画像記憶回路との間のデータ転送
速度の制約による演算処理速度の低下を緩和することが
できる。

【００１０】

【実施例】まず、本発明の実施例について詳細な説明を
する前に、本発明で言及する「テンプレート演算処理」
の内容について定義しておく。図２は、入力画像Ｉとテ
ンプレートＴとそのテンプレート演算処理の内容を定義
した図である。入力画像Ｉ［ｉ，ｊ］は、大きさＮ₁×
Ｎ₂のディジタル多値画像であり、テンプレート計算処
理の辞書となるテンプレートＴ［ｍ，ｎ］は、大きさＫ
×Ｋのディジタル多値データとする。同図の走査領域Ｗ
［ｉ，ｊ］とは、テンプレート領域を写像した、座標
［ｉ，ｊ］を左上頂点とする大きさＫ×Ｋの入力画像の
領域とする。

【００１１】テンプレート演算処理とは、走査領域Ｗ
［ｉ，ｊ］を入力画像Ｉの左上から右下まで順次移動さ
せ、その全ての走査領域に対してテンプレートとの間
で、次式に示すテンプレート演算値Ｓ［ｉ，ｊ］を算出
することである。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、ｍ行目のテンプレートＴ［ｍ，
ｎ］と走査領域Ｗ［ｉ，ｊ］内のｍ行目の入力画像Ｉ
［ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ］のｎ＝０から（Ｋ−１）までのＫ列
分の内積和を部分演算値Ａ［ｉ，ｊ，ｍ］とすると、テ
ンプレート演算値Ｓ［ｉ，ｊ］は、テンプレートＴ
［ｍ，ｎ］のｍ＝０から（Ｋ−１）までのＫ行分の内積
和Ａ［ｉ，ｊ，ｍ］を加算した値として次式のように算
出することができる。

【００１４】

【数２】

【００１５】以下、本発明の一実施例を図１から図５に
基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明を実現するためのディジタ
ル多値画像のテンプレート演算処理装置の構成を示した
ものである。同図の装置は、（積和演算器と若干のデー
タ記憶用レジスタからなる）演算処理回路４と演算処理
回路４内のデータ記憶用レジスタとの間で循環シフト動
作ができる入力回路５および出力回路６で構成されるデ
ータ処理回路１が直線的にＰ個配列され、隣接した演算
処理回路との間でデータが転送できるように環状に接続
された装置である。Ｐ個のデータ処理装置の各々に内蔵
されている入力回路へは入力画像記憶回路２から画像デ
ータを入力することができ、出力回路のデータは演算結
果格納回路３へ出力することができる。さらに、テンプ
レートデータはＴバスライン７を通してＰ個の演算処理
回路へ同時に供給できるように構成されている。

【００１７】当該装置において、数２式で定義したテン
プレート演算処理をＰ個のデータ処理回路に割り当て並
列に動作させると、その動作の概要は次の通りとなる。

【００１８】まず、入力画像記憶回路２に記憶されてい
る画像データは、演算処理の割り当てに従い分割され、
Ｐ個のデータ処理回路の各々の入力回路に入力され、一
時記憶される。この一時記憶されている画像データは各
々の演算処理回路に出力される。これと同時に、循環シ
フト動作により、画像データは再び入力回路に戻され
る。演算処理回路では、この与えられた画像データを左
側に隣接する演算処理回路へシフト転送すると同時に、
Ｔバスライン７を通して送られてくるテンプレートデー
タとの積和を計算する。そして、次の動作では、右側に
隣接する演算処理回路から転送されてくる画像データを
左側に隣接する演算処理回路へシフト転送すると同時
に、Ｔバスライン７から送られてくる次のテンプレート
データとの積和を計算し前計算値と累算する。これら画
像データの転送とテンプレートデータとの積和累算動作
は、与えられた画像データが演算処理回路の間を一巡す
るまで繰り返され、その積和演算結果は部分演算値Ａと
して各々の出力回路に出力される以上の部分演算値Ａの
演算動作は、次々と新しい画像データが入力回路から演
算処理回路に与えられることにより、テンプレートの大
きさ分まで繰り返され、各々の出力回路にはテンプレー
ト演算結果が格納される。

【００１９】さらに、入力画像記憶回路２から各々の入
力回路に新しい画像データを入力しながら、入力画像全
面にわたり、テンプレート演算動作が繰り返し行われ
る。この演算処理結果は、Ｐ個の出力回路６から順次読
み取られ、演算結果格納回路３に移され、テンプレート
演算処理動作は終了する。

【００２０】つぎに、データ処理回路の具体的な構成と
その演算処理方法の詳細について、図３〜図５により説
明する。説明を簡略化するために、図２で定義した入力
画像Ｉは、Ｎ₁＝Ｎ₂＝Ｎの矩形サイズのディジタル多値
画像とする。

【００２１】図３は、テンプレート演算処理装置の計算
処理機能をつかさどるデータ処理回路の具体的構成例を
示すものである。同図のデータ処理回路は、図１の直線
的に配列された複数個のデータ処理回路のｐ番目の一つ
を代表して示すもので、以下の回路要素から構成され
る。

【００２２】・乗算器（ＭＵＬＴ）９、加算器（ＡＤ
Ｄ）１０および、Ａレジスタ１１からなる積和演算器
（ＭＡＣ）８。

【００２３】・画像データバッファ１７からの画像デー
タを一時記憶する、Ｎ／Ｐ個の画像データがＫ組で構成
される。容量Ｋ×Ｎ／Ｐ段の入力シフトレジスタ１４。

【００２４】・演算処理の中間結果を記憶する、容量Ｎ
／Ｐ段の出力シフトレジスタ１５。

【００２５】・本装置外からの入力画像データを記憶す
る、容量２Ｎ／Ｐデータ分の画像データバッファレジス
タ１７。

【００２６】・右側に隣接するデータ処理回路（ｐ＋
１）からの転送データを記憶し、左側に隣接するデータ
処理回路（ｐ−１）に出力するＸレジスタ１２および、
Ｙレジスタ１３。この二つのレジスタは隣接するデータ
処理回路の同名のレジスタ同士と接続される。ただし、
データ処理回路の０番目と（Ｐ−１）番目の接続におい
ては、ＸレジスタはＹレジスタと、ＹレジスタはＸレジ
スタと交差して接続される。

【００２７】・上記回路要素間のデータの受け渡し用レ
ジスタ１８〜２３。

【００２８】入力シフトレジスタ１４には、入力側にデ
ータ切替器１６が設けられており、次の二つの動作モー
ドをとることができる。入出力データ受け渡しレジスタ
１９、２０を介してＸレジスタ１２と環状に接続するこ
とにより、Ｘレジスタを含めたデータの循環シフトがで
きる。さらに、データ切替器１６を切り替え、画像デー
タバッファ１７からの画像データを入力することもでき
る。また、出力シフトレジスタ１５も、入出力データ受
け渡しレジスタ２２、２３を介してＡレジスタ１１と環
状に接続する構成をとることができ、Ａレジスタを含め
たデータの循環シフトが可能な構成をとる。

【００２９】当該データ処理回路におけるテンプレート
演算処理方法は次の通りである。

【００３０】数２式で示すように、入力画像Ｉの座標
（ｉ，ｊ）におけるテンプレート演算値Ｓ［ｉ，ｊ］
は、部分演算値Ａ［ｉ，ｊ，ｍ］を累算した結果として
もとめることができる。

【００３１】まず、テンプレートＴの行番号ｍに該当す
る部分演算値Ａ［ｉ，ｊ，ｍ］は次の手順で計算され
る。

【００３２】（Ｉ）データ受け渡しレジスタ２０を介し
て、入力シフトレジスタ１４の出力からＸレジスタ１２
に画像データを与える。これと同時に、データ受け渡し
レジスタ２１を介して、入力シフトレジスタ１４の一段
前の出力からＹレジスタ１３に画像データを与える。

【００３３】（II）データ受け渡しレジスタ２３を介し
て、出力シフトレジスタ１５からＡレジスタ１１に、行
番号（ｍ−１）の中間計算結果データとして、部分演算
値Ａ［ｉ，ｊ，ｍ−１］を与える。

【００３４】（III)以下の三つの動作をｑ＝０から（Ｋ
−１）までＫ回繰り返す。

【００３５】Ｔバスライン７を経由して、乗算器（Ｍ
ＵＬＴ）８に、テンプレートデータ２５であるＴ〔ｍ，
ｑ〕を与える。

【００３６】積和演算器８で「（（Ａレジスタ）＋
（（Ｘレジスタ）×Ｔ〔ｍ，ｑ〕）」を計算し、その結
果をＡレジスタ１１に格納する。但し、動作スキップ指
示がない場合に限る。

【００３７】Ｘレジスタ１２とＹレジスタ１３の内容
を隣接する（ｐ−１）番目のデータ処理回路に転送す
る。

【００３８】（IV）データ受け渡しレジスタ２２を介し
て、Ａレジスタ１１の内容を出力シフトレジスタ１５に
格納する。

【００３９】以上、（１）から（IV）の操作を入力シフ
トレジスタ１４と出力シフトレジスタ１５を循環シフト
させながらＮ／Ｐ回繰り返すと、出力シフトレジスタ１
５にはテンプレートＴの行番号ｍに該当する入力画像Ｉ
の行番号（ｉ＋ｍ）でのＮ／Ｐ個の部分演算結果値が格
納される。このとき、不必要な出力値を計算しないよう
にするために、Ｎ／Ｐ回目の繰り返し操作時は、（Ｋ−
１）番から（Ｐ−１）番目のデータ処理回路では、上記
計算プロセスのうち（III)の積和演算動作をスキップ
するように制御する。

【００４０】さらに、この行番号（ｉ＋ｍ）の部分演算
値の計算操作をｍ＝０から（Ｋ−１）までＫ回繰り返す
と、出力シフトレジスタ１５に格納されている部分演算
値の計算結果は各行の計算操作毎に一回、合計でＫ回更
新され、最終値としては入力画像Ｉの行番号ｉのＮ／Ｐ
個のテンプレート演算値［ｉ，ｘ］となる。

【００４１】このような計算操作が、Ｐ＝０から（Ｐ−
１）までのＰ個のデータ処理回路で並列に実行されるの
で、入力画像Ｉの行番号ｉのｊ＝０から（Ｎ−１）列ま
でのＮ個のテンプレート演算値Ｓ［ｉ，ｊ］は、Ｐ個の
データ処理回路の出力シフトレジスタに分散して格納さ
れることになる。

【００４２】図４は、入力画像Ｉの大きさが８×８、テ
ンプレートＴの大きさが３×３、データ処理回路が４個
のときの、行番号ｉ＝１でのテンプレート演算値Ｓ
[１，ｘ]の演算事例を具体的に示したものである。同図
の４個の入力回路の内容は計算操作に入る前の画像デー
タの格納状態を表しており、各行毎の画像データ２個が
３組格納されている。また、４個の出力回路の内容は計
算操作後の行番号ｉ＝１の各列のテンプレート演算値の
格納状態を表している。

【００４３】これまでは、入力シフトレジスタには予め
所定の画像データが格納されているとしてテンプレート
演算動作を説明してきたが、ここでは、画像データの入
力レジスタへの入力方法について説明する。演算に必要
な新しい画像データは画像データバッファレジスタ１７
からデータ切替器１６を介して入力シフトレジスタ１４
へ与えることになる。その方法は次の通りである。

【００４４】まず、最初の行すなわち、行番号ｉ＝０の
演算処理に入る前に、初期データとして、予め、演算に
必要な画像データを入力しておく。

【００４５】つぎに、各々のデータ処理回路では、行番
号ｉの部分演算値Ａ［ｉ，ｘ，０］を計算中に、行番号
（ｉ＋Ｋ）の画像データを画像データバッファレジスタ
から読み込む。それ以後の（ｉ＋１）行から（ｉ＋Ｋ）
行までの部分演算値を計算している間では、演算処理回
路に出力された画像データは、循環シフト動作により、
入力シフトレジスタへ再び戻される。この手順をデータ
入力方法Ｉとする。この動作状態を具体例で表したの
が、図５である。同図は、入力画像Ｉの大きさが８×
８、テンプレートＴの大きさが３×３、データ処理回路
が４個の装置構成において、ｐ番目のデータ処理回路が
テンプレート演算値Ｓ［０，ｘ］、Ｓ［１，ｘ］を順
次、計算しているときの、入力シフトレジスタの内容を
行番号で示したものである。同図に示すように、行番号
ｉの演算処理が終了した時点では、入力シフトレジスタ
には行番号（ｉ＋１）の演算に必要な画像データは準備
されていない。このため、上記のデータ入力方法Ｉで
は、ダミー演算操作すなわち、演算動作をせずに画像デ
ータの循環シフト動作のみを行い、入力シフトレジスタ
内の画像データを並べ変えた後、行番号（ｉ＋１）の演
算に入ることになる。

【００４６】この演算の無駄時間を防ぐ良い方法は、行
番号ｉの演算処理が終了した時点に、行番号（ｉ＋１）
の演算に必要な画像データを準備しておくことである。
このため、画像データバッファから新しい画像データを
与えるタイミングやＴバスラインからのテンプレートデ
ータを与える順番に工夫を加えたデータ入力方法IIをと
ることにより、上記の無駄な画像データの循環シフト動
作を解消する。すなわち、行番号（ｉ＋１）の部分演算
値Ａ［ｉ＋ｊ，ｘ，ｊ］を計算中に行番号（ｉ＋Ｋ＋
ｊ）の画像データを、画像データバッファレジスタから
読み込むようにする。それ以外の部分演算値を計算して
いる間は、演算処理回路に出力された画像データは、循
環シフト動作により、入力シフトレジスタへ再び戻され
る。また、テンプレートデータを与える順番は演算する
行番号により変わり、次に示すような時系列順とする。

【００４７】 Ｓ［ｉ，ｘ］ ：Ｔ₀，Ｔ₁，・・・，Ｔ_K-1 Ｓ［ｉ＋１，ｘ］ ：Ｔ_K-1，Ｔ₀，・・・，Ｔ_K-2 Ｓ［ｉ＋Ｋ−１，ｘ］：Ｔ₁，Ｔ₂，・・・，Ｔ₀ Ｓ［ｉ＋Ｋ，ｘ］ ：Ｔ₀，Ｔ₁，・・・，Ｔ_K-1 図６は、入力画像Ｉの大きさが８×８、テンプレートＴ
の大きさが３×３、データ処理回路が４個の装置構成に
おいて、ｐ番目のデータ処理回路がテンプレート演算値
Ｓ［０，ｘ］、Ｓ［１，ｘ］、Ｓ［２，ｘ］、Ｓ［３，
ｘ］を順次、計算しているときの、入力シフトレジスタ
の内容を行番号で示したものである。同図は各行の部分
演算値の計算操作に入る前の画像データの格納状態を行
番号で表しており、無駄な画像データの循環シフト動作
が解消されていることがわかる。

【００４８】以上のように本実施例によれば、ディジタ
ル多値画像データを対象とした、大きなテンプレートに
対応でき、かつ小規模回路でＶＬＳＩ化が容易なテンプ
レート演算処理装置を実現できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、ディジタル多値画像の
テンプレート演算処理装置において、そのテンプレート
演算を当該装置を構成する（テンプレートの大きさに係
わらない）Ｐ個のデータ処理回路に割り当て並列に処理
させる方法をとることにより、そのデータ処理回路に内
蔵されているシフトレジスタの段数の変更と、画像デー
タの入力手順を変えるだけで、各種のテンプレートサイ
ズに対応できる効果がある。また、当該装置の内部構成
（データ処理回路の個数とそれに内蔵されているシフト
レジスタの段数等）は、必要とする演算速度に応じて、
容易に変えることができるので、不必要に回路規模を大
きくせずに当該装置を実現できる効果がある。また、当
該装置を構成するデータ処理回路を全て同一の回路要素
で構成し、同一の制御で動作させることができるので、
当該装置のＶＬＳＩ化が容易となる効果がある。また、
当該装置に入力された画像データは当該装置を構成する
複数のデータ処理回路間で循環シフトしながら演算処理
動作を行うので、当該装置への画像データの入力頻度は
同一の画像データに対し１回の入力のみでよく、当該装
置と外部画像データ記憶回路との間でのデータ転送速度
の制約による演算処理速度の低下を緩和する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である、テンプレート演算処
理回路の構成図である。

【図２】入力画像Ｉと、テンプレートＴと、テンプレー
ト演算処理内容を定義する図である。

【図３】データ処理回路の構成を示す図である。

【図４】行番号ｉ＝１におけるテンプレート演算値Ｓ
［１，ｘ］の計算事例を示す図である。

【図５】データ入力方法Ｉにおいて、テンプレート演算
値Ｓ［０，ｘ］、Ｓ［１，ｘ］を順次、計算していると
きの、入力シフトレジスタの内容を示した図である。

【図６】データ入力方法IIにおいて、テンプレート演算
値Ｓ［０，ｘ］、Ｓ［１，ｘ］Ｓ［２，ｘ］、Ｓ［３，
ｘ］を順次、計算しているときの、入力シフトレジスタ
の内容を示した図である。

【符号の説明】 １…データ処理回路 ２…入力画像記憶回路 ３…計算
結果格納回路 ４…演算処理回路 ５…入力回路 ６…
出力回路 ７…Ｔバスライン ８…積和演算器（ＭＡ
Ｃ） ９…乗算器（ＭＵＬＴ） １０…加算器（ＡＤ
Ｄ） １１…Ａレジスタ １２…Ｘレジスタ １３…Ｙ
レジスタ １４…入力シフトレジスタ １５…出力シフ
トレジスタ １６…データ切替器 １７…画像データバ
ッファレジスタ １８〜２３…データ受け渡しレジスタ
２４…入力画像データ ２５…テンプレートデータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディジタル多値画像データの演算処理方法
   であって、特に、二次元配列の前記画像データと同じく
   二次元配列のテンプレートデータとの積和演算処理であ
   るテンプレート演算処理を行うために、テンプレートの
   大きさに係わらない複数個のデータ処理回路にその演算
   処理を割り当て、これを並列に動作させる構成におい
   て、当該データ処理回路を直線状に配列し、隣接する当
   該データ処理回路間を環状に接続し、さらに、当該デー
   タ処理回路内に積和演算器と画像データおよび演算結果
   を一時記憶する循環シフトレジスタを設け、当該循環シ
   フトレジスタを循環させ、隣接する当該データ処理回路
   間で画像データの転送を行いながら演算処理を実行する
   ことを特徴とするテンプレート演算処理装置。
2. 【請求項２】全てのデータ処理回路を同一の回路要素で
   構成し、同一の制御指令で動作させることを特徴とする
   請求項１記載のテンプレート演算処理装置。
3. 【請求項３】請求項１において、データ処理回路の個数
   および当該データ処理回路に内蔵する循環シフトレジス
   タの段数を変更し、当該データ処理回路への画像データ
   およびテンプレートデータの入力手順を変更し、任意の
   大きさのテンプレートに対する演算処理を全てのデータ
   処理回路において間断なく動作させることを特徴とする
   テンプレート演算処理方法。