JPH05342353A - 輪郭抽出方法 - Google Patents

輪郭抽出方法

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JPH05342353A
JPH05342353A JP4150416A JP15041692A JPH05342353A JP H05342353 A JPH05342353 A JP H05342353A JP 4150416 A JP4150416 A JP 4150416A JP 15041692 A JP15041692 A JP 15041692A JP H05342353 A JPH05342353 A JP H05342353A
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JP
Japan
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snake
contour
update
image
outline
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4150416A
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English (en)
Inventor
Satoshi Nakagawa
聰 中川
Yuji Kuno
裕次 久野
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 閉曲線(Snake)を安定してエネルギー最小化
位置へ収束させることにより、画像中の対象物の輪郭に
一致する輪郭線を素早く得る。 【構成】 変分法を用いた画像認識における動的輪郭モ
デル(Snakes)による輪郭抽出方法において、反復計算
のそれぞれの更新ステップで、Snake 上の点の更新量を
計算し(S13)、この更新量に対し収束判定(S1
4)した後に更新量の制限(S15)を加えることによ
り、画像中の対象物の輪郭に一致する輪郭線を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像認識における輪郭
抽出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、画像認識における輪郭抽出方法と
しては、例えば次のような文献に記載される動的輪郭モ
デルがあった。 文献;1987 IEEE、Michael Kass,Andrew Witk
in,and Demetri Terzopoulos.“スネイクス:アクティ
ブ カンテュアー モデルス(Snakes :Active Contour
Models)”、In International Confere nce on C
omputer Vision P.259−268 動的輪郭モデル(以下、Snakesと記す)は、例えば図2
に示すように、線やエッジのような画像特徴に引き寄せ
られる拘束条件と形状に関しての拘束条件を満たすよう
な閉曲線を、エネルギー最小化によって求める輪郭抽出
方法である。この方法では、閉曲線(以下、Snake と記
す)の位置を画像上の座標系x,yにおいてn個の節点
i =(xi ,yi ),i=1,…,nで表す。但し、
閉曲線であるのでvi+n =vi とする。Snake のエネル
ギー関数は、次式(1)のように表せる。
【0003】
【数1】 ここで、Εint はSnake の形状に関する拘束条件を表す
内部エネルギーであり、次式(2)のようになる。
【0004】
【数2】 αi ,βi は、内部エネルギーの大きさを表すパラメー
タである。第1項はSnake が短くなるほど、第2項はSn
ake が滑らかなほど、小さくなるエネルギーである(但
し、αi >0,βi >0の場合)。 (1)式のΕext は、Snake が画像特徴に引き寄せられ
る拘束条件を表す外部エネルギーである。例えば、 Εext (i)=wedgy(−|∇I(xi ,yi )|2 ) 但し、wedgy ;係数 I(x,y);画像の濃度 のとき、Snake が画像のエッジに近付くほど、Εext
小さくなる。
【0005】以上のように、形状に関する拘束条件と画
像特徴に関する拘束条件を満たす場合にエネルギーが最
小となるようなエネルギー関数を定義し、このエネルギ
ー関数を最小化するようなSnake の位置を求めることに
より、輪郭抽出を行うのがSnakesである。例えば、Snak
e の形状が「滑らかである」という形状の拘束条件と、
Snake が「画像のエッジ上にある」という画像特徴の拘
束条件を与えた場合、画像中の対象物の輪郭に一致する
滑らかな輪郭線が抽出される。
【0006】このエネルギー関数Ε* Snake を最小化す
るようなSnake の位置は、変分法により、次式(3)の
方程式を解くことによって得られる。
【0007】
【数3】 この方程式(4),(5)は、初期位置vx0 ,vy0
から、次式(6),(7)の反復計算によって解くこと
ができる。 vxt =(VA+γVI)-1(γvxt-1 −vfx (vxt-1 ,vyt-1 )) ・・・(6) vyt =(VA+γVI)-1(γvyt-1 −vfy (vxt-1 ,vyt-1 )) ・・・(7) 但し、 VI;n×nの単位行列 t;繰り返し回数 γ;更新ステップのステップサイズを決める係数 図3は、従来のSnakesの輪郭抽出方法の処理を示すフロ
ーチャートである。従来の輪郭抽出処理では、まず、初
期位置処理S1としてvx0 ,vy0 を与える。外部エ
ネルギー勾配の計算処理S2では、Snake 上の全節点で
の外部エネルギーの勾配vfx ,vfy を計算する。座
標値の更新処理S3では、式(6),(7)を用いて、
更新されたSnake の位置vxt ,vyt を求める。収束
判定処理S4では、各節点の更新された量vxt −vx
t-1 ,vyt −vyt-1 が十分0に近付いてれば、計算
が収束したと判定し、そのときのvxt ,vyt をエネ
ルギー最小化位置(S5)とする。以上の処理によっ
て、エネルギー関数Ε* Snake を最小化するようなSnake
の位置が得られる。このときのSnake は、「滑らかで
画像のエッジ上にある」といった形状の拘束条件と画像
特徴の拘束条件を満たす輪郭線となるため、画像中の対
象物の輪郭に一致する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
輪郭抽出方法では、次のような課題があった。図4は、
エネルギー最小化位置の通過を示す図である。図5
(a),(b)は従来の問題点を示す図であり、同図
(a)は振動、及び同図(b)はノイズを表している。
外部エネルギーΕext は画像特徴に引き寄せられる拘束
条件を表すエネルギー項であり、これは画像の濃度VI
(x,y)から計算されるため、通常、座標値x,yに
対して非線形である。特に、画像にノイズが加わってい
るような場合、外部エネルギーが局所的に大きな変化を
し、そのため、非常に大きな勾配を持つ(|(vfx
vfy |≫0)ことがある。
【0009】外部エネルギーの勾配は、外部エネルギー
が増加する方向を指しており、式(6),(7)は、v
t ,vyt をvfx ,vfy の逆向きに移動すること
を表している。よって、vfx ,vfy が非常に大きな
値を持つ場合、vxt ,vyt が大きく移動してしま
う。このとき、Εext が非線形であるため、vxt ,v
t はエネルギー最小化位置を通り過ぎて、更新後のエ
ネルギーΕ* Snake が図4の点A→点Bのように逆に増
加することがある。このようなエネルギーの増加が起こ
ると、Snake の収束が遅くなるだけでなく、図5(a)
に示すように、Snake が移動して収束しなかったり、あ
るいは図5(b)に示すように、ノイズ等の別の画像特
徴に収束してしまったりすることがあり、画像中の対象
物の輪郭線が抽出できない。
【0010】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、Snakesの変分法を用いた輪郭抽出方法におい
て、Snake がエネルギー最小化位置を通り過ぎてしまう
ために輪郭線を抽出できないという点について解決し、
Snake を安定してエネルギー最小化位置へ収束させるこ
とにより、画像中の対象物の輪郭に一致する輪郭線を素
早く得る輪郭抽出方法を提供するものである。
【0011】
【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、変分法を用いた画像認識におけるSnakes
による輪郭抽出方法において、反復計算のそれぞれの更
新ステップで、Snake上の点の更新量を計算し、この更
新量に対し制限を加えることによって画像中の対象物の
輪郭に一致する輪郭線を得るようにしている。
【0012】
【作用】本発明によれば、以上のように画像認識におけ
る輪郭抽出方法を構成したので、Snake 上の点の更新量
が計算され、その更新量に対して制限が設けられるの
で、安定してエネルギー最小化位置への収束が行われ、
画像中の対象物の輪郭に一致する輪郭線が素早く得られ
る。
【0013】
【実施例】図1は、本発明の実施例の輪郭抽出方法を示
す輪郭抽出処理のフローチャートである。この輪郭抽出
処理では、まず、初期位置処理S11としてvx0 ,v
0 を与える。外部エネルギー勾配の計算処理S12で
は、Snake 上の全節点での外部エネルギーの勾配v
x ,vfy を計算する。そして、更新量の計算処理S
13において、式(6),(7)を変形した次式
(8),(9)により、更新量Δvxt ,Δvyt を計
算する。 Δvxt =vxt −vxt-1 =−(VA+γVI)-1 ・(VAvxt-1 +vfx (vxt-1 ,vyt-1 )) ・・・(8) Δvyt =vyt −vyt-1 =−(VA+γVI)-1 ・(VAvxt-1 +vfy (vxt-1 ,vyt-1 )) ・・・(9) 収束判定処理S14では、更新量Δvxt ,Δvyt
十分0に近付いていれば、計算が収束したと判定し、そ
のときのvxt-1 ,vyt-1 をエネルギー最小化位置S
17とする。これに対し、計算が収束していないと判定
されると、更新量の制限処理S15が実行され、式
(8),(9)より求めた更新量Δvxt ,Δvyt
各成分について、予め設定した最大移動量δよりも大き
な値を持つ成分を全てδにする。その後、座標値の更新
処理S16において、前記処理S15のように制限され
た更新量Δvxt ,Δvyt をvxt-1 ,vyt-1 に加
えることにより、新たなvxt ,vyt を計算する。以
上の処理によって、エネルギー関数Ε* Snake を最小化
するようなSnake の位置が得られる。このときのSnake
は、「滑らかで画像のエッジ上にある」といった形状の
拘束条件と画像特徴の拘束条件を満たす輪郭線となるた
め、図2に示すように、画像中の対象物の輪郭に一致す
る。
【0014】以上のように、本実施例では次のような利
点を有している。図6は更新量の制限を示す図である。
この図に示すように、本実施例では1回の更新ステップ
における更新量が予め設定した値を越えるような変化を
せず、画像にノイズが加わった場合のように局所的に大
きく変動している外部エネルギーを与える画像に対して
も、形状と画像特徴の拘束条件を満たす輪郭線が安定し
て得られる。
【0015】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、各更新ステップにおいて計算された更新量に対し
て制限を加えるようにしているので、1回の更新ステッ
プにおける更新量が予め設定した値を越えるような変化
をしない。そのため、画像にノイズが加わった場合のよ
うに局所的に大きく変動している外部エネルギーを与え
る画像に対しても、Snake を安定化してエネルギー最小
化位置へ収束し、形状と画像特徴の拘束条件を満たす、
画像中の対象物の輪郭に一致する輪郭線が安定して素早
く得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の輪郭抽出方法を示す輪郭抽出
処理のフローチャートである。
【図2】動的輪郭モデル(Snakes)を示す図である。
【図3】従来の輪郭抽出方法の輪郭抽出処理を示すフロ
ーチャートである。
【図4】エネルギー最小化位置の通過を示す図である。
【図5】従来の問題点を示す図である。
【図6】図1の更新量の制限を示す図である。
【符号の説明】
S11 初期位置処理 S12 外部エネルギー勾配の計算処理 S13 更新量の計算処理 S14 収束判定処理 S15 更新量の制限処理 S16 座標値の更新処理 S17 最小化位置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 変分法を用いた画像認識における動的輪
    郭モデルによる輪郭抽出方法において、 反復計算のそれぞれの更新ステップで、閉曲線上の点の
    更新量を計算し、この更新量に対して制限を加えること
    によって画像中の対象物の輪郭に一致する輪郭線を得る
    ことを特徴とする輪郭抽出方法。
JP4150416A 1992-06-10 1992-06-10 輪郭抽出方法 Withdrawn JPH05342353A (ja)

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JP4150416A JPH05342353A (ja) 1992-06-10 1992-06-10 輪郭抽出方法

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JPH05342353A true JPH05342353A (ja) 1993-12-24

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ID=15496468

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JP (1) JPH05342353A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07334690A (ja) * 1994-06-14 1995-12-22 Nec Corp 物体の輪郭追跡方法
WO2011004640A1 (ja) * 2009-07-09 2011-01-13 コニカミノルタエムジー株式会社 輪郭抽出装置およびプログラム

Cited By (4)

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JP5299511B2 (ja) * 2009-07-09 2013-09-25 コニカミノルタ株式会社 輪郭抽出装置およびプログラム

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