JPH0584942B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、人の視覚に代つてテレビカメラ
や、その他の画像入力手段を用いた自動認識装置
や自動検査装置の前処理部分、特に画像処理装置
の輪郭線発生方法に関係するものである。

〔従来の技術〕

一般に従来の視覚付自動検査装置や視覚付自動
認識装置、ロボツト用視覚装置等は明暗が明らか
な視覚対象にかぎられ特徴抽出に、いわゆる、２
値化法が採用されてきた。最近は明暗が明確でな
い灰色のレベルまで含んだ濃淡画像の認識や検査
も可能になりつつなる。この濃淡画像を処理する
場合には通常、前処理としてフイルター処理、も
しくは微分処理を行ない、濃淡を有する画像か
ら、その物体の輪郭線を取出すのが普通である。

そこで、輪郭線を取出す方法として縦横に３画
素×３画素のフイルターを用いる手法が知られて
いる。

一例として参考文献、田村秀行著「コンピユー
タ画像処理入門」総研出版（〓）、昭和60年３月、
を取上げ内容について説明する。同著119頁に
“特徴（一般には濃度）が急激に変化する場所を
探し対象物の境界線を求めようとするエツジ検出
は非常によく研究されており、これまでに多くの
方法が提案されている。”また122頁中段には“デ
イジタル画像処理では１次偏微分が最大値を取る
方向と、その大きさを表わす勾配や等方的な２次
微分であるラプラシアンが良く用いられる。これ
らのオペレータは画像中のエツジの方向に依存せ
ず濃度変化の大きさに応じた微分値を出力する。”
また、続けて“デイジタル画像における勾配の大
きさと方向は √（（，））²＋（（，））²， tan^-1（Δyf（ｉ，ｊ）／Δxf（ｉ，ｊ）， で定義される。”また、121頁の終りには近傍領域
内の濃度の和を求めるのに上下、左右の画素には
対角線上のものより大きな重みを与えることがで
きる。”として第５図イ，ロをソーベル（Sobel）
オペレータとして紹介している。また、123頁の
号頃には勾配とラプラシアンの出力の違いを示し
ており、“ラプラシアンエツジの上端と下端に
夫々正と負のピーク値を生ずる。このためエツジ
の位置を求めるには正負両ピークの中央でラプラ
シアンが零になる場所（ゼロクロツシング）を探
せばよい。”また、第５図ハがラプラシアンオペ
レータとして紹介されている。実際的にはこの様
な方法が組合されて使用されてきた。これの方式
を具体的に実現する手法について本書では直接記
述されていない。しかし、このような画像の演算
処理を行う手段はどのような方法でも良いわけで
ある。ここではコンピユータで演算する最も一般
的な方法を以下に示す。

第４図において、１はテレビカメラで認識対象
を撮影する。２は映像信号のバツフアー、３は信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４は
画像メモリであつて、フレームメモリあるいはプ
レーンメモリとも言われ、テレビカメラで撮像さ
れた情報が、そのままの２次元平面のイメージと
して記憶される。５は画像メモリ４に記憶すると
きにアドレスを発生するアドレス発生器であり、
テレビカメラ１からの同期信号９にしたがつて制
御される。６は画像メモリ４の内容を演算するコ
ンピユータである。７は画像メモリ４のアドレス
を記録時にデータを前記アドレス発生器５からも
らうか読出し時にコンピユータ６からもらうかの
切換を行う切換スイツチ、８はコンピユータ６の
データバスである。

次に動作について説明する。まず、テレビカメ
ラ１から入力された映像信号はバツフアー２で安
定化された後Ａ／Ｄ変換器３に入力される。続い
て、デジタル化された映像信号は画像メモリ４に
入力される。ここで、画像メモリ４のアドレス
は、映像信号を記録するときにアドレス発生器５
で発生したアドレスを使うようにアドレス切換器
７をａ側にたおす。そして、テレビカメラ１から
の同期信号９はアドレス発生器５に同期指令を与
える。また、画像メモリ４は64K語の容量を持
ち、そのアドレスは上位８ビツトと下位８ビツト
に分けられ上位ビツトで行アドレスをまた下位ビ
ツトで列アドレスを指すようになつている。水平
同期信号で零にリセツトされ次の水平同期信号と
の間に下位ビツトが基本クロツクによりインクリ
メントされ、上位ビツトは垂直同期信号で入力さ
れると零にリセツトされ水平同期信号でインクリ
メントされる。このことにより、１画面分の映像
信号が画像メモリ４に記憶される。そして、画像
メモリ４に記憶された映像情報はコンピユータ６
により読出される。このときアドレス切換器７は
ｂ側にたおされコンピユータ６から画像メモリ４
に対しアドレスが伝送される。このときのデータ
はデータバス８を介してコンピユータ６に読込ま
れる。

次にコンピユータ６内部での演算動作について
説明する。すなわち、演算は画像メモリ４上の各
画素ごとに行なう。

(A) 夫々の画素ごとにその画素の周囲の合計９画
素の個々の明るさの値に対して第５図イ，ロ，
ハ中の対応する数を掛け合せた上で合計する。

(B) 第５図のイの合計ａとロの合計ｂを√²＋²
のように計算する。そこで、３〜10に閾値をも
うけ前記、計算の結果がそれ以上であればその
画素の結果を“１”とし、以下であれば“０”
とする。

(C) 同じく９コの画素の夫々の明度値に対し第５
図のハの値を掛けて合計する。

以上の計算結果のうち(C)が上下方向、又は左右
方向において符号が反転した画素で、(B)の結果が
“１”である画素が輪郭線の一部であると決定す
る。

なお、第５図中のイ，ロはソーベル（Sobel）
オペレータといわれ、ハはラプラシアン
（Laplacian）オペレータと呼ばれるフイルター
である。

次に、上記(A)、(B)、(C)の詳細な動作を第６図を
参照して説明する。

まず、プログラム全体は16ビツト中ｉが下位８
ビツトの255回、又その上位８ビツトをｊとして
255回ループし全体で64K回画像メモリ４中をサ
ーチする。又、ST，101の演算において、Ｂは明
るさを意味し、ｊは水平走査線本数を表わし、ｉ
は走査線上の位置、すなわち左が０、右端が255
を示す。よつてＢ〔ｊ〕〔ｉ〕は一定の場所の明る
さを示す。また、ａは第５図中のイの結果を示
し、ST，102の結果ｂは第５図のロの結果を、ま
た、ST，103の演算はａとｂの合計成分を得てい
る。ST，104は第５図ハの結果を示す。また、演
算結果ｄとそれより１画素左の画素での符号ｄが
反転しているか否かを示しST，106は上下間で反
転かどうかを示す。よつて、ST，107へは上下、
又は左右においてｄの符号が反転しているものの
みが入る。ST，107ではｃがｎ以上でST，108を
実行し、以下でST，109を実行する。ｎはｃの値
に対する閾値であり、ｎ＝３〜10が適当である。
このｎが低いとテレビカメラ１からの雑音までが
表示されることになり、大きいと明暗変化量の少
ない微妙な輪郭線は表示されなくなる。ここで
ST，108に入るデータは輪郭線が存在した場合で
あり、輪郭線の有無を出力する画像メモリ４にあ
たる。Ｐなる配列には“１”を記録する。又、輪
郭がない場合にあたるST，109では“０”を記録
する。ST，110，111はループ回数を管理してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の画像処理装置の輪郭線発生方法は以上の
ように構成されているので、テレビカメラから発
生する雑音等のために、明るさの変化が少ないと
ころや明るさがゆつくり変化する場合等では十分
に大きい微分値が発生しないため、確実に輪郭線
を得ることが困難であつた。従つて、この後段で
行う認識作業等が充分実行できず、誤認識をまね
く等の問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、対象の明るさに変化が少ない
ときやゆつくりとした変化のときの輪郭線を正確
に発生させることができる画像処理装置の輪郭線
発生方法を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる画像処理装置の輪郭線発生方
法は、個々の画素の周辺の画素との関係のみで演
算することをやめ、より広い範囲の画素の明るさ
の変化を加算して、その値を十分に大きいものに
変えてから閾値と比較するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明における輪郭線発生方法は画素の明る
さ変化が所定の値、つまり十分大きな値になるま
で加算した後に閾値と比較するようにしたために
テレビカメラの雑音等よりも十分に大きな値とす
ることができるので明瞭に輪郭線を検出すること
ができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

実施例として最初にコンピユータによる演算の
例を取上げ説明する。この実施例におけるハード
ウエアの構成は第４図に示した従来例と同一であ
るので図の説明は省略する。なお図中第６図と同
一符号は同一の機能を有する。

次に第１図Ａ，Ｂのフローチヤートを参照し動
作について説明する。第１図Ａ，Ｂは連続してお
り夫々ｉ，ｊに関する２重のサーチがある。すな
わち、始めは０〜255まで２回目は逆に255から０
に向けて演算する。ST，120の演算はｊ，ｉの位
置の明るさＢ〔ｊ〕〔ｉ〕と一画素分左のＢ〔ｊ〕
〔ｉ−１〕との明るさの差の演算を行ない、Dy
〔ｊ〕〔ｉ〕なる明るさの差を出している。ST，
121はDy〔ｊ〕〔ｉ〕と１画素分左のDy〔ｊ〕〔ｉ
−１〕との符号の違いを考えており、異る場合に
はST，122に行き、同じであればST，123に歩進
する。符号が同じであればST，123において以前
までに加算した合計値Sy〔ｊ〕〔ｉ−１〕に対し
今回の微分値Dy〔ｊ〕〔ｉ〕を加算する。符号が
異るとST，122において“０”リセツトし、その
後、今回の微分値のみが加えられる。ST，127は
ST，120からST，123とまつたく同一の演算をす
ぐ上の画素との間について行つている。ST，120
〜123におけるDy，Syのｙは横方向という意味で
ありST，127のDt，Stは縦方向という意味であ
る。

第１図Ｂにおいては前回とは反対に配列の255
から小さくなる方向にループが回る。Ft〔ｉ〕、
Ｔ〔ｉ〕という１次元の配列も途中演算結果を保
持するものとしてある。最初にST，130において
これらはすべて“０”リセツトされる。

また、ST，132では横方向の合計値Sy〔ｊ〕
〔ｉ〕と前回の一画素右の合計値Sy〔ｊ〕〔ｉ＋
１〕の符号が同一かどうかが確認され、異なれば
ST，134に歩進し、同一であればST，133に行
く。ST，133では前回の値より今回の値の方がよ
り以上大きければST，134に行き小さければST，
134に行く。すなわち合計値の符号が変つている
か10以上増加しているということは第１図Ａの課
程でゼロリセツトが行なわれて合計値の符号が反
転したか、急に低下していたことを示しており第
１図Ｂの反対方向、すなわちｉ＝255から少なく
なる方向にたどつてから急に大きくなるか、符号
が反転したかが同じ位置で発生する。そして、前
回リセツトされたものだけがST，134を経由して
リセツトされる前の値であるSy〔ｊ〕〔ｉ〕の値
の半分をTmpの値に保持し、又フラグに“１”
を保持する。他の場合はここをバイパスする。こ
の1/2にする理由は後述するように合計値の最大
値の1/2が輪郭線となるべき位置であることによ
る。ST，135では、合計値がTmpより小さいか
どうかを確認しており合計値の最大値1/2より小
さくなつたことが確認されST，136においてフラ
グがあればはじめて1/2以下になつたことがわか
る。そしてST，138において輪郭線であつたか否
かを最終的表示する配列Py〔ｊ〕〔ｉ〕に“１”
が保持されるとともに、続けて1/2以下において
“１”を立てないためにフラグFyに“０”を入れ
る。ST，138は合計値が1/2以上のときと、Fyが
“０”のとき、すなわち、合計値が1/2以下になつ
たがすでに１回輪郭線を発生した場合に経由し、
このときには出力のバツフアには輪郭線ではない
ことを示す“０”を保持させる。第１図ＢのST，
140〜146は同図のST，132〜137と同一作用を縦
方向の変化について演算している。

また、第２図は本発明の特長を要部の波形をも
つて具体的に示したもので、ａはテレビカメラか
ら入力した映像信号であり、イに示すような主と
してテレビカメラに起因する雑音が重畳されてい
る。ロは急な明るさ変化を示す輪郭線である。ハ
は緩慢な明るさ変化を示す輪郭線である。ｂは従
来方式により発生したいわゆる微分値を示してい
る。広い範囲の画素で発生したゆつくりした変化
ハは明るさ変化の絶対量は大きいが、数画素にわ
たり変化したがために個々の画素あたりの微分値
は小さなものになつてしまいテレビカメラによる
雑音のところで発生している微分値と絶対値にお
いて差がなく輪郭線を発生させることができな
い。ｃは本発明の方法による波形であり、隣りの
画素との差分値の符号が反転しない間は差分値を
加算したその結果が表示されている。この結果を
右から左方向に見て急に大きくなつた値の1/2ホ
の値より少なくなつた点を輪郭線としている。
（ここで輪郭線とは１つ１つの画素の連らなつた
ものであり点の並びによつて構成される。） 上記実施例では隣りの画素との差分値の符号が
変化したところで加算した結果をリセツトしてい
る。しかし、画像の条件によつては例えばテレビ
カメラの雑音とは輪郭線を発生させる目的によつ
てリセツトする条件を変更しうる。例えば反対符
号という条件だけではなく微分値が反対信号であ
り、かつ絶対値がある数値以上でなければリセツ
トしないという方法、又は微分値が同一符号でも
微分値の絶対値がある数値以下であつてもリセツ
トするというように選択できる。後者の例によれ
ば第２図ａ，ハの途中の傾斜の低下したところで
もリセツトすることになり同図ｄのごとくゆつく
りとした明るさの変化ハを２つの輪郭線に分割で
きることになる。

上記実施例では第２図ｃの加算値の1/2の値と
なるところを輪郭線とする方法について説明し
た。なお、この1/2という値は限定されるもので
はなく必要に応じ適当に選択してもよい。

第１図Ｂでは画像を逆の方向から読んでいる
が、これを変更して次のようにすることもでき
る。すなわち、零リセツトが生じた時においてリ
セツトされる前の積分値を読み取つてその1/2の
値を記憶し、今まで演算を行つた画素の積分値を
順に比較して行き記憶した1/2の値に最も近いと
ころを輪郭線の位置とする。また、逆方向に画像
メモリｂの内容を読出す部分を変更することも可
能である。

走査方向に信号が入つてきてそのままの順に画
像メモリに書き込む。次に画像メモリから書き込
んだと同じ方向に読出す。これで第２図ｃのよう
な加算結果が得られる。次に今までとは反対方向
に画像メモリを読出すす。これは丁度CRT画面
において走査線が左上から右方向に走りながら順
に下つて行つて右下で終るのではなく、右下から
左に走りながら上に上つて行つて最後は左上で終
ることを意味する。このように逆方向から走査線
の内容を読み出すと第２図ａの画像信号の結果を
０クロスで“０”リセツトし加算して行くとｅの
ような結果となつてｃを反対にした結果が得られ
る。

逆方向に演算した積分値の絶対値が正方向に読
んで演算した値より大きくなつたところを輪郭線
の位置とする。また前述までの説明では映像入力
信号から明度信号のみを取出して画像処理を行う
ように説明した。これは白黒画像という入手しや
すい情報を利用して説明しただけであり、R.G.B
信号やＹ，Ｃ信号などカラー情報に関するものな
ど隣接画素との差分を取れるものであれば何んで
もよく、又、それらの差を加算することができれ
ばそれらは複合させてもよい。

上記は画像メモリに記憶させたデータをコンピ
ユータにより演算する場合について説明したが、
この演算の部分を専用のICを使つた電子回路に
よつて構成すると演算速度は大幅に向上する。第
３図に示す一実施例は水平方向のみに関する電子
回路の基本構成図である。動作の概要を以下に説
明する。すなわち、映像信号をデジタル化した信
号は８ビツトでラスタースキヤンと同様なタイミ
ングで入力端子イから入力される。

２１はＤタイプフリツプフロツプで、クロツク
CLKの立上りでラツチされる。クロツクCLKは
通常6MHzくらいが使われる。また、画像メモリ
からデータが読出されると一般にアドレスが変わ
つて一定の時間が経過した後データは有効にな
る。これをアクセス時間といい200〜50nsかかる。
通常はアドレス変更はバイナリーカウンタにクロ
ツク入力してからアドレスが変化するまでに
50ns、そしてメモリの出力アドレスが安定するま
でに上記相当の時間がかかる。これでは動作が不
安定なのですべての動作を安定にするためこれら
には各段ごとにタイミング調整用Ｄタイプフリツ
プフロツプを入れるのが一般的である。

よつてＤタイプフリツプフロツプ２１の出力は
その入力にくらべ１クロツク分だけ遅延すること
になる。２２はALUであり、例えばSN74181等
を使用する。これはａ入力とｂ入力の差が出力さ
れるようにフアンクシヨンを設定しており、ａ入
力に対しｂ入力は１クロツク遅延しているので、
この出力は隣りの画素との差分が出てくることに
なる。キヤリーCRYの出力はその符号でありこ
れもＤタイプフリツプフロツプ２３で遅延されエ
クスクルーシブOR２４（SN7486等）で前の差
分出力の符号と新しい符号とに差があるときのみ
出力ロはハイレベル“Ｈ”になる。これは次の
ALU２５のコントロールに入りハイレベルのと
きは入力ａがそのまま出力される。ローレベル
“Ｌ”のときはａ入力とｂ入力の加算された結果
が出力される。ALU２５の出力はＤタイプフリ
ツプフロツプ２６でラツチされその出力はALU
２５のｂ入力として持続される。このことで
ALU２５が加算に設定されているかぎりａ入力
は加算されて行くが“Ｈ”入力があるとａ入力だ
けが出力され前述の説明にあるリセツトされた結
果となる。

加算された結果はRAM２７で記録される。
RAM２７はカウンタ２８でアドレスバスが管理
されておりRAM２７は画像メモリの機能を有
し、前述の説明によるコンピユータプログラムと
して説明したSy〔ｉ〕〔ｊ〕にあたる。１画面分
の処理が終るとRAM２７は反対方向から読出さ
れて端子ハから出力される。これはＤタイプフリ
ツプフロツプ２９で１クロツク分遅延されたもの
がALU３０で差が取られ、絶対値抽出回路３１
でその絶対値が取られる。３２はコンパレータで
あり入力ニとホの入力とが比較される。ホの入力
の３３はスイツチであり適当にレベル設定される
が通常は10程度に設定されている。このレベル設
定ホの値と絶対値抽出回路３１ニに絶対値（記録
した数値）の出力とがコンパレータ３２で比較さ
れ前記ニの入力が大きいときにはＤタイプフリツ
プフロツプ３４に信号が送られＤタイプフリツプ
フロツプ２９の出力ヘの信号がラツチされる。こ
れは第２図ｃにおけるトの位置において合計値が
急に大きくなつたときの値をラツチしたことにな
る。ラツチした値トは次に大きな値が入力するま
でそのままとなる。1/2回路３５においてそれは
１／２にされる。絶対値抽出回路３６は加算値の絶
対値を得ておりその合計値の絶対値を得ておりそ
の合計値の絶対値と合計値の最大値の1/2とが比
較され後者が大きいとハイレベル“Ｈ”が出力さ
れる。これはＤタイプフリツプフロツプ３８で１
クロツク遅らされて反転されたものとAND４が
取られるので、ハイレベルになつたときの１クロ
ツクのみがハイレベルとなつてAND４から出力
される。これが輪郭点の一部である。なお、上記
はラスタスキヤンの方向、すなわち、横方向の処
理しか行つていないが、縦方向の処理を行う回路
についてもこれと同様に構成される。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、個々の画素の
周辺と画素との関係のみで演算することなく明る
さを変化を示す隣接画素との差分値を加算するこ
とにより大きな値を得、その加算された差分値が
所定値を越えた時に閾値と比較するようにしたの
で、明瞭な輪郭線を得ることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂはこの発明の一実施例による動作
を示すフローチヤート、第２図は閾値を説明する
ための波形図、第３図は本発明の一実施例を示し
た回路図、第４図は本発明及び従来例における視
覚付自動認識装置の構成図、第５図は従来例にお
ける演算動作の説明図、第６図は従来例における
動作を示すフローチヤートである。 図において、１はテレビカメラ、３はＡ／Ｄ変
換器、４は画像メモリ、６はコンピユータ、７は
アドレス切換器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 画像入力装置から映像信号を得て画像メモリ
   に格納しデイジタル画像処理をする画像処理装置
   の輪郭線発生方法において、任意の画素を基準と
   して所定方向に１画素隣の画素の値を前記画像メ
   モリから順次読み込むとともに、その隣接画素に
   おける画素の値の差分値の絶対値が予め与えられ
   た設定値より大きい値である限り、その差分値の
   絶対値と以前までに加算した合計値との加算演算
   をくり返えして前記隣接画素の位置における合計
   値を求め、前記差分値の絶対値が前記設定値より
   小さい値になつた場合あるいは前記差分値の符号
   が反転した場合、前記合計値をリセツトするとと
   もに、前記合計値の最高値の略中央値となる合計
   値を有する画素に対応する位置を輪郭線の一部と
   するように演算回路によつて演算処理することを
   特徴とする画像処理装置の輪郭線発生方法。