JPH06103378A

JPH06103378A - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH06103378A
Application number: JP25261392A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakanishi; 衛中西; Takeshi Ogura; 武小倉; Yuichi Fujino; 雄一藤野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ハフ変換処理を高速度で行い得る
ようにすることを目的としている。【構成】ハフ空間のメモリにＣＡＭ（連想メモリ）を
用い、当該ＣＡＭは１ワードをハフ空間の１座標点に対
応させるようにしており、ＣＡＭの演算機能を用いて距
離の演算を行わせ、ＣＡＭのマスク機能を用いて投票の
ための処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等により
入力された画像から、物体認識処理などのための前処理
にあたる、直線や曲線などの線情報の抽出を行うハフ変
換処理のための画像処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ハフ変換処理のうち、良く知られている
直線検出ハフ変換処理を例に説明する。

【０００３】直線は、原点からの距離（ρ）と、Ｘ軸か
ら見た傾き（θ）をパラメータとすることにより、一意
に決定できる。そこで、ρ，θを軸とする座標空間をハ
フ空間（パラメータ空間）とする。画像中のある画素が
「０」以外の値を持つとき、その点を通るすべての直線
に対応するハフ空間のすべての座標点に投票処理を行
う。即ち、 ρ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ （１）で表される曲線をハフ空間にプロットすることとして、
定義されている。上記の式中に現れる（ｘ，ｙ) は、画
像における画素の座標を示している。

【０００４】ハフ変換を行う画像処理装置は、図５に示
すように、画像メモリ、画像アドレス生成部、投票判定
部、ハフ空間メモリ、ハフアドレス生成部、順次投票す
る（θ，ρ）座標を求めるためのθの発生部、上記演算
式を実行するρの演算処理部、投票のためのインクリメ
ンタを持つホストプロセッサから構成されている。

【０００５】ホストプロセッサは、図６に示すように、
画像メモリを順次ラスター走査し、画素の持つ値が通常
「０」以外の値を持つとき、ハフ空間メモリへの投票処
理を実行する。この投票処理は、θを−πからπまで変
化させながら、式（１）を演算し、ρを求め、θ−ρ空
間の該当座標のメモリを＋１する。

【０００６】また、円、双曲線などの曲線検出など、一
般のハフ変換もパラメータこそ違うものの、処理手順は
ほぼ同じであり、同様に実現できるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、投票処理は上
記の式の演算・ハフメモリの読み出し・＋１演算・ハフ
メモリへの書き込みを、ハフ空間のサイズ分だけ繰り返
すことになり、非常に処理時間を要する処理となってい
る。このハフ変換処理は、ロボットの目などに応用され
る物体認識処理のための前処理にあたるため、その高速
化が課題となっている。

【０００８】本発明は、ハフ変換処理を高速度で行い得
るようにすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、ハフ空間の
メモリにＣＡＭ（連想メモリ）を用いた。このＣＡＭ
は、１ワードをハフ空間の１座標点に対応させる。例え
ば、直線検出ハフ変換において、ＣＡＭの１ワードは、
画像空間における１直線に対応していることになる。ホ
ストプロセッサが現在処理中の画素について、その画素
と各ワードが対応している直線との距離の演算にＣＡＭ
の演算機能を用いて、ＣＡＭの全ワードを同時に演算さ
せる。また、実際投票処理を実行するハフ空間の座標点
を、距離の演算結果から、ＣＡＭのマスク機能を用い全
ワード同時に判定、選択し、選択されたすべてのＣＡＭ
のワードに対し、全ワード同時に投票のための演算処理
を行う。

【００１０】請求項２では、上記距離を演算する際、Ｃ
ＡＭの制御をラスター走査に同期させ、１画素について
の演算処理が１回の加算で行う。請求項３では、上記距
離データの値により投票を行うワードを選択する際、距
離データの絶対値がある閾値以下であるワードを選択で
きるようなマスクデータにより選択処理を行う。

【００１１】

【作用】本発明では、ＣＡＭの全ワードが並列に、ｘｃ
ｏｓθ＋ｙｓｉｎθ−ρを計算することが可能になる。
そして、現在処理中の画素に対する大量の投票点に対し
すべて同時に投票できる。即ち、従来法では逐次処理を
行っていたが、本発明では、ハフ空間上における並列処
理が実現でき、高速化が可能となる。

【００１２】また、実際のｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ−ρ
の演算を、画素のラスター走査に同期させたＣＡＭの制
御により、１画素についての演算処理が１回の加算で実
現でき、請求項２に示す画像処理装置では、更に高速化
が可能となる。

【００１３】そして、ハフ空間への投票ワード選択にお
いて、幅を持つ直線に対する選択が容易に指定でき、従
来法では更に処理時間を必要としたハフ変換の拡張処理
も、本発明により高速化が可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明の請求項１におけるハフ変換を行う画
像処理装置の構成を図１に示す。図中の符号１はホスト
プロセッサ、２は画像メモリ、３はハフ空間メモリ、４
は走査信号発生部、５は画像アドレス生成部、６は投票
判定部、７はハフ空間用ＣＡＭ制御部、８は投票値を表
わしている。

【００１５】ハフ空間メモリ３にＣＡＭを用いている。
そして、ホストプロセッサ１によりＣＡＭと画像メモリ
２とを制御している。ホストプロセッサ１は、走査信号
発生部４、画像アドレス生成部５、投票判定部６及び、
ハフ空間用ＣＡＭ制御部７から成る。画像空間をラスタ
ー走査し、処理対象画素を順次更新し、ハフ空間メモリ
（以下ＣＡＭと略すことがある）を制御している。

【００１６】直線検出ハフ変換処理を例にハフ空間メモ
リについて説明する。ハフ空間の１座標点をＣＡＭの１
ワードで実現する。即ち、画像空間における１直線を表
していることになる。ホストプロセッサ１がＣＡＭに命
令し、ＣＡＭで実行する処理は、ホストプロセッサ１が
現在処理中の画素に対し、画像空間中のある１本の直線
に乗っているかどうかを１ワードのＣＡＭが担当、その
あらゆる直線に対し全ワードが同時に判定し、その判定
結果にしたがって、投票処理を実行する。ＣＡＭは、全
ワード同時に実行できる超並列プロセッサであるため、
画像空間中のあらゆる直線について並列実行が可能とな
り、高速化できることになる。

【００１７】例えば、このハフ空間が直線のパラメータ
である２５６×２５６点のρ−θ平面で構成されている
とする。ＣＡＭを使用した場合、そのワード数は２５６
×２５６ワードとなる。ＣＡＭの構成例を図２に示す。
フィールド１，２には、それぞれｃｏｓθ，ｓｉｎθ
を、フィールド３には、−ρを記憶させる。ここまでの
フィールドは書換えを行わないため、ＲＯＭ型のＣＡＭ
を使用することで回路規模を小さくする。次にフィール
ド４には、距離の演算結果を格納する。フィールド５
は、距離演算結果をラスター走査時に一時退避するため
の領域（Ｔｅｍｐ）とする。そしてフィールド６を投票
箱とする。

【００１８】ここで、ハフ空間のメモリとして用いた、
ＣＡＭ（連想メモリ）の特徴について説明する。ＣＡＭ
は通常のメモリ（ＲＡＭ）機能の他に、入力した検索デ
ータに対して各ワードの記憶データの内容を照合、検索
し、該当する内容を持つワードへアクセスすることが可
能なメモリであり（マスク機能）、また、その特徴を利
用して実現できる演算機能も備えている。

【００１９】フィールド４に計算される距離とは、その
ワードのθ，ρで表される画像空間上の直線と、画像上
で現在処理中の画素との画像空間での距離で、以下の式
で表される。

【００２０】距離＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ−ρ （２）そしてこの距離演算は、ＣＡＭにおいて演算処理できる
ものである。そして、各ワードはそれぞれ異なる直線に
ついて同一画素との距離を、全ワード同時に演算するこ
とができる。

【００２１】次に、ホストプロセッサ１による制御手順
にそって、図１に示す、ＣＡＭを用いたハフ変換処理装
置によるハフ変換処理を具体的に説明する。走査信号発
生部４からの走査信号に合わせ、ホストプロセッサ１の
他のブロック及び画像メモリ２、ＣＡＭ３を動作させ
る。

【００２２】画像アドレス生成部５は、画像上の画素を
図６に示すラスター走査を行うための、画像アドレスを
順次生成する。画像メモリ２中の前記画像アドレスで示
される画像データが投票判定部６に読み込まれる。投票
判定部６では、読み込んだデータ即ち処理中の画素の濃
度値が「０」であるときハフ変換は実行せず、データが
「１」あるいは、「０」以外の値のときハフ変換を実行
するという判定を行い、ハフ空間用ＣＡＭ制御部７に結
果を渡す。

【００２３】該判定結果がハフ変換実行であるとき、ハ
フ空間用ＣＡＭ制御部７は、ＣＡＭ３に現在処理中の画
素の座標値を送り、距離データ演算処理及び投票処理を
命令し、同時に、次の画素へ処理を移すため、走査信号
発生部４に走査要求信号を送る。

【００２４】ＣＡＭ３では、距離データの演算処理が実
行される。フィールド１のｃｏｓθの値とハフ空間用Ｃ
ＡＭ制御部７から入力されるＸ座標値とを乗算し、結果
をフィールド５（Ｔｅｍｐ）に格納する。次に、フィー
ルド２のｓｉｎθの値とハフ空間用ＣＡＭ制御部７から
入力されるＹ座標値とを乗算し、結果をフィールド４に
格納する。次に、フィールド５の値をフィールド４に加
算する。最後に、フィールド３の−ρの値をフィールド
４に加算する。この結果、距離データが第４フィールド
に格納される。

【００２５】距離演算終了後、ＣＡＭ３において投票処
理が実行される。ＣＡＭ３のマスク機能を用い、フィー
ルド４の値（距離）が０であるワードを選択し、その選
択されたワードの投票箱に投票する。ＣＡＭ３の演算機
能を用い、フィールド６の値に投票値を加算する。投票
する値は、通常のハフ変換では＋１であるが、ハフ空間
のピークデータが強調されるよう、投票する直線に隣接
する直線上の点に対し、「−１」を投票するハフ変換処
理や、画素データの濃度値をそのまま投票するハフ変換
処理がよく行われる。

【００２６】本ＣＡＭを用いたハフ変換画像処理装置で
は、このような様々な投票に応じたデータをＣＡＭ３の
投票箱であるフィールド６に入力し、フィールド６に既
に格納されている値と加算し、その値をフィールド６に
格納する投票処理をＣＡＭ３上で行うことで、効率良く
実現できる。

【００２７】以上のフローで、全画像に対するハフ変換
処理が実行される。次に、実施例２について、図３にハ
フ変換画像処理装置の概略図を示し、具体的に説明す
る。図３における符号は図１に対応している。

【００２８】図１に示す実施例１において、ＣＡＭの距
離演算処理に乗算処理と加算処理とを用いていたが、実
施例２におけるハフ変換画像処理装置では、ＣＡＭ３を
画像上のラスター走査に同期させることにより、ＣＡＭ
３の距離演算処理を１画素につき１回の加算処理のみで
実現することを可能にしている。即ち、走査信号発生部
４からの走査信号に合わせ、ホストプロセッサ１の他の
ブロック及び画像メモリ２、ＣＡＭ３を動作させる。ま
た、ＣＡＭ３の構成は、請求項１の例と同一である。
（図２参照）。

【００２９】まず、各種ブロックを初期化する。最初、
処理が開始される画素の座標点は（０，０）であり、こ
の点についてＣＡＭが計算する距離は、−ρとなる。従
って、ＣＡＭにおいて、フィールド３の−ρを、フィー
ルド４とフィールド５とに転送し、画素（０，０）にお
ける距離−ρを初期設定する。

【００３０】画像アドレス生成部５は、図６に示すラス
ター走査を行う画像アドレスを順次生成する。ハフ空間
用ＣＡＭ制御部７は、画素のラスター走査に同期して、
Ｘ走査時はＸ走査信号を、Ｙ走査時はＹ走査信号をＣＡ
Ｍ３に対して送り、距離データ演算処理を命令する。

【００３１】最初初期設定される距離−ρは、画素
（０，０）の点における値であり、次に処理される画素
（１，０）における距離は、−ρ＋ｃｏｓθ、その次に
処理される画素（２，０）における距離は、−ρ＋２ｃ
ｏｓθとなる。このように、Ｘ方向に走査しているとき
の距離データは、ｃｏｓθづつ加算していくことにな
り、ＣＡＭ３においてはフィールド４にフィールド１の
ｃｏｓθの値を加算することで距離演算が実現できる。
Ｘ方向に走査が終了すると、次に、処理される画素は、
（０，１）になる。この画素における距離は、−ρ＋ｓ
ｉｎθであり、画素（０，０）の場合の距離にｓｉｎθ
を加算することになる。同様に、画素（０，２）は画素
（０，１）の値に、画素（０，ｉ）は画素（０，（ｉ−
１））の値に、ｓｉｎθを加算することになる。従っ
て、画素（０，０）の値をフィールド５に退避してお
き、そのフィールド５の値ち、フィールド２のｓｉｎθ
の値を加算し、フィールド４に格納することで、距離演
算が実現できる。その後、再びＸ方向の走査が続けら
れ、Ｘ方向に走査が終了すると、Ｙ方向に走査される処
理が繰り返される。

【００３２】一方、画像アドレス生成部５から出力され
たアドレスにおける画像データが、投票判定部６に入力
される。投票判定部６では、読み込んだデータ即ち処理
中の画素の濃度値が「０」であるときハフ変換は実行せ
ず、データが「１」あるいは、「０」以外の値のときハ
フ変換を実行するという判定を行い、ハフ空間用ＣＡＭ
制御部７に結果を渡す。

【００３３】ハフ空間用ＣＡＭ制御部７では、投票判定
部６の出力である投票判定結果を受け、投票を行う場
合、投票制御信号をＣＡＭ３に送る。また、次の画素へ
処理を移すため、走査信号発生部４に走査要求信号を送
る。

【００３４】距離データ更新後、投票制御信号を受け、
ＣＡＭ３では投票処理が実行される。ＣＡＭ３のマスク
機能を用い、フィールド４の値（距離）が０であるワー
ドを選択し、そのワードの投票箱に１票を投じる。即ち
ＣＡＭ３の演算機能を用い、フィールド６の値を＋１す
る。

【００３５】以上のフローで、全画像に対するラスター
走査、および一連のハフ変換処理が実行される。次に、
実施例３に記す、ＣＡＭを用いたハフ変換処理の拡張機
能について、説明する。

【００３６】画像空間において、画素は、その画像空間
の格子点に存在しているため、直線はぎざぎざの折れ線
として表現されていることになる。このような量子化雑
音が原因で、ハフ変換処理の結果は、ピークが顕著に現
れないことがある。

【００３７】この直線に幅を持たせることにより、量子
化雑音による劣化を低減できる。ＣＡＭの１ワードは、
画像空間における１直線を担当している。この直線に幅
を持たせるため、それぞれのワードが第４フィールドに
計算し求めた距離値の絶対値が、ある閾値より小さいワ
ードを選択し、投票処理を行うように変更する。

【００３８】この第４フィールドに行う選択処理は、Ｃ
ＡＭにおけるマスク処理、即ち、第４フィールドにマス
クデータをかけることで実現できる。例えば、図４に示
すように、フィールド４が、整数部４ｂｉｔ、小数部４
ｂｉｔの８ｂｉｔであるとする。上位５ｂｉｔがすべて
０またはすべて１である数は、 −１／２＜距離＜７／１６の範囲に限定できる。従って、幅１の直線が選択できる
ことになる。マスクデータは、「０００００ｘｘｘ」と
「１１１１１ｘｘｘ」の２種類であり、２回に分けて投
票処理を行うだけで容易に実現できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ハフ空間のメモリにＣＡＭを使用し、ＣＡＭの並列演算
機能を用いた距離データを、演算処理、マスク機能を用
い、選択されたワードへの並列投票処理を行うことがで
き、その結果、従来法のような逐次的処理でなく、ハフ
空間のパラメータ毎の並列処理を実現でき、高速化が可
能となる。そして、ハフ変換処理の性能の向上のための
拡張処理についても、処理速度をほとんど低下させるこ
となく、実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１におけるハフ変換画像処理装
置の構成図である。

【図２】本発明におけるＣＡＭのワード構成図である。

【図３】本発明の請求項２におけるハフ変換画像処理装
置の構成図である。

【図４】幅を持つ直線選択のためのＣＡＭにおけるマス
ク処理を説明する図である。

【図５】従来法による、ハフ変換画像処理装置の構成図
である。

【図６】画像空間のラスター走査を説明する図である。

【符号の説明】

１ホストプロセッサ２画像メモリ３ハフ空間メモリ（ＣＡＭ）４走査信号発生部５画像アドレス生成部６投票判定部７ハフ空間用ＣＡＭ制御部８投票値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像から線画情報を抽出するハフ変換処
理を行う画像処理装置において、ハフパラメータ空間の情報を保持するメモリとしてＣＡ
Ｍを具備し、画像から画素データを読み出す手段と、読み出された画素がハフ変換を実行する点であるとき、
その画素の座標値をＣＡＭに入力する手段と、ＣＡＭの各ワードが対応する直線と前記画素の座標点と
の距離データを全ワード同時に並列に乗算と加算を行い
演算する手段と、ＣＡＭ上での投票処理を行うワードを選択する手段と、
その選択されたワードの投票箱に任意に指定可能な値を
ＣＡＭに累積する手段を有することを特徴とする画像処
理装置。
【請求項２】前記ＣＡＭ上で距離データを演算する際
に、ラスター走査される画素の走査の方向に応じた距離
データの変化量を予めＣＡＭに格納しておく手段と、走
査に同期して、前記距離データの変化量を距離データに
加算していく手段を有することを特徴とする請求項１記
載の画像処理装置。
【請求項３】前記ＣＡＭ上で投票処理を行うワードを
選択する際、選択される距離データに幅を持たせる手段
を有することを特徴とする請求項１または２記載の画像
処理装置。