JPH06139343A

JPH06139343A - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH06139343A
Application number: JP4287460A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Hosokawa; 勝美細川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Facom Corp
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Facom Corp
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】最適な２値化を可能とし、認識精度を向上さ
せる。【構成】画像撮像部１からの原画像を格納するフレー
ムメモリ９１の他に、各画素ごとの濃度変化方向を格納
するフレームメモリ９６、各画素ごとの濃度変化量を格
納するフレームメモリ９７、各画素ごとの濃度変化方向
が連続性を有するか否かを示すフラグを立てるフレーム
メモリ９８などを設けるとともに、各フレームメモリか
らのデータにもとづき画素毎に並列演算処理を行なう並
列演算処理部４を設けることにより、原画像の濃淡に応
じた忠実な２値化を可能とし、認識精度の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、入力された濃淡画像
を、並列演算のみによって対象領域と背景領域とに安定
して２値化することが可能な画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、２値化のための最も簡単な方法と
しては、画像全体を１つの濃度レベルをしきい値として
２値化する方法があり、この方式は実際には何らかの付
加的な処理を加えて使用する場合が多い。例えば、ノン
パラメータの手法として、画像から濃度ヒストグラムを
求め、対象領域と背景領域の２クラス間の分散値を最大
にする濃度値をしきい値として２値化する方法がある
（例えば、電子通信学会論文誌’８０／４，Ｖｏｌ．Ｊ
６３−Ｄ，Ｎｏ．４，Ｐ３４９〜３５６「判別および最
小２乗基準に基づく自動しきい値選定法」の項参照）。

【０００３】また、画像を小領域に分割し、各領域内の
濃度ヒストグラムにおける双峰性からしきい値を求めて
２値化する部分２値化法と呼ばれる方法や、これを拡張
した方法として、小領域ごとに求められたしきい値を周
囲の小領域のしきい値にて補正または補間することで、
２値化画像の品質を高める方法などがある（例えば、電
子情報通信学会論文誌’８８／５，Ｖｏｌ．Ｊ７１−
Ｄ，Ｎｏ．５，Ｐ８６３〜８７３「情景中文字の検出の
ための動的２値化処理法」の項参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、認識対
象が文字や図形で、かつ背景がテクスチャ状のような複
雑な状況下にあるものにおいては、その背景部分での濃
度変動が激しいため、画像全体を１つのしきい値で２値
化することは殆ど不可能である。また、部分２値化法な
ど、小領域に分割して２値化する方式でも、濃度ヒスト
グラムなどからしきい値を決定するようにしているた
め、補間などの処理を施しても背景部分のノイズ成分も
２値化されてしまうという問題がある。したがって、こ
の発明の課題は最適な２値化を可能とし認識精度の向上
を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、濃淡画像を入力する画像入力部
と、画像入力信号をディジタル化する変換部と、入力画
像を格納する第１のフレームメモリと、並列演算のため
の作業用領域として用いられる第２のフレームメモリ
と、各画素ごとの濃度変化方向を格納する第３のフレー
ムメモリと、各画素ごとの濃度変化量を格納する第４の
フレームメモリと、各画素ごとの濃度変化方向が連続性
を有することを示すフラグを立てるための第５のフレー
ムメモリと、各画素ごとの２値化しきい値を格納する第
６のフレームメモリと、各フレームメモリ間で高速に画
像転送が可能な専用バスと、各フレームメモリからのデ
ータにもとづき各画素毎に並列演算を行なう並列演算部
と、入力画像を認識する認識部とを備え、前記並列演算
部により、各画素の近傍においてその最大の濃度変化の
方向と大きさとを抽出してその濃度変化方向の連続性を
認識し、しかる後、確定したしきい値を持つ画素をもと
に未確定の画素のしきい値を補正し、さらに各画素ごと
に抽出した２値化しきい値を全領域に伝播させて補正す
ることにより、入力画像を認識対象領域と背景領域とに
安定して分離可能にしたことを特徴としている。

【０００６】

【作用】入力された濃淡画像の各画素の近傍領域におい
て、その中心画素に対し８方向に対応する８通りのパタ
ーンをもとに濃度差を抽出し、その中で最も小さい方向
と最も大きい方向が相対する方向である場合、その最大
方向から最小方向への方向をその画素における濃度変化
方向として決定し、そのとき最小方向となったパターン
の画素の平均値を濃度変化量とする。そして、得られた
濃度変化方向の画像につき、並列演算によって各画素の
近傍領域における濃度変化方向の連続性、すなわち中心
画素の方向と同様の方向を持つ近傍画素がある場合にの
み、その中心画素における方向を正しいものとし、その
画素が連続性を有することを示すフラグを立てる。この
フラグが立っている画素について、濃度変化量にもとづ
きその画素における２値化しきい値を決定する。２値化
しきい値が確定していない画素に対して、その近傍画素
の中に２値化しきい値が確定している画素が存在する場
合はそのしきい値を伝播，補正してしきい値とする。こ
のような処理を繰り返し行ない、全ての画素に対するし
きい値を決定して２値化することにより、精度の向上を
図る。

【０００７】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。同図において、１は濃淡画像を撮像する画像撮像
部、２は信号変換部、３はバス、４は並列演算処理部、
５は中央処理部（ＣＰＵ）、６はデータバス、７はバッ
ファ（切換器）、８は画像表示部、９１〜９９はフレー
ムメモリである。ここに、各フレームメモリは１画素８
ビット（２５６階調）の濃淡画像を格納することができ
るもので、９１は原画像用、９２は作業領域１用、９３
は作業領域２用、９４は作業領域３用、９５は２値化画
像用、９６は濃度変化方向画像用、９７は濃度変化量画
像用、９８は濃度変化方向が連続性を有することを示す
フラグ画像用、９９は２値化しきい値画像用としてそれ
ぞれ使用する。つまり、各情報を画像として扱うことに
より、各画素ごとに対応させることが可能となる。ま
た、バス３は高速な画像転送が可能な専用のバスであ
る。

【０００８】動作について説明する。まず、１画素８ビ
ットの濃淡画像を撮像可能な画像撮像部１により、文
字，図形などの画像を入力する。入力された画像信号は
信号変換部２において、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタ
ル）変換され、フレームメモリ９１にディジタル化され
た濃淡原画像として格納される。ここで、入力画像は認
識対象部分が低い濃度値を持ち、背景部分の方が高い濃
度値を持つものとする。このように入力された濃淡画像
の各画素について、並列演算処理部４は以下のような処
理を行なう。

【０００９】フレームメモリ９１に格納されている画像
の各画素における３×３近傍画素について、図２（イ）
に示す中心画素Ｐに対する方向ｄを、例えば図２（ロ）
のように時計方向に８つの方向０〜７として定める。ま
た、図２（イ）のように、周囲の画素をＰｄ（ｄ＝０〜
７）と表わし、方向ｄに対する演算はｍｏｄ（８）で行
なう。図３（イ）〜（チ）に示すような８通りのパター
ンに対し、原画像ｇ（Ｐ）における中心画素と周囲３画
素との濃度差Ｎｄをそれぞれ、として定義し、｜Ｎｄ｜が最も小さい方向（最小方向と
いう）Ｄ^MIN、Ｎｄ＞０でかつ最も大きい方向（最大方
向という）Ｄ^MAXとを求める。

【００１０】そして、この３×３近傍画素が認識対象と
背景部分の境界に存在するならば、Ｄ^MAX＝ｄ、Ｄ^MIN
＝ｄ’として、ｄ＝ｄ’＋４ …（２）の関係が成立する。この場合、その最大方向から最小方
向への方向をその画素における濃度変化方向とし、その
とき最小方向となった中心画素を含む４画素の平均値を
濃度変化量と定義する。並列演算による結果として、フ
レームメモリ９６には濃度変化方向画像が、また、フレ
ームメモリ９７にはそのときの濃度変化量画像がそれぞ
れ作成されて格納される。さらに、上記（２）式が成立
した画素については、フレームメモリ９８に格納される
フラグ画像におけるその画素位置に“１”を立てる。な
お、フラグ画像は初期値としてすべて“０”にしておく
ものとする。

【００１１】いま、図４（イ）のような原画像があると
き、その画素１１についてはその最大方向は「５」で、
最小方向は「１」であり、濃度変化方向画像におけるそ
の画素１２は図４（ロ）のように「１」で、図４（ハ）
に示すフラグ画像におけるその画素１３は「１」とな
る。同様に、画素１１の近傍の画素については図４
（ロ）のようになる。図中の「＊」は不定を示してい
る。このとき、フラグが立たない画像は、近傍において
滑らかに変化している場合や、或る濃度値でほぼ一定し
ている場合などである。

【００１２】得られた濃度変化量は３×３画素の微小領
域についてのものであり、ノイズ成分やＡ／Ｄ変換、格
子状への量子化等の誤差を含み、微小な変化をも捕らえ
ることが可能であると同時に、必ずしも安定であるとは
言えない。つまり、認識対象が文字や図形等の、或る程
度の大きさを持ったものが認識対象であれば、その濃度
変化方向画像の各画素での近傍を調べたときに、連続性
を有する筈である。そこで、着目画素の濃度変化方向を
ｄとすると、その近傍にｄ±２程度の方向を持つ画素が
存在するかを、並列演算により各画素について検証す
る。

【００１３】図４（ロ）について言えば、画像１２の方
向は「１」で、その＋２方向の画素１７、−２方向の画
素１８もそれぞれ方向「１」を持っている。このとき、
連続する画素数を設定することで、除去すべきノイズ成
分と区別することができる。また、連続性を確認できな
かった画素については、フラグ画像におけるその画素を
「０」に戻す。また、画素１２について考えれば、逆方
向を持つ画素１５が存在するので、画素１２または１５
のいずれかを選択すれば良い。すなわち、最終的に認識
対象を残すか、背景を残すかの選択である。認識対象を
残す場合の基準は、濃度変化量画像において大きい値を
持つ画素のみ選択し、小さい値の画素についてはフラグ
画像のその画素を「０」に戻す。したがって、図４
（ハ）は図４（ニ）のようになる。

【００１４】このフラグ画像の「１」の部分について見
れば、一種の２値画像であると考えられる。このフラグ
画像は認識対象物の輪郭部分を表わすものとなり、認識
対象が文字や図形などの或る程度の大きさを持ったもの
であれば、その物体が画像の範囲内に納まっている限
り、輪郭は線状を含む閉曲線を構成している筈である。
そこで、並列演算によって収縮演算を行ない、小さくて
かつランダムに出現するノイズ成分を除去して行く（輪
郭は収縮演算をしても無くならない）。この際の並列演
算は、繰り返し回数によって除去し得るノイズの大きさ
が決定されることになる。

【００１５】残ったフラグ画像の画素について、その画
素の２値化しきい値を決定する。しきい値は２値化しき
い値画像９９の、その画素の対応した位置に格納されて
行く。しきい値画像ｔの決定基準は、濃度変化量画像に
おけるその画素の値を、２値化の結果として「１」とす
るしきい値として予め算出しておく。すなわち、濃度変
化量画像をＣとすると、画素Ｐにおける２値化しきい値
ｔ（ｐ）は、ｔ（ｐ）＝｛Ｃ（ｐ）＋ｇ（Ｐ_d+4）｝／２ …（３）とする。なお、Ｐ_d+4はその画像の濃度変化方向と逆方
向の近傍画素を示している。

【００１６】また、フラグが「０」の画素２１について
言えば、これは前述のように、滑らかに変化している場
合や或る濃度値で一定している部分などであるために、
その画素が２値化の結果として「０」になるか、「１」
になるかは分からない。例えば、図４（ニ）のようにフ
ラグ画像の「０」の画素について、並列演算によって近
傍にフラグが「１」の画素がある場合、図４（ホ）のよ
うにそのフラグ「１」の立っているしきい値２３〜２５
の平均と、フラグ「０」の立っている画素２７〜３１の
濃度値の平均との大小関係によりしきい値を決定する。
したがって、画素２６はしきい値平均の方がフラグ
「０」の濃度平均よりも大きくなるため、２値化後は
「０」になることが分かり、画素２６のしきい値はフラ
グ「１」のしきい値平均となる。このとき、画素２１の
フラグ（「０」となるべきもの）を図４（ヘ）のように
「２」とする。

【００１７】これに対し、図４（ホ）の画素３２はしき
い値平均と濃度平均に差がないか、濃度平均の方が大き
くなるため２値化後は「１」になることが分かり、その
しきい値は画素３２の濃度値を越えない値にする。そし
て、決定されたフラグ「０」の画素のうちしきい値が決
定された画素については図４（ヘ）のようにそのフラグ
を「３」（「１」となるべきもの）とし、その画素につ
いてしきい値が決定されたことを示す。また、近傍にフ
ラグが「２」または「３」の画素しかないときも同様に
しきい値を決定し、「２」と「３」がともにあるとき
は、その平均をしきい値とし、例えば「４」または
「２．５」の如く記述する。

【００１８】次に、２値化しきい値の伝播を行なう。ま
ず、フラグ「１」の画素についてのみしきい値の伝播，
補正を行なう。連続しているフラグ「１」の画素のしき
い値は極端に変動しないので、並列演算によって近傍の
しきい値の濃度値の変化に合わせながら補正を繰り返
し、同様に、フラグ「２」，「３」の画素のしきい値に
ついても補正を繰り返す。図５はその例を説明するため
のもので、４１が濃度値、４２は補正前のしきい値、４
３は補正後のしきい値をそれぞれ示し、その結果、図の
斜線部分４４がしきい値以上の部分を示すことになる。

【００１９】

【発明の効果】この発明によれば、並列演算のみで各画
素毎に濃淡画像の２値化しきい値を決定し、安定したし
きい値が得られる認識対象の境界画素を基準に２値化し
きい値を補正するようにしたので、複雑な背景下のノイ
ズ成分を除去することができ、安定な２値化が可能とな
る利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】着目画素に対する方向および着目画素とその周
辺画素との関係を説明するための説明図である。

【図３】着目画素と周囲３画素との関係を説明するため
の説明図である。

【図４】この発明による濃度変化量画像，フラグ画像と
しきい値補正方法を説明するための説明図である。

【図５】この発明によるしきい値の伝播，補正例を説明
するための説明図である。

【符号の説明】

１…画像撮像部、２…信号変換部、３，６…バス、４…
並列演算処理部、５…処理装置（ＣＰＵ）、７…バッフ
ァ（切換器）、８…画像表示部、９１〜９９…フレーム
メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】濃淡画像を入力する画像入力部と、画像
入力信号をディジタル化する変換部と、入力画像を格納
する第１のフレームメモリと、並列演算のための作業用
領域として用いられる第２のフレームメモリと、各画素
ごとの濃度変化方向を格納する第３のフレームメモリ
と、各画素ごとの濃度変化量を格納する第４のフレーム
メモリと、各画素ごとの濃度変化方向が連続性を有する
ことを示すフラグを立てるための第５のフレームメモリ
と、各画素ごとの２値化しきい値を格納する第６のフレ
ームメモリと、各フレームメモリ間で高速に画像転送が
可能な専用バスと、各フレームメモリからのデータにも
とづき各画素毎に並列演算を行なう並列演算部と、入力
画像を認識する認識部とを備え、前記並列演算部により、各画素の近傍においてその最大
の濃度変化の方向と大きさとを抽出してその濃度変化方
向の連続性を認識し、しかる後、確定したしきい値を持
つ画素をもとに未確定の画素のしきい値を補正し、さら
に各画素ごとに抽出した２値化しきい値を全領域に伝播
させて補正することにより、入力画像を認識対象領域と
背景領域とに安定して分離可能にしてなることを特徴と
する画像処理装置。