JPH06243247A

JPH06243247A - 形状記述装置

Info

Publication number: JPH06243247A
Application number: JP5028740A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hashimoto; 賢治橋本; Katsumi Murai; 克己村井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】物体の輪郭線データに対して最適な数の区分
的な円錐曲線であてはめを行える形状記述装置を提供す
ること。【構成】画像データ入力手段１により得られた画像デ
ータから輪郭データ抽出手段３により輪郭線データを得
て、円錐曲線発生手段４により輪郭線データから複数の
小区間円錐曲線を発生させて、焦点分類置き換え手段５
により複数の小区間円錐曲線をもとの数より少ない円錐
曲線に置き換え、パラメーター記憶手段６により円錐曲
線を定義するパラメーターを記憶しておき、再生要求に
応じて円錐曲線再生手段７により円錐曲線を再生し、円
錐曲線表示手段８を用いて形状記述対象物体の輪郭線を
出力装置に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報処理装置において
デジタル化された画像データから対象となる物体の形状
を円錐曲線の自動あてはめを用いて得た輪郭線や円弧・
直線のように分類された輪郭線や輪郭線と輪郭線で囲ま
れた領域の特徴の両方を用いて記述することを基本とし
た形状記述装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機周辺技術の発達によりワー
ドプロセッサやパーソナルコンピュータが普及し、それ
に伴って画像データを計算機に入れたり出したりする例
えばスキャナーやプリンター等の入出力装置と総称され
る周辺機器も発達してきた。この発達により特にプリン
ター等では高解像度高精細な装置が開発製品化に至って
いる。高精細化により、例えば文字フォント等では従来
のビット単位での入出力方式から輪郭線に滑らかな線を
適合させるアウトライン表現の出力方式へと変化してき
た。一度アウトライン表現になると、もとの形を保った
まま拡大、縮小、回転などが容易に行え、出力が高精細
になれば人間の目にも滑らかな曲線として見えることに
なり、またビット単位で形を保存しようとすると高精細
になればなるほどデータ容量が増大することになるがア
ウトラインを形成する曲線のパラメーター単位で保存し
ておけば解像度によらず一定データ容量の圧縮された形
で保存することが可能となる。しかし、文字フォント等
をアウトライン化するには、熟練したデザイナーが原本
となる字母を参照しながら手作業で自由曲線を扱えるエ
ディターなどを用いて長時間かけて行われてきた。これ
に対して、例えば文字輪郭線の直線と円弧とによる近似
（情報処理学会論文誌・Vol.26 No.4）やスプライン関
数と呼ばれる区分的な多項式関数から発生させたスプラ
イン曲線をもとデータに自動的にあてはめる方式が研究
開発されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら多項式の
スプライン曲線を使用する場合、節点と呼ばれる関数の
変わる場所を何処にするのが最適であるかという問題の
理論的な解答は解決されておらず、等しい間隔にする方
法やあてはまり度合いの悪い場所に順次節点を追加して
いくことをあてはまり度合いが一定以下になるまで繰り
返す方法、更には一度あてはめてからある範囲内で節点
を動かしてみてその中で最適な場所を探すといった方法
がとられてきた。そのために、あてはめの方法によって
は制御用の点が増えて圧縮率が高くならなかったり節点
の位置によっては局所的な振動を生じる場合があった。
また、高々２次式である円錐曲線を多項式スプライン曲
線では正確に表現できず、一般的な図形の一部形成する
ものとして円弧や放物線等を近似するのに適していなか
った。

【０００４】本発明は、多項式の変わりに有理式で表現
される円錐曲線を用いて、局所的なデータ点列へのあて
はめから大局的な円錐曲線を発生させるものであり、節
点の位置は複数の円錐曲線を一つの円錐曲線に置き換え
る段階で決定されていき、結果として輪郭線データに対
して最適な数の区分的な円錐曲線であてはめを行える形
状記述装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】問題点を解決するために
本発明の形状記述装置は、画像データから形状記述の対
象となる物体の輪郭線データを抽出し、前記輪郭線デー
タのデータ点列より複数の円錐曲線を発生させ、前記複
数の円錐曲線から焦点の座標を求めて焦点分類置き換え
手段によりもとの数より少ない数の円錐曲線に置き換
え、前記円錐曲線を定義するパラメーターを記憶し、再
生の要求が来たときに記憶されたパラメーターから円錐
曲線を再生し、形状記述対象物体の輪郭線データを再生
することができる構成を有している。

【０００６】

【作用】本発明によれば前記のように、輪郭線データに
複数の円錐曲線をあてはめ、前記円錐曲線の焦点を用い
て焦点分類置き換え手段により円錐曲線の統合を行うこ
とから、輪郭線データに対して最適な数の区分的な円錐
曲線であてはめを行える。最適化が行えれば、節点の位
置については自動的に定まり、節点の最適化のための複
雑な処理を行う必要がなくなる。曲線自体が円錐曲線で
あるため２次曲線については正確な表現が可能であり、
一つの表現式で円弧、楕円、放物線、双曲線、直線とい
った幾何的な素要素を表現することが可能となる。あて
はめ開始点を定めるのではなくて焦点による統合の過程
を経るため、形状の特徴量への適用も可能となる。ま
た、円錐曲線を定義するデータを保存するだけで輪郭線
の再生が可能であり、記憶するデータ容量が少なくてす
む。

【０００７】従って、最適な円錐曲線のあてはめによっ
て形状を最適に記述することが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【０００９】図１は、本発明における形状記述方式の機
能ブロック図である。図１において、形状記述対象を含
んだ画像を例えばイメージスキャナやカメラのような画
像取り込み装置から１の画像データ入力手段によりデジ
タル値に変換し、２の記憶手段を用いていったん記憶装
置に前記画像データを記憶してから取り出すかあるいは
直接前記画像データを順次入力していき、前記画像デー
タから３の輪郭データ抽出手段で形状記述の対象となる
物体の輪郭線データに変換する。前記輪郭線データから
４の円錐曲線発生手段により複数の円錐曲線を発生させ
て、得られた複数の円錐曲線から５の焦点分類置き換え
手段を用いてもとの数より少ない数の円錐曲線に統合さ
せて置き換え、６のパラメーター記憶手段を用いて前記
置き換えられた円錐曲線を定義するパラメーターを記憶
装置に格納しておく。形状の再生要求が来たときに前記
記憶されたパラメーターを７の円錐曲線再生手段を用い
て統合された円錐曲線を再生して、前記円錐曲線を輪郭
線データとして例えばディスプレイやプリンターやプロ
ッターのような画像出力装置に８の円錐曲線表示手段を
用いて表示出力する。焦点の分類置き換え手段としては
様々な方法が考えられる。例えば円錐曲線から焦点を求
めた平面座標系において距離が近いものクラスタリング
手法を用いて分類し、分かれた各クラスタからセントロ
イドを焦点とする円錐曲線を代表として置き換える方
法、データ点列に連続に円錐曲線をあてはめて連続に焦
点を求めていき、焦点の連続性が保たれる距離に敷居値
を設けて分類する方法、円錐曲線とデータ点の距離誤差
のみを用いて焦点の統合をおこなう方法などがあげられ
る。また、円錐曲線を統合するためのパラメーターを焦
点としているが、円錐曲線を定義できるパラメーターは
中心点、離心率、準線、通径、焦点パラメーター、重み
係数等があげられ、これらのいずれか一つあるいは二つ
以上の組み合わせものを焦点の変わりに分類置き換え手
段に用いて円錐曲線の統合をはかることも可能である。

【００１０】図２は、本発明における領域特徴を含めた
形状記述方式の機能ブロック図である。輪郭線の形状を
円錐曲線であてはめて記憶再生する他に、画像データか
ら形状記述の対象となる物体の輪郭線データを得て、前
記輪郭線データで囲まれる領域に関する特徴を抽出する
手段と再生する手段を付加することで、形状記述の対象
となる物体をその領域特徴まで含めて再生する方式であ
る。領域の特徴としては、例えば２値画像の場合には、
白黒いずれかで塗りつぶしてあるとか、規則的な点で網
掛けがしてあるとか、多値画像の場合には例えば領域内
の輝度とか色情報とかも領域の特徴として扱うことにな
る。前記領域特徴を形状記述の対象物体のモデルに併せ
て持つか、あるいは特徴抽出手段により抽出するたびに
別のモデルは記憶していき、属性のみを記憶するだけで
特徴を再生することが可能となる。画像データが例えば
文書画像である場合、形状記述の対象物体は文字フォン
トをはじめイラストやロゴマークなどであり、領域特徴
は文字の中が黒く塗りつぶしてあるかどうかや、イラス
ト輪郭内のハッチング等細かい模様などが相当する。輪
郭線および領域特徴を再生することで、拡大・縮小・回
転などの操作にも容易に対応でき、プリンター等の出力
装置が高解像度になっても、滑らかな出力を保持するこ
とができる。

【００１１】図３は、本発明における円錐曲線分類手段
を備えた形状記述方式の機能ブロック図である。イメー
ジスキャナやカメラ等の画像入力装置を用いて得た画像
データから形状記述の対象となる物体の輪郭線データを
抽出し、輪郭線データ点列に対して円錐曲線のあてはめ
を行い、あてはめられた円錐曲線を定義するパラメータ
ーを抽出し、前記パラメーターから円錐曲線が点、円
弧、楕円弧、放物線、双曲線、直線のいずれに相当する
かをパラメーター分類手段を用いて分類し、パラメータ
ー記憶手段によって分類されたパラメーターを記憶装置
に格納する。曲線の種類ごとに分類して、もとの輪郭線
データを構成する曲線の組み合わせについても分類して
記憶すれば、前記形状記述の対象となる物体の分類を行
うことが可能となる。この方式を用いれば、輪郭線デー
タから円錐曲線にあてはめた結果を分類手段で各部分毎
に分類し、それぞれの位置関係を別に記録しておけば再
生も自由におこなうことが可能となる。位置関係として
は、楕円の下に直線が連なるというような簡単ものか
ら、楕円弧の開始角・終了角と直線の接続角・接続方向
など詳細を明記したものまで様々なパターンが考えられ
る。更に、様々な形状を持つ物体の分類に使用すること
ができ、例えば文字フォントやロゴマーク、イラスト等
のデータベース化に用いることが可能となり、人間の手
で図形をデザインするような場合においても図形の編集
装置と併用することで曲線の組み合わせにより自由な図
形をデザインすることが可能となる。円錐曲線のパラメ
ーターとしては、焦点以外に中心点、離心率、準線、通
径、焦点パラメーター、重み係数のうちいずれか一つあ
るいは二つ以上の組み合わせを用いて類似性に基づいて
距離等を計算して分類する。この距離計算には、円錐曲
線同志の距離誤差の総和に影響する度合いを重みとし
て、この重みが掛かったパラメーターを用いる分類手段
を用いることも可能である。

【００１２】図４は、本発明における形状記述装置の具
体的な例である。画像データ入力手段としては、光学系
が主体でありカメラやスキャナーなどが一般的に対象と
なる。前記画像入力装置より得たアナログ信号をＡ／Ｄ
コンバーターを用いてデジタル信号に変換し、記憶装置
や信号処理装置へと転送する。コンバーター自体は処理
装置側あるいは入力装置側あるいは独立して設けられ
る。記憶装置としては、主記憶となるメモリーや２次記
憶装置となるハードディスクや光ディスク等が対象とな
る。記憶容量の面からは２次記憶装置が有理であるが、
近年の半導体の進歩からアクセス高速性と容量でも主記
憶の半導体メモリーを使用する形態への変化が充分可能
になりつつある。与えられたデジタル画像から形状の記
述処理を行うのはＣＰＵであるが汎用あるいは専用のい
ずれであっても実現可能である。しかし、形状処理専用
に作る方が高速性を追求できる点で有理ではある。画像
データ出力手段としては、ディスプレイやプリンター等
が対象となる。形状記述処理後のパラメーターから再生
された輪郭線データを表示するのに、アナログで直接解
釈させる構造も考えられるが、現状のレーザー・プリン
ター等はビット単位でのデータ表現を解釈するため一度
デジタル曲線にしたものをＩ／Ｏポート等を通して出力
することになる。印刷のアナログ出力としてはプロッタ
等が周辺出力機器として考えられる。形状記述処理ソフ
トウェアのみで実現可能であるため既存の計算機とその
入出力装置だけで形状記述装置を構成することが可能で
あるが、高機能高速性を実現するために一体化した専用
の装置を構成することも可能である。

【００１３】図５は円錐曲線発生手段の具体例である。
輪郭線データ点列から３点Ａ，Ｂ，Ｃを選び出す。選び
出し方としては、連続する３点あるいは等間隔に離れた
３点あるいは重み付けされた距離をおいた３点のいずれ
かを用いる。点Ａおよび点Ｃでの輪郭データに対する接
線を求めて、その交点をＤとする。直線ＤＢと直線ＡＣ
の交点をＥとする。条件として、接線同志は交点を持
ち、直線ＤＢと直線ＡＣも交点を持つものとする。そう
すると、３点Ａ，Ｂ，Ｃを通過する円錐曲線はパラメト
リック形式により制御点位置ベクトルＡ，Ｄ，Ｂ、パラ
メータｔ（０≦ｔ≦１）、および重み係数ωを用いて
（数１）の式で表すことができる。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで重み係数は、線分ＡＥと線分ＥＣの
比、および線分ＤＥと線分ＢＥの比で決まり、（数２）
の式で表されるものである。

【００１６】

【数２】

【００１７】一般性を失わずに座標系を図５のように制
御点を変換すると、（数１）は重み係数を座標値を用い
て陰関数形式の（数３）のように表される。

【００１８】

【数３】

【００１９】この形式からは重み係数ω≠１、即ち放物
線以外は有心でその中心座標は（数４）で表される。

【００２０】

【数４】

【００２１】有心であれば、中心座標を原点とする座標
系に変換し、軸を回転させて陰関数形式の表現式（数
３）を標準方程式の形である（数５）に変換し、その座
標系において焦点の座標は（数６）で表される。

【００２２】

【数５】

【００２３】

【数６】

【００２４】その他に標準方程式まで変換されると、準
線、離心率、焦点パラメーター、通径といった円錐曲線
に付随するパラメーター群も容易に求めることができ
る。円錐曲線発生手段の一つの例をあげたが、円錐曲線
は２次式で表される５自由度を持つ曲線であるから、こ
の前記５自由度を決定する方法は他にも５点を通過する
曲線などのように色々な方法で実現することが可能であ
り、状況に応じて発生手段を変えることは容易で、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

【００２５】図６は焦点分類置き換え手段の具体例を図
示したものである。抽出された輪郭線データから、全体
に対して複数の小区間円錐曲線を発生させて、各小区間
円錐曲線に対応する焦点の位置をもとに分類してもとの
数より少ない数の円錐曲線に置き換える例を示してい
る。図の例では、輪郭線データから３点を等間隔で選ん
できて区間の重なりを持つ複数の小区間円錐曲線を発生
させ、各小区間円錐曲線に対応する焦点を求め、各焦点
間の距離をもとにして焦点を分類し、分類された焦点の
代表を一つに定め、その焦点を持つ円錐曲線に置き換え
て、円錐曲線の結合で輪郭線データを近似している。分
類方法としては、焦点間の距離を用いてクラスタリング
を行いセントロイド位置を代表円錐曲線の焦点とする方
法をはじめとして、円錐曲線を定義するパラメーターに
よって様々な手法をとることが可能である。円錐曲線を
曲線のあてはめ、記憶、特徴分類といった輪郭線データ
に対する処理に統一して用いることが可能となり、円錐
曲線発生手段と円錐曲線パラメーター抽出手段を持つ簡
単な構造で形状処理装置か実現可能である。

【００２６】なお、Ｂスプラインや３次スプラインなど
区分的多項式を基本とした曲線発生方法を用いても、曲
線のあてはめや曲線の補間、特徴抽出、曲線分類、図形
編集といった機能の一部を実行することは可能であり、
円錐曲線と併用する形状記述方式も容易に実現可能であ
り、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば次
のような効果を得ることができる。

【００２８】画像データから抽出した形状記述の対象と
なる物体の輪郭線データに円錐曲線をあてはめ、円錐曲
線の焦点を用いて複数の小区間円錐曲線をもとの数より
少ない数の円錐曲線にまとめて、円錐曲線のパラメータ
ーで記憶装置に格納するため、節点を考慮せずに最適な
円錐曲線を用いた輪郭線データの表現と記憶が行え、領
域特徴抽出手段や曲線分類手段と併せて使用することで
最適な形状記述が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における形状記述方式の機能ブロック図

【図２】本発明における領域特徴を含めた形状記述方式
の機能ブロック図

【図３】本発明における円錐曲線分類手段を持つ形状記
述方式の機能ブロック図

【図４】本発明における形状記述装置の具体例を示す図

【図５】本発明における円錐曲線発生手段の具体例を示
す図

【図６】本発明における焦点分類置き換え手段の具体例
を示す図

【符号の説明】

１画像データ入力手段２記憶手段３輪郭データ抽出手段４円錐曲線発生手段５焦点分類置き換え手段６パラメーター記憶手段７円錐曲線再生手段８円錐曲線表示手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データをデジタル値に変換する画像デ
ータ入力手段と、画像データを記憶装置に記憶する記憶
手段と、入力された画像データから形状記述の対象とな
る物体の輪郭線を抽出する輪郭データ抽出手段と、与え
られたデータ点列のうち数点を用いて円錐曲線を発生さ
せる円錐曲線発生手段と、円錐曲線の焦点位置の分類に
より複数の小区間円錐曲線で表現された曲線をもとの数
より少ない数の円錐曲線で表現された曲線に置き換える
焦点分類置き換え手段と、円錐曲線を定義するパラメー
ターを記憶するパラメータ記憶手段と、記憶されたパラ
メーターから円錐曲線を再生する円錐曲線再生手段と、
再生された円錐曲線を出力装置に表示する円錐曲線表示
手段とを備え、前記画像データ入力手段によりデジタル
値に変換された画像データを入力された順番に対して、
あるいは前記記憶手段を用いて記憶装置に記憶してから
再生した画像データに対して前記輪郭データ抽出手段に
より形状記述の対象となる物体の輪郭線データに変換
し、前記輪郭線データから前記円錐曲線発生手段により
複数の小区間円錐曲線を発生させて、前記複数の小区間
円錐曲線を前記焦点分類置き換え手段を用いてもとの数
より少ない数の円錐曲線に置き換え、前記置き換えられ
た円錐曲線を定義するパラメーターを前記パラメータ記
憶手段を用いて記憶装置に格納し、再生要求が来たとき
に前記記憶されたパラメーターから前記円錐曲線再生手
段により円錐曲線を再生して前記円錐曲線表示手段によ
り出力装置に表示することを特徴とする形状記述方式お
よび形状記述装置。
【請求項２】画像データをデジタル値に変換する画像デ
ータ入力手段と、画像データを記憶装置に記憶する記憶
手段と、入力された画像データから形状記述の対象とな
る物体の輪郭線を抽出する輪郭データ抽出手段と、入力
された画像データから形状記述の対象となる物体の輪郭
線データで囲まれた領域の画像特徴を抽出する領域特徴
抽出手段と、与えられたデータ点列のうち数点を用いて
円錐曲線を発生させる円錐曲線発生手段と、円錐曲線の
焦点位置の分類により複数の小区間円錐曲線で表された
曲線をもとの数より少ない数の円錐曲線で表された曲線
に置き換える焦点分類置き換え手段と、円錐曲線を定義
するパラメーター及び輪郭線で囲まれた領域の画像特徴
を記憶するパラメーター記憶手段と、記憶されたパラメ
ーターから円錐曲線を再生する円錐曲線再生手段と、記
憶された領域の画像特徴に対応する輪郭線データで囲ま
れた領域の画像特徴を再生する領域特徴再生手段と、円
錐曲線及び領域の画像特徴を出力装置に表示する表示手
段とを備え、前記画像データ入力手段によりデジタル値
に変換された画像データを入力された順番に対して、あ
るいは前記記憶手段を用いて記憶装置に記憶してから再
生した画像データに対して前記輪郭データ抽出手段によ
り形状記述の対象となる物体の輪郭線データに変換し、
前記輪郭線データで囲まれた画像データの領域に対して
前記領域特徴抽出手段を用いて特徴データを抽出して前
記パラメーター記憶手段を用いて記憶装置に格納し、前
記変換された輪郭線データから前記円錐曲線発生手段に
より複数の円錐曲線を発生させて、前記複数の小区間円
錐曲線を前記焦点分類置き換え手段を用いてもとの数よ
り少ない数の円錐曲線に置き換え、前記置き換えられた
円錐曲線を定義するパラメーターを前記パラメーター記
憶手段を用いて記憶装置に格納し、再生要求が来たとき
に前記記憶されたパラメーターから前記円錐曲線再生手
段により円錐曲線を再生するとともに前記記憶された領
域の特徴から前記輪郭線データに対する領域特徴を再生
し、前記表示手段により出力装置に円錐曲線で置き換え
られた輪郭線データと前記輪郭線データに対する領域特
徴を表示することを特徴とする形状記述方式および形状
記述装置。
【請求項３】画像データをデジタル値に変換する画像デ
ータ入力手段と、入力された画像データから形状記述の
対象となる物体の輪郭線を抽出する輪郭データ抽出手段
と、与えられたデータ点列のうち数点を用いて円錐曲線
を発生させる円錐曲線発生手段と、与えられた円錐曲線
を定義するパラメーターを抽出するパラメーター抽出手
段と、円錐曲線を定義するパラメーター同志のパラメー
ター類似性に基づいて曲線を分類するパラメーター分類
手段と、円錐曲線を定義するパラメーターを記憶するパ
ラメーター記憶手段とを備え、前記画像データ入力手段
によりデジタル値に変換された画像データを入力された
順番に対して、あるいは前記記憶手段を用いて記憶装置
に記憶してから再生した画像データに対して前記輪郭デ
ータ抽出手段により形状記述の対象となる物体の輪郭線
データに変換し、前記輪郭線データから数点を用いて前
記円錐曲線発生手段により円錐曲線を発生させ、前記円
錐曲線から前記パラメーター抽出手段によりパラメータ
ーを抽出し、前記パラメーターから前記パラメーター分
類手段により曲線の分類を行い、前記分類された曲線を
前記パラメーター記憶手段により記憶装置に記憶するこ
とを特徴とする形状記述方式および形状記述装置。
【請求項４】輪郭線として与えられたデータ点列のうち
３点を選択し、選択された３点のうちの２点での輪郭線
に対する接線を求め、求められた２接線の交点と残りの
１点から重み係数を算出し、重み係数と接線を求めた２
点及び接線の交点の３点の位置ベクトル用いてもとの３
点を通過する円錐曲線を発生させる円錐曲線発生手段を
用いることを特徴とする請求項１、２または３記載の形
状記述方式および形状記述装置。
【請求項５】円錐曲線を定義する中心点の座標の分類に
より複数の小区間円錐曲線をもとの数より少ない数の円
錐曲線に置き換える中心点分類置き換え手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１または２記載の形状記述方式お
よび形状記述装置。
【請求項６】円錐曲線を定義するパラメーターとして中
心点、焦点、離心率、準線、通径、焦点パラメーター、
重み係数のうちいずれか一つあるいは二つ以上の組み合
わせを用いて類似性に基づいて曲線を分類するパラメー
ター分類手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の
形状記述方式および形状記述装置。
【請求項７】円錐曲線同志の距離誤差の総和に影響する
度合いをパラメーター重み係数として、円錐曲線を定義
するパラメーター毎に重み係数とパラメーターを掛け合
わせ、前記重みが掛かったパラメーターを用いて曲線の
類似性に基づいて分類するパラメーター分類手段を備え
たことを特徴とする請求項３または６記載の形状記述方
式および形状記述装置。