JPH0644289B2 - 連結領域のラベル付け回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 本発明は画像中に存在する複数個の領域を分類するラベ
ル付け回路において、従来の、クラスタリング処理に多
くの演算を必要とするためにラベル付け処理を高速化で
きないという問題点を解決するため、直接接続している
暫定ラベルを検出した後にその関係をグラフ表現にし、
その枝を追跡することにより高速度でラベル付け処理を
行なうことのできる回路について開示している。

［産業上の利用分野］ 本発明は画像処理に関するものであって、特に画面中に
存在する複数個の物体の画像に対し、それぞれの画像を
構成する各画素からなる領域に対し、その領域に固有の
ラベルを付加する方式に係る。

例えば、画像処理技術を利用した機械等の部品検査や、
医療分野における血球の検査や細胞診などでは、画像中
の複数の物体を明確に識別する必要があるが、領域のラ
ベル付け処理はこのような画像中の複数の物体を分離す
るための必須技術であり、処理の高速化が強く望まれて
いる。

［従来の技術］ 第９図は領域のラベル付け処理を説明する図であって、
(a)は処理前の画像を示しており、図中５０で示す白地
の部分が背景であり、５１〜５３で示す斜線を施した部
分がラベル付けの対象となる領域である。図中、背景に
記した“０”および画像の領域に記した“１”はラベル
を表しておりこの図では画面は３領域で構成されてい
る。そして、ラベル付け処理によって第１図(b)に示す
ように領域５１には“１”、領域５２には“２”、領域
５３には“３”というように３領域にそれぞれ異なるラ
ベルを付して、各領域を区別するものである。

このように、画面の中において、対象となる物体の画像
と、その背景とが２値で分離して表される画像データに
ついて、画面中に複数の画像が存在する場合に、それぞ
れの領域を識別するためのラベルを付す方法について
は、何通りかの手段が考えられるが、すでに「特願昭６
０−６２１２９号」等によって、比較的簡潔な制御によ
って高速度でラベル付けの処理を行なうことが可能な方
式が開示されている。

すなわち、この方式は、対象となる画素と、その上側に
隣接する画素および左側に隣接する画素とを覗き見
る“」”形の窓（以下ウィンドウともいう）を用いて、
画面を走査しながら窓内の画素の値に応じた論理演算を
行ないその結果を画素の仮のラベルの値（暫定ラベル）
として、窓内のデータの値から、暫定ラベル間の接続関
係を調べた後、これを整理して、画面中にそれぞれ独立
して存在する画像の領域ごとに、それらを区別するため
のラベルを付与する方式である。

従来、上述した方式による領域のラベル付け回路として
暫定ラベル付け部、接続関係整理部、ラベル追跡部とラ
ベル更新部を備えたものが提案されている。このような
構成のラベル付け回路において、ラベル追跡部における
クラスタリングでは暫定ラベルの接続関係が検出される
と、ラベル更新テーブル中のその暫定ラベル対の一方に
対する番地の内容を読み出し、その後同一番地に上記暫
定ラベル対の他方を書きこむ。このリード／ライトの処
理をラベル更新テーブルの番地とその内容が一致するま
で繰り返し、直接・間接を問わずに互いに接続している
暫定ラベル同士を一つのラベルで置き換えるという処理
を行なっている。

以下、これらの処理について具体的な例について説明す
る。

第１０図は従来のクラスタリング例を説明する図であ
る。第１０図において、初期状態(a)では更新テーブル
には暫定ラベルを示す各アドレスには暫定ラベルと同じ
値が格納されている。ここで暫定ラベル２と暫定ラベル
１が直接接続しているという関係が入力された場合(b)
には、 (i)更新テーブルにおいて暫定ラベル２のアドレスに格
納されているラベル２を読み出す。

(ii)同アドレスにラベル１を格納する。

(iii)ラベル２のアドレスに格納されていたラベルは２
であり、アドレスと格納されているラベル値が同じなの
で処理を終了する。

という処理を行なう。次に暫定ラベル２と３の接続関係
が入力された場合(c)には、 (i)暫定ラベル２の内容を読み出し、そこにラベル３を
書きこむ。

(ii)暫定ラベル２の内容は１であるので、ラベル１の内
容を読み出し、ラベル１のアドレスにも暫定ラベル３を
書きこむ。 (iii)ラベ
ル１の内容は１であり、アドレスと一致するので処理を
終える。

という処理を行なう。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したような従来の連結領域ラベル付け回路における
クラスタリング方法においては、暫定ラベル同士の接続
関係が検出される度にラベル更新テーブルを操作し、そ
の処理もラベル更新テーブルのある番地とその番地から
読み出された内容が一致するまでラベル更新テーブルを
変更するという操作を繰り返している。そのためクラス
タリング処理に多くの演算が必要であり、ラベル付け処
理を高速に実行することができないという問題点があっ
た。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み、クラスタリン
グに要する演算量を減少せしめて、高速度でラベル付け
処理を行なうことの可能な連結領域のラベル付け回路を
提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば上述の目的は前記特許請求の範囲の範囲
に記載した手段により達成される。

すなわち、本発明の連結領域のラベル付け回路における
クラスタリング部は、更新ラベルを発生する更新ラベル
発生部と、クラスタリングの際に探索の過程を一時蓄え
ておくスタック・メモリと、クラスタリングの制御を行
なうクラスタリング制御部と、クラスタリングの結果得
られる暫定ラベルと更新ラベルとの対応を示す更新テー
ブルとからなるものであって、以下に述べる作用によ
り、クラスタリングを高速度で行なうものである。

［作用］ 本発明による連結領域のラベル付け回路においては直接
接続している暫定ラベルをすべて検出してそれらをすべ
てラベル接続テーブルに格納した後、クラスタリング制
御部にあるマイクロ・プログラムによりラベル接続テー
ブルからラベルの接続関係を１つずつ抽出し、スタック
・メモリに探索の過程を蓄えながら暫定ラベルの追跡を
行ない、直接・間接を問わず互いに接続している暫定ラ
ベルを検出して、それらの暫定ラベルと更新ラベル発生
部で生成された更新ラベルとを更新テーブルへセットす
る。

［実施例］ 第３図は本発明の１実施例のラベル付け回路の構成を示
すブロック図であって、６は暫定ラベル付け部、７は接
続関係整理部、８はディレイ用バッファ、１はラベル接
続関係格納部、９はラベル更新部、１０はクラスタリン
グ部を表している。

第１図は上記実施例のクラスタリング部の内部構成を示
すブロック図であって、１はラベル接続関係格納部、２
は更新ラベル発生部、３はクラスタリング制御部、４は
スタック・メモリ、５は更新テーブルを表している。

第２図は、クラスタリング制御部のラベル追跡処理の制
御の例を示す流れ図である。

第３図に示す暫定ラベル付け部６は第４図に示すように
入力される画像１２上に逆Ｌ字型のウィンドウ１１を用
いて入力画像１２を矢印方向に走査して暫定ラベルの発
生及び延長、および隣接したラベルの接続関係の検出を
行なう。

このときのウィンドウ１１の各領域(a,b,c)に表われる
画素に係る演算の論理は、ラベルの発生と延長について
は第１表に示すとおりであり、接続関係の検出について
は第２表に示すとおりである。各表中に記した記号等の
内、＊は不定を、ＮＺは“０”以外をＬは暫定ラベル
（初期値“１”）を表している。

第５図は暫定ラベル付け部の動作を説明する図であっ
て、上記各論理条件における動作を具体的に表してい
る。すなわち、暫定ラベル付け部により画像中の各領域
は異なる暫定ラベルの付加された連続した小領域とな
り、第５図(d)のような小領域が接する部分では２つの
暫定ラベルの接続関係が出力される。（ＬとＬ′は接
続） 接続関係整理部７では暫定ラベル付け部６で検出された
接続関係の重複部分を整理する。具体的には第６図(a)
を暫定ラベル付け処理後の画像とすると、暫定ラベル付
け部で検出される接続関係は第６図(b)のようになる。
第６図(b)において並線を付した部分が接続関係の重複
部分である。接続関係整理部７では、第６図(c)に示す
ように暫定ラベルの接続関係の重複部分を整理する。重
複を除かれたラベル接続関係は、ラベル接続関係格納部
１へセットされる。

暫定ラベルが付加された小領域は画像中で唯一に対応が
つき、各暫定ラベルを頂点、接続関係を辺とみなすと、
これらの関係は平面グラフを構成する。クラスタリング
部１０におけるラベルの追跡は、このグラフの辺の部分
をたどることにより行なう。クラスタリング制御部３は
ラベル接続関係格納部１の最初からクラスタリングを開
始し、更新ラベル発生部２からの出力を更新テーブル５
へセットしながら１つの暫定ラベルが直接・間接に接続
しているラベルを追跡していく。更新ラベル発生部２は
１つの暫定ラベルが直接・間接に接続しているラベルの
追跡がすべて終わった時点でカウントアップされる。ラ
ベル追跡の論理は次のようになる。

ラベル接続関係格納部の接続テーブルを参照し、スタ
ック・メモリ４（以下の説明において単にスタックとも
いう）に追跡の履歴を格納しながらラベルを追跡してい
く。

ある暫定ラベルが直接接続しているラベルと、スタッ
クの一番上に格納された暫定ラベルとが同じ場合にはそ
のパスを無視する。

ある暫定ラベルと直接接続しているラベルがなくなっ
た場合にはスタックをポップアップ(pop up)し、その暫
定ラベルについて追跡を続行する。

ラベル追跡の際にクラスタリング制御部３が行なう処理
の流れは前述したように第２図に示している。

すなわち、第６図(c)に示した接続関係は第７図(b)のよ
うにラベル接続関係格納部のラベル接続テーブルへセッ
トされる。この接続関係のグラフ表現は、第７図(c)の
ようになり、同図(d)のように最終的に２つの異なった
ラベルが付けられる。以下は第７図(b)における暫定ラ
ベル１、２、３、５の部分について第８図を用いてラベ
ル追跡の例に係るクラスタリング部１０の動作を具体的
に説明する。以下の(i)〜(viii)は第８図の同数字に対
応している。

(i)暫定ラベル１に注目する。更新ラベル発生部２でカ
ウントアップした更新ラベルを更新テーブルにセットす
る。接続テーブルから暫定ラベル１に直接接続している
暫定ラベル２を抽出し、ラベル１をスタックへ格納して
ラベル２に注目する。

(ii)更新ラベルを更新テーブルにセットする。暫定ラベ
ル２に直接接続している暫定ラベル１を抽出するが、こ
れはスタックの一番上に格納されているので次のラベル
３を抽出し、ラベル２をスタックへ格納してラベル３に
注目する。

(iii)更新ラベルを更新テーブルにセットする。暫定ラ
ベル３に直接接続しているラベル１を抽出し、ラベル３
をスタックへ格納してラベル１に注目する。

(iv)更新ラベルを更新テーブルにセットする。暫定ラベ
ル１に直接接続しているラベル３を抽出するが、これは
スタックの一番上に格納されているので次のラベルを抽
出しようとする。接続テーブル中には暫定ラベル１と接
続しているラベルはもう存在しないので、スタックを１
つポップアップし、ラベル３に注目する。

(v)更新ラベルを更新テーブルにセットする。(iv)と同
様に暫定ラベル３に直接接続しているラベル２を抽出す
るが、これはスタックの一番上に格納されているので次
のラベルを抽出しようとする。接続テーブル中には直接
接続しているラベルが存在しないので、スタックを１つ
ポップアップし、ラベル２に注目する。

(vi)更新ラベルを更新テーブルにセットする。暫定ラベ
ル２に直接接続しているラベル５を抽出し、ラベル２を
スタックへ格納してラベル５に注目する。

(vii)更新ラベルを更新テーブルにセットする。暫定ラ
ベル５に直接接続しているラベル２を抽出するが、これ
はスタックの一番上に格納されているので次のラベルを
抽出しようとする。接続テーブル中には暫定ラベル５と
接続しているラベルはもう存在しないのでスタックをポ
ックアップし、ラベル２に注目する。

(viii)以下、接続テーブル中には直接接続しているラベ
ルは存在しないのでスタックをポップアップしながらラ
ベルを追って行き、最終的に、接続テーブル中にもスタ
ックにも遷移するラベルが存在しなくなった時点で１回
のラベルの追跡を終える。

以下は、更新ラベルの存在しない暫定ラベルの追跡結果
に基づいて、一定時間保持された暫定ラベル信号を更新
する。第６図(a)の画像の場合には(1,2,3,5)の暫定ラベ
ルを１に、(4,6,7,8,9)の暫定ラベルを２に変換するこ
とにより、画像中の各領域に一意に対応したラベルを付
けることができる。

従来のクラスタリング方式では、ラベル更新テーブルの
リード／ライトを繰り返すという処理を行なっており、
その際の処理（リード／ライト）回数は未定であった。
これに対し、本方式では各暫定ラベルを頂点、接続関係
を辺とみなして平面グラフを構成し、この辺の部分をた
どることによりクラスタリングを行なっている。平面グ
ラフは頂点の数が一定の場合、各辺によって囲まれるす
べての領域が三角形を構成する時に辺の数が最大とな
り、暫定ラベル付け部で付けられる暫定ラベルの最大数
をLmとすると暫定ラベルの接続関係の上限は３Lm−６と
なる。

従って、本方式のクラスタリング部の処理は３Lm−６に
比例した時間内で必ず終了する。

［発明の効果］ 本発明によれば、直接接続している暫定ラベルをすべて
検出した後、その接続関係をグラフ表現に直してラベル
の追跡を行なっているので、従来の方式に比しクラスタ
リングに要する演算量が減少するから領域のラベル付け
処理が高速に実行できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のクラスタリング部の内部構成を示すブ
ロック図、第２図はクラスタリング制御部のラベル追跡
処理の制御の例を示す流れ図、第３図は本発明の１実施
例のラベル付け回路の構成を示すブロック図、第４図は
ウィンドウによる走査を説明する図、第５図は暫定ラベ
ル付け部の動作を説明する図、第６図は接続関係整理部
の動作を説明する図、第７図はクラスタリング部の動作
を説明する図、第８図はラベル追跡の例を説明する図、
第９図は領域のラベル付け処理を説明する図、第１０図
は従来のクラスタリング例を説明する図である。 １……ラベル接続関係格納部、２……更新ラベル発生
部、３……クラスタリング制御部、４……スタック・メ
モリ、５……更新テーブル、６……暫定ラベル付け部、
７……接続関係整理部、８……ディレイ用バッファ、９
……ラベル更新部、１０……クラスタリング部、１１…
…ウィンドウ、１２……入力画像

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像を走査して得られるビデオ信号に対し
   て各画素に対して順次暫定ラベルを付加し同時に既にラ
   ベル付けされた近傍画素との接続関係を検出する暫定ラ
   ベル付け部と、 ラベル付けされた信号を順次保持し一定時間後に出力す
   るディレィ用バッファと、 検出された接続関係を整理して重複をなくす接続関係整
   理部と、 整理された接続関係を蓄えておくラベル接続関係格納部
   と、 更新ラベルを発生する更新ラベル発生部とクラスタリン
   グの際に検索の過程を一時蓄えておくスタック・メモリ
   とクラスタリングの制御を行なうクラスタリング制御部
   とクラスタリングの結果得られた暫定ラベルと更新ラベ
   ルとの対応を示す更新テーブルとからなり、検出された
   接続関係に基づいて直接間接を問わず互いに接続してい
   る暫定ラベルを検出するクラスタリング部と、 クラス分けの結果によって暫定ラベルを更新するラベル
   更新部とからなり、 接続関係整理部の出力において直接接続している暫定ラ
   ベル同士を格納しておくラベル接続関係格納部からラベ
   ルの接続関係を１つずつ抽出し、前記スタックメモリを
   利用しながら暫定ラベルの追跡を行なって、直接・間接
   を問わず互いに接続している暫定ラベルを検出して更新
   テーブルを作成することを特徴とする連結領域のラベル
   付け回路。