JPS59200371A - 画像信号処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、テレビジョンカメラなどの撮像装置で抽出し
た対象物の画像信号に対して空間フィルである。

〔従来技術〕

近時、頻繁に行われるようになった画像処理技術として
空間フィルタリング操作という手法がある。これは、２
次元的な入力画像の輝度情報を２次元的に処理して新た
な画像を得るための操作であるが、この空間フィルタリ
ング操作の中でも特に多く用いられるのが「たたみ込み
Ｐ波」と呼ばれる処理である。

第１図は、このたたみ込みｒ液処理を説明するための図
であって、撮像装置によって得られる画像の画素をｒｘ
ｘｙＪ個、各画素の座標を（１，１）、（１，２）、・
・・・・・（Ｘ、）’）とすると、各画素は第１図（ａ
）に示すようにａ（ｉ＋１）ｔａ（４，２）、・・・・
・・ａ　（ｘ　ｅ　ｙ　）として表わされる。

このような構成の入力画像の中の画素ａ　（ｍ　、　ｎ
　）〔ｍ＝１〜ｘ、ｎ＝ｌ〜ｙ〕　とその周囲の各画素
に対して水平方向にｐ個、垂直方向にｑ個配列された要
素、例えば第１図（ｂ）に示すようなオペレータｂ（１
，１）、ｂ（１，２）、・・・・・・ｂ（３，３）を作
用させると、 ｃ（ｍ、　ｎ）＝ｂ（１１１）ａ（ｍ−ｉ　＋ｎ−１）
＋ｂ（１ｒ　２）ａ（ｍ−１、ｎ）−１−ｂ（１，３）
ａ（ｍ−１，ｎ＋１）＋ｂ（２，１）−ａ（ｍ、ｎ−１
）＋ｂ（２＋　２）ａ（ｍ、ｎ）＋ｂ（２，３）ａ（ｍ
、ｎ＋１　）＋ｂ（３１＋）−ａ（ｍ＋ｉ、ｎ−１）＋
ｂ（３＋２）ａ（ｍ＋Ｌｎ）＋ｂ（３，３）ａ（ｍ−１
−１，ｎ＋１）・・・・・・・・・　（１） で表わされる第１図（Ｃ）に示すような変換画素Ｃ（ｍ
、ｎ）が得られる。

このような中央の１つの画素（ｍ、ｎ）に対する変換画
素ｃ　（ｍ　、　ｎ　）を求める操作を第１図（ａ）に
示す画素の全てに対して順次行うためには、第１図Φ）
に示すオペレータを１画素ずつ移動させながら、移動さ
せるたびに上記第（１）式で示される演算を実行するの
であるが、このようにしで求められた変換画像は元の画
像とは異なった空間周波数を持ったものになる。

例えば、３×３マトリクスから成るオペレータを とした場合、このオペレータはローノくスフイルりとし
て機能するため、低空間周波数の画像が強調される。ま
たオペレータを とした場合、このオペレータは７′１イノくスフイルり
として機能するため、高空間周波数の画像が強調される
。

ところで、このようなフィルタリング操作を実現するた
めには、撮像装置から得られる画像信号をディジタル信
号に変換してフレームメモＩＪに言己憶しておき、これ
を順次アクセスしながら演算装置で演算して出力すると
いう操作を１フレームの全画素に亘って繰返す必要があ
る。

ところが、このようなフィルタリング操作のた　　５め
の演算は多項に亘る乗算処理を含むものであり、かつ各
画素毎にこの演算を実行しなければならないため、長時
間の処理時間を必要とし、研究用以外にはとても実用し
得ないという問題がある。例えば、３×３マトリクスか
ら成るオペレータを使用した場合、１つの画素における
変換画素ｃ（ｍ。

ｎ）を得るためにはフレームメモリを９回アクセスし、
９項に亘る積和演算が必要となる。従って１フレームが
５１２ｘ５１２画素で構成されているとすれば、１フレ
ームの処理を行うために２３５９２９６回（＝５１２ｘ
５１２ｘ９）のアクセスと積和演算を必要とし、１回の
アクセスタイムを１μ冠とすると１フレームの全アクセ
ス時間は約２４秒（＝２３５９２９６ｘｌｘｌＯＣ就〕
）となり、また１回の積和演算時間を１０μ冠とすると
１フレームの全積和演算時間は約２４秒（＝２３５９２
９６ｘｌＯｘ１０　　（ｓｅｅ））となる。そして、オ
ペレータのサイズが大きい場合はそのサイズの２乗に比
例して処理時間も増大する。

このように従来から用いられている空間フィルタリング
操作では長時間の処理時間を必要とし、研究用以外には
とても実用し得ないという問題がある。

〔発明の目的および構成〕 本発明はこのよう々事情に鑑みなされたもので、その目
的は短時間のうちに対象物画像のノイズ成る。

このために本発明は、水平方向にｐ個、垂直方向にｑ個
の画素領域を操作単位として設定したうえで、対象物画
像信号を複数画像フレームに亘って繰返し抽出し、繰返
し抽出される画像信号間において各画像フレーム相互の
画素相対位置関係をｐｘｑ個の操作単位に対応して１画
素ずつ水平垂直方向に各フレーム毎にずらしながら操作
単位内の各画像信号に対して付与する重み係数に対応し
たフレーム数の画像信号を加減演算し、その演算結果を
変換画像信号として出方するようにしたものである。す
なわち、操作単位内の各画像信号に対して重み係数を乗
算するのに代えて、その重み係数に対応した回数だけ各
画像信号を加算または減算するようにし、かつ中心画素
の周囲の画像信号を加算または減算する場合はフレーム
メモリのアドレスを指定するアドレスカウンタのカウン
ト値を中心画素を基準としたアドレスにオフセットして
このオフセットアドレスからスタートさせるなどしてフ
レーム相互の画素位置関係を相対的にずらし、さらにこ
のアドレスオフセットはｌフレームの画像抽出が終了す
るたびに行うようにし、これにより操作単位内の積和演
算を重み係数の総和に等しいフレーム数の画像抽出時間
で終了し得るようにしたものである。

〔実施例〕

第２図は本発明による画像信号処理方法を適用した装置
の一実施例を示すブロック図、第３図は画像処理方法を
説明するための図である。第２図において、１は対象物
（図示せず）を走査して１フレーム当り例えば５１２Ｘ
５１２画素から成る対象物のアナログ画像信号ＡＶを抽
出する撮像装置、２は撮像装置１から出力されるアナロ
グ画像信号ＡＶをディジタル画像信号■に変換するＡＤ
変換器、３はＡＤ変換器２から出力されるディジタル画
像信号Ｖと後述するフレームメモリ４から読出された再
生ディジタル画像信号ＢＹとを加算または減算する演算
器、４は演算器３から出力されるディジタル画像信号Ｖ
′を記憶するフレームメモリであＣ１フレームの画像信
号を記憶するのに充分な記憶容量を有している。５はフ
レームメモリ４から読出された再生ディジタル画像信号
Ｒ，Ｖをアナログ画像信号ＡＴＶに変換するＤＡ変換器
、６はアナログ画像信号ＡＴＶを受けて可視画像として
表示する表示装置、１は前述の１〜６の各部に必要な同
期信号を分配供給すると共に、操作単位（オペレータ）
のサイズおよび重み係数の設定を行い、これに基づき演
算器３に対しては加算または減算の指令信号Ａ／８を与
え、フレームメモリ４に対しては読出し、書込み、演算
のサイクル指令信号Ｒ／Ｗ／Ａとアドレス信号ＡＤＲと
を与える制御回路で１、アドレス信号ＡＤＲの内容を操
作単位に対応して水平、垂直方向に１画素ずつシフトす
る機能を有している。

このような構成において、制御回路７は撮像装置１に対
して同期信号を与え、該撮像装置１に対象物の濃淡に応
じたｌフレームの画像信号ＡＶを繰返し抽出させる。ま
た、ＡＤ変換器２に対しても同期信号を与え、繰返し抽
出させる画像信号ＡＶをディジタル画像信号■に変換さ
せ、このディジタル画像信号Ｖを演算器３の一方の演算
入力（６）に入力させる。

一方、制御回路７は撮像装置１による対象物の順次走査
点の変化と同期して変化するアドレス信号ＡＤＲをフレ
ームメモリ４に与えると共に、アドレス信号ＡＤＲが同
一内容を示している時間（１画素時間）内においてまず
フレームメモリ４を読出しモードに設定するサイクル指
令信号几／Ｗ／Ａを出力し、次に演算器３の演算動作を
開始させるサイクル指令信号Ｒ／Ｗ／Ａを出力し、最後
にフレームメモリ４を書込みモードに設定するサイクル
指令信号Ｒ／Ｗ／Ａを出力する。また、操作単位内のあ
る重み係数に対応した演算が終了するまで演算器３に対
して加算ま゛たは減算を実行させるための指令信号Ａ／
Ｓを出力する。

ここで、第３図（ａ）に示すようにｂｏ−ｂｓから成る
サイズの操作単位が設定され、かつ各画素の重み係数ｋ
（ｂｏ　）　〜ｋ（ｂｓ　）として第３図（ｂ）に示す
ような値が設定されたものとすると、制御回路７はまず
中央の画素の画像信号Ｖをその重み係数ｋ［’ｂｏ　〕
＝　４に対応した回数だけ加算するため、ディジタル画
像信号Ｖと再生ディジタル画像信号几■の画素位置関係
が互に一致し、かつ再生ディジタル画像信号ＲＶの画素
座標が［ｘ＝０．ｙ＝ＯＪから始まＤｒＸ＝５１２．ｙ
＝５１２Ｊで終るアドレス信号ＡＤＲを４回繰返し出力
する。すなわち、制御回路７はフレームメモリ４に対す
るアドレスオフセットが零のアドレス信号ＡＤＲを撮像
装置１による画像抽出動作と同期して４フレ一ム分だけ
出力する。同時に、演算器３には重み係数ｋ　（ｂｏ　
）が正の値であるために加算動作を指示する。

すると、演算器３においてはＡ、Ｄ変換器２から出力さ
れる画像信号■とフレームメモリ４から読出された再生
ディジタル画像信号ＲＶとの加算動作が同一画素に関す
る信号同士で実行される。そして、この加算結果の信号
Ｖ′は演算終了後に信号Ｒ／Ｗ／Ａによってフレームメ
モリ４が書込みモードに設定されるため、この時の信号
ＲＶの読出しアドレスと同一アドレスに書込まれる。こ
のような動作はアドレス信号ＡＤＲで示される画素座標
が変化するたびに実行され、しかも４フレームの画像信
号ＡＶの抽出が終了するまで実行される。

この結果、４フレームの画像信号ＡＶの抽出が終了した
段階では、フレームメモリ４の各アドレスには１フレー
ム内の各画素における画像信号Ｖを４倍した画像信号４
・Ｖが記憶される。

次に制御回路Ｉは操作単位内の画素ｂｘの画像信号Ｖを
その重み係数ｋ［ｂｌ）−−２に対応してフレームメモ
リ４に既に記憶させた画像信号４・■から２回減算する
ため、ディジタル画像信号■と再生ディジタル画像信号
ＲＶの画素位置関係が第３図（Ｃ）に示すように水平方
向でｒ＋Ｉ　Ｊ　、垂直方向で「−１」だけずれるよう
にアドレス信号ＡＤＲをオフセットし、このオフセット
アドレスから始まる５１２Ｘ５１２画素分のアドレス信
号ＡＤＨ，を２回出力する。すなわち、ＡＤ変換器２か
ら演算器３に入力される画像信号Ｖの画素座標は常に「
Ｘ＝０　、　ｙ＝ｏ　Ｊから始まシ「ｘ＝５１１．）’
＝５１１Ｊで終るが、例えばｒ　ｘ＝ｍ　、　ｙ＝ｎ　
Ｊの座標の再生ディジタル画像信号ＲＶが演算器３の一
方の入力（ハ）に与えられるタイミングでは「ｘ　＝ｍ
＋１　、　Ｙ＝　ｎ−１」の座標の画像信号Ｖが他方の
入力（５）に与えられるようにアドレス信号ＡＤＲの初
期値を「Ｘ＝０−１＝５１１　Ｊ　、　ｒＹ＝ｏ＋１＝
Ｉ　Ｊにオフセットし、このオフセットアドレスｌ’−
ｘ＝５１１．）’＝１」から始まり「Ｘ＝５１ｏ、ｙ−
ｏ」で終る５１２×５１２画素分のアドレス信号ＡＤＲ
を２回繰返し出力する。同時に、重み係数ｋ（ｂｚ）が
負の値であるために演算器３には減算動作を指示する。

すると、演算器３では「ｘ＝ｍ、ｙ＝ｎＪの座標の再生
ディジタル画像信号ＲＶ−４・Ｖが与えられるタイミン
グにおいてｒＸ＝ｍ＋１　、ｙ＝ｎ−ｉ」の座標の画像
信号Ｖが一方の入力（８）に与えられるため、「ｘ＝ｍ
、ｙ＝ｎＪの画像信号ＲＶから水平方向でｒ＋Ｉ　Ｊ　
、垂直方向で「−１」だけずれた座標［Ｘ＝ｍ＋１．ｙ
＝ｎ−１」の画像信号■を減算する動作がアドレス信号
ＡＤ几の変化毎に実行される。

そして、この加算結果の信号「几Ｖ−■−４・Ｖ−■」
は演算終了後に「ｘ＝ｍ＋ｙ＝ｎＪで示されるフレーム
メモリ４のアドレスに書込まれる。このような動作は２
フレームの画像信号■の抽出が終了するまで実行される
。

この結果、２フレームの画像信号の抽出が終了した段階
では、フレームメモリ４の各アドレスには Ｖ（ｘ＝ｍ、ｙ＝ｎ）＝４＠Ｖ［Ｘ：ｍ＋Ｙ＝ｎ）−２
ｅＶ［ｘ＝ｍ＋１．ｙ＝ｎ−１３ ・・・・・・・・・　（２） で示される画像信号Ｖ　（Ｘ＝＝ｍ　、　ｙ＝ｎ　）が
記憶される。

次に、制御回路７は操作単位内の画素ｂ２〜ｂ８の画像
信号Ｖの重み係数ｋ（ｂｓ）〜ｋ［ｂａ］に対応して同
様の演算を演算器３に実行させる。

これによシ、重み係数ｋｃｂｏ）〜ｋ（ｂａ）の絶対値
の総和に等しいフレーム数の画像信号Ｖを抽出した段階
では Ｖ（ｘ＝＝ｍ、ｙ＝ｎ：ｍ＝　４ｍＶ＋：ｘ＝ｍ＋ｙ＝
ｎ）−２・Ｖ（ｘ＝ｍ＋１　、　ｙ＝ｎ−１’）−２ｅ
Ｖ［：　ｘ＝ｍ＋１　＋　ｙ＝ｎ　：］−２・Ｖｌ：　
ｘ　＝ｍ＋１　、　ｙ−ｎ＋１）−２ｓＶ（ｘ＝＝ｍ＋
３’＝ｎ＋１） −２＠　Ｖ（Ｘ：ｍ−１１＞’−”ｎ＋１　：１−２・
Ｖ（ｘ＝ｍ−１１Ｙ：ｎ　） −２ｅＶ［：　ｘ＝ｍ−１ｐ　Ｙ＝ｎ−１，）−２・Ｖ
　Ｏ（＝＝ｍ　、　ｙ＝ｎ−ｉ　）・・・・・・・・・
　（３） で示される画像信号Ｖ　（ｘ＝ｍ　、　ｙ＝ｎ　］がフ
レームメモリの各アドレスに記憶される。すなわち、従
来方法と同一結果となる５１２Ｘ５１２画素の各画像信
号Ｖ　（ｘ＝ｍ　、　ｙ＝ｎ　）　（但し、ｍ＝０〜５
１１．ｎ−０〜５１１　）の変換画像信号かフレームメ
モリ４に記憶される。

このようにしてフレームメモリ４に得られた変換画像信
号はＤＡ変換器５においてアナログ画像信号ＡＴＶに変
換されて表示装置６に可視像として表示される。

従って、重み係数１ｃ（ｂｏ）〜ｋ（ｂｓ）を適切に設
定することにより、ノイズ成分が除去芒れ、かつ輪郭の
強調さ九た可視像を表示させることができる。そして、
この可視像は、１フレーム当シの画像抽出時間を例えば
３３ｍ５とすると、約０．７秒（３３ｘｌＯｘ２０＝６
６０ｍｓ　）という極めて短時間で表示させることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ｐｘｑ個のオペレータに
よる空間フィルタリング操作をフレーム相互の画素位置
関係のオフセット操作と加減算操作の組合せによって行
うようにしたものである。

このため、ノイズ成分の除去や輪郭の強調を極めて短時
間のうちに加減算のみで行うことが可能となる。従って
、Ｘ線画像の処理など各種の画像処理に適用すれば極め
て実用性のある装置を提供できる。

図である。

１・・・・撮像装置、２・・・・ＡＤ変換器、３、・、
・演算器、４＊争＊・フレームメモリ、５・Φ拳・ＤＡ
変換器、６・・Φ−表示装置、７・Φ・・制御回路。

特許出願人　　日本アビオニクス株式会社代理人　山川
政樹（ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像装置によって対象物を走査して抽出した複数
   画素から成る画像信号に対して水平方向にｐ個。 垂直方向にｑ個のｐｘｑ個の画素領域を操作単位として
   設定し、この操作単位内の各画像信号に対して所定の重
   み係数を乗算してその総和を求める法において、 対象物画像信号を複数画像フレームに亘って繰返し抽出
   し、繰返し抽出される画像信号間において各画儂フレー
   ム相互の画素相対位置関係を前記操作単位に対応して１
   画素ずつ水平垂直方向に各フレーム毎にずらしながら前
   記操作単位内の画像信号に対して付与する重み係数に対
   応したフレー（２）撮像装置によって対象物を走査して
   抽出した複数画素から成る画像信号に対して水平方向に
   ｐ個垂直方向にｑ個のｐｘｑ個の画素領域を操作単位と
   して設定し、この操作単位内の各画像信号に対して所定
   の重み係数を乗算してその総和を求める置において、 複数画像フレームの画像信号を加減演算する演算器と、
   前記撮像装置に対し対象物画像信号を複数画像フレーム
   に亘って繰返し抽出させると共に、繰返し抽出される画
   像信号間において各画像フレーム相互の画素相対位置関
   係を前記操作単位に対応して１画素ずつずらしながら前
   記操作単位内の画像信号に対して付与する重み係数に対
   応したフレーム数の画像信号の加減演算を前記演算器に
   実行させる制御装置とを備えたことを特徴とする画像信
   号処理装置。