JPS5995680A - 稜線及び輪郭線の抽出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、線状部と面状部との混在する白黒二値で表わ
される図形を主として対象とし、この図形内の線状部の
稜線（骨格線とも言われる）と面状部（塗りつぶし部と
も言われる）の輪郭線を分離・抽出する装置に関する。

第１図に対象となる二値で表わされる図形の一例を示す
。第１図（、）は原図形であり、（ｂ）はその部分への
拡大図である。

図において、線状部１０１はある幅Ｗを有しており、面
状部１０２は黒く塗りつぶされている。線状部１０１は
、そのほぼ中心を通る太さのない仮想の線である稜線１
０３によってその位置関係が表わされる。以下このよう
な面状部を含む二値で表わされる図形ｆ：「線図形」と
称するものとする。

従来例の構成とその問題点 近年、図面認識技術及び画像計測技術等の分野において
、二値画像の特徴抽出装置の開発が重要視されている。

二値画像の種々の特徴は、線状部稜線及び皿状部輪郭線
といった基本的な二値画像の特徴をもとに求められるこ
とが多く、この点からも、線状部稜線及び皿状部輪郭線
を分離・抽出する装置の開発は、諸分野よシ望まれてい
る。

従来、線状部の稜線を抽出する代表的な装置として、線
状部を細線化することにより稜線を求める装置が考案さ
れている。しかし、細線化を用いた稜線抽出装置は、原
理的に処理時間が長くかが９すぎる開票がある。

さらに、一般的な線図形が線状部だけがら構成されてい
ることはあまりなく、面状部を含むことが多い。このよ
うな対象について、細線化による稜線抽出装置を用いる
場合、原図形には存在しない形状の稜線が抽出されたり
、前処理部として線状部と画状部とを分離する装置が必
要となり、処理時間がさらに増大するなどの欠点を有し
ていた。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、王として線状部の輪郭線相互
において、はぼ対向する輪郭線上の点間の距離だけに注
目することにより、（１）線図形内の線状部と面状部の
分離と、（１１）線状部の稜線の抽出と、０ｉｉ）面状
部の輪郭線の抽出との３種類の処理を同時にかつ高速に
遂行する線状部稜線・面状部輪郭線抽出装置を提供すを
ことを目的とする。

発明の構成 本発明は、全境界点列中より互いに対向する境界点列を
抽出する対向境界点列抽出部と、対向境界点列を、図面
内の線状部に寄与する線状部境界点列と、図面内の面状
部に寄与する面状部境界点列とに分離すると同時に、線
状部の稜線点列を抽出する線状部稜線抽出・面線分離部
と、面状部境界点列を統合することにより、面状部輪郭
線点列を得る面状部輪郭線抽出部とを備えた稜線及び輪
郭線の抽出装置であり、対向境界点列上の境界点間の距
離だけに注目して稜線を抽出することにかり、対象図面
の線巾と無関係に、高速に稜線を抽出でき、かつ、同時
に面線分離及び面状部輪郭線抽出を行うことのできるも
のである。

実施例の説明 第２図は、本発明の一笑施例における線状部稜線・面状
部輪郭線抽出装置の構成図である○第２図において、１
は図面入力部で、たとえばファクシミリやドラムスキャ
ナーなどであって、処理される線図形を読み取り、白黒
二値画像の情　　−報として変換する。２は、被処理図
形記憶部であちて一画素あた９、“０″か１″かの二値
符号列として記憶する。このとき、ＩＩ　ＯＩ＋は白黒
素、１″゛は黒画素を表わすとする（第３図（ａ）参照
）０第３図（ａ）において、斜線部分は黒画素部（＝１
　）　。

その他は白画素部（−φ）、ｘ、ａ、ｂは画素の座標、
２ａ、ＩＩ、ｂは境界点列のラベルである。３は全境界
点列抽出部で被処理図面内の全境界点列を抽出し、かつ
、境界点列毎にラベル付けを行なう部分である。ここで
言う境界点列とは、注目している画素の上下左右の４近
傍中に少なくとも一つの白画素が存在するよう々黒画素
の点列である。金塊の装置を、この部分として用いるこ
とができる。

４は、３て抽出された全境界点列を、第３図（ｂ）に示
すような形態で記憶する全境界点列記憶部である。５は
、対向境界点列抽出部で、４に記憶された全境界点列中
より、互いに対向する境界点列を選択・抽出する。６は
、対向境界点列一時記憶部で５で抽出された対向境界点
列を、第３図（Ｃ）に示すような形態で一時的に記憶す
る。７は、線状部稜線抽出・面線分離部で、本装置の最
も主要な構成要素である。この部分では、対向境界点列
一時記憶部６に記憶された対向境界点列上の境界点間の
距離に注目して、線状部稜線の点列を求め紐状部稜線点
列記憶部１０に遂次記憶させる。また同時に、線状部境
界点列と面状部境界点列とを分離し、面状部境界点記憶
部８に遂次記憶させる。面状部境界点列記憶部８での記
憶形態を、第３図（ｄ）に示す。さらに、線状部稜線抽
出・面線分離部７では、処理済の境界点列に対し、処理
済マークを全境界点列記憶部４のデータに付ける。よっ
て全境界点列記憶部４は座標点列の記憶域の他に、処理
済マーク用の記憶域を有している。

面状部輪郭線抽出部９は、面状部境界点列記憶部８に記
憶された面状部の境界点列を統合し、面状部の輪郭線を
生成・抽出する。紐状部稜線点列記憶部１ｏ及び面状部
輪郭線点列記憶部１１は、求められた稜線点列及び輪郭
線点列をそれぞれ遂次記憶する記憶部である。１２は、
求められた面状部のなかで、周囲長の短かい面状部を線
状部の分岐部分とみなし、分岐部分内の線状部稜線の抽
出を行なう分岐部処理部である。１３は、出力表示部で
、紐状部稜線点列記憶部１０及び面状部輪郭線点列記憶
部１１に記憶された結果を出力表示する。１３は、制御
部で、本装置の各処理部の制御、各記憶部の記憶更新制
御および入出力関連部の入出力制御を行なう。

上記のように構成された装置において、以下、線状部稜
線及び面状部輪郭線の抽出を行なう際の動作について、
各処理部毎に説明する。

■　全境界点列抽出部 この処理部の動作に関しては、従来より考案されている
装置を用いるので、特に言及することはしない。第３図
（ａ）に示す被処理図面上の全境界点列か、第３図（ｂ
）の如く得られる。

Ｘ（礼）は、ラベルが２ａの境界点列中の１番目の境界
点の座標を示している。

■　対向境界点列抽出部 第４図を参照しながら説明する。

（１）境界点列に沿った走査を行ない、未処理の境界点
を捜し、始点ａ１（ラベル−℃ａ）とする。

（１１）始点ａ１を中心とし、半径が２Ｗ（Ｗ：被処理
図面内の線状部の平均線巾）の探索領域Ｓを設け、この
探索領域内で、始点のラベルと異なるラベルを持ち、か
つ始点に最も近い境界点を捜し、ｂｌ（Ａ）（ラベル−
Ｌｂ）とする。ｔた、始点と探索領域Ｓ内で連結してい
ない境界点のうち、始点と同じラベルルを持ち、かつ始
点に最も近い点を捜し、ｂｌ（Ｓ）（ラベル−ｐａ）と
する。

（ｉｉｉ）　　ｂｌ（〜もしくはｂｌ（Ｓ）７５．存在
するとき、ｂｌ（５）。

ｂｌ（Ｓ）のうち始点ａ１に近いほうを選び、ｂｌとし
、始対向境界点対ｉａ１．ｂ１１を得る。もし、ｂｌ（
Ａ）及びｂｌ（Ｓ）の両方が存在しないときは、始点ａ
１を面状部境界点とみなし、その座標値を面状部境界点
記憶部８に格納する。

さらに、処理済マークを全境界点列記憶部に付け、（１
）の処理へもどる。

（ＩＶ）　　始対向境界点対１ａ１．ｂ１１を先頭にし
て、未処理境界点を一定方向に順次集めて対向境界点列
Ｊａｎ：ｎ＝１−Ｎｌ　、　ｌｂｎ：ｍ＝１−Ｍｌを得
る。このとき、境界点列上の走査方向を、被処理図面上
で、常に右手（もしくは左手に）黒画素が見えるように
設定すれば、常に１．ｎ＋は境界点列の走査方向と一致
し、（残）は、その逆となる。

■　線状部稜線抽出・面線分離部 第６図及び第６図を参照しながら説明する。

（ｉ）　　始対向境界点対（ａ１＋ｂ１１から出発し、
いま、対向境界点対＋Ａｋ、Ｂｋｌが”ｎｌｂｍ’上に
あるとする。対向境界点対より線状部の稜線点列要素Ｃ
ｋを次式より求める。

Ｃｋ−（八に＋％　）／２ （１１）対向境界点列上で、境界点対ａｎＪｂｒｎから
それぞれ一定ステップ数（ｓ＋ｉ）だけ進めた境界点ａ
　　　ｂ　　　と、境界点対ｎ＋ｓ＋）’　　ｒｎ＋ｓ
＋） ａｎ、ｂ工との距離Ｄｋ、Ｄａ、Ｄｂを次式によって求
め、Ｄｋ、Ｄａ、、Ｄｂの大小関係から新しい対向境界
点対ａｎ＋ｓ、ｂｍ＋ｓ　を決定する。

Ｄｋ＝ｌＡｋ−Ｂｋｌ Ｄａ　＝ｌ　ａｎ＋ｓ＋　ｊ−Ｂｋｌ Ｄｂ　”　’　ｂｍ＋ｓ＋５−Ａｋｌ ここで、Ｓは境界点対が移動していくステップ数、ｊは
、移動させるべき境界点列を決定するために注目する境
界点１でのステップ数である。

第６図のフローチャートに沿って説明すると、図中６１
で算出された対向境界点間の距離Ｄｋが、境界点の移動
により短縮される場合（図中６２→６３）は、より短縮
される側の境界点を移動させる（図中６３→６４→６５
又は６６）。

また、どちらかを移動させでも、距離が始線されない場
合（図中６２→６７）（は、定められたステップ数Ｊだ
け前方の境界点に注目しく＝巨視的視野に立って）、ど
ちら側の境界点を移動させるかを決定する。

このことによって、対向境界点対は、常に平衡を保ちな
がら対向境界点間上を進行し屈曲部においては、屈曲部
の内側を回っている境界点は、その位置に一時停止し、
外側の境界点だけが移動する。

０１１）新しく得られた対向境界点対の中点金求めるこ
とにより、ｋ＋１　番目の稜線点列要素Ｃｋ＋１　全次
式で得る。

Ｃｋ＋１＝（Ａｋ＋１十Ｂｋ＋１）／２Ｇｖ）　　次の
３つの終了条件■〜Ｏのうち少なくとも１つが満される
まで（ｉｉ）　、　（ｉｉｉ）を繰返し実行し、線状部
稜線点列１０に：に＝１〜Ｋ）を得て、線状部稜線点列
記憶部１φに遂次記憶させる。

〈終了条件〉 ■　対向境界点対が、同一ラベルであり、かつその境界
点間の距離が閾値以下になったとき。

＠　対向境界点対間の距離が、閥１値以上になったとき
。

○　対向境界点対が対向境界点列の終点にきたとき。

なお、図形の線部分が面部分につながっていた場合は、
上記終了条件＠が満足され、そこで処理は終了する。そ
のだめ、面部分だけがラベル付けされずに残り線状部稜
線点列を得ると同時に面線分離が終了する。

■　面状部輪郭線抽出部 前述の■〜■の各部での処理を終えた時点で抽出された
線状部稜線要素は、線状部稜線点列記憶部１φに納めら
れ、また、それらに寄与しなかった画素点は、面状部境
界点列記憶部８に記憶されている。また、線状部稜線の
端点要素に寄与した画素点（以後、面線境界画素と呼ぶ
）に関しては、同時に面状部輪郭線分構成する画素でも
あるので、線状部稜線記憶部１φ及び面状部境界点列記
憶部８に、重複して記憶されている。

第３図（ｄ）は、面状部輪郭線記憶部１φの記憶形態を
示したもので、面線境界画素は互いに連結、した面状部
境界点列の先端部及び後端部に位置する。ｅｓ（ｉ）、
　ｅ７ｉ）は、１番目の連結した面状部境界点列の面線
境界画素の座標を表わし、Ｃ３（１）、Ｃ７１）は、面
線境界画素が寄与した稜線の稜線番号を表わしている。

面状部輪郭線抽出部９では、首状部境界点列記憶部８内
の境界点を統合することにより、面状部の輪郭線を抽出
する。

見、下、第７図及び第３図（ｄ）を参照しながら、面状
部輪郭線抽出部の処理の説明？する。

（１）　　（２）〜（５）を繰返し行ない、複数の面状
部輪郭線点列ＩＥ１＝ｉ＝１〜Ｎ）を得る。

（２）面状部境界点列に沿った走査により、未処理の面
線境界点ｅｓ（１）を捜し出し、この境界点を面状部輪
郭線の始点画素Ｅ１とする。

寸だ、画素Ｅ１が寄与した稜線の稜線番号を０１とする
。

（３）　　１０−ｉとする。

（４）面状部境界点列上を一定方向（第７図では、左回
り方向）に走査し、ｅｓ（１０）と連結するすべての面
状部境界点を面状部輪郭線を構成する境界点として登録
するとともに、面状部境界点列記憶部８に処理済マーク
を付ける。

（５）ＣＥ（ｉｏ）＝０１ノとき、−ツノ面状ｎの輪郭
線抽出を終え、（２）　Ｋもどろ。

ＣＥ（１０）〜Ｃ１のとき、ＣＥ（ｉｏ）なる稜線の端
点要素を求めるのに用いたもう一方の面線境界点をさが
し、（ＣＥ（１０）−Ｃｓ（ｉ）　　を満たすｉ４求め
るのと等価）、（３）へもどる。

■　分岐部処理部 抽出された面状部のうちで、周囲長の短かいものに関し
ては、それらを線状部が重なり合うことによって生成さ
れた分岐部分であるとみなし、分岐部分の線状部稜線の
抽出をここで行なう。

上記処理方法を、第８図を参照しながら説明する。

（１）まず、分岐部とみなせる面状部に連結している複
数本（Ｎ本）の稜線点列 ｌ　ｉ　Ｃｋ（ｉ）、　１ｃ＝＝１〜Ｋ　ｌ　、　１＝
＝１〜Ｎ）について、分岐部との連結点Ｃ３（ｉ）及び
連結点からαＷ（α：パラメータ、Ｗ：平均線巾）離れ
た稜線要素（Ｊｉ）を選び、次式より、次の微小線分ベ
クトルＤ、を求める Ｄ１＝　（Ｃ（ｉ）−（Ｊｉ））／Ｉ　Ｃ，（ｉ）−□
Ｊｉ）１パラメータは１〜３程度望ましい。

（２）微小線分ベクトルＤ工が、互いに閾値以上の角度
をなすような稜線の組（ｉ、ｊ）を選び、Ｄ工とり、の
延長上の交点を求めｈｉ＋］とする。

（３）複数本の稜線点列について上記”＋ｌを求め、そ
れらより”＋］　の平均座標Ｈｉ求め、分岐部を代表す
る画素点とする。ただし、ｈ工１．の分散値が閾値を上
回る場合は、この分岐部を一画素では代表させることの
できない複雑な分岐部であると判断し処理を打切る。よ
って、このような分岐部は、結局、面状部として処理さ
れたことになる。

（４）次式より、新しい微小線分ベクトルＤ′を求め、
内積Ｄ０１．が閾値以上の稜線の組（ｉ、ｉ）を、１本
の連続した稜線の組として選出する。

Ｄ□’＝（Ｈ−Ｃ，、（ｉ））／ＩＨ−Ｃ，（ｉ）ＩＤ
、　　、＝＝ｐ、’・Ｄ′ ”＋］　　　　１　　　］ （６）分岐部の代表面素点Ｈと各稜線の連結点Ｃｅ（１
）との間を直線で結ぶことにより、稜線の延長を行なう
。また（４）で、１本の稜線とみなすことができると判
断された稜線の組については、Ｈ上で２本の稜線を連結
する。

ただし、Ｄｉ、ｊの値の大きな稜線の組を優先的に連結
し、同一の稜線が異なった２本の稜線と連結されるとい
うことが生じないようにする。

−以上の処理過程で新しく生成された稜線は、線状部稜
線記憶部１φに記憶する。また、このとき同時に、処理
された面状部輪郭線の情報は、面状部輪郭線記憶部１１
よジ、削除する。

発明の効果 本発明の稜線及び輪郭線抽出装置は、線状部の境界点列
間の距離だけに注目して、線状部稜線を抽出しているの
で、細線化を利用した稜線抽出装置に比べ、処理時間を
大巾に短縮できるという効果がある。また、処理時間が
、対象図面の線巾に左右されないことも大きな特長と言
える。また、線状部稜線の抽出過程において、同時に面
状部を検出するため、面線分離処理といった前処理を心
安とせずに、面状部の輪郭線を抽出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は対象となる二鎖図形の一例を示す図、第２図は
本発明の一実施例における稜線および輪第４図は同装置
の対向境界点列抽出部の動作説明図、第５図は同装置の
線状部稜線抽出・面線分離部の動作説明図、第６図は同
フローチャート、第７図は同装置の面状部輪郭線抽出部
の動作説明図、第８図は同装置の分岐部処理部の動作説
明図である０ １・・・・入力部、２・・　被処理図形記憶部、３・・
・・・全境界点列抽出部、４・・・・・全境界点列記憶
部、５　　・対向境界点列抽出部、６・・・・・対向境
界点列一時記憶部、７・・・・・線状部稜線抽出・面線
分離部、８　・・面状部境界点列記憶部、９・・・・・
・面状部輪郭線抽出部、１０　　・線状部稜線点列記憶
部、１１・・・・・面状部輪郭線点列記憶部、１２・・
・・分岐部処理部、１３　・・表示部、１４・・・・・
制御部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 第２図 ｔ →　デーゲシうｔ鼠 ｍ−−３−ψ目Ｆｐ茅泉 第３図 酊蒜ｆ、肪龜藪だ・ 第４図 第５図 第６図 Ｏ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）被処理図面内の全境界点列を抽出し、境界点列毎
   にラベル付けを行なう全境界点列抽出部と、上記全境界
   点列中より、互いに対向する境界点列を抽出する対向境
   界点列抽出部と、上記対向境界点列を、図面内の線状部
   に寄与する紐状部境界点列と、図面内の面状部に寄与す
   る面状部境界点列とに分離すると同時に、線状部の稜線
   点列を抽出する線状部稜線抽出・面線分離部と、上記面
   状部境界点列を統合することにより、面状部輪郭線点列
   を得る面状部輪郭線抽出部と、周囲長の短かい面状部の
   分岐部分とみなし、分岐部分内の線状部稜線の抽出を行
   なう分岐部処理部を具備し、対向境界点列上の境界点間
   の距離だけに注目することにより、図面内の線状部と面
   状部の分離と、線状部の稜線点列の抽出と、面状部の輪
   郭線点列の抽出とを、同時に遂行できることを特徴とす
   る稜線及び輪郭線の抽出装置。 （２）対向境界点列抽出部の動作として、境界点列上の
   未処理の境界点を処理の始点とし、前記始点を中心とし
   て定められた半径を有する探索領域を設ける第１の手段
   と、前記探索領域内において、異なるラベルを有する第
   １の境界点群もしくは同じラベルを有するが前記探索領
   域内では連結していない第２の境界点群の少なくとも一
   方が存在する場合に、前記境界点群の中で最も前記始点
   に近い境界点を選択し、上記選択された境界点と前記始
   点との対を始対向境界点対としてその後の処理を進める
   開始点とする第２の手段とを一有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の稜線及び輪郭線の抽出装置
   。 （３）探索領域内において、第１の境界点群および第２
   の境界点群のいずれもが存在しなかった場合には、前記
   始点を面状部境界点とみなすことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の稜線ｈｆａ−び輪郭線の抽出装置。 （４）定められた半径Ｗとして、被処理図形内の線状部
   の平均線幅のほぼ２倍とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の稜線−乏び輪郭線の抽出装置。 （５）線状部稜線抽出・面線分離部として、境界点列上
   にあって互いに対向する境界点対である第１および第２
   の境界点および、第１の境界点と同一ラベルを有しかつ
   一定の第１のステップ数だけ進んだ位置にある第３の境
   界点、および前記第２の境界点と同一ラベルを有しかつ
   一定の第１のステップ数だけ進んだ位置にある第４の境
   界点の合計４点を選択する第１の手段と、上記４点のう
   ち、第１および第２の境界点間の距離、第１および第４
   の境界点間の距離、第２および第３の境界点間の距離の
   ３種類の距離の中の最小の距離を求める第２の手段と１
   ．上記３種類の距離の中の最小の距離を与える境界点の
   対を前記始対向境界点対に相当する新たな対向境界点対
   とする第３の手段と、上記新たな境界点対に対して、前
   記第１　、第２゜第３の手段をあてはめ、結果的に次々
   と新たな境界点対を探索する第４の手段と、上記により
   求められた境界点対の中点をもって線状部稜線点列要素
   とする第５の手段とを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の稜線ｋｌび輪郭線の抽出装置。 （６）３種類の距離の中で第１および第４の境界点間の
   距離、および第２および第３の境界点間の距離の各々が
   等しくかつ最小であった場合には、前記第１のステップ
   数を１ステツプずつ増加させることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の稜線番炎び輪郭線の抽出装置。 け）３種類の距離の中で、第１および第２の境界点間の
   距離が最小であった場合には、前記第１のステップ数に
   、一定の第２のステップ数を加えた第３のステップ数を
   進めるべきステップ数とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の稜線斬炎び輪郭線の抽出装置。 （８）線状部稜線抽出・面線分離部の動作として、対向
   境界点対間の距離が一定の閉鎖以上になったときに線状
   部稜線抽出動作を終了し、その結果として皿状部輪郭線
   だけが残留し、面線分離がされることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の稜線＋ｌび輪郭線の描出装置。