JPS61273687A - 離散的画素に分かれる画像領域の特徴の一様性を評価する装置 - 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】 技術分野 本発明はデジタル画像領域の特徴が一様である置台を高
速かつ罹災に検出する装置に関する。

〈技術的背景と問題点〉 デジタル画像の内容を解釈する場合、領域の検出が分析
の重要な項目となる。代表的には、これらの領域は、そ
の特徴がほぼ一足であるかあるいはき唸った変化をして
いること、つ１り領域内で一様性（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎ
ｃｙ）をもっていることとして特徴つけられる。このよ
うな特徴（ｆｅａｔｒｂｒｅｓ）は例えば、局所的な基
本方位（ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｏｒｉｅｎｔａ−１ｉｏｎ
）、局所的空間周波数、曲率の程度、組織特徴や組織パ
ラメータ（ｔｅｘｔｕｒｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　／１ｅ
ｘｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を口己述するもの
である。

この種の領域の検出は基本的に、積分もしくは総和であ
る。したがって、上記のような特徴づけはかなり厳格に
行なわれ、すなわち、一時的、部分的変動（例えばノイ
ズ）とは無関係で安定したものが特徴の確実性、確から
しきの尺度となる。

従来より続いている問題は、変動に関する特徴が微分的
であり、このためノイズに対し極端に敏感に応答してし
筐うことになる。したがって、画像内の低レベルのノイ
ズと不安定な特徴とを区別することが困雛であった。

本発明はコンピュータ画像分析の分野の研究から生壕れ
たものである。この分野の文献に記載される種々のアル
ゴリズムは、本発明に解決される問題点をかかえている
。本発明の信号処理も、これらのアルゴリズムと同様に
基本的には一般のコンピュータによって天性することが
できる。しかしながら、このような実現のしかたには常
につき捷どう欠点として、信号がハードウェアで実現さ
れず、プログラムを必要とするという問題がある。

このため、応用の際、信号の処理時間が途方もない長さ
になってし寸う。

〈発明の課題、構成、展開〉 したがって、本発明は、離散的な画素に分けられる画像
の特徴の一様性の程度を、高速でしかも確実に検出する
ことのできる装置全提供しようとするものである。

本発明の特徴は特許請求の範囲に記載される通りである
。

後述する応用において、本発明は一般のコンピュータよ
り数千倍も速く動作することが判明した。

本発明を説明するため、後で詳述する装置では、離散的
画素（ピクセル）に分けられる画像の局所領域を検査す
る。全体のシステムは、イメージ（画像）の異なるサブ
領域を並列に処理する複数のユニットを含んでもよいし
、あるいは、１個のユニットでイメージのそれぞれのサ
ブ領域を逐次、分析するようにしてもよい。壕だ、これ
らのサブ領域は一部が重なりあってもか壕わない。

説明の便宜上、特徴として、１画素当り１つの、２次元
のベクトルで表現される特徴を考慮に入れている。しか
しながら、より一般的な場合には、次元の数は２を超え
る。これらのベクトルは１つの特徴、例えば基本方位を
表わす。２次元のベクトルの場合、ベクトルは複素数信
号としてみることもできる。ベクトルの性質より、各ベ
クトルの方向は画像の構造の基本方位を記述し、一方、
ベクトルの大きさく長さ）はその方向における特徴の確
実性、確からしさを記述する。このような画像のベクト
ル表現は、例えば、元の画像を変換することにより、す
なわち”ＩＥＥＥ　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　Ｏ
Ｎ　　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ”ＶＯＬ、Ｃ０Ｍ
−３１％Ａ３（１９８３年３月、ｐｐ。

３８８−４０６）にその原理が示されるように、各画素
に割り当てたモロクロレベル、もしくはカラーコードつ
きの明度のレベルをもつ画像を変換することにより、得
ることができる。

上述した問題点を解決するため、本発明の採用した装置
は、３つの基本ユニットによって構成されることを特徴
とする。第１ユニットが観察している領域内のベクトル
のベクトル総和をとる。第２ユニットがベクトルの大き
さの総和をとる。最後に、第３ユニットが、第１ユニッ
トの出力を第２ユニットの出力で正規化、標準化する。

〈実施例〉 第１図は、問題状況を示す。領域１は例えば構造の方位
を表わす一足の特徴即ち一様な特徴をもつものであり、
同じ方向のベクトルで特徴ずけられる。一方、領域２は
、不規則な一様でない特徴をもつものでその特徴ベクト
ルの方位はある程度ランダムに変化する。このような問
題の状況からみて、タイプ１の領域とタイプ２の領域と
高速かつ確実に区別できることが望せしい。さらに、領
域内の特徴の一様性の程度を測ボすることができること
か望ましい。

第２図に、本発明による装置のブロック図を示す。本図
に示す領域３の特徴ベクトルは、上述した方法で変換さ
れ、離散的な画素に分けられた像のサブ領域又はウィン
ドウに対応している。このウィンドウ内部において測定
が行なわれる。代表的にはこの領域は１１×１１の２次
元ベクトルを含む。もちろん、他の大きさの領域、例え
ば１５Ｘ１５のベクトルでも良い。しかしながら意味あ
る結果を得るためには、少なくとも３Ｘ３のベクトルを
含むべきである。この領域内のベクトル成分の値は、２
つの異なる測定ユニット４と５により検出される。両測
定ユニットからの出力は正規化ユニット６において比較
され、ユニット４からの出力信号をユニット５からの出
力信号で正規化する。この正規化ユニットは信号７を出
力し、その大きさが、着目している領域内の特徴の一様
の度合いを示し、その位相が領域内のベクトル方向の平
均値を特徴ずける。

第２図に従った装置の第１の実施例が第３図〜第５図を
参照して記述されている。

第３図に第４図のベクトル総和ユニット４の詳細を示す
。前提として、”測定点”の囲りの異なるベクトルは大
きさと位相で表現されると仮定される。ディジタル表現
の場合、この大きさは例えば０と２５５間の数値、即ち
１バイトで表現されることができる。同様に位相角も１
バイトで表現することができる。各画素は記憶ユニット
に割り振った２バイトで表現され、各２バイトが各画素
に属するベクトルを表現する。もし、他のディジタル分
解能を所望ηらば、もちろん他の記憶割り振りを使用す
ることができる。情報は電圧又は電流のようなアナログ
形式で表現することができる。

もう１つの仮定として、例えばアドレス発生器のような
適当なメカニズムを用い、これによってメモリから測定
点の囲りの現在のベクトル値をつくり出す。もつとも、
このようなメカニズムの装置は周知技術であり、このた
めこの出願の目的ではない。ベクトルの位相１［８はル
ックアップ・テーブル９に与えられてコサイン変換され
、またルックアップ・テーブル１０に送られてサイン変
換される。このようにして求めた値を夫々乗算器１１と
１２に与える。各乗算器のもう１つの入力信号はベクト
ルの大きさ１３である。乗算器からの出力信号は対応す
るアダー１４と１５に渡される。

これらのアダーにはフィードバックが付いていて総和器
として機能する。各総和器からの出力信号として得られ
た値は、上述した測定点曲りの場所のベクトル総和の実
部と虚部、即ちＸとＹの成分を夫々表わす。

このようにして求められたベクトル成分信号は、直交座
標・極座標変換器に渡され、その結果、その出力は大き
さ１６と角度１７の形式で与えられる。

第４図には観察している領域内のベクトルの大きさの総
和のユニットの構成をより詳細に示している。上述した
大きさの信号１３はアダーに渡され、このアダ゛−には
フィードバックが付いていて総和器として働く。総和器
からの出力信号１８は着目している領域内のすべてのベ
クトルの大きさの総和を表わすだろう。

第５図に第２図の正規化ユニットの詳細を示す。

このユニットは基本的には除算ユニットで構成さし、ヘ
クトル和の大きさ１６が個々のベクトルの大きさの和１
８で除算される。この結果は、正規化された出力の大き
さ１９である。前に求められた位相角１７と共に、この
信号は測定点曲りの着目さ扛る領域内に特徴がどの程度
一定であるかということと、同領域内のベクトルの方向
の重み付けされた平均値を夫々記述するものである。

このようにして、元の画像の画素に対応する測定点曲り
の領域の特徴がどの程度一様であるかの測定がどのよう
にして本発明に従った装置の実施例によって得られるか
述べられてきた。同様な方法で画像の残りの画素がそれ
らの画素囲りの領域の特徴の一様性の程度に関して審査
されることができる。これは１ウインドウ”を隣りの新
しい画素群に移動させることにより画像を順次操作する
装置を用いても艮いし、又は異なる画素の囲りを並列に
走査する複数の装置によっても良い。

上述した構成例では、ベクトルは極座標形式で表現され
る。代りに、観察するベクトルが直交座標の形式、即ち
１つの成分が実部に対応しそして他の成分が複素数値信
号の虚部に対応する形式、又はベクトル値信号のＸとＹ
成分のような他の方法で表現される形式で表現されても
良い。この場合においても前と同様に、アドレス発生器
のような適当なメカニズムが、記憶部から測定点の周囲
の現在のベクトル値を与えると仮定される。第２図のブ
ロック図はまたこの場合において装置に適用できる。

本発明の別の実施例が第６図〜第８図を参照して詳細に
述べられている。実部即ちベクトルのＸ成分２０及び虚
部即ちベクトルのＸ成分２１がそれらの対応するアドレ
ス２２と２３に対して夫々運ばれ、そして総和器として
結合される。これらは観察される領域内のベクトルの実
部２４及び虚部２５の和の出力信号として与えられる。

第７図は観察される領域内のベクトルの大きさの総和を
とるユニットの構造を示す。実部即ちＸ成分２０と虚部
即ちＸ成分２１は夫々対応する２乗手段として結合され
ている、乗算器２８と２９に送られる。これらの手段か
らの出力信号はアダー３０とユニット３２を介して送ら
れ、ここでこれらの成分の平方根を発生し、そして総和
器３１として結合されているアダーに送られる。総和器
はベクトルの大きさの和３３を与えるであろう。

第８図は現在の表現の２つのタイプのベクトル総和の比
較のため第２図のユニット６を示している。前に求めた
実部２４と虚部２５の総和は夫々対応する正規化ユニッ
ト３４と３５に夫々渡される。これらは前に求められた
ベクトルの大きさの総和３３により除算される。したが
ってこのように求められた出力信号３６と３７は直交成
分の形式で、観察されている領域内で特徴がベクトルの
方向の重み付けられた平均値と同様にどのように一足で
あるかの望ましい記述を表現する。

発明のさらなる展開が第９図〜第１４図を参照して以下
に説明される。

より一般的にいうと、上述した測定は着目されている領
域内のベクトル値のある重み付けを実行されることが望
ましい。これは第２図のユニット４と結合して第９図に
示されている。この目的のため、乗算器３９に渡される
入力値１３は、総和が取られる前にメモリ３８に記憶さ
れた重み付けする係数により乗算される。これらの係数
は複素数値であり得る。複素数値の係数は総和の前にベ
クトルの回転と同様な純粋なスケーリングを与える利点
を有する。これは検出され得る特徴のタイプに関してよ
り大きな柔軟性を与える。さらに回転を施すことにより
ベクトルが互いに所定の方法で回転される領域を検出す
ることを可能にする。

同じタイプの働きが第２図のユニット５と関連して第１
０図に示されている。この目的のため、乗算器４０に与
えられる入力値１３は総和を開始する前にメモリ４１に
記憶される重み付ける係数により乗算される。いくつか
の場合には、メモリ３８と４１は同一ユニットを含むこ
とができる。

最初に述べられた測定は１と等しい重み付け係数での重
み付けの特別の場合を示している。これは領域内のベク
トルが相互に並行であるかを検出することを望む場合に
対応する。しかし、もし領域内で所定の方法でベクトル
が“回転する”かを検出することが望まれるなら、係数
は複素数であるだろう。この場合に、例えばＸ軸に関し
ての所定の“回転マスク”における各ベクトルの回転は
複素数の係数値に従属するであろう。

さらにより普通の場合に、特徴はｎ　）　２である、ｎ
次元ベクトルにより表わされ、複素数の重み付けた要素
は代わってｎ次元ベクトル空間のベクトルを回転しそし
てスケールすることができるｎｘｎマトリックスから構
成される。

このさらに一般的場合には、装置は付加要素が供給され
る。この結果、・例えば第６図のデバイスは、次元ｎの
数に相当する総和器の数まで付加総和器２２．２３によ
って追加される。同様な方法で第７図のデバイスは付加
的な２乗ユニットにより供給される。

ある場合に、例えば情報が低い大きさの信号からなると
きに正規化はノイズに敏感になることができる。このよ
うな場合において、正規化が付加的な信号４３の形式で
あるベース・レベルに関して行なわれることが好ましい
。この付加的信号４３は第１１図に示されるように、ベ
クトルの大きさの総和信号１８にアダー４２により加算
される。ここでも分るように、前に述べられた測定は特
別な場合、即ちベース・レベル即ち参照信号が０に等し
い場合を表わすことが理解される。

上記開示された発明の別の展開は極座標形式でベクトル
を適用している。これらは第１２図〜第１４図に示され
るように直交座標形式で実現され得る。重み付け係数メ
モリ４４と４７は等価な係数又はマトリックスを提供す
るもので、これによって信号２０．２１と２６．２７は
夫々乗算器４５．４６と４８．４９の夫々により重み付
けられる。前と同様に、ベース・レベル５１はまたアダ
ー５０により信号３３に加算され得る。

上述°した実現例は主にディジタル技術に関し、画素の
ベクトルはディジタル形式で表現される。

しかし、上述した機能はアナログ技術によっても有益に
実行され得る。この形式の実現例で特定している構成が
第１５図と第１６図で示されている。

第１５図によると、第１の総和ユニット４は、抵抗ネッ
トワーク５２．５３又はディジタル制御信号５４．５５
によって制御される乗算Ｄ／Ａ変換器により与えられる
個々の重み付け要素により乗算されるベクトルのすべて
の実部２０と虚部２１を合計する。この後信号を発生し
、さらに総和器５６．５７に与えられる。乗算はオーム
の法則に従って行なわれる。乗算Ｄ／Ａ変換器を使用す
る利点は、乗算係数に相当する結果の抵抗値がディジタ
ル制御信号によって調整可能であることである。

第１６図によると第２の総和ユニット５は、抵抗ネット
ワーク６０又は制御信号６１によって制御される乗算Ｄ
／Ａ変換器により与えられる重み付け要素により乗算さ
れるベクトルの大きさの信号１３のすべての成分を合計
する。この後、生じた信号はフィードバック機能付演算
増幅器のような総和器６２へさらに与えられる。

第１５図及び第１６図による実施例において、信号は一
方は実部と虚部として他方は大きさとしてアクセスされ
ると仮定されている。これは特に装置の簡単な構成を与
える。同様の条件下において、第４図と第６図に従った
ユニットはまた結合され得る。画素は極座標の形式と同
様に直角座標の形式で記憶することが望ましく、又は少
なくとも直角座標の形式に加え、またベクトルの大きさ
を記憶することが望ましいと理解される。これによって
生じるメモリ空間の特別な要求が装置の簡略化された構
成によって償えられる。これは、もし画像の全体又は大
部分が複数の並列に動作する装置によって実行される１
段階の検査をうけることであるならば特に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は問題の状況を説明する図、 第２図は本発明による装置のブロック図、第３図は第２
図のベクトル総和ユニットの詳細なブロック図、 第４図は第２図のベクトルの大きさの総和をとるユニッ
トの詳細なブロック図、 第５図は第２図の正規化ユニットの詳細図、第６図はベ
クトル総和ユニットの別の構成例のブロック図、 第７図はベクトルの大きさの総和をとるユニットの別の
構成例のブロック図、 第８図は正規化ユニットの別の構成例のブロック図、 第９図から第１４図は本発明をさらに展開した場合の構
成のブロック図、 第１５図と第１６図は本発明をアナログで実現した場合
の構成のブロック図である。 ４　：第１ユニット（ベクトル総和ユニット）５：第２
ユニット（ベクトルの大きさの総和ユニット） ６：正規化ユニット （外５名）

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）離散的画素に分かれる画像領域の特徴の一様性を
   評価するため、一画素当り１つのベクトル信号により特
   徴を表現し、ベクトルの方向によつて特徴のタイプを記
   述し、ベクトルの大きさによつて特徴の確実性を記述す
   ることとした装置において、 所定の回転を施した後に上記画像領域内のベクトルの重
   み付け総和をとる第１ユニット（４）と、上記画像領域
   内のベクトルの大きさの重みづけ総和をとる第２ユニッ
   ト（５）と、 第２ユニット（５）からの出力信号と基準参照信号（４
   ３、５１、Ｐ）との和を用いて第１ユニット（４）から
   の出力信号を正規化する正規化ユニット（６）と、 を有することを特徴とする装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、第１
   ユニット（４）は、ベクトルの位相信号（８）をｃｏｓ
   ｉｎｅとｓｉｎｅの成分に変換し、それぞれを対応する
   乗算器（１１、１２）の第１入力に供給し、その第２入
   力に、対応ベクトルの大きさの信号（１３）を供給し、
   その結果得られる積を、フィードバックによつて総和器
   として働く対応アダー（１４、１５）に供給し、その結
   果得られるベクトル信号を直交座標値より極座標値（１
   ６、１７）に変換するユニットに供給することを特徴と
   する装置（第３図）。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、第１
   ユニット（４）は、最初に乗算器（３９）において大き
   さの信号（１３）にメモリ（３８）からの重み係数を乗
   じ、しかる後、対応する乗算器（１１、１２）に供給す
   ることを特徴とする装置（第９図）。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の装置において、第１
   ユニット（４）は、フィードバックによつて総和器とし
   て働くアダー（２２、２３）のそれぞれにおいて、ベク
   トルの第１成分（２０）と第２成分（２１）のそれぞれ
   の総和をとることを特徴とする装置（第６図）。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載の装置において、第１
   ユニット（４）は、最初に、乗算器（４５、４６）にお
   いてベクトルの第１と第２成分（２０、２１）のそれぞ
   れにメモリ（４４）からの重み係数を乗じ、しかる後、
   その結果をアダー（２２、２３）に渡すことを特徴とす
   る装置（第１２図）。
6. （６）特許請求の範囲第１項記載の装置において、第１
   ユニット（４）は、抵抗回路網によつて与えられるか、
   もしくは乗算Ｄ／Ａ変換器によつて制御される（５４、
   ５４）重み係数（５２、５３）を、ベクトルの第１と第
   ２成分（２０、２１）のそれぞれに乗じ、その結果を総
   和器（５６、５７）に渡して総和をとることを特徴とす
   る装置（第１５図）。
7. （７）特許請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記
   載の装置において、第２ユニット（５）はベクトルの大
   きさの信号（１３）を、総和器として働くフィードバッ
   ク付きのアダーの入力に供給し、このアダーの出力から
   正規化信号（１８）が得られることを特徴とする装置（
   第４図）。
8. （８）特許請求の範囲第７項記載の装置において、第２
   ユニット（５）は、最初に、乗算器（４０）において、
   ベクトルの大きさの信号（１３）に、メモリ（４１）か
   らの重み係数を乗じ、しかる後、その結果を総和器とし
   て働くフィードバック付のアダーに渡すことを特徴とす
   る装置（第１０図）。
9. （９）特許請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記
   載の装置において、第２ユニットは、抵抗回路網によつ
   て与えられるか、もしくは乗算Ｄ／Ａ変換器によつて制
   御される（６１）重み係数（６０）を、ベクトルの大き
   さの信号の各成分に乗じ、その結果を総和器（６２）に
   渡して総和をとることを特徴とする装置（第１６図）。
10. （１０）特許請求の範囲第１項から第６項のいずれかに
    記載の装置において、第２ユニット（５）は、ベクトル
    成分（２０、２１）を対応乗算器（２８、２９）の両入
    力に供給して自乗をとり、自乗した信号をアダー（３０
    ）で加算し、これにより得た信号をユニット（３２）に
    送つてアダー出力信号の平方根をとり、これらの信号を
    総和器（３１）として働くフィードバック付アダーに渡
    して総和をとることを特徴とする装置（第７図）。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項記載の装置において、
    第２ユニット（５）は、最初に、乗算器（４８、４９）
    において、ベクトルの第１と第２成分（２６、２７）の
    それぞれにメモリ（４７）からの重み係数を乗じ、しか
    る後その結果を乗算器（２８、２９）に渡すことを特徴
    とする装置（第１３図）。
12. （１２）特許請求の範囲第１項から第３項、第７項から
    第１１項のいずれかに記載の装置において、正規化ユニ
    ット（６）は、ベクトル和の信号（１６）をベクトルの
    大きさの総和信号（１８、３３、６３）で除算するユニ
    ットを有することを特徴とする装置（第５図）。
13. （１３）特許請求の範囲第１２項記載の装置において、
    正規化ユニット（６）は、基準参照信号（４３、Ｐ）を
    ベクトルの大きさの総和信号（１８、３３、６３）に加
    算するアダー（４２）を含むことを特徴とする装置。
14. （１４）特許請求の範囲第１項、第４項から第１１項の
    いずれかに記載の装置において、正規化ユニット（６）
    は、ベクトル和（２４、２５；５８、５８）の各成分を
    ベクトルの大きさの総和（１８、３３、６３）で除算す
    る２つのユニット（３４、３５）を有することを特徴と
    する装置（第８図）。
15. （１５）特許請求の範囲第１４項記載の装置において、
    正規化ユニット（６）は、基準参照信号（５１、Ｐ）を
    ベクトルの大きさの総和信号（１８、３３、６３）に加
    算するアダー（５０）を含むことを特徴とする装置（第
    １４図）。